翟曉江，張宏偉

（1. 金風(fēng)科技股份有限公司，北京 100176；2. 大連冶金軸承股份有限公司，遼寧 大連 116202）

0 引言

風(fēng)電機(jī)組的輪轂是連接葉片和主軸之間的核心部件，葉片將流動(dòng)的風(fēng)能通過(guò)輪轂和主軸作用轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的勢(shì)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在風(fēng)電機(jī)組中，輪轂是體積和重量較大的旋轉(zhuǎn)體。因此，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證輪轂的重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，不產(chǎn)生不對(duì)稱離心力，保證輪轂和葉片旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。由于輪轂在制造過(guò)程中無(wú)法保證重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，重心的偏心產(chǎn)生不對(duì)稱離心力，使得輪轂和主軸受到額外載荷。在此額外載荷的受力方向產(chǎn)生微小變形，使得輪轂和主軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)。在振動(dòng)的影響下，風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)連接件和軸承會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)和過(guò)度磨損，降低風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。因此，有必要在風(fēng)電機(jī)組裝配過(guò)程

中通過(guò)加裝配平塊配平的方式消除輪轂重心與旋轉(zhuǎn)中心的偏心，使得輪轂的重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，消除輪轂和主軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)，保證風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。確定配平塊重量和位置的配平程序是配平的關(guān)鍵技術(shù)，該程序能夠準(zhǔn)確計(jì)算出配平塊重量及位置，同時(shí)解決了國(guó)外的配平程序，只能用于單一機(jī)組的問(wèn)題。

1 配平原理及計(jì)算

1.1 配平的力學(xué)原理

如圖1所示，配重塊配平產(chǎn)生的力F為空間平行力系，力的方向垂直向下，力對(duì)點(diǎn)O的矩為一矢量，矢量的大小為兩倍的三角形面積（F×L），矢量的方向如圖1所示(垂直于三角形)，即空間平行力F對(duì)點(diǎn)O的矩矢等于矩心到該力作用點(diǎn)的矢徑與該力的矢量積，MO(F0)=F×L；

當(dāng)配重塊在配重塊安裝孔（兩處）對(duì)點(diǎn)O矩的矢量和等于輪轂配平后在發(fā)電機(jī)安裝法蘭孔所放置的配重塊對(duì)點(diǎn)O產(chǎn)生的矩時(shí)，即可認(rèn)為輪轂已經(jīng)配平。

即 MO(F0)=MO(F1)+MO(F2)或 者M(jìn)O(F0)=MO(F2)+MO(F3)或者M(jìn)O(F0)=MO(F3)+MO(F1)[1-2]

1.2 數(shù)學(xué)計(jì)算

1.2.1 參數(shù)設(shè)置

（1）假設(shè)發(fā)電機(jī)安裝法蘭孔的數(shù)量為60；

（2）序號(hào)0的法蘭孔的位置如圖1所示；

（3）孔的序號(hào)為N。

1.2.2 公式推導(dǎo)

如圖2所示：

∠A=∠B=120°＋8°－∠C=128°－∠C

式中∠C即配重塊放置位置與中心線的夾角

∠D=60°是一定值

根據(jù)解三角形公式，正弦定理：

配重塊的重量：

同理，可推導(dǎo)出不同的配重塊放置法蘭孔序號(hào)，配重塊在不同的安裝位置的質(zhì)量，如表1所示。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 邏輯分析

（1）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為2－21時(shí)，配重塊的安裝位置為位置1、2；

（2）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為22－41時(shí)，配重塊的安裝位置為位置2、3；

（3）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為42－59、0、1時(shí)，配重塊的安裝位置為位置3、1。

表1 配重塊質(zhì)量的計(jì)算公式

2.2 配平程序的流程圖

配平程序流程圖如圖3所示。

2.3 程序語(yǔ)言

2.3.1所使用的函數(shù)說(shuō)明[5]

函數(shù)說(shuō)明如表2所示。

2.3.2配平程序的語(yǔ)言

配平程序的語(yǔ)言如表3所示。

3 配平過(guò)程

3.1 配平工藝

（1）使用配平起吊工裝將輪轂組件吊起；

（2）在水平面上校準(zhǔn)水平儀，將水平儀放置在輪轂法蘭平面上，確定輪轂的傾斜方向；

（3）根據(jù)輪轂的傾斜方向確定配重塊在法蘭孔上的放置位置，將配重塊放在發(fā)電機(jī)連接法蘭孔上，以配平輪轂；

（4）輪轂配平后，記錄放置配重塊的法蘭孔序號(hào)（詳見(jiàn)圖2）及質(zhì)量，并將數(shù)據(jù)輸入配平程序中，配平程序?qū)⒋_定出配重塊的安裝位置，并計(jì)算出每個(gè)安裝位置安裝配重塊的重量；

（5）使用螺桿、螺母，將配重塊固定在輪轂上，配重塊應(yīng)在變槳法蘭板兩側(cè)對(duì)稱放置。

表2 EXCEL程序的語(yǔ)法及說(shuō)明

表3 配平程序的語(yǔ)言

3.2 影響配平精度的因素

（1）變槳法蘭板的位置精度將影響力矩臂L的大小，從而影響配平程序的計(jì)算結(jié)果。因此，對(duì)于輪轂鑄件，變槳法蘭板的位置精度應(yīng)是重點(diǎn)控制的檢驗(yàn)項(xiàng)目；

（2）配平起吊工裝的精度，配平起吊工裝自身的尺寸中心應(yīng)與起吊中心重合。否則，在配平過(guò)程中將把配平起吊工裝的不平衡帶入到輪轂的配平過(guò)程中去；

（3）配平起吊工裝的中心應(yīng)與輪轂的回轉(zhuǎn)中心重合，否則配平將沒(méi)有意義。因此，在配平起吊工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意定位基準(zhǔn)面的選擇，確保中心的重合；

在建筑產(chǎn)業(yè)的施工現(xiàn)場(chǎng)管理過(guò)程中，項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)階段可以讓各個(gè)模塊的人員主動(dòng)積極參與其中，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的有效運(yùn)用搭建出高效的工作平臺(tái)，從而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌安排和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得信息更為準(zhǔn)確有效地進(jìn)行傳遞，同時(shí)加強(qiáng)各個(gè)部門和專業(yè)技術(shù)人員之間的聯(lián)系和溝通，增強(qiáng)彼此之間的默契，提高工作效率和工作質(zhì)量，減少在實(shí)際工作中由于信息傳遞滯后、缺乏準(zhǔn)確性導(dǎo)致設(shè)計(jì)施工出現(xiàn)變更和問(wèn)題。對(duì)于項(xiàng)目施工過(guò)程的管控，相關(guān)工作人員可以通過(guò)BIM技術(shù)的有效運(yùn)用對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)調(diào)整工作進(jìn)度，優(yōu)化施工過(guò)程和施工程序，對(duì)人員調(diào)度和資源配置進(jìn)行合理安排。

（4）隨著風(fēng)電機(jī)組功率的增大，直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組輪轂裝配后的重量達(dá)到20t－30t，配平起吊工裝在起吊輪轂后，不可避免會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，若變形量過(guò)大，將會(huì)影響配平的精度。因此，在配平起吊工裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，懸臂梁設(shè)計(jì)首要考慮的問(wèn)題應(yīng)是剛性而不是強(qiáng)度。

3.3 配平過(guò)程的注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)配平程序的計(jì)算原理，配重塊應(yīng)在變槳法蘭板兩側(cè)對(duì)稱放置，切不可在一側(cè)放置；

（2）在配平過(guò)程中，配平起吊工裝應(yīng)保證輪轂?zāi)茉?60°任意方向穩(wěn)定、自由傾斜，并避免旋轉(zhuǎn)，這也是配平起吊工裝的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一；

（3）配重塊的固定應(yīng)注意螺栓防松，否則在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，配重塊脫落將造成嚴(yán)重后果。

4 結(jié)論

[1] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組. 理論力學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社,2009.

[2] 姚兆生,譯.機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[3] 侯先勤. ProE4.0中文野火版產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M]. 西安:西安交通大學(xué)出版社, 2009.

[4] 詹友剛. Pro/ENGINEER中文野火版4.0 高級(jí)應(yīng)用教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[5] 雛志資訊. EXCEL函數(shù)與公式綜合應(yīng)用技巧大全[M]. 北京:人民郵電出版社, 2012.