一种风机叶片吊具摇摆机构及方法与流程

1.本发明涉及风电安装领域，特别是一种风机叶片吊具摇摆机构及方法。


背景技术：

2.风机叶片的传统安装方式一般采用叶轮安装的方式，即在地面低位将轮毂及三支叶片拼装成一个叶轮整体，再整体起吊到机舱高度与机舱进行对接安装。但随着风电行业的竞争激烈程度的加剧，为了降低度电成本，风力发电机的容量及扫风面积的增长速度越来越快，风机的叶片的长度及重量也随之急剧地增加。这使得叶轮的重量将超过现有起重机的起吊能力，而能力更强的起重机的成本巨大，并不经济。另外也为了降低度电成本，风机安装的周期也越来越希望被压缩，这就必然要求提高安装效率，以及通过提高安装能适应的风速来延长安装窗口时间。而传统的叶轮安装效率慢，适应风速低。这些都使传统的叶轮安装方式越来越难以适应风电的技术发展趋势。
3.在此背景下，以单叶片吊具为工具的单叶片安装技术则可很好地适应新的要求。通过将轮毂及叶片单独安装，大大减轻了每次吊装的重量。由于叶片形状的特殊性，吊具在吊装叶片之前和吊装过程中均需要调整吊具的摇摆角度，保证叶片吊装及安装过程中满足要求。
4.专利公开号为cn109969933a的中国专利申请，公开了一种风叶单叶片安装吊具，其用以实现带叶片摇摆的纵摇机构采用油缸驱动的四连杆机构，此种形式会导致回转过程中油缸受力较大，也会导致主梁与摇臂及油缸的连接部位的受力很大，需要大推力油缸或者多个小推力油缸共同作用才能驱动，实现起来并不经济，也会带来一定的安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有风机单叶片安装吊具，采用油缸驱动的四连杆机构，此种形式会导致回转过程中油缸受力较大，也会导致主梁与吊杆及油缸的连接部位的受力很大，需要大推力油缸或者多个小推力油缸共同作用才能驱动，实现起来并不经济，也会带来一定的安全风险的问题，提供一种风机叶片吊具摇摆机构及方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种风机叶片吊具摇摆机构，包括吊杆和与其铰接的吊梁，所述吊杆上设有主推滑槽，所述主推滑槽中滑动配合有主推滑块，所述吊梁上设有导轨滑槽，所述导轨滑槽中滑动配合有导轨滑块，所述主推滑槽和所述导轨滑槽交叉设置，所述吊杆和/或所述吊梁上设有直线驱动部件，所述直线驱动部件的运动端转动连接有转轴，并能够驱动所述转轴沿直线往复运动，所述转轴转动连接所述主推滑块和所述导轨滑块，所述吊梁承载叶片。
8.采用本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，通过所述直线驱动部件、所述转轴、所述主推滑槽、所述主推滑块、所述导轨滑槽和所述导轨滑块形成连杆滑块机构，通过所述直线驱动部件驱动所述主推滑块和所述导轨滑块在对应的滑槽内运动，从而推动所述吊杆与所述吊梁绕铰接点旋转，达到改变所述吊杆与所述吊梁夹角的目的，实现单叶片吊
具倾斜角度的调整，即实现摇摆功能；所述导轨滑块在所述导轨滑槽内运动时，沿滑槽方向主要受摩擦力作用，沿滑槽法向方向主要受所述主推滑块在该方向的分力作用，作用力较小，所述主推滑块安装在所述主推滑槽内，沿所述主推滑槽内往复运动时主要受所述直线驱动部件的推拉力作用，用以改变所述吊杆与所述吊梁的夹角大小所需的力较小，该连杆滑块机构可选用单台小驱动力的所述直线驱动部件，具有良好的经济性，可靠性和安全性。
9.优选地，所述吊杆上沿其长度方向设有主推滑槽，所述吊梁上沿其长度方向设有导轨滑槽。
10.优选地，所述吊杆顶部设有吊孔，所述吊孔用于连接起重设备的吊索。
11.优选地，所述吊杆底部设有连接孔，所述吊杆和所述吊梁通过所述连接孔铰接。
12.进一步优选地，所述连接孔和所述吊孔的连线与所述主推滑槽的轴线之间具有夹角α，α的角度范围为5
°‑
45
°
。
13.采用这种结构，通过将所述主推滑槽的轴线与所述吊杆上的两个铰接点连线设置成α，能够改变所述转轴沿直线做往复运动的行程最短，从而减少所述直线驱动部件的运动端的移动距离，相应减小所述导轨滑槽和所述吊梁的尺寸，使该风机叶片吊具摇摆机构的结构更为紧凑，达到力和行程的最佳搭配。
14.进一步优选地，α的角度范围为10
°‑
20
°
。
15.进一步优选地，α的角度范围为15
°‑
20
°
。
16.优选地，所述直线驱动部件的运动端带动所述转轴沿直线运动的方向与所述主推滑槽的设置方向或者所述导轨滑槽的设置方向平行。
17.进一步优选地，所述直线驱动部件的运动端带动所述转轴沿直线运动的方向与所述主推滑槽的设置方向或者所述导轨滑槽的设置方向重合。
18.优选地，所述主推滑块配合所述主推滑槽的两个面上分别设有第一耐磨板，所述导轨滑块配合所述导轨滑槽的两个面上分别设有第二耐磨板。
19.进一步优选地，所述第一耐磨板和所述第二耐磨板均为聚四氟乙烯板或耐磨钢板。
20.优选地，所述转轴和所述主推滑块之间设有轴承。
21.进一步优选地，所述轴承为滚动轴承或者滑动轴承。
22.优选地，所述吊梁包括主梁和连接于其顶部的导梁，所述导梁和所述主梁之间设置所述导轨滑槽，所述吊杆铰接于所述主梁中部，所述直线驱动部件设置在所述主梁顶部，所述直线驱动部件的运动端的移动方向与所述导轨滑槽的设置方向重合。
23.进一步优选地，所述导梁包括左箱梁和与其相对设置的右箱梁，所述左箱梁和所述右箱梁之间具有容纳空间，所述容纳空间能够设置所述直线驱动部件，所述主梁顶部设有至少一个所述直线驱动部件，所述左箱梁的至少一侧和/或所述右箱梁的至少一侧设置所述直线驱动部件。
24.进一步优选地，所述左箱梁和所述右箱梁之间通过若干个连接梁连接为一体。
25.进一步优选地，所述导梁设于所述主梁中部，所述主梁顶部设有至少一个所述直线驱动部件，所述导梁的至少一侧设置所述直线驱动部件。
26.进一步优选地，所有所述直线驱动部件设于所述主梁的一端或者所有所述直线驱动部件分别设于所述主梁的两端。
27.所述直线驱动部件设于所述主梁的一端时，所有所述直线驱动部件同时提供推力或者同时提供拉力；所述直线驱动部件分别设于所述主梁的两端时，一端的所述直线驱动部件提供推力时，另一端的所述直线驱动部件提供拉力。
28.优选地，所述直线驱动部件为油缸系统、气缸系统、丝杠系统、齿轮齿条系统或者链轮链条系统，所述油缸系统或所述气缸系统的伸缩端转动连接于所述转轴上，所述丝杠系统、所述齿轮齿条系统或者所述链轮链条系统的运动件与所述转轴连接。
29.本发明还提供了一种风机叶片吊具摇摆机构的摇摆方法，利用如以上任一项所述的风机叶片吊具摇摆机构，该方法包括以下步骤：
30.所述直线驱动部件的运动端带动所述转轴沿直线运动，使所述主推滑块在所述主推滑槽中移动，同时使所述导轨滑块在所述导轨滑槽中移动，推动所述吊梁和所述吊杆绕铰接点转动，即带动所述叶片在竖直面内转动。
31.采用本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构的摇摆方法，通过所述直线驱动部件、所述转轴、所述主推滑槽、所述主推滑块、所述导轨滑槽和所述导轨滑块形成连杆滑块机构，通过所述直线驱动部件驱动所述主推滑块和所述导轨滑块在对应的滑槽内运动，从而推动所述吊杆与所述吊梁绕铰接点旋转，达到改变所述吊杆与所述吊梁夹角的目的，实现单叶片吊具倾斜角度的调整，即实现摇摆功能；所述导轨滑块在所述导轨滑槽内运动时，沿滑槽方向主要受摩擦力作用，沿滑槽法向方向主要受所述主推滑块在该方向的分力作用，作用力较小，所述主推滑块安装在所述主推滑槽内，沿所述主推滑槽内往复运动时主要受所述直线驱动部件的推拉力作用，用以改变所述吊杆与所述吊梁的夹角大小所需的力较小，该连杆滑块机构可选用单台小驱动力的所述直线驱动部件，具有良好的经济性，可靠性和安全性。
32.本发明还提供了一种风机叶片吊具，包括夹持机构、缆风机构和如以上任一项所述的风机叶片吊具摇摆机构，所述夹持机构和所述缆风机构均设置在所述吊梁上，所述夹持机构用于夹持叶片，所述缆风机构用于锚定所述叶片。
33.采用本发明所述的一种风机叶片吊具，通过连杆滑块机构，使用单台小驱动力的所述直线驱动部件即可实现所述吊杆与所述吊梁之间的摇摆转动，调节两者之间夹角的大小，具有良好的经济性，可靠性和安全性，该吊具结构简单，使用方便，效果良好。
34.优选地，所述夹持机构连接有设备平台，所述设备平台上设置有动力设备和控制设备。
35.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
36.1、本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构及方法，通过所述直线驱动部件、所述转轴、所述主推滑槽、所述主推滑块、所述导轨滑槽和所述导轨滑块形成连杆滑块机构，通过所述直线驱动部件驱动所述主推滑块和所述导轨滑块在对应的滑槽内运动，从而推动所述吊杆与所述吊梁绕铰接点旋转，达到改变所述吊杆与所述吊梁夹角的目的，实现单叶片吊具倾斜角度的调整，即实现摇摆功能；所述导轨滑块在所述导轨滑槽内运动时，沿滑槽方向主要受摩擦力作用，沿滑槽法向方向主要受所述主推滑块在该方向的分力作用，作用力较小，所述主推滑块安装在所述主推滑槽内，沿所述主推滑槽内往复运动时主要受所述直线驱动部件的推拉力作用，用以改变所述吊杆与所述吊梁的夹角大小所需的力较小，该连杆滑块机构可选用单台小驱动力的所述直线驱动部件，具有良好的经济性，可靠性和安
全性；
37.2、本发明所述的一种风机叶片吊具，通过连杆滑块机构，使用单台小驱动力的所述直线驱动部件即可实现所述吊杆与所述吊梁之间的摇摆转动，调节两者之间夹角的大小，具有良好的经济性，可靠性和安全性，该吊具结构简单，使用方便，效果良好。
附图说明
38.图1为实施例1中风机叶片吊具摇摆机构的主视结构示意图；
39.图2为实施例1中风机叶片吊具摇摆机构的工作示意图；
40.图3为实施例1中风机叶片吊具摇摆机构的轴侧结构示意图；
41.图4为实施例1中吊杆的结构示意图；
42.图5为实施例1中导梁的结构示意图；
43.图6为实施例1中连杆滑块机构的结构示意图；
44.图7为实施例2中摇摆机构导梁内侧双油缸布置图；
45.图8为实施例3中摇摆机构导梁外侧双油缸布置图；
46.图9为实施例5中风机叶片吊具摇摆机构的主视结构示意图；
47.图10为实施例11中风机叶片吊具的结构示意图。
48.图中标记：01-叶片，1-吊杆，11-主推滑槽，12-主推滑块，121-第一耐磨板，13-连接孔，14-吊孔，2-吊梁，21-导轨滑槽，22-导轨滑块，221-第二耐磨板，23-导梁，231-左箱梁，232-右箱梁，233-连接梁，234-容纳空间，24-主梁，3-转轴，31-轴承，41-油缸，42-伸缩杆，43-销轴，44-第一安装座，441-可拆卸支座，442-固定支座，51-丝杆，52-第二安装座，53-驱动部件，6-夹持机构，7-缆风机构，8-设备平台。
具体实施方式
49.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
50.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
51.实施例1
52.如图1至图6所示，本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，包括吊杆1和与其铰接的吊梁2，吊梁2承载叶片01。
53.如图1至图3和图6所示，直线驱动部件为该摇摆机构的驱动单元，本实施例中，直线驱动部件选择油缸系统，且被设置在吊梁2上，油缸系统包括油缸41，其具有匹配的伸缩杆42，伸缩杆42的端部转动连接有转轴3，油缸41驱动伸缩杆42运动能够带动转轴3沿直线往复运动，沿吊梁2长度方向设有导轨滑槽21，油缸41驱动转轴3沿导轨滑槽21移动，转轴3转动连接主推滑块12和导轨滑块22，转轴3的移动带动导轨滑块22沿导轨滑槽21移动、主推滑块12沿主推滑槽11移动，主推滑槽11和导轨滑槽21交叉设置，从而推动吊杆1和吊梁2夹角的变化，实现吊具摇摆，夹角调整。
54.如图6所示，转轴3中部连接伸缩杆42，伸缩杆42两侧对称设置两个导轨滑块22和两个主推滑块12，主推滑块12位于外侧。
55.如图1至图3和图6所示，油缸41缸体外壁具有用于安装的销轴43，销轴43与缸体外壁为一整体结构，销轴43与第一安装座44铰接，第一安装座44设置在吊梁2上，油缸41可绕销轴43转动，减少油缸41工作时的弯矩作用。
56.如图1和图2所示，第一安装座44包括可拆卸支座441和固定支座442，固定支座442焊接在吊梁2顶部，可拆卸支座441连接在固定支座442顶部，可拆卸支座441和固定支座442采用螺栓或插销连接，可拆卸支座441和固定支座442贴合面与油缸41安装时的中心线平行。
57.如图1至图4和图6所示，吊杆1为中空箱型分叉结构，吊杆1顶部设有吊孔14，吊孔14用于连接起重设备的吊索，吊杆1底部设有连接孔13，两个叉边分别置于吊梁2两侧，叉边下部与吊梁2中部通过连接孔13铰接连接，每个叉边设置有主推滑槽11，沿吊杆1的长度方向设置主推滑槽11，主推滑槽11中滑动配合有主推滑块12，其中，所述吊杆1的主视呈回旋镖形状，即吊孔14和连接孔13的连线与主推滑槽11轴线之间具有夹角α，α的角度范围为5
°‑
45
°
，本实施例中优选α的角度范围为10
°‑
20
°
，最佳为15
°‑
20
°
，α的计算公式如下所示。
58.α＝|(|θ1|-|θ2|)/2|
59.其中，θ1和θ2分别为直线驱动部件伸出和收缩极限行程下、吊杆1上的两个铰接点连线与吊梁2中轴线之间的夹角，α的设置主要考虑到吊点与整个吊具及所起吊的叶片01的重心匹配，能够减小主推滑块12和导轨滑块22沿导轨滑槽21上的滑移行程，使该风机叶片吊具摇摆机构的结构更为紧凑，减少导轨滑槽21尺寸和重量，达到力和行程的最佳搭配。
60.如图6所示，主推滑块12配合主推滑槽11的两个面上分别设有第一耐磨板121，导轨滑块22配合导轨滑槽21的两个面上分别设有第二耐磨板221，第一耐磨板121和第二耐磨板221均为聚四氟乙烯板或耐磨钢板，所述转轴3和所述主推滑块12之间设有轴承31，所述轴承31为滚动轴承或者滑动轴承。
61.如图1至图3所示，吊梁2包括主梁24和连接于其顶部的导梁23，导梁23和主梁24之间设置导轨滑槽21，导梁23焊接在主梁24上，吊杆1铰接于主梁24中部，至少一个油缸41设置在主梁24顶部，伸缩杆42的运动方向与导轨滑槽21的设置方向重合。
62.如图1至图3和图5所示，导梁23包括左箱梁231和与其相对设置的右箱梁232，左箱梁231和右箱梁232之间具有容纳空间234，容纳空间234能够设置油缸41，左箱梁231和右箱梁232之间通过若干个连接梁233连接为一体，可采用焊接或者栓接的方式，左箱梁231的至少一侧和/或右箱梁232的至少一侧设置油缸41，本实施例仅图示了一个油缸41设于容纳空间234的情况，实际上左箱梁231的两侧和右箱梁232的两侧共三个位置都可以设置油缸41，油缸41为多个时，可以设置在主梁24的一端，同时提供推力或者同时提供拉力，或者分别设于所述主梁24的两端，一端的油缸41提供推力时，另一端的油缸41提供拉力。
63.本实施例所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，通过油缸41、转轴3、主推滑槽11、主推滑块12、导轨滑槽21和导轨滑块22形成连杆滑块机构，通过油缸41驱动主推滑块12和导轨滑块22在对应的滑槽内运动，从而推动吊杆1与吊梁2绕铰接点旋转，达到改变吊杆1与吊梁2夹角的目的，实现单叶片吊具倾斜角度的调整，即实现摇摆功能；导轨滑块22在导轨滑槽21内运动时，沿滑槽方向主要受摩擦力作用，沿滑槽法向方向主要受主推滑块12在该方向的分力作用，作用力较小，主推滑块12安装在主推滑槽11内，沿主推滑槽11内往复运动时主要受油缸41的推拉力作用，用以改变吊杆1与吊梁2的夹角大小所需的力较小，该连杆滑
块机构可选用单台小驱动力的油缸41，具有良好的经济性，可靠性和安全性。
64.实施例2
65.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，主梁24顶部设有若干个油缸41，所有的伸缩杆42设于容纳空间234内，所有油缸41位于主梁24的一端(如图7所示)，同时提供推力或者同时提供拉力，或者主梁24的两端分别设有油缸41(未图示)，一端的油缸41提供推力时另一端的油缸41提供拉力。
66.实施例3
67.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，导梁23为一整体结构，沿主梁24中线设置，导梁23的两侧的主梁24位置中，至少一侧的位置用于设置至少一个油缸41，所有油缸41位于主梁24的一端(如图8所示)，同时提供推力或者同时提供拉力，或者主梁24的两端分别设有油缸41(未图示)，一端的油缸41提供推力时另一端的油缸41提供拉力。
68.实施例4
69.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例3的不同之处在于，本实施例中，直线驱动部件采用气缸系统替换其中的油缸系统(未图示)，气缸系统的连接和布置方式不变。
70.实施例5
71.如图9所示，本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例4的不同之处在于，本实施例中，直线驱动部件采用丝杠系统替换其中的油缸系统或气缸系统。
72.具体地，丝杠系统包括丝杆51和驱动部件53，驱动部件53包括电机(在本实施例中电机为普通电机)、减速器和联轴器，丝杆51通过第二安装座52固定在主梁24顶面，驱动部件53也固定在主梁24顶面，电机连接减速器，减速器连接联轴器，联轴器连接丝杆51，丝杆51螺纹连接丝杆螺母，丝杆螺母作为运动件，即转轴3转动连接在丝杆螺母上，丝杆51可采用滚珠丝杠，电机可采用伺服电机，第二安装座52和丝杆51之间设有轴承。
73.另一种具体方式，转轴3直接作为运动件，沿转轴3径向设置螺纹通孔，丝杆51螺纹连接转轴3，丝杆51的转动使转轴3沿丝杠移动。
74.在本实施例中，电机还可以采用变频电机，当采用变频电机时可取消减速器，电机与联轴器直接连接。
75.通过电机转动带动丝杆51转动，丝杆51驱动运动件沿丝杆51运动，从而能够带动转轴3做直线往复运动。
76.实施例6
77.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例5的不同之处在于，本实施例中，直线驱动部件采用齿轮齿条系统替换其中的油缸系统或汽缸系统或丝杠系统(未图示)。
78.具体地，齿轮齿条系统包括齿轮和与其啮合的齿条、以及电机(在本实施例中电机为普通电机)，齿轮和电机设置在主梁24上，齿条滑动连接于主梁24上，电机连接减速器，减速器连接联轴器，联轴器连接齿轮的轴，齿条连接运动件，运动件转动连接转轴3，电机可采用伺服电机。
79.在本实施例中，电机还可以采用变频电机，当采用变频电机时可取消减速器，电机
与联轴器直接连接。
80.通过电机转动带动齿轮转动，齿轮驱动齿条直线运动，从而能够带动转轴3做直线往复运动。
81.实施例7
82.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例6的不同之处在于，本实施例中，直线驱动部件采用链轮链条系统替换其中的油缸系统或汽缸系统或丝杠系统或齿轮齿条系统(未图示)。
83.链轮链条系统包括链轮和与其配合的链条、以及电机(在本实施例中电机为普通电机)，链轮和电机设置在主梁24上，电机连接减速器，减速器连接联轴器，联轴器连接链轮的轴，链条直接连接转轴3，电机可采用伺服电机。
84.在本实施例中，电机还可以采用变频电机，当采用变频电机时可取消减速器，电机与联轴器直接连接。
85.通过电机转动带动链轮转动，链轮驱动链条转动，从而能够带动转轴3做直线往复运动。
86.实施例8
87.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例7的不同之处在于，本实施例中，直线驱动部件设置在吊杆1上(未图示)。
88.实施例9
89.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构，与实施例1至实施例7的不同之处在于，本实施例中，吊杆1和吊梁2上分别设有直线驱动部件(未图示)。
90.实施例10
91.本发明所述的一种风机叶片吊具摇摆机构的摇摆方法，利用如实施例1至实施例9中任一项所述的风机叶片吊具摇摆机构，该方法包括以下步骤：
92.直线驱动部件的运动端带动转轴3沿直线运动，使主推滑块12在主推滑槽11中移动，同时使导轨滑块22在导轨滑槽21中移动，推动吊梁2和吊杆1绕铰接点转动，即带动叶片01在竖直面内转动。
93.本实施例所述的一种风机叶片吊具摇摆机构的摇摆方法，通过直线驱动部件、转轴3、主推滑槽11、主推滑块12、导轨滑槽21和导轨滑块22形成连杆滑块机构，通过直线驱动部件驱动主推滑块12和导轨滑块22在对应的滑槽内运动，从而推动吊杆1与吊梁2绕铰接点旋转，达到改变吊杆1与吊梁2夹角的目的，实现单叶片吊具倾斜角度的调整，即实现摇摆功能；导轨滑块22在导轨滑槽21内运动时，沿滑槽方向主要受摩擦力作用，沿滑槽法向方向主要受主推滑块12在该方向的分力作用，作用力较小，主推滑块12安装在主推滑槽11内，沿主推滑槽11内往复运动时主要受直线驱动部件的推拉力作用，用以改变吊杆1与吊梁2的夹角大小所需的力较小，该连杆滑块机构可选用单台小驱动力的直线驱动部件，具有良好的经济性，可靠性和安全性。
94.实施例11
95.本发明所述的一种风机叶片吊具，包括夹持机构6、缆风机构7、设备平台8和如实施例1至实施例9中任一项所述的风机叶片吊具摇摆机构，夹持机构6和缆风机构7均设置在吊梁2上，夹持机构6连接设备平台8，夹持机构6用于夹持叶片01，缆风机构7用于锚定叶片
01，设备平台8上设置有动力设备和控制设备。
96.本发明所述的一种风机叶片吊具，通过连杆滑块机构，使用单台小驱动力的直线驱动部件即可实现吊杆1与吊梁2之间的摇摆转动，调节两者之间夹角的大小，具有良好的经济性，可靠性和安全性，该吊具结构简单，使用方便，效果良好。
97.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。