风电叶片模具液压翻转机构液压缸支点位置的设计

　　风电叶片模具的开合过程目前主要有2种形式: (1)机械起重机的吊装翻转; (2)全自动液压翻转设备。全自动液压翻转设备由翻转架、液压系统以及电控系统3部分组成,该设备具备以下优点: (1)翻转过程是连续运动,因此模具抖动小,能更好地保证模具精度和寿命,提高叶片生产的质量; (2)安全程度高; (3)翻转过程占有空间小,可降低生产厂房的高度,节约建设成本。本文针对翻转系统中的翻转架上的液压缸支点位置进行优化设计。

　　1　液压翻转机构的结构原理

　　1·1　翻转机构结构特点

　　翻转架是1个3铰点变幅翻转机构, 3铰点布置结构形式通常有2种,一种如图1所示,分别布置在翻转架两侧的液压缸的下铰点处于重合位置,上铰点分开;另一种是两侧液压缸的上铰点处于重合位置,下铰点分开。本文以图1所示形式说明翻转的动作过程并进行液压缸支点位置的优化设计。

　　1·2　开合模过程分析

　　根据翻转机构的结构特点,可知开合模过程有5个重要状态位置,模具的重心位置如图2中Ⅰ~Ⅴ所示。Ⅰ为翻转起始或结束位置;Ⅱ为B缸死点位置;Ⅲ为模具重心垂直位置;Ⅳ为A缸死点位置;Ⅴ为翻转结束或开始位置。

　　以开模过程为例,从平衡叶片模具在翻转过程中对回转中心所形成的力矩的角度,说明A、B液压缸的动作过程以及受力情况。状态位置Ⅰ~Ⅱ: A、B液压缸同时伸长, A、B液压缸都产生顶升力;状态位置Ⅱ~Ⅲ: A缸继续伸长, B缸回收, A缸产生顶升力, B缸不产生顶升力;状态位置Ⅲ~Ⅳ: A缸继续伸长, B缸继续回收, A缸不产生顶升力, B缸产生顶升力;状态位置Ⅳ~Ⅴ:A缸回收, B缸继续回收, A、B液压缸都产生顶升力。合模过程可作类似的分析。

　　2　液压缸推力计算

　　液压缸推力的合理选择,对液压缸结构设计及液压系统相关元件均存在较大的影响。液压缸的推力计算一方面要满足翻转过程运动学的要求,另一方面与液压系统的结构特点密切相关。翻转机构的液压系统原理见图3。

　　为了使上模翻转平稳,理想情况是在整个翻转过程中使翻转架的角速度恒定,但这样对液压系统的控制要求较高,难以做到。图3液压系统考虑使用输出流量较小的定量泵,尽管翻转架的角速度不能保持匀速,翻转过程有角加速度,而且2个变幅液压缸活塞杆的相对移动速度也不恒定,但由于整体翻转角速度较小,因此冲击较小,翻转平稳安全。在不计转动副摩擦和系统获得的运动惯性的情况下,可认为机构翻转过程为静力平衡状态,液压缸的推力全部用于克服反力矩。液压系统中液控限速平衡阀4的主要功能: (1)当叶片模具的上模在旋转过程中,其重心越过状态位置Ⅲ后依靠其自重下落时产生阻尼; (2)超速自动调节功能,使整个旋转过程平稳,这个阶段不需要系统压力的参与。因此在计算液压缸推力时,对于开模过程,只需计算Ⅰ~Ⅲ区间,合模过程,只需计算Ⅴ~Ⅲ区间。根据上述的分析,将机构简化为图4所示的结构。