一种模拟工况的风电齿轮箱试验台测控系统的制作方法

本实用新型涉及一种测控系统，具体是一种模拟工况的风电齿轮箱试验台的测控系统。

背景技术：

现有风电齿轮箱试验台大多采用成套的测控系统以满足对电机的控制、转速、扭矩、温度、压力等参数的采集；风电齿轮箱研制过程中需要经过一系列的试验验证，如加载试验、空载试验等，传统的试验台系统不能完全满足上述试验项目的需求，需辅之以其他成套的测试系统如振动噪声测试系统、齿根应力测试系统等。多种测试装置同时工作，兼容性差，数据分析和对比需要经过多种不同的软件来实现，试验分析人员需同时掌握多种测试装置的使用、操作和分析。大大增加了试验分析人员的工作量和技能要求，同时多种测试装置的采购也大大增加了试验成本。

因此现有技术的缺点：

1：系统兼容性差，测试装置成本高；

2：试验分析人员技能要求高；

3：试验数据分析不便。

技术实现要素：

本实用新型提供一种模拟工况的风电齿轮箱试验台测控系统，其目的在于克服现有技术缺陷，能够在同一测试平台下，实现对电机的控制及对多种性能参数的采集和分析工作，降低测试装置成本及对实验分析人员的工作量。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种模拟工况的风电齿轮箱试验台测控系统，其特征在于：

驱动电机连接陪试齿轮箱中的陪试齿轮箱高速轴系，陪试齿轮箱高速轴系、陪试齿轮箱中速轴系、陪试齿轮箱低速轴系、陪试齿轮箱行星轮系依次连接，陪试齿轮箱行星轮系连接主试齿轮箱中主试齿轮箱行星轮系，主试齿轮箱行星轮系、主试齿轮箱低速轴系、主试齿轮箱中速轴系、主试齿轮箱高速轴系依次连接，主试齿轮箱高速轴系连接负载电机；

数据处理模块包括pc机和pc机内的风电齿轮箱试验台测控软件功能模块；

内设plc模块的电机控制单元分别与驱动电机和负载电机电连接；数据处理模块的pc机通过与电机控制单元连接；

数据采集装置包括三向振动加速度传感器、温度传感器、压力传感器、麦克风、应变片、扭矩仪、信号调理装置、数据采集卡；

数个三向振动加速度传感器分别通过磁座固定在陪试齿轮箱高速轴系的轴承、陪试齿轮箱中速轴系的轴承、陪试齿轮箱低速轴系的轴承、陪试齿轮箱行星轮系的轴承、主试齿轮箱行星轮系的轴承、主试齿轮箱低速轴系的轴承、主试齿轮箱中速轴系的轴承、主试齿轮箱高速轴系的轴承上；

数个温度传感器安装在陪试齿轮箱高速轴系的轴承和主试齿轮箱高速轴系的轴承上，一个温度传感器安装在陪试齿轮箱内的油池中，一个温度传感器安装在主试齿轮箱的油池中；

数个压力传感器分别安装在陪试齿轮箱的电机泵吸油口和油路分配器上、主试齿轮箱的电机泵吸油口和油路分配器上；

两个麦克风分别对应安装在陪试齿轮箱和主试齿轮箱外；

数个应变片粘贴在陪试齿轮箱的陪试齿轮箱行星轮系的太阳轮的齿根处、齿圈的齿根处，以及主试齿轮箱的主试齿轮箱行星轮系的太阳轮的齿根处、齿圈的齿根处；

两个扭矩仪分别安装在陪试齿轮箱的高速轴、主试齿轮箱的高速轴位置；

上述三向振动加速度传感器、温度传感器、压力传感器、麦克风、应变片、扭矩仪分别与信号调理装置连接，信号调理装置与数据采集卡连接；数据采集卡与数据处理模块的pc机连接；

电源模块包括ups不间断电源、24v电源模块，24v电源模块连接数据采集装置并供电；ups不间断电源连接数据处理模块的pc机并供电。

数据处理模块的pc机通过opc协议与电机控制单元连接。

数据采集卡与数据处理模块的pc机通过rs485通讯协议连接。

电机控制单元包括s7300plc模块、变频器、交流接触器、时间继电器和熔断器，以上器件按现有技术连接成电机控制单元。

另外具有数个三向振动加速度传感器分别通过磁座固定在陪试齿轮箱的陪试齿轮箱行星轮系的齿圈的对应位置、主试齿轮箱的主试齿轮箱行星轮系的齿圈的对应位置。

所述应变片的粘贴位置在齿圈选取12、2、4、6、8、10点钟方向的齿，在太阳轮选取12、3、6、9点钟方向的齿。

本实用新型的有益效果：

本发明的测控系统能够开展加载试验和空载试验等多种试验形式，实现对驱动和负载电机启停机、升降速、正反转的控制；并集成了多种传感器在同一测试平台下能够实现风电齿轮箱多种性能参数的采集和分析工作，可以使用软件功能丰富的测控平台，数据采集装置能够自由配置，兼具功能性和灵活性。

附图说明：

图1是本实用新型的数据采集装置结构图；

图2是本实用新型的电机控制单元结构图

图3是本实用新型机械本体测点布置图；

图4是本实用新型的测试系统软件功能模块架构图。

具体实施方式：

结合附图，对本实用新型做进一步说明。

如图1、图2、图3所示：

本实用新型的模拟工况的风电齿轮箱试验台测控系统由试验台机械本体、电机控制单元6、数据采集装置5和数据处理模块9、电源模块7组成。试验台机械本体是测控系统的作用对象。

如图3：

试验台机械本体包括驱动电机1、陪试万向联轴器10、陪试齿轮箱2、法兰盘联轴器20、主试齿轮箱3、主试万向联轴器30和负载电机4，其中驱动电机1的电机轴通过陪试万向联轴器10连接陪试齿轮箱2的高速轴211，高速轴211连接陪试齿轮箱2中的陪试齿轮箱高速轴系21，陪试齿轮箱高速轴系21连接陪试齿轮箱中速轴系22，陪试齿轮箱中速轴系22连接陪试齿轮箱低速轴系23，陪试齿轮箱低速轴系23连接陪试齿轮箱行星轮系24，陪试齿轮箱行星轮系24作为输出端通过法兰盘联轴器20连接主试齿轮箱3中的输入端也即主试齿轮箱行星轮系34，主试齿轮箱行星轮系34连接主试齿轮箱低速轴系33，主试齿轮箱低速轴系33连接主试齿轮箱中速轴系32，主试齿轮箱中速轴系32连接主试齿轮箱高速轴系31，主试齿轮箱高速轴系31通过主试万向联轴器30连接主试齿轮箱3的高速轴311，高速轴311连接负载电机4的电机轴。

如图2所示：

电机控制单元6包括s7300plc模块61、变频器62、交流接触器63、时间继电器64和熔断器65，以上器件均安装在控制柜中并按现有技术连接成电机控制单元。

数据处理模块9包括pc机91和pc机91内的风电齿轮箱试验台测控软件功能模块，风电齿轮箱试验台测控软件功能模块基于labview程序开发环境开发，数据处理模块9的pc机91通过opc协议与电机控制单元6连接，电机控制单元6以电机控制线缆60分别与驱动电机1和负载电机4电连接并实现对驱动电机1和负载电机4的启停机、升降速、正反转的控制。

电源模块7中的ups不间断电源72连接数据处理模块9的pc机91并为pc机91供电。

如图1、图3所示：

数据采集装置5包括三向振动加速度传感器51(同时测量水平垂直和轴向)、温度传感器52、压力传感器53、麦克风54、应变片55、扭矩仪56(可输出扭矩信号和转速信号)、信号调理装置57、数据采集卡58。

数个三向振动加速度传感器51通过磁座固定在陪试齿轮箱高速轴系21的轴承、陪试齿轮箱中速轴系22的轴承、陪试齿轮箱低速轴系23的轴承、陪试齿轮箱行星轮系24的轴承、主试齿轮箱行星轮系34的轴承、主试齿轮箱低速轴系33的轴承、主试齿轮箱中速轴系32的轴承、主试齿轮箱高速轴系31的轴承上，在陪试齿轮箱2的陪试齿轮箱行星轮系24的齿圈241、主试齿轮箱3的主试齿轮箱行星轮系34的齿圈341对应位置也安装有三向振动加速度传感器51，以采集模拟工况下的振动信号；

数个温度传感器52安装在陪试齿轮箱高速轴系21的轴承和主试齿轮箱高速轴系31的轴承上，一个温度传感器52安装在陪试齿轮箱2内的油池中，另一个温度传感器52安装在主试齿轮箱3的油池中，采集模拟工况下的轴承温度和油温；

数个压力传感器53分别安装在陪试齿轮箱2的电机泵25的吸油口上、陪试齿轮箱2的油路分配器26上、主试齿轮箱3的电机泵35的吸油口上、主试齿轮箱3的油路分配器36上，用于测量电机泵吸油压力和油路分配器进油压力；

两个麦克风54安装在磁座上，分别离陪试齿轮箱2和主试齿轮箱3之外的径向1米处，用于采集齿轮箱在模拟工况下的噪声信号；

数个应变片55粘贴在陪试齿轮箱2的陪试齿轮箱行星轮系24的太阳轮231的齿根处、齿圈241的齿根处，以及主试齿轮箱3的主试齿轮箱行星轮系34的太阳轮331的齿根处、齿圈341的齿根；其中齿圈选取12、2、4、6、8、10点钟方向的齿作为应变片55的粘贴位置，也即一个齿圈装6个圆周均布的应变片55；太阳轮选取12、3、6、9点钟方向的齿作为应变片55的粘贴位置，也即一个太阳轮装4个圆周均布的应变片；用于采集模拟工况下齿根应变信号；

两个扭矩仪56安装在固定支架上，分别安装在陪试齿轮箱2的高速轴211、主试齿轮箱3的高速轴311位置，用于测量陪试齿轮箱2的高速轴211、主试齿轮箱3的高速轴311的输出扭矩和转速；

上述三向振动加速度传感器51、温度传感器52、压力传感器53、麦克风54、应变片55、扭矩仪56分别与信号调理装置57连接，信号调理装置57与机箱内的数据采集卡58连接；数据采集卡58与数据处理模块9的pc机91通过rs485通讯协议连接。

电源模块7包括ups不间断电源72、24v电源模块71，24v电源模块71给数据采集装置5供电；ups不间断电源72给数据处理模块9的pc机91供电。

因此，本实用新型三向振动加速度传感器51的测点包括主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2的高速轴系、中速轴系、低速轴系和行星轮系；温度传感器52的测点包括的主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2的高速轴系前后轴承、油池；压力传感器53的测点包括主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2的油路分配器和电机泵；麦克风54的测点包括主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2；应变片55的测点包括主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2的太阳轮和齿圈的齿根处；扭矩仪56通过固定支架安装在主试齿轮箱3和陪试齿轮箱2的高速轴上；各采集参数的测量点位置和测量点的数量均可根据试验需求和齿轮箱结构做调整。

如图4所示：

数据处理模块9的pc机91内的风电齿轮箱试验台测控软件功能模块包括电机控制模块、参数设置模块、数据采集模块、报警模块、显示存储模块、报表模块和数据分析模块。

其中电机控制模块具备控制驱动电机1和负载电机4的启停机、升降速、正反转的功能；

参数设置模块具备标定传感器、校准系统精度、设置采样参数等功能；

数据采集模块根据参数设置模块定义的采集参数读取信号调理装置调理后的数据；

采集信号在显示存储模块中可以波形显示、也可直接显示为数值，均可保持成excel、tdms等多种数据格式；

报表模块可以根据数据分析的过程，自动生成excel、word或pdf格式，报告内容包括试验对象信息、试验数据的数值统计、时频域谱图、波形等；

数据分析模块包含物理参数分析模块、扭矩转速分析模块、振动噪声分析模块，数据分析的功能包括：趋势对比分析、时域分析、频域分析、阶次跟踪、包络分析、倍频程分析等多种频谱分析功能；

针对应变信号有专门的计算分析模块能够对计算出齿根应力分布情况和齿向载荷分布系数khβ；

各采集参数通过数据采集模块后直接进入数据分析模块进行实时的分析处理，也可以对历史数据进行二次处理；

报警模块对不正常数据产生警报。

本实用新型的测控系统能够开展加载试验和空载试验等多种试验形式，实现对驱动和负载电机启停机、升降速、正反转的控制；并集成了多种传感器在同一测试平台下能够实现风电齿轮箱多种性能参数的采集和分析工作，可以使用软件功能丰富的测控平台，数据采集装置能够自由配置，兼具功能性和灵活性。

上文所述内容是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的思路和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思路前提下，本领域中相关工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。