GPM30A高速滾動接觸疲勞摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)

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1、GPM-30A技術(shù)方案 設(shè)備名稱：微機(jī)控制滾動接觸疲勞試驗(yàn)機(jī) （外觀參考圖） 1. 主要用途 GPM-30A微機(jī)控制滾動接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)主要用于模擬滾動接觸零件（如軸承、輪軌、軋輥等）工況的失效試驗(yàn)，將一恒定的載荷施加于滾動或滾動加滑動接觸的試樣，使其接觸表面受到循環(huán)接觸應(yīng)力的作用。通過控制和改變負(fù)荷、速度、滑差率、時間、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等參數(shù)的情況下進(jìn)行測試，以評定試樣材料的疲勞破壞機(jī)理，評價材料在滾動接觸狀態(tài)下的疲勞壽命，并可完成齒輪接觸疲勞、軸承接觸疲勞、輪軌磨耗試驗(yàn)等?，F(xiàn)該設(shè)備已在多家高校、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)投入使用，高

2、校主要用于科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 該機(jī)為臥式框架結(jié)構(gòu)，由變頻電機(jī)控制加載和旋轉(zhuǎn)，各試驗(yàn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)單元化設(shè)置，操作方便，試驗(yàn)讀數(shù)準(zhǔn)確可靠，通過工業(yè)控制計算機(jī)可進(jìn)行各參數(shù)設(shè)置、控制，可實(shí)時顯示摩擦力矩-時間、試驗(yàn)力-摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲、打印試驗(yàn)曲線。 2. 適用標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10622-1989 《金屬材料滾動接觸疲勞試驗(yàn)方法》 YB/T 5345-2006《金屬材料滾動接觸疲勞試驗(yàn)方法》 JB/T 10510-2005《滾動軸承材料接觸疲勞試驗(yàn)方法》 3. 結(jié)構(gòu)簡述 試驗(yàn)機(jī)主要由主動軸運(yùn)動系統(tǒng)、陪試軸運(yùn)動系統(tǒng)、試驗(yàn)力加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及冷

3、卻系統(tǒng)、摩擦副裝夾部分、電氣控制箱、工業(yè)控制計算機(jī)測控系統(tǒng)等部分組成。試驗(yàn)機(jī)下部是機(jī)座，機(jī)座左上部裝有下主軸及其驅(qū)動系統(tǒng)，機(jī)座中部裝有油缸、活塞。機(jī)座右后上部裝有上主軸及其驅(qū)動系統(tǒng)，強(qiáng)電控制系統(tǒng)安裝在機(jī)座內(nèi)。主液壓油源及潤滑油源位于主機(jī)的后部，通過液壓油路及控制電纜等與試驗(yàn)主機(jī)相連接。電氣控制箱完成信號的采集、變換、傳輸任務(wù)，通過串口電纜與工業(yè)控制計算機(jī)測控系統(tǒng)連接。 圖1 主機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1—齒輪箱（改變滑差率） 2—陪試運(yùn)動系統(tǒng) 3—液壓作動器 4—循環(huán)油箱 5—主動軸運(yùn)動系統(tǒng) 6—液壓泵站

4、7—固定齒輪箱 8—工作臺 9—機(jī)架 10—?dú)んw 11—調(diào)整墊鐵 3.1主動軸驅(qū)動系統(tǒng)及工作原理 圖2 主動軸運(yùn)動部分結(jié)構(gòu)參考圖 主動軸運(yùn)動部分臥式安裝于主機(jī)工作臺之上。該機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置摩擦副形式為環(huán)和環(huán)，下試環(huán)（3）裝于主動軸（4）前端，并由固定螺母（1）和擋圈（2）緊固，可隨主動軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。主動軸通過彈性聯(lián)軸器（6）（8）與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器（7）串聯(lián)，再通過彈性聯(lián)軸器(10)與齒輪箱連接，由變頻電機(jī)（11）驅(qū)動。電機(jī)由驅(qū)動器控制，試驗(yàn)過程中恒轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)速自100r/min至1500r/min，具有無級可調(diào)的特點(diǎn)。 3.2 摩擦力矩測量裝置 當(dāng)試

5、環(huán)旋轉(zhuǎn)，并且試環(huán)之間有一定的壓力時，二者之間便會有摩擦力矩產(chǎn)生，此摩擦力矩通過主軸（4）、聯(lián)軸器（6）作用在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器(7)上，再有控制系統(tǒng)采集處理，最后在操作軟件界面上“摩擦力矩”對話框中顯示，當(dāng)摩擦力矩超設(shè)定值，試驗(yàn)機(jī)會啟動自動停車功能。 3.3陪試軸驅(qū)動系統(tǒng)及工作原理 圖3 陪試軸運(yùn)動部分結(jié)構(gòu)參考圖 變頻電機(jī)（1）驅(qū)動齒輪軸（4）帶動齒輪（3）通過過渡齒輪（2）和齒輪（16）傳遞帶動傳動軸（15）旋轉(zhuǎn)，同時通過一對齒輪（12）（10）嚙合帶動陪試主軸（8）同步旋轉(zhuǎn)，試環(huán)（7）通過固定螺母（5）和擋圈（6）緊固于陪試主軸（8）端部。傳動軸組件通過左、右軸承座體（9）（14）固

6、定于工作臺上，陪試主軸（8）安裝于杠桿保持架（13）一端，杠桿保持架（13）可以傳動軸（15）為支點(diǎn)做杠桿運(yùn)動以傳遞試驗(yàn)力。（11）為止動銷，插入止動銷，在試驗(yàn)過程中可以防止陪試主軸的轉(zhuǎn)動。 3.4 試驗(yàn)力微控液壓加載系統(tǒng) 圖4 試驗(yàn)力加載系統(tǒng) 液壓加載系統(tǒng)主要有液壓泵站（7）和作動器部分（4）組成。油缸活塞上升，通過鋼球（3）加載于承壓塊（2）上，杠桿保持架（6）以傳動軸為支點(diǎn)帶動一端的陪試軸向下傳遞試驗(yàn)力于主動軸端，分別與陪試軸端和主動軸端緊固的上、下試環(huán)間則產(chǎn)生試驗(yàn)力。試環(huán)與試塊之間的壓力，由負(fù)荷傳感器測量，并在控制面板“試驗(yàn)力”窗口上顯示出來，

7、該試驗(yàn)力可通過計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)置、反饋，實(shí)現(xiàn)自動控制。承壓塊（2）由緊定螺釘（1）緊固。手柄（8）方便試驗(yàn)過程中的操作。限位柱（5）為杠桿保持架（6）下行限位之用，可避免碰撞。 本試驗(yàn)機(jī)是通過液壓油缸的活塞來對試環(huán)施加壓力負(fù)荷，為了適應(yīng)長時間負(fù)荷試驗(yàn)的要求，本機(jī)采用了負(fù)荷保持閥的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)力的施加是通過微機(jī)對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)自動加載的。微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動一對減速比為16：1的行星齒輪運(yùn)動副，通過絲桿的轉(zhuǎn)動拉動微控負(fù)荷保持閥的閥芯，使試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)壓強(qiáng)增大，根據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)加載活塞對鋼球試驗(yàn)力的施加。其液壓原理如圖4所示， 1.油泵電機(jī)組 2.系統(tǒng)節(jié)流閥 3.壓力表 4.

8、系統(tǒng)溢流閥 5.加載電磁閥6.卸荷電磁閥 7.微控負(fù)荷保持閥 8.柱塞油缸9.過濾器10.油箱 圖5 液壓加載原理圖 當(dāng)壓力油進(jìn)入負(fù)荷保持閥體，經(jīng)過平衡后，平衡孔使負(fù)荷保持，活塞穩(wěn)定在一定的位置上，即達(dá)到負(fù)荷保持的目的；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，壓力油間失去平衡，負(fù)荷將上升或下降，如果此時系統(tǒng)壓力高于預(yù)置壓力，則傳感器將預(yù)置壓力輸入微機(jī)控制系統(tǒng)與預(yù)置壓力比較，然后由微機(jī)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，直至系統(tǒng)壓力與預(yù)置壓力平衡為止。 3.5 油盒及循環(huán)油箱 圖6 油盒部分 如圖，需要時可安裝油盒（4）于摩擦副處，加入潤滑油，使油液浸過下試環(huán)（3）下邊緣，上、下試環(huán)（1

9、）（3）旋轉(zhuǎn)時帶入潤滑油。溫度傳感器（品牌：進(jìn)口 瑞士羅卓尼克）（2）可測量回路油液溫度?；芈酚蜏販y量范圍：0-300℃，測量誤差：1℃。 為滿足長時間工作試驗(yàn)的需求，所配兩套油源均采用低熱量的油路設(shè)計，增加風(fēng)冷式回油冷卻器；當(dāng)油路通電時冷卻風(fēng)扇將自動開啟，為其降溫。 3.6控制系統(tǒng) 該機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(jī)（品牌：研祥）、專業(yè)控制軟件、電氣控制柜等部分構(gòu)成。 工業(yè)控制計算機(jī)（品牌：研祥）安裝有Windows中文系統(tǒng)及濟(jì)南益華摩擦學(xué)測試技術(shù)有限公司自主研發(fā)的控制軟件，按鈕化簡單操作，界面簡潔明亮，操作方便，有在線提示功能，一鍵式輸入可輕松完成試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；控制軟件集預(yù)設(shè)、采集、控

10、制、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)存儲、生成報表、打印等功能于一體。 圖7 試驗(yàn)機(jī)面板操作圖 圖8 測試系統(tǒng)操作界面 操作測控軟件可運(yùn)行于Windows 9x/2000/XP/Win7下，可實(shí)時采集、顯示試驗(yàn)力、試驗(yàn)時間、摩擦力矩、振動幅度、溫度、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、滑差率等試驗(yàn)參數(shù)，可實(shí)時繪制試驗(yàn)曲線，如：摩擦力矩-時間、試驗(yàn)力-摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲（文本Txt、圖片Bmp等格式，如以文本格式存儲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用其他任何通用商用報表、字處理軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理）、生成試驗(yàn)報表、打印試驗(yàn)曲線， 3.6.1全中文操作界面：按鈕化的全中文操作界面, 設(shè)計簡潔明亮, 適合任何級

11、別的操作人員, 操作簡單， 并設(shè)有快捷操作方式，有效提高工作效率，誤操作少，使試驗(yàn)更可靠性、精確度更高。 圖9 試驗(yàn)力設(shè)定面板 如圖所示，試驗(yàn)各參數(shù)設(shè)置采用一鍵式輸入方法，適用于任何級別試驗(yàn)操作人員，簡化試驗(yàn)步驟，無復(fù)雜操作流程；并設(shè)有快捷操作方式，可有效提高實(shí)驗(yàn)效率，無誤操作，更智能。 3.6.2自處理、監(jiān)控功能：1.）具有自監(jiān)控功能，試驗(yàn)開啟后，在無人情況下可完成試驗(yàn)或達(dá)到材料疲勞時可自行安全停機(jī)；2.）提供強(qiáng)大的自動測試及數(shù)據(jù)處理功能。只要按下試驗(yàn)按鈕,系統(tǒng)依照預(yù)先設(shè)置的試驗(yàn)參數(shù)自動進(jìn)行試驗(yàn)、測試并自動處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在試驗(yàn)結(jié)束后,自動打印試驗(yàn)報告,無需再按下打印控件按鈕操作,實(shí)

12、現(xiàn)了從自動測試到自動輸出試驗(yàn)結(jié)果的全自動操作。 3.6.3保護(hù)功能：轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、試驗(yàn)時間、振動信號參數(shù)超設(shè)定值自動停車，保證試驗(yàn)在安全的條件下有效運(yùn)行。 3.6.4幫助功能：狀態(tài)欄提供所有操作項(xiàng)目的詳細(xì)提示及說明, 包括菜單、工具欄和對話框等, 如需訪問提示, 可單擊“查看”按鈕，屏幕上會彈出有關(guān)主題詳細(xì)說明書的下拉框, 以指導(dǎo)操作、提請注意。 圖11 報表生成界面 圖12 試驗(yàn)曲線顯示界面 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)人員可根據(jù)需求，生成試驗(yàn)報表，存儲試驗(yàn)數(shù)據(jù)，打印等，也可將存儲后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在其他商業(yè)軟件中進(jìn)行再處理。 4. 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)： ① 試驗(yàn)力：

13、 1.0～30kN，無級可調(diào)， ②試驗(yàn)力加載精度： 指示值1％ ② 試驗(yàn)力長時保持示值誤差： ≤1％F.S ③ 試驗(yàn)扭矩： 1～45N.m ④ 扭矩示值相對誤差： ≤1％ ⑤ 試驗(yàn)轉(zhuǎn)速： 300～5800r/min，無級可調(diào) 轉(zhuǎn)速誤差≤10r/min ⑦試驗(yàn)時間控制范圍： 1～9999h ⑧試驗(yàn)轉(zhuǎn)數(shù)顯示與控制范圍： 999999999 ⑨試件尺寸： 滿足標(biāo)準(zhǔn)GB10622-8

14、9、YB/T5345-2006標(biāo)準(zhǔn)，Ф6020 ⑩試驗(yàn)空間： 滿足摩擦副的裝夾 ?試樣、陪試件軸線在鉛垂平面內(nèi)平行度及水平平面內(nèi)平行度：≤0.02mm ?主軸在安裝試樣和陪試件位置處徑向跳動量及端面跳動量： ≤0.01mm； ?停機(jī)控制方式： 手動/自動（時間、試驗(yàn)力、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、摩擦力矩、振動幅度等）?外型尺寸： 180010001400mm（主機(jī)） 6005001600mm（電氣控制柜） 5005005

15、00mm（油箱參考尺寸，兩套） ?試驗(yàn)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)符合GB10622-89、YB/T5345-2006、JB/T 10510-2005的有關(guān)規(guī)定。 5.試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境與工作條件： ①在室溫100C～350C范圍內(nèi)，室內(nèi)條件； ②相對濕度不大于80%； ③在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上正確安裝； ④在周圍無振動、無腐蝕性介質(zhì)和無強(qiáng)電磁場干擾的清潔的環(huán)境中； ⑤使用電源：三相四線 380V；電源電壓的波動范圍不應(yīng)超過額定電壓的10%。 6.關(guān)鍵部件品牌一覽表 項(xiàng)目 名稱 品牌說明 1 電機(jī) 皖南電機(jī) 2 變頻器 合資品牌 英威騰 3 計算機(jī) 研祥工業(yè)控制計算機(jī) 4 工

16、業(yè)控制板卡 臺灣 泓格 5 溫度傳感器 瑞士 羅卓尼克 6 軸承 P5級軸承 7 扭矩傳感器 北京三晶 8 打印機(jī) 惠普 9 彈性膜片聯(lián)軸器 日本 米思米 10 油泵 日本 油研 11 交流接觸器、空氣開關(guān) 德國 施耐德 12 開關(guān)電源 洪海 13 數(shù)據(jù)采集模塊 臺灣 泓格 14 試驗(yàn)力傳感器 福建 莆田 設(shè)備配置單 類別 序號 名稱 規(guī)格/數(shù)量 備 注 產(chǎn) 品 1 主機(jī) 1臺 配有： 1. 變頻電機(jī) 1臺； 2. 試驗(yàn)力傳感器 1支； 3. 動態(tài)扭矩傳感器

17、1支； 4. 主機(jī)液壓系統(tǒng) 1套； 5. 主機(jī)潤滑及冷卻系統(tǒng) 1套； 6. 加速度傳感器、配套電荷放大器 各一 2 電氣控制柜 1臺 3 工業(yè)控制計算機(jī) 1套 裝有數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、軟件，計算機(jī)硬件：PCA-6007LV/奔騰雙核CPU/內(nèi)存2G/硬盤500G/DVD光驅(qū)/10M-100M 網(wǎng)卡/ 聲卡/鼠標(biāo)、鍵盤。 4 A4頁幅彩色激光打印機(jī) 1臺 品牌：惠普 備 品 備 件 1 油盒 1套 2 擋油罩 1件 有機(jī)玻璃 3 壓頭 1件 4 測溫傳感器 1支 5 球座 1件 6 鋼

18、球 1件 Ф24 7 配重坨 1件 8 電源插頭及連線 1套 9 摩擦副 1套 線接觸試樣、點(diǎn)接觸試樣個一套，小型組套工具，試樣螺母工具各一套 10 防震墊鐵 6件 專用 工具 1 內(nèi)六方扳手 1套 2 手桿 1件 3 支架 1件 4 夾頭扳手 1件 5 止動銷 1件 6 起吊螺釘 4件 技術(shù) 文件 1 裝箱清單 1份 含采購件型號、廠家、聯(lián)系方式、主要軸承型號、密封圈型號等 2 出廠合格證 1份 3 設(shè)備使用說明書 1份 含日常維護(hù)手冊、常見故障診斷手冊、試樣圖紙、總體布局圖、關(guān)鍵件及易損件圖紙 4 軟件備份光盤 1份 內(nèi)含軟件使用說明書 5 扭矩傳感器說明書及合格證 1份 6 試驗(yàn)力傳感器說明書及合格證 1份 7 電機(jī)使用說明書及合格證 1份 8 出廠檢驗(yàn)報告 1份 分項(xiàng)報價：（總價37萬元）