一种用于塔筒外壁维护平台的卡爪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风电塔筒维护装备领域，具体涉及一种风力发电机塔筒维护及施工平台在塔筒上移动的卡爪。
【背景技术】
[0002]风电塔筒因长期暴露在自然环境中，易导致钢铁塔筒外壁的涂装污损，油漆脱落、锈蚀。因此每过一段时间需要予以维护。
[0003]风电塔筒传统的维护方式依靠通过绳子将维护施工人员悬吊在塔筒附近进行，这种方式作业效率较低、劳动强度大、施工人员极不舒适，对施工人员的身体素质和心理素质具有极高的要求，因此，近年以来，提出了多种可沿风电塔筒升降平台的设计思路和解决方案，用于解决风电塔筒的维护施工或者向塔顶运输物品，以期提高工作效率及安全性、降低工作人员的劳动强度。
[0004]一般来说，现代风力发电系统皆采用钢质锥形塔筒，综合现提出的技术思路，维护平台沿塔筒外壁升降的原理主要有三类:一类是在位于塔筒顶部的机舱上设有绳子，绳子下端拴在升降平台上，通过设在机舱或者升降平台上的卷扬机拉、放绳子即可实现维护平台的上升或者下降；再一类是通过维护平台上设置可压紧在塔筒外壁上的摩擦机构，利用摩擦机构与塔筒外壁上的摩擦力实现维护平台的上升与下降；第三类是利用磁铁对钢质塔筒产生吸力的原理，在维护平台上设置磁力吸盘，通过吸盘与塔筒之间的作用力实现维护平台的上升与下降。在上述三类升降原理中，利用磁铁吸盘的方式使维护平台升降的方式可使得维护平台的结构相对简单、重量相对较轻、更加容易控制、施工成本相对较低等优势。
[0005]传统的磁铁磁盘工作时，磁铁对钢质塔筒产生吸力Fn使得磁铁吸盘压紧在塔筒外壁，并且吸力Fn方向与磁铁吸盘和塔筒外壁的接触面法向一致，而维护平台对吸盘的作用力Fg近似与磁铁吸盘和塔筒外壁的接触面法向垂直，并且，Fg的大小等于Fn与磁铁和塔筒表面之间的静摩擦系数的乘积，也即，Fg是磁铁吸盘与塔筒之间的静摩擦力。如要增加磁铁磁盘的载荷、提高安全系数，则要么增加磁铁磁盘的吸力Fn，要么增加磁铁磁盘与塔筒之间的摩擦系数。
[0006]而增加磁铁磁盘的吸力，在磁铁的磁场强度不变的情况下，需要增加磁铁的重量和体积，既给设计带来难度，也增加了维护平台的制造成本；而增加磁铁吸盘与塔筒之间的摩擦系数要么在磁铁吸盘与塔筒之间增设增加摩擦系数的材料，也是分困难，并且由于磁铁硬度远大于塔筒表面涂装的硬度，一旦磁铁吸盘与塔筒之间产生微小的滑移，易导致吸力面容易破坏塔筒外表的涂层。
[0007]因此，研制一种对风电塔筒外壁具有良好的咬合性、抗滑性的磁铁吸盘卡爪对风电塔筒的维护及施工具有重要的意义。
【发明内容】
[0008]本发明旨在提供一种用于塔筒外壁维护平台的卡爪，该卡爪利用磁铁吸盘对钢质风电塔筒的吸力，通过吸盘之外的元件与塔筒外壁之间产生静摩擦力将卡爪锁定在塔筒壁面上以承受塔筒维护平台升降所需的载荷，在不增加磁铁吸力的情况下，通过增加元件与塔筒之间的摩擦系数，从而达到增加卡爪对塔筒的锁紧力、提高安全系数、避免塔筒外壁涂层破坏的目的。
[0009]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种用于塔筒外壁维护平台的卡爪，其结构特点是，包括一支架；
一组上磁轮，该上磁轮通过上曲轴装在支架上部靠近塔筒外壁的一侧，且该上磁轮与塔筒外壁接触，并可沿着塔筒外壁滚动；
一组下磁轮，该下磁轮通过下曲轴装在支架下部靠近塔筒外壁的一侧，且该下磁轮与塔筒外壁接触，并可沿着塔筒外壁滚动；
一通过铰轴装在支架上的电控磁铁吸盘，该电控磁铁吸盘在卡爪需要抓紧塔筒外壁时通电与所述塔筒外壁磁力相吸，在卡爪不需要抓紧塔筒外壁时断电并与所述塔筒外壁保持吸盘间隙；
一用于安装维护平台的转套，其通过转轴装在支架远离塔筒外壁的一侧；以及一通过销轴装在支架上的摩擦块，该摩擦块在卡爪不需要抓紧塔筒外壁时与所述塔筒外壁保持摩擦块间隙，在卡爪需要抓紧塔筒外壁时与塔筒外壁接触而形成自锁结构。
[0010]由此，当卡爪沿着塔筒外壁移动时，所述电控磁铁吸盘、摩擦块不与塔筒外壁接触；当需要卡爪抓紧塔筒外壁时，电控磁铁吸盘与塔筒外壁接触产生Fn的吸力，电控磁铁吸盘只受到磁力方向一致的拉力，而不会受到垂直于磁力方向的切向力，而摩擦块与塔筒外壁摩擦自锁产生Ff的摩擦力，从而保证卡爪牢牢地抓紧塔筒外壁。
[0011]根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案:
根据本发明的实施例，优选所述支架为左右对称结构，塔筒中轴线处于所述支架的对称面上，所述上磁轮、下磁轮均相对于所述支架的对称面对称；设所述转套的旋转中心线与所述支架对称面的交点为A，所述上曲轴的旋转中心线与所述支架对称面的交点为B，则所述下曲轴的旋转中心线与所述支架对称面的交点与A、B之间的连线组成一个三角形，所述铰轴旋转中心线与支架对称面的交点处于所述三角形的内部。由此，所述电控磁铁吸盘吸紧塔筒外壁时，支架对其作用力方向尽量垂直于塔筒外壁处于所述支架对称面内、卡爪一侧的母线，也即平行于电控磁铁吸盘的磁力线方向。
[0012]所述销轴中心线与支架对称面的交点为C，则交点A、C之间的连线与交点B、C连线的中垂面之间的夹角α的正切值tana小于所述摩擦块与塔筒外壁之间的摩擦系数μ，即 tan α < μ。
[0013]所述上曲轴和下曲轴上装有推动所述支架向远离塔筒外壁方向移动的相应的上扭簧和下扭簧。由此，所述两个上磁轮与支架之间通过上曲轴连接，并在上曲轴与支架之间设有上扭簧，所述两个下磁轮与支架之间通过下曲轴连接，并在下曲轴与支架之间也设有下扭簧，所述上扭簧和下扭簧都具有使得支架有远离塔筒外壁的趋势，并且保证支架可绕所述销轴中心线做微小的转动，所述上磁轮与下磁轮依靠磁力始终紧贴塔筒外壁。
[0014]所述电控磁铁吸盘与支架之间具有在电控磁铁吸盘不通电时使电控磁铁吸盘与所述塔筒外壁保持吸盘间隙的保持结构。更进一步地，所述保持结构为拉簧；所述拉簧的一端连接在支架上，该拉簧的另一端连接在电控磁铁吸盘上。由此，在所述电控磁铁吸盘与支架之间相对于支架的对称面对称地设有拉簧，可保证电控磁铁吸盘脱离塔筒外壁后处于正确的位置和姿态。
[0015]优选地，所述摩擦块用于与塔筒外壁接触的面上设置增加摩擦力的凹凸花纹。
[0016]优选地，所述摩擦块用于与塔筒外壁接触的面开有排液槽。由此，可以使得塔筒外壁有水或其它液体时亦能有较大的摩擦系数。
[0017]所述上曲轴与上扭簧设计成一体，所述下曲轴与下扭簧设计成一体，使装在支架上的上曲轴两端分别连接上磁轮、装在支架上的下曲轴两端分别连接下磁轮的同时，兼作扭杆弹簧。
[0018]所述吸盘间隙为lmm-8mm。
[0019]藉由上述结构，本发明包括一个对称的支架，所述支架上设有两组磁铁轮子，其中一组磁铁轮子设于所述支架的上部，即上磁轮，另一组磁铁轮子设于所述支架的下部，即下磁轮，在所述上磁轮与下磁轮之间设有电控磁铁吸盘，所述电控磁铁吸盘通过铰轴与所述支架相连，在所述电控磁铁吸盘下方设有摩擦块，所述摩擦块通过销轴与所述支架相连，在所述支架上设有转轴，所述转轴外面设有同轴的转套，所述维护平台与转套相连；
具体地，塔筒维护平台工作过程中总有至少一组卡爪会锁紧在塔筒外壁上。当卡爪需要锁紧塔筒外壁时，电控磁铁吸盘克服上扭簧和下扭簧的弹力吸在塔筒外壁上，同时通过支架带动摩擦块紧贴在塔筒外壁，一旦维护平台及其载荷的拉力作用在转套上时，在将电控磁铁吸盘对塔筒的吸力与平台及其载荷的拉力的共同作用下，所述支架会通过销轴将摩擦块压紧在塔筒外壁上，并形成自锁，也即无论平台对转套的拉力有多大，只要吸盘与塔筒壁面之间的吸力足够，卡爪既不会脱离塔筒，也不会沿塔筒下滑。
[0020]更加具体地，当不需要卡爪抓紧塔筒时，电控磁铁吸盘上的磁力消失，在上扭簧和下扭簧的共同作用下，推动所述支架远离塔筒外壁，从而带动电控磁铁吸盘和摩擦块离开塔筒外壁，且由于上、下磁轮均与塔筒之间有一定的吸力而不脱离塔筒外壁，从而可使得整个卡爪可沿塔筒外壁上下移动。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1)所述电控磁铁吸盘吸紧塔筒外壁后，磁铁吸盘只受到磁力方向一致的拉力，而不会受到垂直于磁力方向的切向力，从而较好地克服了电控磁铁吸盘与塔筒外壁面贴合不好而导致切向载荷下降的问题，也可避免卡爪在塔筒上打滑而造成危险；
2)所述摩擦块材料可以根据需要选择，可以选择摩擦系数较大且不会损伤塔筒涂层的材料，从而磁铁吸盘吸力相同的情况下，不仅增加了卡爪的承载能力，也降低了卡爪损伤塔筒涂层的可能性；
3)可保持卡爪在沿塔筒外壁上下移动的过程中，整个卡主不脱离塔筒外壁，且由于上磁轮和下磁轮的导向作用，可减少卡爪上下移动过程中塔筒中轴线偏离开卡爪对称面而导致维护平台的所有卡爪动作不一致、进而导致工作平台上下移动过程中超出允许水平度的几率，从而提高了塔筒维护施工的安全性。
[0022]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
[0023]以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
【附图说明】
[0024]下列附图用来提供对本发明的进一步理解，其与下述的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图所示的例子及实施方式。附图中:
图1本发明所述装置在抓紧塔筒外壁情况下的主视图；
图2本发明所述装置在没有抓紧塔筒外壁情况下的主视图；
图3图1的A向视图；
图4图1的B向视图；
图5图3的C-C向剖视图；
图6本发明所述装置在抓紧塔筒外壁时的受力示意图。
[0025]其中，各图中的附图标记与部件名称之间的对应关系为:
1-上磁轮；2-上曲轴；3-塔筒外壁；4-电控磁铁吸盘；5-铰轴；6