STM-500盾構(gòu)機(jī)主軸承模擬試驗(yàn)臺(tái)
一：簡介
盾構(gòu)機(jī)主軸承模擬試驗(yàn)臺(tái)是用于模擬盾構(gòu)機(jī)主軸承在實(shí)際工作環(huán)境中的載荷、轉(zhuǎn)速、溫度等工況,以驗(yàn)證其性能、壽命及可靠性的關(guān)鍵的試驗(yàn)設(shè)備。
二：主要功能
1. 工況模擬
通過動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)模擬主軸承在掘進(jìn)過程中承受的 軸向力、徑向力、傾覆力矩等復(fù)合載荷。
復(fù)現(xiàn)實(shí)際工況中的 高轉(zhuǎn)速、高扭矩、振動(dòng)沖擊 等條件。
2. 壽命與可靠性測試
通過長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行測試軸承的 疲勞壽命,評估其在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的穩(wěn)定性。
3. 性能參數(shù)監(jiān)測
實(shí)時(shí)采集軸承的 溫度、振動(dòng)、噪聲 等關(guān)鍵參數(shù)。
4. 故障診斷與優(yōu)化
通過模擬異常工況（如軸承在極限載荷下的失效模式（如裂紋、磨損、點(diǎn)蝕等）。）評估軸承的 抗風(fēng)險(xiǎn)能力。
為軸承設(shè)計(jì)優(yōu)化、材料選擇及潤滑方案提供數(shù)據(jù)支持。
三、組成部件
1. 機(jī)械加載系統(tǒng)
電動(dòng)缸加載器：提供軸向、徑向載荷及傾覆力矩,模擬實(shí)際掘進(jìn)力。
負(fù)載框架：高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)支撐,確保加載精度和試驗(yàn)安全。
2. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
大功率電機(jī)：驅(qū)動(dòng)主軸承以設(shè)定轉(zhuǎn)速（5 rpm）運(yùn)轉(zhuǎn),模擬盾構(gòu)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
減速器/傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：匹配扭矩輸出,保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。
3. 支撐與安裝結(jié)構(gòu)
軸承座：固定被測主軸承,模擬實(shí)際安裝條件。
剛性底座：隔離外部振動(dòng),減少試驗(yàn)干擾。
4. 傳感器與監(jiān)測系統(tǒng)
力傳感器：測量軸向、徑向、傾覆力矩載荷。
扭矩傳感器：監(jiān)測驅(qū)動(dòng)扭矩。
溫度傳感器（PT100鉑電阻）：實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承溫度分布。
振動(dòng)加速度計(jì)：捕捉高頻振動(dòng)信號(hào),分析異常頻率成分。
5. 潤滑與冷卻系統(tǒng)
油脂/油液循環(huán)裝置：模擬實(shí)際潤滑條件,可調(diào)節(jié)流量與壓力。
溫控單元：維持試驗(yàn)環(huán)境溫度或?qū)S承進(jìn)行主動(dòng)冷卻。
6. 控制系統(tǒng)
PLC/工控機(jī)：協(xié)調(diào)加載、驅(qū)動(dòng)、潤滑等子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)多工況自動(dòng)化測試。
人機(jī)界面（HMI）：參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控及緊急停機(jī)功能。
7. 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)
高速數(shù)據(jù)采集卡：同步記錄多通道傳感器信號(hào)。
專用分析軟件：處理數(shù)據(jù)并記錄試驗(yàn)過程中的各傳感器數(shù)據(jù)、故障特征報(bào)告。
8. 輔助系統(tǒng)
安全防護(hù)裝置：急停按鈕、過載保護(hù)、防護(hù)罩等。
四：VALENIAN-DC24多通道數(shù)據(jù)采集器介紹
4.1：簡介：
VALENIAN-DC24多通道數(shù)據(jù)采集器采用便捷性、模塊化設(shè)計(jì)、體積小巧、攜帶方便、外接電源適配器供電采集使用。所有通道信號(hào)同步采集記錄,軟件測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示,配合便攜式電腦即可進(jìn)行測試數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析診斷。該采集器每個(gè)通道兼容電壓和壓電式傳感器輸入、可以配接壓電式傳感器型加速度、聲學(xué)噪聲傳感器、電壓信號(hào)傳感器、并支持轉(zhuǎn)速測試數(shù)據(jù)保存。
4.2：功能特點(diǎn)：
l 四個(gè)輸入通道,各類型傳感器可以同時(shí)數(shù)據(jù)采集,每個(gè)通道最高采樣頻率100kHz/通道。
l 超高動(dòng)態(tài)輸入范圍,無需設(shè)置量程。
l 可以進(jìn)行電壓型及壓電式傳感器信號(hào)的測試,支持振動(dòng)、噪聲聲發(fā)射、電壓型輸出傳感器、轉(zhuǎn)速測試等物理量。
l 千兆以太網(wǎng)通訊,與電腦實(shí)時(shí)通訊,傳輸數(shù)據(jù),并可以可長時(shí)間實(shí)時(shí)、不間斷記錄多通道信號(hào)數(shù)據(jù)。
l 旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)據(jù)監(jiān)測,振動(dòng)數(shù)據(jù)采集,以及趨勢分析。儀器可以便攜式布局,采用電腦端進(jìn)行操作,并且各種數(shù)據(jù)也可以在電腦端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。
l 每個(gè)模擬量輸入都是由24位模數(shù)轉(zhuǎn)換強(qiáng)和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器服務(wù)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
l 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析,超便攜式性。
4.3：硬件參數(shù)：
1. 測量通道數(shù)量：四通道傳感器同時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集和一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)測量通道。
2. 支持傳感器類型：壓電式傳感器振動(dòng),噪聲聲級計(jì),轉(zhuǎn)速計(jì)、電壓型輸出傳感器。
3. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度：24AD位。
4. 支持最高采樣頻率：最高100kHz/通道,多種量程范圍可選。
5. 輸入精度：相位：優(yōu)于0.1度,幅值：優(yōu)于0. 1%。
6. 儀器最高動(dòng)態(tài)范圍：110dB。
7. 數(shù)據(jù)傳輸端口：千兆網(wǎng)口接入。
8. 傳感器輸入信號(hào)接口：BNC公頭接線端子。
9. 傳感器輸入電壓范圍：-10V～+10V。
10. 壓電式傳感器供電：20伏-4毫安傳感器通用輸入端口。
11. 濾波器：低通,高通,帶通,帶阻四種模式可選。
12. 頻譜分辨率：默認(rèn)51200線,最高204800線多種擋位可選。
13. 工作電源：配套AC220V直流電源適配器供電。
14. 工作溫度范圍：-25℃~75℃。
4.4：軟件功能：
(1) 時(shí)域及頻域信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ),實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)分析,采集數(shù)據(jù)后,保存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)事后分析；
(2) FFT頻譜分析、頻響函數(shù)分析、幅值及頻率橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo),縮放縮小、自功率譜、互功率譜、包絡(luò)分析、小波分析、軸心軌跡圖、長時(shí)間數(shù)據(jù)連續(xù)采集記錄及回放分析、信號(hào)窗函數(shù)可選；
(3) 支持軸承故障特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入,并可自動(dòng)進(jìn)行軸承故障類型的智能診斷分析,提示軸承故障類型如BPFI,BFFO,BSF,FTF的信息。
(4) 支持幅值的平均值、幅值最大值、幅值最小值、幅值峰峰值、波形因素、峰度、波峰因數(shù)、時(shí)域和頻域分析；
(5) 含有聲學(xué)分析及倍頻程分析功能；
(6) 支持低通、高通、帶通、濾波器等常用頻率濾波工具；
(7) 能提供單光標(biāo)、諧波光標(biāo)顯示頻率及幅值,光標(biāo)具有移動(dòng)標(biāo)記定位功能進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽功能；
(8) 軟件測試數(shù)據(jù)含有原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能,數(shù)據(jù)可以進(jìn)行二次開發(fā)功能,通用性強(qiáng),數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式有,文本,excel matlab 開放VB、VC、LabView、通用平臺(tái)的軟件二次開發(fā)數(shù)據(jù)接口工具；
(9) 數(shù)據(jù)信號(hào)采集加窗函數(shù),如矩形窗、漢寧窗、海明窗、平頂窗可選；
外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能,支持文本文件、Excel表格文件等標(biāo)準(zhǔn)格式的文件導(dǎo)入測試系統(tǒng)進(jìn)行分析顯示；
五、STM-500盾構(gòu)機(jī)主軸承模擬試驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)
序號(hào) | 項(xiàng)目名稱 | 性能參數(shù)及技術(shù)要求 |
1 | 主驅(qū)動(dòng)電機(jī) | 5.5KW,三相異步電機(jī),額定轉(zhuǎn)速2908RPM,軸承型號(hào)6208-2Z/C3(驅(qū)動(dòng)端) 6208-2Z/C3（非驅(qū)動(dòng)端）,電機(jī)功率因數(shù),82.8%,兩級傳動(dòng)。 |
2 | 變頻器 | 變頻器頻率范圍：0-599Hz,額定輸入：三相380V,50/60Hz, 額定輸出：3PH 5.5KW |
3 | 可視化操作屏 | 尺寸,10,觸摸面板,四線電阻式觸摸屏,抗電壓沖擊,AC1000V,10mA,小于1分鐘（信號(hào)與地間）,抗干擾能力,干擾電壓：1500Vp-p 脈沖周期：1us 持續(xù)時(shí)間：1分鐘,絕緣電阻,DC500V,10MΩ以上（信號(hào)與地間）。 |
4 | ?過程控制參數(shù) | 可視化操作模式來顯示和調(diào)節(jié)各種測試工況如轉(zhuǎn)速、扭矩、傾覆力、徑向加載力、軸向加載力、輸出頻率、輸出電壓、IGBT溫度、母線電壓、輸出功率、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置。同時(shí)裝有急停按鈕在緊急情況下立即停機(jī)。 |
5 | ?PLC | 程序容量256KB,輸入輸出點(diǎn)數(shù)8點(diǎn),通訊協(xié)議,標(biāo)準(zhǔn)MODBUSASCII/RTU通訊、通訊口,自由格式通訊,1路232、1路485、1個(gè)USB通訊口。 |
6 | ?模擬量輸入模塊 | 模擬量用電源,DC24V士10%,150mA,轉(zhuǎn)換速度,2ms/ch,輸入分辨率,1/16383(14Bit),輸出分辨率1/4095(12Bit)AD濾波系數(shù)0~254,綜合精確度 士1%,AD通道具備短路、斷路、超量程檢測功能 |
7 | 扭矩轉(zhuǎn)速儀 | 動(dòng)態(tài)扭矩傳感器,量程0-500N.M,轉(zhuǎn)速量程≤10000RPM,非線性,0.1%F.S.,輸出電壓為±5V或0-5 V,或者RS485.,或者4-20mA輸出模式。 |
8 | 電缸加載器伺服電機(jī) | 0.75千瓦伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī),電壓220V,額定轉(zhuǎn)速3000rpm,最高轉(zhuǎn)速5000rpm,額定轉(zhuǎn)矩2.39NM,最大轉(zhuǎn)矩7.17NM,額定電流4.1A。轉(zhuǎn)子慣量[10^-7kg.m2],1550,編碼器位數(shù)17位。 |
9 | 電缸加載伺服驅(qū)動(dòng)器 | 0.75KW,控制方式,三相全波整流IPM PWM控制、正弦波電流驅(qū)動(dòng)方式,脈沖指令模式,可接受3.3~5V、18~24V脈沖+方向、AB相脈沖、CW/CCW信號(hào),定位完成寬度設(shè)定,0～65535指令單位（設(shè)定分辨率為1指令單位）。 |
10 | ?電缸加載執(zhí)行器滾珠絲桿 | 滾珠絲桿2505,直徑25mm,導(dǎo)程5mm;推桿直徑45mm;有效行程95mm,徑向及軸向額定推拉力1.5噸:速度0-25m/s可調(diào),電動(dòng)缸配置:標(biāo)配3個(gè)限位磁性限位開關(guān)。 |
11 | 測試主軸軸承 | 三排滾子轉(zhuǎn)盤軸承 - 內(nèi)齒式,,133.25.500軸承內(nèi)徑366mm,外徑634mm,齒輪參數(shù),M,5,z68齒數(shù)。 |
12 | ?支撐軸承箱 | 軸承,兩組單列圓錐滾子軸承,表面淬火硬化設(shè)計(jì),并帶有油溫監(jiān)測反饋,油位計(jì)、集中供油油循環(huán)系統(tǒng)、可設(shè)溫度報(bào)警閾值。 |
13 | ?測力傳感器 | 額定量程,5T,輸出靈敏度, mV/V 2.0±10%,絕緣電阻,MΩ/100V DC ≥5000,響應(yīng)頻率,1kHz ,使用電壓,5-15V。 |
14 | ?負(fù)載壓力變送器 | 電壓為直流12-26V功耗<3W,數(shù)據(jù)采集精度 12-16 位,通訊采樣 ,RS485-ModbusRTU 協(xié)議,通訊速,1200-115200bps,通過上位機(jī)可以讀取實(shí)時(shí)測量值,實(shí)現(xiàn)清零、標(biāo)定、參數(shù)修改等操作。變送輸出 0-10V 或者 4-20mA,外接智能傳感器,供電電壓 5V,具有上電自動(dòng)校準(zhǔn)功能。 |
15 | 電源 | 輸入380VAC,三相,50/60 Hz。 |
16 | 速度范圍 | 0-3000rpm輸入轉(zhuǎn)速可調(diào),精度1rpm。額定1500rpm。 |
17 | 產(chǎn)品尺寸 | 2580mm*1500mm*1200mm,精密加工鑄鐵T型槽安裝底板,粗糙度：Ra：3.2。 |
18 | 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) | 1. 測量通道數(shù)量：四通道傳感器同時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集和一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)測量通道。 2. 支持傳感器類型：壓電式傳感器振動(dòng),噪聲聲級計(jì),轉(zhuǎn)速計(jì)、電壓型輸出傳感器。 3. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度：24AD位。 4. 支持最高采樣頻率：最高100kHz/通道,多種量程范圍可選。 5. 輸入精度：相位：優(yōu)于0.1度,幅值：優(yōu)于0. 1%。 6. 儀器最高動(dòng)態(tài)范圍：110dB。 7. 數(shù)據(jù)傳輸端口：千兆網(wǎng)口接入。 8. 傳感器輸入信號(hào)接口：BNC公頭接線端子。 9. 傳感器輸入電壓范圍：-10V～+10V。 10. 壓電式傳感器供電：20伏-4毫安傳感器通用輸入端口。 11. 濾波器：低通,高通,帶通,帶阻四種模式可選。 12. 頻譜分辨率：默認(rèn)51200線,最高204800線多種擋位可選。 13. 工作電源：配套AC220V直流電源適配器供電。 14. 工作溫度范圍：-25℃~75℃。 |
19 | 分析軟件系統(tǒng) | (1) 時(shí)域及頻域信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ),實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)分析,采集數(shù)據(jù)后,保存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)事后分析； (2) FFT頻譜分析、頻響函數(shù)分析、幅值及頻率橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo),縮放縮小、自功率譜、互功率譜、包絡(luò)分析、小波分析、軸心軌跡圖、長時(shí)間數(shù)據(jù)連續(xù)采集記錄及回放分析、信號(hào)窗函數(shù)可選； (3) 支持軸承故障特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入,并可自動(dòng)進(jìn)行軸承故障類型的智能診斷分析,提示軸承故障類型如BPFI,BFFO,BSF,FTF的信息。 (4) 支持幅值的平均值、幅值最大值、幅值最小值、幅值峰峰值、波形因素、峰度、波峰因數(shù)、時(shí)域和頻域分析； (5) 含有聲學(xué)分析及倍頻程分析功能； (6) 支持低通、高通、帶通、濾波器等常用頻率濾波工具； (7) 能提供單光標(biāo)、諧波光標(biāo)顯示頻率及幅值,光標(biāo)具有移動(dòng)標(biāo)記定位功能進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽功能； (8) 軟件測試數(shù)據(jù)含有原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能,數(shù)據(jù)可以進(jìn)行二次開發(fā)功能,通用性強(qiáng),數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式有,文本,excel matlab 開放VB、VC、LabView、通用平臺(tái)的軟件二次開發(fā)數(shù)據(jù)接口工具； (9) 數(shù)據(jù)信號(hào)采集加窗函數(shù),如矩形窗、漢寧窗、海明窗、平頂窗可選； 外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能,支持文本文件、Excel表格文件等標(biāo)準(zhǔn)格式的文件導(dǎo)入測試系統(tǒng)進(jìn)行分析顯示； |
