基于虚拟仪器的滑动轴承摩擦试验系统的设计

　　21 世纪是海洋发展的世纪, 深海开采技术是海洋发展的重要内容, 也是深海金属矿产资源开发的核心, 而研制大功率高扬程粗颗粒深水输送泵是深海开采技术中的深海采出矿物向水面输送技术研究的重要组成部分。由于潜水泵在 1000m以下的深海工作, 环境复杂, 且不易更换条件的限制, 潜水泵的设计要求较高, 对潜水泵的润滑技术提出了很高的要求。而轴承作为潜水泵润滑系统重要组成部分, 需要对轴承的摩擦磨损特性进行实验分析。M S-800A 四球摩擦试验机是一种广泛应用于金属或非金属材料摩擦磨损测试和润滑油评定的机械设备。因此需要通过对原有的 M S-800A 四球摩擦试验机的四球摩擦磨损部分进行改造, 建立一套滑动轴承的摩擦磨损试验研究系统, 为潜水泵的研制成功提供实验依据。

　　虚拟仪器是当今计算机辅助测控领域中的一项重要技术。它以计算机为统一的硬件平台, 在其中配以具有测试和控制功能并可实现数据交换的模块化硬件接口卡, 辅以具有测试仪器功能且形象逼真的软件模块, 通过系统管理软件的统一指挥调度来实现传统测控仪器的功能。与传统仪器相比, 虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势。

　　基于虚拟仪器技术对其原有的控制和测试系统进行改造,利用现代检测技术, 实现对实验摩擦副温度和摩擦系数的在线检测, 可建立一套基于虚拟仪器的滑动轴承摩擦磨损试验研究系统。

　　1 系统设计

　　1.1 整体系统的设计

　　基于虚拟仪器的滑动轴承摩擦磨损试验机的整体系统如图 1 所示。

　　实验中, 通过温度、转速和摩擦力传感器对实验过程中的温度、转速和摩擦力信号进行实时采集, 并转化为相应的电压信号; 调理电路对信号进行放大和滤波处理, 除去高频部分的干扰信号; 数据采集卡将调理后的测试信号进行采集, 最后由LabVIEW 软件对温度、转速和摩擦力信号进行调理、显示和储存。LabVIEW 软件输入实验的控制信号, 通过数据采集卡输出进入控制电路, 对系统的运行转速和水泵进行控制。

　　1.2 滑动轴承摩擦磨损试验机的设计

　　1.2.1 滑动轴承摩擦磨损试验机结构

　　滑动轴承摩擦磨损试验机是通过对 M S-800A 四球摩擦试验机进行改造后实现的, 改造后的结构如图 2 所示。试验机包含: 主电机、加载系统、润滑系统、摩擦块系统、摩擦力测量系统、温度测量系统、转速测量系统和主机框架等部分组成。其中对 M S-800A 四球摩擦试验机的改造主要是改造其摩擦块部分, 将原有的用于四球试验的摩擦块改造后为滑动轴承的摩擦块, 从而实现对滑动轴承进行摩擦磨损试验研究; 增加润滑系统, 对摩擦试验块进行持续循环的润滑和冷却过程; 增加温度测量系统, 在摩擦块上安装温度传感器, 实时监测滑动轴承试验过程中的温度。