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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量裝置
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 能源問題是全球普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，新能源日漸受到人們更多的關(guān)注。風(fēng)能作為一種環(huán)保能源，在新能源領(lǐng)域的地位也越來越突出，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也隨之發(fā)展起來。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電機(jī)中機(jī)械剎車裝置已成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的瓶頸。在進(jìn)行機(jī)械剎車裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，最主要的參數(shù)是剎車元件的滑動摩擦系數(shù)。但在我國目前還沒有完善的資料供設(shè)計(jì)人員參考。為解決此問題，本課題依據(jù)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制作了“風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量裝置”。測量裝置通過直流調(diào)速電機(jī)和滑枕絲杠結(jié)構(gòu)，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)高速軸剎車時(shí)高速重載的復(fù)雜工況；利用光電傳感器采集主軸的轉(zhuǎn)速信號，利用壓力傳感器測量壓緊力和摩擦力信號，并通過數(shù)據(jù)采集卡將采集的信號傳送至電腦；開發(fā)了數(shù)據(jù)采集分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，得到材料摩擦系數(shù)f與壓緊力F、相對滑動速度V、時(shí)間t之間的關(guān)系。 測量裝置為基于虛擬儀器思想開發(fā)的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，能夠得到不同工況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件的摩擦系數(shù)。裝置運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)一致性好，具有廣闊的應(yīng)用和推廣前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 風(fēng)能發(fā)電是目前國際研究的熱點(diǎn)，更是我國可再生能源的重要發(fā)展領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)重要部件，研究其剎車元件的摩擦系數(shù)和摩擦性能對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)維護(hù)有重要的意義。 據(jù)查新報(bào)告顯示，在風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域，有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)的測量研究尚屬空白。國內(nèi)針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量的研究少之又少。一些文獻(xiàn)涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車系統(tǒng)或剎車裝置的研究，未提及對剎車元件摩擦系數(shù)的測量；還有一些專利文獻(xiàn)是關(guān)于摩擦系數(shù)測試裝置的研究，但沒有針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用剎車材料的摩擦系數(shù)的測量。目前，我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)不完善，工作人員一般參考國外資料來查取剎車元件的摩擦系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)估算風(fēng)力發(fā)電機(jī)中剎車元件的壽命。而國內(nèi)摩擦系數(shù)測量裝置大都只用于低速輕載的場合，并不適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車裝置的特殊工況，不能為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)。為解決此問題，本課題依據(jù)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制作了“風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量裝置”。 本套裝置主要分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集硬件和數(shù)據(jù)采集分析軟件三大部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由直流調(diào)速電機(jī)、傳動軸系、滑枕及軸系、摩擦盤體及觸頭、絲杠加載系統(tǒng)和底座六部分組成；數(shù)據(jù)采集硬件由數(shù)據(jù)采集卡、光電傳感器和壓力傳感器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集分析軟件基于虛擬儀器技術(shù)采用LabVIEW軟件開發(fā)。本裝置通過直流調(diào)速電機(jī)和機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載、驅(qū)動，并由傳感器和數(shù)據(jù)采集卡對壓緊力、轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行采集和傳輸，數(shù)據(jù)采集分析軟件對信號進(jìn)行處理和分析，繪制出摩擦系數(shù)f與相對滑動速度V、壓緊力F和摩擦?xí)r間T之間的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析報(bào)告將為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)人員提供風(fēng)機(jī)剎車裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，估算剎車元件的使用壽命，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的及時(shí)維修與安全運(yùn)行。 教育部科技查新工作站(G03)的查新結(jié)果表明，該產(chǎn)品為國內(nèi)首創(chuàng)。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 基本思路：能源問題是全球普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電日益受到人們更多的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對電力穩(wěn)定和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)中機(jī)械剎車裝置已成為限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全與穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。在進(jìn)行機(jī)械剎車裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，最主要的參數(shù)是剎車元件的滑動摩擦系數(shù)。在我國還沒有完善的資料供設(shè)計(jì)人員參考。為解決此問題，本課題依據(jù)國外、國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制作了“風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)的測量裝置”。 測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件在實(shí)際剎車工況下的摩擦系數(shù)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械剎車裝置的設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.本課題旨在測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)并對其進(jìn)行研究。一方面充實(shí)我國相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)參數(shù)，另一方面為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。 2.本裝置能模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)中機(jī)械剎車元件高速重載的特殊工況，數(shù)據(jù)具有很好的針對性和實(shí)用性。 3.本裝置能繪制摩擦系數(shù)在各種工況下的變化曲線，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械剎車裝置的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 技術(shù)關(guān)鍵：1、模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械剎車時(shí)的工況； 2、準(zhǔn)確測量各個(gè)數(shù)據(jù)，并分析計(jì)算得到高精度的滑動摩擦系數(shù)。 技術(shù)指標(biāo)：1、壓緊力最大可達(dá)到6000N； 2、相對滑動速度最大可達(dá)到92.6m/s； 3、摩擦力矩最大可達(dá)到143.25Nm； 4、光電傳感器的測量范圍可以達(dá)到10000轉(zhuǎn)/分； 5、壓力傳感器的測量范圍可以得到750Kg。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域，有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)的測量研究尚屬空白。為完善這一領(lǐng)域，本作品針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用剎車材料的摩擦系數(shù)進(jìn)行一系列研究，如：測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件在復(fù)雜剎車工況下的摩擦系數(shù)，并繪制摩擦系數(shù)在不同工況下的變化曲線，得到剎車元件的摩擦性能曲線，為風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和維修提供可靠指導(dǎo)。 目前，一般通過手冊查取剎車元件的摩擦系數(shù)或按經(jīng)驗(yàn)估算風(fēng)力發(fā)電機(jī)中剎車元件的壽命。而本套裝置能測量出風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用剎車材料實(shí)際工況下的摩擦系數(shù)，其具有很好的實(shí)用性。國內(nèi)摩擦系數(shù)測量裝置大都只用于低速輕載的場合。而本裝置能模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)中機(jī)械剎車元件高速重載的工況，測得的數(shù)據(jù)具有很高的參考價(jià)值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、“挑戰(zhàn)杯”2009“動感地帶”河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。 2、在“風(fēng)力機(jī)摩擦塊的摩擦力測量”開放性、綜合性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用證明。 3、教育部科技查新工作站(G03)的查新報(bào)告結(jié)果表明，國內(nèi)針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量的研究文獻(xiàn)不多。一部分文獻(xiàn)涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車系統(tǒng)或剎車裝置的研究，未提及對剎車元件摩擦系數(shù)的測量；還有一些專利文獻(xiàn)是關(guān)于摩擦系數(shù)測試裝置的研究，但沒有針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用剎車材料的摩擦系數(shù)的測量。該產(chǎn)品為國內(nèi)首創(chuàng)。
作品所處階段
- 本裝置已經(jīng)完成產(chǎn)品試制階段，正進(jìn)行產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 與國內(nèi)外多家風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商尋求合作。
作品可展示的形式
- 實(shí)物，圖紙，現(xiàn)場演示，圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明:將風(fēng)力機(jī)摩擦材料安裝在裝置上；利用電機(jī)帶動摩擦材料，以模擬剎車元件間的相對滑動；轉(zhuǎn)動絲杠施加壓緊力；用數(shù)據(jù)采集分析軟件采集轉(zhuǎn)速、壓力和摩擦力信號，得到材料的摩擦性能分析報(bào)告。 技術(shù)特點(diǎn)：1.裝置應(yīng)用了機(jī)械設(shè)計(jì)、測試技術(shù)、信號分析處理和光電技術(shù)等多門學(xué)科知識； 2．測試系統(tǒng)基于虛擬儀器思想開發(fā)，具有模塊化、開放性和靈活性的特點(diǎn)。 優(yōu)勢：1.專用于測量風(fēng)機(jī)剎車元件的摩擦系數(shù)，能模擬風(fēng)機(jī)中剎車元件高速重載的工況，測得的數(shù)據(jù)具有很好的針對性和實(shí)用性。 2.能繪制摩擦系數(shù)在不同工況下的變化曲線，得到剎車材料的摩擦性能分析報(bào)告。 適用范圍：1.測量風(fēng)機(jī)剎車元件的摩擦系數(shù)； 2.測量其它在高速重載下工作的材料的摩擦系數(shù)。 推廣前景：目前，國內(nèi)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量研究極少，還沒有專用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)的測試裝置。所以，本裝置在應(yīng)用方面具有很大的潛力，市場前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于摩擦系數(shù)的測量領(lǐng)域有如下特點(diǎn)： 從背景上說，有關(guān)摩擦系數(shù)的測量都是針對某一種應(yīng)用。如：對海豚皮膚結(jié)構(gòu)與海水的摩擦研究，一般只用作改進(jìn)艦只設(shè)計(jì)；對地質(zhì)學(xué)方面的摩擦研究，只用來預(yù)測火山爆發(fā)和地震等；對紙張間的摩擦研究通常只應(yīng)用在打印機(jī)領(lǐng)域；對路面和輪胎間的摩擦研究通常只應(yīng)用在交通領(lǐng)域；對塑料薄膜的摩擦研究通常只應(yīng)用于薄膜包裝領(lǐng)域。綜上不難看出，摩擦系數(shù)的研究具有一定的局限性，各領(lǐng)域間的摩擦系數(shù)研究之間不具有通用性。而對已有的研究領(lǐng)域來說，有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)的研究目前還較少。 從測量條件上說，目前關(guān)于摩擦系數(shù)的測量不具有連續(xù)性。兩被測元件之間相對滑動速度較小，壓緊力較小，滑動速度和壓緊力的變化范圍也較小，不能準(zhǔn)確得出材料在不同工況下動摩擦系數(shù)的變化曲線。因此，不具備較高的參考價(jià)值。 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械剎車元件摩擦系數(shù)的測量研究尚處于起步階段，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械剎車元件的摩擦系數(shù)一般均通過手冊直接查得，數(shù)據(jù)不是十分的準(zhǔn)確，對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)有一定的影響。 國內(nèi)針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車元件摩擦系數(shù)測量的研究文獻(xiàn)不多。其中一些文獻(xiàn)涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)剎車系統(tǒng)或剎車裝置的研究，未提及對剎車元件摩擦系數(shù)的測量；還有一些專利文獻(xiàn)是關(guān)于摩擦系數(shù)測試裝置的研究，但沒有針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用剎車材料的摩擦系數(shù)的測量。
