易柏偉

（深圳市嘉馳機電科技有限公司，廣東深圳 518000）

風力發(fā)電機組中，大多數(shù)啟動鏈和安全鏈故障都是由設備打滑引起的。因此，優(yōu)化和改善滑轉引起的誤差，制定滑轉后的維修計劃，對提高風電機組的經(jīng)濟效益具有重要意義。

1 耐用型滑環(huán)常見問題

1.1 滑環(huán)發(fā)展及維護現(xiàn)狀

我國早期風力渦輪機所使用的滑環(huán)大部分來源于進口。通過不斷引入和吸收了國外先進的滑環(huán)設計和制造技術，我國國內(nèi)公司也已掌握了生產(chǎn)高性能、優(yōu)質(zhì)滑環(huán)的技術。

調(diào)查結果顯示，國內(nèi)部分風電機組的滑環(huán)已發(fā)生了多處故障，由于滑環(huán)密封性能不足，膠粉進入了鎖緊軸承，造成滑環(huán)污染嚴重。這將會引起安全信號的閃爍，從而需要對設備操作情況進行嚴格檢測。許多的風力渦輪設備也只是需要簡單清洗滑環(huán)，又因為沒有專門潤滑劑，滑環(huán)和手刷也根本無法高效潤滑，這就更加加劇了滑環(huán)的老化。

1.2 精密導電滑環(huán)制造方案與工藝分析

在精密數(shù)控車床上，采用多刃車刀的切削工藝，在絕緣材料薄壁圓筒（導電棒基板）的外周表面上加工均勻的圓形微通道，或采用單刃刀具的多刃切削工藝，切削圓形微通道。形成多個邊緣或切割一個邊緣，不僅可以避免真空注射或環(huán)氧樹脂變形硬化造成的孔隙，而且可以避免切割過程中切割力造成的絕緣環(huán)彎曲變形。可以獲得高精度的滑環(huán)驅動器。

在放大器的幫助下，每個環(huán)槽中的微孔通過高速鉆孔和圓形螺釘進行加工。在許多鉆孔方式過程中，只有高速鉆孔才能達到高精度。由于孔直徑僅為0.2 mm，因此需要借助鉸刀移動孔和鉆頭以完成孔加工。圓螺紋加工可確保15根微絲不纏繞在螺紋后面，從而避免了直螺紋的纏繞問題。

微孔直接連接到導線上，以防止導線脫落。挖掘微孔時，微孔的直徑通常小于鉆頭的直徑。為了確保導線不會脫落，可以將導線直接擰入微孔中。微通道的表面質(zhì)量易于粘合，這可以通過直接滲透避免。

圓柱形薄絕緣材料（導電棒排列）的整個邊緣表面都是具有導電性的。電鍍是一項采用電化學沉積原理，在物質(zhì)表層上加工高導電性貴金屬的工藝技術。因為在沉積過程中需要電子運動，所以棒的外表面也需要具備良好的導電性。所以，就需要先對薄壁或圓柱形絕緣體（導電棒排列）的外圓表面進行導電性處理。

采用脈沖電化學沉積法，首先在金屬層上鍍銅，然后再鍍合金層。在這個過程中，貴金屬被電化學沉積分離，以取代原來的導電環(huán)。低速銑削用于去除圓柱形薄絕緣材料（導電棒非金屬）最平坦的金屬涂層，并將金屬涂層保持在環(huán)形微通道中。有必要將氣缸外表面和金屬環(huán)上的涂層與導電桿外表面分離，因此有必要去除汽缸外表面上的涂層。由于該工藝屬于二次加工，必須通過相應的固定件和數(shù)控中心在車床上進行精密加工。

為了保證溝槽的形狀精度和導電層的均勻厚度，通過微加工形成溝槽銑削。相反，如果使用切割成型方法，則可直接切割或撕裂導電層。對精密磨環(huán)驅動器的關鍵性能參數(shù)進行了測試和分析，驗證了新工藝方案的可行性。

1.3 多刃成形車刀加工工藝

旋轉成形工具用于在車床上加工內(nèi)外車削表面。刀尖的形狀不同于普通車刀。邊緣的形狀主要由加工對象的輪廓導出和計算。因此，成形車刀是一種只能加工某些加工產(chǎn)品的專用工具。成形車刀通用性差，但加工效率高，刀具壽命長，加工質(zhì)量好。用多工裝精密模具加工導電環(huán)微通道的具體工作方法如下。

在單刃開槽刀具的基礎上，設計了一種精密導電滑環(huán)多刃成形刀具。根據(jù)單刃組合刀具的結構，槽刀具的側刃在工作過程中位移大，軸向力大。同時，當兩個微通道之間的距離約為0.5 mm 時，軸向力產(chǎn)生的擠出比聚氨酯等高加工性熱塑性塑料更明顯。

旋轉成形工具用于加工對象，當加工表面對應的切削行程完成時，加工表面完成。因此，處理過程簡單有效。旋轉成型工具的輪廓是根據(jù)工作輪廓設計的。圖1顯示了絕緣微槽基本形狀。

圖1 絕緣微槽基本形狀

1.4 單刃車刀加工分析

單個切削刃的尺寸必須符合傳統(tǒng)切削刃的設計要求和單個切削刃的形狀，如圖2所示。

圖2 單刃切槽刀的結構示意圖

切割頭設計為等邊三角形。該切割頭不僅保證了刀片足夠鋒利，切割力小，而且可以直接切割所需的三角槽。同時，通過選擇與旋轉刀具邊緣成13°的角度，可以減少刀具表面和滑環(huán)之間的摩擦。

切削參數(shù)的選擇。切割時，切割力作用在微通道絕緣體上，容易導致微通道絕緣體變形。因此，有必要通過實驗優(yōu)化主軸轉速、進給量、切削深度和計算角度。通常采用有限元仿真軟件abqus 對切削過程進行仿真。將仿真結果與實驗方法相結合，分析這些因素對滑環(huán)絕緣子槽導線切割精度的影響，得出最佳切割工藝參數(shù)。

在上述描述中，需找到加工表面顆粒的最佳加工方法，即單刃或多刃車削，切削主軸轉速為560 r/min，進給速度為0，切削參數(shù)的選擇以及數(shù)控車床的相關數(shù)據(jù)。選擇5 mm，切割深度為0.2 mm。為了執(zhí)行正確的滑動驅動，按指定順序進行。

如圖3所示，這種切削車刀可以避免塑料碎屑，并確保微通道的表面質(zhì)量滿足精度要求，因為它保持在微通道中。然而，由于微槽與微槽之間的距離較小，切削力受微槽橫向彎曲變形的影響較小，不能滿足微槽橫向彎曲變形高精度的要求，切削參數(shù)對車刀的切削力影響不大。因此，如果多刃車刀的切削不能滿足微通道表面質(zhì)量的要求，有必要深入研究切削過程中的主要參數(shù)對微通道彎曲變形的影響。獲得滿足工藝要求的微通道處理參數(shù)范圍。

圖3 單刃切槽車刀車削工藝流程圖

2 耐用型滑常見問題應對策略

2.1 滑環(huán)長期維護策略

目前，隨著傳統(tǒng)風電場的廢棄，傳統(tǒng)風電場的年度效益不容樂觀。一旦舊滑環(huán)發(fā)生故障，必須換新型滑環(huán)。目前，中國國內(nèi)滑環(huán)廠家都只能供應價格相對低廉而且升級迅速的舊滑環(huán)產(chǎn)品。建議如果購買了國產(chǎn)滑環(huán)，可以用進口滑環(huán)替代。同時，建議購買一定數(shù)量的備件和維修工具，如無水酒精、軟刷、熱風槍、鋼筋等成套材料。

為改正滑環(huán)的設計錯誤，有必要及時地為這些問題建立和配備相應的整流器。因為滑環(huán)密封特性不足，滑環(huán)在驅動主軸上形成了大量粉塵。而通過主軸用PVC 管上再加裝一次密封圈，就能夠更有效地隔離污染，從而防止了滑環(huán)軸承、導電環(huán)和手刷等受到污染。因軸承行業(yè)在運輸前并未做好全面潤滑，將機組的滑環(huán)全部替換為備件，整機也替換了滑環(huán)，并對軸承進行了清洗、潤滑和更新。并建議交替存放。不影響設備工作，可正常維修。

定期維護?；h(huán)和設備的定期維護工作通常需要半年的時間同步。同時，對滑動元件的頻繁清洗也會影響滑動元件的使用壽命。建議在定期維護時檢測滑環(huán)的驅動環(huán)，并依據(jù)具體情況選擇是否進行修復工作。在清洗過程中，禁止應用油基洗滌劑清潔集成電路板，以避免對滑環(huán)和手刷的銹蝕。在清洗后，用熱氣吹干，并將潤滑劑滴入每個導電環(huán)節(jié)中。

優(yōu)化和更新。滑環(huán)公司大部分是以德國產(chǎn)品為代表的國內(nèi)公司。在中國的售后服務價值也相對較高。同時，因為國內(nèi)代理商的壟斷，企業(yè)也不得不在市場上大量收購舊滑環(huán)刷配件，但參考價格仍然很高昂。舊滑環(huán)備件的價格和新滑環(huán)的采購價格很相似。目前，在我國已有兩種風磨環(huán)，滑圈為硬金環(huán)及鐵合金刷架構的設計。由于新材料新科技的發(fā)展，目前國內(nèi)滑環(huán)企業(yè)使用纖維刷構成的銀變形銅合金環(huán)，制作成本也相對較低。所以，企業(yè)可尋找第三方的滑環(huán)企業(yè)合作，以手刷代替硬變形銅合金環(huán)或對手刷結構。磨碎價格的這種變動，比單個磨碎價格的1/6更為合理，這能夠明顯減少損壞后的維護成本。

2.2 有限元仿真在切削中的應用

有限元模擬廣泛應用于制造過程分析。有限元模擬的應用大大降低了科研成本，為制造過程提供了理論支持。B.E.klameck（1973）是世界上第一家提供金屬芯片的公司中從事組織研究的科學家。M.R.lajchook（1980）詳細研究了縮短產(chǎn)品研發(fā)的過程。此外，還包括有限元法與切削法相結合的研究方法。Jiujing和Baijia 開始逐步將剪切過程應用于有限元分析。Strengowski 和Carroll 研究了一種新的標準切削分離模型（基于塑性變形），并考慮了之前模擬中忽略的因素，刀具和切屑之間的摩擦，如刀具和彈性體。

正交截面模型最初由九井和白家提出。在有限元分析的基礎上，對刀具角度和切削變形進行了深入模擬。同時，利用該模型描述了切削過程中的應力曲線。

隨著世界各國技術的發(fā)展，有限元方法得到了廣泛的應用。近年來，國內(nèi)外科學家首次將工程領域與有限元方法相結合，有限元方法在機械加工中的應用得到了迅速發(fā)展。通常這些模型主要模擬壓力、變形、切削溫度、切削力等。

3 結束語

通過對滑環(huán)誤差的詳細分析，改進控制系統(tǒng)的電路，增加了安全鏈傳動信號環(huán)的電刷數(shù)量，固件的滑動誤差得到有效控制，誤差數(shù)量大大減少，可有效提高滑環(huán)的使用壽命，顯著降低研磨刷的維護成本和導電備用環(huán)的更換方案。傳統(tǒng)的導電滑環(huán)制造方法存在的問題是，導電滑環(huán)的精度難以滿足當前工業(yè)發(fā)展的要求。真空環(huán)氧樹脂法的絕緣電阻降低，實驗不方便。同時，這種方法必須以高成本滿足綁定要求。填充質(zhì)量對整個滑環(huán)導體的電阻和絕緣有很大影響。動態(tài)接觸電阻的波動范圍不能滿足加熱要求?；h(huán)導體傾斜后，重疊接頭使膜不均勻。同時，由于打樁過程中難以確保導電環(huán)的距離，滑環(huán)的距離可能不符合確切要求。新的制造工藝是采用精密車削工藝，直接確保絕緣環(huán)的穩(wěn)定性，微通道直接鉆入微孔和周圍的螺釘中，以確保電信號的傳輸。導電環(huán)電鍍成形時，不僅保證了導電環(huán)的精度，而且通過二次加工完成了導電環(huán)的最終成形，保證了其穩(wěn)定性，能夠滿足接觸電阻變化范圍和滑環(huán)距離的要求。