風力發電機轉盤軸承啟動摩擦力矩測試

包括偏航軸承、變槳軸承在內的轉盤軸承是風力發電機三大關鍵配套部件之一，是當前制約我國風力發電產業發展的一大瓶頸。因此引起國內巨額資金投入，大量外資搶灘登陸，一派千帆競流的壯闊景象。
與其他條件下使用的轉盤軸承相比，風電使用的轉盤軸承有其特殊性，即是“負游隙”，使其在迴轉時有必要的啟動摩擦力矩，並有很嚴格的量的標準，這就需要有可靠的檢測手段進行測量。
目前國內通行的檢測方法是院固定內圈，掛一個彈簧秤人力拉動外圈，讀出秤的指針指示的拉力值，再經計算，確定其啟動摩擦力矩值。這種原始的檢測方法操作笨重、讀值不準，產品技術質量標準沒有得到可靠的控制。難怪每當一台價值幾千萬元的風力發電機出廠，主機廠家的老總和有關負責人都睡不好覺，倘若轉盤軸承的啟動摩擦力矩不達標，這颱風機在風場運行不正常，損失大了。魘夢瑩繞啊！
最近，國家知識產權局以200920010200.X 申請號，正式批准受理大連天發自動化機械製造有限公司的專利申請，使我國轉盤軸承啟動摩擦力矩檢測領域增加了一項全新的技術（見圖1）。

本文試就該項專利技術的應用作以初步探討。

一、在成品檢測和鑒定驗收方面的應用
按照我國行業強制性標準要求，轉盤軸承啟動摩擦力矩是100%必檢項目。產成品入庫以前必須檢測，合格後方可入庫；用戶要在發貨前或發貨后檢測啟動摩擦力矩，進行質量鑒定，或由生產廠家提供經過公證的《質量鑒定證書》。
該專利技術配置有兩個檢測系統均可完成啟動摩擦力矩的檢測（見圖2）。
第一、使用拉力感測器進行檢測。
此種檢測方法是按照JB/T10705-2007 《滾動軸承風力發電機軸承》標準中7.1.7 條款規定院將軸承內圈基準面水平置於一平台上，拉力軸承外圈，拉力方向垂直於軸承半徑方向且與軸承端面平行，該專利技術配置拉力感測器，檢測時啟動驅動臂，當軸承從靜止到開始轉動時，讀出此時拉力檢測儀錶顯示拉力值（N），再乘以力臂即為軸承的啟動摩擦力矩（Nm）。（見圖3）

第二，使用扭矩感測器進行檢測。該專利技術驅動主軸處配置一台大型扭矩感測器（見圖4）。檢測時固定內圈，將設備的驅動臂前端栓孔直接與外圈固定孔栓在一起，啟動驅動臂后，扭矩感測器的檢測儀錶直接顯示出扭矩值（Nm）。配置扭矩檢測數據處理系統后，可以進行終端顯示、列印圖表。
顯然這在轉盤軸承的啟動摩擦力矩檢測史上登上新的台階，填補了國內空白。
二、在轉盤軸承合套、裝配作業方面的應用
轉盤軸承的合套和裝配需要對內圈或外圈定位，驅動外圈或內圈迴轉。該專利技術包括工件定位、驅動迴轉
的技術內容，因此為合套和裝配提供了作業平台。
1.合套監測
合套是保證轉盤軸承啟動摩擦力矩達標的重要作業工序。軸承合套時事先按照游隙設計數據選擇內溝、外溝、鋼球的配偶尺寸，然後進行鋼球試裝。
利用該項專利設備時，啟動驅動系統，將鋼球裝入溝道，這時驅動主軸上的扭矩感測器發出檢測信號，通過儀錶顯示出來，操作人員就可以讀取該數值與設計標準對照，判斷是否達標。這種在合套時就直接檢測啟動摩擦力矩，驗證合套游隙的方法操作簡便，質量可靠。
2.成品裝配監測

轉盤軸承成品裝配是一個保持架（或隔離塊）、鋼球逐步裝入的過程，常常需要整個小時的作業時間。
隨著裝入零件的不斷增加，摩擦力矩也隨著不斷增大，直到全部零件裝配完畢，摩擦力矩穩定在允差範圍。理想的狀態應是扭矩的變化值平穩上升，最終穩定在合格範圍內。不符合這個狀態，就應判斷為不合格，可能有以下幾種情況
Ⅰ. 在裝配過程中，扭矩值突增，出現這種情況可能是溝道有夾雜物，發生卡磕，或者是鋼球混組，出現極端尺寸的現象。
Ⅱ. 在裝配過程中，扭矩值雖然穩定上升，但上升幅度偏大，在沒有全部把鋼球裝入時，扭矩值超出允差，可以分析該軸承合套作業不合格，游隙偏小曰我們也曾遇到過少裝隔離塊的情況，相鄰鋼球發生擠輾。
Ⅲ. 在裝配過程中，扭矩值有所緩降，並超出允差，就應分析合套游隙偏大造成曰也有可能由於溝道粗糙度偏大，給合套和裝配時提供了"摩合"空間，使摩擦力矩有所降低。
顯然在裝配作業時應用該專利技術，可以使產品製造過程質量控制更有效、更可靠。
三、在技術質量課題攻關上的應用
就目前情況，我國風電轉盤軸承的產品質量檔次不夠高，工藝技術水平更是低下。解決這個問題需要進行大量的技術質量攻關課題研究。這項專利技術為攻關課題的研究提供了試驗手段。
產品試驗是對產品設計、生產工藝的驗證，台架試驗是最可取的。台架試驗有模擬工況和非模擬工況兩種，若要進行模擬工況試驗面臨兩個問題，一是一般廠家不願投入幾百萬元的資金搞模擬試驗機曰二是凡經模擬工況試驗過的產品是不能再作為合格品出廠的。因此，很多專業人員希望進行非模擬工況的台架試驗。現在這項專利技術正好提供了試驗裝備。
利用這項專利技術進行台架試驗時，將轉盤軸承水平置於平台，固定內圈，驅動外圈，持續地運行下去，驅動主軸上的扭矩感測器就對被試軸承的摩擦力矩變化情況進行檢測，並通過儀錶顯示出來。對這些測值進行記錄，我們就獲得了分析依據。
轉盤軸承啟動摩擦力矩的達標水平是產品設計、工藝技術和生產管理等因素的綜合反映。現就常見的幾種產品技術質量缺欠對摩擦力矩的試驗影響例舉如下;
1.內外圈溝道金切加工產生圓度缺欠，例如橢圓、楞圓等。利用該專利設備進行台架試驗，應出現圖5 的記錄，周期性出現摩擦力矩峰谷值。