CN114354043A - 一种测定回转支承载荷的系统及方法 - Google Patents

一种测定回转支承载荷的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定回转支承载荷的系统及方法，包括试验平台、支撑平台、压力传感组件、信号采集装置、数据处理装置；所述试验平台中部设有回转支承安装结构；所述压力传感组件包括夹持组件、压力传感器、测头；所述压力传感组件通过夹持组件固定在支撑平台上，所述试验平台安装在压力传感组件之间；所述压力传感器由夹持组件固定，所述测头安装在压力传感器与试验平台之间；所述压力传感器包括若干组水平方向载荷测定传感器和若干组垂直方向载荷测定传感器；所述信号采集装置与压力传感组件、数据处理装置分别电性连接。本发明可以实现在工作状态下直接测定回转支承载荷，测定结果误差小，精度高。

Description

一种测定回转支承载荷的系统及方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种测定回转支承载荷的系统及方法。
背景技术
回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。回转支承在工作状态下的载荷分析目前主要有两种方法，一种是理论计算，通过理论解析法求解回转支承在特定工作状态下的若干组载荷，一般只进行静力分析，并对计算过程进行简化，并不考虑震动和冲击影响，计算结果可能与实际真实结果存在较大误差，也无法进行动态载荷频谱分析。如CN110516290A，通过有限元分析方法模拟静态下回转支承及其螺栓的受力情况。另一种是通过定制回转支承，在回转支承上加装应变片，测定工作状态下的回转支承应变，间接求解载荷。此种方法需要对回转支承进行特殊定制，试验成本较高，局限性较大，无法适应多种类型的回转支承载荷分析。如CN107448362A提供的一种回转支承轴承的状态监测方法、装置，对回转支撑轴承的严重磨损、裂纹等损伤进行有效监测；其载荷不能够直接测出，需要进行计算。CN106124183A提供了一种回转支承试验平台及其控制方法、控制器，能够从多个方向对回转支承施加倾覆载荷，模拟真实工况下回转支承的受力情况；但是该装置无法模拟震动的情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测定回转支承载荷的系统及方法，以实现在工作状态下直接测定回转支承载荷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种测定回转支承载荷的系统，包括试验平台、支撑平台、压力传感组件、信号采集装置、数据处理装置；所述试验平台中部设有回转支承安装结构，所述回转支承安装结构包括圆筒、若干组回转支承安装孔；所述压力传感组件包括夹持组件、压力传感器、测头；所述压力传感组件通过夹持组件固定在支撑平台上，所述试验平台安装在压力传感组件之间；所述压力传感器由夹持组件固定，所述测头安装在压力传感器与试验平台之间；所述压力传感器包括若干组水平方向载荷测定传感器和若干组垂直方向载荷测定传感器，所述水平方向载荷测定传感器垂直于试验平台侧面设置，所述垂直方向载荷测定传感器垂直于试验平台水平面设置；所述夹持组件包括若干组夹持组件一和夹持组件二，所述夹持组件一为“工”字形，下部固定在支撑平台上，上部固定水平方向载荷测定传感器，所述夹持组件二为带底座的“C”字形，底座固定在支撑平台上，“C”字形两端分别位于试验平台上下两侧，各固定一个垂直方向载荷测定传感器；所述信号采集装置与压力传感组件、数据处理装置分别电性连接。
进一步的，所述夹持组件一和夹持组件二均不少于3组，所述夹持组件一固定的压力传感器测定的力的方向不全在一条直线上。
进一步的，所述测头为球形，使得测头和试验平台之间的摩擦变为滚动摩擦，降低摩擦力的影响。
进一步的，所述试验平台与测头接触处的表面粗糙度小于6.3μm，使用时涂抹黄油脂，进一步减少摩擦系数。
进一步的，所述测头经过热处理，以提高表面硬度，减少变形发生。
进一步的，所述压力传感器两端工作端面设置有垫片，所述垫片经过热处理，避免压力传感器端面受到过大压强而被破坏。
进一步的，所述圆筒顶部设有防溢流盖，防止工作过程中黄油池的黄油飞溅。
采用上述系统测定回转支承载荷的方法，包括以下步骤：
S1.系统安装调试，调试完成后将回转支承安装至试验平台上，将工程机械的工作部装配至回转支承上；
S2.启动工程机械，按照预定工况进行作业，通过信号采集装置收集记录各个压力传感器测得的数据；
S3.将信号采集装置记录的测试数据导入数据处理装置，进行数据分析处理，计算回转支承载荷。
进一步的，步骤S1中，所述工程机械为挖掘机、装载机、起重机或旋挖机中的一种。
进一步的，步骤S3中，所述数据分析处理方法为：以试验平台中心为原点建立直角坐标系，确定各个压力传感器测量点的坐标，根据各个压力传感器测得的力计算轴向力、径向力、轴向力矩、颠覆力矩。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明是在工作状态下直接进行测量，测定的回转支承载荷误差小，测定结果精度高，为后续回转支承选型和改进提供了更加准确的依据，也为后续动态载荷频谱分析提供了依据，测定范围和工况也更加全面；
(2)本发明系统结构较为简单，使用的装置亦较为简单，可以有效降低回转支承载荷测量过程中的成本；
(3)本发明系统的试验平台设置有多组回转支承安装孔，可适用于多种型号类型工程机械回转支承载荷的测定。
附图说明
图1为本发明测定回转支承载荷的系统结构示意图。
图2为本发明系统结构安装截面示意图。
图3为实施例1压力传感器安装位置示意图。
图4为实施例1夹持组件一安装示意图。
图5为实施例1夹持组件二安装示意图。
图6为实施例1压力传感器安装点坐标示意图。
图7为实施例2压力传感器安装点坐标示意图。
附图标记：1-试验平台，2-支撑平台，3-压力传感组件，4-圆筒，5-安装孔，6-回转支承，701-夹持组件一，702-夹持组件二，8-压力传感器，9-测头，10-垫片，11-挖掘机上车，12-防溢流盖。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
如图1-图5所示，本实施例提供一种测定回转支承载荷的系统，包括试验平台1、支撑平台2、压力传感组件3、信号采集装置、数据处理装置；所述试验平台1中部设有回转支承安装结构，所述回转支承安装结构包括圆筒4、多组回转支承安装孔5；所述压力传感组件3包括夹持组件、压力传感器8、测头9；所述压力传感组件3通过夹持组件固定在支撑平台2上，所述试验平台1固定在压力传感组件3之间；所述压力传感器3由夹持组件固定，所述测头9安装在压力传感器8与试验平台1之间；所述压力传感器8包括若干组水平方向载荷测定传感器和若干组垂直方向载荷测定传感器，所述水平方向载荷测定传感器垂直于试验平台1侧面设置，所述垂直方向载荷测定传感器垂直于试验平台1水平面设置；所述夹持组件包括三组夹持组件一701和六组夹持组件二702，所述夹持组件一701为“工”字形，下部固定在支撑平台2上，上部通过夹紧螺栓固定水平方向载荷测定传感器，所述夹持组件二702为带底座的“C”字形，底座固定在支撑平台2上，“C”字形两端分别位于试验平台1上下两侧，通过夹紧螺栓各固定一个垂直方向载荷测定传感器；所述信号采集装置与压力传感组件3、数据处理装置分别电性连接；所述数据处理装置为电脑。
所述压力传感器8的安装位置如图3所示，三组夹持组件一701分别编为A、B、C组，每组两个压力传感器测头9垂直于试验平台1水平面，分别位于试验平台1上下两侧相对设置，各组传感器编号分别为A1与A2、B1与B2、C1与C2；六组夹持组件二702可分为三对，分别编为U、V、W组，每组两个压力传感器测头9相对设置，U1与U2、V1与V2、W1与W2各分布在一条直线上。所述测头9为球形，使得测头9和试验平台1之间的摩擦变为滚动摩擦，降低摩擦力的影响。所述试验平台1与测头9接触处的表面粗糙度小于6.3μm，使用时涂抹黄油脂，进一步减少摩擦系数。为避免压力传感器8端面受到过大压强而被破坏，所述压力传感器8两端工作端面设置有垫片10，所述测头9和垫片10均经过热处理，以提高表面硬度，减少变形发生。
所述圆筒4顶部设有防溢流盖12，防止工作过程中黄油池的黄油飞溅。所述防溢流盖12由两块带盖半桶状部件构成，带盖半桶状部件内径与圆筒外径一样，带盖半桶状部件盖的外径要大于车架底板内孔孔径，根据不同回转支承厚度，安装在圆筒不同高度上，然后用螺栓固定。
采用上述系统测定回转支承载荷的方法，包括以下步骤：
S1.系统安装调试，将压力传感器8安装到图3所示的安装位置，调节夹紧螺栓至信号采集装置上每个传感器出现读数；调试完成后将回转支承6安装至试验平台1上，将试验平台1上不用的安装孔5堵上，将挖掘机上车11(即工程机械的工作部)通过吊装，装配至回转支承6上，如图2所示；
S2.启动工程机械，按照预定工况进行作业，通过信号采集装置收集记录各个压力传感器测得的数据；
S3.将信号采集装置记录的测试数据导入数据处理装置，进行数据分析处理，计算回转支承载荷。
所述数据分析处理方法为：如图6所示，以试验平台1中心为原点建立直角坐标系，X轴、Y轴位于试验平台1水平面，Y轴正方向为挖掘机前进方向，Z轴正方向垂直于水平面向上，确定各个压力传感器测量点的坐标为A1、A2(0，yA，0)，B1、B2(xB，yB，0)，C1、C2(xC，yC，0)，U1(0，yU，0)，U2(0，-yU，0)，V1(xV，yV，0)，V2(-xV，yV，0)，W1(xW，yW，0)，W2(-xW，yW，0)，根据各个压力传感器测得的力Fi计算轴向载荷、径向载荷、轴向力矩、颠覆力矩。计算过程如下：
轴向载荷Fa＝FA1+FA2+FB1+FB2+FC1+FC2-GP
径向载荷Fr＝FU1+FU2+FV1+FV2+FW1+FW2
绕X轴力矩MX＝(FA1+FA2)×yA+(FB1+FB2)×yB+(FC1+FC2)×yC
绕Y轴力矩MY＝(FB1+FB2)×xB+(FC1+FC2)×xC
绕Z轴力矩MZ＝(FV1+FV2)×yV+(FW1+FW2)×yW
颠覆力矩M＝MX+MY+MZ
上述式中，所有力和力矩均为矢量，Gp为试验平台重力。
实施例2
本实施例与实施例1的区别是进行起重机回转支承载荷测试，压力传感器的安装位置如图7所示。以试验平台中心为原点建立直角坐标系，X轴、Y轴位于试验平台水平面，Y轴正方向为起重机前进方向，Z轴正方向垂直于水平面向上，确定各个压力传感器测量点的坐标为A1、A2(0，yA，0)，B1、B2(xB，yB，0)，C1、C2(xC，yC，0)，U1(xU，0，0)，U2(-xU，0，0)，V1(xV，yV，0)，V2(xV，-yV，0)，W1(xW，yW，0)，W2(xW，-yW，0)，根据各个压力传感器测得的力Fi计算轴向载荷、径向载荷、轴向力矩、颠覆力矩。计算过程如下：
轴向载荷Fa＝FA1+FA2+FB1+FB2+FC1+FC2-GP
径向载荷Fr＝FU1+FU2+FV1+FV2+FW1+FW2
绕X轴力矩MX＝(FA1+FA2)×yA+(FB1+FB2)×yB+(FC1+FC2)×yC
绕Y轴力矩MY＝(FB1+FB2)×xB+(FC1+FC2)×xC
绕Z轴力矩MZ＝(FV1+FV2)×xV+(FW1+FW2)×xW
颠覆力矩M＝MX+MY+MZ
上述式中，所有力和力矩均为矢量，Gp为试验平台重力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测定回转支承载荷的系统，其特征在于，包括试验平台、支撑平台、压力传感组件、信号采集装置、数据处理装置；所述试验平台中部设有回转支承安装结构，所述回转支承安装结构包括圆筒、若干组回转支承安装孔；所述压力传感组件包括夹持组件、压力传感器、测头；所述压力传感组件通过夹持组件固定在支撑平台上，所述试验平台安装在压力传感组件之间；所述压力传感器由夹持组件固定，所述测头安装在压力传感器与试验平台之间；所述压力传感器包括若干组水平方向载荷测定传感器和若干组垂直方向载荷测定传感器，所述水平方向载荷测定传感器垂直于试验平台侧面设置，所述垂直方向载荷测定传感器垂直于试验平台水平面设置；所述夹持组件包括若干组夹持组件一和夹持组件二，所述夹持组件一为“工”字形，下部固定在支撑平台上，上部固定水平方向载荷测定传感器，所述夹持组件二为带底座的“C”字形，底座固定在支撑平台上，“C”字形两端分别位于试验平台上下两侧，各固定一个垂直方向载荷测定传感器；所述信号采集装置与压力传感组件、数据处理装置分别电性连接。
2.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述夹持组件一和夹持组件二均不少于3组，所述夹持组件二固定的压力传感器测定的力的方向不全在一条直线上。
3.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述测头为球形。
4.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述试验平台与测头接触处的表面粗糙度小于6.3μm。
5.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述测头经过热处理。
6.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述压力传感器两端工作端面设置有垫片，所述垫片经过热处理。
7.根据权利要求1所述的测定回转支承载荷的系统，其特征在于，所述圆筒顶部设有防溢流盖。
8.采用权利要求1-7任一项所述的测定回转支承载荷的系统测定回转支承载荷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.系统安装调试，调试完成后将回转支承安装至试验平台上，将工程机械的工作部装配至回转支承上；
S2.启动工程机械，按照预定工况进行作业，通过信号采集装置收集记录各个压力传感器测得的数据；
S3.将信号采集装置记录的测试数据导入数据处理装置，进行数据分析处理，计算回转支承载荷。
9.根据权利要求8所述的测定回转支承载荷的方法，其特征在于，步骤S1中，所述工程机械为挖掘机、装载机、起重机中的一种。
10.根据权利要求8所述的测定回转支承载荷的方法，其特征在于，步骤S3中，所述数据分析处理方法为：以试验平台中心为原点建立直角坐标系，确定各个压力传感器测量点的坐标，根据各个压力传感器测得的力计算轴向力、径向力、轴向力矩、颠覆力矩。
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