CN106124196B - 一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法，包括步骤：1)建立齿轮箱拖动试验台；2)采集低、高速轴的应变测试值；3)标定实验；4)建立载荷与应变值坐标系；5)测试传动链效率；6)建立齿轮箱传动效率公式。本发明采用了全新的齿轮箱试验测试方案，适用于具备行星齿轮系的齿轮箱，基于纯机械应变的测试，直接测试计算齿轮箱传动效率，本测试无需考虑贴片位置结构或者材料参数，并且无需考虑拖动电机的效率等外部因素对测试精度所造成的影响，测试实施方便快捷，分析方法简单直接，结果准确有效。

Description

一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组齿轮箱传动链效率实验测试的技术领域，尤其是指一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法。

背景技术

业内习知，齿轮箱传动链的传动效率直接影响风力发电机组发电效率及控制的优化，常规的齿轮箱效率测试多采用背靠背的一对齿轮箱，低速轴通过联轴器连接在一起，一个输入电动机带动陪试齿轮箱高速轴，然后另外一台测试齿轮箱带动一台输出发电机发电，通过计算输入电动机和输出发电机的电功率的变化，来计算发电机效率，但此种测试方式夹杂了两台发电机的本身效率问题，降低了测试精度。另外一种通过测量低速和高速轴应变，利用机械结构和材料参数计算低高速轴的转矩，进而根据对应的转速计算低高速轴的机械功率差，最终得到齿轮箱传递效率，但这种方法存在应变传感器粘贴条件、材料系数偏差、机械结构尺寸加工偏差、转速测试误差等一系列问题，使得最终测试结果难以准确的反映实际齿轮箱效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法，该测试方法实施方便快捷，分析简单直接，结果准确有效。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法，需采用陪试齿轮箱和拖动电机来与测试齿轮箱一起进行实验测试，包括以下步骤：

1)建立齿轮箱拖动试验台

将陪试齿轮箱和测试齿轮箱的低速轴使用联轴器固结在一起，将陪试齿轮箱和测试齿轮箱的高速轴使用联轴器固结在一起，其中要求陪试齿轮箱刚性连接到试验台底座上，测试齿轮箱采用弹性支撑连接到试验台底座上，在陪试齿轮箱高速轴上使用拖动电机拖动齿轮箱旋转，为整个传动系统提供所需的旋转速度和能量补充，从而建立起齿轮箱拖动试验台；

2)采集低、高速轴的应变测试值

采用应变测试设备采集低速轴上预设应变点和高速轴上预设应变点的应变值，其中测得的低速轴应变测试值为ε₁，高速轴应变测试值为ε₂；

3)标定实验

在测试效率前，首先要进行标定实验，具体是：拖动电机保持不动，传动链转速为0，在测试齿轮箱的外壳上附加扭转载荷，附加的外部载荷为M0，此时等效的在传动链上低速轴加载一个扭矩M1，在高速轴等效加载一个扭矩M2，其中ω₁为齿轮箱低速轴旋转角速度，ω₂为齿轮箱高速轴旋转角速度，N为陪试齿轮箱和测试齿轮箱传动比，载荷采用阶段性加载的方式，载荷范围包含齿轮箱实际运行工况下受载范围，此时便能够在低速轴和高速轴的应变点上同时读取到应变值ε₁和ε₂；由于整个标定过程，传动链转速为0，传动链上无能量消耗，因此传动链模拟加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂能够建立起线性关系，即M1＝aε₁+b和M2＝cε₂+d，其中a、b为测试齿轮箱外加力矩M1与低速轴测试应变值ε₁的关系系数，c、d为测试齿轮箱外加力矩M2与高速轴应变测试值ε₂的关系系数；

4)建立载荷与应变值坐标系

标定完成后，建立起加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂的线性关系，其中以aε₁+b为横坐标，以cε₂+d为纵坐标，所绘制的是一条过原点的斜线，斜率为1/N；

5)测试传动链效率

在测试传动链效率时，通过调节拖动电机的转速，模拟齿轮箱所需运动转速工况，通过调节外部载荷M0，为传动链模拟加入扭转载荷，当工况稳定后，便能够读取到低速轴上预设应变点和高速轴上预设应变点所对应的应变值ε_t1和ε_t2，同样以Mt1＝aε_t1+b为横坐标，以Mt2＝aε_t2+d为纵坐标，将所测试工况值绘制到步骤4)建立的坐标系中，其中Mt1为测试时低速轴扭转力矩，Mt2为测试时高速轴扭转力矩，由于齿轮箱传动链存在损耗，则若没有损耗时，则低速轴扭转力矩Mt1所对应的高速轴扭矩应为M2；

6)建立齿轮箱传动效率公式

在特定转速和扭转载荷下，齿轮箱传动效率γ应为：

由上式可知，传动链效率只与应变值有关，通过上述计算公式，能够将测试齿轮箱在不同转速下、不同扭转载荷下的传动链效率都测试计算出来，从而得到齿轮箱传动链在各工况下的传动效率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明方法为纯机械效率测试，避开了使用电动机和发电机转换过程中存在的效率计算误差；

2、本发明方法无需考虑测试安装位置的结构尺寸、材料属性，避免了由于结构尺寸或者材料属性误差造成的测试分析误差。

3、本发明方法的效率计算采用的是自比较计算，避免了外部因素的影响所产生的误差，分析算法简单准确。

附图说明

图1为本发明的齿轮箱拖动试验台的主视图。

图2为本发明的齿轮箱拖动试验台的侧视图。

图3为本发明的载荷与应变值坐标系。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的风机齿轮箱传动链效率实验测试方法，适用于具备行星齿轮系的齿轮箱，需要采用陪试齿轮箱和拖动电机来与测试齿轮箱一起进行实验测试，具体情况如下：

1)建立齿轮箱拖动试验台

如图1所示，将陪试齿轮箱3和测试齿轮箱7的低速轴使用联轴器固结在一起，将陪试齿轮箱3和测试齿轮箱7的高速轴使用联轴器固结在一起，其中要求陪试齿轮箱3采用刚性连接(如图1所示的“2”)固定在试验台底座上，测试齿轮箱7采用弹性支撑10连接到试验台底座上，在陪试齿轮箱高速轴上使用拖动电机1拖动齿轮箱旋转，为整个传动系统提供所需的旋转速度和能量补充，从而建立起齿轮箱拖动试验台。

2)采集低、高速轴的应变测试值

采用应变测试设备采集低速轴5上预设应变点4和高速轴9上预设应变点6的应变值，其中，应变的测试可以采用惠思顿桥的方式或者其它测量扭转应变的方法，测得的低速轴应变测试值为ε₁，高速轴应变测试值为ε₂。

3)标定实验

在测试效率前，首先要进行标定实验，具体是：拖动电机1保持不动，传动链转速为0，在测试齿轮箱7的外壳上附加扭转载荷(如图2所示的“8”)，附加的外部载荷为M0，此时等效的在传动链上低速轴加载了一个扭矩M1，在高速轴等效加载了一个扭矩M2，其中ω₁为齿轮箱低速轴旋转角速度，ω₂为齿轮箱高速轴旋转角速度，N为陪试齿轮箱和测试齿轮箱传动比，载荷采用阶段性加载的方式，载荷范围尽量包含齿轮箱实际运行工况下受载范围，此时便能够在低速轴和高速轴的应变点上同时读取到应变值ε₁和ε₂；由于整个标定过程，传动链转速为0，传动链上无能量消耗，因此传动链模拟加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂能够建立起线性关系，即M1＝aε₁+b和M2＝cε₂+d，其中a、b为测试齿轮箱外加力矩M1与低速轴测试应变值ε₁的关系系数，c、d为测试齿轮箱外加力矩M2与高速轴应变测试值ε₂的关系系数。

4)建立载荷与应变值坐标系

标定完成后，便可以建立起如图3所示的加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂的线性关系，其中以aε₁+b为横坐标，以cε₂+d为纵坐标，所绘制的是一条过原点的斜线，斜率为1/N。

5)测试传动链效率

在测试传动链效率时，通过调节拖动电机的转速，模拟齿轮箱所需运动转速工况，通过调节外部载荷M0，为传动链模拟加入扭转载荷，当工况稳定后，便能够读取到低速轴上预设应变点4和高速轴上预设应变点6所对应的应变值ε_t1和ε_t2，同样以Mt1＝aε_t1+b为横坐标，以Mt2＝aε_t2+d为纵坐标，将所测试工况值绘制到图3所示的坐标系中，其中Mt1为测试时低速轴扭转力矩，Mt2为测试时高速轴扭转力矩，由于齿轮箱传动链存在损耗，则若没有损耗时，则低速轴扭转力矩Mt1所对应的高速轴扭矩应为图3所示的M2。

6)建立齿轮箱传动效率公式

在特定转速和扭转载荷下，齿轮箱传动效率γ应为：

由上式可以发现，传动链效率只与应变值有关，通过上述计算公式，能够将测试齿轮箱在不同转速下、不同扭转载荷下的传动链效率都测试计算出来，从而得到齿轮箱传动链在各工况下的传动效率。

综上所述，相比于传统的齿轮箱效率测试方法，本发明采用了全新的齿轮箱试验测试方案，基于纯机械应变的测试，直接测试计算出齿轮箱传动效率，无需考虑贴片位置结构或者材料参数，并且无需考虑拖动电机的效率等外部因素对测试精度所造成的影响，具有测试实施方便快捷、分析简单直接、结果准确有效等优点，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种风机齿轮箱传动链效率实验测试方法，其特征在于，需采用陪试齿轮箱和拖动电机来与测试齿轮箱一起进行实验测试，包括以下步骤：

1)建立齿轮箱拖动试验台

将陪试齿轮箱和测试齿轮箱的低速轴使用联轴器固结在一起，将陪试齿轮箱和测试齿轮箱的高速轴使用联轴器固结在一起，其中要求陪试齿轮箱刚性连接到试验台底座上，测试齿轮箱采用弹性支撑连接到试验台底座上，在陪试齿轮箱高速轴上使用拖动电机拖动齿轮箱旋转，为整个传动系统提供所需的旋转速度和能量补充，从而建立起齿轮箱拖动试验台；

2)采集低、高速轴的应变测试值

采用应变测试设备采集低速轴上预设应变点和高速轴上预设应变点的应变值，其中测得的低速轴应变测试值为ε₁，高速轴应变测试值为ε₂；

3)标定实验

在测试效率前，首先要进行标定实验，具体是：拖动电机保持不动，传动链转速为0，在测试齿轮箱的外壳上附加扭转载荷，附加的外部载荷为M0，此时等效的在传动链上低速轴加载一个扭矩M1，在高速轴等效加载一个扭矩M2，其中ω₁为齿轮箱低速轴旋转角速度，ω₂为齿轮箱高速轴旋转角速度，N为陪试齿轮箱和测试齿轮箱传动比，载荷采用阶段性加载的方式，载荷范围包含齿轮箱实际运行工况下受载范围，此时便能够在低速轴和高速轴的应变点上同时读取到应变值ε₁和ε₂；由于整个标定过程，传动链转速为0，传动链上无能量消耗，因此传动链模拟加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂能够建立起线性关系，即M1＝aε₁+b和M2＝cε₂+d，其中a、b为测试齿轮箱外加力矩M1与低速轴测试应变值ε₁的关系系数，c、d为测试齿轮箱外加力矩M2与高速轴应变测试值ε₂的关系系数；

4)建立载荷与应变值坐标系

标定完成后，建立起加载载荷M1和M2与应变值ε₁和ε₂的线性关系，其中以aε₁+b为横坐标，以cε₂+d为纵坐标，所绘制的是一条过原点的斜线，斜率为1/N；

5)测试传动链效率

在测试传动链效率时，通过调节拖动电机的转速，模拟齿轮箱所需运动转速工况，通过调节外部载荷M0，为传动链模拟加入扭转载荷，当工况稳定后，便能够读取到低速轴上预设应变点和高速轴上预设应变点所对应的应变值ε_t1和ε_t2，同样以Mt1＝aε_t1+b为横坐标，以Mt2＝aε_t2+d为纵坐标，将所测试工况值绘制到步骤4)建立的坐标系中，其中Mt1为测试时低速轴扭转力矩，Mt2为测试时高速轴扭转力矩，由于齿轮箱传动链存在损耗，则若没有损耗时，则低速轴扭转力矩Mt1所对应的高速轴扭矩应为M2；

6)建立齿轮箱传动效率公式

在特定转速和扭转载荷下，齿轮箱传动效率γ应为：

由上式可知，传动链效率只与应变值有关，通过上述计算公式，能够将测试齿轮箱在不同转速下、不同扭转载荷下的传动链效率都测试计算出来，从而得到齿轮箱传动链在各工况下的传动效率。