兆瓦級機械封閉試驗臺的研制與應用

梁新文，閆煥景，王奇暉，師全鎖，曹金水，樊世耀

(1.山西平遙減速器有限公司，山西 平遙 031100；2.山西省農業機械化學校，山西 平遙 031100)

0 前言

隨著煤礦大功率輸送機的發展，國內的輸送機用減速器的開發、試制已達到1 800 kW。根據國家礦用產品安全生產的要求，所有進入礦井的減速器必須具有礦用產品安全標志證書，每臺減速器出廠前必須進行出廠加載試驗，輸送機用減速器執行標準是MT/T148。

為了滿足標準要求，山西平遙減速器有限公司擬對本公司原有的250 kW電功率封閉試驗臺進行升級。由于電網總容量較小，若采用電封閉的形式進行升級，電網能力遠不能滿足加載試驗的需求，故決定將原試驗臺升級為兆瓦級機械封閉試驗臺。在不改造電網和不影響正常生產的前提下，完成了2 000 kW減速器的出廠試驗和型式試驗，且研制的2 000 kW試驗臺2011年通過山西省科學技術廳科技成果鑒定，達到國內領先水平。

1 2 000 kW試驗臺主要組成及技術參數

1.1 主要組成

2 000 kW試驗臺組成示意圖如圖1 所示。 安裝硬件部分：安裝基礎平板72 m2、電動機250 kW、加載齒輪箱、輸入傳感器10 kN·m、被試齒輪箱、輸出傳感器10 kN·m、2 000 kW機械加載器。 軟件控制部分：相關的控制鑒視儀表，二次儀表機械效率儀JX-3。控制加載器加載和減載。啟動控制設施315 kW變頻控制系統、溫控系統PT-100等。

1.2 技術參數

試驗臺在機械封閉狀態的計算機自動采集的數據見表1。

圖1 2 000 kW試驗臺組成示意圖

輸入轉速/r·min-1輸入扭矩/N·M輸入功率/kW輸出轉速/r·min-1輸出扭矩/N·M輸出功率/kW149513266 002076 88149513040 002041 50149513267 672077 14149513038 672041 29149513269 002077 35149513038 502041 26149513268 502077 27149513039 002041 34149513269 002077 35149513037 002041 03149513267 002077 03149513038 002041 18149513265 002076 72149513035 502040 79149513266 002076 88149513036 002040 87149513266 002076 88149513035 502040 79149513261 002076 09149513034 002040 56149513263 002076 41149513033 002040 40149513259 002075 78149513028 502039 70

試驗臺試驗數據分析：在機械封閉狀態時2 000 kW的數據分析：平均輸入功率為2 077 kW，平均輸出功率為2 041 kW。因為齒輪箱齒輪嚙合對數越少，其損失功率越少，效率越高。而被試齒輪箱僅為兩對齒輪嚙合，所以被試齒輪箱損失功率僅為36 kW，功率損失率僅為1.8%。

2 試驗臺加載技術

傳統簡易機械封閉只能在靜態下加減載荷，且動態下發生變化大，在試驗過程中需調整轉矩大小時必須停機調整。液壓旋轉油缸加載比較方便，但是油缸體與葉片式旋轉軸加工工藝性差，液壓系統容易泄漏，液壓油的粘度受溫度影響較大，封閉系統載荷變化大，加載器發生故障后維修不方便。

如圖2所示，具有專利技術的機械加載器1串聯于加載齒輪箱2上， 10 kN·m轉矩轉速傳感器3串接于封閉系統中，鼓形齒聯軸器5用于傳感器與封閉齒輪箱4的聯接， 250 kW主電機6用于給封閉系統提供摩擦功率損耗和轉速。使用時給機械加載器一個加載信號系統內產生一定的轉矩T并能保持，轉速n由相聯的主電機獲得，這樣就可使封閉系統內產生封閉功率。反向加載時，只需改變機械加載器的加載方向就可。

該機械加載器體積小,試驗運轉過程中不耗能，加減載荷的時間短、功率小，耗能幾乎可以忽略不計。

圖2 兆瓦級機械封閉試驗臺

3 兆瓦級機械封閉試驗臺案例分析

山西平遙減速器有限公司公司進行了JS系列減速器與API912抽油機減速器等十幾種大功率減速器的試驗，以試驗700 kW的減速器為例，整個試驗過程中主電機消耗功率僅為70 kW，能量損失為10%。部分成功應用案例見表2。通過幾十種產品的成功試驗，得出了兆瓦級機械封閉試驗臺在試驗過程中，其主電機有功功率僅占封閉功率的10%～15%，是一種真正意義上的節能性試驗方法。2016年公司進行了兩種525 kW和250 kW的煤安型式試驗，同時兩個試驗臺一起試驗，因為節能所以互不影響。時間由原來的6個工作日，縮短為3個工作日，提高了效率。

表2 部分實驗數據案例

兆瓦級機械封閉試驗臺并不簡單的將10%的功率放大到100%的功率。而是在試驗中將功率組成的轉速和轉矩進行了分別控制，合成功率為傳遞功率。對齒輪箱的試驗用10%～15%電機功率的兆瓦級機械封閉試驗臺 ，與電封閉試驗臺100%功率試驗效果是一樣的。對于齒輪或軸的轉速和轉矩，電封閉和機械封閉是沒有區別的。所以電封閉試驗臺和機械封閉試驗臺對齒輪箱試驗是一樣的。

4 結束語

(1)運行成本低。兆瓦級機械封閉試驗臺電動機供給的能量僅用來克服封閉系統運轉時的摩擦、發熱等損失，節能，運行成本低。而電封閉試驗臺需滿功率運轉，耗能，自身的運行成本高。

(2)供電投資省。兆瓦級機械封閉試驗臺需要的電網容量不大，供電投資小。而電封閉試驗臺需要的電網容量不小，供電投資大。原有的電封閉試驗臺改為兆瓦級機械封閉試驗臺，試驗能力提升近10倍。

(3)靈活性大。兆瓦級機械封閉試驗臺試驗時可以在額定轉速下逐級加載至額定力矩(額定功率)；還可以在額定力矩下逐級加速至額定轉速(額定功率)；零轉速時能保持額定力矩正反向循環加轉速試驗。加載方式多樣。而電封閉試驗臺只能在額定轉速下逐級加載至額定力矩(額定功率)。

(4)系統安全性好。兆瓦級機械封閉試驗臺運行過程中由于系統配套電機功率小，試驗安全性大大提高。而電封閉試驗臺需滿功率運轉，電壓和電流都是較大，試驗安全性風險加大。

(5)加載精度高。兆瓦級機械封閉試驗臺的機械加載器體積小、加載精度高，可以千分之一的精度容易進行加載，且耗能少。而電封閉試驗臺要做到百分之一的精度加載都比較困難，并耗能大。

[1] 梁新文.機械全功率封閉齒輪試驗臺[P].中國：2010205962221，2010-11-08.

[2] 樊世耀，曹金水，梁新文.兆瓦級機械加載器的研發和應用[J].機械工程師,2011(06):26-28.

[3] 樊世耀，梁新文，曹金水.兆瓦級機械功率全封閉試驗臺[J].機械傳動,2011(09):82-84.

[4] 全國冶金設備標準化技術委員會，JB/T9050.3-1999，圓柱齒輪減速器加載試驗方法[S].北京：機械科學研究院,1999.

[5] 樊世耀.機械加載器[P].中國：2010105402277，2012-10-31.

[6] 郭茂林.兆瓦級機械功率全封閉齒輪試驗臺[P].中國：2010105402277，2015-12-02.