葉片纖維布浸膠機的結(jié)構(gòu)設計

張毅莉

(連云港中復連眾復合材料集團有限公司,江蘇 連云港 222006)

葉片纖維布浸膠機的結(jié)構(gòu)設計

張毅莉

(連云港中復連眾復合材料集團有限公司,江蘇 連云港 222006)

本文介紹了葉片纖維布浸膠的工藝過程和浸膠機的工作原理，重點分析了收卷輥、皮帶漲緊調(diào)節(jié)器、膠輥安裝工裝、移動膠槽、擠膠輥調(diào)節(jié)裝置等設計要點和結(jié)構(gòu)，該設備的研制有效地解決了纖維布浸潤過程中浸膠不均勻和浸不透的缺陷，經(jīng)過連眾公司多年的實際應用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

葉片；纖維布浸漬；浸膠機；結(jié)構(gòu)設計

1 引 言

風力發(fā)電被認為是最有希望，能夠大規(guī)模利用的可再生能源發(fā)電項目。作為潔凈能源，風力能源的開發(fā)利用受到世界各國越來越大的重視。

復合材料風機葉片是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵動力部件，直接影響著整個系統(tǒng)的性能，要求其具有長期在戶外自然環(huán)境條件下使用的耐候性。因此，葉片的設計和制造質(zhì)量水平十分重要，被視為風力發(fā)電機系統(tǒng)的關鍵技術和技術水平代表。傳統(tǒng)復合材料風力發(fā)電機葉片多采用手糊工藝制造。手糊工藝制造的風力發(fā)電機葉片在使用過程中，往往由于工藝過程中的含膠量不均勻、纖維/樹脂浸潤不良及固化不完全等，引發(fā)裂紋、斷裂和葉片變形等問題。所以，設計制作一臺可將纖維布及纖維網(wǎng)紗預浸潤樹脂的設備是非常必要的。

2 設計分析

預浸料指的是纖維束或纖維布經(jīng)過樹脂浸潤后形成的均勻預固化材料，預固化材料可直接用于葉片的制造。預浸料樹脂通常粘度較高，要浸潤纖維布和纖維網(wǎng)紗，必須先降低樹脂粘度,再施加一定的壓力，同時還要考慮纖維的浸潤性。由于預浸料樹脂在室溫下通常呈半固態(tài)，要得到浸潤能力好的低粘度樹脂有2種基本方法：添加溶劑法和熱熔法，風能葉片用預浸料材料一般采用第二種方法熱熔法。

纖維布及纖維網(wǎng)紗的浸膠機(以下簡稱浸膠機)的工作原理如圖1，纖維布從放布卷輥經(jīng)過過渡輥1，進入浸膠槽，繞過浸膠輥，再經(jīng)過過渡2后，由收卷輥將浸過樹脂的纖維布卷起。

圖1 浸膠機原理圖

3 設計要點

3.1 收卷輥由氣馬達帶動旋轉(zhuǎn)

因氣動馬達有體積小，輸出扭矩大； 可實現(xiàn)瞬間正反向旋轉(zhuǎn)，即時啟動、停止； 適用于在易燃、易爆、高溫、潮濕、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工作；一個簡單的氣壓調(diào)節(jié)器或旋塞即可實現(xiàn)-無級調(diào)速和可變扭矩等特點，因此收卷輥的旋轉(zhuǎn)設計由氣動馬達驅(qū)動。

收卷輥與氣動馬達由三角帶傳遞轉(zhuǎn)動，由于收卷輥卷繞的纖維布是根據(jù)葉片的各個鋪層所需的纖維布長度，卷制的每個長度的纖維布需卷成一個卷輥，所以收卷輥的裝卸非常頻繁，考慮到結(jié)構(gòu)緊湊，拆卸方便，收卷輥軸的安裝不可固定安裝，要即可靈活轉(zhuǎn)動又能輕松裝卸。在這種情況下，設計了由4個托輪將收卷輥的軸托起，且在收卷輥軸的一端安裝一個皮帶輪可帶動其轉(zhuǎn)動，收卷輥軸的另一端可方便安裝2個能夠鎖緊在軸上的漲塞，可以將卷繞浸過膠的纖維布紙筒漲緊，并與軸一同轉(zhuǎn)動；為了保證收卷輥在轉(zhuǎn)動的過程中不作軸向竄動，在收卷輥軸安裝皮帶輪的一端設計了2個防竄凸臺。見圖2。

圖2 收卷輥

其次，收卷輥的轉(zhuǎn)動是氣馬達通過三角帶的傳動帶動了漲緊軸轉(zhuǎn)動，每卷制一輥預浸過樹脂的纖維布輥，需將收卷輥及軸一同卸下，因此皮帶的漲緊也應是快速的松漲及拆裝，根據(jù)皮帶所要漲緊的程度，設計了彈簧插銷式皮帶漲緊架，可快速將皮帶漲緊。圖3。

壓輪與轉(zhuǎn)動把手安裝成一體，壓輪壓緊皮帶，跟隨皮帶轉(zhuǎn)動，減少皮帶磨損；轉(zhuǎn)動把手由一轉(zhuǎn)銷將其固定在固定插板上，轉(zhuǎn)動把手帶動壓輪轉(zhuǎn)動；固定插板安裝在主架上；彈簧插銷固定在轉(zhuǎn)動把手上，拉起插銷可將插銷從孔中拔出，轉(zhuǎn)動把手到合適位置(壓緊皮帶或放松皮帶)，松開插銷，插銷插入孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動把手被固定。

3.2 膠輥安裝結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)一只葉片大約需要1～2天時間，每次在制作葉片所需的纖維布浸膠之后，需將所有膠輥拆下清理，這樣才能保證其表面不會有固化的樹脂，因為一但膠輥有固化的樹脂，其表面會出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，膠輥表面不平整會導致浸潤的纖維布所含的樹脂量不均勻，直接影響葉片的制作質(zhì)量。

圖3 皮帶漲緊調(diào)節(jié)器

考慮到所有膠輥工作時都要轉(zhuǎn)動和在拆裝時的滑動，在所有膠輥的兩端設計用尺寸公差控制精確的聚四氟做襯套，保證膠輥安裝后的位置精度。為了安裝方便，設計了一端是固定軸座，一端是活動插銷，安裝膠輥時，先把膠輥放到主架上，將一端推入固定軸座里，另一端用一個錐度插銷，從主架外插入膠輥中見圖4，不僅可以固定膠輥，還可以將膠輥從主架上提起，使得膠輥在工作時不磨損。固定軸安裝在軸承座內(nèi)其外端安裝了皮帶輪，除浸膠輥以外的所有膠輥均由同一電機減速機用一根環(huán)型皮帶帶動轉(zhuǎn)動，以使得所有膠輥同步轉(zhuǎn)動。

圖4 膠輥安裝結(jié)構(gòu)

3.3 活動膠槽的確定

為了方便清洗膠槽及拆裝浸膠輥，膠槽設計成懸掛式，底座配有四個輪子，可將膠槽輕松移開。每次使用時，將膠槽掛起，讓浸膠輥浸入膠槽內(nèi)，考慮到每次使用結(jié)束，應盡量將膠槽內(nèi)的樹脂用光，膠槽底部設計的比浸膠輥不要太寬，膠槽的底部內(nèi)邊緣與浸膠輥之間的間隙不超過20 mm，保證纖維布可將膠槽里的樹脂帶走。見圖5。

圖5 活動膠槽

3.4 擠膠輥調(diào)整裝置

纖維布從膠槽經(jīng)過之后，上下面均掛滿了樹脂，這樣會造成很大的浪費，為了讓纖維布表面的樹脂含量均勻，又可以減少浪費，在過渡輥2的上方安裝了一個膠輥，用于擠去纖維布上多余的樹脂。

在擠膠輥的兩端設計了2個調(diào)整座，擠膠輥被安裝在這調(diào)整座上，調(diào)整座可以上下調(diào)節(jié)，帶動擠膠輥上下移動，調(diào)整擠膠輥與過渡膠輥2之間的間隙來控制纖維布上的含膠量。

設計的調(diào)整座包括底座、滑座、彈簧、夾緊螺母，底座上有兩根立桿，都具有導向作用，滑座安裝在兩立桿上，在兩根導向桿上各裝一個彈簧，彈簧產(chǎn)生的彈力作用在調(diào)整座上分別是向下和向上的推力，從而在調(diào)整過程中調(diào)整座可以平穩(wěn)上下移動(圖6)。

圖6 膠輥調(diào)整裝置

4 整體結(jié)構(gòu)

為了使纖維布在浸潤過程中均勻浸透，在過渡輥2兩邊增加了3個過渡膠輥，使得纖維布帶有一定的張力，纖維布在經(jīng)過有張力的膠輥后，可以大大增加其浸透的程度，使得纖維布浸潤樹脂更好；另外，在纖維布收卷之前再安裝一根有棱邊的光滑桿再次對纖維布進行一次刮膠，更好地保證了纖維布的浸潤及控制含膠量。

葉片的鋪層是由不同長度的纖維布鋪設成型，每一個長度的纖維布都需剪斷，浸過樹脂的纖維布無法測量精確，若先將纖維布測量后再浸膠，會浪費很多時間，因此，設計了一個測量裝置，將其安裝在放卷輥后的過渡輥上方，在放卷的同時，測量出纖維布的長度，保證了所需的不同長度纖維布。

考慮到每次清洗拆裝膠輥時的勞動強度，設計安裝了一個單臂旋轉(zhuǎn)可移動的電動葫蘆，不僅大大地節(jié)約了拆裝時間，還降低了工人的勞動強度。見圖7。

圖7 整體結(jié)構(gòu)圖

另外，浸膠的工作室溫環(huán)境應盡量保持恒定，在冬天寒冷季節(jié)，室溫較低的情況下，可以在膠槽內(nèi)增加一加熱溫控裝置，從而保證在纖維布浸潤過程中，樹脂粘度不變，含膠量相同。

5 結(jié) 語

本文所研究的葉片纖維布浸膠機解決了葉片纖維布在制作過程中產(chǎn)生的褶皺、樹脂含量不均勻、浸潤不透的缺陷問題。該設備在2008年申請了實用新型專利。實踐證明，采用該浸膠機后，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，同時還提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，又減輕了工人的勞動強度。

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Blade Structure Design of Fiber Cloth Impregnation Machine

ZHANG Yili

(Lianyungang Zhongfu Lianzhong Composites Group Co.，Ltd.Lianyungang Jiangsu 222006)

This paper introduces the technical process of leaf fiber fabric impregnating and the working principle of impregnation machine. The design method and structure of rewinding roller, belt tension adjustor, installation and disassembling special tooling of rollers, mobile glue groove, squeeze rollers and other related components are mainly discussed. The design of this equipment can effectively avoid the defect of unevenness and impermeability during fiberglass dipping process. The product produced by this machine in our company for a few of years is perfect and stable in quality.

leaf blade；fiber impregnating；impregnation machine；structure design

2014-12-15)

張毅莉(1963-)，女，江蘇人，本科，高級工程師。研究方向：復合材料制品的制作設備、模具、工裝的開發(fā)設計。E-mail：zhangyili@lzfrp.com.