文／葉盛 王洪波 胡旭馗

2MW風電機組鎖緊盤多同步螺栓緊固設備研究

文／葉盛 王洪波 胡旭馗

2MW風電機組主軸與齒輪箱采用內外錐套結構形式連接，通過螺栓緊固使內外錐套產生徑向壓力，使內脹套抱緊軸。由于鎖緊盤結構型式導致其緊固過程是需要數(shù)圈重復緊固，才可以達到內外錐面平齊的最終要求。緊固要求：2MW鎖緊盤共有24個六角頭螺栓24*M33－12.9，緊固力矩要求2650Nm。如圖1齒輪箱鎖緊盤示意圖。

目前，2MW鎖緊盤先使用兩把1200Nm牧田電動扭矩扳手十字對稱緊固，后四人配合手持兩把TU－3液壓扳手設定2650NM緊固，勞動強度大，持續(xù)時間長，共消耗作業(yè)時間6h，在批量生產中，將會嚴重制約生產效率。因此，有必要研究2MW風電機組同步螺栓緊固設備，以實現(xiàn)高效率生產。

使用需求

針對鎖緊盤緊固存在的問題及需求，從緊固工具及輔助緊固工具兩方面進行改善，以達到以下目標：

（1）作業(yè)工具：研究鎖緊盤螺栓快速緊固方法，選購快速緊固扭矩扳手；

圖1 齒輪箱鎖緊盤示意圖

（2）輔助工具：研制完成一套螺栓緊固輔助設備，實現(xiàn)齒輪箱鎖緊盤多同步、輕便化、少人化作業(yè)；

（3）作業(yè)效率：在不增加人員的基礎上，作業(yè)時間由4人耗時6h降低到2人耗時5h。

（4）作業(yè)強度：作業(yè)方法符合人體作業(yè)舒適要求，減少登高、托舉作業(yè)。即手持工具作業(yè)重量控制在2kg為宜，作業(yè)高度范圍在800mm－1600mm之內為宜。

總體設計

通過以下三部分的設計實施，為實現(xiàn)目標要求：快速緊固（作業(yè)時間2.5h）、降低手持作業(yè)強度（手持重量約2kg）、降低作業(yè)高度（800mm－1600mm）。

（1）采用快速緊固的氣動扳手，提高鎖緊盤緊固效率。因脹套式鎖緊盤緊固次數(shù)多，設計借助氣動扳手可連續(xù)式施加載荷、持續(xù)作業(yè)時間長的優(yōu)點，擬采用兩把氣動扭矩扳手同步對稱緊固，以提高螺栓緊固的速度。同時，為保證螺栓緊固的力矩的準確度，在鎖緊盤內外錐套端面距離接近平齊時，借助液壓扭矩扳手精度高的特點，用液壓扭矩扳手完成終擰。

（2）采用合理的氣源管路鋪設，保證持續(xù)穩(wěn)定的動力。

設計根據氣動扭矩扳手的氣源要求，結合現(xiàn)有工廠氣源設置，通過設計計算，擬加鋪氣源管路及設置儲氣罐等，以保證氣動扳手的動力穩(wěn)定，確保輸出扭矩的準確度。

（3）采用有效的輔助設備，減輕操作強度。

設計采用彈簧平衡裝置及附件，利用彈簧的彈力以平衡緊固設備的重量，最大限度的減輕作業(yè)者手持工具的勞動強度。同時，將彈簧平衡器的滑軌與登高梯合理結合，既滿足彈簧平衡的移動需求，又滿足作業(yè)者的登高作業(yè)，以保持作業(yè)位置在舒適的高度。

一、氣動工具選型

綜合考慮鎖緊盤螺栓對緊固工具的要求，氣動工具應滿足表1性能參數(shù)表。

氣動扳手選用失速型，該工具采用氣動馬達驅動齒輪箱，靠齒輪比連續(xù)傳動，扭矩重復度±5%,配合傳感器使用可達±2%，無沖擊，噪音低，且達到設定扭矩值后自動停轉，本項目選擇失速型氣動扭矩扳手，以達到連續(xù)作業(yè)、精確控制扭矩的目標。如圖2失速型氣動扳手扭矩波動示意圖。

因此，根據上述氣動扳手的特點，選擇失速型氣動扭矩扳手，以達到連續(xù)作業(yè)、精確控制扭矩的目標。

二、氣動扭矩扳手選型

目前，經過調研試用，適合風電機組齒輪箱鎖緊盤緊固工具是失速型氣動扳手。失速型氣動扭矩扳手是由氣動馬達來驅動帶有三層或多層周轉齒輪箱的扭矩倍增器。其通過調整氣壓來控制扭矩大小，為允許特定的扭矩需求設定，每臺工具均配有與本臺相適應的空氣壓力與扭矩對照表和校正報告，扭矩重復度±5%,配合傳感器使用可達±2%，無沖擊，噪音低，且達到設定扭矩值后自動停轉。根據表1要求，所選norbar失速型氣動扭矩扳手型號參數(shù)，如表2、圖3氣動扳手示意圖所示。

三、 norbar失速型氣動扭矩扳手試用效果

2013年5月18日，在河西風電基地，因移動空壓機排氣量受限，僅使用1把氣動扭矩扳手樣品進行模擬試驗，表3為 norbar失速型氣動扭矩扳手試用表。

為保護氣動扭矩扳手不受損壞，輸出扭矩控制在1800Nm。現(xiàn)場試驗示意圖，試驗結果如表4試用效果比較表所示。

經上述試驗數(shù)據對比，一把氣動扭矩扳手緊固速度是兩把液壓扳手的僅兩倍的效率，效果顯著，提高工作效率，減輕勞動強度。

四、彈簧平衡器及配件

彈簧平衡器是借助卷簧積蓄的能量，使所懸掛的操作工具處于無重狀態(tài)，大力降低了操作工人的勞動強度，提高了勞動生產效率。根據氣動工具的重量及其他配件重量：9kg－13kg，因此，選擇彈簧平衡器的承載范圍為9kg－15kg。為方便工具的橫向移動，設置滑軌及板式滑車。

表1 性能參數(shù)表

表2 norbar失速型氣動扭矩扳手型號參數(shù)表

圖2 失速型氣動扳手扭矩波動示意圖

圖3 氣動扳手示意圖

表3 norbar失速型氣動扭矩扳手試用表

五、生產使用效果

2013年8月至2014年4月使用氣動扭矩扳手對2MW風電機組齒輪箱鎖緊盤緊固30臺，作業(yè)時間由4人耗時6h降低到2人耗時2.5h，工作效率提高2.4倍。

表4 試用效果比較表

結語

針對2MW風電機組鎖緊盤緊固存在的問題及需求，從緊固工具及輔助緊固工具兩方面進行改善，以達到2MW風電機組同步螺栓緊固；采用快速緊固的氣動扳手，提高鎖緊盤緊固效率；采用合理的氣源管路鋪設，保證持續(xù)穩(wěn)定的動力；采用有效的輔助設備，減輕操作強度，提高工作效率；為株洲所風電大批量生產打下基礎。

（作者單位：南車株洲電力機車研究所有限公司風電事業(yè)部）