一种分布式绳索耦合的液压偏航致动装置

本发明属于液压控制系统技术，重型机械传动领域，具体是涉及了一种分布式绳索耦合的液压偏航致动装置。

背景技术：

1、风力发电因其清洁无污染、低碳排放及资源分布广而成为极具潜力的可再生能源。在实际运行中，为达到最佳发电效率并最大化获取风能，风力发电机组需借助偏航系统，依据风速矢量的实时变动，快速、稳定地控制风轮叶片精准对风。

2、在风力发电机偏航的实际工况中，需要精确控制重载回转装置的回转角度、输出扭矩及设备成本，当前常见的配置方案有两种：采用电机配合多级齿轮减速机，或采用液压马达配合多级减速器。然而，电机驱动方案存在多级齿轮减速器传动效率低、可靠性差、成本高且抗冲击能力弱等弊端；液压马达驱动方案则受限于液压马达元件成本高、控制精度差以及故障诊断技术门槛高，制约了其推广应用。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种分布式绳索耦合的液压偏航致动装置。本发明可以降低偏航系统驱动结构的成本，提高传动率，保证系统的稳定性、可靠性、安全性。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一、一种分布式绳索耦合的液压偏航致动装置

4、包括偏航大齿轮、齿轮支架、油缸支架、驱动输入机构和传动组件；所述偏航大齿轮可旋转地安装在圆盘状的齿轮支架上端中心位置，齿轮支架的外周下边缘沿周向等间距固定安装有多个油缸支架，齿轮支架的外周上边缘沿周向等间距安装有多组驱动输入机构，且油缸支架的数量和驱动输入机构数量相同且相互一一对应，每组所述驱动输入机构均和偏航大齿轮相啮合，每个油缸支架的上下两部分均对称固定安装有两组所述传动组件，且每组所述驱动输入机构为对称结构，分别和对应的四组传动组件固定连接，所述传动组件包括用于传导动力的柔性绳。

5、每组所述驱动输入机构包括两组间隔对称布置的驱动组件，每组驱动组件均包括一个驱动小齿轮和两组曲轴组件，每个驱动小齿轮的上下两端分别通过齿轮轴固定连接一组对应的曲轴组件，且每组曲轴组件均固定连接一组传动组件，每个驱动小齿轮分别和偏航大齿轮相互啮合。

6、每组所述曲轴组件包括一个主轴颈和两个连杆轴颈，主轴颈和一个连杆轴颈之间、两个连杆轴颈之间各自分别通过一根曲柄固定连接，所述主轴颈和所述驱动小齿轮的齿轮轴固定连接用于传导动力，每个连杆轴颈上安装有用于绑定柔性绳的挂耳。

7、所述两个连杆轴颈分别为内连杆轴颈和外连杆轴颈，两个所述曲柄分为第一曲柄和第二曲柄，所述主轴颈和内连杆轴颈之间通过第一曲柄连接，内连杆轴颈和外连杆轴颈之间通过第二曲柄连接，内连杆轴颈和外连杆轴颈的外周上分别安装有一个轴颈挂耳，且两个轴颈挂耳朝远离主轴颈的中心方向且各自以相反方向布置。

8、每组传动组件包括活塞缸、张紧轮和柔性绳，活塞缸的活塞杆端部安装有油缸挂耳，柔性绳一端固定系在所述活塞挂耳上，另外一端绕过所述张紧轮后并固定系在内连杆轴颈或外连杆轴颈上对应的轴颈挂耳上；所述活塞缸固定在油缸支架上/下外表面，张紧轮固定在油缸支架上/下部分，四个活塞缸为第一上活塞缸、第二上活塞缸、第一下活塞缸和第二下活塞缸，第一上活塞缸和第一下活塞缸/第二上活塞缸和第二下活塞缸分别连接对应的驱动小齿轮的上下两端，当第一上活塞缸作为主动侧活塞缸缩回，第一下活塞缸则作为从动侧活塞缸伸出，第二下活塞缸则作为主动侧活塞缸缩回，第二上活塞缸则作为从动侧活塞缸伸出；当第一下活塞缸作为主动侧活塞缸缩回，第一上活塞缸则作为从动侧活塞缸伸出，第二上活塞缸则作为主动侧活塞缸缩回，第二下活塞缸则作为从动侧活塞缸伸出；且每个活塞缸的活塞杆均朝向对应的油缸支架布置。

9、每根柔性绳一端分别固定连接至对应活塞缸的活塞杆端部的活塞挂耳上，另一端分别绕过对应的张紧轮后环形地绕制在位于油缸支架同一部分两个内连杆轴颈/外连杆轴颈之间后固定安装在内连杆轴颈/外连杆轴颈的轴颈挂耳上，且每个张紧轮和对应内连杆轴颈/外连杆轴颈的轴颈挂耳不在同一条垂直线上，使得通过拉动柔性绳带动对应连接的内连杆轴颈/外连杆轴颈转动。

10、四根所述柔性绳分为第一上柔性绳、第二上柔性绳、第一下柔性绳和第二下柔性绳，每组驱动输入机构的两个驱动小齿轮为第一驱动小齿轮和第二驱动小齿轮，四个曲轴组件为第一曲轴、第二曲轴、第三曲轴和第四曲轴，第一曲轴和第三曲轴、第二曲轴和第四曲轴分别和第一驱动小齿轮、第二驱动小齿轮对应连接，第一上柔性绳经第一上张紧轮张紧后绕制第一曲轴和第二曲轴位于上方的内连杆轴颈之间后固定系在第一曲轴位于上方的内连杆轴颈的轴颈挂耳；第二上柔性绳经第二上张紧轮张紧后绕制第一曲轴和第二曲轴位于上方的外连杆轴颈之间后固定系在第二曲轴位于上方的外连杆轴颈的轴颈挂耳；第一下柔性绳经第一下张紧轮张紧后绕制第三曲轴和第四曲轴位于下方的内连杆轴颈之间后固定系在第三曲轴位于下方的内连杆轴颈的轴颈挂耳；第二下柔性绳经第二下张紧轮张紧后绕制第三曲轴和第四曲轴位于下方的外连杆轴颈之间后固定系在第四曲轴位于下方的外连杆轴颈的轴颈挂耳。

11、同一个驱动小齿轮固定连接的两组曲轴组件的曲柄互相垂直布置，即当第一曲轴的两个曲柄均平行于油缸支架时，第三曲轴的两个曲柄均垂直于油缸支架，即当第二曲轴的两个曲柄均平行/垂直于油缸支架时，第四曲轴的两个曲柄均垂直/平行于油缸支架；第一曲轴和第二曲轴关于各自中心的中垂线对称布置，且第三曲轴和第四曲轴关于各自中心的中垂线对称布置；第一曲轴和第二曲轴/第三曲轴和第四曲轴中两个用于固定连接柔性绳的轴颈挂耳设置为均朝向同一方向。

12、二、一种分布式绳索耦合的液压偏航致动装置的驱动方法

13、所述驱动方法包括：

14、通过活塞缸伸缩带动对应连接的柔性绳拉动对应连接的外连杆轴颈/内连杆轴颈转动，通过各自对应的主轴颈带动连接的驱动小齿轮转动，进而带动偏航大齿轮转动。

15、所述驱动方法具体为：

16、通过控制两个作为主动侧活塞缸的活塞杆缩回，通过对应的柔性绳经张紧轮拉动对应曲轴组件的的轴颈挂耳，另外两个作为随动侧活塞缸的活塞杆配合伸出，进而转化为对应的曲轴组件的回转运动，从而驱动对应的驱动小齿轮转动，进而带动偏航大齿轮转动；

17、当位于两个驱动小齿轮同一侧的两个曲轴组件中各自的两个曲柄旋转至互相平行且均垂直于油缸支架时，每个驱动小齿轮对应连接的两个活塞缸的主动从动关系互换，通过另外一侧的作为主动侧活塞缸的活塞缸提供动力通过惯性继续转动。

18、本发明的有益效果为：该装置利用绳索传动的灵活性打破了液压缸安装的空间限制，消除了机械传动间隙，具有结构简单，成本低，可靠性好，具有一定抗冲击能力，可供大扭矩和可控回转角度。本发明采用多组驱动输入机构沿周向分布式布置，各组之间相互独立且不相互影响，既可协同输出大扭矩，而且单组即使存在故障也不影响整体偏航功能，提高了系统的安全性和可靠性。每个驱动小齿轮上下两端均连接曲轴组件，两组相位差90°的曲柄及对应的液压缸主从切换能够消除传统曲轴机构的“死点”问题，进而实现连续平稳的回转运动。柔性绳经张紧轮导向并绕制于连杆轴颈挂耳产生随动侧液压缸的预设预紧力，始终保证绳索处于绷直张紧状态，消除了传动回差，提升了偏航对风的控制精度。此外，液压缸可灵活布置于油缸支架的上下表面，绳索走向可自由调整，降低了安装空间要求，便于在现有风力发电机偏航系统上进行改造。整个装置传动链短，零部件少，维护方便，且绳索的柔性缓冲特性在一定程度上吸收负载波动，对不同工况的适应性强，为大型风力发电机提供了一种高性价比、高可靠性的偏航驱动解决方案。

19、该装置利用绳索传动的灵活性打破了液压缸安装的空间限制，消除了机械传动间隙，具有结构简单，成本低，可靠性好，具有一定抗冲击能力，可供大扭矩和可控回转角度。