[發明專利]一種實現位姿控制和主軸加載的風機增速箱試驗臺

有效

• 申請號: 201310204382.5
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103323234A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 向東;沈崗;牟鵬;謝寧;劉楠;王輝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于風電裝備增速箱傳動系統動態性能及可靠性技術領域，具體涉及一種可以實現空間六自由度位置、姿態控制和主軸非接觸式加載方式的風機增速箱試驗臺。

背景技術

風電裝備“大型化、長壽命和高可靠性”是全球風電裝備制造業的發展趨勢，也是共同面臨的技術挑戰。風電裝備的服役條件負載，受無規律變向載荷風力乃至于強陣風的沖擊作用，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，以及風沙和近海煙霧的侵害，極易造成關鍵零部件失效。根據國內外近十幾年來的風電裝備故障統計數據，兆瓦級風電裝備的故障主要集中在齒輪箱、發電機、葉片、電力系統、偏航系統等關鍵部件，其中齒輪箱是引起風電裝備停機時間最長的關鍵部件。

由于風電裝備技術領域對增速箱的可靠性和壽命的嚴格要求，因此對風電增速箱進行臺架試驗測試是風電增速箱開發、設計和生產的重要環節。按照國家標準GB/T19073-2003中試驗方法和檢驗規則的運載試驗要求，需對風電增速箱進行空載試驗、性能試驗、空載功率損耗測定、齒面接觸疲勞壽命試驗、噪聲和機械振動檢測等項目測試。除此之外，按照工程需要還可能進行實際工況的模擬試驗。而隨著風電機組單機容量的快速增長，風電增速箱及其試驗臺的額定功率也快速增長。因此，對風電增速箱試驗臺的要求更加嚴格，風電增速箱試驗臺的開發難度進一步提高。

現有的風電增速箱只在出廠前做常規的功能性試驗，檢測增速箱是否正常運轉，判定是否滿足基本功能需求，但是沒有考慮有復雜外界干擾的實際工況條件下的性能試驗，并不能對風電增速箱的運動學性能和動力學性能進行相關試驗研究，因此造成了國內外風電裝備中齒輪箱頻繁發生各種失效形式的故障。

在總結風電增速箱運動特性的基礎上，設計符合模擬風載的齒輪箱振動試驗臺并聯機構基本構型。由于風電增速箱的真實運動是空間的六維運動（X、Y、Z三個方向的移動及繞三個軸的轉動），需要對大型風電增速箱模型進行一定加速度下的運動模擬，所以風電增速箱模擬振動臺的驅動能力要足夠強以滿足其承載和高負載下運動特性。目前工程上廣泛采用的風機試驗臺是電動機驅動減速器再直接連接風電機組傳動系統，該試驗臺只能提供風電機組所需的轉矩，而不能真實模擬實際風載對主軸的其他作用載荷，而風機傳動鏈的輸入端主軸部分還需承受軸向推力以及彎矩載荷，因此對傳動鏈主軸部分施加非接觸式載荷是大勢所趨。除此之外，為了實時地測電增速箱模擬運動平臺的六維運動參數和被測模型在風載作用下的響應，應該采用多個位置、速度、加速度以及力傳感器進行實時監測。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種實現位姿控制和主軸加載的風機增速箱試驗臺，模擬風機增速箱在實際風載作用下的空中位置姿態變化和主軸實際工況中承受多種復合載荷的情況，方便開展在復雜多自由度振動情況下增速箱動態性能及可靠性的研究工作。

本發明采用的技術方案為：

該試驗臺包括位姿模擬平臺和主軸載荷模擬平臺，其中位姿模擬平臺通過六個位姿加載驅動裝置模擬試驗臺在實際風載下的空間六個自由度位移變動；主軸載荷模擬平臺由六個磁場加載裝置模擬主軸在實際風載下承受的交變彎曲載荷和軸向推力載荷；

所述位姿模擬平臺的結構為：多個位姿加載驅動裝置分別安裝在運動工作臺的側面和底面，風機增速箱模型安裝在運動工作臺的頂面；位姿加載驅動裝置采用3-2-1的布置方式實施位置、姿態的控制，具體位置為：在運動工作臺的底面上固連三個位姿加載驅動裝置，用于克服所述的運動工作臺和風機增速箱模型的重力影響；在運動工作臺的末端面固連兩個位姿加載驅動裝置，用于模擬風機增速箱在主軸方向的位姿變動；在運動工作臺的側端面固連一個位姿加載驅動裝置，用于模擬施加風機增速箱機艙側端的位姿變動；

所述主軸載荷模擬平臺的結構為：風機主軸的一端與風機增速箱模型的鎖緊套連接，風機主軸的另一端與主軸軸承配合，主軸軸承外圈與主軸軸承座內孔配合，主軸軸承座通過螺栓連接與運動工作臺固連；在風機主軸的輸入端面上安裝加載圓盤，加載圓盤具有導磁性能；在加載圓盤的上下左右四個位置分別布置四個磁場加載裝置，通過對四個磁場加載裝置的電流調節控制，模擬實際工況的交變彎曲載荷；在加載圓盤靠近風機主軸的一側安置兩個磁場加載裝置，模擬實際工況的軸向推力載荷。