حل التصنيع الدقيق لمغزل توربينات الرياح

في مجال معدات طاقة الرياح، فإن العمود الرئيسي بقطر يتراوح بين 300-500 مم، باعتباره المكون الأساسي لنظام نقل حركة توربينات الرياح، يُحدد بشكل مباشر مدى موثوقية دورة تشغيل الوحدة التي تمتد على 20 عامًا استنادًا إلى درجة كروية عنق العمود (المطلوب أن تكون ≤ 0.02 مم) ودرجة أسطوانية موقع المحمل (≤ 0.015 مم). وعندما تقوم إحدى الشركات الرائدة في تصنيع معدات طاقة الرياح بمعالجة هذا النوع من الأعمدة المصنوعة من فولاذ 42CrMo المُعالَج حراريًا بالتحام، تواجه عقبة تقليدية في العملية: فهي تحتاج إلى المرور بثلاث مراحل وهي: "القطع الخشن على مخرطة أفقية → القطع شبه الدقيق على ماكينة خراطة رأسية → الطحن الدقيق للسطح الخارجي على ماكينة طحن أسطواني". وتؤدي عملية التثبيت المتعددة إلى تجاوز الانحراف المحوري لموقع المحمل الحدود 0.05-0.08 مم، كما يؤدي ارتفاع درجة حرارة المحمل أثناء تشغيل الوحدة إلى تجاوز 45 ℃ (القيمة المقبولة ≤ 40 ℃)، مع دورة معالجة لكل قطعة تصل إلى 16 ساعة؛ كما أن الفولاذ المُعالَج حراريًا (بصلابة تتراوح بين 280-320HB) يتمتع بمقاومة قص عالية، مما يجعل عمر أدوات القطع العادية لا يتجاوز 3-4 قطع لكل شفرة. ويتعدى تكلفة أدوات القطع الخاصة بالقطعة الواحدة 3000 يوان صيني.
للتغلب على هذا المأزق، قامت الشركة بطرح ماكينة ووهان الثقيلة VTC70، وهي مخرطة رأسية رقمية تحكم (CNC)، لإنشاء نظام تصنيع حصري للعمود الرئيسي يعتمد على "التشغيل الصلب الثقيل + التثبيت مرة واحدة للعملية الكاملة". تعتمد المعدات على هيكل من الحديد الزهر بالصب بالرمل الراتنجي المتكامل (وزن الصب 80 طناً)، وقد خضع لمعالجة إزالة الإجهاد المزدوجة من خلال "التخزين الطبيعي لمدة 24 شهراً + الإجهاد الاهتزازي لمدة 120 ساعة"، ويُستخدم فيه قضبان دليلية هيدروستاتيكية (سعة تحمل ≥ 300 كيلو نيوتن)، مع تحسين صلابة الهيكل باستخدام تحليل العناصر المنتهية. وتبلغ صلابة القص الشعاعي 55 كيلو نيوتن/مم، ويمكنها تحمل قوة شعاعية مستقرة تصل إلى 35 كيلو نيوتن أثناء قطع سبائك الفولاذ 42CrMo؛ ومجهزة بنظام التحكم الرقمي Fanuc 31i-B5، ونظام تعويض ديناميكي بالمسعر الليزري (بدقة تحديد موقع مُعالَجة إلى ± 0.005 مم)، إلى جانب ذراع قياس آلي (بدقة قياس ± 0.002 مم)، مما يحقق تحكماً دقيقاً في استدارة موقع المحمل بحيث لا تتجاوز ≤ 0.01 مم. واستجابة لخصائص معالجة الفولاذ عالي القوة، تم تزويد المعدات بمحور رئيسي عالي القدرة بقدرة 18.5 كيلو واط (بسرعة قصوى تصل إلى 1000 دورة/دقيقة) ونظام تبريد داخلي عالي الضغط (بضغط تبريد 1.5 ميجا باسكال)، إلى جانب أدوات قطع CBN ذات الحبيبات فائقة الدقة (بصلابة HV3500)، مما يكبح بشكل فعال تآكل الأداة.

سيناريوهات استخدام العميل
من حيث الابتكار التكنولوجي، حقق المعدّات تقدماً مزدوجاً في مجال تصنيع المحاور يتمثل في "تكامل العمليات + التحكم المستمر بالدقة": حيث تم دمج قابض هيدروليكي رباعي الفك بقطر Φ 800 مم (بقوة قفل تصل إلى 300 كيلو نيوتن)، وبرج أداة مؤلف من 8 محطات (بزمن تغيير أدوات يبلغ 1.5 ثانية)، بالإضافة إلى رأس طاقة للطحن الطرفي، مما يمكنه من إتمام عمليات الخراطة الدقيقة لموضع عنق المحور (الاستدارة ≤ 0.015 مم)، والتحزيز الدقيق لمواقع المحامل (الأسطوانية ≤ 0.01 مم)، وطحن سطح الشفافة (المستوية ≤ 0.03 مم)، وعملية حفر وتشكيل 12-16 فتحة توصيل (بدقة موضعية ≤ 0.15 مم) في عملية واحدة. ولحل مشكلة التحكم في الانحناء للمحاور الطويلة جداً (بطول يتراوح بين 3-5 أمتار)، تم اعتماد تقنية مبتكرة تُعرف باسم "عملية الدعم المتعدد مع التكيّف الذاتي": من خلال ثلاث مجموعات من الدعامات المساعدة القابلة للتعديل، يتم تعويض تشوه الوزن الذاتي للقطعة العاملة بشكل لحظي (بدقة تعويض تبلغ 0.005 مم)، مما يضمن التحكم المستقر في استقامة المحور الكلي ضمن حدود ≤ 0.05 مم/متر؛ أما بالنسبة للتشغيل الدقيق لمواقع المحامل، فقد تم اعتماد أسلوب "بيئة التشغيل عند درجة حرارة ثابتة + طريقة القطع الطبقي"، بحيث يتم التحكم بدرجة حرارة البيئة عند 20 ± 0.5 ℃، ويتم التحكم بعمق القطع لكل طبقة ليكون بين 0.2-0.5 مم. وعند الجمع مع عملية القطع بسرعة خطية ثابتة (80-120 م/دقيقة)، يتم ضمان وصول خشونة السطح إلى قيمة Ra0.8 ميكرومتر.

عملية التثبيت
تتوافق نتائج التنفيذ تمامًا مع معايير صناعة طاقة الرياح: تم تقليص دورة المعالجة لكل قطعة من 16 ساعة إلى 9 ساعات، وازدادت الطاقة الإنتاجية اليومية من 6 قطع إلى 11 قطعة؛ إن استدارة موقع محمل العمود الرئيسي تساوي أو أقل من 0.01 مم، وانحراف المحور المركزي للعمود بالكامل يساوي أو أقل من 0.03 مم، وهي مواصفات تفي تمامًا بمتطلبات المواصفة GB/T 19073-2018 "علبة تروس توربينات الرياح" والشهادة GL؛ ارتفعت درجة حرارة المحامل أثناء تشغيل الوحدة بمقدار 36 ℃، بينما انخفضت شدة الاهتزاز من 1.2 مم/ثانية إلى 0.6 مم/ثانية؛ كما تم تمديد عمر الأداة بنسبة 150٪ (تصل إلى 8-10 قطع/شفرة) بفضل التوافق الجيد للمواد، وتقلّص تكلفة أدوات العمود الواحد إلى 1200 يوان صيني؛ ويمكن للنظام المزود بشبكة الإنترنت الصناعية للأشياء على المعدات جمع قوة القطع (بتردد عينة 1 كيلوهرتز) ودرجة حرارة العمود في الوقت الفعلي، وباستخدام نموذج تنبؤ العمر المتبقي، ارتفعت نسبة الاستخدام الشاملة للمعدات من 70٪ إلى 92٪، وتقلّص وقت التوقف السنوي بمقدار 650 ساعة.
يُحلّ CKX52100 التناقض الصناعي بين المعالجة الثقيلة والدقة على مستوى الميكرومتر في محاور توربينات الرياح. وقال مدير إنتاج الشركة: 'إن محور توربينات الرياح الخاص بنا بقدرة 3 ميغاواط قد نجح الآن في اجتياز التحقق من قبل شركتي جولدويند تكنولوجي ومينغيانغ إنترليجنس، كما يستوفي المتطلبات القصوى الخاصة بمقاومة رش الملح والعمر الطويل في تطبيقات طاقة الرياح العاملة في المياه البحرية، مما شكّل لدينا حاجزًا تقنيًا في مسار معدات طاقة الرياح'. ويؤكّد هذا المثال أن المخارط الرأسية باستخدام الحاسب الرقمي (CNC) أصبحت المعدات الأساسية لتجاوز عقبات الأداء في مجال تصنيع المكونات الكبيرة لتوربينات الرياح، وذلك من خلال التكامل العميق بين 'تصميم هيكل فائق الصلابة + حلقة تحكم دقيق في العملية + نظام ذكي للتشغيل والصيانة'.