72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)改造

張文秋，陳永琛，冷貴海

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 動(dòng)能供應(yīng)公司，黑龍江 哈爾濱150036）

72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)改造

張文秋1，陳永琛2，冷貴海2

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 動(dòng)能供應(yīng)公司，黑龍江 哈爾濱150036）

對72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了機(jī)械、電氣部分的改造，采用了觸摸屏、伺服電機(jī)、直驅(qū)機(jī)械傳動(dòng)裝置等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了軸向與徑向自動(dòng)加載，滿足了用戶試驗(yàn)要求。

軸承壽命試驗(yàn)機(jī)；機(jī)座；主軸；伺服電機(jī)；觸摸屏

1 前言

某球軸承是出口產(chǎn)品，用戶所要求的壽命試驗(yàn)技術(shù)的循環(huán)動(dòng)作為：順時(shí)針轉(zhuǎn)4.2圈，逆時(shí)針4.2圈，為一次循環(huán)，一分鐘50次，總循環(huán)次數(shù)200000次，約2.8天。我廠及行業(yè)上均沒有這種試驗(yàn)機(jī)，因此，決定對72K型軸承壽命試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改造。

2 原軸承試驗(yàn)機(jī)技術(shù)參數(shù)

原軸承試驗(yàn)機(jī)見圖 1 所示。72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)正反轉(zhuǎn)最大旋轉(zhuǎn)角度為180°，1.2s循環(huán)一次，1min50次。該試驗(yàn)機(jī)的正反轉(zhuǎn)換向靠曲柄連桿機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)械實(shí)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)角度靠電氣上的變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，電機(jī)以一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)最大頻率為60Hz時(shí)，旋轉(zhuǎn)角為180°；當(dāng)頻率從60Hz往下調(diào)時(shí)，轉(zhuǎn)旋角度從180°逐漸變小。

圖1 原72K軸承試驗(yàn)機(jī)

3 軸承試驗(yàn)機(jī)改造

3.1 機(jī)械改造

如果改造的設(shè)備借鑒這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)的換向的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制原理，實(shí)現(xiàn)用戶試驗(yàn)要求在電氣上是可靠的、有保證的，然而用戶要求的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精確性、工作軸換相的頻繁性，在機(jī)械上是很難實(shí)現(xiàn)的。

對72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了新型的機(jī)械設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)新的工件軸和工裝，利用原機(jī)床的床身設(shè)計(jì)伺服電機(jī)支架座、設(shè)計(jì)新的液壓加載系統(tǒng)、軸套連接部件等。改造后的72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)見圖 2 所示。

圖2 改造后的72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)

圖3 電氣原理圖

3.2 電氣改造

設(shè)計(jì)新的電氣控制部分：采用了觸摸屏、伺服電機(jī)等先進(jìn)技術(shù),使72K軸承壽命試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)軸向及徑向加載；確定采用伺服系統(tǒng)控制來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工件軸的正反轉(zhuǎn)換向和旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整，確保該球軸承產(chǎn)品的試驗(yàn)要求。下面對該試驗(yàn)機(jī)電氣工作原理進(jìn)行說明。

3.2.1 改造前工作原理

72K型軸承壽命試驗(yàn)機(jī)改造前，在電氣上采用三相異步電動(dòng)機(jī)直接起?？刂圃囼?yàn)機(jī)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，采用玻璃管溫度計(jì)測量溫度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集靠人工計(jì)時(shí)完成?？傮w上，存在技術(shù)落后、性能單一、操作不便等缺陷。

3.2.2 改造后工作原理

電氣上采用三菱PLC、三菱伺服電機(jī)、觸摸屏、熱電偶等先進(jìn)技術(shù)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、制柜、調(diào)試等工作，電氣工作原理見圖 3，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣循環(huán)動(dòng)作：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)L圈，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)N圈，為一次循環(huán)，一分鐘50次，總循環(huán)次數(shù)：M次。（L，N小于等于10 ，M小于等于500 000）。L、N、M可以根據(jù)試驗(yàn)要求任意設(shè)置，故障時(shí)報(bào)警，總循環(huán)次數(shù)自動(dòng)顯示在觸摸屏上，見圖 4 所示。溫度采用熱電偶檢測，數(shù)字表自動(dòng)顯示，技術(shù)先進(jìn)，操作方便。

首先合上斷路器QF0、QF1、QF2。然后按控制電源開關(guān)SB1,KM交流接觸器得電并自鎖。觸摸屏基礎(chǔ)畫面見圖 2。如果無故障，顯現(xiàn)觸摸屏基礎(chǔ)畫面1。觸摸《參數(shù)設(shè)定》觸摸鍵，出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字鍵盤，輸入密碼******，如果正確，才能進(jìn)入觸摸屏基礎(chǔ)畫面2，進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)定，觸摸《返回》觸摸鍵，又回到觸摸屏基礎(chǔ)畫面1，把試驗(yàn)的循環(huán)總數(shù)填入《計(jì)數(shù)輸入》中。各個(gè)參數(shù)設(shè)定好后，觸摸《試驗(yàn)啟動(dòng)》觸摸鍵，PLC可編程控制器按著動(dòng)作要求控制伺服驅(qū)動(dòng)器，再由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)SM轉(zhuǎn)動(dòng)，并且觸摸屏《計(jì)數(shù)顯示》自動(dòng)顯示當(dāng)前的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。電熱偶溫度傳感器測量的溫度在數(shù)字溫度表中自動(dòng)顯示。當(dāng)循環(huán)總數(shù)達(dá)到《計(jì)數(shù)輸入》值時(shí)伺服電機(jī)自動(dòng)停止，完成試驗(yàn)。如果要終止試驗(yàn)，觸摸《復(fù)位》觸摸鍵 。緊急時(shí)，按控制面板緊急按鈕SB2。

3.2.3 參數(shù)設(shè)定

以CJ-25A球軸承用戶所要求的壽命試驗(yàn)為例，主要對該機(jī)參數(shù)設(shè)定方法進(jìn)行說明。

（1）伺服系統(tǒng)設(shè)定10 000個(gè)脈沖轉(zhuǎn) 1 圈。因?yàn)檎蛐D(zhuǎn)4.2圈，所以L等于4.2;又因?yàn)樵O(shè)定10000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)1圈，所以正轉(zhuǎn)脈沖數(shù)42 000。

（2）同樣道理，反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)－42 000。

（3）1轉(zhuǎn)的時(shí)間周期T=60s/50次/8.4r=1/7 s/r。脈沖頻率f=1/T×10000 /r=70000/s。

70 000/s脈沖頻率是理論計(jì)算值。因?yàn)樗欧姍C(jī)正反轉(zhuǎn)換向時(shí)有停留時(shí)間，所以脈沖頻率實(shí)際值應(yīng)大于理論計(jì)算值。

（4）計(jì)數(shù)輸入即是總循環(huán)次數(shù)：M次。

除了急停按鈕其他操作都在觸摸屏上進(jìn)行。

急停按鈕：只有在緊急情況下或發(fā)生故障時(shí)使用。

3.2.4 觸摸屏的使用方法

第一屏為基礎(chǔ)畫面 1 所示的觸摸屏。

圖4 觸摸屏基礎(chǔ)畫面

參數(shù)設(shè)定：被按下后，出現(xiàn)數(shù)字小鍵盤，輸入密碼******，正確后，才能進(jìn)入第二屏基礎(chǔ)畫面2所示的觸摸屏的參數(shù)設(shè)定。輸入密碼錯(cuò)誤或不知道密碼，則不能進(jìn)入第二屏基礎(chǔ)畫面 2 所示的參數(shù)設(shè)定。

計(jì)數(shù)輸入：總循環(huán)次數(shù)200 000次。

計(jì)數(shù)顯示：顯示當(dāng)前的循環(huán)次數(shù)。

復(fù)位：每次試驗(yàn)啟動(dòng)前或停止都要按復(fù)位觸摸鍵。

試驗(yàn)啟動(dòng)：試驗(yàn)開始啟動(dòng)。

第二屏為基礎(chǔ)畫面 2 所示的觸摸屏。

正轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：正向旋轉(zhuǎn)4.2圈，即42 000。

反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：反向旋轉(zhuǎn)4.2圈，即－42 000。

脈沖頻率f：f脈沖頻率實(shí)際值應(yīng)大于理論計(jì)算值70 000。

該機(jī)脈沖頻率f通過反復(fù)調(diào)試，才能確定，才能滿足用戶要求。

返回：按該鍵返回到第一屏 為基礎(chǔ)畫面 1所示的觸摸屏。

各個(gè)參數(shù)設(shè)定好后，先按復(fù)位，再按試驗(yàn)啟動(dòng)，試驗(yàn)開始，一切正常情況下，總循環(huán)次數(shù)達(dá)到200 000次，試驗(yàn)自動(dòng)停止。

如需要停止時(shí)，按復(fù)位觸摸鍵。

如緊急情況下或發(fā)生故障時(shí)，按急停按扭。

4 結(jié)束語

經(jīng)過改造設(shè)計(jì)，該試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，成功完成了某球軸承壽命試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了用戶的預(yù)定要求，為該球軸承成功出口提供了設(shè)備保障。該機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)軸承行業(yè)空白。

（編輯：鐘 媛）

Improvement on 72K bearing service life tester

Zhang Wenqiu1, Chen Yongchen2, Leng Guihai2
(1.Technical Center,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Kinetic Energy Accommodation Company, Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

The mechanical and electric system of 72K bearing service life tester were improved by making full use of advanced technology of touch screen, servo motor and direct current driven mechanical device, so that both axial and radial loading automatically was realized. The customer’s requirements on experiments were also met.

bearing service life tester; machine seat; shaft; servo motor; touch screen

TH133.33

B

1672-4852（2014）01-0027-03

2013-09-04.

張文秋（1957-），男，工程師.