У галузі обладнання для вітрової енергетики, головний вал діаметром 300-500 мм, як основний компонент трансмісії вітрової турбіни, безпосередньо визначає надійність 20-річного терміну служби агрегату завдяки округлості шийки вала (має бути ≤ 0,02 мм) та циліндричності місця підшипника (≤ 0,015 мм). Коли провідне підприємство з виробництва обладнання для вітрової енергетики обробляє такий тип шпінделя з загартованої та відпущеної сталі 42CrMo, воно стикається з традиційним технологічним ущільненням: необхідні три операції — «чернове точіння на горизонтально-токарному верстаті → напівчистове точіння на консольно-фрезерному верстаті → чистове шліфування на зовнішньоциліндричному шліфувальному верстаті». Багаторазке базування призводить до того, що коаксіальність місця підшипника перевищує 0,05–0,08 мм, а підвищення температури підшипника під час роботи агрегату перевищує 45 ℃ (нормативне значення ≤ 40 ℃), при цьому тривалість обробки одного виробу сягає 16 годин. Крім того, загартована та відпущена сталь (твердість 280–320 HB) має високий опір різанню, а термін служби звичайного інструменту становить лише 3–4 деталі на один різець. Вартість інструментів для обробки одного шпінделя перевищує 3000 юаней.
Щоб подолати цю дилему, компанія запровадила важке верстатне обладнання Ухань VTC70 — вертикальний токарний верстат з ЧПК для створення спеціалізованої системи виробництва шпинделів за принципом «важкого жорсткого оброблення + повний процес при одноразовому закріпленні». Обладнання оснащене монолітною станиною з піскуватого ливарного чавуну (маса виливки — 80 тонн), яка пройшла подвійне зняття напружень методом «природного старіння протягом 24 місяців + вібраційного старіння протягом 120 годин», поєднано зі статичними направляючими на гідростатичних опорах (вантажопідйомність ≥ 300 кН) та оптимізована за жорсткістю конструкції шляхом аналізу методом скінченних елементів. Радіальна жорсткість різання досягає 55 кН/мм, що дозволяє стабільно витримувати радіальне навантаження 35 кН під час обробки сталі 42CrMo; обладнання оснащено системою ЧПК Fanuc 31i-B5 та динамічною компенсацією за допомогою лазерного інтерферометра (точність позиціонування скомпенсована до ± 0,005 мм), а також вимірювальним вимірювальним пристроєм на верстаті (точність вимірювання ± 0,002 мм), що забезпечує точний контроль циліндричності посадкового місця підшипника ≤ 0,01 мм. З огляду на особливості обробки високоміцної сталі, обладнання оснащене високопотужним шпинделем потужністю 18,5 кВт (максимальна швидкість обертання — 1000 об/хв) та системою високотискового внутрішнього охолодження (тиск охолодження — 1,5 МПа), а також ультрадрібнозернистим CBN-різальним інструментом (твердість HV3500), що ефективно запобігає зносу інструменту.
Сценарії використання клієнтами
З точки зору технологічних інновацій, обладнання досягло подвійного прориву «інтеграція процесів + безперервний прецизійний контроль» у обробці шпинделя: інтегрує гідравлічний патрон з чотирма кулісами діаметром Φ 800 мм (з закріплювальним зусиллям 300 кН), баштову головку на 8 станцій (час зміни інструменту 1,5 с) та силову головку для фрезерування торцевої поверхні, що дозволяє за один раз виконати прецизійне токарне обточування шийки шпинделя (круглість ≤ 0,015 мм), прецизійне розточування місць під підшипники (циліндричність ≤ 0,01 мм), фрезерування фланцевої поверхні (плоскість ≤ 0,03 мм) та свердління й нарізання різі 12–16 кріпильних отворів (точність позиціювання ≤ 0,15 мм). Для вирішення проблеми контролю прогину наддовгих шпинделів (довжина 3–5 м) застосовано інноваційний «процес адаптивної багатоточкової опори»: завдяки трьом комплектам регульованих допоміжних опор досягається реальний компенсація деформації від власної ваги заготовки (точність компенсації 0,005 мм), забезпечуючи стабільний контроль прямолінійності всієї довжини осі в межах ≤ 0,05 мм/м; для прецизійної обробки місць під підшипники застосовується «середовище обробки при постійній температурі + метод шарового різання», при якому температура навколишнього середовища підтримується на рівні 20 ± 0,5 ℃, а глибина різання кожного шару контролюється в межах 0,2–0,5 мм. У поєднанні з різанням при постійній лінійній швидкості (80–120 м/хв) це забезпечує шорсткість поверхні на рівні Ra0,8 мкм.
Процес затиснення
Результати реалізації повністю відповідають стандартам галузі вітрової енергетики: цикл обробки одного виробу скорочено з 16 до 9 годин, а добова потужність збільшена з 6 до 11 штук; циліндричність посадкового місця підшипника валу становить ≤ 0,01 мм, а соосність усього валу — ≤ 0,03 мм, що повністю відповідає вимогам стандарту GB/T 19073-2018 «Вітрові турбіни. Редуктори» та сертифікації GL; температура підшипників під час роботи агрегату зросла до 36 ℃, а інтенсивність вібрації знизилася з 1,2 мм/с до 0,6 мм/с; термін служби інструменту збільшився на 150% (до 8–10 штук/лопаті) завдяки підбору матеріалів, а вартість інструменту для одного шпіндельного вузла знизилася до 1200 юаней; система промислового Інтернету речей, встановлена на обладнанні, дозволяє у реальному часі збирати дані про зусилля різання (частота дискретизації 1 кГц) та температуру шпіндельного вузла. У поєднанні з моделлю прогнозування залишкового терміну служби комплексне використання обладнання зросло з 70% до 92%, а щорічний простій скорочено на 650 годин.
CKX52100 вирішує галузеве протиріччя між важким обробленням і прецизійністю на рівні мікрометрів для шпинделів вітрових турбін. Директор з виробництва компанії сказав: «Зараз наш шпиндель вітрової турбіни потужністю 3 МВт не лише пройшов перевірку Goldwind Technology та Mingyang Intelligence, але й відповідає остаточним вимогам щодо «стійкості до сольового туману та довгого терміну служби» для офшорної вітроенергетики, що створило для нас технічний водоспад у сфері обладнання для вітроенергетики». Цей випадок підтверджує, що вертикальні токарні верстати з ЧПК стали ключовим обладнанням для подолання обмежень продуктивності у виробництві великих компонентів для вітрової енергетики завдяки глибокій інтеграції «надміцної конструкції + технологічного прецизійного замкнутого циклу + інтелектуальної системи експлуатації та обслуговування».
EN
