模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統的制作方法

專利名稱：模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及測控系統，具體涉及到一種模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統。特別是對于油缸壓力、馬達轉速、油路堵塞報警、液位、油溫等進行集中控制及實時數據采集、 后處理的系統。
背景技術：
回轉支承一般可以看作是一個巨型內圈或外圈帶傳動齒的軸承，是廣泛應用于工程機械、風力發電機、海洋平臺、軍用裝備等大型機械結構中需要作傳遞動力和相對回轉運動的基礎部件。回轉支承相當于設備的運動關節，一旦失效將造成整機失效，甚至重大事故，而由于回轉支承尺寸大，價格昂貴，通常不存備件；維修時，拆卸時需要將上部幾十噸甚至幾百噸的物體提升一定高度后才能維修，導致維修難度大，費用高，停機時間長，損失大。 因此研究如何提高回轉支承可靠性和使用壽命具有重要意義。
目前，國外很多軸承制造廠家都有各自的軸承壽命計算公式，比較這些公式發現， 這些公式都具有類似的形式，即修正系數乘以基本額定壽命。目前國內還沒有回轉支承廠家建立起適合自己產品的壽命計算公式，其主要原因在于公式修正系數的確定需要以大量試驗和實際應用作為基礎，針對大量試驗的要求，國內外出現了回轉支承試驗臺，如ΙΜ0， Rothe Erde，南京工業大學發明的工程機械回轉支承試驗臺、洛陽軸承LYC的變槳試驗臺， 目前國內的回轉支承試驗臺的測控系統可以實現恒定加載和基本數據采集和保存，但在模擬工況的加載控制及實時數據采集和后處理方面有欠缺。發明內容
本發明提供一種模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統，該系統針對回轉支承試驗臺用于模擬工況的測控系統，本測控系統集手動控制、自動控制、報警控制、實時數據采集、 信號后處理于一體，通過模擬回轉支承在實際工況下的受復雜載荷情況，并對其進行型式試驗(比對試驗、疲勞壽命試驗，加速壽命試驗)，出廠試驗等，使得軸承廠家對自身產品今后的生產研發有非常重要的意義。
本發明的技術方案如下
一種模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統，其包括輸入/輸出操作柜、電氣及液壓控制回路以及測試柜，所述輸入/輸出操作柜包括報警指示燈I、控制按鈕2、電位器按鈕 3、打印機4、顯示器5和PC工控機6 ;所述電氣及液壓控制回路包括數字量擴展模塊13、模擬量擴展模塊14、輸出控制模塊、電氣回路及液壓回路開關量模塊15、壓力傳感器19、驅動馬達22、軸向力加載缸23、徑向力加載缸24、傾覆力加載缸25和回轉支承試驗臺機械部分 26 ;輸出控制模塊包括比例溢流閥放大器16、比例減壓閥放大器17、馬達速度放大器18、壓力傳感器19、比例溢流閥36和比例減壓閥37，所述測試柜包括加速度傳感器27、溫度傳感器28、徑向位移傳感器29、軸向位移傳感器30、信號變送器33和數據采集卡34 ;打印機4 和顯示器5均與PC工控機6連接，PC工控機6通過PLC控制器12連接數字量擴展模塊13和模擬量擴展模塊14，數字量擴展模塊13連接至電氣回路及液壓回路開關量模塊15，數字量擴展模塊13上連接有控制按鈕2，電位器按鈕3連接至輸出控制模塊，模擬量擴展模塊 14與輸出控制模塊連接，輸出控制模塊連接有壓力傳感器19，驅動馬達22、軸向力加載缸 23、徑向力加載缸24和傾覆力加載缸25通過回轉支承試驗臺機械部分26分別連接測試柜的加速度傳感器27、溫度傳感器28、徑向位移傳感器29和軸向位移傳感器30，加速度傳感器27、溫度傳感器28、徑向位移傳感器29和軸向位移傳感器30通過信號變送器33與數據采集卡34連接，數據采集卡34與輸入/輸出操作柜的PC工控機6連接，驅動馬達22、軸向力加載缸23、徑向力加載缸24和傾覆力加載缸25與輸出控制模塊連接。
所述PC工控機6包括信號采集模塊7、數據保存模塊8、報警提示模塊9、自動控制模塊10和數據處理模塊11。
所述電氣及液壓控制回路還包括扭矩轉速傳感器20和測功機21，所述測試柜還包括功率信號采集器31和扭矩轉速信號采集器32，扭矩轉速傳感器20和測功機21與輸出控制模塊連接，扭矩轉速傳感器20和測功機21分別與測試柜的扭矩轉速信號采集器32和功率信號采集器31連接，扭矩轉速信號采集器32和功率信號采集器31連接至信號變送器 33。
所述模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統還包括油冷機(35)，油冷機(35)與電氣及液壓控制回路連接。
PC上位機中集成了測控系統，測控系統除滿足以上手動控制及自動控制需求還具有數據采集及報警控制，及數據后處理功能。
發明的有益效果是
本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統采用的是上位機+PLC的控制方式，對回轉支承試驗臺的液壓系統進行控制，完成數據的實時顯示，控制閥的開度，電機的開停等手動或自動控制，報警，急停等功能。保證系統運行過程中的直觀性、安全性、可靠性和穩定性且操作簡單。
本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統具有兩種控制模式可以滿足用戶的不同需求，特別在自動控制模式時，可用于實時模擬回轉支承使用工況，如正弦力加載， 階躍力加載，沖擊力加載等，并且控制系統具有良好的穩定性，能有效的完成回轉支承壽命試驗。
本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統具有數據實時采集及信號后處理功能，針對在模擬工況下的回轉支承配以各類傳感器采集其工作時特征物理信號，并可將采集信號保存，對所采集的信號可以在線和離線處理。
本發明的系統集控制和測試數據處理于一體，方便實現長時間試驗要求。


圖I是本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統的結構示意圖。
圖2是本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的自動控制流程示意圖。
圖3是本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的數據采集及報警控制流程不意圖。
圖4是本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的信號處理過程示意圖。
圖中1.報警指示燈、2.控制按鈕、3.電位器按鈕、4.打印機、5.顯示器、6. PC工控機(安裝有配套的測控軟件系統)、7.信號采集模塊、8.數據保存模塊、9.報警提示模塊、 10.自動控制模塊、11.數據處理模塊、12. PLC控制器、13.數字量擴展模塊、14.模擬量擴展模塊、15.電氣回路及液壓回路開關量、16.比例溢流閥放大器、17.比例減壓閥放大器、 18.馬達速度放大器、19.壓力傳感器、20.扭矩轉速傳感器、21.測功機、22.驅動馬達、 23.軸向力加載缸、24.徑向力加載缸、25.傾覆力加載缸、26.回轉支承試驗臺機械部分、 27.加速度傳感器、28.溫度傳感器、29.徑向位移傳感器、30.軸向位移傳感器、31.功率信號采集器、32.扭矩轉速信號采集器、33.信號變送器、34.數據采集卡、35.油冷機、36.比例溢流閥、37.比例減壓閥。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明
如圖I所示為模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統的結構示意圖，測控系統結構由三大部分組成。
一.輸入/輸出操作柜
輸入/輸出操作柜包括報警指示燈I、控制按鈕2、電位器旋鈕3、打印機4、顯示器5、PC工控機6，其中控制按鈕2用于手動控制操作，滿足用戶手動控制電氣及液壓回路中的開關量，按鈕信號直接與數字量擴展模塊13連接；電位器旋鈕3用于調節電壓比例放大器來改變輸入電壓進而調節各比例溢流閥36和比例減壓閥37的閥口開度；報警指示燈 I用于報警點報警提示，方便直觀地了解各報警點信息抑制突發情況；PC工控機6作為測控系統的上位機，通過工控機強大的數據處理功能可實現信號采集、數據保存、報警提示、自動控制、數據處理功能，PC工控機6通過485通信線與PLC控制器12下位機相連。
二.電氣及液壓控制回路
電氣及液壓控制回路的目的在于通過有序調節液壓回路中各閥門來實現軸向力加載缸23、徑向力加載缸24、傾覆力加載缸25加載力大小的變化及驅動馬達22轉速的改變實現對回轉支承的工況模擬。
電氣及液壓控制回路主要包括比例溢流閥36，比例減壓閥37，PLC控制器12及其數字量擴展模塊13、模擬量擴展模塊14，扭矩轉速傳感器20，測功機21，軸向力加載缸 23，徑向力加載缸24、傾覆力矩加載缸25，驅動馬達22。其中比例溢流閥36用于保證液壓系統系統壓力，通過調節電位器旋鈕3可實現系統壓力的改變，比例減壓閥37用于保證液壓系統工作壓力，通過調節電位器旋鈕3可實現工作壓力的改變，PLC控制器12內部包含了整個測控系統開關量的邏輯關系代碼，通過RS485/232通信線與PC工控機6保持通信，PLC 的數字量擴展模塊13作為PLC數字量端口的延伸用于連接電氣及液壓回路中各開關量控制點，PLC的模擬量擴展模塊14，用以接受模擬信號的輸入如各加載油缸的壓力信號及下達模擬量信號值以此控制比例溢流閥36及比例減壓閥37，該功能主要用于自動控制模式， 驅動馬達22用于滿足回轉支承對轉速的控制需求，測功機21及扭矩轉速傳感器20用于實測馬達功率及扭矩、轉速信號，軸向力加載缸23、徑向力加載缸24、傾覆力矩加載缸25滿足工況力加載。液壓回路系統通過外設油冷機35使回路中油溫冷卻，避免液壓油發熱溫度上升。
三.測試柜
測試柜用于采集回轉支承在模擬工況時產生的各類信號，并通過與PC工控機連接滿足PC工控機對各類信號的顯示，保存及數據處理。測試柜包含了各類傳感器以及與之配對的信號變送器33和數據采集卡34，其中傳感器通過合理布局安置于回轉支承試驗臺機械部分26上，傳感器如溫度傳感器28用于測試回轉支承內部油脂溫度，加速度傳感器 27用于測試回轉支承工作時振動信號，可通過加速度的突變發現故障點，徑向位移傳感器 29、軸向位移傳感器30，如電渦流傳感器、光柵位移傳感器、電感位移傳感器用于測試回轉支承在工況模擬試驗中軸向或徑向的偏移量。信號變送器33用于放大微弱信號的作用，數據采集卡34用于將實際模擬信號轉換成PC工控機6可識別的數字量信號并實現與PC工控機信號傳輸。
如圖I所示，通過合理布局三大部分可實現對回轉支承試驗臺模擬工況的控制及測試要求。
本系統具有兩種控制t吳式
模式I :手動控制。
根據加載需要，手動操作輸入/輸出操作柜上的按鈕及旋鈕，以滿足用戶對回轉支承長時間恒定加載和短期變載的試驗控制需求，由圖I中可知手動控制流程，其中顯示器顯示實時參數，用于用戶隨時觀測傳感器所測出的數據，并依據需要的數值手動調整。
模式2:自動控制。
為滿足長時間的疲勞壽命試驗需要，該系統可實現自動控制功能，在該功能下可實現多種回轉支承工況加載需求，如模擬風機葉片旋轉對回轉支承作用的正弦力加載，模擬持續性狂風的階躍力加載，工程機械受到的沖擊載荷以及模擬持續遞增加載力的斜坡信號等，同時模擬波形和頻率可以任意修改。系統具體工作流程如圖2所示，其中工況參數在可視化自動控制程序界面中輸入，可根據試驗要求輸入各時間段的加載力類型及大小范圍，試驗步驟以及加載時間長度。在無人監管的自動控制情況下，對于長期試驗的要求，由于系統內外部工作條件的實時變化，軸向加載力、徑向加載力及傾覆加載力之間往往存在多因素的耦合作用，常常使實際得到的加載力大小與期望值存在偏差，所以在PC工控機控制系統中加入了自適應力解耦控制算法，而對于馬達轉速的精確控制采用了自適應控制算法得到精確控制，所以不同于手動控制，該自動控制具有自我反饋調整機制，通過控制程序內部編寫的自適應調整代碼校正實時誤差值，精確的輸出需要的正弦力，階躍力等工況參數，這樣能避免在長期系統無人監管條件下，系統內外參數變化造成的干擾，提高了系統的穩定性。
如圖3模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的數據采集及報警控制主要包括三部分組成
一.報警顯示及報警控制
報警點顯示可以通過報警指示燈顯示，也可通過顯示器報警界面顯示，報警機制為通過將電氣及液壓控制回路中報警越界開關量信號接入PLC來控制顯示。
針對報警特別是緊急報警測控系統設有緊急報警自動控制用以系統自我保護，減少危害，如圖3模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的數據采集及報警控制示意圖所示， 緊急報警自動控制分為兩個階段控制，階段I :報警控制界面可以設置回轉支承各油脂溫度監測點的溫度上限值，當油溫超限則報警燈閃爍，此時測控系統中注油智能調節可以使油脂溫度有效降低；階段2 :若注油智能調節未見效則系統通過報警提示用戶，同時驅動馬達自動減速。若階段I、階段2均未見效則可以出發急停停止運行，檢查系統。
二.數據保存
數據保存可以將信號采集的數據保存至PLC工控機硬盤中，通過設定保存路徑、 保存時間間隔及保存格式可以有效地保存各物理信號。
三.參數設置及顯示
如圖3所示，通過在PC工控機中的測控系統的參數設置界面，合理設置軟件通道與實際物理通道口一一對應；并設置采樣率針對回轉支承試驗設置高速采樣及低速采樣，如加速度信號、電渦流信號、應變計應變信號需要高速采樣，而溫度、功率、扭矩、轉速等信號則用低速采樣即可，采樣的頻率范圍由用戶自行設置和修改；完成采樣率設定后，啟動測試按鈕，數據采集模塊采集從數據采集卡傳輸來的電壓信號，并經過線性換算轉換及濾波即可得到實測信號。
如圖4是本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺控制系統的數據處理過程示意圖
測控系統還具有信號處理功能，信號處理功能包括了 時域分析，頻域分析，時頻域分析。將實時數據或歷史保存的數據導入信號處軟件，可顯示原始信號，此時選擇信號處理模式，在3類模式中由涵蓋了各類分析方式，如時域分析下包括了 自相關分析、峭度指標分析、欲度指標峰值指標分析、概率密度分析、軸心軌跡分析；頻域分析下包括了 =FFT變換分析、功率譜分析、自功率譜分析、幅度譜相位譜分析、FFT功率譜分析、FFT功率譜密度分析；時頻域分析下包括了 短時傅里葉變換分析、威布爾分析、I-D信號小波分解、小波包信號重構、HHT變換等。針對信號選擇使用的處理方式后，即可產生處理的結果，并顯示在軟件系統界面，和原始信號對比可以顯而易見的觀測處理結果。處理后的結果可以選擇打印機打印或者電子檔保存方式。
上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發明設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。
權利要求
1.ー種模擬エ況的回轉支承試驗臺測控系統，其特征是包括輸入/輸出操作柜、電氣及液壓控制回路以及測試柜，所述輸入/輸出操作柜包括報警指示燈(I)、控制按鈕(2)、電位器按鈕(3)、打印機(4)、顯示器(5)和PCエ控機(6);所述電氣及液壓控制回路包括數字量擴展模塊(13)、模擬量擴展模塊(14)、輸出控制模塊、電氣回路及液壓回路開關量模塊(15)、壓カ傳感器(19)、驅動馬達(22)、軸向カ加載缸(23)、徑向カ加載缸(24)、傾覆カ加載缸(25)和回轉支承試驗臺機械部分(26);輸出控制模塊包括比例溢流閥放大器(16)、t匕例減壓閥放大器(17)、馬達速度放大器(18)、壓カ傳感器(19)、比例溢流閥(36)和比例減壓閥(37)，所述測試柜包括加速度傳感器(27)、溫度傳感器(28)、徑向位移傳感器(29)、軸向位移傳感器(30)、信號變送器(33)和數據采集卡(34);打印機(4)和顯示器(5)均與PCエ控機(6)連接，PCエ控機(6)通過PLC控制器(12)連接數字量擴展模塊(13)和模擬量擴展模塊(14)，數字量擴展模塊(13)連接至電氣回路及液壓回路開關量模塊(15)，數字量擴展模塊(13)上連接有控制按鈕(2 )，電位器按鈕(3 )連接至輸出控制模塊，模擬量擴展模塊(14)與輸出控制模塊連接，輸出控制模塊連接有壓カ傳感器(19)，驅動馬達(22)、軸向カ加載缸(23)、徑向カ加載缸(24)和傾覆カ加載缸(25)通過回轉支承試驗臺機械部分(26)分別連接測試柜的加速度傳感器(27)、溫度傳感器(28)、徑向位移傳感器(29)和軸向位移傳感器(30)，加速度傳感器(27)、溫度傳感器(28)、徑向位移傳感器(29)和軸向位移傳感器(30)通過信號變送器(33)與數據采集卡(34)連接，數據采集卡(34)與輸入/輸出操作柜的PCエ控機(6)連接，驅動馬達(22)、軸向カ加載缸(23)、徑向カ加載缸(24)和傾覆カ加載缸(25)與輸出控制模塊連接。
2.根據權利要求I所述的模擬エ況的回轉支承試驗臺測控系統，其特征在于所述PCエ控機(6)包括信號采集模塊(7)、數據保存模塊(8)、報警提示模塊(9)、自動控制模塊(10)和數據處理模塊(11)。
3.根據權利要求I所述的模擬エ況的回轉支承試驗臺測控系統，其特征在于所述電氣及液壓控制回路還包括扭矩轉速傳感器(20)和測功機(21)，所述測試柜還包括功率信號采集器(31)和扭矩轉速信號采集器(32)，扭矩轉速傳感器(20)和測功機(21)與輸出控制模塊連接，扭矩轉速傳感器(20)和測功機(21)分別與測試柜的扭矩轉速信號采集器(32)和功率信號采集器(31)連接，扭矩轉速信號采集器(32)和功率信號采集器(31)連接至信號變送器(33)。
4.根據權利要求I所述的模擬エ況的回轉支承試驗臺測控系統，其特征在于所述模擬エ況的回轉支承試驗臺測控系統還包括油冷機(35)，油冷機(35)與電氣及液壓控制回路連接。
全文摘要
一種模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統，其包括輸入/輸出操作柜、電氣及液壓控制回路以及測試柜。本發明的模擬工況的回轉支承試驗臺測控系統采用的是上位機+PLC的控制方式，對回轉支承試驗臺的液壓系統進行模擬工況的加載控制，完成數據的實時顯示、實時采集、在線或線下的數據處理，控制閥的開度，電機的開停等手動或自動控制，報警，急停等功能。保證系統運行過程中的直觀性、安全性、可靠性和穩定性且操作簡單。
文檔編號G05B19/418GK102981463SQ20121034284
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者陳捷, 孫冬梅, 謝冬華, 王 華, 洪榮晶 申請人:南京工業大學, 南京工大數控科技有限公司