一种可变径桁架的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可变径桁架（1000），其包括：多个相互耦接的交叉臂从而形成环形，每个交叉臂包括两个臂(100、200)，这两个臂相互交叉并在其中心处相互铰接；在每个交叉臂的一侧，交叉臂中的两个臂的两个端部分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接，在每个交叉臂的另一侧，交叉臂的两个臂的另外两端分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接；从而使得在外力的作用下，可变径桁架(1000)所形成的环形的直径能够变化。
【专利说明】一种可变径桁架
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可变径桁架，具体地说，涉及一种用于在变径风电机组塔筒壁的外侧的可变径桁架。
【背景技术】
[0002]风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到重视。利用风力发电装置可以将风能转换为电能。风力发电所需装置主要包括风轮、发电机组和钢铁制成的塔筒。塔筒是支撑风轮和发电机组的构架，为了获得较大和较均匀的风力，塔筒高度通常设置为80?100米或超过100米，而且随着塔筒高度增加，塔筒直径逐渐减小，在我国，1.5MW主流风力发电机组的塔筒底部直径为4.5米，而塔筒顶部直径为2.4米。
[0003]现有技术中，在进行风电设备维护时，通常采用磁力攀爬车将维修人员、装备和零件送达到塔筒的任意指定高度，并安全地带回地面。但是，磁力攀爬车存在一些安全隐患。由于磁力攀爬车是依靠自身磁块对塔筒壁的吸附力，根据磁块自身的性质，磁块与被吸附材质距离越近，吸附力越近越强，但是不能表面直接接触，而且一旦超出一定距离，磁块的吸附力骤降。如果磁力攀爬车在行进过程中，没有沿着竖直方向攀升，造成磁力攀爬车的左右两端距离塔筒壁的距离不一致，并且一端距离塔筒壁过远，造成吸附力骤降，可能造成磁力攀爬车从塔筒壁上脱离。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可变径桁架，该可变径桁架直径可以随着塔筒壁直径的改变而改变，可以将磁力攀爬车与可变径桁架固定在一起，以辅助磁力攀爬车沿着竖直方向爬升，并且能够将多个磁力攀爬车连接在一起，能有效避免磁力攀爬车的倾覆。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种可变径桁架，包括多个相互耦接的交叉臂从而形成环形，每个交叉臂包括两个臂，这两个臂相互交叉并在其中心处相互铰接；在每个交叉臂的一侧，交叉臂中的两个臂的两个端部分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接，在每个交叉臂的另一侧，交叉臂的两个臂的另外两端分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接；从而使得在外力的作用下，可变径桁架所形成的环形的直径能够变化。
[0006]根据本发明另一方面的可变径桁架，还包括多个磁力导向车，该多个磁力导向车固定在各个交叉臂的在可变径桁架内侧的各个铰接点处，所述磁力导向车具有车架和安装在车架上的车轮和磁块，当该可变径桁架套在钢铁制成的塔筒上时，所述磁块对钢铁的塔壁具有吸附力，并且可变径桁架通过磁力导向车的车轮与塔壁接触。
[0007]根据本发明另一方面的可变径桁架，其中，该可变径桁架能够与磁力爬壁车固定在一起，从而当该可变径桁架套在塔筒上并且磁力爬壁车沿着塔筒攀爬时，该可变径桁架随着磁力爬壁车一起移动且能够防止磁力爬壁倾覆。
[0008]根据本发明另一方面的可变径桁架，其中，所述车架由导磁材料制作，所述磁块为永磁铁。
[0009]根据本发明另一方面的可变径桁架，其中，所述磁块为多个磁块，且相邻的所述磁块的磁极相反。
[0010]根据本发明另一方面的可变径桁架，其中每个交叉臂所包括的两个臂的长度相
坐寸O
[0011]可变经桁架是圆环形，能够通过磁力吸附在由钢铁材料制成的塔壁上，且其直径随着塔的直径的变化而变化，在磁力攀爬车固定在该桁架的情况下，可变经桁架能够随着磁力攀爬车的爬行而上下移动，能有效避免磁力攀爬车的倾覆。最后，可变径桁架上可以对称安装多个磁力攀爬车，既可以增大可变径桁架与磁力攀爬车构成的系统的负载能力，又可以避免重量不对称带来的安全隐患。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
[0013]图1是本发明的一个实施例所述的可变径桁架的示意图；
[0014]图2a示出了图1所述的可变径桁架的宽臂的立体示意图；
[0015]图2b示出了图1所述的可变径桁架的窄臂的立体示意图；
[0016]图3示出了图1所述的可变径桁架的磁力导向车的立体示意图；
[0017]图4a示出了图1所述的可变径桁架的伸展状态示意图；
[0018]图4b示出了图1所述的可变径桁架的收缩状态示意图；
[0019]图5a示出了图1所述的可变径桁架的宽臂的变形示意图；
[0020]图5b示出了图1所述的可变径桁架的窄臂的变形示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将参考附图来描述本发明所述的可变径桁架的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
[0022]图1是本发明的一个实施例所述的可变径祐1架的示意图。图2a示出了图1所述的可变径桁架的宽臂的立体示意图。图2b示出了图1所述的可变径桁架的窄臂的立体示意图。图3示出了图1所述的可变径桁架的磁力导向车的立体示意图。如图1、图2a、图2b和图3所示，本发明的一个实施例所述的可变径桁架1000包括多个宽臂100、多个窄臂200、多个磁力导向车300和多个销轴400。
[0023]宽臂100包括两组平行的弧形板110和将两组弧形板110连接起来的细连接杆120，以及用于连接每组内部的多个钢板的粗连接杆130，所述细连接杆120和粗连接杆130均为空心。在本发明的一个实施例中，每组弧形板包括四个平行的弧形板110，弧形板110之间通过粗连接杆130连接。上下两组两组弧形板110通过细连接杆120连接。弧形板110所对应的圆心角为60°。采用多个平行的弧形板110，相比于实体结构可以减轻宽臂100的重量，进而减轻可变径桁架1000的重量。
[0024]窄臂200包括至少一组弧形板210和将弧形板210连接起来的细连接杆220和粗连接杆230，所述细连接杆220和粗连接杆230均为空心。在本发明的一个实施例中，窄臂200包括一组5个弧形板210，还包括将弧形板210连接起来的4根细连接杆220以及3根粗连接杆230，所述细连接杆220和粗连接杆230均为空心。弧形板210所对应的圆心角为60°。宽臂100与窄臂200的长度及弧度完全相同，且宽臂100与窄臂200上的粗连接杆在弧形板上的排列位置完全相同，均在两端和中间位置。此外，宽臂和窄臂的弧形板的形状也可以是其它形状。
[0025]宽臂100的两组弧形板之间形成有间隙，窄臂200能够穿过宽臂100的两组弧形板之间的间隙，并与宽臂100用过穿过粗连接杆的销轴400连接。在本发明的一个实施例中，窄臂200的中间粗连接杆230与宽臂100的两组弧形板110上的中间粗连接杆130的轴线重合，销轴400贯穿粗连接杆230和130，从而使得宽臂100和窄臂200能够分别绕着销轴400转动。宽臂100和窄臂200的弧心位于同一侧。此外，窄臂的弧形板的形状也可以是其它形状。
[0026]如上所述，宽臂100和窄臂200通过销轴400铰接，形成一个交叉臂，该宽臂100的两端分别与相邻的交叉臂的窄臂200的端部铰接，而该窄臂200的两端分别于相邻的交叉臂的宽臂100的端部铰接。这里，宽臂100与窄臂200的铰接是指将一个销轴贯穿宽臂100与窄臂200，使得宽臂100与窄臂200分别能够绕着该销轴转动。由此，若干个交叉臂形成圆环状结构，各个宽臂100和窄臂200的中线的交叉点的粗连接杆位于同一个圆上，各个宽臂100和窄臂200的在所述圆环状结构的外侧的铰接点位于同一个圆上，且各个宽臂100和窄臂200的在所述圆环状结构的内侧处的铰接点位于同一个圆上。
[0027]多个销轴，用于宽臂、窄臂及磁力导向车之间的交替连接。整个装置呈圆环形，在圆环状结构内侧每个铰接处均有磁力导向车。磁力导向车300与宽臂100和窄臂200的在圆环状结构内侧端部通过磁力导向车300上的销轴350连接。在本实施例中，每个磁力导向车包括四个车轮320、车架310、两根轴340、多个磁铁块330、多个弹性块331，前面的两个车轮之间设有轴340，后面的两个车轮之间亦设有轴340，轴340穿过车架上的通孔，由一根销轴340连接前后两个车架，在车架310下方设有方形槽，在方形槽内间隔分布着磁块330与弹性块331。沿着方形槽的边沿设有弹性块331，可以保护易碎的磁块330。在车架310上设有包括两个平行的弧形板，弧形板上设有轴孔，销轴350从车架310的弧形板的通孔通过，轴孔壁与轴孔垂直的方向上设有通孔，销钉从此通孔穿过起到将销轴350在车架上定位的作用。
[0028]优选地，车架310的材质为导磁材料；磁块330为永磁铁；弹性块331的材质均为橡胶。优选地，相邻的磁块330的磁极相反。首先，多块磁块330同时使用有助于增大单个磁块330的吸附力；其次，采用绝缘的弹性块331置于两个相邻的磁极相反的磁块330之间，异名磁极之间具有较高的磁感线密度，可以提高磁块330的吸附力；最后，磁块330与导磁的车架310之间可以形成磁靴，以提高磁块330的吸附力。优选地，磁块330为立方体，相对于其他形状的磁块，立方体磁块330的单位质量磁铁的吸附力最强。优选地，弹性块331的高度大于磁块330的高度I?2mm，既不影响磁块330与塔筒壁之间的吸附力，又可以避免磁块330直接吸附在塔筒壁上，以消除磁块330与塔筒壁之间的摩擦带来的影响。[0029]下面将描述本发明的一个实施例所述的上述可变径桁架的使用方法。图4a示出了图1所述的可变径桁架的展开状态示意图。图4b示出了图1所述的可变径桁架的收缩状态示意图。图5a示出了图1所述的可变径祐1架的宽臂的变形示意图。图5b示出了图1所述的可变径桁架的窄臂的变形示意图。
[0030]首先，宽臂100和窄臂200之间采用销轴固定，并与其他窄臂200和宽臂100相互连接成圆环状，同时，将磁力攀爬车2000安装在可变径桁架上，在宽臂100和窄臂200的内侧端部安装磁力导向车300，从而形成可变径桁架1000，并且在圆环形的可变径桁架上预留一个开口处。
[0031]其次，将可变径桁架1000和磁力攀爬车2000的永磁吸盘均贴紧风电塔筒壁，将预留的一处开口用销轴连接。这里，磁力攀爬车2000位于可变径桁架1000磁力导向车处，取代该位置的磁力导向车。为了避免组装后的重量不对称影响爬升效果，通常在可变径桁架1000上对称安装两个或多个磁力攀爬车2000。在本发明的实施例中，在可变径桁架1000上对称安装两个磁力攀爬车2000。为了避免磁力攀爬车2000的结构影响可变径桁架1000的伸缩运动，可以对连接磁力攀爬车2000所在位置的宽臂100和窄臂200进行变形处理。图5a和图5b所示的宽臂100'和窄臂200'与图2a和图2b所示的宽臂100和窄臂200的主要区别在于，图2a和图2b中所示的弧形的宽臂100和窄臂200变形为图5a和图5b中所示的S型的宽臂100'和窄臂200'。宽臂100'和窄臂200'的构成以及连接方式并不改变。这里，宽臂100'和窄臂200'上的各个粗细连接杆的位置保持不变，该弦长所对的圆心角为60°。
[0032]最后，驱动磁力攀爬车2000带动可变径桁架1000在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，宽臂100和窄臂200外侧端部连接所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架1000开始逐渐收缩。磁力导向车300上的磁块330提供的吸附力，可以保证可变径桁架1000始终贴紧风电塔筒，同时能有效避免磁力攀爬车2000的倾覆。当需要返回地面时，磁力攀爬车2000带动可变径桁架1000爬升至塔筒顶部后，驱动磁力攀爬车2000带动可变径桁架1000在塔筒壁上实现竖直向下运动，随着塔筒壁直径的增大，宽臂100和窄臂200外侧端部连接所成角度逐渐增大，内侧端部所成圆的直径逐渐增大，可变径桁架1000开始逐渐伸展。
[0033]根据上面的描述以及实践可知，首先，多个宽臂和窄臂宽臂、窄臂及磁力导向车铰接固定，以形成可以同步运动的圆环机构，内侧端点在同一个圆上，其直径随着圆环的伸缩而改变；其次，将可变径桁架与磁力攀爬车连接在一起，磁力攀爬车、磁力导向车均紧贴风电塔筒壁面，实现沿风电塔筒壁面的上下运动，磁力攀爬车提供动力，磁力导向车起到导向作用，由于可变经桁架是圆环形，能有效避免磁力攀爬车的倾覆。最后，可变径桁架上可以对称安装多个磁力攀爬车，既可以增大可变径桁架与磁力攀爬车构成的系统的负载能力，又可以避免重量不对称带来的安全隐患。
[0034]在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种可变径桁架，包括: 多个相互耦接的交叉臂从而形成环形，每个交叉臂包括两个臂，这两个臂相互交叉并在其中心处相互铰接；在每个交叉臂的一侧，交叉臂中的两个臂的两个端部分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接，在每个交叉臂的另一侧，交叉臂的两个臂的另外两端分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接；从而使得在外力的作用下，可变径桁架所形成的环形的直径能够变化。
2.如权利要求1所述的可变径桁架，还包括多个磁力导向车，该多个磁力导向车固定在各个交叉臂的在可变径桁架内侧的各个铰接点处，所述磁力导向车具有车架和安装在车架上的车轮和磁块，当该可变径桁架套在钢铁制成的塔筒上时，所述磁块对钢铁的塔壁具有吸附力，并且可变径桁架通过磁力导向车的车轮与塔壁接触。
3.如权利要求1所述的可变径桁架，其中，该可变径桁架能够与磁力爬壁车固定在一起，从而当该可变径桁架套在塔筒上并且磁力爬壁车沿着塔筒攀爬时，该可变径桁架随着磁力爬壁车一起移动且能够防止磁力爬壁倾覆。
4.如权利要求1所述的可变径桁架，其中，所述车架由导磁材料制作，所述磁块为永磁铁。
5.如权利要求1所述的可变径桁架，其中，所述磁块为多个磁块，且相邻的所述磁块的磁极相反。
6.如权利要求1所述的可变径桁架，其中每个交叉臂所包括的两个臂的长度相等。
【文档编号】F03D11/00GK103590985SQ201310571151
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】史国权, 曹国华, 吕琼莹, 王德民, 郝志伟 申请人:长春理工大学