兆瓦級機械功率全封閉加載試驗臺總體方案設計

羅昌績，劉混舉

(1.太原理工大學機械工程學院，太原 030024；2.山西煤炭運銷集團晉中有限公司，山西晉中 030600)

兆瓦級機械功率全封閉加載試驗臺總體方案設計

羅昌績1，2，劉混舉1

(1.太原理工大學機械工程學院，太原 030024；2.山西煤炭運銷集團晉中有限公司，山西晉中 030600)

兆瓦級機械功率全封閉加載試驗臺，不僅可以用于大型輸送機專用變速箱的試驗，也可以用于在靜態加載時對變速箱中傳動齒輪輪齒開展彎曲靜強度試驗。機械功率全封閉加載試驗臺所消耗的功率僅用于克服系統的摩擦損耗和給封閉系統提供動力，遠小于封閉系統的軸功率損耗。采用這種機械功率全封閉加載試驗臺裝置，不需要對電網進行改造，具有耗能少，經濟效益顯著的特點。

加載器；齒輪箱；機械功率；全封閉

目前生產齒輪箱的企業普遍采用電功率封閉加載試驗裝置對齒輪箱進行加載試驗，從投資成本方面考慮，這種電功率封閉加載試驗裝置的制造成本較高，如太原重工和山西維達減速器廠生產的電功率為1500 kW的封閉加載試驗臺裝置，其制造成本大約為700萬元。通過利用機械功率全封閉試驗臺，同樣能夠滿足大型輸送機專用變速箱的加載試驗以及實現在靜態加載時對變速箱中傳動齒輪輪齒開展彎曲強度試驗的要求。而且由于不需要對電網進行改造，其制造成本約為電功率封閉加載試驗臺的一半。

1 試驗臺方案初步設計

機械功率全封閉試驗臺組成示意圖，見圖1。

試驗裝置中齒輪箱2、齒輪箱1、固定聯軸器6、扭力軸7和加載器5以及傳感器10、儀表9、減速器13、計數器14等形成一個全封閉系統。

在試驗臺中，儀表9可以顯示各種數據，傳感器10用于測定系統的轉速與轉矩，電熱偶11和油溫指示器12用于測定兩個齒輪箱的油溫變化，試驗齒輪的轉速由機械計數器14記錄，試驗臺的全部操作系統集中在控制柜8上。

圖1 機械功率全封閉試驗臺組成示意圖

通過加載器5施加一定載荷，彈性軸7產生一定的變形。在施加載荷不變的情況下，彈性軸的變形也保持不變。封閉系統加載后，再啟動電機，試驗機就進入運轉狀態。定義試驗機正常運轉的情況下齒輪箱1、2傳遞的功率為封閉功率，可以循環利用，封閉功率和普通功率一樣都具有流向，但是封閉功率并不是有效功率。

齒輪試驗機運轉時的封閉功率為順時針方向[1]（見圖1中封閉功率流向箭頭所示），則各軸功率的封閉功率（kW）為：

式中：n為該軸的轉速，r/min；T為該軸運轉時的轉矩，N·m。將封閉功率的最大值定義為這個系統的名義封閉功率P。

2 機械功率全封閉試驗裝置的試驗驗證

根據圖1所示的基本原理，我們進行了如圖2的試驗驗證[2]：

圖2 試驗驗證裝置

圖2中，電機1用于驅動封閉系統，為其提供輸入轉速n；傳感器2和7分別用于測定電機和系統的軸功率。杠桿砝碼加載器8用于給封閉系統提供轉矩T；扭矩保持器6可使系統運轉過程中轉矩保持恒定；JX3型機械效率儀10用于顯示傳感器2與7采集的數據。

實驗過程中，先把系統中的間隙消除掉，然后通過加載器加載并鎖緊，隨后啟動電機，就可得到機械功率全封閉試驗臺的封閉功率。

通過圖2的試驗我們得到了如表1中的數據：

表1 試驗臺試驗驗證數據

通過此次試驗我們不難發現，封閉系統的軸功率P遠比電機所消耗的功率大，而電機所消耗的能量僅用于克服系統的磨擦損耗和給封閉系統提供轉速n。而通過表1中的數據分析，我們也可看出電機實際消耗功率只有封閉功率值的10%～15%左右，從而能達到節能的目的。

3 試驗臺方案總體設計

通過上述“方案的建立”、“理論探討及驗證”我們設計了如下的機械全功率封閉試驗臺，整體方案見圖3[3-4]。

圖3 試驗臺總體布置方案

加載器1串聯在加載齒輪箱2上，傳感器3串接在封閉系統中，封閉齒輪箱4的中心矩和聯接尺寸與加載齒輪箱相同，鼓形齒輪聯軸器5把傳感器和齒輪箱聯接在一起，250 kW主電機6給封閉系統提供動力。試驗臺的主要技術參數如表2所示。

Design of M egawatt-level M echanical Power Fully-enclosed Test Rig

LUO Changji1,2,LIU Hunju1
(1.College ofMechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Jinzhong Co.,Ltd.,ShanxiCoal Transportation and Sales Group,Jinzhong 030600,China)

Megawatt-levelmechanical power fully-enclosed test rig can be used in the test of the specialgearbox in the large conveyorand in thebending static strength test on the transmission gear teeth in gearbox under static loading.The power,consumed by the mechanicalpower fully-enclosed test rig,is only used toovercome the frictional lossof the system and to provide power for theenclosed system,which is much less than the shaft power loss of the enclosed system.Adopting the mechanical power fully-enclosed test rig,powergrid does not require transformation,with the less energy consumption and significanteconomic benefits.

loading device;gearbox;mechanicalpower;fully-enclosed

TM 312

A

1672-5050（2016）06-062-03 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.018

2016-09-07

羅昌績（1971-），男，山西祁縣人，在讀工程碩士，高級工程師，從事煤礦機電管理工作。