風力發電機葉片半模涂膠機的設計

藺吉順， 陳 偉， 王 晶， 廉吉德

（1.內蒙古民族大學機械工程學院，內蒙古 通遼 028000；2.康迪泰克大洋管件（長春）有限公司，吉林 長春 130011；3.吉林東光友成機工有限公司，吉林 長春 130022；4.長春東煤高技術股份有限公司，吉林 長春 130012）

引言

風力發電機由葉片、轉子和定子等部件構成，安裝在高架上面，在風力的帶動下轉動而發電［1－3］。目前常見的風力發電機的葉片長達40～55m，是由玻璃纖維或碳纖維與樹脂在模具上成型。一般來說，葉片的面模具有兩片，分別為成型葉片的一半，再把兩個半模合在一起，成為整個葉片［4］。在兩個半模合并之前，要在兩個半模的葉片邊緣涂抹黏合劑，用的較多的是環氧樹脂。由于環氧樹脂黏度較大，加之半模的邊緣又窄又長，且多彎曲，目前還沒有適用的涂膠機具，只能由人手工涂膠。手工涂膠的工人一手端起盛膠的托板，另一手用刮板把樹脂堆放在半模的邊緣上，并且用刮板把樹脂堆抹成斷面為三角形的膠棱，合模以后樹脂即可把兩半葉片黏合在一起［5－6］。顯然，這種手工操作的效率很低，所配制的樹脂也必須具有較長的凝固時間，整個成型的過程都會相應延長，而且樹脂中的揮發物還會增加，對作業環境造成一定的不良影響。此外，手工操作的勞動強度也比較大，盡管成型車間的溫度很高，操作者也必須佩帶口罩，十分艱苦。手工操作的涂膠量也很難掌握，多則浪費，少則降低產品質量，對操作者的經驗和技能要求較高。

1 設計思路

本設計的目的是提供一種可替代手工勞動進行風力發電機葉片半模的涂膠作業，且效率高、質量好，可大幅縮短合模工時，減輕環境污染的風力發電機葉片半模涂膠機。

上述目的是由以下技術方案實現的：研制一種風力發電機葉片半模涂膠機，其特點是在一個拖架上安裝一個盛膠桶，盛膠桶下端設有排膠口，排膠口的下面設有抹膠板，在排膠口的上方設有排膠葉輪，排膠桶內的中上部配有與桶內壁配合的活塞，活塞上面的活塞桿上端與杠桿的小端相鉸連，杠桿的支點鉸連在立柱上，立柱安裝在拖架上，杠桿的大端前伸且設有牽拉的手柄，拖架兩側安裝有兩個行走輪，兩個行走輪的間距與葉片半模需要涂膠的邊緣相配合，行走輪的軸端裝有鏈輪，且與盛膠桶下部排膠葉輪的輪軸上的鏈輪通過鏈條相傳動。其中盛膠桶上中部為圓筒，下部為小端向下的錐形筒，且下部外側設有灌膠口，灌膠口上設有密封蓋。立柱的高度超過杠桿的支點，其上部通過拉簧與杠桿大端相拉。其中行走輪的間距可調，拉簧設有長度可變的調壓桿，活塞桿上端通過銷軸與杠桿的長孔相鉸連。所述抹膠板有兩片刮板，固定在排膠口下方兩側，且后延伸，延伸段兩片刮板上邊對接呈三角邊。

2 設計基本方法和步驟

風力發電機葉片半模涂膠機的結構如圖1所示，這里所說的半模包括模具及上面成型的半片葉片。所述半模涂膠機有一個拖架，拖架上安裝一個盛膠桶，盛膠桶的水平斷面可以是多種形狀，最好為圓形。盛膠桶上中部為圓筒，下部為小端向下的錐形筒。盛膠桶下端設有排膠口，排膠口的下面設有抹膠板，在排膠口的上方設有排膠葉輪，盛膠桶的內中上部配有與桶內壁配合的活塞，活塞上面的活塞桿上端與杠桿的小端相鉸連，杠桿的支點鉸連在立柱上，立柱安裝在拖架上，杠桿的大端前伸且設有手柄。拖架兩側安裝有兩個行走輪，兩個行走輪的間距與葉片半模需要涂膠的邊緣相配合，行走輪的軸端裝有鏈輪，且與盛膠桶下部排膠葉輪的輪軸上的鏈輪通過鏈條相傳動。

圖1 風力發電機葉片半模涂膠機結構示意圖

工作時，把樹脂裝入盛膠桶，把兩個行走輪卡在風力發電機葉片半模的邊緣上，由人牽拉杠桿大端的手柄即可行走，同時杠桿在上拉的過程中，其小端即可對活塞施加向下的壓力，通過活塞向下推壓樹脂，下面的排膠葉輪進一步向下攪動，使樹脂強制排出。隨后被抹膠板堆放在半模邊緣上。

這里的行走輪的間距應與半模需要涂膠的邊緣的平臺寬度相一致。最好采用間距可調的行走輪，根據需要調整行走輪的間距。活塞桿上端與杠桿小端的連接方式可有多種，圖中介紹的是通過銷軸與杠桿小端的長孔相鉸連。

如圖2抹膠板結構示意圖所示，這里的抹膠板有兩片刮板，固定在排膠口下方兩側，且向后延伸，向后延伸段兩片刮板上邊對接呈三角邊。這樣，排出的樹脂經過抹膠板即如圖3排膠狀態圖所示堆放在半模邊緣的平臺上面，形成斷面為三角形的樹脂膠條。盛膠桶填裝樹脂的方式也有多種，例如拉出桶內的活塞，即可從上口向內填裝，裝完后再把活塞裝回桶內即可。為了更加方便，推薦在盛膠桶的下部外側設灌膠口，灌膠口上設密封蓋。打開密封蓋，即可向桶內灌裝樹脂，然后關閉密封蓋，即可作業。

圖2 抹膠板結構示意圖

圖3 排膠狀態圖

為了加大杠桿對活塞的作用力，支撐杠桿的立柱高度超過杠桿的支點，立柱上部通過拉簧與杠桿大端相拉。這樣，不僅可以通過提拉杠桿對活塞施加向下的壓力，還可以通過拉簧加大杠桿大端向上的力矩，從而加大小端對活塞向下的壓力。由于樹脂的粘度等相關物理性狀會有變化，活塞的壓力需求會隨之變化，因而活塞的壓力調解范圍要盡可能大。調整活塞壓力的方式很多，可以通過操作者提拉杠桿來調整，或者改變拉簧的拉力等。本例推薦采用長度可變的調壓桿，把調壓桿連接在拉簧上，通過調整調壓桿的長度改變活塞的壓力。本文介紹的是一種最簡單的調壓桿，有兩段螺桿與一段螺管相配合，轉動螺管即可改變螺桿的距離，改變調壓桿的長度。

3 結語

本文設計了一種風力發電機葉片合模工具，即風力發電機葉片半模涂膠機。該機器在一個拖架上安裝一個盛膠桶，盛膠桶下端設有排膠口，排膠口的下面設有抹膠板，在排膠口的上方設有排膠葉輪，把樹脂裝在桶內，由人牽拉，即可沿半模邊緣行走，同時把樹脂強制排出，可代替大部分人力，效率高，質量好，可減少污染，可在行業中普遍推廣。

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［4］ 潘藝，周鵬展，王進.風力發電機葉片技術發展概述［J］.湖南工業大學學報，2007，21（3）：48－51.

［5］ 朱蕾.復合材料風力發電機葉片結構優化設計［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007：48－53.

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