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摘 要：随着国家对新能源开发的重视，风电行业得到了大力发展，行星架是风电机组齿轮箱的核心部件，其锻造工艺直接决定着风电机组的正常运转的事故率，本文主要是对风电机组行星架的铸件结构及质量要求，铸造工艺进行了分析，以供同仁参考！
关键词：风电机组，齿轮箱，行星架
中图分类号：TG233
风能作为一种可再生的清洁能源，被广泛的开发和利用着，特别是我国风资源丰富，风电技术也日益成熟，风力发电将得到更好的发展。风电齿轮箱是风电机组的重要核心部件，对可靠性的要求也极为苛刻。大型风电齿轮箱均采用行星传动，通过行星架输入风轮叶片传来的转矩，行星架是典型的低速、重载、变转矩和增速传动件。在齿轮箱的故障率中行星传动的故障率约占40%。行星架质量的可靠性对机组的安全运行具有重要影响。以下针对1.5MW 机组用铸钢行星架为研究对象，以MAGMA-soft软件为模拟手段，对行星架铸件的成套生产工艺进行研究。
1、铸件结构及质量要求
行星架是齿轮箱的核心部件，工作时，其支撑主轴、承受纵向力。因风电机组必须满足长期工作免维护的要求，故系统对行星架有很高的可靠性要求。行星架选用的材料是G32NiCrMo8-5-4，有良好的强韧性、较高的屈强比。鉴于行星架在齿轮箱中的重要性，行星架铸件不得有影响强度的缺陷，轮毂处及各孔处等主受力部位应经超声波探伤（UT），质量要求不低于JB/T5000.14—1998 技术条件中的2级。铸件外表面及内表面经湿法荧光磁粉探伤（MT）检查，不应有裂纹。
2、行星架的工艺设计
2.1 行星架的铸造工艺
为确保铸件内、外质量，决定采用透气性和溃散性均较优的酯硬化水玻璃砂造型，局部砂芯和圆角处采用水玻璃铬铁矿砂-CO2 硬化。采用底注式浇注系统，以使钢液平稳进入铸型。直浇道直径尴80mm，横浇道2道，直径为尴60mm，内浇道4道，直径为尴60mm。形成开放式浇注系统，各截面的比例为：F 直∶F 横∶F 内=1∶1.125∶2.25。开放式浇注系统的优点是钢液平稳进入铸型，能避免钢液飞溅产生铁豆。为了提高冒口的补缩效率，采用阶梯式浇注系统，在接近冒口根部设置阶梯内浇道，直径为尴80mm。当浇注钢液到达冒口根部高度时，阶梯浇口开始进钢液，冒口进入高温钢液，以提高冒口的补缩效率。铸件设置一个顶冒口，直径尴940mm，高度550mm。钢液浇注完毕后在冒口液面覆盖冒口发热剂（加入量为钢液量的1.5%），以减缓冒口的冷却速度，提高冒口的补缩效率。铸件浇注温度为1550～1560℃，漏包浇注，浇注口直径尴60mm，单件浇注7200kg，每包浇2 件。
2.2 化学成分优化
为提高G32NiCrMo8-5-4 钢的铸造工艺性能和焊修性能，在保证满足力学性能的前提下，决定将C 及Ni、Mo、Cr 等合金元素控制在3 试制中出现的问题及其解决措施
3.1 试制中出現的问题
用上述工艺试制了94 版和03 版两个规格的铸钢行星架，铸件力学性能、内在质量和表面质量等虽然基本达到了用户要求，但存在铸件表面和内部缺陷较多，焊修工作量大、成本和废品率较高等缺点。经对缺陷进行技术分析，主要有以下几类：（1）二次夹渣。铸件表面局部有大量的毛细裂纹状缺陷，形成夹渣。（2）气孔。在浇注结束后可以在冒口中看到不断有气泡冒出，说明钢液中产生了气体，在凝固过程中析出。（3）行星架上下法兰间的3 个三角立柱跟部裂纹。
3.2 解决措施
针对行星架铸件的缺陷，铸造工艺上采取了以下措施。
（1）提高钢液冶炼质量
严格控制钢液冶炼过程，减少钢液气体含量和夹渣物含量，有利于较少铸件夹渣和降低产生气孔的可能性。
（2）改进浇注系统
将开放式浇注系统改成半封闭式浇注系统，较少浇注过程中钢液的氧化吸气。直浇道由尴80mm 改为尴100mm，横浇道和内浇道保持不变，则浇注系统各截面的比例为：F 直∶F 横∶F 内=1∶0.72∶1.44。由于浇注系统采用了半封闭结构，阶梯式浇口必须进行相应的修改或去除。如去除阶梯浇口，则浇注完毕后必须补浇冒口，提高冒口钢液的温度，以提高冒口的补缩效率。补浇冒口完毕后在冒口钢液液面覆盖发热剂。
（3）内浇道与铸件结构呈对称布置，提高温度场径向分布均匀性；局部提高砂芯的退让性，防止铸件圆角处产生裂纹。
（4）行星架上下法兰间砂芯近表面布置尴10mm 通气绳，使造型材料产生的气体尽可能通过通气道排出，防止气体进入铸件。
（5）行星架上下法兰间砂芯近3个三角立柱跟部处填埋秸秆等易燃材料，铸件浇注后这些填埋材料被烧毁，改善砂芯的退让性，防止铸造裂纹的产生。按以上改进后的工艺及流程开始了小批量生产行星架，经探伤、热处理、加工，生产出了合格产品。从探伤结果看，铸件表面（MT 探伤）合格率达到了97%，内部质量（UT探伤）合格率达到了95%，证明通过本项研究所确定的铸件工艺合理、完善，且根据目前资料看还具备一定的先进性。同时，由于保证了成品率，使铸件的生产有较好的经济性，具备了批量工业化生产的基础。
4 结论
通过对风力发电机组行星架结构工艺性研究，以及铸造用合金钢化学成分的优化的研究，形成了行星架铸件的成套生产工艺；冶炼出了化学成份和各项性能均合格、且烧注性能较优的G32NiCrMo8-5-4 钢液；通过对铸钢行星架铸造工艺的优化设计，生产出的行星架合格率高、生产经济性好，具备了批量工业化生产的基础。此外，所研制的工艺具有参数选择合理、布局流畅、经济性好、系统性强等优点，具有一定的先进性。
参考文献：
【1】刘文川，赖小平，祝举章，等. 适用范围宽的铸件有效浇注时间计算公式[J]. 铸造技术，2000，（5）：3-7.
【2】刘忠明，段守敏，王长路.风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望[J].机械传动，2006，30（6）：l～6.
【3】寻孝荃. 高大机床铸铁件浇注系统的分层处理[J]. 铸造，1991，（7）：34-36.
作者简介：杜文辉，男，1983年生，本科学历
关键词：风电机组，齿轮箱，行星架
中图分类号：TG233
风能作为一种可再生的清洁能源，被广泛的开发和利用着，特别是我国风资源丰富，风电技术也日益成熟，风力发电将得到更好的发展。风电齿轮箱是风电机组的重要核心部件，对可靠性的要求也极为苛刻。大型风电齿轮箱均采用行星传动，通过行星架输入风轮叶片传来的转矩，行星架是典型的低速、重载、变转矩和增速传动件。在齿轮箱的故障率中行星传动的故障率约占40%。行星架质量的可靠性对机组的安全运行具有重要影响。以下针对1.5MW 机组用铸钢行星架为研究对象，以MAGMA-soft软件为模拟手段，对行星架铸件的成套生产工艺进行研究。
1、铸件结构及质量要求
行星架是齿轮箱的核心部件，工作时，其支撑主轴、承受纵向力。因风电机组必须满足长期工作免维护的要求，故系统对行星架有很高的可靠性要求。行星架选用的材料是G32NiCrMo8-5-4，有良好的强韧性、较高的屈强比。鉴于行星架在齿轮箱中的重要性，行星架铸件不得有影响强度的缺陷，轮毂处及各孔处等主受力部位应经超声波探伤（UT），质量要求不低于JB/T5000.14—1998 技术条件中的2级。铸件外表面及内表面经湿法荧光磁粉探伤（MT）检查，不应有裂纹。
2、行星架的工艺设计
2.1 行星架的铸造工艺
为确保铸件内、外质量，决定采用透气性和溃散性均较优的酯硬化水玻璃砂造型，局部砂芯和圆角处采用水玻璃铬铁矿砂-CO2 硬化。采用底注式浇注系统，以使钢液平稳进入铸型。直浇道直径尴80mm，横浇道2道，直径为尴60mm，内浇道4道，直径为尴60mm。形成开放式浇注系统，各截面的比例为：F 直∶F 横∶F 内=1∶1.125∶2.25。开放式浇注系统的优点是钢液平稳进入铸型，能避免钢液飞溅产生铁豆。为了提高冒口的补缩效率，采用阶梯式浇注系统，在接近冒口根部设置阶梯内浇道，直径为尴80mm。当浇注钢液到达冒口根部高度时，阶梯浇口开始进钢液，冒口进入高温钢液，以提高冒口的补缩效率。铸件设置一个顶冒口，直径尴940mm，高度550mm。钢液浇注完毕后在冒口液面覆盖冒口发热剂（加入量为钢液量的1.5%），以减缓冒口的冷却速度，提高冒口的补缩效率。铸件浇注温度为1550～1560℃，漏包浇注，浇注口直径尴60mm，单件浇注7200kg，每包浇2 件。
2.2 化学成分优化
为提高G32NiCrMo8-5-4 钢的铸造工艺性能和焊修性能，在保证满足力学性能的前提下，决定将C 及Ni、Mo、Cr 等合金元素控制在3 试制中出现的问题及其解决措施
3.1 试制中出現的问题
用上述工艺试制了94 版和03 版两个规格的铸钢行星架，铸件力学性能、内在质量和表面质量等虽然基本达到了用户要求，但存在铸件表面和内部缺陷较多，焊修工作量大、成本和废品率较高等缺点。经对缺陷进行技术分析，主要有以下几类：（1）二次夹渣。铸件表面局部有大量的毛细裂纹状缺陷，形成夹渣。（2）气孔。在浇注结束后可以在冒口中看到不断有气泡冒出，说明钢液中产生了气体，在凝固过程中析出。（3）行星架上下法兰间的3 个三角立柱跟部裂纹。
3.2 解决措施
针对行星架铸件的缺陷，铸造工艺上采取了以下措施。
（1）提高钢液冶炼质量
严格控制钢液冶炼过程，减少钢液气体含量和夹渣物含量，有利于较少铸件夹渣和降低产生气孔的可能性。
（2）改进浇注系统
将开放式浇注系统改成半封闭式浇注系统，较少浇注过程中钢液的氧化吸气。直浇道由尴80mm 改为尴100mm，横浇道和内浇道保持不变，则浇注系统各截面的比例为：F 直∶F 横∶F 内=1∶0.72∶1.44。由于浇注系统采用了半封闭结构，阶梯式浇口必须进行相应的修改或去除。如去除阶梯浇口，则浇注完毕后必须补浇冒口，提高冒口钢液的温度，以提高冒口的补缩效率。补浇冒口完毕后在冒口钢液液面覆盖发热剂。
（3）内浇道与铸件结构呈对称布置，提高温度场径向分布均匀性；局部提高砂芯的退让性，防止铸件圆角处产生裂纹。
（4）行星架上下法兰间砂芯近表面布置尴10mm 通气绳，使造型材料产生的气体尽可能通过通气道排出，防止气体进入铸件。
（5）行星架上下法兰间砂芯近3个三角立柱跟部处填埋秸秆等易燃材料，铸件浇注后这些填埋材料被烧毁，改善砂芯的退让性，防止铸造裂纹的产生。按以上改进后的工艺及流程开始了小批量生产行星架，经探伤、热处理、加工，生产出了合格产品。从探伤结果看，铸件表面（MT 探伤）合格率达到了97%，内部质量（UT探伤）合格率达到了95%，证明通过本项研究所确定的铸件工艺合理、完善，且根据目前资料看还具备一定的先进性。同时，由于保证了成品率，使铸件的生产有较好的经济性，具备了批量工业化生产的基础。
4 结论
通过对风力发电机组行星架结构工艺性研究，以及铸造用合金钢化学成分的优化的研究，形成了行星架铸件的成套生产工艺；冶炼出了化学成份和各项性能均合格、且烧注性能较优的G32NiCrMo8-5-4 钢液；通过对铸钢行星架铸造工艺的优化设计，生产出的行星架合格率高、生产经济性好，具备了批量工业化生产的基础。此外，所研制的工艺具有参数选择合理、布局流畅、经济性好、系统性强等优点，具有一定的先进性。
参考文献：
【1】刘文川，赖小平，祝举章，等. 适用范围宽的铸件有效浇注时间计算公式[J]. 铸造技术，2000，（5）：3-7.
【2】刘忠明，段守敏，王长路.风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望[J].机械传动，2006，30（6）：l～6.
【3】寻孝荃. 高大机床铸铁件浇注系统的分层处理[J]. 铸造，1991，（7）：34-36.
作者简介：杜文辉，男，1983年生，本科学历