卷板機在風電行業(yè)的研究與應(yīng)用

楊樹田，孔慶平，李玉花，張美蘭，高榮華

（泰安華魯鍛壓機床有限公司，山東 泰安 271000）

1 引言

發(fā)展風電對于改善能源結(jié)構(gòu)、保護生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，近年來，我國風電裝機規(guī)模迅速擴大，2019年1～6月，全國新增風電裝機容量909萬kW，其中海上風電40萬kW，累計并網(wǎng)裝機容量達到1.93億kW，風電行業(yè)興起推動了風電裝備的發(fā)展。

塔筒是風電設(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，需要用卷板機卷制完成，單臺風機需要筒體大于30節(jié)，因此卷板機卷制工作量大，提高卷制效率對風電設(shè)備制造進度和降低成本意義重大。

快速發(fā)展風電卷板機是國內(nèi)市場的急需，塔筒制造要求一次卷制成形，國內(nèi)卷板機產(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)計研發(fā)團隊，從2010年開始，跟蹤行業(yè)需求，借鑒國外先進技術(shù)進行再創(chuàng)新，開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列化多規(guī)格風電卷板機，先后開發(fā)出了WS11K系列卷制板厚100～220多規(guī)格風電專用卷板機，如圖2所示，通過驗收測試，產(chǎn)品各性能滿足設(shè)計及風電客戶要求，并順利交付給風電企業(yè)。

2 風電塔筒技術(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 風電卷板機的技術(shù)研究及創(chuàng)新

針對風電行業(yè)對卷板機的需求，通過吸收國外先進技術(shù)，對國內(nèi)卷板機技術(shù)進行研發(fā)與創(chuàng)新。

國內(nèi)常規(guī)卷板機無法有效滿足風電行業(yè)需求，其主要原因如圖3所示。

3.1 主傳動動力不足

普通卷板機卷制完成時間一般是按3～5次壓下卷制（單個工件1h左右），風電塔筒卷制要求1次壓下卷制完成（單個工件15min左右），因此風電塔筒要求卷制效率高，普通卷板機的主傳動無法提供動力，根本無法一次完成卷制成形，如圖4所示。

改進措施：主傳動功率加大。通過設(shè)計計算，卷制180mm厚，3m寬的風電卷板機需要功率300kW，而普通卷板機主傳動功率是150kW，可見要滿足要求，主傳動扭矩成倍加大，才能滿足上料后一次性卷制筒體的要求。

3.2 大筒徑帶來的筒體下陷

①風電塔筒卷板機的塔筒直徑在8m以上，自身重量達30多t，在卷制時會出現(xiàn)不同的下陷，成形困難；②卷制過程中需要行車等吊具輔助，輔助時間長；③存在人身設(shè)備安全隱患。

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

3.3 筒體錯邊問題

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

改進措施：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，對齊工件兩端接口實現(xiàn)糾偏。如圖7所示。

3.4 筒體需要焊接問題

在卷制成形后需要在合縫處焊接，普通卷板機一般將工件移出或人工進入筒體內(nèi)點焊，從而造成輔助時間增加、操作者勞動強度增加、安全隱患增加、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等。

改進措施：設(shè)置焊接機械手。焊接機械手安裝在一側(cè)機架上，由伺服電機驅(qū)動前進后退或擺動，在卷制完成后對合縫處進行焊接。如圖8所示。

3.5 板材長度大、卷制上料困難

板材長達20000mm～30000mm，板材吊裝運輸不方便，輔助對料時間長，安全性差。

改進措施：送料輥道及對中裝置。送料輥道有多組對接長度到30m，對中裝置布置在送料輥道兩側(cè)?？蓪崿F(xiàn)機動送料和對中，保障了工作安全可靠，減少了輔助時間。如圖9所示。

3.6 改進風電卷板機數(shù)控系統(tǒng)

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

4 小結(jié)

通過創(chuàng)新，風電卷板機已經(jīng)是一個具有綜合性能的裝備，卷制工藝上的改變，使風電卷板機結(jié)構(gòu)具備六大特點：①卷板機主傳動功率是普通卷板機的兩倍以上，能滿足上料后一次性卷制筒體；②在卷板機上端設(shè)置上支撐和側(cè)支撐，支撐大筒徑卷制時不下陷，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料合口；④設(shè)置自動機械手點焊；⑤設(shè)置送料輥道及對中裝置；⑥電器和液壓系統(tǒng)控制精確快速。

通過針對性的技術(shù)研發(fā)，風電卷板機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效益和經(jīng)濟效益。

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)進度，得到了用戶認可，實現(xiàn)了卷板機的升級換代，為國民經(jīng)濟建設(shè)做出了突出貢獻，用戶基本是風電行業(yè)中規(guī)模較大的知名企業(yè)。

5 風電卷板機的發(fā)展方向

（1）大型化。在我國風力發(fā)電技術(shù)已很成熟，而大型（大于10MW）的風電技術(shù)正在研發(fā)中，隨著技術(shù)的進步發(fā)展，風電設(shè)備塔筒也會加大，對風電卷板機的需求向大型化方向發(fā)展。

（2）成套化。風電塔筒成形過程如圖11所示。目前的成形過程由單機單工序獨立完成，生產(chǎn)效率低。對現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)性能及接口進行優(yōu)化，逐步實現(xiàn)各機自動協(xié)調(diào)工作，自動化操作。風電專用卷板機控制及結(jié)構(gòu)應(yīng)該向風電塔筒生產(chǎn)線形式發(fā)展。

（3）智能化。目前風電卷板機智能化最大的瓶頸是無法在線快速準確測量，這也是國內(nèi)外同行業(yè)想攻克的關(guān)鍵技術(shù)。今后重點跟蹤前沿技術(shù)，對智能檢測進行研發(fā)，逐步實現(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)運送，大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連線遠程控制，無人工廠將逐步實現(xiàn)。