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1、GPM-30A技術方案 設備名稱：微機控制滾動接觸疲勞試驗機 （外觀參考圖） 1. 主要用途 GPM-30A微機控制滾動接觸疲勞試驗機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，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)接觸應力的作用。通過控制和改變負荷、速度、滑差率、時間、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等參數(shù)的情況下進行測試，以評定試樣材料的疲勞破壞機理，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、輪軌磨耗試驗等?，F(xiàn)該設備已在多家高校、科研機構、生產(chǎn)企業(yè)投入使用，高

2、校主要用于科學研究及教學實驗。 該機為臥式框架結構，由變頻電機控制加載和旋轉(zhuǎn)，各試驗參數(shù)實現(xiàn)單元化設置，操作方便，試驗讀數(shù)準確可靠，通過工業(yè)控制計算機可進行各參數(shù)設置、控制，可實時顯示摩擦力矩-時間、試驗力-摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲、打印試驗曲線。 2. 適用標準 GB/T 10622-1989 《金屬材料滾動接觸疲勞試驗方法》 YB/T 5345-2006《金屬材料滾動接觸疲勞試驗方法》 JB/T 10510-2005《滾動軸承材料接觸疲勞試驗方法》 3. 結構簡述 試驗機主要由主動軸運動系統(tǒng)、陪試軸運動系統(tǒng)、試驗力加載系統(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)控制計算機測控系統(tǒng)等部分組成。試驗機下部是機座，機座左上部裝有下主軸及其驅(qū)動系統(tǒng)，機座中部裝有油缸、活塞。機座右后上部裝有上主軸及其驅(qū)動系統(tǒng)，強電控制系統(tǒng)安裝在機座內(nèi)。主液壓油源及潤滑油源位于主機的后部，通過液壓油路及控制電纜等與試驗主機相連接。電氣控制箱完成信號的采集、變換、傳輸任務，通過串口電纜與工業(yè)控制計算機測控系統(tǒng)連接。 圖1 主機結構圖 1—齒輪箱（改變滑差率） 2—陪試運動系統(tǒng) 3—液壓作動器 4—循環(huán)油箱 5—主動軸運動系統(tǒng) 6—液壓泵站

4、7—固定齒輪箱 8—工作臺 9—機架 10—殼體 11—調(diào)整墊鐵 3.1主動軸驅(qū)動系統(tǒng)及工作原理 圖2 主動軸運動部分結構參考圖 主動軸運動部分臥式安裝于主機工作臺之上。該機的標準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（11）驅(qū)動。電機由驅(qū)動器控制，試驗過程中恒轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)速自100r/min至1500r/min，具有無級可調(diào)的特點。 3.2 摩擦力矩測量裝置 當試

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，當摩擦力矩超設定值，試驗機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 陪試軸運動部分結構參考圖 變頻電機（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）為支點做杠桿運動以傳遞試驗力。（11）為止動銷，插入止動銷，在試驗過程中可以防止陪試主軸的轉(zhuǎn)動。 3.4 試驗力微控液壓加載系統(tǒng) 圖4 試驗力加載系統(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）以傳動軸為支點帶動一端的陪試軸向下傳遞試驗力于主動軸端，分別與陪試軸端和主動軸端緊固的上、下試環(huán)間則產(chǎn)生試驗力。試環(huán)與試塊之間的壓力，由負荷傳感器測量，并在控制面板“試驗力”窗口上顯示出來，

7、該試驗力可通過計算機控制系統(tǒng)進行預置、反饋，實現(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。 本試驗機是通過液壓油缸的活塞來對試環(huán)施加壓力負荷，為了適應長時間負荷試驗的要求，本機采用了負荷保持閥的結構。試驗力的施加是通過微機對液壓系統(tǒng)進行控制實現(xiàn)自動加載的。微機控制步進電機，步進電機帶動一對減速比為16：1的行星齒輪運動副，通過絲桿的轉(zhuǎn)動拉動微控負荷保持閥的閥芯，使試驗機的系統(tǒng)壓強增大，根據(jù)，從而實現(xiàn)加載活塞對鋼球試驗力的施加。其液壓原理如圖4所示， 1.油泵電機組 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 當壓力油進入負荷保持閥體，經(jīng)過平衡后，平衡孔使負荷保持，活塞穩(wěn)定在一定的位置上，即達到負荷保持的目的；當步進電機旋轉(zhuǎn)時，壓力油間失去平衡，負荷將上升或下降，如果此時系統(tǒng)壓力高于預置壓力，則傳感器將預置壓力輸入微機控制系統(tǒng)與預置壓力比較，然后由微機控制電機反轉(zhuǎn)，直至系統(tǒng)壓力與預置壓力平衡為止。 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的需求，所配兩套油源均采用低熱量的油路設計，增加風冷式回油冷卻器；當油路通電時冷卻風扇將自動開啟，為其降溫。 3.6控制系統(tǒng) 該機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機（品牌：研祥）、專業(yè)控制軟件、電氣控制柜等部分構成。 工業(yè)控制計算機（品牌：研祥）安裝有Windows中文系統(tǒng)及濟南益華摩擦學測試技術有限公司自主研發(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參數(shù)設置；控制軟件集預設、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 試驗機面板操作圖 圖8 測試系統(tǒng)操作界面 操作測控軟件可運行于Windows 9x/2000/XP/Win7下，可實時采集、顯示試驗力、試驗時間、摩擦力矩、振動幅度、溫度、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、滑差率等試驗參數(shù)，可實時繪制試驗曲線，如：摩擦力矩-時間、試驗力-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驗數(shù)據(jù)，可用其他任何通用商用報表、字處理軟件對試驗數(shù)據(jù)進行再處理）、生成試驗報表、打印試驗曲線， 3.6.1全中文操作界面：按鈕化的全中文操作界面, 設計簡潔明亮, 適合任何級

11、別的操作人員, 操作簡單， 并設有快捷操作方式，有效提高工作效率，誤操作少，使試驗更可靠性、精確度更高。 圖9 試驗力設定面板 如圖所示，試驗各參數(shù)設置采用一鍵式輸入方法，適用于任何級別試驗操作人員，簡化試驗步驟，無復雜操作流程；并設有快捷操作方式，可有效提高實驗效率，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，試驗開啟后，在無人情況下可完成試驗或達到材料疲勞時可自行安全停機；2.）提供強大的自動測試及數(shù)據(jù)處理功能。只要按下試驗按鈕,系統(tǒng)依照預先設置的試驗參數(shù)自動進行試驗、測試并自動處理試驗數(shù)據(jù)；在試驗結束后,自動打印試驗報告,無需再按下打印控件按鈕操作,實

12、現(xiàn)了從自動測試到自動輸出試驗結果的全自動操作。 3.6.3保護功能：轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、試驗時間、振動信號參數(shù)超設定值自動停車，保證試驗在安全的條件下有效運行。 3.6.4幫助功能：狀態(tài)欄提供所有操作項目的詳細提示及說明, 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，屏幕上會彈出有關主題詳細說明書的下拉框, 以指導操作、提請注意。 圖11 報表生成界面 圖12 試驗曲線顯示界面 實驗結束后，試驗人員可根據(jù)需求，生成試驗報表，存儲試驗數(shù)據(jù)，打印等，也可將存儲后的實驗數(shù)據(jù)在其他商業(yè)軟件中進行再處理。 4. 主要技術參數(shù)指標： ① 試驗力：

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

14、9、YB/T5345-2006標準，Ф6020 ⑩試驗空間： 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； ?停機控制方式： 手動/自動（時間、試驗力、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、摩擦力矩、振動幅度等）?外型尺寸： 180010001400mm（主機） 6005001600mm（電氣控制柜） 5005005

15、00mm（油箱參考尺寸，兩套） ?試驗機各項參數(shù)符合GB10622-89、YB/T5345-2006、JB/T 10510-2005的有關規(guī)定。 5.試驗機的環(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)固的基礎上正確安裝； ④在周圍無振動、無腐蝕性介質(zhì)和無強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超過額定電壓的10%。 6.關鍵部件品牌一覽表 項目 名稱 品牌說明 1 電機 皖南電機 2 變頻器 合資品牌 英威騰 3 計算機 研祥工業(yè)控制計算機 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 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 德國 施耐德 12 開關電源 洪海 13 數(shù)據(jù)采集模塊 臺灣 泓格 14 試驗力傳感器 福建 莆田 設備配置單 類別 序號 名稱 規(guī)格/數(shù)量 備 注 產(chǎn) 品 1 主機 1臺 配有： 1. 變頻電機 1臺； 2. 試驗力傳感器 1支； 3. 動態(tài)扭矩傳感器

17、1支； 4. 主機液壓系統(tǒng) 1套； 5. 主機潤滑及冷卻系統(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 1套 裝有數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、軟件，計算機硬件：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、鍵盤。 4 A4頁幅彩色激光打印機 1臺 品牌：惠普 備 品 備 件 1 油盒 1套 2 擋油罩 1件 有機玻璃 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 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 設備使用說明書 1份 含日常維護手冊、常見故障診斷手冊、試樣圖紙、總體布局圖、關鍵件及易損件圖紙 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 試驗力傳感器說明書及合格證 1份 7 電機使用說明書及合格證 1份 8 出廠檢驗報告 1份 分項報價：（總價37萬元）