一种攀爬风电机组塔简装置的设计

摘  要

在风电机组中，塔筒和叶片存在的缺陷能否及时检修是保障整个机组稳定运行的关键要素之一，为避免因损伤导致整个机组暂停运行甚至完全毁坏，定期对风电机组塔筒及叶片进行检测是必不可少的。目前，常用的检测办法是利用无人机或望远镜观测法对其表面进行故障检测，费时、费力、检测工作量大、检测效率低且受人的主观性影响较大。针对这一问题，根据风电机组的工作环境和塔筒结构，本文研究设计了一种可携带检测设备的自适应变直径塔筒攀爬装置，能够保证检测设备在实际工况下的有效性。

首先，分析国内外爬壁机器人在吸附、移动、负载能力等方面的优缺点，再结合塔筒的外形轮廓和风电机组的工作环境，确定自锁式外施加压力、轮式移动和电机驱动的组合攀爬方案。

其次，根据攀爬方案使用SolidWorks软件对各个模块进行结构设计。为保证攀爬设备运行的可靠性，因此通过建立攀爬风电机组装置的简化数学模型，对装置进行的静力学分析，得到装置能够保障检测设备运转的静态条件。

然后，使用ADAMS软件对装置的上行攀爬过程进行仿真，运用控制变量法，研究电动伸缩杆的不同伸缩速度和两轮回转轴心连线与水平面夹角的变化关系。再通过分析伸缩杆的不同伸缩速度对推杆推力的影响，得到攀爬装置电动伸缩杆的最优的伸缩速度和推杆推力。在此伸缩速度下对装置的上下行攀爬过程进行仿真，得到动力传输模块输出转矩的仿真值。

最后，使用ANSYS Workbench对整体框架进行有限元分析，得到整体框架的变形和结构应力云图，结果表明框架受力均在合理范围内，没有发生断裂的危险。

本文设计的塔筒攀爬装置能够搭载不同检测设备或维护施工工具，自适应程度较高，为高效、安全地完成机组安全状态检测任务提供了技术支持。

关键词：风电机组；攀爬塔筒装置；结构设计；运动学仿真；有限元分析。

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