CN111426476B - 一种轨道交通轴承寿命强化试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通轴承寿命强化试验系统，该系统包括：机架、试验头部件、冷却系统部件、传动部件、监控系统部件、加载系统部件和工作平板；其中所述工作平板固定在机架上，试验头部件和传动部件通过传动方轴连接，并安装在工作平板上；加载系统部件作用于试验头部件上的径向油缸上；监控系统部件控制整个试验系统的运行，并监控记录所实测的数据。本发明在测试条件下稳定运行，满足轨道交通轴承及陪试轴承的试验环境，可有效的测试其性能；选择同型号的轴承作为陪试轴承，保证了测试过程中试验轴承数据的准确性。在试验腔体内设有循环的水回路，水冷、风冷系统保证试验环境的可控性，可根据试验过程情况随时开启。

Description

一种轨道交通轴承寿命强化试验系统

技术领域

本发明涉及轴承强化试验领域，尤其涉及一种大型重载轨道交通轴承寿命强化试验系统。

背景技术

尽管我国在高铁轴承方面取得了很大进步，但研发中仍存在很多问题，比如设计理念、制造工艺和检测设备的差距，导致国产轴承的质量和可靠性无法保证，轴承疲劳寿命低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轨道交通轴承寿命强化试验系统，可测试高铁动车组轴箱轴承，其均为双列圆锥滚子轴承，可测试验轴承为300km/h级别轴承，按车轮平均值计算得到该轴承的转速大概在1730r/min；载荷每套可承载68.7KN；该试验系统能有效的模拟其工况环境，保证测试时的数据准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种轨道交通轴承寿命强化试验系统该系统包括：机架、试验头部件、冷却系统部件、传动部件、监控系统部件、加载系统部件和工作平板；其中所述工作平板固定在机架上，试验头部件和传动部件通过传动方轴连接，并安装在工作平板上；加载系统部件作用于试验头部件上的径向油缸上；监控系统部件控制整个试验系统的运行，并监控记录所实测的数据；

所述试验头部件具有三套轴承，试验轴承在中间，试验轴承两侧为陪试轴承，三套轴承为同一轴系，中间的试验轴承与腔体不接触，两侧的陪试轴承与腔体接触，载荷是直接作用在中间试验轴承上，形成的反作用力由两边的陪试轴承承担；

所述冷却系统部件由水冷系统和风冷系统组成；所述水冷系统通过水管、水箱和水泵形成一个循环，实现系统的水冷却；所述风冷系统往试验头部件的腔体送进自然风，并将试验产生的热气抽排到设备外面，实现系统的风冷却。

进一步地，所述试验头部件包括试验腔体和试验头；

所述试验腔体包括前面板、轴向面板、径向油缸板、连接面板、底板、固定螺钉、轴向定位板、拉杆、径向垫铁和垫铁座，前面板、轴向面板、径向油缸板、连接面板和底板固定形成一个矩形的腔体，垫铁座固定在径向油缸板上，轴向定位板放于轴向面板内侧，固定螺钉拧在轴向面板中心，作用于轴向定位板上；

所述试验头包括径向塞铁、右旋锁紧螺母、试验轴、陪试轴承、隔离环、试验轴承、左旋锁紧螺母、中负荷体和端负荷体；所述试验轴承、陪试轴承安装在试验轴上，试验轴承安装在试验轴中间，陪试轴承安装在试验轴二端，试验轴与陪试轴承中间安装隔离环，将试验轴与陪试轴承隔开，并通过左旋锁紧螺母和右旋锁紧螺母拧紧，然后将试验轴穿过中负荷体，在二端安上端负荷体，将整个试验头整体吊装进试验腔体中。

进一步地，所述冷却系统部件包括水冷系统和风冷系统；

所述水冷系统包括：水管接头、水箱、回水管、风冷机、水泵、上水管和下水管；所述水管接头固定在前面板上，水泵安装在水箱的面板上，所述水泵与水管接头通过上水管相连；下水管连接所述风冷机和水管接头通过下水管相连；回水管所述水箱和风冷机通过回水管相连，形成一个可循环的水冷却系统；

所述风冷系统包括：风机支架、风机、风管和鼓风机；所述风机固定在风机支架上，所述风机支架固定在试验腔体上方，所述鼓风机安装在机架内部上，并通过风管与试验腔体的底板的下风口连接；风机往腔体送进自然风，鼓风机将试验产生的热气抽排到设备外面，形成风冷系统。

进一步地，所述传动部件包括：方心轴、左连轴套、弹性元件、右联轴套、传动轴座、电机板、电机、皮带轮、皮带、转速传感器和传动轴；所述传动轴座和电机板安装在工作平板上方，电机安装在电机板上，传动轴安装在传动轴座中，电机的输出轴和传动轴的右端均安装有皮带轮，两个皮带轮通过皮带连接，传动轴左端连接右联轴套，左连轴套连接方心轴，左连轴套和右联轴套用弹性元件柔性连接，方心轴连接试验轴，通过驱动电机使试验轴达到相应的转速。

进一步地，所述监控系统部件包括：温度传感器、振动传感器、转速传感器、显示器、工控机和强电控制柜；温度传感器、振动传感器安装在试验头上，直接接触试验轴承，转速传感器安装在传动轴的右端靠近皮带轮处，用于测试传动轴的转速，温度传感器、振动传感器、转速传感器连接在信号处理器上，信号处理器通过数模信号线连接工控机，其测得的数据在显示器上显示。

进一步地，所述加载系统部件包括：泵站、蓄能器、电接点压力表、截止阀、调压阀、压力表、压力变送器、电磁换向阀和液压油缸；所述泵站包括：过滤器、电动机、油泵、溢流阀、单向阀和单向电磁换向阀；所述电动机的输出轴与油泵相连，油泵的进油口通过过滤器与油箱管路相连，油泵出油口分别与单向阀和溢流阀的一端管路相连，溢流阀的另一端与油箱管路相连，单向阀的另一端与蓄能器一端相连，在单向阀与蓄能器的管道上安装单向电磁换向阀，单向电磁换向阀的另一端与油箱管路相连，蓄能器的另一端与截止阀相连，在蓄能器跟截止阀连接的管道上连接电接点压力表，截止阀的另一端与调压阀的一端相连，调压阀的另一端与电磁换向阀的P接口相连，在截止阀与调压阀的管道上连接压力表和压力变送器，电磁换向阀的A接口跟液压油缸的前端口相连，电磁换向阀的B接口与液压油缸的后端口相连；液压油缸安装在径向油缸板上，调压阀下方安装砝码挂钩，通过调节砝码的质量来调定该调压阀的二次油油压。

本发明的有益效果是：可测试双列圆锥大型轴承，满足其载荷和转速的性能，传动连接设计柔性连接，解除了应力问题，通过水冷系统和风冷系统能有效的降低试验轴承的环境温度，更准确的测试其性能的准确性。本发明提供的轨道交通轴承寿命强化试验系统的设计保证了模拟轨道交通轴承的实际运转时的转速、承载、温度的问题，选择同型号的轴承作为陪试轴承，保证了测试过程中试验轴承数据的准确性。在试验腔体内设有循环的水回路，水冷、风冷系统保证试验环境的可控性，可根据试验过程情况随时开启。

附图说明

图1为轨道交通轴承寿命强化试验系统的各部件总示意图；

图2为试验部件示意图；

图3为冷却系统（水冷和风冷）示意图；

图4为传动系统部件示意图；

图5为监控系统测试示意图；

图6为加载系统部件示意图；

图7为监控系统示意图；

图中：机架钣金部件1、试验头部件2、冷却系统部件3、传动部件4、监控系统部件5、加载系统部件6、工作平板7、前面板（8）、轴向面板（9）、径向油缸板10、径向塞铁11、连接面板12、底板13、固定螺钉14、轴向定位板15、右旋锁紧螺母16、试验轴17、陪试轴承18、隔离环19、试验轴承20、左旋锁紧螺母21、拉杆22、径向垫铁23、垫铁座24、中负荷体25、端负荷体26、温度传感器27、振动传感器28、水管接头29、水箱30、回水管31、风冷机32、水泵33、上水管34、下水管35、风机支架36、风机37、风管38、鼓风机39、方心轴40、左连轴套41、弹性元件42、右联轴套43、传动轴座44、电机板45、电机46、皮带轮47、皮带48、转速传感器49、传动轴50、泵站51、蓄能器52、电接点压力表53、截止阀54、调压阀55、压力表56、压力变送器57、电磁换向阀58、液压油缸59、过滤器60、电动机61、油泵62、溢流阀63、单向阀64、单向电磁换向阀65、显示器66、工控机67、强电控制柜68。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

根据轨道交通轴承的使用工况，为了能更准确的测试其轴承的寿命，本发明设计的主要技术参数：转速为500-5000r/min（无级调速）；最大径向载荷为250kN，误差≤±2%；冷却系统有水冷循环系统和风冷系统；测控方式为计算机自动监测，自动报警停机和自动记录；监控程序控制试验轴承正反转；测量参数为轴承转速、振动及内圈温度。

如图1所示，本发明一种轨道交通轴承寿命强化试验系统，用于测试轨道交通轴承的寿命，包括：机架钣金部件1、试验头部件2、冷却系统部件3、传动部件4、监控系统部件5、加载系统部件6和工作平板7；其中所述工作平板7固定在机架1上，试验头部件2和传动部件4通过传动方轴连接，并安装在工作平板7上；加载系统6作用于试验头部件2上的径向油缸上；监控系统部件5控制整个试验系统的运行，并监控记录所实测的数据。

如图2所示，所述试验头部件2包括试验腔体和试验头组成，其中试验腔体包含了前面板8、轴向面板9、径向油缸板10、连接面板12、底板13、固定螺钉14、轴向定位板15、拉杆22、径向垫铁23、垫铁座24，五块面板通过螺钉固定形成一个矩形的腔体，垫铁座24用螺钉固定在径向油缸板10上，轴向定位板15放于轴向面板9里面，固定螺钉14拧在在轴向面板9中心，作用力于轴向固定板15上；试验头包含了径向塞铁11、右旋锁紧螺母16、试验轴17、陪试轴承18、隔离环19、试验轴承20、左旋锁紧螺母21、中负荷体25、端负荷体26；所述试验轴承20、陪试轴承18安装在试验轴17上，试验轴承20在中间，陪试轴承18在二边，中间用隔离环19隔开，然后用左旋锁紧螺母21和右旋锁紧螺母16拧紧，然后将试验轴17通过中负荷体25，在二端安上端负荷体26，将整个试验头整体吊装进试验腔体中。所述试验头部件2具有三套轴承，试验轴承20在中间，试验轴承两边是陪试轴承18，三套轴承为同一轴系，中间的试验轴承20与腔体不接触，旁边的陪试轴承18与腔体接触，载荷是直接作用在中间的试验轴承20上，形成的反作用力由两边的陪试轴承18承担；

如图3所示，所述冷却系统部件3包括水冷系统和风冷系统；水冷系统包括：水管接头29、水箱30、回水管31、风冷机32、水泵33、上水管34和下水管35；所述水管接头29固定在前面板8上，水泵33安装在水箱30面板上，上水管34连接水泵33和水管接头29；下水管35连接风冷机32和水管接头29；回水管31连接风冷机32和水箱30；这样形成一个可循环的水冷却系统；风冷系统包括：风机支架36、风机37、风管38和鼓风机39；所述风机37固定在风机支架36上，然后一起固定在试验腔体上方，鼓风机39安装在内部机架上，通过风管38连接试验腔体的底板13下风口；风机37往腔体送进凉风，鼓风机39将试验产生的热气抽排到设备外面，形成一个风冷系统。

如图4所示，所述传动部件4包括：方心轴40、左连轴套41、弹性元件42、右联轴套43、传动轴座44、电机板45、电机46、皮带轮47、皮带48、转速传感器49和传动轴50；所述传动轴座44和电机板45安装在工作平板7上方，电机46安装在电机板45上，传动轴50安装在传动轴座44中，电机46和传动轴50的右端安装皮带轮47，通过皮带48来连接驱动，传动轴50左端连接右联轴套43，左连轴套41连接方心轴40，左连轴套41和右联轴套（43）用弹性元件42柔性连接，方心轴40连接试验轴17，通过驱动电机46使试验轴17达到相应的转速。

如图5和7所示，所述监控系统部件5包括：温度传感器27、振动传感器28、转速传感器49、显示器66、工控机67和强电控制柜68；温度传感器27、振动传感器28安装在试验头上，直接接触试验轴承20，转速传感器49安装在传动轴50右端靠近皮带轮47，用来测试传动轴50的转速，温度传感器27、振动传感器28、转速传感器49连接在信号处理器上，信号处理器通过数模信号线连接工控机67，其测得的数据在显示器66上显示。

如图6所示，所述加载系统部件6包括：泵站51、蓄能器52、电接点压力表53、截止阀54、调压阀55、压力表56、压力变送器57、电磁换向阀58和液压油缸59；所述泵站51包括：过滤器60、电动机61、油泵62、溢流阀63、单向阀64和单向电磁换向阀65；所述电动机61的输出轴与油泵62相连，油泵62的进油口通过过滤器60与油箱管路相连，油泵62出油口分别与单向阀64和溢流阀63管路相连，溢流阀63的另一端与油箱管路相连，单向阀64的另一端与蓄能器52一端相连，在单向阀64跟蓄能器52的管道上安装单向电磁换向阀58，单向电磁换向阀58的另一端与油箱管路相连，蓄能器52的另一端与截止阀54相连，在蓄能器52跟截止阀54连接的管道上连接电接点压力表53，截止阀54的另一端与调压阀55的一端相连，调压阀55的另一端与电磁换向阀58的P接口相连，在截止阀54跟调压阀55的管道上连接压力表56和压力变送器57，电磁换向阀58的A接口跟液压油缸59的前端口相连，电磁换向阀58的B接口与液压油缸59的后端口相连；液压油缸59安装在径向油缸板10上，调压阀55下方安装砝码挂钩，通过调节砝码的质量来调定该调压阀55的二次油油压。

具体试验过程如下：

（1）先将试验轴承20和二套陪试轴承18用压装法安装到试验轴17上，中间位置放试验轴承20，二边为陪试轴承18，轴承中间用隔离环19隔开，然后用左旋锁紧螺母21和右旋锁紧螺母16锁紧。然后将安装好轴承的试验轴17穿过中负荷体25，试验轴承20外径与中负荷体25内孔配合，二边的陪试轴承18外径与端负荷体26内孔配合，这样装好形成一套完整的试验头。

（2）将安装好的试验头夹具整体吊装进试验腔体中，拉杆22拧进径向垫铁23中，调整好工装位置，先将径向塞铁11用螺钉紧固在径向油缸板10上，径向塞铁11与端负荷体26侧面平整接触，将径向垫铁23放置于垫铁座24内，用内六角扳手拧固定螺钉14将轴向定位板（10）推动至端负荷体26的端面接触，然后固定螺钉回1/2圈消除轴向力。将温度传感器27插入负荷体的温度孔中，接触轴承外圈，振动传感器28安装在中负荷体上，将风机37固定在风机支架36上，再将风机支架36固定在试验腔体上方。

（3）用方心轴40连接试验轴17和左连轴套41，左联轴套41和右联轴套43连接，中间放置弹性元件42，这样的联接结构为柔性连接。将转速传感器49安装在传动轴座44，使之靠近皮带轮47上的磁钢处，最后按下强电控制柜68的启动按钮，此时冷却系统开始运转工作。

（4）根据试验轴承20的性能参数，确定好试验方案的受载荷力大小和试验转速，在工控机67内编写试验程序，设定待试验轴承20的执行时间和执行频率，启动试验系统。输入的频率值反馈到变频器上，来控制传动电机46的转数。试验系统运行后，打开强电控制柜68的加载按钮，然后打开截止阀54并调节调压阀55使加载部件6开始运转，液压油缸59开始向前推动径向垫铁23使之与中负荷体25接触，使试验轴承受力。在运行的前2小时内分3次将砝码加到砝码挂钩上，最终加到试验轴承20的承载力数值。振动传感器28、温度传感器27和速度传感器49将采集的数据通过工控机67在显示器66上显示，完成试验轴承20的寿命试验。

（5）试验运行稳定后，在显示器66界面可看到所测得的温度、振动、转数数值，在控制系统中输入越界停机值，则试验系统可无人状态下安全运行。

本发明所述工控机67仅仅起到将频率信号传输给变频器、将振动传感器28、温度传感器27和速度传感器49采集的数据通过显示器66显示出来，是本领域的常用技术手段，并不是本发明的发明点。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种轨道交通轴承寿命强化试验系统，其特征在于，该系统包括：机架（1）、试验头部件（2）、冷却系统部件（3）、传动部件（4）、监控系统部件（5）、加载系统部件（6）和工作平板（7）；其中所述工作平板（7）固定在机架（1）上，试验头部件（2）和传动部件（4）通过传动方轴连接，并安装在工作平板（7）上；加载系统部件（6）作用于试验头部件（2）上的径向油缸上；监控系统部件（5）控制整个试验系统的运行，并监控记录所实测的数据；

所述试验头部件（2）具有三套轴承，试验轴承（20）在中间，试验轴承两侧为陪试轴承（18），三套轴承为同一轴系，中间的试验轴承（20）与腔体不接触，两侧的陪试轴承（18）与腔体接触，载荷是直接作用在中间的试验轴承（20）上，形成的反作用力由两边的陪试轴承（18）承担；

所述试验头部件（2）包括试验腔体和试验头；

所述试验腔体包括前面板（8）、轴向面板（9）、径向油缸板（10）、连接面板（12）、底板（13）、固定螺钉（14）、轴向定位板（15）、拉杆（22）、径向垫铁（23）和垫铁座（24），前面板（8）、轴向面板（9）、径向油缸板（10）、连接面板（12）和底板（13）固定形成一个矩形的腔体，垫铁座（24）固定在径向油缸板（10）上，轴向定位板（15）放于轴向面板（9）内侧，固定螺钉（14）拧在轴向面板（9）中心，作用于轴向定位板(15)上；

所述试验头包括径向塞铁（11）、右旋锁紧螺母（16）、试验轴（17）、陪试轴承（18）、隔离环（19）、试验轴承（20）、左旋锁紧螺母（21）、中负荷体（25）和端负荷体（26）；所述试验轴承（20）、陪试轴承（18）安装在试验轴（17）上，试验轴承（20）安装在试验轴（17）中间，陪试轴承（18）安装在试验轴（17）二端，试验轴（17）与陪试轴承（18）中间安装隔离环（19），将试验轴（17）与陪试轴承（18）隔开，并通过左旋锁紧螺母（21）和右旋锁紧螺母（16）拧紧，然后将试验轴（17）穿过中负荷体（25），在二端安上端负荷体（26），将整个试验头整体吊装进试验腔体中；

所述冷却系统部件（3）由水冷系统和风冷系统组成；所述水冷系统通过水管、水箱（30）和水泵（33）形成一个循环，实现系统的水冷却；所述风冷系统往试验头部件（2）的腔体送进自然风，并将试验产生的热气抽排到设备外面，实现系统的风冷却。

2.根据权利要求1所述轨道交通轴承寿命强化试验系统，其特征在于，所述冷却系统部件（3）包括水冷系统和风冷系统；

所述水冷系统包括：水管接头（29）、水箱（30）、回水管（31）、风冷机（32）、水泵（33）、上水管（34）和下水管（35）；所述水管接头（29）固定在前面板（8）上，水泵（33）安装在水箱（30）的面板上，所述水泵（33）与水管接头（29）通过上水管（34）相连；下水管（35）连接所述风冷机（32）和水管接头（29）通过下水管（35）相连；回水管（31）所述水箱（30）和风冷机（32）通过回水管（31）相连，形成一个可循环的水冷却系统；

所述风冷系统包括：风机支架（36）、风机（37）、风管（38）和鼓风机（39）；所述风机（37）固定在风机支架（36）上，所述风机支架（36）固定在试验腔体上方，所述鼓风机（39）安装在机架（1）内部上，并通过风管（38）与试验腔体的底板（13）的下风口连接；风机（37）往腔体送进自然风，鼓风机（39）将试验产生的热气抽排到设备外面，形成风冷系统。

3.根据权利要求1所述轨道交通轴承寿命强化试验系统，其特征在于，所述传动部件（4）包括：方心轴（40）、左连轴套（41）、弹性元件（42）、右联轴套（43）、传动轴座（44）、电机板（45）、电机（46）、皮带轮（47）、皮带（48）、转速传感器（49）和传动轴（50）；所述传动轴座（44）和电机板（45）安装在工作平板（7）上方，电机（46）安装在电机板（45）上，传动轴（50）安装在传动轴座（44）中，电机（46）的输出轴和传动轴（50）的右端均安装有皮带轮（47），两个皮带轮（47）通过皮带（48）连接，传动轴（50）左端连接右联轴套（43），左连轴套（41）连接方心轴（40），左连轴套（41）和右联轴套（43）用弹性元件（42）柔性连接，方心轴（40）连接试验轴（17），通过驱动电机（46）使试验轴（17）达到相应的转速。

4.根据权利要求1所述轨道交通轴承寿命强化试验系统，其特征在于，所述监控系统部件（5）包括：温度传感器（27）、振动传感器（28）、转速传感器（49）、显示器（66）、工控机（67）和强电控制柜（68）；温度传感器（27）、振动传感器（28）安装在试验头上，直接接触试验轴承（20），转速传感器（49）安装在传动轴（50）的右端靠近皮带轮（47）处，用于测试传动轴（50）的转速，温度传感器（27）、振动传感器（28）、转速传感器（49）连接在信号处理器上，信号处理器通过数模信号线连接工控机（67），其测得的数据在显示器（66）上显示。

5.根据权利要求1所述轨道交通轴承寿命强化试验系统，其特征在于，所述加载系统部件（6）包括：泵站（51）、蓄能器（52）、电接点压力表（53）、截止阀（54）、调压阀（55）、压力表（56）、压力变送器（57）、电磁换向阀（58）和液压油缸（59）；所述泵站（51）包括：过滤器（60）、电动机（61）、油泵（62）、溢流阀（63）、单向阀（64）和单向电磁换向阀（65）；所述电动机（61）的输出轴与油泵（62）相连，油泵（62）的进油口通过过滤器（60）与油箱管路相连，油泵（62）出油口分别与单向阀（64）和溢流阀（63）的一端管路相连，溢流阀（63）的另一端与油箱管路相连，单向阀（64）的另一端与蓄能器（52）一端相连，在单向阀（64）与蓄能器（52）的管道上安装单向电磁换向阀（65），单向电磁换向阀（65）的另一端与油箱管路相连，蓄能器（52）的另一端与截止阀（54）相连，在蓄能器（52）跟截止阀（54）连接的管道上连接电接点压力表（53），截止阀（54）的另一端与调压阀（55）的一端相连，调压阀（55）的另一端与电磁换向阀（58）的P接口相连，在截止阀（54）与调压阀（55）的管道上连接压力表（56）和压力变送器（57），电磁换向阀（58）的A接口跟液压油缸（59）的前端口相连，电磁换向阀（58）的B接口与液压油缸（59）的后端口相连；液压油缸（59）安装在径向油缸板（10）上，调压阀（55）下方安装砝码挂钩，通过调节砝码的质量来调定该调压阀（55）的二次油油压。