鐵路試驗(yàn)臺(tái)架模擬帶有軸承座的機(jī)車車軸，在每側(cè)可以安裝兩個(gè)軸承。兩個(gè)液壓加載裝置分別在軸向和徑向?qū)S承施加載荷。一個(gè)高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)平臺(tái)向前或者向后轉(zhuǎn)動(dòng)。試驗(yàn)臺(tái)架將按照一個(gè)用戶定義的速度曲線運(yùn)行，并且同時(shí)施加軸向和徑向的載荷。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)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(duì)承受載荷的軸承進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)個(gè)周期的測(cè)試。測(cè)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(dòng)臺(tái)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(dòng)模式、電機(jī)連接、急停和開(kāi)關(guān)狀態(tài)。各狀態(tài)條件均通過(guò)測(cè)試后，表明該臺(tái)架已做好運(yùn)行準(zhǔn)備。

通過(guò)預(yù)先定義的條件測(cè)試各種類型的軸承。我們需要建立一個(gè)鐵路試驗(yàn)臺(tái)架來(lái)對(duì)高速鐵路軸承進(jìn)行壽命測(cè)試。我們翻新了一個(gè)裝有軸承的試驗(yàn)臺(tái)架，并在預(yù)先定義的測(cè)試條件下進(jìn)行了壽命測(cè)試。我們開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序能夠控制鐵路試驗(yàn)臺(tái)架、檢測(cè)和控制測(cè)試參數(shù)，并在軸承發(fā)生失效時(shí)停止測(cè)試。

該鐵路試驗(yàn)臺(tái)架有如下特點(diǎn)：

· 具有2個(gè)安裝于臺(tái)架的的軸承

· 具有1個(gè)主電機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

· 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(gè)用戶自定義的時(shí)間內(nèi)以一個(gè)特定的速度旋轉(zhuǎn)軸承，然后在用戶自定義的時(shí)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(gè)液壓加載系統(tǒng)對(duì)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(cè)每個(gè)軸承的幾個(gè)溫度點(diǎn)，其中包括軸承側(cè)面和軸承座的溫度

· 監(jiān)測(cè)和記錄每個(gè)軸承的振動(dòng)

· 持續(xù)監(jiān)控參數(shù)，例如溫度、載荷和振動(dòng)，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(dòng)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(shuō)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(shí)平臺(tái)及FieldPoint，是因?yàn)樗鼈兊目煽啃钥梢詽M足試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行實(shí)際工況運(yùn)行的要求。整個(gè)系統(tǒng)由LabVIEW Real-Time控制。

PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)由帶有PXI實(shí)時(shí)控制器的NI PXI-1002機(jī)箱，一個(gè)用于振動(dòng)輸入的NI PXI-4472，一個(gè)用于閉環(huán)速度和載荷控制的NI PXI-7344，以及用于連接開(kāi)關(guān)、指示燈和外部設(shè)備的NI PXI-6527組成。PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)使用Optomux協(xié)議，通過(guò)實(shí)時(shí)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(tái)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(cè)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(cè)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(gè)測(cè)試，該測(cè)試被定義和保存    在Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便調(diào)用（如圖1所示）。

用戶必須為每個(gè)測(cè)試定義一個(gè)軸向載荷曲線、一個(gè)徑向載荷曲線以及一個(gè)速度曲線。當(dāng)測(cè)試開(kāi)始時(shí)，該試驗(yàn)臺(tái)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(cè)試后，用戶通過(guò)選擇一個(gè)測(cè)試定義一個(gè)項(xiàng)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(rùn)滑脂等等。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，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(xiàng)目中，用戶可以修改項(xiàng)目參數(shù)，將其重命名為一個(gè)新項(xiàng)目（如圖3所示）。

執(zhí)行項(xiàng)目

當(dāng)用戶定義了一個(gè)項(xiàng)目后，可以通過(guò)TCP/IP通信將它下載到PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。一個(gè)新項(xiàng)目可以被下載，一個(gè)暫定的項(xiàng)目也可以被下載，并重新啟動(dòng)。一旦項(xiàng)目被下載，臺(tái)架便開(kāi)始啟動(dòng)，而且顯示有鐵路臺(tái)架測(cè)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(gè)Access文件。

測(cè)試控制和監(jiān)測(cè)

一旦應(yīng)用程序被下載到PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)將*控制臺(tái)架。實(shí)時(shí)應(yīng)用程序?qū)⒋蜷_(kāi)一系列數(shù)字線來(lái)啟動(dòng)臺(tái)架。主電機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和液壓系統(tǒng)等組件是通過(guò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的PXI-6527模塊的數(shù)字線來(lái)啟動(dòng)的。

定義的速度曲線通過(guò)PXI-7344運(yùn)動(dòng)控制模塊控制主電機(jī)速度。該四軸運(yùn)動(dòng)控制模塊中的一軸控制主電機(jī)，其它三個(gè)軸的模擬輸出控制液壓加載系統(tǒng)：其中兩個(gè)用于徑向加載，一個(gè)用于軸向加載。當(dāng)臺(tái)架開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，將以的速率記錄測(cè)試參數(shù)。軸承的振動(dòng)狀況，則通過(guò)連接到PXI-4472模塊的加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)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(cè)量。在臺(tái)架前的接近傳感器有一個(gè)脈沖輸出（一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一轉(zhuǎn)）與FP-CTR-500模塊連接，用于計(jì)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(cè)量，并且所有的FieldPoint模塊都通過(guò)FP-1000網(wǎng)絡(luò)接口模塊，經(jīng)由RS232通信連接到PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

測(cè)試程序根據(jù)預(yù)先定義的曲線文件來(lái)運(yùn)行。該系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試參數(shù)，并且在任一參數(shù)超過(guò)限制時(shí)停止臺(tái)架。當(dāng)臺(tái)架運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過(guò)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(shí)系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，以描繪鐵路試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)態(tài)地查看記錄參數(shù)的圖形。使用LabVIEW，整個(gè)Timken網(wǎng)絡(luò)都能夠查看該屏幕，而無(wú)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(lái)查看報(bào)告。

用戶可以累計(jì)臺(tái)架在一個(gè)月內(nèi)的總運(yùn)行時(shí)間，并考慮停機(jī)或者其它問(wèn)題的時(shí)間，計(jì)算臺(tái)架使用情況。如果任何參數(shù)超過(guò)限制，測(cè)試程序?qū)⒈粫和?。所有的?shù)字線都將變?yōu)榈碗娖剑蚁到y(tǒng)還會(huì)發(fā)送一個(gè)消息至主機(jī)，通知主機(jī)測(cè)試暫停。主電機(jī)將會(huì)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(tái)架測(cè)試監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用程序。使用LabVIEW、實(shí)時(shí)PXI和FieldPoint，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)有效、可靠的高速鐵路軸承壽命測(cè)試系統(tǒng)。