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一種推力軸承試驗裝置的制作方法

文檔序號:5843317閱讀:304來源:國知局
專利名稱:一種推力軸承試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于測試軸承性能的試驗裝置領(lǐng)域,具體涉及一種推力軸承試驗裝置。
背景技術(shù)
軸承是機械產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)部件和關(guān)鍵部件,其性能的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起 著至關(guān)重要的作用。特別是對于應(yīng)用在石油鉆采中的井下工具來講,其軸承的可靠性對鉆 井作業(yè)的順利實施起著關(guān)鍵作用。因此,軸承的質(zhì)量和可靠性越來越受到重視,軸承的壽命 試驗及性能評估被視為重中之重,特別是對于特殊工況下的軸承,其性能試驗成為了整套 工具質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著世界石油工業(yè)的迅速發(fā)展,鉆采作業(yè)日益增多,隨之對鉆采用井下工具的可 靠性要求也越來越高。但是,石油鉆采井下工況惡劣,用于井下的鉆采工具如螺桿鉆具、旋 轉(zhuǎn)懸掛器等使用的推力軸承除了要經(jīng)受溫度、壓力、雜質(zhì)、重載等條件的考驗,還應(yīng)具有較 長的壽命。另外,井下鉆采工具規(guī)格種類繁多,尺寸系列變化多樣,致使對推力軸承需求的 規(guī)格范圍加大。這些因素都造成了該類推力軸承的測量難度大,測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。目前的現(xiàn)有技術(shù)中,專利號為ZL95208823. 1的專利公開了一種對滑動推力軸承 在線瞬時磨損進(jìn)行測量的滑動推力軸承加速磨損在線測量試驗機,其工作原理是通過杠 桿加載原理及杠桿的位移變化來實現(xiàn)對滑動推力軸承的在線磨損測量,但是其存在以下不 足(1)推力軸承承載量程范圍小,載荷變化調(diào)整不方便,重載推力軸承試驗不易實現(xiàn);(2) 電機直接旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速及驅(qū)動扭矩調(diào)整不便;C3)采用杠桿原理加載、測量,精度不易保證;[4]測量數(shù)據(jù)采用人工讀取,自動化程度低。專利號為US6199425B1的專利公開了一種對推力軸承的旋轉(zhuǎn)測試用試驗機,其工 作原理是通過利用磁力或空氣流體加載原理及通過橫列安置的電動機驅(qū)動測試裝置旋轉(zhuǎn), 但是其存在以下不足(1)適合用于低載荷、高轉(zhuǎn)速的軸承試驗,無法檢驗重載軸承;(2)試 驗的軸承的規(guī)格尺寸比較??;(3)試驗軸承的安裝不方便,安裝精度要求較高。公開號為的申請公開了一種徑向滑動軸承摩擦磨損在線測量試驗 機,包括驅(qū)動、加載、試驗裝置和信號采集等幾部分,其工作原理是通過杠桿原理對試驗件 進(jìn)行加載,由變頻電機驅(qū)動試驗件旋轉(zhuǎn),并采用傳感器采集試驗數(shù)據(jù),但是其存在以下不 足(1)要求試驗的樣件必須加工成規(guī)定尺寸,限制了試驗機的應(yīng)用范圍;(2)采用杠桿原 理加載、測量,精度不易保證;C3)試驗件的拆裝不方便,試驗件加工難度大?,F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)(《大型徑向和推力滑動軸承試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用》,胡朝陽等,齊 齊哈爾大學(xué)學(xué)報,2005. 6,第21卷第2期,P80-8》公開了一種徑向軸承的和推力軸承試驗 的復(fù)合試驗臺,包括拖動機構(gòu)、本體、加載機構(gòu)、滑油系統(tǒng)和測量系統(tǒng)等幾部分,其工作原理 是通過液壓油缸對試驗件進(jìn)行加載,由變頻電機驅(qū)動試驗件旋轉(zhuǎn),并采用傳感器采集試驗 數(shù)據(jù),但是其存在以下不足(1)該試驗裝置的試驗用主軸為臥式,在進(jìn)行徑向試驗軸承試 驗時,容易造成主軸的失穩(wěn);( 該試驗裝置的試驗用主軸在進(jìn)行推力試驗軸承試驗時,試 驗軸承的安裝不方便。
由于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足,目前還沒有針對井下鉆采工具使用的推力軸承的專 用試驗設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題,提供一種推力軸承試驗機, 為檢驗、評估石油鉆井井下工具專用的推力軸承性能提供測試和評價。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種推力軸承試驗裝置,包括加載系統(tǒng)、試驗臺部件、旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)和機架部件。所述加載系統(tǒng)、試驗臺部件和旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)以所述機架部件為基礎(chǔ)框架,并按垂 直順序依次安裝在其上所述加載系統(tǒng)安裝在試驗臺部件上方,旋轉(zhuǎn)傳動部件安裝在試驗 臺部件下方。所述試驗臺部件設(shè)置有試驗壓頭,其下端外壁上定位有試驗軸承,試驗軸承放置 在裝有冷卻介質(zhì)的冷卻槽中。所述冷卻槽的作用是用來裝冷卻介質(zhì)的,以對試驗中的軸承 進(jìn)行冷卻。其中的冷卻介質(zhì)可以是泥漿或清水等常用冷卻介質(zhì)。所述加載系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù) 中常用的液壓加載系統(tǒng),采用液壓缸活塞式加載,其液壓缸的加載活塞對試驗臺部件的試 驗壓頭垂直加壓,并設(shè)置有壓力傳感器測量壓力;所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的 電機傳動系統(tǒng),采用電機傳動,其減速機的輸出軸垂直向上并與傳動主軸軸向連接,傳動主 軸與試驗壓頭軸向連接,電機帶動傳動主軸轉(zhuǎn)動,從而帶動試驗壓頭旋轉(zhuǎn),并設(shè)置有扭矩傳 感器測量扭矩。加載系統(tǒng)提供試驗所需的載荷,旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)提供試驗的動力和轉(zhuǎn)速。隨著液壓 缸的加載活塞給試驗壓頭施加壓力,同時通過電機帶動試驗壓頭旋轉(zhuǎn),而給試驗軸承施壓 并帶動其旋轉(zhuǎn),并利用壓力傳感器和扭矩傳感器對試驗軸承在設(shè)定的壓力參數(shù)、轉(zhuǎn)速、扭矩 條件下的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行測試。具體來講本發(fā)明所述的試驗裝置中機架部件包括機架基座、機架底板、機架拖動板、機架頂 板和立柱。所述機架基座為具有上水平板的框架結(jié)構(gòu)。所述機架底板、機架拖動板、機架頂 板為相互平行的平板,其中機架底板固定安裝在機架基座的上水平板上。兩個或兩個以上 立柱從上至下依次垂直穿過機架頂板、機架拖動板和機架底板,所述立柱均布在靠近平板 四邊的位置,其下端固定在所述機架基座的上水平板上。所述機架頂板固定在立柱上部,所 述機架拖動板位于機架頂板和機架底板之間,并能夠在立柱上滑動。更進(jìn)一步地,所述機架部件的機架基座上水平板上的立柱優(yōu)選為四個,所述機架 底板、機架拖動板、機架頂板優(yōu)選為同中心線的矩形平板,所述立柱從上至下依次垂直穿過 機架頂板、機架拖動板和機架底板平板的四個角。這樣使得機架部件更加穩(wěn)定。以上所述的機架頂板、機架底板及立柱形成的框架結(jié)構(gòu)用來承受試驗時的軸向載 荷,從而給試驗軸承提供下壓載荷。整個機架部件成為試驗裝置的加載系統(tǒng)、試驗臺部件和 旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架。本發(fā)明所述的試驗裝置中加載系統(tǒng)采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的液壓缸活塞式加載技 術(shù),包括液壓泵站、液壓缸、加載活塞等。液壓泵站通過管路與所述液壓缸連接,實現(xiàn)加載活 塞的上行和下行。液壓缸固定安裝在機架部件的機架頂板上,加載活塞從中心位置穿過機架頂板,對機架拖動板垂直加壓,加載活塞的下端和機架拖動板之間裝有壓力傳感器。壓力 傳感器用來測量由液壓泵站提供給液壓缸的軸向下壓力,下壓載荷的大小通過調(diào)整液壓泵 站提供的液壓力來獲得。更進(jìn)一步地,所述加載系統(tǒng)中的加載活塞下端固定有承載盤,所述承載盤和機架 拖動板上沿周邊分別設(shè)有相對應(yīng)的連接孔,通過固定螺栓穿過承載盤和拖動板上的對應(yīng)的 連接孔,并在機架拖動板下方用螺母鎖緊;在所述承載盤和所述機架拖動板之間,承載盤下 表面的中心位置固定安裝有壓力傳感器,用來測量由液壓缸加載的軸向下壓力。本發(fā)明所述的試驗裝置中旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng),采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的電機傳動技術(shù)。 所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)包括傳動主軸、減速機、變頻電機等。旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)安裝在機架基座的上 水平板下方,其減速機的輸出軸垂直向上通過扭矩傳感器與傳動主軸軸向連接,傳動主軸 穿過機架基座的上水平板及其上的機架底板,機架底板中心部位為一通孔,傳動主軸穿過 該通孔其下段通過上下兩個定位軸承定位安裝在機架底板通孔內(nèi);通過電機經(jīng)減速機帶動 傳動主軸旋轉(zhuǎn)。所述定位軸承選用現(xiàn)有技術(shù)中常用來軸定位的向心球球軸承。更進(jìn)一步地,所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)中所述減速機由減速機架固定。所述減速機架上 端穿過機架基座上水平板固定在機架底板的下表面上,其下端固定有減速機,扭矩傳感器 通過固定在減速機架側(cè)板上的傳感器座固定,用于防止扭矩傳感器的外殼旋轉(zhuǎn)。扭矩傳感 器位于所述減速機上方。所述減速機的輸出軸與所述扭矩傳感器的下接頭同軸連接,所述 扭矩傳感器的上接頭與所述傳動主軸同軸連接。本發(fā)明所述的試驗裝置中試驗臺部件位于機架拖動板和機架底板之間,包括試驗 底座、試驗壓頭。所述試驗底座固定在所述機架底板上,其中心部位為一通孔,與機架底板 上的通孔同軸;在所述試驗底座上環(huán)繞通孔設(shè)置有一裝有冷卻介質(zhì)的環(huán)形冷卻槽;所述試 驗壓頭為內(nèi)腔中空的圓柱體,與試驗底座的通孔同軸,其外壁從上至下以外徑分大中小三 部分;其大外徑部分和中外徑部分之間優(yōu)選為錐面過渡,中外徑部分和小外徑部分之間是 抬肩結(jié)構(gòu);試驗壓頭上端的大外徑部分通過推力承載軸承及其軸承外套定位安裝在所述機 架拖動板下表面上;試驗軸承套在試驗壓頭下端小外徑部分的外壁上,其上端面被卡在所 述抬肩下;試驗壓頭中空的內(nèi)腔以內(nèi)徑不同分為兩段,其上段為小內(nèi)徑部分,其下段為大 內(nèi)徑部分,下段大內(nèi)徑部分的內(nèi)徑大于環(huán)形冷卻槽的內(nèi)環(huán)外徑;所述傳動主軸穿過試驗底 座的通孔及其上的環(huán)形冷卻槽,當(dāng)給滑動機架拖動板加壓,帶動試驗壓頭向下運動時,傳動 主軸從下方插入試驗壓頭內(nèi)腔上段小內(nèi)徑部分時,其上段與試驗壓頭內(nèi)腔上段接觸部分以 花鍵式連接,選擇這種不可相對旋轉(zhuǎn)但可相對軸向滑動的方式連接是因為如果軸向不可滑 動,那么軸向的負(fù)載就由傳動主軸等之類的承擔(dān)了,而不是被測軸承承擔(dān);而且軸向可滑動 也便于試驗軸承在試驗壓頭上的卸載和安裝。此種連接方式優(yōu)選所述傳動主軸上段與試 驗壓頭內(nèi)腔上段的接觸部分通過花鍵齒嚙合連接。此時環(huán)形冷卻槽的內(nèi)環(huán)插入試驗壓頭內(nèi)腔下段,使定位在試驗壓頭下端的試驗軸 承浸入冷卻介質(zhì)中;試驗軸承的下端面觸抵在環(huán)形冷卻槽的槽底,試驗壓頭的下端面高于 試驗軸承的下端面,其與槽底之間留有空隙。這是為了防止由試驗底座替被測軸承承擔(dān)軸 向負(fù)載。由此實現(xiàn)試驗壓頭的上升、下降和旋轉(zhuǎn)。試驗壓頭下行作用在試驗軸承上,提供試 驗載荷。以上所述加載活塞、壓力傳感器、試驗壓頭、試驗軸承、環(huán)形冷卻槽和傳動主軸均為同一軸線。更進(jìn)一步地所述試驗臺部件中試驗壓頭上端面中心有環(huán)狀凸臺,其與試驗壓頭上端面形成環(huán) 形抬肩,推力承載軸承套在這個環(huán)形抬肩上;所述機架拖動板下表面固定有連接盤,推力承 載軸承外設(shè)有軸承外套,軸承外套上端與連接盤的下表面固定連接,其下端設(shè)置有軸承壓 盤將試驗壓頭卡在軸承外套內(nèi),所述試驗壓頭通過推力承載軸承及軸承外套定位安裝在機 架拖動板下方。所述試驗臺部件中的試驗底座上的環(huán)形冷卻槽,包括冷卻槽外筒和冷卻槽內(nèi)筒, 所述冷卻槽外筒內(nèi)部套有冷卻槽內(nèi)筒,兩者均與試驗底座的通孔同軸,并且冷卻槽內(nèi)筒的 內(nèi)徑大于或等于通孔孔徑,冷卻槽內(nèi)筒的外徑小于所述試驗壓頭內(nèi)腔下段大內(nèi)徑部分的內(nèi) 徑;冷卻槽外筒和冷卻槽內(nèi)筒的下端均固定安裝在所述試驗底座上,冷卻槽外筒和冷卻槽 內(nèi)筒與兩者之間的試驗底座上表面形成環(huán)形冷卻槽,其中裝有冷卻介質(zhì)。更優(yōu)選地所述試 驗底座上表面上,環(huán)繞冷卻槽內(nèi)筒的外圍設(shè)置有環(huán)形定位凹槽。在進(jìn)行試驗軸承的安裝時, 只需將加載系統(tǒng)中的試驗壓頭上行提起,將試驗軸承安裝到在試驗底座上所述的環(huán)形定位 凹槽內(nèi),通過環(huán)形定位凹槽的內(nèi)壁來初步定位試驗軸承。然后將試驗壓頭下壓,通過試驗壓 頭下段的外圓來最終定位試驗軸承。本發(fā)明的試驗裝置中提到的固定連接可采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種固定連接方式,包 括螺拴、螺釘固定、鍵銷式固定連接、焊接等。本發(fā)明所述的試驗裝置還包括控制系統(tǒng)。在所述加載系統(tǒng)中,與給液壓缸提供液 壓的液壓泵站相連接的電氣系統(tǒng),及所述壓力傳感器與控制系統(tǒng)連接,通過控制系統(tǒng)來控 制試驗壓力;所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)中的電機、及扭矩傳感器與控制系統(tǒng)連接。扭矩傳感器和壓 力傳感器測試的扭矩、壓力信號傳至控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)來控制試驗轉(zhuǎn)速。所述控制系統(tǒng)包括計算機系統(tǒng),可通過計算機系統(tǒng)對扭矩信號和壓力信號進(jìn)行實 時監(jiān)控,并可以自動控制壓力的變化,實現(xiàn)對試驗裝置的自動控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是(1)自動化程度高,通過控制計算機進(jìn)行 試驗參數(shù)的設(shè)定,以及測試軸承數(shù)據(jù)的即時采集、存儲和分析,并通過計算機進(jìn)行適時的反 饋控制;( 整套裝置的模塊化程度高,便于各個單元設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù);C3)實現(xiàn)了軸承 測量時旋轉(zhuǎn)的無級變速,提供了足夠的旋轉(zhuǎn)扭矩,并可對扭矩傳動皮帶的預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整; (4)便于各種載荷的無間隙調(diào)整,實現(xiàn)了軸承的多個載荷承壓試驗;(5)實現(xiàn)了各種冷卻介 質(zhì)環(huán)境下對軸承的壽命測量試驗;(6)試驗壓頭和試驗臺是分開的,通過液壓提起試驗壓 頭,方便了試驗軸承的拆裝;(7)適用非常規(guī)尺寸的重載推力軸承測試。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述圖1是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的機架部件連接結(jié)構(gòu)局部放大示意圖。圖3是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的加載系統(tǒng)的局部示意4是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的試驗臺部件的局部示意5是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的試驗臺部件的局部剖面圖。
圖6是本發(fā)明推力軸承試驗裝置的旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)的局部示意圖
具體實施例方式如圖1所示,一種推力軸承試驗裝置,包括加載系統(tǒng)13、試驗臺部件10、旋轉(zhuǎn)傳動 系統(tǒng)4和機架部件5。所述加載系統(tǒng)13、試驗臺部件10和旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)4以所述機架部件5為基礎(chǔ)框 架,并按垂直順序依次安裝在其上所述加載系統(tǒng)13安裝在試驗臺部件10上方,旋轉(zhuǎn)傳動 部件4安裝在試驗臺部件10下方。所述加載系統(tǒng)13、試驗臺部件10和旋轉(zhuǎn)傳動部件4安 裝在所述機架部件5上。所述加載系統(tǒng)13與試驗臺部件10連接,所述試驗臺部件10與旋 轉(zhuǎn)傳動部件4連接。加載系統(tǒng)13提供試驗所需的載荷,旋轉(zhuǎn)傳動部件4提供試驗的動力和 速度。所述機架部件5包括機架臺6、機架底板8、機架拖動板11、機架頂板14和四個立 柱19。所述立柱19從上至下依次穿過所述機架頂板14、機架拖動板11和機架底板8,所 述立柱19通過下端的環(huán)形臺階21和第三鎖緊螺母20固定在所述機架臺6上(如圖2所 示)。所述機架頂板14通過第一鎖緊螺母16和第二鎖緊螺母17固定在所述立柱19上部, 所述機架底板8固定在所述立柱19下部,所述機架拖動板11位于所述機架頂板14和機架 底板8之間,并能夠在所述立柱19上滑動。機架頂板14、機架底板8及立柱19形成的框架 結(jié)構(gòu)用來承受試驗時的軸向載荷,從而給被測軸承9提供下壓載荷。整個機架部件5成為 試驗的加載系統(tǒng)13、試驗臺部件10和旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)4的集成基礎(chǔ)。如圖3所示,所述加載系統(tǒng)13包括液壓泵站3、液壓缸25、加載活塞M、承載盤27 和壓力傳感器12。所述液壓泵站3通過加載供油管15和回程供油管18與所述加載系統(tǒng) 13連接,實現(xiàn)加載活塞M的上行和下行;所述液壓缸25焊接固定在所述機架頂板14上, 加載活塞M從中心位置穿過機架頂板14,其下端通過壓盤沈和第二固定螺栓23固定有承 載盤27。所述承載盤27和機架拖動板11上沿周邊分別設(shè)有相對應(yīng)的連接孔,通過第一固 定螺栓22穿過承載盤27和拖動板11上的對應(yīng)的連接孔,并在機架拖動板11下方用螺母 鎖緊。在所述承載盤27和所述機架拖動板11之間。所述壓力傳感器12通過第三固定螺 栓觀固定在所述承載盤27下表面的中心位置。壓力傳感器12用來測量由液壓泵站3提 供給液壓缸25的軸向下壓力,下壓載荷的大小通過調(diào)整液壓泵站3提供的液壓力來獲得。如圖4所示,所述試驗臺部件10位于機架拖動板11和機架底板8之間,包括試驗 底座30、冷卻槽外筒31、冷卻槽內(nèi)筒41、推力承載軸承35和試驗壓頭40。所述試驗壓頭40 為內(nèi)腔中空的圓柱體,與試驗底座8的通孔同軸,其外壁從上至下以外徑分大中小三部分。 其大外徑部分和中外徑部分之間為錐面過渡,中外徑部分和小外徑部分之間是抬肩結(jié)構(gòu)。 所述試驗壓頭40上端面中心有環(huán)狀凸臺,其與試驗壓頭上端面形成環(huán)形抬肩,推力承載軸 承35套在這個環(huán)形抬肩上。在所述機架拖動板11下表面通過第五固定螺栓37固定有連 接盤36,所述推力承載軸承35的軸承外套38焊接固定在所述連接盤36的下表面。所述試 驗壓頭40通過第四固定螺栓33和壓盤34定位在所述軸承外套38內(nèi)。由此實現(xiàn)試驗壓頭 40的上升、下降和旋轉(zhuǎn)。試驗軸承9套在試驗壓頭40下端小外徑部分的外壁上,其上端面 被卡在所述抬肩下。試驗壓頭40下行作用在試驗軸承9上,提供試驗載荷。所述試驗底座30通過第六固定螺栓42固定在所述機架底板8上,所述冷卻槽外筒31和冷卻槽內(nèi)筒41相套,并安裝在所述試驗底座30上。冷卻槽外筒31和冷卻槽內(nèi)筒 41與兩者之間的試驗底座30上表面形成環(huán)形冷卻槽。在所述冷卻槽外筒31和冷卻槽內(nèi)筒 41之間裝有冷卻介質(zhì)32,冷卻介質(zhì)32采用清水或泥漿。所述試驗底座30上表面上,環(huán)繞 冷卻槽內(nèi)筒41的外圍設(shè)置有環(huán)形定位凹槽63,用于試驗軸承9在試驗底座30上的初步定 位。在實際使用時,向上移動試驗壓頭40,將試驗軸承9放置在試驗底座30上的環(huán)形定位 凹槽63內(nèi),通過環(huán)形定位凹槽63的內(nèi)壁65來初步定位試驗軸承9 ;然后將試驗壓頭40下 壓,通過試驗壓頭40下段的外圓64來最終定位試驗軸承9。如圖6所示,所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)4包括傳動主軸39、扭矩傳感器7、減速機架56、減 速機57、變頻電機58和電機座60。所述電機座60通過調(diào)整螺栓61和固定螺栓62定位在 所述機架基座6的底部,所述變頻電機58固定在所述電機座60上。所述變頻電機58的電 機皮帶輪59與所述減速機57的減速機皮帶輪46通過皮帶47連接,通過調(diào)整螺栓61可以 調(diào)整皮帶47的張力。所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)中所述減速機57由減速機架56固定。所述減速機架56上端 穿過機架基座6上水平板固定在機架底板8的下表面上,其下端用螺栓固定有減速機57。 扭矩傳感器7通過固定在減速機架56側(cè)板上的傳感器座50固定,用于防止扭矩傳感器7 的外殼旋轉(zhuǎn)。扭矩傳感器7位于所述減速機57上方。所述減速機57的輸出軸48通過聯(lián) 軸器陽與所述扭矩傳感器7的下接頭49同軸連接,所述扭矩傳感器7的上接頭53與所述 傳動主軸39通過花鍵同軸連接。提供旋轉(zhuǎn)所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。所述傳動主軸39通過第一 定位軸承四和第二定位軸承52安裝在所述機架底板8上,所述定位軸承四采用向心球球 軸承,其通過第一軸承壓蓋43固定在機架底板8上的(如圖4所示)。所述第二軸承壓蓋 51和卡簧M將第二定位軸承52固定在所述機架底板8上。所述傳動主軸39與所述試驗 壓頭40連接(如圖5所示),具體來說,所述傳動主軸39從下方插入試驗壓頭40內(nèi)腔上段 小內(nèi)徑部分,其上段與試驗壓頭40內(nèi)腔上段接觸部分以通過花鍵齒44嚙合連接來實現(xiàn)旋 轉(zhuǎn)扭矩的傳遞和試驗轉(zhuǎn)速的提供。所述扭矩傳感器7用來測量旋轉(zhuǎn)扭矩和主軸轉(zhuǎn)速。減速 機57通過減速機架56連接到機架部件5上,減速機57和變頻電機58通過皮帶47傳遞旋 轉(zhuǎn)動力,通過變頻電機58的轉(zhuǎn)速調(diào)整可以實現(xiàn)無級變速。另外,變頻電機58帶有電機滑動 座,用來調(diào)整變頻電機58和減速機57之間的距離,以達(dá)到調(diào)整皮帶的預(yù)緊力的目的。地腳 螺栓45用來將所述試驗裝置固定在地面上,增加試驗裝置的穩(wěn)定性和精確性。以上所述加載活塞對、壓力傳感器12、試驗壓頭40、試驗軸承9、環(huán)形冷卻槽和傳 動主軸39均為同一軸線。如圖1所示所述試驗裝置還包括電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng),所述液壓泵站3與所述電 氣系統(tǒng)連接;所述電氣系統(tǒng)與所述控制系統(tǒng)連接。所述電氣系統(tǒng)安裝在電氣柜2內(nèi);所述控 制系統(tǒng)安裝在控制臺1內(nèi),控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有計算機。壓力傳感器12、扭矩傳感器7測試的加 載力、扭矩信號傳至控制系統(tǒng)。使用本發(fā)明的推力軸承試驗裝置對軸承進(jìn)行測試,可根據(jù)推力軸承的實際工況來 設(shè)定壓力參數(shù)和轉(zhuǎn)速,并設(shè)定推力軸承在實際工況中允許的最高扭矩參數(shù),測試推力軸承 在首次達(dá)到設(shè)定的最高扭矩的運轉(zhuǎn)時間。該推力軸承試驗裝置的控制系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng) 可以自動的記錄推力軸承在設(shè)定參數(shù)下的及時扭矩、運轉(zhuǎn)時間。本發(fā)明實現(xiàn)了以下功能利用計算機對整套設(shè)備的操作進(jìn)行控制,計算機控制載荷、轉(zhuǎn)速的調(diào)整,數(shù)據(jù)的實時采集、記錄和存儲;將加載系統(tǒng)、試驗臺部件和旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)等 機械系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計,便于組裝和維護(hù);利用變頻電機提供旋轉(zhuǎn)動力,并通過減速機傳遞 扭矩,實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級變速;設(shè)計的試驗臺部件上安裝泥漿池,便于實現(xiàn)各種介質(zhì)中軸承的 性能測試;利用液壓機構(gòu)來為試驗提供試驗載荷,這樣實現(xiàn)額定載荷內(nèi)各種載荷的測試; 設(shè)計的電機滑動座方便實現(xiàn)電機與減速機之間的距離調(diào)整,便于轉(zhuǎn)動皮帶的安裝和預(yù)緊力 的調(diào)整。 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式,對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言,在本 發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上,很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形,而不僅限于本 發(fā)明上述具體實施方式
所描述的方法,因此前面描述的方式只是優(yōu)選地,而并不具有限制 性的意義。
權(quán)利要求
1.一種推力軸承試驗裝置,包括加載系統(tǒng)[13]、試驗臺部件[10]、旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]和 機架部件[5],其特征在于所述加載系統(tǒng)[13]、試驗臺部件[10]和旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]以所述機架部件[5]為基礎(chǔ) 框架,并按垂直順序依次安裝在其上所述加載系統(tǒng)[13]安裝在試驗臺部件[10]上方,旋 轉(zhuǎn)傳動部件[4]安裝在試驗臺部件[10]下方;所述試驗臺部件[10]設(shè)置有試驗壓頭[40],其下端外壁上定位有試驗軸承[9],試驗 軸承[9]放置在裝有冷卻介質(zhì)的冷卻槽中;所述加載系統(tǒng)[13]為液壓加載系統(tǒng),采用液壓 缸活塞式加載,其液壓缸[25]的加載活塞[24]對試驗臺部件[10]的試驗壓頭W0]垂直 加壓,并設(shè)置有壓力傳感器[12]測量壓力;所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]為電機傳動系統(tǒng),采用電 機傳動,其減速機[57]的輸出軸垂直向上并與傳動主軸[39]軸向連接,傳動主軸[39]與 試驗壓頭W0]軸向連接,電機帶動傳動主軸[39]轉(zhuǎn)動,從而帶動試驗壓頭W0]旋轉(zhuǎn),并設(shè) 置有扭矩傳感器[7]測量扭矩;隨著液壓缸[25]的加載活塞[24]給試驗壓頭W0]施加壓力,同時通過電機帶動試驗 壓頭W0]旋轉(zhuǎn),而給試驗軸承[9]施壓并帶動其旋轉(zhuǎn),并利用壓力傳感器[12]和扭矩傳感 器[7]對試驗軸承在設(shè)定的壓力參數(shù)、轉(zhuǎn)速、扭矩條件下的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推力軸承試驗裝置,其特征在于所述機架部件[5]包括機架基座W]、機架底板[8]、機架拖動板[11]、機架頂板[14] 和立柱[19];所述機架基座[6]為具有上水平板的框架結(jié)構(gòu);所述機架底板[8]、機架拖動 板[11]、機架頂板[14]為相互平行的平板,其中機架底板[8]固定安裝在機架基座W]的 上水平板上;兩個或兩個以上立柱[19]從上至下依次垂直穿過機架頂板[14]、機架拖動板 [11]和機架底板[8],所述立柱[19]均布在靠近平板四邊的位置,其下端固定在所述機架 基座W]的上水平板上;所述機架頂板[14]固定在立柱[19]上部,所述機架拖動板[11] 位于機架頂板[14]和機架底板[8]之間,并能夠在立柱[19]上滑動;所述加載系統(tǒng)[13]的液壓缸[25]固定安裝在機架部件[5]的機架頂板[14]上,加載 活塞[24]從中心位置穿過機架頂板[14],對機架拖動板[11]垂直加壓,加載活塞[24]的 下端和機架拖動板[11]之間裝有壓力傳感器[12];所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]安裝在機架基座[6]的上水平板下方,其減速機[57]的輸出軸 垂直向上通過扭矩傳感器[7]與傳動主軸[39]軸向連接,傳動主軸[39]穿過機架基座[6] 的上水平板及其上的機架底板[8],機架底板[8]中心部位為一通孔,傳動主軸[39]穿過 該通孔其下段通過上下兩個定位軸承定位安裝在機架底板[8]通孔內(nèi);通過電機經(jīng)減速機 [57]帶動傳動主軸[39]旋轉(zhuǎn);所述試驗臺部件[10]位于機架拖動板[11]和機架底板[8]之間,包括試驗底座[30]、 試驗壓頭W0];所述試驗底座[30]固定在所述機架底板[8]上,其中心部位為一通孔,與 機架底板[8]上的通孔同軸;在所述試驗底座[30]上環(huán)繞通孔設(shè)置有一裝有冷卻介質(zhì)的 環(huán)形冷卻槽;所述試驗壓頭W0]為內(nèi)腔中空的圓柱體,與試驗底座[30]的通孔同軸,其外 壁從上至下以外徑分大中小三部分;其中外徑部分和小外徑部分之間是抬肩結(jié)構(gòu);試驗壓 頭W0]上端的大外徑部分通過推力承載軸承[35]及其軸承外套[38]定位安裝在所述機 架拖動板[11]下表面上;試驗軸承[9]套在試驗壓頭W0]下端小外徑部分的外壁上,其 上端面被卡在所述抬肩下;試驗壓頭W0]中空的內(nèi)腔以內(nèi)徑不同分為兩段,其上段為小內(nèi)徑部分,其下段為大內(nèi)徑部分,下段大內(nèi)徑部分的內(nèi)徑大于環(huán)形冷卻槽的內(nèi)環(huán)外徑;所述傳 動主軸[39]穿過試驗底座[30]的通孔及其上的環(huán)形冷卻槽,當(dāng)給滑動機架拖動板[11]加 壓,帶動試驗壓頭W0]向下運動時,傳動主軸[39]從下方插入試驗壓頭W0]內(nèi)腔上段小 內(nèi)徑部分時,其上段與試驗壓頭W0]內(nèi)腔上段接觸部分以花鍵方式連接;此時環(huán)形冷卻槽 的內(nèi)環(huán)插入試驗壓頭W0]內(nèi)腔下段,使定位在試驗壓頭W0]下端的試驗軸承浸入冷卻介 質(zhì)中;試驗軸承[9]的下端面觸抵在環(huán)形冷卻槽的槽底,試驗壓頭W0]的下端面高于試驗 軸承[9]的下端面,其與槽底之間留有空隙;以上所述加載活塞D4]、壓力傳感器[12]、試驗壓頭[40]、試驗軸承[9]、環(huán)形冷卻槽 和傳動主軸[39]均為同一軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種推力軸承試驗裝置,其特征在于所述機架部件[5]的機架基座[6]上水平板上的立柱[19]為四個,所述機架底板[8]、 機架拖動板[11]、機架頂板[14]為同中心線的矩形平板,所述立柱[19]從上至下依次垂直 穿過機架頂板[14]、機架拖動板[11]和機架底板[8]平板的四個角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種推力軸承試驗裝置,其特征在于所述加載系統(tǒng)[3]中的加載活塞[24]下端固定有承載盤[27],所述承載盤[27]和機 架拖動板[11]上沿周邊分別設(shè)有相對應(yīng)的連接孔,通過固定螺栓穿過承載盤[27]和拖動 板[11]上的對應(yīng)的連接孔,并在機架拖動板[11]下方用螺母鎖緊;在所述承載盤[27]和 所述機架拖動板[11]之間,承載盤[27]下表面的中心位置固定安裝有壓力傳感器[12],用 來測量由液壓缸[25]加載的軸向下壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種推力軸承試驗裝置,其特征在于所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]中所述減速機[57]由減速機架[56]固定;所述減速機架[56] 上端穿過機架基座[6]上水平板固定在機架底板[8]的下表面上,其下端固定有減速機 [57],扭矩傳感器[7]通過固定在減速機架[56]側(cè)板上的傳感器座[50]固定,并位于所述 減速機[57]上方;所述減速機[57]的輸出軸W8]與所述扭矩傳感器[7]的下接頭W9] 同軸連接,所述扭矩傳感器[7]的上接頭[53]與所述傳動主軸[39]同軸連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種推力軸承試驗裝置,其特征在于所述試驗臺部件[10]中試驗壓頭W0]上端面中心有環(huán)狀凸臺,其與試驗壓頭W0]上 端面形成環(huán)形抬肩,推力承載軸承[35]套在這個環(huán)形抬肩上;所述機架拖動板[11]下表 面固定有連接盤[36],推力承載軸承[35]外設(shè)有軸承外套[38],軸承外套[38]上端與連 接盤[36]的下表面固定連接,其下端設(shè)置有軸承壓盤將試驗壓頭W0]卡在軸承外套[38] 內(nèi),所述試驗壓頭W0]通過推力承載軸承[35]及軸承外套[38]定位安裝在機架拖動板 [11]下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗裝置,其特征在于所述傳動主軸[39]上段與試驗壓頭W0]內(nèi)腔上段的接觸部分通過花鍵齒W4]嚙合 連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗裝置,其特征在于所述試驗臺部件[10]中的試驗底座[30]上的環(huán)形冷卻槽,包括冷卻槽外筒[31]和冷 卻槽內(nèi)筒[41],所述冷卻槽外筒[31]內(nèi)部套有冷卻槽內(nèi)筒[41],兩者均與試驗底座[30] 的通孔同軸,并且冷卻槽內(nèi)筒Wl]的內(nèi)徑大于或等于通孔孔徑,冷卻槽內(nèi)筒Wl]的外徑小于所述試驗壓頭W0]內(nèi)腔下段大內(nèi)徑部分的內(nèi)徑;冷卻槽外筒[31]和冷卻槽內(nèi)筒Wl]下 端均固定安裝在所述試驗底座[30]上,冷卻槽外筒[31]和冷卻槽內(nèi)筒Wl]與兩者之間的 試驗底座[30]上表面形成環(huán)形冷卻槽,其中裝有冷卻介質(zhì)[32]。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的試驗裝置,其特征在于所述試驗底座[30]上表面上,環(huán)繞冷卻槽內(nèi)筒Wl]的外圍設(shè)置有環(huán)形定位凹槽[63], 用于試驗軸承[9]在試驗底座[30]上的初步定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9之任一項所述的試驗裝置,其特征在于所述試驗裝置包括控制系統(tǒng);在所述加載系統(tǒng)[13]中,與給液壓缸[25]提供液壓的液 壓泵站[3]相連接的電氣系統(tǒng),及所述壓力傳感器[12]與控制系統(tǒng)連接,通過控制系統(tǒng)來 控制試驗壓力;所述旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)[4]中的電機、及扭矩傳感器[7]與控制系統(tǒng)連接,通過 控制系統(tǒng)來控制試驗轉(zhuǎn)速。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的試驗裝置,其特征在于所述控制系統(tǒng)包括計算機系統(tǒng),實現(xiàn)對試驗裝置的自動控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種推力軸承試驗裝置。包括安裝在機架部件(5)上的加載系統(tǒng)(13)、試驗臺部件(10)、旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)(4),以及電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。以機架部件(5)為基礎(chǔ)框架,加載系統(tǒng)(13)垂直安裝在試驗臺部件(10)上方,通過液壓缸(25)活塞對試驗臺部件(10)中的下段定位有試驗軸承(9)的試驗壓頭(40)加壓;旋轉(zhuǎn)傳動部件(4)安裝在試驗臺部件(10)下方,通過傳動主軸(39)帶動試驗壓頭(40)旋轉(zhuǎn);并利用壓力傳感器(12)和扭矩傳感器(7)對試驗軸承(9)在設(shè)定參數(shù)和條件下的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行測試。本裝置適用非常規(guī)尺寸的重載推力軸承測試,自動化程度高,并可通過計算機進(jìn)行適時的反饋控制。
文檔編號G01M13/04GK102053015SQ20091023677
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者鄭曉志, 郭朝輝, 阮臣良, 馬蘭榮, 馬開華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院
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