摘要：风电轴承包括风电机组的偏航轴承、变桨轴承、主轴承，属于风电机组的关键部件。风电轴承的出厂游隙、摩擦力矩、空载温升是影响其运行性能的重要指标。精确测量轴承的游隙、摩擦力矩、空载温升，可定量的分析轴承的设计制造的一致性，保证后续装机使用的可靠性;因此，设计一套专用的风电轴承功能测试系统，可实现风电轴承的出厂游隙、摩擦力矩、空载温升的测试，验证风电轴承的设计与制造的可靠性。
关键词：风电轴承;摩擦力矩;游隙;试验机
1引言
随着风电市场快速发展，大兆瓦风电机组时代已经到来，目前陆上机组已全面进入3MW及以上的时代，海上机组已进入到6～8MW的时代[1]。风电轴承属于风电机组的关键部件，特别是主轴承更是风电机组的核心关键部件。风电轴承装机前的摩擦力矩、游隙、空载稳定温度是其性能体现的重要指标。国外知名轴承公司SCHAEFFLER、NTN等于在2011年左右就已制造风电轴承试验机，德国SCHAEFFLER于2011年制造了大型风电轴承加载试验机[3];日本NTN轴承公司2012年研制了名为WindLab的主轴承试验台[4]。
风电论文范例： 海上风电安装船的发展趋势探讨
国内轴承厂在近些年也在重点搭建风电试验台，其中DYZ在2013年联合大连理工大学设计研制了大型风电轴承加载试验机[5];瓦轴集团于2015年设计了一种3.6m风电变桨偏航轴承试验机[6];目前风电轴承试验机主要集中轴承厂，其主要是用于加载测试，测试轴承的载荷适用性，但集风电轴承风电轴摩擦力矩、游隙、空载温升一体的测试系统的试验机比较少，为此，开发了风电轴承功能测试台XDSMB-01，实现3～8MW大兆瓦风电机组偏航轴承、变桨轴承的摩擦力矩、游隙、以及空转温升测试。
2设计指标
2.1功能要求
1).在线采集轴承启动摩擦力矩及空转摩擦力矩。2).轴向游隙及径向游隙的测量。3).轴承空转温升试验测试。
2.2设计指标
3测试系统原理
测试系统：包含机械系统、液压系统、电控系统，通过控制系统控制机械系统执行转动功能，带动轴承运转，游隙的测量通过液压系统实现测量，再通过传感器：扭矩传感器、位移传感器、温度传感器等进行数据采集，并通过计算机进行存储及处理形成图文报告。
3.1游隙测量
a.径向游隙测量原理[12-15]通过液压系统，取180度对称两处，夹紧1、夹紧3交替加载夹紧一次后，由位移传感器测量的ΔS，重复以上为夹紧2、夹紧4，由位移传感器测量该处对应的ΔS1，依次选取4处，测得四组位移数据，对四组数据进行求平均值即为径向游隙。
外环固定，通过对内环沿轴向加载，在轴承圆周方向均布4个位移传感器进行测量，测量内环相对于外环的4个位置的相对位移差值(ΔS)，对4个位移差值进行取平均值即为该轴承的轴向游2摩擦力矩测试将测试轴承放置在是试验台上，轴承的外圈或者内圈固定，试验台的旋转臂安装在轴承的动圈上，驱动旋转臂，带动轴承旋转，由旋转臂上的力传感器，对启动、旋转过程的力矩进行测试，再由计算机系统进行记录并存储。
3.3温升测试
将测试轴承放置在是试验台上，轴承的外圈或者内圈固定，试验台的旋转臂安装在轴承的动圈上，利用伺服驱动系统，驱动轴承空转，利用温度传感器对轴承内外圈的温度进行在线测试并记录，运转至轴承温度稳定。
4XDSMB01测试系统设计
4.1机械结构设计
XDSMB-01风电轴承功能测试台主要由装配台、驱动系统、电控系统、游隙测量系统、力矩测量系统组成。XDSMB-01风电轴承功能测试台由机座组件包含了驱动系统及机架，机架由轴承支撑平台滑轨及支座腿通过螺栓连接，整个机座组组件通过地脚螺栓与地面连接，以保证整个试验台在运转过程中的刚度及结构稳定性。
1)风电轴承测试台摩擦力矩及空转测试的实现驱动系统由伺服电机、减速器、控制单元、DTRB+DTRB的刚性轴系组成，伺服电机提供可变速度的一个动力单元，匹配减速机及轴系，实现测试台的旋转功能，并实现转速0～20r/min、力矩50000Nm的一个负载能力。转臂与拨杆之间设计有力传感器，可在线监测测试过程中的力矩值，并通过滑环通道连接到计算机系统，在计算机界面显示并存储。
2)风电轴承测试台游隙的测量实现径向游隙的测量，通过两组径向推力加载装置(编号8)，加载装置由液压缸作为动力源，施加径向力夹紧轴承内外圈，再通过位移传感器采集内外圈的径向位移变化，最后得到径向游隙值，并显示及存储在计算机系统。轴向游隙的测量，通过四组轴向举升加载装置(编号5)，轴向举升加载装置由液压缸作为动力源，施加压力举升轴承内圈，再通过位移传感器采集内外圈的位移变化，最后得到轴向游隙值，并显示及存储在计算机系统。
3)风电轴承测试台温升测试的实现轴承温升的测量，通过四组PT100温度传感器(磁性)，温度传感器分别安装轴承测试轴承的内圈及外圈的外圆上，信号接入到计算机进行记录存储，动圈上的温度信号通过滑环(编号9)接入到计算机进行记录存储。
5总结
风电轴承为风电机组的关键部件，其可靠性至关重要，风电轴承的游隙、摩擦力矩、空转温升均为其运行性能的重要指标，检测风电轴承的游隙、摩擦力矩、空转温升，可确认风电轴承的设计制造质量、装配质量，提高风电轴承在风机上运行的可靠性，应用机电液一体的设计，提高了测试的精度并大幅提高了测试的效率，XDSMB-01风电轴承功能测试台具备友好的人机界面，扩展性强，可作为风电轴承样件开发的试验平台及入厂检测平台，对提高产品的装机可靠性有积极益处。
参考文献：
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[6]邵阳.3.6m大型风机轴承试验台研发[J].哈尔滨轴承,2015,36(04):3-4+11.SHAOY.ResearchandDevelopmentofbearingtestrigfor3.6mlargewinddrivengenerator[J].JOURNALOFHARBINBERRING,2015,36(04):3-4+11.
[7]张俊峰,王连吉,张宏伟.直驱风机用三排圆柱滚子轴承试验机的设计分析[J].机械工程师,2019(10):65-67.
作者：何录忠1,2，章滔1,2，阳雪兵1,2，徐璐1,2，李敏3
