鐵路試驗臺架模擬帶有軸承座的機(jī)車車軸，在每側(cè)可以安裝兩個軸承。兩個液壓加載裝置分別在軸向和徑向?qū)S承施加載荷。一個高速電機(jī)驅(qū)動整個平臺向前或者向后轉(zhuǎn)動。試驗臺架將按照一個用戶定義的速度曲線運(yùn)行，并且同時施加軸向和徑向的載荷。這個試驗臺架可以模擬高速機(jī)車的實(shí)際運(yùn)行工況，在施加載荷的條件下，對承受載荷的軸承進(jìn)行數(shù)百萬個周期的測試。測試中得到的數(shù)據(jù)將用于分析和了解軸承的性能。

在啟動臺架之前，我們需要先檢查一系列的狀態(tài)條件，例如液壓油油面、自動模式、電機(jī)連接、急停和開關(guān)狀態(tài)。各狀態(tài)條件均通過測試后，表明該臺架已做好運(yùn)行準(zhǔn)備。

通過預(yù)先定義的條件測試各種類型的軸承。我們需要建立一個鐵路試驗臺架來對高速鐵路軸承進(jìn)行壽命測試。我們翻新了一個裝有軸承的試驗臺架，并在預(yù)先定義的測試條件下進(jìn)行了壽命測試。我們開發(fā)的應(yīng)用程序能夠控制鐵路試驗臺架、檢測和控制測試參數(shù)，并在軸承發(fā)生失效時停止測試。

該鐵路試驗臺架有如下特點(diǎn)：

· 具有2個安裝于臺架的的軸承

· 具有1個主電機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動

· 具有預(yù)定義的速度曲線，用于控制主電機(jī)速度以旋轉(zhuǎn)軸承

· 速度曲線在一個用戶自定義的時間內(nèi)以一個特定的速度旋轉(zhuǎn)軸承，然后在用戶自定義的時間內(nèi)反方向旋轉(zhuǎn)，從而模擬機(jī)車向前和向后的行駛

· 利用兩個液壓加載系統(tǒng)對軸承施加軸向和徑向載荷

· 按照用戶自定義的模式施加載荷，類似于速度曲線

· 監(jiān)測每個軸承的幾個溫度點(diǎn)，其中包括軸承側(cè)面和軸承座的溫度

· 監(jiān)測和記錄每個軸承的振動

· 持續(xù)監(jiān)控參數(shù)，例如溫度、載荷和振動，以檢查這些參數(shù)是否超出了關(guān)機(jī)限制

· 在必要的情況下，動態(tài)修改關(guān)機(jī)限制

· 在Excel，Word和HTML中分析和總結(jié)記錄的參數(shù)

系統(tǒng)說明

北京瀚文網(wǎng)星科技有限責(zé)任公司選擇了NI PXI實(shí)時平臺及FieldPoint，是因為它們的可靠性可以滿足試驗臺架進(jìn)行實(shí)際工況運(yùn)行的要求。整個系統(tǒng)由LabVIEW Real-Time控制。

PXI實(shí)時系統(tǒng)由帶有PXI實(shí)時控制器的NI PXI-1002機(jī)箱，一個用于振動輸入的NI PXI-4472，一個用于閉環(huán)速度和載荷控制的NI PXI-7344，以及用于連接開關(guān)、指示燈和外部設(shè)備的NI PXI-6527組成。PXI實(shí)時系統(tǒng)使用Optomux協(xié)議，通過實(shí)時RS232總線與FieldPoint進(jìn)行交互。FieldPoint系統(tǒng)包含NI FP-1000 網(wǎng)絡(luò)模塊，帶有用于模擬輸入的FP-AI-110、用于臺架和軸承上熱電偶輸入的FP-TC-120以及用于速度和轉(zhuǎn)數(shù)輸入的FP-CTR-500。

測試定義

在安裝軸承之前，用戶必須定義速度和載荷曲線。該測試系統(tǒng)首先創(chuàng)建速度、軸向和徑向加載循環(huán)，并將它們配置到曲線中。這些曲線構(gòu)成了一個測試，該測試被定義和保存    在Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中，以便調(diào)用（如圖1所示）。

用戶必須為每個測試定義一個軸向載荷曲線、一個徑向載荷曲線以及一個速度曲線。當(dāng)測試開始時，該試驗臺架按照所定義的速度曲線，并依據(jù)所定義的軸向和徑向載荷曲線施加載荷（如圖2所示）。

創(chuàng)建測試后，用戶通過選擇一個測試定義一個項目，然后錄入其它詳細(xì)信息，如用客戶名稱、軸承安裝的松緊和使用的潤滑脂等等。當(dāng)創(chuàng)建一個項目時，用戶還要錄入所有參數(shù)的關(guān)機(jī)限制、數(shù)據(jù)記錄速率和郵件地址。在現(xiàn)有的項目中，用戶可以修改項目參數(shù)，將其重命名為一個新項目（如圖3所示）。

執(zhí)行項目

當(dāng)用戶定義了一個項目后，可以通過TCP/IP通信將它下載到PXI實(shí)時系統(tǒng)中。一個新項目可以被下載，一個暫定的項目也可以被下載，并重新啟動。一旦項目被下載，臺架便開始啟動，而且顯示有鐵路臺架測試的細(xì)節(jié)將顯示在主機(jī)系統(tǒng)的屏幕上。此外，主機(jī)系統(tǒng)中將創(chuàng)建一個Access文件。

測試控制和監(jiān)測

一旦應(yīng)用程序被下載到PXI實(shí)時系統(tǒng)中，該系統(tǒng)將*控制臺架。實(shí)時應(yīng)用程序?qū)⒋蜷_一系列數(shù)字線來啟動臺架。主電機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和液壓系統(tǒng)等組件是通過實(shí)時系統(tǒng)的PXI-6527模塊的數(shù)字線來啟動的。

定義的速度曲線通過PXI-7344運(yùn)動控制模塊控制主電機(jī)速度。該四軸運(yùn)動控制模塊中的一軸控制主電機(jī)，其它三個軸的模擬輸出控制液壓加載系統(tǒng)：其中兩個用于徑向加載，一個用于軸向加載。當(dāng)臺架開始旋轉(zhuǎn)后，將以的速率記錄測試參數(shù)。軸承的振動狀況，則通過連接到PXI-4472模塊的加速度計進(jìn)行測量。

軸承溫度、環(huán)境溫度和電機(jī)溫度由連接到FP-TC-120模塊的熱電偶進(jìn)行測量。在臺架前的接近傳感器有一個脈沖輸出（一個脈沖對應(yīng)一轉(zhuǎn)）與FP-CTR-500模塊連接，用于計算總轉(zhuǎn)數(shù)和當(dāng)前速度。徑向和軸向載荷由連接到FP-AI-110模塊的載荷傳感器測量，并且所有的FieldPoint模塊都通過FP-1000網(wǎng)絡(luò)接口模塊，經(jīng)由RS232通信連接到PXI實(shí)時系統(tǒng)。

測試程序根據(jù)預(yù)先定義的曲線文件來運(yùn)行。該系統(tǒng)同時監(jiān)測測試參數(shù)，并且在任一參數(shù)超過限制時停止臺架。當(dāng)臺架運(yùn)行時，實(shí)時系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過TCP/IP通信協(xié)議發(fā)送到主機(jī)，用于顯示和記錄（如圖4所示）。

從實(shí)時系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，以描繪鐵路試驗臺架的運(yùn)行狀態(tài)。該屏幕提供了可選的圖形顯示，使用戶能夠動態(tài)地查看記錄參數(shù)的圖形。使用LabVIEW，整個Timken網(wǎng)絡(luò)都能夠查看該屏幕，而無需任何額外的編程。用戶可以選擇Excel 、Word或者以HTML文件的方式來查看報告。

用戶可以累計臺架在一個月內(nèi)的總運(yùn)行時間，并考慮停機(jī)或者其它問題的時間，計算臺架使用情況。如果任何參數(shù)超過限制，測試程序?qū)⒈粫和?。所有的?shù)字線都將變?yōu)榈碗娖?，而且系統(tǒng)還會發(fā)送一個消息至主機(jī)，通知主機(jī)測試暫停。主電機(jī)將會停止，而且所有的載荷將全部為零。

結(jié)論

基于虛擬儀器的概念，我們建立了鐵路臺架測試監(jiān)測和控制應(yīng)用程序。使用LabVIEW、實(shí)時PXI和FieldPoint，我們開發(fā)了一個有效、可靠的高速鐵路軸承壽命測試系統(tǒng)。