專利名稱：一種船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構及其操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種試驗臺架，尤其涉及船用齒輪箱試驗臺的液壓油路。
背景技術：
齒輪箱是一種將電機的輸出轉速降低，同時又將電機扭力成比例增大的機構，通常包括順次嚙合的驅動軸、中間齒輪和加載軸。由于海上捕撈作業(yè)的特殊工況，船用齒輪箱性能上必須具有相當?shù)目煽砍潭龋仨氃诔鰪S前進行相關試驗、性能指標達到要求才能裝船使用。船用齒輪箱臺架試驗臺就是專門對船用齒輪箱進行壽命試驗和性能測試的試驗裝置。它通過模擬海上生產(chǎn)作業(yè)過程， 來對各種型號的船用齒輪箱進行質量檢驗與可靠性測試，同時還可以為船用齒輪箱關鍵技術研究和設計選型提供依據(jù)。目前，齒輪箱臺架試驗主要是采用節(jié)流加載的方式實現(xiàn)的，常用的節(jié)流加載油路主要包括驅動油路和加載油路兩部分，其工作原理是驅動油路為船用齒輪箱的驅動軸提供驅動動力，加載油路為船用齒輪箱的加載軸提供負載，從而模擬出齒輪箱在工作時的各種情況、以檢測齒輪箱的各項性能指標是否合格。驅動油路通常包括順次相連的1#油泵和驅動馬達，1#油泵的進油口、驅動馬達的出油口分別與油箱相連，1#油泵的出油口上配置2#壓力表，驅動馬達的輸出軸與船用齒輪箱的驅動軸相連。加載油路通常包括順次相連的加載泵、節(jié)流閥和流量計，加載泵的進油口、節(jié)流閥的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口上配置3#壓力表，加載泵的輸入軸上配置扭矩儀，加載泵的輸入軸由船用齒輪箱的加載軸驅動。由于船用齒輪箱生產(chǎn)出來之后必須進行長時間的壽命試驗，上述液壓油路中，加載泵輸出的高壓油通過節(jié)流閥(或者減壓閥以及溢流閥等)節(jié)流后，高壓油的內(nèi)能轉變?yōu)闊崮?，壓力降低，成為高溫油，返回油箱，需要配備大功率的冷卻裝置對回油進行冷卻。從而一方面造成能量損失，能量的利用率低下，一方面又需要配備大功率的冷卻裝置以保證液壓油路中的正常工作油溫。傳統(tǒng)的液壓油路發(fā)熱多，能耗大，嚴重影響機器的正常使用，降低液壓元件的使用壽命，并增加工程機械的維修成本，甚至造成嚴重后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種能夠減少節(jié)流發(fā)熱，提高整個系統(tǒng)能量的有效利用率、實現(xiàn)能量的循環(huán)再利用的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構及其操作方法。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，液壓油路包括驅動油路和加載油路，船用齒輪箱帶有驅動軸和加載軸，所述驅動油路包括順次相連的1#油泵和驅動馬達，1#油泵的進油口、驅動馬達的出油口分別與油箱相連，1#油泵的出油口上配置2#壓力表，驅動馬達的輸出軸與船用齒輪箱的驅動軸相連，其特征在于所述加載油路包括順次相連的2#油泵、加載泵、溢流閥和流量計，2#油泵的進油口、流量計的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口與驅動馬達的進油口之間通過截止閥相連，加載泵的出油口上配置3#壓力表，2#油泵的出油口上配置1#壓力表，加載泵的輸入軸與船用齒輪箱的加載軸承相連，加載泵的輸入軸上配置扭矩儀。其工作流程如下負載試驗狀態(tài)下，1#油泵為驅動馬達供油、帶動驅動軸，進中間齒輪傳遞功率帶動加載軸，調節(jié)比例溢流閥壓力以及加載泵排量為加載軸提供負載，加載軸帶動加載泵，加載泵出油口端油壓升高，從而實現(xiàn)傳遞功率轉為液壓油內(nèi)能，高壓油進入溢流閥節(jié)流損失能量，回到油箱；此時打開截止閥，本該節(jié)流的高壓油進入驅動馬達進油口管路、用于帶動驅動馬達，從而實現(xiàn)能量回收利用；空車試驗狀態(tài)下，關閉截止閥，調節(jié)溢流閥，使1#壓力表的壓力值等于3#壓力表的壓力值，則加載油路的系統(tǒng)壓力建立不起來，即為空車狀態(tài)。上述兩個試驗狀態(tài)下，可以通過改變1#油泵排量、從而改變進入驅動馬達的油量，以達到改變齒輪箱驅動軸轉速的目的，從而實現(xiàn)速度控制；可以通過改變溢流閥壓力以及加載泵排量，以適應不同加載力的要求，達到檢驗加載軸以及各齒輪強度的目的，從而實現(xiàn)加載力控制；通過改變2#油泵排量，以改變加載泵吸油口壓力，以滿足齒輪箱加載力以及速度變化要求。進一步的，加載泵優(yōu)選為電比例泵。電比例泵為一種流量可以在O 100%范圍內(nèi)無級調節(jié)，用來輸送液體的特殊容積泵。利用變量泵可改變齒輪箱轉速，而常規(guī)的加載泵一般選用定量泵，只能提供一個額定轉速。再進一步，所述溢流閥優(yōu)選為比例溢流閥，比例溢流閥類似于節(jié)流閥，但它能夠利用遠程電控改變調定溢流壓力，控制加載泵出油口壓力，從而改變加載力大??；而通常使用的節(jié)流閥是通過改變出油口橫截面積，被動的改變加載泵出油口壓力，具體加載泵出油口壓力的數(shù)值需要人工不斷調節(jié)節(jié)流閥，以滿足加載力的變化要求，操作起來費時費力。再進一步，1#壓力表，2#壓力表，3#壓力表優(yōu)選為壓力傳感器，利于實現(xiàn)上位機的遠程抄表。再進一步，加載泵、溢流閥、截止閥、1#油泵、2#油泵、1#壓力表、2#壓力表、3#壓力表、流量計和扭矩儀均信號連接上位機。上位機將待測齒輪箱的輸出轉速、扭矩信號利用壓力表、扭矩儀以及流量計等傳感器采集記錄，再對加載泵、溢流閥、截止閥、1#油泵和2#油泵下達相應指令，以模擬各種海上工況、檢測齒輪箱的相應性能。再進一步，1#油泵、2#油泵的出油口分別通過安全閥與油箱相連，緊急情況下起到系統(tǒng)安全保護的作用。一種用于船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構的操作方法，其特征在于所述操作方法包括負載試驗和空車試驗兩個操作狀態(tài)負載試驗狀態(tài)下，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、加載泵，使1#壓力表顯示的壓力值小于3#壓力表顯示的壓力值、為加載軸提供負載，其中，1#油泵為驅動馬達供油， 驅動馬達驅動船用齒輪箱的驅動軸、帶動加載軸旋轉；加載軸驅動加載泵、加載泵出油口油壓升高；2#油泵用于補給齒輪箱中的機械損失部分以及油泵馬達的機械損失部分，同時改變加載泵吸油口壓力，以滿足齒輪箱加載力以及速度變化要求；需要能量回收時，截止閥打開，使2#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值，加載泵出油口流出的油一部分進入驅動油路、帶動驅動馬達，一部分經(jīng)溢流閥流回油箱； 空車試驗狀態(tài)下，截止閥關閉，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、使1#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值；1#油泵為驅動馬達供油，驅動馬達驅動船用齒輪箱的驅動軸、帶動加載軸空負荷旋轉。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)船用齒輪箱試驗臺的節(jié)流加載液壓系統(tǒng)進行改造，達到了以下有益效果I、實現(xiàn)了船用齒輪箱架試驗臺液壓油路中的使用能量回收和循環(huán)再利用，提高整個系統(tǒng)能量的有效利用率；2、減少了加載油路中的節(jié)流發(fā)熱，有益于整個系統(tǒng)的長時間正常運轉，而且其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也將非常可觀；3、將壓力表、扭矩儀以及流量計采集的信號通過上位機處理后控制加載泵、比例溢流閥、油泵等執(zhí)行機構，實現(xiàn)了船用齒輪箱試驗臺的自動化控制；4、對能量回收再利用技術的研究，在科學發(fā)展、技術創(chuàng)新、節(jié)能環(huán)保各方面，有著重大的理論意義和很高的實用價值。


圖I為一種現(xiàn)有的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路結構示意2為本發(fā)明船用齒輪箱試驗臺的液壓油路的一種優(yōu)選結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。目前，齒輪箱臺架試驗主要是采用節(jié)流加載的方式實現(xiàn)的，常用的節(jié)流加載油路主要包括驅動油路和加載油路兩部分，其工作原理是驅動油路為船用齒輪箱的驅動軸提供驅動動力，加載油路為船用齒輪箱的加載軸提供負載，從而模擬出齒輪箱在工作時的各種情況、以檢測齒輪箱的各項性能指標是否合格。圖I中，一種現(xiàn)有的驅動油路通常包括順次相連的1#油泵和驅動馬達，1#油泵的進油口、驅動馬達的出油口分別與油箱相連，1#油泵的出油口上配置2#壓力表，驅動馬達的輸出軸與船用齒輪箱的驅動軸相連。加載油路通常包括順次相連的加載泵、節(jié)流閥和流量計，加載泵的進油口、節(jié)流閥的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口上配置3#壓力表，加載泵的輸入軸上配置扭矩儀，加載泵的輸入軸由船用齒輪箱的加載軸驅動。由于船用齒輪箱生產(chǎn)出來之后必須進行長時間的壽命試驗，上述液壓油路中，加載泵輸出的高壓油通過節(jié)流閥(或者減壓閥以及溢流閥等)節(jié)流后，高壓油的內(nèi)能轉變?yōu)闊崮?，壓力降低，成為高溫油，返回油箱，需要配備大功率的冷卻裝置對回油進行冷卻。從而一方面造成能量損失，能量的利用率低下，一方面又需要配備大功率的冷卻裝置以保證液壓油路中的正常工作油溫。此外，現(xiàn)有試驗臺架基本沒有自動化，各種閥、泵的啟/閉，儀器儀表的讀取要靠大量人工完成，費時費力。圖2中，加載油路包括順次相連的2#油泵、加載泵、溢流閥和流量計，2#油泵的進油口、流量計的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口與驅動馬達的進油口之間通過截止閥相連，加載泵的出油口上配置3#壓力表，2#油泵的出油口上配置1#壓力表，加載泵的輸入軸與船用齒輪箱的加載軸承相連，加載泵的輸入軸上配置扭矩儀。加載泵、溢流閥、截止閥、1#油泵、2#油泵、1#壓力表、2#壓力表、3#壓力表、流量計和扭矩儀信號連接上位機。加載油路中的各元件基本包括兩類，一類是加載元件，包括加載泵、溢流閥，1#油泵和2#油泵，主要用于執(zhí)行上位機的各種指令；還有一類是信號采集元件，包括扭矩儀、1# 壓力表，2#壓力表，3#壓力表和流量計，主要是采集各類參數(shù)并傳遞給上位機，以利于上位機對加載元件作出相應指令。加載元件中加載泵選用電比例加載泵，上位機控制電比例加載泵排量變化、以適應不同齒輪箱測試加載力與加載速度的要求。溢流閥選用比例溢流閥，上位機調節(jié)比例溢流閥、改變加載泵出油口壓力，從而增大或減小加載力以適應齒輪箱的加載要求。1#油泵用于保證驅動馬達進油口流量以及在截止閥打開工況，保證加載泵出油口流量，補充由于泄露引起的流量不足的部分。2#油泵的作用在空車試驗狀態(tài)下，2#油泵和調節(jié)溢流閥調節(jié)加載油路流量，使 1#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值；在負載試驗狀態(tài)下、截止閥打開工況時，2#油泵依然工作，只是流量較少，用于補給齒輪箱中的機械損失部分以及油泵馬達的機械損失部分。同時自適應改變加載泵吸油口壓力，以滿足齒輪箱加載力以及速度變化要求。信號采集元件中扭矩儀用于測量加載軸扭矩大小以及轉速，并轉化為電信號傳輸給上位機；1#、2#和3#壓力表用于測量各監(jiān)測點壓力，并轉化為電信號傳輸給上位機；流量計用于測量加載泵節(jié)流口流量以計算節(jié)流損失的流量，并轉化為電信號傳輸給上位機。負載試驗狀態(tài)下，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、加載泵，使1#壓力表顯示的壓力值小于3#壓力表顯示的壓力值、為加載軸提供負載，其中，1#油泵為驅動馬達供油， 驅動馬達驅動船用齒輪箱的驅動軸、帶動加載軸旋轉；加載軸驅動加載泵、加載泵出油口油壓升高；2#油泵用于補給齒輪箱中的機械損失部分以及油泵馬達的機械損失部分，同時改變加載泵吸油口壓力，以滿足齒輪箱加載力以及速度變化要求；需要能量回收時，截止閥打開，使2#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值，加載泵出油口流出的油一部分進入驅動油路、帶動驅動馬達，從而實現(xiàn)能量回收利用，一部分經(jīng)溢流閥流回油箱?？哲囋囼灎顟B(tài)下，截止閥關閉，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、使1#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值，則加載油路的系統(tǒng)壓力建立不起來，即為空車狀態(tài)；1#油泵為驅動馬達供油，驅動馬達驅動船用齒輪箱的驅動軸、帶動加載軸空負荷旋轉。
權利要求
1.一種船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，液壓油路包括驅動油路和加載油路， 船用齒輪箱帶有驅動軸和加載軸，所述驅動油路包括順次相連的1#油泵和驅動馬達，1#油泵的進油口、驅動馬達的出油口分別與油箱相連，1#油泵的出油口上配置2#壓力表，驅動馬達的輸出軸與船用齒輪箱的驅動軸相連，其特征在于所述加載油路包括順次相連的2#油泵、加載泵、溢流閥和流量計，2#油泵的進油口、流量計的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口與驅動馬達的進油口之間通過截止閥相連，加載泵的出油口上配置3#壓力表，2#油泵的出油口上配置1#壓力表，加載泵的輸入軸與船用齒輪箱的加載軸承相連，加載泵的輸入軸上配置扭矩儀。
2.根據(jù)權利要求I所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，其特征在于所述加載泵為電比例泵。
3.根據(jù)權利要求I所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，其特征在于所述溢流閥為比例溢流閥。
4.根據(jù)權利要求I所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，其特征在于所述 1#壓力表，2#壓力表，3#壓力表為壓力傳感器。
5.根據(jù)權利要求1、2、3和4所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，其特征在于所述加載泵、溢流閥、截止閥、1#油泵、2#油泵、1#壓力表、2#壓力表、3#壓力表、流量計和扭矩儀信號連接上位機。
6.根據(jù)權利要求I所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構，其特征在于所述 1#油泵、2#油泵的出油口分別通過安全閥與油箱相連。
7.一種用于權利要求I所述的船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構的操作方法，其特征在于所述操作方法包括負載試驗和空車試驗兩個操作狀態(tài)負載試驗狀態(tài)下，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、加載泵，使1#壓力表顯示的壓力值小于3#壓力表顯示的壓力值、為加載軸提供負載；需要能量回收時，截止閥打開，使2#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值，加載泵出油口流出的油一部分進入驅動油路、帶動驅動馬達，一部分經(jīng)溢流閥流回油箱；空車試驗狀態(tài)下，截止閥關閉，1#油泵、2#油泵啟動，調節(jié)溢流閥、使1#壓力表顯示的壓力值等于3#壓力表顯示的壓力值，加載軸空負荷旋轉。
全文摘要
一種船用齒輪箱試驗臺的液壓油路改良結構及其操作方法，液壓油路包括驅動油路和加載油路，船用齒輪箱帶有驅動軸和加載軸，所述加載油路包括順次相連的2#油泵、加載泵、溢流閥和流量計，2#油泵的進油口、流量計的出油口分別與油箱相連，加載泵的出油口與驅動馬達的進油口之間通過截止閥相連，加載泵的輸入軸與船用齒輪箱的加載軸承相連。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)船用齒輪箱試驗臺的節(jié)流加載液壓系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了船用齒輪箱架試驗臺液壓油路中的使用能量回收和循環(huán)再利用，提高整個系統(tǒng)能量的有效利用率；減少了加載油路中的節(jié)流發(fā)熱，有益于整個系統(tǒng)的長時間正常運轉；實現(xiàn)了船用齒輪箱試驗臺的自動化控制。
文檔編號G01M13/02GK102607843SQ20121010040
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權日2012年4月5日
發(fā)明者倪漢華, 徐志強, 江濤, 王志勇, 諶志新 申請人:中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所