文／葉盛 王洪波 胡旭馗

2MW風(fēng)電機(jī)組鎖緊盤(pán)多同步螺栓緊固設(shè)備研究

文／葉盛 王洪波 胡旭馗

2MW風(fēng)電機(jī)組主軸與齒輪箱采用內(nèi)外錐套結(jié)構(gòu)形式連接，通過(guò)螺栓緊固使內(nèi)外錐套產(chǎn)生徑向壓力，使內(nèi)脹套抱緊軸。由于鎖緊盤(pán)結(jié)構(gòu)型式導(dǎo)致其緊固過(guò)程是需要數(shù)圈重復(fù)緊固，才可以達(dá)到內(nèi)外錐面平齊的最終要求。緊固要求：2MW鎖緊盤(pán)共有24個(gè)六角頭螺栓24*M33－12.9，緊固力矩要求2650Nm。如圖1齒輪箱鎖緊盤(pán)示意圖。

目前，2MW鎖緊盤(pán)先使用兩把1200Nm牧田電動(dòng)扭矩扳手十字對(duì)稱(chēng)緊固，后四人配合手持兩把TU－3液壓扳手設(shè)定2650NM緊固，勞動(dòng)強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，共消耗作業(yè)時(shí)間6h，在批量生產(chǎn)中，將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率。因此，有必要研究2MW風(fēng)電機(jī)組同步螺栓緊固設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)。

使用需求

針對(duì)鎖緊盤(pán)緊固存在的問(wèn)題及需求，從緊固工具及輔助緊固工具兩方面進(jìn)行改善，以達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）作業(yè)工具：研究鎖緊盤(pán)螺栓快速緊固方法，選購(gòu)快速緊固扭矩扳手；

圖1 齒輪箱鎖緊盤(pán)示意圖

（2）輔助工具：研制完成一套螺栓緊固輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)齒輪箱鎖緊盤(pán)多同步、輕便化、少人化作業(yè)；

（3）作業(yè)效率：在不增加人員的基礎(chǔ)上，作業(yè)時(shí)間由4人耗時(shí)6h降低到2人耗時(shí)5h。

（4）作業(yè)強(qiáng)度：作業(yè)方法符合人體作業(yè)舒適要求，減少登高、托舉作業(yè)。即手持工具作業(yè)重量控制在2kg為宜，作業(yè)高度范圍在800mm－1600mm之內(nèi)為宜。

總體設(shè)計(jì)

通過(guò)以下三部分的設(shè)計(jì)實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求：快速緊固（作業(yè)時(shí)間2.5h）、降低手持作業(yè)強(qiáng)度（手持重量約2kg）、降低作業(yè)高度（800mm－1600mm）。

（1）采用快速緊固的氣動(dòng)扳手，提高鎖緊盤(pán)緊固效率。因脹套式鎖緊盤(pán)緊固次數(shù)多，設(shè)計(jì)借助氣動(dòng)扳手可連續(xù)式施加載荷、持續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，擬采用兩把氣動(dòng)扭矩扳手同步對(duì)稱(chēng)緊固，以提高螺栓緊固的速度。同時(shí)，為保證螺栓緊固的力矩的準(zhǔn)確度，在鎖緊盤(pán)內(nèi)外錐套端面距離接近平齊時(shí)，借助液壓扭矩扳手精度高的特點(diǎn)，用液壓扭矩扳手完成終擰。

（2）采用合理的氣源管路鋪設(shè)，保證持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力。

設(shè)計(jì)根據(jù)氣動(dòng)扭矩扳手的氣源要求，結(jié)合現(xiàn)有工廠氣源設(shè)置，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，擬加鋪氣源管路及設(shè)置儲(chǔ)氣罐等，以保證氣動(dòng)扳手的動(dòng)力穩(wěn)定，確保輸出扭矩的準(zhǔn)確度。

（3）采用有效的輔助設(shè)備，減輕操作強(qiáng)度。

設(shè)計(jì)采用彈簧平衡裝置及附件，利用彈簧的彈力以平衡緊固設(shè)備的重量，最大限度的減輕作業(yè)者手持工具的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，將彈簧平衡器的滑軌與登高梯合理結(jié)合，既滿(mǎn)足彈簧平衡的移動(dòng)需求，又滿(mǎn)足作業(yè)者的登高作業(yè)，以保持作業(yè)位置在舒適的高度。

一、氣動(dòng)工具選型

綜合考慮鎖緊盤(pán)螺栓對(duì)緊固工具的要求，氣動(dòng)工具應(yīng)滿(mǎn)足表1性能參數(shù)表。

氣動(dòng)扳手選用失速型，該工具采用氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪箱，靠齒輪比連續(xù)傳動(dòng)，扭矩重復(fù)度±5%,配合傳感器使用可達(dá)±2%，無(wú)沖擊，噪音低，且達(dá)到設(shè)定扭矩值后自動(dòng)停轉(zhuǎn)，本項(xiàng)目選擇失速型氣動(dòng)扭矩扳手，以達(dá)到連續(xù)作業(yè)、精確控制扭矩的目標(biāo)。如圖2失速型氣動(dòng)扳手扭矩波動(dòng)示意圖。

因此，根據(jù)上述氣動(dòng)扳手的特點(diǎn)，選擇失速型氣動(dòng)扭矩扳手，以達(dá)到連續(xù)作業(yè)、精確控制扭矩的目標(biāo)。

二、氣動(dòng)扭矩扳手選型

目前，經(jīng)過(guò)調(diào)研試用，適合風(fēng)電機(jī)組齒輪箱鎖緊盤(pán)緊固工具是失速型氣動(dòng)扳手。失速型氣動(dòng)扭矩扳手是由氣動(dòng)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)帶有三層或多層周轉(zhuǎn)齒輪箱的扭矩倍增器。其通過(guò)調(diào)整氣壓來(lái)控制扭矩大小，為允許特定的扭矩需求設(shè)定，每臺(tái)工具均配有與本臺(tái)相適應(yīng)的空氣壓力與扭矩對(duì)照表和校正報(bào)告，扭矩重復(fù)度±5%,配合傳感器使用可達(dá)±2%，無(wú)沖擊，噪音低，且達(dá)到設(shè)定扭矩值后自動(dòng)停轉(zhuǎn)。根據(jù)表1要求，所選norbar失速型氣動(dòng)扭矩扳手型號(hào)參數(shù)，如表2、圖3氣動(dòng)扳手示意圖所示。

三、 norbar失速型氣動(dòng)扭矩扳手試用效果

2013年5月18日，在河西風(fēng)電基地，因移動(dòng)空壓機(jī)排氣量受限，僅使用1把氣動(dòng)扭矩扳手樣品進(jìn)行模擬試驗(yàn)，表3為 norbar失速型氣動(dòng)扭矩扳手試用表。

為保護(hù)氣動(dòng)扭矩扳手不受損壞，輸出扭矩控制在1800Nm?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)示意圖，試驗(yàn)結(jié)果如表4試用效果比較表所示。

經(jīng)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，一把氣動(dòng)扭矩扳手緊固速度是兩把液壓扳手的僅兩倍的效率，效果顯著，提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

四、彈簧平衡器及配件

彈簧平衡器是借助卷簧積蓄的能量，使所懸掛的操作工具處于無(wú)重狀態(tài)，大力降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。根據(jù)氣動(dòng)工具的重量及其他配件重量：9kg－13kg，因此，選擇彈簧平衡器的承載范圍為9kg－15kg。為方便工具的橫向移動(dòng)，設(shè)置滑軌及板式滑車(chē)。

表1 性能參數(shù)表

表2 norbar失速型氣動(dòng)扭矩扳手型號(hào)參數(shù)表

圖2 失速型氣動(dòng)扳手扭矩波動(dòng)示意圖

圖3 氣動(dòng)扳手示意圖

表3 norbar失速型氣動(dòng)扭矩扳手試用表

五、生產(chǎn)使用效果

2013年8月至2014年4月使用氣動(dòng)扭矩扳手對(duì)2MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱鎖緊盤(pán)緊固30臺(tái)，作業(yè)時(shí)間由4人耗時(shí)6h降低到2人耗時(shí)2.5h，工作效率提高2.4倍。

表4 試用效果比較表

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)2MW風(fēng)電機(jī)組鎖緊盤(pán)緊固存在的問(wèn)題及需求，從緊固工具及輔助緊固工具兩方面進(jìn)行改善，以達(dá)到2MW風(fēng)電機(jī)組同步螺栓緊固；采用快速緊固的氣動(dòng)扳手，提高鎖緊盤(pán)緊固效率；采用合理的氣源管路鋪設(shè)，保證持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力；采用有效的輔助設(shè)備，減輕操作強(qiáng)度，提高工作效率；為株洲所風(fēng)電大批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

（作者單位：南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司風(fēng)電事業(yè)部）