風(fēng)機維修起重平臺抱鉗與風(fēng)機塔筒的適應(yīng)性分析

龍彥澤,張 珂

(沈陽建筑大學(xué) 機械工程學(xué)院,沈陽 110168)

風(fēng)機維修起重工作平臺主要結(jié)構(gòu)(見圖1)包括上抱鉗、下抱鉗、靠輪機構(gòu)、滑輪組吊架、連接平臺、卷筒機構(gòu)、可旋轉(zhuǎn)起重機構(gòu)以及吊鉤.抱鉗工作時,平臺連接著4個卷筒,卷筒分別與滑輪組吊架上的定滑輪通過鋼絲繩連接,使得風(fēng)機維修起重平臺可以實現(xiàn)上升和下降,連接平臺側(cè)面的上、下抱鉗.上、下抱鉗分別由5段夾緊臂梁結(jié)構(gòu)組成,并通過耳板和銷軸連接,同時通過8對液壓油缸的伸縮,實現(xiàn)對風(fēng)機塔筒的卡緊和松開.平臺連接著可旋轉(zhuǎn)起重機構(gòu),通過液壓舉升及伸縮系統(tǒng)來實現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備零部件的升降、回轉(zhuǎn)、吊運,進(jìn)而實現(xiàn)風(fēng)機維修起重平臺對風(fēng)電設(shè)備零部件的維修與更換.

圖1 風(fēng)機維修起重平臺工作Fig.1 Maintenance lifting platform of the wind turbines

將平臺從風(fēng)機塔筒底部通過平臺上的卷揚機構(gòu)將平臺提升至工作位置,此時平臺的上、下抱鉗是張開狀態(tài)的,即連接油缸為收縮狀態(tài).上、下抱鉗與連接平臺連接的部分將與風(fēng)機塔筒緊密接觸,先將上抱鉗的液壓油缸伸出至指定長度,直至上抱鉗的各個梁內(nèi)表面的非金屬減震摩阻橡膠材料與風(fēng)機塔筒內(nèi)表面接觸緊密,再將下抱鉗的液壓油缸伸出至指定長度,直至下抱鉗的各個梁內(nèi)表面的非金屬減震摩阻橡膠材料與風(fēng)機塔筒內(nèi)表面接觸緊密.待上、下抱鉗的終端鎖死后(見圖2),再進(jìn)行風(fēng)機維修起重平臺對風(fēng)電設(shè)備零部件的維修與更換.

圖2 風(fēng)機維修起重平臺起升圖Fig.2 Lifting schematic of lifting platform

1 風(fēng)機維修起重平臺抱鉗與風(fēng)機塔筒位置分析

在維修平臺工作時,上、下抱鉗是卡在風(fēng)機塔筒的外立面上的,利用風(fēng)機塔筒為上細(xì)下粗的結(jié)構(gòu),鎖緊后的上、下抱鉗直徑可以卡在塔筒的適應(yīng)直徑處.為了避免風(fēng)機塔筒的外表面與抱鉗的內(nèi)表面為金屬與金屬的接觸引起的表面損壞,采用了非金屬減震摩阻橡膠材料與抱鉗內(nèi)表面進(jìn)行粘接,如圖3所示.

圖3 抱鉗與塔筒的截面圖Fig.3 Section of clamps and tower

本文主要對抱鉗內(nèi)表面粘有的非金屬減震摩阻橡膠材料與塔筒的適應(yīng)性進(jìn)行實驗分析,從而驗證膠水的黏接效果(見圖4).

圖4 塔筒與抱鉗連接圖Fig.4 Bonding with lower clamps and tower

2 實驗分析

2.1 實驗方案

在抱鉗的內(nèi)表面粘貼上非金屬減震摩阻橡膠材料,采用的是漢高IDH1403942環(huán)氧樹脂材料的膠水.為防止粘接之后,非金屬材料從抱鉗表面滑落,驗證非金屬材料與抱鉗內(nèi)表面金屬的黏結(jié)效果,進(jìn)行了粘接后的拉伸實驗.

采用微機控制電子萬能試驗機測控系統(tǒng)進(jìn)行拉伸實驗,得出拉伸力時間曲線,模擬了非金屬減震摩阻橡膠材料與平臺抱鉗的鎖緊臂粘結(jié)后的工作狀態(tài).

2.2 實驗準(zhǔn)備工作

實驗之前要進(jìn)行材料的預(yù)先處理,要求與非金屬減震摩阻橡膠材料粘貼的鐵板平整度要好,然后對鐵板進(jìn)行打磨和拋光,直到打到碳層.對非金屬減震摩阻橡膠材料表面進(jìn)行簡單打磨處理,去除毛刺和凸點.

2.3 實驗分析

進(jìn)行了第1次實驗,將非金屬減震摩阻橡膠材料粘貼在薄金屬板上,之后將金屬片一端表面進(jìn)行打孔處理,方便萬能試驗機測控系統(tǒng)的裝夾,同時將非金屬材料的另一端進(jìn)行打孔處理.本次拉伸實驗失敗,原因是由于薄片狀的非金屬材料不能承受拉力,實驗未進(jìn)行到預(yù)定拉力時,金屬片從安裝孔位置處斷裂(見圖5).

第2次實驗,將非金屬減震摩阻橡膠材料的兩端表面均粘貼薄金屬板,粘貼后進(jìn)行打孔處理,第2次實驗依舊失敗,原因是由于用于粘貼的非金屬材料面積過大,影響了粘貼效果,導(dǎo)致金屬板與非金屬材料粘接效果不佳,不予采用(見圖6).

圖5 粘接過程示意圖Fig.5 Diagram of bonding

圖6 拉伸實驗前后對比圖Fig.6 Comparison tensile test before and after

第3次實驗,吸取了前2次粘貼的經(jīng)驗,取10.0 mm×6.5 mm大小的非金屬減震摩阻橡膠材料,金屬板寬度為6.5 mm,與橡膠材料寬度相同.在經(jīng)過金屬板表面處理,打孔,與非金屬材料粘貼,采用的膠水涂抹均勻后需壓實持續(xù)半小時效果最佳,裝夾,實驗,得出結(jié)果(見圖7).

圖7 實驗力與時間曲線Fig.7 Graph of test force and time

3 塔筒適應(yīng)性分析

考慮到維修起重作業(yè)對風(fēng)機塔筒的影響,塔筒可以簡化為懸臂結(jié)構(gòu),如圖8所示.風(fēng)機維修起重平臺通過抱鉗與風(fēng)機塔筒夾緊,夾緊過程的力為平臺對風(fēng)機塔筒的主要影響,并且此時采用局部應(yīng)力分析模型,如圖9所示.

圖8 塔筒的簡化力學(xué)模型Fig.8 Simplified mechanical model of tower

圖9 塔筒局部受力圖Fig.9 Local force of tower

圖8中：Fx,Fy分別為維修起重平臺在風(fēng)機塔筒上的作用力;均布載荷q為風(fēng)載荷;Mz為平臺自重導(dǎo)致的偏心距.

圖9所示的力學(xué)模型的力學(xué)關(guān)系為

式中：α為力F與水平面的夾角,即塔筒的錐度角,α=0.6°;β為力F與水平面上的心軸運動方向的夾角,β= 5°.

以下工況是針對塔筒在風(fēng)機維修平臺進(jìn)行起吊作業(yè)時的工況分析:起重起吊載荷為10 t.

從圖10和圖11可以看出,風(fēng)機塔筒的最大變形為136.75 mm,起吊作業(yè)時的最大應(yīng)力為231.2 MPa,小于塔筒材料的Q345的屈服強度345 MPa,滿足工況要求.

4 結(jié)果分析

從圖10及圖11中可以看出,最大的拉伸力為5.66 kN,實驗面積為65 mm2,實際的抱鉗內(nèi)表面所要粘貼的是56塊300 mm×350 mm的非金屬減震摩阻橡膠材料,所以總面積為5 880 000 mm2,可知能承受的最大的力為51 201 kN,平臺自重加上載荷10 t為250 kN,而加在非金屬減震摩阻橡膠材料上的切向力肯定小于其自重的分量250 kN,并遠(yuǎn)小于分析中所能承受最大的力51 201 kN.

圖10 塔筒的位移圖Fig.10 Displacement of tower

圖11 塔筒的局部應(yīng)力圖Fig.11 Local stress of tower

在對塔筒的適應(yīng)性分析中,可以看出,在風(fēng)機維修起重平臺起吊作業(yè)時,抱鉗與塔筒呈夾緊狀態(tài),此時的最大變形為136.75 mm,最大應(yīng)力為231.1 MPa,滿足工況要求.

5 結(jié)論

本文通過對風(fēng)電維修起重平臺的抱鉗內(nèi)表面粘接的非金屬減震摩阻橡膠材料的黏接特性進(jìn)行分析,采用微機控制電子萬能試驗機測控系統(tǒng)進(jìn)行拉伸實驗,得出實驗力時間曲線.模擬了非金屬減震摩阻橡膠材料與平臺抱鉗的鎖緊臂粘結(jié)后的工作狀態(tài),得到了實驗中可承受到的最大拉伸力遠(yuǎn)大于實際風(fēng)機維修起重平臺需要受到的力,得到了非金屬材料的黏接特性.通過對塔筒的應(yīng)力分析，得到抱鉗與塔筒的適應(yīng)性,驗證抱鉗粘接過的非金屬材料與風(fēng)機塔筒的適應(yīng)性.

[1] 凡麗梅,王從科,鄭杰,等.薄壁金屬與非金屬環(huán)形粘接件粘接質(zhì)量超聲檢測方法研究[J].測試技術(shù)學(xué)報,2014,28(6):489-493.

FAN L M,WANG C K,ZHENG J,et al.Study on ultrasonic detection method of thin-walled metal and non-metal annular adhesive specimen adhesive quality[J].Journal of Test and Measurement Technology,2014,28(6):489-493.

[2] 王久洪.超聲成像無損檢測及其圖像處理技術(shù)研究[D].西安:西安交通大學(xué),2003.

WANG J H.Study on ultrasonic image nondestructive testing and image processing techiques[D].Xi’an:Xi’an Jiaotong University,2003.

[3] 楊風(fēng)暴,韓焱.金屬與非金屬粘接質(zhì)量的聲陣列檢測方法[J].測試技術(shù)學(xué)報,2001,15(4):225-228.

YANG F B,HAN Y.A microphone array detecting method for the detection of adhesive quality between metalic and nonmetalic components[J].Journal of Test and Measurement Technology,2001,15(4):225-228.

[4] 李建文,王增勇,孫朝明,等.粘接質(zhì)量成像檢測研究[J].中國膠粘劑,2010,19(6):1-3.

LI J W,WANG Z Y,SUN C M,et al.Study on testing ability of imaging method for bonding quality[J].China Adhesives,2010,19(6):1-3.

[5] GAO X P,WANG L P,HAO X F.An improved capstan equation including power-law friction and bending rigidity for high performance yarn[J].Mechanism and Machine Theory,2015,90:84-94.

[6] 張珂,樊玉言,馬文文,等.風(fēng)電維修起重平臺夾緊機構(gòu)的設(shè)計[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報,2013(3):549-554.

ZHANG K,FAN Y Y,MA W W,et al.The design and finite element analysis of clamping mechanism of wind turbine crane[J].Journal of Shenyang Jianzhu University,2013(3):549-554.

[7] 佟圣皓,張珂,孫佳,等.風(fēng)電維修起重平臺夾緊機構(gòu)的動力學(xué)分析[J].建筑機械化,2014(6):50-54.

TONG S H,ZHANG K,SUN J,et al.Dynamic analysis of wind turbine maintenance lifting platform[J].Construction Mechanization,2014(6):50-54.

[8] ZHANG K,TONG S H,TIAN Y,et al.The optimum design for clamping mechanism of wind power maintenance lifting platform[C]∥International Conference on Mechanics and Mechanical Engineering.2014:286-290.