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1、GPM-30A技术方案设备名称：微机控制滚动接触疲劳试验机 （外观参考图） 1. 主要用途 GPM-30A微机控制滚动接触疲劳试验机主要用于模拟滚动接触零件（如轴承、轮轨、轧辊等）工况的失效试验，将一恒定的载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样，使其接触表面受到循环接触应力的作用。通过控制和改变负荷、速度、滑差率、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等参数的情况下进行测试，以评定试样材料的疲劳破坏机理，评价材料在滚动接触状态下的疲劳寿命，并可完成齿轮接触疲劳、轴承接触疲劳、轮轨磨耗试验等。现该设备已在多家高校、科研机构、生产企业投入使用，高校主要用于科学研究及教学实验。 该机为卧式框架结构，由变
2、频电机控制加载和旋转，各试验参数实现单元化设置，操作方便，试验读数准确可靠，通过工业控制计算机可进行各参数设置、控制，可实时显示摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线，并记录、存储、打印试验曲线。2. 适用标准 GB/T 10622-1989 金属材料滚动接触疲劳试验方法 YB/T 5345-2006金属材料滚动接触疲劳试验方法 JB/T 10510-2005滚动轴承材料接触疲劳试验方法3. 结构简述试验机主要由主动轴运动系统、陪试轴运动系统、试验力加载系统、测量系统、润滑系统及冷却系统、摩擦副装夹部分、电气控制箱、工业控制计算机测控系统等部分组成。试验机下部是机座，机座左上部装有下主轴及其驱
3、动系统，机座中部装有油缸、活塞。机座右后上部装有上主轴及其驱动系统，强电控制系统安装在机座内。主液压油源及润滑油源位于主机的后部，通过液压油路及控制电缆等与试验主机相连接。电气控制箱完成信号的采集、变换、传输任务，通过串口电缆与工业控制计算机测控系统连接。图1主机结构图 1齿轮箱（改变滑差率） 2陪试运动系统 3液压作动器 4循环油箱 5主动轴运动系统 6液压泵站 7固定齿轮箱 8工作台 9机架 10壳体 11调整垫铁3.1主动轴驱动系统及工作原理图2主动轴运动部分结构参考图主动轴运动部分卧式安装于主机工作台之上。该机的标准配置摩擦副形式为环和环，下试环（3）装于主动轴（4）前端，并由固定螺母
4、（1）和挡圈（2）紧固，可随主动轴以一定的转速旋转。主动轴通过弹性联轴器（6）（8）与转速转矩传感器（7）串联，再通过弹性联轴器(10)与齿轮箱连接，由变频电机（11）驱动。电机由驱动器控制，试验过程中恒转矩输出，转速自100r/min至1500r/min，具有无级可调的特点。3.2 摩擦力矩测量装置 当试环旋转，并且试环之间有一定的压力时，二者之间便会有摩擦力矩产生，此摩擦力矩通过主轴（4）、联轴器（6）作用在转速转矩传感器(7)上，再有控制系统采集处理，最后在操作软件界面上“摩擦力矩”对话框中显示，当摩擦力矩超设定值，试验机会启动自动停车功能。3.3陪试轴驱动系统及工作原理图3陪试轴运动部
5、分结构参考图变频电机（1）驱动齿轮轴（4）带动齿轮（3）通过过渡齿轮（2）和齿轮（16）传递带动传动轴（15）旋转，同时通过一对齿轮（12）（10）啮合带动陪试主轴（8）同步旋转，试环（7）通过固定螺母（5）和挡圈（6）紧固于陪试主轴（8）端部。传动轴组件通过左、右轴承座体（9）（14）固定于工作台上，陪试主轴（8）安装于杠杆保持架（13）一端，杠杆保持架（13）可以传动轴（15）为支点做杠杆运动以传递试验力。（11）为止动销，插入止动销，在试验过程中可以防止陪试主轴的转动。3.4 试验力微控液压加载系统 图4试验力加载系统 液压加载系统主要有液压泵站（7）和作动器部分（4）组成。油缸活塞上升
6、，通过钢球（3）加载于承压块（2）上，杠杆保持架（6）以传动轴为支点带动一端的陪试轴向下传递试验力于主动轴端，分别与陪试轴端和主动轴端紧固的上、下试环间则产生试验力。试环与试块之间的压力，由负荷传感器测量，并在控制面板“试验力”窗口上显示出来，该试验力可通过计算机控制系统进行预置、反馈，实现自动控制。承压块（2）由紧定螺钉（1）紧固。手柄（8）方便试验过程中的操作。限位柱（5）为杠杆保持架（6）下行限位之用，可避免碰撞。本试验机是通过液压油缸的活塞来对试环施加压力负荷，为了适应长时间负荷试验的要求，本机采用了负荷保持阀的结构。试验力的施加是通过微机对液压系统进行控制实现自动加载的。微机控制步进
7、电机，步进电机带动一对减速比为16：1的行星齿轮运动副，通过丝杆的转动拉动微控负荷保持阀的阀芯，使试验机的系统压强增大，根据，从而实现加载活塞对钢球试验力的施加。其液压原理如图4所示，1.油泵电机组 2.系统节流阀 3.压力表 4.系统溢流阀5.加载电磁阀6.卸荷电磁阀 7.微控负荷保持阀 8.柱塞油缸9.过滤器10.油箱图5 液压加载原理图当压力油进入负荷保持阀体，经过平衡后，平衡孔使负荷保持，活塞稳定在一定的位置上，即达到负荷保持的目的；当步进电机旋转时，压力油间失去平衡，负荷将上升或下降，如果此时系统压力高于预置压力，则传感器将预置压力输入微机控制系统与预置压力比较，然后由微机控制电机反
8、转，直至系统压力与预置压力平衡为止。3.5 油盒及循环油箱 图6油盒部分 如图，需要时可安装油盒（4）于摩擦副处，加入润滑油，使油液浸过下试环（3）下边缘，上、下试环（1）（3）旋转时带入润滑油。温度传感器（品牌：进口 瑞士罗卓尼克）（2）可测量回路油液温度。回路油温测量范围：0-300，测量误差：1。 为满足长时间工作试验的需求，所配两套油源均采用低热量的油路设计，增加风冷式回油冷却器；当油路通电时冷却风扇将自动开启，为其降温。3.6控制系统该机控制系统由工业控制计算机（品牌：研祥）、专业控制软件、电气控制柜等部分构成。工业控制计算机（品牌：研祥）安装有Windows中文系统及济南益华摩擦学
9、测试技术有限公司自主研发的控制软件，按钮化简单操作，界面简洁明亮，操作方便，有在线提示功能，一键式输入可轻松完成试验参数设置；控制软件集预设、采集、控制、数据分析与处理、数据存储、生成报表、打印等功能于一体。图7 试验机面板操作图图8 测试系统操作界面操作测控软件可运行于Windows 9x/2000/XP/Win7下，可实时采集、显示试验力、试验时间、摩擦力矩、振动幅度、温度、转速与转数、摩擦系数、滑差率等试验参数，可实时绘制试验曲线，如：摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线，并记录、存储（文本Txt、图片Bmp等格式，如以文本格式存储实验数据，可用其他任何通用商用报表、字处理软件对试验数
10、据进行再处理）、生成试验报表、打印试验曲线，3.6.1全中文操作界面：按钮化的全中文操作界面, 设计简洁明亮, 适合任何级别的操作人员, 操作简单， 并设有快捷操作方式，有效提高工作效率，误操作少，使试验更可靠性、精确度更高。图9 试验力设定面板如图所示，试验各参数设置采用一键式输入方法，适用于任何级别试验操作人员，简化试验步骤，无复杂操作流程；并设有快捷操作方式，可有效提高实验效率，无误操作，更智能。3.6.2自处理、监控功能：1.）具有自监控功能，试验开启后，在无人情况下可完成试验或达到材料疲劳时可自行安全停机；2.）提供强大的自动测试及数据处理功能。只要按下试验按钮,系统依照预先设置的试
11、验参数自动进行试验、测试并自动处理试验数据；在试验结束后,自动打印试验报告,无需再按下打印控件按钮操作,实现了从自动测试到自动输出试验结果的全自动操作。 3.6.3保护功能：转数、摩擦系数、摩擦力矩、试验时间、振动信号参数超设定值自动停车，保证试验在安全的条件下有效运行。3.6.4帮助功能：状态栏提供所有操作项目的详细提示及说明, 包括菜单、工具栏和对话框等, 如需访问提示, 可单击“查看”按钮，屏幕上会弹出有关主题详细说明书的下拉框, 以指导操作、提请注意。图11 报表生成界面图12 试验曲线显示界面实验结束后，试验人员可根据需求，生成试验报表，存储试验数据，打印等，也可将存储后的实验数据在
12、其他商业软件中进行再处理。4. 主要技术参数指标： 试验力： 1.030kN，无级可调，试验力加载精度： 指示值1 试验力长时保持示值误差： 1F.S 试验扭矩： 145N.m 扭矩示值相对误差： 1 试验转速： 3005800r/min，无级可调 转速误差10r/min试验时间控制范围： 19999h试验转数显示与控制范围： 999999999试件尺寸： 满足标准GB10622-89、YB/T5345-2006标准，6020试验空间： 满足摩擦副的装夹试样、陪试件轴线在铅垂平面内平行度及水平平面内平行度：0.02mm主轴在安装试样和陪试件位置处径向跳动量及端面跳动量： 0.01mm；停机控制
13、方式： 手动/自动（时间、试验力、转数、转速、摩擦力矩、振动幅度等）外型尺寸： 180010001400mm（主机） 6005001600mm（电气控制柜） 500500500mm（油箱参考尺寸，两套）试验机各项参数符合GB10622-89、YB/T5345-2006、JB/T 10510-2005的有关规定。5.试验机的环境与工作条件：在室温100C350C范围内，室内条件；相对湿度不大于80%；在稳固的基础上正确安装；在周围无振动、无腐蚀性介质和无强电磁场干扰的清洁的环境中；使用电源：三相四线 380V；电源电压的波动范围不应超过额定电压的10%。6.关键部件品牌一览表项目名称品牌说明1电
14、机皖南电机2变频器合资品牌 英威腾3计算机研祥工业控制计算机4工业控制板卡台湾 泓格5温度传感器瑞士 罗卓尼克6轴承P5级轴承7扭矩传感器北京三晶8打印机惠普9弹性膜片联轴器日本 米思米10油泵日本 油研11交流接触器、空气开关德国 施耐德12开关电源洪海13数据采集模块台湾 泓格14试验力传感器福建 莆田设备配置单类别序号名称规格/数量备 注产品1主机1台配有：1. 变频电机 1台；2. 试验力传感器 1支；3. 动态扭矩传感器 1支；4. 主机液压系统 1套；5. 主机润滑及冷却系统 1套；6. 加速度传感器、配套电荷放大器 各一2电气控制柜1台3工业控制计算机1套装有数据采集控制系统、软件，计算机硬件：PCA-6007LV/奔腾双核CPU/内存2G/硬盘500G/DVD光驱/10M-100M 网卡/ 声卡/鼠标、键盘。4A4页幅彩
