CN103362742B - 一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与四个轴承座连接，四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。本发明通过连杆的转动实现柔性风力机0～80°的翻转，并且可以自动回复，特别适用于柔性风力机。

Description

一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构

技术领域

本发明涉及一种翻转机构，特别涉及一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构。

背景技术

目前，传统的风力机的叶片是固定的，所以受风面积固定，当风速变化较大时，叶片所受的载荷变化很大，功率输出不稳定，容易损坏叶片和其它部件。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，从初始的水平位置可实现0‐80°的翻转，使风力机的叶片自动张合的适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与上底板和下底板上各四个轴承座连接，外侧的两根连杆与上底板和下底板上外侧的各两个轴承座相连接，内侧的两根连杆与上底板和下底板上内侧的各两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。

进一步地，所述内侧两根连杆、外侧两根连杆和两根限位杆的位置满足如下关系式：

α₁＝α₀+dα₁     (1)

α₂＝α₀-αα₂     (2)

$\sqrt{{({l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2)}^2+{({l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2)}^2}=d---\left(3\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{l\sin {\mathrm{\α}}_1-l\sin {\mathrm{\α}}_2}{{l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2}---\left(4\right)$

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的夹角，α0为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆2的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板与水平面的夹角。

所述上底板与水平面的夹角优选为0°，内侧的两根连杆与位于中部的限位杆相切，导轨内的弹簧处于自由状态。

所述上底板与水平面的夹角θ优选为80°。

本发明运用反平行四边形机构，在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，然后用四根连杆连接起来，通过适当设计各杆的长度和各点的运动轨迹，可以使上底板1从初始的水平位置实现0‐80°的翻转。把下底板安装在风力机轮毂上，再把叶7安装在上底板上，就可以通过该翻转机构的运动实现叶片的自动张合，锥角的变化范围为0‐80°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以通过连杆的简单转动实现一个物体0‐80°的翻转,并且可以自动回复。特别适用于柔性风力机，当风速变化较大时，叶片可以顺势张合，改变受风面积，避免了由于风力过大而使叶片发生损坏变形，而且还能更好地利用风能，保持平稳输出电压，同时降低启动风速，提高极限风速，达到功率优化的目的。

附图说明

图1为翻转机构上底板1处于初始水平状态(0°)的示意图；

图2为翻转机构上底板1处于初始水平状态(0°)的正视图；

图3为翻转机构上底板1处于翻转状态(45°)的示意图；

图4为翻转机构上底板1处于翻转状态(45°)的正视图；

图5为翻转机构上底板1处于最大翻转状态(80°)的示意图；

图6为翻转机构上底板1处于最大翻转状态(80°)的正视图；

图7为上底板1与水平面的夹角(翻转角度)θ关于内侧两根连杆2所转过的角度dα1的函数图象；

图8为翻转机构的简化模型与上底板1左右两个端点的运动轨迹图；

图9为风力机轮毂9的结构示意图；

图10为风力机轮毂9的后视图；

图11为翻转机构上底板1处于初始水平状态(0°)时柔性风力机的示意图；

图12为翻转机构上底板1处于翻转状态(45°)时柔性风力机的示意图；

图13为翻转机构上底板1处于最大翻转状态(80°)时柔性风力机的示意图。

图中示出：上底板1、连杆2、弹簧3、导轨4、限位杆5、下底板6、叶片7、机舱8、轮毂9和塔架10。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明，但是本发明的实施方式不限于此。

如图1‐6所示，一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，包括上底板1、下底板6、连杆2、弹簧3、导轨4和限位杆5；在上底板1和下底板6上分别设有四个轴承座，四根连杆2分别与上底板1和下底板6上各四个轴承座连接，外侧的两根连杆2与上底板1和下底板6上外侧的各两个轴承座相连接，内侧的两根连杆2与上底板1和下底板6上内侧的各两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆2的长度相等；外侧的两根连杆2上部和中部焊接两根限位杆5，限位杆5与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆5之间有两根中间开槽的环形的导轨4，导轨4与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆2分别穿过导轨4的开槽，两根导轨4在开槽的环形的空间内分别设有弹簧3；弹簧3的一端固定在上部的限位杆5上，另一端与内侧的连杆活动连接；当外侧的连杆2逆(顺)时针转动时，内侧的两根连杆2在导轨4的开槽中运动，逆(顺)时针转动的同时压缩(释放)弹簧3。

两根限位杆5用于限制内侧两根连杆2的转动，其中下限位杆5用于限制初始状态(0°)，上限位杆5用于限制最终状态(80°)；

如图1、图2所示，初始状态时，上底板1与水平面的夹角为0°，内侧的两根连杆2与下限位杆5相切，导轨4内的弹簧3处于最长状态，不受力。当内侧的两根连杆2逆时针转动时，内侧连杆2与水平面的夹角α₁逐渐增大，导轨4内的弹簧3被逐渐压缩，开始储蓄弹性势能，其所受的压力方向与内侧的两根连杆2垂直。同时由于内侧两根连杆2的转动带动外侧的两根连杆2也逆时针转动，外侧连杆2与水平面的夹角α₂逐渐减小，此时，上底板1由于连杆2的带动开始向前翻转，上底板1与水平面的夹角θ逐渐增大。四根连杆2的长度越短，可使翻转机构整体高度越低，有利于稳定和省材，但是当上底板1处于最大翻转状态时(如图5和图6所示)，上底板1须不挤压下底板6。如图3和图4所示，上底板1与水平面的夹角θ＝45°；如图5和图6所示，最终状态时，上底板1与水平面的夹角θ为80°，导轨4内的弹簧3被压缩到最短，所储蓄的弹性势能最大，上底板1与水平面的夹角θ由80°回复到0°为回复过程，回复过程为上述过程的逆过程。忽略四个轴承座的高度，各主要参数变量之间有以下关系式：

α₁＝α₀+dα₁      (1)

α₂＝α₀-dα₂     (₂)

$\sqrt{{({l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2)}^2+{({l\sin \mathrm{\α}}_1-{l\sin \mathrm{\α}}_2)}^2}=d---\left(3\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{l\sin {\mathrm{\α}}_1-l\sin {\mathrm{\α}}_2}{{l\cos \mathrm{\α}}_1-d+{l\cos \mathrm{\α}}_2}---\left(4\right)$

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆2和外侧两根连杆2与水平面的夹角，α₀为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆2的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板1与水平面的夹角。

上底板1与水平面的夹角(翻转角度)θ关于内侧两根连杆2所转过的角度dα₁的函数图象如图7所示。由图象中可以看出，θ与dα₁大致成线性关系，初始状态时，dα₁＝0，θ＝0；当dα₁＝27.1°时，θ＝45°；最终状态时，dα₁＝53.4°，θ＝80°。与实际情况相符。翻转机构的简化模型与上底板1左右两个端点的运动轨迹如图8所示。

如图9和图10所示分别为风力机轮毂9的结构示意图和后视图，与传统的风力机轮毂结构相似。把适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构的下底板6通过螺栓连接安装在风力机轮毂9上，再把叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，当叶片7受到风力作用时，对上底板1有一个水平向前的推力和逆时针方向的弯矩，内侧的两根连杆2逆时针转动，带动上底板1向前翻转，其运动过程如前面所述。由于叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，所以当上底板1向前翻转时，就会带动叶片7向前合拢。当叶片7所受风载减小时，上底板1所受的水平推力和弯矩也相应减小，此时由于弹簧3被压缩储蓄了弹性势能，可以产生回复力推动内侧的两根连杆2反方向顺时针转动，带动上底板1向后翻转，其运动过程即为回复过程。由于叶片7通过螺栓连接安装在上底板1上，所以当上底板1向后翻转时，就会带动叶片7向后张开。

结合前面所述的运动过程，由于该翻转机构可自动回复，通过该翻转机构的运动可以实现柔性风力机叶片7的自动张合，锥角的变化范围为0‐80°，如图11‐13所示。当风速较大时，叶片7向前合拢；当风速较小时，叶片7向后张开。通过改变受风面积，避免了由于风力过大而使风力机叶片发生损坏变形，而且还能更好地利用风能，保持平稳输出电压，同时降低启动风速，提高极限风速，达到功率优化的目的。

本发明所提供的可自动回复翻转机构不仅适用于柔性风力机上，还可以用于其它有类似运动要求的机构上，都在本发明的保护范围之内。其中上底板1的最大翻转角度由实际运动要求所决定，本实施方案用于柔性风力机上，根据其所受风载与叶片锥角的关系，最大翻转角度为80°。

Claims (4)

1.一种适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，其特征在于，包括上底板、下底板、连杆、弹簧、导轨和限位杆；在上底板和下底板上分别设有四个轴承座，四根连杆分别与上底板和下底板上各四个轴承座连接，外侧的两根连杆与上底板和下底板上外侧的各两个轴承座相连接，内侧的两根连杆与上底板和下底板上内侧的各两个轴承座相连接，外侧的两根连杆平行设置，内侧的两根连杆平行设置，外侧的连杆和内侧的连杆倾斜方向相反；四根连杆的长度相等；外侧的两根连杆上部和中部焊接两根限位杆，限位杆与两根外侧的连杆垂直连接；两根限位杆之间有两根中间开槽的环形的导轨，导轨与外侧的两根连杆平行设置；内侧的两根连杆分别穿过导轨的开槽，两根导轨在开槽的环形的空间内分别设有弹簧；弹簧的一端固定在上部的限位杆上，另一端与内侧的连杆活动连接。

2.根据权利要求1所述的适用于柔性风力机的可自动回复翻转机，其特征在于：所述内侧两根连杆、外侧两根连杆和两根限位杆的位置满足如下关系式：

α₁＝α₀+dα₁     (1)

α₂＝α₀-dα₂     (2)

$\sqrt{{(l\cos {\mathrm{\α}}_1-d+l\cos {\mathrm{\α}}_2)}^2+{(l\sin {\mathrm{\α}}_1-l\sin {\mathrm{\α}}_2)}^2}=d---\left(3\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{l\sin {\mathrm{\α}}_1-l\sin {\mathrm{\α}}_2}{l\cos {\mathrm{\α}}_1-d+l\cos {\mathrm{\α}}_2}---\left(4\right)$

其中，α₁和α₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的夹角，α₀为内侧两根连杆和外侧两根连杆与水平面的初始夹角，dα₁和dα₂分别为内侧两根连杆和外侧两根连杆所转过的角度，l为连杆的长度，d为左侧轴承座和右侧轴承座之间的距离，θ为上底板与水平面的夹角。

3.根据权利要求1所述的适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，其特征在于：所述上底板与水平面的夹角θ为0°，内侧的两根连杆与位于中部的限位杆相切，导轨内的弹簧处于自由状态。

4.根据权利要求1所述的适用于柔性风力机的可自动回复翻转机构，其特征在于：所述上底板与水平面的夹角θ为80°。