本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱傳動(dòng)鏈效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種風(fēng)機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

業(yè)內(nèi)習(xí)知，齒輪箱傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)效率直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率及控制的優(yōu)化，常規(guī)的齒輪箱效率測(cè)試多采用背靠背的一對(duì)齒輪箱，低速軸通過(guò)聯(lián)軸器連接在一起，一個(gè)輸入電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)陪試齒輪箱高速軸，然后另外一臺(tái)測(cè)試齒輪箱帶動(dòng)一臺(tái)輸出發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過(guò)計(jì)算輸入電動(dòng)機(jī)和輸出發(fā)電機(jī)的電功率的變化，來(lái)計(jì)算發(fā)電機(jī)效率，但此種測(cè)試方式夾雜了兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的本身效率問(wèn)題，降低了測(cè)試精度。另外一種通過(guò)測(cè)量低速和高速軸應(yīng)變，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)計(jì)算低高速軸的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而根據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速計(jì)算低高速軸的機(jī)械功率差，最終得到齒輪箱傳遞效率，但這種方法存在應(yīng)變傳感器粘貼條件、材料系數(shù)偏差、機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸加工偏差、轉(zhuǎn)速測(cè)試誤差等一系列問(wèn)題，使得最終測(cè)試結(jié)果難以準(zhǔn)確的反映實(shí)際齒輪箱效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種風(fēng)機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，該測(cè)試方法實(shí)施方便快捷，分析簡(jiǎn)單直接，結(jié)果準(zhǔn)確有效。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種風(fēng)機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，需采用陪試齒輪箱和拖動(dòng)電機(jī)來(lái)與測(cè)試齒輪箱一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，包括以下步驟：

1)建立齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

將陪試齒輪箱和測(cè)試齒輪箱的低速軸和高速軸使用聯(lián)軸器固結(jié)在一起，其中要求陪試齒輪箱采用剛性連接，固定在試驗(yàn)臺(tái)底座上，測(cè)試齒輪箱采用彈性支撐連接到試驗(yàn)臺(tái)底座上，在陪試齒輪箱高速軸上使用拖動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)齒輪箱旋轉(zhuǎn)，為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)提供所需的旋轉(zhuǎn)速度和能量補(bǔ)充，從而建立起齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)；

2)采集低、高速軸的應(yīng)變測(cè)試值

采用應(yīng)變測(cè)試設(shè)備采集低速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)和高速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)的應(yīng)變值，其中測(cè)得的低速軸應(yīng)變測(cè)試值為ε₁，高速軸應(yīng)變測(cè)試值為ε₂；

3)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

在測(cè)試效率前，首先要進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，具體是：拖動(dòng)電機(jī)保持不動(dòng)，傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速為0，在測(cè)試齒輪箱的外殼上附加扭轉(zhuǎn)載荷，附加的外部載荷為M0，此時(shí)等效的在傳動(dòng)鏈上低速軸加載一個(gè)扭矩M1，在高速軸等效加載一個(gè)扭矩M2，其中ω₁為齒輪箱低速軸旋轉(zhuǎn)角速度，ω₂為齒輪箱高速軸旋轉(zhuǎn)角速度，N為陪試齒輪箱和測(cè)試齒輪箱傳動(dòng)比，載荷采用階段性加載的方式，載荷范圍包含齒輪箱實(shí)際運(yùn)行工況下受載范圍，此時(shí)便能夠在低速軸和高速軸的應(yīng)變點(diǎn)上同時(shí)讀取到應(yīng)變值ε₁和ε₂；由于整個(gè)標(biāo)定過(guò)程，傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速為0，傳動(dòng)鏈上無(wú)能量消耗，因此傳動(dòng)鏈模擬加載載荷M1和M2與應(yīng)變值ε₁和ε₂能夠建立起線性關(guān)系，即M1＝aε₁+b和M2＝cε₂+d，其中a、b為測(cè)試齒輪箱外加力矩M1與低速軸測(cè)試應(yīng)變值ε₁的關(guān)系系數(shù)，c、d為測(cè)試齒輪箱外加力矩M2與高速軸應(yīng)變測(cè)試值ε₂的關(guān)系系數(shù)；

4)建立載荷與應(yīng)變值坐標(biāo)系

標(biāo)定完成后，建立起加載載荷M1和M2與應(yīng)變值ε₁和ε₂的線性關(guān)系，其中以aε₁+b為橫坐標(biāo)，以cε₂+d為縱坐標(biāo)，所繪制的是一條過(guò)原點(diǎn)的斜線，斜率為1/N；

5)測(cè)試傳動(dòng)鏈效率

在測(cè)試傳動(dòng)鏈效率時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，模擬齒輪箱所需運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速工況，通過(guò)調(diào)節(jié)外部載荷M0，為傳動(dòng)鏈模擬加入扭轉(zhuǎn)載荷，當(dāng)工況穩(wěn)定后，便能夠讀取到低速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)和高速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值ε_t1和ε_t2，同樣以Mt1＝aε_t1+b為橫坐標(biāo)，以Mt2＝aε_t2+d為縱坐標(biāo)，將所測(cè)試工況值繪制到步驟4)建立的坐標(biāo)系中，其中Mt1為測(cè)試時(shí)低速軸扭轉(zhuǎn)力矩，Mt2為測(cè)試時(shí)高速軸扭轉(zhuǎn)力矩，由于齒輪箱傳動(dòng)鏈存在損耗，則若沒(méi)有損耗時(shí)，則低速軸扭轉(zhuǎn)力矩Mt1所對(duì)應(yīng)的高速軸扭矩應(yīng)為M2；

6)建立齒輪箱傳動(dòng)效率公式

在特定轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)載荷下，齒輪箱傳動(dòng)效率γ應(yīng)為：

$\mathrm{\γ}=\frac{Mt2\·{\mathrm{\ω}}_2}{M1\·{\mathrm{\ω}}_1}=\frac{Mt2\·{\mathrm{\ω}}_2}{M2\·{\mathrm{\ω}}_2}=\frac{Mt2}{M2}=\frac{{\mathrm{c\ϵ}}_{t2}+d}{{\mathrm{c\ϵ}}_2+d}$

由上式可知，傳動(dòng)鏈效率只與應(yīng)變值有關(guān)，通過(guò)上述計(jì)算公式，能夠?qū)y(cè)試齒輪箱在不同轉(zhuǎn)速下、不同扭轉(zhuǎn)載荷下的傳動(dòng)鏈效率都測(cè)試計(jì)算出來(lái)，從而得到齒輪箱傳動(dòng)鏈在各工況下的傳動(dòng)效率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明方法為純機(jī)械效率測(cè)試，避開(kāi)了使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在的效率計(jì)算誤差；

2、本發(fā)明方法無(wú)需考慮測(cè)試安裝位置的結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性，避免了由于結(jié)構(gòu)尺寸或者材料屬性誤差造成的測(cè)試分析誤差。

3、本發(fā)明方法的效率計(jì)算采用的是自比較計(jì)算，避免了外部因素的影響所產(chǎn)生的誤差，分析算法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的主視圖。

圖2為本發(fā)明的齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明的載荷與應(yīng)變值坐標(biāo)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例所述的風(fēng)機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，適用于具備行星齒輪系的齒輪箱，需要采用陪試齒輪箱和拖動(dòng)電機(jī)來(lái)與測(cè)試齒輪箱一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具體情況如下：

1)建立齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

如圖1所示，將陪試齒輪箱3和測(cè)試齒輪箱7的低速軸和高速軸使用聯(lián)軸器固結(jié)在一起，其中要求陪試齒輪箱3采用剛性連接(如圖1所示的“2”)，固定在試驗(yàn)臺(tái)底座上，測(cè)試齒輪箱7采用彈性支撐10連接到試驗(yàn)臺(tái)底座上，在陪試齒輪箱高速軸上使用拖動(dòng)電機(jī)1拖動(dòng)齒輪箱旋轉(zhuǎn)，為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)提供所需的旋轉(zhuǎn)速度和能量補(bǔ)充，從而建立起齒輪箱拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。

2)采集低、高速軸的應(yīng)變測(cè)試值

采用應(yīng)變測(cè)試設(shè)備采集低速軸5上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)4和高速軸9上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)6的應(yīng)變值，其中，應(yīng)變的測(cè)試可以采用惠思頓橋的方式或者其它測(cè)量扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的方法，測(cè)得的低速軸應(yīng)變測(cè)試值為ε₁，高速軸應(yīng)變測(cè)試值為ε₂。

3)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

在測(cè)試效率前，首先要進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，具體是：拖動(dòng)電機(jī)1保持不動(dòng)，傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速為0，在測(cè)試齒輪箱7的外殼上附加扭轉(zhuǎn)載荷(如圖2所示的“8”)，附加的外部載荷為M0，此時(shí)等效的在傳動(dòng)鏈上低速軸加載了一個(gè)扭矩M1，在高速軸等效加載了一個(gè)扭矩M2，其中ω₁為齒輪箱低速軸旋轉(zhuǎn)角速度，ω₂為齒輪箱高速軸旋轉(zhuǎn)角速度，N為陪試齒輪箱和測(cè)試齒輪箱傳動(dòng)比，載荷采用階段性加載的方式，載荷范圍盡量包含齒輪箱實(shí)際運(yùn)行工況下受載范圍，此時(shí)便能夠在低速軸和高速軸的應(yīng)變點(diǎn)上同時(shí)讀取到應(yīng)變值ε₁和ε₂；由于整個(gè)標(biāo)定過(guò)程，傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速為0，傳動(dòng)鏈上無(wú)能量消耗，因此傳動(dòng)鏈模擬加載載荷M1和M2與應(yīng)變值ε₁和ε₂能夠建立起線性關(guān)系，即M1＝aε₁+b和M2＝cε₂+d，其中a、b為測(cè)試齒輪箱外加力矩M1與低速軸測(cè)試應(yīng)變值ε₁的關(guān)系系數(shù)，c、d為測(cè)試齒輪箱外加力矩M2與高速軸應(yīng)變測(cè)試值ε₂的關(guān)系系數(shù)。

4)建立載荷與應(yīng)變值坐標(biāo)系

標(biāo)定完成后，便可以建立起如圖3所示的加載載荷M1和M2與應(yīng)變值ε₁和ε₂的線性關(guān)系，其中以aε₁+b為橫坐標(biāo)，以cε₂+d為縱坐標(biāo)，所繪制的是一條過(guò)原點(diǎn)的斜線，斜率為1/N。

5)測(cè)試傳動(dòng)鏈效率

在測(cè)試傳動(dòng)鏈效率時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，模擬齒輪箱所需運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速工況，通過(guò)調(diào)節(jié)外部載荷M0，為傳動(dòng)鏈模擬加入扭轉(zhuǎn)載荷，當(dāng)工況穩(wěn)定后，便能夠讀取到低速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)4和高速軸上預(yù)設(shè)應(yīng)變點(diǎn)6所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值ε_t1和ε_t2，同樣以Mt1＝aε_t1+b為橫坐標(biāo)，以Mt2＝aε_t2+d為縱坐標(biāo)，將所測(cè)試工況值繪制到圖3所示的坐標(biāo)系中，其中Mt1為測(cè)試時(shí)低速軸扭轉(zhuǎn)力矩，Mt2為測(cè)試時(shí)高速軸扭轉(zhuǎn)力矩，由于齒輪箱傳動(dòng)鏈存在損耗，則若沒(méi)有損耗時(shí)，則低速軸扭轉(zhuǎn)力矩Mt1所對(duì)應(yīng)的高速軸扭矩應(yīng)為圖3所示的M2。

6)建立齒輪箱傳動(dòng)效率公式

在特定轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)載荷下，齒輪箱傳動(dòng)效率γ應(yīng)為：

$\mathrm{\γ}=\frac{Mt2\·{\mathrm{\ω}}_2}{M1\·{\mathrm{\ω}}_1}=\frac{Mt2\·{\mathrm{\ω}}_2}{M2\·{\mathrm{\ω}}_2}=\frac{Mt2}{M2}=\frac{{\mathrm{c\ϵ}}_{t2}+d}{{\mathrm{c\ϵ}}_2+d}$

由上式可以發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈效率只與應(yīng)變值有關(guān)，通過(guò)上述計(jì)算公式，能夠?qū)y(cè)試齒輪箱在不同轉(zhuǎn)速下、不同扭轉(zhuǎn)載荷下的傳動(dòng)鏈效率都測(cè)試計(jì)算出來(lái)，從而得到齒輪箱傳動(dòng)鏈在各工況下的傳動(dòng)效率。

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的齒輪箱效率測(cè)試方法，本發(fā)明采用了全新的齒輪箱試驗(yàn)測(cè)試方案，基于純機(jī)械應(yīng)變的測(cè)試，直接測(cè)試計(jì)算出齒輪箱傳動(dòng)效率，無(wú)需考慮貼片位置結(jié)構(gòu)或者材料參數(shù)，并且無(wú)需考慮拖動(dòng)電機(jī)的效率等外部因素對(duì)測(cè)試精度所造成的影響，具有測(cè)試實(shí)施方便快捷、分析簡(jiǎn)單直接、結(jié)果準(zhǔn)確有效等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。