三峡升船机是三峡工程的重要组成部分,能够将超过3小时的船舶经船闸过坝时间缩短至40~60分钟,是客轮快速过坝的重要通航设施。升船机的可靠运行是三峡工程中确保客轮安全快速过坝的重要保证,对提高三峡工程通航质量和通航过坝能力具有重要意义。三峡升船机具有提升重量大、提升高度大、上游水位变幅大和下游水位变化速度快等特点,是世界上技术规模最大、最复杂的升船机。三峡升船机采用齿轮齿条爬升式,因齿条采用铸钢件感应淬火工艺,齿面硬化层深达9mm,工艺复杂、淬火残余应力控制困难,为保证升船机的长期安全运行,对齿条进行疲劳寿命试验是十分必要的。三峡升船机齿轮齿条试验台是为完成三峡升船机齿条疲劳试验而开发的专门试验装置,寿命试验累计进行约98天,应力循环次数达到4.22?10~5次。试验过程中试验装置的测控系统对传动系统的输入轴、输出轴的转速和转矩、齿条齿根的应力应变及循环次数等进行自动监测,每0.1秒采集一组数据。试验装置单个运行周期10秒,每20秒一个试验循环周期,测控系统每300个循环保存一个数据文件,每个数据文件有6万组试验数据,整个试验累计约71亿个数据,因此数据的分析处理工作量巨大。面对如此海量的试验数据,数据的分析和准确性验证显得尤为重要,特别是试验装置的换向以及变速、变载阶段,数据变化大,分析较为复杂。因试验过程中需频繁换向,由于轮系啮合侧隙、轴系弹性扭转变形以及轮齿弹性变形等因素的影响,导致试验装置输出转速、转矩等存在波动。因此需要通过理论分析,研究轮系啮合侧隙和轴系弹性扭转变形等因素对转速的影响,以及通过理论计算试验装置各组成部分的功率损失得到整个传动系统的传动效率,并与试验实测效率进行对比分析,从而实现试验装置试验数据理论计算值与实测值的相互验证。本文主要研究内容和结论有:(1)分析了三峡升船机齿条试验台的工作原理、控制策略、齿条齿根应力应变监测位置以及试验数据采集系统,为试验数据分析打下了基础。(2)研究了齿条齿根应变片粘贴位置的确定方法,分析了试验过程中齿条齿根应力的变化规律;通过对试验装置驱动齿轮箱输入、输出转速进行理论计算对比,得到了转速、转矩的变化规律;分析了轮系啮合侧隙、轴系弹性扭转变形等因素对转速的影响。(3)构建了齿轮轮系啮合侧隙及其回差计算模型、轴系弹性扭转变形计算模型,分析了试验过程中轮系啮合侧隙和轴系弹性扭转变形对试验装置输出转速的影响;通过与试验数据的对比分析,表明了计算模型计算结果和试验数据的一致性,实现了试验结果与理论计算数据的互相验证。(4)建立了齿轮啮合功率损失、轴承功率损失、搅油功率损失、油封功率损失以及风阻功率损失等计算模型;分析了齿轮齿数、模数、压力角、转速、转矩等参数对齿轮箱传动效率的影响。(5)基于齿轮箱效率计算模型,研究了三峡升船机齿条试验装置中驱动齿轮箱、齿轮齿条传动、负载齿轮箱以及整个试验装置在变速、变载及试验阶段的传动效率,并与试验实测数据得到的传动效率进行了对比分析,进一步实现了传动效率试验数据与理论计算数值的互相验证;在上述基础上,计算了试验装置整个试验过程中的耗电量。(6)对比分析了试验装置驱动齿轮箱(减速)的传动效率与负载齿轮箱(增速)的传动效率,得出了负载齿轮箱传动效率略低于驱动齿轮箱传动效率的结论,并分析了主要原因。