ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗機的改造

邵陽，尹福剛，孫岳松，徐克彬

（瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300）

1 存在的問題

隨著主機要求的不斷提高，越來越多的軸承需要進行性能試驗，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速下的溫升、密封等性能，這就要求試驗機具備全自動變載變速功能，而且要實時監測軸承的振動和溫度。

ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗機研制于20世紀90年代，功能單一，且加載、變速、溫度測量均采用人工方式，已無法滿足自動變載變速和實時監測軸承性能的試驗要求，因此，對ABLT-I進行了系統改造，增加相關功能，以滿足軸承研發和市場需求。

2 試驗機的改造

2.1 液壓系統

改造后液壓系統的原理如圖1所示，與改造前相比，液壓泵站部分沒有變化；采用電磁比例調壓閥取代了機械式比例調壓閥，便于實現油缸工作壓力按照程序設定自動調節；取消了電接點壓力表，系統保壓時油泵啟?？繅毫鞲衅骺刂?；電磁球閥取代電磁換向閥，減少滑閥內部泄漏，延長系統保壓工作時間；蓄能器位置移到電磁球閥與油缸之間。

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

改造后的液壓系統采用電磁比例調壓閥控制工作壓力，計算機通過壓力傳感器反饋信號檢測并控制比例調壓閥輸出壓力。當達到試驗要求的工作載荷時，系統根據機械壓力傳感器反饋信號控制油泵自動停止工作，電磁球閥斷電，系統保壓；隨著系統內部泄漏量增加，液壓系統工作壓力緩慢下降，當工作載荷下降到設定值時，系統根據機械壓力傳感器反饋信號控制油泵自動啟動工作，電磁球閥通電，系統為蓄能器補壓。整個工作循環由液壓壓力傳感器、機械壓力傳感器和電磁比例調壓閥組成閉環控制系統，保證在試驗過程中工作載荷穩定、波動范圍?。?］。

2.2 傳動系統

傳動系統采用變頻電動機，通過皮帶驅動試驗主軸旋轉，主軸轉速通過變頻器調整，變頻器工作頻率由計算機閉環控制，實現自動變速。

2.3 測控系統

試驗機測控系統由工業計算機、A／D采集卡、D／A控制卡、I／O控制卡、無線網卡、高速同步振動信號采集卡、振動傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器、變頻器及載荷控制系統組成?？蓪崿F如下功能［2］：

1）根據設定方案自動變載、變速運行，并可自動記錄、報警、停止。

2）振動加速度檢測，實時顯示動態波形、振動有效值、峰值、峰值因子、峭度。

3）溫度檢測，實時顯示溫度曲線及測量值。

4）轉速、壓力閉環控制。

5）可查看振動、溫度趨勢圖。

2.4 改造后的效果

根據試驗需要，選擇2臺ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗機，進行液壓系統、油缸及傳動系統的改造，并增加計算機測控。

原試驗機液壓系統采用機械式比例調壓閥調壓，只能通過人工增減砝碼調整系統工作壓力，并且在油溫變化大或載荷波動劇烈時，調壓閥閥芯跳動，會造成液壓油大量泄漏。因此，選用電磁比例調壓閥取代機械式比例調壓閥，通過計算機程序控制載荷，根據試驗方案自動變載；由于電磁比例調壓閥內部有漏油，因此必須增加電磁球閥，在系統保壓時封住油缸進油口，減少內部泄露，延長保壓時間；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間，而且可以吸收液壓沖擊、減小工作載荷波動。

原試驗機工作油缸為橡膠薄膜缸，橡膠薄膜容易破損，從而引起系統壓力油內部泄漏，如果不能及時發現，會造成試驗機無載荷空轉，影響試驗效果。改造后，用活塞油缸取代橡膠薄膜油缸，增加一個壓力傳感器測量載荷，構成閉環壓力控制系統，準確補償、調整液壓系統工作壓力。

原試驗機傳動系統由普通三相電動機通過皮帶驅動試驗主軸旋轉，通過更換皮帶輪實現主軸轉速的變換。改造后，采用變頻電動機，主軸轉速通過變頻器調整，變頻器工作頻率則由計算機程序控制，可實現自動變速。

另外，原試驗機無法自動記錄數據，也無法自動判斷軸承是否損壞。改造后，系統增加了自動記錄數據功能，能夠實時監測軸承的狀態，自動監測振動和溫度，并實現自動報警、停機功能。

3 實例分析

實例1：對22309CA／W33型調心滾子軸承進行變載變速條件下的試驗，試驗方案見表1，無軸向載荷。

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

載入方案后，試驗機按照方案進行全自動變載變速試驗，自動記錄數據并計時，當軸承產生疲勞損傷時自動報警停機，報警時軸承的振動波形如圖2所示。軸承下機拆套后發現外圈有疲勞點，如圖3所示。改造后的試驗機滿足了試驗要求，并且在軸承出現疲勞時做出了準確的判斷，報警停機。

圖2 軸承的振動波形Fig.2 Vibration waveform of bearing

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

實例2：在固態油潤滑軸承6306的研發過程中，需進行溫升試驗，試驗方案見表2，無軸向載荷。

表2 6306軸承試驗方案Tab.1 Test program of bearing 6306

改造后的試驗機可對軸承溫度進行實時監控，并自動繪制溫度變化曲線，為后續試驗分析及產品升級提供有力的數據，6306軸承試驗中的溫度曲線如圖4所示。

圖4 試驗軸承溫度曲線Fig.4 Temperature curve of test bearing

4 結束語

改造后的2臺ABLT-I型軸承疲勞壽命試驗機工作穩定可靠，能夠根據預定的試驗方案自動進行多階段不同載荷、轉速條件下的運轉性能試驗，可以檢測試驗過程中軸承的溫度、振動，并閉環控制載荷和轉速，滿足汽車等高端軸承性能試驗要求，擴大了試驗機的功能范圍。同時，通過改造也有效地解決了原試驗機固有的一些多發性故障問題，為老設備增添了新的活力。