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    穆格公司

    ※ 介紹

    本案例客戶為國(guó)際知名風(fēng)電設(shè)備制造商，擁有一個(gè)專(zhuān)門(mén)團(tuán)隊(duì)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(cè)試，包括熱平衡、疲勞耐久、可靠性測(cè)試和技術(shù)開(kāi)發(fā)。

    作為世界領(lǐng)先的精確運(yùn)動(dòng)控制部件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)和性能測(cè)試解決方案。風(fēng)機(jī)平均功率已從2000年初的800kW增大到去年的 1.5MW。而此趨勢(shì)還有繼續(xù)發(fā)展的勢(shì)頭，未來(lái)幾年內(nèi)大多數(shù)新風(fēng)機(jī)的功率將會(huì)增大到 2 MW 以上。隨著風(fēng)機(jī)平均功率越來(lái)越大，風(fēng)機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)不斷更新。而不斷地變化致使結(jié)構(gòu)測(cè)試技術(shù)變得前所未有的重要，并驅(qū)使領(lǐng)先風(fēng)機(jī)制造商們尋求穆格幫助他們滿足其測(cè)試的需求。穆格在航空和汽車(chē)測(cè)試方面經(jīng)驗(yàn)豐富，并擁有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，從而為穆格風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)能夠在風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)快速平穩(wěn)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，使風(fēng)機(jī)獲得最大的風(fēng)能。大中型風(fēng)機(jī)一般都會(huì)采用偏航系統(tǒng)來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)輪轂并使其對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。精密的測(cè)風(fēng)儀器將檢測(cè)信號(hào)傳輸給電腦化控制器，經(jīng)過(guò)分析后驅(qū)動(dòng)偏航控制系統(tǒng)的電機(jī)和齒輪箱使風(fēng)機(jī)盡可能地減少風(fēng)能損失，提高了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作效率。為了保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全，偏航控制系統(tǒng)不斷對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行主動(dòng)式穩(wěn)定控制。當(dāng)偏航電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，剎車(chē)系統(tǒng)在低壓狀態(tài)下工作，而當(dāng)偏航電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剎車(chē)系統(tǒng)切換至高壓狀態(tài)并鎖止剎車(chē)，將主機(jī)室固定在理想的位置上。而頻繁的作動(dòng)對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)的耐久特性是一個(gè)嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。

    只要風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)工作，剎車(chē)系統(tǒng)就不停地工作，剎車(chē)系統(tǒng)一旦失效，整個(gè)偏航控制系統(tǒng)也就失去了控制力，嚴(yán)重威脅到風(fēng)機(jī)的安全。因而剎車(chē)系統(tǒng)的疲勞耐久力對(duì)確保風(fēng)機(jī)正常安全工作至關(guān)重要。風(fēng)能業(yè)務(wù)是該廠商全球“綠色創(chuàng)想”戰(zhàn)略的重要組成部分，因而驅(qū)使其尋求最合理有效的解決方案，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵部分——偏航剎車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行疲勞耐久性能測(cè)試。

    ※ 技術(shù)挑戰(zhàn)

    隨著風(fēng)機(jī)葉片尺寸的增大，相應(yīng)地，風(fēng)機(jī)輪轂，偏航控制系統(tǒng)，包括剎車(chē)系統(tǒng)的尺寸也隨之增大。“完成這個(gè)測(cè)試首先面臨來(lái)自空間的挑戰(zhàn)，” 廠商代表說(shuō)：“一個(gè)葉片直徑60米的風(fēng)機(jī)，它的剎車(chē)系統(tǒng)就相當(dāng)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，要在廠房里安裝相應(yīng)尺寸的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)廠房、設(shè)備要求都太高，成本也是驚人的。”此廠商對(duì)于廠房的承重要求也近乎嚴(yán)苛，限重500公斤每平方米以下，這為測(cè)試臺(tái)架的設(shè)計(jì)提出了兩面夾擊的巨大挑戰(zhàn)。

    “一方面，限重要求測(cè)試臺(tái)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(cè)試系統(tǒng)必然執(zhí)行巨大的動(dòng)力輸出，這又要求測(cè)試臺(tái)架必須有很高的強(qiáng)度和剛度，不易變形或斷裂。” 穆格公司太平洋測(cè)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(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的專(zhuān)家，穆格與廠商一起創(chuàng)造性地“以直代曲”對(duì)整個(gè)測(cè)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相對(duì)位移來(lái)代替剎車(chē)碟和卡鉗之間的曲線相對(duì)位移。

    穆格提供的整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試臺(tái)架、反應(yīng)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(shù)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(jù)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(cè)試規(guī)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(duì)運(yùn)動(dòng)，而廠商的重點(diǎn)則落在易疲勞的卡鉗、剎車(chē)碟和制動(dòng)墊上，觀察其在這一過(guò)程中的磨損情況。” Tom Pierce說(shuō)。

    “油缸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)模擬剎車(chē)碟的運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)考驗(yàn)整個(gè)剎車(chē)系統(tǒng)的耐久性能，位移和受力都可以精準(zhǔn)控制，而且這套系統(tǒng)油缸的最大輸出力達(dá)到50噸，測(cè)試系統(tǒng)所提供的精準(zhǔn)控制加上大的受力能力正是大型風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)所要求的。”廠商代表說(shuō)道。

    簡(jiǎn)化測(cè)試方案也給穆格帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，那就是測(cè)試系統(tǒng)在往復(fù)運(yùn)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(nèi)設(shè)計(jì)了冷卻水再循環(huán)系統(tǒng)以耗散試驗(yàn)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(tái)架上。由于傳統(tǒng)的T型槽鐵底板測(cè)試臺(tái)架過(guò)于笨重，無(wú)法滿足廠商對(duì)于工程設(shè)施地面低承重的嚴(yán)苛要求，于是穆格設(shè)計(jì)了創(chuàng)新的框架式加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)控制測(cè)試臺(tái)架的總質(zhì)量，并確保其強(qiáng)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(gòu)架代替鑄鐵板則強(qiáng)化了臺(tái)架的強(qiáng)度（不易變形和斷裂）。此外，穆格的工程師通過(guò) CAE 計(jì)算分析臺(tái)架各個(gè)部位的受力情況，在較大受力點(diǎn)上加上加強(qiáng)筋，增加臺(tái)架的剛度。

    ※ 結(jié)果

    穆格公司將其在航空、汽車(chē)測(cè)試領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)成功用于這個(gè)極富挑戰(zhàn)的客戶應(yīng)用中。在保證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)有效性和可靠性的前提下，穆格為廠商方面提供的創(chuàng)新解決方案大幅度減少測(cè)試成本，并且整個(gè)測(cè)試臺(tái)架質(zhì)量輕、剛度好、強(qiáng)度高，完全滿足了其嚴(yán)苛要求。

    “采用這套測(cè)試系統(tǒng)，我們可以單純地測(cè)試一個(gè)偏航剎車(chē)系統(tǒng)配置的耐久性，也可以通過(guò)設(shè)定同樣的位移和受力情況來(lái)比較不同偏航剎車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的耐久性。” 廠商代表說(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)不僅是該廠商“綠色創(chuàng)想”的主要市場(chǎng)，也成為高性能運(yùn)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