李洪达 王桂林 吴新贝
(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)
发电风车是绿色环保的发电设备,现在很多科研院所都在开展该设备的创新研究工作[1-3]。发电风车能够将空旷区域的风力转换成电力,在这个过程中,风车的尾翼转向机构根据传感器的指令和风向变化随时将风车螺旋桨摆动到合适的位置,从而保证螺旋桨不间断地旋转发电。目前,市场上部分发电风车在使用过程中出现了一些问题,比如尾翼摆动过程中振动过大,转向限位不灵敏导致尾翼摆动越位或骤停,螺杆轴使用中容易断裂等。如图1所示,认真分析了设备的转向机构,导致故障的原因是现有的发电风车的尾翼转向机构采用的是半贯穿式的螺杆轴把整个机构挂在风车上,致使机构运行不平稳和螺杆轴非铅直状态运行而磨损过快,所以引发了一系列的问题。
图1 某发电风车教学设备
新的发电风车重新设计了一套整体贯穿式螺杆轴,并加装平衡板、滑轮机构和机械限位装置等改进机构。发电风车的尾翼转向机构位于尾翼3与叶片电机1之间,负责整个风车的转向工作。贯穿式螺旋轴6分别穿过托架8、轴套14、半月齿轮13、旋转托板4、轴套7、半月形平衡板5,最终与叶片电机1后面的安装杆螺纹连接。滑轮机构9加装在旋转托板4上,可以辅助整个转向机构在半月形平衡板上进行滚轮运动,这样大大减少了转向时整个机构的摩擦阻力。发电风车在正常工作的时候,尾翼面垂直于螺旋桨旋转面。当风向突然改变的时候,首先尾翼受到侧向吹来的风力影响,此时控制系统促使传感器发出指令,驱使马达11启动并将带动凸台齿轮10及半月齿轮13相继旋转,直至传感器发射端16收到半月齿轮下方中心处的传感器接收端17信号为止,此时,螺旋桨已经达到正确的工作位置,控制系统紧接着发出新的指令信号,马达11将反向转动,尾翼掉转方向返回至正常工作位置。限位螺杆12可以在限位槽15内进行机械式限位,保证整个转机机构在转角180度的范围内旋转,这样增加了整个转向机构的运行安全性。主要结构如图2所示。
图2 发电风车
旋转托板上开有3个均布的尾翼安装孔1与尾翼进行螺纹连接。通孔2内壁光洁保证贯穿式螺栓轴转动流畅。滑轮机构上的定滑轮4采用高耐磨指数PA66材质,通过阶梯孔5与旋转托板螺纹连接,保证机构的维护方便。与此同时,采用滑动配合,不但运转平稳,而且大大减少了整个转向机构的振动噪音。主要结构如图3所示。
图3 旋转类零件
托架主要起到支撑整个转向机构的作用,托架上开有多个孔洞,其中4个螺纹孔1安装马达用;3个均布的通孔4安装限位传感器用。螺孔5固定半月齿轮与旋转托板。主要结构如图4所示。
图4 支撑件与传动件
新的尾翼转向机构通过旋转件、支撑件与传动件等多零部件系统配合达到整个转向机构运行平稳且定位精准的效果。半月形平衡板和滑轮支撑结构克服了尾翼运转不平稳及摩擦过大的问题,大大减少了整个机构的运转噪音过大的问题,贯穿式螺栓轴使整个机构不但牢固而且拆装便捷。
[1]张焕芬,喜文华.先进国家的风力发电现状及其前景[J].甘肃科学学报,1998(3):59-63.
[2]程贤福.稳健优化设计的研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造,2005(8):158-160.
[3]张蕾,张文明,申焱华.考虑间隙影响的汽车转向机构稳健优化设计[J].农业机械学报,2007(1):30-32.