風(fēng)電齒輪箱的產(chǎn)品研發(fā)過程

劉曉慶

（太原重工齒輪傳動(dòng)分公司，山西 太原 030024）

引言

隨著能源與環(huán)境壓力的日益增加，風(fēng)能源的發(fā)展在各個(gè)國家都受到重視。但風(fēng)能不能直接利用，需要將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，它主要是由葉輪、輪轂、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制柜、偏航裝置、變槳裝置、塔架等組成，其中齒輪箱是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，主要實(shí)現(xiàn)提速的功能。風(fēng)電機(jī)組一般建立在海上或高山上。由于風(fēng)能是隨機(jī)的，所以風(fēng)電機(jī)組受到的載荷也是隨機(jī)載荷，再加上運(yùn)行環(huán)境的變化，造成風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行環(huán)境惡劣，故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。齒輪箱是否可靠影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，所以設(shè)計(jì)可靠的齒輪箱就顯得尤為重要。

1 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計(jì)過程

風(fēng)電齒輪箱在設(shè)計(jì)之前首先要與客戶進(jìn)行技術(shù)方面的溝通，了解齒輪箱內(nèi)部的齒輪、軸承、其它主要零件以及外部連接的主要件有沒有特殊的要求，然后根據(jù)用戶提供的外形尺寸圖或者技術(shù)規(guī)范進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定具體的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，風(fēng)電齒輪箱一般采用行星級(jí)+平行級(jí)混合的型式，有的客戶會(huì)直接指定傳動(dòng)方案，確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)后就開始選取齒輪參數(shù)及軸承型式，齒輪參數(shù)的計(jì)算需要根據(jù)用戶提供的疲勞載荷和極限載荷分別進(jìn)行疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度計(jì)算，軸承型式的選取主要根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置和壽命、應(yīng)力的計(jì)算進(jìn)行選擇，選型時(shí)可以與軸承廠家商議進(jìn)行；軸徑粗選后要進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算過程中要保證齒輪、軸承、軸的20年使用壽命。在主要零件都確定后，就要對(duì)箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中需要注意箱體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，箱體的加工工藝性和鑄造工藝性以及美觀性，其中箱體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度通過有限元分析確保它的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度，加工工藝性和鑄造工藝性需要相關(guān)的冷加工和鑄造工藝專業(yè)人員進(jìn)行評(píng)審，確保在加工和鑄造過程中不會(huì)出現(xiàn)依據(jù)現(xiàn)有水平難以完成的工序。整個(gè)齒輪箱設(shè)計(jì)完成后，為了確保其裝配性，還要對(duì)齒輪箱進(jìn)行裝配工藝的評(píng)審，保證各個(gè)零件的可裝配性。

2 齒輪箱的加工、裝配、試驗(yàn)

施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成后，工藝人員要根據(jù)圖紙要求制定齒輪箱每個(gè)零件的加工工藝路線，并繪制工序圖，機(jī)床根據(jù)繪制的工序圖對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行加工，并進(jìn)行檢驗(yàn)。

零件加工檢驗(yàn)完成后要進(jìn)行裝配，工藝人員根據(jù)圖紙制定裝配工藝，分部件裝配和總裝配，為保證裝配的正確性，可制定裝配工藝看板，裝配工人根據(jù)看板上的內(nèi)容一步步進(jìn)行安裝，保證產(chǎn)品裝配過程的正確性、完整性和清潔程度。

在產(chǎn)品安裝完成后，工藝人員要根據(jù)試車大綱編制試車工藝，進(jìn)行空載、負(fù)載和超載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中要對(duì)軸承溫度、油溫、油壓、液位、振動(dòng)、噪音、齒面接觸斑點(diǎn)、滲漏油、轉(zhuǎn)速、扭矩進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，試車時(shí)間要根據(jù)齒輪箱達(dá)到熱平衡時(shí)間進(jìn)行確定。試車過程中出現(xiàn)的任何問題都要及時(shí)解決。

在試車完成后，如果是樣機(jī)試驗(yàn)，需要進(jìn)行拆箱檢查所有的零件，確保每個(gè)零件的完好性。如果出現(xiàn)缺陷，要及時(shí)改進(jìn)，改進(jìn)之后要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝和后期維護(hù)

在齒輪箱交付給用戶后，用戶需要安裝到整機(jī)上，調(diào)試成功后在風(fēng)場(chǎng)吊裝安裝，完成后要進(jìn)行試運(yùn)行，并網(wǎng)發(fā)電，在這期間齒輪箱廠家要及時(shí)跟蹤產(chǎn)品的運(yùn)行狀況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)與主機(jī)廠商聯(lián)系并進(jìn)行整改，避免后期因此而產(chǎn)生的重大事故。

4 結(jié)語

一個(gè)完整的齒輪箱的研發(fā)過程需要經(jīng)歷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝、加工、裝配、檢驗(yàn)、試車、售后各環(huán)節(jié)，由于齒輪箱的維修困難，所以對(duì)可靠性有高的要求，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證，才能夠確保每臺(tái)出廠的產(chǎn)品都能夠經(jīng)得起風(fēng)場(chǎng)的驗(yàn)證。