霍仕環(huán)，曹 奇

（廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團有限公司，廣東 中山 528437）

風(fēng)力發(fā)電機組中齒輪箱是一個重要機械部件，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，并使葉輪的轉(zhuǎn)速增速，使其轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速，以供發(fā)電機能正常發(fā)電，故也將齒輪箱稱為增速箱。齒輪箱在風(fēng)力發(fā)電機組中屬于故障率較高的部件，對機組可靠性有很大影響。因此，有效控制齒輪箱制造和裝配質(zhì)量，保證齒輪箱的可靠性對風(fēng)力發(fā)電機組的生產(chǎn)具有重要意義。本文以一種3 MW齒輪箱生產(chǎn)為例，概述了齒輪箱生產(chǎn)中技術(shù)及質(zhì)量控制要點。

1 風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)特點

受風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的限制，齒輪箱輸入額定轉(zhuǎn)速一般在20 r/min左右，而發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速通常為1000～1800 r/min，故齒輪箱的增速比在 50～100左右。風(fēng)電機組齒輪箱，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，常常采用行星齒輪傳動或行星與平行軸齒輪組合傳動[1]。

為簡化齒輪箱的設(shè)計，降低傳動比，從而使風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，一種3 MW風(fēng)電機組采用半直驅(qū)設(shè)計。齒輪箱采用兩級行星輪傳動，傳動比為20.7。第一級采用五個行星輪的行星傳動，增加功率分流能力。齒輪箱箱體頂部設(shè)潤滑油注入管道，對軸承和齒輪進行噴淋強制潤滑，箱體底部設(shè)置兩根回油管，將潤滑油導(dǎo)回油箱形成循環(huán)。此種齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊，制造和裝配精度要求高，給生產(chǎn)制造帶來一定困難。

2 風(fēng)電齒輪箱的生產(chǎn)制造要求

風(fēng)電齒輪箱是一種在無規(guī)律變向載荷和瞬間強沖擊載荷作用下工作的重載齒輪傳動裝置，在風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)中齒輪箱的故障率是偏高的，并且是更換維修最貴的部件之一。因此要求齒輪箱要有很高的可靠性，需要齒輪箱在設(shè)計、制造時一定要嚴格控制質(zhì)量。

要從設(shè)計、原材料、熱處理、齒輪加工等各個流程嚴格控制質(zhì)量；同時小到螺孔的加工和螺栓、墊片、密封膠等的裝齒輪加工；小到螺孔的加工和螺栓、墊片、密封膠等的裝配，以及清潔度的控制，都要予以關(guān)注。一旦有質(zhì)量問題發(fā)生，只要上了塔架的，那都是不好處理的；即使能處理，處理費用都非常昂貴的。況且如果一旦是批量化問題，那將是災(zāi)難性的。

3 齒輪箱零部件加工所出現(xiàn)的問題及原因分析

目前，3 MW齒輪箱已完成樣機試制，進入批量生產(chǎn)階段。如何改進生產(chǎn)和裝配工藝，控制質(zhì)量將成為批量生產(chǎn)階段首要問題。對齒輪箱樣機生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進行分析，如表1所示。

4 齒輪箱零部件加工分析

針對3 MW齒輪箱生產(chǎn)制造中遇到的問題，總結(jié)出齒輪箱零部件加工特點。生產(chǎn)中，零部件加工必須滿足圖紙設(shè)計要求，需針對工藝難點采取措施，控制質(zhì)量。以下這些工藝難點，也是質(zhì)量控制的要點。見表2。

5 齒輪箱制造質(zhì)量控制

為滿足齒輪箱運行可靠性和壽命要求，必須對齒輪箱的生產(chǎn)制造過程進行嚴格的質(zhì)量控制。

5.1 風(fēng)電齒輪箱的損壞類型及其判斷

為使質(zhì)量控制有針對性，需了解齒輪箱故障類型。根據(jù)多年風(fēng)場運行經(jīng)驗，總結(jié)得出齒輪箱各部件故障類型和故障比例如表3所示。

表1 齒輪箱零部件加工問題及原因分析

表2 齒輪箱零部件加工工藝特點

表3 齒輪箱各部件故障比例及損壞形式

表3中列舉了齒輪箱中各類零件損壞的百分比。由表3可見，在齒輪箱中齒輪本身所占的故障比重較大，為60%。說明在齒輪箱傳動系統(tǒng)中齒輪箱本身的制造、裝配質(zhì)量及其運行維護水平是關(guān)鍵問題。齒輪在機械加工中是一種高度復(fù)雜的成型零件，而在高速、重載運行下的齒輪，其工作條件又相對比其他零件惡劣。除疲勞、過載、潤滑不良、沖擊等原因外，齒面硬度低會導(dǎo)致輪齒發(fā)生點蝕；齒輪精度低和齒面硬度低會導(dǎo)致輪齒發(fā)生膠合；齒根圓角處熱處理或加工缺陷會導(dǎo)致發(fā)生齒根疲勞裂紋。因此齒輪加工中要對精度、硬度、熱處理進行嚴格檢測和質(zhì)量控制。

5.2 齒輪箱制造過程質(zhì)量

5.2.1 原材料的質(zhì)量控制

（1）鍛鋼件原材料的質(zhì)量控制：重點控制化學(xué)成分、非金屬夾雜物級別、鍛造比、晶、晶粒度以及N、H、O含量等[2]。

（2）球墨鑄鐵件原材料的質(zhì)量控制：重點控制球墨鑄鐵的機械性能（含抗拉強度、屈服強度、延伸率）、低溫沖擊以及石墨大小、球化率等[2]。

（3）其他零件原材料的質(zhì)量控制：依據(jù)相關(guān)標準[3-4]。

5.2.2 熱處理的質(zhì)量控制[5]

（1）滲碳件的質(zhì)量控制：控制滲碳層深度、表面硬度、芯部硬度、殘余奧氏體級別、碳化物級別和晶粒度等。

（2）調(diào)質(zhì)件的質(zhì)量控制：控制本體樣的機械性能、沖擊功以及硬度的復(fù)驗。

（3）氮化件或表面淬火件質(zhì)量控制：重點控制硬化層深和表面硬度。

5.2.3 無損檢測

（1）滲碳件：粗加工完后超聲波探傷，精加工完后磁粉探傷或磨削粗加工完后超聲波探傷。

（2）調(diào)質(zhì)件：超聲波探傷。

（3）行星架和箱體：超聲波探傷。

5.2.4 最終機加工的質(zhì)量控制

重點控制重要零部件的尺寸公差和形位公差，如齒輪、軸、箱體和行星架等；同時還要在三坐標測量機上進行復(fù)查。最后形成零部件的終檢報告。

5.2.5 裝配的質(zhì)量控制

嚴格按照裝配工藝和圖紙的要求進行裝配，重點控制齒輪著色、齒側(cè)間隙、清潔度等。

須派工程師全程參與齒輪箱樣機的裝配，學(xué)習(xí)裝配工藝，弄清每一個裝配工序及質(zhì)量控制點，編制完整的裝配工藝及作業(yè)規(guī)范文件，設(shè)計專用的裝配工裝。

5.2.6 試驗的質(zhì)量控制

嚴格按照試驗大綱的要求進行試驗，重點檢測齒輪箱的油溫、油壓、噪聲、振動、效率以及清潔度等等。

齒輪箱首次運行10小時內(nèi)注意下列現(xiàn)象：（1）檢查齒輪、軸承供油是否正常，吸油是否通暢；

（2）在運轉(zhuǎn)過程中，每30分鐘記錄一次油溫及軸承部位溫度；

（3）注意齒輪箱有無異常響聲，檢查齒輪箱箱體各結(jié)合面和各可能的泄漏點是否滲漏，并即時采取措施，排除故障；

（4）在總計運作10小時后，檢查各連接部位螺栓，必要時予以緊固，檢查所有可能的泄漏點；檢查油位，必要時補充潤滑油。

對于風(fēng)電機機組，根據(jù)需要建立齒輪箱實驗臺、發(fā)電機實驗臺、全功率實驗臺、偏航變槳實驗臺，可以充分滿足實驗的要求。

5.2.7 噴漆的質(zhì)量控制

嚴格按照噴漆工藝要求進行噴涂，重點檢測油漆厚度及附著力和等。

5.3 質(zhì)量控制模式

根據(jù)我司現(xiàn)階段的情況，齒輪箱質(zhì)量控制主要有以下3種模式。

（1）將零部件的質(zhì)量控制在零部件供應(yīng)商的廠內(nèi)，利用供應(yīng)商的檢測能力和檢測設(shè)備對質(zhì)量進行控制。這需要有負責(zé)任的專業(yè)工程師進行監(jiān)造，這種方式可以大大節(jié)省成本，但質(zhì)量較難控制。供應(yīng)商會因進度和利益的驅(qū)使，或本身的質(zhì)量管理存在問題，而出現(xiàn)質(zhì)量問題，且在零部件在運輸時可能存在變形或磕碰。

（2）所有零件交第三方檢測，利用第三方的檢測設(shè)備和檢測能力對質(zhì)量進行控制。此種方式成本較大，但可盡快的適應(yīng)齒輪箱的批量化，質(zhì)量也可以得到保證。

（3）由我司自行購置專業(yè)的檢測設(shè)備，特別是齒輪的檢測和形位公差的檢測，成立檢測中心，培訓(xùn)檢測人員，加強入廠檢驗力量，使我公司的檢測結(jié)果作為唯一的判定標準，這種方式的成本較大，但可以確保零部件的質(zhì)量，對公司人員素質(zhì)會有很大提高。

三種方案各有優(yōu)缺點，目前按第一種方案執(zhí)行，同時進行第三種方案的配置，使我司具有自主的零部件檢測和質(zhì)量控制能力。

6 結(jié)束語

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機組中的關(guān)鍵零部件之一，而且是故障率較高的部件，必須對其生產(chǎn)質(zhì)量進行嚴格控制。齒輪箱生產(chǎn)質(zhì)量控制涉及到從原材料、熱處理、齒輪加工、鑄件生產(chǎn)到齒輪箱裝配、試驗的全過程，每個環(huán)節(jié)都要進行嚴格控制。了解齒輪箱零件及裝配生產(chǎn)過程中的技術(shù)特點，明確質(zhì)量控制點，使得齒輪箱質(zhì)量控制更加規(guī)范和有效。本文在對3 MW齒輪箱樣機生產(chǎn)過程進行分析基礎(chǔ)上，論述了齒輪箱生產(chǎn)制造要求及各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制要點，對風(fēng)電齒輪箱的生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

［1］劉忠明，段守敏，王長路.風(fēng)力發(fā)電齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展與展望［J］.機械傳動，2006（6）：1-6.

［2］劉洋洋.風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的材料及生產(chǎn)工藝要點分析［J］.中國科技縱橫，2010（11）：59-59.

［3］ISO 81400-4：2005 Wind Turbines-Part 4：Design and specification of gearbox［S］.2004.

［4］GB/T 19073–2003.風(fēng)力發(fā)電機組-齒輪箱［S］.

［5］張先鳴.風(fēng)電齒輪箱用鋼及熱處理［J］.電氣制造，2010（9）：64-66.