CN110057561A - 一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，包括机架、液压电控系统、行星架、传感器放置架、传感器和可替换推手；所述液压电控系统安装于机架的一侧，包括液压部分和电控部分，所述行星架通过底部的行星架定位板安装于机架上，所述传感器有多个，并安装在传感器放置架上，所述传感器放置架架设于柔性销轴及套筒上并通过其底部的滑槽安装在行星架上，所述可替换推手采用一体化设计，该可替换推手位于行星架的上方并与液压部分的液压杆之间通过球铰连接。本发明通过可替换推手模拟轴承与柔性销轴接触，真实模拟出风电齿轮箱中柔性销轴变形以后所承受的力，进而通过传感器最终测得柔性销轴的真实形变。

Description

一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台

技术领域

本发明涉及齿轮箱的技术领域，尤其是指一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台。

背景技术

柔性销轴是风电齿轮箱的关键核心部件，是每一部风电齿轮箱工作运转最核心的组成之一。但在风电齿轮箱实际运转过程中，为了避免普通销轴受力弯曲而影响齿轮啮合的情况，故将风电齿轮箱的销轴做成柔性销轴，使得柔性销轴受到轴承的平衡力而达到工作过程中不变形的目的。但理论计算的柔性销轴由于制造、加工、定位、安装等不可避免的误差往往会受到非平衡的力而导致柔性销轴像普通销轴一样发生变形，从而影响齿轮啮合，使风电齿轮箱功率受损，严重甚至会使风电齿轮箱工作中断而造成报废的情况。

目前没有特别行之有效的方法可以通过理论计算得到柔性销轴的实际平衡点，只有通过模拟风电齿轮箱内柔性销轴受力来看柔性销轴形变程度，通过实际情况反推其理论平衡点的方法。针对以上原因，考虑到柔性销轴所承载的载荷较小，而形变较小，急需设计出一种柔性销轴多功能大载荷测试试验台。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，解决了为满足3～8MW风力发电齿轮箱齿轮柔性销轴设计验证需求，搭建柔性销轴综合测试试验台，通过对齿轮箱齿轮的心轴与柔性销轴在不同加载情况下的复杂形变量进行测量，分析得出其形变趋势，为柔性销轴的设计优化提供技术支持；同时，通过试验测试数据，验证并修正有限元分析方法，将柔性销轴有限元分析方法标准化，为8MW及以上齿轮箱柔性销的设计仿真提供试验数据支撑，提高后续柔性销轴的设计改型及优化过程中的研发速度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，包括机架、液压电控系统、行星架、传感器、传感器放置架和可替换推手；所述机架用于承载试验过程中的自重和液压推动待测试的柔性销轴时所产生的内应力，所述液压电控系统安装于机架上，能够显示和保存试验过程中的压力值、油温和可替换推手的推进距离，且该系统由液压和电控两部分组成，所述液压部分用于为试验台提供驱动动力，所述电控部分能够精确控制液压部分的液压缸加载、保压、中止或二次加压，所述行星架通过其底部的行星架定位板定位并安装于机架上，用于安装柔性销轴及套筒，所述传感器有多个并安装在传感器放置架上，用于采集柔性销轴同一轴线上的形变情况，所述传感器放置架架设于柔性销轴及套筒上并通过其底部的滑槽安装在行星架上，调整该滑槽能够使多个传感器对准柔性销轴的同一轴线，所述可替换推手采用一体化设计，该可替换推手位于行星架的上方并与液压部分的液压杆之间通过球铰连接，通过其模拟轴承与柔性销轴接触从而模拟出柔性销轴在风电齿轮箱中的实际受力情况，该可替换推手能够针对不同型号的柔性销轴实际接触不同的轴承而进行更换，由液压部分驱动可替换推手靠近并紧贴柔性销轴，进而通过传感器测得柔性销轴形变后同一轴线上的真实变形。

进一步，所述机架主要由承重底座、液压缸安装板、行星架安装板、横梁、加强板、加强筋和法兰盘组成，所述承重底座位于机架的底部，且该承重底座与地面保持间距留出安装位，所述液压缸安装板和行星架安装板分别位于机架的两侧并安装在承重底座上，所述液压缸通过法兰盘安装到液压缸安装板上，所述行星架通过行星架安装板在机架上进行安装，所述液压缸安装板的底部和行星架安装板的底部通过横梁相连接，它们的顶部通过加强板相连接以增强整体结构强度，所述横梁上设有多个用于安装行星架的限位螺栓通孔，所述液压缸安装板和行星架安装板相背对的侧面均设置加强筋以它们各自的工作强度。

进一步，所述行星架的顶部安装柔性销轴及套筒，该行星架通过其表面的多个限位螺栓通孔与机架的横梁上的限位螺栓通孔对准并连接，所述行星架的两侧和受压面均设置支撑板，其中，其顶部位于可替换推手下方的一侧为第一支撑板，用于抵消柔性销轴的倾覆力矩，且该第一支撑板上设置推手导向槽，用于可替换推手运动过程中的导向和承重，位于该侧底部的支撑板为第二支撑板，用于为行星架找平，位于顶部另一侧的为第三支撑板，用于承受螺栓的预紧力，位于该侧底部的支撑板为第四支撑板，用于承受行星架受载时的推力，位于靠近机架的行星架安装板的端面为第五支撑板，用于防止行星架不压溃机架的行星架安装板。

进一步，所述可替换推手包括推手主体，该推手主体的一端设有球槽，用于连接可替换推手与液压缸，通过球铰连接改变可替换推手和液压杆的连接角度使可替换推手传导真实推力，所述推手主体的两侧分别设有用于吊装的吊环螺栓孔，其底部的两侧分别设有阶梯状的滑轨，用于可替换推手在下方行星架的推手导向槽中运动时保证传力不偏斜，所述推手主体的另一端朝向柔性销轴的侧面形成模拟轴承并适应柔性销轴的弧面，所述弧面的中心处形成沿推手主体纵向延伸的槽位，用于可替换推手向柔性销轴正面加载后容纳传感器和传感器放置架。

进一步，所述传感器放置架包括底梁、固定板及用于安装传感器的纵向梁和横向梁，所述纵向梁有两根，其中一根纵向梁位于柔性销轴受压面的一侧，另一根纵向梁位于柔性销轴受压面相背对的一侧，该两根纵向梁的一端分别与顶部的横向梁垂直连接，它们底部的另一端均垂直连接一根底梁，每根底梁均垂直固定在一块固定板上，每块固定板上均形成有两个滑槽，所述滑槽与螺栓配合实现传感器放置架安装在行星架上，通过调节传感器放置架在滑槽内的位置实现安装在横向梁和纵向梁上的传感器均能够对准柔性销轴同一轴线并进行测量，其中，所述传感器放置架的纵向梁上设置调整槽，用于纵向调节传感器位置。

进一步，所述多个传感器均通过螺纹配合安装在传感器放置架上，其中，传感器放置架位于柔性销轴受压面一侧的纵向梁上布置一排位移传感器，用以测量柔性销轴受压面轴线的形变位移，其位于柔性销轴顶部的横向梁布置一排传感器，用于监测柔性销轴受压过程中的扭转变形，其与柔性销轴受压面相背对一侧的纵向梁上布置一排传感器，用于比较套筒变形对柔性销轴变形所产生的误差。

进一步，所述传感器放置架的纵向梁和底梁均为工字钢结构，用于保证传感器放置架的横向梁、纵向梁和底梁保持垂直。

进一步，所述机架放置于T形槽上以完成试验台的安装工作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明充分考虑试验台本身自重与进行试验时所承受的巨大拉应力和自身减重的的需要，机架的主体通过三根大梁和承重底座焊接而成，同时为了增加整体结构的强度，在液压缸安装板和行星架安装板上运用加强拉板进行连接，用于强化结构。

2、本发明为了使液压电控系统加载的力模拟柔性销轴在风电齿轮箱中所受到轴承施加的力，模拟轴承与销轴接触面设计出可替换推手，由可替换推手提供的推力与风电齿轮箱中轴承给柔性销轴的力相同，且可替换推手采用整体设计，易于加工制造，并方便试验加载与测量。针对不同型号的柔性销轴实际接触的轴承不同，可替换推手可以更换成与柔性销轴相匹配的尺寸大小。

3、由于柔性销轴使用的是双悬臂的结构，为了准确测量出柔性销轴的形变量，所以选择在其变形量大的受压面进行测量，可替换推手的弧面设计减少了可替换推手在试验加载时的应力集中，并且选在可替换推手的弧面中间设有容纳传感器和传感器放置架的槽位，从而测量出受压面的形变。

4、本发明的传感器放置架主体通过使用工字钢结构使的各个梁都保持严格的垂直关系，同时通过滑槽和螺栓配合固定在行星架上，通过调整四个滑槽对传感器放置架的前后左右位置进行微调，将所有传感器对准被测柔性销轴的轴线。

5、本发明的传感器放置架放置在行星架上，试验时当试验台的底座由于巨大推力产生形变的时候，柔性销轴和传感器安置架都安装在行星架上面，所以它们的相对位置保持不动，传感器依然能够真实测量出柔性销轴的真实形变。

6、本发明的可替换推手与液压杆之间运用球铰连接，可以使试验台在工作时稳定传递液压缸所产生的巨大载荷。当液压杆传递巨大推力推动可替换推手使柔性销轴产生形变时，可以通过球铰连接使可替换推手与销轴一起偏斜，从而使可替换推手仍然紧紧贴合销轴的受压面，进而真实模拟出风电齿轮箱中销轴变形以后所承受的力。

7、本发明的可替换推手真实传递液压杠传递给的大载荷推力，所以在可替换推手下设置带有阶梯状的滑轨，此滑轨约束了可替换推手其他的自由度，只留下推杆伸缩方向的自由度和让球铰运动扭转的自由度，保证了推力不产生其他方向的分力。

附图说明

图1为本发明的立体模型图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的机架的结构示意图。

图4为本发明的行星架的主视图。

图5为本发明的行星架的俯视图。

图6为本发明的可替换推手的主视图。

图7为本发明的可替换推手的侧视图。

图8为本发明的传感器放置架和传感器安装的主视图。

图9为本发明的传感器放置架和传感器安装的仰视图。

图10为本发明的可替换推手与液压杆的球铰连接结构在实验过程中的使用效果图一。

图11为本发明的可替换推手与液压杆的球铰连接结构在实验过程中的使用效果图二。

图12为本发明的电控部分加载液压缸的行程示意图。

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。

如图1至图9所示，本实施例所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，包括机架1、液压电控系统2、行星架3、传感器放置架4、传感器5和可替换推手6。

所述机架1用于承载试验过程中的自重和液压推动待测试的柔性销轴时产生的内应力，主要由承重底座11、液压缸安装板12、行星架安装板13、横梁14、加强拉板15、加强筋16和法兰盘17组成，所述承重底座11位于机架1的底部，且该承重底座11与地面保持间距留出安装位以方便在横梁14下方安装螺栓，必要时可以让人手深入承重底座11下方进行安装和调试，所述液压缸安装板12和行星架安装板13分别位于机架1的两侧并安装在承重底座11上，所述液压缸通过法兰盘17安装到液压缸安装板12上，所述行星架3通过行星架安装板13在机架1上进行安装定位，所述液压缸安装板12的底部和行星架安装板13的底部通过横梁14相连接，当整个试验台工作的时候，横梁14需要承受巨大的拉应力，所以横梁14抗拉强度需要针对试验台最高工况提前校核，它们的顶部通过加强拉板15相连接以增强整体结构强度来抵御试验台工作时的液压缸推力，所述横梁14上设有多个用于安装行星架3的限位螺栓通孔，为保证工作时液压缸安装板12应力集中出不产生明显的变形，故在液压缸安装板12后放置大量加强筋16来增加液压缸安装板12的工作强度，同理在行星架安装板13后为了增加整体结构强度也设置了大量加强筋16，所述机架1放置于T形槽18上以完成试验台的安装工作。

所述液压电控系统2安装于机架1的一侧，可以显示当前压力值、油温、液压推手推进距离，以上数据不仅可以显示而且可以保存，同时数据显示灵敏度高，能够较精确反应液压电控系统2当前试验情况，其中该系统包括液压部分和电控部分，所述液压部分用于为试验台提供驱动动力，所述电控部分能够精确控制液压部分的液压缸加载、保压、中止或二次加压，同时记录所有传感器5采集到的数据，并显示出来，最后保存在Excel表中。

所述行星架3通过其底部的行星架定位板31及侧面的行星架安装板13安装于机架1上，并通过其表面的多个限位螺栓通孔38与行星架定位板31及横梁14上的限位螺栓通孔对准相连接，其顶部用于安装柔性销轴及套筒7，该行星架3的两侧和受压面均设置支撑板，其中，其顶部位于可替换推手6下方的一侧为第一支撑板32，用于抵消柔性销轴的倾覆力矩，且该第一支撑板32上设置推手导向槽37，用于上方的可替换推手6运动过程中的导向和承重，位于该侧底部的支撑板为第二支撑板33，用于为行星架3找平，位于顶部另一侧的为第三支撑板34，用于承受螺栓的预紧力，位于该侧底部的支撑板为第四支撑板35，用于承受行星架3受载时的推力，位于靠近机架1的行星架安装板13的端面为第五支撑板36，用于防止行星架3不压溃机架1的行星架安装板13。

所述可替换推手6位于行星架3的上方并与液压部分的液压杆之间通过球铰连接，包括推手主体61，该推手主体61为一体化设计，其一端设有球槽60，用于连接可替换推手6与液压缸，通过液压部分驱动可替换推手6模拟轴承使其靠近并紧贴柔性销轴模拟出柔性销轴在风电齿轮箱中的实际受力情况，通过球铰连接改变可替换推手6和液压杆的连接角度使可替换推手6传导真实推力，且可替换推手6针对不同型号的柔性销轴实际接触不同的轴承更换不同的可替换推手6，所述推手主体61的两侧分别设有用于吊装的吊环螺栓孔62，该可替换推手6相对于液压缸是悬臂梁结构，因此其底部的两侧分别设有阶梯状的滑轨63，用于可替换推手6在下方行星架3的推手导向槽37中运动时保证传力不偏斜，此滑轨63约束了可替换推手6其他的自由度，只留下伸缩方向的自由度和让球铰运动的扭转的自由度，保证了推力不产生其他方向的分力，所述推手主体61的另一端朝向柔性销轴的侧面形成模拟轴承并适应柔性销轴的弧面，该弧面与柔性销轴接触形状与轴承与柔性销轴接触形状一致，由此才能使试验台工作时推手施加给柔性销轴的力与风电齿轮箱中柔性销轴受力大体相等，所述弧面的中心处形成沿推手主体61纵向延伸的槽位64，用于可替换推手6向柔性销轴正面加载后容纳传感器5和传感器放置架4，通过传感器5最终测得柔性销轴形变后同一轴线上的真实变形。

所述传感器放置架4架设于柔性销轴及套筒7上并通过其底部的滑槽45安装在行星架3上，该传感器放置架4包括底梁43、固定板44及用于安装传感器5的纵向梁42和横向梁41，所述纵向梁42有两根，其中一根纵向梁42位于柔性销轴受压面的一侧，另一根纵向梁42位于柔性销轴受压面相背对的一侧，该两根纵向梁42的一端分别与顶部的横向梁41垂直连接，它们底部的另一端均垂直连接一根底梁43，所述纵向梁42和底梁43均为工字钢结构，用于保证传感器放置架4的横向梁41、纵向梁42和底梁43保持垂直，每根底梁43均垂直固定在一块固定板44上，每块固定板44上均形成有两个滑槽45，所述滑槽45与螺栓配合实现传感器放置架4安装在行星架3上，由于柔性销轴形变较小，测量精度要求很高，因此通过调节传感器放置架4在滑槽45内的位置实现安装在横向梁41和纵向梁42上的传感器5均能够对准柔性销轴同一轴线并进行测量，其中，所述传感器放置架4的纵向梁42上设置调整槽46，用于纵向调节传感器5位置。

所述传感器5有多个，多个传感器5均通过螺纹配合安装在传感器放置架4上，其中，传感器放置架4位于柔性销轴受压面一侧的纵向梁42上布置一排位移传感器5，用以测量柔性销轴受压面轴线的形变位移，其位于柔性销轴顶部的横向梁41布置一排传感器5，用于监测柔性销轴受压过程中的扭转变形，其与柔性销轴受压面相背对一侧的纵向梁42上布置一排传感器5，用于比较套筒变形对柔性销轴变形所产生的误差，这样由多个传感器5采集的柔性销轴形变数据来拟合出柔性销轴真实的形变情况，为后期修型提供强有力的数据支持。

本发明的整个试验台由电控部分控制，液压部分驱动，其中液压部分能负载最大数千千牛的压力，液压缸工进行程为L_工作，初始行程为L_初，最大行程为L_最大。输出推力值可以通过电控部分调整，并按照设定值逐步加压、保压(两分钟)、保存并输出数据。加载液压缸行程示意图如图12所示。其中球铰连接结构65在试验过程中的效果如图10所示，当销轴产生偏斜以后，可替换推手6仍然紧贴柔性销轴传递推力，与风电齿轮箱中实际受力一致，而由于球铰连接结构65，可替换推手6和柔性销轴整体相对于液压杆产生了一个θ的角度，如图11所示，模拟轴承与柔性销轴接触，可替换推手6提供的推力与风电齿轮箱中轴承给柔性销轴的力相同，通过模拟风电齿轮箱内柔性销轴受力来看柔性销轴形变程度，反推出其理论平衡点。

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 (8)

1.一种风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：包括机架、液压电控系统、行星架、传感器、传感器放置架和可替换推手；所述机架用于承载试验过程中的自重和液压推动待测试的柔性销轴时所产生的内应力，所述液压电控系统安装于机架上，能够显示和保存试验过程中的压力值、油温和可替换推手的推进距离，且该系统由液压和电控两部分组成，所述液压部分用于为试验台提供驱动动力，所述电控部分能够精确控制液压部分的液压缸加载、保压、中止或二次加压，所述行星架通过其底部的行星架定位板定位并安装于机架上，用于安装柔性销轴及套筒，所述传感器有多个并安装在传感器放置架上，用于采集柔性销轴同一轴线上的形变情况，所述传感器放置架架设于柔性销轴及套筒上并通过其底部的滑槽安装在行星架上，调整该滑槽能够使多个传感器对准柔性销轴的同一轴线，所述可替换推手采用一体化设计，该可替换推手位于行星架的上方并与液压部分的液压杆之间通过球铰连接，通过其模拟轴承与柔性销轴接触从而模拟出柔性销轴在风电齿轮箱中的实际受力情况，该可替换推手能够针对不同型号的柔性销轴实际接触不同的轴承而进行更换，由液压部分驱动可替换推手靠近并紧贴柔性销轴，进而通过传感器测得柔性销轴形变后同一轴线上的真实变形。

2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述机架主要由承重底座、液压缸安装板、行星架安装板、横梁、加强板、加强筋和法兰盘组成，所述承重底座位于机架的底部，且该承重底座与地面保持间距留出安装位，所述液压缸安装板和行星架安装板分别位于机架的两侧并安装在承重底座上，所述液压缸通过法兰盘安装到液压缸安装板上，所述行星架通过行星架安装板在机架上进行安装，所述液压缸安装板的底部和行星架安装板的底部通过横梁相连接，它们的顶部通过加强板相连接以增强整体结构强度，所述横梁上设有多个用于安装行星架的限位螺栓通孔，所述液压缸安装板和行星架安装板相背对的侧面均设置加强筋以它们各自的工作强度。

3.根据权利要求1所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述行星架的顶部安装柔性销轴及套筒，该行星架通过其表面的多个限位螺栓通孔与机架的横梁上的限位螺栓通孔对准并连接，所述行星架的两侧和受压面均设置支撑板，其中，其顶部位于可替换推手下方的一侧为第一支撑板，用于抵消柔性销轴的倾覆力矩，且该第一支撑板上设置推手导向槽，用于可替换推手运动过程中的导向和承重，位于该侧底部的支撑板为第二支撑板，用于为行星架找平，位于顶部另一侧的为第三支撑板，用于承受螺栓的预紧力，位于该侧底部的支撑板为第四支撑板，用于承受行星架受载时的推力，位于靠近机架的行星架安装板的端面为第五支撑板，用于防止行星架不压溃机架的行星架安装板。

4.根据权利要求1所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述可替换推手包括推手主体，该推手主体的一端设有球槽，用于连接可替换推手与液压缸，通过球铰连接改变可替换推手和液压杆的连接角度使可替换推手传导真实推力，所述推手主体的两侧分别设有用于吊装的吊环螺栓孔，其底部的两侧分别设有阶梯状的滑轨，用于可替换推手在下方行星架的推手导向槽中运动时保证传力不偏斜，所述推手主体的另一端朝向柔性销轴的侧面形成模拟轴承并适应柔性销轴的弧面，所述弧面的中心处形成沿推手主体纵向延伸的槽位，用于可替换推手向柔性销轴正面加载后容纳传感器和传感器放置架。

5.根据权利要求1所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述传感器放置架包括底梁、固定板及用于安装传感器的纵向梁和横向梁，所述纵向梁有两根，其中一根纵向梁位于柔性销轴受压面的一侧，另一根纵向梁位于柔性销轴受压面相背对的一侧，该两根纵向梁的一端分别与顶部的横向梁垂直连接，它们底部的另一端均垂直连接一根底梁，每根底梁均垂直固定在一块固定板上，每块固定板上均形成有两个滑槽，所述滑槽与螺栓配合实现传感器放置架安装在行星架上，通过调节传感器放置架在滑槽内的位置实现安装在横向梁和纵向梁上的传感器均能够对准柔性销轴同一轴线并进行测量，其中，所述传感器放置架的纵向梁上设置调整槽，用于纵向调节传感器位置。

6.根据权利要求5所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述多个传感器均通过螺纹配合安装在传感器放置架上，其中，传感器放置架位于柔性销轴受压面一侧的纵向梁上布置一排位移传感器，用以测量柔性销轴受压面轴线的形变位移，其位于柔性销轴顶部的横向梁布置一排传感器，用于监测柔性销轴受压过程中的扭转变形，其与柔性销轴受压面相背对一侧的纵向梁上布置一排传感器，用于比较套筒变形对柔性销轴变形所产生的误差。

7.根据权利要求5所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述传感器放置架的纵向梁和底梁均为工字钢结构，用于保证传感器放置架的横向梁、纵向梁和底梁保持垂直。

8.根据权利要求1或2任一项所述的风电齿轮箱齿轮柔性销轴多功能大载荷测试试验台，其特征在于：所述机架放置于T形槽上以完成试验台的安装工作。