穆格公司

    ※ 介紹

    本案例客戶(hù)為國際知名風(fēng)電設備制造商，擁有一個(gè)專(zhuān)門(mén)團隊服務(wù)于風(fēng)能業(yè)務(wù)，從事許多風(fēng)力發(fā)電方面的研究和測試，包括熱平衡、疲勞耐久、可靠性測試和技術(shù)開(kāi)發(fā)。

    作為世界領(lǐng)先的精確運動(dòng)控制部件和系統設計制造者和集成商，穆格公司為航空、汽車(chē)、風(fēng)能等各個(gè)行業(yè)度身定制各種結構和性能測試解決方案。風(fēng)機平均功率已從2000年初的800kW增大到去年的 1.5MW。而此趨勢還有繼續發(fā)展的勢頭，未來(lái)幾年內大多數新風(fēng)機的功率將會(huì )增大到 2 MW 以上。隨著(zhù)風(fēng)機平均功率越來(lái)越大，風(fēng)機原始制造商們也開(kāi)始越來(lái)越多地使用較大尺寸的葉片和創(chuàng )新材料，使風(fēng)機的設計不斷更新。而不斷地變化致使結構測試技術(shù)變得前所未有的重要，并驅使領(lǐng)先風(fēng)機制造商們尋求穆格幫助他們滿(mǎn)足其測試的需求。穆格在航空和汽車(chē)測試方面經(jīng)驗豐富，并擁有多項技術(shù)創(chuàng )新，從而為穆格風(fēng)機測試系統打下了堅實(shí)的基礎。

    風(fēng)力發(fā)電機的偏航系統能夠在風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)快速平穩對準風(fēng)向，使風(fēng)機獲得最大的風(fēng)能。大中型風(fēng)機一般都會(huì )采用偏航系統來(lái)調整風(fēng)機輪轂并使其對準風(fēng)向。精密的測風(fēng)儀器將檢測信號傳輸給電腦化控制器，經(jīng)過(guò)分析后驅動(dòng)偏航控制系統的電機和齒輪箱使風(fēng)機盡可能地減少風(fēng)能損失，提高了風(fēng)機系統的工作效率。為了保證風(fēng)力發(fā)電系統的安全，偏航控制系統不斷對風(fēng)機進(jìn)行主動(dòng)式穩定控制。當偏航電機轉動(dòng)的時(shí)候，剎車(chē)系統在低壓狀態(tài)下工作，而當偏航電機停止轉動(dòng)時(shí)，剎車(chē)系統切換至高壓狀態(tài)并鎖止剎車(chē)，將主機室固定在理想的位置上。而頻繁的作動(dòng)對整個(gè)風(fēng)機剎車(chē)系統的耐久特性是一個(gè)嚴酷的挑戰。

    只要風(fēng)機偏航系統工作，剎車(chē)系統就不停地工作，剎車(chē)系統一旦失效，整個(gè)偏航控制系統也就失去了控制力，嚴重威脅到風(fēng)機的安全。因而剎車(chē)系統的疲勞耐久力對確保風(fēng)機正常安全工作至關(guān)重要。風(fēng)能業(yè)務(wù)是該廠(chǎng)商全球“綠色創(chuàng )想”戰略的重要組成部分，因而驅使其尋求最合理有效的解決方案，對風(fēng)機運動(dòng)控制的關(guān)鍵部分——偏航剎車(chē)系統進(jìn)行疲勞耐久性能測試。

    ※ 技術(shù)挑戰

    隨著(zhù)風(fēng)機葉片尺寸的增大，相應地，風(fēng)機輪轂，偏航控制系統，包括剎車(chē)系統的尺寸也隨之增大。“完成這個(gè)測試首先面臨來(lái)自空間的挑戰，” 廠(chǎng)商代表說(shuō)：“一個(gè)葉片直徑60米的風(fēng)機，它的剎車(chē)系統就相當于一個(gè)直徑二三十米的大鐵環(huán)，占地就是好幾百平米，質(zhì)量也很大，要在廠(chǎng)房里安裝相應尺寸的測試系統進(jìn)行測試，對廠(chǎng)房、設備要求都太高，成本也是驚人的。”此廠(chǎng)商對于廠(chǎng)房的承重要求也近乎嚴苛，限重500公斤每平方米以下，這為測試臺架的設計提出了兩面夾擊的巨大挑戰。

    “一方面，限重要求測試臺架質(zhì)量要輕，質(zhì)量輕就會(huì )容易形變或斷裂，另一方面大型測試系統必然執行巨大的動(dòng)力輸出，這又要求測試臺架必須有很高的強度和剛度，不易變形或斷裂。” 穆格公司太平洋測試與模擬市場(chǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Tom Pierce說(shuō)。

    ※ 解決方案

    作為運動(dòng)控制領(lǐng)域的專(zhuān)家，穆格與廠(chǎng)商一起創(chuàng )造性地“以直代曲”對整個(gè)測試方案進(jìn)行了簡(jiǎn)化，利用一根鋼條來(lái)代替大鐵環(huán)狀的剎車(chē)碟，用鋼條和卡鉗的直線(xiàn)相對位移來(lái)代替剎車(chē)碟和卡鉗之間的曲線(xiàn)相對位移。

    穆格提供的整個(gè)測試系統包括測試臺架、反應固件、500kN伺服作動(dòng)器以及配備集成式控制油路的液壓動(dòng)力裝置和數字伺服控制器。伺服作動(dòng)器中包括油缸上桿式安裝的力傳感器和同軸式安裝的位移傳感器。伺服控制器可以根據傳感器的力反饋和位移反饋發(fā)出精確的作動(dòng)控制指令，從而提供此次測試規格中要求的力和位移控制。

    “油缸不停地推動(dòng)模擬剎車(chē)碟與卡鉗的相對運動(dòng)，而廠(chǎng)商的重點(diǎn)則落在易疲勞的卡鉗、剎車(chē)碟和制動(dòng)墊上，觀(guān)察其在這一過(guò)程中的磨損情況。” Tom Pierce說(shuō)。

    “油缸的運動(dòng)帶動(dòng)模擬剎車(chē)碟的運動(dòng)，以此來(lái)考驗整個(gè)剎車(chē)系統的耐久性能，位移和受力都可以精準控制，而且這套系統油缸的最大輸出力達到50噸，測試系統所提供的精準控制加上大的受力能力正是大型風(fēng)機偏航系統所要求的。”廠(chǎng)商代表說(shuō)道。

    簡(jiǎn)化測試方案也給穆格帶來(lái)新的挑戰，那就是測試系統在往復運動(dòng)中所產(chǎn)生的過(guò)多熱量，為此穆格在模擬剎車(chē)碟的鋼條內設計了冷卻水再循環(huán)系統以耗散試驗過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱。

    作動(dòng)器與剎車(chē)總成被置于一個(gè)鋼制臺架上。由于傳統的T型槽鐵底板測試臺架過(guò)于笨重，無(wú)法滿(mǎn)足廠(chǎng)商對于工程設施地面低承重的嚴苛要求，于是穆格設計了創(chuàng )新的框架式加強鋼結構來(lái)控制測試臺架的總質(zhì)量，并確保其強度和剛度。變鑄鐵板為框架式，有效控制了總質(zhì)量，而使用I型梁構架代替鑄鐵板則強化了臺架的強度（不易變形和斷裂）。此外，穆格的工程師通過(guò) CAE 計算分析臺架各個(gè)部位的受力情況，在較大受力點(diǎn)上加上加強筋，增加臺架的剛度。

    ※ 結果

    穆格公司將其在航空、汽車(chē)測試領(lǐng)域的經(jīng)驗成功用于這個(gè)極富挑戰的客戶(hù)應用中。在保證整個(gè)測試系統有效性和可靠性的前提下，穆格為廠(chǎng)商方面提供的創(chuàng )新解決方案大幅度減少測試成本，并且整個(gè)測試臺架質(zhì)量輕、剛度好、強度高，完全滿(mǎn)足了其嚴苛要求。

    “采用這套測試系統，我們可以單純地測試一個(gè)偏航剎車(chē)系統配置的耐久性，也可以通過(guò)設定同樣的位移和受力情況來(lái)比較不同偏航剎車(chē)系統設計的耐久性。” 廠(chǎng)商代表說(shuō)。

    ※ 下一步行動(dòng)

    新能源時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。風(fēng)能市場(chǎng)不僅是該廠(chǎng)商“綠色創(chuàng )想”的主要市場(chǎng)，也成為高性能運動(dòng)控制專(zhuān)家穆格公司近年來(lái)的重要市場(chǎng)。


     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第九期