風力發電機軸承拉卸工具開發

侯茂忠，徐 輝

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

隨著全球能源危機的日益加劇，風電市場產能得到擴大，風能作為一種綠色能源，目前正處于飛速發展階段。雙饋異步風力發電機以其優越的性能，良好的性價比占據了絕大部分的風電市場。我公司的雙饋風力發電機，結構緊湊體積小、容量大，整體處于國內領先水平。

緊湊的結構，給生產制造和售后服務帶來了一些困難。特別是軸承拉卸，由于空間狹小，以往的軸承拉卸工具和SKF軸承拉卸工具都無法滿足要求，拉卸下來的軸承均存在或多或少的損壞，大部分無法再次使用。

1 傳統的拉卸工藝和存在的問題

1.1 傳統的拉卸工藝

1.1.1 定位板結構的拉卸工具拉卸軸承。中型電機滾動軸承拉卸一般采用此方式進行軸承拉卸，早期采用定位板加起頂工具的拉腳，結構簡單，使用方便，在電機行業廣泛使用，定位板結構如圖1所示。

1.1.2 SKF軸承拉卸工具拉卸軸承。我公司在廣泛使用SKF軸承后，發現SKF軸承拉卸有專用的工具和拉卸方式，能保證拆下的軸承基本沒有損傷或很少出現損傷，軸承可以再次使用。SKF公司的軸承拉腳有機械式拉拔器、液壓式拉拔器、三片式拉拔片、液壓柱塞式拉拔器、爪式拉拔器等等，在各式繁多的拉拔器中，考慮到電機軸承結構和電機結構，我們選用三片式拉拔片作為拉卸常規中型電機軸承的工具。結合三片式拉拔片，公司自行設計制作了起頂工具與其配合使用，基本滿足了中型系列電機的滾動軸承拉卸，且基本可以保證拉卸下的軸承質量。SKF三片式拉拔片如圖2所示。

圖1 定位板

1.2 存在的問題

1.2.1 定位板結構的拉卸工具，結構上有一定的缺陷，缺口降低了板的整體強度，兩側螺孔的分布方式造成受力不均勻，易彎曲變形，變形后的拉卸工具在拉卸軸承時，會對軸承產生影響。風力發電機的結構緊湊，軸承內側空間狹小，特別是2 MW水套式結構，內側空間僅有25 mm，原結構定位板根本無法放入，如制作相同結構的定位板，強度更無法滿足拉卸的要求。

圖2 SKF專用拉腳

1.2.2 SKF專用拉卸工具，其三片式定位板最小的厚度為30 mm，無法放入軸承內側，只能拉到軸承外圈，如果拉軸承外圈，拉下的軸承滾珠必然產生損傷，無法再次使用。

2 新結構拉卸工具和改進升級

在對風力發電機的結構作了分析、對原有的兩種拉卸方式做了比較后，我們對尺寸進行了排算。針對風力發電機，制定了開發新結構專用軸承拉卸工具的方案，整體結構如圖3所示。

圖3 新結構軸承拉卸工具

2.1 新結構拉卸工具

2.1.1 主板體

主板體包括定位板和弧形板，定位板如圖4所示、弧形板如圖5所示。定位板為圓環狀，中間開U型缺口，使用時裝在發電機轉軸上的軸承內側，定位板內圓靠近軸承側帶有凸臺，凸臺正好作用在電機軸承的內圈上。凸臺外徑尺寸應大于軸承內圈外徑，小于軸承外圈內徑，在保證定位板不接觸軸承外圈的情況下，凸臺高度應盡量小，初步設計方案選擇了2 mm高度。定位板的U型缺口內徑應略大于發電機轉軸(定位板安裝位置)直徑，由于我公司風電軸承規格大多數為Φ150 mm，所以定位板的U型缺口內徑選用Φ151 mm，即單邊留0.5 mm間隙，避免碰擦轉軸表面而產生偏差。風力發電機的軸承內側空間僅約為25 mm，故拉卸工具的定位板總厚度要小于25 mm，考慮到電機加工裝配的累積誤差等因素，軸承內側定位板總厚度取22 mm；減去凸臺厚度2 mm，其余部分厚度為20 mm。在定位板的外圓側增加一個較高的圓弧凸臺，來提高定位板的整體強度，圓弧凸臺的內徑要大于軸承外圈的外徑，以避開軸承外圈。在定位板上均布三個拉螺桿的安裝螺孔，其中一個位于正上方；另外還有4個安裝弧形板的螺孔。主板體的另一部分弧形板，將弧形板安裝在定位板上，正好與定位板上的圓弧凸臺構成整個圓環凸臺，強度得到很大提升。拉螺桿作用時，為防止定位板變形。三個拉螺桿都作用在定位板上，受力均勻。在弧形板上增加兩個通孔，以避開定位板上另外兩個拉螺桿的安裝螺孔。

圖4 定位板

圖5 弧形板

原定位板和加強定位板結構比較見圖6。原定位板缺口使其整體強度下降，且原定位板螺桿位置分布在兩側，受力后容易彎曲變形。改進設計考慮到了這個問題，對此進行了分析，增加弧形板，補全缺口，增加整體強度，拉螺桿數量也改為三個，且均勻分布，如圖7所示。

圖6 定位板比較圖

圖7 新結構定位板

2.1.2 拉螺桿

三根拉螺桿，用于軸向連接定位板和起頂板，原拉螺桿采用M12螺桿，強度較差，螺桿易彎曲，影響軸承拉卸質量。現將三根拉螺桿由M12改為M24，以提高其強度。

2.1.3 起頂板

圖3中的1 300部件即為起頂板，詳細結構圖如圖8所示。一塊三角形鋼板，其三個角上有三個孔，是用來安裝拉螺桿的，其位置同定位板上安裝拉螺桿的螺孔。起頂板與定位板之間使用三根拉螺桿進行連接固定，起頂板中間鑲嵌了一個螺紋套，用來安裝起頂螺桿。因為此螺紋經常使用，且要承受很大的軸向拉力，為了防止螺紋受損，導致起頂板直接報廢，所以，我們沒有在起頂板中間直接加工螺孔，而是采用鑲嵌特殊處理過的螺紋套方式，以提高螺紋強度，且不損傷起頂板，如果螺紋套螺紋產生損傷，可以通過更換螺紋套的方式保證拉卸工具繼續使用。

圖8 起頂板

2.1.4 起頂螺桿

起頂螺桿如圖9所示，安裝使用時，在其左端圓弧形凹槽與轉軸端面之間放入一個大小適合的鋼珠，在起頂螺桿旋轉時，鋼珠可以減小摩擦力。將撬棒插入到起頂螺桿右端的孔里，扳動撬棒，使起頂螺桿旋轉，起頂螺桿旋轉并帶動起頂板向軸向外側移動。起頂板通過三根拉螺桿帶動定位板向軸向外側移動，定位板推動軸承內圈向軸向外側移動，最終將軸承拉卸下來。

圖9 起頂螺桿

新的拉卸工具結構簡單，使用方便，通過弧形板來補全定位板上的缺口，增加了定位板的整體強度，并且保證了定位板在三根拉螺桿受力處的強度，避免了定位板因受力不均而產生彎曲變形。同時，在定位板上特殊設計的凸臺在工作時只施力于軸承內圈上，避免了觸碰到外圈而導致軸承損傷的情況發生。

2.2 改進升級

新結構拉卸工具雖然可以滿足使用要求，但其結構還是非對稱的設計方案，長時間使用也可能會變形，通過仔細研究，我們新設計了一個哈夫式拉卸工具，如圖10所示，定位板采用哈夫式結構，四根拉螺桿等。

圖10 哈夫式拉卸工具

2.2.1 哈夫式定位板

新結構定位板開了一個U型缺口，雖然在外圓上進行了補全，但擔心長期使用，定位板仍然可能會產生變形，我們將定位板的結構進行了改進升級，將定位板做成哈夫式的，如圖11所示，分左右兩個半圓弧部件對稱組成。使用時，將兩個半圓弧部件卡在軸承內側的轉軸上，采用螺栓進行連接固定，拼裝好后，定位板作為一個整圓部件，外圓同樣設置有凸臺，以增加整體強度，并且設置有四個拉螺桿螺孔，兩個半圓弧是完全對稱。內圓同樣設置有與軸承內圈相接觸的凸臺，且哈夫式定位板內圓上的凸臺為整圓結構，不會有缺口，軸承內圈受力非常均勻，拉卸時，軸承所處狀態會更好。

2.2.2 起頂板、拉螺桿和起頂螺桿

起頂板結構同樣做相應調整，三個拉螺桿孔改為四個，孔的節圓位置與定位板上的拉螺桿螺孔位置相同，同樣，起頂板中間為起頂螺桿的螺孔。

拉螺桿和起頂螺桿結構與之前的相同，僅尺寸上有點差異。

圖11 哈夫式定位板

圖12 起頂板

3 小結

在成功完成了滾動軸承內側空間小的軸承拉卸工具后，現場拉卸了大量的軸承都可再次使用到產品上，質量可靠穩定。此種結構軸承拉卸工具作為專用工裝，在軸承拉卸領域具有相對的優勢。

改進升級后的拉卸工具結構為哈夫式，結構對稱，強度進一步提升，并且兼顧方便使用的特點。哈夫式軸承拉卸工具結構得到了完善，操作更加方便，不僅為裝配提供了拆卸滾動軸承的手段，也給售后維修提供了新的方法。