轴承变载荷压力试验机液压加载系统设计

　　轴承的疲劳寿命是轴承一个非常重要的质量指标,目前最常用的测试方法是通过强化加载试验来测试轴承的寿命。我国现有的疲劳轴承试验机自动化程度低,采用手动螺杆移动加载活塞来调节加载油压[1],虽然轴承加载端是通过橡胶膜片来加载,不存在泄漏,但加载活塞却存在少量渗漏,以至加载油压会逐渐降低,要求人工移动活塞来保压,不能自动设定载荷谱,试验加载系统的稳定性差。作者通过液压加载系统设计,实现轴承检测的动态变载荷循环加载。

　　1　轴承变载荷数字式加载试验机

　　轴承变载荷数字式加载试验机由机械工作部分(轴承试验台、变载荷加载机构)、试验数据测量部分(传感器和数据采集模块)、控制系统及电气驱动(PLC控制器及驱动模块和基于LabVIEW的组态) 3部分组成。强化寿命试验系统结构如图1所示。

　　机械工作部分主要包括轴承试验台、强化加载系统。轴承试验台提供强化寿命试验机的支座和安装试验轴承;强化寿命系统使用液压缸为轴承提供可变压力载荷,液压缸的压力通过数字阀改变液压缸的流量实现。

　　试验数据测量部分采集的轴承检测参数主要包括:振动频率、轴承温度、轴向/径向压力、轴承转动速度及转动频率等。轴承工作的时候其内圈转动,外圈不动固定在座体上, 4个温度计分别测量外圈上的温度,确定轴承疲劳破坏发生的温度变化;整个动态测试系统放在夹具上,由轴向和径向的压力传感器来测得所加载荷的实际压力值,记录轴承试验的压力变化;由转速传感器测量轴的转速和转数;由振动传感器记录轴承在测试过程中的振动量。所得数据送入控制系统,通过闭环控制方式控制轴承的转速和变载荷加载值;同时被送入计算机组态系统,用于分析轴承测试结论。

　　电气驱动及控制部分包括数字阀、变频电机等执行电器的驱动电路,实现现场控制的PLC控制器及其扩展模块,实现人机交互和数据管理的计算机组态系统, PLC控制器软件系统和基于LabVIEW的计算机组态程序。

　　2　液压加载系统设计

　　变载荷加载压力试验机要求以规定速度匀速加载,均匀控制压力。由于材料的力学性能各不相同,设计一种数字式微小流量阀实现匀速加载,加载速率范围0·05~25 kN/s,负载范围10~300 kN。系统结构如图2所示。

　　试验机上轴向和径向各用一只专用的数字控制流量阀[2],该阀由一个节流阀和一个减压阀组成,减压阀为三通转阀式结构,通过调节小流量阀的输出流量来控制液压缸的输出压力。该阀以二相混合式步进电机为电-机械转换元件,直接通过数字方式控制,消除了阀的滞环,提高了控制精度和抗干扰能力,具有良好的流量-压力特性和较高的频响特性。该液压系统原理如图3所示。