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　　摘　要：介紹了“北京交通大學(xué)-NTN牽引電機軸承試驗站”試驗臺的功能、性能指標(biāo)以及各主要組成部分的結(jié)構(gòu)與原理。列舉了試驗臺建立以來主要完成的試驗項目，并給出了典型的試驗結(jié)果。本試驗臺可為軸承生產(chǎn)企業(yè)、高速牽引電機的設(shè)計等單位提供軸承、潤滑油脂的性能測試服務(wù)。
　　關(guān)鍵詞：軸承；潤滑；試驗臺；牽引電機；耐久性；高速鐵路
　　在鐵路機車車輛運行中，滾動軸承是安全運行的關(guān)鍵部件，也是Z容易損壞的部件之一，它的故障直接關(guān)系到運輸?shù)陌踩?。高速、重載、長途運行的列車，軸承的故障往往會迅速擴大，在短時間內(nèi)會造成熱軸、燃軸、切軸而Z終導(dǎo)致列車顛覆等重大行車事故^[1]。為了適應(yīng)軸承高速旋轉(zhuǎn)和牽引電機各部溫升的特點，必須提高軸承、潤滑脂的耐熱性和耐久性^[2]。國內(nèi)滾動軸承制造技術(shù)上的落后，很大程度上也是受限制于軸承試驗臺的技術(shù)水平。因此，提高軸承試驗、檢測技術(shù)水平成為解決中國軸承技術(shù)落后的關(guān)鍵問題之一。
　　我國軸承行業(yè)缺乏相應(yīng)的關(guān)鍵試驗技術(shù)及試驗設(shè)備。長期以來，雖在各行業(yè)均有一些軸承試驗臺。，但不能對高速鐵路用軸承進行模擬性能試驗，特別是耐久性試驗，因而不能全面正確評估和控制軸承的質(zhì)量，不能消除軸承使用中的不安全隱患，高速鐵路用軸承基本依賴國外進口。影響軸承及其潤滑系統(tǒng)綜合性能的因素錯綜復(fù)雜，在目前基礎(chǔ)理論還不完善的階段，試驗研究尤其重要。采用先進的軸承試驗臺進行系統(tǒng)研究，對深入理解軸承和油脂的摩擦磨損性能、耐熱耐蝕性能、抗疲勞性能等提供重要技術(shù)手段，為改進軸承設(shè)計制造水平和優(yōu)化潤滑技術(shù)提供可靠依據(jù)。
　　1　試驗臺概況
　　“北京交通大學(xué)-NTN牽引電機軸承試驗站”是由北京交通大學(xué)和國外著名軸承制造公司NTN成功合作的成果，是具有先進水平的、國內(nèi)的可以進行高速列車牽引電機軸承試驗的專用設(shè)備。試驗臺于2004年11月4日順利完成了設(shè)備安裝和調(diào)試。圖1是試驗臺的照片。 　　1.1試驗臺特點
　?。?）圓柱滾子軸承和深溝球軸承成對裝配，與實際電機中的軸承布局相同；
　?。?）密封油脂型腔構(gòu)造與實際電機的構(gòu)造完全一致，能夠模擬實際的潤滑劑流動狀況；
　?。?）2套主軸可以進行軸承和油脂的對比試驗；
　?。?）該試驗系統(tǒng)具有高度自動化和故障保護措施，能實現(xiàn)無人值守工作上萬小時；
　?。?）可以對試驗軸承的溫度以及軸承的振動加速度值進行全程監(jiān)控和記錄。
　　1.2主要技術(shù)指標(biāo)
　　主軸轉(zhuǎn)速：0～10000r/min
　　主軸數(shù)量：2工位，可進行對比試驗
　　徑向負(fù)荷：0～4900N
　　軸向負(fù)荷：0～1960N，并可循環(huán)加、卸載
　　加熱溫度：0～200℃
　　1.3主要功能
　　能根據(jù)實際使用狀況進行不同轉(zhuǎn)速、軸向和徑向載荷、溫度、潤滑油脂等綜合條件下的試驗?？蛇M行常用的3種試驗：
　　（1）急加速試驗：從靜止快速提升到某一高速，主要考察軸承和油脂的動態(tài)特性。
　?。?）溫升特性試驗：在軸向和徑向負(fù)荷固定條件下，轉(zhuǎn)速呈階梯狀升高，考察軸承在某速度下的溫升。
　?。?）耐久性試驗：在某一特定轉(zhuǎn)速、軸向和徑向負(fù)荷條件下進行長達數(shù)月的試驗，考察油脂和軸承的耐久性能。
　　2　試驗臺結(jié)構(gòu)與原理
　　2.1試驗臺布局
　　試驗臺布局如圖2所示，按照功能模塊劃分，它包括2套試驗主軸、驅(qū)動電機、控制柜、測試系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油氣霧化器以及輔助設(shè)備等。 　　2.2各部件功能及原理
　　2.2.1試驗主軸
　　如圖3所示，主軸內(nèi)安裝有被試軸承1和3及其軸承座，承受徑向、軸向負(fù)荷的裝置，并裝有軸承內(nèi)圈溫度遙測單元6及其它零部件。當(dāng)安裝不同尺寸的試驗軸承時，套筒9內(nèi)的部件也不同。被試軸承的軸承座及其潤滑脂腔均按照實際電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，Z大程度地模擬實際工況。如果需要評定油脂的高溫性能，可在軸承座內(nèi)安裝加熱裝置，Z高溫度達200℃。 　　2.2.2驅(qū)動部分
　　由37kW變頻電機和同步帶傳動構(gòu)成，驅(qū)動主軸按照指定速度旋轉(zhuǎn)。2套主軸可同步旋轉(zhuǎn)，進行軸承或油脂的對比試驗。
　　2.2.3控制部分
　　由試驗臺控制柜（操作盤）、控制電磁閥、傳感器等構(gòu)成，用于試驗過程的控制、保護、檢測。試驗過程既可以手動控制，也可以通過控制柜面板上一個PLC控制的液晶觸摸屏在試驗前設(shè)置好所有參數(shù)從而實現(xiàn)自動運行。
　　2.2.4潤滑系統(tǒng)
　　被試軸承采用電機設(shè)計和實際使用中規(guī)定的潤滑脂潤滑。而承受徑向負(fù)荷的軸承是2個背靠背安裝的角接觸軸承7314，如圖3中的2。在多次試驗中，該軸承一般不用更換，所以采用潤滑效果更好的循環(huán)油潤滑，并且可以同時起到冷卻作用。另外，在圖2中主軸和皮帶輪間還有一個軸承，它們是由壓縮空氣和潤滑油通過油氣霧化器混合后作為潤滑劑的。
　　2.2.5負(fù)荷控制
　　徑向和軸向負(fù)荷是通過壓縮空氣作動力的氣動單元控制的。軸向負(fù)荷可以實現(xiàn)間歇的加載和卸載，用于模擬列車運行時的橫向振動。一般牽引電機本身運轉(zhuǎn)時不產(chǎn)生軸向力，但在“先鋒號”試車時，發(fā)現(xiàn)電機軸承受不明軸向力導(dǎo)致軸承磨損^[6]。本試驗臺正好用來模擬同時承受徑向和軸向負(fù)荷作用下的電機軸承的工作性能。試驗時負(fù)荷的大小是按照實際電機軸的質(zhì)量考慮振動等因素折算成的等效靜載荷。
　　2.2.6檢測系統(tǒng)
　　由振動分析儀、數(shù)據(jù)記錄儀和相應(yīng)傳感器構(gòu)成。用于軸承數(shù)據(jù)的采集、分析和故障報警。能全程記錄各軸承本體溫度、軸承內(nèi)外圈溫度和被試軸承附近軸向、徑向的振動等多個重要參數(shù)。記錄儀可設(shè)置被測參數(shù)超限報警，從而保障試驗臺的安全。溫度檢測采用熱電耦，振動檢測采用壓電式加速度傳感器。其中，軸承內(nèi)圈由于隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，檢測的溫度采用感應(yīng)耦合的無線傳輸方式，具有較高的技術(shù)含量。振動分析儀具有6個通道，數(shù)據(jù)記錄儀具有30通道。
　　軸承試驗臺的數(shù)據(jù)檢測與記錄系統(tǒng)，是以橫河DR230為核心的，如圖4所示。DR230兼有筆式記錄儀和數(shù)據(jù)存儲的功能。 　　此外軸承試驗臺還包括空壓機、除霧機以及安裝、拆卸用配套工具等。
　　3　軸承試驗臺的應(yīng)用
　　到目前為止，該試驗臺已經(jīng)完成的項目有：
　?。?）我國300km/h電動車組牽引電機采用的陶瓷絕緣軸承100萬km可靠性試驗，歷時3060h（注：按照列車電機轉(zhuǎn)速、傳動比、輪徑等參數(shù)計算出時速300km，列車實際運行100萬km所需的小時數(shù)），于2005年4月22日圓滿完成。為我國的高速鐵路安全運行提供了保障。
　?。?）洛陽軸承廠牽引電機軸承可靠性試驗。
　　（3）金鳳科技股份有限公司油脂對比試驗。
　?。?）現(xiàn)在正在進行四方車輛廠引進的200km/h電動車組牽引電機軸承可靠性試驗。
　　圖5是軸承試驗臺測試中遇到的部分典型的試驗結(jié)果，其中圖5（a）為1軸的某軸承溫升異常，對應(yīng)的振動信號也較大，圖5（b）-（d）分別為正常的急加速試驗、溫升試驗和耐久性試驗的結(jié)果。具體的試驗分析不在此詳述。 　　4　結(jié)束語
　　介紹了“北京交通大學(xué)-NTN牽引電機軸承試驗站”的功能、性能指標(biāo)以及各主要組成部分的結(jié)構(gòu)與原理。列舉了試驗臺建立以來主要完成的試驗項目，并給出了典型的試驗結(jié)果。本試驗臺可為軸承生產(chǎn)企業(yè)、高速牽引電機的設(shè)計等單位提供軸承、潤滑油脂的性能測試服務(wù)。在高速牽引電機軸承性能檢測方面試驗站填補了國內(nèi)空白，為我國的高速鐵路安全運行和快速發(fā)展作出了重要貢獻。
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