邵陽，尹福剛，孫岳松，徐克彬

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

1 存在的問題

隨著主機(jī)要求的不斷提高，越來越多的軸承需要進(jìn)行性能試驗(yàn)，比如出口美國的汽車軸承就需要檢測軸承在不同載荷和轉(zhuǎn)速下的溫升、密封等性能，這就要求試驗(yàn)機(jī)具備全自動(dòng)變載變速功能，而且要實(shí)時(shí)監(jiān)測軸承的振動(dòng)和溫度。

ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)研制于20世紀(jì)90年代，功能單一，且加載、變速、溫度測量均采用人工方式，已無法滿足自動(dòng)變載變速和實(shí)時(shí)監(jiān)測軸承性能的試驗(yàn)要求，因此，對ABLT-I進(jìn)行了系統(tǒng)改造，增加相關(guān)功能，以滿足軸承研發(fā)和市場需求。

2 試驗(yàn)機(jī)的改造

2.1 液壓系統(tǒng)

改造后液壓系統(tǒng)的原理如圖1所示，與改造前相比，液壓泵站部分沒有變化；采用電磁比例調(diào)壓閥取代了機(jī)械式比例調(diào)壓閥，便于實(shí)現(xiàn)油缸工作壓力按照程序設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)；取消了電接點(diǎn)壓力表，系統(tǒng)保壓時(shí)油泵啟?？繅毫鞲衅骺刂?；電磁球閥取代電磁換向閥，減少滑閥內(nèi)部泄漏，延長系統(tǒng)保壓工作時(shí)間；蓄能器位置移到電磁球閥與油缸之間。

圖1 改造后的液壓系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of hydraulic system after reformation

改造后的液壓系統(tǒng)采用電磁比例調(diào)壓閥控制工作壓力，計(jì)算機(jī)通過壓力傳感器反饋信號(hào)檢測并控制比例調(diào)壓閥輸出壓力。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)要求的工作載荷時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)械壓力傳感器反饋信號(hào)控制油泵自動(dòng)停止工作，電磁球閥斷電，系統(tǒng)保壓；隨著系統(tǒng)內(nèi)部泄漏量增加，液壓系統(tǒng)工作壓力緩慢下降，當(dāng)工作載荷下降到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)械壓力傳感器反饋信號(hào)控制油泵自動(dòng)啟動(dòng)工作，電磁球閥通電，系統(tǒng)為蓄能器補(bǔ)壓。整個(gè)工作循環(huán)由液壓壓力傳感器、機(jī)械壓力傳感器和電磁比例調(diào)壓閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證在試驗(yàn)過程中工作載荷穩(wěn)定、波動(dòng)范圍?。?］。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻電動(dòng)機(jī)，通過皮帶驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)整，變頻器工作頻率由計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。

2.3 測控系統(tǒng)

試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)由工業(yè)計(jì)算機(jī)、A／D采集卡、D／A控制卡、I／O控制卡、無線網(wǎng)卡、高速同步振動(dòng)信號(hào)采集卡、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器及載荷控制系統(tǒng)組成。可實(shí)現(xiàn)如下功能［2］：

1）根據(jù)設(shè)定方案自動(dòng)變載、變速運(yùn)行，并可自動(dòng)記錄、報(bào)警、停止。

2）振動(dòng)加速度檢測，實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)波形、振動(dòng)有效值、峰值、峰值因子、峭度。

3）溫度檢測，實(shí)時(shí)顯示溫度曲線及測量值。

4）轉(zhuǎn)速、壓力閉環(huán)控制。

5）可查看振動(dòng)、溫度趨勢圖。

2.4 改造后的效果

根據(jù)試驗(yàn)需要，選擇2臺(tái)ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行液壓系統(tǒng)、油缸及傳動(dòng)系統(tǒng)的改造，并增加計(jì)算機(jī)測控。

原試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)采用機(jī)械式比例調(diào)壓閥調(diào)壓，只能通過人工增減砝碼調(diào)整系統(tǒng)工作壓力，并且在油溫變化大或載荷波動(dòng)劇烈時(shí)，調(diào)壓閥閥芯跳動(dòng)，會(huì)造成液壓油大量泄漏。因此，選用電磁比例調(diào)壓閥取代機(jī)械式比例調(diào)壓閥，通過計(jì)算機(jī)程序控制載荷，根據(jù)試驗(yàn)方案自動(dòng)變載；由于電磁比例調(diào)壓閥內(nèi)部有漏油，因此必須增加電磁球閥，在系統(tǒng)保壓時(shí)封住油缸進(jìn)油口，減少內(nèi)部泄露，延長保壓時(shí)間；在電磁球閥和工作油缸之間安裝蓄能器，不僅可以延長保壓時(shí)間，而且可以吸收液壓沖擊、減小工作載荷波動(dòng)。

原試驗(yàn)機(jī)工作油缸為橡膠薄膜缸，橡膠薄膜容易破損，從而引起系統(tǒng)壓力油內(nèi)部泄漏，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成試驗(yàn)機(jī)無載荷空轉(zhuǎn)，影響試驗(yàn)效果。改造后，用活塞油缸取代橡膠薄膜油缸，增加一個(gè)壓力傳感器測量載荷，構(gòu)成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)，準(zhǔn)確補(bǔ)償、調(diào)整液壓系統(tǒng)工作壓力。

原試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由普通三相電動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)主軸旋轉(zhuǎn)，通過更換皮帶輪實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的變換。改造后，采用變頻電動(dòng)機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)整，變頻器工作頻率則由計(jì)算機(jī)程序控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。

另外，原試驗(yàn)機(jī)無法自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，也無法自動(dòng)判斷軸承是否損壞。改造后，系統(tǒng)增加了自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測軸承的狀態(tài)，自動(dòng)監(jiān)測振動(dòng)和溫度，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)功能。

3 實(shí)例分析

實(shí)例1：對22309CA／W33型調(diào)心滾子軸承進(jìn)行變載變速條件下的試驗(yàn)，試驗(yàn)方案見表1，無軸向載荷。

表1 22309CC／W33軸承試驗(yàn)方案Tab.1 Test program of bearing 22309CC／W33

載入方案后，試驗(yàn)機(jī)按照方案進(jìn)行全自動(dòng)變載變速試驗(yàn)，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并計(jì)時(shí)，當(dāng)軸承產(chǎn)生疲勞損傷時(shí)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，報(bào)警時(shí)軸承的振動(dòng)波形如圖2所示。軸承下機(jī)拆套后發(fā)現(xiàn)外圈有疲勞點(diǎn)，如圖3所示。改造后的試驗(yàn)機(jī)滿足了試驗(yàn)要求，并且在軸承出現(xiàn)疲勞時(shí)做出了準(zhǔn)確的判斷，報(bào)警停機(jī)。

圖2 軸承的振動(dòng)波形Fig.2 Vibration waveform of bearing

圖3 套圈滾道疲勞剝落Fig.3 Fatigue spalling of ring raceway

實(shí)例2：在固態(tài)油潤滑軸承6306的研發(fā)過程中，需進(jìn)行溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)方案見表2，無軸向載荷。

表2 6306軸承試驗(yàn)方案Tab.1 Test program of bearing 6306

改造后的試驗(yàn)機(jī)可對軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并自動(dòng)繪制溫度變化曲線，為后續(xù)試驗(yàn)分析及產(chǎn)品升級(jí)提供有力的數(shù)據(jù)，6306軸承試驗(yàn)中的溫度曲線如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)軸承溫度曲線Fig.4 Temperature curve of test bearing

4 結(jié)束語

改造后的2臺(tái)ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)工作穩(wěn)定可靠，能夠根據(jù)預(yù)定的試驗(yàn)方案自動(dòng)進(jìn)行多階段不同載荷、轉(zhuǎn)速條件下的運(yùn)轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)，可以檢測試驗(yàn)過程中軸承的溫度、振動(dòng)，并閉環(huán)控制載荷和轉(zhuǎn)速，滿足汽車等高端軸承性能試驗(yàn)要求，擴(kuò)大了試驗(yàn)機(jī)的功能范圍。同時(shí)，通過改造也有效地解決了原試驗(yàn)機(jī)固有的一些多發(fā)性故障問題，為老設(shè)備增添了新的活力。