機(jī)械閉式試驗(yàn)臺(tái)是機(jī)械式功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)稱,也有稱其為動(dòng)力循環(huán)式試驗(yàn)臺(tái)。
機(jī)械閉式試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是被試驗(yàn)的齒輪箱等機(jī)械產(chǎn)品所傳遞的功率流在試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行循環(huán),而用來克服摩擦阻力的所消耗的動(dòng)力其值只是封閉功率流值的15%~30%左右,其與開式試驗(yàn)臺(tái)相比節(jié)約了大量能源。機(jī)械閉式試驗(yàn)臺(tái)在工礦企業(yè)、研究所和工科院校的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用十分廣泛,而加載器是該試驗(yàn)臺(tái)上施加扭矩載荷的重要部件。加載器的水平高低標(biāo)志著該類試驗(yàn)臺(tái)的水平高低。
北齒早在70年代就使用了機(jī)械閉式試驗(yàn)臺(tái),并且自行研制了葉片式液壓加載器。液壓加載器的最大缺點(diǎn)是扭轉(zhuǎn)角度受限,在機(jī)械閉式驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)臺(tái)上使用時(shí),由于系統(tǒng)內(nèi)有4根半軸,系統(tǒng)的剛性比較差,當(dāng)時(shí)的解決方案就是增加一個(gè)扭角調(diào)節(jié)器。在每次試驗(yàn)開始前,先將扭角調(diào)節(jié)器調(diào)整出一個(gè)初始角度,然后再用液壓加載器進(jìn)行加載試驗(yàn)。該試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理,見圖-1所示,
圖-1. 改造前的閉式試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖 圖-2.改造后的機(jī)械閉式驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)臺(tái)
2004年成功研制了電動(dòng)式機(jī)械加載器,將機(jī)械閉式驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改造,取消了扭角調(diào)節(jié)器,改造后的機(jī)械閉式驅(qū)動(dòng)橋齒輪試驗(yàn)臺(tái)如圖-2所示。這種電動(dòng)式機(jī)械加載器與改造前使用的葉片式液壓加載器相比,有明顯的優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)是:1.承載扭矩大,可增至上萬牛;2.運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高,可高達(dá)6500轉(zhuǎn)/每分鐘;3.無加載行程角的限制;4.可雙向、無級(jí)、平穩(wěn)地運(yùn)行和控制;5.驅(qū)動(dòng)功率極小且保持載荷時(shí)無需供電,能耗極低;6.省去了龐大且可靠性差的液力驅(qū)動(dòng)泵站,節(jié)省了資金和占地空間;7.不存在松載和泄漏問題,運(yùn)行可靠且有利于環(huán)保;8.與同類產(chǎn)品相比體積小、質(zhì)量輕,更容易實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)等。
電動(dòng)式機(jī)械加載器的一般工作型式為水平支架式,兩端由法蘭盤輸出扭矩,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由三部分組成:電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器和減速器。其結(jié)構(gòu)原理見圖-3所示,其中減速器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)原理產(chǎn)生極大的減速比,使加載扭矩增大近一萬倍;采用微電機(jī),驅(qū)動(dòng)功率較小,便于由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制或變頻器數(shù)字化控制,實(shí)現(xiàn)定載荷加載或按載荷譜自動(dòng)加載;制動(dòng)器可以使加載器保持極高的載荷精度,永不松載。電動(dòng)式機(jī)械加載器屬一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新工程,其具有獨(dú)特的經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),已經(jīng)獲取一項(xiàng)“實(shí)用新型專利”,其專利號(hào)為:ZL201320764521.5。
圖-3. 電動(dòng)式機(jī)械加載器結(jié)構(gòu)原理圖
電動(dòng)式機(jī)械加載器技術(shù)經(jīng)過十年的產(chǎn)品研制,目前具備的設(shè)計(jì)、工藝和制造能力已經(jīng)成功研制出系列產(chǎn)品,其與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品相比,技術(shù)更先進(jìn),結(jié)構(gòu)更合理,性能更優(yōu)良,運(yùn)行更可靠。產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格:輸出扭矩從600至10000 牛米;運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速?gòu)?500至1500 轉(zhuǎn)/每分鐘。
但是該技術(shù)加載器扭矩的承載能力只能達(dá)到10000牛米左右,扭矩再大,尚有一定難度。然而面對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代國(guó)防的發(fā)展,我國(guó)齒輪行業(yè)在十二五發(fā)展規(guī)劃大綱中就提出高鐵、風(fēng)電、核電、船舶等行業(yè)越來越需要重載高速的齒輪裝置;這些齒輪裝置的試驗(yàn)也越來越需要重載高速的試驗(yàn)臺(tái)。在機(jī)械閉式試驗(yàn)臺(tái)上當(dāng)然越來越需要重載高速的加載器。目前國(guó)內(nèi)2~10萬牛米,3000~5000r/min的重載高速加載器還主要依賴從國(guó)外進(jìn)口。電動(dòng)式機(jī)械加載器的技術(shù)當(dāng)然也需要科技創(chuàng)新、快步發(fā)展,來填補(bǔ)這一國(guó)內(nèi)空白!
電動(dòng)式機(jī)械加載器本體實(shí)際上是一個(gè)能高速運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體,要求旋轉(zhuǎn)半徑盡量小,軸向尺寸盡量短,重量盡量輕;結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)化、優(yōu)化且軸對(duì)稱,易實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡,以便在同等扭矩下轉(zhuǎn)速更高。
為了開發(fā)更大扭矩的機(jī)械加載器,在加載器的減速器結(jié)構(gòu)上引入行星排NGW結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)2~10萬牛米扭矩并不難,但是要求旋轉(zhuǎn)半徑盡量小并不容易。2006年設(shè)計(jì)的10萬牛加載器技術(shù)方案最大直徑為800mm;而國(guó)外液壓加載器直徑僅為570mm 轉(zhuǎn)速為1500r/min;到了2011年設(shè)計(jì)的10萬牛加載器技術(shù)方案最大直徑為629mm;而國(guó)外液壓加載器經(jīng)過改進(jìn)后直徑僅為520mm 轉(zhuǎn)速為4000r/min;到了2014年設(shè)計(jì)的10萬牛加載器技術(shù)方案直徑減少為514mm轉(zhuǎn)速也能達(dá)到4000r/min,終于在旋轉(zhuǎn)半徑參數(shù)上略優(yōu)于國(guó)外水平。這就是在現(xiàn)有諧波結(jié)構(gòu)上,引入行星排NGW結(jié)構(gòu),應(yīng)用優(yōu)質(zhì)鋼材和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),使得加載器的核心部件——XB+NGW結(jié)構(gòu)減速器與普通NGW結(jié)構(gòu)減速器相比,在加載能力不減小的前提下,其旋轉(zhuǎn)半徑減小了18%,體積減小了33 %。這是積十年的研制經(jīng)驗(yàn),在加載器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上狠下功夫,經(jīng)過潛心研究獲得的一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新工程,于是申請(qǐng)了一項(xiàng)“實(shí)用新型專利”,并且獲得了批準(zhǔn),其專利號(hào)為:ZL201320764521.5
電動(dòng)式機(jī)械加載器系列專利產(chǎn)品的推廣使用,不僅可以在汽車、船用、裝載、拖曳機(jī)械中的驅(qū)動(dòng)橋、分動(dòng)器、變速器、輪邊制動(dòng)器和傳動(dòng)鏈很長(zhǎng)的汽車整體底盤綜合試驗(yàn)臺(tái)上使用,而且可以在高鐵、風(fēng)電、核電、大型船舶等行業(yè)的高速重載領(lǐng)域的試驗(yàn)臺(tái)上使用。
另外電動(dòng)式機(jī)械加載器專利技術(shù)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn),不僅僅是作為“加載器”這一部件去替代原有的各種加載器,而是能使原來已經(jīng)廣泛采用的“機(jī)械封閉式”試驗(yàn)方法;產(chǎn)生了質(zhì)的變化;特別能使經(jīng)過整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的試驗(yàn)臺(tái),具有更廣闊的功能和優(yōu)良的性能,以及良好地與測(cè)試儀表和計(jì)算機(jī)界面的配套性,更具有系統(tǒng)性、組合性和模塊化。
電動(dòng)式機(jī)械加載器專利系列產(chǎn)品的每種基型可以派生出多種多樣型號(hào)的產(chǎn)品。加載器的安裝方式目前供貨一般為水平支架式,其外觀圖見下圖-4;其操作控制葙見下圖-5。但是根據(jù)顧客要求其裝配聯(lián)接方式可以設(shè)計(jì)成為懸掛式或者凸緣式;轉(zhuǎn)矩輸出方式有一端或者兩端,可根據(jù)加載器在封閉功率流中位置和具體使用場(chǎng)合,供各種各樣布置方式的試驗(yàn)臺(tái)架配套選擇。本加載器產(chǎn)品供貨時(shí)一般為手動(dòng)控制加、減載荷;但是,根據(jù)顧客的要求,可以增加計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制加、減載荷或扭轉(zhuǎn)角度顯示等功能,以供顧客選擇訂購(gòu)。
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