超高速列车轴承综合性能试验台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测试超高速列车轴承性能的实验装置，该试验台采用液压动力系统作为动力装置、液压马达作为驱动装置、液压缸作为加载装置，包括主试验台、环境模拟系统、电气控制系统和监测系统。其中主试验台由动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、台架和通风装置组成；环境模拟系统由风速模拟系统、喷淋系统和温度模拟系统组成；电气控制系统为主试验台和环境模拟系统分配动力并进行驱动控制；监测系统采集被测试轴承的温度、转速、振动、压力等信号，并实现对被测试轴承的性能评估。本发明的试验台能够进行时速超过500公里超高速列车轴箱轴承的静态与动态测试，具有结构紧凑、装卸轴承方便、操作简单、加载载荷大小可调等特点。
【专利说明】超高速列车轴承综合性能试验台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测试轴承性能的实验装置，具体地涉及一种用于测试超高速列车轴承综合性能的试验台。
【背景技术】
[0002]超高速列车是指时速超过500公里的列车。近几年，我国高速铁路得到了飞速发展，已经掌握了超高速列车技术。据报道，2014年南车青岛四方机车车辆股份有限公司的超速试验列车的试验速度达到了 605km/h。
[0003]轴箱轴承是轨道车辆走行支承部位的重要组成部分，是最容易发生故障的零部件之一。目前，高速列车轴箱轴承还没有实现国产化，时速高于160公里的高速铁路轴承全部需要进口。高铁轴承国产化是我国高速列车发展的必然趋势。近年来，经过国内轴承行业的努力，已在高铁轴承的设计与制造方面取得重要进展，已经研制出时速300公里动车组轮对轴箱轴承样品。然而，由于缺乏高铁轴承试验设备，不能提供足够的轴承性能试验数据，无法满足高铁轴承的应用要求。为了能够模拟高铁轴承在极限工作情况下的实际恶劣工况，检测高铁轴承在特定工况下的性能和寿命，对高铁轴承做出具体评估，急需一套检测及试验设备。
[0004]国外高速铁路轴承试验台不仅价格昂贵，而且关键技术保密。为实现高速铁路轴承国产化，打破国外企业的技术垄断，迫切需要研制高速铁路轴承试验台，对轴承各项性能进行测试和验证。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能够模拟超高速列车轴承实际工况的超高速列车轴承综合性能试验台，用于对时速500公里以上超高速列车轴承的性能测试。
[0006]为了达到上述目的:通过以下技术方案来实现:
超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:该试验台采用液压动力系统作为动力装置、液压马达作为驱动装置、液压缸作为加载装置，该试验台包括主试验台、环境模拟系统、电气控制系统和监测系统四大模块；
所述的主试验台，包括:动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、台架和通风装置，采用液压动力系统作为动力装置为驱动装置和加载装置提供动力，采用液压马达作为驱动装置驱动运动装置进行运动，运动装置由主轴、支撑轴承、被测试轴承和润滑系统组成，采用液压加载方式进行径向静载加载、径向动态加载和轴向动态加载，通风装置为运动装置提供通风换气，台架为动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置和通风装置提供支撑；
所述的试验台的环境模拟系统，包括风速模拟系统、喷淋系统和温度模拟系统；
所述的试验台的电气控制系统，为主试验台的动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、通风装置和环境模拟系统分配动力并进行驱动控制，使这些装置和系统协调工作，配合完成不同的试验工作； 所述的试验台的监测系统，对被测试轴承的温度、转速、振动、压力等信号进行采集，并借助现代信号处理方法实现对采集的信号进行处理分析，实现对被测试轴承的性能评估。
[0007]有益效果
本发明是针对时速超过500公里的超高速列车轴承综合性能试验台，能够进行超高速列车轴箱轴承的静态测试与动态测试，包括防尘测试、防漏脂测试、喷水试验、性能试验、疲劳寿命试验等。
[0008]本发明的超高速列车轴承综合性能试验台，可完成最大转速6000r/min,测试风速为0-50m/s，轴向最大加载载荷为200kN，径向最大加载静态载荷为360kN，径向最大加载动态载荷为360kN的模拟试验。若以轮对的直径860_计算，可测试时速为972公里的超高速列车轴承。
[0009]本发明的超高速列车轴承综合性能试验台，采用液压伺服系统，进行闭环控制，通过对被测试轴承的温度、转速、振动、压力等信号进行联合监测来判断轴承的状态，具有结构紧凑、装卸轴承方便、操作简单、调整与升级方便、加载载荷大小可调等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的试验台组成示意图；
图2为本发明的主试验台的结构示意图。
[0011]图2中，1一动力装置，2—驱动装置，3、4、5—加载装置，6—运动装置，7—被测试轴承，8—台架，9一通风装置。
【具体实施方式】
[0012]为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0013]参见图1，一种超高速列车轴承综合性能试验台，该试验台包括主试验台、环境模拟系统、电气控制系统和监测系统四大模块。
[0014]主试验台包括:动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、台架和通风装置。采用液压动力系统作为动力装置为驱动装置和加载装置提供动力，采用液压马达作为驱动装置驱动运动装置进行运动，运动装置由主轴、支撑轴承、被测试轴承和润滑系统组成，采用液压加载装置进行径向静载加载、径向动态加载和轴向动态加载，通风装置为运动装置提供通风换气，台架为动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置和通风装置提供支撑。
[0015]所述的试验台的环境模拟系统，包括风速模拟系统、喷淋系统和温度模拟系统；
试验台的电气控制系统，采用PLC和计算机技术进行设计，为主试验台的动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、通风装置和环境模拟系统分配动力并进行驱动控制，使这些装置和系统协调工作，实现对主轴的转速、正反转和载荷的大小及对加载曲线的准确控制，配合完成不同的试验工作；
由于单一的温度监测已不能满足要求，试验台的监测系统通过对温度、转速、振动、压力等信号进行联合监测来判断轴承的状态。监测系统包括硬件和软件，硬件包括温度、转速、振动、压力信号传感器和信号调理电路，以及计算机等组成，软件功能模块包含轴心轨迹、包络分析、统计分析、相关分析、倒谱分析、频谱分析、短时傅里叶变换(STFT)、小波变换、经验模态分解(EMD)等时域、频域和时频域分析方法。通过借助现代信号处理方法实现对采集的信号进行处理分析，实现对被测试轴承的性能评估。
[0016]该试验台能够对轴承进行静态测试、也能够对其进行动态测试。对于动态测试，通过液压缸根据实际载荷谱加载径向力，来模拟列车行驶过程中受到轨道的不平等带来的激振力。
[0017]径向静载加载和径向动态加载的作用方向选择铅垂于主轴方向，米用液压加载方式根据实际载荷谱加载径向力；轴向动态加载选择沿主轴方向，采用液压加载方式根据实际载荷谱加载轴向力。
[0018]该试验台能够完成多种试验，包括防尘测试、喷水试验、性能试验、疲劳寿命试验坐寸ο
[0019]参见图2，一种超高速列车轴承综合性能试验台的主试验台的结构示意图，该主试验台包括:动力装置1、驱动装置2、加载装置3?5、运动装置6、被测试轴承7、台架8和通风装置9。
[0020]动力装置I采用了液压动力系统为驱动装置2和加载装置3飞提供动力，包括液压泵、液压阀、液压管道、油箱。所述的液压阀包括:溢流阀、换向阀、减压阀、液压锁、调速阀、电液比例阀、伺服阀、顺序阀、节流阀等。通过液压泵给加载液压缸供油，使轴向加载装置和径向加载装置分别为被测试轴承施加轴向力和径向力，进而对轴承的性能及可靠性进行测试。图2中所设计的液压动力系统工作压力为200bar。
[0021]驱动装置2的核心部件是液压马达，驱动运动装置6进行运动。图2中液压马达的额度转速为4500r/min，若以轮对的直径860mm计算，可测试时速为729公里的超高速列车轴承。
[0022]运动装置6由主轴、支撑轴承、被测试轴承7和润滑系统组成，被测试轴承7安装在主轴的一端，在主轴安装测试轴承的位置采用拥有不同尺寸的轴承套，以满足对于不同内径尺寸轴承的测试要求，简化轴承的装卸过程。
[0023]加载装置3飞采用液压加载方式进行加载，其核心部件是带有冷却功能的液压缸。该加载装置包括径向静载加载装置4和动态装置，动态加载装置包括轴向动态加载装置3和径向动态加载装置5，根据加载模式设定所设置的径向力和轴向载荷对被测试轴承7进行加载。图2中所设计的液压加载系统,轴向最大加载载荷为200kN，径向最大加载静态载荷为360kN，径向最大加载动态载荷为360kN。加载载荷的大小可以根据载荷谱的大小而调整。
[0024]通风装置9为运动装置6提供通风换气，进而为运动装置6提供冷却功能。
[0025]台架8为主试验台的动力装置1、驱动装置2、运动装置6、加载装置3飞和通风装置9提供支撑。
[0026]以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:该试验台采用液压动力系统作为动力装置、液压马达作为驱动装置、液压缸作为加载装置，该试验台由主试验台、环境模拟系统、电气控制系统和监测系统组成， 所述的主试验台，包括:动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、台架和通风装置，采用液压动力系统作为动力装置为驱动装置和加载装置提供动力，采用液压马达作为驱动装置驱动运动装置进行运动，运动装置由主轴、支撑轴承、被测试轴承和润滑系统组成，采用液压加载方式进行径向静载加载、径向动态加载和轴向动态加载，通风装置为运动装置提供通风换气，台架为动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置和通风装置提供支撑； 所述的试验台的环境模拟系统，包括风速模拟系统、喷淋系统和温度模拟系统； 所述的试验台的电气控制系统，为主试验台的动力装置、驱动装置、运动装置、加载装置、通风装置和环境模拟系统分配动力并进行驱动控制，使这些装置和系统协调工作，配合完成不同的试验工作； 所述的试验台的监测系统，对被测试轴承的温度、转速、振动、压力等信号进行采集，并借助现代信号处理方法实现对采集的信号进行处理分析，实现对被测试轴承的性能评估。
2.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:能够进行时速超过500公里超高速列车轴箱轴承的静态测试与动态测试，包括防尘测试、防漏脂测试、喷水试验、性能试验、疲劳寿命试验等。
3.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:能够完成最大转速6000r/min,测试风速为0_50m/s,轴向最大加载载荷为200kN,径向最大加载静态载荷为360kN，径向最大加载动态载荷为360kN的模拟试验。
4.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:该试验台能够对轴承进行静态测试、也能够对其进行动态测试，对于动态测试，通过液压缸根据实际载荷谱加载径向力，来模拟列车行驶过程中受到轨道的不平等带来的激振力。
5.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于: 所述的径向静载加载和径向动态加载的作用方向选择铅垂于主轴方向，采用液压加载方式根据实际载荷谱加载径向力；所述的轴向动态加载选择沿主轴方向，采用液压加载方式根据实际载荷谱加载轴向力。
6.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:所述的电气控制系统，采用PLC和计算机技术进行设计，能够实现对主轴的转速、正反转和载荷的大小及对加载曲线的准确控制。
7.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:所述的被测试轴承安装在主轴的一端，在主轴安装测试轴承的位置采用拥有不同尺寸的轴承套，以满足对于不同内径尺寸轴承的测试要求，简化轴承的装卸过程。
8.根据权利要求1所述的超高速列车轴承综合性能试验台，其特征在于:所述的监测系统，包括硬件和软件，硬件由温度、转速、振动信号传感器和信号调理电路，以及计算机组成，软件功能模块包含时域、频域和时频域分析方法，有轴心轨迹、包络分析、统计分析、相关分析、倒谱分析、频谱分析、短时傅里叶变换(STFT )、小波变换、经验模态分解(EMD )。
【文档编号】G01M13/04GK104374574SQ201410654838
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】杨彦利, 汤武初, 魏延刚, 唐卫东, 张啸男, 张佳强 申请人:大连交大融通科技发展有限公司