[發明專利]一種風電傳動系統的多向交變載荷模擬試驗裝置及方法

無效

• 申請號: 201410256057.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104048826A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 王輝;賈邁勒阿里;李曉龍;向東;融亦鳴
• 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: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及風力發電裝備傳動系統技術領域，具體涉及一種風電傳動系統的多向交變載荷模擬試驗裝置及方法。

背景技術

為深入研究風電傳動鏈關鍵零部件的結構設計及制造參數等對其可靠性的影響機理，必須開展復雜載荷條件下的風電傳動鏈性能試驗研究。由于風力發電設備安裝運行的特殊性，在高空曠野中進行真實工況的風備傳動系統運行試驗非常困難。因此，實驗室級的風電傳動鏈模擬試驗是當前傳動鏈科學試驗研究的主要技術手段，對于我們理解傳動鏈零部件的設計制造技術參數對其技術性能及可靠性的影響關系，并發展高性能傳動鏈零部件的設計制造技術具有不可替代的作用。風載的最大特殊性就在于其無規律交變的特點，因此，交變風載下關鍵傳動零部件的損傷、疲勞的演化過程及結構失效的發展規律都有著突出的特殊性。但常用的風電傳動鏈模擬實驗裝置大多只能加載主扭轉載荷，無法模擬主扭矩之外的多種類型、多方向的載荷——包括葉輪在風載作用下對傳動鏈的軸向沖擊，以及在偏航及變槳過程中特別突出的水平、豎直方向上的彎矩，遠達不到進行深入的設計制造、結構性能科學研究的要求，極大地限制了風電傳動系統的實驗研究工作及其相關研究結果的準確性、可用性。因此，設計研發能夠實現多向交變風載模擬的試驗裝置，對于開展風電傳動鏈可靠性研究、設計制造技術研究等都有著極其重要的科學意義。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種風電傳動系統的多向交變載荷模擬試驗裝置及方法，與提供主扭轉力矩的主電動機進行協調工作，能夠進行扭轉、沖擊、彎曲載荷的加載，使本發明試驗裝置更真實地模擬實際高空安裝的風力發電設備傳動鏈的所承受的多向交變載荷，從而為風電傳動系統原理試驗研究，為風機傳動鏈上的零部件載荷、運動學及動力學特性研究，為傳動鏈的可靠性研究提供關鍵工具，也能夠進一步為風電傳動系統的結構設計與制造工藝等技術研究工作提供更準確、可靠的實驗依據。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種風電傳動系統的多向交變載荷模擬試驗裝置，包括在基礎臺架1上分為兩組、每組三個的方式安裝的六個可受控伸縮的作動臂3，所述兩組作動臂3一端分別以球形鉸接的方式與固定在基礎臺架1上的支座2連接，另一端也分別以球形鉸接的方式與主軸的前軸承座4和后軸承座6固聯，主傳動軸5的兩端分別通過軸承固定在前軸承座4和后軸承座6上，所述主傳動軸5的一端與為所述多向交變載荷模擬試驗裝置提供主扭矩的主電動機通過聯軸節連接，另一端與試驗用增速齒輪箱直接連接，還包括與提供主扭矩的主電動機和六個作動臂3連接的中央控制單元7，輸入的模擬載荷包括主扭矩和主轉動與非扭轉載荷兩個獨立部分，模擬載荷輸入中央控制單元7后，由中央控制單元7向主電動機和六個作動臂3分別發送執行運動及作用力的指令，以實現風電傳動系統的多向交變載荷的模擬加載。

所述中央控制單元7由一臺中控計算機、中心液壓泵站和相應的傳感、通訊和控制系統組成。

所述主電動機帶有減速裝置，以達到模擬低速、大扭矩風載的要求。

所述主電動機輸入給主傳動軸5的轉速在10～25轉/分鐘范圍內。

上述所述風電傳動系統的多向交變載荷模擬試驗裝置對風電傳動系統進行模擬加載的方法，包括如下步驟：

步驟1：用于風電傳動系統運行模擬的載荷數據分為兩個獨立部分：①主扭矩與主轉動，②非扭轉載荷，其中，非扭轉載荷主要包括軸向載荷、水平面上彎矩及豎直面上彎矩；

步驟2：上述輸入載荷數據具體表征為：主扭矩的力矩-時間曲線，主轉動的角速度-時間曲線，軸向載荷的力-時間曲線，水平面上彎矩的力矩-時間曲線和豎直面上彎矩的力矩-時間曲線，輸入中央控制單元7后，由中央控制單元7向主電動機和六個作動臂3分別發送執行運動及作用力的指令；

步驟3：主扭矩的力矩-時間曲線與主轉動的角速度-時間曲線分別由中央控制單元7向主電動機發送執行；

步驟4：在非扭轉載荷部分，軸向載荷的力-時間曲線、水平面上彎矩的力矩-時間曲線及豎直面上彎矩的力矩-時間曲線通過中央控制單元7向兩組六個作動臂3分別發送力-時間曲線的方式執行；根據理論力學空間匯交力系的作用規律，兩組六個作動臂3根據指令執行的作用力的疊加，體現為非扭轉載荷的力和力矩作用；

步驟5：主電動機加載的主扭轉力矩與兩組六個作動臂3執行的非扭轉載荷的作用的疊加，體現為風電傳動系統經由主軸所承受的模擬多向交變風載荷。