ABLT-I型轴承疲劳寿命试验机的改造

邵阳，尹福刚，孙岳松，徐克彬

（瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300）

1 存在的问题

随着主机要求的不断提高，越来越多的轴承需要进行性能试验，比如出口美国的汽车轴承就需要检测轴承在不同载荷和转速下的温升、密封等性能，这就要求试验机具备全自动变载变速功能，而且要实时监测轴承的振动和温度。

ABLT-I型轴承疲劳寿命试验机研制于20世纪90年代，功能单一，且加载、变速、温度测量均采用人工方式，已无法满足自动变载变速和实时监测轴承性能的试验要求，因此，对ABLT-I进行了系统改造，增加相关功能，以满足轴承研发和市场需求。

2 试验机的改造

2.1 液压系统

改造后液压系统的原理如图1所示，与改造前相比，液压泵站部分没有变化；采用电磁比例调压阀取代了机械式比例调压阀，便于实现油缸工作压力按照程序设定自动调节；取消了电接点压力表，系统保压时油泵启停靠压力传感器控制；电磁球阀取代电磁换向阀，减少滑阀内部泄漏，延长系统保压工作时间；蓄能器位置移到电磁球阀与油缸之间。

图1 改造后的液压系统原理图Fig.1 Schematic diagram of hydraulic system after reformation

改造后的液压系统采用电磁比例调压阀控制工作压力，计算机通过压力传感器反馈信号检测并控制比例调压阀输出压力。当达到试验要求的工作载荷时，系统根据机械压力传感器反馈信号控制油泵自动停止工作，电磁球阀断电，系统保压；随着系统内部泄漏量增加，液压系统工作压力缓慢下降，当工作载荷下降到设定值时，系统根据机械压力传感器反馈信号控制油泵自动启动工作，电磁球阀通电，系统为蓄能器补压。整个工作循环由液压压力传感器、机械压力传感器和电磁比例调压阀组成闭环控制系统，保证在试验过程中工作载荷稳定、波动范围小［1］。

2.2 传动系统

传动系统采用变频电动机，通过皮带驱动试验主轴旋转，主轴转速通过变频器调整，变频器工作频率由计算机闭环控制，实现自动变速。

2.3 测控系统

试验机测控系统由工业计算机、A／D采集卡、D／A控制卡、I／O控制卡、无线网卡、高速同步振动信号采集卡、振动传感器、温度传感器、转速传感器、变频器及载荷控制系统组成。可实现如下功能［2］：

1）根据设定方案自动变载、变速运行，并可自动记录、报警、停止。

2）振动加速度检测，实时显示动态波形、振动有效值、峰值、峰值因子、峭度。

3）温度检测，实时显示温度曲线及测量值。

4）转速、压力闭环控制。

5）可查看振动、温度趋势图。

2.4 改造后的效果

根据试验需要，选择2台ABLT-I型轴承疲劳寿命试验机，进行液压系统、油缸及传动系统的改造，并增加计算机测控。

原试验机液压系统采用机械式比例调压阀调压，只能通过人工增减砝码调整系统工作压力，并且在油温变化大或载荷波动剧烈时，调压阀阀芯跳动，会造成液压油大量泄漏。因此，选用电磁比例调压阀取代机械式比例调压阀，通过计算机程序控制载荷，根据试验方案自动变载；由于电磁比例调压阀内部有漏油，因此必须增加电磁球阀，在系统保压时封住油缸进油口，减少内部泄露，延长保压时间；在电磁球阀和工作油缸之间安装蓄能器，不仅可以延长保压时间，而且可以吸收液压冲击、减小工作载荷波动。

原试验机工作油缸为橡胶薄膜缸，橡胶薄膜容易破损，从而引起系统压力油内部泄漏，如果不能及时发现，会造成试验机无载荷空转，影响试验效果。改造后，用活塞油缸取代橡胶薄膜油缸，增加一个压力传感器测量载荷，构成闭环压力控制系统，准确补偿、调整液压系统工作压力。

原试验机传动系统由普通三相电动机通过皮带驱动试验主轴旋转，通过更换皮带轮实现主轴转速的变换。改造后，采用变频电动机，主轴转速通过变频器调整，变频器工作频率则由计算机程序控制，可实现自动变速。

另外，原试验机无法自动记录数据，也无法自动判断轴承是否损坏。改造后，系统增加了自动记录数据功能，能够实时监测轴承的状态，自动监测振动和温度，并实现自动报警、停机功能。

3 实例分析

实例1：对22309CA／W33型调心滚子轴承进行变载变速条件下的试验，试验方案见表1，无轴向载荷。

表1 22309CC／W33轴承试验方案Tab.1 Test program of bearing 22309CC／W33

载入方案后，试验机按照方案进行全自动变载变速试验，自动记录数据并计时，当轴承产生疲劳损伤时自动报警停机，报警时轴承的振动波形如图2所示。轴承下机拆套后发现外圈有疲劳点，如图3所示。改造后的试验机满足了试验要求，并且在轴承出现疲劳时做出了准确的判断，报警停机。

图2 轴承的振动波形Fig.2 Vibration waveform of bearing

图3 套圈滚道疲劳剥落Fig.3 Fatigue spalling of ring raceway

实例2：在固态油润滑轴承6306的研发过程中，需进行温升试验，试验方案见表2，无轴向载荷。

表2 6306轴承试验方案Tab.1 Test program of bearing 6306

改造后的试验机可对轴承温度进行实时监控，并自动绘制温度变化曲线，为后续试验分析及产品升级提供有力的数据，6306轴承试验中的温度曲线如图4所示。

图4 试验轴承温度曲线Fig.4 Temperature curve of test bearing

4 结束语

改造后的2台ABLT-I型轴承疲劳寿命试验机工作稳定可靠，能够根据预定的试验方案自动进行多阶段不同载荷、转速条件下的运转性能试验，可以检测试验过程中轴承的温度、振动，并闭环控制载荷和转速，满足汽车等高端轴承性能试验要求，扩大了试验机的功能范围。同时，通过改造也有效地解决了原试验机固有的一些多发性故障问题，为老设备增添了新的活力。