兆瓦级机械封闭试验台的研制与应用
2018-01-19梁新文闫焕景王奇晖师全锁曹金水樊世耀
梁新文，闫焕景，王奇晖，师全锁，曹金水，樊世耀
(1.山西平遥减速器有限公司，山西 平遥 031100；2.山西省农业机械化学校，山西 平遥 031100)
0 前言
随着煤矿大功率输送机的发展，国内的输送机用减速器的开发、试制已达到1 800 kW。根据国家矿用产品安全生产的要求，所有进入矿井的减速器必须具有矿用产品安全标志证书，每台减速器出厂前必须进行出厂加载试验，输送机用减速器执行标准是MT/T148。
为了满足标准要求，山西平遥减速器有限公司拟对本公司原有的250 kW电功率封闭试验台进行升级。由于电网总容量较小，若采用电封闭的形式进行升级，电网能力远不能满足加载试验的需求，故决定将原试验台升级为兆瓦级机械封闭试验台。在不改造电网和不影响正常生产的前提下，完成了2 000 kW减速器的出厂试验和型式试验，且研制的2 000 kW试验台2011年通过山西省科学技术厅科技成果鉴定，达到国内领先水平。
1 2 000 kW试验台主要组成及技术参数
1.1 主要组成
2 000 kW试验台组成示意图如图1 所示。 安装硬件部分：安装基础平板72 m2、电动机250 kW、加载齿轮箱、输入传感器10 kN·m、被试齿轮箱、输出传感器10 kN·m、2 000 kW机械加载器。 软件控制部分：相关的控制鉴视仪表，二次仪表机械效率仪JX-3。控制加载器加载和减载。启动控制设施315 kW变频控制系统、温控系统PT-100等。
1.2 技术参数
试验台在机械封闭状态的计算机自动采集的数据见表1。
图1 2 000 kW试验台组成示意图
输入转速/r·min-1输入扭矩/N·M输入功率/kW输出转速/r·min-1输出扭矩/N·M输出功率/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
试验台试验数据分析：在机械封闭状态时2 000 kW的数据分析：平均输入功率为2 077 kW，平均输出功率为2 041 kW。因为齿轮箱齿轮啮合对数越少，其损失功率越少，效率越高。而被试齿轮箱仅为两对齿轮啮合，所以被试齿轮箱损失功率仅为36 kW，功率损失率仅为1.8%。
2 试验台加载技术
传统简易机械封闭只能在静态下加减载荷，且动态下发生变化大，在试验过程中需调整转矩大小时必须停机调整。液压旋转油缸加载比较方便，但是油缸体与叶片式旋转轴加工工艺性差，液压系统容易泄漏，液压油的粘度受温度影响较大，封闭系统载荷变化大，加载器发生故障后维修不方便。
如图2所示，具有专利技术的机械加载器1串联于加载齿轮箱2上， 10 kN·m转矩转速传感器3串接于封闭系统中，鼓形齿联轴器5用于传感器与封闭齿轮箱4的联接， 250 kW主电机6用于给封闭系统提供摩擦功率损耗和转速。使用时给机械加载器一个加载信号系统内产生一定的转矩T并能保持，转速n由相联的主电机获得，这样就可使封闭系统内产生封闭功率。反向加载时，只需改变机械加载器的加载方向就可。
该机械加载器体积小,试验运转过程中不耗能，加减载荷的时间短、功率小，耗能几乎可以忽略不计。
图2 兆瓦级机械封闭试验台
3 兆瓦级机械封闭试验台案例分析
山西平遥减速器有限公司公司进行了JS系列减速器与API912抽油机减速器等十几种大功率减速器的试验，以试验700 kW的减速器为例，整个试验过程中主电机消耗功率仅为70 kW，能量损失为10%。部分成功应用案例见表2。通过几十种产品的成功试验，得出了兆瓦级机械封闭试验台在试验过程中，其主电机有功功率仅占封闭功率的10%～15%，是一种真正意义上的节能性试验方法。2016年公司进行了两种525 kW和250 kW的煤安型式试验，同时两个试验台一起试验，因为节能所以互不影响。时间由原来的6个工作日，缩短为3个工作日，提高了效率。
表2 部分实验数据案例
兆瓦级机械封闭试验台并不简单的将10%的功率放大到100%的功率。而是在试验中将功率组成的转速和转矩进行了分别控制，合成功率为传递功率。对齿轮箱的试验用10%～15%电机功率的兆瓦级机械封闭试验台 ，与电封闭试验台100%功率试验效果是一样的。对于齿轮或轴的转速和转矩，电封闭和机械封闭是没有区别的。所以电封闭试验台和机械封闭试验台对齿轮箱试验是一样的。
4 结束语
(1)运行成本低。兆瓦级机械封闭试验台电动机供给的能量仅用来克服封闭系统运转时的摩擦、发热等损失，节能，运行成本低。而电封闭试验台需满功率运转，耗能，自身的运行成本高。
(2)供电投资省。兆瓦级机械封闭试验台需要的电网容量不大，供电投资小。而电封闭试验台需要的电网容量不小，供电投资大。原有的电封闭试验台改为兆瓦级机械封闭试验台，试验能力提升近10倍。
(3)灵活性大。兆瓦级机械封闭试验台试验时可以在额定转速下逐级加载至额定力矩(额定功率)；还可以在额定力矩下逐级加速至额定转速(额定功率)；零转速时能保持额定力矩正反向循环加转速试验。加载方式多样。而电封闭试验台只能在额定转速下逐级加载至额定力矩(额定功率)。
(4)系统安全性好。兆瓦级机械封闭试验台运行过程中由于系统配套电机功率小，试验安全性大大提高。而电封闭试验台需满功率运转，电压和电流都是较大，试验安全性风险加大。
(5)加载精度高。兆瓦级机械封闭试验台的机械加载器体积小、加载精度高，可以千分之一的精度容易进行加载，且耗能少。而电封闭试验台要做到百分之一的精度加载都比较困难，并耗能大。
[1] 梁新文.机械全功率封闭齿轮试验台[P].中国：2010205962221，2010-11-08.
[2] 樊世耀，曹金水，梁新文.兆瓦级机械加载器的研发和应用[J].机械工程师,2011(06):26-28.
[3] 樊世耀，梁新文，曹金水.兆瓦级机械功率全封闭试验台[J].机械传动,2011(09):82-84.
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[5] 樊世耀.机械加载器[P].中国：2010105402277，2012-10-31.
[6] 郭茂林.兆瓦级机械功率全封闭齿轮试验台[P].中国：2010105402277，2015-12-02.
