专利名称：单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机齿轮箱的组装或拆卸的辅助装置，具体是涉及一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具。
背景技术：
传统的风力发电机组，叶轮通过转动将风能转化为动能，再通过主轴将动力传递给齿轮箱，然后将动能传递给发电机转化为电能输出。单支撑主轴风力发电机组主要为三点式支撑方式，即主轴上的单支撑与齿轮箱的两个弹性支撑形成的三点支撑，这三点支撑都安装在风电机主机架的机舱基座上，主机架又安装在塔筒上。在工作过程中，叶轮的转动及摆动会传递很大的力及力矩给风电机组的各传动部件。而齿轮箱长时间受到无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，以及酷暑严寒和极端温差的影响，其故障率比较高。而一旦出现故障，就需要将齿轮箱自塔筒上拆到地面进行维修。
目前的拆卸方式需要先拆除叶轮，然后将主轴和齿轮箱一起拆吊。这种方式的拆卸需使用吊车，拆吊的成本较高，而且由于拆卸部件较多，需要时间较长，通常需要两天的时间，发电机组无法快速回复工作，影响供电量，尤其是在用电高峰时段。因此如何能够快速安全的拆卸齿轮箱是本领域亟待解决的一个技术课题。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、可在塔筒内快速将齿轮箱自主轴上拆除而不影响主轴及叶轮的稳定性的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具。
为达上述目的，本实用新型采用了如下技术方案 一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，包括一组或一组以上的夹具，该夹具为夹具A，包括上压板、下压板、托板及桥型压板；上、下压板分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；托板设于机舱基座下部，两端与机舱基座相固接，中部与下压板下部相固接；桥型压板的桥面紧压于上压板的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座上。
本实用新型还可采用另一技术方案，该单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具亦包括一组或一组以上的夹具，该夹具由夹具A和夹具B共同组成；夹具A包括上压板、下压板、托板及桥型压板，上、下压板分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；托板设于机舱基座下部，两端与机舱基座相固接，中部与下压板下部相固接；桥型压板的桥面紧压于上压板的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座上；夹具B包括上抱箍、下抱箍和防转板，上、下抱箍分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；防转板设于机舱基座下方，其两端卡抵于机舱基座上，中部与下抱箍下方相固接。
本实用新型还可采用以下技术方案进一步实现 所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述上抱箍为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外缘的柱体；所述下压板为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外缘且底部设有连接件的柱体。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述上抱箍与下抱箍的内侧均设有软性耐磨材料层。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述上抱箍和下抱箍内各装设两块弧形钢板，四块钢板组成钢套，钢套内加设软性耐磨材料层；上、下抱箍上分别开设两个以上的螺孔，穿过螺孔的螺栓将钢套紧密压扣在主轴上。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述的软性耐磨材料层为软布、棉花、泡沫、橡胶或弹性高分子材料层。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述上压板为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外沿的柱体；所述下压板为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外沿且底部设有连接块的柱体；所述托板为一长方形钢板；所述桥型托板的剖切面呈抛物线形且两侧设有向外延伸的外沿。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述桥型压板的两端及托板的两端通过穿过其上的螺栓共同固接在机舱基座上；所述上压板与下压板两侧的外沿彼此相对，通过螺栓固接在一起；所述下压板与托板通过穿过托板及下压板连接块上的螺栓固接在一起。
所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其中，所述上压板及下压板内侧加设有软性耐磨层。该软性耐磨层为软布、棉花、泡沫、橡胶或弹性高分子材料层。
本实用新型在单支撑主轴风力发电机组的主轴上预先装设一组或一组以上的卡具将主轴与机舱基座连接在一起。在更换齿轮箱时，该卡具的上、下压板/上、下抱箍及桥型压板共同作用，同时起到克服叶轮重力产生的弯矩和扭转力的作用，实现了在不拆卸叶轮和主轴的情况下完成齿轮箱的更换，齿轮箱的更换可直接在风电机组机架上完成，无需动用吊车，且大大缩短了更换时间，基本一天的时间即可完成更换。有效的节约了成本和时间，且安装拆卸顺利，易操作，设计合理，结构简单，经试行，本实用新型完全能够实现主轴及叶轮的防翘及防转功能，安全系数较高，保证了装配工艺要求，宜于推广应用，具有较好的社会经济价值。
图1为本实用新型的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具采用一组夹具的结构示意图； 图2为本实用新型的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换卡具同时采用一组夹具A和夹具B的夹具的主视结构示意图； 图3为本实用新型的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具夹具A的主视剖视结构示意图及左视结构示意图； 图4为本实用新型的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具夹具B的主视剖视结构示意图及左视结构示意图。
图中1-叶轮；2-主轴；3-主轴轴承；4.齿轮箱；5-夹具A，51.上压板，511.外沿，52.下压板，521.外沿，522.连接块，53.托板，54.桥型压板，541.外沿，55.软性耐磨层；6-夹具B，61.上抱箍，611.外缘，62.下抱箍，621.外缘，622.连接件；63.防转板，64.弧形钢板，65.软性耐磨材料层；7-胀紧套装置；8-发电机；9.机舱基座；10.螺栓。
具体实施方式
以下结合附图1-4详细说明本实用新型。
参见图1所示，为单支撑主轴风力发电机组，该机组的叶轮1(图中叶轮叶片未完整显示)将风能转化为动能，并通过主轴2将动力传递给齿轮箱4，然后齿轮箱4将动能传递给发电机8转化为电能输出。单支撑主轴风力发电机组的主轴2前端设有一主轴轴承3支撑，主轴2后端与齿轮箱4采用胀紧套装置7连接。实现三点支撑。这三点支撑都安装在风电机主机架的机舱基座9上，主机架又安装在塔筒上(主机架及塔筒图中为显示)。为避免在拆卸齿轮箱4时因仅剩一个主轴轴承3无法支撑起叶轮1及主轴2，故设计一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具来克服叶轮1及主轴2重力产生的弯矩和扭转力，从而在塔筒上直接实现快速拆卸齿轮箱4。该专用卡具由一组或一组以上的夹具A5组成，该夹具A5包括上压板51、下压板52、托板53及桥型压板54；上、下压板51/52分别环扣于主轴2上且彼此紧固共同将主轴2抱紧；托板53设于机舱基座9下部，两端与机舱基座9相固接，中部与下压板52下部相固接；桥型压板54的桥面紧压于上压板51的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座9上。
优选的，参见图3所示，上压板51为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外沿511的柱体；下压板52为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外沿521且底部设有连接块522的柱体；托板53为一长方形钢板；桥型托板54的剖切面呈抛物线形且两侧设有向外延伸的外沿541。
进一步的，桥型压板54的两端及托板53的两端通过穿过其上的螺栓10共同固接在机舱基座9上；所述上压板51与下压板52两侧的外沿511/521彼此相对，通过螺栓固接在一起；所述下压板52与托板53通过穿过托板53及下压板连接块522上的螺栓固接在一起。
为了保证更好的贴合，还可在上压板51与下压板52的内侧均加设软性耐磨材料层55。
利用上下压板51/52与主轴间的摩擦力来克服主轴和叶轮的扭转力和弯矩，而压紧上压板51及被上下压板51/52抱紧的主轴2的桥型压板53则用于克服叶轮及主轴的重力。桥型压板54与托板53之间是机舱基座9，利用机舱基座9上的四个定位孔安装8.8级M24螺栓10，使叶轮1的中心点和夹具A5的中心点距离主轴轴承3中心点的距离大致相当。故而比较螺栓10的承受能力和叶轮的总重即可校核夹具是否可实现良好防转及防翘功能。
根据GB/T 3098.1-2000《螺栓、螺钉和螺柱的机械性能等级》，GB/T 16823.1-1997《螺纹紧固件的应力截面积(粗牙螺纹)》，计算得M24螺栓的最小拉力载荷为293000N，即29.3t，4颗螺栓共计能承受117.2t重量。叶片重量6t/支，轮毂13.5t，叶轮共重31.5t，安全系数为3.72，故该夹具完全可以在更换齿轮箱4时有效起到支撑主轴2及叶轮1，克服重力产生的弯矩及扭转力。
为节省材料，该单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具亦可包括一组或一组以上的夹具，该夹具由夹具A5和夹具B6共同组成，参见图2-4所示。夹具A5包括上压板51、下压板52、托板53及桥型压板54。上、下压板51/52分别环扣于主轴2上且彼此紧固共同将主轴2抱紧.托板53设于机舱基座9下部，两端与机舱基座9相固接，中部与下压板52下部相固接。桥型压板54的桥面紧压于上压板51的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座9上.夹具B6包括上抱箍61、下抱箍62和防转板63，上、下抱箍61/62分别环扣于主轴2上且彼此紧固共同将主轴2抱紧；防转板63设于机舱基座9下方，其两端卡抵于机舱基座9上，中部与下抱箍62下方相固接。
进一步的，上抱箍61为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外缘611的柱体；下压板62为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外缘621且底部设有连接件622的柱体。为了保证更好的贴合，还可在上抱箍61与下抱箍62的内侧均加设软性耐磨材料层65。
为了保证与主轴2更好的贴合，避免上下抱箍61/62因工艺问题无法完全贴合主轴2，还可在上抱箍61和下抱箍62内各装设两块弧形钢板64，四块钢板64组成钢套。上、下抱箍61/62上分别开设两个以上的螺孔，穿过螺孔的螺栓10将钢套紧密压扣在主轴2上，保证面接触。同时为实现更好的密合，还可在钢套内还可加设软性耐磨材料层65。
上压板51及下压板52内侧的软性耐磨层及上抱箍61与下抱箍62的内侧加设的软性耐磨材料层65，其可为软布、棉花、泡沫、橡胶或弹性高分子材料层。
其中夹具A可克服重力及扭转力和弯矩，而夹具B可用于克服扭转力及弯矩。
根据主轴扭矩进行校核计算。采用公式T＝9550*P/N，其中，T-扭矩，单位N·m；P-功率，单位KW；N-转速，单位转/分。按照MICON750风机技术参数计算最大的主轴扭矩，此时风机为额定功率，转速为22转/分，计算得T＝325KN·m。而夹具B或夹具A的最大摩擦力计算采用T＝P*μ*2πR*D*R，其中P-预紧压强，448MPa(0.7倍屈服极限预紧)；μ-摩擦系数，参考铸铁和橡皮的摩擦系数为0.8；R-主轴半径，265mm；D-夹具宽度，150mm；计算得T＝23708KN·m，安全系数为73。经过计算可知，其完全能够实现防翘和防转的功能且安全性能较强。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本实用新型的技术方案对上述实施例做出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
权利要求1.一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
包括一组或一组以上的夹具，该夹具为夹具A，包括上压板、下压板、托板及桥型压板；
上、下压板分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；
托板设于机舱基座下部，两端与机舱基座相固接，中部与下压板下部相固接；
桥型压板的桥面紧压于上压板的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座上。
2.一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
包括一组或一组以上的夹具，该夹具由夹具A和夹具B共同组成；
夹具A包括上压板、下压板、托板及桥型压板，上、下压板分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；托板设于机舱基座下部，两端与机舱基座相固接，中部与下压板下部相固接；桥型压板的桥面紧压于上压板的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座上；
夹具B包括上抱箍、下抱箍和防转板，上、下抱箍分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；防转板设于机舱基座下方，两端卡抵于机舱基座上，中部与下抱箍下方相固接。
3.根据权利要求2所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换卡具，其特征在于
所述上抱箍为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外缘的柱体；所述下压板为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外缘且底部设有连接件的柱体。
4.根据权利要求2所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
所述上抱箍与下抱箍的内侧均设有软性耐磨材料层。
5.根据权利要求2所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
所述上抱箍和下抱箍内各装设两块弧形钢板，四块钢板组成钢套，钢套内加设软性耐磨材料层；上、下抱箍上分别开设两个以上的螺孔，穿过螺孔的螺栓将钢套紧密压扣在主轴上。
6.根据权利要求4或5所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换卡具，其特征在于
所述的软性耐磨材料层为软布、棉花、泡沫、橡胶或弹性高分子材料层。
7.根据权利要求1或2所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换卡具，其特征在于
所述上压板为剖切面呈中部半圆环形且两侧设有向外延伸的外沿的柱体；所述下压板为剖切面呈中部半圆环形、两侧设有向外延伸的外沿且底部设有连接块的柱体；所述托板为一长方形钢板；所述桥型托板的剖切面呈抛物线形且两侧设有向外延伸的外沿。
8.根据权利要求1或2所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
所述桥型压板的两端及托板的两端通过穿过其上的螺栓共同固接在机舱基座上；所述上压板与下压板两侧的外沿彼此相对，通过螺栓固接在一起；所述下压板与托板通过穿过托板及下压板连接块上的螺栓固接在一起。
9.根据权利要求1或2中所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
所述上压板及下压板内侧加设有软性耐磨层。
10.根据权利要求9中所述的单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，其特征在于
所述软性耐磨层为软布、棉花、泡沫、橡胶或弹性高分子材料层。
专利摘要本实用新型涉及一种单支撑主轴风力发电机组齿轮箱更换专用卡具，采用夹具A或由夹具A和夹具B共同组成的夹具，夹具A包括上、下压板、托板及桥型压板；上、下压板分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；托板设于机舱基座下部，两端与机舱基座相固接，中部与下压板下部相固接；桥型压板的桥面紧压于上压板的上部，两端分别固接于风电机主机架的机舱基座上。夹具B包括上、下抱箍和防转板，上、下抱箍分别环扣于主轴上且彼此紧固共同将主轴抱紧；防转板设于机舱基座下方，两端卡抵于机舱基座上，中部与下抱箍下方相固接。本实用新型用于辅助拆卸齿轮箱，其可有效克服主轴及叶轮重力产生的弯矩和扭转力，提高齿轮箱拆卸速度，节约成本和时间。
文档编号B25B11/02GK201483408SQ20092022308
公开日2010年5月26日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者荣汉兴, 王建国, 岳俊红 申请人:北京中能联创风电技术有限公司