風(fēng)電軸承測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：風(fēng)電軸承包括風(fēng)電機(jī)組的偏航軸承、變槳軸承、主軸承，屬于風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件。風(fēng)電軸承的出廠游隙、摩擦力矩、空載溫升是影響其運(yùn)行性能的重要指標(biāo)。精確測(cè)量軸承的游隙、摩擦力矩、空載溫升，可定量的分析軸承的設(shè)計(jì)制造的一致性，保證后續(xù)裝機(jī)使用的可靠性;因此，設(shè)計(jì)一套專用的風(fēng)電軸承功能測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電軸承的出廠游隙、摩擦力矩、空載溫升的測(cè)試，驗(yàn)證風(fēng)電軸承的設(shè)計(jì)與制造的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)電軸承;摩擦力矩;游隙;試驗(yàn)機(jī)

　　1引言

　　隨著風(fēng)電市場(chǎng)快速發(fā)展，大兆瓦風(fēng)電機(jī)組時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，目前陸上機(jī)組已全面進(jìn)入3MW及以上的時(shí)代，海上機(jī)組已進(jìn)入到6～8MW的時(shí)代[1]。風(fēng)電軸承屬于風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，特別是主軸承更是風(fēng)電機(jī)組的核心關(guān)鍵部件。風(fēng)電軸承裝機(jī)前的摩擦力矩、游隙、空載穩(wěn)定溫度是其性能體現(xiàn)的重要指標(biāo)。國(guó)外知名軸承公司SCHAEFFLER、NTN等于在2011年左右就已制造風(fēng)電軸承試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)SCHAEFFLER于2011年制造了大型風(fēng)電軸承加載試驗(yàn)機(jī)[3];日本NTN軸承公司2012年研制了名為WindLab的主軸承試驗(yàn)臺(tái)[4]。

　　風(fēng)電論文范例： 海上風(fēng)電安裝船的發(fā)展趨勢(shì)探討

　　國(guó)內(nèi)軸承廠在近些年也在重點(diǎn)搭建風(fēng)電試驗(yàn)臺(tái)，其中DYZ在2013年聯(lián)合大連理工大學(xué)設(shè)計(jì)研制了大型風(fēng)電軸承加載試驗(yàn)機(jī)[5];瓦軸集團(tuán)于2015年設(shè)計(jì)了一種3.6m風(fēng)電變槳偏航軸承試驗(yàn)機(jī)[6];目前風(fēng)電軸承試驗(yàn)機(jī)主要集中軸承廠，其主要是用于加載測(cè)試，測(cè)試軸承的載荷適用性，但集風(fēng)電軸承風(fēng)電軸摩擦力矩、游隙、空載溫升一體的測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)比較少，為此，開發(fā)了風(fēng)電軸承功能測(cè)試臺(tái)XDSMB-01，實(shí)現(xiàn)3～8MW大兆瓦風(fēng)電機(jī)組偏航軸承、變槳軸承的摩擦力矩、游隙、以及空轉(zhuǎn)溫升測(cè)試。

　　2設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　2.1功能要求

　　1).在線采集軸承啟動(dòng)摩擦力矩及空轉(zhuǎn)摩擦力矩。2).軸向游隙及徑向游隙的測(cè)量。3).軸承空轉(zhuǎn)溫升試驗(yàn)測(cè)試。

　　2.2設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　3測(cè)試系統(tǒng)原理

　　測(cè)試系統(tǒng)：包含機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)控制機(jī)械系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)動(dòng)功能，帶動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)，游隙的測(cè)量通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，再通過(guò)傳感器：扭矩傳感器、位移傳感器、溫度傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)及處理形成圖文報(bào)告。

　　3.1游隙測(cè)量

　　a.徑向游隙測(cè)量原理[12-15]通過(guò)液壓系統(tǒng)，取180度對(duì)稱兩處，夾緊1、夾緊3交替加載夾緊一次后，由位移傳感器測(cè)量的ΔS，重復(fù)以上為夾緊2、夾緊4，由位移傳感器測(cè)量該處對(duì)應(yīng)的ΔS1，依次選取4處，測(cè)得四組位移數(shù)據(jù)，對(duì)四組數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值即為徑向游隙。

　　外環(huán)固定，通過(guò)對(duì)內(nèi)環(huán)沿軸向加載，在軸承圓周方向均布4個(gè)位移傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)的4個(gè)位置的相對(duì)位移差值(ΔS)，對(duì)4個(gè)位移差值進(jìn)行取平均值即為該軸承的軸向游2摩擦力矩測(cè)試將測(cè)試軸承放置在是試驗(yàn)臺(tái)上，軸承的外圈或者內(nèi)圈固定，試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)臂安裝在軸承的動(dòng)圈上，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂，帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)臂上的力傳感器，對(duì)啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)過(guò)程的力矩進(jìn)行測(cè)試，再由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行記錄并存儲(chǔ)。

　　3.3溫升測(cè)試

　　將測(cè)試軸承放置在是試驗(yàn)臺(tái)上，軸承的外圈或者內(nèi)圈固定，試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)臂安裝在軸承的動(dòng)圈上，利用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)軸承空轉(zhuǎn)，利用溫度傳感器對(duì)軸承內(nèi)外圈的溫度進(jìn)行在線測(cè)試并記錄，運(yùn)轉(zhuǎn)至軸承溫度穩(wěn)定。

　　4XDSMB01測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　XDSMB-01風(fēng)電軸承功能測(cè)試臺(tái)主要由裝配臺(tái)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、游隙測(cè)量系統(tǒng)、力矩測(cè)量系統(tǒng)組成。XDSMB-01風(fēng)電軸承功能測(cè)試臺(tái)由機(jī)座組件包含了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)架，機(jī)架由軸承支撐平臺(tái)滑軌及支座腿通過(guò)螺栓連接，整個(gè)機(jī)座組組件通過(guò)地腳螺栓與地面連接，以保證整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

　　1)風(fēng)電軸承測(cè)試臺(tái)摩擦力矩及空轉(zhuǎn)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)、減速器、控制單元、DTRB+DTRB的剛性軸系組成，伺服電機(jī)提供可變速度的一個(gè)動(dòng)力單元，匹配減速機(jī)及軸系，實(shí)現(xiàn)測(cè)試臺(tái)的旋轉(zhuǎn)功能，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速0～20r/min、力矩50000Nm的一個(gè)負(fù)載能力。轉(zhuǎn)臂與撥桿之間設(shè)計(jì)有力傳感器，可在線監(jiān)測(cè)測(cè)試過(guò)程中的力矩值，并通過(guò)滑環(huán)通道連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)界面顯示并存儲(chǔ)。

　　2)風(fēng)電軸承測(cè)試臺(tái)游隙的測(cè)量實(shí)現(xiàn)徑向游隙的測(cè)量，通過(guò)兩組徑向推力加載裝置(編號(hào)8)，加載裝置由液壓缸作為動(dòng)力源，施加徑向力夾緊軸承內(nèi)外圈，再通過(guò)位移傳感器采集內(nèi)外圈的徑向位移變化，最后得到徑向游隙值，并顯示及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軸向游隙的測(cè)量，通過(guò)四組軸向舉升加載裝置(編號(hào)5)，軸向舉升加載裝置由液壓缸作為動(dòng)力源，施加壓力舉升軸承內(nèi)圈，再通過(guò)位移傳感器采集內(nèi)外圈的位移變化，最后得到軸向游隙值，并顯示及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　3)風(fēng)電軸承測(cè)試臺(tái)溫升測(cè)試的實(shí)現(xiàn)軸承溫升的測(cè)量，通過(guò)四組PT100溫度傳感器(磁性)，溫度傳感器分別安裝軸承測(cè)試軸承的內(nèi)圈及外圈的外圓上，信號(hào)接入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，動(dòng)圈上的溫度信號(hào)通過(guò)滑環(huán)(編號(hào)9)接入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。

　　5總結(jié)

　　風(fēng)電軸承為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，其可靠性至關(guān)重要，風(fēng)電軸承的游隙、摩擦力矩、空轉(zhuǎn)溫升均為其運(yùn)行性能的重要指標(biāo)，檢測(cè)風(fēng)電軸承的游隙、摩擦力矩、空轉(zhuǎn)溫升，可確認(rèn)風(fēng)電軸承的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、裝配質(zhì)量，提高風(fēng)電軸承在風(fēng)機(jī)上運(yùn)行的可靠性，應(yīng)用機(jī)電液一體的設(shè)計(jì)，提高了測(cè)試的精度并大幅提高了測(cè)試的效率，XDSMB-01風(fēng)電軸承功能測(cè)試臺(tái)具備友好的人機(jī)界面，擴(kuò)展性強(qiáng)，可作為風(fēng)電軸承樣件開發(fā)的試驗(yàn)平臺(tái)及入廠檢測(cè)平臺(tái)，對(duì)提高產(chǎn)品的裝機(jī)可靠性有積極益處。

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　　作者：何錄忠1,2，章滔1,2，陽(yáng)雪兵1,2，徐璐1,2，李敏3

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