兆瓦级机械功率全封闭加载试验台总体方案设计

罗昌绩，刘混举

(1.太原理工大学机械工程学院，太原 030024；2.山西煤炭运销集团晋中有限公司，山西晋中 030600)

兆瓦级机械功率全封闭加载试验台总体方案设计

罗昌绩1，2，刘混举1

(1.太原理工大学机械工程学院，太原 030024；2.山西煤炭运销集团晋中有限公司，山西晋中 030600)

兆瓦级机械功率全封闭加载试验台，不仅可以用于大型输送机专用变速箱的试验，也可以用于在静态加载时对变速箱中传动齿轮轮齿开展弯曲静强度试验。机械功率全封闭加载试验台所消耗的功率仅用于克服系统的摩擦损耗和给封闭系统提供动力，远小于封闭系统的轴功率损耗。采用这种机械功率全封闭加载试验台装置，不需要对电网进行改造，具有耗能少，经济效益显著的特点。

加载器；齿轮箱；机械功率；全封闭

目前生产齿轮箱的企业普遍采用电功率封闭加载试验装置对齿轮箱进行加载试验，从投资成本方面考虑，这种电功率封闭加载试验装置的制造成本较高，如太原重工和山西维达减速器厂生产的电功率为1500 kW的封闭加载试验台装置，其制造成本大约为700万元。通过利用机械功率全封闭试验台，同样能够满足大型输送机专用变速箱的加载试验以及实现在静态加载时对变速箱中传动齿轮轮齿开展弯曲强度试验的要求。而且由于不需要对电网进行改造，其制造成本约为电功率封闭加载试验台的一半。

1 试验台方案初步设计

机械功率全封闭试验台组成示意图，见图1。

试验装置中齿轮箱2、齿轮箱1、固定联轴器6、扭力轴7和加载器5以及传感器10、仪表9、减速器13、计数器14等形成一个全封闭系统。

在试验台中，仪表9可以显示各种数据，传感器10用于测定系统的转速与转矩，电热偶11和油温指示器12用于测定两个齿轮箱的油温变化，试验齿轮的转速由机械计数器14记录，试验台的全部操作系统集中在控制柜8上。

图1 机械功率全封闭试验台组成示意图

通过加载器5施加一定载荷，弹性轴7产生一定的变形。在施加载荷不变的情况下，弹性轴的变形也保持不变。封闭系统加载后，再启动电机，试验机就进入运转状态。定义试验机正常运转的情况下齿轮箱1、2传递的功率为封闭功率，可以循环利用，封闭功率和普通功率一样都具有流向，但是封闭功率并不是有效功率。

齿轮试验机运转时的封闭功率为顺时针方向[1]（见图1中封闭功率流向箭头所示），则各轴功率的封闭功率（kW）为：

式中：n为该轴的转速，r/min；T为该轴运转时的转矩，N·m。将封闭功率的最大值定义为这个系统的名义封闭功率P。

2 机械功率全封闭试验装置的试验验证

根据图1所示的基本原理，我们进行了如图2的试验验证[2]：

图2 试验验证装置

图2中，电机1用于驱动封闭系统，为其提供输入转速n；传感器2和7分别用于测定电机和系统的轴功率。杠杆砝码加载器8用于给封闭系统提供转矩T；扭矩保持器6可使系统运转过程中转矩保持恒定；JX3型机械效率仪10用于显示传感器2与7采集的数据。

实验过程中，先把系统中的间隙消除掉，然后通过加载器加载并锁紧，随后启动电机，就可得到机械功率全封闭试验台的封闭功率。

通过图2的试验我们得到了如表1中的数据：

表1 试验台试验验证数据

通过此次试验我们不难发现，封闭系统的轴功率P远比电机所消耗的功率大，而电机所消耗的能量仅用于克服系统的磨擦损耗和给封闭系统提供转速n。而通过表1中的数据分析，我们也可看出电机实际消耗功率只有封闭功率值的10%～15%左右，从而能达到节能的目的。

3 试验台方案总体设计

通过上述“方案的建立”、“理论探讨及验证”我们设计了如下的机械全功率封闭试验台，整体方案见图3[3-4]。

图3 试验台总体布置方案

加载器1串联在加载齿轮箱2上，传感器3串接在封闭系统中，封闭齿轮箱4的中心矩和联接尺寸与加载齿轮箱相同，鼓形齿轮联轴器5把传感器和齿轮箱联接在一起，250 kW主电机6给封闭系统提供动力。试验台的主要技术参数如表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

罗昌绩（1971-），男，山西祁县人，在读工程硕士，高级工程师，从事煤矿机电管理工作。