CN110173472B - 风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法，包括泵供油装置、调速装置、压力控制装置和换向装置；所述泵供油装置包括有油箱、电机、钟形罩、联轴器和轴向柱塞泵，所述轴向柱塞泵在电机的带动下从油箱中将油液运送到系统进油路；所述调速装置包括节流阀和单向节流阀，所述节流阀设置在轴向柱塞泵通向系统输出油缸的系统进油路上；所述压力控制装置包括比例溢流阀、锥阀式液控单向阀和两位两通电磁阀，所述比例溢流阀安装于轴向柱塞泵出口处并位于节流阀之后，所述两位两通电磁阀与比例溢流阀并联；所述换向装置包括两个两位三通电磁换向阀。本发明能够真实模拟风电齿轮箱中柔性销轴在使用过程中受到的加载力。

Description

风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及齿轮箱领域的技术领域，尤其是指一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法。

背景技术

齿轮的柔性销轴是兆瓦级风电齿轮箱的关键核心部件，是每一部兆瓦级风电齿轮箱工作运转最核心的组成之一。但在风电齿轮箱实际运转过程中，柔性销轴为了避免普通销轴受力弯曲而影响齿轮啮合的情况，故将风电齿轮箱的销轴做成柔性销轴，使得柔性销轴收到轴承的平衡力而达到工作过程中不变形的目的。但理论计算的柔性销轴由于制造、加工、定位、安装等不可避免的误差往往会受到非平衡的力而导致柔性销轴像普通销轴一样发生变形，从而影响齿轮啮合，使风电齿轮箱功率受损，严重甚至会使风电齿轮箱工作中断而造成报废的情况。

目前没有特别行之有效的方法可以通过理论计算得到柔性销轴的实际平衡点，只有通过模拟风电齿轮箱内销轴受力来看销轴形变程度，通过实际情况反推其理论平衡点的方法。针对以上原因，考虑到柔性销轴所承载的载荷交大，而形变较小，故本发明设计出了一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法，配合柔性销轴测试试验台来对柔性销轴进行形变测试、疲劳测试、销轴根部应变测试等多种测试试验。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统及其控制方法，通过搭建柔性销轴综合测试试验台，对齿轮箱齿轮的心轴与柔性销轴在不同加载情况下的复杂形变量进行测量，分析得出其形变趋势，为柔性销轴的设计优化提供技术支持；同时，通过试验测试数据，验证并修正有限元分析方法，将柔性销轴有限元分析方法标准化，为8MW及以上齿轮箱柔性销的设计仿真提供试验数据支撑，提高后续柔性销轴的设计改型及优化过程中的研发速度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，包括泵供油装置、调速装置、压力控制装置和换向装置；所述泵供油装置包括有油箱、电机、钟形罩、联轴器和轴向柱塞泵，所述轴向柱塞泵通过钟形罩和联轴器与电机相连接，并在电机的带动下从油箱中将油液运送到系统进油路；所述调速装置包括节流阀和单向节流阀，所述节流阀设置在轴向柱塞泵通向系统输出油缸的系统进油路上，所述单向节流阀有两个，其中，处于系统进油路上的为第一单向节流阀，处于系统回油路上的为第二单向节流阀，该两个单向节流阀组成双向出口节流调速回路设于节流阀与输出油缸之间，通过该调速装置控制试验台在进行不同实验时测量风电齿轮箱柔性销轴时的加载速度，保证试验台液压推杆的平稳性和速度负载性；所述压力控制装置包括比例溢流阀、锥阀式液控单向阀和两位两通电磁阀，所述比例溢流阀安装于轴向柱塞泵出口处并位于节流阀之后，调节该比例溢流阀以使液压系统能够按照设定压力加载，所述锥阀式液控单向阀设于第一、二单向节流阀组成的双向出口节流调速回路通向输出油缸的系统进油路上，利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压并使输出油缸保持不动，所述两位两通电磁阀与比例溢流阀并联，以使保压时油液多余的压力通过两位两通电磁阀进行泄压，通过该压力控制装置保证液压系统在试验台针对柔性销轴处于不同载荷下的形变测试均能够持续进行保压；所述换向装置包括两个两位三通电磁换向阀，其中，处于系统进油路上为第一两位三通电磁换向阀，并位于第一单向节流阀与节流阀之间，处于系统回油路上为第二两位三通电磁换向阀，并位于第二单向节流阀与节流阀之间，通过控制两个两位三通电磁换向阀，实现试验台测量柔性销轴的形变试验或疲劳试验时液压系统的加载和卸载，或形变试验与疲劳测试的快速切换。

进一步，还包括辅助装置，所述辅助装置包括测压接头、压力表、压力传感器和蓄能器，所述蓄能器设置于系统进油路上，用于解决长时间疲劳试验时泵的啸叫，所述测压接头与压力表连接并设于系统进油路上蓄能器的前面，所述压力传感器有两个，其中一个设于系统进油路上位于蓄能器和测压接头与压力表之间，另一个设于系统进油路上锥阀式液控单向阀与输出油缸之间，所述压力表能够显示系统进油路两端压力，由测压接头监测系统压力并由两个压力传感器将压力信号传入外接的电控系统。

进一步，所述液压系统采用PLC控制启动。

进一步，所述两位两通电磁阀、第一两位三通电磁换向阀、第二两位三通电磁换向阀、节流阀、第一单向节流阀和第二单向节流阀均为插装式阀。

一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统的控制方法，主要是通过控制比例溢流阀及第一、第二两位三通电磁换向阀，实现液压系统按照设定压力分段输出推力、保压及油缸卸载及回程操作，具体如下：

液压系统按照设定压力分段输出推力时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀失电，油液从系统进油路的第一两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，此时通过调节比例溢流阀可以使液压系统按照设定压力加载；

保压时，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀失电，油液从位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，此时两位两通电磁阀开启，油液多余压力通过两位两通电磁阀进行泄压；

油缸卸载时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀和位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀均失电，无油液流入液压缸，输出油缸卸载；

回程时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀失电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀得电，油液从位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，输出油缸回程。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明的液压系统能够在试验台柔性销轴形变测试试验中，能够真实模拟风电齿轮箱中齿轮柔性销轴所受到的推力，并在首次加载以后可以持续保压、保压之后二次加载等功能；在试验台柔性销轴疲劳测试实验中，能够真实模拟风电齿轮箱中齿轮柔性销轴在使用过程中受到的加载力，并能够反复持续加载，为柔性销轴疲劳试验提供技术支持。

2、本发明通过控制两个两位三通电磁换向阀，实验不同测试项目的加载和卸载；同时通过设置蓄能器和两位两通电磁阀，来实现部分压力的补充以及保压时多余压力的卸荷。

3、本发明通过设置两个单向节流阀，组成双向出口节流调速回路，使系统具有更好的平稳性和速度负载特性。

4、本发明通过设置压力表读数计算出油路损耗，确保进入油缸的压力数值达到要求。

5、本发明的液压系统进行加载、保压、二次加载的过程中，PLC自动控制比例溢流阀实现测试系统保压和加压的工况切换。同时在疲劳测试的工况作用中使用PLC自动控制原理，不需要人为参与，达到试验目的。

附图说明

图1为本发明液压系统的结构示意图。

图2为本发明在柔性销轴形变测试的PLC流程图。

图3为本发明在柔性销轴疲劳测试的PLC流程图。

图中：1、油箱，2、放油球阀，3、液位计，4、空滤器，5、温度变送器，6、液位继电器，7、回油过滤器，8、风冷却器，9、电机，12、轴向柱塞泵，13.1、单向阀，13.2、比例溢流阀，13.3、两位两通电磁阀，13.4、第一两位三通电磁换向阀，13.5、第二两位三通电磁换向阀，13.6、第一单向节流阀，13.7、第二单向节流阀，13.8、节流阀，13.9、锥阀式液控单向阀，14、测压接头，15、压力表，16、压力传感器，17、蓄能器，18、输出油缸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所述的风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，包括泵供油装置、调速装置、压力控制装置、换向装置和辅助装置；所述泵供油装置包括有油箱1、电机9、钟形罩、联轴器和轴向柱塞泵12，所述轴向柱塞泵12通过钟形罩和联轴器与电机9相连接，并在电机9的带动下从油箱1中将油液运送到系统进油路；当试验台进行不同试验时，需要针对不同测试项目来调节试验台推杆的加载速率，所以为了保证试验台测量风电齿轮箱齿轮柔性销轴时的加载速度，设置了调速装置，所述调速装置包括节流阀和单向节流阀，所述节流阀13.8设置在轴向柱塞泵12通向系统输出油缸18的系统进油路上，用于控制油液流速，所述单向节流阀有两个，处于系统进油路上的为第一单向节流阀13.6，处于系统回油路上的为第二单向节流阀13.7，该两个单向节流阀并组成双向出口节流调速回路设于节流阀13.8与输出油缸18之间，使用该调速装置进行控制，这样可以使试验台的液压推杆具有较好的平稳性和速度负载性；在试验台进行柔性销轴形变测试时，需要对柔性销轴进行不同载荷下的形变测试，所以需要液压系统提供不同的载荷，并且进行保压，因此设置了压力控制装置，所述压力控制装置包括比例溢流阀13.2、锥阀式液控单向阀13.9和两位两通电磁阀13.3，所述比例溢流阀13.2安装于轴向柱塞泵12出口处并位于节流阀13.8之后，调节该比例溢流阀13.2以使系统能够按照设定压力加载，所述锥阀式液控单向阀13.9设于两个单向节流阀组成的双向出口节流调速回路通向输出油缸18的系统进油路上，利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压来保证测试数据能够有充分时间记录并输出，并且方便下一次测试可以在上一次保压基础上进一步加压，提高测试效率，所述两位两通电磁阀13.3与比例溢流阀13.2并联，以使保压时油液多余的压力通过两位两通电磁阀13.3进行泄压；为了方便试验台能够快速切换测试项目，让试验台由形变测试转变为柔性销轴疲劳测试，所以在液压系统中设置了换向装置，所述换向装置为两个两位三通电磁换向阀，其中，处于系统进油路上为第一两位三通电磁换向阀13.4，并位于第一单向节流阀13.6与节流阀13.8之间，处于系统回油路上为第二两位三通电磁换向阀13.5，并位于第二单向节流阀13.7与节流阀13.8之间，通过控制两个两位三通电磁换向阀，实现试验台测量柔性销轴的形变试验或疲劳试验时系统的加载和卸载，或形变试验与疲劳测试的快速切换；所述辅助装置包括放油球阀2、液位计3、空滤器4、温度变送器5、液位继电器6、回油过滤器7、风冷却器8、测压接头14、压力表15、压力传感器16、蓄能器17和输出油缸18，所述放油球阀2、液位计3、空滤器4、温度变送器5和液位继电器6设置于油箱1中，用于满足放油、液位检测、过滤及温度检测，所述回油过滤器7和风冷却器8设置于系统回油路上，用于过滤油液及防止油温过高，所述蓄能器17设置于系统进油路上，用于解决长时间疲劳试验时泵的啸叫，所述测压接头14与压力表15连接并设于系统进油路上蓄能器17的前面，所述压力传感器16有两个，其中一个设于系统进油路上位于蓄能器17和测压接头14与压力表15之间，另一个设于系统进油路上锥阀式液控单向阀13.9与输出油缸18之间，所述压力表15能够显示系统进油路两端压力，由测压接头14监测系统压力并由两个压力传感器16将压力信号传入外接的电控系统；所述输出油缸18为系统的输出机构。

其中，对于整个液压系统，采用PLC控制启动，由PLC控制液压系统启动可以控制主油泵运行、主油泵停止、测试开始、测试停止、泄压、风冷、电磁阀等功能。

所述两位两通电磁阀13.3、第一两位三通电磁换向阀13.4、第二两位三通电磁换向阀13.5、节流阀13.8、第一单向节流阀13.6和第二单向节流阀13.7均为插装式阀。

一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统的控制方法，主要是通过控制比例溢流阀13.2及第一两位三通电磁换向阀13.4和第二两位三通电磁换向阀13.5，实现系统按照设定压力分段输出推力、保压及油缸卸载及回程操作，具体如下：

系统按照设定压力分段输出推力时，两位两通电磁阀13.3关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀13.5失电，油液从系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4左侧进入输出油缸，此时通过调节比例溢流阀13.2可以使系统按照设定压力加载；

保压时，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀13.5失电，油液从位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4左侧进入输出油缸，此时两位两通电磁阀13.3开启，油液多余压力通过两位两通电磁阀13.3进行泄压；

油缸卸载时，两位两通电磁阀13.3关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4和位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀13.5均失电，无油液流入液压缸，输出油缸18卸载；

回程时，两位两通电磁阀13.3关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀13.4失电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀13.5得电，油液从位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀13.5左侧进入输出油缸18，输出油缸18回程。

以下具体说明柔性销轴测试试验台测试不同测试项目时各电磁阀具体工作流程：

1、柔性销轴形变测试加载时的油路动作

当柔性销轴测试试验台进行柔性销轴形变测试时，启动液压系统进行加载，两位两通电磁阀13.3和第一两位三通电磁换向阀13.4处于通电状态，第二两位三通电磁换向阀13.5处于断开状态，此时油液正向流入液压缸，油缸加载；其中油路依次经过油箱1、轴向柱塞泵12、节流阀13.8、单向阀13.1、两位三通电磁阀13.4、第一单向节流阀13.6，最后到达输出油缸18进行加载。

2、柔性销轴形变测试保压时的油路动作

当柔性销轴测试试验台柔性销轴形变测试加载完成后，需要对液压系统进行保压操作，以便采集数据和评估加载准确性，所以此时与加载时一样，两位两通电磁阀13.3断开，第一两位三通电磁换向阀13.4处于通电状态，第二两位三通电磁换向阀13.5处于断开状态，比例溢流阀13.2使系统压力只能提升到设定压力，多余压力通过两位两通电磁阀13.3直接流回油箱1，由于液压系统设置了锥阀式液控单向阀13.9，利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压，达到测试要求。

3、柔性销轴形变测试卸载时的油路动作

当柔性销轴测试试验台柔性销轴形变测试完成后可以对整个实验台进行卸载工作，此时两位两通电磁阀13.3通电，第一两位三通电磁换向阀13.4和第二两位三通电磁换向阀13.5均断电，无油液流入液压缸，油液从液压缸流回油箱1，油缸卸载。

4、柔性销轴形变测试完成后活塞杆收回的油路动作

当活塞杆收回时第一两位三通电磁换向阀13.4断电、第二两位三通电磁换向阀13.5通电，此时油液经单向阀13.1后通向第二两位三通电磁换向阀13.5和第二单向节流阀13.7直至输出油缸18，油液在输出油缸18中反向流通，活塞杆收回。

5、柔性销轴疲劳测试时的油路动作

柔性销轴试验台在进行疲劳测试的时候，由于取消了测量柔性销轴形变的步骤，所以柔性销轴疲劳测试的步骤可以简化为加载、卸载两个步骤，即当进行柔性销轴疲劳测试时，油缸的动作为加载、卸载、二次加载、二次卸载、三次加载……直至最后完成设定加载次数的疲劳测试。

图2、图3分别为本发明在柔性销轴形变测试和疲劳测试时的PLC流程图。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，其特征在于：包括泵供油装置、调速装置、压力控制装置和换向装置；所述泵供油装置包括有油箱、电机、钟形罩、联轴器和轴向柱塞泵，所述轴向柱塞泵通过钟形罩和联轴器与电机相连接，并在电机的带动下从油箱中将油液运送到系统进油路；所述调速装置包括节流阀和单向节流阀，所述节流阀设置在轴向柱塞泵通向系统输出油缸的系统进油路上，所述单向节流阀有两个，其中，处于系统进油路上的为第一单向节流阀，处于系统回油路上的为第二单向节流阀，该两个单向节流阀组成双向出口节流调速回路设于节流阀与输出油缸之间，通过该调速装置控制试验台在进行不同实验时测量风电齿轮箱柔性销轴时的加载速度，保证试验台液压推杆的平稳性和速度负载性；所述压力控制装置包括比例溢流阀、锥阀式液控单向阀和两位两通电磁阀，所述比例溢流阀安装于轴向柱塞泵出口处并位于节流阀之后，调节该比例溢流阀以使液压系统能够按照设定压力加载，所述锥阀式液控单向阀设于第一、二单向节流阀组成的双向出口节流调速回路通向输出油缸的系统进油路上，利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压并使输出油缸保持不动，所述两位两通电磁阀与比例溢流阀并联，以使保压时油液多余的压力通过两位两通电磁阀进行泄压，通过该压力控制装置保证液压系统在试验台针对柔性销轴处于不同载荷下的形变测试均能够持续进行保压；所述换向装置包括两个两位三通电磁换向阀，其中，处于系统进油路上为第一两位三通电磁换向阀，并位于第一单向节流阀与节流阀之间，处于系统回油路上为第二两位三通电磁换向阀，并位于第二单向节流阀与节流阀之间，通过控制两个两位三通电磁换向阀，实现试验台测量柔性销轴的形变试验或疲劳试验时液压系统的加载和卸载，或形变试验与疲劳测试的快速切换。

2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，其特征在于：还包括辅助装置，所述辅助装置包括测压接头、压力表、压力传感器和蓄能器，所述蓄能器设置于系统进油路上，用于解决长时间疲劳试验时泵的啸叫，所述测压接头与压力表连接并设于系统进油路上蓄能器的前面，所述压力传感器有两个，其中一个设于系统进油路上位于蓄能器和测压接头与压力表之间，另一个设于系统进油路上锥阀式液控单向阀与输出油缸之间，所述压力表能够显示系统进油路两端压力，由测压接头监测系统压力并由两个压力传感器将压力信号传入外接的电控系统。

3.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，其特征在于：所述液压系统采用PLC控制启动。

4.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统，其特征在于：所述两位两通电磁阀、第一两位三通电磁换向阀、第二两位三通电磁换向阀、节流阀、第一单向节流阀和第二单向节流阀均为插装式阀。

5.一种权利要求1所述的风电齿轮箱柔性销轴测试试验台液压系统的控制方法，其特征在于：主要是通过控制比例溢流阀及第一、第二两位三通电磁换向阀，实现液压系统按照设定压力分段输出推力、保压及油缸卸载及回程操作，具体如下：

液压系统按照设定压力分段输出推力时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀失电，油液从系统进油路的第一两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，此时通过调节比例溢流阀可以使液压系统按照设定压力加载；

保压时，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀得电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀失电，油液从位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，此时两位两通电磁阀开启，油液多余压力通过两位两通电磁阀进行泄压；

油缸卸载时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀和位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀均失电，无油液流入液压缸，输出油缸卸载；

回程时，两位两通电磁阀关闭，位于系统进油路的第一两位三通电磁换向阀失电，位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀得电，油液从位于系统回油路的第二两位三通电磁换向阀左侧进入输出油缸，输出油缸回程。