2.0MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸承熱裝分析及主軸選配工藝操作控制改進(jìn)

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)的功能是將風(fēng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)再由發(fā)電系統(tǒng)把機(jī)械能變成電能，并輸送給電網(wǎng)。主傳動(dòng)裝置主要由主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器等部件組成。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力傳遞中心，其裝配質(zhì)量的好壞將直接影響整臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行。而風(fēng)機(jī)連續(xù)正常運(yùn)行，要求主軸承及齒輪箱使用壽命至少25年以上（300000h），所以對(duì)主軸承裝配質(zhì)量及主軸與齒輪箱體裝配質(zhì)量操作工藝控制提出了更高要求。在此我們通過(guò)兩個(gè)質(zhì)量事故案例，提出對(duì)主軸承熱裝及主軸與齒箱裝配工藝操作控制補(bǔ)充、改進(jìn)，收到了良好工效。

關(guān)鍵詞：主軸承;主軸;齒輪箱;裝配質(zhì)量;工藝要求;改進(jìn)

1事例一：主軸承熱裝問(wèn)題工藝操作控制改進(jìn)

1.1問(wèn)題提出

2019年8月31日，國(guó)華項(xiàng)目一臺(tái)風(fēng)機(jī)主軸軸承（SKF編號(hào)ZG00068#，型號(hào)為240/750ECA/W33RE10.）熱套主軸（DF-10-10，編號(hào)：2909168-1）時(shí)出現(xiàn)了裝配未到位即卡死現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一旦發(fā)生，需要大型專業(yè)拆裝廠對(duì)主軸和軸承進(jìn)行分解，給企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失5萬(wàn)以上。為防止此現(xiàn)象的再次發(fā)生，我們分析了主軸承裝配未到位產(chǎn)生的原因并對(duì)主軸承熱裝操作工藝控制進(jìn)行了補(bǔ)充與改進(jìn)。

1.2主軸軸承裝配示意圖（1-主軸;2-主軸承;）

1.3原因分析

1.3.1主軸承裝配工作環(huán)境

（1）主軸與主軸軸承配合按技術(shù)要求采用P6/r6屬過(guò)盈配合，故工藝上采用熱裝法;

（2）加熱設(shè)備為電感應(yīng)加熱器，型號(hào)為IMD-100，規(guī)格為100KW，380V.加熱時(shí)間、溫度由微電腦控制;

1.3.2主軸承加熱工藝操作要求

（1）主軸承加熱溫度為120℃;沒(méi)有保溫要求。

（2）主軸承起吊后水平套入主軸;主軸承套入是否到位沒(méi)有測(cè)量手段;

1.3.3主軸承熱裝間隙不足，是軸承熱套不到位出現(xiàn)卡死的主要原因;而導(dǎo)致熱裝間隙不足的原因一是加熱溫度不到120℃，另一個(gè)原因是加熱到指定溫度后沒(méi)有保溫時(shí)間，軸承未熱透。三是軸承加熱后內(nèi)圈直徑達(dá)到多少才可套軸沒(méi)有明確。

1.3.4用魚(yú)刺圖分析主軸承裝配不到位的各種因素（見(jiàn)附圖一）.

從因果分析圖中可以看出，主軸承裝配未到位的直接原因是軸承與主軸間熱裝間隙不足所致。而加熱設(shè)備出現(xiàn)故障，溫度、時(shí)間顯示錯(cuò)誤，也是其中原因之一。因此主軸承熱裝時(shí)，必須保證主軸承與主軸間熱裝間隙達(dá)到軸承可以套入的理論經(jīng)驗(yàn)值，否則熱裝工藝控制操作無(wú)法進(jìn)行。為此我們從理論上找依據(jù)，從實(shí)踐上找經(jīng)驗(yàn)，對(duì)主軸承熱裝工藝進(jìn)行修改、補(bǔ)充、完善：

（1）主軸承熱裝分析

利用物體受熱后膨脹的原理，采用各種手段使零件或部件加熱到一定的溫度，然后再進(jìn)行裝配的方法稱為熱裝。熱裝是過(guò)盈配合零部件裝配的重要方法之一，對(duì)于裝配鉗工，掌握這種裝配方法非常重要。

采用熱裝法裝配，首先要知道配合件的熱裝間隙。

1）理論計(jì)算主軸與軸承配合最大過(guò)盈值

2.0MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸承與主軸間配合要求為屬過(guò)盈配合。根據(jù)主軸加工公差;主軸承內(nèi)圈孔加工公差; 其配合的最大過(guò)盈量為0.235-0.088=0.147mm.

2）熱裝間隙理論計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：式中：

T-加熱溫度，℃;α-加熱件的線脹系數(shù);

Δ1-配合的最大過(guò)盈，mm;Δ2-熱裝時(shí)的間隙量，mm;

d-配合直徑，mm;室溫（一般取20℃），℃;

常用金屬材料的線脹系數(shù)：鋼、鑄鋼—0.000011;

從目前工藝操作上對(duì)主軸承加熱到120℃進(jìn)行熱套，理論上計(jì)算此時(shí)熱裝間隙應(yīng)為：

Δ1=（T-t）×dα-Δ1

=（120-20）×750×0.000011-0.147

=0.825-0.147=0.678mm;

考慮到夏季室溫高于20℃，計(jì)算Δ2=0.66-0.147=0.513mm;綜合以上因素軸承熱裝間隙取0.50～0.60mm值，軸承熱套可順利進(jìn)行。

（2）其次要知道熱裝方法

電感應(yīng)加熱法有微電腦程序控制，能夠自動(dòng)控制工件加熱溫度和保溫時(shí)間，適合大工件軸承加熱。缺點(diǎn)是一但計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)加熱工件溫度和保溫時(shí)間不足問(wèn)題，導(dǎo)致熱裝失敗。

軸承內(nèi)圈孔的熱脹量達(dá)到后，要立刻進(jìn)行熱裝，動(dòng)作要快而準(zhǔn)確，一次裝到位，中途不得停留，一旦發(fā)生故障不允許強(qiáng)行裝入，要立即取下，排除故障后重新加熱，再次熱裝。

（3）對(duì)原熱裝工藝操作修改、補(bǔ)充、改進(jìn)

1）增加主軸承保溫時(shí)間20分鐘.目的是使保溫工件熱透、熱勻;保證熱裝正常進(jìn)行。

2）增加熱裝間隙測(cè)量手段，用標(biāo)準(zhǔn)量棒檢查加熱后軸承內(nèi)圈尺寸達(dá)到理論熱裝可裝間隙值要求;

3）增加主軸承熱套到位檢查，用標(biāo)準(zhǔn)鋼直尺檢查主軸軸向位置是否到位;

（4）主軸軸承熱裝前、后工藝操作質(zhì)量控制改進(jìn)對(duì)比示意圖：

1.4結(jié)論

本次發(fā)生的主軸承未熱套到位的最終原因是：軸承加熱到規(guī)定溫度后，工人師傅沒(méi)有檢查軸承內(nèi)圈是否達(dá)到理論要求的熱裝間隙的測(cè)量手段，而只是看感應(yīng)加熱器上的溫度顯示。恰巧此時(shí)該設(shè)備微電腦顯示出現(xiàn)故障顯示錯(cuò)誤，導(dǎo)致工件實(shí)際未達(dá)熱裝間隙要求即套入主軸，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

通過(guò)以上分析和熱裝工藝操作改進(jìn)、補(bǔ)充后，在后續(xù)軸承熱套過(guò)程中（共計(jì)400多根主軸承熱套），熱裝質(zhì)量得到有效控制，至今未發(fā)生一起熱套失敗現(xiàn)象，收到了良好的工效。

2事例二：主軸與齒輪箱選配工藝操作質(zhì)量控制改進(jìn)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中，主軸（軸頭尺寸）與齒輪箱行星架（空心軸）孔尺寸配合時(shí)，需要選配。因?yàn)橹鬏S、行星架機(jī)加時(shí)存有加工偏差，進(jìn)廠時(shí)有大有小，所以為保證其配合成功，工藝上要求裝配前復(fù)核主軸、行星架加工尺寸，并做好主軸與齒箱的選配工作.

主軸與齒輪箱行星架（空心軸孔）裝配示意圖：

2.1問(wèn)題描述：

2018年8月12日，中廣核/馬郎坡項(xiàng)目810005456#驅(qū)動(dòng)鏈主軸（常州東方）與齒箱（南高齒）空心軸裝配時(shí)，發(fā)生主軸卡死現(xiàn)象.此時(shí)主軸距離齒箱空心軸安裝到位尺寸差12.00mm.隨后班組立即組織人力，質(zhì)保、技術(shù)人員到場(chǎng)，做好退出主軸準(zhǔn)備工作.

2.2問(wèn)題詳述：

2018年8月12日，中廣核/馬郎坡項(xiàng)目810005456#驅(qū)動(dòng)鏈主軸DF-13-10（常州東方）與南高齒齒箱1025#空心軸裝配時(shí)，發(fā)生主軸卡死現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量此時(shí)主軸距離齒箱到位尺寸12.00mm.車間環(huán)境溫度為37℃。主軸與齒箱空心軸要求配合尺寸為? ， .

事發(fā)后，質(zhì)保員立即聯(lián)系生產(chǎn)商常州東方、南高齒兩家企業(yè)質(zhì)檢人員前來(lái)對(duì)該批次未裝配件進(jìn)行了復(fù)檢。結(jié)果檢出南高齒齒箱1025#空心軸φ620孔，存在φ620+0.02與φ620+0.01加工偏差。主軸DF-13-11檢出φ620-0.01mm，φ630-0.02分別與主軸圖紙要求最低-0.03mm相差0.02和0.01mm。而南高齒廠內(nèi)徑千分尺與我公司內(nèi)徑千分尺比較誤差0.015mm，常州東方廠外徑千分尺與我公司外徑千分尺比較誤差0.03mm。

按照東方、南高齒各自檢尺，都說(shuō)自己產(chǎn)品屬合格品，而事實(shí)主軸與齒箱空心軸裝配出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

2018 年8月20日，在車間班組、質(zhì)保、工藝人員共同參與下，加上轉(zhuǎn)運(yùn)班組的配合，采用12只10噸液壓千斤頂，經(jīng)不懈努力，將主軸從齒箱中退出。并對(duì)主軸測(cè)量φ620-0.02mm，φ630-0.015mm。齒箱空心軸φ620+0.01mm，φ630+0.01mm.

2.3判定根本原因：

（1）主軸軸頭與齒箱空心軸配合間隙過(guò)小（0.025～0.03mm之間）

根據(jù)積累經(jīng)驗(yàn)主軸與齒箱配合間隙一般控制在0.04～0.05mm之間，方可實(shí)施裝配。但由于我公司與加工單位測(cè)量工具之間本身存在精度誤差，量具之間測(cè)量誤差在0.015～0.03mm之間。所以主軸與齒箱配合間隙選配范圍一旦太小，就非常容易發(fā)生裝配間隙過(guò)小導(dǎo)致主軸卡死問(wèn)題。

（2）主軸與齒箱裝配時(shí)，主軸與空心軸尺寸間隙難調(diào)整

目前車間主軸裝配起吊依賴行車調(diào)整高低，由于行車無(wú)微調(diào)裝置，在主軸裝配上、下調(diào)整間隙時(shí)，忽高忽低，高低很難控制，易使主軸軸頭傾斜過(guò)大，將空心軸裝配面啃出溝痕，導(dǎo)致主軸穿入時(shí)，發(fā)生卡死現(xiàn)象。

另外主軸裝配時(shí)，采用手動(dòng)葫蘆人工在主軸左、右用力拉主軸，主軸左右受力不均，也易造成半卡死現(xiàn)象。

（3）環(huán)境溫度發(fā)生變化，主軸溫升過(guò)高，軸徑尺寸發(fā)生微變化

按照常規(guī)：車間班組上午8：30清洗主軸后，由質(zhì)保員測(cè)量主軸軸頭直徑。此時(shí)環(huán)境溫度33℃。等到主軸與齒箱裝配時(shí)，是中午11：30，當(dāng)時(shí)車間環(huán)境溫度37℃。該主軸軸徑隨著溫度升起已發(fā)生微變化。高溫天氣尤其要注意此問(wèn)題。

（4）用魚(yú)刺圖來(lái)分析原因：見(jiàn)附圖二.

2.4應(yīng)對(duì)措施（改進(jìn)方法）：

（1）提高檢測(cè)手段，減少測(cè)量誤差

齒箱空心軸內(nèi)徑測(cè)量由原內(nèi)徑千分尺（兩點(diǎn)接觸測(cè)量面測(cè)量誤差相對(duì)大）改為內(nèi)徑百分表（三點(diǎn)接觸測(cè)量面測(cè)量誤差相對(duì)小）。

計(jì)量主軸、空心軸尺寸檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以我公司為準(zhǔn)，主要控制好裝配間隙。

（2）行車起吊增加微調(diào)裝置，或改行車調(diào)整主軸高低改用手動(dòng)葫蘆調(diào)整高低

由于車間75T行車沒(méi)有微調(diào)控制系統(tǒng)，給主軸裝配上、下調(diào)整間隙造成很大困難，嚴(yán)重影響裝配質(zhì)量。

因此增加改進(jìn)內(nèi)容有以下兩點(diǎn)：①增加行車微調(diào)裝置。（此改造成本大，實(shí)現(xiàn)難度高。）②采用兩只手動(dòng)葫蘆分別為25T和50T等級(jí)調(diào)整主軸裝配間隙高低。（此方法成本低，見(jiàn)效快，容易實(shí)現(xiàn)。）

（3）主軸、齒箱到公司后，疏理資料，提前做好（預(yù)）選配工作

通過(guò)主軸、齒箱進(jìn)廠時(shí)收集的資料（主要是尺寸檢驗(yàn)記錄表上的檢驗(yàn)記錄），對(duì)主軸、齒箱進(jìn)行初步選配，做到心中有數(shù)。

（4）實(shí)際測(cè)量校驗(yàn)主軸、齒箱空心軸尺寸，控制好裝配間隙（目前車間由于用行車調(diào)整主軸上下間隙，對(duì)中性不是很好，所以盡量將此間隙最小控制在0.05mm），并注意環(huán)境溫度的變化。

（5）主軸與齒箱進(jìn)廠選配法改進(jìn)前、改進(jìn)后比較對(duì)比示意圖：

2.5總結(jié)：

（1）主軸進(jìn)廠檢測(cè)軸頭尺寸與檢測(cè)齒輪箱空心軸尺寸統(tǒng)一用本廠內(nèi)徑千分尺和外徑千分尺，以此為準(zhǔn)。選配時(shí)保證主軸與空心軸裝配總間隙最小值為0.05mm，不與供應(yīng)商測(cè)量尺寸作比較。

（2）注意環(huán)境溫度對(duì)裝配質(zhì)量的影響。

（3）改進(jìn)、補(bǔ)充、完善技術(shù)檢測(cè)方法，提高主軸選配水平。

（4）采用上述改進(jìn)方法后，主軸裝配未發(fā)生一起失敗情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述兩事例的總結(jié)分析，說(shuō)明工藝操作質(zhì)量控制，只有在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，不斷改進(jìn)、補(bǔ)充、完善和規(guī)范，才能達(dá)到工藝操作質(zhì)量控制的有效目的。

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作者簡(jiǎn)介：

楊化根（1966-）男，漢族，江蘇東臺(tái)人， 單位：上海電氣風(fēng)電設(shè)備（東臺(tái)）有限公司，工程師 ，學(xué)士學(xué)位，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組熱裝工藝控制。

（上海電氣風(fēng)電設(shè)備（東臺(tái)）有限公司 質(zhì)量部，江蘇 東臺(tái) 224200）