一种齿轮箱减振器及减振防护方法与流程

本发明涉及一种齿轮箱减振器的减振防护，具体涉及一种通过改变齿轮箱减振器的变刚度来防止齿轮箱减振器损坏。

背景技术：

在风电或其他机车等工程领域，在设备正常运行时，希望齿轮箱减振器具有较为稳定的刚度，以达到较好的减振效果，但出现大载荷工况时，希望齿轮箱减振器具有较高的刚度，使得设备振幅控制在安全范围，当出现极限的载荷急速、大幅度增大的工况时，需要齿轮箱减振器的刚度较为平缓的增长，以满足良好的减振效果，避免齿轮箱减振器被快速破坏。

风力发电机组结构型式主要包括双馈式、半直驱式和直驱式，其中尤其以双馈式风机应用最为广泛。在双馈式和半直驱式风力发电机组中，风电齿轮箱与主轴连接在一起，在风的作用下，叶片带动主轴一起旋转，然后经过齿轮箱增速至发电机端，实现发电。通常情况下，齿轮箱两侧的扭力臂处安装了弹性支撑，其作用为减小齿轮箱对主机架的冲击载荷和降低结构噪音。

目前，通用的齿轮箱减振器包括两个弹性体，分别安装于齿轮箱扭力臂的上、下平面，并通过螺栓紧固实现预压缩安装。风力发电机组在承受瞬时大风、阵风、急停时，通过叶轮传递至齿轮箱的旋转扭矩会非常大，而由此产生的载荷将全部由齿轮箱减振器承担。随着弹性体使用年限的增加，橡胶会出现老化现象，自身承载能力会逐年降低，同时在使用过程中，弹性体在承受非预期大载荷时，也会出现损坏现象。现有的弹性体的刚度位移特性非线性不明显或刚度增加过快，在承受短时期大载荷时，弹性体易损坏。

1、现有技术的齿轮箱减振器难以实现平缓的变刚度特性。申请号为201410314020.6，名称为“一种风力发电机齿轮箱减振器及其减振保护方法”的发明专利公开了一种风力发电机齿轮箱减振器及其减振保护方法，其中齿轮箱减振器包括主框架，主框架包括两侧的支撑柱、垫板、横梁；上叠层弹簧和下叠层弹簧；通过螺杆依次穿过横梁、两侧的支撑柱、垫板和发电机组主机架从而将主框架连接到发电机组主机架上，上叠层弹簧和下叠层弹簧均开有空腔，减振器还包括上缓冲垫和下缓冲垫，其分别设置在横梁和垫板上的相对面上且分别位于上叠层弹簧和下叠层弹簧的空腔内；齿轮箱扭力臂置于上叠层弹簧和下叠层弹簧之间且与上叠层弹簧和下叠层弹簧相接触。此发明减振效果好、使用寿命长；避免了因齿轮箱损坏而导致与齿轮箱相连的联轴器发生破坏，引发齿轮箱输出值、发电机输入轴损坏的问题发生。

申请号为201410314020.6的发明专利是在叠层弹簧中设缓冲垫来实现变刚度的，而缓冲垫是由金属制成的顶板、支撑体和由实心的橡胶层制成的缓冲垫橡胶体构成。因此，虽然缓冲垫能大幅度提高齿轮箱减振器的承载能力，但其在突然增加的大载荷下刚度的增加太快。在设备载荷出现异常的急速、大幅度波动时，常常出现快速破坏现象，导致产品维护更换费用居高不下。

2、现有技术的齿轮箱减振器拆换非常困难。现有结构的齿轮箱减振器主要由横梁、支撑管、底板、上弹性体、下弹性体等组成，如果需要顺利完成齿轮箱弹性体的更换，首先，需要吊起压在上弹性体的横梁，而横梁一般重达几百公斤，风机上一般没有吊车，通过人力很难抬起，而要更换出压在齿轮箱扭力臂下方的下弹性体，则需要使用千斤顶顶起齿轮箱，风机地处偏远且属于高空作业，机舱操作空间极其有限，而目前大部分风电机组齿轮箱扭力臂下方没有放置千斤顶的平台，更换难度很大。

3、现有技术的齿轮箱减振器的中心高不具备可调功能。由于风力发电机组的齿轮箱、机架等本身存在加工误差和装配误差，导致齿轮箱两端的扭力臂到机架的距离与理论尺寸存在偏差，导致现有技术的齿轮箱减振器的上、下弹性体压缩不均匀，不但影响弹性体本身的寿命，还因为上、下弹性体压缩不均匀对齿轮箱扭力臂产生了向下或向上的附加力，而该力将作用于风机的旋转主轴，长时间运行将导致主轴过热，影响整机寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何防止齿轮箱减振器上的载荷出现急速、大幅度增大的工况时，使齿轮箱减振器仍具有良好的减振效果，避免齿轮箱减振器被快速破坏。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种齿轮箱减振器，包括横梁、支撑管、弹性体和底板，弹性体包括弹性层和隔板，隔板分布在弹性层的外侧，弹性层的中部开有间距结构，所述间距结构为贯通弹性层的通孔或未贯通弹性层的盲孔。

进一步地，弹性层中挖空的间距结构为端部的口径大，中间的口径小的喇叭状，所述喇叭状的间距结构为一个以上。

进一步地，弹性层中挖空的间距结构为环状的凹槽，凹槽的纵截面内侧为直线状，外侧为圆弧状。

进一步地，弹性层的上端和下端都挖有环状的凹槽，且上端的凹槽从弹性层的中部向上端的方向逐渐增大，而下端的凹槽从弹性层的中部向下端的方向逐渐增大。

进一步地，齿轮箱减振器上还设有连接板、端板和限位块，连接板与弹性层硫化在一起，端板通过螺栓安装在连接板上，限位块的一端安装在端板上，另一端嵌在弹性层中；限位块的表面为平滑的曲面，弹性层中挖空的间距结构为限位块与弹性层之间的间隙。

进一步地，横梁上开有拆卸孔，拆卸孔中设有内螺纹，拆卸孔中设有顶起螺钉，转动顶起螺钉能使顶起螺钉与支撑管相顶，从而将横梁顶起。

进一步地，在齿轮箱减振器的底板下方设有机架，在底板与机架之间设有楔形垫板，楔形垫板与机架的上表面以斜面方式贴合在一起，楔形板的两侧通过调节螺栓连接在机架的端面上。

一种齿轮箱减振器的减振防护方法，在弹性层的中部开孔，当弹性体承受的载荷持续增大时，弹性层中的孔会逐渐合拢，能让弹性体的刚度呈非线性增长。

进一步地，随着弹性体承受的载荷持续增大，弹性层中的孔在逐渐合拢的过程中，弹性体的刚度是呈线性增长的；当弹性层中的孔合拢后，弹性体承受的载荷仍然持续增大时，弹性体的刚度呈非线性增长，从而使弹性体出现变刚度，防止齿轮箱减振器损坏。

进一步地，在弹性层的中部开孔，当弹性体的刚度随着载荷的增加呈非线性增长时，由于是弹性层之间的挤压产生的变刚度，因此弹性体刚度的增加是平缓的。

本发明的优点是：

1.本发明提出了一种具有变刚度且中心高可调的齿轮箱减振器，通过在弹性体上设置变截面孔或者在弹性体内部增加限位装置，使得弹性体在承受大载荷时，刚度的增加较为平缓，使得弹性体的振减效果好，能延长其使用寿命。另外，还通过在齿轮箱减振器金属框架底部增加楔形调节装置，实现齿轮箱减振器中心高的可调，并且通过该楔形调节装置能实现位于扭力臂下面的弹性体快速拆卸。

2.本发明在齿轮箱减振器的底部安装楔形垫板，并在楔形垫板的两端分别通过螺纹安装调节螺栓，垫圈压在位于楔形垫板下部的机架端面上并与调节螺栓配合使用。在进行齿轮箱减振器的装配时，通过拧动位于楔形垫板的两端的调节螺栓，使得齿轮箱减振器的高度可以上下调节，弥补由于加工误差或装配误差导致的尺寸偏差，保证安装后齿轮箱减振器的上、下弹性体压缩量均匀，消除风机主轴的附加约束力，延长机组运行寿命。同时，在需要更换压在齿轮箱扭力臂下部的下弹性体时，首先松开连接齿轮箱减振器与机架的螺栓，然后通过调节螺栓缓慢拉出楔形垫板，齿轮箱减振器的底板也将逐渐下降，直至下弹性体可以自由取出和更换，从而避免采用千斤顶甚至吊车等设备进行拆换。

3.本发明在弹性体上设计变截面的喇叭状孔，随着弹性体承受的载荷越来越大，变截面孔壁从接触到完全闭合，实现了弹性体的刚度逐步非线性，当承受大载荷冲击时，弹性体刚度相对承受正常载荷时将有很大提升，从而避免弹性体在承受大载荷时变形过大的问题，可以延长了弹性体的使用寿命。同样，在弹性体内部设置腔体，并在腔体内部安装限位块也能产生类似的效果，当弹性体正常运行时，弹性体内部腔体不会与限位块发生接触，而当载荷超出额定工况时，随着弹性体的继续压缩，其内部腔体与限位块之间的预设间隙将逐步被橡胶填满，弹性体的刚度逐渐增大，既能起到减振、防破损的作用，又能为大载荷提供足够的支撑力度。

附图说明

图1为本发明安装在齿轮箱上的整体示意图；

图2为本发明的主视方向结构示意图；

图3为本发明的俯视方向结构示意图；

图4为本发明中下弹性体快速更换示意图；

图5为本发明中上弹性体快速更换示意图；

图6为本发明实施例一中弹性体的主视方向剖视图；

图7为本发明实施例一中弹性体的俯视视方向的结构示意图；

图8为本发明实施例二中弹性体的主视方向剖视图；

图9为本发明实施例三中弹性体的主视方向剖视图；

图10为发明实施例四中弹性体的主视方向剖视图；

图11为发明实施例五中弹性体的主视方向剖视图；

图中：01齿轮箱减振器、02齿轮箱、03齿轮箱扭力臂、04机架、1横梁、2弹性体、3支撑管、4底板、5楔形垫板、6垫圈、7调节螺栓、8顶起螺钉、9隔板、10弹性层、11凹槽、12中部弹性块、13连接板、14端板、15限位块、16间隙。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1所示，齿轮箱减振器01安装于齿轮箱02的两侧，齿轮箱扭力臂03穿过齿轮箱减振器01的中部空间，并将齿轮箱减振器01通过螺栓紧固在机架04上。

如图1、图2和图3所示，齿轮箱减振器01包含横梁1、弹性体2、支撑管3、底板4、楔形垫板5、垫圈6、调节螺栓7和顶起螺钉8。齿轮箱减振器01的两件弹性体2分别置于横梁1与齿轮箱扭力臂03之间，以及底板4与齿轮箱扭力臂03之间，并通过螺栓实现一定的预压缩量。楔形垫板5安装于底板4与机架04之间，机架04加工成具有一定角度的斜面并与楔形垫板5紧密配合，楔形垫板5两侧分别通过一个或多个调节螺栓7和垫圈6连接至机架04的端面上，垫圈6安装在调节螺栓7和机架04端面之间。2颗以上的顶起螺钉8通过螺纹安装在横梁1，并穿过横梁1与支撑管3接触。

如图4所示，对齿轮箱减振器下方的弹性体2进行快速更换时，是先松开连接齿轮箱减振器01与机架04的螺栓，然后通过拧紧调节螺栓7并缓慢拉出楔形垫板5，齿轮箱减振器01的底板4也将逐渐下降，直至位于齿轮箱扭力臂03下方的弹性体2可以自由取出和更换，从而避免采用千斤顶甚至吊车等设备进行拆换。

如图3和图5所示，对齿轮箱减振器上方的弹性体2进行快速更换时，通过向下拧动顶起螺钉8，使顶起螺钉8与支撑管3相顶。由于支撑管3与顶起螺钉8是通过螺纹配合的，因此顶起螺钉8会带动横梁1向上逐渐升起，直至位于齿轮箱扭力臂03上方的弹性体2可以自由取出和更换，从而避免使用吊车等设备进行拆换。

如图6和图7所示，弹性体2包含隔板9和弹性层10，隔板9和弹性层10经过高温硫化粘接在一起，隔板9为圆环形结构，位于弹性层10的中部区域分布有一个或多个变截面的喇叭状的间距结构，该喇叭状的间距结构的端部的口径大，中间的口径小，且该间距结构为贯通弹性层的通孔。

随着弹性体2承受的载荷越来越大，喇叭状的间距结构从逐渐接触到完全闭合，实现了弹性体2的刚度逐步非线性，当承受大载荷冲击时，弹性体2刚度相对承受正常载荷时将有很大提升，且刚度的提升速度较为平缓，能起到很好的减振效果，可以延长了弹性体2的使用寿命。

实施例二

如图8所示，实施例二与实施例一基本相同，弹性层10的中部区域也分布有一个或多个变截面的喇叭状的间距结构，但该间距结构为未贯通弹性层的盲孔。

实施例三

如图9所示，弹性体2包含隔板9和弹性层10，隔板9和弹性层10经过高温硫化粘接在一起，隔板9为圆环形结构，位于弹性层10的中部区域的上、下面分布有环状的凹槽11，上、下面的凹槽11彼此可以连通也可不连通，弹性层10的中部的弹性块12位于环状凹槽11的中间，该环状的凹槽11的横截面积从弹性体2的中部至上、下表面逐渐增大，且凹槽的纵截面内侧为直线状，外侧为圆弧状。随着弹性体2承受的载荷越来越大，弹性层10的内侧和中部弹性块12的外侧逐渐接触，也可实现与实施例一和实施二相同的效果。

实施例四

如图10所示，弹性体2包含隔板9、弹性层10。弹性层10的底端硫化有连接板13、端板14和连接板13通过螺钉连接在一起，限位块15安装在底板14上，并与弹性层10的中部区域相距一定的间隙16，限位块15的外形可为矩形、球形、锥形，为避免运行时割伤橡胶，限位块15的与弹性层10相接触的表面需要圆滑无锐角。间隙16的大小可根据设备实际的运行载荷大小设定。当弹性体正常运行时，弹性体内部腔体不会与限位块发生接触，而当载荷超出额定工况时，随着弹性体的继续压缩，其内部腔体与限位块之间的预设间隙16将逐步被橡胶填满，弹性体的刚度逐步增大，能起到很好的减振、防护效果。

实施例五

如图11所示，本实施例与实施例四的不同之处在于，实施例四中的连接板13、端板14、限位块15和间隙16都分布在弹性层的下方，而实施例五中的连接板13、端板14、限位块15和间隙16在弹性层的上方和下方都有，且呈对称方式分布。

综合上述五个实施例所述，本发明是在弹性层10的中部开孔，当弹性体2承受的载荷持续增大时，弹性层10中的孔会逐渐合拢，弹性层10中的孔在逐渐合拢的过程中，弹性体2的刚度是呈线性增长的；当弹性层10中的孔合拢后，弹性体2承受的载荷仍然持续增大时，弹性体2的刚度呈非线性增长，从而使弹性体2出现变刚度，由于是弹性层10之间的挤压产生的变刚度，因此弹性体2刚度的增加是平缓的，能防止齿轮箱减振器损坏。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。