油膜轴承试验台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种油膜轴承试验台，该试验台包括滑动轴承台架，该台架包括：试验主轴基座、试验主轴基座盖、试验主轴、设置在试验主轴两端的支撑轴承、设置在试验主轴上的试验轴承和设置在试验轴承座上的电涡流传感器；所述试验主轴通过支撑轴承设置在试验主轴基座上，所述试验主轴基座盖与试验主轴基座匹配连接，所述试验主轴基座盖上固定设置有加载油缸，所述加载油缸的活塞杆与试验轴承座连接。本实用新型油膜轴承试验台能够真实地模拟高速重载精轧机油膜轴承的运行工况，测试不同转速、不同载荷、不同含水量等条件下轴承润滑油的性能参数。
【专利说明】油膜轴承试验台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种油膜轴承设备及润滑油检测设备，特别涉及一种油膜轴承试验台。
【背景技术】
[0002]油膜轴承是一种以润滑油作为润滑介质的径向滑动轴承，其具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等突出的优点。其中，广泛应用于各类轧机上的油膜轴承，称之为轧机油膜轴承。工作中轴与轴承的工作区域形成完整的压力油膜，使金属脱离接触,形成纯液体摩擦。
[0003]在轧制过程中，由于轧制力的作用，迫使辊轴轴颈发生移动，油膜轴承中心与轴颈的中心产生偏心，使油膜轴承与轴颈之间的间隙形成了两个区域，一个叫发散区(沿轴颈旋转方向间隙逐渐变大)，另一个叫收敛区(沿轴颈旋转方向逐渐减小)。当旋转的轴颈把有粘度的润滑油从发散区带入收敛区，沿轴颈旋转方向轴承间隙由大变小，形成一种油楔，使润滑油内产生压力。油膜内各点的压力沿轧制方向的合力就是油膜轴承的承载力。当轧制力大于承载力时，轴颈中心与油膜轴承中心之间的偏心距增大。在收敛区内轴承间隙沿轴颈旋转方向变陡，最小油膜厚度变小，油膜内的压力变大，承载力变大，直至与轧制力达到平衡，轴颈中心不再偏移，油膜轴承与轴颈完全被润滑油隔开，理论上形成了全流体润滑。
[0004]从油膜轴承的工作原理可知道油膜轴承系统内的一个最重要的参数就是最小油膜厚度。如果最小油膜厚度值太小，而润滑油中的金属杂质颗粒过大，金属颗粒的外形尺寸在数值上大于最小油膜厚度时，金属颗粒随润滑油通过最小油膜厚度处时，就像造成金属接触，严重时就会烧瓦。另外如果最小油膜厚度值太小，当出现堆钢等事故时，很容易造成轴颈和油膜轴承的金属接触而导致烧瓦。最小油膜厚度值的大小与油膜轴承的结构尺寸及材料、相关零件的加工精度及油膜轴承系统的安装精度、润滑油及轧制力的大小等有关。
[0005]油膜轴承润滑油作为油膜轴承运行的润滑介质，对于轧机的安全运行起着至关重要的作用。目前，国内轧机生产线大部分采用国外进口的油膜轴承润滑油，如美孚、壳牌等。如何研制高性能的油膜轴承润滑油，以及如何对油品做出评价，是润滑油研制企业面临的一大难题。
[0006]当前，国内现有的轧机油膜轴承试验台的主要用于测试油膜轴承的特性参数，难以真实地模拟高速重载精轧机油膜轴承的运行工况，更无法提供不同转速、不同载荷、不同含水量等条件下轴承润滑油性能改变的试验数据。
实用新型内容
[0007]本实用新型针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种油膜轴承试验台，这种试验台能够模拟高速线材精轧机组油膜轴承的工作状况，测试轴承润滑油在不同含水量、不同转速、不同载荷下最小油膜厚度的变化情况。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型油膜轴承试验台包括:滑动轴承台架，该台架包括:试验主轴基座、试验主轴基座盖、试验主轴、设置在试验主轴两端的支撑轴承、设置在试验主轴上的试验轴承和设置在试验轴承座上的电涡流传感器；所述试验主轴通过支撑轴承设置在试验主轴基座上，所述试验主轴基座盖与试验主轴基座匹配连接，所述试验主轴基座盖上固定设置有加载油缸，所述加载油缸的活塞杆与试验轴承座连接。
[0009]所述试验轴承座的两端面分别设有轴向凸缘，所述电涡流传感器通过轴向凸缘上设置的通孔固定在试验轴承座上，所述电涡流传感器指向所述试验主轴的轴心，所述电涡流传感器的测试端面与所述试验主轴表面之间具有间隙。
[0010]在所述试验轴承座两端的轴向凸缘上分别设置有2组所述电涡流传感器，在所述试验轴承座左右两侧的两个电涡流传感器之间的角度分别为90度。
[0011]所述支撑轴承座为剖分式结构，所述支撑轴承座的两端面分别设有径向凸缘，该径向凸缘之间的宽度与所述试验主轴基座上的安装孔宽度匹配。
[0012]该油膜轴承试验台还包括通过变频器实现无级调速控制的主轴电机，其最高转速为6000转/分。
[0013]所述主轴电机采用水冷散热方式。
[0014]该油膜轴承试验台还包括润滑系统，所述润滑系统包括用于润滑支撑轴承的支撑轴承润滑系统和用于润滑试验轴承的试验轴承润滑系统，所述支撑轴承润滑系统和试验轴承润滑系统为相互独立的两套系统。
[0015]所述试验轴承润滑系统包括依次连接的进油管路、液压泵、油箱和出油管路，所述油箱中设有加水装置、除水装置和油箱内水分监测装置，所述进油管路上设有进油管油压调节装置、进油管油压传感器、进油管温度调节装置、进油管温度传感器、进油管流量传感器和进油管含水率传感器，所述出油管路上设有出油管油温传感器和出油管流量传感器。
[0016]该油膜轴承试验台还包括监测与控制系统，所述监测与控制系统包括工控机PC、数据采集卡、智能变送器、接线端子及电动执行器，所述工控机PC与数据采集卡相连，并实时显示采集的数据。数据采集卡分别与电动执行器和接线端子相连，电动执行器分别与电机驱动系统、润滑系统和液压加载系统连接，所述接线端子与所述智能变送器连接，所述数据采集卡通过所述接线端子和智能变送器分别采集主轴转速、电涡流传感器、加载油缸压力传感器、进油管油压传感器、进油管温度传感器、进油管流量传感器、进油管含水率传感器、出油管油温传感器和出油管流量传感器的数据。
[0017]所述加载油缸的最大加载力为150KN。
[0018]采用上述结构后，本实用新型油膜轴承试验台能够真实地模拟高速重载精轧机油膜轴承的运行工况，测试不同转速、不同载荷、不同含水量等条件下轴承润滑油的性能参数。采用了油膜轴承与油膜轴承座箱体式的组合结构，便于油膜轴承的安装和拆卸；本试验台的润滑系统采用两套独立的润滑系统，试验轴承和支撑轴承都采用动压润滑的方式，保证试验台的安全运行；本试验台实现了针对不同品牌润滑油的性能测试，为润滑油性能的改善提供试验数据；本试验台实现了对不同含水量情况下的油膜轴承润滑油的性能测试；本试验台采用了在线水分测量仪，真实的测量了参与油膜轴承润滑的油内的含水量，极具说服力；本试验台实现了总体到部分的级联控制，保证了整个试验台的安全运行；本试验台采用电涡流传感器用于测量试验主轴的轴心，进而测量油膜轴承润滑油的最小油膜厚度，具有极大的参考价值；本试验台采用电主轴作为动力源，通过变频调速即可实现6000rpm的高转速,试验台的结构美观紧凑。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型滑动轴承台架的剖视图。
[0020]图2为本实用新型的结构示意图。
[0021]图3为本实用新型的试验主轴安装上支撑轴承座和试验轴承座后的结构示意图。
[0022]图4为本实用新型加载油缸与试验轴承座连接位置的局部放大图。
[0023]图5为本实用新型的试验流程框图。
【具体实施方式】
[0024]油膜轴承润滑油试验台包括电机驱动系统、滑动轴承台架、润滑系统、液压加载系统和监测与控制系统。为了实现模拟高速线材精轧机组油膜轴承的工作状况，电机驱动系统采用电主轴作为动力源，最高转速可达6000rpm ;液压加载系统可提供径向150KN的加载力；润滑系统的油箱内安装锈蚀装置、除水装置、在线水分测量仪，可以实现对润滑油内的加水、除水、除锈、水分测量等操作；监测与控制系统可以实现各系统之间的级联控制及保护。本试验台采用电涡流传感器测量油膜轴承润滑油的油膜最小厚度。通过对油膜最小厚度的测量，以表征油膜轴承润滑油的承载性能；润滑系统的进油管安装在线水分测量仪，实现了轴承润滑油内水分的可靠监测。
[0025]本实用新型的实现过程是通过监测与控制系统对各分支系统的级联控制完成的。首先，监测与控制系统控制润滑系统的运行；其次，当润滑系统的各个参数达到设定的标准值之后，监测与控制系统控制电机驱动系统的运行；再次，当试验轴承的转速达到设定的试验值之后，监测与控制系统控制液压加载系统的运行。在整个运行过程中，监测与控制系统对试验设备的各个有效参数进行实时测量与记录，并通过计算机显示。一旦监测到某一数值发生异常时，监测与控制系统依次控制液压加载系统、电机驱动系统和润滑系统停止工作，以避免危险状况的发生。
[0026]如图1?5所示，本实用新型的电机驱动系统主要包括变频器、主轴电机基座1、主轴电机2、主轴电机冷却口 3、主轴电机基座盖4、主轴电机吊环5。滑动轴承台架包括试验主轴6、支撑轴承座密封左端盖7和36、支撑轴承座左端盖8和35、支撑轴承座端盖圆形密封圈9、12、26、30、支撑轴承座10、28、试验主轴基座盖11、试验轴承座密封左端盖13、试验轴承座左端盖14、试验轴承圆形密封圈15、试验轴承座16、加载油缸活塞导筒17、加载油缸活塞圆形密封圈18、加载油缸活塞19、加载油缸密封垫20、加载油缸吊环21、加载油缸22、加载油缸紧固螺栓23、电涡流传感器24、试验轴承座密封圈25、支撑用油膜轴承27、42、支撑轴承座右端盖29、41、支撑轴承座密封圈31、43、支撑轴承座密封右端盖32、40、试验主轴基座33、试验台基座34、试验轴承座密封右端盖37、试验轴承座右端盖38、试验轴承39、联轴器44。
[0027]主轴电机基座I和主轴电机基座盖4通过螺栓把主轴电机2固定，主轴电机基座I再通过螺栓将其固定在试验台基座34上。主轴电机端部有冷却口 3，用于连接冷却水管，确保主轴电机的高速旋转时产生的热量能够及时散走。主轴电机基座盖4顶部安装吊环5，便于设备的安装调试。[0028]试验用油膜轴承31安装在试验轴承座16内，并通过定位螺栓将其固定。在试验轴承座16的两端通过螺栓安装上试验轴承座左端盖14和右端盖38。其中，试验轴承座端盖14、38上安装有试验轴承圆形密封圈15，以防止润滑油的泄露。在试验轴承座端盖14、38内分别安装有试验轴承座密封圈25。再将试验轴承座密封左端盖13和右端盖37通过螺栓固定在试验轴承座端盖14、38上。试验轴承座16的两侧分别设有轴向凸缘，在该轴向凸缘上设有用于安装电涡流传感器24的通孔，电涡流传感器24的测量端与试验主轴6的表面之间具有间隙，电涡流传感器24用于测量其到试验主轴6的表面的距离，再计算出试验轴承内润滑油的最小油膜厚度。其中，四只电涡流传感器24分别设置在试验轴承39的两侧，在试验轴承座的左端同一平面内成90度夹角安放两支电涡流传感器24，在试验轴承座的右端同一平面内成90度夹角安放两支电涡流传感器24，电涡流传感器24指向试验主轴6的轴心。组装完成的试验轴承座悬挂安装在试验主轴6的正中位置处。
[0029]支撑油膜轴承27、42分别安装在支撑轴承座10、28内，并用定位螺栓将其固定。在支撑轴承座10、28的两端分别通过螺栓安装上支撑轴承座左端盖8和右端盖32、左端盖29和右端盖41。其中，支撑轴承座端盖8、32、29、41上安装有支撑轴承座端盖圆形密封圈9、12、26、30，以防止润滑油的泄露。在支撑轴承座端盖8、32、29、41上安装有支撑轴承座密封圈31、43。再将支撑轴承座密封左端盖7和右端盖32、左端盖36和右端盖40通过螺栓固定在支撑轴承座端盖8、32、29、41上，以完成支撑轴承座的组装。支撑轴承座10、28的两侧分别设有径向凸缘，两凸缘之间形成的凹陷部宽度与试验主轴基座33上的安装孔宽度匹配。组装完成的支撑轴承座悬挂安装在试验主轴6的两端，并按设计要求定位。
[0030]将安装了试验轴承座16和两个支撑轴承座10、28的试验主轴6安装在试验主轴基座33上。再将试验主轴基座盖11通过螺栓固定在试验主轴基座33上，完成对试验主轴的固定。通过螺栓把试验主轴基座33固定在试验台基座34上。
[0031]主轴电机2通过变频器实现无级调速控制,在试验台基座34上有深约IOmm的定位导槽，以保证主轴电机2和试验主轴6的轴心在同一水平面上。
[0032]安装在试验台基座33上的主轴电机2通过柔性联轴器44与试验主轴6连接，以实现动力的传输。
[0033]本实用新型的润滑系统主要由支撑油膜轴承润滑系统和试验轴承润滑系统等组成。其中，支撑油膜轴承润滑系统用于两支撑油膜轴承的润滑，而试验轴承润滑系统用于试验轴承的润滑。
[0034]试验轴承润滑系统主要包括:油箱、油箱温度调节装置、油箱内水分监测装置、油箱内液位检测装置、油箱内浮动吸油装置、锈蚀装置、油箱内加水装置、油箱内除水装置、螺杆泵、过滤器、进油管温度调节装置、进油管油压调节装置、进油管油温传感器、进油管油压传感器、进油管流量传感器、出油管油温传感器、出油管流量传感器、进油管路含水量传感器。
[0035]支撑油膜轴承润滑系统主要包括:油箱、油箱温度调节装置、油箱内液位检测装置、油箱内浮动吸油装置、螺杆泵、过滤器、进油管温度调节装置、进油管油压调节装置和控制阀门。
[0036]试验轴承润滑系统的作用主要是提供试验轴承正常运行所需的润滑油，而且作为润滑油性能测试的平台。通过测量润滑油进油管和出油管油温，以及进油管润滑油流量，可以计算润滑油的温升情况。润滑系统的油箱内有温度调节装置，可以实现对油温的自动调节，以便于润滑油的除水、除锈。输油管有温度调节装置，可以调节油温至额定温度，保证油膜轴承内润滑油工作在最理想状态。润滑系统油箱内的监测装置及输油管路的监测装置可以把监测到的数据传输给监测与控制系统，用于试验数据的记录和处理。
[0037]为了测试不同油品的润滑性能，试验润滑系统油箱可以使用不同品牌的润滑油进行对比试验。试验轴承润滑系统的油箱上有加水装置，试验轴承的进油管路上安装含水量传感器可准确测量出润滑油内的含水量，以此测试润滑油在不同含水量下的润滑油性能测试。通过上述举措，以完成试验台既定的设计目标。而支撑油膜轴承润滑系统的作用是提供支撑油膜轴承运行所需的润滑油，提供支撑油膜轴承所需的额定油温和压力的润滑油。
[0038]此外，润滑系统的油箱选用不锈钢材料制造，输油管采用碳钢制造。在油箱的外表面设有观察用的视窗，便于观察润滑油油品的变化。
[0039]本实用新型的液压加载系统主要由电机、叶片泵、油箱、滤油器、吸油管滤油器、力口载分流块、溢流阀、比例减压阀、冷却器、空气滤清器、压力表、压力传感器、加载油缸、加载油缸活塞、加载油缸活塞导筒、螺栓若干、控制阀门、密封圈等组成。首先，电机与叶片泵通过轴连接链接；叶片泵的进油管上安装吸油管滤油器，并放在油箱的底部。叶片泵的出油管通过滤油器与加载分流块相连；加载分流块上还通过油管、冷却器与空气滤清器相连，再经过回油管与油箱相连。加载分流块上安装有压力表、压力传感器、溢流阀、比例减压阀，并有油管与加载油缸的进油口相连，通过相关的控制改变比例减压阀的值，改变加载液压油的压力，以改变径向加载的大小。加载油缸通过螺栓固定在试验主轴基座盖的正上方。同时，加载油缸上安装有吊环，便于设备安装调试。加载油缸导筒上安有圆形密封圈，以防止压力油的泄露。加载油缸活塞杆顶在试验轴承座上端的“V”型槽，以实现径向加载。试验台运行时通过安装在加载分流块上的压力传感器，以实现加载压力的反馈控制。
[0040]液压加载系统通过径向加载油管向加载油缸提供压力油。径向加载油缸的最大径向加载不超过150KN。安装在加载油缸内的压力传感器把采集到的油压信号传输给监测与控制系统，实时监测径向加载的大小，确保系统的安全运行。
[0041]本实用新型的监测与控制系统主要包括工控机PC、数据采集卡、智能变送器、接线端子及电动执行器。
[0042]工控机PC与数据采集卡相连，并实时显示采集的数据。数据采集卡分别与工控机PC和电动执行器相连。工控机PC通过数据采集卡控制相关的电动执行器实现对润滑系统、电机驱动系统及液压加载系统等参数的控制。润滑系统、电机驱动系统及液压加载系统中的传感器经过智能变送器及接线端子与数据采集卡相连，把测量的数据传输给工控机PC，用于数据的显示及监测。当监测到某一数值超出安全值时，工控机PC会发出相应指令给数据采集卡。数据采集卡经过相关的A/D及D/A转换之后，驱动相应的电动执行器动作，以实现对整个系统的监测控制，以避免危险状况的发生。
[0043]综上所述，本实用新型所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本实用新型的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本实用新型的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种油膜轴承试验台，其特征在于:该试验台包括滑动轴承台架，该台架包括:试验主轴基座、试验主轴基座盖、试验主轴、设置在试验主轴两端的支撑轴承、设置在试验主轴上的试验轴承和设置在试验轴承座上的电涡流传感器；所述试验主轴通过支撑轴承设置在试验主轴基座上，所述试验主轴基座盖与试验主轴基座匹配连接，所述试验主轴基座盖上固定设置有加载油缸，所述加载油缸的活塞杆与试验轴承座连接。
2.如权利要求1所述油膜轴承试验台，其特征在于:所述试验轴承座的两端面分别设有轴向凸缘，所述电涡流传感器通过轴向凸缘上设置的通孔固定在试验轴承座上，所述电涡流传感器指向所述试验主轴的轴心，所述电涡流传感器的测试端面与所述试验主轴表面之间具有间隙。
3.如权利要求2所述油膜轴承试验台，其特征在于:在所述试验轴承座两端的轴向凸缘上分别设置有2组所述电涡流传感器，在所述试验轴承座左右两侧的两个电涡流传感器之间的角度分别为90度。
4.如权利要求1所述油膜轴承试验台，其特征在于:所述支撑轴承座为剖分式结构，所述支撑轴承座的两端面分别设有径向凸缘，该径向凸缘之间的宽度与所述试验主轴基座上的安装孔宽度匹配。
5.如权利要求1所述油膜轴承试验台，其特征在于:该油膜轴承试验台还包括通过变频器实现无级调速控制的主轴电机，其最高转速为6000转/分。
6.如权利要求5所述油膜轴承试验台，其特征在于:所述主轴电机采用水冷散热方式。
7.如权利要求1所述油膜轴承试验台，其特征在于:该油膜轴承试验台还包括润滑系统，所述润滑系统包括用于润滑支撑轴承的支撑轴承润滑系统和用于润滑试验轴承的试验轴承润滑系统，所述支撑轴承润滑系统和试验轴承润滑系统为相互独立的两套系统。
8.如权利要求7所述油膜轴承试验台，其特征在于:所述试验轴承润滑系统包括依次连接的进油管路、液压泵、油箱和出油管路，所述油箱中设有加水装置、除水装置和油箱内水分监测装置，所述进油管路上设有进油管油压调节装置、进油管油压传感器、进油管温度调节装置、进油管温度传感器、进油管流量传感器和进油管含水率传感器，所述出油管路上设有出油管油温传感器和出油管流量传感器。
9.如权利要求8所述油膜轴承试验台，其特征在于:该油膜轴承试验台还包括监测与控制系统，所述监测与控制系统包括工控机PC、数据采集卡、智能变送器、接线端子及电动执行器，所述工控机PC与数据采集卡相连，并实时显示采集的数据，数据采集卡分别与电动执行器和接线端子相连，电动执行器分别与电机驱动系统、润滑系统和液压加载系统连接，所述接线端子与所述智能变送器连接，所述数据采集卡通过所述接线端子和智能变送器分别采集主轴转速、电涡流传感器、加载油缸压力传感器、进油管油压传感器、进油管温度传感器、进油管流量传感器、进油管含水率传感器、出油管油温传感器和出油管流量传感器的数据。
10.如权利要求1所述油膜轴承试验台，其特征在于:所述加载油缸的最大加载力为150KN。
【文档编号】G01M13/04GK203502222SQ201320646200
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】张奕黄, 耿延龙, 李泽源, 李泽强, 叶军, 张宽德, 曹君慈, 李宏业, 李欢欢 申请人:北京交通大学