一种风电偏航分布式电液直驱回转装置

技术领域

本发明属于液压控制系统技术领域，特别是涉及了一种风电偏航分布式电液直驱回转装置。

背景技术

液压技术是现代工业技术中应用广泛的一种传动及控制技术，具有功率密度高，系统响应快等诸多优点。在风电偏航实际应用中，要求准确控制重载回转装置的回转角度、回转扭矩和设备成本，目前常见配置：采用电机结合多级齿轮减速机或采用液压马达结合多级减速器；但是，在电机驱动方案中，多级齿轮减速器传动效率底、可靠性差、成本高以及抗冲击能力弱是该方案的弊端，在液压马达驱动方案中，液压马达元件成本高，控制精度差，故障诊断技术门槛高限制其推广应用。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种风电偏航分布式电液直驱回转装置，输入油缸运动方向、位移行程、以及可调节的油压，驱动油缸活塞杆头部的滚柱/滚轮在固定支承环的导向槽斜面滚动，导向槽斜面反作用于油缸、油缸支架及回转支承环，使得回转支承环受到周向力，设计不同导向槽斜面角度、油缸推力大小及其作用力半径，可调控回转支承回转扭矩以及回转角度。

本发明所采用的技术方案如下：

装置包括固定支承环、回转支承环和一圈电液执行器组；回转支承环可滑动或滚动地同轴安装在固定支承环上，电液执行器组主要由若干个电液执行器沿着回转支承环的周向均匀间隔排布形成，每个电液执行器的上部和下部分别固定安装在回转支承环的上、下表面，固定支承环位于回转支承环和电液执行器之间，且电液执行器可沿着固定支承环周向移动地连接在固定支承环上。

所述的电液执行器包括一个油缸支架和若干个油缸驱动部件；U形油缸支架的上、下表面均开设有通孔，固定支承环和回转支承环位于油缸支架的开口处，油缸支架的上、下两端分别固定安装在回转支承环的上、下表面；各个油缸驱动部件沿着回转支承环的周向均匀间隔排布地连接在油缸支架上；

所述每个油缸驱动部件主要由两个油缸、滚动件和电液驱动单元组成；两个油缸以油缸支架中间两端对称布置，两个油缸的缸体分别固定安装在油缸支架的上、下两端，油缸的活塞杆穿设过油缸支架的通孔后伸入到油缸支架的开口处，且油缸的活塞杆呈竖直布置；两个油缸的末端均连接有活塞杆耳环，两个活塞杆耳环之间通过滚动件连接，滚动件可沿着固定支承环周向移动地连接在固定支承环上；电液驱动单元安装在油缸支架上，电液驱动单元的出口与油缸的入口连通，电液驱动单元用于为油缸供油。

所述固定支承环的外周设有一圈连续的波浪形凹槽或波浪形凸起。

当所述固定支承环的外周开设有一圈连续的波浪形凹槽；所述滚动件主要由滚柱组成，U形油缸支架的中间板上开设有条形孔；上方油缸的活塞杆耳环设置在下方油缸的活塞杆耳环的开口处，滚柱的里端依次穿设过油缸支架的条形孔和两个活塞杆耳环的开孔后，可活动地卡设在固定支承环的波浪形凹槽内，滚柱的外端连接在油缸支架的条形孔位置处；油缸用于为滚动件提供驱动力，使得滚柱在活塞杆的驱动下，可沿着波浪形凹槽的轨迹着绕固定支承环的外周移动，进而带动回转支承环与电液执行器同步转动。

当所述固定支承环的外周连接有一圈连续的波浪形凸起，所述滚动件主要由滚轮、轴销和轴销连接件组成；活塞杆耳环的两端通过轴销连接，滚轮设置在油缸的活塞杆耳环的开口处，且滚轮可滚动地套设在轴销上，两个活塞杆耳环上的轴销之间通过轴销连接件连接，两个活塞杆耳环内的滚轮分别可滚动地连接在波浪形凸起的上、下表面；油缸用于为滚动件提供驱动力，使得滚轮在活塞杆的驱动下，可沿着波浪形凸起的轨迹绕着固定支承环的外周移动，进而带动回转支承环与电液执行器同步转动。

所述同一个油缸驱动部件中两个油缸的运动方向保持一致。

所述波浪形凹槽/波浪形凸起的轨迹的斜面角度范围为20°至45°。

所述固定支承环固定安装在风机的底座上，回转支承环安装在风机的转动机构上。

本发明包括固定支承环，固定支承环安装在底座上，所述固定支承环同轴上部布置回转支承环，两者配合可以滑动或借助滚子滚动；回转支承环上分布若干组油缸支架，每个油缸支架上安装有若干个油缸驱动部件，每个油缸驱动部件中对向安装着2个油缸，2个油缸的活塞杆耳环由滚柱/滚轮连接，滚柱/滚轮置于固定支承环波形的导向槽斜面；电液驱动单元安装在油缸旁，通过油管连接一组对向油缸并控制其运动；

所述的固定支承环和回转支承环同轴布置，两者配合副为滑动或滚动，可为回转机构提供支撑力以及回转角度。油缸支架固定在回转支承环上，油缸支架为油缸提供支撑力；油缸固定在油缸支架上，油缸在圆周分布具有一定的相位差，由电液驱动单元推动油缸进而带动滚柱/滚轮在固定支承环导向槽上下滚动，导向槽斜面反作用于滚柱/滚轮、油缸、油缸支架和回转支承环，回转支承环受到周向力，多组油缸共同作用，使得回转支承环获得多倍的周向力。然而，竖直分力由不同相位差油缸推力的分力相互抵消。

所述若干组油缸，选定少数油缸提供反周向力，为回转机构提供背压，使得转动平稳；当回转切换运动方向前，驱动少数反周向运动油缸可以消除回转装置的机械间隙，为精准控制切换回转角度提供保障。

所述固定回转支撑外圆面的波形导向槽，其斜面为滚柱/滚轮、油缸、油缸支架及回转支承环提供反作用力——周向力，当油缸推动滚柱在导向槽的斜面上滚动时，滚柱受到斜面的反作用力，即为油缸推力的分力——周向力，当斜面较陡时，周向力大于油缸推力，斜面起到了放大力的效果。

所述若干组油缸，当电液驱动单元停机状态下，油缸可处于自锁状态，其可承受一定外部的回转冲击，并可保持回转部件锁止状态。

所述电液直驱回转装置中，若某一电液执行器失效时，利用电磁阀连通油缸两腔，可以使得油缸伸缩处于自由状态，跟随回转装置的导向槽斜面自由伸缩，不影响整理回转装置运行。

本发明的有益效果为：

1、本发明的电液直驱回转装置结构简单，成本低，可靠性高，具有一定的抗回转冲击能力，对产品维护和保养要求不高。

2、基于风电偏航分布式电液直驱回转装置，可以设计导向槽斜面角度，控制油缸位移、推力和作用半径，输出特定的回转角度和扭矩。

3、基于电液驱动单元可以控制油缸位移和推力，推动油缸活塞杆的滚柱/滚轮在固定支承环的导向槽滚动，可以放大油缸输出的周向力；此外，自锁状态下油缸具有一定的抗外界冲击和保持能力，不消耗能量。

4、基于风电偏航分布式电液执行器，当少数单元呈现反周向运行状态时，其余油缸组驱动回转能平稳运行。

5、与传统回转换向控制不同，基于分布式的电液驱动油缸组特点，回转换向前，将少数油缸组呈反周向运动处背压，待停止回转换向时，可以完全消除回转换向时装置机械间隙，精准控制回转角度。

附图说明

图1为本发明实施的内嵌式三角波形导向的电液执行器单元示结构意图；

图2为本发明实施的外凸式余弦波形导向的电液执行器单元结构示意图；

图3为本发明实施的独立分布式电液直驱回转装置的结构示意图；

图4为本发明实施的集合分布式电液直驱回转装置的结构示意图；

图5为本发明实施的内嵌式三角波形导向的回转装置的滚动件示意图；

图6为本发明实施的外凸式余弦波形导向的回转装置的滚动件示意图。

图中：1-固定支承环；2-回转支承环；3-油缸支架；4B、4A-油缸；5-滚动件；6-电液驱动单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

电液直驱回转装置包括固定支承环1、回转支承环2和一圈电液执行器组；回转支承环2可滑动或滚动地同轴安装在固定支承环1上，电液执行器组主要由若干个电液执行器沿着回转支承环2的周向均匀间隔排布形成，每个电液执行器的上部和下部分别固定安装在回转支承环2的上、下表面，固定支承环1位于回转支承环2和电液执行器之间，且电液执行器可沿着固定支承环1周向移动地连接在固定支承环1上。

电液执行器包括一个油缸支架3和若干个油缸驱动部件；U形油缸支架3的上、下表面均开设有通孔，固定支承环1和回转支承环2位于油缸支架3的开口处，且油缸支架3的开口朝向装置内侧，油缸支架3的上、下两端分别固定安装在回转支承环2的上、下表面；各个油缸驱动部件沿着回转支承环2的周向均匀间隔排布地固定连接在油缸支架3上；

每个油缸驱动部件主要由两个油缸4B，4A、滚动件5和电液驱动单元6组成；两个油缸4B，4A以油缸支架3中间两端对称布置，两个油缸4B，4A的缸体分别固定安装在油缸支架3的上、下两端，油缸4B，4A的活塞杆穿设过油缸支架3的通孔后伸入到油缸支架3的开口处，且油缸4B，4A的活塞杆呈竖直布置；两个油缸4B，4A的末端均连接有活塞杆耳环，两个活塞杆耳环之间通过滚动件5连接，滚动件5可沿着固定支承环1周向移动地连接在固定支承环1上；电液驱动单元6安装在油缸支架3上，电液驱动单元的出口与油缸4B，4A的入口连通，电液驱动单元6用于为油缸4B，4A供油。

固定支承环1的外周设有一圈连续的波浪形凹槽或波浪形凸起。

如图1和图5所示，当固定支承环1的外周开设有一圈连续的波浪形凹槽；所述滚动件5主要由滚柱组成，U形油缸支架3的中间板上开设有条形孔；上方油缸4B的活塞杆耳环设置在下方油缸4A的活塞杆耳环的开口处，滚柱的里端依次穿设过油缸支架3的条形孔和两个活塞杆耳环的开孔后，可活动地卡设在固定支承环1的波浪形凹槽内，滚柱的外端连接在油缸支架3的条形孔位置处，滚柱可沿着条形孔上下移动，滚柱的外端直径大于条形孔径，条形孔用于限制滚柱在装置径向的较大幅度移动；油缸4B，4A用于为滚动件5提供驱动力，使得滚柱在活塞杆的驱动下，可沿着波浪形凹槽的轨迹绕着固定支承环1的外周移动，进而带动回转支承环2与电液执行器同步转动。

如图2和图6所示，当固定支承环1的外周连接有一圈连续的波浪形凸起，所述滚动件5主要由滚轮、轴销和轴销连接件组成；活塞杆耳环的两端通过轴销连接，滚轮设置在油缸4B，4A的活塞杆耳环的开口处，且滚轮可滚动地套设在轴销上，两个活塞杆耳环上的轴销之间通过轴销连接件连接，轴销连接件位于波浪形凸起的外侧，轴销连接件用于限制滚轮在装置径向的较大幅度移动，两个活塞杆耳环内的滚轮分别可滚动地连接在波浪形凸起的上、下表面；油缸4B，4A用于为滚动件5提供驱动力，使得滚轮在活塞杆的驱动下，可沿着波浪形凸起的轨迹绕着固定支承环1的外周移动，进而带动回转支承环2与电液执行器同步转动。

同一个油缸驱动部件中两个油缸4B，4A的运动方向保持一致。

考虑回转装置为低速大扭矩，回转支承环直径4至5米，根据回转扭矩和速度要求，波浪形凹槽/波浪形凸起的轨迹的斜面角度范围为20°至45°。

固定支承环1固定安装在风机的底座上，回转支承环2安装在风机的转动机构上，固定支承环1用于承载支撑力与倾覆力，回转支承环2用于传递输出扭矩。

如图3和图4所示，结合风电偏航系统使用情况，固定支承环1安装在塔筒顶部法兰，回转支承环2安装机舱底座法兰，回转支承环2与固定支承环1同轴且相对滑动或者滚动，油缸支架3固定在回转支承环2，油缸4B，4A固定在油缸支架3上，油缸4B，4A对称安装并由滚动件5连接，滚柱/滚轮置于固定支承环1外圆面导向槽的斜面。电液驱动单元6通过液压软管连接一组对称安装的油缸；回转支撑环2上分布着12个油缸驱动部件，油缸驱动部件由油缸、滚动件5和电液驱动单元6组成；

在初始状态下，12个油缸驱动部件的油缸一致周向力伸出，滚柱/滚轮在固定支承环1的波形导向槽内滚动，受到导向槽斜面反作用力，斜面放大了反作用力于油缸、油缸支架3及回转支承环2的周向力，可以驱动回转支承环2转动；导向槽斜面以及油缸推力及行程可以控制回转角度和输出扭矩。

当电液驱动单元6失电时，电液执行器油缸具有自锁功能，可以保持油缸静止，通过滚柱/滚轮约束回转支承环2的自由回转。

当偏航制动力不足时，可以控制若干电液直驱执行器反向驱动作为辅助制动力。

当偏航回转换向前，可以选取油缸驱动部件①②⑦⑧逆时针周向驱动，其余油缸驱动部件③④⑤⑥⑨⑩

当某一油缸驱动部件失效时，连通油缸两腔，使油缸伸缩处于自由状态，并不影响风机偏航回转，传感器发讯可提醒及时维护信息，电液直驱执行器单元属于闭式系统，具有低维护性，各零部件属于常规液压元件，维护成本低。

由此实施工作过程可见，本发明的风电偏航分布式电液直驱回转装置，结构简单，成本低，可靠性好，具有一定的抗外界冲击能力，可控制回转角度和回转扭矩。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。