楊樹(shù)田，孔慶平，李玉花，張美蘭，高榮華

（泰安華魯鍛壓機(jī)床有限公司，山東 泰安 271000）

1 引言

發(fā)展風(fēng)電對(duì)于改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模迅速擴(kuò)大，2019年1～6月，全國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量909萬(wàn)kW，其中海上風(fēng)電40萬(wàn)kW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到1.93億kW，風(fēng)電行業(yè)興起推動(dòng)了風(fēng)電裝備的發(fā)展。

塔筒是風(fēng)電設(shè)備重要基礎(chǔ)承力部件（圖1），加工制造難度系數(shù)極大。該件為圓形，需要用卷板機(jī)卷制完成，單臺(tái)風(fēng)機(jī)需要筒體大于30節(jié)，因此卷板機(jī)卷制工作量大，提高卷制效率對(duì)風(fēng)電設(shè)備制造進(jìn)度和降低成本意義重大。

快速發(fā)展風(fēng)電卷板機(jī)是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的急需，塔筒制造要求一次卷制成形，國(guó)內(nèi)卷板機(jī)產(chǎn)品基本不能滿足塔筒的卷制要求。為此，華魯鍛壓公司成立設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從2010年開(kāi)始，跟蹤行業(yè)需求，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列化多規(guī)格風(fēng)電卷板機(jī)，先后開(kāi)發(fā)出了WS11K系列卷制板厚100～220多規(guī)格風(fēng)電專用卷板機(jī)，如圖2所示，通過(guò)驗(yàn)收測(cè)試，產(chǎn)品各性能滿足設(shè)計(jì)及風(fēng)電客戶要求，并順利交付給風(fēng)電企業(yè)。

2 風(fēng)電塔筒技術(shù)參數(shù)及精度要求

2.1 塔筒技術(shù)參數(shù)（表1）

表1 塔筒技術(shù)參數(shù)

2.2 塔筒精度要求（表2）

表2 塔筒精度要求

3 風(fēng)電卷板機(jī)的技術(shù)研究及創(chuàng)新

針對(duì)風(fēng)電行業(yè)對(duì)卷板機(jī)的需求，通過(guò)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)卷板機(jī)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新。

國(guó)內(nèi)常規(guī)卷板機(jī)無(wú)法有效滿足風(fēng)電行業(yè)需求，其主要原因如圖3所示。

3.1 主傳動(dòng)動(dòng)力不足

普通卷板機(jī)卷制完成時(shí)間一般是按3～5次壓下卷制（單個(gè)工件1h左右），風(fēng)電塔筒卷制要求1次壓下卷制完成（單個(gè)工件15min左右），因此風(fēng)電塔筒要求卷制效率高，普通卷板機(jī)的主傳動(dòng)無(wú)法提供動(dòng)力，根本無(wú)法一次完成卷制成形，如圖4所示。

改進(jìn)措施：主傳動(dòng)功率加大。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，卷制180mm厚，3m寬的風(fēng)電卷板機(jī)需要功率300kW，而普通卷板機(jī)主傳動(dòng)功率是150kW，可見(jiàn)要滿足要求，主傳動(dòng)扭矩成倍加大，才能滿足上料后一次性卷制筒體的要求。

3.2 大筒徑帶來(lái)的筒體下陷

①風(fēng)電塔筒卷板機(jī)的塔筒直徑在8m以上，自身重量達(dá)30多t，在卷制時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的下陷，成形困難；②卷制過(guò)程中需要行車(chē)等吊具輔助，輔助時(shí)間長(zhǎng)；③存在人身設(shè)備安全隱患。

改進(jìn)措施：設(shè)置上支撐和側(cè)支撐解決筒體下陷問(wèn)題。上支撐安裝在卷板機(jī)的上工作輥的上端，上支撐活動(dòng)支架可根據(jù)需要上下移動(dòng)托住筒體上端，避免自重及變形下陷；側(cè)支撐安裝在機(jī)器的前后兩側(cè)，可上下擺動(dòng)，工作時(shí)托住筒體下端，筒體保持較好的圓度。如圖5所示。

3.3 筒體錯(cuò)邊問(wèn)題

在卷制過(guò)程中，筒體合口存在著不同程度的徑向和軸向的錯(cuò)位（圖6）。而傳統(tǒng)的解決方法是用輔助工具或焊接工藝塊，強(qiáng)行人工操作雙向合口，對(duì)于厚度100mm以上的鋼板過(guò)程相當(dāng)困難，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。

改進(jìn)措施：設(shè)置糾偏裝置。糾偏裝置安裝在側(cè)支撐上，可夾住工件，在上支撐和側(cè)支撐的配合作用下，對(duì)齊工件兩端接口實(shí)現(xiàn)糾偏。如圖7所示。

3.4 筒體需要焊接問(wèn)題

在卷制成形后需要在合縫處焊接，普通卷板機(jī)一般將工件移出或人工進(jìn)入筒體內(nèi)點(diǎn)焊，從而造成輔助時(shí)間增加、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度增加、安全隱患增加、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等。

改進(jìn)措施：設(shè)置焊接機(jī)械手。焊接機(jī)械手安裝在一側(cè)機(jī)架上，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)后退或擺動(dòng)，在卷制完成后對(duì)合縫處進(jìn)行焊接。如圖8所示。

3.5 板材長(zhǎng)度大、卷制上料困難

板材長(zhǎng)達(dá)20000mm～30000mm，板材吊裝運(yùn)輸不方便，輔助對(duì)料時(shí)間長(zhǎng)，安全性差。

改進(jìn)措施：送料輥道及對(duì)中裝置。送料輥道有多組對(duì)接長(zhǎng)度到30m，對(duì)中裝置布置在送料輥道兩側(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)送料和對(duì)中，保障了工作安全可靠，減少了輔助時(shí)間。如圖9所示。

3.6 改進(jìn)風(fēng)電卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用人機(jī)界面，動(dòng)態(tài)監(jiān)控各種動(dòng)作，通過(guò)PLC和各種傳感器使位置精度、同步精度更加精確，移動(dòng)更加快速。如圖10所示。

4 小結(jié)

通過(guò)創(chuàng)新，風(fēng)電卷板機(jī)已經(jīng)是一個(gè)具有綜合性能的裝備，卷制工藝上的改變，使風(fēng)電卷板機(jī)結(jié)構(gòu)具備六大特點(diǎn)：①卷板機(jī)主傳動(dòng)功率是普通卷板機(jī)的兩倍以上，能滿足上料后一次性卷制筒體；②在卷板機(jī)上端設(shè)置上支撐和側(cè)支撐，支撐大筒徑卷制時(shí)不下陷，確保筒體的圓度；③設(shè)置糾偏裝置，在上支撐和下支撐的配合下方便于對(duì)料合口；④設(shè)置自動(dòng)機(jī)械手點(diǎn)焊；⑤設(shè)置送料輥道及對(duì)中裝置；⑥電器和液壓系統(tǒng)控制精確快速。

通過(guò)針對(duì)性的技術(shù)研發(fā)，風(fēng)電卷板機(jī)完全滿足用戶的精度、效率、安全要求，該產(chǎn)品的推廣取得顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、技術(shù)方案成熟，卷制的塔筒工件質(zhì)量好，精度高，安全高效，性價(jià)比高，解決了行業(yè)用戶的生產(chǎn)難題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度，得到了用戶認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了卷板機(jī)的升級(jí)換代，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了突出貢獻(xiàn)，用戶基本是風(fēng)電行業(yè)中規(guī)模較大的知名企業(yè)。

5 風(fēng)電卷板機(jī)的發(fā)展方向

（1）大型化。在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已很成熟，而大型（大于10MW）的風(fēng)電技術(shù)正在研發(fā)中，隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備塔筒也會(huì)加大，對(duì)風(fēng)電卷板機(jī)的需求向大型化方向發(fā)展。

（2）成套化。風(fēng)電塔筒成形過(guò)程如圖11所示。目前的成形過(guò)程由單機(jī)單工序獨(dú)立完成，生產(chǎn)效率低。對(duì)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)性能及接口進(jìn)行優(yōu)化，逐步實(shí)現(xiàn)各機(jī)自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，自動(dòng)化操作。風(fēng)電專用卷板機(jī)控制及結(jié)構(gòu)應(yīng)該向風(fēng)電塔筒生產(chǎn)線形式發(fā)展。

（3）智能化。目前風(fēng)電卷板機(jī)智能化最大的瓶頸是無(wú)法在線快速準(zhǔn)確測(cè)量，這也是國(guó)內(nèi)外同行業(yè)想攻克的關(guān)鍵技術(shù)。今后重點(diǎn)跟蹤前沿技術(shù)，對(duì)智能檢測(cè)進(jìn)行研發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的智能化控制。隨著信息傳遞和硬件控制的不斷提升智能物流系統(tǒng)運(yùn)送，大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連線遠(yuǎn)程控制，無(wú)人工廠將逐步實(shí)現(xiàn)。