兆瓦级风电变桨偏航和主轴承试验机的研制

【摘要】：随着能源危机和生存环境问题的日益凸显,绿色充足的风能逐渐被人们所关注和青睐,风力发电行业也随之被各地区和国家大力提倡和发展。其风电机组中轴承尤其是变桨、偏航和主轴承等关键零部件的设计制造更是作为风电机组的核心技术之一,成为风电机组用轴承生产企业的立身之本。轴承试验机作为检验轴承质量、获得轴承性能参数、指导设计生产以及完善轴承设计理论的重要工具和手段是企业能否制造设计先进、加工精良以及性能优质的风电机组用轴承的关键要素之一。为此,本文针对当前国内兆瓦级风电机组配备的变桨、偏航和主轴轴承的功能特点和性能要求展开了兆瓦级风电变桨、偏航和主轴承试验机的研制工作。研制过程中完成了诸多相关工作,本文总结了如下内容： (1)利用结构模块化设计方法设计了既可以试验变桨、偏航这种大型回转支撑形式的轴承,也可以实现风电机组主轴承的模拟试验的总体方案； (2)在总体方案的基础上,进行了试验机的各模块的机械结构设计,绘制出了机械装配图、部件图和零件图。同时根据设计要求和技术指标,经计算、选型、校核确定了所需要的标准件； (3)利用Pro/E进行了试验机的关键受力部件三维简化建模,并利用有限元分析软件ANSYS分析校核了其刚度和强度; (4)设计了试验机的加载、驱动和翻转的液压系统,确定了驱动电机、液压泵、液压缸、液压马达以及电磁控制溢流阀、比例减压阀等液压控制元件。并绘制了各模块的液压回路图、液压站装配图以及零件图； (5)确定了OMRON的可编程控制器与计算机的通信方式。完成了测量控制系统中位移传感器、温度传感器和速度扭矩传感器等信号采集元件的选用和安装检测方式的确定。设计了具有手动的控制操作面板和自动控制的数控操作面板的良好人机交互界面。 本课题研制的风电变桨、偏航和主轴轴承试验机已被国内某大型风电轴承企业论证和采购,其设备性能和技术指标均满足企业试验要求,可以有效地对企业生产的风电变桨、偏航轴承以及正在研制的主轴承进行型式试验,质量检验,进而指导设计制造以及完善风电轴承设计理论。 【关键词】：试验机 机械结构 有限元分析 液压系统 测控系统
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 风电轴承试验机的国内外发展状况11-12
• 1.2.1 国外发展状况11-12
• 1.2.2 国内发展状况12
• 1.3 本课题的主要研究内容12-14
• 2 试验机的试验对象和总体方案设计14-25
• 2.1 前言14
• 2.2 风电机组中变浆偏航和主轴承的简介14-19
• 2.2.1 变桨轴承14-16
• 2.2.2 偏航轴承16-18
• 2.2.3 主轴承的简介18-19
• 2.3 试验机的总体方案设计19-22
• 2.3.1 结构模块化设计19-20
• 2.3.2 试验机的总体方案20-22
• 2.4 试验机结构尺寸和加载载荷的确定22-23
• 2.5 试验机的设计要求及技术指标23-24
• 2.5.1 设计要求23
• 2.5.2 技术指标23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 试验机的机械结构设计25-40
• 3.1 前言25
• 3.2 加载系统的结构设计25-34
• 3.2.1 加载试验台的设计25-28
• 3.2.2 加载试验盘的设计28-29
• 3.2.3 倾覆力矩加载装置29-31
• 3.2.4 轴向力加载装置31-32
• 3.2.5 径向力加载装置32-34
• 3.3 试验轴承驱动系统的结构设计34-37
• 3.3.1 驱动系统方案的确定34-36
• 3.3.2 驱动装置的结构设计36-37
• 3.4 试验工装的结构设计37-38
• 3.5 翻转系统的结构设计38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 试验机的关键部件有限元静力学分析40-47
• 4.0 前言40
• 4.1 应用软件简介40-41
• 4.2 加载试验台和加载试验盘的有限元静力学分析41-44
• 4.2.1 三维建模和网络划分41-42
• 4.2.2 载荷与边界条件的定义42
• 4.2.3 结果分析及评价42-44
• 4.4 径向力加载座的三维建模及有限元静力学分析44-46
• 4.4.1 三维建模和网格划分44-45
• 4.4.2 载荷与边界条件的定义45
• 4.4.3 结果分析及评价45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 试验机液压系统的设计47-54
• 5.1 前言47-48
• 5.2 加载液压系统的设计48-49
• 5.3 驱动液压系统的设计49-51
• 5.4 翻转液压系统的设计51-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 试验机测控系统的设计54-60
• 6.1 前言54-55
• 6.2 系统控制流程55-56
• 6.3 传感器安装及其选择56-57
• 6.4 人机交互的设计57-59
• 6.5 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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