CN108444710A - 一种列车牵引电机轴承寿命试验机 - Google Patents

一种列车牵引电机轴承寿命试验机 Download PDF

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石永进
李伟
雷平振
阳咏梅
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Abstract

本申请公开了一种列车牵引电机轴承寿命试验机，在常规使用温度传感器获取试验轴承在使用时对应的实时温度数据的基础上，还增设了能够获取该试验轴承实时振动数据的振动传感器，因此可利用两种不同类型的实时数据共同表征不同故障下该试验轴承对应的故障特征数据，同时还能检测整个故障周期下相同故障处于不同故障程度下故障特征数据变化的趋势，能够得到更加准确和更高区分度的故障特征数据，以作为后续判定是否存在相同故障的故障判据。同时，为更真实的模拟实际使用场景，本申请通过在传动轴的两端均设置一个被测轴承，可显著提升测试效率和特殊使用场景下的模拟真实度。

Description

一种列车牵引电机轴承寿命试验机
技术领域
本申请涉及轴承测试工程设备领域，特别涉及一种列车牵引电机轴承寿命试验机。
背景技术
轴承，以支撑机械旋转体，降低其在运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度的功能作为当代机械设备中一种重要的零部件。
通常在机械零部件制造完成后，还需要经过寿命试验来检测其实际使用寿命是否符合预期要求，通常使用专门的轴承寿命试验机为试验轴承施加各种载荷，使其在模拟出来的重载工况下工作，以达到加速老化和快速发现可能存在的故障的目的，并进一步分析出现的故障对应的故障数据特征。
传统的轴承寿命试验机通常只使用温度传感器获取老化处理过程中得到实时温度数据，以温度的变化(通常表现为温升)来表征某一种故障的出现，但由于轴承在大多数故障下都伴随着温度的变化，因此现有基于温度特征来表征故障种类或程度的方式灵敏度较低，且故障程度通常已经十分严重，同时此种方式还严重依赖于长久积累下来的经验，无法快速适用于新类型的试验轴承，实际使用效果较差。
所以，如何克服现有轴承试验机存在的各项技术缺陷，提供一种更加符合列车牵引电机中轴承的实际使用场景、故障类型对应的故障数据更加具有代表性、相同故障类型下不同故障程度的判别灵敏度更高的轴承寿命试验机是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种列车牵引电机轴承寿命试验机，在常规使用温度传感器获取试验轴承在使用时对应的实时温度数据的基础上，还增设了能够获取该试验轴承实时振动数据的振动传感器，因此可利用两种不同类型的实时数据共同表征不同故障下该试验轴承对应的故障特征数据，同时还能检测整个故障周期下相同故障处于不同故障程度下故障特征数据变化的趋势，能够得到更加准确和更高区分度的故障特征数据，以作为后续判定是否存在相同故障的故障判据。同时，为更真实的模拟实际使用场景，本申请通过在传动轴的两端均设置一个被测轴承，可显著提升测试效率和特殊使用场景下的模拟真实度。
为实现上述目的，本申请提供一种列车牵引电机轴承寿命试验机，包括：
试验机机体，其内设有两端分别用于安装试验轴承的模拟电机轴；
径向载荷加载装置，设于所述试验机机体上方，用于向所述试验机机体内的模拟电机轴施加径向载荷；
轴向载荷加载装置，设于所述试验机机体的一端，用于从端部向所述试验机机体内的模拟电机轴施加轴向载荷；
动力机构，设于所述试验机机体的另一端，与所述模拟电机轴传动连接，以带动所述模拟电机轴作旋转运动；
温度传感器，用于获取所述试验轴承的实时温度数据；
振动传感器，用于获取所述试验轴承的实时振动数据。
可选的，所述试验机机体内还设有对应于各所述试验轴承的密封润滑机构，以模拟所述试验轴承的实际使用环境。
可选的，所述振动传感器包括设置于所述试验机机体中在每个所述试验轴承一侧的第一振动传感器和其另一侧的第二振动传感器。
可选的，每个所述试验轴承的轴心与对应的第一振动传感器和第二振动传感器间的连线均与铅垂线成45度。
可选的，所述振动传感器安装于所述试验机机体上对应所述试验轴承的位置，所述试验机机体上开有用于安装所述温度传感器的测量孔，各所述温度传感器分别设有插入所述测量孔的连杆，以获取所述试验轴承的实时温度数据。
可选的，所述振动传感器通过螺钉安装于所述壳体上对应所述试验轴承的位置。
可选的，所述轴向载荷加载装置包括：
轴向加压轴，沿所述模拟电机轴的轴向方向布置，用于提供轴向压力；
轴向传力轴，其一端连接于所述模拟电机轴的端部，另一端通过轴承安装有轴向力承载盘；
所述轴向力承载盘安装在所述轴向传力轴与轴向加压轴之间，其一侧为轴向力受压面，所述轴向加压轴的加压端支撑于所述轴向力受压面。
可选的，所述径向载荷加载装置包括：
径向加压轴，沿所述模拟电机轴的径向方向布置，用于提供径向压力；
径向传力套筒，通过轴承安装于所述模拟电机轴的中段，其外圆周面为径向力受压面，所述径向力受压面上开有径向力受压凹陷部，所述径向加压轴的加压端支撑于所述径向力受压凹陷部。
可选的，所述模拟电机轴一端安装的试验轴承为深沟球轴承、另一端安装的试验轴承为圆柱滚子轴承。
可选的，所述振动传感器具体为三向加速度传感器。
本申请所提供的一种列车牵引电机轴承寿命试验机，试验机机体，其内设有两端分别用于安装试验轴承的模拟电机轴；径向载荷加载装置，设于所述试验机机体上方，用于向所述试验机机体内的模拟电机轴施加径向载荷；轴向载荷加载装置，设于所述试验机机体的一端，用于从端部向所述试验机机体内的模拟电机轴施加轴向载荷；动力机构，设于所述试验机机体的另一端，与所述模拟电机轴传动连接，以带动所述模拟电机轴作旋转运动；温度传感器，用于获取所述试验轴承的实时温度数据；振动传感器，用于获取所述试验轴承的实时振动数据。
显然，本申请提供的列车牵引电机轴承寿命试验机，在常规使用温度传感器获取试验轴承在使用时对应的实时温度数据的基础上，还增设了能够获取该试验轴承实时振动数据的振动传感器，因此可利用两种不同类型的实时数据共同表征不同故障下该试验轴承对应的故障特征数据，同时还能检测整个故障周期下相同故障处于不同故障程度下故障特征数据变化的趋势，能够得到更加准确和更高区分度的故障特征数据，以作为后续判定是否存在相同故障的故障判据。同时，为更真实的模拟实际使用场景，本申请通过在传动轴的两端均设置一个被测轴承，可显著提升测试效率和特殊使用场景下的模拟真实度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种列车牵引电机轴承寿命试验机的主视图；
图2为本申请实施例所提供的一种列车牵引电机轴承寿命试验机的侧视图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种列车牵引电机轴承寿命试验机，在常规使用温度传感器获取试验轴承在使用时对应的实时温度数据的基础上，还增设了能够获取该试验轴承实时振动数据的振动传感器，因此可利用两种不同类型的实时数据共同表征不同故障下该试验轴承对应的故障特征数据，同时还能检测整个故障周期下相同故障处于不同故障程度下故障特征数据变化的趋势，能够得到更加准确和更高区分度的故障特征数据，以作为后续判定是否存在相同故障的故障判据。同时，为更真实的模拟实际使用场景，本申请通过在传动轴的两端均设置一个被测轴承，可显著提升测试效率和特殊使用场景下的模拟真实度。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合图1所示的主视图和图2所示的侧视图对本申请所提供的列车牵引电机轴承寿命试验机的结构组成进行展开阐述：
试验机机体1，其内设有两端分别用于安装试验轴承的模拟电机轴11。
区别于传统只能安装一个试验轴承的模拟电机轴，本申请提供了一种其两端均可安装试验轴承的模拟电机轴11，更进一步的，两端连接的两个试验轴承可以自由选择，即可以选择设置两个相同种类的轴承以双倍效率完成轴承的寿命测试试验，还可以处于其它因素的考虑设置两个不同种类的轴承，其中一种原因是为了更真实的模拟实际应用场景，以期得到更加的符合实际运行过程中产生的运行数据，同时也有利于有针对性的提升故障检测精度和准确度。
优选的，在列车牵引电机使用领域，可在模拟电机轴11的一端安装深沟球轴承、另一端安装圆柱滚子轴承，以尽可能的还原列车牵引电机上各轴承的运转状况。
进一步的，为更大程度上还原各轴承的实际运转状况，使得在轴承寿命试验机中运行得到的故障数据更加真实，还可以在试验机机体1内设置对应于各试验轴承的密封润滑机构，以模拟试验轴承的实际使用环境。
径向载荷加载装置2，设于试验机机体1上方，用于向试验机机体1内的模拟电机轴11施加径向载荷；
轴向载荷加载装置3，设于试验机机体1的一端，用于从端部向试验机机体1内的模拟电机轴11施加轴向载荷。
类似于本申请提供的列车牵引电机轴承寿命试验机，此类寿命试验机的使用目的为：在尽可能的模拟真实运转环境的前提下，为试验工件附加各种外界因素来模拟重载工况(更加恶劣的工作条件或环境)，或通过增加模拟电机轴11的旋转速度、或通过施加来自横向、纵向或者其它方向的力，来尽可能的加速试验工件的老化，使其尽快表现出其隐藏的故障，并针对性的得到该故障在整个故障周期内对应的故障数据。换句话说，就好像让试验工件在1个工作日内完成往常7个工作日所完成的工作量，基本等同于使其寿命至少缩短至原先的7分之一甚至更短，旨在通过此种方式尽快完成故障及故障发展演化数据的收集。
本申请提供了较为适用于轴承老化处理的径向载荷加载装置2和轴向载荷加载装置3，旨在分别向试验轴承施加径向压力和轴向压力。其中，由于并非简单的直接向高速旋转的模拟电机轴11施加来自径向或轴向的压力，因为无论直接向模拟电机轴11施加径向还是轴向的压力，都会影响模拟电机轴11的正常旋转，甚至在施加的力过大的情况下，还会导致模拟电机轴11因过大的摩擦力而停止旋转，而一旦模拟电机轴11停止旋转，可能会造成较为严重的后果，因此还需要通过其它方式在不影响其正常旋转的前提下向模拟电机轴11施加力。
以轴向载荷加载装置3为例，本申请提供一种如下较为可行的方式，该轴向载荷加载装置3包括：
轴向加压轴31，沿模拟电机轴11的轴向方向布置，用于提供轴向压力；
轴向传力轴32，其一端连接于模拟电机轴11的端部，另一端通过轴承安装有轴向力承载盘33；
轴向力承载盘33安装在轴向传力轴32与轴向加压轴31之间，其一侧为轴向力受压面，轴向加压轴31的加压端支撑于轴向力受压面。
其中，最主要提供轴向压力的是轴向加压轴31，如图1所示，轴向加压轴31的加压端与轴向力承载盘33的轴向力受压面紧密接触，而轴向力承载盘33的非轴向力受压面通过轴承安装在轴向传力轴32的一端，轴向传力轴32的另一端与模拟电机轴11的端部相连。即最主要的是通过安装有轴承的轴向力承载盘33实现在不影响模拟电机轴11旋转的基础上，向其传递轴向压力，以赋予安装在模拟电机轴11一端的试验轴承。
径向载荷加载装置2类似于轴承载荷加载装置3，而考虑到轴向与径向的不同，此处给出一种略有差异的实现方式：
径向加压轴21，沿模拟电机轴11的径向方向布置，用于提供径向压力；
径向传力套筒22，通过轴承安装于模拟电机轴11的中段，其外圆周面为径向力受压面，径向力受压面上开有径向力受压凹陷部，径向加压轴21的加压端支撑于径向力受压凹陷部。
动力机构6，设于试验机机体1的另一端，与模拟电机轴11传动连接，以带动模拟电机轴11作旋转运动。
如图2所示，动力机构6是为模拟电机11提供正常旋转的动力源，具体的，本申请为实现带动模拟电机11作旋转运动，还通过了如图1最左侧部分与模拟电机轴11通过法兰相连的传动轴进行传动，当然，根据实际情况的不同，还可以直接由动力机构6向模拟电机轴11提供旋转所需动力，此处并不做具体限定，只需能够实现带来模拟电机11正常旋转即可。
温度传感器5，用于获取试验轴承的实时温度数据；
振动传感器4，用于获取试验轴承的实时振动数据。
传统轴承寿命试验机仅使用温度传感器5获取试验轴承实时温度数据的基础上，由于多种轴承故障均可导致运转时温度的变化，且通常在故障较为严重时温度变化才较为明显，无法很好的表征各故障的故障数据特征，因此本申请还增设了能够获取试验轴承实时振动数据的振动传感器4，以期同时利用振动数据和温度数据共同表征轴承的各种故障，找出不同故障各自对应的故障数据特征，以得到故障判定的判据。
为尽可能的获取到精准的实时振动数据和实时温度数据还需要进一步的考虑如何安装这些传感器，且由于振动会随着距离存在较明显的衰减，为得到尽可能真实的振动数据，本申请提供如下的方式：
首先，在每个试验轴承的一侧安装第一振动传感器41，在另一侧安装第二振动传感器42，以期利用分别安装在两侧的振动传感器同时收集该试验轴承的实时轴承数据。在两侧的振动数据不存在差异时，可通过对多个传感器收集来的数据求取平均数的方式得到更高准确度的振动数据；在两侧的振动数据可能存在差异时，还可无遗漏的发现这一差异，进而找到可能存在的故障数据特征。
具体的，这两个振动传感器可采用如下方式进行安装：
如图2所示，每个试验轴承的轴心与对应的第一振动传感器41和第二振动传感器42间的连线均与铅垂线成45度，采用此种方式可采集到最大精度的振动数据。
同时，考虑到试验机机体1覆盖了两试验轴承的实际使用场景，还需要将振动传感器4安装于试验机机体1上对应试验轴承的位置，以尽可能的靠近对应的试验轴承。同时，试验机机体1上还开有用于安装温度传感器5的测量孔，各温度传感器5分别设有插入测量孔的连杆，以获取试验轴承的实时温度数据。
如图2所示的振动传感器(包括41和42)的安装方式，由于要深入试验机机体1的内部、靠近试验轴承的位置，可以将振动传感器4通过螺钉安装于试验机机体1上对应试验轴承的位置，具体的，可以通过螺钉的方式拧入试验轴承的轴承盖处。当然，还可以通过诸如磁吸的方式安装于相应的位置。
出于尽可能的获得全面且精确的实时振动数据的目的，振动传感器4可具体选用三向加速度传感器。由于加速度是个空间矢量，因此要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；而在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三向加速度传感器来检测加速度信号。
在安装有两个试验轴承的情况下，按照上述振动传感器4的设置方式，应存在四个三向加速度传感器，两两设置在对应试验轴承的附近，温度传感器则可根据实际情况和所需设置多个，以得到更加准确的温度数据。
需要说明的是，考虑到列车牵引电机中使用轴承的参数，使用的温度传感器和振动传感器在量程、灵敏度、频响范围和工作温度要相匹配。
基于上述技术方案，本申请实施例提供的一种列车牵引电机轴承寿命试验机，在常规使用温度传感器获取试验轴承在使用时对应的实时温度数据的基础上，还增设了能够获取该试验轴承实时振动数据的振动传感器，因此可利用两种不同类型的实时数据共同表征不同故障下该试验轴承对应的故障特征数据，同时还能检测整个故障周期下相同故障处于不同故障程度下故障特征数据变化的趋势，能够得到更加准确和更高区分度的故障特征数据，以作为后续判定是否存在相同故障的故障判据。同时，为更真实的模拟实际使用场景，本申请通过在传动轴的两端均设置一个被测轴承，可显著提升测试效率和特殊使用场景下的模拟真实度。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，包括：
试验机机体(1)，其内设有两端分别用于安装试验轴承的模拟电机轴(11)；
径向载荷加载装置(2)，设于所述试验机机体(1)上方，用于向所述试验机机体(1)内的模拟电机轴(11)施加径向载荷；
轴向载荷加载装置(3)，设于所述试验机机体(1)的一端，用于从端部向所述试验机机体(1)内的模拟电机轴(11)施加轴向载荷；
动力机构(6)，设于所述试验机机体(1)的另一端，与所述模拟电机轴(11)传动连接，以带动所述模拟电机轴(11)作旋转运动；
温度传感器(5)，用于获取所述试验轴承的实时温度数据；
振动传感器(4)，用于获取所述试验轴承的实时振动数据。
2.根据权利要求1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述试验机机体(1)内还设有对应于各所述试验轴承的密封润滑机构，以模拟所述试验轴承的实际使用环境。
3.根据权利1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述振动传感器(4)包括设置于所述试验机机体(1)中在每个所述试验轴承一侧的第一振动传感器(41)和其另一侧的第二振动传感器(42)。
4.根据权利3所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，每个所述试验轴承的轴心与对应的第一振动传感器(41)和第二振动传感器(42)间的连线均与铅垂线成45度。
5.根据权利要求1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述振动传感器(4)安装于所述试验机机体(1)上对应所述试验轴承的位置，所述试验机机体(1)上开有用于安装所述温度传感器(5)的测量孔，各所述温度传感器(5)分别设有插入所述测量孔的连杆，以获取所述试验轴承的实时温度数据。
6.根据权利要求5所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述振动传感器(4)通过螺钉安装于所述试验机机体(1)上对应所述试验轴承的位置。
7.根据权利要求1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述轴向载荷加载装置(3)包括：
轴向加压轴(31)，沿所述模拟电机轴(11)的轴向方向布置，用于提供轴向压力；
轴向传力轴(32)，其一端连接于所述模拟电机轴(11)的端部，另一端通过轴承安装有轴向力承载盘(33)；
所述轴向力承载盘(33)安装在所述轴向传力轴(32)与轴向加压轴(31)之间，其一侧为轴向力受压面，所述轴向加压轴(31)的加压端支撑于所述轴向力受压面。
8.根据权利要求1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述径向载荷加载装置(2)包括：
径向加压轴(21)，沿所述模拟电机轴(11)的径向方向布置，用于提供径向压力；
径向传力套筒(22)，通过轴承安装于所述模拟电机轴(11)的中段，其外圆周面为径向力受压面，所述径向力受压面上开有径向力受压凹陷部，所述径向加压轴(21)的加压端支撑于所述径向力受压凹陷部。
9.根据权利要求1所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述模拟电机轴(11)一端安装的试验轴承为深沟球轴承、另一端安装的试验轴承为圆柱滚子轴承。
10.根据权利要求1至9任一项所述的列车牵引电机轴承寿命试验机，其特征在于，所述振动传感器(4)具体为三向加速度传感器。
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