兆瓦级风电桨叶生产自动化系统--论文.doc

兆瓦级风电桨叶生产自动化系统（）MW wind power blade production automation systems （）庞德茂 （北京泰亚达新技术研究所）Pangdemao Tai Yada Beijing Institute for New Technologies邮箱 内容摘要系统 采用模块化结构可以用在兆瓦级桨叶生产。具有纤维缠绕、铺放成型的工艺，能够实现变形多轴缠绕，外模内抛缠绕，能适应现代复合材料的多重、反复及复杂的铺放、热压和中间加工过程，具有抛缠功能。完全取代国外由分立设备组成的桨叶生产系统，从自动化程度上高于国外分立系统。提高桨叶制造精度和桨叶一致性生产效率降低成本满足国际标准。国内已经有厂家生产。Summary 200FMSG system uses the modular structure can be used in producing megawatt-class blade. With a filament-wound, placement molding process, to achieve multi-axis winding deformation, winding outer mold polishing, can adapt to the modern composite materials, multiple, repeated and complex placement, hot and intermediate processes, with a cast wrapped around functionality. Completely replaced by a discrete device composed of foreign blade production system, from the degree of automation is higher than that of foreign discrete systems. Improve the accuracy and paddle blade manufacturing consistency productivity cost to meet international standards. Domestic manufacturers have been. 关键词桨叶纤维缠绕铺放成型桨叶生产桨叶生产设备自动化设备Keywords blade forming filament-wound placement paddle blade production equipment automation equipment manufacturing 1问题提出 目前我国兆瓦级风电桨叶的生产大部分由手工糊制，质量得不到保证。叶片撕裂、磨损、开胶、轴承报废的风机事故迭出，严重影响风机发电上网。系统 采用模块化结构可以用在兆瓦级桨叶生产。具有纤维缠绕、铺放成型的工艺，能够实现变形多轴缠绕，外模内抛缠绕，能适应现代复合材料的多重、反复及复杂的铺放、热压和中间加工过程，具有抛缠功能。完全取代国外由分立设备组成的桨叶生产系统，从自动化程度上高于国外分立系统。提高生产效率桨叶制造精度和桨叶一致性降低成本满足国际标准。目前国外兆瓦级桨叶生产自动化设备由于技术壁垒，国内获得困难。现在这种技术国内已经有所突破，而且技术性先进性高于国外。国内有厂家正在进行生产。本文即是对国内生产的设备做一个简单的介绍。该系统采用模块化结构， 主要实现纤维缠绕、铺放成型的工艺，能够实现变形多轴缠绕，外模内抛缠绕，能适应现代复合材料的多重、反复及复杂的铺放、热压和中间加工过程，具有抛缠功能、可制造梯度结构旋成体柱壳类复合材料产品 。运用复合材料板材特殊模具热压固化一次性成型的先进加工系统。配用于大型铺带设备、大型异形缠绕设备，完成复杂的加工工艺过程，有很高的自动化程度和高效生产率。采用高度集成的数控系统，完全取代国外由分立设备组成的桨叶生产系统（图二），从自动化程度上高于国外分立系统。可以提高桨叶生产效率 降低生产成本，保证桨叶型线的准确性和桨叶本体的 一致性。是兆瓦级桨叶生产的 关键设备。2 设备组成 系统是我国大型叶片自动化生产的新设备，可以提高叶片生产自动化水平，提高生产效率5倍，更重要的是提高叶片型线的准确度和叶片密度、惯量的一致性。是大型风机安全发电、上网的基本保证。 系统是由以下设备组成的。2.1 200缠绕机 200缠绕机是能够生产混合结构复合材料的新型生产设备，是具有抛缠功能、可制造梯度结构旋成体柱壳类复合材料产品的全自动数控机床。为模块化结构设计，主要实现纤维缠绕、铺放成型的工艺，并能够进行内抛和高温烧结等工序，产品一次成型，成品率高，可完全自动化生产。其中内抛与外高温模组合可生产类陶瓷表面梯度金属基复合材料产品，具有国际领先水平。2.2 2000缠绕机2000缠绕机可实现多向送丝、平衡送丝，并装配有自动清理结构和环保系统。模块化结构设计，配件丰富，可与主机组合成各种专项功能，具有组合机床特性。能够实现变形多轴缠绕，外模内抛缠绕，电子类加工工艺，连续动态检测和高温热模内外缠等。l 技术特点：a.带有内抛b.高分子材料缠绕、喷射、带模加工c.金属金属基陶瓷和复合材料加工与制造d.功能材料加工制造e.异形缠绕此设备用于：1.大型整体成型混合结构体2.超大型模具制作3.梯度结构，梯度材料制造4.大型风叶2.3 XY-1200变位、变密压力成型机XY-1200变位、变密压力成型机是具有复杂的多工序加工制造能力的大型热压力加工FMS。多点可变位改变压力密度和适应加工件尺度是该系统的最大特点。XY-1200可以根据不同的长大零件的不同断面自动调整不等的压力工区和施压长度，四压机组的总加工长度可达50m。FMS使XY-1200加工系统配有多功能的加工模块，能适应现代复合材料的多重、反复及复杂的铺放、热压和中间加工过程，有很高的自动化程度和高效生产率。XY-1200可变压力密度热压成型机具有独立加工能力，可配置缠绕机制造先进复合材料产品。在多功能缠绕机上采用整体成型的梯度硬壳结构设计理念设计的工件，经过压力加工成型工艺整理，可以制成非旋成体异型结构件：如 大型风力发电机部件“桨叶子”等。同时，可进一步扩展复合材料的专项高性能边界，实现更合理的结构，使重量成本下降，有更好的性能价格比、生产率和自动化程度。此设备用于：加工旋翼 及其他非旋成体、异型复合结构件、民用风电桨叶配件 2.4 XY-1600-8000变密变位压机可变压力、密度热压成型系统是针对复杂的和不同尺度及断面变化大的结构部件，可采用梯度复合材料，应用二次成型工艺，运用复合材料板材特殊模具热压固化一次性成型的先进加工系统。主要用于异型航材件的制造，还可以扩展复合材料中各种新型材料的加工制造。此设备应用于：整体成型异型件： 民用大型风电配件。2.5 RM-通用机人、铺带机 200系列缠绕机配用的铺带机是由通用机人改制的，分为不带腕关节的五座标和带有腕关节的8座标两种，通用机人的型号为RM-110a、b。其腕关节以下公称承载能力为10，RM系列通用机人有固定底座和机动底座两大类，可由用户选用。（参考图三）RM机人具备联网同步运行功能。RM机人具有一定的防爆能力，适用于高危或易燃易爆环境。RM系列通用机人目前最大级别是RM-170，其8座标配置单机抓取能力为35，由双RM-170组联构成的8座标铺带机可完成40通道(丝咀)1.2米宽的单次行程铺带能力。RM系列通用机人有一般配置和高精度配置供用户选择。XRM-20T为重型加工操作机人(级定位精度)专门用于重型加工零件的夹持、位置转换、翻转等，也可配用于大型铺带设备、大型异形缠绕设备，完成复杂的加工工艺过程（图四）。2.6 M3 M3 是现代加工系统中一种超前加工主体设备。与一般设备的不同在于它是不定性设备，既可牵引物流，又可作为加工设备自动组合加工，组成产品体系。 目前国内风电桨叶所需要的高效率铺带系统、需要 M3作为悬挂、牵引、定位装置。因此，M3仅在风电行业中就具有巨大的市场，同时也是从根本上改变我国风电桨叶手工操作的落后生产方式，为风电设备的生产效率、产品质量保障必不可少的主装设备。 M3 高精度FMS系统是国内空白产品，目前国内复合材料加工如风力发电设备桨叶工厂、航空航天大型复合材料结构件的加工制造都需要作为质量保障条件。新技术采用：a.高精度；b.组合FMS底盘，可组成超大超长(200m甚至更长)的加工系统； c.基础技术参数：M3系统最大加工铺面为8米，理论加工长度为无限，加工定位精度在基础范围内可达0.05mm，系统总长度范围内定位加工精度0.1mm，具有测量机的精度、多挂点和连续安装基础，最大承载可达20吨，实现三维定位加工。d.多功能附件夹持系统3结论采用以上设备，在叶片生产采用先进的新工艺和国内外正在研发的新产品设计时，能以的工作特性实现产品多品种自动变换。能适应先进复合材料加工范围内的宽谱工况，满足桨叶的生产技术要求。参考文献1赵渠森等 先进复合材