一种风力发电设备主轴轴系的试验装置的制作方法

1.本发明涉及轴系的测试装置技术领域，具体涉及风力发电设备中主轴轴系的测试装置。


背景技术：

2.风力发电是一种清洁可再生资源。风力发电设备中的主轴轴系是重要的部件之一，风力发电设备中主轴轴系的结构包括轴承、轴承安装轴以及轴承安装座，主轴轴系在发电过程中承担着不稳定的风力载荷。另外，根据设计要求，主轴轴系的使用寿命不得少于二十年，因此，主轴轴系对质量可靠性的要求极高，这就需要在主轴轴系生产完成后对主轴轴系进行试验。
3.现有的试验装置在对轴系进行试验时，仅是对轴系中的轴承进行加载试验，例如，授权公告号为cn214373338u，授权公告日为2021年10月08日的中国实用新型专利中公布了一种风电转盘轴承力学性能试验装置，该试验装置包括机架、连接件和驱动系统，机架的底板上设有基座以供待试验的转盘轴承安装，连接件的下端通过法兰盘与待试验的转盘轴承装配连接，连接件的上端装有加载轴承，加载轴承上装有加载板，加载板连接有加载油缸，加载油缸包括倾覆力矩液压缸、轴向液压缸和径向液压缸以分别向连接件施加相应方向的力。试验时，先将待试验的转盘轴承安装在基座上，以及将连接件的下端与转盘轴承装配连接，接着使驱动系统驱动连接件转动，加载油缸通过连接件向转盘轴承施力，以完成试验。
4.上述试验装置的问题在于该试验装置仅是对轴系中轴承施加测试力，但由于风力发电设备的主轴轴系承受载荷较大，轴承安装轴和轴承安装座的刚度均会影响轴承的受力，这就会导致试验装置的试验结果与实际情况存在较大差异。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种风力发电设备主轴轴系的试验装置，以解决现有技术中试验装置对轴系的试验出现结果不准确的技术问题。
6.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置采用如下技术方案：
7.该风力发电设备主轴轴系的试验装置，包括驱动机构、支撑架和温度检测组件，所述驱动机构的输出端用于与轴系的轴承安装轴传动连接；所述支撑架上设有用于与轴系的轴承安装座固定连接的第一连接结构、用于向轴承安装轴施加轴向力的轴向加载组件、用于向轴承安装轴施加径向力的径向加载组件和用于向轴承安装轴施加倾覆力矩的倾覆力矩加载组件，所述轴向加载组件和所述径向加载组件的输出端上连接有加载轴，所述加载轴上设有用于与轴承安装轴连接的第二连接结构，以使所述轴向加载组件和所述径向加载组件分别通过加载轴向所述轴承安装轴施加相应力；所述倾覆力矩加载组件的输出端用于在轴承安装轴的轴向上与轴承安装轴形成顶推配合，以直接向轴承安装轴施加倾覆力矩；所述温度检测组件用于监测轴系中的轴承上内圈与外圈的温度。
8.有益效果：本发明提供的风力发电设备主轴轴系的试验装置在试验前，先将被试
轴系的轴承安装座通过第一连接结构安装在支撑架上，接着将轴承安装轴的一端与驱动机构传动连接，另一端与加载轴通过第二连接结构与加载轴连接，同时使倾覆力矩加载组件的输出端在轴承安装轴的轴向上与轴承安装轴形成顶推配合；试验时，先启动驱动机构带动轴承安装轴转动，同时启动各加载组件对轴承安装轴施加相应力，在试验过程中通过温度检测组件监测轴系中轴承的运行状态，以获取试验数据。相较于现有技术中仅对轴系中轴承进行加载试验的方式来讲，本发明提供的试验装置是将整个轴系安装在试验装置上进行加载试验，在试验过程中，轴承安装架和轴承安装轴的刚度对轴承的影响也会体现到试验结果中，故得到的试验数据也会比较接近实际使用时的数据。另外，将轴承安装架直接固定在支撑架上，使被试轴系与试验装置形成一个整体的测试系统，试验过程中被试轴系与试验装置之间的相互作用力为系统的内力，从而不会受到外力的干扰，测试结果也更加精确；此外，轴向加载组件和径向加载组件是通过加载轴向轴承安装轴施力，倾覆力矩加载组件则是直接轴向轴承安装轴施力，这样避免了轴向加载组件和径向加载组件与倾覆力矩加载组件的相互干扰，同样有助于提高测试的精确度。
9.进一步地，所述支撑架包括底座和连接架，所述连接架可拆装配在所述底座上，所述第一连接结构设在所述连接架上以使轴承安装座通过所述连接架与所述底座相连。
10.有益效果：风力发电设备主轴轴系一般较大，若直接将轴系安装到支撑座上会比较费力，而连接架较轻，先将轴承安装座与连接架相连则比较容易，再将安装好的连接架与底座为可拆装配，就会相对省力。
11.进一步地，所述底座与所述连接架之间通过法兰连接。
12.有益效果：法兰连接更加方便和稳定。
13.进一步地，所述倾覆力矩加载组件固定安装在所述连接架上。
14.有益效果：轴系安装在支撑架上时，因为安装精度的缘故，一般需要调整倾覆力矩加载组件的输出端与轴承安装轴位置关系，这样设计是为了在将轴承安装座固定连接在连接架上时，方便调整倾覆力矩加载组件的输出端与轴承安装轴位置关系。
15.进一步地，所述支撑架上布置有多个所述倾覆力矩加载组件，各倾覆力矩加载组件绕加载轴的轴线均匀间隔布置。
16.有益效果：这样布置可以在试验时根据试验要求在不同方向上为轴承安装轴提供不同角度的倾覆力矩。
17.进一步地，所述轴向加载组件包括轴向推拉件和装配在加载轴上的轴向加载轴承，所述径向加载组件包括径向推拉件和装配在加载轴上径向加载轴承，各推拉件的输出端与相应加载组件的输出端对应，各推拉件的输出端分别通过相应地加载轴承与加载轴连接以向加载轴施加相应力。
18.有益效果：相较于通过轴瓦向轴承安装轴施加相应力的方式来讲，轴承是依靠自身的结构转动实现对轴承安装轴施加相应力，因此对轴承安装轴外表面的光滑度要求不高，降低了生产成本，而且在施力过程中不会对轴承安装轴造成磨损。
19.进一步地，所述轴向加载轴承和所述径向加载轴承上分别安装有轴承座，所述轴向推拉件和所述径向推拉件的输出端分别连接在相应的轴承座上。
20.有益效果：使轴向推拉件和径向推拉件分别通过轴承座与相应的加载轴承相连，可以提高推拉件向加载轴承施加力时的稳定性。
21.进一步地，驱动机构的输出端处设有减速器和扭矩传感器。
22.有益效果：减速器可以降低驱动机构输出端的转速，同时增大驱动机构输出端的扭矩；扭矩传感器则可以检测驱动机构输出端的扭矩，从而可以根据试验要求更准确地调节驱动机构输出端的扭矩。
23.进一步地，温度监测组件包括温度传感器和温度检测系统，温度传感器用于分别布置在轴系中的轴承的内圈和外圈上，各温度传感器均与温度检测系统连接以将检测到的温度数据传送至温度检测系统中。
24.有益效果：将传感器直接布置在轴承的内圈和外圈上，可以更准确地检测内圈和外圈的温度，从而提高试验的精确度。
25.进一步地，各温度传感器与温度检测系统之间为有线连接，轴承安装轴或加载轴上转动装配有导电滑环，轴承内圈上的温度传感器通过导电滑环与温度检测系统连接。
26.有益效果：采用有线连接数据传递更加稳定，提高试验装置运行时的稳定性。
附图说明
27.图1是本发明提供的风力发电设备主轴轴系的试验装置试验时的示意图；
28.图2是图1中a处的放大图；
29.图3是图1中b处的放大图；
30.图4是图1中c处的放大图。
31.图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：
32.100、驱动电机；101、减速器；102、扭矩传感器；103、联轴器；200、支撑架；201、底座；202、第一连接法兰；203、连接架；204、安装座连接孔；205、第二连接法兰；206、加载轴；207、挡止凸缘；208、安装轴连接孔；209、轴向推拉件；210、轴向加载轴承座； 211、轴向力传感器；212、轴向加载轴承；213、径向推拉件；214、径向加载轴承座；215、径向力传感器；216、径向加载轴承；217、倾覆力矩推拉件；218、倾覆力矩加载轴承座； 219、倾覆力矩力传感器；220、倾覆力矩加载轴承；221、导电滑环；222、第一环形台阶； 223、封挡板；300、轴承安装座；301、轴承安装轴；302、第一被试轴承；303、第一外圈温度传感器；304、第一内圈温度传感器；305、第二被试轴承；306、第二外圈温度传感器；307、第二内圈温度传感器；308、第二环形台阶。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要
求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.以下结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
39.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例1：
40.如图1所示，本实施例提供的风力发电设备主轴轴系的试验装置包括驱动机构、支撑架200和温度检测组件，支撑架200上设有第一连接结构、轴向加载组件、径向加载组件和倾覆力矩加载组件。试验装置还包括用于监测轴系中的轴承上内圈与外圈温度的温度检测组件。试验时，先将被试轴系组装完成，接着将被试轴系的轴承安装座300通过第一连接结构固定连接支撑架200上，并利用轴向加载组件、径向加载组件和倾覆力矩加载组件分别向被试轴系的轴承安装轴301施加相应力，试验过程中通过温度检测组件监测被试轴系中轴承的温度，以获得试验数据。
41.本实施例中，如图1和图2所示，支撑架200包括连接架203和底座201，底座201 整体为箱体结构，底座201上设有安装口，安装口朝右布置，安装口处布置有第一连接法兰202，连接架203的外周面上设有第二连接法兰205，连接架203与底座201通过第一、第二连接法兰进行连接。此外，第一连接结构设在连接架203上，第一连接结构为安装座连接孔204，试验时，轴承安装座300通过安装座连接孔204固定连接在支撑架上200。
42.本实施例中，如图1所示，支撑架200上还设有轴向加载组件和径向加载组件，轴向加载组件包括轴向推拉件209和轴向加载轴承212，轴向推拉件209固定安装在支撑架200 上，轴向推拉件209的输出端沿水平方向延伸。径向推拉件213固定安装在支撑架200上，径向推拉件213的输出端沿竖直方向延伸，轴向推拉件209和径向推拉件213的输出端上连接有加载轴206，加载轴206的轴线沿水平方向延伸，轴向推拉件209的输出端与加载轴206同轴布置，径向推拉件213输出端的轴线与加载轴206的轴线相互垂直。
43.本实施例中，如图1和图4所示，轴向加载轴承212为圆锥滚子轴承，加载轴206在朝向轴向推拉件209的一端上设有第一环形台阶，轴向加载轴承212的套装在环形台阶的外周面上。本实施例中，轴向加载轴承212安装在轴向加载轴承座210中，轴向加载轴承 212的外圈与轴向推拉件209的输出端通过轴向加载轴承座210连接固定，以使轴向推拉件209通过
轴向加载轴承座210向轴向加载轴承212的外圈施加作用力，该作用力再通过轴向加载轴承212的内圈施加到加载轴206上，由此实现轴向推拉件209对加载轴206的施力。另外，轴向加载轴承座210与轴向推拉件209的输出端之间布置有轴向力传感器211 以检测轴向推拉件209输出力的大小。另外，需说明的是，轴向加载轴承座210的一侧设有封挡板223，封挡板223配合轴向加载轴承座210形成密封腔以用于存储润滑脂。
44.本实施例中，如图1和图4所示，径向加载轴承216的内圈过盈装配在加载轴206上，径向加载轴承216安装在径向加载轴承座214中，径向加载轴承216的外圈通过径向加载轴承座214与径向推拉件213的输出端固定连接，以使径向推拉件213通过径向加载轴承座214向径向加载轴承216的外圈施加作用力，该作用力再通过径向加载轴承216的内圈施加到加载轴206上，由此实现径向推拉件213对加载轴206的施力。另外，径向加载轴承座214与径向推拉件213的输出端之间布置有径向力传感器215以检测径向推拉件213 输出力的大小。径向加载轴承216与轴向加载轴承212在加载轴206的轴线方向上间隔布置。
45.本实施例中，加载轴206背向轴向推拉件209的一端上设有挡止凸缘207，挡止凸缘 207用于在加载轴206的轴向上与被试轴系的轴承安装轴301形成顶推配合，挡止凸缘207 上设有第二连接结构，第二连接结构为安装轴连接孔208，试验时，轴承安装轴301通过安装轴连接孔208与加载轴206固定连接。
46.本实施例中，倾覆力矩加载组件包括倾覆力矩推拉件217和倾覆力矩加载轴承220，倾覆力矩推拉件217固定安装在连接架203上，倾覆力矩加载轴承220安装在倾覆力矩加载轴承座218中，倾覆力矩推拉件217与倾覆力矩加载轴承220的外圈通过倾覆力矩加载轴承座218连接。本实施例中，被试轴系中的轴承安装轴301上朝向加载轴206的一端上设有第二环形台阶，试验时，倾覆力矩加载轴承220装配在第二环形台阶上，倾覆力矩推拉件217先将作用力通过倾覆力矩加载轴承座218传递至倾覆力矩加载轴承220的外圈上，该作用力再通过倾覆力矩加载轴承220的内圈传递至轴承安装轴301上，由此实现在使用时向轴承安装轴301施加倾覆力矩。
47.需强调的的是，第二环形台阶为被试轴系中的轴承安装轴301上的结构。在其他实施例中，若被试轴系中的轴承安装轴301上不设有第二环形台阶，也可以将倾覆力矩加载轴承220的内圈直接过盈装配在轴承安装轴301上。
48.本实施例中，倾覆力矩推拉件217布置有多个，具体数量为12个。各倾覆力矩推拉件217绕加载轴206的周向均匀间隔布置，各倾覆力矩推拉件217输出端的轴线环绕轴承安装轴301的轴线平行间隔布置，各倾覆力矩推拉件217的输出端可分别向轴承安装轴301 施加倾覆力矩。需强调的是，本实施例中，各推拉件的输出端与相应加载组件的输出端对应。
49.本实施例中，考虑到轴承安装轴301在轴向上的尺寸，各倾覆力矩推拉件217均对应同一个倾覆力矩加载轴承220，在其他实施例中，各倾覆力矩推拉件217也可以分别对应不同的倾覆力矩加载轴承22。
50.本实施例中，如图2和图4所示，倾覆力矩加载轴承220的内圈和轴向加载轴承212 的内圈分别与相应轴之间通过螺栓连接固定。
51.本实施例中，温度监测组件包括温度传感器和温度检测系统，温度传感器包括多个，试验时各温度传感器分别布置在被试轴系中轴承的内圈和外圈上，各温度传感器分别与温度检测系统连接，以将检测到的温度信息传递至温度检测系统，温度检测系统对温度
信息进行分析以确定轴承的运行状态。
52.本实施例中，各温度传感器与温度检测系统之间为有线连接，因为被试轴承的外圈不随轴承安装轴301转动，所以布置在被试轴承外圈上的温度传感器可以直接与温度检测系统连接。但被试轴承的内圈会随着轴承安装轴301同步转动，为使布置在轴承内圈上的温度传感器可以与温度检测系统连接，如图1所示，加载轴206上设有导电滑环221，轴承安装轴301和加载轴206的内部布置有走线通道，轴承内圈上的温度传感器上与温度检测系统的连线分别经过轴承安装轴301和加载轴206内部的走线通道连接在导电滑环221上，再由导电滑环221转接至温度检测系统上。
53.本实施例中，轴向推拉件209、径向推拉件213以及倾覆力矩推拉件217均为液压缸。
54.本实施例中，驱动机构为驱动电机100，驱动电机100具体为变频电机以方便调节输出转速。驱动电机100的输出端上装配有减速器101和扭矩传感器102。减速器101的输入端与驱动电机100的输出端连接，减速器101的输出端与轴承安装轴301通过联轴器103 同轴传动连接，驱动电机100通过减速器101带动轴承安转轴定轴转动。
55.本实施例提供的风力发电设备主轴轴系的试验装置进行试验时，如图1所示，先将被试轴系与连接架203连接，接着将连接架203固定在底座201上，使轴承安装轴301的两端分别与减速器101和加载轴206连接，先启动驱动电机100带动轴承安装轴301转动，接着启动轴向推拉件209、径向推拉件213和倾覆力矩推拉件217，并根据试验要求调整各加载件的施力大小，在试验过程中，通过温度检测系统监控监测轴承运行状态，直至试验结束。
56.本实施例中，被试轴系的轴承安装轴301上安装有两个被试轴承，分别为第一被试轴承302和第二被试轴承305，第一被试轴承302和第二被试轴承305均为角接触球轴承。本实施例中，如图2和图3所示，第一被试轴承302外圈上的温度传感器为第一外圈温度传感器303，第一被试轴承302内圈上的温度传感器为第一外圈温度传感器304，第二被试轴承305外圈上的温度传感器为第二外圈温度传感器306，第二被试轴承305内圈上的温度传感器为第二外圈温度传感器307。
57.需强调的是，倾覆力矩推拉件217在施力过程中不必全部启动，可根据试验要求启动相应的倾覆力矩推拉件217即可。例如，需要对轴承安装轴301施加上翻的倾覆力矩时，只需启动位于轴承安装轴301下侧的倾覆力矩推拉件217即可。
58.需说明的是，轴向加载轴承212需为可承受轴向力的轴承，轴向加载轴承212可以选用圆锥棍子轴承，也可以选用推力球轴承，在轴向加载轴承212为推力球轴承时，推力球轴承的轴圈过盈装配在轴承安装轴301上，推力球轴承的座圈与轴向推拉件209连接。径向加载轴承216需选用可承受径向力的轴承，例如圆柱滚子轴承。本实施例中，倾覆力矩加载轴承220可以选用推力轴承。
59.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例2：
60.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一连接结构为安装座连接孔。而本实施例中，第一连接结构也可以为连接法兰，连接法兰上设有连接孔，支撑架与连接法兰通过螺栓连接固定。
61.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例3：
62.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第二连接结构为安装轴连接孔。
而本实施例中，第二连接结构也可以为联轴器，联轴器设在加载轴的相应端，加载轴与轴承安装轴通过联轴器连接。
63.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例4：
64.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，支撑架包括连接架和底座。而本实施例中，支撑架为一体结构。
65.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例5：
66.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，轴向加载组件包括轴向推拉件和轴向加载轴承，径向加载组件包括径向推拉件和径向加载轴承，倾覆力矩加载组件包括倾覆力矩推拉件和倾覆力矩加载轴承，轴向推拉件、径向加载组件以及倾覆力矩推拉件分别通过对应的加载轴承向轴承安装轴施加相应力。而本实施例中，轴向加载组件包括轴向推拉件和轴向加载轴瓦，径向加载组件包括径向推拉件和径向加载轴瓦，倾覆力矩加载组件包括倾覆力矩推拉件和倾覆力矩加载轴瓦，轴向推拉件、径向加载组件以及倾覆力矩推拉件分别通过对应的加载轴瓦向轴承安装轴施加相应力。
67.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例6：
68.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，轴向推拉件、径向推拉件和倾覆力矩推拉件各自的输出端与对应地加载轴承的外圈分别通过轴承座固定连接。而本实施例中，轴向推拉件、径向推拉件和倾覆力矩推拉件各自的输出端与对应地加载轴承的外圈分别通过连接块固定连接。
69.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例7：
70.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，轴向推拉件、径向推拉件和倾覆力矩推拉件对应的输出端上均设有力传感器。而本实施例中，轴向推拉件、径向推拉件和倾覆力矩推拉件对应的输出端上均不设有力传感器，可在安装轴向推拉件、径向推拉件和倾覆力矩推拉件之前调节好各推拉件的输出力。
71.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例8：
72.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，倾覆力矩加载组件布置有12个。而本实施例中，倾覆力矩加载组件的数量可以适当增减，例如倾覆力矩加载组件的数量可以为10个。在其他实施例中，倾覆力矩加载组件的数量也可以为1个。
73.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例9：
74.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，温度监测组件包括温度传感器和温度检测系统。而本实施例中，温度监测组件包括红外线传感器和温度检测系统。红外线传感器用于测量被试轴系中轴承内圈和外圈的温度，红外线传感器与温度检测系统无线连接，以将测量到的温度数据传递至温度检测系统中。
75.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例10：
76.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，各温度传感器与温度检测系统之间为有线连接。而本实施例中，各温度传感器与温度检测系统之间为无线连接。
77.本发明中风力发电设备主轴轴系的试验装置的实施例11：
78.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，轴向推拉件209、径向推拉件213 以及倾覆力矩推拉件217均为液压缸。而本实施例中，轴向推拉件209、径向推拉件213 以及倾覆力矩推拉件217均为电动缸。
79.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。