一种变桨轴承试验机的制作方法

本实用新型涉及轴承检测技术领域，特别涉及一种变桨轴承试验机。

背景技术：

风力发电机的变桨轴承主要用在风力发电机的三个叶片的根部，起到调节桨叶迎风姿态的作用。具体是将变桨轴承安装在叶片和轮毂之间，与变桨电机、减速机、制动器、联轴器、变频柜及驱动齿轮等部件组成风力发电机组。

其中，变桨轴承为最关键的部件，要求承载能力强、可靠性高，而现有变桨轴承采用双排球的结构，滚球与滚道之间在轴向和径向为零游隙或负游隙，游隙的大小与轴承滚道、滚球的加工精度、滚道热处理硬度及淬火深度、轴承的装配等诸多因素有关，由于游隙的大小将影响轴承的摩擦系数，因此如游隙调整不妥，轴承安装后将会出现卡阻的情况，从而导致变桨系统阻力矩过大，出现电机过热等现象，同时还存在有安装更换复杂，维修困难、使用寿命短等问题。

因此，一般轴承在出厂前，需要对轴承进行模拟试验，而一般厂家仅仅对变桨轴承进行简单的空载试验，然后按照经验公式向风电机组设计方提供摩擦系数，以确定电机功率、齿轮箱扭矩等参数。

但是，空载试验与变桨轴承实际运行的工况不符，因变桨轴承一般受到三个方面的载荷，即轴向力、径向力以及轴承平面内的弯矩，这些载荷对变桨轴承的游隙乃至轴承的摩擦系数影响很大，若按照空载时的游隙作为轴承的装配调整依据不合理，不能准确模拟真实的工况，难以保证变桨轴承测试结果的准确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种变桨轴承试验机，具有能够准确模拟变桨轴承的实际工况，提高变桨轴承试验结果的准确性的优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种变桨轴承试验机，包括基础和设置于基础上的轮毂，还包括叶片和待测试的变桨轴承，所述变桨轴承安装在轮毂的一端面上，所述叶片固定设置于变桨轴承上，所述叶片上沿其长度方向可拆卸设置有多个配重组件，所述轮毂上固定设置有平衡臂，所述轮毂内设置有用于驱动叶片转动的驱动机构。

实施上述技术方案，工作时，通过驱动机构驱动叶片转动，且沿自身轴向连续作逆时针和顺时针偏转，以模拟叶片受到风力影响而驱使叶片转动的真实工况；同时，叶片采用风力发电机的真实叶片，而叶片上设置的多个配重组件可以起到模拟叶片实际工况下受到的风力作用在叶片上的工况；以能够准确模拟变桨轴承的实际工况，提高变桨轴承试验结果的准确性。

本实用新型进一步设置为：所述配重组件包括上模、下模、双头螺栓和配重块，上模位于下模的上方，所述上模和下模通过双头螺栓固定设置在叶片上，且上模和下模均与叶片外表面贴合，所述配重块固定设置于上模上。

实施上述技术方案，安装时，将上模和下模分别套装在叶片上，再通过双头螺栓实现上模和下模之间的连接，使上模和下模固定在叶片上，装卸方便；因叶片表面结构为曲面，使上模和下模与叶片外表面贴合，提高上模和下模安装的稳定性，同时减小叶片受到的局部压强，防止叶片受损，同时，通过增减配重块的数量，可起到调整加载的载荷大小。

本实用新型进一步设置为：所述上模和下模与叶片之间设置有保护层。

实施上述技术方案，保护层的设置，防止安装时刮伤叶片。

本实用新型进一步设置为：所述上模的顶壁固定设置有安装架，所述配重块固定安装在安装架内。

实施上述技术方案，安装架的设置，起到限定配重块位置的作用，方便配重块的安装。

本实用新型进一步设置为：所述平衡臂间隔设置两个，且两个平衡臂与叶片之间的夹角为120⁰。

实施上述技术方案，因为风力发电机一般在轮毂上安装三个均布的叶片，将平衡臂设置两个，且与叶片之间的夹角为120⁰，可模拟轮毂真实工况的受力情况，而变桨轴承安装在轮毂上，使变桨轴承的试验环境尽量贴近真实工况的环境，提高试验结果的准确性。

本实用新型进一步设置为：所述叶片和平衡臂均向上倾斜设置。

实施上述技术方案，因风力发电机的三个叶片相对于变桨轴承的轴向具有一定的倾斜角度，而将叶片和平衡臂均向上倾斜设置，能够贴近变桨轴承的实际工况。

本实用新型进一步设置为：所述基础上设置有用于对平衡臂提供竖直向下的荷载的加载机构。

实施上述技术方案，加载机构的设置，起到对平衡臂提供竖直方向载荷的目的，可有效减小平衡臂的长度，缩小该变桨轴承试验机的占地面积。

本实用新型进一步设置为：所述加载机构包括油缸和连接轴，所述油缸铰接于基础上，所述连接轴固定连接于油缸的活塞杆上，所述连接轴远离油缸的一端与平衡臂铰接。

实施上述技术方案，将连接轴与平衡臂铰接，油缸铰接在基础上，使得油缸作用在平衡臂上的作用力为沿油缸的活塞杆的轴向方向，防止油缸受到其他方向的反作用力而导致油缸损坏，提高油缸的使用寿命。

本实用新型进一步设置为：所述平衡臂为中空的圆筒状，平衡臂内固定设置有加强板，所述平衡臂通过单面法兰盘与轮毂固定连接。

实施上述技术方案，将平衡臂设置为中空的圆筒状结构，同时设置加强板，提高平衡臂的结构强度。

综上所述，本实用新型对比于现有技术的有益效果为：

一、工作时，通过驱动机构驱动叶片转动，且沿自身轴向连续作逆时针和顺时针偏转，以模拟叶片受到风力影响而驱使叶片转动的真实工况；同时，叶片采用风力发电机的真实叶片，而叶片上设置的多个配重组件可以起到模拟叶片实际工况下受到的风力作用在叶片上的工况；以能够准确模拟变桨轴承的实际工况，提高变桨轴承试验结果的准确性；

二、因风力发电机的三个叶片相对于变桨轴承的轴向具有一定的倾斜角度，而将叶片和平衡臂均向上倾斜设置，能够贴近变桨轴承的实际工况；

三、加载机构的设置，起到对平衡臂提供竖直方向载荷的目的，可有效减小平衡臂的长度，缩小该变桨轴承试验机的占地面积。

附图说明

图1是本实用新型整体的结构示意图；

图2是本实用新型局部结构示意图；

图3是图2中的A部放大图；

图4是本实用新型的俯视图；

图5是本实用配重组件的结构示意图。

附图标记：1、基础；11、基础地面；12、基础底座；2、轮毂；21、过渡板；3、叶片；4、变桨轴承；41、位移传感器；42、温度传感器；5、配重组件；51、上模；511、安装架；52、下模；53、双头螺栓；54、配重块；6、平衡臂；61、单面法兰盘；62、加强板；9、加载机构；91、油缸；92、连接轴；10、爬梯。

具体实施方式

如图1所示，一种变桨轴承试验机，包括基础1和设置于基础1上的轮毂2，基础1包括基础地面11和基础底座12，基础1采用混凝土浇筑而成，轮毂2与基础底座12之间安装有过渡板21，过渡板21采用45钢制成，基础地面11与轮毂2的顶壁之间设置有爬梯10（参见图4）。

如图2、3所示，还包括叶片3和待测试的变桨轴承4，叶片3的长度为55-60m，叶片3采用风力发电机上实际使用的叶片3，变桨轴承4安装在轮毂2的一端面上，叶片3固定设置于变桨轴承4上，变桨轴承4的外圈通过固定螺栓（图中未标示）连接在轮毂2的一个端面上，变桨轴承4的内圈通过固定螺栓连接在叶片3上。

如图2所示，轮毂2内设置有用于驱动叶片3转动的驱动机构，驱动机构包括设置在轮毂2内的电机（图中未标示）以及带齿轮的减速机（图中未标示），电机为伺服电机，电机与减速机传动连接，减速机上的齿轮与变桨轴承4的齿圈啮合。

如图2所示，基础1上设置有用于对平衡臂6提供竖直向下的荷载的加载机构9，加载机构9包括油缸91和连接轴92，油缸91铰接于基础1地面上，连接轴92固定连接于油缸91的活塞杆上，连接轴92远离油缸91的一端与平衡臂6远离轮毂2的一端铰接。

加载机构9的设置，起到对平衡臂6提供竖直方向载荷的目的，可有效减小平衡臂6的长度，缩小该变桨轴承4试验机的占地面积；而将连接轴92与平衡臂6铰接，油缸91铰接在基础1上，使得油缸91作用在平衡臂6上的作用力为沿油缸91的活塞杆的轴向方向，防止油缸91受到其他方向的反作用力而导致油缸91损坏，提高油缸91的使用寿命。

如图1、5所示，叶片3上沿其长度方向可拆卸设置有四个配重组件5，配重组件5包括上模51、下模52、双头螺栓53和配重块54，上模51和下模52采用硬木制成，配重块54为Q235制成的钢板，上模51位于下模52的上方，上模51和下模52通过双头螺栓53固定设置在叶片3上，且上模51和下模52均与叶片3外表面贴合，配重块54固定设置于上模51上。

安装时，将上模51和下模52分别套装在叶片3上，再通过双头螺栓53实现上模51和下模52之间的连接，使上模51和下模52固定在叶片3上，装卸方便；因叶片3表面结构为曲面，使上模51和下模52与叶片3外表面贴合，提高上模51和下模52安装的稳定性，同时减小叶片3受到的局部压强，防止叶片3受损，同时，通过增减配重块54的数量，可起到调整加载的载荷大小。

其中，如图5所示，上模51和下模52与叶片3之间设置有保护层，保护层为泡沫层；以防止安装上模51和下模52时刮伤叶片3。上模51的顶壁固定设置有安装架511，安装架511为固定设置在上模51上的角钢，配重块54固定安装在安装架511内。

如图1、4所示，轮毂2上固定设置有平衡臂6，平衡臂6间隔设置两个，且两个平衡臂6与叶片3之间的夹角为120⁰；叶片3和平衡臂6均向上倾斜设置，且倾斜角度为5⁰。平衡臂6为中空的圆筒状，平衡臂6内焊接有加强板62，加强板62呈十字交叉设置在平衡臂6内，平衡臂6通过单面法兰盘61与轮毂2固定连接；将平衡臂6设置为中空的圆筒状结构，同时设置加强板62，提高平衡臂6的结构强度。

因为风力发电机一般在轮毂2上安装三个均布的叶片3，将平衡臂6设置两个，且与叶片3之间的夹角为120⁰，可模拟轮毂2真实工况的受力情况，而变桨轴承4安装在轮毂2上，使变桨轴承4的试验环境尽量贴近真实工况的环境，提高试验结果的准确性；因风力发电机的三个叶片3相对于变桨轴承4的轴向具有一定的倾斜角度，而将叶片3和平衡臂6均向上倾斜设置，能够贴近变桨轴承4的实际工况。

另外，如图4所示，在变桨轴承4内安装有4个位移传感器41和4个温度传感器42，且相邻位移传感器41之间的圆心角为90⁰，以及相邻温度传感器42之间的圆心角为90⁰；温度传感器42为PT100，其测温范围0-150℃，可检测变桨轴承4各点的实时温度。

位移传感器41为欧姆龙ZX2-LD50L激光COMS型，其测量范围50±10mm，分辨率：1.5μm。在叶片3上增加配重的过程中，变桨轴承4会产生形变，内外圈会发生相对位移，通过设置位移传感器41可实时检测位移数据，在数据库中将此数据导出，可以与有限元分析结果进行对比验证，为理论分析提供研究方向。

具体工作过程：工作时，通过驱动机构驱动叶片3转动，且沿自身轴向连续作逆时针和顺时针偏转，以模拟叶片3受到风力影响而驱使叶片3转动的真实工况；同时，叶片3采用风力发电机实际使用的叶片3，而叶片3上设置的多个配重组件5，以对叶片3沿径向加载载荷，可以起到模拟叶片3在受到风力作用在叶片3上的实际工况；以能够准确模拟变桨轴承4的实际工况，提高变桨轴承4试验结果的准确性。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。