一種風電轉盤軸承尼龍隔離塊強度的檢測方法

趙揚，楊春峰，田世玲

(瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300)

1 概述

風力發電是近年快速發展的一種可再生能源技術，基于風電設備的使用和維護特點考慮，風電轉盤軸承要求滿足20年的長壽命。風電軸承承載大，轉速低，除工況環境惡劣外，其載荷特征也較為復雜，在運行中受軸向力、徑向力和傾覆力矩的綜合作用。尼龍隔離塊在轉盤軸承中主要起隔離滾動體的作用，其優點是質量輕，強度高，自潤滑性能好。復雜的工況使有質量缺陷的隔離塊在運行中出現碎裂，碎渣進入溝道和潤滑脂，造成軸承早期失效。

尼龍隔離塊在注塑成型過程中，由于人員、設備、材料、工藝、環境等因素的影響，會出現氣泡、疏松和合模線強度不足等缺陷，大大降低了隔離塊的機械強度，使隔離塊在合套及運行過程中出現碎裂，給風電軸承的長壽命帶來了隱患。目前，對隔離塊機械強度的檢測和指標控制尚未見報道。現根據隔離塊的受力特點和長期的使用經驗，研究出一種通過檢測隔離塊軸向及徑向強度試驗來間接檢測尼龍隔離塊內部組織缺陷及合模線強度不足的方法。

2 檢測方法

2.1 檢測設備

液壓式鋼球壓碎載荷機或萬能材料試驗機要求試驗機載荷誤差不大于2%。

2.2 軸向強度

1)選擇與被測隔離塊尺寸相匹配的鋼球2粒，要求鋼球尺寸公差一致，表面不允許有碰傷、凹坑等缺陷；選擇與鋼球尺寸相匹配的壓碎載荷胎具。

2)按圖1將隔離塊夾在2粒鋼球中間，放置在液壓試驗機的壓碎載荷胎具中，需保證胎具凹點與鋼球及隔離塊三者同心。

圖1 尼龍隔離塊軸向強度試驗Fig.1 Axial strength test of nylon spacer

3)在壓力試驗機上選擇不小于150 kN的量程，按(600±50)N/s進行平穩加載，其中隔離塊外徑不大于40 mm時選低速加載，外徑大于40 mm時可適當提高加載速度。

4)持續加載，直至達到隔離塊通孔的屈服點，其判定方法為：在勻速加載過程中，表盤指針會逐漸變緩直至幾乎不動，而后出現突然加速的現象，此時表示隔離塊通孔部位已達屈服點，記錄此屈服力值即為隔離塊的軸向強度。

注意：試驗過程中不能突然改變加載速度和中途卸載。

2.3 徑向強度

1)可不需要胎具，將隔離塊立放在試驗機載荷臺上或鋼球壓碎載荷胎具中，即軸向與水平方向平行放置，如圖2所示。

圖2 尼龍隔離塊徑向強度試驗Fig.2 Radial strength test of nylon spacer

2)壓力試驗機選擇50 kN的量程，加載速度為(250±50)N/s。

3)持續加載，直至把中間透脂孔由圓弧形壓至平行直線狀且上下面相互貼合(外徑大于40 mm只需平行不必貼合)，此時的力即為隔離塊的徑向強度。

注意：由于整個試驗過程透脂孔需要持續觀察，需1人操作設備，另1人戴好防護用具在3～5 m外觀察，以防隔離塊碎裂傷人。

2.4 判定方法

分別取3個隔離塊進行軸向及徑向強度試驗，在壓至極限載荷過程中不出現裂紋或碎裂現象，即表示隔離塊的強度合格，滿足軸承對其使用性能的要求。

3 效果驗證

分別檢測幾種常用規格隔離塊(進口尼龍1010)的軸向及徑向強度，每一尺寸的試樣不少于5組且不屬于同一批次，每組6個試樣，軸向與徑向強度試驗各3個，結果見表1，數據的偏差主要受工藝穩定性和溫度、濕度變化等的影響。

表1 尼龍隔離塊軸向及徑向強度Tab.1 Axial and radial strength of nylon spacer

由于尼龍1010材料的半透明性，隔離塊在生產中形成的內部氣泡和疏松不可見，有此類缺陷的隔離塊在試驗中的碎裂面都分布有大小不均的氣泡；另一種常見的缺陷是合模線強度不足，在徑向強度試驗過程中這類缺陷的碎裂面明顯沿合模線分布，且可無氣孔缺陷存在，合模線強度不足也會導致隔離塊在合套及使用過程中發生碎裂。

此方法可有效檢測隔離塊的內部組織缺陷和合模線強度不足缺陷，從而準確評估尼龍隔離塊的使用強度。經此方法檢測合格的隔離塊在合套及使用3～5年后未出現因隔離塊質量導致的失效。