CN114720119A - 一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，包括底座、轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件、转速转矩控制组件和轧辊；所述轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件依次设置在底座的上端面；所述轧辊轴向设置移动式径向液压加载组件中部；所述轴向加载组件与移动式径向液压加载组件一端固连，且所述轧辊一端位于轴向加载组件内部；所述轧辊另一端与变速齿轮箱组件一端连接；所述变速齿轮箱组件另一端与转速转矩控制组件连接。本发明不仅能模拟多列滚动轴承和齿轮在多向加载工况下的综合故障，还能模拟轧制力偏载效应、辊系交叉现象和变工况轧制。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械故障监测和诊断技术领域，尤其涉及一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台。
背景技术
随着汽车板、家电板、航空板等高强度、薄带钢的高端板带产品的研发，势必会增加轧制设备的工作负荷。高载荷、高速度的生产工艺和恶劣的生产环境不可避免的会诱发各种轧机故障。其中辊系多列滚动轴承和齿轮箱轴承、齿轮作为承受和传递轧制力、扭矩的关键零部件，承受着各种叠加载荷和变工况环境，导致其故障频繁发生，包括点蚀、剥落、磨损、压痕和齿面胶合等单一故障以及各种复合故障，严重影响轧制设备的使用寿命和板带产品的表面质量。
目前，试验手段是对轴承和齿轮等关键部件进行故障模拟、监测和诊断的主要手段，郑亚青等提供了一种滚动轴承试验台及实验方法，可一次试验两个轴承，提高了工作效率节约了成本。匡骁等提供了一种高速滚动轴承试验台，可模拟滚动轴承高速旋转过程中径向上不同的受力情况。得出轴承真实情况下的疲劳性能变化及使用寿命。李苗苗等公开了一种高低速可调规格滚动轴承试验台，实现了不同规格轴承性能试验。上述的故障诊断和性能测试试验台主要以单列轴承为主，且多向加载是施加在在轴承座上。而对于轧机多列滚动轴承和齿轮箱的齿轮在真实轧制工况下的故障监测和诊断没有在生产现场或实验室得到展现，主要因为现场轧制环境恶劣，故障类型复杂，对数据的采集非常困难，试验精度无法保证，其次若在实验室，则无法模拟实际的轧制工况而出现试验数据不准确等问题。因此，一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台就具有极大的研究价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，能够模拟实际轧制工况下辊系多列滚动轴承以及齿轮箱齿轮、轴承的单一故障及综合故障，同时，能够实现轧制力偏载效应、轴向力加载、变工况轧制模拟等试验项目。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，包括底座、轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件、转速转矩控制组件和轧辊；所述轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件依次设置在底座的上端面；所述轧辊轴向设置移动式径向液压加载组件中部；所述轴向加载组件与移动式径向液压加载组件一端固连，且所述轧辊一端位于轴向加载组件内部；所述轧辊另一端与变速齿轮箱组件一端连接；所述变速齿轮箱组件另一端与转速转矩控制组件连接。
进一步的，所述轴向加载组件包括轴向加载手柄、轴向加载支架、第一压力传感器、轴承端盖和压力传感器压头；所述轴承端盖与移动式径向液压加载组件前端同轴固连；所述轴向加载支架垂直固连在轴承端盖前端面圆周两侧之间；所述轴向加载手柄设置在轴向加载支架前端中部并与轴向加载支架螺纹连接；所述轴向加载手柄内端通过弹簧与压力传感器压头连接；所述压力传感器压头与第一压力传感器同轴布置；所述第一压力传感器同轴设置在轴承端盖前端面中部区域。
进一步的，所述移动式径向液压加载组件包括径向加载支架、液压缸、传递压力螺杆、第二压力传感器、径向承载轴承座、径向承载轴承、圆柱滚动轴承、轴承座和轴向固定端盖；所述径向加载支架设置在底座上端面；所述液压缸垂直设置在径向加载支架内部上侧；所述径向承载轴承座设置在径向加载支架内部下侧；所述液压缸通过传递压力螺杆与第二压力传感器上端面连接；所述第二压力传感器下端面位于径向承载轴承座顶端中部上方；所述轧辊中部通过径向承载轴承轴向连接在径向承载轴承座中；所述轴承座对称设置在径向承载轴承座的前后两侧并与底座连接；所述轧辊的前后两侧分别通过多列圆柱滚动轴承与两侧轴承座连接；所述轴承端盖与前侧轴承座前侧同轴固连；前侧轴承座的后侧同轴固连有限位端盖；后侧轴承座的前侧同轴固连有限位端盖，后侧与轴向固定端盖同轴固连。
进一步的，所述变速齿轮箱组件包括万向节轴、齿轮箱体、大圆柱齿轮、小圆柱齿轮、支撑上板、支撑下板和端盖；所述支撑下板设置在底座上端面，所述支撑上板固连在支撑下板上端面；所述齿轮箱体设置在支撑上板上端面；所述大圆柱齿轮和小圆柱齿轮分别轴向转动连接在齿轮箱体内部的左右两侧且相互啮合；所述端盖分别同轴设置在大圆柱齿轮和小圆柱齿轮与齿轮箱体连接处的外侧；所述大圆柱齿轮前端穿过端盖后与万向节轴后端连接；所述万向节轴前端与轧辊后端连接。
进一步的，所述齿轮箱由下齿轮箱体和对应设置在下齿轮箱体上方的上齿轮箱体组合而成；所述大圆柱齿轮和小圆柱齿轮分别转动连接在上齿轮箱体和下齿轮箱体两侧拼接处之间；且所述上齿轮箱体的一侧设置有拉手。
进一步的，所述转速转矩控制组件包括转速转矩防护罩、转速转矩控制系统、底板、电机、电机底座和传动轴；所述底板和电机底座依次设置在底座上端面；所述转速转矩控制系统设置在底板顶部；所述电机设置在电机底座顶部；所述传动轴一端与电机输出端连接，中部与转速转矩控制系统连接，另一端与小圆柱齿轮连接；所述转速转矩防护罩设置在传动轴外部并与底座连接。
进一步的，所述轴承座由轴承座下盖和轴承座上盖拼接而成；所述轴承座下盖与底座上端面连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能够模拟轧机多列滚动轴承和齿轮箱的齿轮在真实轧制工况下的运行情况，通过替换故障轴承和故障齿轮，可监测、采集和处理多列滚动轴承以及齿轮的故障信息，包括如点蚀、磨损、裂纹等单一故障以及各种单一故障组合的综合故障。
2、本发明采用移动式径向液压加载系统，构思巧妙，创新性的采用移动式液压缸加载，将径向载荷通过安装在轧辊上的轴承座和轴承传递到轧辊上，既能提供较大的径向加载载荷，又能精准控制载荷大小。还可通过移动系统下部的导轨，模拟轧制工况中频发的轧制力偏载效应。对于关键部件的故障测试和模拟提供了实际的轧制工况条件。
3、本发明通过轴向加载手柄模拟辊系交叉产生的轴向力效应，对于实际工程中轴向力难测量和难提取等问题提供了思路。还可研究轴承和齿轮故障的轴向振动信息。
4、本发明采用转速转矩系统模拟关键部件故障在变工况轧制条件下的振动情况，通过升速、降速和稳速模拟咬钢、抛钢和稳定轧制阶段。还可通过触摸屏实时监测和控制试验台运行工况。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为轴向加载系统的结构示意图；
图3为移动式径向液压加载系统的结构示意图；
图4为齿轮箱系统的结构示意图；
图5为转速转矩控制系统的结构示意图。
其中，附图标记：1-铸铁底座；2-轴向加载手柄，3-轴向加载支架，4-第一压力传感器，5-轴承端盖，6-轴承座上盖，7-轧辊，8-径向承载轴承座，9-第二压力传感器，10-液压缸，11-径向加载支架，12-万向节轴，13-下齿轮箱体，14-大圆柱齿轮，15-小圆柱齿轮，16-转速转矩防护罩，17-转速转矩控制系统，18-传感器底板，19-电机，20-电机底座，21-压力传感器压头，22-轴承端盖螺纹孔，23-轴承座下盖，24-圆柱滚动轴承，25-径向承载轴承，26-传递压力螺杆，27-轴向固定端盖，28-上齿轮箱体，29-拉手，30-支撑上板，31-支撑下板，32-端盖，33-传动轴；34-限位端盖；35-弹簧。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见附图1至5，给出了本发明所提出的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台的一个实施例的具体结构。所述试验台包括铸铁底座1、轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件、转速转矩控制组件和轧辊7。
所述轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件由前至后依次连接在底座1的上方；所述移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件分别与底座1固连，所述轴向加载组件悬在半空；所述轧辊7轴向设置移动式径向液压加载组件中部；所述轴向加载组件与移动式径向液压加载组件前端固连，且所述轧辊7前端位于轴向加载组件内部；所述轧辊7后端与变速齿轮箱组件前端连接；所述变速齿轮箱组件后端与转速转矩控制组件前端连接。
其中，所述轴向加载组件包括轴向加载手柄2、轴向加载支架3、第一压力传感器4、轴承端盖5和压力传感器压头21；所述轴承端盖5与移动式径向液压加载组件前端同轴固连；所述轴向加载支架3垂直固连在轴承端盖5前端面圆周两侧之间，所述轴向加载支架3为凹形架，其两端分别与轴承端盖5前端面一条直径的两端固连；所述轴向加载手柄2设置在轴向加载支架3前端，所述轴向加载手柄2后端穿过轴向加载支架前端面中部并与轴向加载支架3螺纹连接；所述压力传感器压头21通过弹簧35连接在轴向加载手柄2的后端并与第一压力传感器4同轴布置；所述第一压力传感器4同轴设置在轴承端盖5前端面中部区域；所述轧辊7前端穿过轴承端盖5后与第一压力传感器4连接；本实施例中，所述轴承座由轴承座下盖23和轴承座上盖6拼接而成；所述轴承座下盖23与底座1上端面连接。
所述移动式径向液压加载组件包括径向承载轴承座8、第二压力传感器9、液压缸10、径向加载支架11、圆柱滚动轴承24、径向承载轴承25、传递压力螺杆26、轴承座和轴向固定端盖27；所述径向加载支架11设置在底座1上端面；所述液压缸10垂直设置在径向加载支架11内部上侧；所述径向承载轴承座8设置在径向加载支架11内部下侧，且径向承载轴承座8两侧设置有卡箍，用于保证其位置精度；所述液压缸10通过传递压力螺杆26与第二压力传感器9上端面连接；所述第二压力传感器9下端面位于径向承载轴承座8顶端中部上方；所述轧辊7中部通过径向承载轴承25轴向连接在径向承载轴承座8中；所述轴承座对称设置在径向加载支架11的前后两侧并与底座1连接；所述轧辊7的前后两侧分别通过四列圆柱滚动轴承24与两侧轴承座连接；所述轴承端盖5与前侧轴承座前侧同轴固连；前侧轴承座的后侧同轴固连有限位端盖34；后侧轴承座的前侧同轴固连有限位端盖34，后侧与轴向固定端盖27同轴固连。
所述变速齿轮箱组件包括万向节轴12、齿轮箱体、大圆柱齿轮14、小圆柱齿轮15、支撑上板30、支撑下板31和端盖32；所述支撑下板31设置在底座1上端面，所述支撑上板30固连在支撑下板31上端面；所述齿轮箱体设置在支撑上板30上端面；所述大圆柱齿轮14和小圆柱齿轮15分别轴向转动连接在齿轮箱体内部的左右两侧且相互啮合；所述端盖32分别同轴设置在大圆柱齿轮14和小圆柱齿轮15与齿轮箱体连接处的外侧；所述大圆柱齿轮14前端穿过端盖32后与万向节轴12后端连接；所述万向节轴12前端与轧辊7后端连接。其中，所述齿轮箱由下齿轮箱体13和对应设置在下齿轮箱体13上方的上齿轮箱体28组合拼接而成；所述大圆柱齿轮15和小圆柱齿轮14分别转动连接在上齿轮箱体13和下齿轮箱体28两侧拼接处之间；且所述上齿轮箱体28的一侧设置有拉手29。
所述转速转矩控制组件包括转速转矩防护罩16、转速转矩控制系统17、底板18、电机19、电机底座20和传动轴33；所述底板18和电机底座20依次设置在底座1上端面；所述转速转矩控制系统17设置在底板18顶部；所述电机19设置在电机底座20顶部，所述电机19采用高速变频电机；所述传动轴33后端与电机19输出端连接，中部与转速转矩控制系统17连接，前端与小圆柱齿轮15连接；所述转速转矩防护罩16分别设置在传动轴33裸露部分的外部并与底座1连接。
本发明的作用原理在于：所述轴向加载手柄2与弹簧35相连接，人工旋转轴向加载手柄2，通过传感器压头21、第一压力传感器4和传感器底座将轴向力施加于轴承端盖5前端面，通过四列圆柱滚动轴承24传递到轧辊7上。更换四列圆柱滚动轴承24单一故障件和综合故障件，通过第一压力传感器4，设定轴向力数值，模拟轴向力作用下故障轴承的轴向振动。第一压力传感器4的输出线通过基座接入信号分析仪，模拟试验开始前先调节第一压力传感器4和加速度传感器的位置，所述加速度传感器采用通用的加速度传感器即可；信号分析仪可以实时、快速的得到压力、加速度的信号数据，因为获得的数据具有连续性、实时性和稳定性，所以在分析的时候可建立正常轴承与故障轴承的比较网络，从轴向振动信号进行层次分析，得到故障类型以及损伤程度。
将加速度传感器分别粘贴在轴承座上盖6表面，通过固定轴向加载组件，然后在可视化触摸屏上设定一定的径向力，径向力通过液压缸10、压力螺杆26和第二压力传感器9施加于径向承载轴承座8，进而通过四列圆柱滚动轴承24传递到轧辊7上来模拟轧制工况。实验开始前，首先更换健康轴承，设定轴向第一压力传感器4、第二压力传感器9、振动加速度传感器的位置和数值，打开电机19，由电机带动转速转矩系统17、小圆柱齿轮15、大圆柱齿轮14和万向节轴12，进而带动轧辊7旋转，通过各传感器采集健康轴承在径向、水平和轴向方向的信号并传递给信号分析仪进行数据存储。其次将健康轴承分别替换为单一故障和综合故障的轴承，重复上述试验步骤，获取故障轴承在径向、水平和轴向方向的故障数据，通过对比分析进行故障损伤程度和类型的诊断。
在更换故障轴承前，关闭电机19电源，设定轴向力和径向力数值最小，将轧辊7与大圆柱齿轮14之间的万向节轴12松开，取出轧辊7，松动轴承座上盖6，去除健康轴承，依次换上各种故障类型的轴承，把前面拆下的部件安装顺序依次装上，最后接通电源，设定所需轧制力和轴向力使试验台转动起来。
变速齿轮箱组件通过电机19将动力传输至小圆柱齿轮15和大圆柱齿轮14，进而传递扭矩，整个齿轮箱由下齿轮箱体13、上齿轮箱体28和设置上齿轮箱体28顶端开口的有机玻璃盖组成，上齿轮箱体28一侧设有把手29。试验开始前，更换健康齿轮，在有机玻璃盖上放置加速度传感器，打开电机19，通过转速转矩系统17设定所需转速并设定一定的轧制力模拟真实轧制工况，进而带动齿轮旋转，通过加速度传感器采集健康齿轮数据并传递给信号分析仪进行存储。之后，关闭电机电源，将万向节轴12松开，取下端盖32，拆除上齿轮箱体28和有机玻璃盖，将小圆柱齿轮15的齿轮轴与转速转矩控制组件分离，取出健康齿轮，依次替换为故障齿轮，把前面拆下的部件安装顺序依次装上，最后接通电源，设定所需转速和转矩使试验台转动起来，采集故障齿轮的水平、径向和轴向的振动数据，通过与健康齿轮的对比分析进行齿轮故障的定量和损伤程度诊断。
综上，本发明通过底座、移动式径向液压加载组件、轴向加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件模拟实际轧制工况，并通过更换故障件模拟轧机关键部件的振动情况，通过多个加速度传感器与信号采集分析仪相连接，测试的各种数据和变化曲线均能够在分析仪上显示并采集存储，通过分析被测故障轴承、故障齿轮与健康轴承、健康齿轮的振动信号数据来更加全面的、准确的进行实际轧制工况下的关键部件故障类型的诊断分析。试验时先将本发明的各种轧制工况调整到试验所需状态检查无误后即可进行测试，试验的目的是更好的辅助人们对实际轧制工况下的关键部件单一故障及综合故障的诊断，提高关键部件在轧制领域的高精度和可靠性，本发明对板带轧机关键部件的实际工况监测和诊断具有极大的价值。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述试验台包括底座、轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件、转速转矩控制组件和轧辊；所述轴向加载组件、移动式径向液压加载组件、变速齿轮箱组件和转速转矩控制组件依次设置在底座的上方；所述轧辊轴向设置在移动式径向液压加载组件中部；所述轴向加载组件与移动式径向液压加载组件一端固连，且所述轧辊一端位于轴向加载组件内部；所述轧辊另一端与变速齿轮箱组件一端连接；所述变速齿轮箱组件另一端与转速转矩控制组件连接。
2.根据权利要求1所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述轴向加载组件包括轴向加载手柄、轴向加载支架、第一压力传感器、轴承端盖和压力传感器压头；所述轴承端盖与移动式径向液压加载组件前端同轴固连；所述轴向加载支架垂直固连在轴承端盖前端面圆周两侧之间；所述轴向加载手柄设置在轴向加载支架前端中部并与轴向加载支架螺纹连接；所述轴向加载手柄内端通过弹簧与压力传感器压头连接；所述压力传感器压头与第一压力传感器同轴布置；所述第一压力传感器同轴设置在轴承端盖前端面中部区域。
3.根据权利要求2所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述移动式径向液压加载组件包括径向加载支架、液压缸、传递压力螺杆、第二压力传感器、径向承载轴承座、径向承载轴承、圆柱滚动轴承、轴承座和轴向固定端盖；所述径向加载支架设置在底座上端面；所述液压缸垂直设置在径向加载支架内部上侧；所述径向承载轴承座设置在径向加载支架内部下侧；所述液压缸通过传递压力螺杆与第二压力传感器上端面连接；所述第二压力传感器下端面位于径向承载轴承座顶端中部上方；所述轧辊中部通过径向承载轴承轴向连接在径向承载轴承座中；所述轴承座对称设置在径向承载轴承座的前后两侧并与底座连接；所述轧辊的前后两侧分别通过多列圆柱滚动轴承与两侧轴承座连接；所述轴承端盖与前侧轴承座前侧同轴固连；前侧轴承座的后侧同轴固连有限位端盖；后侧轴承座的前侧同轴固连有限位端盖，后侧与轴向固定端盖同轴固连。
4.根据权利要求3所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述变速齿轮箱组件包括万向节轴、齿轮箱体、大圆柱齿轮、小圆柱齿轮、支撑上板、支撑下板和端盖；所述支撑下板设置在底座上端面，所述支撑上板固连在支撑下板上端面；所述齿轮箱体设置在支撑上板上端面；所述大圆柱齿轮和小圆柱齿轮分别轴向转动连接在齿轮箱体内部的左右两侧且相互啮合；所述端盖分别同轴设置在大圆柱齿轮和小圆柱齿轮与齿轮箱体连接处的外侧；所述大圆柱齿轮前端穿过端盖后与万向节轴后端连接；所述万向节轴前端与轧辊后端连接。
5.根据权利要求4所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述齿轮箱由下齿轮箱体和对应设置在下齿轮箱体上方的上齿轮箱体组合而成；所述大圆柱齿轮和小圆柱齿轮分别转动连接在上齿轮箱体和下齿轮箱体两侧拼接处之间；且所述上齿轮箱体的一侧设置有拉手。
6.根据权利要求4所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述转速转矩控制组件包括转速转矩防护罩、转速转矩控制系统、底板、电机、电机底座和传动轴；所述底板和电机底座依次设置在底座上端面；所述转速转矩控制系统设置在底板顶部；所述电机设置在电机底座顶部；所述传动轴一端与电机输出端连接，中部与转速转矩控制系统连接，另一端与小圆柱齿轮连接；所述转速转矩防护罩设置在传动轴外部并与底座连接。
7.根据权利要求3所述的一种考虑多向加载工况的板带轧机综合故障模拟试验台，其特征在于：所述轴承座由轴承座下盖和轴承座上盖拼接而成；所述轴承座下盖与底座上端面连接。
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