劉宇鵬

摘要 面對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，和機械行業(yè)的競爭壓力，工廠想要在逆境中激流勇進，必須適應(yīng)環(huán)境，降低成本。大功率負(fù)載試驗設(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?zāi)Ｊ?，必將成為企業(yè)在未來發(fā)展的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】大功率負(fù)載試驗 試驗設(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)電機組的關(guān)鍵部件，由于機組安裝在極端環(huán)境下，所處地理位置大部分都在山上或邊遠(yuǎn)地區(qū)，裝機后一旦出現(xiàn)故障，哪怕是極為小的故障，都會造成極大的損失，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。因此，齒輪箱維修后必須做120%的負(fù)載試驗，檢驗齒輪箱的可靠性。確保齒輪箱滿足設(shè)計要求，降低使用風(fēng)險。

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

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

1 試驗設(shè)備的要求

風(fēng)電齒輪箱綜合試驗臺要求能對齒輪箱進行綜合性能試驗。要求達(dá)到以下試驗?zāi)繕?biāo)：

（1）對齒輪箱進行空載試驗，初步檢查箱體的密封性和潤滑情況，對嚙合齒輪磨合運行，通過磨合使齒輪箱處于良好的運行狀況;

（2）實時檢測潤滑油路的清潔度，保證負(fù)載試驗時齒輪箱的潤滑;

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

2 試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)

試驗設(shè)備主要由機械傳動部分、電控部分、液壓潤滑部分組成。

2.1 機械傳動部分

傳動部分作為試驗臺的主要部件，由動力系統(tǒng)、被試產(chǎn)品、負(fù)載系統(tǒng)組成。

動力系統(tǒng)采用一臺電機為驅(qū)動電機，主要為試驗臺提供動力輸出。動力由電機輸出后，經(jīng)過聯(lián)軸器、扭距轉(zhuǎn)速傳感器、軸承座后，通過萬向節(jié)輸入陪試箱輸入端，由陪試箱降速后為被試產(chǎn)品提供試驗轉(zhuǎn)速和扭矩;

另一臺電機作為負(fù)載電機，為試驗齒輪箱提供與輸入動力方向相反的載荷。實現(xiàn)逐步加載的目的。并安裝扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測量載荷的數(shù)值。

其中，萬向聯(lián)軸器可保證將動力系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)產(chǎn)生的振動隔離，避免影響產(chǎn)品的試驗結(jié)果，提高試驗準(zhǔn)確度。

2.2 電控部分

由兩組試驗電源分別驅(qū)動兩臺電機，試驗電源采用靜止變頻電源，兩組試驗電源共用整流單元，發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)過試驗電源反向整流為直流電后供電動機試驗電源的逆變單元使用，電網(wǎng)只需補充試驗設(shè)備的損耗。降低試驗設(shè)備試驗時的電能消耗。

扭矩轉(zhuǎn)速測量單元：采用TQ-665法蘭式扭矩傳感器測量。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系統(tǒng)中，并內(nèi)置了轉(zhuǎn)速測量單元。

2.3 液壓潤滑部分

液壓潤滑單元：采用模塊化的潤滑循環(huán)系統(tǒng)，對測試產(chǎn)品進行獨立潤滑。通過潤滑循環(huán)系統(tǒng)可以快速將潤滑油進行循環(huán)冷卻。避免集中供油時潤滑油加熱時間長、壓力損失大等缺點。

3 試驗設(shè)備的加載方式

負(fù)載試驗設(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、交直流加載等。

水力加載是將原動機輸出的機械動能通過作功，轉(zhuǎn)換為水的勢能，消耗機械能，起到加載目的。前期投入少，使用方便，缺點是控制靈敏度低，不能實現(xiàn)負(fù)載瞬態(tài)控制，能量損耗大，試驗成本高;

電渦流加載是電磁應(yīng)用初期的加載方式，通過磁場進行加載。試驗時通過調(diào)節(jié)磁力的大小，控制加載載荷，利用磁力作功消耗原動機的能量實現(xiàn)加載目的;

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

直流加載是將直流發(fā)電機發(fā)出的直流電經(jīng)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為交流電，并通過直流調(diào)速設(shè)備調(diào)節(jié)電機的電流來實現(xiàn)加載，控制原動機的旋轉(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)展起來的新的加載方式。工作原理是將交流發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)變頻整流為直流電，然后通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電反饋至電網(wǎng)。交流變頻調(diào)速加載設(shè)備通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的電流來控制驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速和扭矩。

綜上所述，水力加載、電渦流加載、磁力制動的設(shè)備價格相對便宜，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)電機換向器的影響，不適用于過高轉(zhuǎn)速運行，因此在旋轉(zhuǎn)速度過高的情況下，需要使用機械方式降速，最后導(dǎo)致設(shè)備體積過大，系統(tǒng)復(fù)雜且制造費用高。交流加載使用交流發(fā)電機，不僅具有直流加載的優(yōu)點，而且不存在使用換向器的問題，因而結(jié)構(gòu)簡單，無需保養(yǎng)，制造成本降低且性能穩(wěn)定可靠。

隨著科技的發(fā)展，動力設(shè)備對傳動裝置性能要求的提高，對其試驗設(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技術(shù)正逐步淘汰。根據(jù)齒輪箱的試驗大綱的要求，綜合考慮各種加載方式的優(yōu)缺點，本試驗臺優(yōu)先選用交流變頻返饋式加載方式。

我廠設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱負(fù)載試驗臺采用共直流母線結(jié)構(gòu)，由原動機帶動陪試箱旋轉(zhuǎn)驅(qū)動試驗箱，通過負(fù)載電機加載。負(fù)載發(fā)電機發(fā)出電能通過濾波回路濾波后，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。因此本試驗設(shè)備采用這種試驗方式，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)過大量市場調(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，技術(shù)同源、工藝相近、結(jié)構(gòu)相似，具備軍民融合項目典型的特征。同時建設(shè)此項目，有利于擴大企業(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)過實踐使用、成本分析后，比原先加載系統(tǒng)電能消耗節(jié)省70%，降低的試驗成本，提高工廠在齒輪箱維修行業(yè)的競爭力。

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)計與應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志，2004.