CN208044411U - 用于风机测试的二自由度角度控制平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于风机测试的二自由度角度控制平台，属于风机测试设备技术领域，包括控制***、下台架、中间台架和用于安装风机叶轮的测试平台，下台架顶部通过Y轴与中间台架铰接，中间台架与测试平台之间设有与Y轴相互垂直的X轴，X轴与测试平台固定相连，X轴与所述中间台架转动配合，X轴与用于控制测试平台沿X轴旋转的X轴旋转机构相连；中间台架的下方设有用于控制中间台架沿Y轴旋转的Y轴旋转机构；X轴旋转机构和Y轴旋转机构均与控制***相连。本实用新型通过模仿海上风力发电机舱的工况，控制***控制测试平台及中间台架的旋转角度，角度调整精度误差控制在±0.1°，无需人工调整和校正，缩短了研发周期，降低成本。

Description

用于风机测试的二自由度角度控制平台

技术领域

本实用新型属于风机测试设备技术领域，更具体地说，是涉及一种用于风机测试的二自由度角度控制平台。

背景技术

海上风力发电机组一般由风轮、发电机、调向器、塔架、机舱等组成。风力发电机运行过程中，机舱内的齿轮箱，发电机，控制***等会产生大量热量，为确保发电机组长期安全稳定运行，冷却单元需要对以上部件进行冷却。冷却单元由风机和芯体组成，风机是冷却单元关键件，但是机组运行过程中存在风轮根处有较大载荷导致平台摇动，影响风机的使用寿命。

目前，风机开发的流程是：设计---生产---出厂验收合格---发到客户组装厂---客户海上风电现场----反馈回设计缺陷或质量问题，这种设计流程的缺陷是周期比较长，风机需要经过若干环节后，在客户的使用过程中发现问题反馈给设计方，再进行针对性解决，增加了生产成本。针对这种情况，急需开发出一种专用风机测试工装，来模拟实际海上的工况，使其在设计---生产---在公司内部环节就能测出设计和质量问题，缩短风机开发周期。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于风机测试的二自由度角度控制平台，以解决现有技术中存在的风机设计开发周期长、生产成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种用于风机测试的二自由度角度控制平台，包括控制***、下台架、中间台架和用于安装风机叶轮的测试平台，所述下台架的顶部通过Y轴与所述中间台架铰接，所述中间台架与所述测试平台之间设有与所述Y轴相互垂直的X轴，所述X轴与所述测试平台固定相连，所述X轴与所述中间台架转动配合，所述X轴与用于控制所述测试平台沿X轴旋转的X轴旋转机构相连；所述中间台架的下方设有用于控制所述中间台架沿Y轴旋转的Y轴旋转机构；所述X轴旋转机构和所述Y轴旋转机构均与所述控制***相连。

进一步地，所述下台架的底部设有底座，所述Y轴旋转机构设置于所述底座与所述中间台架之间。

进一步地，所述Y轴旋转机构包括升降推杆及用于驱动所述升降推杆伸缩的电动缸，所述电动缸的下端铰接在所述底座上，所述升降推杆的上端与所述中间台架的下方一侧铰接；所述电动缸与所述控制***相连。

进一步地，所述电动缸设有缓冲器。

进一步地，所述X轴旋转机构包括伺服电机和减速机，所述中间台架顶部间隔设有两个第一轴承座，所述X轴与两个所述第一轴承座转动配合，所述X轴的中部与所述测试平台固定相连，所述X轴的一端与所述减速机的输出轴固定相连，所述伺服电机与所述控制***相连。

进一步地，所述X轴的另一端设有断电制动器，所述断电制动器与所述控制***相连。

进一步地，所述Y轴的中部与所述中间台架固定，所述下台架的顶部设有两个第二轴承座，两个所述第二轴承座分别设置于所述中间台架的两侧，所述Y轴的两端分别与两个所述第二轴承座转动配合。

进一步地，所述X轴和所述Y轴的末端均设有用于显示转动角度的编码器，所述编码器均与所述控制***相连。

进一步地，所述中间台架的旋转行程两端分别设有与电动缸电连接的限位开关。

进一步地，所述下台架、中间台架及测试平台均采用Q345钢板。

本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型用于风机测试的二自由度角度控制平台通过控制***控制测试平台及中间台架的旋转角度，使X轴和Y轴两个自由度倾斜同步调整，角度调整精度误差控制在±0.1°，无需人工调整和校正。本实用新型改变了传统人工调整的模式，能有效的保护操作人员的人身安全。利用本实用新型模仿海上风力发电机舱的工况，测试风机重要零部件---叶轮，轴及轴承座的疲劳强度，根据实验状况，选择合适的轴承材料及结构形式，优化叶轮设计，缩短了研发周期，延长风机的使用寿命，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-下台架，2-中间台架，3-测试平台，4-Y轴，5-X轴，6-底座，7-升降推杆，8-电动缸，9-伺服电机，10-减速机，11-第一轴承座，12-断电制动器，13-第二轴承座，14-编码器。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台进行说明。所述用于风机测试的二自由度角度控制平台，包括控制***、下台架1、中间台架2和用于安装风机叶轮的测试平台3，所述下台架1的顶部通过Y轴4与所述中间台架2铰接，所述中间台架2与所述测试平台3之间设有与所述Y轴4相互垂直的X轴5，所述X轴5与所述测试平台3固定相连，所述X轴5与所述中间台架2转动配合，所述X轴5与用于控制所述测试平台3沿X轴5旋转的X轴旋转机构相连；所述中间台架2的下方设有用于控制所述中间台架2沿Y轴4旋转的Y轴旋转机构；所述X轴旋转机构和所述Y轴旋转机构均与所述控制***相连。通过X轴旋转机构驱动X轴旋转，从而带动测试平台绕X轴摆动，通过Y轴旋转机构驱动Y轴旋转，从而带动中间台架绕Y轴旋转，利用控制***提高X轴及Y轴的旋转同步性，提高角度控制精度。

本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台，与现有技术相比，具有结构简单紧凑、操作方便、自动化程度高的优点，通过控制***使X轴和Y轴两个自由度倾斜同步调整，控制测试平台及中间台架的旋转角度精度误差能够控制在±0.1°，无需人工调整和校正。本实用新型改变了传统人工调整的模式，能有效的保护操作人员的人身安全。利用本实用新型模仿海上风力发电机舱的工况，测试风机重要零部件---叶轮，轴及轴承座的疲劳强度，根据实验状况，选择合适的轴承材料及结构形式，优化叶轮设计，极大地缩短了研发周期，延长风机的使用寿命，降低成本。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述下台架1的底部设有底座6，所述Y轴旋转机构设置于所述底座6与所述中间台架2之间。其中，下台架为框架式结构，两个立板之间通过连接肋板连接固定，立板的底部焊接固定在底座上、立板顶部与Y轴转动配合。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述Y轴旋转机构包括升降推杆7及用于驱动所述升降推杆7伸缩的电动缸8，所述电动缸8的下端铰接在所述底座6上，所述升降推杆的上端与所述中间台架的下方一侧铰接；所述电动缸与所述控制***相连。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述电动缸8设有缓冲器，防止中间台架在非正常运动后对电动缸产生冲击，可完全避免因冲击而造成的危险，起到保护作用。另外，升降机推杆可采用梯形丝杠，在电机制动失效的情况可以起到二次保护作用。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述中间台架2的旋转行程两端分别设有与电动缸8电连接的限位开关。在中间台架运行过程中，如因异常触碰到上限位开关，则驱动器不再接收上位控制，独立给电动缸一个负速度，驱动电动缸往初始位置动作，回复至初始位置；如因异常触碰到下限位开关，则马上给电动缸制动，然后控制***控制X轴及Y轴回复至初始位置。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述X轴旋转机构包括伺服电机9和减速机10，所述中间台架2顶部间隔设有两个第一轴承座11，所述X轴5与两个所述第一轴承座11转动配合，所述X轴5的中部与所述测试平台3固定相连，所述X轴5的一端与所述减速机10的输出轴固定相连，所述伺服电机9与所述控制***相连。其中，伺服电机选用科尔摩根伺服电机，减速机选用行星齿轮减速机。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述X轴5的另一端设有断电制动器12，所述断电制动器12与所述控制***相连。借助断电制动器能够实现在伺服电机断电情况下快速停车的目的，实现X轴的安全制动。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述Y轴4的中部与所述中间台架2固定，所述下台架1的顶部设有两个第二轴承座13，两个所述第二轴承座13分别设置于所述中间台架2的两侧，所述Y轴4的两端分别与两个所述第二轴承座13转动配合。

其中，第一轴承座及第二轴承座内装SKF调心滚子轴承。第一轴承座及第二轴承座的一侧分别设有用于锁紧X轴及Y轴的锁紧螺杆。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述X轴5和所述Y轴4的末端均设有用于显示转动角度的编码器14，所述编码器14均与所述控制***相连。利用编码器能够直观地在控制***的控制面板上观测出X轴及Y轴的旋转角度。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的用于风机测试的二自由度角度控制平台的一种具体实施方式，所述下台架1、中间台架2及测试平台3均采用Q345钢板焊接制作而成。焊接后进行热处理，消除焊接应力后进行机械加工，提高稳定性。其中，下台架是水平面设有若干个T形槽，用于安装风机叶轮。

本实用新型的控制***具有断电保护作用，在***断电后，***自带24V后备电源可以继续为控制***供电，***软件得到断电信息后根据当前测试平台姿态自动控制制动等状态，控制平台平稳落回到初始位置，然后制动并切断***电源。控制***的软件能够实时检测***状态，检测无故障后，由软件控制接通伺服电机动力给电，伺服电机准备开始工作。空气开关可作为控制***的紧急断电开关，空气开关可作为伺服电机的紧急断电开关，***调试时使用，平时处于常闭状态。

控制***部分的功能包括：安全联锁、线性控制、远程控制和驱动器高实时性控制几个部分。

控制***对电机制动部分采用继电器互锁方式控制，保证在紧急情况下，如其中某个继电器故障，也可使电机安全制动。

控制***对动力部分全部采用接触器控制，实现软件实时控制，全部软控制，避免用户操作复杂，还提高了***的安全性。

控制***采用CanOpen总线与两套伺服电机通讯，两个角位移传感器，全闭环，实时获得X轴及Y轴的旋转角度的状态，可同时进行更大数据量的通讯，并能得到更好的实时效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：包括控制***、下台架、中间台架和用于安装风机叶轮的测试平台，所述下台架的顶部通过Y轴与所述中间台架铰接，所述中间台架与所述测试平台之间设有与所述Y轴相互垂直的X轴，所述X轴与所述测试平台固定相连，所述X轴与所述中间台架转动配合，所述X轴与用于控制所述测试平台沿X轴旋转的X轴旋转机构相连；所述中间台架的下方设有用于控制所述中间台架沿Y轴旋转的Y轴旋转机构；所述X轴旋转机构和所述Y轴旋转机构均与所述控制***相连。

2.如权利要求1所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述下台架的底部设有底座，所述Y轴旋转机构设置于所述底座与所述中间台架之间。

3.如权利要求2所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述Y轴旋转机构包括升降推杆及用于驱动所述升降推杆伸缩的电动缸，所述电动缸的下端铰接在所述底座上，所述升降推杆的上端与所述中间台架的下方一侧铰接；所述电动缸与所述控制***相连。

4.如权利要求3所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述电动缸设有缓冲器。

5.如权利要求3所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述中间台架的旋转行程两端分别设有与电动缸电连接的限位开关。

6.如权利要求1所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述X轴旋转机构包括伺服电机和减速机，所述中间台架的顶部间隔设有两个第一轴承座，所述X轴与两个所述第一轴承座转动配合，所述X轴的中部与所述测试平台固定相连，所述X轴的一端与所述减速机的输出轴固定相连，所述伺服电机与所述控制***相连。

7.如权利要求6所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述X轴的另一端设有断电制动器，所述断电制动器与所述控制***相连。

8.如权利要求1所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述Y轴的中部与所述中间台架固定，所述下台架的顶部设有两个第二轴承座，两个所述第二轴承座分别设置于所述中间台架的两侧，所述Y轴的两端分别与两个所述第二轴承座转动配合。

9.如权利要求1-8任一项所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述X轴和所述Y轴的末端均设有用于显示转动角度的编码器，所述编码器均与所述控制***相连。

10.如权利要求9所述的用于风机测试的二自由度角度控制平台，其特征在于：所述下台架、中间台架及测试平台均采用Q345钢板。