CN107764545A - 电回馈的直升机主减速器综合试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电回馈的直升机主减速器综合试验台，包括驱动电机模块等，驱动变频电动机通过第一增速箱、联轴器带动输入轴转动，输入轴与被试件主减速器的输入口联接，被试验件主减速器的输出轴与模拟主旋翼轴向力、径向力、弯矩的附加力加载模块通过推力轴承联接，在附加力加载模块的中心位置处，主减速器输出轴与上部轴系的下端联接以传递扭矩和转速，而上部轴系上端安装于第二增速箱的垂向输入口，第二增速箱的输出口通过输出轴与加载变频电机相连，加载变频电机作为发电机，在输入轴的带动下发电。本发明因采用电回馈技术而节能环保，同时因对被试验件主减速器的减速比没有要求。

Description

电回馈的直升机主减速器综合试验台

技术领域

本发明涉及直升机主减速器试验技术，具体地，涉及一种电回馈的直升机主减速器综合试验台。

背景技术

直升机主减速器作为直升机的三大动部件之一，在实际的工作环境中承受着由桨毂中心传递过来复杂多变的动态载荷。为了保证主减速器安全可靠运行，需要明确主减速器在给定工况下的运行性能，在超扭矩、超转速下以及干运转下的疲劳寿命等。由于直升机主减速器结构复杂，各部件材料成分与工艺不一致，且目前可靠性与疲劳寿命的预测理论有限，无法对直升机主减速器在复杂工况下的可靠性进行有效预测，因此试验成为了确定主减速器可靠性的重要方式，而能否真实地模拟其桨毂中心的载荷，对试验结果有效性、可信度起着至关重要的作用。目前同类产品试验装置多采用机械封闭系统，因机械封闭式具有固定的传动比，一个试验台只能对某种型号的主减速器进行试验，结构异常复杂，不具有通用性、灵活性。

通过对现有技术的文献检索发现，近年来，关于直升机主减速器相类似的专利鲜有发表，与本发明申请有关的公开资料主要包括：文献一，基于EM-KF算法的直升机主减速器剩余寿命预测方法(《航空动力学报2015年2月》)。文献二，一种基于液压加载的直升机主减速器旋翼加载装置(专利号公开号为CN205593747U)。

文献已基于滤波和期望最大化算法提出一种直升机主减速器剩余寿命预测方法，该方法可以根据不断更新振动信号特征值迅速且有效地估计出模型参数，进而预测不同运行时间主减速器的剩余寿命分布，最后对主减速器试验数据进行了案例分析，结果表明该方法能够有效估计主减速器的剩余寿命分布。文献二属于直升机主减速器液压模拟加载装置，但仅可在轴系保持静止时实施加载功能，并不能实现模拟旋翼轴系旋转时的加载功能，与本发明在功能、原理、装置结构、装置性能以及应用范围等方面均存在较大差异。根据以上查新结果分析，已公开发表的文献和专利与本发明均有较大差异。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电回馈的直升机主减速器综合试验台，其节能环保、技术先进、实用性强、应用广泛，能够为不同型号的直升机主减速器的齿轮印痕调整试验、性能试验(含超扭矩、超转速)、超功率试验、疲劳试验和干运转试验等提供有效试验平台。

根据本发明的一个方面，提供一种电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台包括驱动电机、第一增速箱、联轴器、输入轴扭矩传感器、输入轴、附加力加载装置、第二增速箱、输出轴扭矩传感器、加载变频电机、逆变器、直流母线，驱动电机通过第一增速箱、联轴器带动输入轴转动，输入轴与一个被试验件主减速箱的输入口联接，被试验件主减速器的输出轴轴端通过至少一个推力轴承安装于附加力加载装置的中心位置，同时输出轴与一个上部轴系的下端联接以传递扭矩和转速，而上部轴系上端安装于第二增速箱的垂向输入口，第二增速箱的输出口通过输出轴与加载变频电机相连，加载变频电机作为发电机，在输入轴的带动下发电，产生的电能通过直流母线回馈到系统供驱动电机使用，输入轴扭矩传感器、输出轴扭矩传感器及编码器分别安装于输入轴和输出轴上，实时监测轴所承受的扭矩和转速。

优选地，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用模块化设计，主要包括驱动电机模块、加载变频电机模块、附加力加载模块、测控系统模块和基础安装模块，充分利用试验安装台、驱动电机、加载变频电机传感器、夹具的资源，通过调节驱动电机和加载变频电机的转速及扭矩，形成不同的组合演变，在同一试验台上实现不同型号主减速器的性能试验。

优选地，所述附加力加载装置包括基座、第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器、加载盘、推力轴承，第一液压作动器上端、第二液压作动器上端、第三液压作动器上端、第四液压作动器上端分别通过一个旋转接头与基座连接，第一液压作动器下端、第二液压作动器下端、第三液压作动器下端、第四液压作动器下端分别通过一个旋转接头与加载盘四支臂固定，第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动分别与加载盘之间存在可调节的角度，且以相同的力臂对称于一个被试件主减速器输出轴中心轴线，主减速器输出轴上端与加载盘通过推力轴承联接，通过第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器相位协调加载，对被试验件主减速器输出轴产生轴向力、绕轴轴线的径向力和弯矩。

优选地，所述驱动电机和加载变频电机配合工作可在主减速器输出轴上产生扭矩，而输出轴上的扭矩载荷又会传递至被试验件主减速器，同时扭矩传感器实时监测输入轴和输出轴所承受的扭矩和转速，通过调节加载变频电机功率实现对被试验件主减速器承受扭矩的实时定量调节。

优选地，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用电封闭形式，输入能量由加载变频电机发电通过逆变驱动单元回馈至直流母线，联接驱动电机的逆变驱动单元通过直流母线取得电能，电能不足部分由整流单元从电网补充整流后输入直流母线，这样形成一个电闭环结构，具有节能环保功能。

优选地，所述驱动电机的一个动力传动轴与被试件主减速器安装平台间的角度可调，该设计可适应不同的被试件主减速器输入轴、输出轴夹角，模拟直升机内主减速器的不同安装角度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明完成了对直升机主减速器试验件施加指定传递扭矩、轴向力、径向力和弯矩动态载荷的考核，真实模拟了航行工况下直升机主减速器动态载荷环境，拥有完整的设计方案和可靠的实物装置，并经过了实际工程中长时间、大载荷的运行测试，测试结果表明：使用本综合试验台开展直升机主减速器动态载荷模拟加载时，转速可达到直升机实际工作要求且载荷准确可靠，同时本试验台节能环保，具有广阔的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明电回馈的直升机主减速器综合试验台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明电回馈的直升机主减速器综合试验台包括驱动电机1、第一增速箱2、联轴器3、输入轴扭矩传感器4、输入轴5、附加力加载装置7、第二增速箱8、输出轴扭矩传感器9、加载变频电机10、输出轴11、逆变器12、直流母线13，驱动电动机通过第一增速箱、联轴器带动输入轴转动，输入轴与一个被试验件主减速器6的输入口联接，被试验件主减速器的输出轴(主旋翼轴)轴端通过至少一个推力轴承安装于附加力加载装置的中心位置，同时输出轴与一个上部轴系的下端联接以传递扭矩和转速，而上部轴系上端安装于第二增速箱的垂向输入口，第二增速箱的输出口通过输出轴11与加载变频电机相连，加载变频电机作为发电机，在输入轴的带动下发电，产生的电能经逆变器12回馈至直流母线13供驱动电机使用，输入轴扭矩传感器4、输出轴扭矩传感器9及编码器分别安装于输入轴5和输出轴上，实时监测轴所承受的扭矩和转速。

附加力加载装置包括基座、第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器、加载盘、推力轴承，第一液压作动器上端、第二液压作动器上端、第三液压作动器上端、第四液压作动器上端分别通过一个旋转接头与基座连接，第一液压作动器下端、第二液压作动器下端、第三液压作动器下端、第四液压作动器下端分别通过一个旋转接头与加载盘四支臂固定，第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动分别与加载盘之间存在可调节的角度，且以相同的力臂对称于一个被试件主减速器输出轴中心轴线，主减速器输出轴上端与加载盘通过推力轴承联接，通过第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器相位协调加载，对被试验件主减速器输出轴产生轴向力、绕轴轴线的径向力和弯矩。

所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用模块化设计，主要包括驱动电机模块、加载变频电机模块(扭矩加载)、附加力加载模块(主旋翼轴向力、径向力和弯矩加载)、测控系统模块和基础安装模块，充分利用试验安装台、驱动电机、加载变频电机传感器、夹具的资源，可通过调节驱动电机和加载变频电机的转速及扭矩，形成不同的组合演变，在同一试验台上实现不同型号主减速器的性能试验。

所述驱动电机和加载变频电机配合工作可在主减速器输出轴上产生扭矩，而输出轴上的扭矩载荷又会传递至被试验件主减速器，同时扭矩传感器实时监测输入轴和输出轴所承受的扭矩和转速，通过调节加载变频电机功率实现对被试验件主减速器承受扭矩的实时定量调节。

所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用电封闭形式，输入能量由加载变频电机发电通过逆变驱动单元回馈至直流母线(回馈效率不低于90％)，联接驱动电机的逆变驱动单元通过直流母线取得电能，电能不足部分由整流单元从电网补充整流后输入直流母线，这样形成一个电闭环结构，具有节能环保功能。

测试时，驱动电机带动传动轴、主减速器内部齿轮和主减速器输出轴系旋转，调节驱动电机可模拟旋翼不同转速，而调节加载变频电机功率可实现对主减速器试验件承受扭矩的实时定量调节，调节第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器成90°相位协调加载，使其产生绕轴轴线旋转的径向力和弯矩载荷，从而为直升机被试验件主减速器施加指定的传递扭矩、轴向力、径向力和弯矩，真实模拟航行工况下直升机主减速器动态载荷环境，而且加载变频电机能将旋转机械能转化为电能通过逆变驱动单元回馈至直流母线，该电能回收后可供首端驱动电机使用，可为综合试验台节约90％的电能。其中，主减速器被试验件可拆卸更换，以适应不同型号的直升机主减速器。驱动电机的一个动力传动轴与被试件主减速器安装平台间的角度可调(水平角度±5°)，可适应不同的被试件主减速器输入、输出轴夹角，模拟直升机内主减速器的不同安装角度。驱动电机和加载变频电机配合工作可在主减速器输出轴上产生扭矩，而输出轴上的扭矩载荷又会传递至被试件主减速器，同时扭矩传感器实时监测输入轴和输出轴所承受的扭矩和转速，通过调节加载变频电机功率可实现对被试件主减速器承受扭矩的实时定量调节。采用电封闭形式的综合试验台，其输入能量由加载变频电机发电通过逆变驱动单元回馈至直流母线(回馈效率不低于90％)，联接驱动电机的逆变驱动单元通过直流母线取得电能，电能不足部分由整流单元从电网补充整流后输入直流母线，这样形成一个电闭环结构，具有节能环保功能。

本发明因采用电回馈技术而节能环保，同时因对被试验件主减速器的减速比没有要求，能够开展不同型号的直升机主减速器的齿轮印痕调整试验、性能试验(含超扭矩、超转速)、超功率试验、疲劳试验和干运转试验，还能满足变速箱量产时出厂检验试车需要，具有节能环保、技术先进、实用性强、应用广泛等优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台包括驱动电机、第一增速箱、联轴器、输入轴扭矩传感器、输入轴、附加力加载装置、第二增速箱、输出轴扭矩传感器、加载变频电机、逆变器、直流母线，驱动电机通过第一增速箱、联轴器带动输入轴转动，输入轴与一个被试验件主减速箱的输入口联接，被试验件主减速器的输出轴轴端通过至少一个推力轴承安装于附加力加载装置的中心位置，同时输出轴与一个上部轴系的下端联接以传递扭矩和转速，而上部轴系上端安装于第二增速箱的垂向输入口，第二增速箱的输出口通过输出轴与加载变频电机相连，加载变频电机作为发电机，在输入轴的带动下发电，产生的电能通过直流母线回馈到系统供驱动电机使用，输入轴扭矩传感器、输出轴扭矩传感器及编码器分别安装于输入轴和输出轴上，实时监测轴所承受的扭矩和转速。

2.根据权利要求1所述的电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用模块化设计，主要包括驱动电机模块、加载变频电机模块、附加力加载模块、测控系统模块和基础安装模块，充分利用试验安装台、驱动电机、加载变频电机传感器、夹具的资源，通过调节驱动电机和加载变频电机的转速及扭矩，形成不同的组合演变，在同一试验台上实现不同型号主减速器的性能试验。

3.根据权利要求1所述的电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述附加力加载装置包括基座、第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器、加载盘、推力轴承，第一液压作动器上端、第二液压作动器上端、第三液压作动器上端、第四液压作动器上端分别通过一个旋转接头与基座连接，第一液压作动器下端、第二液压作动器下端、第三液压作动器下端、第四液压作动器下端分别通过一个旋转接头与加载盘四支臂固定，第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动分别与加载盘之间存在可调节的角度，且以相同的力臂对称于一个被试件主减速器输出轴中心轴线，主减速器输出轴上端与加载盘通过推力轴承联接，通过第一液压作动器、第二液压作动器、第三液压作动器、第四液压作动器相位协调加载，对被试验件主减速器输出轴产生轴向力、绕轴轴线的径向力和弯矩。

4.根据权利要求1所述的电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述驱动电机和加载变频电机配合工作可在主减速器输出轴上产生扭矩，而输出轴上的扭矩载荷又会传递至被试验件主减速器，同时扭矩传感器实时监测输入轴和输出轴所承受的扭矩和转速，通过调节加载变频电机功率实现对被试验件主减速器承受扭矩的实时定量调节。

5.根据权利要求1所述的电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述电回馈的直升机主减速器综合试验台采用电封闭形式，输入能量由加载变频电机发电通过逆变驱动单元回馈至直流母线，联接驱动电机的逆变驱动单元通过直流母线取得电能，电能不足部分由整流单元从电网补充整流后输入直流母线，这样形成一个电闭环结构，具有节能环保功能。

6.根据权利要求1所述的电回馈的直升机主减速器综合试验台，其特征在于，所述驱动电机的一个动力传动轴与被试件主减速器安装平台间的角度可调，该设计可适应不同的被试件主减速器输入轴、输出轴夹角，模拟直升机内主减速器的不同安装角度。