探究风力发电机轮毂的加工
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摘要：风力发电机轮毂的加工具有难度大、要求高、技术复杂、专业性强等特点。本文着重介绍风力发电机轮毂加工的技术难点，以及如何保证三叶片安装孔的中心交汇到一点、如何保证各孔位置的精度。
关键词：风力发电机 轮毂 加工
1.研究背景
风能是一种取之不尽，用之不竭的绿色环保型可再生能源，风力发电是除水能资源外技术最成熟、最具有大规模开发和商业利用价值的发电方式。近年来，风力发电的发展十分迅速，我国风电机装机容量以每年100%的速度递增，风电设备国产化的装备能力越来越高，所以风电制造工艺方面也要随着国内风电装备单机容量与风电场规模的扩大而不断改进与完善，务必形成批量生产成熟的制造工艺，其中以主要大型零部件轮毂、底座为甚，各主要零部件的加工精度对风电机组技术参数指标具有直接性的影响。轮毂是连接叶片与主轴的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、转矩、弯矩和陀螺力矩。通常轮毂的形状有三通形或三角形，兆瓦级风力发电机组轮毂的特点是尺寸、重量大，一般3m×2m×2m左右，重量10T左右，必须使用大型的数控落地镗铣加工中心、大型数控刨台式镗铣床、大型数控龙门移动式五面体加工中心、大型数显卧式镗床、大型单立柱或者双立柱车床等重型加工设备。轮毂制造精度高，要求运行可靠性好。本文简要介绍三通型风力发电机轮毂加工的技术重难点及加工工艺。
2.风力发电机轮毂的加工技术
2.1.风力发电机轮毂加工的技术重难点
风力发电机轮毂示意图详见图1。
图1 风力发电机轮毂示意图（三通型）
如图1所示，风力发电机轮毂的三圆孔称作叶片安装孔，具体按120°角均匀分布，其中主轴孔中心线与三叶片安装孔的轴心线交汇到一点，此中心点属风电机组叶片与转子的旋转中心，其中轮毂加工后的同心情况对风电机组的使用寿命与安全运行起着直接性的影响，所以风力发电机组轮毂加工图纸对精加工的尺寸要求及技术要求相当高，制造也必须按照图纸要求严格控制加工精度，考虑到轮毂具有加工面多、结构复杂等特点，必须设计专用的工装夹具来保证各个孔位置精度与各搭子面上的螺纹孔要求，特别是三叶片安装面电机孔的加工，通常位置度与同轴度要求很高，同时要注意尺寸位置的分散，此外加工完成后的工件不可存有任何尖锐的表面。鉴于此，必须采取一套有效的加工工艺，以确保加工后三叶片安装孔的加工精度达到既定要求，同时主轴孔中心线与三风叶安装孔的轴心线交汇到同一点。除此以外，工件加工完成后，考虑到轮毂具有单件体积庞大、直径较大、重量较重、难以旋转或翻身等特点，普通的检测方法根本难以满足检测要求，此技术难题必须被高度重视。
2.2.风力发电机轮毂的加工方法
2.2.1.风力发电机轮毂的加工工序。轮毂的加工工序具体包括：检查毛坯、划线，保证各加工面加工余量分配均匀，此乃机加工的前提，同时必须保证铸件质量，直至完全符合铸造图纸要求后方可进行流入机加工。轮毂主轴面放至数控立式车床回转工作台进行校正、找正中心，具体校正步骤包括：以三大面毛坯内圆或外圆为基准，划三大叶片安装面各自Y方向中心线，调整工件，以确保三大叶片安装面的Y方向中心线等高；以三大面为基准，找正工件回转中心，兼顾大小主轴孔内孔余量；划大主轴孔加工线，兼顾图纸要求的壁厚；粗精车小头主轴面及内孔。轮毂翻身，以已加工好的小头主轴孔及端面定位，粗精车另一大头主轴端面及内孔。以大头主轴孔及端面定位，再放到数控落地镗床的带角度的数控工作台上，首先确定三大叶片安装面的Y方向的中心线，其次进行120°三等分，纵贯叶片安装面水平方向，分别粗铣三大叶片安装面，铣出即可，再在被铣面上对称于夹具中心点钻两孔，以此检查、确定三大叶片安装面的位置。
2.2.2.风力发电机轮毂的加工方法。风力发电机轮毂材料一般优先选用球墨铸铁，轮毂铸成后，必须进行理化检验，铸件毛坯不得有裂纹、缩孔、缩松、砂眼等铸造缺陷。为了减小机械加工过程和使用中的变形，防止出现裂纹，铸造轮毂均应进行退火、时效处理，以消除内应力。轮毂划线首先要以三大叶片安装面的纵向中心线确保在同一水平为基准，具体加工方法包括：
2.2.2.1.从划线平台测量出轮毂纵向中心线与上主轴面的实际距离，同时对加工余量进行计算，以此作为上下主轴面的加工余量；以上下主轴毛坯外圆或毛坯孔作为粗基准找准主轴孔中心线，再上下各自以中心线为基准，分别划出中心线距三大叶片安装面的距离线，该线与叶片安装毛坯面的距离即为叶片安装面的加工余量，检查三大叶片安装面上的加工余量是否均匀，若加工余量存有较大偏差，逐一进行调整，直至三大叶片安装面的加工余量均匀。
2.2.2.2.立车加工的找正基准一般采用划线划出的平线。
2.2.2.3.立车加工合格后，三大叶片安装面的加工就由数控镗床来完成，其中划线的偏差采用数控镗床编程进行校验，准确的三大叶片安装面加工到位尺寸就由工装夹具（定位座）和数控编程来保证，定位座是以轮毂主轴孔与端面定位置于工作台的回转中心上，确保了上下主轴孔中心与工作台的回转中心重合，根据定位座上的基准计算出三大叶片安装面的Y方向中心线；再进行120°三等分，纵贯叶片安装面水平方向，确定三大叶片安装面的均分位置。从而再根据定位座上的基准计算出三大叶片安装面的加工位置，检测出三大面的各自加工余量情况，确保三大面至基准的距离都保持一致。根据上述加工方法，确保了主轴孔中心与三大叶片安装面的中心线交汇于空间同一点。
2.2.2.4.轮毂的主轴孔及三大叶片安装面加工完毕后，其他各方位的搭子面上螺孔加工一般采用钻夹具完成，定位准确，位置尺寸完全保证。机械加工完成后，全部外露毛刺与锐角均要打磨光滑、平整。
2.2.2.5.最后终检，采用激光跟踪仪测量计算轮毂，以确保轮毂各部位完全符合图纸的要求，此时风力发电机轮毂的加工才算完全完成。
综上所述，风力发电机轮毂作为产品结构的关键性部件，加工完毕的三叶片安装孔的质量对机组安装完毕后的运行效果起着直接性的影响，所以加强对风力发电机轮毂加工精度的控制具有现实意义。
参考文献：
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[2]潘耀庭.2MW风电机轮毂加工数控机床夹具及分度转台的设计与研究[D].2009.
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