滚动轴承试验机 邱　景摘　要　滚动轴承试验机完善了机车车辆滚动轴承的试验手段,使轴承的试验工作不再完全依靠于装车试验。

对该机的设计原则进行了论述,对该机的主要组成部件、各部分的工作原理进行了较详细的分析说明。

主题词　滚动轴承　试验设备　研制Abstract　Rolling bearing testing machine perfects test facilities of locomo tive and r olling stock ro lling bearing s to make the test o f bearings no long er rely com-pletely on test after being mo unted on cars.In this paper,the design principle of this testing m achine is described,the w orking pr inciples of the m ain co mposed compo-nents and various parts are detailly ex plained.Key Words　rolling bearing;test facilities;development1　引言机车车辆滚动轴承(本文以下简称轴承)在使用中不仅承受较大的静负荷,而且承受较大的冲击振动负荷。

因此,要求轴承耐振动、耐冲击,使用寿命长。

随着我国铁路运输向重载、高速方向的发展,对机车车辆滚动轴承提出了更高的要求。

为了更好地使用轴承、分析轴承失效的原因、提高轴承的使用寿命和可靠性等方面的需要,应对轴承进行一系列性能试验。

为此,铁道部四方车辆研究所和长春试验机厂协作进行了该轴承试验机的设计,并完成了整机的研制。

2　总体布局及主要部件该机包括驱动装置、液压源、作动器、电器测量、电液伺服控制和驱动控制系统等。

总功率约200kW。

2.1　轴承试验机主体铁道部四方车辆研究所266031青岛收稿日期:1995—06—05该机由驱动电机、弹性联轴器、旋转主轴、±250kN径向加载作动器、±100kN轴向加载作动器、辅助支承、拉压传感器、加载框架、工作平台等组成。

它是整个试验机的主体,见图1。

径向加载作动器安装于可由液压升降的加载框架上,操作方便。

图1　滚动轴承试验机主体1—加载框架;2—关节球铰;3—250kN作动器;4—250kN力传感器;5—扭矩传感器;6—辅助支承;7—100k N作动器;8—联轴器;9—轴向加载杆;10—试验轴承箱;11—支承旋转主轴;12—弹性联轴器;13—驱动电机。

2.2　液压源液压源流量为200L/min,最高工作压力21M Pa ,电机功率110kW ,可实现油路堵塞报警、油温超限报警,油面高度可在油窗口观察。

该液压源可供垂向和横向作动器在各种工况下的满负荷工作用油。

2.3　支承轴承润滑系统主轴支承轴承使用稀油集中润滑系统,该系统用流量为63L/min 的油源,工作压力8M Pa ,设有滤油器堵塞报警、油温超限报警,电机功率为11kW 。

该润滑系统兼有冷却主机支承轴承温度的作用,以确保该轴承长时间连续运转。

2.4　驱动电机调速系统本系统选用交流变频调速器,对90kW 交流电动机实行无级调速,使驱动主轴可以在200～1600r /min 内转动,调速范围比为1∶20(30～60Hz)。

最高转速时,相当于客车速度275km /h 。

2.5　控制及检测系统(图2)图2　控制原理框图 整机的控制系统采用微机伺服闭环控制。

主计算机选用HP —286系统;模控器通道选用8032单片机控制,可由主计算机控制各通道,也可脱开主计算机由单片机单独控制各通道,各种参数都可由计算机或单片机给定与预置,再经D /A 转换器送入模拟单元,经模控单元的比较放大,驱动电液伺服阀,控制作动器的动作。

经各传感器把负荷、位移、加速度和扭矩转变成电信号送入测量放大器,经放大后,供反馈、显示、数据采集处理与报警。

3　基本参数及主要技术性能指标驱动电机　功率(kW,恒扭矩特性)90　转速(r/m in,无级变速)0～1600　转速控制范围(r/min)200～1600加载作动器　径向加载作动器动、静载荷(kN)0～±250(双向)振幅(m m)0～±50(50Hz时不低于0.2mm)　轴向加载作动器动、静载荷(kN)0～±100(双向)振幅(m m)0～±50(50Hz时不低于0.2mm)量程分档　载荷(kN)分档径向三档±250、±100、±50轴向三档±100、±50、±20　位移分四档100%、50%、20%、10%频率范围及波形　频率(Hz)范围0～50(正弦波)　波形种类正弦波、三角波、方波、梯形波、正负锯齿波、斜波、程序波、外部输入波(随机波)测量显示及精度　测量及显示参量载荷、位移、加速度、扭矩、循环次数、驱动装置的转速和转数、轴承温度　测量精度载荷各档满量程的±0.2%,或示值的±1%位移各档满量程的±1% 4　主要工作原理4.1　机械部分工作原理驱动电机驱动主轴旋转。

被试轴承内圈固定在主轴上,两个作动器,对装在轴承外圈上的轴箱施加各种给定波形的载荷(或位移),经各传感器检测出各参量。

负荷(或位移)量作为反馈量,与给定量进行比较,其误差经放大、调节后,驱动电液伺服阀控制作动器,组成电液伺服闭环控制。

4.2　液压部分工作原理(图3)首先启动电机3,由油泵4输出的压力油经单向阀6进入系统,同时也进入蓄能器7,经过粗过滤器8和精过滤器9,进入电液伺服阀11后进入作动器12。

蓄能器在本系统中,保持系统的压力使液体静压轴承能正常的工作;在作动器换向时与油泵共同向油缸供油;吸收由油缸和电液伺服阀换向时产生的液压冲击,避免系统内压力过高而造成液压元件的损坏。

电液伺服阀能将小功率的电信号输入;转变成大功率的液压能输出。

电液伺服阀与相应的反馈检测元件(如位移传感器、压力传感器等)相配合,形成各种不同的闭环控制系统,可对作动器输出的物理量进行高精度的自动控制。

图3　液压系统原理图1—油箱;2—粗过滤器;3—电机;4—油泵;5—溢流阀;6—粗过滤器;7—精过滤器;8—单向阀;9—蓄能器;10—压力表;11—电液伺服阀;12—作动器;13—单向阀。

4.3　数据处理部分工作原理(图4)本系统采用了计算机控制,控制主机采用HP—286系统,并且在模控单元中采用了单片机控制,使控制系统高度集成化,提高了自动化程度,并且减少了控制系统的体积。

本(下转第58页)定,这批轴承滚动体表面多数只能达到R z (R y )3.2～6.3L m,比规定的0.4～0.8L m 低了将近3个等级。

经计算这批轴承的K 值只有0.54,比规定标准≥4降低了将近7.5倍。

道森等人的试验证明:若K 值小于0.8～1时便会出现边界润滑。

此时,滚动体的接触面不能完全被润滑油膜隔开,从而产生金属对金属的直接摩擦(即局部干摩擦),出现急剧温升,滚动体粗糙面凸起部分被局部烧损,使轴承产生早期条形疲劳剥离。

3　轴承早期剥离的潜在危险及应采取的措施 轴承滚动体表面剥离是引起客车燃轴甚至热切的主要原因之一。

对于装用了新轴承又经过半年以上磨合的客车,按正常规律轴承已进入了相对稳定阶段,这个阶段故障率最低,是轴承的最佳运行期。

然而,哈尔滨轴承厂(瓦房店轴承厂也有小部分)在1992～1993年度生产的42726Q T 、152726QT 型轴承正进入了出问题的阶段,其潜在的危险性是可想而知的。

因此必须采取措施消除这种潜在威胁。

铁道部车辆局在辆客〔1995〕29号文件中指出:围歼客车事故要从小、从早抓起,抓预防、抓防范;发生事故或事故苗子要严格分析,坚持“三不放过”,吸取经验教训,举一反三。

全路凡发生热轴甩车……必须升级分析,找出原因,查清责任,制定措施,杜绝事故。

根据29号文件精神,建议采取以下三条措施:(1)对于哈厂1992～1993年度生产的42726QT 、152726QT 型轴承,即使暂时还没有出问题,也不能继续用在长途快车上,最好改用于市郊及局管内慢车上。

(2)建议铁道部在轴承生产厂设置客车轴承验收机构,严格控制轴承的出厂质量。

(3)建议使用单位(尤其是车辆厂)按15项检测标准,对客车新轴承进行认真检测。

对检测不合格的客车轴承应按规定予以退货,不能装车运用,以保证旅客列车的安全。

4　参考文献1　刘家文.滚动轴承设计与应用手册.武汉:华中工学院出版社,1985.2　薛瑞.铁路车辆滚动轴承的构造与检修.北京:人民铁道出版社,1980.3　盛伟民.铁路客车.北京:中国铁道出版社,1984.(上接第54页)图4　控制系统软件结构框图系统可以用计算机控制负荷、位移;温度等数据可以用计算机采集与处理。

并可通过计算机打印、绘制负荷—位移、负荷—温度、温度—时间等一系列曲线。

并可由打印机打印出完整的试验报告。

该试验机的控制系统大大提高了计算机在试验机行业的应用水平。

5　结束语滚动轴承试验机,由于采用了许多新技术,经过反复调试和试验,其性能及各项指标已达到设计要求。

它的研制成功为我国铁路高速、重载滚动轴承的试验研究、产品开发提供了有效的试验手段。