盾構(gòu)機主軸承試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

李林昌,蘇建新

（河南科技大學機電工程學院,河南 洛陽 471003）

隨著我國城市化進程的加速和人口密度的逐漸增大,地面交通資源顯得捉襟見肘,交通壓力越來越大.為了有效緩解地面交通壓力,地下交通的開發(fā)利用步伐不斷加快[1].而盾構(gòu)法作為地下交通施工的一項關(guān)鍵技術(shù),其原理是以盾構(gòu)機為核心設(shè)備,利用盾構(gòu)機外殼與管片支撐隧道四周圍巖防止發(fā)生隧道內(nèi)坍塌,由千斤頂來推進盾構(gòu)機緩慢前行并切削施工隧道的土體,同步排土和襯砌混凝土管片以形成隧道結(jié)構(gòu)的施工方法.該方法施工安全,不受地面環(huán)境影響,并且挖掘速度快,可一次成型.因此,盾構(gòu)法在隧道施工建設(shè)方面得到廣泛應(yīng)用[2].

在進行盾構(gòu)作業(yè)時,盾構(gòu)機刀盤承受著復雜的力及扭矩,而盾構(gòu)機主軸承作為支撐盾構(gòu)機刀盤旋轉(zhuǎn)的重要承載部件,承擔著盾構(gòu)機運轉(zhuǎn)過程中的絕大部分載荷.因此盾構(gòu)機主軸承是整個盾構(gòu)機中最容易損壞的部件[3],加之使用環(huán)境惡劣和高昂的維修成本,對盾構(gòu)機主驅(qū)動軸承的可靠性的要求更高,因此設(shè)計一款操作方便、運行高效的盾構(gòu)機主軸承試驗臺測控系統(tǒng)迫在眉睫.

為解決上述問題,本文基于LabVIEW 平臺設(shè)計了一套測控系統(tǒng),實現(xiàn)了在試驗過程中對軸承溫度、振動等數(shù)據(jù)的實時采集、顯示、存儲,控制試驗軸承加載以及振動數(shù)據(jù)的時域和頻域分析[4],為盾構(gòu)機主軸承的研發(fā)設(shè)計、工藝改進、失效分析等提供真實詳盡的數(shù)據(jù),也推動了盾構(gòu)機主軸承研發(fā)國產(chǎn)化進程[5].

1 測控系統(tǒng)的硬件組成

試驗臺測控系統(tǒng)硬件由計算機、供電模塊、數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路、溫度傳感器、振動傳感器、電磁驅(qū)動模塊等組成.傳感器采集的信號通過信號調(diào)理電路放大、隔離、濾波后,經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A/D轉(zhuǎn)換進入計算機中,然后用LabVIEW 軟件進行數(shù)據(jù)分析、處理、顯示與保存,同時可在軟件中對試驗臺加載系統(tǒng)進行控制,形成一套完整的測控系統(tǒng).該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of system hardware structure

1.1 數(shù)據(jù)采集卡

根據(jù)試驗需求,選擇使用北京阿爾泰公司USB-3132A 多功能數(shù)據(jù)采集卡（見圖2）.該板卡采用USB總線,核心為一片16 位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,可實現(xiàn)單端16 路、差分8 路數(shù)模轉(zhuǎn)換和2 路數(shù)模轉(zhuǎn)換,單通道采樣速率可達15 K/s,能夠滿足低速重載軸承試驗對振動數(shù)據(jù)以及溫度數(shù)據(jù)采集的要求.

圖2 USB3132A 數(shù)據(jù)采集卡Fig.2 USB3132A data acquisition card

1.2 傳感器

軸承溫度信號的采集使用了六套超瑞公司的CRW-204 型貼片式鉑電阻溫度傳感器, 該傳感器量程為0~100 ℃,精度A 級.鉑電阻溫度傳感器的阻值會隨著溫度的變化而改變,由于其有售價低廉、性能可靠等優(yōu)點而成為中低溫監(jiān)測時最常用的一種溫度檢測元件.溫度傳感器會通過溫度變送模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量后接入數(shù)據(jù)采集卡中.

軸承振動信號的采集使用了兩套北戴河實用電子技術(shù)研究所的SD1405 型壓電加速度傳感器.該傳感器為低頻、高靈敏的加速度傳感器,其量程為0.000 1~1 000 m/s2,頻率范圍為0.1 Hz~3 kHz,能夠很好地滿足低速重載軸承的試驗需求.振動信號通過電荷放大器轉(zhuǎn)換為隨振動加速度變化的電壓值后接入采集卡中.

1.3 供電模塊

供電模塊用于為系統(tǒng)提供所需要的各種安全、穩(wěn)定的電源,包括計算機所需的220 V 交流電源、數(shù)據(jù)采集卡、電磁驅(qū)動模塊和傳感器所需要的DC24 V 直流電源等.供電模塊安裝有過載保護以及短路保護裝置,能夠保證系統(tǒng)的安全正常運行[6].

1.4 電磁驅(qū)動模塊

在試驗過程中需要對被試軸承施加載荷,以此模擬實際運行工況,因此需要電磁驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)送的信號,控制加載油缸加載（見圖3）.根據(jù)試驗需要,本系統(tǒng)接入三個電磁閥控制開關(guān),可對電磁閥進行單獨控制,完成軸向和徑向加載.

圖3 電磁驅(qū)動模塊Fig.3 Electromagnetic drive module

2 測控系統(tǒng)的軟件組成

LabVIEW 是一款由NI 公司研發(fā)的專業(yè)性的工程測控軟件,在工程測試、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等方面被廣泛應(yīng)用.以LabVIEW 為開發(fā)平臺搭建的測控系統(tǒng),實現(xiàn)了試驗軸承的狀態(tài)監(jiān)測與控制,相較于傳統(tǒng)測控系統(tǒng),基于LabVIEW 開發(fā)的系統(tǒng)提高了工作效率,減少了開發(fā)時長,降低了開發(fā)成本,保證了試驗的可靠性.完整測控系統(tǒng)界面如圖4 所示.

圖4 測控系統(tǒng)界面Fig.4 Measurement control system interface

系統(tǒng)軟件由6 個模塊組成：數(shù)據(jù)采集及顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、振動數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、液壓加載模塊、錯誤報警模塊[7].通過這6 個模塊,軟件具有試驗中振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的實時采集與數(shù)據(jù)波曲線顯示、振動和溫度數(shù)據(jù)的存儲、振動數(shù)據(jù)的時域與頻域分析、對已保存數(shù)據(jù)的讀取、對試驗軸承施加載荷、軟件工作異常的錯誤顯示與報警等功能.軟件系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖5 所示.

圖5 軟件系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig.5 Functional structure diagram of software system

2.1 數(shù)據(jù)采集及顯示模塊

數(shù)據(jù)采集及顯示模塊包括對試驗臺數(shù)據(jù)的采集與實時顯示兩個模塊,是工作人員監(jiān)測試驗工況的重要窗口.該模塊的驅(qū)動硬件選擇的是北京阿爾泰公司生產(chǎn)的USB-313A 數(shù)據(jù)采集卡,需要在PC 機上安裝該公司自主研發(fā)的ArtDAQ 數(shù)據(jù)采集庫函數(shù)和采集卡驅(qū)動程序.之后,打開LabVIEW,在程序框圖中打開函數(shù)選板找到ART Technology 選項,即可打開ArtDAQ 數(shù)據(jù)采集子選板；創(chuàng)建采集任務(wù),并為溫度信號和振動信號創(chuàng)建通道,設(shè)置接地方式、通道號、最大電壓與最小電壓,然后創(chuàng)建定時函數(shù),根據(jù)試驗需求設(shè)置合適的采樣頻率與緩沖區(qū)大小,通過ArtDAQ 讀取函數(shù)來讀取采集到的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)采集程序框圖如圖6 所示.

圖6 數(shù)據(jù)采集程序框圖Fig.6 Data acquisition program block diagram

通過將ArtDAQ 讀取函數(shù)讀取到的數(shù)據(jù)接入索引數(shù)據(jù)中,并根據(jù)數(shù)據(jù)通道索引不同的試驗數(shù)據(jù)并將其實時顯示在波形圖表上.為了方便工作人員查看實時數(shù)據(jù),系統(tǒng)界面將數(shù)據(jù)通過波形和數(shù)組兩種形式顯示,程序框圖如圖7 所示.

圖7 數(shù)據(jù)顯示程序框圖Fig.7 Data display program block diagram

2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊

LabVIEW 常用的數(shù)據(jù)存儲格式有4 種：ASCII 文件格式、文本格式、TDMS 文件格式以及Excel 格式.其中TDMS 文件格式是NI 主推的一種二進制記錄文件格式,相較于其他格式,具有高速、易存取、占用磁盤空間小等多種優(yōu)點,方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析及項目研究工作的展開.因此使用TDMS 文件格式存儲采樣數(shù)據(jù),能夠很好地滿足試驗需求.數(shù)據(jù)存儲模塊的存儲流程如圖8 所示.

圖8 數(shù)據(jù)存儲流程圖Fig.8 Data storage flowchart

在系統(tǒng)運行時,點擊“是否保存數(shù)據(jù)”按鈕后系統(tǒng)會通過調(diào)用“寫入測量文件VI”將采樣數(shù)據(jù)保存為TDMS 格式的文件,系統(tǒng)運行時會根據(jù)數(shù)據(jù)保存VI 的設(shè)置自動寫入數(shù)據(jù)文件,并將數(shù)據(jù)文件按照“信號名稱+時間”的格式保存在指定路徑的文件夾中.文件夾名稱與文件名均可根據(jù)試驗需要進行手動修改[8].為了避免造成數(shù)據(jù)冗余,系統(tǒng)每5 min 采集一次數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)存儲程序框圖如圖9 所示.

圖9 數(shù)據(jù)存儲程序框圖Fig.9 Data storage block diagram

2.3 振動數(shù)據(jù)分析模塊

通過上述模塊可以得到試驗軸承的振動數(shù)據(jù),對得到的振動數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)軸承在試驗過程中不易察覺的異常情況.系統(tǒng)的振動數(shù)據(jù)分析模塊主要包括時域分析和頻域分析兩個部分.

2.3.1 時域分析通過對試驗軸承在運行狀態(tài)下產(chǎn)生的振動信號進行時域分析,可以對軸承的運行狀態(tài)進行監(jiān)測.時域分析可以分為有量綱參數(shù)和無量綱參數(shù)兩個部分[9].由于無量綱參數(shù)相對于有量綱參數(shù)對軸承故障更為敏感且受工作環(huán)境的影響小,因此系統(tǒng)可以選取峰值指標、脈沖指標、裕度指標、波形指標、峭度指標五個無量綱參數(shù)對采集到的振動信號進行時域分析.

峰值指標、脈沖指標、裕度指標和波形指標峰值指標是判斷軸承是否異常的常用指標,反映信號沖擊的最大值.脈沖指標是峰值與均值的比值,對判斷試驗軸承在運行過程中是否產(chǎn)生沖擊信號具有很好的輔助作用,能夠檢測諸如劃痕、點蝕等異常情況.裕度指標常與脈沖指標聯(lián)合使用,能夠較好地識別沖擊脈沖[10].波形指標是振動信號的有效值與絕對平均值的比值,反映了試驗軸承在運行過程中的點蝕和磨損狀況.

峭度指標峭度值對沖擊信號非常敏感,是滾動軸承故障診斷的一個重要參數(shù),通常用于軸承的早期故障識別.對于一個給定的滾動軸承振動信號,峭度值的定義為

式（1）中：xi為振動信號,為振動信號的均值,N為振動信號的長度,Xrms為振動信號的標準差.

當試驗軸承正常運轉(zhuǎn)時,軸承振動信號的分布接近正態(tài)分布,峭度值Kr≈3；當試驗軸承出現(xiàn)故障時,振動信號會出現(xiàn)大幅值的沖擊,這會使得振動信號的分布偏離正態(tài)分布,峭度值隨之增大.因此,峭度指標常用來判斷試驗軸承是否發(fā)生異常以及發(fā)生異常的階段[11].時域分析的程序框圖如圖10 所示.

圖10 時域分析程序框圖Fig.10 Time domain analysis program block diagram

2.3.2 頻域分析由于時域分析具有一定的局限性,因此通過頻域分析可以進一步對試驗軸承產(chǎn)生的振動信號進行處理,從而判斷試驗軸承具體存在的異常.因此,本系統(tǒng)會先通過時域分析判斷試驗軸承在運行過程中是否有異常,然后再用頻域分析的方法對振動信號進行更深層次的分析.本系統(tǒng)選取頻譜、包絡(luò)譜、倒頻譜三種頻域分析方法對試驗軸承振動信號進行頻域分析.

頻譜分析頻譜分析將采集到的振動信號從時域變換到頻域,觀察圖中是否存在故障特征頻率,以此判斷是否存在故障以及故障類型.目前頻譜分析方法已經(jīng)從離散傅里葉變換（DFT）演變?yōu)榭焖俑道锶~變換（FFT）,FFT 相較于DFT 能夠減少計算時間提高分析效率.對振動信號x（t）進行頻域分析的表達式為

式（2）中：x（t）為時域信號,X（f）為頻域信號,f為頻率,t為時間.

頻譜分析的優(yōu)點是計算速度快、分析效率高,但是會引起一定程度的能量泄露,使得譜峰幅值變小,精度降低.其程序框圖如圖11 所示.

圖11 頻譜分析程序框圖Fig.11 Spectrum analysis program block diagram

包絡(luò)譜分析包絡(luò)譜分析是一種基于濾波檢波的振動信號處理方法.該方法與上述FFT 分析方法不同,需要對信號先進行Hilbert 變換再進行FFT 分析,然后做出振動信號的包絡(luò)譜圖,從而分析譜圖特征,診斷故障類別.包絡(luò)解調(diào)分析的核心,是對信號進行Hilbert 變換,這相當于對信號進行了一次濾波處理,可以從復雜的信號中凸顯出有用的信息.對振動信號x（t）進行Hilbert 變換的表達式為

構(gòu)造信號h（t）

h（t）的幅值信號g（t）即為振動信號x（t）的包絡(luò)譜,表達式為

包絡(luò)譜分析的優(yōu)點是能夠有效識別邊頻,從而找出調(diào)制信號的特性,進行軸承故障模式分類,因此包絡(luò)譜分析也是對軸承振動信號進行分析的主要手段.圖12 為包絡(luò)譜分析的程序框圖.

圖12 包絡(luò)譜分析程序框圖Fig.12 Envelope spectrum analysis program block diagram

倒頻譜分析倒頻譜是一種用于復雜頻譜圖中的周期分量檢測的有效工具[12],是通過對振動信號x（t）的功率譜S x(f)的對數(shù)進行傅里葉逆變換得到的,用Cx(τ )表示.其表達式為

式（6）中：F?1{}為傅里葉逆變換；τ為時間變量,單位是ms,稱倒頻率.

由于S x(f)是偶函數(shù),倒頻譜可以寫成

倒頻譜對邊頻成分具有很好的“概括”能力,具有信息凝聚的作用.當譜圖上呈現(xiàn)出復雜的周期成分而難以分辨時,借助倒頻譜能將其化作單根的倒頻譜線,有利于工作人員及早發(fā)現(xiàn)軸承在試驗過程中的異常情況.圖13 為倒頻譜分析的程序框圖.

圖13 倒頻譜分析程序框圖Fig.13 Block diagram of cepstrum analysis program

2.4 數(shù)據(jù)讀取模塊

數(shù)據(jù)讀取模塊可方便工作人員隨時查看過去某一時間段的數(shù)據(jù)文件,并以波形圖表的樣式展現(xiàn)出來.點擊數(shù)據(jù)讀取選項卡可進入數(shù)據(jù)讀取模塊,在該選項卡中,通過輸入數(shù)據(jù)文件路徑,點擊“開始讀取文件”按鈕,即可完成數(shù)據(jù)文件的讀取.圖14 為數(shù)據(jù)讀取的程序框圖.

圖14 數(shù)據(jù)讀取程序框圖Fig.14 Data reading program block diagram

2.5 液壓加載模塊

液壓加載模塊用于試驗過程中軸承載荷的施加.本系統(tǒng)根據(jù)試驗需求設(shè)置了3 個加載開關(guān),通過單擊系統(tǒng)主界面的按鈕可以直接控制加載油缸電磁閥的開合,對試驗軸承施加軸向和徑向加載,以此模擬實際工況.該模塊程序圖如圖15 所示.

圖15 液壓加載模塊程序框圖Fig.15 Block diagram of hydraulic loading module

2.6 錯誤報警模塊

錯誤報警模塊主要是對采集過程中產(chǎn)生的錯誤進行報警,能夠有效提醒工作人員排除故障,確保系統(tǒng)正常運行.通過編程,將讀取文件錯誤、液壓加載錯誤、數(shù)據(jù)寫入錯誤、數(shù)據(jù)分析錯誤等控件使用Lab-VIEW 的錯誤合并功能將其集合在一個錯誤面板中顯示,若任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤,系統(tǒng)則會發(fā)出蜂鳴聲,同時在錯誤面板中顯示具體錯誤的內(nèi)容[13],方便工作人員排查故障,避免損失.錯誤報警模塊程序框圖如圖16 所示.

圖16 錯誤報警模塊程序框圖Fig.16 Block diagram of error alarm module

3 測控系統(tǒng)性能驗證

3.1 實驗應(yīng)用

盾構(gòu)機主軸承綜合試驗臺如圖17 所示,主要由驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、傳動軸、陪試軸承、被試軸承、加載系統(tǒng)等組成.實驗時軸承一組兩套,分為一套被試軸承,一套陪試軸承,由驅(qū)動單元為整個試驗臺提供動力,加載系統(tǒng)為被試軸承施加載荷.通過振動傳感器獲取試驗過程中軸承的軸向、徑向振動信號,通過溫度傳感器獲取試驗過程中軸承的溫度信號.該試驗臺的驅(qū)動單元可提供軸承轉(zhuǎn)速的范圍為10~500r/min,加載系統(tǒng)的加載范圍為0~520kN.

圖17 試驗臺實物圖Fig.17 Physical picture of the test bench

實驗分為兩組,一組為正常被試軸承與陪試軸承,另一組為主推外圈加工一缺陷的被試軸承與陪試軸承.驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為60 r/min,軸向加載力為516.7 kN,振動信號采樣頻率fs=5 000 Hz,每組軸承測試時長為15 h.

為便于對盾構(gòu)機主軸承故障進行分析研究,需要計算軸承故障振動頻率[14],試驗軸承主要性能參數(shù)如表1 所示,滾動軸承故障頻率理論公式如表2 所示.根據(jù)表2 公式計算可知,試驗軸承主推滾子外滾道故障頻率為45.5Hz[15].

表1 試驗軸承參數(shù)Tab.1 Test bearing parameter

表2 軸承故障頻譜特征Tab.2 Bearing fault spectrum characteristics

根據(jù)本次試驗需要以及軸承特點,系統(tǒng)主要監(jiān)測相同工況下正常軸承和缺陷軸承主要受力面的溫度和振動情況,因此在軸承主推側(cè)外圈上半部分間隔18°等分安裝六個溫度傳感器（圖示1~6）；在主推側(cè)徑向和軸向兩個方向各安裝一個振動傳感器（圖示7~8）.其安裝位置如圖18 所示.

圖18 傳感器安裝位置Fig.18 Sensor installation position

實驗前需要通過計算機對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置,需要設(shè)置的參數(shù)主要有：各傳感器占用的通道、電磁驅(qū)動模塊占用的通道、采樣頻率、每通道采樣數(shù)、是否保存數(shù)據(jù)等.設(shè)置完成后點擊“開始采集”按鈕啟動系統(tǒng),進行數(shù)據(jù)實時采集、顯示與數(shù)據(jù)分析.實驗現(xiàn)場與系統(tǒng)運行界面如圖19、20 所示.

圖19 實驗現(xiàn)場Fig.19 Test site

圖20 系統(tǒng)運行界面Fig.20 System running interface

3.2 實驗結(jié)果分析

3.2.1 時域分析系統(tǒng)測得的正常軸承狀態(tài)與缺陷軸承軸向振動信號如圖21 所示,兩段信號的采樣率為5 000 Hz,采樣時長為14 s.

圖21 實驗軸承振動信號Fig.21 Test bearing vibration signal

由圖21-a、21-b 對比可知,相較于正常軸承,缺陷軸承的振動信號振幅較大并且出現(xiàn)了較多的沖擊信號,但是僅靠肉眼觀察無法獲得更多的有用信息,這表明從時域信號中能夠獲取的信息量非常有限,需要進一步分析.

在系統(tǒng)對振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)采集的過程中,觀察振動信號的時域特性指標,能夠?qū)S承的狀態(tài)進行初步判斷.表3 為正常軸承和缺陷軸承時域指標的具體數(shù)值.

表3 兩組試驗軸承時域指標對比Tab.3 Comparison of time domain indexes of two groups of test bearings

在以上5 種時域指標中,峭度指標對于軸承故障判斷的作用比較明顯,通過系統(tǒng)測得的正常軸承振動信號峭度值為3.280 7,缺陷軸承振動信號的峭度值為9.762 3,明顯大于正常軸承的數(shù)值,而其他時域指標的顯著增大也反映了缺陷軸承存在異常,因此可以判斷軸承發(fā)生了故障,但不能確定具體的故障類型.

3.2.2 頻域分析將系統(tǒng)測得的振動數(shù)據(jù)載入頻域分析模塊后點擊“開始分析”即可對正常軸承和缺陷軸承的振動信號進行頻域分析,如圖22 所示.

圖22 實驗軸承頻譜Fig.22 Test bearing frequency spectrum

從圖22 中可以看到正常軸承的頻譜未出現(xiàn)異常周期成分,在缺陷軸承的頻譜與缺陷軸承主推外圈故障頻率45.51 Hz 的相近的1 倍頻、2 倍頻、3 倍頻和4 倍頻,頻譜圖與預先設(shè)置的故障相吻合,可見頻譜分析能夠準確識別試驗軸承主推外圈故障頻率.

試驗軸承的包絡(luò)譜如圖23 所示,從圖中可以看到,正常軸承的包絡(luò)譜未出現(xiàn)明顯的峰值,而缺陷軸承的包絡(luò)譜在45.51、91.10、136.51 Hz 處均出現(xiàn)了明顯峰值,分別對應(yīng)軸承主推外圈故障特征頻率及其諧波頻率,并且隨著諧波階次的增加,相應(yīng)的峰值逐步減小,與頻譜分析結(jié)果一致.

圖23 試驗軸承包絡(luò)譜Fig.23 Test bearing envelope spectrum

通過倒頻譜可以發(fā)現(xiàn)其他頻譜分析中不易發(fā)現(xiàn)的周期信號.圖24 中正常軸承的倒頻譜未發(fā)現(xiàn)異常周期性譜線,而缺陷軸承的倒頻譜在21.98 ms 處、43.96 ms 處均有一根明顯譜線,兩根譜線時間間隔相差一倍,且與缺陷軸承主推外圈故障頻率對應(yīng),進一步證實了缺陷軸承主推外圈存在故障[16].

圖24 實驗軸承倒頻譜Fig.24 Test bearing cepstrum

3.2.3 溫度分析實驗過程中采集到的溫度數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)的讀取文件模塊進行回溯,為方便討論,將對試驗軸承主推滾子側(cè)外圈的4 號溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)進行分析,如圖25 所示.

圖25 試驗軸承溫度Fig.25 Test bearing temperature

從圖25-a 中可以看到上午7 時試驗開始,正常軸承的溫度從22.34 ℃緩慢升高,于上午10 時20分（實驗開始200 min 后）溫度達到峰值50.96 ℃,隨后溫度趨于穩(wěn)定,直至晚上22 時試驗結(jié)束,正常軸承運行平均溫度為46.45 ℃.

缺陷軸承在第二天同一時刻開始實驗,初始溫度為21.33 ℃,其溫度隨著試驗進行持續(xù)升高,至晚上22 時試驗結(jié)束時,軸承溫度為81.78 ℃,缺陷軸承運行平均溫度為65.4 ℃.

通過對兩組試驗軸承的溫度對比,可以發(fā)現(xiàn)缺陷軸承溫度上升更快,峰值溫度更高,平均溫度相較于正常軸承高出40.79%,這也從側(cè)面反映了缺陷軸承的異常情況.

通過上述幾個維度的綜合分析,可以判斷缺陷軸承的故障類型,與實際情況相吻合,符合預期實驗目標,表明系統(tǒng)能夠正常監(jiān)測試驗軸承的狀態(tài)以及對所采集信號進行有效分析.

4 小結(jié)

本研究針對盾構(gòu)機主軸承綜合試驗臺開發(fā)的基于LabVIEW 的一套測控系統(tǒng)操作簡單、顯示內(nèi)容豐富,并且具有一定的數(shù)據(jù)處理能力.經(jīng)測試,該系統(tǒng)能夠正常對實驗軸承的振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)進行實時采集、顯示和存儲,可對實驗軸承正常施加載荷,并能夠?qū)φ駝訑?shù)據(jù)進行時域和頻域分析,對軸承異常情況具有一定的分析能力,能夠及時捕捉到軸承運轉(zhuǎn)過程中的故障信號,判斷故障類別,滿足了盾構(gòu)機縮比主軸承試驗臺的試驗需求,為盾構(gòu)機主軸承的研發(fā)工作提供了詳實可靠的數(shù)據(jù)資料,加速了盾構(gòu)機主軸承的研發(fā)進程.