羅昌績(jī)，劉混舉

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)晉中有限公司，山西晉中 030600)

兆瓦級(jí)機(jī)械功率全封閉加載試驗(yàn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)

羅昌績(jī)1，2，劉混舉1

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)晉中有限公司，山西晉中 030600)

兆瓦級(jí)機(jī)械功率全封閉加載試驗(yàn)臺(tái)，不僅可以用于大型輸送機(jī)專(zhuān)用變速箱的試驗(yàn)，也可以用于在靜態(tài)加載時(shí)對(duì)變速箱中傳動(dòng)齒輪輪齒開(kāi)展彎曲靜強(qiáng)度試驗(yàn)。機(jī)械功率全封閉加載試驗(yàn)臺(tái)所消耗的功率僅用于克服系統(tǒng)的摩擦損耗和給封閉系統(tǒng)提供動(dòng)力，遠(yuǎn)小于封閉系統(tǒng)的軸功率損耗。采用這種機(jī)械功率全封閉加載試驗(yàn)臺(tái)裝置，不需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造，具有耗能少，經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。

加載器；齒輪箱；機(jī)械功率；全封閉

目前生產(chǎn)齒輪箱的企業(yè)普遍采用電功率封閉加載試驗(yàn)裝置對(duì)齒輪箱進(jìn)行加載試驗(yàn)，從投資成本方面考慮，這種電功率封閉加載試驗(yàn)裝置的制造成本較高，如太原重工和山西維達(dá)減速器廠生產(chǎn)的電功率為1500 kW的封閉加載試驗(yàn)臺(tái)裝置，其制造成本大約為700萬(wàn)元。通過(guò)利用機(jī)械功率全封閉試驗(yàn)臺(tái)，同樣能夠滿足大型輸送機(jī)專(zhuān)用變速箱的加載試驗(yàn)以及實(shí)現(xiàn)在靜態(tài)加載時(shí)對(duì)變速箱中傳動(dòng)齒輪輪齒開(kāi)展彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的要求。而且由于不需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造，其制造成本約為電功率封閉加載試驗(yàn)臺(tái)的一半。

1 試驗(yàn)臺(tái)方案初步設(shè)計(jì)

機(jī)械功率全封閉試驗(yàn)臺(tái)組成示意圖，見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)裝置中齒輪箱2、齒輪箱1、固定聯(lián)軸器6、扭力軸7和加載器5以及傳感器10、儀表9、減速器13、計(jì)數(shù)器14等形成一個(gè)全封閉系統(tǒng)。

在試驗(yàn)臺(tái)中，儀表9可以顯示各種數(shù)據(jù)，傳感器10用于測(cè)定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，電熱偶11和油溫指示器12用于測(cè)定兩個(gè)齒輪箱的油溫變化，試驗(yàn)齒輪的轉(zhuǎn)速由機(jī)械計(jì)數(shù)器14記錄，試驗(yàn)臺(tái)的全部操作系統(tǒng)集中在控制柜8上。

圖1 機(jī)械功率全封閉試驗(yàn)臺(tái)組成示意圖

通過(guò)加載器5施加一定載荷，彈性軸7產(chǎn)生一定的變形。在施加載荷不變的情況下，彈性軸的變形也保持不變。封閉系統(tǒng)加載后，再啟動(dòng)電機(jī)，試驗(yàn)機(jī)就進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。定義試驗(yàn)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下齒輪箱1、2傳遞的功率為封閉功率，可以循環(huán)利用，封閉功率和普通功率一樣都具有流向，但是封閉功率并不是有效功率。

齒輪試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的封閉功率為順時(shí)針?lè)较騕1]（見(jiàn)圖1中封閉功率流向箭頭所示），則各軸功率的封閉功率（kW）為：

式中：n為該軸的轉(zhuǎn)速，r/min；T為該軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，N·m。將封閉功率的最大值定義為這個(gè)系統(tǒng)的名義封閉功率P。

2 機(jī)械功率全封閉試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)圖1所示的基本原理，我們進(jìn)行了如圖2的試驗(yàn)驗(yàn)證[2]：

圖2 試驗(yàn)驗(yàn)證裝置

圖2中，電機(jī)1用于驅(qū)動(dòng)封閉系統(tǒng)，為其提供輸入轉(zhuǎn)速n；傳感器2和7分別用于測(cè)定電機(jī)和系統(tǒng)的軸功率。杠桿砝碼加載器8用于給封閉系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩T；扭矩保持器6可使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩保持恒定；JX3型機(jī)械效率儀10用于顯示傳感器2與7采集的數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先把系統(tǒng)中的間隙消除掉，然后通過(guò)加載器加載并鎖緊，隨后啟動(dòng)電機(jī)，就可得到機(jī)械功率全封閉試驗(yàn)臺(tái)的封閉功率。

通過(guò)圖2的試驗(yàn)我們得到了如表1中的數(shù)據(jù)：

表1 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)

通過(guò)此次試驗(yàn)我們不難發(fā)現(xiàn)，封閉系統(tǒng)的軸功率P遠(yuǎn)比電機(jī)所消耗的功率大，而電機(jī)所消耗的能量?jī)H用于克服系統(tǒng)的磨擦損耗和給封閉系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速n。而通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)分析，我們也可看出電機(jī)實(shí)際消耗功率只有封閉功率值的10%～15%左右，從而能達(dá)到節(jié)能的目的。

3 試驗(yàn)臺(tái)方案總體設(shè)計(jì)

通過(guò)上述“方案的建立”、“理論探討及驗(yàn)證”我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的機(jī)械全功率封閉試驗(yàn)臺(tái)，整體方案見(jiàn)圖3[3-4]。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)總體布置方案

加載器1串聯(lián)在加載齒輪箱2上，傳感器3串接在封閉系統(tǒng)中，封閉齒輪箱4的中心矩和聯(lián)接尺寸與加載齒輪箱相同，鼓形齒輪聯(lián)軸器5把傳感器和齒輪箱聯(lián)接在一起，250 kW主電機(jī)6給封閉系統(tǒng)提供動(dòng)力。試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

Design of M egawatt-level M echanical Power Fully-enclosed Test Rig

LUO Changji1,2,LIU Hunju1
(1.College ofMechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Jinzhong Co.,Ltd.,ShanxiCoal Transportation and Sales Group,Jinzhong 030600,China)

Megawatt-levelmechanical power fully-enclosed test rig can be used in the test of the specialgearbox in the large conveyorand in thebending static strength test on the transmission gear teeth in gearbox under static loading.The power,consumed by the mechanicalpower fully-enclosed test rig,is only used toovercome the frictional lossof the system and to provide power for theenclosed system,which is much less than the shaft power loss of the enclosed system.Adopting the mechanical power fully-enclosed test rig,powergrid does not require transformation,with the less energy consumption and significanteconomic benefits.

loading device;gearbox;mechanicalpower;fully-enclosed

TM 312

A

1672-5050（2016）06-062-03 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.018

2016-09-07

羅昌績(jī)（1971-），男，山西祁縣人，在讀工程碩士，高級(jí)工程師，從事煤礦機(jī)電管理工作。