GPM30A高速滚动接触疲劳摩擦磨损试验机.docx
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GPM30A高速滚动接触疲劳摩擦磨损试验机
GPM-30A技术方案
设备名称：
微机控制滚动接触疲劳试验机（外观参考图）
1.主要用途
GPM-30A微机控制滚动接触疲劳试验机主要用于模拟滚动接触零件（如轴承、轮轨、轧辊等）工况的失效试验，将一恒定的载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样，使其接触表面受到循环接触应力的作用。
通过控制和改变负荷、速度、滑差率、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等参数的情况下进行测试，以评定试样材料的疲劳破坏机理，评价材料在滚动接触状态下的疲劳寿命，并可完成齿轮接触疲劳、轴承接触疲劳、轮轨磨耗试验等。
现该设备已在多家高校、科研机构、生产企业投入使用，高校主要用于科学研究及教学实验。
该机为卧式框架结构，由变频电机控制加载和旋转，各试验参数实现单元化设置，操作方便，试验读数准确可靠，通过工业控制计算机可进行各参数设置、控制，可实时显示摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线，并记录、存储、打印试验曲线。
2.适用标准
GB/T10622-1989《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
YB/T5345-2006《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
JB/T10510-2005《滚动轴承材料接触疲劳试验方法》
3.结构简述
试验机主要由主动轴运动系统、陪试轴运动系统、试验力加载系统、测量系统、润滑系统及冷却系统、摩擦副装夹部分、电气控制箱、工业控制计算机测控系统等部分组成。
试验机下部是机座，机座左上部装有下主轴及其驱动系统，机座中部装有油缸、活塞。
机座右后上部装有上主轴及其驱动系统，强电控制系统安装在机座内。
主液压油源及润滑油源位于主机的后部，通过液压油路及控制电缆等与试验主机相连接。
电气控制箱完成信号的采集、变换、传输任务，通过串口电缆与工业控制计算机测控系统连接。
图1主机结构图
1—齿轮箱（改变滑差率）2—陪试运动系统3—液压作动器
4—循环油箱5—主动轴运动系统6—液压泵站
7—固定齿轮箱8—工作台9—机架10—壳体11—调整垫铁
3.1主动轴驱动系统及工作原理
图2主动轴运动部分结构参考图
主动轴运动部分卧式安装于主机工作台之上。
该机的标准配置摩擦副形式为环和环，下试环（3）装于主动轴（4）前端，并由固定螺母
（1）和挡圈
（2）紧固，可随主动轴以一定的转速旋转。
主动轴通过弹性联轴器（6）（8）与转速转矩传感器（7）串联，再通过弹性联轴器（10）与齿轮箱连接，由变频电机（11）驱动。
电机由驱动器控制，试验过程中恒转矩输出，转速自100r/min至1500r/min，具有无级可调的特点。
3.2摩擦力矩测量装置
当试环旋转，并且试环之间有一定的压力时，二者之间便会有摩擦力矩产生，此摩擦力矩通过主轴（4）、联轴器（6）作用在转速转矩传感器（7）上，再有控制系统采集处理，最后在操作软件界面上“摩擦力矩”对话框中显示，当摩擦力矩超设定值，试验机会启动自动停车功能。
3.3陪试轴驱动系统及工作原理
图3陪试轴运动部分结构参考图
变频电机
（1）驱动齿轮轴（4）带动齿轮（3）通过过渡齿轮
（2）和齿轮（16）传递带动传动轴（15）旋转，同时通过一对齿轮（12）（10）啮合带动陪试主轴（8）同步旋转，试环（7）通过固定螺母（5）和挡圈（6）紧固于陪试主轴（8）端部。
传动轴组件通过左、右轴承座体（9）（14）固定于工作台上，陪试主轴（8）安装于杠杆保持架（13）一端，杠杆保持架（13）可以传动轴（15）为支点做杠杆运动以传递试验力。
（11）为止动销，插入止动销，在试验过程中可以防止陪试主轴的转动。
3.4试验力微控液压加载系统
图4试验力加载系统
液压加载系统主要有液压泵站（7）和作动器部分（4）组成。
油缸活塞上升，通过钢球（3）加载于承压块
（2）上，杠杆保持架（6）以传动轴为支点带动一端的陪试轴向下传递试验力于主动轴端，分别与陪试轴端和主动轴端紧固的上、下试环间则产生试验力。
试环与试块之间的压力，由负荷传感器测量，并在控制面板“试验力”窗口上显示出来，该试验力可通过计算机控制系统进行预置、反馈，实现自动控制。
承压块
（2）由紧定螺钉
（1）紧固。
手柄（8）方便试验过程中的操作。
限位柱（5）为杠杆保持架（6）下行限位之用，可避免碰撞。
本试验机是通过液压油缸的活塞来对试环施加压力负荷，为了适应长时间负荷试验的要求，本机采用了负荷保持阀的结构。
试验力的施加是通过微机对液压系统进行控制实现自动加载的。
微机控制步进电机，步进电机带动一对减速比为16：
1的行星齿轮运动副，通过丝杆的转动拉动微控负荷保持阀的阀芯，使试验机的系统压强增大，根据
，从而实现加载活塞对钢球试验力的施加。
其液压原理如图4所示，
1.油泵电机组2.系统节流阀3.压力表4.系统溢流阀
5.加载电磁阀6.卸荷电磁阀7.微控负荷保持阀8.柱塞油缸9.过滤器10.油箱
图5液压加载原理图
当压力油进入负荷保持阀体，经过平衡后，平衡孔使负荷保持，活塞稳定在一定的位置上，即达到负荷保持的目的；当步进电机旋转时，压力油间失去平衡，负荷将上升或下降，如果此时系统压力高于预置压力，则传感器将预置压力输入微机控制系统与预置压力比较，然后由微机控制电机反转，直至系统压力与预置压力平衡为止。
3.5油盒及循环油箱
图6油盒部分
如图，需要时可安装油盒（4）于摩擦副处，加入润滑油，使油液浸过下试环（3）下边缘，上、下试环
（1）（3）旋转时带入润滑油。
温度传感器（品牌：
进口瑞士罗卓尼克）
（2）可测量回路油液温度。
回路油温测量范围：
0-300℃，测量误差：
±1℃。
为满足长时间工作试验的需求，所配两套油源均采用低热量的油路设计，增加风冷式回油冷却器；当油路通电时冷却风扇将自动开启，为其降温。
3.6控制系统
该机控制系统由工业控制计算机（品牌：
研祥）、专业控制软件、电气控制柜等部分构成。
工业控制计算机（品牌：
研祥）安装有Windows中文系统及济南益华摩擦学测试技术有限公司自主研发的控制软件，按钮化简单操作，界面简洁明亮，操作方便，有在线提示功能，一键式输入可轻松完成试验参数设置；控制软件集预设、采集、控制、数据分析与处理、数据存储、生成报表、打印等功能于一体。
图7试验机面板操作图
图8测试系统操作界面
操作测控软件可运行于Windows9x/2000/XP/Win7下，可实时采集、显示试验力、试验时间、摩擦力矩、振动幅度、温度、转速与转数、摩擦系数、滑差率等试验参数，可实时绘制试验曲线，如：
摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线，并记录、存储（文本Txt、图片Bmp等格式，如以文本格式存储实验数据，可用其他任何通用商用报表、字处理软件对试验数据进行再处理）、生成试验报表、打印试验曲线，
3.6.1全中文操作界面：
按钮化的全中文操作界面,设计简洁明亮,适合任何级别的操作人员,操作简单，并设有快捷操作方式，有效提高工作效率，误操作少，使试验更可靠性、精确度更高。
图9试验力设定面板
如图所示，试验各参数设置采用一键式输入方法，适用于任何级别试验操作人员，简化试验步骤，无复杂操作流程；并设有快捷操作方式，可有效提高实验效率，无误操作，更智能。
3.6.2自处理、监控功能：
1.）具有自监控功能，试验开启后，在无人情况下可完成试验或达到材料疲劳时可自行安全停机；2.）提供强大的自动测试及数据处理功能。
只要按下试验按钮,系统依照预先设置的试验参数自动进行试验、测试并自动处理试验数据；在试验结束后,自动打印试验报告,无需再按下打印控件按钮操作,实现了从自动测试到自动输出试验结果的全自动操作。
3.6.3保护功能：
转数、摩擦系数、摩擦力矩、试验时间、振动信号参数超设定值自动停车，保证试验在安全的条件下有效运行。
3.6.4帮助功能：
状态栏提供所有操作项目的详细提示及说明,包括菜单、工具栏和对话框等,如需访问提示,可单击“查看”按钮，屏幕上会弹出有关主题详细说明书的下拉框,以指导操作、提请注意。
图11报表生成界面
图12试验曲线显示界面
实验结束后，试验人员可根据需求，生成试验报表，存储试验数据，打印等，也可将存储后的实验数据在其他商业软件中进行再处理。
4.主要技术参数指标：
1试验力：
1.0～30kN，无级可调，
②试验力加载精度：
指示值±1％
2试验力长时保持示值误差：
≤±1％F.S
3试验扭矩：
1～45N.m
4扭矩示值相对误差：
≤±1％
5试验转速：
300～5800r/min，无级可调转速误差≤±10r/min
⑦试验时间控制范围：
1～9999h
⑧试验转数显示与控制范围：
999999999
⑨试件尺寸：
满足标准GB10622-89、YB/T5345-2006标准，Ф60×20
⑩试验空间：
满足摩擦副的装夹
⑪试样、陪试件轴线在铅垂平面内平行度及水平平面内平行度：
≤0.02mm
⑫主轴在安装试样和陪试件位置处径向跳动量及端面跳动量：
≤0.01mm；
⑬停机控制方式：
手动/自动（时间、试验力、转数、转速、摩擦力矩、振动幅度等）⑭外型尺寸：
1800×1000×1400mm（主机）
600×500×1600mm（电气控制柜）
500×500×500mm（油箱参考尺寸，两套）
⑮试验机各项参数符合GB10622-89、YB/T5345-2006、JB/T10510-2005的有关规定。
5.试验机的环境与工作条件：
①在室温100C～350C范围内，室内条件；
②相对湿度不大于80%；
③在稳固的基础上正确安装；
④在周围无振动、无腐蚀性介质和无强电磁场干扰的清洁的环境中；
⑤使用电源：
三相四线380V；电源电压的波动范围不应超过额定电压的
10%。
6.关键部件品牌一览表
项目
名称
品牌说明
1
电机
皖南电机
2
变频器
合资品牌英威腾
3
计算机
研祥工业控制计算机
4
工业控制板卡
台湾泓格
5
温度传感器
瑞士罗卓尼克
6
轴承
P5级轴承
7
扭矩传感器
北京三晶
8
打印机
惠普
9
弹性膜片联轴器
日本米思米
10
油泵
日本油研
11
交流接触器、空气开关
德国施耐德
12
开关电源
洪海
13
数据采集模块
台湾泓格
14
试验力传感器
福建莆田
设备配置单
类别
序号
名称
规格/数量
备注
产
品
1
主机
1台
配有：
1.变频电机1台；
2.试验力传感器1支；
3.动态扭矩传感器1支；
4.主机液压系统1套；
5.主机润滑及冷却系统1套；
6.加速度传感器、配套电荷放大器各一
2
电气控制柜
1台
3
工业控制计算机
1套
装有数据采集控制系统、软件，计算机硬件：
PCA-6007LV/奔腾双核CPU/内存2G/硬盘500G/DVD光驱/10M-100M网卡/声卡/鼠标、键盘。
4
A4页幅彩色激光打印机
1台
品牌：
惠普
备
品
备
件
1
油盒
1套
2
挡油罩
1件
有机玻璃
3
压头
1件
4
测温传感器
1支
5
球座
1件
6
钢球
1件
Ф24
7
配重坨
1件
8
电源插头及连线
1套
9
摩擦副
1套
线接触试样、点接触试样个一套，小型组套工具，试样螺母工具各一套
10
防震垫铁
6件
专用
工具
1
内六方扳手
1套
2
手杆
1件
3
支架
1件
4
夹头扳手
1件
5
止动销
1件
6
起吊螺钉
4件
技术
文件
1
装箱清单
1份
含采购件型号、厂家、联系方式、主要轴承型号、密封圈型号等
2
出厂合格证
1份
3
设备使用说明书
1份
含日常维护手册、常见故障诊断手册、试样图纸、总体布局图、关键件及易损件图纸
4
软件备份光盘
1份
内含软件使用说明书
5
扭矩传感器说明书及合格证
1份
6
试验力传感器说明书及合格证
1份
7
电机使用说明书及合格证
1份
8
出厂检验报告
1份
分项报价：
（总价37万元）
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