[发明专利]一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置

说明书

技术领域

本发明属于机械设计及机械动力学领域，特别涉及一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置结构设计。

背景技术

日益严重的能源危机和环境污染，我国对清洁能源的需求十分迫切。风力发电因技术可靠性、风电产品质量的提高和成本优势获得广泛关注，近年来得到快速发展。2014年年底，我国风电装机容量将超过9000万千瓦，年发电量达到1750亿千瓦时。

风力机齿轮箱位于叶轮和发电机之间，是水平轴风力发电机组的关键部件，将叶轮受风力作用旋转产生的动力传递给发电机发电，同时将叶轮输入的较低转速转变为满足发电机所需的转速，是一种在高空支架状态受无规律变向风载作用的低速、重载、增速齿轮箱。齿轮箱可靠性的高低及动力学特性的优劣直接决定着风力发电机能否正常工作。国标要求风力机可靠运行20年，但运行实际情况远低于国标标准。目前常用的兆瓦级风力机齿轮箱由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传动构成。与平行轴齿轮相比，行星齿轮传动具有结构紧凑、体积小、传动比大和传动效率高等优势，但在设计维护方面也存在更多问题。行星齿轮同时存在内、外啮合，结构复杂，自由度多。风力机齿轮箱高空悬支，塔架在风载作用下发生弯曲振动。对于行星齿轮而言，即为外加的平动位移激励和摆动位移激励。风速的时变性使得行星齿轮的输入转速和输入转矩均为时变。转速和转矩变化、塔架弯曲振动带来的位移激励等复杂工况使得行星齿轮的振动和噪声问题一直没有得到很好的解决，行星齿轮故障是风力机齿轮箱的主要故障之一。

恶劣的运行环境和维修维护的不便，对风力发电机行星齿轮的可靠性和动力学特性提出了很高的要求。因此，在风力发电机行星齿轮的设计阶段需充分考虑行星齿轮实际复杂工况的影响，通过模拟试验评估行星齿轮设计优劣，进而达到不断优化设计的目的。因此，很有必要提出一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置。

发明内容

本发明的目的是为模拟风力机行星齿轮箱变转速、变转矩和位移激励的复杂工况，评估行星齿轮箱在复杂工况下的动力学性能，克服现有模拟装置不足，提供一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置，具有结构简单、对风力机行星齿轮复杂工况模拟精度高的特点。

本发明采用的技术方案是：

一种风力机行星齿轮复杂工况模拟及测试装置，该装置用于对风力机行星齿轮变转速、变扭矩和外部位移激励的模拟，及对行星齿轮输入轴、行星齿轮箱、行星齿轮输出轴的振动测试，其特征在于，装置包括平板底座、电机控制器及伺服电机、两个膜片联轴器、电涡流传感器组件、信号采集器、加速度传感器组件、磁粉制动器控制器及磁粉制动器、振动台；连接关系为：伺服电机通过信号线与电机控制器相连，电机输出轴通过第一膜片联轴器与待模拟行星齿轮输入轴相连，行星齿轮输出轴通过第二膜片联轴器与磁粉制动器相连，磁粉制动器通过信号线与磁粉制动器控制器相连；伺服电机、行星齿轮箱、和磁粉制动器均固定在平板底座的上表面上，振动台安装在平板底座中部(具体位置可根据试验需要进行改变)的下方，并与平板底座下表面接触，构成完整的模拟风力机行星齿轮复杂工况的传动系统；

所述装置还包括设置在输入轴的横截面的输入轴测试平面、设置在行星齿轮箱体的横截面行星齿轮箱体测试平面及设置在输出轴的横截面处输出轴测试平面；所述信号采集器分别通过信号线与电涡流传感器组件、速度传感器组件相连；电涡流传感器组件设置在输入轴测试平面上及输出轴测试平面上，速度传感器组件设置在行星齿轮箱体测试平面上。

本发明的有益效果是：

1、本发明的风力机行星齿轮箱复杂工况的模拟及模拟装置充分考虑转速和转矩变化、塔架振动引起的位移激励对行星齿轮箱动力学性能影响，能较为全面地模拟风力机行星齿轮箱变转速、变转矩和外部位移激励的复杂运行工况；

2、本发明的风力机行星齿轮箱复杂工况的模拟及测试装置采用可拆分式底座，将行星齿轮箱的平移运动和摆动在同一套装置中实现，同时转轴位置可变，装置灵活简便；

3、本发明的风力机行星齿轮箱复杂工况的模拟及测试装置同时采用加速度传感器测量箱体振动和电涡流传感器测量输入、输出轴的径向振动位移，全面反映行星齿轮箱振动情况，通过动力学测试评估设计的优劣，达到优化设计，降低成本的目的。

附图说明

图1为本发明一种风力机行星齿轮箱复杂工况的模拟及测试装置实施例1的立体结构示意图。

图2为本发明一种风力机行星齿轮箱复杂工况的模拟及测试装置实施例的输入、输出轴电涡流传感器安装示意图。