隨著地球上不可再生能源的逐漸枯竭，全世界都認(rèn)識(shí)到了可再生能源的重要性，并開(kāi)始對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視。作為風(fēng)電機(jī)組中最為重要的部件，葉片在風(fēng)電機(jī)組中起著不可替代的作用。一個(gè)擁有優(yōu)良設(shè)計(jì)、可靠品質(zhì)和高效性能的風(fēng)電葉片是保證整個(gè)風(fēng)電機(jī)組可以正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

通過(guò)對(duì)風(fēng)電葉片進(jìn)行合理的打磨清理，能有效地提高葉片的表面質(zhì)量，為后續(xù)的噴漆工藝提供基礎(chǔ)。但由于風(fēng)機(jī)葉片尺寸巨大，在噴砂生產(chǎn)過(guò)程中，噴砂設(shè)備笨重，工人工作量大，且落砂難以循環(huán)利用，需人工收集，并且容易摻入雜物，導(dǎo)致工作效率低而易造成生產(chǎn)線暫停，無(wú)形中增加了生產(chǎn)成本，對(duì)機(jī)器也有一定的損傷，同時(shí)，工人的勞動(dòng)安全也不能得到很好的保障。為了解決上述問(wèn)題，本課題研究了實(shí)用的風(fēng)電葉片噴砂系統(tǒng)，能有效地減少其制造及加工成本，并且能有效降低作業(yè)強(qiáng)度和粉塵危害，是把作業(yè)人員從高污染，大勞動(dòng)強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境中解放出來(lái)的有效方法。

1 風(fēng)電葉片噴砂系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 噴砂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

基于世界上先進(jìn)的三維可視化軟件UG NX，通過(guò)反復(fù)的迭代分析設(shè)計(jì)，確定了圖1 所示的風(fēng)電葉片噴砂系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)圖，該設(shè)計(jì)主要由三大系統(tǒng)組成。

（1）輸送系統(tǒng)。包括橫向鉸龍輸送裝置、縱向鉸龍輸送裝置、斗式提升裝置及回收接口裝置等。

（2）噴砂系統(tǒng)。包括噴砂機(jī)、儲(chǔ)料罐及回收設(shè)備、除塵設(shè)備等。

（3）電氣控制系統(tǒng)。主要是由各中電氣元件和PLC 可編寫程序控制器組成，如圖1 所示。

葉片噴砂處理三維結(jié)構(gòu)圖

1.2 噴砂系統(tǒng)工作流程

風(fēng)電葉片噴砂系統(tǒng)的工作流程，如圖2 所示

工作流程示意圖

2計(jì)噴砂系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)設(shè)

2.1 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

影響著螺旋輸送機(jī)的輸送能力的因素是其基本參數(shù)。砂料的特性決定著螺旋輸送機(jī)中的運(yùn)輸條件、允許的輸送量以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所以具有非磨琢性的物料與具有磨琢性的物料比較而言，可以在U 型槽中裝的更滿一些，轉(zhuǎn)速可更高些。

（1）物料的運(yùn)動(dòng)分析

在螺旋運(yùn)輸機(jī)中，物料不會(huì)隨著螺旋葉片回轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，只會(huì)在葉片推動(dòng)下沿著螺旋前行。在運(yùn)輸過(guò)程中，物料顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)受到螺旋葉片回轉(zhuǎn)的影響，其運(yùn)動(dòng)軌跡并非一直沿軸向線方向作不變的直線運(yùn)動(dòng)，而是在隨著螺旋軸一直做著復(fù)合運(yùn)動(dòng)，是一種空間上運(yùn)動(dòng)軌跡。

（2）計(jì)算輸送量：

輸送量公式

式中：Q 為輸送量（t/h）；ψ 為物料填充系數(shù)；β0為傾斜系數(shù)；k 為螺距與直徑比例系數(shù)，由選定規(guī)格的螺旋輸送機(jī)計(jì)算求值；r為物料容重（t/m3）；n 為轉(zhuǎn)速（r/min）；D為螺旋直徑（m）.

根據(jù)調(diào)研生產(chǎn)廠家給出的數(shù)據(jù)得：

樹脂砂的理論容重r：1.6 t/ m³；

螺旋直徑D：300 mm.

根據(jù)上式，可計(jì)算得鉸龍滿載荷下理論輸送量：

每根橫向鉸龍理論輸送量：Q = 34 t/h；

每根縱向鉸龍縱向理論輸送量：Q = 68 t/h.

（3）校核螺旋直徑螺旋直徑可按下式計(jì)算：

校核螺旋直徑螺旋直徑公式

式中：Q 為輸送量（t/h）；K為物料特性系數(shù)；ψ為物料填充系數(shù)；c為傾斜系數(shù)。

查表得K = 0.0558，ψ = 0.33，c = 1.0. 將以上數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得：D≥0.260 m.由此可知：D = 300 mm符合輸送要求。

（4）螺距軸螺距的計(jì)算通常可按下式計(jì)算螺距：

S = kD

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的螺旋運(yùn)輸機(jī)而言，k 值通常取為0.8 —1；當(dāng)機(jī)器傾斜放置或運(yùn)輸砂料流動(dòng)性較差時(shí)，k≤0.8；當(dāng)水平布置時(shí)，k 值可以取0.8 —1.

所以可選取k = 1，則螺距s = 0.300 m.

2.2 噴砂機(jī)的選型設(shè)計(jì)

噴砂機(jī)的選型需要根據(jù)噴砂效果、加工效率、加工工件的尺寸、工件的表面粗糙度要求等因素來(lái)確定。風(fēng)電葉片的具體工作參數(shù)如下：

（1）葉片表面光澤柔和，沒(méi)有反光現(xiàn)象；

（2）葉片表面加工速度需要達(dá)到300 m2/h；

（3）最大加工葉片長(zhǎng)約為80 m；

（4）葉片加工表面需要達(dá)到Ra≤15 μm.

綜合上述條件，目前市場(chǎng)上JCK-1100 和KPBS-2R1990 兩種噴砂機(jī)滿足要求。兩者的參數(shù)比較見(jiàn)表1.

對(duì)比兩種噴砂機(jī)的性能，最終選擇功率大、效率高的JCK-1100 型噴砂機(jī)。

2.3 螺旋輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）橫向鉸龍輸送裝置

如圖3 所示，橫向輸送裝置由機(jī)架、輸送電機(jī)、減速器、軸承支座和螺旋軸等組成，長(zhǎng)5.8 m.按生產(chǎn)需求運(yùn)行，當(dāng)噴砂機(jī)工作三小時(shí)后，橫向鉸龍啟動(dòng)開(kāi)始工作。

橫向鉸龍輸送裝置結(jié)構(gòu)圖

1）機(jī)架為鋼架結(jié)構(gòu)，主要由角鋼構(gòu)成。

2）整個(gè)傳輸過(guò)程要求輸送平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確。因此，選用附加了圓盤型直流電磁制動(dòng)器的Y 系列立此全封閉自冷籠型異步電動(dòng)機(jī)，采用三相電源。該電

機(jī)擁有運(yùn)行可靠、壽命長(zhǎng)、使用維護(hù)方便、性能優(yōu)良、占地小、質(zhì)量小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、用料省等優(yōu)點(diǎn)。

3）減速器采用單級(jí)針輪減速機(jī)，可與輸送電機(jī)直接連接。為保證電機(jī)、減速器工作時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，輸送準(zhǔn)確，需將減速器另用支架進(jìn)行固定。

（2）縱向鉸龍輸送裝置砂料

通過(guò)橫向鉸龍繼續(xù)向前輸送，自動(dòng)落入由縱向鉸龍構(gòu)成的縱向輸送線中。由機(jī)架、輸送電機(jī)、減速器、懸掛式軸承支座、螺旋軸和蓋板等構(gòu)成了縱向鉸龍輸送機(jī)構(gòu)。由于提升機(jī)的緣故，軸承支座無(wú)法安裝在地面上，所以采用懸掛式軸承支座。縱向鉸龍結(jié)構(gòu)裝置如圖4 所示。

縱向鉸龍輸送裝置結(jié)構(gòu)圖

2.4 落料回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了更加方便噴砂打磨葉片，將回收裝置建在地下，這樣就不會(huì)阻礙葉片通過(guò)工作區(qū)域，而且這樣做也更加方便工作人員來(lái)收集噴砂時(shí)散落的樹脂砂及噴砂過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵，如圖5 所示。本設(shè)計(jì)將回收裝置和系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)一同放入地下，交叉布置，這樣可以均分葉片通過(guò)時(shí)的載荷。所以，需要把鉸龍與平板鋼材之間這部分用薄板制成倒“V”字形狀，有利于噴料的堆積與回收。

在參考了美國(guó)ABB 公司的蜂窩地板技術(shù)上，通過(guò)多次的優(yōu)化改進(jìn)了系統(tǒng)中所使用的平板鋼材。由于回收裝置中所使用的板材是2 mm 后的薄板，很容易損壞或者變形，為了降低制造成本和維修費(fèi)用，將其作為一種可拆卸，可更換的模塊化組合，大大降低了回收設(shè)備的維修成本，節(jié)約了維修時(shí)間。作為模塊化板材，在更換時(shí)無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)切割與焊接，方便日常維修保養(yǎng)。

2.5 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了及時(shí)地將噴砂打磨清理過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵吸走，需要安裝除塵系統(tǒng)。這樣可以很好地改善噴砂打磨人員的工作環(huán)境，降低工作區(qū)域內(nèi)的粉塵污染，有利于噴砂打磨人員更好地工作，提高風(fēng)電葉片打磨的工作效率。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用了PL-單機(jī)除塵器作為預(yù)處理裝置，將含有粉塵的氣體吸入除塵器中，粉塵會(huì)在機(jī)器內(nèi)經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾。開(kāi)始先改變氣流的速度和氣流方向，使粉塵中的大顆粒因?yàn)橹亓ψ饔煤投栊远淙攵逊e箱內(nèi)，再讓初級(jí)凈化的氣體進(jìn)入單機(jī)除塵器主體，通過(guò)第二次過(guò)濾后，使排放灰塵達(dá)到環(huán)保要求排出，從而確保了工作環(huán)境。

2.6 照明和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）照明

為了保證噴砂作業(yè)安全和提高打磨清理質(zhì)量，需要安裝照明設(shè)備。在噴砂系統(tǒng)照明中，通常采用防塵防爆燈。根據(jù)風(fēng)電葉片噴砂特征，需要采用側(cè)面照明的方法，一共需要十六盞，一面墻上八盞燈。

主要技術(shù)參數(shù)：

① 照明燈規(guī)格：防塵防爆燈（250 W）；

② 使用電源：220 V，50 Hz.

（2）電氣控制

本設(shè)備采用PLC 控制整個(gè)設(shè)備，該控制系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制（聯(lián)鎖控制），也可實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元的單獨(dú)控制。在正常工作情況下，操作人員采用自動(dòng)控制進(jìn)行噴砂作業(yè)，當(dāng)噴砂系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，則需要通過(guò)單獨(dú)控制來(lái)檢修設(shè)備。

3結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)這次風(fēng)電葉片表面噴砂處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：利用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)速度；通過(guò)理論計(jì)算，指導(dǎo)零件尺寸設(shè)計(jì)，提高零件使用周期；參考其他行業(yè)相似成功結(jié)構(gòu)并結(jié)合本行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)可靠性。

該噴砂系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)改造后，大大地提高了工廠的葉片打磨能力，并極大地改善了工廠的作業(yè)環(huán)境。該系統(tǒng)采用PLC 控制，提高了自動(dòng)化程度，操作方便。整套噴砂系統(tǒng)的運(yùn)行只需2—3 名操作人員，每小時(shí)可完成300 m2 左右葉片表面處理工作，提高了生產(chǎn)效率，工作車間也較為整潔，減少了環(huán)境污染，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高。