本发明属于重力储能，具体涉及一种重力储能垂向运输用轿厢结构及重力块装卸载方法。
背景技术：
1、重力储能作为储能方法之一，其原理是通过电动机把电能转化为势能，把重力块提至一定高度摆置，电力系统需要电能时放下重力块，带动发电机将势能转化为机械能，再通过转子切割磁力线转化为电能。
2、在现有重力储能技术中关于重力块运输的实现方式有多种，如通过卷扬机牵引钢绳运输，齿轮齿条运输等，无论是在哪种运输结构中，轿厢都是实现重物垂直升降的重要执行部件，在轿厢运行过程中，其运行稳定性以及轿厢内重力块的稳定以及重力块的装卸载效率均对整个储能系统有重要影响，但是现有关于这部分技术的专利较少，对于如何保证轿厢和重力块的稳定工作以及效率提升还有待进一步探究。
技术实现思路
1、本发明公开了一种重力储能垂向运输用轿厢结构及重力块装卸载方法，拟解决重力储能过程中轿厢和其内部的重力块稳定性以及二者工作配合效率有待提高的技术问题。
2、为解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案如下：
3、一种重力储能垂向运输用轿厢结构，包括轿厢和承载单元，
4、所述轿厢设有承载单元，
5、所述承载单元包括安装架、辊轮组件和辊轮协调组件，所述安装架设置于轿厢上，所述安装架上安装有所述辊轮组件，
6、所述辊轮组件包括从轿厢外侧向内侧依次分布的第一辊轮组、第二辊轮组和第三辊轮组，所述第一辊轮组和第三辊轮组两个辊轮组与安装架之间对应设置有所述辊轮协调组件，或者所述第一辊轮组、第二辊轮组和第三辊轮组三个辊轮组与安装架之间均设置有所述辊轮协调组件，用于协调第一辊轮组、第二辊轮组和第三辊轮组之间的相对高度。
7、本发明通过在轿厢内设置不同的辊轮组，不同辊轮之间通过辊轮协调组件调节相对位置高度，从而辅助重力块的进出轿厢，以及当重力块位于轿厢内时对其进行初步限位。
8、具体的，当重力块要进入轿厢时，辊轮协调组件协调第一辊轮、第二辊轮以及第三辊轮的相对高度，使其形成从轿厢外向内逐渐向下倾斜的辊轮面便于重力块向轿厢内部滑动；当重力块进入轿厢内部后，辊轮协调组件协调第一辊轮最外侧的辊轮高于内侧的辊轮高度，从而可对重力块进行初步限位，防止其向轿厢外滑动，或者，还可以协调中间的第二辊轮组的辊轮低，第一辊轮组的外侧辊轮和第三辊轮组靠近轿厢的内侧辊轮高从而辅助锁紧来防止重力块在轿厢内滑动，当重力块退出轿厢时，辊轮协调组件协调第一辊轮组、第二辊轮组以及第三辊轮组的相对高度，使其形成从轿厢内向外逐渐向下倾斜的辊轮面便于重力块向轿厢外部滑动从而便于卸载，通过装卸载的改善和重力块的限位来实现储能过程的顺利进行，提高效率同时提升重力块的稳定性。
9、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述辊轮组件的辊轮均包括辊轮支架和辊轮支架上方的辊轮，所述辊轮支架滑动安装于安装架上，所述辊轮协调组件包括升降驱动装置，其中需要调节高度的辊轮组件的所述辊轮支架与所述安装架之间设置所述升降驱动装置，用于驱动其上方辊轮组进行升降。
10、本发明通过在需要协调高度的辊轮下方设置驱动升降的升降驱动装置，可以实现辊轮组的各种高度配合，比如一边高一边低的倾斜方便重力块进出，或者两边高中间低便于重力块限位或定位或者轿厢出入口侧的高度高来对重力块进行限位等。
11、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述辊轮组件包括两列辊轮组，两列辊轮组之间设置有锁紧件，当重力块到达轿厢内部后，所述锁紧件可与重力块配合定位锁紧。
12、当重力块位于轿厢内后，由于辊轮的摩擦力比较低，重力块在轿厢内部随着轿厢在井道内垂向运行时，容易产生晃动影响轿厢整体运行的稳定性，本发明通过辊轮高度配合先实现初步限位，在初步限位的基础上，锁紧件更容易与重力块对位形成锁紧，在提高锁紧效率的同时保证重力块的稳定运行。
13、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述锁紧件包括设置在安装架上的固定板和设置在固定板下方的顶升机构，所述固定板上设置有插孔和/或凸起，所述插孔和/或凸起与重力块底部设置的凸块和/或插孔配合定位锁紧。
14、所述锁紧件和重力块通过插接结构进行锁紧，具体的，当固定板上设置有插孔时，所述重力块的底部设置凸起，当固定板上设置有凸起时，所述重力块的底部设置插孔，凸起和插孔配合实现横向上的限位。
15、优选的，所述固定板的四角设置有锥形孔，所述重力块的底部设置有与锥形孔匹配的锥形柱。
16、本发明的辊轮组件分列为两列，利用两列辊轮之间的空间来安装可顶升的锁紧件，重力块的移动趋势主要来自横向力，如水平方向的推力、拉力或振动产生的力，即力的方向与地面平行。此时，固定板作为主要承力件，需直接承受并抵消这些横向力，防止重力块水平移动，本发明通过固定板底部的顶升机构产生顶升力，其作用不是直接对抗横向力，而是通过将锥形柱“顶入”固定板的锥形孔中，由于锥形的斜率(锥度)，柱体与孔壁的接触面积随插入深度增加而增大，形成“楔子效应”，越顶紧越牢固，利用锥形结构的楔紧效应产生摩擦力和约束力。由于锥形柱的倾斜角度设计，较小的顶升力即可在横向产生较大的正压力，从而限制重力块的移动，而对重力块的承载则主要由与其接触的辊轮来完成。
17、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述轿厢后侧设置有限位块，当重力块进入轿厢后，限位块与第一辊轮组配合对重力块进行初步限位。
18、重力块进入轿厢后，内侧壁与限位块接触，而保持第一辊轮组的外侧辊轮的高度高于第一滚轮组其他辊轮以及高于第二辊轮组和第三辊轮组的高度，形成高位辊轮，从而使得重力块下沉至低位的辊轮上，在限位块和外侧的辊轮之间形成一个限位空间，防止重力块沿进出轿厢的方向移动。
19、优选的，限位块和第一辊轮组的高位辊轮配合锁紧件，当重力块抵接限位块，限位块和高位辊轮对重力块进行初步限位的情况下，重力块下方的固定板在顶升机构的驱动下向上与重力块配合完成锁定，由于先进行了初步限位，锁紧动作可以更精确和高效地进行。
20、优选的，关于重力块的限位和锁紧，还可以是协调第二辊轮组处于低位，第一辊轮组和第三辊轮组靠近第二辊轮组的辊轮也处于低位，使得第一辊轮组和第三辊轮组的高位辊轮配合对重力块进行限位，其中中间的低位辊轮的高度可以相等，这样低位辊轮共同承载重力块，另外，中间的低位辊轮还可以是从中间往两端辊轮的高度逐渐升高以形成弧面，从侧面来看的话，重力块处在竖直对称圆弧面上，在重力的作用下，重力块最后处于中间位置，从而实现重力块中心与辊轮中心在同一平面，提高重力块与固定板的对位精度继而提高锁紧的效果，这种情况无需后侧限位块即可实现重力块的限位和锁紧。
21、优选的，在轿厢后侧，即重力块最终停靠端布置至少2个限位块，对称分布于轿厢宽度方向中线两侧确保重力块完全进入轿厢后接触限位块，同时锁紧件完成锁紧。
22、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述轿厢两侧设置有横向阻挡件，所述横向阻挡件位于相邻两个辊轮之间，用于对重力块在横向上的限位。
23、在左右两侧辊轮最外端分别安装横向阻挡件，优选的，该横向阻挡件与重力块接触面光滑且有圆角来导向，更优选的，所述横向阻挡件可为垂向设置的辊轮，来对重力块左右方向进行限位，这样能保证重力块在刚进入或退出轿厢时左右两侧的阻挡件就可以发挥限位作用，使重力块始终保持平稳不会倾斜；同时横向阻挡件与轿厢后侧安装的2个限位块和外侧高位辊轮配合来对重力块前后方向和左右方向限位，再在底部进行锁紧，提高了重力块锁紧的精度和效率。
24、具体的，该方案通过左右两侧连续阻挡件实现横向全程限位，从重力块进入轿厢开始即发挥限位作用，避免初始偏移，结合后侧定位限位块实现横向和纵向精准定位，最终确保重力块下方四个圆锥与轿厢锁紧装置的四个角同心，提升锁紧效率。
25、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述轿厢设置有驱动系统，所述驱动系统包括驱动电机、减速器和齿轮，所述驱动电机通过减速器连接齿轮，所述齿轮与井道内的齿条啮合，从而驱动所述轿厢沿井道升降，所述齿轮连接有齿轮浮动组件，所述齿轮浮动组件用于调整驱动齿轮与齿条的稳定配合。
26、轿厢通过驱动系统的齿轮与井道内的齿条啮合，驱动电机驱动齿轮转动从而在齿条上运动，实现轿厢在井道内的垂向运行，由于制造误差、安装误差、结构应力形变等因素的影响，导致轿厢和齿条之间存在不可避免的相对位置偏差。而实现齿轮齿条的精确传动，需要正确的安装距，保证合理的齿间啮合间隙；以及为使啮合齿面的载荷分布均匀，需避免齿轮齿条之间的相对角度偏差。轿厢和齿条之间是通过小齿轮来实现传动，故此处将轿厢、小齿轮、齿条分成为三者进行分析。为保证齿轮齿条传动的可靠性和高效率，应消除轿厢和齿条之间相对位置偏差对齿轮齿条传动的干扰，使齿轮齿条传动能够自行适应各种相对位置偏差，因此需要考虑齿轮的位置浮动，设置齿轮浮动组件。
27、优选的，所述齿轮浮动组件包括单向活动球型支座和可伸缩双十字轴万向联轴器，所述单向活动球型支座垂向安装于轿厢与齿轮轴承座之间，所述可伸缩双十字轴万向联轴器横向安装于减速器和齿轮轴之间，用于实现齿轮和轿厢之间的位置浮动。
28、在齿轮位置浮动后，应满足齿轮和轿厢之间传递竖向载荷的需求，同时须保证齿轮轴和轿厢减速器输出轴之间转矩的传递，以及实现齿轮和齿条之间的自适应导向和精确啮合。本发明，通过单向活动球型支座和可伸缩双十字轴万向联轴器的组合，实现齿轮和轿厢之间的位置浮动，单向活动球型支座包含3个旋转自由度和1个横向移动自由度，所述可伸缩双十字轴万向联轴器包含5个自由度。
29、优选的，在齿轮轴承座上连接有齿条背轮组件，通过齿条背轮组件配合上述齿轮浮动组件实现齿轮齿条的自适应导向和精确啮合。
30、本发明优选一种重力储能垂向运输用轿厢结构，所述轿厢运行的井道内设置有导向轨，所述轿厢设置有与所述导向轨配合工作的导向组件，所述导向组件上设置有抱紧结构，用于在轿厢需要停靠时对导向轨进行抱紧。
31、一种重力块装卸载方法，包括如下步骤：
32、步骤1：轿厢到达装载重力块的相应楼层后停止运行，启动第一辊轮组的辊轮协调组件升高，第三辊轮组的辊轮协调组件降低使得整个辊轮组件形成由轿厢外到内向下倾斜的辊轮面；
33、步骤1中，还可以是同时启动第一辊轮组、第二辊轮组和第三辊轮组的辊轮协调组件使得整个辊轮组件形成由轿厢外到内向下倾斜的辊轮面；
34、步骤2：推动重力块进入轿厢内，当重力块进入轿厢后，第一辊轮组靠近第二辊轮组的辊轮下降至第二辊轮组的高度，第三辊轮组上升至第二辊轮组的高度，所述第一辊轮组外侧的辊轮高度高于内侧的辊轮高度以对重力块进行限位；
35、步骤2中，还可以是第三辊轮组靠轿厢内侧的辊轮高于第二辊轮组的高度，第三辊轮组的内侧辊轮与第一辊轮组外侧的辊轮共同对重力块进行限位；
36、步骤3：顶升固定板使得重力块与固定板进行锁紧从而完成重力块在轿厢的装载；
37、步骤4：轿厢到达卸载重力块的相应楼层后停止运行，启动第一辊轮组的辊轮协调组件降低，第三辊轮组的辊轮协调组件升高使得整个辊轮组件形成由轿厢内到外向下倾斜的辊轮面；
38、步骤4中，还可以是启动第一辊轮组、第二辊轮组和第三辊轮组的辊轮协调组件使得整个辊轮组件形成由轿厢内到外向下倾斜的辊轮面；
39、步骤5：固定板下方的顶升机构缩回解除顶升固定板对重力块的锁紧；
40、步骤6：驱动重力块向轿厢外运动从而完成重力块在轿厢的卸载；
41、上述装载过程和卸载过程循环运行实现重力块的垂向搬运。
42、本发明优选的一种重力块装卸载方法，所述步骤2中，当重力块进入轿厢内抵接限位块时，触发顶升机构顶升锁紧件从而使得锁紧件对重力块进行锁紧，在步骤5中，当重力块脱离限位块时，触发所述顶升机构下降解除对重力块的锁紧。
43、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
44、1.本发明通过采用不同辊轮组的升降配合，辅助重力块进出轿厢，以及当重力块位于轿厢内时利用外侧高位辊轮或者轿厢内外高位辊轮一起对重力块进行初步限位，在保证高效顺利装卸的同时还能对提升重力块的稳定性。
45、2.本发明通过设置锁紧件对轿厢内的重力块进行定位锁紧，有效防止其在轿厢内的晃动，同时辊轮对重力块的初步限位能辅助更快更准的定位锁紧，在提升运行效率的同时提升锁紧精度。
46、3.本发明通过设置后侧限位块确定重力块的目标位置，同时限位块与外侧的高位辊轮对重力块进行初步限位的情况下，重力块下方的固定板在顶升机构的驱动下向上与重力块配合完成锁定，初步限位和锁紧相互配合，锁紧动作可以更精确和高效地进行。
47、4.本发明通过多个横向阻挡件实现横向全程限位，结合后侧定位限位块或者结合后侧限位块和高位辊轮实现横向和纵向精准定位，最终确保重力块下方四个圆锥与轿厢锁紧装置的四个角同心，提升锁紧效率。
48、5.本发明的后侧定位限位块与锁紧件顶升机构联合设计，当重力块抵接限位块时，触发锁紧件顶出实现锁紧从而提升锁紧效率。
49、6.本发明通过设置齿轮浮动组件，实现齿轮和齿条之间的自适应导向和精确啮合，保证齿轮齿条传动的可靠性和高效率。
50、7.本发明通过在轿厢外部的转角处设置导向组件，导向组件上设置抱紧装置，从而实现垂向运行时导向效果好，运行效率高，而在需要装卸载停靠时，抱紧装置抱紧导向轨，在重力块进出轿厢，载荷移动时，保持轿厢的稳定。