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风电机组机架自动翻转装置端枕梁与底架型材连接处数值分析

范文

摘要：针对兆瓦级风电机组在装配生产中存在的问题，设计了一种自动翻转装置，自动翻转装置在工作中横梁和端枕梁要承受很大的载荷力，本文以端枕梁与底架型材连接处为研究对象，应用 Hypermesh 及 ANSYS 软件建立了自动翻转装置结构有限元分析模型，进行了端枕梁与底架型材连接处数值分析。

关键词：风电机组;有限元;数值分析

1引言

兆瓦级风力发电机的机架是风机回转支承、电机、减速机等等安装的平台。[1]由于其本身的结构特点及使用要求，使得其在装配过程中需进行180°翻转。目前生产过程中，主要是依靠人工操控行车来进行机架的翻转，以2MW 风机机架为例，其重量约为20 吨，长度约为8m，在翻转过程中惯性很大，导致操作不便、生产效率低、危险性高等一系列问题，而且容易造成机架在翻转过程中磕碰而影响质量。随着技术的进步和风电产业的蓬勃发展，风力发电机组正在向着大型化逐步推进，传统的人工吊装翻转方式将更不能适应实际生产的需要，存在着翻转效率较低、危险性高、偶然因素影响较多、操作过程不易规范化管理以及容易对已安装部件造成损伤等一系列问题，因此研发了一种方便、高效、安全的机架自动翻转装置以满足实际生产需要。

新型兆瓦级风电机组机架自动翻转装置分为三个主要部分：支撑机构、锁紧机构、翻转机构，支撑机构采用高刚性底座保证平台安装基础，采用分体式结构，Q235 型材制作，采用整体基座，将头尾架安装在基座上面，能保证中心高度一致，支撑机构承担着整个风电机组的重量，支撑机构有横梁和端枕梁构成，为了确保自动翻转装置的安全，必须对端枕梁与底架型材连接处进行数值分析。

2、车体有限元模型

整个端枕梁主要采用板壳单元模拟[2]，有限元前后处理采用Hypermesh11.0软件，计算求解采用ANSYS12.0 软件。首先根据图纸，利用proe软件建立模型，然后用Hypermesh11.0 软件进行网格划分，最后采用ANSYS12.0软件进行数值模拟计算。

3.数值分析结果

（1）静强度分析结果

将工况LC01～LC20 共20 种工况的Mises 应力做外包络，得到图5-3所示应力云图【3】。此应力云图的每个单元的应力值均是该单元在20 种工况中的最高应力。将依据此应力云图考察端枕梁与底架各个部位的强度。

端枕梁与底架型材焊缝局部应力云图（111MPa）端墙板与端梁焊接位置焊缝局部应力云图（16MPa）

（2）疲劳强度分析结果

疲劳强度结果评价标准为各工况下不超过材料的疲劳极限，材料6005 和6082 的疲劳极限如图5-11 所示。

4结论

由上述计算结果可得如下结论：

（1）模态

1）车体一阶垂向弯曲的固有频率为17.7Hz;

2）车体一阶扭转模态的固有频率为18.3Hz。

（2）.静强度

枕梁与底架强度满足EN12663 强度标准要求。

（3）疲劳强度

纵向、横向、垂向工况均未超过材料的疲劳极限。

参考文献：

[1]齐涛，董姝言.苏风宇.MW 级风电机组的后机架结构计算机优化.可再生资源，2016，34（7）：1052-1057

[2]EN12663-1：2010《鐵路应用———铁路车辆车体的结构要求》

[3]庄茁.ABAQUS 非线性有限元分析与实例.北京：科学出版社，2005：8-10

作者简介：

孙又银（1979-）男，山东临沂人，硕士学位，日照职业技术学院，中级讲师，研究方向：机电一体化技术.

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