風電葉片大梁玻纖布鋪層新型設備的研究

何 明，陶生金，卜康濤，武 靜

（國電聯合動力技術（連云港）有限公司，江蘇連云港 222002）

0 引言

風電機組功率的不斷加大，也就意味著風電葉片的長度需要不斷加長。這樣對整個葉片的強度要求也在不斷地提高，其中大梁處在葉片的內蒙皮與外蒙皮中間，起到了關鍵的骨架支撐作用。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玻纖布的方式。針對目前生產上的效率低下以及行業內的技術短缺，設計了一款大梁玻纖布鋪層的新型設備。

1 目前行業內使用的鋪層方法

1.1 行車吊運玻纖布卷鋪層的方法

采用行車吊運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，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，根據所需要的玻纖布長度，沿著玻纖布橫向將其剪斷，從而完成整個鋪層的操作［1］。

上述鋪布方法為采用行車吊著玻纖布卷，移動至模具上方進行鋪層。該方法很難把玻纖布準確地鋪放進模具并將玻纖布鋪平，需要花費大量的人力對鋪好的玻纖布進行調整、整平，費時費力，并且影響成型后產品的質量，存在鋪層慢、效率低、玻纖布材料損耗高、產品尺寸超差等一系列不穩定的缺點。

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，同時調整玻纖布卷的位置使玻纖布準確地落入模具。重復上述操作，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達到上百公斤，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。

1.3 布卷固定工裝上，人工拉布移動完成鋪層的方法

此種玻纖布的鋪設方法的是目前行業內最常用方法之一，主要是在大梁模具的一端，機械加工焊接一個用于支撐玻纖布卷的支架。當玻纖布卷通過行車抬到支架上時，工人拖拽玻纖布卷起始處，玻纖布卷在拉力的作用下，可實現自由旋轉。這樣就實現了放布的功能，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，如此重復的操作，完成逐層鋪層。

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

2 新型的鋪層設備

為了避免上述3種鋪層存在的問題，現研發一種高效、安全、方便、快捷的大梁玻纖布鋪層的新型設備，該設備可以實現自動放布、精準定位鋪布起始位置、自動裁剪玻纖布等功能，解決行業內大梁玻纖布鋪設過程中鋪層慢、效率低、玻纖布材料損耗高、產品質量不穩定等難題。

2.1 新型設備的行走輪結構設計

這種新型設備，需要在大梁模具鋼架兩側安裝有特定的軌道，軌道采用齒條形式，同時與齒條嚙合的行走輪也采用齒輪型，確保行走輪內部與齒條的精準嚙合。行走輪的兩側卡在軌道上，這樣能充分保證整個設備在軌道上不發生偏移等現象，如圖1所示。

2.2 新型設備驅動結構的設計

圖1 行走輪結構

因為鋪層長度，隨著大梁鋪層層數的變化而變化，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。當設備到達傳感器位置時，空壓機驅動制動器將整個設備停靠在軌道上的指定位置。設備采用直流電源驅動伺服電機旋轉，可實現正反行走，實現整個設備在軌道往復精準運動鋪布。伺服電機與差速齒輪箱連接，差速齒輪箱兩端連接設備的橋體，起到支撐與行走的作用，如圖2所示。

圖2 驅動結構的設計

2.3 玻纖布壓緊裝置結構的設計

新型設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，實現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，待整個設備運動時，被壓緊的玻纖布即帶動整個布卷的旋轉，實現放布、鋪布的功能，如圖3所示。

2.4 裁剪裝置的結構設計

同時，設備上裝有空氣壓力機，空氣壓力用于裁剪玻纖布與停車制動等。工作狀態下，空壓機驅動氣缸實現伸縮功能。氣缸上裝載有特定的刀具，當到達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設備，驅動設備行駛到下一層玻纖布鋪層的起點，進行下一層玻纖布的鋪層工作［3］，具體原理如圖4所示。

2.5 布卷存放裝置的設計

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

圖3 壓緊裝置結構

圖4 裁剪裝置結構

圖5 布卷存放裝置

2.6 新型設備的電氣設計

本裝置電氣控制系統包括：UPS不間斷電源、蓄電池組、電氣控制柜、感應式接近傳感器、驅動電機、空壓機。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運行。電氣控制柜內包括空氣開關、電機保護開關、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，含運行中、故障、報警等指示燈。UPS不間斷電源及蓄電池組負責給驅動電機、空壓機、感應式接近傳感器、PLC控制器供電。PLC控制器負責接收感應式接近傳感器反饋回來的信號并進行邏輯處理，并且控制空壓機的啟停以及驅動電機的正反轉。感應式接近傳感器在始末端各有一個，分別與PLC控制器連接，負責監測裝置的前進和后退位置，并將接收到的傳感信號反饋到PLC控制器。通過電氣控制柜內的電機保護開關及接觸器，可以實現驅動電機的正向和反向運動。空壓機可以驅動刀頭執行切割功能。

新型設備，采用的是運動的車體結構，主要部件為運動的行走輪、整個結構的框架、控制系統模塊、空氣壓力機模塊、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 結語

圖6 新型大梁鋪布設備效果

新型大梁鋪布設備采用智能化的電路控制，能夠實現鋪布的長度、起始位置、層數精確化、智能化，同時，還能夠完成正反兩個方向的鋪層作業，提高效率與產品的質量。鋪層過程中，不需要人工干預，只需要將玻纖布卷吊裝到設備上即可。到達指定位置時，可以實現其自動裁剪布料，繼續下一層玻纖布鋪層作業。對比之前行業內其他鋪層的操作方法，具有高效率、安全風險低、智能化高的顯著優點。