CN102866011A

CN102866011A - 一种高速铁路轴承试验加载装置

Info

Publication number: CN102866011A
Application number: CN2012102247334A
Authority: CN
Inventors: 刘宏昭; 王磊; 原大宁; 刘丽兰
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102866011B

Abstract

本发明公开了一种高速铁路轴承试验加载装置，包括机座部分、传动部分和加载部分；机座部分安装有变频电机、轴承及支撑轴承，两个支撑轴承上分别安装有一试验主轴；每个试验主轴两端各自分别安装有一个被试轴承；传动部分的变频电机与带轮轴连接，带轮轴上同时安装有两个V带，两个V带的另一端分别朝向两侧套装在两个从动轮上，该两个从动轮分别安装在两个试验主轴上。本发明装置，其加载系统均采用了液压传动和增力机构相结合的方式，有效地降低了加载系统输入力，系统可靠性高，功耗小，提高了测试效率。

Description

一种高速铁路轴承试验加载装置

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，涉及一种高速铁路轴承试验加载装置。

背景技术

高速铁路轴承要求具有高速、重载和高可靠性的性能，为评估高速铁路轴承的可靠性，需要对高速铁路轴承实际运行时的动态性能进行试验研究。

目前，国内关于高速铁路轴承的试验加载问题研究较少，而且有关高速、重载的轴承试验装置基本都采用单纯的液压加载方式，造成试验装置体积庞大，功耗较高，而且由于压力过大导致液体容易泄露。

同时现有的轴承加载装置还存在如下问题：（1）由于轴承性能试验尤其是寿命可靠性试验的试验周期很长，而一台轴承试验加载装置一次可测试轴承的数量又较少（一般最多为两个），因而试验效率偏低。（2）大多数轴承试验加载装置，一般都采用一个液压缸提供一个方向的加载力，因此对需要在轴向和径向同时施加载荷的轴承，就得采用两个液压缸分别提供轴向力和径向力。所以，研制与之相适应的高转速、重载荷、寿命可靠的轴承试验加载装置势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路轴承试验加载装置，解决了现有技术轴承加载装置中体积大，功耗高，试验效率过低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高速铁路轴承试验加载装置，包括机座部分、传动部分和加载部分，加载部分包括轴向加载装置及径向加载装置，

所述的机座部分结构是，在工作台上固定设置有电机支座、轴承支座和四个轴承支撑座，在电机支座上安装有变频电机，在轴承支座上安装有轴承，电机支座与轴承支座同轴设置；四个轴承支撑座两两同轴设置且分别对应安装在电机支座与轴承支座的连轴线两边，每边的两个轴承支撑座中同轴安装有支撑轴承，两个支撑轴承上分别安装有试验主轴和试验主轴二，试验主轴和试验主轴二的形状及尺寸完全一致；

所述的传动部分结构是，变频电机通过联轴器与带轮轴连接，带轮轴的另一端套装在轴承中，带轮轴上同时安装有V带和V带二，V带和V带二的另一端分别朝向两侧套装在从动轮和从动轮二上，从动轮和从动轮二分别安装在试验主轴和试验主轴二上。

本发明的高速铁路轴承试验加载装置，其特征还在于：所述的轴向加载装置结构是，在工作台上设置有油箱，油箱与滤油器的一端相通，滤油器的另一端连接有液压泵，液压泵和溢流阀并流后与电液伺服阀连接，电液伺服阀与两个液压缸同时联通，电液伺服阀与液压缸之间的管路上还设置有压力指示表，液压缸内设置有无杆活塞和滑块，每个滑块上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构相连，每个增力机构的输出端并列连接有一个轴向加载头，轴向加载头设置在轴向轨道中，轴向加载头的加载端顶在被试轴承的端面；

所述的径向加载装置结构是，在工作台上设置有油箱二，油箱二与滤油器二的一端相通，滤油器二的另一端与液压泵二连接，液压泵二和溢流阀二并流后与电液伺服阀二连接，电液伺服阀二与液压缸二相连，电液伺服阀二与液压缸二之间的管路上设置有压力指示表二，液压缸二内设置有无杆活塞二和滑块二，滑块二上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构二相连，增力机构二的输出端分别与一个径向加载头连接，两个径向加载头设置在径向轨道中，两个径向加载头的加载端分别顶在一组被试轴承的外圈上。

本发明的有益效果是：（1）采用液压传动与增力机构相结合，有效地降低加载系统的输入力，有效地降低了液压系统的工作压力，增加了系统可靠性，同时还节省了功耗；（2）利用增力机构特性将一个液压缸的输出力并列分配给两个轴承，只用了四个液压缸便实现了8个加载力（分别是4个轴向力和4个径向力），节省了液压缸的数量，缩小了整个装置的体积；（3）本装置一次可测试四个轴承试件，能够对轴承进行轴向和径向加载，特别是涉及具有高速重载特性的高铁轴承试验加载装置，比传统的试验装置至少多测两个，在试验周期不变的情况下，大大提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明装置的俯视图；

图2为本发明装置的侧视图；

图3为本发明装置的主视图；

图4为本发明装置的轴向加载结构图；

图5为本发明装置的径向加载结构图。

图中，1.油箱，2.滤油器，3.液压泵，4.溢流阀，5.电液伺服阀，6.液压缸，7.活塞，8.滑块，9.增力机构，10.轴向轨道，11.轴向加载头，12.螺栓，13.轴承端盖，14.密封圈，15.被试轴承，16.轴套，18.轴承端盖三，19.轴承支撑座，20.支撑轴承，21.轴承支座，22.带轮轴，23.从动轮，24.V带，25.试验主轴，26.联轴器，27.变频电机，29.轴承端盖二，30.轴承，31.试验主轴二，32.V带二，33.从动轮二，34.压力指示表，35.工作台，36.电机支座，37.径向轨道，38.径向加载头，39.增力机构二，40.滑块二，41.活塞二，42.液压缸二，43.压力指示表二，44.电液伺服阀二，45.液压泵二，46.滤油器二，47.油箱二，48.溢流阀二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2、图3，本发明的高速铁路轴承试验加载装置，包括机座部分、传动部分和加载部分，

机座部分结构是，在工作台35上固定设置有电机支座36、轴承支座21和四个轴承支撑座19，在电机支座36上安装有变频电机27，在轴承支座21上安装有一组轴承30，轴承30端头采用轴承端盖二29和螺栓进行轴向固定，电机支座36与轴承支座21同轴设置；四个轴承支撑座19两两同轴设置且分别对应安装在电机支座36与轴承支座21的连轴线两边，每边的两个轴承支撑座19中同轴安装有支撑轴承20，每个支撑轴承20均采用轴承端盖三18和螺栓对其进行轴向固定，两个支撑轴承20上分别安装有试验主轴25和试验主轴二31，该两根试验主轴的形状及尺寸完全一致，；

传动部分结构是，变频电机27通过联轴器26与带轮轴22连接，带轮轴22的另一端套装在轴承30中，带轮轴22上同时安装有V带24和V带二32，V带24和V带二32的另一端分别朝向两侧套装在从动轮23和从动轮二33上，从动轮23和从动轮二33分别安装在试验主轴25和试验主轴二31上；试验主轴25和试验主轴二31两端分别用于安装一个被试轴承15，这样，被试轴承15及其附件一次能够安装四套同时进行测试。

参照图4，所述的轴向加载装置结构是，在工作台35上设置有油箱1，油箱1与滤油器2的一端相通，滤油器2的另一端连接有液压泵3，液压泵3和溢流阀4并流后与电液伺服阀5连接，电液伺服阀5与两个液压缸6同时联通，实现同时控制两个液压缸6，电液伺服阀5与液压缸6之间的管路上还设置有压力指示表34，液压缸6内设置有无杆活塞7和滑块8，每个滑块8上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构9相连，每个增力机构9的输出端并列连接有一个轴向加载头11，轴向加载头11设置在轴向轨道10中进行径向支撑，轴向加载头11的加载端顶在被试轴承15的端面。

参照图5，所述的径向加载装置结构是，在工作台35上设置有油箱二47，油箱二47与滤油器二46的一端相通，滤油器二46的另一端与液压泵二45连接，液压泵二45和溢流阀二48并流后与电液伺服阀二44连接，电液伺服阀二44与液压缸二42相连，电液伺服阀二44与液压缸二42之间的管路上设置有压力指示表二43，液压缸二42内设置有无杆活塞二41和滑块二40，滑块二40上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构二39相连，增力机构二39的输出端分别与一个径向加载头38连接，两个径向加载头38设置在径向轨道37中实现支撑，两个径向加载头38的加载端分别顶在一组被试轴承15的外圈上。

增力机构9和增力机构二39均采用二次正交铰杆增力方式。

被试轴承15及其附件的安装结构是，每个被试轴承15通过轴套16套装在试验主轴上，每个被试轴承15朝向轴向加载头11的一端（外端）设置有轴承端盖13，轴承端盖13通过螺栓12与试验主轴端头固定，轴承端盖13外圆周与轴向加载头11内圆周之间设置有密封圈14。

本发明装置的轴向加载过程是，参照图4，当电液伺服阀5处于左位时，油箱1中的液压油经过滤油器2过滤后由液压泵3泵出，并同时进入两边安装的液压缸6内，液压缸6内的压强为P_A，推动直径为D的无杆活塞7运动，然后通过增力机构9（当量摩擦系数角为

f为铰链副摩擦系数，d为铰链联接处轴直径，l为连杆长度），将作用于无杆活塞7端面上的力

F_{A} = \frac{π D^{2} P_{A}}{4}

放大为

F_{B} = \frac{1}{2} (\frac{1}{\tan (α + θ) \tan (β + θ)} + 1) F_{A},

传递到轴向加载头11上的力

（取f=0.1，d=20mm，l=200mm，α=10°，β=15°，增力系数

），达到所需加载力后，将电液伺服阀5置于中位，停止液压泵3工作，保持压力不变；需要停止加载时，将电液伺服阀5置于右位，回油减压卸荷。

本发明装置的径向加载过程是，参照图5，当电液伺服阀二44处于左位时，油箱二47的液压油经过滤油器二46过滤后，由液压泵二45泵出进入两边安装的液压缸二42，分别推动每个无杆活塞二41运动，然后通过每个增力机构二39，将作用于无杆活塞二41端面上的力放大后，传递到每个轴向加载头38上；达到所需加载力后，将电液伺服阀二44置于中位，停止液压泵二45工作，保持压力不变；需要停止加载，将电液伺服阀二44置于右位，回油减压卸荷。

本发明装置的传动过程是，通过变频电机控制系统来调节变频电机27的转速，将转速和动力传递给带轮轴22，通过V带24和V带二32将转速和动力分别传递给试验主轴25和试验主轴二31，以此来满足被试轴承15（安装在试验主轴上）的转速要求。

变频电机27能够很好地满足试验装置对转速及动力的要求；V带传动将一个动力源传递给两个试验主轴，保证了试验装置一次能够同时测试4个被试轴承15，而且V带传动具有易安装，结构紧凑，传动效率高、噪声小等优点；试验主轴能够根据被试轴承的结构、类型和尺寸，再结合与之配对的列车轮轴对应设置，其作用是安装被试轴承和支撑轴承；

加载部分包括液压部件、增力机构和加载部件。液压缸所提供的压力通过增力机构放大后，并列分配给两种加载头，最后由加载部件将载荷直接作用于被试轴承的径向面或轴向端面。加载部分采用液压传动与增力机构相结合，将液压系统的输出力进行放大并对等分配给两个轴承，既能有效地降低液压系统的工作压力，增加其系统可靠性，又能节省功耗。此外，由于液压系统的活塞杆一般占用空间大，本发明装置采用的活塞去掉了活塞杆，这样可以显著减少整个装置的体积，使结构更加紧凑，同时还增加了刚性。

本发明的高速铁路轴承试验加载装置，每根试验主轴上都能够安装两套试验轴承；加载系统分为径向加载系统和轴向加载系统，均采用了液压传动和增力机构相结合的方式，通过增力机构将液压系统的输出力进行放大，并利用机构特性将该力分别对等加载到两个试验轴承上，有效地降低了加载系统输入力，增加了系统可靠性，节省了功耗，同时还大大提高了测试效率。

Claims

1.一种高速铁路轴承试验加载装置，其特征在于：包括机座部分、传动部分和加载部分，加载部分包括轴向加载装置及径向加载装置，

所述的机座部分结构是，在工作台（35）上固定设置有电机支座（36）、轴承支座（21）和四个轴承支撑座（19），在电机支座（36）上安装有变频电机（27），在轴承支座（21）上安装有轴承（30），电机支座（36）与轴承支座（21）同轴设置；四个轴承支撑座（19）两两同轴设置且分别对应安装在电机支座（36）与轴承支座（21）的连轴线两边，每边的两个轴承支撑座（19）中同轴安装有支撑轴承（20），两个支撑轴承（20）上分别安装有试验主轴（25）和试验主轴二（31），试验主轴（25）和试验主轴二（31）的形状及尺寸完全一致；

所述的传动部分结构是，变频电机（27）通过联轴器（26）与带轮轴（22）连接，带轮轴（22）的另一端套装在轴承（30）中，带轮轴（22）上同时安装有V带（24）和V带二（32），V带（24）和V带二（32）的另一端分别朝向两侧套装在从动轮（23）和从动轮二（33）上，从动轮（23）和从动轮二（33）分别安装在试验主轴（25）和试验主轴二（31）上。

2.根据权利要求1所述的高速铁路轴承试验加载装置，其特征在于：所述的轴向加载装置结构是，在工作台（35）上设置有油箱（1），油箱（1）与滤油器（2）的一端相通，滤油器（2）的另一端连接有液压泵（3），液压泵（3）和溢流阀（4）并流后与电液伺服阀（5）连接，电液伺服阀（5）与两个液压缸（6）同时联通，电液伺服阀（5）与液压缸（6）之间的管路上还设置有压力指示表（34），液压缸（6）内设置有无杆活塞（7）和滑块（8），每个滑块（8）上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构（9）相连，每个增力机构（9）的输出端并列连接有一个轴向加载头（11），轴向加载头（11）设置在轴向轨道（10）中，轴向加载头（11）的加载端顶在被试轴承（15）的端面；

所述的径向加载装置结构是，在工作台（35）上设置有油箱二（47），油箱二（47）与滤油器二（46）的一端相通，滤油器二（46）的另一端与液压泵二（45）连接，液压泵二（45）和溢流阀二（48）并流后与电液伺服阀二（44）连接，电液伺服阀二（44）与液压缸二（42）相连，电液伺服阀二（44）与液压缸二（42）之间的管路上设置有压力指示表二（43），液压缸二（42）内设置有无杆活塞二（41）和滑块二（40），滑块二（40）上的两个接点通过钢索分别与两组增力机构二（39）相连，增力机构二（39）的输出端分别与一个径向加载头（38）连接，两个径向加载头（38）设置在径向轨道（37）中，两个径向加载头（38）的加载端分别顶在一组被试轴承（15）的外圈上。

3.根据权利要求2所述的高速铁路轴承试验加载装置，其特征在于：所述的增力机构（9）和增力机构二（39）均采用二次正交铰杆增力方式。

4.根据权利要求3所述的高速铁路轴承试验加载装置，其特征在于：所述的每个被试轴承（15）通过轴套（16）套装在试验主轴（25）及试验主轴二（31）上，每个被试轴承（15）朝向轴向加载头（11）的一端设置有轴承端盖（13），轴承端盖（13）外圆周与轴向加载头（11）内圆周之间设置有密封圈（14）。

5.根据权利要求4所述的高速铁路轴承试验加载装置，其特征在于：所述的轴承（30）端头采用轴承端盖二（29）和螺栓进行轴向固定，每个支撑轴承（20）均采用轴承端盖三（18）和相应的螺栓对其进行轴向固定，轴承端盖（13）通过螺栓（12）与各自的试验主轴（25）或试验主轴二（31）的端头固定。