CN106429820A - 叶片夹持机械手装置及其吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片夹持机械手装置及其吊装方法，叶片夹持机械手装置包括吊架、夹持机械手、执行单元、锁定单元和限位单元；吊架上设置有至少四个吊点；夹持机械手悬空安装在吊架上并且夹持机械手设置有至少两套，夹持机械手包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂和第二机械臂均包括固定端和自由端；执行单元设置在第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端之间和/或设置在第一机械臂和第二机械臂与吊架之间；锁定单元设置在第一机械臂和/或第二机械臂的自由端并且用于实现第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端之间的联接锁定；限位单元设置在吊架上并且用于限制夹持机械手的第一机械臂与第二机械臂之间的最大张开角度。

Description

叶片夹持机械手装置及其吊装方法

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，更具体地讲，涉及一种叶片夹持机械手装置及其吊装方法，可用于辅助安装或拆卸风力发电机叶片时的单叶片吊装。

背景技术

风叶的起吊主要有两种方式，一种是适用于小型风电机组风叶吊装的整体式起吊，一种是适用于大型风电机组风叶吊装的分体式逐步起吊。

由于风电机组安装地点多位于风力资源丰富的陆地或海洋地区，对于较为大型的风叶多用于海上，起吊或是拆卸风叶都极为不便。随着风电机组的逐步增加，装机容量的进一步加大，对起吊风叶的吊装工艺与吊具也有着不同的技术需求。

目前，在国内使用的风叶吊具多是购买国外产品，在使用过程中都存在着或多或少的不便。风电机组的安装需要适应自然环境、使用可靠的吊装设备与吊具，对每一项要求都非常严格，其中风叶吊具则是其必不可少的关键装备，无论是起吊或拆卸风叶还是风叶的空中姿态调整等均需要风叶吊具来完成，所以其在风叶的安全起吊过程中的作用非常重要。风叶吊具的国产化能够降低成本、扩大其适用性。

如申请号为CN201410143354.1且发明名称为一种海上风机分体式安装工艺的中国发明专利，其公开了一种海上风机分体式安装的工艺步骤：首先海上风电安装平台定位抬升到风机安装场地；在海上风电安装平台上将风叶与轮毂进行组装；风轮组装完毕后安装塔筒的内部附件；内部附件安装之后在导管架上依次吊安装塔筒；将机舱吊装到顶端塔筒的上部；叶轮整体翻身吊装；叶轮整体吊装到位。本发明具有解决了近海及深海风电现场分体安装的问题，取消了需要在码头上将几组风叶先安装好，再整机运输至安装场地进行二次安装；具有更广的风电机组适用性、大大减低了施工成本，减少了施工环节，极大的降低了安全风险，加快了海上风机安装的效率的优点。

但是，在该风机分体式安装工艺过程中，并没有提及风叶吊具的具体结构。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于风机分体式安装工艺并可用于辅助安装或拆卸风力发电机单叶片的叶片夹持机械手装置及其吊装方法。

本发明的一方面提供了一种叶片夹持机械手装置，所述叶片夹持机械手装置包括吊架、夹持机械手、执行单元、锁定单元和限位单元；

所述吊架上设置有至少四个吊点；

所述夹持机械手悬空安装在所述吊架上并且夹持机械手设置有至少两套，其中，所述夹持机械手包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和第二机械臂均包括固定端和自由端，所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端铰接在吊架上并且能够发生相对枢转而实现夹持机械手的开合；所述第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端互相匹配并且能够互相联接锁定而使所述夹持机械手的第一机械臂与第二机械臂之间形成用于容纳叶片的内型腔；

所述执行单元设置在所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端之间和/或设置在所述第一机械臂和第二机械臂与吊架之间并且用于驱动所述第一机械臂和/或第二机械臂的枢转运动；

所述锁定单元设置在所述第一机械臂和/或第二机械臂的自由端并且用于实现第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端之间的联接锁定；

所述限位单元设置在所述吊架上并且用于限制所述夹持机械手的第一机械臂与第二机械臂之间的最大张开角度。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述内型腔的轮廓与叶片夹持截面处的叶片外形相同并且所述内型腔能够在夹持状态下包裹所述叶片。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述第一机械臂的固定端和第二机械臂的固定端均设置有铰链孔，所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端通过穿过铰链孔的铰轴铰接在吊架上，所述第一机械臂和第二机械臂能够绕着所述铰轴发生相对枢转而实现夹持机械手的开合。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述第一机械臂的自由端和第二机械臂的自由端均设置有锁销孔，所述锁定单元包括能够插入锁销孔实现联接锁定的锁销和控制所述锁销插入或拔出的驱动子单元。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述驱动子单元为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，当所述执行单元设置在第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端之间时，所述执行单元的两端分别铰接在第一机械臂的第一铰接孔上和第二机械臂的第二铰接孔上。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，当所述执行单元设置在所述第一机械臂和第二机械臂与吊架之间时，至少设置有两个执行单元，其中，一个执行单元的一端与吊架一侧的第三铰接孔铰接且另一端与第一机械臂的第四铰接孔铰接，另一个执行单元的一端与吊架另一侧的第五铰接孔铰接且另一端与第二机械臂的第六铰接孔铰接。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述执行单元为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆。

根据本发明叶片夹持机械手装置的一个实施例，所述限位单元包括以夹持机械手的枢转中心对称设置的两个子限位单元，所述子限位单元为机械限位件或电气限位件。

本发明的另一方面提供了利用上述叶片夹持机械手装置进行叶片吊装的方法，所述吊装方法包括：

利用起吊装置和吊索吊起所述叶片夹持机械手装置并移动至所需夹持的叶片上方；

驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口；

控制叶片夹持机械手装置的缺口对准叶片后下放，下放到位后驱动执行单元工作并使第一机械臂和第二机械臂合拢关闭，待夹持机械手的内型腔完全包裹叶片后，联接锁定所述第一机械臂和第二机械臂并将叶片固定在夹持机械手的内型腔中；

提升固定叶片后的叶片夹持机械手装置进行风力发电机转毂的叶片对接；

叶片对接完成后，解除所述第一机械臂和第二机械臂之间的联接锁定，驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口，利用起吊装置和吊索将所述叶片夹持机械手装置上移并离开叶片。

与现有技术相比，本发明的吊装风力发电机单叶片的夹持机械手装置及其吊装方法能够不采用吊带而快速地装夹叶片，减化了人工操作流程减轻了工作量，通过节约人力资源缩短工作周期以达到控制成本的目的。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置在非夹持状态下的工作结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置在夹持状态下的工作结构示意图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置中夹持机械手的结构示意图。

图4示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置的结构示意图。

附图标记说明：

100-叶片夹持机械手装置、101-吊索、1-吊架、2-夹持机械手、3-铰轴、4-执行单元、5-第一机械臂、6-第二机械臂、7-吊点、8-子限位单元、9-铰链孔、10-内型腔、11-叶片、12-锁销孔、13-锁销、14-第一铰接孔、15-第二铰接孔、16-第三铰接孔、17-第四铰接孔、18-第五铰接孔、19-第六铰接孔、20-驱动子单元。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。附图所示是示意性的，而且并不完全成比例。在若干附图中，相似或相关组件用相同的附图标记标示。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面先对本发明用于吊装风力发电机单叶片的夹持机械手装置的结构和原理进行详细说明。本发明的夹持机械手装置可用于安装或拆卸风力发电机叶片时吊装单叶片用，但应用场合不仅限于此。

图1示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置在非夹持状态下的工作结构示意图，图2示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置在夹持状态下的工作结构示意图，图3示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置中夹持机械手的结构示意图，图4示出了根据本发明示例性实施例的叶片夹持机械手装置的结构示意图。

如图1至图4所示，根据本发明的示例性实施例，所述用于吊装风力发电机单叶片的叶片夹持机械手装置100包括吊架1、夹持机械手2、执行单元4、锁定单元和限位单元。其中，吊架1能够与起吊装置和吊索101连接并用于安装其他组件，是起吊和受力的关键组件；夹持机械手2用于夹持和固定叶片；执行单元4控制夹持机械手2的动作；锁定单元锁定夹持机械手的夹持状态；限位单元用于限制夹持机械手的张开动作，保证夹持机械手开合的可重复性和可控性。

具体地，吊架1上设置有至少四个吊点7，以保证叶片11能够被水平起吊，进而保证吊装的安全性和对接的稳定性。吊点7通过与吊索101和起吊装置连接，即可实现夹持机械手装置100的整体起吊。

夹持机械手2悬空安装在吊架1上并且夹持机械手设置有至少两套，其中，夹持机械手2包括第一机械臂5和第二机械臂6，第一机械臂5和第二机械臂6均包括固定端和自由端。如图4所示，第一机械臂5的固定端与第二机械臂6的固定端铰接在吊架1上并且能够发生相对枢转而实现夹持机械手2的开合；第一机械臂5的自由端与第二机械臂6的自由端互相匹配并且能够互相联接锁定而使夹持机械手2的第一机械臂5与第二机械臂6之间形成用于容纳叶片11的内型腔10。

优选地，内型腔10的轮廓与叶片夹持截面处的叶片外形相同并且内型腔10能够在夹持状态下包裹叶片11，也就是说，内型腔10的形状应该是与叶片夹持处的叶片外形相同的，并且内型腔10与叶片所要夹持的部位截面尺寸保持一致，从而保证内型腔10的内表面能够与叶片夹持处的叶片外表面完全贴合，固定后的夹持机械手2可以承载叶片11的重量实现夹持叶片后提升的目的并且有利于保证叶片11夹持后的稳固性。

如图3所示，根据本发明的一个具体实施例，第一机械臂5的固定端和第二机械臂6的固定端均设置有铰链孔9，第一机械臂5的固定端与第二机械臂6的固定端通过穿过铰链孔9的铰轴3铰接在吊架1上，则第一机械臂5和第二机械臂6能够绕着铰轴3发生相对枢转而实现夹持机械手2的开合。当第一机械臂5和第二机械臂6相对枢转一定角度后，下端打开缺口，通过吊索101操控夹持机械手装置100下降或上升就可以使叶片11进入或移出夹持机械手装置100。

第一机械臂5的自由端和第二机械臂6的自由端均设置有锁销孔12，第一机械臂5的自由端和第二机械臂6的自由端通过互相匹配的锁定单元和锁销孔12实现联接锁定。具体地，锁定单元设置在第一机械臂5和/或第二机械臂6的自由端并且用于实现第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端之间的联接锁定。锁定单元包括能够插入锁销孔12实现联接锁定的锁销13和控制锁销13插入或拔出的驱动子单元20。其中，驱动子单元20优选为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆，有利于实现在高空通过控制器实现自动解除或脱开锁销。通过驱动单元20驱动锁销13的插入，就可以实现第一机械臂5的自由端与第二机械臂6的自由端之间的联接锁定，进而限制第一机械臂5和第二机械臂6之间的相对枢转并使二者能够围成一个满足夹持形状要求的内型腔10和固定整体；通过驱动单元20驱动锁销13的拔出，就可以解除第一机械臂5的自由端与第二机械臂6的自由端之间的联接锁定，进而控制夹持机械手装置100的第一机械臂5和第二机械臂6张开形成缺口。

执行单元4设置在第一机械臂5的固定端与第二机械臂6的固定端之间和/或设置在第一机械臂5和第二机械臂6与吊架1之间并且用于驱动第一机械臂5和/或第二机械臂6的枢转运动。

根据本发明，执行单元4的设置方式主要有两种，具体如图4所示。

当执行单元4设置在第一机械臂5的固定端与第二机械臂6的固定端之间时，执行单元4的两端分别铰接在第一机械臂5的第一铰接孔14上和第二机械臂6的第二铰接孔15上。当执行元件4伸缩时，即可推拉第一机械臂5和第二机械臂6发生相对枢转并实现夹持机械手2的开合。

当执行单元4设置在第一机械臂5和第二机械臂6与吊架1之间时，至少设置有两个执行单元4，其中，一个执行单元4的一端与吊架1一侧的第三铰接孔16铰接且另一端与第一机械臂5的第四铰接孔17铰接，另一个执行单元4的一端与吊架1另一侧的第五铰接孔18铰接且另一端与第二机械臂6的第六铰接孔19铰接。由两个执行元件4的伸缩分别驱动第一机械臂5和第二机械臂6发生相对枢转来实现夹持机械手2的开合。其中，执行单元4同样优选为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆，以驱动第一机械臂5和第二机械臂6的枢转运动。

上述两种执行元件4的设置方式可以同时使用，也可只选用其中一种设置方式，均可达到放松和夹持叶片的目的。

限位单元设置在吊架1上并且用于限制夹持机械手2的第一机械臂5与第二机械臂6之间的最大张开角度。根据本发明的一个实施例，限位单元包括以夹持机械手2的枢转中心对称设置的两个子限位单元8，子限位单元可以为机械限位件或电气限位件，本发明不限于此。

由此可见，本发明中夹持机械手2的第一机械臂5与第二机械臂6的固定方法是一端通过铰轴将两个机械臂铰接在吊架1之上，另一端则通过锁销穿插联接锁定在一起实现的，上述铰接方式和锁销自动脱开方式是为了实现两个机械臂之间可以相对枢转或固定而设置的。如图1和图2所示，当没有穿插锁销时，第一机械臂5与第二机械臂6之间可以发生相对枢转，相对枢转的目的是为了使第一机械臂5与第二机械臂6的底部打开缺口，以便叶片能从缺口处进入夹持机械手的内型腔就位等待夹持；当穿插销锁后，第一机械臂5与第二机械臂6相对固定，固定的目的是为了使第一机械臂5与第二机械臂6夹持叶片后具有承载重量的提升刚性和保持叶片稳定的能力。

而第一机械臂5与第二机械臂6之间的相对枢转动力则通过执行单元4提供，执行单元4优选地为直线运行方式。当执行单元4的一端与吊架1铰接且另一端与某一个机械臂铰接，则通过执行单元4的伸长缩短就可以控制该机械臂的开合。按此种执行单元设置方式的延伸控制还可以实现夹持机械手3绕转动点一定角度的偏转，实现此种工况下一个执行单元4伸长而另一支执行单元4回缩的控制。除上述设置方式外，另一种执行单元4的设置安装方式也可实现相同的目的。即将执行单元4的一端与第一机械臂铰接而另一端与第二机械臂铰接，当执行单元4伸长或缩短时，即可推动第一机械臂与第二机械臂沿铰轴处枢转分离。

由于本发明的叶片夹持机械手装置上还设置有限位单元，因此不必考虑上述两种驱动模式下两个机械臂之间的驱动同步问题，无论动作先后最终均能实现同一个目的并到达相同的位置。

并且，本发明主要对叶片夹持机械手装置的机械结构和工作原理进行重点说明和保护，而不对其中涉及的电气系统和控制系统进行过多阐述，本领域技术人员可以根据上述叶片夹持机械手装置的机械结构和工作原理设计相应的电气系统和控制系统。

接下来对利用上述叶片夹持机械手装置进行叶片吊装的方法作进一步说明。

根据本发明的示例性实施例，吊装方法包括以下步骤：

利用起吊装置和吊索吊起叶片夹持机械手装置并移动至所需夹持的叶片上方；

驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口；

控制叶片夹持机械手装置的缺口对准叶片后下放，下放到位后驱动执行单元工作并使第一机械臂和第二机械臂合拢关闭，待夹持机械手的内型腔完全包裹叶片后，联接锁定第一机械臂和第二机械臂并将叶片固定在夹持机械手的内型腔中；

提升固定叶片后的叶片夹持机械手装置进行风力发电机转毂的叶片对接；

叶片对接完成后，解除第一机械臂和第二机械臂之间的联接锁定，驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口，利用起吊装置和吊索将叶片夹持机械手装置上移并离开叶片，由此完成单叶片的吊装工作。

以上吊装方法的各操作步骤仅为示例性的，本发明的叶片夹持机械手装置的操作方法不限于此。

综上所述，本发明的叶片夹持机械手装置及其吊装方法能够不采用吊带而快速地装夹叶片，减化了人工操作流程并减轻了工作量，能够通过节约人力资源缩短工作周期并达到控制成本的目的。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述叶片夹持机械手装置包括吊架、夹持机械手、执行单元、锁定单元和限位单元；

所述吊架上设置有至少四个吊点；

所述夹持机械手悬空安装在所述吊架上并且夹持机械手设置有至少两套，其中，所述夹持机械手包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和第二机械臂均包括固定端和自由端，所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端铰接在吊架上并且能够发生相对枢转而实现夹持机械手的开合；所述第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端互相匹配并且能够互相联接锁定而使所述夹持机械手的第一机械臂与第二机械臂之间形成用于容纳叶片的内型腔；

所述执行单元设置在所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端之间和/或设置在所述第一机械臂和第二机械臂与吊架之间并且用于驱动所述第一机械臂和/或第二机械臂的枢转运动；

所述锁定单元设置在所述第一机械臂和/或第二机械臂的自由端并且用于实现第一机械臂的自由端与第二机械臂的自由端之间的联接锁定；

所述限位单元设置在所述吊架上并且用于限制所述夹持机械手的第一机械臂与第二机械臂之间的最大张开角度。

2.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述内型腔的轮廓与叶片夹持截面处的叶片外形相同并且所述内型腔能够在夹持状态下包裹所述叶片。

3.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述第一机械臂的固定端和第二机械臂的固定端均设置有铰链孔，所述第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端通过穿过铰链孔的铰轴铰接在吊架上，所述第一机械臂和第二机械臂能够绕着所述铰轴发生相对枢转而实现夹持机械手的开合。

4.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述第一机械臂的自由端和第二机械臂的自由端均设置有锁销孔，所述锁定单元包括能够插入锁销孔实现联接锁定的锁销和控制所述锁销插入或拔出的驱动子单元。

5.根据权利要求4所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述驱动子单元为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆。

6.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，当所述执行单元设置在第一机械臂的固定端与第二机械臂的固定端之间时，所述执行单元的两端分别铰接在第一机械臂的第一铰接孔上和第二机械臂的第二铰接孔上。

7.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，当所述执行单元设置在所述第一机械臂和第二机械臂与吊架之间时，至少设置有两个执行单元，其中，一个执行单元的一端与吊架一侧的第三铰接孔铰接且另一端与第一机械臂的第四铰接孔铰接，另一个执行单元的一端与吊架另一侧的第五铰接孔铰接且另一端与第二机械臂的第六铰接孔铰接。

8.根据权利要求6或7所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述执行单元为能够提供直线运动方式的电机、油缸或直线推杆。

9.根据权利要求1所述的叶片夹持机械手装置，其特征在于，所述限位单元包括以夹持机械手的枢转中心对称设置的两个子限位单元，所述子限位单元为机械限位件或电气限位件。

10.利用权利要求1至9中任一项所述叶片夹持机械手装置进行叶片吊装的方法，其特征在于，所述吊装方法包括：

利用起吊装置和吊索吊起所述叶片夹持机械手装置并移动至所需夹持的叶片上方；

驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口；

控制叶片夹持机械手装置的缺口对准叶片后下放，下放到位后驱动执行单元工作并使第一机械臂和第二机械臂合拢关闭，待夹持机械手的内型腔完全包裹叶片后，联接锁定所述第一机械臂和第二机械臂并将叶片固定在夹持机械手的内型腔中；

提升固定叶片后的叶片夹持机械手装置进行风力发电机转毂的叶片对接；

叶片对接完成后，解除所述第一机械臂和第二机械臂之间的联接锁定，驱动执行单元工作并使夹持机械手的第一机械臂和第二机械臂枢转张开形成缺口，利用起吊装置和吊索将所述叶片夹持机械手装置上移并离开叶片。