一种齿轮箱性能试验台的制作方法

本实用新型涉及产品性能检测技术领域，具体涉及一种齿轮箱性能试验台。

背景技术：

齿轮箱是现代机械设备重要基础部件之一。当今机械设备的发展下，对齿轮箱的制造提出了高效、高精度、高可靠性和节能等多种要求，因此齿轮箱的出厂检测对于齿轮箱的生产意义重大。这个意义就建立在产品质量上，即提高传动效率，延长使用时间，提高产品稳定性，出厂前对齿轮箱性能测试可以从根本上提高齿轮箱的生产合格率，减少齿轮箱不符合标准而产生的能耗、安全等问题。当前对齿轮箱的性能测试还没有形成定式，其测试方法和测试装置的建立都还处于不成熟的阶段，人为操作误差是导致齿轮箱性能测试结果准确度不高的一个重要因素。为此，需要提出一种符合需求的齿轮箱测试方法，来获取更高精度的齿轮箱性能数据。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了获取更高精度的齿轮箱性能数据，提供了一种齿轮箱性能试验台。

所述齿轮箱性能试验台包括配电系统、电功率反馈拖动系统、控制系统和数据采集系统；

所述电功率反馈拖动系统包括与所述配电系统连接的变频柜3，以及在所述变频柜3中共直流母线连接的多个变频输入单元和变频输出单元，被测齿轮箱的驱动端与变频输入单元连接，被测齿轮箱的加载端与变频输出单元连接；

所述控制系统包括中央控制台1和远程控制柜2，其中，所述中央控制台1包括plc控制器10以及通过profibus总线分别与所述plc控制器10连接的上位监控装置和主olm光纤链路模块11，所述主olm光纤链路模块11用于将profibus总线信号转换为光信号并与所述远程控制柜2和所述变频柜3实现光纤通信；

所述数据采集系统包括放置于集控室内的数采控制台4和放置于试验现场的现地采集柜5，所述现地采集柜5用于实时采集被测齿轮箱的试验参数并通过以太网上传至所述数采控制台4，所述数采控制台4用于储存、显示并处理所述被测齿轮箱的试验参数。

优选地，所述变频柜3还包括变压器和整流单元，从所述整流单元的输出端引出的一直流母线上连接有至少一个变频输入单元和至少一个变频输出单元；

每个所述变频输入单元包括驱动端逆变器和驱动电机，所述驱动电机的输入端通过所述驱动端逆变器与所述直流母线连接，所述驱动电机的输出端连接被测齿轮箱；

每个所述变频输出单元包括加载端逆变器和加载电机，所述加载电机的输出端通过所述加载端逆变器与所述直流母线连接，所述加载电机的输入端连接所述被测齿轮箱；

所述驱动电机与所述驱动端逆变器之间、所述加载电机与所述加载端逆变器之间均设置有隔离开关。

优选地，所述齿轮箱性能试验台还包括稀油站柜6和水冷机组7，所述远程控制柜2、稀油站柜6、水冷机组7和变频柜3均设置有次级olm光纤链路模块13，所述次级olm光纤链路模块13之间通过光纤依次连接后与所述主olm光纤链路模块11连接成一光纤环网12；

其中，所述主olm光纤链路模块11用于将携带有工况管理指令的光信号通过所述光纤环网12发送到各次级olm光纤链路模块13，还用于接收由次级olm光纤链路模块13反馈的光信号并从反馈光信号中提取系统运行状态信息和故障信息供plc控制器10读取。

优选地，所述plc控制器10包括逻辑联锁控制模块、通信模块和故障检测模块；

所述逻辑联锁控制模块用于信号输入与输出接口管理、工况信号处理，以及设备间联锁和驱动；

所述通信模块包括与上位监控装置进行数据交互的第一通信单元，以及与变频柜3、远程控制柜2、稀油站柜6和水冷机组7进行数据交互的第二通信单元；

所述故障检测模块用于自动检测系统故障，并在发现故障时向所述上位监控装置发送故障警报信号。

优选地，所述上位监控装置包括分别与所述plc控制器10的profibus-dp总线连接的第一op面板14、第二op面板15、第三op面板16和中央工控机ipc17，以及通过i/o端口与所述plc控制器10连接的公共操作面板18；

所述第一op面板14、第二op面板15、第三op面板16和中央工控机ipc17用于提供包括工况选择、参数设置和数据显现的人机界面；

所述公共操作面板18用于实现操作地址选择、故障复位和声光报警功能，其中，op操作地址与ipc操作地址互为备份。

优选地，所述现地采集柜5中设置有分布式采集装置50和扭矩测量装置51；

所述分布式采集装置50包括控制器、参数采集模块和数据传输模块；

所述参数采集模块用于根据下载至所述控制器内的控制程序实时采集齿轮箱性能实验的相关运行参数，包括温度、流量、压力、转速、转矩、电压、电流和开关状态参数；

所述数据传输模块用于将采集到的数据通过tcp/ip协议上传至所述数采控制台4。

优选地，所述数采控制台4上设置有以太网交换机40以及与所述以太网交换机40连接的数采工控机41、lcd工控机42和led控制器43；

所述led控制器43连接有led显示屏；

所述中央工控机ipc17、所述分布式采集装置50和扭矩测量装置51分别与所述以太网交换机40连接。

在上述技术方案中，plc控制器通过profibus总线与上位监控装置连接，并通过主olm光纤链路模块与变频柜等设备进行光纤通信，能够对整个试验台的运行状态进行监视和故障警示，同时增强了信号传输过程的抗干扰能力，齿轮箱运行性能和负荷试验过程都由中央控制台管理，自动化程度高，且便于操作，能显著减少人为失误对系统造成的影响，从而使得齿轮箱运行试验数据的精度高。

附图说明

图1是齿轮箱性能试验台的控制系统的结构示意图；

图2是齿轮箱性能试验台的数据采集系统的结构示意图；

图3是齿轮箱性能试验台的电功率反馈拖动系统的结构示意图。

附图标记说明

中央控制台1；远程控制柜2；变频柜3；数采控制台4；现地采集柜5；稀油站柜6；水冷机组7；plc控制器10；主olm光纤链路模块11；光纤环网12；次级olm光纤链路模块13；第一op面板14；第二op面板15；第三op面板16；中央工控机ipc17；公共操作面板18；以太网交换机40；数采工控机41；lcd工控机42；led控制器43；分布式采集装置50。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本实用新型提供了一种齿轮箱性能试验台，可用于船用及风电齿轮箱的出厂性能试验。本试验台采用中压交流变频驱动技术，可以实现大型齿轮箱的多工况电力回馈驱动/加载，并在试验过程中实时采集齿轮箱运行数据。

如图1和图2所示，本实用新型提供的齿轮箱性能试验台包括配电系统、电功率反馈拖动系统、控制系统和数据采集系统。

其中，所述电功率反馈拖动系统包括与所述配电系统连接的变频柜3，以及在所述变频柜3中共直流母线连接的多个变频输入单元和变频输出单元，被测齿轮箱的驱动端与变频输入单元连接，被测齿轮箱的加载端与变频输出单元连接。

控制系统用于对整个齿轮箱性能试验过程进行集中控制与运行状态监视，所述控制系统包括中央控制台1和远程控制柜2，该中央控制台1包括plc控制器10以及通过profibus总线分别与所述plc控制器10连接的上位监控装置和主olm光纤链路模块11，所述主olm光纤链路模块11用于将profibus总线信号转换为光信号并与所述变频柜3和所述远程控制柜2实现光纤通信。

所述数据采集系统包括放置于集控室内的数采控制台4和放置于试验现场的现地采集柜5，所述现地采集柜5用于实时采集被测齿轮箱的试验参数并通过以太网上传至所述数采控制台4，所述数采控制台4用于储存、显示并处理所述被测齿轮箱的试验参数。

在本实用新型方案中，plc控制器10通过profibus总线与上位监控装置连接，并通过主olm光纤链路模块11与变频柜3等设备进行光纤通信，能够对整个试验台的运行状态进行监视和故障警示，同时增强了信号传输过程的抗干扰能力，齿轮箱运行性能和负荷试验过程都由中央控制台1管理，自动化程度高，且便于操作，能显著减少人为失误对系统造成的影响。

进一步地，如图3所示，所述变频柜3还包括与配电系统的进线开关柜和预充磁装置连接的变压器，以及与变压器连接的整流单元，从所述整流单元的输出端引出的一直流母线上连接有至少一个变频输入单元和至少一个变频输出单元。

每个变频输入单元包括驱动端逆变器和驱动电机，所述驱动电机的输入端通过驱动端逆变器与直流母线连接，驱动电机的输出端连接被测齿轮箱。每个所述变频输出单元包括加载端逆变器和加载电机，所述加载电机的输出端通过加载端逆变器与直流母线连接，加载电机的输入端连接被测齿轮箱。并且，所述驱动电机与所述驱动端逆变器之间、所述加载电机与所述加载端逆变器之间均设置有隔离开关。

所述驱动端逆变器用于从直流母线获取电力，并供电给驱动电机，加载电机为发电机，驱动电机驱动被测齿轮箱产生的能量由加载电机转换为电能，该电能经加载端逆变器输送回直流母线。本实用新型中通过在直流母线上实现电功率平衡的封闭式驱动和加载系统，将负载能量由加载电机转换为电能后反馈到供驱动电机中，实现能量的循环利用，降低了能源消耗，同时该系统对被测器件也没有特殊的要求，加载方便，能够满足所有的传动装置实验。并且，通过隔离开关与断路器的配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以适应性地改变系统运行接线方式。

进一步地，如图1所示，所述齿轮箱性能试验台还包括稀油站柜6和水冷机组7，远程控制柜2、稀油站柜6、水冷机组7和变频柜3均设置有次级olm光纤链路模块13，所述次级olm光纤链路模块13之间通过光纤依次连接后与主olm光纤链路模块11连接成一光纤环网12。其中，所述主olm光纤链路模块11用于将携带有工况管理指令的光信号通过所述光纤环网12发送到各次级olm光纤链路模块13，还用于接收由次级olm光纤链路模块13反馈的光信号并从反馈光信号中提取系统运行状态信息和故障信息以供plc控制器10读取。

在本实用新型中，远程控制柜2、稀油站柜6、水冷机组7和变频柜3均可以通过光纤环网12与所述plc控制器10实现信息交互，实现中央控制台1对下位设备，即稀油站柜6、水冷机组7和变频柜3的远程遥控启/停及工况管理控制，下位设备向中央控制台1提供实时运行数据和故障信息。整个系统是基于计算机控制技术和网络通讯技术的自动控制系统，从系统接受运行工况和参数设定到完成性能试验的整个过程，都由控制软件自动完成管理，对系统运行状态进行监视和保护功能。

plc控制器10是变频调速系统的核心控制器件，变频调速系统在plc控制程序的管理下，实现对齿轮箱的状态切换和工况管理。所述plc控制器10包括逻辑联锁控制模块、通信模块和故障检测模块。

所述逻辑联锁控制模块用于信号输入与输出接口管理、工况信号处理，以及设备间联锁和驱动。所述通信模块包括与上位监控装置进行数据交互的第一通信单元，以及与变频柜3、远程控制柜2、稀油站柜6和水冷机组7进行数据交互的第二通信单元。所述故障检测模块用于自动检测系统故障，并在发现故障时向上位监控装置发送故障警报信号。

plc控制器10用于对所有设备进行监控和管理，尤其是各个部件的联锁控制和故障保护。plc控制软件中包含有工况选择控制逻辑、主电源通断控制逻辑，以及电机正/反转切换、启/停控制和指示灯控制逻辑等主要功能。根据齿轮箱型选择不同的工况组合，当工况组合正确时，plc控制程序将进入相应的操作工况，并完成相应的联锁控制；工况组合错误时，控制程序报警，并在上位监控装置的监控界面上给出提示。由于程序具有联锁保护功能，因此机器运行时，不允许工况切换。

示例性的，该主电源通断控制逻辑功能具体为：实现对进线开关柜的合/分闸的逻辑控制和联锁保护，只有当变频器控制电源准备好以及预充电准备好以后才能合上主电源开关。

电机正/反转切换功能具体为：当工况选择无误后，在相应的操作地址选择正转和反转，但正/反转的切换需在电机转速为零的情况下才能实现。当选择正转时，速度给定锁定为正值，当选择反转时，速度给定锁定为负值。

启/停控制功能具体为：只有当变频器处于“ready”状态且拖动系统转速给定为零时，按下所选定操作地址的启动按钮，才能启动拖动/加载系统；按下所选操作地址的停机按钮，可以正常停止拖动/加载系统。在紧急状态下，可以按下中央控制台1的紧停按钮，紧急停止拖动/加载系统。

指示灯逻辑控制功能具体为：根据系统的运行状态，点亮相应的指示灯。

如图1和图2所示，所述上位监控装置包括分别与plc控制器10的profibus-dp总线连接的第一op面板14、第二op面板15、第三op面板16和中央工控机ipc17，以及通过i/o端口与plc控制器10连接的公共操作面板18。所述第一op面板14、第二op面板15、第三op面板16和中央工控机ipc17用于提供包括工况选择、参数设置和数据显现的人机界面。所述公共操作面板18用于实现操作地址选择、故障复位和声光报警功能。

在plc控制器10的自动控制作用下，上位监控系统的操作功能包括：

1、工况选择，例如完成各单元电路的合/分闸，操作地址选择、正/反转选择、拖动/加载方式选择、启/停控制以及不同工况时长给定等；

2、参数设置，例如设定电动机运行的频率、电流、电压(含直流母线电压、电机电压)、转速和输出转矩等；

3、数据显现，例如系统运转状态、试验参数、试验工艺曲线、系统异常原因和部位的显示等，画面用分页显示的方式实现。

并且，在中央控制台1上还能完成各种工艺试验程序的编制和修改，并控制打印机输出各种曲线和数据。

中央控制台1具备op操作和ipc操作两种操作模式，且op操作地址与ipc操作地址互为备份，可相互转换，当ipc发生故障时可以切换到op操作，反之亦然。

在本实用新型中，控制系统的网络控制层采用profibus-dp现场总线结构，分为两个profibus网络。具体地，上位监控装置，即各op面板和主ipc通过profibus-dp总线与plc控制器10构成通讯网络；plc控制器10的下位装置，包括变频柜3等连接到profibus-dp光纤环网12中，变频柜3接收来自plc控制器10的速度给定信号和控制指令进行工况管理，同时变频柜3将其电压、电流、转矩、功率、速度、运行状态和故障信息通过profibus总线供plc控制器10访问，这些数据都可以在上位监控装置的显示屏幕上显示并进行数据的归档处理。当光纤链路层的profibus-dp网络发生故障时，电功率反馈拖动系统将不能正常工作，视为为严重故障。

plc控制器10的控制软件对整个试验台的各种故障进行自动检测并采取相应的故障保护措施，其故障保护功能包括紧急停车逻辑控制功能、合闸联锁保护功能、起动联锁保护功能、进出线开关故障保护变压器故障保护、变频器故障保护、电机故障保护、稀油站故障保护、网络通讯故障保护、超速故障保护、断轴故障保护、短路及瞬时跳闸保护、过电流保护、欠电压保护、过电压保护等。在实际应用中，对于系统故障的处理包括以下几个方面：控制程序在一定程度上允许用户操作失误，系统对这些误操作应有一定的识别和保护能力；当拖动系统发生一般故障时，控制软件将检测到的故障信号传给上位监控装置显示并给出相应的维护指南；当拖动系统发生网络故障等严重故障时，控制软件将检测到的故障传给上位监控装置同时触发警报，例如不同颜色的故障灯，同时控制软件启动自动保护策略，并停机以防保护整个系统受到损害。

进一步地，所述现地采集柜5中设置有分布式采集装置50和扭矩测量装置51。

其中，所述分布式采集装置50包括控制器、参数采集模块和数据传输模块。所述参数采集模块用于根据下载至所述控制器内的控制程序实时采集齿轮箱性能实验的相关运行参数，包括温度、流量、压力、转速、转矩、电压、电流和开关状态参数；所述数据传输模块用于将采集到的数据通过tcp/ip协议上传至所述数采控制台4。

进一步地，所述数采控制台4上设置有以太网交换机40以及与以太网交换机40连接的数采工控机41、lcd工控机42和led控制器43。所述led控制器43连接有至少两个led显示屏。数采工控机41连接有打印机。所述中央工控机ipc17、所述分布式采集装置50和扭矩测量装置51分别与所述以太网交换机40连接。

现地采集柜5作为数据采集系统的采集前端，用于实时采集齿轮箱性能实验的实验参数，并将实验过程中测得的各种传感信号通过以太网上传到数采控制台4的数采工控机41。数采控制台4作为数据采集系统的数据处理设备，用于实时显示齿轮箱性能实验的实验参数，并通过数采工控机41对归档的实验数据进行相应分析、处理，再通过打印机打印实验报表。

在本实用新型中，中央控制台通过olm光纤链路模块与远程控制柜、变频柜、稀油站控制柜和水冷机组控制柜构成光纤环网，并与数采控制台和远程控制柜通过以太网实现数据交互，整个齿轮箱运行性能和负荷试验过程都由中央控制台自动完成管理，自动化程度高，便于操作和使用，能显著减少人为失误对系统造成的影响，齿轮箱运行试验数据的精度高。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。