風(fēng)電葉片大梁玻纖布鋪層新型設(shè)備的研究

何 明，陶生金，卜康濤，武 靜

（國電聯(lián)合動力技術(shù)（連云港）有限公司，江蘇連云港 222002）

0 引言

風(fēng)電機(jī)組功率的不斷加大，也就意味著風(fēng)電葉片的長度需要不斷加長。這樣對整個(gè)葉片的強(qiáng)度要求也在不斷地提高，其中大梁處在葉片的內(nèi)蒙皮與外蒙皮中間，起到了關(guān)鍵的骨架支撐作用。大梁的制作步驟是先需要鋪層玻纖布，然后再灌注樹脂，這種方法也是目前國際上唯一的制作方法。常用的鋪層均采用人工鋪設(shè)玻纖布的方式。針對目前生產(chǎn)上的效率低下以及行業(yè)內(nèi)的技術(shù)短缺，設(shè)計(jì)了一款大梁玻纖布鋪層的新型設(shè)備。

1 目前行業(yè)內(nèi)使用的鋪層方法

1.1 行車吊運(yùn)玻纖布卷鋪層的方法

采用行車吊運(yùn)玻纖布卷鋪層的方法基本操作就是將玻纖布卷的中心孔內(nèi)，插入一根圓形鋼棒，鋼棒的長度需要長于玻纖布卷的寬度。這樣用兩根吊帶在圓棒的兩段，兜住圓棒，將其與纖維布卷一同吊起，通過行車可以自由地移動玻纖布卷到合適的位置。玻纖布卷在懸空的狀態(tài)下，工人拖拽玻纖布的起始處，鋪層到指定的位置并人工搟平。最后，根據(jù)所需要的玻纖布長度，沿著玻纖布橫向?qū)⑵浼魯?，從而完成整個(gè)鋪層的操作［1］。

上述鋪布方法為采用行車吊著玻纖布卷，移動至模具上方進(jìn)行鋪層。該方法很難把玻纖布準(zhǔn)確地鋪放進(jìn)模具并將玻纖布鋪平，需要花費(fèi)大量的人力對鋪好的玻纖布進(jìn)行調(diào)整、整平，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且影響成型后產(chǎn)品的質(zhì)量，存在鋪層慢、效率低、玻纖布材料損耗高、產(chǎn)品尺寸超差等一系列不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

1.2 通過推動鋪層車移動完成鋪層的方法

此種鋪層方法的操作，首先是將玻纖布鋪層小車抬上大梁模具，并利用限位銷使車輪正好架在模具上；緊接著將玻纖布鋪層小車推移到模具的一端，然后將玻纖布卷放置在玻纖布鋪層小車上，再將玻纖布拉出并固定在所述模具的一端；推動玻纖布鋪層小車至模具的另一端，同時(shí)調(diào)整玻纖布卷的位置使玻纖布準(zhǔn)確地落入模具。重復(fù)上述操作，直至完成所有的鋪層。

上述玻纖布的鋪層方法，主要依靠人工推動鋪層車在大梁模具上來回移動，鋪層車以及玻纖布卷的重量累計(jì)達(dá)到上百公斤，需要多人一起操作才可完成移動，存在勞動效率低下、鋪層速度較慢等明顯的缺點(diǎn)。

1.3 布卷固定工裝上，人工拉布移動完成鋪層的方法

此種玻纖布的鋪設(shè)方法的是目前行業(yè)內(nèi)最常用方法之一，主要是在大梁模具的一端，機(jī)械加工焊接一個(gè)用于支撐玻纖布卷的支架。當(dāng)玻纖布卷通過行車抬到支架上時(shí)，工人拖拽玻纖布卷起始處，玻纖布卷在拉力的作用下，可實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了放布的功能，人工拖著玻纖布在模具表面上移動，待到落入指定位置后，剪斷玻纖布并將其搟平，如此重復(fù)的操作，完成逐層鋪層。

不過，這種鋪布的操作方法，人員在實(shí)際的運(yùn)用過程中，極大地消耗體力，而且需要重復(fù)空跑撤回到模具端玻纖布卷處拖布，造成工作效率低下。同時(shí)在布卷使用完后，需要不停地更換布卷，到達(dá)指定位置后需要人工裁斷玻纖布等一系列繁雜重復(fù)的工作。

2 新型的鋪層設(shè)備

為了避免上述3種鋪層存在的問題，現(xiàn)研發(fā)一種高效、安全、方便、快捷的大梁玻纖布鋪層的新型設(shè)備，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動放布、精準(zhǔn)定位鋪布起始位置、自動裁剪玻纖布等功能，解決行業(yè)內(nèi)大梁玻纖布鋪設(shè)過程中鋪層慢、效率低、玻纖布材料損耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等難題。

2.1 新型設(shè)備的行走輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這種新型設(shè)備，需要在大梁模具鋼架兩側(cè)安裝有特定的軌道，軌道采用齒條形式，同時(shí)與齒條嚙合的行走輪也采用齒輪型，確保行走輪內(nèi)部與齒條的精準(zhǔn)嚙合。行走輪的兩側(cè)卡在軌道上，這樣能充分保證整個(gè)設(shè)備在軌道上不發(fā)生偏移等現(xiàn)象，如圖1所示。

2.2 新型設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖1 行走輪結(jié)構(gòu)

因?yàn)殇亴娱L度，隨著大梁鋪層層數(shù)的變化而變化，且每層鋪布長度不一。這樣就需要在模具上，對應(yīng)的每層鋪布的起始位置處均裝有長度距離傳感器。傳感器均采用紅外或者激光類型。當(dāng)設(shè)備到達(dá)傳感器位置時(shí)，空壓機(jī)驅(qū)動制動器將整個(gè)設(shè)備?？吭谲壍郎系闹付ㄎ恢?。設(shè)備采用直流電源驅(qū)動伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)正反行走，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備在軌道往復(fù)精準(zhǔn)運(yùn)動鋪布。伺服電機(jī)與差速齒輪箱連接，差速齒輪箱兩端連接設(shè)備的橋體，起到支撐與行走的作用，如圖2所示。

圖2 驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.3 玻纖布壓緊裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

新型設(shè)備上還具有玻纖布的壓緊裝置，壓緊裝置是有一塊開有孔的固定板，孔的中間穿有螺栓，螺栓上套有彈簧而組成［2］。通過對螺栓的擰緊與放松，實(shí)現(xiàn)其與模具表面之間的間隙與壓力的大小。壓緊裝置與模具接觸位置采用與模具隨形的貼合滾輪，這樣能夠保證玻纖布與模具準(zhǔn)確定位鋪層。操作過程中，只需將玻纖布卷起始處穿過壓緊裝置，待整個(gè)設(shè)備運(yùn)動時(shí)，被壓緊的玻纖布即帶動整個(gè)布卷的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)放布、鋪布的功能，如圖3所示。

2.4 裁剪裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

同時(shí)，設(shè)備上裝有空氣壓力機(jī)，空氣壓力用于裁剪玻纖布與停車制動等。工作狀態(tài)下，空壓機(jī)驅(qū)動氣缸實(shí)現(xiàn)伸縮功能。氣缸上裝載有特定的刀具，當(dāng)?shù)竭_(dá)距離傳感器指定位置后，氣缸的伸縮，帶動刀具，將玻纖布從布卷上橫向裁斷。然后控制器控制整個(gè)設(shè)備，驅(qū)動設(shè)備行駛到下一層玻纖布鋪層的起點(diǎn)，進(jìn)行下一層玻纖布的鋪層工作［3］，具體原理如圖4所示。

2.5 布卷存放裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)備上具有兩個(gè)存放支架，可同時(shí)存放兩個(gè)玻纖布卷。一個(gè)玻纖布卷滿足于正向鋪層時(shí)用布的需求，另一個(gè)玻纖布卷滿足于反向鋪層時(shí)用布的需求［4］。布卷支架上均配有用于人工旋轉(zhuǎn)使用的手柄。旋轉(zhuǎn)時(shí)，收取或者釋放布料，可以實(shí)現(xiàn)裝載玻纖布起始處穿過壓緊裝置的滾輪，或者布卷拆卸時(shí)，剩余布料收集成卷的功能，如圖5所示。

圖3 壓緊裝置結(jié)構(gòu)

圖4 裁剪裝置結(jié)構(gòu)

圖5 布卷存放裝置

2.6 新型設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)

本裝置電氣控制系統(tǒng)包括：UPS不間斷電源、蓄電池組、電氣控制柜、感應(yīng)式接近傳感器、驅(qū)動電機(jī)、空壓機(jī)。UPS不間斷電源裝置含有DC24V輸出端子和AC380V輸出端子若干。蓄電池組通過UPS不間斷電源可以保證斷電后的裝置持續(xù)運(yùn)行。電氣控制柜內(nèi)包括空氣開關(guān)、電機(jī)保護(hù)開關(guān)、接觸器、PLC控制器，電氣控制柜的面板上含啟動、停止、急停等操作按鈕，含運(yùn)行中、故障、報(bào)警等指示燈。UPS不間斷電源及蓄電池組負(fù)責(zé)給驅(qū)動電機(jī)、空壓機(jī)、感應(yīng)式接近傳感器、PLC控制器供電。PLC控制器負(fù)責(zé)接收感應(yīng)式接近傳感器反饋回來的信號并進(jìn)行邏輯處理，并且控制空壓機(jī)的啟停以及驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。感應(yīng)式接近傳感器在始末端各有一個(gè)，分別與PLC控制器連接，負(fù)責(zé)監(jiān)測裝置的前進(jìn)和后退位置，并將接收到的傳感信號反饋到PLC控制器。通過電氣控制柜內(nèi)的電機(jī)保護(hù)開關(guān)及接觸器，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)的正向和反向運(yùn)動?？諌簷C(jī)可以驅(qū)動刀頭執(zhí)行切割功能。

新型設(shè)備，采用的是運(yùn)動的車體結(jié)構(gòu)，主要部件為運(yùn)動的行走輪、整個(gè)結(jié)構(gòu)的框架、控制系統(tǒng)模塊、空氣壓力機(jī)模塊、不間斷電源模塊、玻纖布壓緊模塊、裁剪模塊、布卷存放模塊等，具體效果與原理如圖6所示。

3 結(jié)語

圖6 新型大梁鋪布設(shè)備效果

新型大梁鋪布設(shè)備采用智能化的電路控制，能夠?qū)崿F(xiàn)鋪布的長度、起始位置、層數(shù)精確化、智能化，同時(shí)，還能夠完成正反兩個(gè)方向的鋪層作業(yè)，提高效率與產(chǎn)品的質(zhì)量。鋪層過程中，不需要人工干預(yù)，只需要將玻纖布卷吊裝到設(shè)備上即可。到達(dá)指定位置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)其自動裁剪布料，繼續(xù)下一層玻纖布鋪層作業(yè)。對比之前行業(yè)內(nèi)其他鋪層的操作方法，具有高效率、安全風(fēng)險(xiǎn)低、智能化高的顯著優(yōu)點(diǎn)。