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電動(dòng)式機(jī)械加載器專利技術(shù)發(fā)展

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)。