摘 要

本文介绍了一种风力发电机叶片打磨装备，该自动化打磨装备可以代替风力发电机叶片传统的手工打磨方式，具有加工效率高、综合成本低、工人作业强度低和有效避免粉尘危害的特点。

根据风力发电机叶片合模前后的打磨要求，本文提出了一种较为合理的风电发电机打磨装备设计方案，提出了将带有专用打磨头的工业机械手臂安装在AGV小车上作为可移动式的风机叶片打磨装备，并在以下几个方面开展了相关设计工作。

分析和确定了大功率风力发电机叶片打磨装备总体设计方案，研究了打磨工业机械手臂的控制策略。具体设计了打磨装置的各部件并进行了选型分析。建立了该风力发电机叶片打磨装备的3D模型，验证了方案设计的可靠性和可行性。

关键词：风机叶片；打磨；移动工业机械手臂

Abstract

This article describes a wind turbine blade grinding equipment, which can replace the traditional hand-grinding method of wind turbine blades.This equipment has many advantages,such as higher processing efficiency, lower overall cost and worker's work intensity,it can also effectively avoid the dust hazard.

A more reasonable design proposal of wind power generator grinding equipment has been presented in this paper according to the grinding requirements of the wind turbine blades, a scheme that to install the industrial robot arm with a dedicated grinding head on the AGV trolley as a movable type of blade grinding equipment has been proposed. And the related design work in the following aspects has been carried out .

The design of the wind turbine blade grinding equipment has been analyzed and determined , the control strategy of the grinding robot has been studied. The various parts of the grinding device has been specifically designed and a type analysis has been conducted. A 3D model of the wind turbine blade grinding equipment has been established to verify the reliability and feasibility of the program design.

Key Words：wind turbine blade; grinding; mobile manipulator

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 风力发电机叶片打磨技术发展概况 1

1.3 论文主要研究内容 4

第2章 总体方案设计 4

2.1 叶片打磨原理 4

2.1.1 叶片合模面打磨工艺分析 5

2.1.2 叶片飞边清理工艺分析 5

2.1.3 砂轮位姿分析 5

2.2 打磨装备总体结构设计方案 6

2.2.1 打磨系统方案分析 6

2.2.2 打磨装备整体结构方案 8

2.3 本章小结 9

第3章 打磨执行装置设计 10

3.1 打磨执行器总体结构 10

3.2 恒力控制系统设计 11

3.2.1 工作要求分析 11

3.2.2 工作原理分析 12

3.2.3 恒力装置设计方案 13

3.3 伺服电机主轴选型分析 16

3.3.1 电机主轴工作要求 16

3.3.2 伺服电机主轴选型 16

3.4 专用打磨砂轮设计 20

3.4.1 打磨头工作要求 20

3.4.2 打磨头结构设计 20

3.5 本章小结 21

第4章 集尘装置设计 22

4.1 集尘箱设计要求 22

4.2 集尘装置设计方案 22

4.3 本章小结 23

第5章 控制系统方案设计 24

5.1 逐层传递控制系统 24

5.2 自由运动控制策略 26

5.3 接触作业控制策略 26

5.4 本章小结 26

第6章 总结与展望 27

6.1 总结 27

6.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

伴随环境污染的问题逐渐加重，能源不足的情况愈加迫切，使得具有安全、稳定且清洁等特点的风力发电成为新能源的关键组成部分，也因此风能受到人们的密切关注。风力发电机是将风力所具有的能量转化为电能的装备，而风力发电机的叶片是风力发电设备的重要组成部分，叶片质量和综合品质的优劣将会直接对风力发电设备的工作性能和设备承受的载荷产生影响，因此风力发电设备的综合能力和风力发电开发使用的经济可靠性很大程度上受到叶片质量的影响。另一方面，风力发电机叶片也是发电设备的关键部分，它的成本大概是风力发电设备总体成本的四分之一。兆瓦级风力发电机叶片的纵向尺寸随着发电功率的连续增加而连续打破新的记录，尺寸硕大的风力发电机叶片在打磨抛光加工过程中会生成很多的粉尘和细小颗粒，而且这个加工流程多数是依靠人们手工打磨，对操作工人的身体健康会产生严重的损害，另一方面手工打磨的加工质量难很难控制且加工效率不高，在叶片尺寸不断增大的趋势下，应用自动化打磨装置代替手工打磨成为企业发展的迫切需要。

风力发电机组装机容量不断剧增，叶片尺寸不断增大，如何有效的对风机叶片进行打磨，是解决问题的关键点。应用自动化的打磨装备是进行风力发电机叶片打磨的有效方法。

1.2 风力发电机叶片打磨技术发展概况

转子叶片表面的打磨抛光处理是风力发电机叶片的加工和制造过程中最耗费时间的工序之一。因为当风力发电机叶片的表面质量达到要求之后，才能保证叶片满足所需的气动性能。除此以外，风力发电机叶片表面加工质量对于风力发电机的噪音减少具有非常关键的影响，风力发电机叶片的外观造型如图1.1和1.2所示。