張毅莉

(連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司,江蘇 連云港 222006)

葉片纖維布浸膠機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張毅莉

(連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)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(guò)程和浸膠機(jī)的工作原理，重點(diǎn)分析了收卷輥、皮帶漲緊調(diào)節(jié)器、膠輥安裝工裝、移動(dòng)膠槽、擠膠輥調(diào)節(jié)裝置等設(shè)計(jì)要點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，該設(shè)備的研制有效地解決了纖維布浸潤(rùn)過(guò)程中浸膠不均勻和浸不透的缺陷，經(jīng)過(guò)連眾公司多年的實(shí)際應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

葉片；纖維布浸漬；浸膠機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引 言

風(fēng)力發(fā)電被認(rèn)為是最有希望，能夠大規(guī)模利用的可再生能源發(fā)電項(xiàng)目。作為潔凈能源，風(fēng)力能源的開發(fā)利用受到世界各國(guó)越來(lái)越大的重視。

復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)力部件，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，要求其具有長(zhǎng)期在戶外自然環(huán)境條件下使用的耐候性。因此，葉片的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平十分重要，被視為風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝制造。手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過(guò)程中，往往由于工藝過(guò)程中的含膠量不均勻、纖維/樹脂浸潤(rùn)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(shè)計(jì)制作一臺(tái)可將纖維布及纖維網(wǎng)紗預(yù)浸潤(rùn)樹脂的設(shè)備是非常必要的。

2 設(shè)計(jì)分析

預(yù)浸料指的是纖維束或纖維布經(jīng)過(guò)樹脂浸潤(rùn)后形成的均勻預(yù)固化材料，預(yù)固化材料可直接用于葉片的制造。預(yù)浸料樹脂通常粘度較高，要浸潤(rùn)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(shí)還要考慮纖維的浸潤(rùn)性。由于預(yù)浸料樹脂在室溫下通常呈半固態(tài)，要得到浸潤(rùn)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(fēng)能葉片用預(yù)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(jī)(以下簡(jiǎn)稱浸膠機(jī))的工作原理如圖1，纖維布從放布卷輥經(jīng)過(guò)過(guò)渡輥1，進(jìn)入浸膠槽，繞過(guò)浸膠輥，再經(jīng)過(guò)過(guò)渡2后，由收卷輥將浸過(guò)樹脂的纖維布卷起。

圖1 浸膠機(jī)原理圖

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 收卷輥由氣馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)

因氣動(dòng)馬達(dá)有體積小，輸出扭矩大； 可實(shí)現(xiàn)瞬間正反向旋轉(zhuǎn)，即時(shí)啟動(dòng)、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(gè)簡(jiǎn)單的氣壓調(diào)節(jié)器或旋塞即可實(shí)現(xiàn)-無(wú)級(jí)調(diào)速和可變扭矩等特點(diǎn)，因此收卷輥的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

收卷輥與氣動(dòng)馬達(dá)由三角帶傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)，由于收卷輥卷繞的纖維布是根據(jù)葉片的各個(gè)鋪層所需的纖維布長(zhǎng)度，卷制的每個(gè)長(zhǎng)度的纖維布需卷成一個(gè)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(dòng)又能輕松裝卸。在這種情況下，設(shè)計(jì)了由4個(gè)托輪將收卷輥的軸托起，且在收卷輥軸的一端安裝一個(gè)皮帶輪可帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，收卷輥軸的另一端可方便安裝2個(gè)能夠鎖緊在軸上的漲塞，可以將卷繞浸過(guò)膠的纖維布紙筒漲緊，并與軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)；為了保證收卷輥在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中不作軸向竄動(dòng)，在收卷輥軸安裝皮帶輪的一端設(shè)計(jì)了2個(gè)防竄凸臺(tái)。見圖2。

圖2 收卷輥

其次，收卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)是氣馬達(dá)通過(guò)三角帶的傳動(dòng)帶動(dòng)了漲緊軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每卷制一輥預(yù)浸過(guò)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(yīng)是快速的松漲及拆裝，根據(jù)皮帶所要漲緊的程度，設(shè)計(jì)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(dòng)把手安裝成一體，壓輪壓緊皮帶，跟隨皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，減少皮帶磨損；轉(zhuǎn)動(dòng)把手由一轉(zhuǎn)銷將其固定在固定插板上，轉(zhuǎn)動(dòng)把手帶動(dòng)壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)；固定插板安裝在主架上；彈簧插銷固定在轉(zhuǎn)動(dòng)把手上，拉起插銷可將插銷從孔中拔出，轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(huì)有固化的樹脂，因?yàn)橐坏z輥有固化的樹脂，其表面會(huì)出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，膠輥表面不平整會(huì)導(dǎo)致浸潤(rùn)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(shí)都要轉(zhuǎn)動(dòng)和在拆裝時(shí)的滑動(dòng)，在所有膠輥的兩端設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)了一端是固定軸座，一端是活動(dòng)插銷，安裝膠輥時(shí)，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(gè)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(shí)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(jī)減速機(jī)用一根環(huán)型皮帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得所有膠輥同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 膠輥安裝結(jié)構(gòu)

3.3 活動(dòng)膠槽的確定

為了方便清洗膠槽及拆裝浸膠輥，膠槽設(shè)計(jì)成懸掛式，底座配有四個(gè)輪子，可將膠槽輕松移開。每次使用時(shí)，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(yīng)盡量將膠槽內(nèi)的樹脂用光，膠槽底部設(shè)計(jì)的比浸膠輥不要太寬，膠槽的底部?jī)?nèi)邊緣與浸膠輥之間的間隙不超過(guò)20 mm，保證纖維布可將膠槽里的樹脂帶走。見圖5。

圖5 活動(dòng)膠槽

3.4 擠膠輥調(diào)整裝置

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

在擠膠輥的兩端設(shè)計(jì)了2個(gè)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(dòng)擠膠輥上下移動(dòng)，調(diào)整擠膠輥與過(guò)渡膠輥2之間的間隙來(lái)控制纖維布上的含膠量。

設(shè)計(jì)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(dǎo)向作用，滑座安裝在兩立桿上，在兩根導(dǎo)向桿上各裝一個(gè)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(guò)程中調(diào)整座可以平穩(wěn)上下移動(dòng)(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(rùn)過(guò)程中均勻浸透，在過(guò)渡輥2兩邊增加了3個(gè)過(guò)渡膠輥，使得纖維布帶有一定的張力，纖維布在經(jīng)過(guò)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(rùn)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(duì)纖維布進(jìn)行一次刮膠，更好地保證了纖維布的浸潤(rùn)及控制含膠量。

葉片的鋪層是由不同長(zhǎng)度的纖維布鋪設(shè)成型，每一個(gè)長(zhǎng)度的纖維布都需剪斷，浸過(guò)樹脂的纖維布無(wú)法測(cè)量精確，若先將纖維布測(cè)量后再浸膠，會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量裝置，將其安裝在放卷輥后的過(guò)渡輥上方，在放卷的同時(shí)，測(cè)量出纖維布的長(zhǎng)度，保證了所需的不同長(zhǎng)度纖維布。

考慮到每次清洗拆裝膠輥時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)單臂旋轉(zhuǎn)可移動(dòng)的電動(dòng)葫蘆，不僅大大地節(jié)約了拆裝時(shí)間，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(yīng)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(rùn)過(guò)程中，樹脂粘度不變，含膠量相同。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文所研究的葉片纖維布浸膠機(jī)解決了葉片纖維布在制作過(guò)程中產(chǎn)生的褶皺、樹脂含量不均勻、浸潤(rùn)不透的缺陷問題。該設(shè)備在2008年申請(qǐng)了實(shí)用新型專利。實(shí)踐證明，采用該浸膠機(jī)后，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)還提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，又減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(jí)工程師。研究方向：復(fù)合材料制品的制作設(shè)備、模具、工裝的開發(fā)設(shè)計(jì)。E-mail：zhangyili@lzfrp.com.