CN112985797B - 一种密闭式风电制动器模拟试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种密闭式风电制动器模拟试验装置及试验方法，包括塔筒，所述塔筒的顶面通过法兰固定安装有底盘，所述底盘的上表面周向均布有多个滚子，所述滚子的上方安装制动盘；底盘的上表面还安装有制动器安装板、固定测距仪和测温传感器；制动器夹持在制动盘上，并通过紧固件与制动器安装板锁紧；底盘的上表面边缘安装罩壳；塔筒的外部还设置有电控系统。本发明便于对检测过程中的温度、湿度以及交变温度的控制，可以模拟不同情况下装置的运行，检测结果更加精准。

Description

一种密闭式风电制动器模拟试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及风电制动器试验设备技术领域，尤其是一种密闭式风电制动器模拟试验装置及试验方法。
背景技术
风电制动器一般采用常开式液压钳盘式制动器，在风电机组非工作状态下，制动器靠液压驱动制动钳，使制动钳夹紧制动盘，使机头相对静止不转动。由于叶片受到风的影响，会使机头产生很大的扭矩，因此制动器应该对制动盘有一定的制动作用，又不能完全刹死，以免强风过载造成机头传动系统过载断裂，所以制动器常常拖磨，液压系统长期保持高压，由于风力发电机一般装置山顶、滩涂、高原等空旷和人迹罕至的地方，许多是不通道路和电的地区，并且风力发电机高度一般超多100米，国内的达到了140米，国外的达到了166米，制动器位于如此高的位置，制动器一旦故障，损失巨大，例如1兆瓦的风机，一天耽误的发电量高达18000度电，要是损坏风机损失就更大了，仅仅制动器的维修起来非常麻烦且成本昂贵，因此制动器的制动力矩、制动衬垫的磨损率、制动器的密封性能、疲劳可靠性等性能都需要严格试验，以保证制动器的安全使用。
目前，现有技术中的风电制动器模拟试验台基本上分为两种，
一是：一种风电偏航制动器试验台，可以对风电制动器进行模拟，但是该往复式制动器试验台不能很好的模拟制动器实际工作状态，风电用的液压钳盘式制动器制动器的是圆环的制动盘，制动盘圆周运动；另外制动器一般是多个均匀布置，共同起到制动作用，不是单独使用的。
二是：一种风电偏航制动器试验台，也可以对风电制动器进行检测，但是存在结构不合理，机构复杂和制造成本高的缺点。
现有的两种检测设备都是敞开式试验台，与风机密闭性机舱的工作环境不一致，在敞开式环境下测试的制动器的噪声、液压油温度、制动发热等参数与制动器实际工作时不同，现有的试验台存在密闭性差和检测结果与实际工作情况不符合的问题。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种密闭式风电制动器模拟试验装置及试验方法，从而使其具备密闭性强和检测结果和实际工作情况一致的优点，有效的解决了密闭性差和检测结果与实际工作情况不符合的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种密闭式风电制动器模拟试验装置，包括塔筒，所述塔筒的顶面通过法兰固定安装有底盘，所述底盘的上表面周向均布有多个滚子，所述滚子的上方安装制动盘；
底盘的上表面还安装有制动器安装板、固定测距仪和测温传感器；
制动器夹持在制动盘上，并通过紧固件与制动器安装板锁紧；
所述底盘的上表面边缘安装罩壳，罩壳采用半球形结构；
所述塔筒的外部还设置有电控系统；
所述塔筒内部安装有液压站，液压站通过液压管与制动器连接，所述液压站通过电线与电控系统连通，所述液压站的电磁阀工作由电控系统控制；
所述塔筒内部还固定有电磁盘式制动装置，所述电磁盘式制动装置上固定电机，电机的输出端连接减速机，所述减速机的输出端穿过底盘后安装小齿轮，所述小齿轮与制动盘的外缘啮合传动。
其进一步技术方案在于：
所述塔筒呈桶状结构，塔筒的底部通过法兰和地脚螺栓固定在地基上。
所述塔筒的筒壁上安装有人孔。
所述底盘为圆形铁盘，底盘的外缘开有多个锁紧孔，并通过紧固件将罩壳固定。
罩壳上开有玻璃材质的视孔，罩壳的外侧均匀布置有噪声传感器和监控探头。
所述制动器安装板的尾部开有销轴孔，中部开有销轴传感器孔，头部开有固定孔，销轴孔内安装销轴本体，销轴传感器孔内安装销轴传感器，固定孔内安装制动器。
所述制动盘采用中空圆环结构，外缘为齿圈，与小齿轮啮合。
滚子的轴承上布置有振动传感器。
底盘上开有工艺孔，用于穿过减速机的轴和液压管。
一种密闭式风电制动器模拟试验装置的试验方法，
在试验时，先将制动器放置在制动器安装板上，使得制动器安装板绕销轴传感器转动，使制动器的钳口与制动盘匹配，将制动器安装板的销轴孔与底盘上的孔对应，插入销轴本体固定；随后启动电控系统，开启液压站，液压油通过液压管供给制动器，制动器上闸，制动钳夹紧制动盘的内缘，再通过电控系统打开电磁盘式制动装置，启动电机，电机带动减速机工作，从而带动小齿轮转动，小齿轮与制动盘外缘的齿圈啮合，从而驱动制动盘圆周转动；由于制动器夹紧在制动盘上，所以摩擦力给制动器一个相对运动的制动力，该力通过螺栓传递到制动器安装板上，使得制动器安装板受力，制动器安装板将力传递给销轴传感器，销轴传感器采集到的剪力通过计算可以计算出制动器产生的制动力；
试验过程中，测距仪、噪声传感器、测温传感器、监控探头、振动传感器、销轴传感器采集到的数据通过数据线传给电控系统，在电控系统上进行数据的存储、数据的处理、数据的显示；试验过程中试验的状态同时可以通过手机终端进行查看；
试验结束后，停止给电机供电，同时电磁盘式制动装置上闸，制动盘失去驱动力，并且在制动器和电磁盘式制动装置的作用下，逐渐停止下来；
通过电控系统控制液压站的电磁阀，使制动器液压缸的液压油通过液压管流回液压站，制动器开闸，取下销轴本体，旋动制动器安装板，将制动器旋出制动盘，将制动器从制动器安装板上取下，通过电控系统关闭液压站，关闭电控系统。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置制动器，制动器均匀分布，对制动盘的制动效果更好，且均匀分布的制动器和风电制动器实际工作情况一样，使得检测结果和实际工作环境一样，检测结果更加具有说服力，通过设置罩壳，使得整个模拟试验台处于密闭的环境，便于对检测过程中的温度、湿度以及交变温度的控制，可以模拟不同情况下装置的运行，检测结果更加精准。
(1)试验工况能够完全模拟测试对象的工作状况。
制动器均匀布置，制动盘圆周运转，这与制动器的实际工作状况一致，模拟试验的数据与实际工作的数据一致性好；
(2)结构合理、机构简单、造成成本低。
该试验台机构简单，简化了许多不需要的机构和结构，使得建造成本低。
(3)机构紧凑，节省空间。
把能够放在制动盘内部的机构尽量放在了制动盘内部，驱动机构放在了底盘下面，液压站放在了塔筒内部，测力机构采用销轴传感器，通过小齿轮和制动盘齿轮的啮合定位制动盘，这些使都使得机构变得紧凑，节省了空间。
(4)环境一致性好。
由于具有密封性能，可以实现试验工况对温度、湿度以及交变温度的控制，使得测试环境与制动器实际工作环境一致。
(5)测试项目齐全。
可以同时测试制动器的制动力、制动力矩、摩擦温度、制动盘磨损、振动、噪声、环境温度、环境湿度等。
(6)试验安全可靠。
试验远程监控，试验过程实施可以通过监控在电脑上或者手机终端查看。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的俯视图(省略电控系统部分)。
图3为本发明制动器安装板的结构示意图。
其中：1、塔筒；2、人孔；3、底盘；4、罩壳；5、视孔；6、制动盘；7、测距仪；8、噪声传感器；9、测温传感器；10、监控探头；11、制动器；12、小齿轮；13、减速机；14、电机；15、电磁盘式制动装置；16、液压站；17、电控系统；18、液压管；19、电线；20、滚子；21、制动器安装板；22、销轴本体；23、销轴传感器；24、锁紧孔；25、振动传感器；26、销轴孔；27、销轴传感器孔；28、固定孔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2和图3所示，本实施例的密闭式风电制动器模拟试验装置，包括塔筒1，塔筒1的顶面通过法兰固定安装有底盘3，底盘3的上表面周向均布有多个滚子20，滚子20的上方安装制动盘6；
底盘3的上表面还安装有制动器安装板21、固定测距仪7和测温传感器9；
制动器11夹持在制动盘6上，并通过紧固件与制动器安装板21锁紧；
底盘3的上表面边缘安装罩壳4，罩壳4采用半球形结构；
塔筒1的外部还设置有电控系统17；
塔筒1内部安装有液压站16，液压站16通过液压管18与制动器11连接，液压站16通过电线19与电控系统17连通，液压站16的电磁阀工作由电控系统17控制；
塔筒1内部还固定有电磁盘式制动装置15，电磁盘式制动装置15上固定电机14，电机14的输出端连接减速机13，减速机13的输出端穿过底盘3后安装小齿轮12，小齿轮12与制动盘6的外缘啮合传动。
塔筒1呈桶状结构，塔筒1的底部通过法兰和地脚螺栓固定在地基上。
塔筒1的筒壁上安装有人孔2。
底盘3为圆形铁盘，底盘3的外缘开有多个锁紧孔24，并通过紧固件将罩壳4固定。
罩壳4上开有玻璃材质的视孔5，罩壳4的外侧均匀布置有噪声传感器8和监控探头10。
制动器安装板21的尾部开有销轴孔26，中部开有销轴传感器孔27，头部开有固定孔28，销轴孔26内安装销轴本体22，销轴传感器孔27内安装销轴传感器23，固定孔28内安装制动器11。
制动盘6采用中空圆环结构，外缘为齿圈，与小齿轮12啮合。
滚子20的轴承上布置有振动传感器25。
底盘3上开有工艺孔，用于穿过减速机13的轴和液压管18。
本实施例的密闭式风电制动器模拟试验装置的试验方法，
在试验时，先将制动器11放置在制动器安装板21上，使得制动器安装板21绕销轴传感器23转动，使制动器11的钳口与制动盘6匹配，将制动器安装板21的销轴孔26与底盘3上的孔对应，插入销轴本体22固定；随后启动电控系统17，开启液压站16，液压油通过液压管18供给制动器11，制动器11上闸，制动钳夹紧制动盘6的内缘，再通过电控系统17打开电磁盘式制动装置15，启动电机14，电机14带动减速机13工作，从而带动小齿轮12转动，小齿轮12与制动盘6外缘的齿圈啮合，从而驱动制动盘6圆周转动；由于制动器11夹紧在制动盘6上，所以摩擦力给制动器11一个相对运动的制动力，该力通过螺栓传递到制动器安装板21上，使得制动器安装板21受力，制动器安装板21将力传递给销轴传感器23，销轴传感器23采集到的剪力通过计算可以计算出制动器11产生的制动力；
试验过程中，测距仪7、噪声传感器8、测温传感器9、监控探头10、振动传感器25、销轴传感器23采集到的数据通过数据线传给电控系统17，在电控系统17上进行数据的存储、数据的处理、数据的显示；试验过程中试验的状态同时可以通过手机终端进行查看；
试验结束后，停止给电机14供电，同时电磁盘式制动装置15上闸，制动盘6失去驱动力，并且在制动器11和电磁盘式制动装置15的作用下，逐渐停止下来；
通过电控系统17控制液压站16的电磁阀，使制动器11液压缸的液压油通过液压管18流回液压站16，制动器11开闸，取下销轴本体22，旋动制动器安装板21，将制动器11旋出制动盘6，将制动器11从制动器安装板21上取下，通过电控系统17关闭液压站16，关闭电控系统17。
本发明的具体结构和功能如下：
包括塔筒1，塔筒1为桶状结构，其底部通过法兰和地脚螺栓固定在地基上，其顶部通过法兰连接底盘3来起到承载作用，塔筒1的内部布置有液压站16以及与之连接的液压管18，塔筒1的侧面开有人孔2用于维修人员进出，以便维护液压站16和液压管18。
底盘3为一个圆形铁盘，它通过法兰固定在塔筒1上，底盘3上面固定有环形布置的滚子20，均匀布置在底盘3的圆周和制动盘6的盘面下，起到支撑制动盘6的作用。
底盘3上面固定有滚子20、制动器安装板21、固定测距仪7和测温传感器9。
制动器安装板21为一个瓶装结构，其尾部开有销轴孔26，中部开设有销轴传感器孔27，其头部开设有固定孔28，销轴孔26用于固定销轴本体22，销轴传感器孔27用于固定销轴传感器23，固定孔28中用于安装制动器11，其中销轴本体22为圆柱销轴，它与销轴孔26间隙配合，用于将制动器安装板21固定的尾部固定在底盘3上，使得制动器安装板21只能沿销轴本体22产生圆周运动。
销轴传感器23与销轴传感器孔27间隙配合，将制动器安装板21的中部固定在底盘3上，并且时时检测制动器安装板21中部所受的剪力，从而计算出制动器11所受产生的制动力以及制动力矩。
底盘3外缘开设有锁紧孔24，锁紧孔24沿圆周均匀分布，并通过紧固件将罩壳4固定在底盘3上。
滚子20的轴承上布置有振动传感器25，可以时时检测滚子20的振动情况，从而检测制动盘6的振动情况。
销轴孔26开在制动器安装板21的尾部，用于与销轴本体22配合；
销轴传感器孔27开在制动器安装板21的中部，用于和销轴传感器23配合；
固定孔28开在制动器安装板21的头部，用于和制动器11的安装孔对应，通过螺栓将制动器11安装在制动器安装板21的头部。
底盘3上开有工艺孔来供减速机13的轴和液压管18通过。
底盘3圆周外侧通过法兰连接有罩壳4，罩壳4为一个半球形结构，它通过螺栓连接在底盘3上，上面开有玻璃材质的视孔5，罩壳4的半圆球外侧还均匀布置有噪声传感器8和监控探头10，可以观察到制动器状态的位置。
制动盘6为一个中空圆环，其外缘为齿圈，外缘的齿圈与小齿轮12啮合来获得动力，制动盘6的下部由滚子20支撑；制动盘6的下方布置有测距仪7，用于时时检测制动盘6的厚度变化；噪声传感器8按照测试规定布置在罩壳4的内壁上，用于检测噪声；测温传感器9布置在底盘3的上面，制动盘6的下面，制动器11的钳口处，用于检测制动盘6的温度；监控探头10均匀布置在罩壳4的内壁上，用于观察罩壳4内部的状况。
制动器11为被试对象，它由制动块、活塞、液压缸等部分组成，通过螺栓和固定孔28的配合固定在制动器安装板21上，制动器11的两个制动块压紧制动盘6，依靠液压的压力，以及制动块的摩擦力来制动制动盘6。
小齿轮12为外齿轮，它通过键槽和键配合装配在减速机13的输出轴上，并与制动盘6的外缘齿圈啮合来驱动制动盘6转动，同时均匀分布的多个小齿轮12对制动盘6起到固定作用，使制动盘6只能圆周转动；减速机13通过法兰连接在底盘3的外缘下方，减速机13的输出轴穿过底盘3的工艺孔，输出轴末端通过键槽和键配合连接小齿轮12，下方输入轴连接有电机14；电机14的输出轴与减速机13相连，为减速机13提供动力，减速机13的另一端连接电磁盘式制动装置15；电磁盘式制动装置15为电磁失电制动器，电磁盘式制动装置15安装在电机14的后端盖的法兰上，摩擦片随电机14的轴转动，制动时，磁轭通过电磁力吸引衔铁，将摩擦片压到制动盘6上，依靠摩擦力将电机14制动，从而实现整个传动系统的制动。
液压站16布置于塔筒1的内部，并通过液压管18给制动器11供油，液压站16的电磁阀工作由电控系统17控制。
电控系统17为控制液压站16的电磁阀，控制液压的通断和油压，同时控制电机14的运转和停止，控制电磁盘式制动装置15的打开关闭，采集和处理测距仪7、噪声传感器8、测温传感器9、监控探头10、振动传感器25、销轴传感器23以及其他信号。
液压管18将液压站16和制动器11连接起来，起到充压和泄压的作用；当充压时，高压液压油由液压站16流入制动器11的液压缸，制动器11打开，当泄压时，液压油流回液压站16，制动器11关闭；
电线19分为动力线和控制线以及信号线，用于给电机14供电、电磁盘式制动装置15供电，控制电磁盘式制动装置15、液压站16的电磁阀，传输测距仪7、噪声传感器8、测温传感器9、监控探头10、振动传感器25、销轴传感器23以及其他信号。
本发明的工作过程为：
在试验时，先将制动器11放置在制动器安装板21上，用螺栓穿过制动器11的安装孔和制动器安装板21的固定孔28，将制动器11固定在制动器安装板21上，将制动器安装板21绕销轴传感器23转动，使制动器11的钳口与制动盘6匹配，将销轴孔26与底盘3上的孔对应，插入销轴本体22固定；随后启动电控系统17，开启液压站16，液压油通过液压管18供给制动器11，制动器11上闸，制动钳夹紧制动盘6的内缘。通过电控系统17打开电磁盘式制动装置15，启动电机14，电机14带动减速机13，从而带动小齿轮12，小齿轮12余与制动盘6外缘的齿轮啮合，从而驱动制动盘6圆周转动。由于制动器11夹紧在制动盘6上，所以摩擦力给制动器11一个相对运动的制动力，该力通过螺栓传递到制动器安装板21上，使得制动器安装板21受力，制动器安装板21将力传递给销轴传感器23，销轴传感器23采集到的剪力通过计算可以计算出制动器11产生的制动力。
试验过程中，测距仪7、噪声传感器8、测温传感器9、监控探头10、振动传感器25、销轴传感器23等采集到的数据通过数据线传给电控系统17，在电控系统17上进行数据的存储、数据的处理、数据的显示等。试验过程中试验的状态同时可以通过手机终端进行查看。
试验结束后，停止给电机14供电，同时电磁盘式制动装置15上闸，制动盘6失去驱动力，并且在制动器11和电磁盘式制动装置15的作用下，逐渐停止下来。
通过电控系统17控制液压站16的电磁阀，使制动器11液压缸的液压油通过液压管18流回液压站16，制动器11开闸，取下销轴本体22，旋动制动器安装板21，将制动器11旋出制动盘6，将制动器11从制动器安装板21上取下，通过电控系统17关闭液压站16，关闭电控系统17。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (2)

1.一种密闭式风电制动器模拟试验装置，其特征在于：包括塔筒(1)，所述塔筒(1)的顶面通过法兰固定安装有底盘(3)，所述底盘(3)的上表面周向均布有多个滚子(20)，所述滚子(20)的上方安装制动盘(6)；底盘(3)的上表面还安装有制动器安装板(21)、固定测距仪(7)和测温传感器(9)；
制动器(11)夹持在制动盘(6)上，并通过紧固件与制动器安装板(21)锁紧；
所述底盘(3)的上表面边缘安装罩壳(4)，罩壳(4)采用半球形结构；
所述塔筒(1)的外部还设置有电控系统(17)；
所述塔筒(1)内部安装有液压站(16)，液压站(16)通过液压管(18)与制动器(11)连接，所述液压站(16)通过电线(19)与电控系统(17)连通，所述液压站(16)的电磁阀工作由电控系统(17)控制；
所述塔筒(1)内部还固定有电磁盘式制动装置(15)，所述电磁盘式制动装置(15)上固定电机(14)，电机(14)的输出端连接减速机(13)，所述减速机(13)的输出端穿过底盘(3)后安装小齿轮(12)，所述小齿轮(12)与制动盘(6)的外缘啮合传动；所述塔筒(1)呈桶状结构，塔筒(1)的底部通过法兰和地脚螺栓固定在地基上；所述塔筒(1)的筒壁上安装有人孔(2)；所述底盘(3)为圆形铁盘，底盘(3)的外缘开有多个锁紧孔(24)，并通过紧固件将罩壳(4)固定；罩壳(4)上开有玻璃材质的视孔(5)，罩壳(4)的外侧均匀布置有噪声传感器(8)和监控探头(10)；所述制动器安装板(21)的尾部开有销轴孔(26)，中部开有销轴传感器孔(27)，头部开有固定孔(28)，销轴孔(26)内安装销轴本体(22)，销轴传感器孔(27)内安装销轴传感器(23)，固定孔(28)内安装制动器(11)；所述制动盘(6)采用中空圆环结构，外缘为齿圈，与小齿轮(12)啮合；滚子(20)的轴承上布置有振动传感器(25)；底盘(3)上开有工艺孔，用于穿过减速机(13)的轴和液压管(18)。
2.一种利用权利要求1所述的密闭式风电制动器模拟试验装置的试验方法，其特征在于：
在试验时，先将制动器(11)放置在制动器安装板(21)上，使得制动器安装板(21)绕销轴传感器(23)转动，使制动器(11)的钳口与制动盘(6)匹配，将制动器安装板(21)的销轴孔(26)与底盘(3)上的孔对应，插入销轴本体(22)固定；随后启动电控系统(17)，开启液压站(16)，液压油通过液压管(18)供给制动器(11)，制动器(11)上闸，制动钳夹紧制动盘(6)的内缘，再通过电控系统(17)打开电磁盘式制动装置(15)，启动电机(14)，电机(14)带动减速机(13)工作，从而带动小齿轮(12)转动，小齿轮(12)与制动盘(6)外缘的齿圈啮合，从而驱动制动盘(6)圆周转动；由于制动器(11)夹紧在制动盘(6)上，所以摩擦力给制动器(11)一个相对运动的制动力，该力通过螺栓传递到制动器安装板(21)上，使得制动器安装板(21)受力，制动器安装板(21)将力传递给销轴传感器(23)，销轴传感器(23)采集到的剪力通过计算可以计算出制动器(11)产生的制动力；
试验过程中，测距仪(7)、噪声传感器(8)、测温传感器(9)、监控探头(10)、振动传感器(25)、销轴传感器(23)采集到的数据通过数据线传给电控系统(17)，在电控系统(17)上进行数据的存储、数据的处理、数据的显示；试验过程中试验的状态同时可以通过手机终端进行查看；
试验结束后，停止给电机(14)供电，同时电磁盘式制动装置(15)上闸，制动盘(6)失去驱动力，并且在制动器(11)和电磁盘式制动装置(15)的作用下，逐渐停止下来；
通过电控系统(17)控制液压站(16)的电磁阀，使制动器(11)液压缸的液压油通过液压管(18)流回液压站(16)，制动器(11)开闸，取下销轴本体(22)，旋动制动器安装板(21)，将制动器(11)旋出制动盘(6)，将制动器(11)从制动器安装板(21)上取下，通过电控系统(17)关闭液压站(16)，关闭电控系统(17)。
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