本發(fā)明涉及振動噪聲的試驗裝置，特別涉及風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)振動噪聲試驗臺。

背景技術：

能源、環(huán)境與人類生存發(fā)展之間的矛盾問題是當今務必要解決的緊迫問題之一，風力發(fā)電作為一種綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新能源，不僅可以節(jié)約日漸匱乏的常用能源，而且可以減少環(huán)境污染，具有很好的經(jīng)濟、社會效益，其優(yōu)越性受到越來越多的重視。

風力發(fā)電機在工作過程中，需要將風力發(fā)電機機頭及葉片隨著風力方向的改變而轉(zhuǎn)動，使其始終朝向風力最大的方向，從而最大程度地保證風力發(fā)電機的工作效率,這個過程即為偏航（對風）工作過程。而偏航制動系統(tǒng)作為偏航系統(tǒng)中必不可少的安全性能組件，為風力發(fā)電機偏航過程中提供必要的鎖緊力矩。據(jù)國內(nèi)外一些大型風場的統(tǒng)計資料顯示，風力發(fā)電機組在偏航制動時通常會發(fā)生異常振動，期間可能同時伴隨有噪聲產(chǎn)生，傳播半徑可達數(shù)公里。這些問題不僅影響了風力發(fā)電機組的正常運行、壽命和可靠性，而且造成了環(huán)境污染，影響風場周邊居民的正常生活。

因此針對風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)的試驗研究顯得尤為重要，它可以為摩擦界面因素（制動力、轉(zhuǎn)速、接觸剛度、磨損特性、磨屑行為、摩擦熱）對不穩(wěn)定摩擦振動問題的產(chǎn)生和影響方面的研究提供必要的手段。并且可以為新型摩擦材料的性能，制動盤、片的結構優(yōu)化，制動器各部件的創(chuàng)新設計提供驗證手段，從而加速研制和調(diào)試的周期。而目前，由于缺少必要的試驗設備，風力發(fā)電機的偏航制動系統(tǒng)的振動、噪聲特性并沒有得到系統(tǒng)的研究，也就無法對偏航制動系統(tǒng)的不穩(wěn)定振動、噪聲問題提出解決方案；同時其機械系統(tǒng)壽命及可靠性問題無法進行有效的性能檢測，這些均是風力發(fā)電機組設計和運行的重大問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)振動噪聲試驗臺，該試驗臺能夠為摩擦界面因素（制動力、轉(zhuǎn)速、接觸剛度、磨損特性、磨屑行為、摩擦熱）對不穩(wěn)定摩擦振動問題的產(chǎn)生機理和影響方面的研究提供必要的手段。并且可以為新型摩擦材料的性能，制動盤、片的結構優(yōu)化，制動器各部件的創(chuàng)新設計提供驗證手段，從而加速研制和調(diào)試的周期。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)振動噪聲試驗臺，由上加載模塊、下加載模塊、電機模塊以及機座組成；機座上開有多條倒T字形槽口；

上加載模塊結構為：上底板固定在四根支撐柱頂部，四根支撐柱底部均固定有安裝板，且安裝板經(jīng)螺栓固定在機座上的倒T字形槽口上，上氣缸固定在上底板底面上，豎向板固定在呈水平位置的上底板底面，上軸承座安裝在豎向板上，上直線軸承安裝在上軸承座上，上導桿固定在上直線軸承內(nèi)圈、與上氣缸輸出軸同軸設置，且上彈簧套裝在上氣缸輸出軸下部的收縮段與上導桿上部的收縮段之間，上導桿下部依次安裝有上法向力傳感器和上摩擦力傳感器以及上背板，上制動片粘接在上背板底面，三向加速度傳感器安裝在上背板側面；

下加載模塊結構為：下底板為由水平板和豎向板組成的直角彎板，該水平板經(jīng)螺栓固定在機座的倒T字形槽口上，下氣缸安裝在該豎向板下部，下軸承座安裝在豎向板上部，下直線軸承安裝在下軸承座上，下導桿與下氣缸輸出軸同軸設置，下彈簧套裝在下氣缸輸出軸上部的收縮段與下導桿下部的收縮段之間，下導桿上部依次安裝有法向力傳感器和摩擦力傳感器以及下背板，另一個三向加速度傳感器安裝在下背板側面，下制動片粘接在下背板頂面；

電機模塊結構為：中空支座的底板經(jīng)螺桿固定在機座的倒T字形槽口上，伺服電機與減速器連接并安裝在中空支座內(nèi)，減速器的輸出軸上部固定有制動盤。

本發(fā)明的工作過程和原理是：

在試驗開始前，調(diào)整上加載模塊和下加載模塊位置，使作為試樣的上制動片與下制動片相對位置一致，即下制動片位于上制動片正下方，然后將上、下加載模塊經(jīng)螺栓在機座的倒T字形槽口上固定。根據(jù)試驗所需摩擦半徑調(diào)整電機模塊的位置；通過控制系統(tǒng)啟動伺服電機，通過減速器帶動制動盤轉(zhuǎn)動，可調(diào)節(jié)制動盤轉(zhuǎn)速至所需大?。浑S后，通過控制系統(tǒng)控制電磁閥使上、下氣缸伸出軸伸出，通過一系列彈簧及連接件推動作為試樣的上、下制動片與制動盤接觸，可選擇上、下加載模塊同時加載，也可選擇上下加載模塊分別單獨加載；當達到試驗所要求的時間后，氣缸伸出軸復位，制動盤停止轉(zhuǎn)動，試驗結束。

在試驗過程中，安裝在上、下制動片的背板側面的兩個三向加速度傳感器采集制動片三個方向上的振動加速度信號，安裝在氣缸伸出軸和制動片之間的法向力傳感器和摩擦力傳感器實時監(jiān)測制動過程中的制動壓力與摩擦界面間的摩擦力，制動盤與上、下制動片接觸界面附近的聲音傳感器采集試驗過程中的制動噪聲信號。所有采集到的信號均傳送給信號采集分析系統(tǒng)進行分析處理。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、試驗臺各部分實現(xiàn)模塊化，方便拆卸和改裝。且上加載模塊和下加載模塊可分別控制，可實現(xiàn)單邊分別加載和兩邊同時加載，以滿足不同試驗的要求。

二、試驗臺選取的氣缸和電機的量程范圍分別可以滿足對于風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)重載、低速的工況的模擬，且伺服電機可實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下的平穩(wěn)精準輸出。

三、可根據(jù)試驗所需要求改變摩擦半徑、制動盤轉(zhuǎn)速、制動壓力、接觸剛度，并依據(jù)試驗中采集到的加速度信號，力信號，聲音信號以及熱成像圖、磨損形貌、磨屑情況等信息對摩擦振動及噪聲特性進行分析，以探究不同試驗參數(shù)或界面因素對于風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)摩擦不穩(wěn)定振動特性的影響。

四、可更換不同材料、形狀、尺寸的制動盤和制動片，為探究新型摩擦材料的性能，以及制動盤、片的結構優(yōu)化提供必要的試驗手段；也可以在摩擦系統(tǒng)中通過主動添加阻尼單元，以及在制動盤、片表面進行織構化設計等等，為風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)提出有效的減振降噪的手段。

五、可根據(jù)試驗所需外加環(huán)境氣氛條件的要求（如風場所處的風沙環(huán)境、摩擦副之間的油污環(huán)境等等），在制動盤、片的接觸區(qū)域添加氣氛罩或者環(huán)境箱，以探究不同環(huán)境條件對于風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)摩擦不穩(wěn)定振動特性的影響。

下面將結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)振動噪聲試驗臺的整體裝配圖。

圖1a1是圖1中A部放大圖。

圖1b是本發(fā)明所述的試驗臺的上加載模塊（模塊也稱裝置或機構，下同）的裝配圖。

圖1b1是圖1b中B部放大圖。

圖1c是本發(fā)明所述的試驗臺的下加載模塊的裝配圖。

圖1c1是圖1c中C部放大圖。

圖1d本發(fā)明所述的試驗臺的電機模塊的裝配圖。

具體實施方式

實施例

一種風力發(fā)電機偏航制動系統(tǒng)振動噪聲試驗臺，由上加載模塊1、下加載模塊2、電機模塊3以及機座4組成；機座4上開有多條倒T字形槽口；

上加載模塊1結構為：（上底板、四根支撐柱和安裝板17組成安裝構件）上底板5固定在四根支撐柱16頂部，四根支撐柱底部均固定有（矩形）安裝板17，且安裝板經(jīng)螺栓固定在機座4上的倒T字形槽口上（可沿槽口移動并固定，參見圖1a1），上氣缸6固定在上底板5底面上，豎向板5a固定在呈水平位置的上底板底面，上軸承座10安裝在豎向板5a上，上直線軸承9安裝在上軸承座10上，上導桿8（實心桿）固定在上直線軸承9內(nèi)圈、與上氣缸6輸出軸同軸設置，且上彈簧7套裝在上氣缸6輸出軸下部的收縮段與上導桿8上部的收縮段之間（參見圖1b1，上彈簧未受力時，上導桿頂部與上氣缸輸出軸底部之間有間距），上導桿8下部依次安裝有上法向力傳感器11（旋接在上導桿下部）和上摩擦力傳感器12（經(jīng)螺釘固定在上法向力傳感器上）以及上背板13（經(jīng)螺釘固定在上摩擦力上摩擦力傳感器上），上制動片15粘接（方便更換制動片）在上背板13底面，三向加速度傳感器14安裝在上背板13側面；

下加加載模塊2結構為（除安裝構件外，與上加載模塊結構相同，且上、下對稱設置）：下底板18（為安裝構件）為由水平板和豎向板組成的直角彎板，該水平板經(jīng)螺栓固定在機座的倒T字形槽口上，下氣缸19安裝在該豎向板下部，下軸承座22安裝在豎向板上部，下直線軸承23安裝在下軸承座22上，下導桿21與下氣缸19輸出軸同軸設置，下彈簧20套裝在下氣缸19輸出軸上部的收縮段與下導桿21下部的收縮段之間（參見圖1c1），下導桿21上部依次安裝有法向力傳感器和摩擦力傳感器24以及下背板，另一個三向加速度傳感器安裝在下背板側面，下制動片25粘接在下背板頂面；

電機模塊3結構為：中空支座29的底板經(jīng)螺桿固定在機座4的倒T字形槽口上，伺服電機28與減速器27連接并安裝在中空支座29內(nèi)，減速器27的輸出軸上部固定有制動盤30。

上加載模塊1中還具有兩塊壓板，兩塊壓板分別套裝在上氣缸6輸出軸的收縮段與上導桿的收縮段上，上彈簧7位于兩塊壓板之間，且兩塊壓板由兩根螺栓連接在一起；所述下加載模塊中還具有另外兩塊壓板，另外兩塊壓板分別套裝在下氣缸19輸出軸的收縮段與下導桿的收縮段上，下彈簧20位于另外兩塊壓軸之間，且另外兩塊壓板由另外兩根螺栓連接在一起。

電機模塊中還具有法蘭盤26，法蘭盤26固定在所述減速器27輸出軸頂部，所述制動盤30固定在法蘭盤26上。

還具有聲音傳感器，聲音傳感器通過支撐三角腳架固定在地面上，且聲音傳感器的感應端位于制動盤30附近。

圖1示出，上加載模塊1由四根支撐柱16提供支撐，支撐柱底部與安裝板17通過螺栓連接，再通過螺栓連接固定在機座4上，下加載模塊2和電機模塊3同樣通過螺栓連接固定在機座4上。

圖1b示出，上氣缸6固定在上底板5底面中部，上氣缸6底部的輸出軸依次與上彈簧7、上導桿8、上法向力傳感器11、上摩擦力傳感器12相連，最終與安裝上制動片15的上背板13連接。上導桿8的中部穿過上直線軸承9內(nèi)圈，上直線軸承9與上軸承座10采用過盈配合，上軸承座10通過螺栓連接固定在上底板5上。上背板13的側面安裝有三向加速度傳感器14。

圖1c示出，下氣缸19固定在下底板18底部，下氣缸19頂部的輸出軸依次與下彈簧20、下導桿21、法向力傳感器、摩擦力傳感器24相連，最終與下制動片25連接。下導桿21的中部穿過下直線軸承23，下直線軸承23與下軸承座22采用過盈配合，下軸承座22通過螺栓連接固定在下底板18上。下制動片25的側面安裝有另一個三向加速度傳感器14。

圖1d示出，伺服電機28與減速器27連接成為一體，并安裝固定于中空支座29的內(nèi)部，法蘭盤26固定在減速器27輸出軸上，制動盤30通過螺栓與法蘭盤相固定。