赵介军1，周洪1，过峰1，俞建峰2，王智2
(1.无锡海关机电产品及车辆检测中心，江苏无锡
214174;
2.江南大学，江苏无锡214122)
摘要：摩擦式扭矩限制器作为风力发电系统中的过载保护装置，在传动系统中起到传递扭矩和过载保护的
功能。在其研发生产过程中，需要对其进行一系列的试验，包括扭矩标定试验、疲劳试验和温升试验，以及对扭矩限制器摩擦片进行预摩的跑合试验。设计了一种摩擦式扭矩限制器热力耦合动态监测评价装置，该装置能够实现满足多种规格扭矩限制器的测试，并且能够对扭矩限制器对偶片测温，此外，其还能为扭矩限制器的疲劳试验和温升试验中所需的测试要求提供相应的解决方案，具有一定的工程实用价值。
关键词：扭矩限制器；摩擦式；热力耦合；动态监测中图分类号:TP 23文献标志码:A 文章编号:1672-5468(2020)06-0001-04
doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2020.06.001
Design of Dynamic Monitoring Device for Thermal Torque
Coupling of Friction Torque Limiter
ZHAO Jiejun 1,ZHOU Hong 1,GUO Feng 1,YU Jianfeng 2,WANG Zhi 2
(1.Mechanical &Electrical Products and Vehicle Testing Center of Wuxi Customs ,Wuxi 214174,China ;
2.Jiangnan University ,Wuxi 214122,China )
Abstract :As the overload protection device in the wind power generation system ,friction
torque limiter plays the function of transmitting torque and overload protection in the transmission system.In the R&D and production process ,a series of tests are required for the torque limiter ,including torque calibration test ,fatigue test ,temperature rise test and pre-running running-in test of torque limiter friction plate.A dynamic monitoring and evaluation device for thermal torque coupling of friction torque limiter is designed ,it can realize the test of torque limiter of various specifications and
can measure the temperature of the dual pieces of torque limiter .Besides ,it can provide the corresponding solutions for the test requirement in the fatigue test and temperature rise test of torque limiter ,so it has certain practical value in engineering.
Key words :torque limiter ;friction ;thermal torque coupling ;dynamic monitoring ★基金项目：南京海关科技计划项目(2019KJ31)资助。收稿日期:2020-06-17
修回日期:2020-07-07
作者简介：赵介军(1969-)，男，江苏宜兴人，无锡海关机电产品及车辆检测中心工程师，从事机电产品检测工作。
电子产品可靠性与环境试验
ELECTRONIC PRODUCT RE L IABIL I TY AND ENVI R ONMENTAL TESTING
自动化技术及设备
0引言
随着经济的飞速发展，能源短缺和环保问题日益突
出，可再生能源作为人类未来的重要替代能源，能够有效地改善环境问题，促进经济可持续发展。而风能作为一种分布广泛、蕴藏巨大的可再生绿能源，其利用受到了世界各国的大力支持和高度重视。当前全球范围内包括发达国家(如美国、德国等)和发展中国家(如巴西、印度等)都在积极谋求能源转型，抢占当前国际竞争中能源战略的制高点[1]。根据Global Data 最新发布的风力发电机市场报告显示，全球的风电发电机(以下简称“风电”)装机量正在快速增长,2015年全球的风电累计装机容量同比增长15.6%，其中中国风电装机量占比达39.7%，位居全球第一[2]。我国新增安装风电机组达到1.7万台，新增装机容量31GW ，同比增长32.6%，全国累计安装风电机组9.3万台，累计装机容量145GW ，同比增长26.8%。预计到2020年，全球的风电累计装机容量将达到703GW 。风力发电机通过叶片将风能转换成机械能，再通过发电机，将机械能 电子产品可靠性与环境试验2020年
图1俯视结构示意图
转化成电能。风电机组是由机舱、塔架、尾舵、转子叶片、低速轴、液压系统、偏航制动装置和风电
制动装置等组成。其中，扭矩限制器是保证风电安全运行的主要组成部分，其原理是：在风电设备运行前，通过调节主动转盘与从动转盘上的紧固螺钉来改变转盘间的初始压力(压力的大小决定了转盘之间摩擦力的大小)，改变主/从转盘间的打滑扭矩。当风电设备正常工作时，由于风力较小，转盘间的扭矩小于打滑扭矩，主动转盘与从动转盘一起转动；当风力较大，转盘间的扭矩超过打滑扭矩时，扭矩限制器在主动转盘与从动转盘之间打滑，保护发电机主轴不受破坏。我国已经成为全球风电机组装机容量最大的国家，扭矩限制器使用量大，并且大量出口。扭矩限制器作为电机主轴的过载保护装置，其性能直接关系到电机机组的安全运行[3]。因此对扭矩限制器的动态测试和失效分析等研究对于保证电机安全运行具有重要的意义。 1
力矩限制器检测要求分析
风力发电机位于比较偏僻的平原高山上，其中风电机组一般在高空运作，前期需投入很高的成本。由于风力发电机工作时环境恶劣(低温、大风沙和潮湿等)，一旦设备损坏需要消耗大量的人力、物力去维修风力发电机，也对风力发电机的正常使用造成了严重的干扰[4]。在设计制造时，通常风电机组需有20年以上的使用寿命，因此风电机组在安全性方面有相当高的要求。风电发电机过载时，由于扭矩过大造成主、从转子间打滑保护发电机主轴不被破坏，而打滑时主、从转子间摩擦副的寿命问题一直
困扰着国内外风机制造商。扭矩限制器的工作原理是：风力发电机在高空风力较小时，转盘间的扭矩小于打滑扭矩，主、从转盘一起转动，带动发电机主轴转动，将机械能转化成电能；当高空风力较大时，转盘间的扭矩超过打滑扭矩时，为了防止风机转轴太快，带动发电机主轴飞速旋转损坏主轴，扭矩限制器在摩擦副的作用下主、从转盘间会发生打滑，打滑后主、从转盘间的扭矩随着时间变长会趋向于恒定，恒定后电机主轴会保持在安全的转速下正常运转。扭矩限制器中制动是一个非常复杂的过程，涉及到热学、力学和疲劳等领域，风机发电机每天不间断地需要扭矩限制器来使转盘滑动，保证发电机主轴的正常运转，对应的主、从转盘会持续不断地被损耗，但由于现有转盘的材料问题所致，在风力发电机工作半年到一年的时间时，在转盘的使用寿命周期内，扭矩限制器上就会出现转盘磨损过快或转盘表面会有少量的脱落问题，从而影响风力发电机的正常运行。
saba-018目前扭矩限制器中需要通过检测装置来解决存在的以下主要问题。
a )疲劳失效
扭矩限制器在制动过程中，摩擦副会承受多次循环载荷的作用，产生较大的应力，在长期的作用下，扭矩限制器可能会被损坏，即疲劳破坏。对于转盘来说，反复制动压力构成制动盘工作载荷，转盘上的疲劳破环区域主要发生在温度较高处，这是由于温度较高部位，更易产生较大热应力造成的[5-6]。
b )热衰退
扭矩限制器长期制动过程导致制动效能下降的现象称为热衰退现象。主要是由于制动打滑时，会产生较高的温度使得转盘中某些物质发生生化反应，导致在摩擦副之间形成润滑膜，使得摩擦系数减少。在制动比压相同时，造成额定扭矩减小，降低发电机的工作效率。
c )热疲劳
风力发电机系统的运行动能转化成热能，产生不均匀的温度场，而不均匀的温度场引起应力场的变化，应力场不均匀变化进一步导致局部温度升高，这又导致应力场不均匀分布加剧。风电制动将导致摩擦副经受加热和冷却周期变化过程，产生循环热应力，长期反复制动易使扭矩限制器制动盘出现热疲劳。
d )制动磨损
磨损是扭矩限制器制动过程中常见的失效形式。一般来说从表面机理角度出发，磨损可以分为磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。扭矩限制器在不同温度、不同工况或摩擦副所用材料不一样时，可能存在不同的磨损阶段。
但是，目前使用的摩擦式扭矩限制器测试装置试验安装不便，测试效率较低，工人操作困难，并且难以满足多种规格扭矩限制器与测试装置联接所需工装夹具的安装要求，极大地限制了我们的测试范围。
同时当前的测试装置不具备对扭矩限制器对偶盘进行测温的功能，无法满足疲劳试验和温升试验中对扭矩限制器的温度测试要求[7]。
2
热力耦合动态监测评价装置设计构建
测试装置包括底座、导轨、伺服电机、两端分别与伺服电机轴头和大带轮连接的第一联轴器、与第一联轴器和同步带连接的小同步带轮、连接小同步带轮和大同步带轮的同步带、与第二联轴器和同步带连接的大同步带轮、两端分别与旋转扭矩传感器和小带轮连接的第二联轴器、安装在底座上的扭矩传感器、支撑和定位花键轴的轴承组件、用于安装滑移式接口盘的扭矩加载盘和固定扭矩限制器对偶盘的滑移式接口盘，以及用于扭矩限制器外套固定的固定盘。测试装置的俯视结构如图1所示,
测试装置的主视结构如图2所示。
第6期如图1-2所示，伺服电机输出端安装第一同步带轮,
第一同步带轮一侧设置第二同步带轮，第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带连接，第二同步带轮中连接花键轴一端，花键轴中部安装扭矩传感器和轴承座，花键轴另一端通过花键结构连接扭矩加载盘，扭矩加载盘侧面设置固定盘，固定盘通过固定盘螺钉连接被测扭矩限制器。被测扭矩限制器通过
滑移式接口块与扭矩加载盘连接。其中，扭矩加载盘结构如图3所示，接口盘结构如图4所示，过孔导电滑环结构如图5所示，被测扭矩限制器结构如图6所示。
如图1-6所示，花键轴端部连接过孔导电滑环的转子
端，过孔导电滑环的定子端与固定盘连接；转子端热电偶出线连接至扭矩限制器对偶盘，定子端热电偶出线连接至温度变送器。被测扭矩限制器包括被测扭矩限制器外套，被测扭矩限制器外套与固定盘固定连接，被测扭矩限制器外套中设置被测扭矩限制器对偶片，被测扭矩限制器对偶片通过滑移式接口块与扭矩加载盘连接。被测扭矩限制器对偶片径向安装数个滑移式接口块，扭矩加载盘径向端面开有数个导滑槽，滑移式接口块一端部位于导滑槽中。花键轴端部设置定位凸缘和卡簧槽，扭矩加载盘安装定位凸缘与卡簧槽之间。
装置工作的主要过程为：首先，通过吊装的方式使得加载盘与花键轴相互啮合；然后，再利用卡簧钳将外卡簧固定在花键轴外侧卡簧槽中，根据扭矩限制器的规格移动滑移式接口块，将被测扭矩限制器对偶盘与滑移式接口块通过螺栓进行固定，同时将安装在花键轴上的过孔导电滑环的滑环转子端热电偶出线与对偶盘的测温点连接，滑环定子端热电偶出线与温度变送器连接，此时便可实时读取对偶盘上的温度，被测扭矩限制器对偶盘连接完成后，还需要将扭矩限制器外套与固定盘通过螺钉进行连接，保证伺服电机对扭矩限制器施加扭矩超过一定限值时，对偶盘和摩擦片发生相对滑动。此时扭矩传感器可测得极限扭矩数据[8]。
3
结束语
本文提供的装置，能够满足多种规格扭矩限制器的测试，扭矩加载盘上安装有滑移式接口块，可根据扭矩限制器的尺寸大小调整滑移式接口块的位置，使得不需要因为
1———为伺服电机;2———伺服电机底座;3———第一联轴器;4———第一同步带轮;5———同步带;6———第二同步带轮;7———第二联轴器;8———扭矩传感器;9———扭矩传感器底座;10———轴承座;11———花键轴;12———扭矩加载盘;13———滑移式接口块;14———外卡簧;15———过孔导电滑环;16———止转销;17———被测扭矩限制器;18———固定盘;19———固定盘螺钉;
20———导轨;21———接口盘
螺栓
图2
主视结构示意图
石墨冷凝器
111——
—矩形花键;112——导滑槽;12———扭矩加载盘图3
扭矩加载盘结构示意图
图4
接口盘结构示意图
151———过孔导电滑环转子端;152———过孔导电滑环定子端;
11———花键轴;16——止转销
图5
过孔导电滑环结构示意图
171———被测扭矩限制器摩擦片;172———被测扭矩限制器对偶片;
173———被测扭矩限制器外套
图6被测扭矩限制器结构示意图
171172
173
赵介军等院摩擦式扭矩限制器热力耦合动态监测装置设计
电子产品可靠性与环境试验2020年
测试产品规格的不同而更换工装夹具，极大地减少了安装时间，解决了现有扭矩限制器测试装置适用范围小的问题。同时，可对扭矩限制器对偶片测温，花键轴上安装有过孔导电滑环，使得扭矩限制器对偶片旋转时热电偶依然能够对其测温，为扭矩限制器的疲劳试验和温升试验中所需的温度测试要求提供了解决方案。该装置可以提高对扭矩限制器质量的检验能力，对于提升我国扭矩限制器的质量水平、促进行业健康可持续发展有着积极的推动作用。
参考文献院
[1]朱明.凝聚共识、完善管理，助力风电产业健康发展[J].风能,2014(11):8.
[2]王立伟.西门子超金风科技跃居全球风电霸主[EB/OL]. (2016-06-19)[2020-06-30].www.yicai/
news/5029700.html.
墙布拼接[3]王菲.基于PLC平台的风电机组变桨控制系统设计[J].
卷宗,2015(11):3-5.
彩铅芯
[4]王立飞，张明明，魏铁建.WT2000液压制动系统存在的
问题及改进措施[J].液压气动与密封,2014(8):81-84.
会议水牌
[5]焦作瑞塞尔盘式制动器有限公司.风电偏航制动器摩擦
片性能试验装置:CN201220732319.X[P].2013-06-12.
[6]秦中正.某型风电联轴器用扭矩限制器的设计及试验[J].机械研究与应用,2019(5):83-85;92. [7]陈瑛.摩擦式扭矩限制器的结构设计与应用[J].煤矿机
械,2015(11):242-243.
[8]张昊祥.扭矩限制器扭矩标定试验台研发[D].湘潭:
湘潭大学,2017:7-16.
俄又添一利器美媒：“F-35杀手”S-500防空导弹系统2021年问世人脸识别主机
美国《国家利益》双月刊网站于2020年11月30日刊发一篇题为《S-500防空导弹系统——
—俄罗斯的F-35战机杀手2021年问世》的报道称，俄罗斯制造的S-400“凯旋”导弹系统被认为是目前已投入运营的最好的全能型战略地对空导弹系统之一。该平台的设计目的是在无线电干扰环境下防御空袭，防御目标包括、战术作战弹道导弹和中远程导弹，此外还可用于打击地面设施。
报道称,S-400导弹系统于2007年开始服役，但俄罗斯军方已开始研制最终会取代它的S-500“普罗米修斯”导弹系统。据报道，俄罗斯2021年将完成这款先进防空导弹系统的研制工作。
(俄罗斯空军)总司令安德烈·尤金日前接受国防部下属报纸《红星报》采访时说:“要强调指出的是,S-500移动式防空和反弹道导弹系统的研发工作预计将于2021年完成。”
2020年早些时候，俄罗斯副总理尤里·鲍里索夫在莫斯科郊外举办的“陆军-2020”国际防务展上说,S-500导弹系统已处于状态测试阶段，零部件采购工作也在进行中，该导弹系统由此将具备量产条件。
据报道,S-500导弹系统2019年进行了首轮测试，试射活动中，这款俄制新型防空导弹系统击中了481.2km外的一个目标，射程超过任何一款现役导弹系统。
据报道,S-500导弹系统可探测并同时攻击多达10枚以6.4km/s(4mi/s)多的速度飞行的弹道导弹弹头。此外，这款反导平台还可利用多款性能独特的雷达探测不同目标——
—该导弹系统可配备多款雷达，用于同时探测飞机、直升机、无人机和导弹等目标。
据预计,S-500导弹系统将使用1N6A(M)作战管理雷达、改进版96L6-TsP搜索雷达、新型76T6多模式交战雷达和77T6反导专用交战雷达。据普遍预计,S-500导弹系统的最大作战射程为600km，系统反应时间为3~4s，鉴于此，该系统将比S-400导弹系统快大约6s。其制造商金刚石-安泰公司甚至称,S-500导弹系统可对低轨道卫星和位于近空的某些类型的航天器实施打击。有人甚至称,S-500导弹系统可能是对付F-35等隐形战机的“杀手锏”，而至于俄罗斯未来10年可生产多少套S-500导弹系统，有关情况尚未对外披露。
俄罗斯国防部长谢尔盖·绍伊古此前表示，最新型S-500地对空导弹系统将于2020年开始交付部队，预计2025年可实现连续交付。自2017年以来，俄罗斯一直在位于特维尔的航天部队学院培训专业人员学习操作这款新系统。
报道注意到，俄罗斯似乎并没有遵循上述时间表，俄军方目前仍在向部队部署S-400导弹系统。俄罗斯国防部2020年9月宣布，俄东部军区下属两个防空团将装备“凯旋”平台。(摘自新华网)
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