В области оборудования для ветровой энергетики главный вал диаметром 300–500 мм, являясь ключевым компонентом трансмиссии ветротурбины, напрямую определяет надёжность 20-летнего срока службы установки благодаря округлости шейки вала (требуется ≤ 0,02 мм) и цилиндричности посадочного места подшипника (≤ 0,015 мм). При обработке такого вала из закалённой и отпущенной стали 42CrMo ведущее предприятие по производству оборудования для ветроэнергетики сталкивается с традиционным технологическим узким местом: требуется пройти три этапа — «черновое точение на токарном станке → получистовое точение на консольно-фрезерном станке → финишное шлифование на наружношлифовальном станке». Многократная переустановка приводит к тому, что соосность посадочных мест под подшипники превышает 0,05–0,08 мм, а повышение температуры подшипников при работе установки превышает 45 °C (нормативное значение ≤ 40 °C), при этом длительность обработки одного изделия достигает 16 часов. Одновременно с этим закалённая и отпущенная сталь (твердость 280–320 HB) обладает высоким сопротивлением резанию, а срок службы обычных режущих инструментов составляет всего 3–4 детали на одну пластину. Стоимость режущего инструмента для обработки одного вала превышает 3000 юаней.
Чтобы преодолеть эту дилемму, компания внедрила тяжелый станок Ухань VTC70 с ЧПУ и вертикальным токарным станком для создания специализированной системы производства шпинделей по технологии «мощная жесткая обработка + полный процесс за одну установку». Оборудование оснащено цельной чугунной станиной из песчаной формы с применением смолы (масса отливки — 80 тонн), которая прошла двойную разгрузку напряжений: «естественное старение в течение 24 месяцев + вибрационное старение в течение 120 часов», а также статическими направляющими с гидростатическим подшипником (несущая способность ≥ 300 кН) и оптимизированной жесткостью конструкции благодаря анализу методом конечных элементов. Радиальная жесткость при резании достигает 55 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную силу 35 кН при обработке стали 42CrMo; оборудование оснащено системой ЧПУ Fanuc 31i-B5 и динамической компенсацией на основе лазерного интерферометра (точность позиционирования скомпенсирована до ±0,005 мм), а также измерительной измерительной головкой (точность измерения ±0,002 мм), что обеспечивает точный контроль цилиндричности посадочного места подшипника ≤ 0,01 мм. В ответ на особенности обработки высокопрочной стали оборудование оснащено шпинделем высокой мощности 18,5 кВт (максимальная скорость — 1000 об/мин) и системой внутреннего охлаждения высокого давления (давление охлаждения 1,5 МПа), а также сверхмелкозернистыми инструментами из CBN (твердость HV3500), эффективно подавляющими износ инструмента.
Сценарии использования клиентами
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло двойного прорыва в обработке шпинделей по критериям «интеграция процессов + непрерывный прецизионный контроль»: включает гидравлический патрон с четырьмя кулачками Φ 800 мм (с силой зажима 300 кН), револьверную головку на 8 станций (время смены инструмента 1,5 секунды) и силовую головку для фрезерования торцевых поверхностей, что позволяет за одну установку выполнять точное токарное обтачивание шейки шпинделя (круглость ≤ 0,015 мм), точное растачивание мест под подшипники (цилиндричность ≤ 0,01 мм), фрезерование поверхности фланца (плоскостность ≤ 0,03 мм) и сверление/нарезание резьбы в 12–16 соединительных отверстиях (точность позиционирования ≤ 0,15 мм). В связи с задачей контроля прогиба сверхдлинных шпинделей (длина 3–5 м) применяется инновационный «адаптивный процесс многоопорного закрепления»: с помощью трёх регулируемых вспомогательных опор осуществляется реальное компенсирование деформации заготовки от собственного веса (точность компенсации 0,005 мм), что обеспечивает стабильный контроль прямолинейности по всей длине оси в пределах ≤ 0,05 мм/м; для прецизионной обработки мест под подшипники применяется метод «постоянная температура окружающей среды + послойная обработка», при котором температура в помещении поддерживается на уровне 20 ± 0,5 ℃, а глубина резания каждого слоя составляет 0,2–0,5 мм. В сочетании с резанием при постоянной линейной скорости (80–120 м/мин) это обеспечивает шероховатость поверхности до Ra0,8 мкм.
Процесс зажима
Результаты внедрения полностью соответствуют стандартам ветроэнергетической отрасли: цикл обработки одного изделия сократился с 16 до 9 часов, суточная производительность увеличилась с 6 до 11 штук; цилиндричность посадочного места подшипника главного вала составляет ≤ 0,01 мм, соосность всего вала — ≤ 0,03 мм, что полностью соответствует требованиям стандарта GB/T 19073-2018 «Ветровые турбины. Редукторы» и сертификации GL; температура подшипников в режиме работы агрегата повысилась до 36 °C, интенсивность вибрации снизилась с 1,2 мм/с до 0,6 мм/с; срок службы инструмента увеличился на 150 % (до 8–10 штук на лопасть) за счёт подбора материалов, стоимость инструментов для одной шпиндельной операции снизилась до 1200 юаней; система промышленного интернета вещей, установленная на оборудовании, позволяет в реальном времени собирать данные о силе резания (частота выборки 1 кГц) и температуре шпинделя. В сочетании с моделью прогнозирования остаточного срока службы это позволило повысить коэффициент комплексного использования оборудования с 70 % до 92 %, а годовое время простоя сократить на 650 часов.
CKX52100 решает отраслевое противоречие между тяжелой обработкой и микрометровой точностью валов ветряных турбин. Директор по производству компании сказал: «Сейчас наш вал для ветряной турбины мощностью 3 МВт не только прошёл проверку компаний Goldwind Technology и Mingyang Intelligence, но и соответствует высочайшим требованиям по «стойкости к солевому туману и длительному сроку службы» для морской ветроэнергетики, что создало для нас технологическое преимущество на трассе ветроэнергетического оборудования». Данный пример подтверждает, что вертикальные токарные станки с ЧПУ стали ключевым оборудованием для преодоления эксплуатационных ограничений в производстве крупногабаритных компонентов для ветроэнергетики благодаря глубокой интеграции «сверхжёсткой конструкции + замкнутого цикла технологической точности + интеллектуальной системы эксплуатации и обслуживания».
EN
