基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在基座臺(tái)架一端，齒輪箱傳動(dòng)裝置包括二級(jí)行星減速齒輪箱、二級(jí)行星增速齒輪箱、單級(jí)平行軸齒輪箱，二級(jí)行星減速齒輪箱的高速軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，二級(jí)行星減速齒輪箱的低速軸與二級(jí)行星增速齒輪箱的低速軸通過膜片式聯(lián)軸器連接，行星齒輪箱的高速軸通過聯(lián)軸器與單級(jí)平行軸齒輪箱的低速軸連接，扭矩轉(zhuǎn)速儀的一端通過聯(lián)軸器與單級(jí)平行軸齒輪箱的高速軸連接，扭矩轉(zhuǎn)速儀的另一端與負(fù)載模擬電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接；工況模擬加載模塊包括軸向液壓缸支承、軸向液壓加載缸、徑向液壓缸支承、徑向液壓加載缸和偏心塊激振器。本實(shí)用新型有效模擬風(fēng)電齒輪箱工況、故障信息數(shù)據(jù)可靠。
【專利說明】基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，尤其是一種基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電齒輪箱是位于風(fēng)葉輪和發(fā)電機(jī)之間用于傳遞機(jī)械能的傳動(dòng)裝置，它將分葉輪輸入的低轉(zhuǎn)速機(jī)械能轉(zhuǎn)化為用于發(fā)電機(jī)發(fā)電的高轉(zhuǎn)速機(jī)械能，由于風(fēng)電機(jī)組一般安裝在海島、海面、荒漠等風(fēng)力資源豐富的野外，且距離地面或者海面幾十米甚至上百米，因此其維護(hù)工作不便且維修費(fèi)用高昂，且風(fēng)電齒輪箱與一般工業(yè)齒輪箱相比，其受到不規(guī)則、強(qiáng)陣風(fēng)的作用，承受的動(dòng)態(tài)載荷很高，因此對(duì)其運(yùn)行過程中進(jìn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和機(jī)械故障診斷可以有效在故障出現(xiàn)的早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取相應(yīng)措施，避免造成齒輪箱進(jìn)一步的損壞而導(dǎo)致更嚴(yán)重的損失。
[0003]傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷試驗(yàn)裝置往往只注重對(duì)機(jī)械設(shè)備故障源的模擬，如對(duì)齒輪箱某一齒輪進(jìn)行齒破壞或者對(duì)軸承滾動(dòng)體滾道切割，采取上述方式模擬的故障信號(hào)信噪比較高，只需通過較為簡(jiǎn)單的信號(hào)處理方法如快速傅里葉變換即可進(jìn)行故障診斷的判定，但風(fēng)電齒輪箱長(zhǎng)期運(yùn)行在沖擊變載荷的工況下，且受到不規(guī)則、強(qiáng)陣風(fēng)的作用，一些與齒輪箱故障無關(guān)的擾動(dòng)信號(hào)也被作為有效信號(hào)采集，導(dǎo)致了故障信號(hào)的信噪比很低，無法用常規(guī)的故障診斷方法對(duì)其進(jìn)行分析，而理論上提出了新方法往往又無法通過一個(gè)真實(shí)有效的模擬環(huán)境來進(jìn)行驗(yàn)證，因此需要一種真實(shí)工況模擬的試驗(yàn)臺(tái)來模擬風(fēng)電齒輪箱實(shí)際運(yùn)行的工況，即在一個(gè)較為真實(shí)的風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行工況平臺(tái)上進(jìn)行風(fēng)電齒輪箱故障診斷方法的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷試驗(yàn)方式的無法有效模擬風(fēng)電齒輪箱工況、故障信息數(shù)據(jù)可靠性較差的不足，本實(shí)用新型提供一種有效模擬風(fēng)電齒輪箱工況、故障信息數(shù)據(jù)可靠的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，包括基座臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪箱傳動(dòng)裝置、工況模擬加載模塊、扭矩轉(zhuǎn)速儀和負(fù)載模擬電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在基座臺(tái)架一端，所述齒輪箱傳動(dòng)裝置包括二級(jí)行星減速齒輪箱、二級(jí)行星增速齒輪箱、單級(jí)平行軸齒輪箱，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的高速軸與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的低速軸與所述二級(jí)行星增速齒輪箱的低速軸通過膜片式聯(lián)軸器連接，所述行星齒輪箱的高速軸通過聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的低速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀的一端通過聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的高速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀的另一端通過聯(lián)軸器與所述負(fù)載模擬電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接；
[0007]所述工況模擬加載模塊包括軸向液壓缸支承、軸向液壓加載缸、徑向液壓缸支承、徑向液壓加載缸、偏心塊激振器，所述軸向液壓缸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述軸向液壓加載缸一端鉸接在所述軸向液壓缸支承上，另一端通過一個(gè)L型加載塊鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱的一側(cè)吊裝耳環(huán)上，所述徑向液壓缸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述徑向液壓加載缸一端鉸接在所述徑向液壓缸支承上，另一端鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱的另一側(cè)吊裝耳環(huán)上，所述偏心塊激振器的底座固定在所述臺(tái)架上，所述偏心塊激振器一側(cè)與所述二級(jí)行星增速齒輪箱的底座通過螺栓連接，另一側(cè)與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的底座通過螺栓連接。
[0008]進(jìn)一步，所述故障診斷試驗(yàn)臺(tái)還包括慣量模擬裝置，所述慣量模擬裝置包括離合器、T型支架、飛輪軸、飛輪和飛輪軸支承，所述T型支架安裝在所述基座臺(tái)架上，所述離合器安裝在所述T型支架上，所述離合器輸入端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，所述飛輪軸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述飛輪主軸安裝在所述飛輪軸支承的軸承上，所述離合器輸出端與飛輪主軸的一端連接，所述飛輪同軸心安裝在所述飛輪主軸上，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的高速軸與所述飛輪主軸的另一端通過聯(lián)軸器連接。
[0009]更進(jìn)一步，所述慣量模擬裝置還包括磁粉制動(dòng)器、電磁吸合器、方形磁鋼，所述磁粉制動(dòng)器安裝在所述基座臺(tái)架上，所述磁粉制動(dòng)器輸出軸安裝有第一同步帶輪，所述飛輪主軸上安裝有第二同步帶輪，所述第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪聯(lián)動(dòng)，所述方向磁鋼固定在所述飛輪側(cè)面外緣，所述電磁吸合器位于所述飛輪的一側(cè)，通過支架安裝在基座臺(tái)架上，所述電磁吸合器的安裝高度與于所述飛輪的旋轉(zhuǎn)中心軸高度一致。
[0010]再進(jìn)一步，所述偏心塊激振器振動(dòng)主體可沿其水平轉(zhuǎn)軸傾斜并與豎直方向呈一傾角，傾角范圍為0°?45°。
[0011]優(yōu)選的，所述基座臺(tái)架上加工有兩條填充有吸振材料的凹形隔振槽，第一凹形隔振槽位于所述二級(jí)行星減速齒輪箱與所述二級(jí)行星增速齒輪箱之間，第二凹形隔振槽位于所述單級(jí)平行軸齒輪箱與所述扭矩轉(zhuǎn)速儀之間。
[0012]優(yōu)選的，所述試驗(yàn)臺(tái)還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括加速度傳感器、鉬熱電阻、位移傳感器、光電編碼器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)，所述加速度傳感器的數(shù)量為三個(gè)，第一加速度傳感器安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱殼體頂部，第二加速度傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱的殼體頂部，第三加速度傳感器安裝于所述飛輪軸支承頂部，所述光電編碼器安裝于所述扭矩轉(zhuǎn)速儀內(nèi)部，所述鉬熱電阻數(shù)量為兩個(gè)，第一鉬熱電阻安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱的油槽中，第二鉬熱電阻安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱的油槽中，所述位移傳感器為激光位移傳感器，數(shù)量為兩個(gè)，安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的同一豎直平面內(nèi)，第一位移傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的豎直端，第二位移傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的水平端，所述加速度傳感器、熱電阻、位移傳感器與所述數(shù)據(jù)采集卡連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述工控機(jī)連接。
[0013]所述試驗(yàn)臺(tái)還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)包括包括三相電源整流模塊、直流母線、第一變頻控制器、第二變頻控制器，所述三相電源整流模塊與所述直流母線連接，所述直流母線與所述第一變頻控制器、第二變頻控制器連接，所述第一變頻控制器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述第二變頻控制器與所述負(fù)載模擬電機(jī)連接，所述第一變頻控制器與第二變頻控制器的通信端口通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與所述工控機(jī)連接。
[0014]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:采用二級(jí)行星增速齒輪箱和單級(jí)平行軸齒輪箱級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)模擬風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)，通過磁粉制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)鏈旋轉(zhuǎn)圓周的切向沖擊，通過電磁吸合器對(duì)方形磁鋼的吸合作用實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的徑向沖擊，采用液壓裝置完成對(duì)齒輪箱的軸、徑向加載，利用偏心塊激振器實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱底座的振蕩激振，提供一個(gè)模擬風(fēng)電齒輪箱真實(shí)運(yùn)行的平臺(tái)，研究在模擬真實(shí)工況條件下采集到風(fēng)電齒輪箱各種信號(hào)特別是振動(dòng)信號(hào)所表現(xiàn)出的機(jī)械狀態(tài)，通過電封閉技術(shù)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的能量循環(huán)，保證試驗(yàn)臺(tái)處于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:(I)通過工況模擬加載模塊可仿真模擬風(fēng)電齒輪箱處于的變載荷、強(qiáng)陣風(fēng)的真實(shí)運(yùn)行工況；(2)采用多類型傳感器對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行故障信號(hào)的提取，為故障診斷的信息融合機(jī)制提供了一個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證的平臺(tái)；(3)采用電封閉結(jié)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，只需要從外部電網(wǎng)補(bǔ)充系統(tǒng)損失的能量，避免了發(fā)電機(jī)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的干擾，能源利用率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是風(fēng)電齒輪箱工況模擬試驗(yàn)臺(tái)的等軸測(cè)視圖。
[0017]圖2是風(fēng)電齒輪箱工況模擬試驗(yàn)臺(tái)的上視圖。
[0018]圖3是慣量模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是工況模擬加載模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。
[0021]圖6是電氣控制系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0023]參照?qǐng)D1?圖6，一種基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，包括基座臺(tái)架
1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、慣量模擬裝置3、齒輪箱傳動(dòng)裝置4、工況模擬加載模塊5、扭矩轉(zhuǎn)速儀6、負(fù)載模擬電機(jī)7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8、電氣控制系統(tǒng)9，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2為三相變頻調(diào)速電機(jī)，選用安徽皖南電機(jī)公司生產(chǎn)的YVF2-112M-4電機(jī)，額定功率4kW，額定轉(zhuǎn)矩26.5N.m，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，變頻范圍為5?100Hz，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2作為試驗(yàn)臺(tái)主傳動(dòng)鏈的驅(qū)動(dòng)源，安裝在基座臺(tái)架I 一端，電機(jī)工作在正向電動(dòng)狀態(tài)，
[0024]所述慣量模擬裝置3包括離合器3-1、Τ型支架3-2、飛輪軸3_3、飛輪3_4、飛輪軸支承3-5、磁粉制動(dòng)器3-6、電磁吸合器3-7以及方形磁鋼3-8，所述T型支架3_2安裝在所述基座臺(tái)架I上，所述離合器3-1選用電磁離合器，采用24V直流供電，供電功率為20W，靜摩擦轉(zhuǎn)矩25Ν.m，動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩20N.m，所述離合器3-1通過3個(gè)位于同一圓周120°等角度間隔的螺紋孔安裝在所述T型支架3-2上，所述離合器3-1輸入端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸通過平鍵連接，所述飛輪軸支承3-5安裝在所述基座臺(tái)架I上，所述飛輪主軸3-3安裝在所述飛輪軸支承3-5的軸承上，所述離合器3-1輸出端與飛輪主軸3-3的一端通過梅花聯(lián)軸器連接，所述飛輪3-4通過平鍵同軸心安裝在所述飛輪主軸3-3上，所述磁粉制動(dòng)器
3-6安裝在所述基座臺(tái)架I上，所述磁粉制動(dòng)器3-6輸出軸安裝有第一同步帶輪，所述飛輪主軸上安裝有第二同步帶輪，所述第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪聯(lián)動(dòng)，所述方向磁鋼3-8通過粘合劑固定在所述飛輪3-4側(cè)面外緣，所述電磁吸合器3-7位于所述飛輪的一側(cè)，通過支架安裝在基座臺(tái)架I上，所述電磁吸合器3-7的安裝高度與于所述飛輪3-4旋轉(zhuǎn)中心軸的高度一致。
[0025]所述齒輪箱傳動(dòng)裝置4包括二級(jí)行星減速齒輪箱4-1、二級(jí)行星增速齒輪箱4-2、單級(jí)平行軸齒輪箱4-3，所述二級(jí)行星減速齒輪箱4-1選用南京高速齒輪箱公司生產(chǎn)的NGW行星齒輪減速箱，傳動(dòng)比代號(hào)為12、機(jī)座號(hào)為4，公稱傳動(dòng)比為40，許用功率8.4kW，所述二級(jí)行星減速齒輪箱4-1的高速軸與所述飛輪主軸3-3的另一端通過膜片式聯(lián)軸器連接，所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2的選用型號(hào)與所述二級(jí)行星減速齒輪箱4-1 一致，上述兩個(gè)行星齒輪箱采用背靠背的傳動(dòng)試驗(yàn)形式，即所述二級(jí)行星減速齒輪箱4-1的低速軸與所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2的低速軸通過膜片式聯(lián)軸器連接，所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3選用江蘇國(guó)茂集團(tuán)生產(chǎn)的ZDY型圓柱齒輪減速機(jī)，規(guī)格代號(hào)為80，公稱傳動(dòng)比為2，許用功率為21kW，所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2的高速軸通過膜片式聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的低速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀6選用北京三晶公司生產(chǎn)的JN338A型直連式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，傳感器量程為ION.m,傳感器信號(hào)輸出為方波信號(hào)，幅值為5V,零轉(zhuǎn)矩頻率輸出為ΙΟΚΗζ，正向轉(zhuǎn)矩滿量程頻率輸出為15KHz，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀6的一端通過梅花聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的高速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀6的另一端通過梅花聯(lián)軸器與所述負(fù)載模擬電機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，所述負(fù)載模擬電機(jī)7選用型號(hào)與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2型號(hào)一致，所述負(fù)載模擬電機(jī)7安裝在所述基準(zhǔn)臺(tái)架I的另一端，工作在反饋制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)，所述基座臺(tái)架I上加工有兩條凹形隔振槽，第一凹形隔振槽1-1位于所述二級(jí)行星減速齒輪箱
4-1與所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2之間，第一凹形隔振槽1-1與所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2安裝邊緣的間隔距離為10cm，第二凹形隔振槽1-2位于所述單級(jí)平行軸齒輪箱4_3與所述扭矩轉(zhuǎn)速儀6之間，第二凹形隔振槽1-2與所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3安裝邊緣的間隔距離為10cm，所述凹形隔振槽的剖面為一 10cm*5cm的矩形，槽內(nèi)均填充有吸振阻尼材料，兩條凹形隔振槽將所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2與所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3隔離，使其在模擬真實(shí)工況運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的特定振動(dòng)不會(huì)影響到其他安裝在基準(zhǔn)臺(tái)架I上的器件，進(jìn)而保證試驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0026]所述工況模擬加載模塊5包括軸向液壓缸支承5-1、軸向液壓加載缸5-2、徑向液壓缸支承5-3、徑向液壓加載缸5-4、偏心塊激振器5-5，所述軸向液壓缸支承5-1安裝在所述基座臺(tái)架I上，所述軸向液壓加載缸5-2為博世力樂士生產(chǎn)⑶LI型單活塞桿液壓缸，活塞行程為30mm，頭部和尾部均采用圓形法蘭，用于鉸接安裝，所述軸向液壓加載缸5-2 —端鉸接在所述軸向液壓缸支承5-1上，另一端通過一個(gè)L型加載塊5-6鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的一側(cè)吊裝耳環(huán)上，所述徑向液壓缸支承5-3安裝在所述基座臺(tái)架I上，所述徑向液壓加載缸5-4選取型號(hào)與軸向液壓加載缸5-2 —致,所述徑向液壓加載缸5-4 —端鉸接在所述徑向液壓缸支承5-3上，另一端鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的另一側(cè)吊裝耳環(huán)上，通過控制加載液壓缸的活塞行程來對(duì)齒輪箱的軸、徑向施加靜態(tài)載荷，所述偏心塊激振器5-5的底座固定在所述基座臺(tái)架I上，所述偏心塊激振器5-5 —側(cè)與所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2的底座通過螺栓連接，另一側(cè)與所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的底座通過螺栓連接，所述偏心塊激振器5-5的振動(dòng)主體可沿其水平轉(zhuǎn)軸傾斜并與豎直方向呈一傾角，傾角的調(diào)整范圍為0°?45°。
[0027]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8包括加速度傳感器8-1、鉬熱電阻8-2、位移傳感器8_3、光電編碼器8-4、數(shù)據(jù)采集卡8-5、工控機(jī)8-6，所述加速度傳感器8-1為，數(shù)量為三個(gè)，選用美國(guó)Dytran公司生產(chǎn)的3023AH，靈敏度為10mV/g，頻響特性為1.5到5000Hz，量程為50g，第一加速度傳感器8-1-1通過螺紋安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2殼體頂部，第二加速度傳感器8-1-2通過螺紋安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的殼體頂部，第三加速度傳感器8-1-3通過螺紋安裝于所述飛輪軸支承3-5頂部，所述光電編碼器8-4安裝于所述扭矩轉(zhuǎn)速儀6的內(nèi)部，所述鉬熱電阻8-2選用PtlOO鉬電阻，數(shù)量為兩個(gè)，第一鉬熱電阻8-2-1安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱4-2的油槽中，第二鉬熱電阻8-2-2安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3的油槽中，所述位移傳感器8-3為激光位移傳感器，選用型號(hào)為日本基恩士公司生產(chǎn)的LK-G30，測(cè)量范圍在30mm±5mm，重復(fù)精度為0.05 μ m，傳感器數(shù)量為兩個(gè)，安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3輸出軸的同一豎直平面內(nèi)，第一位移傳感器8-3-1安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的豎直端4-3，用以測(cè)量齒輪箱輸出軸在豎直方向的位移跳動(dòng)，第二位移傳感器8-3-2安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱4-3輸出軸的水平端，用以測(cè)量齒輪箱4-3輸出軸在水平方向的位移跳動(dòng)，所述數(shù)據(jù)采集卡8-5包括采集卡機(jī)箱8-5-1、電阻測(cè)量采集卡8-5-2、位移測(cè)量采集卡8-5-3、振動(dòng)測(cè)量采集卡8-5-4、數(shù)字IO采集卡8_5_5，均采用美國(guó)NI公司產(chǎn)品，所述采集卡機(jī)箱8-5-1采用NI CDAQ9184四槽機(jī)箱，所述采集卡機(jī)箱8_5_1通過USB總線與所述工控機(jī)8-6連接，所述電阻測(cè)量采集卡8-5-2采用NI9219采集卡，插在所述采集卡機(jī)箱8-5-1的第一插槽，所述第一鉬熱電阻8-2-2、第二鉬熱電阻8-2-2分別連接到電阻測(cè)量采集卡8-5-2的第一、第二輸入通道，所述位移測(cè)量采集卡8-5-3采用NI9207采集卡，插在所述所述采集卡機(jī)箱8-5-1第四插槽，所述位移傳感器8-3分別連接所述所述位移測(cè)量采集卡8-5-3的第一、第二輸入通道，所述振動(dòng)測(cè)量采集卡8-5-4采用NI9234采集卡，插在所述采集卡機(jī)箱第三插槽，所述加速度傳感器8-1分別與所述振動(dòng)測(cè)量采集卡8-5-4的第一、第二、第三輸入通道，所述數(shù)字IO采集卡8-5-5選用NI9403，插在所述所述采集卡機(jī)箱8-5-1第四插槽，所述光電編碼器8-4分別連接所述數(shù)字IO采集卡8-5-5的第一、第二輸入通道。
[0028]所述電氣控制系統(tǒng)9包括包括三相電源整流模塊9-1、直流母線9-2、第一變頻控制器9-3、第二變頻控制器9-4，所述三相電源整流模塊9-1與所述直流母線9-2連接，所述直流母線9-2與所述第一變頻控制器9-3、第二變頻控制器9-4連接，所述第一變頻控制器9-3與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2連接，所述第二變頻控制器9-4與所述負(fù)載模擬電機(jī)7連接，所述第一變頻控制器與第二變頻控制器的通信端口通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus與所述工控機(jī)8-6連接。
[0029]本實(shí)施例中，所示試驗(yàn)臺(tái)采用電封閉結(jié)構(gòu)，所述三相電源整流模塊9-1將工業(yè)三相電整流成直流電，能量以直流電的形式存儲(chǔ)在直流母線9-2中，第一變頻控制器9-3通過內(nèi)部的逆變單元將直流電逆變至驅(qū)動(dòng)電機(jī)2所需的三相交流電，變頻控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2工作在正向電動(dòng)狀態(tài)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能逐次通過慣量模擬裝置3、齒輪箱傳動(dòng)裝置4、扭矩轉(zhuǎn)速儀6傳遞到負(fù)載模擬電機(jī)7，第二變頻控制器9-4控制負(fù)載模擬電機(jī)7工作在反饋發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，并將其產(chǎn)生的交流電通過內(nèi)部的整流單元整流成直流電反饋到直流母線9-2中，由于機(jī)械傳動(dòng)效率較高，因此試驗(yàn)臺(tái)只需通過三相電源整流模塊9-1從工業(yè)三相電中獲取少量電能來補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行損耗的能量即可滿足試驗(yàn)臺(tái)的連續(xù)運(yùn)行。
[0030]作為風(fēng)電齒輪箱真實(shí)運(yùn)行工況的一種模擬，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)2通過離合器3-1自身的吸合帶動(dòng)飛輪3-4旋轉(zhuǎn)，所述二級(jí)行星減速齒輪箱4-1將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低50倍，用以模擬在風(fēng)力持續(xù)的作用下風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)離合器3-1斷開時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2無法繼續(xù)提供驅(qū)動(dòng)里，而飛輪3-4由于慣性將保持繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并逐步減速，該過程用以模擬由于風(fēng)力逐步減小無法繼續(xù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程，磁粉制動(dòng)器3-6通過對(duì)飛輪主軸3-3的制動(dòng)來模擬緊急狀況下風(fēng)輪的緊急剎車情況，電磁吸合器7通過對(duì)方形磁鋼3-8的吸合來模擬風(fēng)輪受到側(cè)向風(fēng)時(shí)的沖擊情況。
[0031]工況模擬加載模塊5用以模擬對(duì)風(fēng)力發(fā)電齒輪箱在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)工況，軸向液壓加載缸5-2和徑向液壓加載缸5-4完成對(duì)高速旋轉(zhuǎn)部件的靜態(tài)加載，偏心塊激振器5-5模擬風(fēng)電齒輪箱處于高空受到不定向陣風(fēng)的沖擊振動(dòng)，當(dāng)偏心塊激振器5-5振動(dòng)主體呈豎直狀態(tài)時(shí)，模擬風(fēng)電齒輪箱受到水平方向的沖擊振動(dòng)，當(dāng)偏心塊激振器5-5振動(dòng)主體呈一定角度傾斜時(shí)，表示模擬風(fēng)電齒輪箱同時(shí)在水平和豎直兩個(gè)方向受到?jīng)_擊振動(dòng)，第一、第二隔振槽將工況模擬加載模塊5作用的區(qū)域僅限制在二級(jí)行星增速齒輪箱4-2和單級(jí)平行軸齒輪箱4-3之間，而不影響到其他器件的平穩(wěn)運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:包括基座臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪箱傳動(dòng)裝置、工況模擬加載模塊、扭矩轉(zhuǎn)速儀和負(fù)載模擬電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在基座臺(tái)架一端，所述齒輪箱傳動(dòng)裝置包括二級(jí)行星減速齒輪箱、二級(jí)行星增速齒輪箱、單級(jí)平行軸齒輪箱，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的高速軸與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的低速軸與所述二級(jí)行星增速齒輪箱的低速軸通過膜片式聯(lián)軸器連接，所述行星齒輪箱的高速軸通過聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的低速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀的一端通過聯(lián)軸器與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的高速軸連接，所述扭矩轉(zhuǎn)速儀的另一端通過聯(lián)軸器與所述負(fù)載模擬電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接； 所述工況模擬加載模塊包括軸向液壓缸支承、軸向液壓加載缸、徑向液壓缸支承、徑向液壓加載缸和偏心塊激振器，所述軸向液壓缸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述軸向液壓加載缸一端鉸接在所述軸向液壓缸支承上，另一端通過一個(gè)L型加載塊鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱的一側(cè)吊裝耳環(huán)上，所述徑向液壓缸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述徑向液壓加載缸一端鉸接在所述徑向液壓缸支承上，另一端鉸接在所述單級(jí)平行軸齒輪箱的另一側(cè)吊裝耳環(huán)上，所述偏心塊激振器的底座固定在所述臺(tái)架上，所述偏心塊激振器一側(cè)與所述二級(jí)行星增速齒輪箱的底座通過螺栓連接，另一側(cè)與所述單級(jí)平行軸齒輪箱的底座通過螺栓連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述故障診斷試驗(yàn)臺(tái)還包括慣量模擬裝置，所述慣量模擬裝置包括離合器、T型支架、飛輪軸、飛輪和飛輪軸支承，所述T型支架安裝在所述基座臺(tái)架上，所述離合器安裝在所述T型支架上，所述離合器輸入端與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，所述飛輪軸支承安裝在所述基座臺(tái)架上，所述飛輪主軸安裝在所述飛輪軸支承的軸承上，所述離合器輸出端與飛輪主軸的一端連接，所述飛輪同軸心安裝在所述飛輪主軸上，所述二級(jí)行星減速齒輪箱的高速軸與所述飛輪主軸的另一端通過聯(lián)軸器連接。
3.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述慣量模擬裝置還包括磁粉制動(dòng)器、電磁吸合器和方形磁鋼，所述磁粉制動(dòng)器安裝在所述基座臺(tái)架上，所述磁粉制動(dòng)器輸出軸安裝有第一同步帶輪，所述飛輪主軸上安裝有第二同步帶輪，所述第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪聯(lián)動(dòng)，所述方形磁鋼固定在所述飛輪側(cè)面外緣，所述電磁吸合器位于所述飛輪的一側(cè)，通過支架安裝在基座臺(tái)架上，所述電磁吸合器的安裝高度與于所述飛輪的旋轉(zhuǎn)中心軸高度一致。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述偏心塊激振器振動(dòng)主體沿其水平轉(zhuǎn)軸傾斜并與豎直方向呈一傾角，傾角范圍為0° ~45。。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述基座臺(tái)架上加工有兩條填充有吸振材料的凹形隔振槽，第一凹形隔振槽位于所述二級(jí)行星減速齒輪箱與所述二級(jí)行星增速齒輪箱之間，第二凹形隔振槽位于所述單級(jí)平行軸齒輪箱與所述扭矩轉(zhuǎn)速儀之間。
6.如權(quán)利要求f3之一所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述試驗(yàn)臺(tái)還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括加速度傳感器、鉬熱電阻、位移傳感器、光電編碼器、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，所述加速度傳感器的數(shù)量為三個(gè)，第一加速度傳感器安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱殼體頂部，第二加速度傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱的殼體頂部，第三加速度傳感器安裝于所述飛輪軸支承頂部，所述光電編碼器安裝于所述扭矩轉(zhuǎn)速儀內(nèi)部，所述鉬熱電阻數(shù)量為兩個(gè)，第一鉬熱電阻安裝于所述二級(jí)行星增速齒輪箱的油槽中，第二鉬熱電阻安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱的油槽中，所述位移傳感器為激光位移傳感器，數(shù)量為兩個(gè)，安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的同一豎直平面內(nèi)，第一位移傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的豎直端，第二位移傳感器安裝于所述單級(jí)平行軸齒輪箱輸出軸的水平端，所述加速度傳感器、熱電阻、位移傳感器與所述數(shù)據(jù)采集卡連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述工控機(jī)連接。
7.如權(quán)利要求1-3之一所述的基于風(fēng)電齒輪箱工況模擬的故障診斷試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述試驗(yàn)臺(tái)還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)包括包括三相電源整流模塊、直流母線、第一變頻控制器和第二變頻控制器，所述三相電源整流模塊與所述直流母線連接，所述直流母線與所述第一變頻控制器、第二變頻控制器連接，所述第一變頻控制器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述第二變頻控制器與所述負(fù)載模擬電機(jī)連接，所述第一變頻控制器與第二變頻控制器的通信端口通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與工控機(jī)連接。
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK203616120SQ201320654056
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】林晨陽, 傅雷, 龔韻秋, 郭遠(yuǎn)晶, 周曉軍, 魏燕定 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)