CN105307968A - 用于高效绞车的改进型滑轮 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于绞车的改进型滑轮（2），与包含在入口部分（11）和出口部分（12）之间的绳索（1）的至少一部分接触，所述入口部分（11）连接于工作负载，所述出口部分（12）连接于阻抗负载，其特征在于，该滑轮包括多个周边支承件（3、4、5、6），所述周边支承件的变形是取决于所述绳索（1）的部分的长度变化。

Description

用于高效绞车的改进型滑轮

技术领域

本发明涉及一个运用在高效绞车上的改良版滑轮，该种绞车被用于通过牵引力来传递机械能，所述牵引力施加在与移动负载相连的绳索上。

背景技术

高效绞车有几项用途，抬升或者移动负载物，拖拉绳索来通过一根改装为卷绕方式的绳索传递能量。

近年来，用于传递能量的绞车在风能管理领域的使用，重要性日显。其中，与交流发动机和电力电子装置连接的绞车，用于从风中获取动能，并把产生的机械能转换成电能。

从与一个移动负载相连的绳索上重新获得机械能，依赖于一个运行的绞车的效能。对运行绞车来说，小比例的能量意味着移动的滑轮和绳索急剧升温。

从风中获取能量的过程需要使用高阻抗绳索。绳索的拉力由在横向风中飘荡的风筝的抬升产生。表面有绳索缠绕的滑轮或者绞盘，因绳索本身解开产生的力量发生旋转。绳索的机械张力与其从滑轮上解开舒张的速度，结合在一起产生出机械能。

表面有绳索缠绕的滑轮或者绞盘，因绳索本身解开产生的力量发生旋转。该过程中，绳索，与滑轮或者绞盘接触表面的摩擦力，使风的动能先被转换成机械能；然后通过与绞车相连的交流发电机，机械能被转换成电能。

在这个转换过程中，当滑轮接触面升温时，能量损失发生，绳索的内部温度升高，温度过高时会减弱机械性能。

传统的绞车由于其低效性，不适合传送大量的能量。高效能的绞车配备了高阻抗的绳索时，即便相对来说只是很小一部分能量的损失，都会造成严重的情况。例如，效能为97%、用于控制1.5兆瓦功率的一台绞车，会产生45千瓦的热量流，必须以适当的方式驱散，防止绳索升温过分剧烈。热量流主要来自绳索和滑轮之间的摩擦，连同产生了由旋转部件的轴承产生的损耗。

绳索内部的摩擦因不同线和穗（braids）的扭曲变形和相对位移而发生，这些线和穗构成绳索，被几何排列以相互刮擦。在另一方面，绳索与滑轮之间的摩擦力是绞车从绳索上获取能量的必要部分，而摩擦力是取决于绳索和滑轮之间的相对位移，该摩擦力需要减少到最小。

一种高效绞车的结构必须符合两点：绳索沿绞车移动受限于张力梯度，该张力梯度与依赖于组成绳索材料特性的畸变梯度相关联；所述绳索旋转多次缠绕在滑轮上，假定所述滑轮绕其纵轴旋转，必然转变为与所述主传输力的方向垂直，例如沿着所述滑轮的纵轴，以防止绳索的一部分（section）因重叠而产生不同弯曲。

WO2011121272公开了涉及第一点的应用，旨在于获得更均匀的畸变梯度，这样绳索压力小且遭受减弱效果。这个问题由两个共同穿透（co-penetrating）滑轮解决，其中一个滑轮，具有在绳索和绞盘之间的不连续接触表面。

FR1105165公开了涉及第二点的绞车结构，所述绞车包括有圆柱凹槽的滑车，所述凹槽的直径随着绳索上的不同形变状态而逐渐增加或减少，这样直径越大的凹槽与绳索的一部分接触，就会承受高度张紧状态，反之亦然。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有问题，通过提供一种用于高效绞车的改进型滑轮，有利于能量生产率提高，摩擦现象产生的能量损耗减少，并有利于绳索磨损减少。

本发明的上述及其他目的和优势，由下述描述，通过与所述绳索的一部分接触并在权利要求1中请求保护的改进型滑轮取得。所述绳索包含在连接工作负载的一端和连接阻抗负载的另一端之间。所述滑轮包括多个相对于其至少一个主惯性轴（inertialaxis）弹性作用的周边支承件（peripheralsupport）。本发明优选实施例和非常规变化是从属权利要求的保护主题。

所公开的权利要求是本发明说明书整体部分。

在不偏离本发明所公开的权利要求的范围下，可对所描述的进行多种变化和修改（例如与形状、大小、布置、具有等同功能的部分）。

参照附图，本发明通过一些作为非限制示例的优选实施例，将被更好地描述。

附图说明

图1示出了依据本发明连接于绳索的滑轮的示意图；

图2、3示出了图1中属于连接于滑轮的每个周边支承件的部分示意图；

图4示出了图1中滑轮的前视图；

图5示出了图4中沿平面上的V-V线的截面视图；

图6示出了属于图4的放大部分VI；

图7示出了属于图5的放大部分VII；

图8示出了沿图5中平面X-Z的a、b、c的不同连接结构，该连接在属于连接于图1中滑轮的每个周边支承件部分之间；

图9示出了图8的a、b、c结构示意图；

图10示出了图1中此类几个滑轮的联合系统；

图11示出了本发明第二实施例的周边支承件的示意图；

图12示出了前述附图周边支承件的前视图；

图13示出了沿图12中XIII-XIII线的截面图；

图14示出了图11周边支承件工作原理的侧视图；

图15示出了属于图11周边支承件的移动插件（prismaticinsert）的示意图；

图16示出了图15的所述插件的侧视图；

图17示出了本发明第三实施例的周边支承件的示意图；

图18示出了前述附图的部分示意图；

图19示出了图17周边支承件的前视图；

图20示出了沿图19中XX-XX线的截面图；

图21示出了图17周边支承件变化的示意图；

图22示出了图21的部分示意图。

具体实施方式

参照图1，可留意的是一绳索1至少一部分是包含在入口部分11和出口部分12，其通过绕一滑轮2旋转一小部分来实现缠绕。

所述滑轮2由圆盘21构成，所述圆盘21配备中心孔22，所述中心孔22以连接于高效绞车（未示出）上的轴（未示出）为中心并与之连接。

所述绳索的入口部分11和出口部分12，根据张力梯度，分别连接至一工作负载（未示出）和一存储设备（未示出）或者另一阻抗负载。所述张力梯度在所述入口部分11建立了最大张力值，并在所述出口部分12建立了最小值或空值。

优选地，依据本发明用于绞车的改进型滑轮2与绳索1至少一部分接触，所述绳索包含在连接于工作负载的入口部分11和连接于阻抗负载的出口部分12之间，所述滑轮2包括多个周边支承件3、4、5、6，所述周边支承件3、4、5、6因这个张力梯度，依赖于绳索1自身部分的长度变化而形变。

参照图1、2、3，可留意的是所述圆盘21通过沿这个圆盘21圆周均匀布置的多个周边支承件3来支承绳索1部分。

每个周边支承件包括：

-由至少一个尖端（tip）构成的结构31，该结构31为了相对于第一惯性轴为细长、灵活，并相对于第二惯性轴为肥胖、坚硬而成锥形，在其末端配备有孔311（隐藏）和312；

-至少一个移动插件32，包括一横向槽321和一盲孔322，具有锥形背表面323。

参照图4-7，每个周边支承件3通过所述尖端31与所述圆盘21的周边连成一体。所述尖端31经销33连接于所述圆盘21，所述销33插入所述尖端31上的所述孔311，以及所述圆盘21外周壁上的孔23（例如图5）。所述移动插件32经销34连接于所述尖端31，所述销34插入所述尖端31上的所述孔312，以及所述移动插件32的盲孔322。

所述绳索1通过旋转一小部分经接触每个移动插件32的背表面323而缠绕在所述滑轮2上。

参照附图8、9，可留意的是每个周边支承件3依据尖端31与移动插件32的连接方式，可相应产生柔性接触（flexibleengagement）a、刚性接触b和机构c。

根据本发明第一实施例的变化，每个周边支承件3经保险杆35、36弹性连接于相邻的两个支承部，所述保险杆35、36由圆柱形螺旋弹簧构成（如图2），设置在每个移动插件32的各自壁上，切线运行在相对于滑轮2旋转轴正交的X-Y平面（如图4），以使滑轮2具备有由周边支承件3构成的弹性链。

依据这实施例的变化，这个尖端31包括至少一个斜杆，所述斜杆通过相对于其接触端的弹性形变来矫直（straighten）。

每个移动插件32的背表面323配备有至少一圆周凹槽317，用以导引绳索1（如图7）。

本发明的第二实施例描述如下。

如图11-16，可留意所述圆盘21（未示出）通过多个周边支承件4沿所述圆盘21圆周均匀布置的方式，来支承绳索1（未示出）的一部分。

所述圆盘21包括由圆柱带24组成的周边圆环，一凸缘25设于所述圆柱带24上，所述凸缘25上穿过一串圆柱孔251，所述圆柱孔251依照滑轮2旋转轴为中心均匀布置在圆周上。

该凸缘25的每个侧壁252、253包括均匀布置的一串凹槽254，所述凹槽254包括依照该圆周孔251为中心的半圆形部分，并与一对远离该凸缘25外缘的直线运动部分相切（如图14）。

每个周边支承件4包括：

-由一对趋向于U型弯曲的谐波电缆组成的结构41，所述谐波电缆相对于自身与凹槽254的接触端经自身弹性变形，用于形成辐射连接；

-移动插件42，受限于所述侧壁421、422，包括一对用于容置屏蔽谐波电缆（blockedharmonicwires）41端的直线槽423。

该移动插件42为移动部件，随由张力梯度产生的绳索部分的拉伸而移动，所述张力梯度产生在包含于滑轮2的入口和出口之间的部分。

这是通过所述绳索1和移动插件42之间的相对滑动速度的减小产生，该滑动在最大值内，该最大值受每个移动插件42的背表面424对向弧长度限制。

所述移动插件42经该背表面424与绳索1接触，传输负载至其接触端在凹槽254、423内的谐波电缆41，适于形变，表现为限于其两接触端圆周面的光线（Theprosmaticinserts42incontactwiththerope1throughsuchdorsalsurface424transmittheloadtosuchharmonicwires41engagedattheendsintosuchgrooves254,423,adaptedtobedeformed,behavingasabeamwithcircularsectionconstrainedatitsendsbyadoubleengagement）。

因为所述绳索1传输负载，且依赖设于直线255的每个谐波电缆41的倾斜，每个移动插件42按照远离所述滑轮2中心的轨迹移动。这个轨迹是切向移动和径向移动合成的。

尤其是，每个移动插件42的径向移动分量的总和，与缠绕在所述滑轮2上绳索1的部分的拉伸相等。

所述单个移动插件42不仅圆周移动，且径向移动，取决于移动插件42上的负载增加，产生使得与绳索接触部分增加且与绳索解开部分减少的螺旋轨迹。

插入凹槽254、直线槽423内的每对U型弯曲谐波电缆41，在负载下，具有相对差异以使所述移动插件42旋转移动，以抵消依照所述滑轮的相对转动，因而确保背表面424与绳索1之间成不变的切线对齐，且所述接触面和相关附着没有减少。

依据本发明实施例的优选结构，一滑轮2包括120个移动插件42，该凹槽254相对于定位于滑轮中心的圆周的径向呈17.5度倾斜。

该移动插件42的设置可达到最小直径的结构，以避免所述滑轮2在绳索1负载下损坏。这个有最小直径的结构，每个移动插件42的前壁425准确紧靠于下一个移动插件42的后壁426，因此形成一转换比预测负载更高负载的机械安全限制。

尤其是，该前壁425交联有一凹槽427，所述凹槽427内容置有由弹性材料制成的保险杆43。

每个周边支承件4经该弹性部件43连接于两个相邻支承件，目的是为了形成一弹性链。

该保险杆43使得所述移动插件42间保持接触，既在所述滑轮与所述绳索1分离后的解开部分，又在所述滑轮2的装载部分发生。并且该保险杆43在没有变化或影响下，逐步调整在与绳索1分离期间滑轮2的结构。

在空载情况下，该保险杆43可对比谐波电缆41的预装载动作，轻微地分离移动插件42并避免达到最小直径结构。

在装载情况下，该保险杆43使所述移动插件42远离移动和径向移动。

所述谐波电缆41的预装载，是在移动插件42内的直线槽423与凸缘25内凹槽254的直线部分两者之间呈约2度夹角对齐的形式完成。

该移动插件42上附着有与绳索1接触的背表面内，所述移动插件有弹性材料或全部由该材料制成，以增加所述移动插件42与所述绳索1之间的摩擦系数。因此，所述附着状态得以确保，且所述绳索1形成于单个移动插件42上的最小拉伸，经其自身变形而恢复。

本发明的第三实施例描述如下。

参照图17-20，可指出所述圆盘21（未示出）通过多个周边支承件5沿所述圆盘21均匀布置的方式，来支承绳索1（未示出）的部分。

所述圆盘21包括由圆柱带26组成的周边圆环，一凸缘27设于所述圆柱带26上，所述凸缘27上穿过一串圆柱孔271，所述圆柱孔271依照滑轮2旋转轴为中心均匀布置在圆周上。

该凸缘27的每个侧壁272、273包括均匀布置的一串凹槽274，通过相对于经过所述滑轮2中心的直径，倾斜一定角度的邻边275，来界定每个周边支承件5摆动角度（如图17）。

每个周边支承件5包括：

一包含有一对倾斜的连接棒的结构51，相对于其在穿过销511的孔271内的铰接端旋转，实现径向对齐，并通过沿该销511的轴运动的一弹簧512来挤压所述邻边275；

一移动插件52，具有连接至该移动棒51自由端的销521。

该移动插件52和移动插件42表现方式相同，允许缠绕在所述滑轮2上的绳索1的部分具有相同拉伸。

该连接棒51，相对于径向方向倾斜，能在所述绳索张紧动作下，相对于沿销511的自身支点（fulcrum）旋转，使得所述移动插件52移动，以增加远离所述滑轮中心的距离，之后所述绳索拉伸。

该销521的旋转轴，位于绳索1相对于所述移动插件52背表面524的接触点上方。据此，在所述绳索1压力下，所述移动插件52旋转，保持与该背表面524接触的绳索1的部分的长度不变。

所述绳索的张紧对比动作，提供给预装载弹簧512的刚性（Thetensioncontrastingactionoftheropeisgiventothestiffnessofsuchpre-loadedelasticspring512）。

该周边支承件5包括一对保险杆53，用于实现与所述保险杆43相同的功能。

参照图21、22，可留意到本发明实施例的变化在于一周边支承件6，所述周边支承件6包括一装载弹簧612，该装载弹簧612沿设于一对连接棒61的偏置点的销613的轴动作，有可能产生非线性弹性响应，并在该连接棒61相对于销611旋转期间增加。

移动插件62包括配备有孔的弧形背表面624，用于增加抓取所述绳索1的附着性。

由弹性材料制成的保险杆63经螺钉固定于该移动插件62。

多个周边支承件3、4、5、6，使绳索1与滑轮2之间的接触是非连续的，能产生一张力梯度，所述张力梯度沿包含在入口部分11和出口部分12之间的绳索1的部分呈离散。

所述滑轮2，与多个周边支承件3、4、5、6相结合，实现本发明的目的，使得缠绕在所述滑轮2周边的绳索1的张力梯度变得离散。

尤其是，所采用的方案抵消沿不与所述周边支承件3、4、5、6接触的绳索的部分的张力梯度。

每个周边支承件3、4、5、6的径向剖面，在平面X-Z中测量（如图5），是符合一指数函数，该指数函数适用于沿所述绳索1变换的张力梯度。

每个周边支承件3、4、5、6与负载传感器结合，该负载传感器检测形变状态并计算所述绳索1产生的负载线。

所述弹性行为，由在所述滑轮2上的周边支承件3、4、5、6产生，用于一绞车；所述绞车包括一设备（未示出），其在拉紧时，能保存并快速释放来自高张力部分11或低张力部分12的一定数量的所述绳索1。

一绞车，包括至少一配备有周边支承件3、4、5、6的滑轮2，支承并导引一次旋转缠绕的绳索1，该绳索1保存在低张力状态。

一绞车，包括n个配备有周边支承件3、4、5、6的滑轮2，至少2个滑轮是电动的。

一绞车，包括四个电动滑轮2，所述滑轮2配备有周边支承件3、4、5、6，所述滑轮2设于一理想矩形的顶点（如图10）。

一绞车，包括四个电动滑轮2，所述滑轮2配备有周边支承件3、4、5、6，所述滑轮2沿旋转轴设置，所述旋转轴不是相互平行的。

Claims (15)

1.一种用于绞车的改进型滑轮（2），与包含在入口部分（11）和出口部分（12）之间的绳索（1）的至少一部分接触，所述入口部分（11）连接于工作负载，所述出口部分（12）连接于阻抗负载，其特征在于，该滑轮包括多个周边支承件（3、4、5、6），所述周边支承件（3、4、5、6）的变形是取决于所述绳索（1）的部分的长度变化。

2.根据权利要求1所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述周边支承件（3、4、5、6）包括至少一结构（31,41,51,61），用于支承至少一个附着在所述绳索（1）的部分的移动插件（32、42、52、62）。

3.根据权利要求2所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述结构（31、41、51、61）形成为限制所述移动插件（32、42、52、62）依据切线方向与径向方向的合成方向移动的结构。

4.根据权利要求1-3之一所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述周边支承件（3）包括至少一锥形尖端，以相对于第一惯性轴为细长、灵活，并相对于第二惯性轴为肥胖、坚硬。

5.根据权利要求4所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述周边支承件（3）的所述尖端具有与所述滑轮（2）旋转轴平行的第一惯性轴。

6.根据权利要求5所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述绳索的一部分经至少一所述移动插件（32）径向连接于所述尖端。

7.根据权利要求1-6之一所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述移动插件（32）的背表面（323）配备有至少一个导引所述绳索（1）的圆周凹槽（327）。

8.根据权利要求2所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述结构（31）包括至少一个倾斜尖端，用于经相对于其接触端弹性形变而径向对齐。

9.根据权利要求2所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述结构（41）包括至少一对倾斜的U型弯曲谐波电缆，用于经相对于其接触端弹性形变而径向对齐。

10.根据权利要求2所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述结构（51）包括至少一对倾斜的连接棒，用于经相对于其弹性铰接端旋转而径向对齐。

11.根据权利要求3所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述结构（61）包括至少一对倾斜的连接棒，用于经相对于其弹性铰接端旋转而径向对齐，所述连接棒对比于中间点是弹性的。

12.根据权利要求1-11之一所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个周边支承件（3、4、5、6）经保险杆（35、36、43、53、63）与两个相邻周边支撑件连接，以形成弹性链。

13.根据权利要求12所述的改进型滑轮（2），其特征在于，所述弹性部件（35,36）为圆柱形螺旋弹簧。

14.根据权利要求1-13之一所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述周边支承件（3、4、5、6）的径向剖面，在平行于所述滑轮（2）旋转轴的平面X-Z中测量，是符合一指数函数，该指数函数适用于沿所述绳索1变换的张力梯度。

15.根据权利要求1-14之一所述的改进型滑轮（2），其特征在于，每个所述周边支承件（3、4、5、6）与负载传感器结合，该负载传感器检测形变状态并计算所述绳索1产生的负载线。