浅谈意大利品牌偏航变桨减速器的特点

引言

偏航变奖减速器是风力发电机组的重要部件,一般由电机驱动,用来调整风机机舱和奖叶的角度,使风机适应风向、风力变化,从而提高发电效率。行星传动由于具有承载能力高、结构紧凑、效率高、传动比大、运行平稳、抗冲击等优点,广泛应用于风电偏航变奖减速器。

意大利是世界上主要的小行星减速机制造和出口国之一,拥有众多知名制造商。而现代大型风机技术起源于欧洲,作为本土企业,意大利制造商从20世纪90年代初就开始同步进入风电领域,多年来积累了丰富的经验,其生产的产品比德国具备更优的性价比,市场竞争力很强。根据咨询机构LisergyConsulting的统计,2008年意大利品牌的偏航变奖减速器在全球范围内市场占比高达60%,其中占有率最高的一家大约占到了全球份额的30%。直到现在,意大利品牌在风电领域仍然扮演着重要角色。而国内风电行业的大力发展是2l世纪初才开始的,配套偏航变奖减速器的厂家起步相对国外竞争对手明显要晚一些,因此意大利品牌的产品非常值得国内的厂家深入研究和学习。

1某意大利品牌偏航变桨产品的优点

某意大利品牌偏航变奖产品结构如图l所示。

图1某意大利品牌偏航变桨产品结构示意图

1.1标准化和模块化程度较高

(l)意大利的大部分产品,每一级行星级都是一个独立模块并且进行编号,整机代号取决于末级行星代号,通过有限的行星模块组合出满足强度要求的传动比。每一级太阳轮都采用和齿轮独立的外花键,每个齿圈都是独立齿圈,花键参数、齿圈外径和螺栓结构也高度标准化,规格较少。

(2)行星轮轴承全部采用满装滚针(单列或者多列),销轴外圆和行星轮内孔都经过硬化和磨削,结构高度统一。另外,滚针相对带内圈的轴承更加便宜,也有利于装配的自动化。1.2等强度设计

由于在强度校核中太阳轮通常是最薄弱的环节,因此太阳轮多采用性能较好的l8NiCrMo7一6或l7NiCrMo6一4渗碳淬火,而行星轮采用稍差的l6MnCr5或20MnCr5渗碳淬火,内齿

圈多采用42CrMo氮化或感应淬火。另外,太阳轮采用大于0.5的大变位,这些都体现了等强度设计的思想。

1.3轻量化设计

箱体和行星架类铸件都采用轻量化设计理念进行过优化设计,材料采用球墨铸铁:最小壁厚大约只有5mm,应该是金属模自动造型铸造:根据载荷分布设置铸件的壁厚,并合理设置加强筋,保证足够的刚度,结构精巧,极大地减轻了零件重量。另外,铸件仅重要工作表面进行精加工,非工作表面尽可能不加工或者只粗加工,而且加工面积和余量较少,材料利用率和加工效率都很高。

1.4运行平稳

意大利产品大多运行非常安静平稳,振动和噪声明显低于行业普通水平,运行时几乎感觉不出它在高速运转,但是单独从零件来看其精度并不高,甚至某些零件精度明显低于国内产品,这让人非常困惑。经过研究分析,推测可能和以下因素有关:外齿轮表面加工带倾斜纹路,

避免了啮合时产生相互激振:齿轮件

倒角、倒棱非常规范,基本没有毛刺:

输入轴和一级太阳轮通过花键连接,

浮动性好,有利于抵消制造误差。

1.5外形美观

意大利减速器非常美观,外形饱满,富有立体感:减速器的配套件如电机、透气帽、放油阀、管接头附件也非常漂亮,整个产品像是一件精美的工艺品,富有艺术气息(图2)。此外,产品的宣传手册、说明书等文件制作也非常精美。而这一切应该是由专业的工业设计团队进行过精心设计的。

1.6生产成本低、效率高

这一点主要体现在以下几个方面:

(1)齿轮精度:一般外齿轮精度8~9级,内齿轮精度9~l0级,很多太阳轮和行星轮齿面比较粗糙,并且存在有规律的斜纹,据此推测可能是滚一剃一珩齿加工工艺,较少采用磨齿工艺,大大降低了加工成本。

(2)内齿轮和内花键精度推测可能为采用拉齿加工,加工效率极高。

(3)外花键渗碳淬火前加工,相对于花键热后加工,不仅提高了效率,降低了加工成本,而且还能提高花键和轴的强度。

2产品缺点

由此看来,意大利偏航变奖减速器的确具备很多优点,值得学习,但我们也并不认为它是完美无缺、不可超越的,任何结构都是有利必有弊:比如齿轮精度和齿面粗糙度较低,虽然降低了加工成本,但会降低齿轮的承载能力:虽然模块化程度高,但零件数量太多,会增加整机失效的概率:产品设计太过精巧,部分零部件强度余量不大,可靠性稍显不足:另外,对铸造、热处理有要求较高。从在国内整机厂使用的情况来看,意大利的产品其实也出现过一些质量问题。

3结语

众所周知,意大利是文艺复兴以来近代科学技术的主要发源地之一,也是老牌的制造业强国。意大利国民的整体科学、艺术素养较高,历史上曾经诞生了如伽利略、达·芬奇等很多伟大的科学家和艺术家,一个国家的工业和产品特点应该与他们的历史和文化有很大关系。

近些年来,全球风电行业蓬勃发展,老牌的意大利厂家凭借先发优势抢占了大量偏航变桨减速器订单。从国内来看,近年来以南高齿(NGC)为代表的国内企业在产品研发、生产制造、质量控制方面都取得了飞速进步,在该领域迅速崛起,不仅在国内市场取代了大部分的进口产品,而且相当一部分产品出口欧美市场,获得了客户充分的肯定。但我们不能骄傲自满、闭门造车,意大利的产品有很多细节之处值得我们学习。我们要结合自身实际情况,博采众家之所长,以期生产出更具竞争力的产品,从而进一步拓宽海外市场,并在全球市场竞争中立于不败之地。