CN102607843B - 一种船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构及其操作方法，液压油路包括驱动油路和加载油路，船用齿轮箱带有驱动轴和加载轴，所述加载油路包括顺次相连的2#油泵、加载泵、溢流阀和流量计，2#油泵的进油口、流量计的出油口分别与油箱相连，加载泵的出油口与驱动马达的进油口之间通过截止阀相连，加载泵的输入轴与船用齿轮箱的加载轴承相连。本发明通过对传统船用齿轮箱试验台的节流加载液压系统进行改造，实现了船用齿轮箱架试验台液压油路中的使用能量回收和循环再利用，提高整个系统能量的有效利用率；减少了加载油路中的节流发热，有益于整个系统的长时间正常运转；实现了船用齿轮箱试验台的自动化控制。

Description

一种船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种试验台架，尤其涉及船用齿轮箱试验台的液压油路。

背景技术

齿轮箱是一种将电机的输出转速降低，同时又将电机扭力成比例增大的机构，通常包括顺次啮合的驱动轴、中间齿轮和加载轴。

由于海上捕捞作业的特殊工况，船用齿轮箱性能上必须具有相当的可靠程度，必须在出厂前进行相关试验、性能指标达到要求才能装船使用。船用齿轮箱台架试验台就是专门对船用齿轮箱进行寿命试验和性能测试的试验装置。它通过模拟海上生产作业过程，来对各种型号的船用齿轮箱进行质量检验与可靠性测试，同时还可以为船用齿轮箱关键技术研究和设计选型提供依据。

目前，齿轮箱台架试验主要是采用节流加载的方式实现的，常用的节流加载油路主要包括驱动油路和加载油路两部分，其工作原理是：驱动油路为船用齿轮箱的驱动轴提供驱动动力，加载油路为船用齿轮箱的加载轴提供负载，从而模拟出齿轮箱在工作时的各种情况、以检测齿轮箱的各项性能指标是否合格。

驱动油路通常包括顺次相连的1#油泵和驱动马达，1#油泵的进油口、驱动马达的出油口分别与油箱相连，1#油泵的出油口上配置2#压力表，驱动马达的输出轴与船用齿轮箱的驱动轴相连。

加载油路通常包括顺次相连的加载泵、节流阀和流量计，加载泵的进油口、节流阀的出油口分别与油箱相连，加载泵的出油口上配置3#压力表，加载泵的输入轴上配置扭矩仪，加载泵的输入轴由船用齿轮箱的加载轴驱动。

由于船用齿轮箱生产出来之后必须进行长时间的寿命试验，上述液压油路中，加载泵输出的高压油通过节流阀(或者减压阀以及溢流阀等)节流后，高压油的内能转变为热能，压力降低，成为高温油，返回油箱，需要配备大功率的冷却装置对回油进行冷却。从而一方面造成能量损失，能量的利用率低下，一方面又需要配备大功率的冷却装置以保证液压油路中的正常工作油温。传统的液压油路发热多，能耗大，严重影响机器的正常使用，降低液压元件的使用寿命，并增加工程机械的维修成本，甚至造成严重后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够减少节流发热，提高整个系统能量的有效利用率、实现能量的循环再利用的船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构及其操作方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构，液压油路包括驱动油路和加载油路，船用齿轮箱带有驱动轴和加载轴，

所述驱动油路包括顺次相连的1#油泵和驱动马达，1#油泵的进油口、驱动马达的出油口分别与油箱相连，

1#油泵的出油口上配置2#压力表，

驱动马达的输出轴与船用齿轮箱的驱动轴相连，

其特征在于：

所述加载油路包括顺次相连的2#油泵、加载泵、溢流阀和流量计，2#油泵的进油口、流量计的出油口分别与油箱相连，

加载泵的出油口与驱动马达的进油口之间通过截止阀相连，

加载泵的出油口上配置3#压力表，2#油泵的出油口上配置1#压力表，

加载泵的输入轴与船用齿轮箱的加载轴承相连，

加载泵的输入轴上配置扭矩仪。

其工作流程如下：

负载试验状态下，1#油泵为驱动马达供油、带动驱动轴，中间齿轮传递功率带动加载轴，调节比例溢流阀压力以及加载泵排量为加载轴提供负载，加载轴带动加载泵，加载泵出油口端油压升高，从而实现传递功率转为液压油内能，高压油进入溢流阀节流损失能量，回到油箱；此时打开截止阀，本该节流的高压油进入驱动马达进油口管路、用于带动驱动马达，从而实现能量回收利用；

空车试验状态下，关闭截止阀，调节溢流阀，使1#压力表的压力值等于3#压力表的压力值，则加载油路的系统压力建立不起来，即为空车状态。

上述两个试验状态下，可以通过改变1#油泵排量、从而改变进入驱动马达的油量，以达到改变齿轮箱驱动轴转速的目的，从而实现速度控制；可以通过改变溢流阀压力以及加载泵排量，以适应不同加载力的要求，达到检验加载轴以及各齿轮强度的目的，从而实现加载力控制；通过改变2#油泵排量，以改变加载泵吸油口压力，以满足齿轮箱加载力以及速度变化要求。

进一步的，加载泵优选为电比例泵。电比例泵为一种流量可以在0～100％范围内无级调节，用来输送液体的特殊容积泵。利用变量泵可改变齿轮箱转速，而常规的加载泵一般选用定量泵，只能提供一个额定转速。

再进一步，所述溢流阀优选为比例溢流阀，比例溢流阀类似于节流阀，但它能够利用远程电控改变调定溢流压力，控制加载泵出油口压力，从而改变加载力大小；而通常使用的节流阀是通过改变出油口横截面积，被动的改变加载泵出油口压力，具体加载泵出油口压力的数值需要人工不断调节节流阀，以满足加载力的变化要求，操作起来费时费力。

再进一步，1#压力表，2#压力表，3#压力表优选为压力传感器，利于实现上位机的远程抄表。

再进一步，加载泵、溢流阀、截止阀、1#油泵、2#油泵、1#压力表、2#压力表、3#压力表、流量计和扭矩仪均信号连接上位机。上位机将待测齿轮箱的输出转速、扭矩信号利用压力表、扭矩仪以及流量计等传感器采集记录，再对加载泵、溢流阀、截止阀、1#油泵和2#油泵下达相应指令，以模拟各种海上工况、检测齿轮箱的相应性能。

再进一步，1#油泵、2#油泵的出油口分别通过安全阀与油箱相连，紧急情况下起到系统安全保护的作用。

一种用于船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构的操作方法，其特征在于：所述操作方法包括负载试验和空车试验两个操作状态：

负载试验状态下，1#油泵、2#油泵启动，调节溢流阀、加载泵，使1#压力表显示的压力值小于3#压力表显示的压力值、为加载轴提供负载，其中，1#油泵为驱动马达供油，驱动马达驱动船用齿轮箱的驱动轴、带动加载轴旋转；加载轴驱动加载泵、加载泵出油口油压升高；2#油泵用于补给齿轮箱中的机械损失部分以及油泵马达的机械损失部分，同时改变加载泵吸油口压力，以满足齿轮箱加载力以及速度变化要求；需要能量回收时，截止阀打开，使2#压力表显示的压力值等于3#压力表显示的压力值，加载泵出油口流出的油一部分进入驱动油路、带动驱动马达，一部分经溢流阀流回油箱；

空车试验状态下，截止阀关闭，1#油泵、2#油泵启动，调节溢流阀、使1#压力表显示的压力值等于3#压力表显示的压力值；1#油泵为驱动马达供油，驱动马达驱动船用齿轮箱的驱动轴、带动加载轴空负荷旋转。

本发明通过对传统船用齿轮箱试验台的节流加载液压系统进行改造，达到了以下有益效果：

1、实现了船用齿轮箱架试验台液压油路中的使用能量回收和循环再利用，提高整个系统能量的有效利用率；

2、减少了加载油路中的节流发热，有益于整个系统的长时间正常运转，而且其产生的经济效益也将非常可观；

3、将压力表、扭矩仪以及流量计采集的信号通过上位机处理后控制加载泵、比例溢流阀、油泵等执行机构，实现了船用齿轮箱试验台的自动化控制；

4、对能量回收再利用技术的研究，在科学发展、技术创新、节能环保各方面，有着重大的理论意义和很高的实用价值。

附图说明

图1为一种现有的船用齿轮箱试验台的液压油路结构示意图

图2为本发明船用齿轮箱试验台的液压油路的一种优选结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

目前，齿轮箱台架试验主要是采用节流加载的方式实现的，常用的节流加载油路主要包括驱动油路和加载油路两部分，其工作原理是：驱动油路为船用齿轮箱的驱动轴提供驱动动力，加载油路为船用齿轮箱的加载轴提供负载，从而模拟出齿轮箱在工作时的各种情况、以检测齿轮箱的各项性能指标是否合格。

图1中，一种现有的驱动油路通常包括顺次相连的1#油泵和驱动马达，1#油泵的进油口、驱动马达的出油口分别与油箱相连，1#油泵的出油口上配置2#压力表，驱动马达的输出轴与船用齿轮箱的驱动轴相连。

加载油路通常包括顺次相连的加载泵、节流阀和流量计，加载泵的进油口、节流阀的出油口分别与油箱相连，加载泵的出油口上配置3#压力表，加载泵的输入轴上配置扭矩仪，加载泵的输入轴由船用齿轮箱的加载轴驱动。

由于船用齿轮箱生产出来之后必须进行长时间的寿命试验，上述液压油路中，加载泵输出的高压油通过节流阀(或者减压阀以及溢流阀等)节流后，高压油的内能转变为热能，压力降低，成为高温油，返回油箱，需要配备大功率的冷却装置对回油进行冷却。从而一方面造成能量损失，能量的利用率低下，一方面又需要配备大功率的冷却装置以保证液压油路中的正常工作油温。

此外，现有试验台架基本没有自动化，各种阀、泵的启/闭，仪器仪表的读取要靠大量人工完成，费时费力。

图2中，加载油路包括顺次相连的2#油泵、加载泵、溢流阀和流量计，2#油泵的进油口、流量计的出油口分别与油箱相连，加载泵的出油口与驱动马达的进油口之间通过截止阀相连，加载泵的出油口上配置3#压力表，2#油泵的出油口上配置1#压力表，加载泵的输入轴与船用齿轮箱的加载轴承相连，加载泵的输入轴上配置扭矩仪。加载泵、溢流阀、截止阀、1#油泵、2#油泵、1#压力表、2#压力表、3#压力表、流量计和扭矩仪信号连接上位机。

加载油路中的各元件基本包括两类，一类是加载元件，包括加载泵、溢流阀，1#油泵和2#油泵，主要用于执行上位机的各种指令；还有一类是信号采集元件，包括扭矩仪、1#压力表，2#压力表，3#压力表和流量计，主要是采集各类参数并传递给上位机，以利于上位机对加载元件作出相应指令。

加载元件中：

加载泵选用电比例加载泵，上位机控制电比例加载泵排量变化、以适应不同齿轮箱测试加载力与加载速度的要求。

溢流阀选用比例溢流阀，上位机调节比例溢流阀、改变加载泵出油口压力，从而增大或减小加载力以适应齿轮箱的加载要求。

1#油泵用于保证驱动马达进油口流量以及在截止阀打开工况，保证加载泵出油口流量，补充由于泄漏引起的流量不足的部分。

2#油泵的作用：在空车试验状态下，2#油泵和调节溢流阀调节加载油路流量，使1#压力表显示的压力值等于3#压力表显示的压力值；在负载试验状态下、截止阀打开工况时，2#油泵依然工作，只是流量较少，用于补给齿轮箱中的机械损失部分以及油泵马达的机械损失部分。同时自适应改变加载泵吸油口压力，以满足齿轮箱加载力以及速度变化要求。

信号采集元件中：

扭矩仪用于测量加载轴扭矩大小以及转速，并转化为电信号传输给上位机；

1#、2#和3#压力表用于测量各监测点压力，并转化为电信号传输给上位机；

流量计用于测量加载泵节流口流量以计算节流损失的流量，并转化为电信号传输给上位机。

负载试验状态下，1#油泵、2#油泵启动，调节溢流阀、加载泵，使1#压力表显示的压力值小于3#压力表显示的压力值、为加载轴提供负载，其中，1#油泵为驱动马达供油，驱动马达驱动船用齿轮箱的驱动轴、带动加载轴旋转；加载轴驱动加载泵、加载泵出油口油压升高；2#油泵用于补给齿轮箱中的机械损失部分以及油泵马达的机械损失部分，同时改变加载泵吸油口压力，以满足齿轮箱加载力以及速度变化要求；需要能量回收时，截止阀打开，使2#压力表显示的压力值等于3#压力表显示的压力值，加载泵出油口流出的油一部分进入驱动油路、带动驱动马达，从而实现能量回收利用，一部分经溢流阀流回油箱。

空车试验状态下，截止阀关闭，1#油泵、2#油泵启动，调节溢流阀、使1#压力表显示的压力值等于3#压力表显示的压力值，则加载油路的系统压力建立不起来，即为空车状态；1#油泵为驱动马达供油，驱动马达驱动船用齿轮箱的驱动轴、带动加载轴空负荷旋转。

Claims (2)

1.一种船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构，液压油路包括驱动油路和加载油路，船用齿轮箱带有驱动轴和加载轴，

所述驱动油路包括顺次相连的1＃油泵和驱动马达，1＃油泵的进油口、驱动马达的出油口分别与油箱相连，

1＃油泵的出油口上配置2＃压力表，

驱动马达的输出轴与船用齿轮箱的驱动轴相连，

其特征在于：

所述加载油路包括顺次相连的2＃油泵、加载泵、溢流阀和流量计，2＃油泵的进油口、流量计的出油口分别与油箱相连，

加载泵的出油口与驱动马达的进油口之间通过截止阀相连，

加载泵的出油口上配置3＃压力表，2＃油泵的出油口上配置1＃压力表，

加载泵的输入轴与船用齿轮箱的加载轴承相连，

加载泵的输入轴上配置扭矩仪，

所述加载泵为电比例泵，

所述溢流阀为比例溢流阀，

所述1＃压力表，2＃压力表，3＃压力表为压力传感器，

所述加载泵、溢流阀、截止阀、1＃油泵、2＃油泵、1＃压力表、2＃压力表、3＃压力表、流量计和扭矩仪信号连接上位机，

所述1＃油泵、2＃油泵的出油口分别通过安全阀与油箱相连。

2.一种用于权利要求1所述的船用齿轮箱试验台的液压油路改良结构的操作方法，其特征在于：所述操作方法包括负载试验和空车试验两个操作状态：

负载试验状态下，1＃油泵、2＃油泵启动，调节溢流阀、加载泵，使1＃压力表显示的压力值小于3＃压力表显示的压力值、为加载轴提供负载；需要能量回收时，截止阀打开，使2＃压力表显示的压力值等于3＃压力表显示的压力值，加载泵出油口流出的油一部分进入驱动油路、带动驱动马达，一部分经溢流阀流回油箱；

空车试验状态下，截止阀关闭，1＃油泵、2＃油泵启动，调节溢流阀、使1＃压力表显示的压力值等于3＃压力表显示的压力值，加载轴空负荷旋转。