电动式机械加载器专利技术发展

机械闭式试验台是机械式功率流封闭式试验台的简称，也有称其为动力循环式试验台。

机械闭式试验台的特点是被试验的齿轮箱等机械产品所传递的功率流在试验台内部进行循环，而用来克服摩擦阻力的所消耗的动力其值只是封闭功率流值的15％～30％左右，其与开式试验台相比节约了大量能源。机械闭式试验台在工矿企业、研究所和工科院校的实验室内使用十分广泛，而加载器是该试验台上施加扭矩载荷的重要部件。加载器的水平高低标志着该类试验台的水平高低。

北齿早在70年代就使用了机械闭式试验台，并且自行研制了叶片式液压加载器。液压加载器的最大缺点是扭转角度受限，在机械闭式驱动桥齿轮试验台上使用时，由于系统内有4根半轴，系统的刚性比较差，当时的解决方案就是增加一个扭角调节器。在每次试验开始前，先将扭角调节器调整出一个初始角度，然后再用液压加载器进行加载试验。该试验台的结构原理，见图－1所示，

图－1. 改造前的闭式试验台结构原理图        图－2.改造后的机械闭式驱动桥齿轮试验台

2004年成功研制了电动式机械加载器，将机械闭式驱动桥齿轮试验台进行改造，取消了扭角调节器，改造后的机械闭式驱动桥齿轮试验台如图－2所示。这种电动式机械加载器与改造前使用的叶片式液压加载器相比，有明显的优点。其主要特点是：1.承载扭矩大，可增至上万牛；2.运转转速高，可高达6500转/每分钟；3.无加载行程角的限制；4.可双向、无级、平稳地运行和控制；5.驱动功率极小且保持载荷时无需供电，能耗极低；6.省去了庞大且可靠性差的液力驱动泵站，节省了资金和占地空间；7.不存在松载和泄漏问题，运行可靠且有利于环保；8.与同类产品相比体积小、质量轻，更容易实现高速旋转等。

电动式机械加载器的一般工作型式为水平支架式，两端由法兰盘输出扭矩，其内部结构主要由三部分组成：电动机、制动器和减速器。其结构原理见图－3所示，其中减速器以其独特的结构原理产生极大的减速比，使加载扭矩增大近一万倍；采用微电机，驱动功率较小，便于由计算机自动控制或变频器数字化控制，实现定载荷加载或按载荷谱自动加载；制动器可以使加载器保持极高的载荷精度，永不松载。电动式机械加载器属一项技术创新工程，其具有独特的经过优化设计的内部结构，已经获取一项“实用新型专利”，其专利号为：ZL201320764521.5。

                                      图－3.  电动式机械加载器结构原理图

电动式机械加载器技术经过十年的产品研制，目前具备的设计、工艺和制造能力已经成功研制出系列产品，其与国内同类产品相比，技术更先进，结构更合理，性能更优良，运行更可靠。产品的技术规格：输出扭矩从600至10000 牛米；运转转速从6500至1500 转/每分钟。

但是该技术加载器扭矩的承载能力只能达到10000牛米左右，扭矩再大，尚有一定难度。然而面对我国国民经济现代工业和现代国防的发展，我国齿轮行业在十二五发展规划大纲中就提出高铁、风电、核电、船舶等行业越来越需要重载高速的齿轮装置；这些齿轮装置的试验也越来越需要重载高速的试验台。在机械闭式试验台上当然越来越需要重载高速的加载器。目前国内2~10万牛米，3000~5000r/min的重载高速加载器还主要依赖从国外进口。电动式机械加载器的技术当然也需要科技创新、快步发展，来填补这一国内空白！

电动式机械加载器本体实际上是一个能高速运转的旋转体，要求旋转半径尽量小，轴向尺寸尽量短，重量尽量轻；结构尽量简化、优化且轴对称，易实现动平衡，以便在同等扭矩下转速更高。

为了开发更大扭矩的机械加载器，在加载器的减速器结构上引入行星排NGW结构要实现2～10万牛米扭矩并不难，但是要求旋转半径尽量小并不容易。2006年设计的10万牛加载器技术方案最大直径为800mm;而国外液压加载器直径仅为570mm 转速为1500r/min；到了2011年设计的10万牛加载器技术方案最大直径为629mm;而国外液压加载器经过改进后直径仅为520mm 转速为4000r/min；到了2014年设计的10万牛加载器技术方案直径减少为514mm转速也能达到4000r/min,终于在旋转半径参数上略优于国外水平。这就是在现有谐波结构上，引入行星排NGW结构，应用优质钢材和优化设计技术，使得加载器的核心部件——XB+NGW结构减速器与普通NGW结构减速器相比，在加载能力不减小的前提下，其旋转半径减小了18％，体积减小了33 ％。这是积十年的研制经验，在加载器内部结构设计上狠下功夫，经过潜心研究获得的一项技术创新工程，于是申请了一项“实用新型专利”，并且获得了批准，其专利号为：ZL201320764521.5

电动式机械加载器系列专利产品的推广使用，不仅可以在汽车、船用、装载、拖曳机械中的驱动桥、分动器、变速器、轮边制动器和传动链很长的汽车整体底盘综合试验台上使用，而且可以在高铁、风电、核电、大型船舶等行业的高速重载领域的试验台上使用。

另外电动式机械加载器专利技术产品的优点，不仅仅是作为“加载器”这一部件去替代原有的各种加载器，而是能使原来已经广泛采用的“机械封闭式”试验方法；产生了质的变化；特别能使经过整套系统设计后的试验台，具有更广阔的功能和优良的性能，以及良好地与测试仪表和计算机界面的配套性，更具有系统性、组合性和模块化。

电动式机械加载器专利系列产品的每种基型可以派生出多种多样型号的产品。加载器的安装方式目前供货一般为水平支架式，其外观图见下图－4；其操作控制葙见下图－5。但是根据顾客要求其装配联接方式可以设计成为悬挂式或者凸缘式；转矩输出方式有一端或者两端，可根据加载器在封闭功率流中位置和具体使用场合，供各种各样布置方式的试验台架配套选择。本加载器产品供货时一般为手动控制加、减载荷；但是，根据顾客的要求，可以增加计算机自动控制加、减载荷或扭转角度显示等功能，以供顾客选择订购。