本实用新型涉及一种加载装置及变桨轴承的测试装置。
背景技术：
风力发电机的变桨轴承主要用在风力发电机的三个叶片的根部，起到调节桨叶迎风姿态的作用。具体是将变桨轴承安装在叶片和轮毂之间，与变桨驱动单元组成风力发电机组的变桨系统。其中，变桨轴承为最关键的部件，要求承载能力强、可靠性高。因此，一般轴承在出厂前，需要对轴承进行模拟试验，而一般厂家仅仅对变桨轴承进行简单的空载试验，然后按照经验公式向风电机组设计方提供摩擦系数，以确定变桨驱动单元参数。
但是，空载试验与变桨轴承实际运行的工况不符，因变桨轴承一般受到三个方面的载荷，即轴向力、径向力以及轴承平面内的弯矩，这些载荷对变桨轴承的游隙乃至轴承的摩擦系数影响很大，若按照空载时的游隙作为轴承的装配调整依据不合理，不能准确模拟真实的工况，难以保证变桨轴承测试结果的准确性。现有的变桨轴承试验台要么通过刚性方式加载，要么使用配重加载，均与变桨轴承的真实运行工况存在较大偏差。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中变桨轴承的仿真测试工况与实际运行工况偏差较大的问题，提供一种加载装置及变桨轴承的测试装置。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种加载装置，所述加载装置包括加载臂、第一加载单元和第二加载单元，所述第一加载单元和所述第二加载单元分别设于所述加载臂的两端；
所述第一加载单元包括轴承组件和驱动机构，所述轴承组件具有转动部和固定部，所述加载臂的端部与所述轴承组件的固定部连接，所述驱动机构用于驱动所述轴承组件在垂直的径向方向和/或水平的径向方向移动；
所述第二加载单元包括角度执行机构，所述角度执行机构用于对所述加载臂施加沿所述加载臂的径向的力。
在本方案中，加载装置通过第一加载单元和第二加载单元的配合为被加载的风机叶片提供多种方向的载荷，可真实模拟风机叶片的运行工况，提高变桨轴承测试实验的准确性。
较佳地，所述轴承组件包括轴承和刚性壳体，所述轴承固定在所述刚性壳体内；
所述轴承组件的固定部包括所述轴承的外圈体和所述刚性壳体，所述加载臂的端部固定在所述轴承的外圈体或所述刚性壳体上。
在本方案中，将轴承安装在刚性壳体内，方便外部部件的安装固定，避免损坏轴承。
较佳地，所述驱动机构包括垂直执行机构和水平执行机构，所述垂直执行机构与所述刚性壳体连接并用于驱动所述刚性壳体沿所述轴承的垂直的径向方向移动，所述水平执行机构与所述刚性壳体连接并用于驱动所述刚性壳体沿所述轴承的水平的径向方向移动。
在本方案中，通过垂直执行机构和水平执行机构分别控制轴承组件在垂直径向方向上下移动和水平径向方向水平移动或组合方向上的移动，提供平面内的径向载荷，进而为轴承组件上连接的风机叶片提供摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷，以及任何组合方向的载荷，载荷调整灵活方便。
较佳地，所述垂直执行机构有两个，两个所述垂直执行机构分别位于所述刚性壳体的两侧。
较佳地，所述水平执行机构有一个，所述水平执行机构设于两个所述垂直执行机构之间。
较佳地，所述驱动机构还包括第一控制器，所述第一控制器分别与所述垂直执行机构和所述水平执行机构连接，所述第一控制器用于控制所述垂直执行机构在垂直方向伸缩以及控制所述水平执行机构在水平方向伸缩。
在本方案中，通过控制器对垂直执行机构和水平执行机构的动作进行控制，操作方便，便于根据测试需求更改参数，提高测试效率和准确性。
较佳地，所述垂直执行机构和所述水平执行机构均为液压伸缩机构。
在本方案中，垂直执行机构和水平执行机构使用液压伸缩机构具有工作稳定，操纵控制简便，自动化程度高，容易实现过载保护等优点。
较佳地，所述驱动机构还包括第一安装座，所述垂直执行机构和所述水平执行机构的一端分别与所述第一安装座铰接，所述垂直执行机构和所述水平执行机构的另一端分别与所述刚性壳体铰接。
在本方案中，垂直执行机构和水平执行机构的两端均通过铰接连接，便于垂直执行机构和水平执行机构在分别工作或同时工作时不受干涉，实现轴承组件在垂直方向或水平方向的移动。
较佳地，所述角度执行机构包括关节球轴承、第一伸缩件、第二伸缩件和第二安装座，所述第一伸缩件的固定端和所述第二伸缩件的固定端分别铰接在所述第二安装座上，所述第一伸缩件的伸缩端和所述第二伸缩件的伸缩端铰接并通过所述关节球轴承与所述加载臂连接。
在本方案中，通过第一伸缩件和第二伸缩件的伸缩长度，改变两者的伸缩端的关节球轴承对加载臂的端部施加作用力的方向，进而通过加载臂为轴承组件上连接的风机叶片施加平面内的径向载荷，与第一加载单元共同为轴承组件上连接的风机叶片提供更加真实的摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷，以及任何组合方向的加载，载荷调整灵活方便。
较佳地，所述第二安装座具有第一安装面和第二安装面，所述第一安装面和所述第二安装面垂直且相对设置，所述第一伸缩件和所述第二伸缩件分别安装在所述第一安装面和所述第二安装面上。
在本方案中，采用上述结构，第一安装面和第二安装面垂直且相对设置可以为第一伸缩件和第二伸缩件提供合适的安装位置使第一伸缩件和第二伸缩件可以根据伸缩长度的不同改变关节球轴承的施力方向。
较佳地，所述角度执行机构还包括第二控制器，所述第二控制器用于控制所述第一伸缩件和所述第二伸缩件的伸缩。
一种变桨轴承的测试装置，所述测试装置包含如上所述的加载装置。
较佳地，所述测试装置还包括轮毂、被测变桨轴承和转接筒，所述被测变桨轴承安装在所述轮毂上，所述转接筒的一端与所述被测变桨轴承的转动部固定连接，所述转接筒的另一端与所述轴承组件的转动部连接。
在本方案中，通过加载装置对转接筒模拟的风机叶片施加载荷，进而对转接筒另一端连接的变桨轴承提供摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷以及任何组合方向的加载载荷，更加真实地模拟了风机叶片的运行工况，可以得到更加真实的变桨轴承的测试结果。
较佳地，所述测试装置还包括变桨驱动单元，所述变桨驱动单元用于驱动所述被测变桨轴承转动。
在本方案中，通过变桨驱动单元驱动变桨轴承转动，进而真实模拟变桨轴承的运行工况。
较佳地，所述测试装置还包括两个辅助加载装置，两个所述辅助加载装置分别用于对所述轮毂的另外两个非被测变桨轴承的安装面施加风机叶片挥舞方向的弯矩。
在本方案中，通过增加轮毂承受的被测试变桨轴承的相邻的两个风机叶片在挥舞时产生的弯矩，模拟风机叶片转动时轮毂真实受力情况对被测试变桨轴承产生的影响，以此模拟变桨轴承的真实工作状况。
较佳地，所述辅助加载装置包括辅助加载臂和辅助加载液压缸，所述辅助加载臂的一端与所述轮毂连接，所述辅助加载臂远离所述轮毂的一端与所述辅助加载液压缸的伸缩端连接。
在本方案中，通过辅助加载装置对另外两个非被测变桨轴承的安装面施加垂直径向载荷，模拟对应位置的风机叶片工作时对轮毂产生的挥舞方向的弯矩。
较佳地，所述轮毂的另外两个非被测变桨轴承的安装面上还分别安装有所述被测变桨轴承，所述被测变桨轴承通过所述转接筒连接有所述加载装置。
在本方案中，在轮毂的三个风机叶片安装面都安装被测变桨轴承以及加载装置，可以真实模拟风机叶片工作时轮毂真实的受力状态对变桨轴承的影响，进而可以通过测试得到真实的变桨轴承工作状况的测试结果。
较佳地，所述测试装置还包括测试台，所述轮毂、所述第一加载单元和所述第二加载单元均安装在所述测试台上。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
本实用新型的积极进步效果在于：
本实用新型的加载装置通过第一加载单元和第二加载单元的配合为被加载的风机叶片提供多种方向的载荷，可真实模拟风机叶片的运行工况，提高变桨轴承测试实验的准确性。变桨轴承的测试装置通过加载装置对转接筒模拟的风机叶片施加载荷，进而对转接筒另一端连接的变桨轴承提供摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷以及任何组合方向的加载，更加真实地模拟了风机叶片的运行工况，可以得到更加真实的变桨轴承的测试结果。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例中加载装置的结构示意图。
图2为本实用新型较佳实施例中第一加载单元的结构示意图。
图3为本实用新型较佳实施例中第二加载单元的结构示意图。
图4为本实用新型较佳实施例中变桨轴承的测试装置的结构示意图。
图5为本实用新型较佳实施例中变桨轴承的测试装置的另一视角的结构示意图。
附图标记说明：
测试台1
固定座2
轮毂安装工装3
轮毂4
变桨驱动单元5
被测变桨轴承6
转接筒7
第一加载单元8
刚性壳体81
轴承82
垂直执行机构83
水平执行机构84
第一安装座85
加载臂9
第二加载单元10
关节球轴承101
第一伸缩件102
第二伸缩件103
第二安装座104
第一安装面1041
第二安装面1042
辅助加载臂11
辅助加载液压缸12
辅助基础13
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在以下的实施例范围之中。
如图1-3所示，为本实施例的一种加载装置。如图1所示，该加载装置包括加载臂9、第一加载单元8和第二加载单元10，第一加载单元8和第二加载单元10分别设于加载臂9的两端。如图2所示，第一加载单元8包括轴承组件和驱动机构，轴承组件具有转动部和固定部，加载臂9的端部与轴承组件的固定部连接，驱动机构用于驱动轴承组件在垂直的径向方向和/或水平的径向方向移动。如图3所示，第二加载单元10包括角度执行机构，角度执行机构用于对加载臂9施加沿加载臂9的径向的力。
该加载装置通过第一加载单元8和第二加载单元10的配合为被加载的风机叶片提供多种方向的载荷，可真实模拟风机叶片的运行工况，提高变桨轴承测试实验的准确性。
如图2所示，轴承组件包括轴承82和刚性壳体81，轴承82固定在刚性壳体81内。将轴承82安装在刚性壳体81内，方便外部部件的安装固定，避免损坏轴承82。轴承组件的固定部包括轴承82的外圈体和刚性壳体81，加载臂9的端部固定在轴承82的外圈体上。轴承82的外圈体上具有法兰外圈用于安装加载臂9。由于该轴承82需要承受较大的弯矩，在选择时选择抗弯矩的轴承。当然，在其它实施例中，加载臂9的端部也可以固定在刚性壳体81上。
如图2所示，驱动机构包括垂直执行机构83和水平执行机构84，垂直执行机构83与刚性壳体81连接并用于驱动刚性壳体81沿轴承82的垂直的径向方向移动，水平执行机构84与刚性壳体81连接并用于驱动刚性壳体81沿轴承82的水平的径向方向移动。通过垂直执行机构83和水平执行机构84分别控制轴承组件在垂直径向方向上下移动和水平径向方向水平移动或组合方向上的移动，提供平面内的径向载荷，进而为轴承组件上连接的风机叶片提供摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷，以及任何组合方向的载荷。
如图2所示，本实施例中，垂直执行机构83有两个，两个垂直执行机构83分别位于刚性壳体81的两侧。水平执行机构84有一个，水平执行机构84设于两个垂直执行机构83之间。
本实施例中的垂直执行机构83和水平执行机构84均为液压伸缩机构。液压伸缩机构具有工作稳定，操纵控制简便，自动化程度高，容易实现过载保护等优点。
在其它实施例中，垂直执行机构83和水平执行机构84也可为电动伸缩或气动伸缩的形式。或者其它可使轴承组件进行上下移动、水平移动或其它方向的移动的机械装置。
本实施例的驱动机构还包括第一控制器(图中未示出)，第一控制器分别与垂直执行机构83和水平执行机构84连接，第一控制器用于控制垂直执行机构83在垂直方向伸缩以及控制水平执行机构84在水平方向伸缩。通过控制器对垂直执行机构83和水平执行机构84的动作进行控制，操作方便，便于根据测试需求更改参数，提高测试效率和准确性。
如图2所示，驱动机构还包括第一安装座85，第一安装座85固定在测试台1上，垂直执行机构83和水平执行机构84的一端分别与第一安装座85铰接，垂直执行机构83和水平执行机构84的另一端分别与刚性壳体81铰接。垂直执行机构83和水平执行机构84的两端均通过铰接连接，便于垂直执行机构83和水平执行机构84在分别工作或同时工作时不受干涉，实现轴承组件在垂直方向或水平方向的移动。
如图3所示，角度执行机构包括关节球轴承101、第一伸缩件102、第二伸缩件103和第二安装座104，第一伸缩件102的固定端和第二伸缩件103的固定端分别铰接在第二安装座104上，第一伸缩件102的伸缩端和第二伸缩件103的伸缩端铰接并通过关节球轴承101与加载臂9连接。
通过第一伸缩件102和第二伸缩件103的伸缩长度，改变两者的伸缩端的关节球轴承101对加载臂9的端部施加作用力的方向，进而通过加载臂9为轴承组件上连接的风机叶片施加平面内的径向载荷，与第一加载单元8共同为轴承组件上连接的风机叶片提供更加真实的摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷，以及任何组合方向的加载，载荷调整灵活方便。
如图3所示，本实施例的第二安装座104具有第一安装面1041和第二安装面1042，第一安装面1041和第二安装面1042垂直且相对设置，第一伸缩件102和第二伸缩件103分别安装在第一安装面1041和第二安装面1042上。第一安装面1041和第二安装面1042垂直且相对设置可以为第一伸缩件102和第二伸缩件103提供合适的安装位置使第一伸缩件102和第二伸缩件103可以根据伸缩长度的不同改变关节球轴承101的施力方向。
在其它实施例中，第一安装面1041和第二安装面1042的角度也可大于或小于90度，但需根据实际情况合理设置。
本实施例的角度执行机构还包括第二控制器(图中未示出)，第二控制器用于控制第一伸缩件102和第二伸缩件103的伸缩。该第二控制器和第一控制器为同一控制器。在其它实施例中，第二控制器和第一控制器为不同控制器。
如图4-5所示，本实施例还公开了一种变桨轴承的测试装置，该测试装置包含上述的加载装置以及轮毂4、被测变桨轴承6和转接筒7，被测变桨轴承6安装在轮毂4上，转接筒7的一端与被测变桨轴承6的转动部固定连接，转接筒7的另一端与轴承组件的转动部连接。
具体地，本实施例的轮毂4由轮毂安装工装3进行支撑固定，轮毂安装工装3通过固定座2固定在测试台1上，用于分担承载传递而来的总载荷，测试台1可由钢铁、铸铁或混凝土材料组成，具有很高的承载能力。加载装置的第一加载单元8和第二加载单元10也安装在该测试台1上。轮毂4的其中一个轴承安装面安装被测变桨轴承6，转接筒7的一端与被测变桨轴承6的转动部固定连接，转接筒7的另一端与轴承组件的转动部固定连接。其中，转接筒7采用可模拟叶片的刚度制成，为锥形圆筒，用于模拟真实的风机叶片，转接筒7与被测变桨轴承6连接的根部的接口方式与真实的风机叶片相同。
通过加载装置对转接筒7模拟的风机叶片施加载荷，进而对转接筒7另一端连接的被测变桨轴承6提供摆振和挥舞方向可控的弯矩和剪切载荷以及任何组合方向的加载载荷，更加真实地模拟了风机叶片的运行工况，可以得到更加真实的被测变桨轴承6的测试结果。轮毂4内还设置有变桨驱动单元5，变桨驱动单元5用于驱动被测变桨轴承6转动，进而真实模拟被测变桨轴承6的运行工况。
如图4和图5所示，本实施例的测试装置还包括两个辅助加载装置，辅助加载装置安装在辅助基础13上，该辅助基础13与测试台1可以为一体结构也可为分体结构。两个辅助加载装置分别用于对轮毂4的另外两个非被测变桨轴承的安装面施加风机叶片挥舞方向的弯矩。通过两个辅助加载装置增加轮毂4承受的与被测变桨轴承6的相邻的两个风机叶片在挥舞时产生的弯矩，模拟风机叶片运行时轮毂4真实受力情况对被测变桨轴承6产生的影响，以此模拟被测变桨轴承6的真实工况。
本实施例中的辅助加载装置包括辅助加载臂9和辅助加载液压缸12，辅助加载臂9的一端根部与轮毂4的法兰连接，辅助加载臂9远离轮毂4的一端与辅助加载液压缸12的伸缩端连接，辅助加载液压缸12通过适配工装固定于辅助基础13上。通过辅助加载臂9和辅助加载液压缸12对另外两个非被测变桨轴承的安装面施加垂直径向载荷，模拟对应位置的风机叶片在工作时轮毂4所承受的风机叶片在挥舞方向的弯矩。
在其它实施例中，辅助加载装置也可为其它机械结构，只要能提供上述辅助加载装置的功能即可。
当然，在其它实施例中，轮毂4除被测变桨轴承6外的另两个变桨轴承安装位置也可先安装变桨轴承，再安装辅助加载装置或与被测变桨轴承6侧相同的加载装置，进一步实现两个或三个变桨轴承的测试。例如，轮毂4的另外两个非被测变桨轴承的安装面上还可分别安装有变桨轴承，被测变桨轴承6通过转接筒7连接有加载装置。在轮毂4的三个变桨轴承的安装面都安装被测变桨轴承6以及加载装置，轮毂4的三个面均被加载，更接近真实运行工况，可以真实模拟风机叶片工作时轮毂4真实的受力状态对被测变桨轴承6的影响，进而可以通过测试得到真实的变桨轴承工作状况的测试结果。
变桨轴承的测试装置通过调节各加载单元的输出载荷，真实模拟风电机组变桨轴承承受的弯矩和剪切载荷，也可模拟变桨轴承的等效疲劳载荷。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
1.一种加载装置，其特征在于，所述加载装置包括加载臂、第一加载单元和第二加载单元，所述第一加载单元和所述第二加载单元分别设于所述加载臂的两端；
所述第一加载单元包括轴承组件和驱动机构，所述轴承组件具有转动部和固定部，所述加载臂的端部与所述轴承组件的固定部连接，所述驱动机构用于驱动所述轴承组件在垂直的径向方向和/或水平的径向方向移动；
所述第二加载单元包括角度执行机构，所述角度执行机构用于对所述加载臂施加沿所述加载臂的径向的力。
2.如权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述轴承组件包括轴承和刚性壳体，所述轴承固定在所述刚性壳体内；
所述轴承组件的固定部包括所述轴承的外圈体和所述刚性壳体，所述加载臂的端部固定在所述轴承的外圈体或所述刚性壳体上。
3.如权利要求2所述的加载装置，其特征在于，所述驱动机构包括垂直执行机构和水平执行机构，所述垂直执行机构与所述刚性壳体连接并用于驱动所述刚性壳体沿所述轴承的垂直的径向方向移动，所述水平执行机构与所述刚性壳体连接并用于驱动所述刚性壳体沿所述轴承的水平的径向方向移动。
4.如权利要求3所述的加载装置，其特征在于，所述垂直执行机构有两个，两个所述垂直执行机构分别位于所述刚性壳体的两侧。
5.如权利要求4所述的加载装置，其特征在于，所述水平执行机构有一个，所述水平执行机构设于两个所述垂直执行机构之间。
6.如权利要求3所述的加载装置，其特征在于，所述驱动机构还包括第一控制器，所述第一控制器分别与所述垂直执行机构和所述水平执行机构连接，所述第一控制器用于控制所述垂直执行机构在垂直方向伸缩以及控制所述水平执行机构在水平方向伸缩。
7.如权利要求3所述的加载装置，其特征在于，所述垂直执行机构和所述水平执行机构均为液压伸缩机构。
8.如权利要求3所述的加载装置，其特征在于，所述驱动机构还包括第一安装座，所述垂直执行机构和所述水平执行机构的一端分别与所述第一安装座铰接，所述垂直执行机构和所述水平执行机构的另一端分别与所述刚性壳体铰接。
9.如权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述角度执行机构包括关节球轴承、第一伸缩件、第二伸缩件和第二安装座，所述第一伸缩件的固定端和所述第二伸缩件的固定端分别铰接在所述第二安装座上，所述第一伸缩件的伸缩端和所述第二伸缩件的伸缩端铰接并通过所述关节球轴承与所述加载臂连接。
10.如权利要求9所述的加载装置，其特征在于，所述第二安装座具有第一安装面和第二安装面，所述第一安装面和所述第二安装面垂直且相对设置，所述第一伸缩件和所述第二伸缩件分别安装在所述第一安装面和所述第二安装面上。
11.如权利要求9所述的加载装置，其特征在于，所述角度执行机构还包括第二控制器，所述第二控制器用于控制所述第一伸缩件和所述第二伸缩件的伸缩。
12.一种变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述测试装置包含如权利要求1-11任意一项所述的加载装置。
13.如权利要求12所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括轮毂、被测变桨轴承和转接筒，所述被测变桨轴承安装在所述轮毂上，所述转接筒的一端与所述被测变桨轴承的转动部固定连接，所述转接筒的另一端与所述轴承组件的转动部连接。
14.如权利要求13所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括变桨驱动单元，所述变桨驱动单元用于驱动所述被测变桨轴承转动。
15.如权利要求13所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括两个辅助加载装置，两个所述辅助加载装置分别用于对所述轮毂的另外两个非被测变桨轴承的安装面施加风机叶片挥舞方向的弯矩。
16.如权利要求15所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述辅助加载装置包括辅助加载臂和辅助加载液压缸，所述辅助加载臂的一端与所述轮毂连接，所述辅助加载臂远离所述轮毂的一端与所述辅助加载液压缸的伸缩端连接。
17.如权利要求13所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述轮毂的另外两个非被测变桨轴承的安装面上还分别安装有所述被测变桨轴承，所述被测变桨轴承通过所述转接筒连接有所述加载装置。
18.如权利要求13所述的变桨轴承的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括测试台，所述轮毂、所述第一加载单元和所述第二加载单元均安装在所述测试台上。
技术总结