張宏瑞，于衛(wèi)鋒，呂銀娟

(甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

0 引 言

風(fēng)電塔筒就是風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主要起支撐作用，同時(shí)吸收機(jī)組震動(dòng)。大多數(shù)塔筒為錐形變徑形狀，底端直徑為3 500～4 100 mm左右，最上端直徑為2 700～3 000 mm左右。兆瓦級(jí)塔筒高度在60～90 m之間，常見高度為65～80 m。

風(fēng)電塔筒在生產(chǎn)工藝中內(nèi)外環(huán)、縱焊縫的焊接風(fēng)電塔筒質(zhì)量及工作進(jìn)度是整個(gè)風(fēng)電塔筒質(zhì)量和生產(chǎn)能力的關(guān)鍵地方，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于塔筒直徑較大，且焊接工作中要不停的轉(zhuǎn)換焊接位置，因此內(nèi)外環(huán)焊縫的焊接需要大量的高技術(shù)操作人員，在轉(zhuǎn)換焊接位置時(shí)需要大量的工作時(shí)間及工作場(chǎng)地，為了提高塔筒的生產(chǎn)能力，避免生產(chǎn)中出現(xiàn)的種種弊端。通過創(chuàng)新研究，研制了一種技術(shù)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造成本經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)縱向焊縫焊接工裝。該自動(dòng)焊接工裝可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下移動(dòng)、適合不同直徑塔筒環(huán)焊縫焊接，可以同時(shí)容納兩個(gè)操作人員，人員可以不用在轉(zhuǎn)動(dòng)的塔筒上作業(yè)，大大提提高了安全系數(shù)，改善了操作人員的勞動(dòng)環(huán)境，縱焊縫、環(huán)焊縫均在此設(shè)備上操作減低了占地面積，減少了塔筒的倒運(yùn)次數(shù)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。此自動(dòng)環(huán)、縱向焊縫焊接工裝在實(shí)際使用中工裝的升降平臺(tái)水平和垂直方向都有傾斜現(xiàn)象，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，操作人員出現(xiàn)安全隱患，設(shè)備工裝壽命降低。筆者通過多次現(xiàn)場(chǎng)考察分析，提出一種最合適的解決方案，徹底解決生產(chǎn)中升降平臺(tái)傾斜問題，使得此工裝設(shè)備在提升風(fēng)電塔筒制造的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力中發(fā)揮了重要作用。

1 塔筒焊接工裝在使用中出現(xiàn)的問題

風(fēng)電塔筒的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 風(fēng)電塔筒的生產(chǎn)工藝

如圖1所示，風(fēng)電塔筒的生產(chǎn)工藝是：鋼板原材料生產(chǎn)前先進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，數(shù)控切割機(jī)下料，厚板需要開坡口，卷板機(jī)卷板成型后，點(diǎn)焊，定位，確認(rèn)后進(jìn)行內(nèi)外縱縫的焊接，防腐處理后，包裝外發(fā)。

1.1 塔筒焊接工裝的主要結(jié)構(gòu)圖

塔筒焊接工裝主要功能及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 塔筒焊接工裝的主要結(jié)構(gòu)圖

(1) 前后行走“平車”主要功能承載整體設(shè)備前后移動(dòng)到所需工作位置，它是由電動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)4個(gè)車輪沿指定軌道前后運(yùn)動(dòng)。

(2) 支撐架功能支撐升降平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)為焊接支架固定滾輪支撐立柱支架，帶動(dòng)升降平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。

(3) 升降平臺(tái)功能承載設(shè)備和操作人員根據(jù)焊接塔筒直徑大小升降到所需的工作位置，其結(jié)構(gòu)由槽鋼焊接的矩形鋼組成平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)為由8組支撐架中的支撐輪，沿立柱，自動(dòng)升降。

(4) 電控系統(tǒng)控制平車自動(dòng)前后和提升升降平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。

(5) 立柱主要功能支撐整個(gè)焊接工裝的升降平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)為4根H型鋼組合在一起形成。

環(huán)焊縫焊接工裝適用于塔筒焊接的環(huán)向焊縫焊接，減少塔筒倒運(yùn)次數(shù)，節(jié)約成本，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了操作人員的安全系數(shù)，并且能夠適應(yīng)多種大型圓筒類產(chǎn)品的制作，保證焊接質(zhì)量。

1.2 問題及產(chǎn)生的后果

1.2.1 存在的問題

該產(chǎn)品是針對(duì)于焊接制作大型圓筒類工件焊接所設(shè)計(jì)的一種新產(chǎn)品。在風(fēng)電塔筒生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)，升降工作臺(tái)在上下運(yùn)動(dòng)過程中，升降的工作平臺(tái)傾斜，水平方向和垂直方向均有傾斜現(xiàn)象，且垂直方向的傾斜程度大于水平方向的傾斜程度，平臺(tái)傾斜最低面與最高面相差12 mm左右。在實(shí)際應(yīng)用中觀察發(fā)現(xiàn)，提升平臺(tái)在靜止時(shí)傾斜不明顯，在上升、下降運(yùn)動(dòng)中傾斜比較明顯。有負(fù)載的情況下發(fā)生率明顯高于無(wú)負(fù)載的使用情況。

1.2.2 產(chǎn)生的后果

塔筒焊接工裝在使用一段時(shí)間后，必須需要人工把升降平臺(tái)調(diào)整平。否則會(huì)造成嚴(yán)重后果：①減低設(shè)備的使用壽命；②工作位置不穩(wěn)定影響塔筒焊接質(zhì)量；③傾斜的平臺(tái)造成操作者在平臺(tái)工作站立不平穩(wěn)，存在安全生產(chǎn)隱患；④平臺(tái)運(yùn)送材料及工器具時(shí)造成高空落物的安全隱患。

1.3 提升平臺(tái)出現(xiàn)傾斜原因

根據(jù)工裝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)多次的使用觀測(cè)及分析，平臺(tái)傾斜的主要原因是：工作平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)中，8個(gè)支撐輪中會(huì)有個(gè)別支撐輪與立柱支撐接觸不好，存在間隙現(xiàn)象，使升降輪脫離立柱支撐面，造成立柱對(duì)升降輪的支撐，導(dǎo)向不足和剛性不足，造成出現(xiàn)支撐輪卡阻和懸缺陷，使得升降平臺(tái)出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。造成的原因有以下四點(diǎn)：①支撐立柱在制造時(shí)存在垂直誤差，立柱與平車成垂直度難以準(zhǔn)確控制；②支撐立柱中心焊接尺寸制作誤差；③平臺(tái)支撐滾輪安裝誤差，安裝時(shí)保證支撐滾輪與支撐立柱間隙保持不一致；④平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接制造中，尺寸存在偏差。

2 原因分析及解決方案

焊接工作平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)傾斜，其關(guān)鍵因素為升降平臺(tái)的支撐輪與立柱存在間隙，造成平臺(tái)會(huì)不在同一平面上下運(yùn)動(dòng)，消除支撐輪與立柱存在間隙，可行性的解決方案：

(1) 解決焊接工裝平臺(tái)傾斜的問題可以從增加立柱的強(qiáng)度，保證立柱的垂直度。但在在實(shí)際生產(chǎn)中由于運(yùn)行軌跡的限制，增加立柱的強(qiáng)度無(wú)法實(shí)現(xiàn)，立柱是由4根“H”型鋼焊接而成，成品型鋼在制造時(shí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許存在一定范圍的制造偏差，而塔筒焊接工裝升降平臺(tái)支撐輪沿立柱上下運(yùn)行中，不能存在偏差，因此次方案無(wú)法解決平臺(tái)傾斜的問題。

(2) 嚴(yán)格控制焊接制造誤差，保證焊接工裝的制造精度消除升降平臺(tái)傾斜問題。一方面，由于支架為鋼結(jié)構(gòu)的焊接件，從型鋼及鋼板下料會(huì)出現(xiàn)不可避免的1～3 mm誤差，在在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生不可避免的制造誤差。另一方面在焊接中使用電焊機(jī)在電弧的高溫下焊接或多或少存在焊接變形，因此從控制制造誤差方面很難消除平臺(tái)傾斜問題

(3) 嚴(yán)格控制焊接安裝誤差，防止平臺(tái)的傾斜，焊接工裝高度為4.2 m，在這樣的高度控制誤差實(shí)現(xiàn)難度大，且由于型鋼及鋼板存在制造誤差，原支撐滾輪結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能，因此從控制安裝誤差方面無(wú)法徹底解決升降平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的傾斜問題。

(4) 采彈性較大的尼龍材料的導(dǎo)向輪，支撐滾輪用兩種材料制成，表面與立柱接觸的表面制成15 mm后的尼龍材料，其余部位用原鋼件結(jié)構(gòu)，兩種材料用鑲嵌形式結(jié)合。如圖3所示。

圖3 表面鑲嵌尼龍材料的支撐輪 圖4 彈簧裝置的支撐輪

采用表面鑲嵌尼龍材料的支撐輪的優(yōu)點(diǎn)是芯部及大部分結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，保證了滾輪的剛度，與立柱接觸支撐部位，利用尼龍材質(zhì)自身的彈性，調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪與立柱之間的間隙，使得支撐輪與立柱緊密，達(dá)到接觸消除間隙，防止平臺(tái)傾斜。但此方案的缺點(diǎn)是采用彈性材料增大了摩擦系數(shù)，增大了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的阻力，使得原有的提升動(dòng)力不足以提升升降平臺(tái)，尼龍彈性材料其強(qiáng)度不夠，會(huì)造成支撐滾輪耐磨性不好，降低其使用壽命，另外此種結(jié)構(gòu)兩種不同材質(zhì)鑲嵌，制造難度較大。因此此種結(jié)構(gòu)雖能解決問題但其自身存在的缺陷，實(shí)際生產(chǎn)中不可取。

(5) 采用帶有彈簧裝置的支撐輪，在原滾輪結(jié)構(gòu)下方安裝4個(gè)彈簧裝置，和4個(gè)導(dǎo)向柱。如圖4所示。

如圖4所示，采用彈簧裝置的支撐輪優(yōu)點(diǎn)是支撐滾輪與立柱的支撐面仍然為剛性支撐，保證了強(qiáng)度，支撐輪增加彈簧裝置，利用自身的彈性調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪與立柱之間的間隙，保證平臺(tái)在同一水平位置，彈簧自身有一定的強(qiáng)度，接觸面有不平位置及平臺(tái)受力不均及振動(dòng)情況，彈簧均可保持其原有的性能；安裝導(dǎo)向裝置使得支撐滾輪在彈簧一定范圍內(nèi)調(diào)整間隙，保證了彈簧的受力，和調(diào)整的精度，并延長(zhǎng)了使用壽命。彈簧結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)材料變化不大，保證了支撐剛保證了平臺(tái)的剛度，使支撐輪與立柱支撐可靠，保證平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行。此結(jié)構(gòu)制造相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，允許調(diào)整間隙大，可擴(kuò)大使用范圍。缺點(diǎn)是增高原有支撐滾輪的高度，使用時(shí)需調(diào)整原有鋼結(jié)構(gòu)支撐架。

經(jīng)過分析對(duì)比以上解決方案，方案(1)～(3)由于自身結(jié)構(gòu)及材料制造的原有性能存在不可解決的問題。方案(4)雖能解決問題，但由于支撐輪表面鑲嵌尼龍材質(zhì)形式，彈簧剛度不夠及摩擦系數(shù)大等問題，也不能采用，方案(5)帶彈簧裝置的支撐輪方式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完全能解決焊接平臺(tái)傾斜問題解決問題，此方案雖需要調(diào)整原有結(jié)構(gòu)，但其改動(dòng)量不大，且容易實(shí)現(xiàn)。經(jīng)分析最終采用方案(5)帶彈簧裝置的方式。實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)過改裝使用，解決了以前升降平臺(tái)傾斜問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)、人員安全運(yùn)行。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前風(fēng)電塔筒環(huán)、縱焊縫焊接工裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是關(guān)鍵設(shè)備之一，在提升風(fēng)電塔筒項(xiàng)目制造的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中起著重要作用。通過實(shí)際生產(chǎn)中的分析和改裝試驗(yàn)，最終確定了彈簧裝置的支撐輪方式，解決了以前升降平臺(tái)傾斜問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)、人員安全運(yùn)行，該工裝設(shè)備在同行業(yè)中具有的推廣價(jià)值和市場(chǎng)前景。