化石能源供应日趋紧张,新能源开发利用得到前所未有的关注,风力作为可再生的、无污染的自然能源重新引起了人们极大的重视,风力发电机得以快速应用,但是其体积大、运输和安装困难,定期维护和清洗也是必然面临的难题。风力发电机塔筒成圆锥管状,高度可达90米,最大截面直径近5米,叶片长约20米且形状不规则,目前无论是风力发电机的塔筒还是叶片,主要还是采用人工清洗方式,高空作业效率低、劳动强度大、清洗人员的安全问题更是难以保障。爬壁机器人使壁面清洗行业迎来了转机,能解决壁面清洗中壁面移动的技术难题。如何将爬壁机器人和风力发电塔筒清洗工作有效结合是未来研究的重点之一。本文以风力发电塔筒清洗为目标,结合爬壁机器人技术,设计研发出一款风力发电塔筒清洗机,并以此为对象,建立其三维模型,验证其运动过程的正确性,并进行运动学和动力学仿真,模拟清洗机实际清洗工况,确定其最危险工况,对其进行有限元分析,确定清洗机结构安全性,对强度富余零件进行结构优化,达到轻量化的目的。具体研究内容如下:(1)清洗机的工作原理与结构方案。根据目前主流风力发电塔筒规格和工作环境,选择合适的驱动方案,吸附行走方案和清洗方案,并建立三维模型。对清洗机的工作原理的正确性进行验证,分析清洗机工作效率和经济性。(2)清洗机的运动学和动力学分析。使用ADAMS软件建立清洗机的仿真模型,添加约束条件。仿真分析其上下清洗过程,得出清洗机质心路径轨迹和刷盘运动曲线,研究其运动规律。同时分析清洗机受力情况,仿真得到清洗机受力曲线,确定危险工况,为下一步分析打下基础。(3)清洗机吸附稳定性分析及有限元仿真。对于清洗机每一个工作阶段的受力情况进行分析,并分析清洗机在此阶段内工作的失稳滑落和倾覆情况,分析发生原因,总结得出清洗机的稳定吸附条件。对清洗机的力学特性进行分析,得到主机架组件和滚轮支撑组件的总应力图和总变形图,验证主机架和滚轮支撑组件能否满足工作强度。(4)对清洗机关键零件进行尺寸优化和拓扑优化。滚轮支撑组件经过尺寸优化后,质量相比优化前减轻了0.57kg,减重了大约14%;对主机架进行拓扑优化后,质量由原来的50.42kg减轻到44.18kg,减重了大约12.4%。最终在保证强度的前提下完成了清洗机的轻量化。