CN113567122A - 一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置 - Google Patents

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禤桂豪
李学军
徐达华
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Abstract

本发明公开了一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，包括轴承、主轴、空心轴、轴承支座、轴承卡盘、底板、振动与冲击加载装置、绝缘涂层失效装置、电流加载装置、第一电动机及第二电动机；振动与冲击加载装置、轴承支座、绝缘涂层失效装置、第一电动机及第二电动机安装在底板上；所述主轴的一端与第一电动机的输出轴连接；所述空心轴朝向第一电动机端设有轴承卡盘，另一端与第二电动机连接；主轴的另一端通过轴承Ⅰ支撑在轴承卡盘内，空心轴与主轴同轴。本发明能动态模拟牵引电动机绝缘轴承的振动与冲击工况以及轴电流的损伤，揭示了振动冲击对轴承绝缘性能退化的影响机理，为提高绝缘轴承的品质以及寿命提供帮助。

Description

一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置
技术领域
本发明涉及一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置。
背景技术
地铁与动车等轨道交通工具工作时，通常采用牵引电动机提供动力。牵引电动机包括转轴和绝缘轴承，转轴与绝缘轴承的内圈配合，轴承起到支撑转轴的作用。牵引电动机在机车与动车上所处的工作环境以及牵引电动机转轴的转速等因素都会影响轴承的结构稳定性与使用寿命，一旦轴承的结构与稳定性受到了破坏时，其内部承轴电流问题明显提高，目前，轴承轴电流损伤成为发电机轴承损伤的主要根源，使轴承成为轨道交通牵引电动机内部最易损坏的部件，其运行工作环境恶劣、承受载荷工况复杂、作为各类装备制造中的关键基础零部件，其质量优劣直接决定着装备的性能、可靠性及寿命。
本设计是模拟牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤装置，对轴电流的产生根源及如何能准确测量电机运行过程中产生的轴电流，尤其是对于电机在振动和冲击环境下产生的轴电流对电机造成的损伤。故本发明针对轴电流的形成和振动和冲击环境对绝缘轴承造成损伤，特发明了一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，方便地模拟载荷作用下轴电流的产生过程，为研究电机绝缘轴承的故障特征提供实验基础。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构简单, 振幅稳定，噪声低，振动频率范围大，能模拟牵引电动机绝缘轴承的振动与冲击工况，且能模拟轴电流的损伤的轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置。
本发明采用的技术方案是：一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，包括轴承、主轴、空心轴、轴承支座、轴承卡盘、底板、振动与冲击加载装置、绝缘涂层失效装置、电流加载装置、第一电动机及第二电动机；振动与冲击加载装置、轴承支座、绝缘涂层失效装置、第一电动机及第二电动机安装在底板上，第一电动机、第二电动机与底板之间绝缘；所述主轴的一端与第一电动机的输出轴连接；所述空心轴朝向第一电动机端设有轴承卡盘，另一端与第二电动机连接；主轴的另一端通过轴承Ⅰ支撑在轴承卡盘内，空心轴与主轴同轴；轴承Ⅰ的外圈与轴承卡盘过盈配合，轴承Ⅰ的外圈与轴承卡盘之间设有绝缘层，所述的主轴通过轴承Ⅱ支撑在轴承支座上，轴承Ⅱ的外圈与轴承支座之间设有绝缘层；所述的振动与冲击加载装置设置在轴承支座处，对轴承Ⅱ加载；绝缘涂层失效装置对应于轴承Ⅰ安装，用于使得轴承Ⅰ外圈上的绝缘层失效。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，轴承Ⅰ、轴承Ⅱ外圈上的绝缘层由绝缘材料喷涂在轴承Ⅰ、轴承Ⅱ外圈上形成。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，振动与冲击加载装置包括激振器、激振器座及激振器控制装置；激振器座安装在底板上，所述激振器安装在激振器座上，激振器为模态激振器，与激振器控制装置连接，其中激振器上的顶柱顶部安装有绝缘垫片，绝缘垫片与轴承Ⅱ外圈接触。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，轴承支座上设有凹槽，凹槽连通底板和轴承Ⅱ外圈；凹槽内安装有振动与冲击加载装置的激振器和激振器座。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，所包括破坏构件、绝缘套筒、破坏构件座，所述破坏构件座固定在底板上，破坏构件座上设有若干破坏构件安装孔，破坏构件安装孔内设有破坏构件，破坏构件与破坏构件安装孔之间设有绝缘套筒，固定的破坏构件上端与轴承Ⅰ外圈接触实现轴承Ⅰ外圈的绝缘层失效。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，所述电流加载装置包括程控电源和导电滑环；导电滑环安装在主轴上，所述程控电源的正负极分别与导电滑环、破坏构件连接，绝缘涂层失效时，所述破坏构件、轴承Ⅰ、主轴、导电滑环、程控电源形成闭合回路，实现了轴承Ⅰ的电流加载。
上述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置中，主轴与第一电动机通过联轴器Ⅰ连接，空心轴与第二电动机通过联轴器Ⅱ连接，联轴器Ⅰ、联轴器Ⅱ均采用绝缘联轴器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用的模态激振器，有稳定的振幅，噪声低，振动频率范围大，使用范围广，寿命长，模拟轨道交通绝缘轴承实际运行时受到的振动和冲击工况。
2、本发明不仅能模拟牵引电动机绝缘轴承的振动与冲击工况，而且又能模拟轴电流的损伤。
3、本发明揭示振动与冲击对轴承绝缘性能退化的影响机理。
4、本发明可建立基于数据驱动的电机轴承健康状态评估模型。
5、本发明通过监测阶段性运行状态与对应理论运行状态对比来实现绝缘轴承的全寿命周期应用验证。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的激振器安装剖视图。
图3为本发明的涂层失效装置安装剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图3所示，本发明包括第一电动机1、联轴器Ⅰ2、主轴3、轴承支座4、导电滑环5、轴承Ⅰ6-1、轴承Ⅱ6-2、轴承卡盘7、空心轴8、振动与冲击加载装置、绝缘涂层失效装置、第二电动机9及电动机支座10。
振动与冲击加载装置、轴承支座4、绝缘涂层失效装置、安装在底板11上。第一电动机及第二电动机分别通过电动机支座10安装在底板11上，两个电动机支座10与底板之间分别设有绝缘层绝缘。所述主轴3的一端通过联轴器Ⅰ2与第一电动机1的输出轴连接；所述空心轴8朝向第一电动机1端设有轴承卡盘7，另一端通过联轴器Ⅱ与第二电动机9连接；主轴的另一端通过轴承Ⅰ支撑在轴承卡盘7内，空心轴8与主轴3同轴。轴承Ⅰ6-1的外圈与轴承卡盘7过盈配合，轴承Ⅰ6-1的外圈与轴承卡盘之间设有绝缘层。所述的主轴3通过轴承Ⅱ6-2支撑在轴承支座10上，轴承Ⅱ6-2的外圈与轴承支座10之间设有绝缘层。所述的振动与冲击加载装置设置在轴承支座处，对轴承Ⅱ加载。绝缘涂层失效装置对应于轴承Ⅰ安装，用于使得轴承Ⅰ外圈上的绝缘层失效。联轴器Ⅰ2及联轴器Ⅱ均采用绝缘联轴器。轴承Ⅰ6-1、轴承Ⅱ6-2外圈上的绝缘层由绝缘材料喷涂在轴承Ⅰ6-1、轴承Ⅱ6-2外圈上形成。
如图2所示，所述轴承支座4上设有凹槽16，凹槽16连通底板11轴承Ⅱ6-2外圈。所述振动与冲击加载装置包括激振器13、激振器座12、激振器控制装置20；激振器座12安装在底板11上，位于凹槽16内。所述激振器20安装在激振器座12上，激振器20为模态激振器，激振器20的顶柱22顶部安装有绝缘垫片15-1，绝缘垫片15-1与轴承Ⅱ6-2外圈接触。激振器20与激振器控制装置20连接，振动与冲击加载装置为轴承Ⅱ6-2提供振动与冲击力。如图3所示，绝缘涂层失效装置包括四个破坏构件18-1（不限于四个，可以少于四个，也可以多于四个）、绝缘套筒17、破坏构件座14，所述破坏构件座14用螺钉固定在底板11上，对应于轴承Ⅰ6-1设置。破坏构件座14上设有四个破坏构件安装孔，破坏构件安装孔内设有破坏构件18-1，破坏构件18-1与破坏构件安装孔之间设有绝缘套筒17隔开，破坏构件18-1上端与轴承Ⅰ6-1外圈接触，产生机械损伤，实现了轴承Ⅰ6-1外圈的绝缘层失效；四个破坏构件18-1为装置提供了不同类型的破坏方式。
所述电流加载装置包括程控电源21及导电滑环5；导电滑环5安装在主轴3上，所述程控电源21的正负极分别与导电滑环2、破坏构件18-1连接。在绝缘涂层失效时，程控电源、破坏构件18-1、轴承Ⅰ6-1、主轴3、导电滑环5形成闭合回路，实现轴承Ⅰ6-1的电流加载。
本发明的工作原理如下：
1）振动与冲击力加载部分：通过设置激振器控制装置20发送给激振器13的参数信号，调节激振器振动频率，激振器13将产生的振动传递到轴承Ⅱ6-2的外圈上，模拟轨道交通牵引电动机在轨道上运行时绝缘轴承受到振动与冲击力的大小，此设计实现了模拟牵引电动机绝缘轴承实际运行时的工况，以及对绝缘轴承运行状态的影响，其操作简单方便，可靠性高。
2）绝缘轴承绝缘性能的失效部分：第一电动机1通过联轴器Ⅰ2带动主轴3旋转，主轴3承带着轴承Ⅰ6-1的内圈旋转。第二电动机9通过联轴器Ⅱ带动空心轴8旋转，空心轴8带动轴承卡盘旋转，轴承卡盘带动轴承Ⅰ6-1的外圈旋转，其中固定的破坏构件18-1与轴承Ⅰ6-1的外圈接触，产生机械损伤，实现了绝缘轴承外圈的绝缘层失效。
3）电流加载部分：程控电源21提供电流源，在轴承Ⅰ6-1的绝缘性能被破坏的情况下，程控电源21一端子与破坏构件18-1连接，破坏构件18-1与轴承Ⅰ6-1的外圈相接触，轴承Ⅰ6-1的内圈与主轴3相接触，导电滑环5安装在主轴2上，程控电源21的另一端子与导电滑环连接，形成闭合回路，调节程控电源21的参数产生电流，电流经过回路，模拟牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤。

Claims (7)

1.一种轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：包括轴承、主轴、空心轴、轴承支座、轴承卡盘、底板、振动与冲击加载装置、绝缘涂层失效装置、电流加载装置、第一电动机及第二电动机；振动与冲击加载装置、轴承支座、绝缘涂层失效装置、第一电动机及第二电动机安装在底板上，第一电动机、第二电动机与底板之间绝缘；所述主轴的一端与第一电动机的输出轴连接；所述空心轴朝向第一电动机端设有轴承卡盘，另一端与第二电动机连接；主轴的另一端通过轴承Ⅰ支撑在轴承卡盘内，空心轴与主轴同轴；轴承Ⅰ的外圈与轴承卡盘过盈配合，轴承Ⅰ的外圈与轴承卡盘之间设有绝缘层，所述的主轴通过轴承Ⅱ支撑在轴承支座上，轴承Ⅱ的外圈与轴承支座之间设有绝缘层；所述的振动与冲击加载装置设置在轴承支座处，对轴承Ⅱ加载；绝缘涂层失效装置对应于轴承Ⅰ安装，用于使得轴承Ⅰ外圈上的绝缘层失效。
2.根据权利要求1所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：轴承Ⅰ、轴承Ⅱ外圈上的绝缘层由绝缘材料喷涂在轴承Ⅰ、轴承Ⅱ外圈上形成。
3.根据权利要求1所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：振动与冲击加载装置包括激振器、激振器座及激振器控制装置；激振器座安装在底板上，所述激振器安装在激振器座上，激振器为模态激振器，与激振器控制装置连接，其中激振器上的顶柱顶部安装有绝缘垫片，绝缘垫片与轴承Ⅱ外圈接触。
4.根据权利要求3所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：轴承支座上设有凹槽，凹槽连通底板和轴承Ⅱ外圈；凹槽内安装有振动与冲击加载装置的激振器和激振器座。
5.根据权利要求1所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：所包括破坏构件、绝缘套筒、破坏构件座，所述破坏构件座固定在底板上，破坏构件座上设有若干破坏构件安装孔，破坏构件安装孔内设有破坏构件，破坏构件与破坏构件安装孔之间设有绝缘套筒，固定的破坏构件上端与轴承Ⅰ外圈接触实现轴承Ⅰ外圈的绝缘层失效。
6.根据权利要求1所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：所述电流加载装置包括程控电源和导电滑环；导电滑环安装在主轴上，所述程控电源的正负极分别与导电滑环、破坏构件连接，绝缘涂层失效时，所述破坏构件、轴承Ⅰ、主轴、导电滑环、程控电源形成闭合回路，实现了轴承Ⅰ的电流加载。
7.根据权利要求1所述轨道交通牵引电动机绝缘轴承轴电流损伤模拟装置，其特征是：主轴与第一电动机通过联轴器Ⅰ连接，空心轴与第二电动机通过联轴器Ⅱ连接，联轴器Ⅰ、联轴器Ⅱ均采用绝缘联轴器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114217223A (zh) * 2021-11-26 2022-03-22 佛山科学技术学院 一种模拟工业变频电机绝缘轴承轴电流损伤的试验平台

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