CN110319869A - 一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台 - Google Patents

一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,包括试验箱体、试验主体、吹沙吹尘装置、温湿度控制装置和循环风机,试验主体安装在试验箱体中且包括主轴、轴承座、加载装置和安装在轴承座上的传感器,主轴通过轴承安装在轴承座上且由驱动装置驱动,试验时,通过驱动装置、循环风机等提供试验所需的主轴旋转、风速、沙尘、温度等参数条件,然后通过监测传感器在该条件下的静态性能和动态性能参数,来判断传感器的可靠性和有效性;综上所述,本发明提供的可靠性试验平台,能够准确模拟机车牵引电机滚动轴承的恶劣运行工况,并在该恶劣工况下对传感器进行综合性能测试,因此能够准确评估牵引电机轴承传感器在恶劣工况下的可靠性和稳定性。

Description

一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台
技术领域
本发明涉及可靠性试验技术领域,特别是涉及一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台。
背景技术
滚动轴承是牵引电机的重要配件之一,主要用来支撑转子以及保证转子正常平稳的高速旋转,轴承故障发现不及时,将直接影响轨道交通秩序和旅客安全。目前较为成熟的轴承检测手段是振动和温度监测,在铁道行业中,新一代大功率机车走形部的滚动轴承在线监测设备直接安装在电机、轴箱等部位,传感器暴露在外。
由于中国幅员辽阔,机车运行区间通常会横跨多种气候环境,且地形复杂多变,而车辆牵引电机悬挂在车体下方,受环境温度、走行风、沙尘以及机车振动负载等因素综合影响,牵引电机对暴露在外的传感器以及信号导线提出了较高的要求,因此研究传感器在复杂工况下的可靠性是非常必要的。但现有技术中对传感器的研究仅限于传感器个体的常规性能测试,测试环境与牵引电机滚动轴承传感器的实际工况相差较大,因此并不能准确评估传感器在恶劣工况下的有效性和可靠性。
因此如何解决牵引电机轴承在线监测系统传感器的可靠性和有效性难以评估的问题,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其能够准确模拟机车牵引电机滚动轴承的恶劣运行工况,并在该恶劣工况下对传感器进行综合性能测试,能够准确评估传感器在恶劣工况下的可靠性和稳定性。
为解决上述技术问题,本发明提供一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,包括试验箱体、安装在所述试验箱体中的试验主体、用于控制所述试验箱体内沙尘浓度的吹沙吹尘装置、用于控制所述试验箱体内温度和湿度的温湿度控制装置以及用于向所述试验箱体内吹风的循环风机,所述试验主体包括主轴、轴承座、传感器和为所述主轴提供负载的加载装置,所述主轴通过轴承安装在所述轴承座上且由所述驱动装置驱动,所述传感器安装在所述轴承座上。
优选地,所述试验主体还包括用于为所述主轴提供振动负载的偏心装置。
优选地,所述轴承座包括用于支承所述主轴两端的第一轴承座和第二轴承座,所述传感器包括安装在所述第一轴承座上的第一传感器和安装在所述第二轴承座上的第二传感器。
优选地,所述加载装置和所述偏心块均设在所述第一轴承座和所述第二轴承座之间。
优选地,所述驱动装置包括驱动电机和传动轴,所述驱动电机设在所述试验箱体外,所述传动轴的一端伸入所述试验箱体内且通过柔性联轴节与所述主轴同轴相连,另一端通过同步带与所述驱动电机相连。
优选地,所述试验箱体包括基座、前板、后板、侧板和顶板,所述前板上设有可开关的门体和观察窗。
优选地,所述试验箱体上设有吹风进口和吹风出口,所述试验箱体外设有连通所述吹风进口和所述吹风出口的循环管道,所述循环风机、所述温湿度控制装置和所述吹沙吹尘装置均安装在所述循环管道上,且所述循环风机的进风口连通所述吹风出口,所述循环风机的出风口连通所述吹风进口。
优选地,所述循环管道上还安装有用于收集沙尘的积尘装置,所述吹沙吹尘装置设在所述循环风机和所述吹风进口之间,且所述吹沙吹尘装置的沙尘出口连通所述吹风进口,所述温湿度控制装置设在所述吹风出口和所述循环风机之间,所述积尘装置设在所述吹风出口和所述温湿度控制装置之间。
优选地,还包括用于控制所述驱动装置、吹沙吹尘装置、温湿度控制装置和循环风机运转的自动测控系统以及与所述传感器相连且用于测量比对所述传感器的静态、动态性能参数的传感器监测系统。
本发明提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,包括试验箱体、安装在试验箱体中的试验主体、用于控制试验箱体内沙尘浓度的吹沙吹尘装置、用于控制试验箱体内温度和湿度的温湿度控制装置以及用于向试验箱体内吹风的循环风机,试验主体包括主轴、轴承座、传感器和为主轴提供负载的加载装置,主轴通过轴承安装在轴承座上且由驱动装置驱动,传感器安装在轴承座上。
采用本发明提供的可靠性试验平台,试验时,通过驱动装置、吹沙吹尘装置、温湿度控制装置以及循环风机等提供试验所需的主轴旋转、风速、沙尘、温度等参数条件,并监测传感器在该条件下的静态性能和动态性能参数,通过传感器的采集数据对比、静态性能和动态性能参数来判断传感器在不同工况下的可靠性和有效性,获得传感器的可靠性结果。
综上所述,本发明提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,能够模拟机车牵引电机运行环境中的走行风、沙尘、高低温等恶劣工况,并针对温度、振动等传感器在恶劣工况下的有效性和可靠性进行准确评估。
附图说明
图1为本发明所提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台的试验原理图;
图2为本发明所提供的可靠性试验平台的一种具体实施方式的结构示意图;
图3为本发明所提供的试验主体的一种具体实施方式的结构示意图;
图4为本发明所提供的可靠性试验平台的温湿度控制工作模式示意图;
图5为本发明所提供的可靠性试验平台的吹沙吹尘工作模式示意图。
附图中标记如下:
积尘装置1、驱动电机2、温湿度控制装置3、同步带4、传动轴5、主轴6、轴承座7、循环管道8、循环风机9、吹沙吹尘装置10、加载装置11、传感器12、试验箱体13、基座14、自动测控系统15、传感器监测系统16。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其能够准确模拟机车牵引电机滚动轴承的恶劣运行工况,并在该恶劣工况下对传感器进行综合性能测试,能够准确评估传感器在恶劣工况下的可靠性和稳定性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5,图1为本发明所提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台的试验原理图;图2为本发明所提供的可靠性试验平台的一种具体实施方式的结构示意图;图3为本发明所提供的试验主体的一种具体实施方式的结构示意图;图4为本发明所提供的可靠性试验平台的温湿度控制工作模式示意图;图5为本发明所提供的可靠性试验平台的吹沙吹尘工作模式示意图。
本发明具体实施方式提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,主要包括试验箱体13、试验主体、驱动装置和环境模拟装置,试验主体安装在试验箱体13中,试验主体用于模拟牵引电机的实际结构,试验箱体13用于试验主体的安装和密封保温,环境模拟装置用于模拟牵引电机轴承的实际运行工况。
其中,环境模拟装置具体包括用于控制试验箱体13内沙尘浓度的吹沙吹尘装置10、用于控制试验箱体13内温度和湿度的温湿度控制装置3以及用于向试验箱体13内吹风的循环风机9。
具体地,温湿度控制装置3包括温度控制设备和加湿设备;循环风机9可提供风速模拟,且循环风机9对试验箱体13内的空气能够起到搅拌作用,使整个试验箱体13在规定时间内达到试验所需要的温湿度设定值;利用吹沙吹尘装置10可向试验箱体13内吹沙吹尘,吹沙吹尘装置10上连接有存储沙尘的沙尘箱,在沙尘箱内设有搅拌和激振设备,可有效防止沙尘堵塞和积存,同时沙尘可在循环风机9作用下发生流动。
试验主体主要包括主轴6、轴承座7、加载装置11和传感器12,主轴6通过轴承安装在轴承座7上且由驱动装置驱动,加载装置11安装在主轴6上,为主轴6提供负载,模拟牵引电机负载运行,传感器12安装在轴承座7上。
为准确模拟牵引电机的实际结构,支承座优选包括用于支承主轴6两端的第一轴承座和第二轴承座,相应地,传感器12包括安装在第一轴承座上的第一传感器和安装在第二轴承座上的第二传感器。
需要说明的是,传感器12的安装及导线布置方式优选与实际电机一致,可评估恶劣工况下传感器12布置方案的可靠性。
进一步地,试验主体还可以包括用于安装在主轴6上的偏心装置,试验时,将偏心装置安装在主轴6上,则可为主轴6提供振动负载,模拟主轴6振动,使试验平台产生周期性冲击振动。其中,为防止主轴6发生轴倾,加载装置11和偏心装置均设在第一轴承座和第二轴承座之间。
具体地,偏心装置可以选用偏心块,其可提供0~5g的冲击加速度,加载装置11的负载则可设在0~50KN范围内。
驱动装置包括驱动电机2,驱动电机2用于驱动主轴6旋转,为使试验时驱动电机2不受恶劣工况的影响,优选将驱动电机2设在试验箱体13外,为方便驱动电机2与主轴6的连接,在一种具体实施方式中,可以设置同步带4和传动轴5,传动轴5的一端伸入试验箱体13内且通过柔性联轴节与主轴6同轴相连,另一端通过同步带4与驱动电机2相连;试验时,驱动电机2通过同步带4带动传动轴5旋转,传动轴5通过柔性联轴节将动力传递给主轴6,在主轴6旋转条件下测试传感器12的可靠性。当然,驱动装置的设置方式并不限于此,也可以采用通过驱动电机2直接驱动主轴6旋转等方式,也在本发明的保护范围之内。
可选地,驱动电机2选用变频电机,变频电机可变频调速和正反向旋转,同时加减速时间和运行时间可以自行设置;柔性联轴节可选用胀套式联轴节,能够提高主轴6的动态性能。
进一步地,试验箱体13具体可以包括基座14和箱体,基座14具体可以选用带有T型槽的铸铁平板,以方便轴承座7的安装,箱体为可拆卸的组合箱体,由基座14、前板、后板、侧板和顶板组合而成,各板件之间可用锁扣连接固定,且板件与板件之间可采用橡胶条紧密结合的方式密封,以便于拆装,同时各板件优选采用保温防火材料,另外,在前板上可设有可开关的门体和观察窗。
本发明提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,在外界环境温度和风沙环境下对安装于牵引电机轴承座7上的温度、振动等传感器12进行运转试验,期间提供一定的轴承负载与振动,试验原理如图1所示。试验时,通过驱动装置、环境模拟装置等提供试验所需的主轴6旋转、风速、沙尘、温度、负载等参数条件,并采集对比主轴6运转过程中传感器12的静态、动态性能参数,来进行传感器12可靠性测试,获得传感器12的可靠性结果。
需要说明的是,传感器12有不同类型,如振动传感器12、温度传感器12、转速传感器12或可测量多个参数的复合传感器12等,具体可以根据试验需要选用,本申请对此不作具体限制。以振动传感器12为例,试验振动传感器12的可靠性时,将振动传感器12安装在轴承座7上,并利用振动传感器12监测轴承的振动情况,最后再根据振动传感器12的监测数据测量传感器12的静态性能和动态性能参数,进而判断传感器12的可靠性。
另外,试验所需的主轴6旋转、风速、沙尘等各参数可根据标准GB/T 2423.37-2006或牵引电机实际工况等进行选择。
在上述各具体实施方式的基础上,本发明提供的可靠性试验平台,为更好地实现风速模拟,在试验箱体13上需要设有吹风进口和吹风出口,循环风机9的出风口连通吹风进口,空气由吹风进口经由试验箱体13流向吹风出口;另外,吹沙吹尘装置10的吹沙方向优选与循环风机9的吹风方向相同,以使沙尘在试验箱体13内能够尽可能地均匀分布。优选地,进风口和出风口分别设在试验箱体13的两侧。
进一步地,为更容易控制试验箱体13内的温湿度,并更好的模拟牵引电机轴承的实际运行工况,在试验箱体13外优选设有连通吹风进口和吹风出口的循环管道8,循环风机9、温湿度控制装置3和吹沙吹尘装置10均安装在循环管道8上,具有一定湿度和温度空气可通过循环风机9在循环通道和试验箱体13中循环流转,同时利用循环风机9可实现沙尘循环。
进一步地,为避免沙尘进入温湿度控制装置3,在循环管道8上优选还安装有用于收集沙尘的积尘装置1,且积尘装置1设在温湿度控制装置3的上风位。
具体地,可以将循环风机9设在靠近吹风进口的位置,吹沙吹尘装置10设在循环风机9和吹风进口之间,且吹沙吹尘装置10的沙尘出口连通吹风进口,温湿度控制装置3设在吹风出口和循环风机9之间,积尘装置1设在吹风出口和温湿度控制装置3之间,这样既可以避免沙尘进入温湿度控制装置3,也可以避免沙尘进入循环风机9影响其运行。
具体地,循环风机9可以选用离心风机、轴流风机等,本申请对此不作具体限制,循环风机9外可设有隔温层,循环风机9可提供0~20m/s的风速;循环管道8可由多段保温防火管道拼接而成,并通过锁扣固定连接;温湿度控制装置3包括温度控制设备和加湿设备,分别提供高低温和湿度控制,具有一定温度和湿度的空气可通过循环风机9在循环通道和试验箱体13中循环流转,使整个试验箱体13在规定时间内达到试验所需要的温湿度设定值,温度控制设备可提供-50℃~+50℃温度变换,环境升温速率不小于2.4℃/min,环境降温速率不小于0.7~1℃/min,加湿设备可提供30%~95%RH的湿度范围;吹沙吹尘装置10可提供0~20g/m3±7g/m3(Max)的吹尘浓度、0~4.4g/m3±1g/m3(Max)的吹沙浓度以及0~1.5L/min的撒沙量,同时通过调节循环风机9的风速,可以使沙尘流速在0~20m/s的范围内调节。
试验时,通过驱动装置、环境模拟装置等提供试验所需的主轴6旋转、风速、沙尘、温度、负载等参数条件,并监测传感器12在该条件下的静态性能和动态性能参数来判断传感器12的可靠性和有效性。
在上述各具体实施方式的基础上,为方便试验操作,本发明提供的可靠性试验平台,优选还包括自动测控系统15,通过自动测控系统15能够控制驱动装置和环境模拟装置按照试验所需的参数条件进行运转,同时还能够自动评估传感器12的可靠性。
自动测控系统15具体包括控制器和处理器,并可组装在电器控制柜上,控制器与驱动装置、吹沙吹尘装置10、温湿度控制装置3和循环风机9均相连,处理器可连接传感器12并根据传感器12的监测数据测量比对传感器12的静态和动态性能参数,电器控制柜具有人机交互界面,以方便控制操作。
试验时,通过自动测控系统15提供试验所需的主轴6旋转、风速、沙尘、温度、负载等参数条件,并监测传感器12在该条件下的静态性能和动态性能参数来判断传感器12的可靠性和有效性。
当然,也可以单独外接传感器监测系统16来采集对比传感器12的静态和动态性能参数,也在本发明的保护范围之内。
综上所述,本发明提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,能够模拟机车牵引电机所处的走行风、沙尘、高低温以及强振动等恶劣工况,并针对温度、振动等传感器12在恶劣工况下的有效性和可靠性进行准确评估。
在本发明申请文件的描述中,需要说明的是,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
另外,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,各个实施例之间相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述较为简单,相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,包括试验箱体(13)、安装在所述试验箱体(13)中的试验主体、用于控制所述试验箱体(13)内沙尘浓度的吹沙吹尘装置(10)、用于控制所述试验箱体(13)内温度和湿度的温湿度控制装置(3)以及用于向所述试验箱体(13)内吹风的循环风机(9),所述试验主体包括主轴(6)、轴承座(7)、传感器(12)和为所述主轴(6)提供负载的加载装置(11),所述主轴(6)通过轴承安装在所述轴承座(7)上且由所述驱动装置驱动,所述传感器(12)安装在所述轴承座(7)上。
2.根据权利要求1所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述试验主体还包括用于为所述主轴(6)提供振动负载的偏心装置。
3.根据权利要求2所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述轴承座(7)包括用于支承所述主轴(6)两端的第一轴承座和第二轴承座,所述传感器(12)包括安装在所述第一轴承座上的第一传感器和安装在所述第二轴承座上的第二传感器。
4.根据权利要求3所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述加载装置(11)和所述偏心块均设在所述第一轴承座和所述第二轴承座之间。
5.根据权利要求1所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述驱动装置包括驱动电机(2)和传动轴(5),所述驱动电机(2)设在所述试验箱体(13)外,所述传动轴(5)的一端伸入所述试验箱体(13)内且通过柔性联轴节与所述主轴(6)同轴相连,另一端通过同步带(4)与所述驱动电机(2)相连。
6.根据权利要求5所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述试验箱体(13)包括基座(14)、前板、后板、侧板和顶板,所述前板上设有可开关的门体和观察窗。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述试验箱体(13)上设有吹风进口和吹风出口,所述试验箱体(13)外设有连通所述吹风进口和所述吹风出口的循环管道(8),所述循环风机(9)、所述温湿度控制装置(3)和所述吹沙吹尘装置(10)均安装在所述循环管道(8)上,且所述循环风机(9)的进风口连通所述吹风出口,所述循环风机(9)的出风口连通所述吹风进口。
8.根据权利要求7所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,所述循环管道(8)上还安装有用于收集沙尘的积尘装置(1),所述吹沙吹尘装置(10)设在所述循环风机(9)和所述吹风进口之间,且所述吹沙吹尘装置(10)的沙尘出口连通所述吹风进口,所述温湿度控制装置(3)设在所述吹风出口和所述循环风机(9)之间,所述积尘装置(1)设在所述吹风出口和所述温湿度控制装置(3)之间。
9.根据权利要求7所述的牵引电机轴承传感器的可靠性试验平台,其特征在于,还包括用于控制所述驱动装置、吹沙吹尘装置(10)、温湿度控制装置(3)和循环风机(9)运转的自动测控系统(15)以及与所述传感器(12)相连且用于测量比对所述传感器(12)的静态、动态性能参数的传感器监测系统(16)。
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