CN109975006A - 一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，包括液压油缸、连杆、偏心轴、主驱动电机，偏心轴分别连接右侧主支撑轴承座、左侧主支撑轴承座、飞轮支撑轴承座，主驱动电机安装在箱体上，减速器安装在减速器安装座上，主驱动电机通过减速器连接偏心轴的一端，偏心轴的另一端连接传动杆，连杆的小端通过叉形件结构连接液压缸，连杆的大端连接测试轴瓦，连杆大端与测试轴瓦的连接体与偏心轴铰接。本发明可以为全尺寸低速机轴瓦原理样件提供一个类似于原理样机的工作载荷和运行环境，可以通过该试验机测试轴瓦的疲劳强度及寿命极限，并且通过测试结果对轴瓦寿命和疲劳极限进行定性分析。

Description

一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机

技术领域

本发明涉及的是一种轴瓦试验装置，具体地说是大型柴油机轴瓦试验装置。

背景技术

大功率船用柴油机的连杆大端轴瓦作为柴油机中的最主要的旋转摩擦副，其摩擦损失占到整个柴油机摩擦损失的20％以上，因此，连杆大端轴瓦是大功率中低速柴油机的关重零部件之一。轴瓦在结构设计、产品加工、零件安装调试、维修检测等方面都会有许多缺陷或不足，这些都会使得设备在运行过程中产生振动、局部油膜压力升高、摩擦力升高、润滑油闪蒸，激烈的闪蒸冲击压力，很容易造成轴瓦合金层疲劳点蚀、剥落，甚至是造成重大事故。

目前，针对于轴瓦疲劳、磨损、咬合等机理的研究常用的研究方法有：(1)实验室试样试验方法，此方法的试验条件易掌控，变化范围宽，一般用于各种摩擦磨损性质的定性研究，或者对摩擦副材料、工艺及润滑剂性能进行评估的参照性试验；(2)现场试验方法，其得到的试验数据具有较高的真实性与可靠性，能够有效反映该机械零件在工程运行中的真实情况，主要用在摩擦磨损应用技术中的验证性试验。相比于实验室法的单一性和现场法耗时长花费高的缺陷，国际上现在通常采用的是模拟台架试验方法：就是利用相关原理设计并制造与原动机有相似运动工况的试验机，在试验机上模拟比较接近原动机的运行工况条件，以此得出试验轴瓦的相关技术参数，此方法确保了试验数据结果的有效性与可靠性，一般使用该方法检验实验室试样法试验所得到数据的有效性及机械零件摩擦磨损机理的合理性。

发明内容

本发明的目的在于提供以为全尺寸低速机轴瓦原理样件提供一个类似于原理样机的工作载荷和运行环境，可以通过该试验机测试轴瓦的疲劳强度及寿命极限，并且通过测试结果对轴瓦寿命和疲劳极限进行定性分析的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：包括液压油缸、连杆、偏心轴、主驱动电机，偏心轴分别连接右侧主支撑轴承座、左侧主支撑轴承座、飞轮支撑轴承座，偏心轴与右侧主支撑轴承座之间通过右侧主支撑轴承相配合，偏心轴与左侧主支撑轴承座之间通过左侧主支撑轴承相配合，偏心轴与飞轮支撑轴承座之间通过飞轮支撑轴承相配合，主驱动电机安装在箱体上，减速器安装在减速器安装座上，主驱动电机通过减速器连接偏心轴的一端，偏心轴的另一端连接传动杆，连杆的小端通过叉形件结构连接液压缸，连杆的大端连接测试轴瓦，连杆大端与测试轴瓦的连接体与偏心轴铰接，铰接的位置位于右侧主支撑轴承座与左侧主支撑轴承座之间。

本发明还可以包括：

1、偏心轴上安装飞轮，安装位置位于左侧主支撑轴承座与飞轮支撑轴承座之间，飞轮配有飞轮刹车盘。

2、测试轴瓦里设置油道，偏心轴里设置与测试轴瓦油道相通的油路，偏心轴端部设置连通偏心轴油路的润滑油注入孔。

3、传动杆上安装判断偏心轴转动到最高点或最低点时间的零位凸轮模块内。

4、连杆和液压油缸位于上部箱体里，偏心轴位于下部箱体里，上部箱体固定在下部箱体上并总体密封，下部箱体底部为集油壳，集油壳连接回油泵。

本发明的优势在于：

1.轴瓦主要受到气缸燃气压力及连杆等机械部件转动惯性力的冲击，本套系统采用立式结构可以保证轴瓦所受的冲击载荷及惯性力方向与实际运行工况完全一致，极大的提高了试验台反映真实工况的能力。

2.现在通用的测试轴瓦供油方式为在大端盖上开注油孔，并且轴瓦进油通道为在轴瓦底部开流油通道。本套试验装置在偏心轴中开注油孔，通过外部注油盘注入润滑油，油液进入轴瓦的通道在偏心部与测试轴瓦的结合面上，这与轴瓦的实际供油状态完全一致，能够保证轴瓦润滑工况的真实性。

3.该系统中可以对测试轴瓦的润滑油进行温度40℃——100℃的连续改变，并且磨粒的大小可以根据试验的要求进行定量变化，这样就可以观察不同温度及润滑油洁净度等级等参数变量对轴瓦疲劳的影响。

4.本套试验系统试验样件为工程原理样件，即全尺寸工程样件，这与标准试验样件有本质的区别，这样可以完全反应工件的实际运行工况，对于判断轴瓦这种关重零件的疲劳强度及寿命预测有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的立体图；

图3a为实物图的主视图，图3b为实物图的侧视图，图3c为实物图的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3c，本发明一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，主要包括零位置标记凸轮1、传动杆2、飞轮支撑轴承3、飞轮刹车盘4、上箱体5、液压油缸6、上腔补油管7、下腔补油管8、减速器9、箱体10、主驱动电机11、减速器安装座12、右侧主支撑轴承13、右侧主支撑轴承座14、偏心轴15、试验轴瓦16、试验轴瓦润滑油入口17、连杆18、集油槽19、右侧主支撑轴承座20、左侧主支撑轴承21、偏心轴止推法兰22、润滑油注入孔23。

电动机11带动减速器9转动，减速器9带动偏心轴15转动，偏心轴带动连杆18及测试轴瓦16转动，连杆18带动液压油缸6往复运动。就是将电动机的旋转运动通过偏心轴机铰链机构转变为液压油缸的往复运动，这与柴油机运动相比即为其逆向运动。

测试轴瓦的润滑油从注油孔23注入偏心轴15中，通过偏心轴的流油孔进入到测试轴瓦17的油道，这种注油方式与发动机的注油方式完全一致，试验台可以更加真实的反应轴瓦的润滑状态。

润滑油系统主要为两侧主支撑轴瓦及测试轴瓦供应润滑油，其中，测试轴瓦润滑油为温度可从40℃——100℃可调整。润滑油从主轴瓦及测试轴瓦中流出后由核心模块上孔流入下箱体集油壳，最后由回油泵抽取集油壳中的润滑油，统一过滤散热后，重新循环注入润滑油循环系统。

在传动系统的尾端加入零位凸轮模块，可以通过该模块判断偏心轴转动到最高点或最低点的时间，这样就可以判断系统为液压油缸供油的时间节点，并且可以为换向阀提供控制策略。

整套系统采用plc集中控制，有利于系统的协调稳定，按照试验顺序顺利进行。

传动齿轮箱、偏心轴及飞轮系统全部位于下箱体内部，箱体内所有的润滑油及含油元件均在系统内部，方便系统的整体密封。同时，采用密闭的箱体结构试验台的所有回转零件均位于试验台内部，提高了系统的安全系数。在传动系统加入了飞轮机构，有助于提高系统的运转的平稳性。

平台试验机主要为大型低速柴油机全尺寸连杆瓦提供测试，该型试验机可以作为大型低速柴油机全尺寸原理轴瓦样件试验平台，即试验轴瓦16为全尺寸原理样件非标准样件。

液压油缸6位于系统上部，这样与低速机气缸位置相同，液压油缸6与连杆18小端通过叉形件结构进行连接，测试轴瓦16安装与连杆大端中，并且连杆18与测试轴瓦16的装配体与偏心轴相互铰接，这样在试验机的整体布置上试验机结构类似于单缸试验机，所以，可以为测试轴瓦提供类似于实际运行工况载荷的测试结构，能够更加精准的反映测试轴瓦实际运行状态条件，测试结果更加准确。

试验平台机采用变频调速电机驱动，通过变频器对电机转速进行控制，可以控制电机在50r/min——1000r/min的转速范围内运行，平台机运行在一个比较宽的运行区域内，通过选用合理的减速器，可以使的偏心轴运行在20r/min——300r/min的运行区间，这样的运行空间可以保证偏心轴的速度范围可以包括全部的低速机运行转速区间，因此，该试验平台机可以包络低速机的全部转速范围，为低速机轴瓦提供全面的转速变化区间

由于本试验平台机测试轴瓦为全尺寸原理轴瓦样件，平台机为轴瓦施加载荷较大，通过强度校核后，试验台传动系统尺寸均较大，转动惯量亦较大，所以在传动系统中加入飞轮减速装置4，该装置4主要有两部分作用：1、由于在偏心轴上载荷为单向加载，造成系统扭矩不平衡，因此，通过在系统中加入飞轮盘，在扭矩过量时吸收传动轴上多余能量进行储存，防止轴上扭矩突变，在系统扭矩不足时，释放飞轮能量补充传动系统扭矩不足；2、飞轮配合抱闸系统，当在系统出现故障时，抱闸系统释放刹盘抱紧飞轮，使系统快速停机，保护传动系统安全。

如图3a-3c所示，液压油缸6安装在上箱体5的顶部，液压油缸6的伸出端与叉形件33相连接，连杆的大端安装试验轴瓦与偏心轴15连接，这样便构成了轴瓦疲劳试验系统最核心的运动结构；其次，主驱动装置主要由一台三相异步电动机11承担，通过变频器进行速度调节，可以驱动轴瓦疲劳试验系统模拟出低速机由最低稳定转速到最高转速的任意运行速度工况，由于一般的三相异步电动机转速都较高，并且本试验的驱动转矩较高，因此，需要通过在三相异步电动机11与偏心轴15之间加装减速器9，使得偏心轴的转速和转矩能够达到系统的使用要求。

三相异步电动机11与减速机9、减速机9与偏心轴15之间均需要通过选定的标准连轴器进行连接。偏心轴15在垂直方向由左、右侧主支撑轴承承载偏心轴传递的各向载荷，并且载荷通过主轴承座21、13传递到底部机架上，最后通过4个贯通螺栓31将上箱体5把液压缸6、叉形件33、连杆等固定。在偏心轴15的尾端安装止推法兰轴承22，通过止推法兰轴承22抑制偏心轴的径向变形。最后，在偏心轴15的尾端与左侧主轴承座之间按照标准设计飞轮36，并在飞轮减速器的法兰上安装能够对系统起到平衡作用的平衡块，以平衡掉液压油缸活塞和连杆等惯性力引起的振动。

Claims (9)

1.一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：包括液压油缸、连杆、偏心轴、主驱动电机，偏心轴分别连接右侧主支撑轴承座、左侧主支撑轴承座、飞轮支撑轴承座，偏心轴与右侧主支撑轴承座之间通过右侧主支撑轴承相配合，偏心轴与左侧主支撑轴承座之间通过左侧主支撑轴承相配合，偏心轴与飞轮支撑轴承座之间通过飞轮支撑轴承相配合，主驱动电机安装在箱体上，减速器安装在减速器安装座上，主驱动电机通过减速器连接偏心轴的一端，偏心轴的另一端连接传动杆，连杆的小端通过叉形件结构连接液压缸，连杆的大端连接测试轴瓦，连杆大端与测试轴瓦的连接体与偏心轴铰接，铰接的位置位于右侧主支撑轴承座与左侧主支撑轴承座之间。

2.根据权利要求1所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：偏心轴上安装飞轮，安装位置位于左侧主支撑轴承座与飞轮支撑轴承座之间，飞轮配有飞轮刹车盘。

3.根据权利要求1或2所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：测试轴瓦里设置油道，偏心轴里设置与测试轴瓦油道相通的油路，偏心轴端部设置连通偏心轴油路的润滑油注入孔。

4.根据权利要求1或2所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：传动杆上安装判断偏心轴转动到最高点或最低点时间的零位凸轮模块内。

5.根据权利要求3所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：传动杆上安装判断偏心轴转动到最高点或最低点时间的零位凸轮模块内。

6.根据权利要求1或2所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：连杆和液压油缸位于上部箱体里，偏心轴位于下部箱体里，上部箱体固定在下部箱体上并总体密封，下部箱体底部为集油壳，集油壳连接回油泵。

7.根据权利要求3所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：连杆和液压油缸位于上部箱体里，偏心轴位于下部箱体里，上部箱体固定在下部箱体上并总体密封，下部箱体底部为集油壳，集油壳连接回油泵。

8.根据权利要求4所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：连杆和液压油缸位于上部箱体里，偏心轴位于下部箱体里，上部箱体固定在下部箱体上并总体密封，下部箱体底部为集油壳，集油壳连接回油泵。

9.根据权利要求5所述的一种立式低速机连杆瓦疲劳试验平台机，其特征是：连杆和液压油缸位于上部箱体里，偏心轴位于下部箱体里，上部箱体固定在下部箱体上并总体密封，下部箱体底部为集油壳，集油壳连接回油泵。