润滑脂用高温高速试验台

赵伟桦，柴灵芝，杨 啸

（洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

润滑脂用高温高速试验台

赵伟桦，柴灵芝，杨 啸

（洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

阐述了润滑脂用高温高速试验台的总体设计和试验验证。结果表明，该试验台综合性能符合设计要求。试验设备长时间运转稳定可靠，可以为润滑脂相关试验提供稳定可靠的试验数据。

润滑脂；高温；高速；试验台

1 前言

我国评价润滑脂试验方法较全，但大多数还停留在理化指标的程度。我国润滑脂试验方法标准共有46项，其中国家标准有9项，石油化工行业标准有37项[1]。文献[2]提出了一种与德国制定的DIN 51821高温重载润滑脂寿命试验标准类似的试验方法，区别在于试验温度为低于润滑脂滴点30℃。文献[3]模拟标准化动车组时速385km/h时的牵引电机轴承实际转速，进行了高速列车牵引电机轴承润滑脂寿命试验，通过对比试验来确定轴承、润滑脂的寿命能否达到高铁的标准要求。

针对我国润滑脂研发相对滞后，特别是高速铁路润滑脂目前全部依赖进口的情况下，文章设计了润滑脂用高温高速试验台，用于测试润滑脂的相关性能试验。

2 主要技术参数

（1）试验轴承类型：圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承、深沟球轴承等；

（2）试验轴承内径：Φ8～Φ25 mm；

（3）试验数量：2～4套；

（4）转速：1 000～3 6000 r/min；

（5）最大径向载荷：10kN，稳态误差≤±1%FS；

（6）最大轴向载荷：5kN，稳态误差≤±1%FS；

（7）加载温度：室温-200℃；

（8）测控方式：计算机自动控制、监测、记录；

（9）测试参数：转速、主机电流、温度、主体振动等。

3 结构设计

试验机由试验主体部件、驱动系统、电加热系统、液压加载系统、冷却系统、电气控制及软件系统等组成。被测试轴承及润滑脂安装于试验主体内。工业计算机通过变频器控制电主轴实现无极调速，电主轴通过联轴器与试验主体相连。液压加载系统分为轴向加载和径向加载，以放大器和比例阀的配合实现载荷的调整。电加热系统由置于试验轴承外衬套内的加热棒模拟完成，试验轴承外衬套位于试验主体左右两侧。冷却系统包括水冷却和气冷却组件，水泵为电主轴提供冷却水循环，气泵为加载轴承提供冷却气循环。数据采集系统实时采集衬套加热温度、轴承温度、电主轴参数等，反馈给工业计算机，实现闭环控制。电气控制及软件系统辅助实现试验机与各电气组件通讯、控制、数据的采集传输等，实现轴承温度、加热温度、电主轴转速、电主轴电流、主体振动等参数的实时记录。试验机工作原理如图 1 所示。3.1 试验主体

图1 试验台工作原理

试验主体结构是该试验的核心部分，具体结构如图 2 所示。主体结构采用简支梁支撑方式，主要包括底座、电主轴、加热组件、试验轴承、加载轴承、径向加载组件、气冷却组件、轴向加载组件等。电主轴采用ZYS-150SD15Z7.5脂润滑型电主轴，可连续工作。

图中序号3～8所示为试验头部分。该部分底座采用剖分式铸件结构，便于拆装。径向加载和轴向加载组件为薄膜式油缸加载结构，薄膜在压力油的作用下产生变形施加压力。试验轴承外衬套位于试验主体两侧，每侧装有6个200W的电加热棒，成环状均匀分布构造出试验所需环境温度。采用温控仪控制加热温度，PID参数调节，快速加热至试验温度。加载轴承位于轴系中部。加载轴承外衬套由两部分压装成中空结构，外接气冷却组件，以降低加载轴承温度。

3.2 试验主轴的校核

本次验证试验采用高速铁路轴箱轴承用某型润滑脂，试验轴承为内径20mm的圆锥滚子轴承4T-30204，轴向载荷67N，径向载荷67N，转速为5 000r/min。由于轴径向载荷较小，所以只对试验主轴一阶临界转速进行校核，避免发生共振现象，而使轴遭到破坏[4]。本次验证试验按照一阶临界转速ncr1刚性轴进行理论校核，公式如下[5]：■λ2■I ncr1≈9.52×104λ1d2■

图2 试验主体结构

■W0I3+3

1■

■I ∑Wia i

2b i

2+∑

0

■λ2■I■■（-12）■WI3+1■∑Wa2b2+∑Gc2（I +c）■■

■03■Iiiijj0j■■

■

0

■

式中：

λ1——外伸轴的系数，查表取 ；d——轴的直径/mm；

W0——轴的重力/N，对实心钢轴 ；I——为轴的全长/mm；

I0——支承间距离/mm，I0=80.5mm；

Wi——支撑间第i个圆盘重力/N；

ai，bi——支承间第i个圆盘至左及右支承间的距离/mm；

Gj——外伸端第j个圆盘重力/N;

Cj——外伸端第j个圆盘至支承间的距离/ mm。

由上式计算可得ncr1=42 784.5 r/min。按照刚性轴安全工作转速低于一阶临界转速时，取工作转速n＜0.75 ncr1=32 088.4 r/min是合适的，可以明确得出此轴在32 088.4 r/min转速以下工作是稳定可靠的。

3.3 液压加载系统

试验台架采用液压加载的方式对试验轴承施加径向和轴向载荷，液压加载原理图如图3所示。液压油经叶片泵、滤油器进入比例减压阀，在油缸内形成压力，当系统达到所需压力值，保压阀动作，实现保压，系统叶片泵停止工作。当系统压力低于预期值时，叶片泵工作，保压阀动作，重新实现压力的调整，节能环保，工作效率高。图 3 中编号13处安装有径向和轴向压力传感器，实时反馈系统压力值，实现闭环控制。

图3 液压加载原理

3.4 电主轴驱动系统

电主轴驱动系统由台达VFD-B型变频器、ZYS-150SD15Z7.5脂润滑型电主轴、冷却水系统和计算机闭环控制系统组成。计算机控制变频器实现电主轴的无极调速，并通过转速传感器实现转速的自动闭环控制。

3.5 电气控制与软件系统

电气控制系统主要由工业控制计算机、ADLINK PCI数据采集板卡、信号调理电路、伺服驱动器、变频器和传感器等组成。工业控制计算机端测控系统软件基于LabVIEW软件编程完成，实时采集分析显示保存数据。测控系统结构图和试验台软件操作界面如图 4、图 5 所示。

图4 测控系统结构

图5 试验台软件操作界面

4 试验验证

在高速铁路轴箱轴承用润滑脂高温高速试验台上，试验采用圆锥滚子轴承30204，转速5 000r/min，加热温度120℃，轴向载荷67N，径向载荷67N，连续运转。试验填脂量控制在内部自由空间的15%～20%[6]，跑合时间为1h，待轴承温度在每个阶段稳定后再提高转速。图6～图9为试验从开机至试验达到稳定状态时，试验机和试验轴承相关参数的变化曲线图。目前，试验已累计完成3 857h的试验任务。

5 结束语

文章介绍了高速铁路轴箱轴承用润滑脂高温

图6 转速变化曲线

图7 试验轴承温度变化曲线

图8 主体振动变化曲线

高速试验台的设计，并通过具体试验,验证了该试验设备的综合性能可以达到设计要求。目前已完成3 857h的试验任务，充分证明了该试验台的合理可靠。本试验可以为我国高速铁路轴箱轴承用润滑脂的使用、维护和研制提供稳定可靠的试验数据，为相关产品的国产化提供一定的理论基础。

图9 电主轴电流变化曲线

[1] 陈鹏. 高速铁路轴承试验台特性研究[D]. 杭州：浙江大学,2014.

[2] 徐云根. 高温润滑脂轴承寿命试验方法研究与系统开发[D].杭州：浙江工业大学,2012.

[3] 李宏业. 高速列车牵引电机轴承润滑脂寿命的试验方法与研究[D].北京：北京交通大学,2013.

[4] 邱宣怀.机械设计[M].北京：高度教育出版社,1997.

[5] 王文斌.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2004.

[6] 蔡素然,吴瑞琴.全国滚动轴承产品样本[M]. 北京：机械工业出

版社,2012.

（编辑：王立新）

High temperature and high speed test bench for grease

Zhao Weihua, Chai Lingzhi, Yang Xiao
( Luoyang Bearing Science＆Technology Co., Ltd.,Luoyang 471039,China)

The overall design and experimental verif i cation of the high temperature and high speed test bench for grease are described. The results show that the comprehensive performance of the test bench meets the design requirements. The test equipment is stable and reliable for long periods of time and may provide stable and reliable test data for grease-related tests.

grease; high temperature; high speed; test bench

TH133.33

B

1672-4852（2017）01-0027-03

2016-12-22.

赵伟桦（1990-），男 ，助理工程师.