CN114473517B - 一种船载风电齿轮增减材修复装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船载风电齿轮增减材修复装置、系统及方法,包括熔覆头体、加工平台、设置于加工平台上的齿轮固定模块、熔覆后精加工模块、机械臂,熔覆后精加工模块包括旋转平台、用于驱动旋转平台旋转的换刀驱动机构,旋转平台的上端面环形均布有多个刀具装夹工位,多个刀具装夹工位分别设置有砂轮库、车刀库、熔覆头安置架和铣刀库;机械臂的执行端设置有快换构件,快换构件用于快速更换熔覆头体和用于精加工的刀具。实现齿轮在同一加工场地的熔覆修复和精加工,有效减少齿轮修复周期、降低运输成本以及降低齿轮多次加工定位所带来的误差。同时,为风电齿轮在海上环境的修复工作提供了便利,可有效提高齿轮修复效率。
Description
技术领域
本发明涉及增减材复合制造领域,特别涉及一种船载风电齿轮增减材修复装置、系统及方法。
背景技术
在现阶段的风力发电设备中,齿轮主要用于将风力作用下产生的动力传递给发电机,承受载荷波动较大,故障率为20%左右,已成为风力发电现场故障次数最多的零部件之一。通常发生的失效形式有:局部断齿、齿轮磨损、齿面点蚀、齿面胶合和疲劳裂纹等,国内通常采用堆焊修复法、刷镀修复法和金属涂敷法等常规方法对齿轮进行修复,修复后的表面缺陷较多,效果远不如预期。激光熔覆作为一种新型的表面改性技术,通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材薄层一起熔凝。激光熔覆可有效弥补常规修复方法的不足,可利用冶金结合的高结合强度,获得较为致密、缺陷少和硬度高的表面层,从而达到更高精度的表面质量,激光熔覆工艺参数的选取差异致使齿轮的表面质量很难达到其技术要求,后期的精加工是必不可少的。
目前,市面上的增减材装置针对风电齿轮的修复方法较少,并存在齿轮修复周期长、齿轮多次加工定位误差大、加工精度不高的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种船载风电齿轮增减材修复装置、系统及方法,以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题,至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案:
首先本发明提供一种船载风电齿轮增减材修复装置,其包括:加工平台、齿轮固定模块、熔覆后精加工模块、熔覆模块和机械臂,齿轮固定模块安装于加工平台上,所述齿轮固定模块用于夹持固定待修复齿轮;熔覆后精加工模块包括设置于加工平台上的旋转平台、用于驱动旋转平台旋转的换刀驱动机构,所述旋转平台的上端面环形均布有多个刀具装夹工位,多个所述刀具装夹工位分别设置有砂轮库、车刀库、熔覆头安置架和铣刀库;熔覆模块包括装夹于熔覆头安置架上的熔覆头体;机械臂设置有固定端和执行端,所述固定端固定安装于加工平台上,所述机械臂设置于熔覆后精加工模块与齿轮固定模块之间,所述执行端设置有快换构件,所述快换构件用于快速更换熔覆头体和用于精加工的刀具。
本方案中的船载风电齿轮增减材修复装置在使用时,将待修复齿轮装夹于齿轮固定模块上,机械臂控制执行端上的快换构件装夹上旋转平台上的刀具,其中需要对齿轮激光熔覆时,快换构件装夹上熔覆头体,对齿轮表面进行熔覆修复,完成熔覆修复后,进行熔覆后精加工,具体地:换刀驱动机构驱动旋转平台旋转,将熔覆头体置于刀架上的熔覆头安置架上安放好,根据熔覆后的表面质量进行车削、铣削和磨削加工方式的选择,换刀驱动机构带动旋转平台将对应的砂轮库、车刀库、熔覆头安置架和铣刀库转至机械臂便于快换的位置,换刀驱动机构完成快换后,对齿轮进行精加工,实现齿轮在同一加工场地的熔覆修复和精加工,有效减少齿轮修复周期、降低运输成本以及降低齿轮多次加工定位所带来的误差。
作为上述技术方案的进一步改进,所述熔覆模块还包括设置于加工平台上的保护气构件、用于为激光熔覆送料的送料机构、为激光熔覆提供光源的激光器。送料机构可为激光熔覆提高原料,熔覆完成后,齿轮表面温度较高,可采用保温、去应力退火等人工时效热处理措施,以减小或消除残余应力对加工过程的影响。
作为上述技术方案的进一步改进,所述齿轮固定模块包括夹座、多个紧固组件,多个紧固组件环形间隔设置于夹座外周,所述夹座设置有齿轮放置台面,所述紧固组件包括设置于齿轮放置台面上方的压板、用于驱动压板相对所述夹座上下移动的紧固升降驱动构件。
本方案通过多个紧固组件来将齿轮紧固于夹座上,具体地每个紧固组件上的紧固升降驱动构件驱动压板上下移动,通过压板压紧齿轮。
作为上述技术方案的进一步改进,所述齿轮固定模块还包括设置于夹座的横移驱动组件,所述横移驱动组件分别与多个紧固组件传动连接,所述横移驱动组件用于驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向移动。
本方案中的紧固组件可根据齿轮的大小来调节紧固的范围,如果齿轮外径大,横移驱动组件驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向往外移动,如果齿轮外径小,横移驱动组件驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向往内移动。
作为上述技术方案的进一步改进,所述横移驱动组件包括多个安装于夹座底面的伸缩推杆,多个伸缩推杆呈放射状环形间隔设置,所述伸缩推杆的伸缩端与紧固组件一一对应连接。
本方案中的横移驱动组件通过多个伸缩推杆来分别带动多个紧固组件移动。
作为上述技术方案的进一步改进,所述紧固升降驱动构件包括固定块、均呈上下延伸的螺杆和定位导杆、安装于压板的升降电机、螺纹套设于螺杆上的螺母,所述螺杆和定位导杆的下端分别与固定块固定连接,所述螺母与所述升降电机传动连接,所述升降电机用于驱动螺母转动,所述压板与定位导杆上下滑动配合连接。
本方案中的紧固升降驱动构件通过升降电机来驱动螺母自转,在螺母与螺杆的螺纹传动下,带动压板沿定位导杆上下滑动,以实现升降。
作为上述技术方案的进一步改进,所述齿轮固定模块还包括滑动座、齿轮升降驱动组件,所述滑动座滑动安装于加工平台上,所述滑动座可靠近或者远离所述机械臂,所述齿轮升降驱动组件安装于滑动座上,所述齿轮升降驱动组件与所述夹座传动连接,所述齿轮升降驱动组件用于驱动夹座上下升降。
本方案还可根据齿轮大小和实际的需求,来调节齿轮固定模块与机械臂之间的距离以及它们之间的相对高度,滑动座滑动安装于加工平台上,滑动座可靠近或者远离所述机械臂,还通过齿轮升降驱动组件来带动夹座上下升降。
作为上述技术方案的进一步改进,所述压板安装有力传感器。力传感器可反馈夹紧力的大小,便于对齿轮的固定情况进行调整,避免压损齿轮又或者没有紧固齿轮。
以及,本发明还提供一种船载风电齿轮增减材修复系统,其包括上述的船载风电齿轮增减材修复装置,还包括船载运输装置、PLC控制模块、密封舱,所述船载风电齿轮增减材修复装置设置于密封舱内,所述PLC控制模块安装于加工平台上,所述PLC控制模块分别与齿轮固定模块、换刀驱动机构、机械臂电控连接,所述密封舱的底部安装有多个可移动的脚轮,所述脚轮自带水平调平机构及自锁功能,所述船载运输装置安装有船载陀螺仪和运输控制器,所述船载陀螺仪和运输控制器可将实时检测的密封舱底面是否水平的数据信息传至水平调平机构。
本方案在密封舱内对齿轮进行加工,并且设置了水平调平机构,船载陀螺仪和运输控制器可将实时检测的密封舱底面是否水平的数据信息传至水平调平机构,通过水平调平机构保证密封舱在船体上的水平度,为齿轮的修复和精加工提供平稳的加工环境。
此外,本发明还提供一种船载风电齿轮增减材修复方法,其采用上述的船载风电齿轮增减材修复系统,还包括有三维扫描仪,具体方法步骤如下:
首先对待修复齿轮的表面进行清洁干燥处理,去除表面的氧化层、油污和锈迹杂质;
其次使用三维扫描仪快速获取失效部位的三维信息,完成对待修复齿轮的三维模型构建;
接着齿轮固定模块对齿轮进行定位装夹,使其处于最利于加工的位置;
然后机械臂操作快换构件装夹熔覆头体,并对齿轮表面进行熔覆修复;
熔覆完成后,采用保温、去应力退火等人工时效热处理措施,以减小或消除残余应力对加工过程的影响;
之后根据齿轮熔覆后的表面质量进行精加工方式的选择进行加工,同时换刀驱动机构驱动旋转平台旋转至所需刀具装夹工位,完成机械臂的换刀以进行齿轮熔覆后的精加工,最后进行齿轮表面加工质量的检测。
本发明的有益效果是:本发明充分利用机械臂操控及车刀车削、铣刀铣削和砂轮磨削精度高的优势,将表面熔覆和后处理加工集成为一系统,可有效提高齿轮修复加工的效率,减小齿轮多次定位装夹带来的误差。同时,为风电齿轮在海上环境的修复工作提供了便利,可有效提高齿轮修复效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明;
图1是本发明所提供的船载风电齿轮增减材修复装置,其一实施例的结构示意图;
图2是本发明所提供的密封舱,其一实施例的结构示意图;
图3是本发明所提供的密封舱使用时,其一实施例的结构示意图;
图4是本发明所提供的载风电齿轮增减材修复,其一实施例的工作流程图;
图5是本发明所提供的载风电齿轮增减材修复系统,其一实施例的PLC控制流程图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例,本发明之较佳实施例在附图中示出,附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述,使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案,但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,如果具有“若干”之类的词汇描述,其含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图5,本发明的船载风电齿轮增减材修复系统作出如下实施例:
本实施例的船载风电齿轮增减材修复系统包括船载风电齿轮增减材修复装置、船载运输装置、PLC控制模块700、密封舱800,本实施例的船载风电齿轮增减材修复装置和PLC控制模块700均设置于密封舱800内。密封舱800顶部设有吊环,其用于增减材设备的起吊及安放工作。
本实施例的船载风电齿轮增减材修复装置包括加工平台100、齿轮固定模块200、熔覆后精加工模块、熔覆模块和机械臂600,其中齿轮固定模块200安装于加工平台100上,所述齿轮固定模块200用于装夹固定待修复齿轮,具体地:齿轮固定模块200包括夹座210、多个紧固组件,多个紧固组件环形间隔设置于夹座210外周,所述夹座210设置有齿轮放置台面,所述紧固组件包括设置于齿轮放置台面上方的压板220、用于驱动压板220相对所述夹座210上下移动的紧固升降驱动构件,通过多个紧固组件来将齿轮紧固于夹座210上,每个紧固组件上的紧固升降驱动构件驱动压板220上下移动,通过压板220压紧齿轮。
为了适应不同尺寸大小的齿轮,本实施例的齿轮固定模块200还包括设置于夹座210的横移驱动组件,所述横移驱动组件分别与多个紧固组件传动连接,所述横移驱动组件用于驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向移动,如果齿轮外径大,横移驱动组件驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向往外移动,如果齿轮外径小,横移驱动组件驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向往内移动。
本实施例的所述紧固升降驱动构件包括与横移驱动组件传动连接的固定块240、均呈上下延伸的螺杆250和定位导杆260、安装于压板220的升降电机、螺纹套设于螺杆250上的螺母,所述螺杆250和定位导杆260的下端分别与固定块240固定连接,所述螺母与所述升降电机传动连接,所述升降电机用于驱动螺母转动,所述压板220与定位导杆260上下滑动配合连接,其中升降电机和螺母均嵌入安装于压板220的空腔内,紧固升降驱动构件通过升降电机来驱动螺母自转,在螺母与螺杆250的螺纹传动下,带动压板220沿定位导杆260上下滑动,以实现升降。在其他一些实施例中,紧固升降驱动构件可采用其他直线驱动结构,例如气缸或者油缸等。
且,本实施例的横移驱动组件包括多个安装于夹座210底面的伸缩推杆230,多个伸缩推杆230呈放射状环形间隔设置,所述伸缩推杆230的伸缩端与紧固组件一一对应连接,通过多个伸缩推杆230来分别带动多个紧固组件移动。在其他实施例中,横移驱动组件也可采用其他结构。
而本实施例的熔覆后精加工模块包括设置于加工平台100上的旋转平台300、用于驱动旋转平台300旋转的换刀驱动机构400,所述旋转平台300的上端面环形均布有多个刀具装夹工位,多个所述刀具装夹工位分别设置有砂轮库310、车刀库320、熔覆头安置架330和铣刀库340,本实施例中的换刀驱动机构400采用旋转电机。本实施例在旋转平台300设置刀架,而多个所述刀具装夹工位设置于刀架上,并且刀架上设置的配重块用于保持旋转平台300的平衡。
而熔覆模块包括可装夹于熔覆头安置架330上的熔覆头体500,机械臂600设置有固定端和执行端,所述固定端固定安装于加工平台100上,所述机械臂600设置于熔覆后精加工模块与齿轮固定模块200之间,所述执行端设置有快换构件610,所述快换构件610用于快速更换装夹熔覆头体500和用于精加工的刀具,用于精加工的刀具包括砂轮库310、车刀库320、铣刀库340。
在使用时,将待修复齿轮装夹于齿轮固定模块200上,机械臂600控制执行端上的快换构件610装夹上旋转平台300上的刀具,其中需要对齿轮激光熔覆时,快换构件610装夹上熔覆头体500,对齿轮表面进行熔覆修复,完成熔覆修复后,进行熔覆后精加工,具体地:换刀驱动机构400驱动旋转平台300旋转,将熔覆头体500置于刀架上的熔覆头安置架330上安放好,根据熔覆后的表面质量进行车削、铣削和磨削加工方式的选择,换刀驱动机构400带动旋转平台300将对应的砂轮库310、车刀库320、熔覆头安置架330和铣刀库340转至机械臂600便于快换的位置,换刀驱动机构400完成快换后,对齿轮进行精加工,实现齿轮在同一加工场地的熔覆修复和精加工,有效减少齿轮修复周期、降低运输成本以及降低齿轮多次加工定位所带来的误差。
进一步地,本实施例的所述熔覆模块还包括设置于加工平台100上的保护气构件520、用于为激光熔覆送料的送料机构510、为激光熔覆提供光源的激光器530。送料机构510可为激光熔覆提高原料,熔覆完成后,齿轮表面温度较高,可采用保温、去应力退火等人工时效热处理措施,以减小或消除残余应力对加工过程的影响。
更进一步地,所述齿轮固定模块200还包括滑动座270、齿轮升降驱动组件280,所述滑动座270滑动安装于加工平台100上,加工平台100设置有滑轨,滑动座270与滑轨滑动连接,所述滑动座270可靠近或者远离所述机械臂600,所述齿轮升降驱动组件280安装于滑动座270上,所述齿轮升降驱动组件280与所述夹座210传动连接,所述齿轮升降驱动组件280用于驱动夹座210上下升降。本实施例可根据齿轮大小和实际的需求,来调节齿轮固定模块200与机械臂600之间的距离以及它们之间的相对高度,滑动座270滑动安装于加工平台100上,滑动座270可靠近或者远离所述机械臂600,还通过齿轮升降驱动组件280来带动夹座210上下升降。
以及,所述压板220安装有力传感器。力传感器可反馈夹紧力的大小,便于对齿轮的固定情况进行调整,避免压损齿轮又或者没有紧固齿轮。
所述PLC控制模块700安装于加工平台100上,所述PLC控制模块700分别与齿轮固定模块200、换刀驱动机构400、机械臂600、力传感器电控连接。
并且,所述密封舱800的底部安装有多个可移动的脚轮810,所述脚轮810自带水平调平机构及自锁功能,所述船载运输装置安装有船载陀螺仪和运输控制器,所述船载陀螺仪和运输控制器可将实时检测的密封舱800底面是否水平的数据信息传至水平调平机构,在密封舱800内对齿轮进行加工,并且设置了水平调平机构,船载陀螺仪和运输控制器可将实时检测的密封舱800底面是否水平的数据信息传至水平调平机构,通过水平调平机构保证密封舱800在船体上的水平度,为齿轮的修复和精加工提供平稳的加工环境。
其中本实施例的水平调平机构包括设置于脚轮810上的水平调平伸缩杆,如果有那一部分倾斜,对应的水平调平伸缩杆伸缩移动,将密封舱800那一部分托起或者往下降。
本实施例还提供一种船载风电齿轮增减材修复方法,其采用上述的船载风电齿轮增减材修复系统,还包括有三维扫描仪,具体方法步骤如下:
首先对待修复齿轮进行预处理,对修复齿轮表面进行清洁干燥处理,去除表面的氧化层、油污和锈迹杂质;
其次使用三维扫描仪快速获取失效部位的三维信息,完成对待修复齿轮的三维模型构建;
接着齿轮固定模块200对齿轮进行定位装夹,使其处于最利于加工的位置;
然后机械臂600操作快换构件610装夹熔覆头体500,并对齿轮表面进行熔覆修复;
熔覆完成后,采用保温、去应力退火等人工时效热处理措施,以减小或消除残余应力对加工过程的影响;
之后根据齿轮熔覆后的表面质量进行精加工方式的选择进行加工,同时换刀驱动机构400驱动旋转平台300旋转至所需刀具装夹工位,完成机械臂600的换刀以进行齿轮熔覆后的精加工,最后进行齿轮表面加工质量的检测。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种船载风电齿轮增减材修复装置,其特征在于:其包括:
加工平台(100);
齿轮固定模块(200),其安装于加工平台(100)上,所述齿轮固定模块(200)用于夹持固定待修复齿轮;
熔覆后精加工模块,其包括设置于加工平台(100)上的旋转平台(300)、用于驱动旋转平台(300)旋转的换刀驱动机构(400),所述旋转平台(300)的上端面环形均布有多个刀具装夹工位,多个所述刀具装夹工位分别设置有砂轮库(310)、车刀库(320)、熔覆头安置架(330)和铣刀库(340);
熔覆模块,其包括装夹于熔覆头安置架(330)上的熔覆头体(500);
机械臂(600),其设置有固定端和执行端,所述固定端固定安装于加工平台(100)上,所述机械臂(600)设置于熔覆后精加工模块与齿轮固定模块(200)之间,所述执行端设置有快换构件(610),所述快换构件(610)用于快速更换熔覆头体(500)和用于精加工的刀具;
所述齿轮固定模块(200)包括夹座(210)、多个紧固组件,多个紧固组件环形间隔设置于夹座(210)外周,所述夹座(210)设置有齿轮放置台面,所述紧固组件包括设置于齿轮放置台面上方的压板(220)、用于驱动压板(220)相对所述夹座(210)上下移动的紧固升降驱动构件;
所述齿轮固定模块(200)还包括滑动座(270)、齿轮升降驱动组件(280),所述滑动座(270)滑动安装于加工平台(100)上,所述滑动座(270)可靠近或者远离所述机械臂(600),所述齿轮升降驱动组件(280)安装于滑动座(270)上,所述齿轮升降驱动组件(280)与所述夹座(210)传动连接,所述齿轮升降驱动组件(280)用于驱动夹座(210)上下升降;
所述压板(220)安装有力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种船载风电齿轮增减材修复装置,其特征在于:
所述熔覆模块还包括设置于加工平台(100)上的保护气构件(520)、用于为激光熔覆送料的送料机构(510)、为激光熔覆提供光源的激光器(530)。
3.根据权利要求1所述的一种船载风电齿轮增减材修复装置,其特征在于:
所述齿轮固定模块(200)还包括设置于夹座(210)的横移驱动组件,所述横移驱动组件分别与多个紧固组件传动连接,所述横移驱动组件用于驱动多个紧固组件沿多个紧固组件所围成圆的径向移动。
4.根据权利要求3所述的一种船载风电齿轮增减材修复装置,其特征在于:
所述横移驱动组件包括多个安装于夹座(210)底面的伸缩推杆(230),多个伸缩推杆(230)呈放射状环形间隔设置,所述伸缩推杆(230)的伸缩端与紧固组件一一对应连接。
5.根据权利要求1所述的一种船载风电齿轮增减材修复装置,其特征在于:
所述紧固升降驱动构件包括固定块(240)、均呈上下延伸的螺杆(250)和定位导杆(260)、安装于压板(220)的升降电机、螺纹套设于螺杆(250)上的螺母,所述螺杆(250)和定位导杆(260)的下端分别与固定块(240)固定连接,所述螺母与所述升降电机传动连接,所述升降电机用于驱动螺母转动,所述压板(220)与定位导杆(260)上下滑动配合连接。
6.一种船载风电齿轮增减材修复系统,其特征在于:其包括如权利要求1至5任意一项所述的船载风电齿轮增减材修复装置,还包括船载运输装置、PLC控制模块(700)、密封舱(800),所述船载风电齿轮增减材修复装置设置于密封舱(800)内,所述PLC控制模块(700)安装于加工平台(100)上,所述PLC控制模块(700)分别与齿轮固定模块(200)、换刀驱动机构(400)、机械臂(600)电控连接,所述密封舱(800)的底部安装有多个可移动的脚轮(810),所述脚轮(810)自带水平调平机构及自锁功能,所述船载运输装置安装有船载陀螺仪和运输控制器,所述船载陀螺仪和运输控制器可将实时检测的密封舱(800)底面是否水平的数据信息传至水平调平机构。
7.一种船载风电齿轮增减材修复方法,其特征在于:其采用如权利要求6所述的船载风电齿轮增减材修复系统,还包括有三维扫描仪,具体方法步骤如下:
首先对待修复齿轮的表面进行清洁干燥处理,去除表面的氧化层、油污和锈迹杂质;
其次使用三维扫描仪快速获取失效部位的三维信息,完成对待修复齿轮的三维模型构建;
接着齿轮固定模块(200)对齿轮进行定位装夹,使其处于最利于加工的位置;
然后机械臂(600)操作快换构件(610)装夹熔覆头体(500),并对齿轮表面进行熔覆修复;
熔覆完成后,采用保温、去应力退火等人工时效热处理措施,以减小或消除残余应力对加工过程的影响;
之后根据齿轮熔覆后的表面质量进行精加工方式的选择进行加工,同时换刀驱动机构(400)驱动旋转平台(300)旋转至所需刀具装夹工位,完成机械臂(600)的换刀以进行齿轮熔覆后的精加工,最后进行齿轮表面加工质量的检测。
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