CN117538056A - 一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，包括基座，以及设置在基座上的分离式加载系统、主轴滑动轴承系统、测量系统和传动系统；分离式加载系统用于通过六个加载元件提供五个自由度的加载力给主轴滑动轴承系统里的滑动轴承；主轴滑动轴承系统用于支撑和稳定主轴选择，在整个试验台中串联分离式加载系统、测量系统和传动系统；测量系统用于监测分离式加载系统提供的加载力大小，主轴滑动轴承系统里面轴承的受载和传动系统中低速电机提供的扭矩大小工况参数；传动系统用于提供转动力矩给主轴滑动轴承系统，来带动主轴旋转。本发明可以模拟真实风力发电机运行时轴承的工况，并且对风电主轴径向滑动轴承和推力轴承进行试验验证。
Description
技术领域
本发明涉及大型风力发电机主轴滑动轴承的测试装置领域，具体为一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台。
背景技术
轴承试验机作为测试轴承性能的有效方法，可以分析不同试验条件下轴承的承载状态、工作性能、疲劳寿命等，为轴承设计和研制提供试验数据。国外风电轴承供应商都相应研制了能模拟风电机组实际工况的轴承试验机。风电轴承试验机作为测试风电轴承的专属设备，尺寸大，机械结构性能要求高，实现模拟轴承工况的加载技术要求高、造价高。国内风力发电机试验系统研究还处于起步阶段，试验技术及试验手段无法与风机主轴轴承开发同步，成为风电主轴轴承发展的瓶颈。而尤其作为新型产业的风电主轴滑动轴承，更需要试验机的研发对其的性能进行实验验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，可以模拟真实风力发电机运行时轴承的工况，并且对风电主轴径向滑动轴承和推力轴承进行试验验证。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，包括基座，以及设置在基座上的分离式加载系统、主轴滑动轴承系统、测量系统和传动系统；
分离式加载系统与主轴滑动轴承系统连接，主轴滑动轴承系统与传动系统通过联轴器连接；
分离式加载系统用于通过六个加载元件提供五个自由度的加载力给主轴滑动轴承系统里的滑动轴承；
主轴滑动轴承系统用于支撑和稳定主轴选择，在整个试验台中串联分离式加载系统、测量系统和传动系统；
测量系统用于监测分离式加载系统提供的加载力大小，主轴滑动轴承系统里面轴承的受载和传动系统中低速电机提供的扭矩大小工况参数；
传动系统用于提供转动力矩给主轴滑动轴承系统，来带动主轴旋转。
本发明进一步的改进在于，分离式加载系统包括加载盘与加载装置；加载装置包括加载支架，设置在加载支架上的三个轴向布置用于控制轴向载荷的轴向加载元件，以及设置在加载支架上的三个径向均布用于控制径向载荷的径向加载元件；六个加载元件联合控制实现对加载盘的五自由度加载。
本发明进一步的改进在于，轴向加载元件和径向加载元件采用液压缸、电缸或滚珠丝杠加载装置。
本发明进一步的改进在于，三个轴向加载元件以加载盘圆心为中心呈等边三角形分布；三个径向加载元件沿加载盘外圈周向均匀分布。
本发明进一步的改进在于，三个径向加载元件中于加载盘下方分布的两个径向加载元件，在初始位置通过顶住加载盘来抵消主轴滑动轴承系统带来的部分重力影响。
本发明进一步的改进在于，主轴滑动轴承系统包括加载衬套、空心圆锥主轴、推力轴承座、推力轴承套、主轴延伸轴、回油缸、滚动轴承、前径向滑动轴承、前径向轴承套、双向推力滑动轴承、后径向滑动轴承、后径向轴承套、前上轴承座、前下轴承座、前密封圈、后密封圈、后上轴承座和后下轴承座；
分离式加载系统的加载盘与加载衬套固定连接；滚动轴承位于空心圆锥主轴的前端，加载衬套内，加载衬套直接将载荷加到滚动轴承上；前径向滑动轴承和后径向滑动轴承分别套装在空心圆锥主轴前后，前径向滑动轴承通过前径向轴承套过盈配合固定，后径向滑动轴承通过后径向轴承套过盈配合固定，前径向轴承套通过过盈配合与前上轴承座和前下轴承座固定，后径向滑动轴承通过过盈配合与后上轴承座和后下轴承座固定，前上轴承座、前下轴承座、后上轴承座和后下轴承座固定在基座上；双向推力滑动轴承布置在空心圆锥主轴的推力轴肩两侧，外部通过推力轴承套过盈配合固定；推力轴承套通过螺栓固定到后上轴承座和后下轴承座；推力轴承座通过螺栓与推力轴承套连接，固定双向推力滑动轴承的一侧在空心圆锥主轴的推力轴肩上；主轴延伸轴左端与空心圆锥主轴末端通过螺栓连接，右端与联轴器连接；前密封圈和后密封圈分别置于前径向滑动轴承与后径向滑动轴承外侧，分别通过螺栓固定在前径向轴承套和后径向轴承套上，避免润滑油泄露；回油缸放置在前下轴承座与后下轴承座下方，用于收集润滑油；
试验机运行时滚动轴承、空心圆锥主轴和主轴延伸轴转动，其他部分固定不动。
本发明进一步的改进在于，加载盘施加载荷，通过加载衬套将施加的载荷传递到滚动轴承上，其中轴向力直接通过空心圆锥主轴上的推力轴肩传递到双向推力滑动轴承上，径向力通过空心圆锥主轴先传递给前径向滑动轴承，后传递给后径向滑动轴承。
本发明进一步的改进在于，前径向滑动轴承和后径向滑动轴承分别通过前径向轴承套和后径向轴承套更换来实现不同轴承分布方案的试验。
本发明进一步的改进在于，测量系统包括力传感器、压力传感器、温度传感器和扭矩传感器；
力传感器布置在加载元件前端监测每个加载元件的载荷大小；压力传感器布置在滑动轴承轴瓦背侧，采用压电薄膜力传感器，监测轴承轴瓦的受载；温度传感器布置在轴承座出油口位置，监测润滑剂出口温度；扭矩传感器布置在低速电机与空心圆锥主轴之间监测扭矩大小。
本发明进一步的改进在于，传动系统包括联轴器、低速电机和电动机支架；低速电机通过伸出轴以键连接形式与联轴器连接；低速电机通过螺栓固定到电动机支架上，电动机支架通过螺栓连接到基座上；低速电机通过联轴器、扭矩传感器和联轴器逐步传递带动空心圆锥主轴旋转。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明设计的试验台通过三个呈等边三角形分布的轴向加载元件以及三个沿外圈周向均匀分布径向加载元件实现力的无级变速和五个自由度的加载，模拟风力发电机的实际工况；本发明可以同时安装前、后径向滑动轴承和双向推力滑动轴承进行实验，为风电主轴滑动轴承的研究和开发提供一个实验平台，加速新技术、新产品的研制过程。通过对滑动轴承的试验研究，可以优化设计、改进性能，提高可靠性和寿命，从而降低产品开发周期和成本。
附图说明
图1为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台整体结构示意图。
图2为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台主要部件结构示意图。
图3为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台加载系统结构示意图。
图4为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台加载元件示意图。
图5为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台主轴滑动轴承系统示意图。
图6为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台主轴滑动轴承系统剖视图。
图7为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台主轴滑动轴承系统双向推力滑动轴承局部示意图。
图8为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台主轴滑动轴承系统径向滑动轴承示意图。
图9为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台测量系统示意图。
图10为本发明一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台传动系统示意图。
附图标记说明：
1-分离式加载系统；2-主轴滑动轴承系统；3-测量系统；4-传动系统；5-基座；
11-加载盘；121-轴向加载元件，122-径向加载元件，123-加载支架；
21-加载衬套；24-空心圆锥主轴；25-推力轴承座；26-推力轴承套；28-主轴延伸轴；29-回油缸；201-滚动轴承；202-前径向滑动轴承；203-前径向轴承套；204-双向推力滑动轴承；205-后径向滑动轴承；206-后径向轴承套；221-前上轴承座；222-前下轴承座；271-后上轴承座；272-后下轴承座；231-前密封圈；232-后密封圈；
31-力传感器；32-压力传感器；33-温度传感器；34-扭矩传感器；
41-联轴器；42-低速电机；43-电动机支架。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图对本发明对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述对实施例仅仅时本发明对一部分实施例，给予本发明对实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都需要本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明提供的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，包括分离式加载系统1、主轴滑动轴承系统2、测量系统3、传动系统4和基座5。
以下结合图3-图7，对四个部分对结构形式、位置关系及装配关系进行详细说明
如图3所示，加载支架123是固定轴向加载元件121和径向加载元件122的部件，也是最直接的承力部件。为了方便轴向加载元件121和径向加载元件122的安装与对齐，加载支架123采用底部顶部不同的固定设计，避免相互之间的干涉。
加载支架123受到轴向加载元件121和径向加载元件122的相互作用力，主要为轴向和径向加载载荷，然而由于加载支架123的轴向加载力较大，轴向尺寸较小，容易发生形变，径向加载垂直加载的支撑强度不足，所以在轴向和径向加载均设置了粱和筋，来增强加载支架123的承载能力。
如图3-图4所示，分离式加载系统1，三个轴向布置的轴向加载元件121控制轴向载荷；三个径向均布的径向加载元件122控制径向载荷；六个加载元件联合控制实现五自由度加载，轴向加载元件121和径向加载元件122可以采用液压缸、电缸、滚珠丝杠等各类加载装置，轴向加载元件121和径向加载元件122固定在加载支架123上，通过加载盘11施加载荷，加载盘11与加载衬套21固定连接。所述三个径向加载元件122中于加载盘11下方分布的两个径向加载元件122在初始位置通过顶住加载盘11来抵消主轴滑动轴承系统2带来的部分重力影响；加载盘11通过螺栓固定与加载衬套21连接。三个轴向加载元件121以加载盘11圆心为中心呈等边三角形分布；三个径向加载元件122沿加载盘11外圈周向均匀分布。
如图5-图8所示，主轴滑动轴承系统2包括加载衬套21、空心圆锥主轴24、前径向滑动轴承202、后径向滑动轴承205、双向推力滑动轴承204、滚动轴承201、前径向轴承套203、后径向轴承套206、推力轴承座25、推力轴承套26、前上轴承座221、前下轴承座222、后上轴承座271、后下轴承座272、前密封圈231、后密封圈232、主轴延伸轴28和回油缸29。所述分离式加载系统1里的加载盘11通过螺栓连接到加载衬套21上将施加的载荷传递到滚动轴承201上，其中轴向力直接通过空心圆锥主轴24上的推力轴肩传递到双向推力滑动轴承204上，径向力通过空心圆锥主轴24先传递给前径向滑动轴承202，后传递给后径向滑动轴承205；所述前径向滑动轴承202和后径向滑动轴承205分别通过前径向轴承套203和后径向轴承套206更换来实现不同轴承分布方案的试验；前径向滑动轴承202和后径向滑动轴承205分别套装在空心圆锥主轴24前后，前径向滑动轴承202通过前径向轴承套203过盈配合固定，后径向滑动轴承205通过后径向轴承套206过盈配合固定，前径向轴承套203通过过盈配合与前上轴承座221和前下轴承座222固定，后径向滑动轴承205通过过盈配合与后上轴承座271和后下轴承座272固定，前上轴承座221、前下轴承座222、后上轴承座271和后下轴承座272固定在基座5上；双向推力滑动轴承204布置在空心圆锥主轴24的推力轴肩两侧，外部通过推力轴承套26过盈配合固定；推力轴承套26通过螺栓固定到后上轴承座271和后下轴承座272；推力轴承座25通过螺栓与推力轴承套26连接，固定双向推力滑动轴承204的一侧在空心圆锥主轴24的推力轴肩上；主轴延伸轴28左端与空心圆锥主轴24末端通过螺栓连接；前密封圈231和后密封圈232分别置于前径向滑动轴承202与后径向滑动轴承205外侧，分别通过螺栓固定在前径向轴承套203和后径向轴承套206上，避免润滑油泄露；回油缸29放置在前下轴承座222与后下轴承座272下方，用于收集润滑油。试验机运行时滚动轴承201、空心圆锥主轴24和主轴延伸轴28转动，其他部分固定不动。
如图9所示，测量系统包括力传感器31、压力传感器32、温度传感器33和扭矩传感器34；力传感器31布置在加载元件前端监测每个加载元件的载荷大小；压力传感器32布置在滑动轴承轴瓦背侧，采用压电薄膜力传感器，监测轴承轴瓦的受载；温度传感器33布置在轴承座出油口位置，监测润滑剂出口温度；扭矩传感器34布置在低速电机42与空心圆锥主轴24之间监测扭矩大小。
如图10所示，传动系统包括联轴器41、低速电机42和电动机支架43；所述低速电机42通过伸出轴以键连接形式与联轴器41连接；所述低速电机42通过螺栓固定到电动机支架43上，电动机支架43通过螺栓连接到基座5上；传动系统低速电机42通过联轴器41、扭矩传感器34和联轴器41逐步传递带动空心圆锥主轴24旋转。
本发明的研制能模拟风力发电机的真实工况情况，为风电主轴滑动轴承性能试验的开展提供了试验基础，有利于推动滑动轴承在主轴上的研究优化与应用。
以上叙述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，包括基座(5)，以及设置在基座(5)上的分离式加载系统(1)、主轴滑动轴承系统(2)、测量系统(3)和传动系统(4)；
分离式加载系统(1)与主轴滑动轴承系统(2)连接，主轴滑动轴承系统(2)与传动系统(4)通过联轴器连接；
分离式加载系统(1)用于通过六个加载元件提供五个自由度的加载力给主轴滑动轴承系统(2)里的滑动轴承；
主轴滑动轴承系统(2)用于支撑和稳定主轴选择，在整个试验台中串联分离式加载系统(1)、测量系统(3)和传动系统(4)；
测量系统(3)用于监测分离式加载系统(1)提供的加载力大小，主轴滑动轴承系统(2)里面轴承的受载和传动系统(4)中低速电机提供的扭矩大小工况参数；
传动系统(4)用于提供转动力矩给主轴滑动轴承系统(2)，来带动主轴旋转。
2.根据权利要求1所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，分离式加载系统(1)包括加载盘(11)与加载装置；加载装置包括加载支架(123)，设置在加载支架(123)上的三个轴向布置用于控制轴向载荷的轴向加载元件(121)，以及设置在加载支架(123)上的三个径向均布用于控制径向载荷的径向加载元件(122)；六个加载元件联合控制实现对加载盘(11)的五自由度加载。
3.根据权利要求2所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，轴向加载元件(121)和径向加载元件(122)采用液压缸、电缸或滚珠丝杠加载装置。
4.根据权利要求2所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，三个轴向加载元件(121)以加载盘(11)圆心为中心呈等边三角形分布；三个径向加载元件(122)沿加载盘(11)外圈周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，三个径向加载元件(122)中于加载盘(11)下方分布的两个径向加载元件(122)，在初始位置通过顶住加载盘(11)来抵消主轴滑动轴承系统(2)带来的部分重力影响。
6.根据权利要求2所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，主轴滑动轴承系统(2)包括加载衬套(21)、空心圆锥主轴(24)、推力轴承座(25)、推力轴承套(26)、主轴延伸轴(28)、回油缸(29)、滚动轴承(201)、前径向滑动轴承(202)、前径向轴承套(203)、双向推力滑动轴承(204)、后径向滑动轴承(205)、后径向轴承套(206)、前上轴承座(221)、前下轴承座(222)、前密封圈(231)、后密封圈(232)、后上轴承座(271)和后下轴承座(272)；
分离式加载系统(1)的加载盘(11)与加载衬套(21)固定连接；滚动轴承(201)位于空心圆锥主轴(24)的前端，加载衬套(21)内，加载衬套(21)直接将载荷加到滚动轴承(201)上；前径向滑动轴承(202)和后径向滑动轴承(205)分别套装在空心圆锥主轴(24)前后，前径向滑动轴承(202)通过前径向轴承套(203)过盈配合固定，后径向滑动轴承(205)通过后径向轴承套(206)过盈配合固定，前径向轴承套(203)通过过盈配合与前上轴承座(221)和前下轴承座(222)固定，后径向滑动轴承(205)通过过盈配合与后上轴承座(271)和后下轴承座(272)固定，前上轴承座(221)、前下轴承座(222)、后上轴承座(271)和后下轴承座(272)固定在基座(5)上；双向推力滑动轴承(204)布置在空心圆锥主轴(24)的推力轴肩两侧，外部通过推力轴承套(26)过盈配合固定；推力轴承套(26)通过螺栓固定到后上轴承座(271)和后下轴承座(272)；推力轴承座(25)通过螺栓与推力轴承套(26)连接，固定双向推力滑动轴承(204)的一侧在空心圆锥主轴(24)的推力轴肩上；主轴延伸轴(28)左端与空心圆锥主轴(24)末端通过螺栓连接，右端与联轴器连接；前密封圈(231)和后密封圈(232)分别置于前径向滑动轴承(202)与后径向滑动轴承(205)外侧，分别通过螺栓固定在前径向轴承套(203)和后径向轴承套(206)上，避免润滑油泄露；回油缸(29)放置在前下轴承座(222)与后下轴承座(272)下方，用于收集润滑油；
试验机运行时滚动轴承(201)、空心圆锥主轴(24)和主轴延伸轴(28)转动，其他部分固定不动。
7.根据权利要求6所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，加载盘(11)施加载荷，通过加载衬套(21)将施加的载荷传递到滚动轴承(201)上，其中轴向力直接通过空心圆锥主轴(24)上的推力轴肩传递到双向推力滑动轴承(204)上，径向力通过空心圆锥主轴(24)先传递给前径向滑动轴承(202)，后传递给后径向滑动轴承(205)。
8.根据权利要求6所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，前径向滑动轴承(202)和后径向滑动轴承(205)分别通过前径向轴承套(203)和后径向轴承套(206)更换来实现不同轴承分布方案的试验。
9.根据权利要求6所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，测量系统(3)包括力传感器(31)、压力传感器(32)、温度传感器(33)和扭矩传感器(34)；
力传感器(31)布置在加载元件前端监测每个加载元件的载荷大小；压力传感器(32)布置在滑动轴承轴瓦背侧，采用压电薄膜力传感器，监测轴承轴瓦的受载；温度传感器(33)布置在轴承座出油口位置，监测润滑剂出口温度；扭矩传感器(34)布置在低速电机(42)与空心圆锥主轴(24)之间监测扭矩大小。
10.根据权利要求9所述的一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台，其特征在于，传动系统包括联轴器(41)、低速电机(42)和电动机支架(43)；低速电机(42)通过伸出轴以键连接形式与联轴器(41)连接；低速电机(42)通过螺栓固定到电动机支架(43)上，电动机支架(43)通过螺栓连接到基座(5)上；低速电机(42)通过联轴器(41)、扭矩传感器(34)和联轴器(41)逐步传递带动空心圆锥主轴(24)旋转。
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| CN202311752399.4A CN117538056A (zh) | 2023-12-19 | 2023-12-19 | 一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台 |
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| CN202311752399.4A CN117538056A (zh) | 2023-12-19 | 2023-12-19 | 一种五自由度加载风力发电机主轴滑动轴承试验台 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-12-19 CN CN202311752399.4A patent/CN117538056A/zh active Pending
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