劉宇鵬

摘要 面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，和機(jī)械行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，工廠想要在逆境中激流勇進(jìn)，必須適應(yīng)環(huán)境，降低成本。大功率負(fù)載試驗(yàn)設(shè)備能耗尤為突出，應(yīng)用低能耗交流變頻回饋技術(shù)的大功率負(fù)載設(shè)備的試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，必將成為企業(yè)在未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】大功率負(fù)載試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)備 低能耗交流變頻回饋

風(fēng)力發(fā)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，由于機(jī)組安裝在極端環(huán)境下，所處地理位置大部分都在山上或邊遠(yuǎn)地區(qū)，裝機(jī)后一旦出現(xiàn)故障，哪怕是極為小的故障，都會(huì)造成極大的損失，故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。因此，齒輪箱維修后必須做120%的負(fù)載試驗(yàn)，檢驗(yàn)齒輪箱的可靠性。確保齒輪箱滿足設(shè)計(jì)要求，降低使用風(fēng)險(xiǎn)。

為檢驗(yàn)齒輪箱各機(jī)件的裝配和調(diào)整的質(zhì)量，連接緊固件的可靠程度，各潤(rùn)滑區(qū)域的的潤(rùn)滑狀態(tài)和密封情況，傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀況，并對(duì)齒輪箱進(jìn)行初步磨合，同時(shí)在負(fù)載情況下，對(duì)齒輪箱的各傳動(dòng)副進(jìn)行良好的磨合，避免不正常的磨損和破壞，驗(yàn)證齒輪箱能否滿足設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，確保齒輪箱在實(shí)際使用時(shí)能滿足客戶的要求。

工廠將以“市場(chǎng)主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”為準(zhǔn)繩，充分利用軍工企業(yè)優(yōu)勢(shì)和軍品大修的寶貴經(jīng)驗(yàn)，建成風(fēng)電齒輪箱試驗(yàn)基地。實(shí)現(xiàn)齒輪箱的維修制造和試驗(yàn)?zāi)芰?。通過(guò)對(duì)軍品試驗(yàn)技術(shù)深度開發(fā)，研發(fā)設(shè)計(jì)交流變頻回饋式多功能民品綜合試驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了低能耗齒輪箱工況模擬，降低了試驗(yàn)成本。

1 試驗(yàn)設(shè)備的要求

風(fēng)電齒輪箱綜合試驗(yàn)臺(tái)要求能對(duì)齒輪箱進(jìn)行綜合性能試驗(yàn)。要求達(dá)到以下試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

（1）對(duì)齒輪箱進(jìn)行空載試驗(yàn)，初步檢查箱體的密封性和潤(rùn)滑情況，對(duì)嚙合齒輪磨合運(yùn)行，通過(guò)磨合使齒輪箱處于良好的運(yùn)行狀況;

（2）實(shí)時(shí)檢測(cè)潤(rùn)滑油路的清潔度，保證負(fù)載試驗(yàn)時(shí)齒輪箱的潤(rùn)滑;

（3）加載試驗(yàn)：保證對(duì)齒輪箱以25%、50%、100%、120%的負(fù)載進(jìn)行逐步加載試驗(yàn)、并記錄箱體的各齒輪軸的振動(dòng)指標(biāo)、油溫以及輸入轉(zhuǎn)速和加載扭距;再由專用分析軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。

2 試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)設(shè)備主要由機(jī)械傳動(dòng)部分、電控部分、液壓潤(rùn)滑部分組成。

2.1 機(jī)械傳動(dòng)部分

傳動(dòng)部分作為試驗(yàn)臺(tái)的主要部件，由動(dòng)力系統(tǒng)、被試產(chǎn)品、負(fù)載系統(tǒng)組成。

動(dòng)力系統(tǒng)采用一臺(tái)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，主要為試驗(yàn)臺(tái)提供動(dòng)力輸出。動(dòng)力由電機(jī)輸出后，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器、扭距轉(zhuǎn)速傳感器、軸承座后，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)輸入陪試箱輸入端，由陪試箱降速后為被試產(chǎn)品提供試驗(yàn)轉(zhuǎn)速和扭矩;

另一臺(tái)電機(jī)作為負(fù)載電機(jī)，為試驗(yàn)齒輪箱提供與輸入動(dòng)力方向相反的載荷。實(shí)現(xiàn)逐步加載的目的。并安裝扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量載荷的數(shù)值。

其中，萬(wàn)向聯(lián)軸器可保證將動(dòng)力系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)隔離，避免影響產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果，提高試驗(yàn)準(zhǔn)確度。

2.2 電控部分

由兩組試驗(yàn)電源分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，試驗(yàn)電源采用靜止變頻電源，兩組試驗(yàn)電源共用整流單元，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)試驗(yàn)電源反向整流為直流電后供電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)電源的逆變單元使用，電網(wǎng)只需補(bǔ)充試驗(yàn)設(shè)備的損耗。降低試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)時(shí)的電能消耗。

扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量單元：采用TQ-665法蘭式扭矩傳感器測(cè)量。這種傳感器采用極其緊湊連接型式，能夠便捷的安裝于傳動(dòng)系統(tǒng)中，并內(nèi)置了轉(zhuǎn)速測(cè)量單元。

2.3 液壓潤(rùn)滑部分

液壓潤(rùn)滑單元：采用模塊化的潤(rùn)滑循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)測(cè)試產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立潤(rùn)滑。通過(guò)潤(rùn)滑循環(huán)系統(tǒng)可以快速將潤(rùn)滑油進(jìn)行循環(huán)冷卻。避免集中供油時(shí)潤(rùn)滑油加熱時(shí)間長(zhǎng)、壓力損失大等缺點(diǎn)。

3 試驗(yàn)設(shè)備的加載方式

負(fù)載試驗(yàn)設(shè)備中常用的加載方式主要有：水力加載、電渦流加載、磁力制動(dòng)、交直流加載等。

水力加載是將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械動(dòng)能通過(guò)作功，轉(zhuǎn)換為水的勢(shì)能，消耗機(jī)械能，起到加載目的。前期投入少，使用方便，缺點(diǎn)是控制靈敏度低，不能實(shí)現(xiàn)負(fù)載瞬態(tài)控制，能量損耗大，試驗(yàn)成本高;

電渦流加載是電磁應(yīng)用初期的加載方式，通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行加載。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)磁力的大小，控制加載載荷，利用磁力作功消耗原動(dòng)機(jī)的能量實(shí)現(xiàn)加載目的;

磁力制動(dòng)以磁粉為工作介質(zhì)，調(diào)節(jié)激磁電流，改變磁粉的狀態(tài)，達(dá)到控制制動(dòng)或加載的目的。磁力制動(dòng)設(shè)備輸出的轉(zhuǎn)矩與激磁電流成線性關(guān)系變化，與轉(zhuǎn)速或滑差無(wú)關(guān);

直流加載是將直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電經(jīng)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為交流電，并通過(guò)直流調(diào)速設(shè)備調(diào)節(jié)電機(jī)的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)加載，控制原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩大小;

交流加載技術(shù)是在上世紀(jì)末逐步發(fā)展起來(lái)的新的加載方式。工作原理是將交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)變頻整流為直流電，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電反饋至電網(wǎng)。交流變頻調(diào)速加載設(shè)備通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電流來(lái)控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速和扭矩。

綜上所述，水力加載、電渦流加載、磁力制動(dòng)的設(shè)備價(jià)格相對(duì)便宜，但是這些加載裝置所使用能量不可以重新利用，使用成本太高。

直流式加載可以方便的控制轉(zhuǎn)速，但由于直流發(fā)電機(jī)換向器的影響，不適用于過(guò)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，因此在旋轉(zhuǎn)速度過(guò)高的情況下，需要使用機(jī)械方式降速，最后導(dǎo)致設(shè)備體積過(guò)大，系統(tǒng)復(fù)雜且制造費(fèi)用高。交流加載使用交流發(fā)電機(jī)，不僅具有直流加載的優(yōu)點(diǎn)，而且不存在使用換向器的問(wèn)題，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需保養(yǎng)，制造成本降低且性能穩(wěn)定可靠。

隨著科技的發(fā)展，動(dòng)力設(shè)備對(duì)傳動(dòng)裝置性能要求的提高，對(duì)其試驗(yàn)設(shè)備性能的要求也在逐步提高，水力加載和電力加載等落后的加載試驗(yàn)技術(shù)正逐步淘汰。根據(jù)齒輪箱的試驗(yàn)大綱的要求，綜合考慮各種加載方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)先選用交流變頻返饋式加載方式。

我廠設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱負(fù)載試驗(yàn)臺(tái)采用共直流母線結(jié)構(gòu)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)陪試箱旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)箱，通過(guò)負(fù)載電機(jī)加載。負(fù)載發(fā)電機(jī)發(fā)出電能通過(guò)濾波回路濾波后，前端單元將濾波后的交流電轉(zhuǎn)換為母線上的直流電，由逆變單元控制完成電能的回饋使用。因此本試驗(yàn)設(shè)備采用這種試驗(yàn)方式，形成電能封閉加載，能量使用率很高，節(jié)能效果明顯。

4 總結(jié)

工廠經(jīng)過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合自身設(shè)備、人力資源等各方面能力開發(fā)，它與工廠軍品箱體試驗(yàn)，技術(shù)同源、工藝相近、結(jié)構(gòu)相似，具備軍民融合項(xiàng)目典型的特征。同時(shí)建設(shè)此項(xiàng)目，有利于擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使軍民兩用技術(shù)得到更大的發(fā)揮。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐使用、成本分析后，比原先加載系統(tǒng)電能消耗節(jié)省70%，降低的試驗(yàn)成本，提高工廠在齒輪箱維修行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]李方園，通用變頻器共用直流母線方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志，2004.