摘　要：介绍了“北京交通大学-NTN牵引电机轴承试验站”试验台的功能、性能指标以及各主要组成部分的结构与原理。列举了试验台建立以来主要完成的试验项目，并给出了典型的试验结果。本试验台可为轴承生产企业、高速牵引电机的设计等单位提供轴承、润滑油脂的性能测试服务。
　　关键词：轴承；润滑；试验台；牵引电机；耐久性；高速铁路
　　在铁路机车车辆运行中，滚动轴承是安全运行的关键部件，也是Z容易损坏的部件之一，它的故障直接关系到运输的安全。高速、重载、长途运行的列车，轴承的故障往往会迅速扩大，在短时间内会造成热轴、燃轴、切轴而Z终导致列车颠覆等重大行车事故^[1]。为了适应轴承高速旋转和牵引电机各部温升的特点，必须提高轴承、润滑脂的耐热性和耐久性^[2]。国内滚动轴承制造技术上的落后，很大程度上也是受限制于轴承试验台的技术水平。因此，提高轴承试验、检测技术水平成为解决中国轴承技术落后的关键问题之一。
　　我国轴承行业缺乏相应的关键试验技术及试验设备。长期以来，虽在各行业均有一些轴承试验台。，但不能对高速铁路用轴承进行模拟性能试验，特别是耐久性试验，因而不能全面正确评估和控制轴承的质量，不能消除轴承使用中的不安全隐患，高速铁路用轴承基本依赖国外进口。影响轴承及其润滑系统综合性能的因素错综复杂，在目前基础理论还不完善的阶段，试验研究尤其重要。采用先进的轴承试验台进行系统研究，对深入理解轴承和油脂的摩擦磨损性能、耐热耐蚀性能、抗疲劳性能等提供重要技术手段，为改进轴承设计制造水平和优化润滑技术提供可靠依据。
　　1　试验台概况
　　“北京交通大学-NTN牵引电机轴承试验站”是由北京交通大学和国外著名轴承制造公司NTN成功合作的成果，是具有先进水平的、国内的可以进行高速列车牵引电机轴承试验的专用设备。试验台于2004年11月4日顺利完成了设备安装和调试。图1是试验台的照片。 　　1.1试验台特点
　　（1）圆柱滚子轴承和深沟球轴承成对装配，与实际电机中的轴承布局相同；
　　（2）密封油脂型腔构造与实际电机的构造完全一致，能够模拟实际的润滑剂流动状况；
　　（3）2套主轴可以进行轴承和油脂的对比试验；
　　（4）该试验系统具有高度自动化和故障保护措施，能实现无人值守工作上万小时；
　　（5）可以对试验轴承的温度以及轴承的振动加速度值进行全程监控和记录。
　　1.2主要技术指标
　　主轴转速：0～10000r/min
　　主轴数量：2工位，可进行对比试验
　　径向负荷：0～4900N
　　轴向负荷：0～1960N，并可循环加、卸载
　　加热温度：0～200℃
　　1.3主要功能
　　能根据实际使用状况进行不同转速、轴向和径向载荷、温度、润滑油脂等综合条件下的试验。可进行常用的3种试验：
　　（1）急加速试验：从静止快速提升到某一高速，主要考察轴承和油脂的动态特性。
　　（2）温升特性试验：在轴向和径向负荷固定条件下，转速呈阶梯状升高，考察轴承在某速度下的温升。
　　（3）耐久性试验：在某一特定转速、轴向和径向负荷条件下进行长达数月的试验，考察油脂和轴承的耐久性能。
　　2　试验台结构与原理
　　2.1试验台布局
　　试验台布局如图2所示，按照功能模块划分，它包括2套试验主轴、驱动电机、控制柜、测试系统、供油系统、冷却系统、油气雾化器以及辅助设备等。 　　2.2各部件功能及原理
　　2.2.1试验主轴
　　如图3所示，主轴内安装有被试轴承1和3及其轴承座，承受径向、轴向负荷的装置，并装有轴承内圈温度遥测单元6及其它零部件。当安装不同尺寸的试验轴承时，套筒9内的部件也不同。被试轴承的轴承座及其润滑脂腔均按照实际电机的结构设计，Z大程度地模拟实际工况。如果需要评定油脂的高温性能，可在轴承座内安装加热装置，Z高温度达200℃。 　　2.2.2驱动部分
　　由37kW变频电机和同步带传动构成，驱动主轴按照指定速度旋转。2套主轴可同步旋转，进行轴承或油脂的对比试验。
　　2.2.3控制部分
　　由试验台控制柜（操作盘）、控制电磁阀、传感器等构成，用于试验过程的控制、保护、检测。试验过程既可以手动控制，也可以通过控制柜面板上一个PLC控制的液晶触摸屏在试验前设置好所有参数从而实现自动运行。
　　2.2.4润滑系统
　　被试轴承采用电机设计和实际使用中规定的润滑脂润滑。而承受径向负荷的轴承是2个背靠背安装的角接触轴承7314，如图3中的2。在多次试验中，该轴承一般不用更换，所以采用润滑效果更好的循环油润滑，并且可以同时起到冷却作用。另外，在图2中主轴和皮带轮间还有一个轴承，它们是由压缩空气和润滑油通过油气雾化器混合后作为润滑剂的。
　　2.2.5负荷控制
　　径向和轴向负荷是通过压缩空气作动力的气动单元控制的。轴向负荷可以实现间歇的加载和卸载，用于模拟列车运行时的横向振动。一般牵引电机本身运转时不产生轴向力，但在“先锋号”试车时，发现电机轴承受不明轴向力导致轴承磨损^[6]。本试验台正好用来模拟同时承受径向和轴向负荷作用下的电机轴承的工作性能。试验时负荷的大小是按照实际电机轴的质量考虑振动等因素折算成的等效静载荷。
　　2.2.6检测系统
　　由振动分析仪、数据记录仪和相应传感器构成。用于轴承数据的采集、分析和故障报警。能全程记录各轴承本体温度、轴承内外圈温度和被试轴承附近轴向、径向的振动等多个重要参数。记录仪可设置被测参数超限报警，从而保障试验台的安全。温度检测采用热电耦，振动检测采用压电式加速度传感器。其中，轴承内圈由于随主轴一起旋转，检测的温度采用感应耦合的无线传输方式，具有较高的技术含量。振动分析仪具有6个通道，数据记录仪具有30通道。
　　轴承试验台的数据检测与记录系统，是以横河DR230为核心的，如图4所示。DR230兼有笔式记录仪和数据存储的功能。 　　此外轴承试验台还包括空压机、除雾机以及安装、拆卸用配套工具等。
　　3　轴承试验台的应用
　　到目前为止，该试验台已经完成的项目有：
　　（1）我国300km/h电动车组牵引电机采用的陶瓷绝缘轴承100万km可靠性试验，历时3060h（注：按照列车电机转速、传动比、轮径等参数计算出时速300km，列车实际运行100万km所需的小时数），于2005年4月22日圆满完成。为我国的高速铁路安全运行提供了保障。
　　（2）洛阳轴承厂牵引电机轴承可靠性试验。
　　（3）金凤科技股份有限公司油脂对比试验。
　　（4）现在正在进行四方车辆厂引进的200km/h电动车组牵引电机轴承可靠性试验。
　　图5是轴承试验台测试中遇到的部分典型的试验结果，其中图5（a）为1轴的某轴承温升异常，对应的振动信号也较大，图5（b）-（d）分别为正常的急加速试验、温升试验和耐久性试验的结果。具体的试验分析不在此详述。 　　4　结束语
　　介绍了“北京交通大学-NTN牵引电机轴承试验站”的功能、性能指标以及各主要组成部分的结构与原理。列举了试验台建立以来主要完成的试验项目，并给出了典型的试验结果。本试验台可为轴承生产企业、高速牵引电机的设计等单位提供轴承、润滑油脂的性能测试服务。在高速牵引电机轴承性能检测方面试验站填补了国内空白，为我国的高速铁路安全运行和快速发展作出了重要贡献。
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