CN102636343B - 一种航空机轮疲劳阻力加载试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种航空机轮疲劳阻力加载试验台及试验方法。在加载托架一侧表面固定有悬臂轴，从该悬臂轴的根部至端部依次套装有传动齿轮、力矩传感器、扭力筒和受试机轮。鼓轮鼓轮的圆周表面与机轮轮胎的圆周表面相贴合。电机的电源线与第一逆变器的输出端子连接。增速器、液压泵、液压马达、散热器之间形成了封闭的液压系统。力矩传感器的两端端面分别与传动齿轮和扭力筒固连。扭力筒位于受试机轮的轮腔内，并与机轮导轨相配合。本发明利用一套传动机构把所需阻力矩施加在机轮导轨上，代替刹车装置中的刹车盘相互摩擦产生的作用在机轮导轨上的刹车力矩，能够在机轮的转动过程中模拟刹车装置的刹车阻力，更全面地反映机轮的工况，以对其寿命进行更准确的评估。

Description

一种航空机轮疲劳阻力加载试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及航空机轮试验领域，具体是一种航空机轮疲劳阻力加载试验台及试验方法。

背景技术

为了对航空机轮进行寿命评估，在厂内试验时要求在疲劳试验台上对机轮进行疲劳滚转试验，疲劳试验台通常是由一套控制系统控制电机拖动一个大的钢制鼓轮转动，受试机轮安装在台架上，通过给台架施加一定的载荷，将机轮靠在鼓轮上，由鼓轮拖动机轮转动，根据施加在机轮上的载荷谱和实际滚转里程对机轮的疲劳寿命进行评估。阻力加载试验要求受试机轮在鼓轮的拖动下滚转的同时还要给机轮施加规定的刹车力矩，模拟刹车时机轮所受到的刹车力矩的作用，用来评定机轮的寿命；通常是把真实的刹车装置装在受试机轮上进行试验。该方法需要使用刹车装置，并且试验过程中刹车装置有耗损，使得试验成本增加。同时，由于刹车装置在试验中产生摩擦热，而刹车装置所能承受的刹车热库所限，因此试验不能长时间进行，增加了试验周期。在试验中，电源所提供的功率转化产生很大的热能，耗损功率增大。

发明内容

为克服现有技术中存在的成本高、周期长、耗损大的不足，本发明提出了一种航空机轮疲劳阻力加载试验台及试验方法。

本发明包括第一逆变器、交流变频电机、鼓轮、受试机轮、扭力筒、力矩传感器、传动齿轮、加载托架、增速器、液压泵、软管、散热器、液压马达、变频发电机、发电逆变单元和整流单元；其中，在加载托架的一侧表面固定有悬臂轴，从该悬臂轴的根部至端部依次套装有传动齿轮、力矩传感器、扭力筒和受试机轮，并且所述的传动齿轮、力矩传感器、扭力筒与悬臂轴之间均为间隙配合，受试机轮与悬臂轴之间通过轴承配合；在机轮一侧有鼓轮；该鼓轮中心的高度与套装在悬臂轴上的机轮的中心位于同一水平面，并且所述鼓轮的圆周表面与所述机轮轮胎的圆周表面相贴合；鼓轮固定安装在减速器的输出轴上；减速器安装在电机的输出轴上；电机的电源线与第一逆变器的输出端子连接；

套装在悬臂轴上的传动齿轮与增速器的输入轴啮合；所述增速器的输出轴与液压泵的输入轴固连；液压泵的液压油出口与液压马达的油液入口连通；液压马达的油液出口与散热器的油液入口连通；散热器的油液出口与液压泵的液压油入口连通；液压马达的输出轴与变频发电机的输入轴连接；变频发电机的输出电源通过导线与第二逆变器的输出端子连接；

力矩传感器的两端端面分别与传动齿轮和扭力筒固连；扭力筒位于受试机轮的轮腔内，并且该扭力筒外圆表面的机轮驱动槽与机轮导轨相配合。

扭力筒的外圆周表面均布有多个机轮驱动槽；所述机轮驱动槽与受试机轮内导轨配合；所述机轮驱动槽的宽度中心线与扭力筒的中心线平行；

本发明还提出了一种所述航空机轮疲劳阻力加载试验台的试验方法，其具体过程是：

步骤1，在机轮与鼓轮分离状态，调整驱动液压泵的斜盘至3.5度，并使变频发电机的励磁电流恒为0.2A；

步骤2，启动鼓轮，通过第一逆变器改变电源的输出频率，将鼓轮的滚转速度调节至10Km/H，并保持该滚转速度；

步骤3，通过液压加载系统移动托架，使受试机轮的轮胎外圆表面与鼓轮的外圆表面贴合；进一步移动托架使受试机轮的轮胎外圆表面压紧在鼓轮的外圆表面，以此给受试机轮加载，直至液压加载系统检测到的载荷为250KN；

步骤4，通过增大液压泵的斜盘角度，使变频发电机工作频率增大至60HZ；增大变频发电机的励磁电流；通过变频发电机所增加的励磁电流增大该变频发电机的阻力矩，使作用在机轮上的阻力矩达到16.25KNm；

步骤5，记录阻力矩为16.25KNm状态下的鼓轮滚转里程，直到满足对受试机轮的滚转里程要求。

本发明通过第一逆变器输出交流变频电源控制交流变频电机的转速，电机带动钢制鼓轮转动，受试机轮、增速器和液压泵固定在加载托架上，试验时加载托架移动把受试机轮压在鼓轮上，并控制受试机轮所受到的径向载荷。转动的鼓轮与受试机轮的轮胎产生摩擦从而拖动受试机轮转动，简化的机轮疲劳寿命试验就是利用这种设备对机轮进行滚转试验，根据施加在机轮上的载荷谱和实际滚转里程对机轮的疲劳寿命进行评估。

本发明所说的航空机轮疲劳阻力加载试验是要在机轮的转动过程中模拟刹车装置的刹车阻力，更全面地反映机轮的工况，以对其寿命进行更准确的评估。为此在机轮的型腔内设置一个扭力筒，机轮凸起的导轨与扭力筒的凹槽相配合，当机轮转动时导轨带动扭力筒转动，使机轮受到一个类似于刹车力矩的阻力矩，力矩传感器的一端与扭力筒通过法兰连接，力矩传感器的另一端与传动齿轮通过法兰连接，机轮速度通过传动齿轮和增速器的两级加速，再驱动液压泵；而液压泵、软管、液压马达和散热器构成一个液压的闭环系统，液压泵输出的液压功率通过软管传送给地面的液压马达，液压马达的出口油液经散热器冷却后再由软管把油液送回到液压泵的进油口，这个闭环的液压系统由液压泵将机械能转化为液压能，再由液压马达将液压能转化为机械能，软管的连接使加载托架在移动加载过程中能不受结构刚性的约束，并减轻加载托架的自重和负载；液压马达驱动变频发电机发电，把机械能转化为电能，在变频发电机受到的拖动力矩确定的情况下，它输出的电功率与其转速呈正比。输出的电能经过发电逆变单元转化为直流电送到整流单元的输出端，整流单元把电网送来的交流电变成直流电与发电逆变单元送来的直流电一起给第一逆变器供电，用以驱动鼓轮。变频发电机工作在恒力矩模式，力矩的大小通过控制器改变施加在变频发电机励磁绕组上的励磁电流实现连续可调，调节力矩的大小使由力矩传感器检测到的作用在机轮导轨上的阻力矩与规定的试验技术要求值相同，实现对刹车阻力矩的闭环控制；同时通过控制器改变液压泵的斜盘角度来改变液压泵的输出流量，对应调整变频发电机的工作频率，使变频发电机始终处于有效工作频率范围内。

本发明利用一套传动机构把所需阻力矩施加在机轮导轨上，代替刹车装置中的刹车盘相互摩擦产生的作用在机轮导轨上的刹车力矩。

本发明能够在机轮的转动过程中模拟刹车装置的刹车阻力，更全面地反映机轮的工况，以对其寿命进行更准确的评估。

利用本发明进行机轮疲劳阻力加载试验时无需安装刹车装置，节省了刹车装置，在机轮寿命评估中不必进行刹车装置的磨损试验。其次由于不受刹车装置所能承受的刹车热库所限，因此试验可以持续进行。其三在于充分利用了要求施加的阻力功率，并转换为电能再输送给供电系统，用于驱动鼓轮，可以大幅度降低功率损耗，并缓解了散热问题。

附图说明

图1是航空机轮疲劳阻力加载试验台的结构示意图，其中图1a是主视图，图1b是图1a中的A向视图；

图2是受试机轮安装结构图；

图3是受试机轮的结构示意图，其中图3a是主视图，图3b是侧视图；

图4是扭力筒的结构示意图，其中图4a是主视图，图4b是侧视图；

图5是力矩传感器的结构示意图，其中图5a是主视图，图5b是侧视图；

图6是传动齿轮的结构示意图，其中图6a是主视图，图6b是侧视图。图中：

1.第一逆变器  2.交流变频电机  3.鼓轮     4.受试机轮     5.扭力筒

6.力矩传感器  7.传动齿轮     8.增速器    9.加载托架     10.液压泵

11.软管       12.散热器     13.液压马达  14.变频发电机 15.发电逆变单元

16.整流单元   17.悬臂轴

具体实施方式

本实施例是一种航空机轮疲劳阻力加载试验台。

本实施例中，受试的机轮试验参数为：机轮加载的径向载荷为250KN；阻力载荷为32.5KN。机轮的直径为1030mm。机轮受径向载荷后的滚动半径为0.5M，则计算可得机轮要求的阻力矩为：32.5×0.5＝16.25KNm。

本实施例包括第一逆变器1、交流变频电机2、鼓轮3、受试机轮4、扭力筒5、力矩传感器6、传动齿轮7、加载托架8、增速器9、液压泵10、软管11、散热器12、液压马达13、变频发电机14、发电逆变单元15和整流单元16。

在加载托架8的一侧表面固定有悬臂轴17，从该悬臂轴的根部至端部依次套装有传动齿轮7、力矩传感器6、扭力筒5和机轮。在机轮一侧有鼓轮3。该鼓轮中心的高度与套装在悬臂轴上的机轮的中心位于同一水平面，并且所述鼓轮的圆周表面与所述机轮轮胎的圆周表面相贴合。鼓轮通过键固定安装在减速器的输出轴上，并通过支架固定在地面。减速器安装在电机的输出轴上。电机的电源线与第一逆变器的输出端子连接。

加载托架8一端的连杆与液压加载系统的活塞杆刚性连接。本实施例所述的液压加载系统采用现有试验台的液压加载系统。

套装在悬臂轴17上的传动齿轮7与增速器9的输入轴啮合；所述增速器9的输出轴与液压泵10的输入轴通过花键固定连接。液压泵10的液压油出口通过软管11与位于地面的液压马达13的油液入口连通。液压马达的油液出口通过导管与散热器12的油液入口连通；散热器12的油液出口通过导管与液压泵10的液压油入口连通，形成了封闭的液压系统。散热器12冷却水入口与冷却水循环系统的出口连通，散热器冷却水出口与冷却水循环系统入口连通。液压马达13的输出轴通过花键与变频发电机14的输入轴连接。变频发电机的输出电源通过导线与第二逆变器15的输出端子连接。

第二逆变器15和第一逆变器1均通过直流母线与电源中的整流单元连接。

所述的传动齿轮7通过轴承套装在加载托架的悬臂轴17上；力矩传感器6位于该传动齿轮一侧，并且通过法兰与该传动齿轮固连，力矩传感器6的另一侧表面亦通过法兰与扭力筒5固连。扭力筒5位于受试机轮4的轮腔内，并且该扭力筒外圆表面的机轮驱动槽与机轮导轨相配合。所述的传动齿轮7、力矩传感器6、扭力筒5与悬臂轴17之间均为间隙配合；受试机轮4与悬臂轴17之间通过轴承配合。

所述的扭力筒5为圆形壳体，其内孔的孔径大于悬臂轴的外径。所述扭力筒5一端有端盖，另一端为敞口。在所述端盖中心有悬臂轴的过孔，并且在所述端盖上均布有多个与力矩传感器法兰连接的连接孔；所述连接孔环绕该端盖中心的悬臂轴的过孔分布。扭力筒的外圆周表面均布有多个机轮驱动槽。所述机轮驱动槽与受试机轮4内导轨配合。所述机轮驱动槽的宽度中心线与扭力筒的中心线平行。

鼓轮采用现有技术，本实施例中，鼓轮周长为7m，滚转速度为10Km/H；

本实施例中，所述的第一逆变器、第二逆变器、驱动电机、发电机、散热器、增速器、力矩传感器和液压泵均采用现有技术。整流单元输出电压为400VDC。第一逆变器和第二逆变器的输出电压为400VDC，变频范围为0～50HZ。驱动电机功率为200KW。增速器的传动比为15∶1；传动效率为90％；传动功率为100KW。液压泵转速为200～2000r/min；排量为355ml/r；斜盘最大角度：20°。液压马达功率为90KW；流量为700L/min。变频发电机功率为100KW；阻力矩为0～300KNm。

本实施例中，第一逆变器输出交流变频电源控制交流变频电机的转速，通过交流变频电机带动钢制鼓轮3转动。受试的机轮4、增速器9和液压泵10固定在加载托架8上。试验时加载托架8移动把机轮4压在鼓轮3上，并控制机轮所受到的径向载荷。转动的鼓轮3与机轮4的轮胎产生摩擦从而拖动机轮4转动。机轮疲劳寿命试验就是利用该方法对机轮进行滚转试验，根据施加在机轮上的载荷谱和实际滚转里程对机轮的疲劳寿命进行评估。

本发明在机轮的型腔内设置一个扭力筒5，机轮凸起的导轨与扭力筒5的机轮驱动槽相配合，当机轮4转动时导轨带动扭力筒5转动，使机轮受到一个类似于刹车力矩的阻力矩。扭力筒5与力矩传感器6通过法兰连接，把机轮速度通过传动齿轮7和增速器9加速，再驱动液压泵10。而液压泵10、软管11、液压马达13和散热器12构成一个液压的闭环系统，液压泵输出的液压功率通过软管11传送给地面的液压马达13，液压马达13的出口油液经散热器12冷却后再由软管11把油液送回到液压泵10的进油口，这个闭环的液压系统由液压泵将机械能转化为液压能，再由液压马达将液压能转化为机械能，软管11的连接使加载托架8在移动加载过程中能不受结构刚性的约束，并减轻加载托架8的自重和负载；液压马达13驱动变频发电机14发电，把机械能转化为电能，在变频发电机14受到的拖动力矩确定的情况下，它输出的电功率与其转速呈正比。输出的电能经过发电逆变单元15转化为直流电送到整流单元16的输出端，整流单元16把电网送来的交流电变成直流电与发电逆变单元15送来的直流电一起给第一逆变器供电，用以驱动鼓轮。变频发电机14工作在恒力矩模式，力矩的大小通过控制器改变施加在变频发电机励磁绕组上的励磁电流实现连续可调，调节力矩的大小使由力矩传感器5检测到的作用在机轮导轨上的阻力矩与试验大纲规定的技术要求值相同，实现对刹车阻力矩的闭环控制；同时通过控制器改变液压泵10的斜盘角度来改变液压泵的输出流量，对应调整变频发电机的工作频率，使变频发电机14始终处于有效工作频率范围内。

本实施例还提出了一种机轮疲劳阻力加载试验的方法，具体过程是：

步骤1，在机轮与鼓轮分离状态，采用常规方法，调整驱动液压泵10的斜盘至3.5度，并使变频发电机13励磁电流恒为0.2A。

步骤2，启动鼓轮3，通过第一逆变器改变电源的输出频率，将鼓轮的滚转速度调节至10Km/H，并保持该滚转速度。

步骤3，通过液压加载系统移动托架8，使受试机轮4的轮胎外圆表面与鼓轮3的外圆表面贴合。进一步移动托架8使受试机轮4的轮胎外圆表面压紧在鼓轮3的外圆表面，以此给受试机轮4加载，直至液压加载系统检测到的载荷为250KN。

步骤4，通过增大液压泵10的斜盘角度，使变频发电机14工作频率增大至60HZ。增大变频发电机13的励磁电流。通过变频发电机13所增加的励磁电流增大该变频发电机的阻力矩，使作用在机轮上的阻力矩达到16.25KNm。所述作用在机轮上的阻力矩通过力矩传感器5检测得到。

步骤5，记录阻力矩为16.25KNm状态下的鼓轮滚转里程，直到满足对受试机轮的滚转里程要求。

Claims (3)

1.一种航空机轮疲劳阻力加载试验台，其特征在于，包括第一逆变器、交流变频电机、鼓轮、受试机轮、扭力筒、力矩传感器、传动齿轮、加载托架、增速器、液压泵、软管、散热器、液压马达、变频发电机、第二逆变器和整流单元；其中：

a.在加载托架的一侧表面固定有悬臂轴，从该悬臂轴的根部至端部依次套装有传动齿轮、力矩传感器、扭力筒和受试机轮，并且所述的传动齿轮、力矩传感器、扭力筒与悬臂轴之间均为间隙配合，受试机轮与悬臂轴之间通过轴承配合；在受试机轮一侧有鼓轮；该鼓轮中心的高度与套装在悬臂轴上的受试机轮的中心位于同一水平面，并且所述鼓轮的圆周表面与所述受试机轮轮胎的圆周表面相贴合；鼓轮固定安装在减速器的输出轴上；减速器安装在电机的输出轴上；交流变频电机的电源线与第一逆变器的输出端子连接；

b.套装在悬臂轴上的传动齿轮与增速器的输入轴啮合；所述增速器的输出轴与液压泵的输入轴固连；液压泵的液压油出口与液压马达的油液入口连通；液压马达的油液出口与散热器的油液入口连通；散热器的油液出口与液压泵的液压油入口连通；液压马达的输出轴与变频发电机的输入轴连接；变频发电机的输出电源通过导线与第二逆变器的输出端子连接；

c.力矩传感器的两端端面分别与传动齿轮和扭力筒固连；扭力筒位于受试机轮的轮腔内，并且该扭力筒外圆表面的受试机轮驱动槽与机轮导轨相配合。

2.如权利要求1所述一种航空机轮疲劳阻力加载试验台，其特征在于，扭力筒的外圆周表面均布有多个受试机轮驱动槽；所述受试机轮驱动槽与受试机轮内机轮导轨配合；所述受试机轮驱动槽的宽度中心线与扭力筒的中心线平行。

3.一种利用权利要求1所述航空机轮疲劳阻力加载试验台的试验方法，其特征在于，具体过程是:

步骤1，在受试机轮与鼓轮分离状态，调整驱动液压泵的斜盘至3.5度，并使变频发电机的励磁电流恒为0.2A；

步骤2，启动鼓轮，通过第一逆变器改变电源的输出频率，将鼓轮的滚转速度调节至10Km/H，并保持该滚转速度；

步骤3，通过液压加载系统移动加载托架，使受试机轮的轮胎外圆表面与鼓轮的外圆表面贴合；进一步移动加载托架使受试机轮的轮胎外圆表面压紧在鼓轮的外圆表面，以此给受试机轮加载，直至液压加载系统检测到的载荷为250KN；

步骤4，通过增大液压泵的斜盘角度，使变频发电机工作频率增大至60HZ；增大变频发电机的励磁电流；通过变频发电机所增加的励磁电流增大该变频发电机的阻力矩，使作用在受试机轮上的阻力矩达到16.25KNm；

步骤5，记录阻力矩为16.25KNm状态下的鼓轮滚转里程，直到满足对受试机轮的滚转里程要求。

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