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STM-500盾構機主軸承模擬試驗臺
一：簡介
盾構機主軸承模擬試驗臺是用于模擬盾構機主軸承在實際工作環境中的載荷、轉速、溫度等工況,以驗證其性能、壽命及可靠性的關鍵的試驗設備。
二：主要功能
1. 工況模擬
通過動態加載系統模擬主軸承在掘進過程中承受的 軸向力、徑向力、傾覆力矩等復合載荷。
復現實際工況中的 高轉速、高扭矩、振動沖擊 等條件。
2. 壽命與可靠性測試
通過長時間連續運行測試軸承的 疲勞壽命,評估其在設計壽命內的穩定性。
3. 性能參數監測
實時采集軸承的 溫度、振動、噪聲 等關鍵參數。
4. 故障診斷與優化
通過模擬異常工況（如軸承在極限載荷下的失效模式（如裂紋、磨損、點蝕等）。）評估軸承的 抗風險能力。
為軸承設計優化、材料選擇及潤滑方案提供數據支持。
三、組成部件
1. 機械加載系統
電動缸加載器：提供軸向、徑向載荷及傾覆力矩,模擬實際掘進力。
負載框架：高強度結構支撐,確保加載精度和試驗安全。
2. 驅動系統
大功率電機：驅動主軸承以設定轉速（5 rpm）運轉,模擬盾構機刀盤轉動。
減速器/傳動機構：匹配扭矩輸出,保證轉速穩定性。
3. 支撐與安裝結構
軸承座：固定被測主軸承,模擬實際安裝條件。
剛性底座：隔離外部振動,減少試驗干擾。
4. 傳感器與監測系統
力傳感器：測量軸向、徑向、傾覆力矩載荷。
扭矩傳感器：監測驅動扭矩。
溫度傳感器（PT100鉑電阻）：實時監控軸承溫度分布。
振動加速度計：捕捉高頻振動信號,分析異常頻率成分。
5. 潤滑與冷卻系統
油脂/油液循環裝置：模擬實際潤滑條件,可調節流量與壓力。
溫控單元：維持試驗環境溫度或對軸承進行主動冷卻。
6. 控制系統
PLC/工控機：協調加載、驅動、潤滑等子系統,實現多工況自動化測試。
人機界面（HMI）：參數設置、狀態監控及緊急停機功能。
7. 數據采集與處理系統
高速數據采集卡：同步記錄多通道傳感器信號。
專用分析軟件：處理數據并記錄試驗過程中的各傳感器數據、故障特征報告。
8. 輔助系統
安全防護裝置：急停按鈕、過載保護、防護罩等。
四：VALENIAN-DC24多通道數據采集器介紹
4.1：簡介：
VALENIAN-DC24多通道數據采集器采用便捷性、模塊化設計、體積小巧、攜帶方便、外接電源適配器供電采集使用。所有通道信號同步采集記錄,軟件測試數據實時顯示,配合便攜式電腦即可進行測試數據收集、數據分析診斷。該采集器每個通道兼容電壓和壓電式傳感器輸入、可以配接壓電式傳感器型加速度、聲學噪聲傳感器、電壓信號傳感器、并支持轉速測試數據保存。
4.2：功能特點：
l 四個輸入通道,各類型傳感器可以同時數據采集,每個通道最高采樣頻率100kHz/通道。
l 超高動態輸入范圍,無需設置量程。
l 可以進行電壓型及壓電式傳感器信號的測試,支持振動、噪聲聲發射、電壓型輸出傳感器、轉速測試等物理量。
l 千兆以太網通訊,與電腦實時通訊,傳輸數據,并可以可長時間實時、不間斷記錄多通道信號數據。
l 旋轉機械數據監測,振動數據采集,以及趨勢分析。儀器可以便攜式布局,采用電腦端進行操作,并且各種數據也可以在電腦端進行實時顯示和存儲。
l 每個模擬量輸入都是由24位模數轉換強和一個數字信號處理器服務提高系統的抗干擾能力。
l 系統采用模塊化設計,數據采集及實時數據分析,超便攜式性。
4.3：硬件參數：
1. 測量通道數量：四通道傳感器同時數據信號采集和一個轉速信號測量通道。
2. 支持傳感器類型：壓電式傳感器振動,噪聲聲級計,轉速計、電壓型輸出傳感器。
3. 數模轉換器精度：24AD位。
4. 支持最高采樣頻率：最高100kHz/通道,多種量程范圍可選。
5. 輸入精度：相位：優于0.1度,幅值：優于0. 1%。
6. 儀器最高動態范圍：110dB。
7. 數據傳輸端口：千兆網口接入。
8. 傳感器輸入信號接口：BNC公頭接線端子。
9. 傳感器輸入電壓范圍：-10V～+10V。
10. 壓電式傳感器供電：20伏-4毫安傳感器通用輸入端口。
11. 濾波器：低通,高通,帶通,帶阻四種模式可選。
12. 頻譜分辨率：默認51200線,最高204800線多種擋位可選。
13. 工作電源：配套AC220V直流電源適配器供電。
14. 工作溫度范圍：-25℃~75℃。
4.4：軟件功能：
(1) 時域及頻域信號的實時采集、實時存儲,實時顯示、實時分析,采集數據后,保存數據進行數據事后分析；
(2) FFT頻譜分析、頻響函數分析、幅值及頻率橫坐標及縱坐標,縮放縮小、自功率譜、互功率譜、包絡分析、小波分析、軸心軌跡圖、長時間數據連續采集記錄及回放分析、信號窗函數可選；
(3) 支持軸承故障特征數據導入,并可自動進行軸承故障類型的智能診斷分析,提示軸承故障類型如BPFI,BFFO,BSF,FTF的信息。
(4) 支持幅值的平均值、幅值最大值、幅值最小值、幅值峰峰值、波形因素、峰度、波峰因數、時域和頻域分析；
(5) 含有聲學分析及倍頻程分析功能；
(6) 支持低通、高通、帶通、濾波器等常用頻率濾波工具；
(7) 能提供單光標、諧波光標顯示頻率及幅值,光標具有移動標記定位功能進行數據瀏覽功能；
(8) 軟件測試數據含有原始數據導出功能,數據可以進行二次開發功能,通用性強,數據導出格式有,文本,excel matlab 開放VB、VC、LabView、通用平臺的軟件二次開發數據接口工具；
(9) 數據信號采集加窗函數,如矩形窗、漢寧窗、海明窗、平頂窗可選；
外部數據導入功能,支持文本文件、Excel表格文件等標準格式的文件導入測試系統進行分析顯示；
五、STM-500盾構機主軸承模擬試驗臺主要技術參數
序號 | 項目名稱 | 性能參數及技術要求 |
1 | 主驅動電機 | 5.5KW,三相異步電機,額定轉速2908RPM,軸承型號6208-2Z/C3(驅動端) 6208-2Z/C3（非驅動端）,電機功率因數,82.8%,兩級傳動。 |
2 | 變頻器 | 變頻器頻率范圍：0-599Hz,額定輸入：三相380V,50/60Hz, 額定輸出：3PH 5.5KW |
3 | 可視化操作屏 | 尺寸,10,觸摸面板,四線電阻式觸摸屏,抗電壓沖擊,AC1000V,10mA,小于1分鐘（信號與地間）,抗干擾能力,干擾電壓：1500Vp-p 脈沖周期：1us 持續時間：1分鐘,絕緣電阻,DC500V,10MΩ以上（信號與地間）。 |
4 | ?過程控制參數 | 可視化操作模式來顯示和調節各種測試工況如轉速、扭矩、傾覆力、徑向加載力、軸向加載力、輸出頻率、輸出電壓、IGBT溫度、母線電壓、輸出功率、輸出電流、輸出轉矩設置。同時裝有急停按鈕在緊急情況下立即停機。 |
5 | ?PLC | 程序容量256KB,輸入輸出點數8點,通訊協議,標準MODBUSASCII/RTU通訊、通訊口,自由格式通訊,1路232、1路485、1個USB通訊口。 |
6 | ?模擬量輸入模塊 | 模擬量用電源,DC24V士10%,150mA,轉換速度,2ms/ch,輸入分辨率,1/16383(14Bit),輸出分辨率1/4095(12Bit)AD濾波系數0~254,綜合精確度 士1%,AD通道具備短路、斷路、超量程檢測功能 |
7 | 扭矩轉速儀 | 動態扭矩傳感器,量程0-500N.M,轉速量程≤10000RPM,非線性,0.1%F.S.,輸出電壓為±5V或0-5 V,或者RS485.,或者4-20mA輸出模式。 |
8 | 電缸加載器伺服電機 | 0.75千瓦伺服驅動電機,電壓220V,額定轉速3000rpm,最高轉速5000rpm,額定轉矩2.39NM,最大轉矩7.17NM,額定電流4.1A。轉子慣量[10^-7kg.m2],1550,編碼器位數17位。 |
9 | 電缸加載伺服驅動器 | 0.75KW,控制方式,三相全波整流IPM PWM控制、正弦波電流驅動方式,脈沖指令模式,可接受3.3~5V、18~24V脈沖+方向、AB相脈沖、CW/CCW信號,定位完成寬度設定,0～65535指令單位（設定分辨率為1指令單位）。 |
10 | ?電缸加載執行器滾珠絲桿 | 滾珠絲桿2505,直徑25mm,導程5mm;推桿直徑45mm;有效行程95mm,徑向及軸向額定推拉力1.5噸:速度0-25m/s可調,電動缸配置:標配3個限位磁性限位開關。 |
11 | 測試主軸軸承 | 三排滾子轉盤軸承 - 內齒式,,133.25.500軸承內徑366mm,外徑634mm,齒輪參數,M,5,z68齒數。 |
12 | ?支撐軸承箱 | 軸承,兩組單列圓錐滾子軸承,表面淬火硬化設計,并帶有油溫監測反饋,油位計、集中供油油循環系統、可設溫度報警閾值。 |
13 | ?測力傳感器 | 額定量程,5T,輸出靈敏度, mV/V 2.0±10%,絕緣電阻,MΩ/100V DC ≥5000,響應頻率,1kHz ,使用電壓,5-15V。 |
14 | ?負載壓力變送器 | 電壓為直流12-26V功耗<3W,數據采集精度 12-16 位,通訊采樣 ,RS485-ModbusRTU 協議,通訊速,1200-115200bps,通過上位機可以讀取實時測量值,實現清零、標定、參數修改等操作。變送輸出 0-10V 或者 4-20mA,外接智能傳感器,供電電壓 5V,具有上電自動校準功能。 |
15 | 電源 | 輸入380VAC,三相,50/60 Hz。 |
16 | 速度范圍 | 0-3000rpm輸入轉速可調,精度1rpm。額定1500rpm。 |
17 | 產品尺寸 | 2580mm*1500mm*1200mm,精密加工鑄鐵T型槽安裝底板,粗糙度：Ra：3.2。 |
18 | 數據采集系統 | 1. 測量通道數量：四通道傳感器同時數據信號采集和一個轉速信號測量通道。 2. 支持傳感器類型：壓電式傳感器振動,噪聲聲級計,轉速計、電壓型輸出傳感器。 3. 數模轉換器精度：24AD位。 4. 支持最高采樣頻率：最高100kHz/通道,多種量程范圍可選。 5. 輸入精度：相位：優于0.1度,幅值：優于0. 1%。 6. 儀器最高動態范圍：110dB。 7. 數據傳輸端口：千兆網口接入。 8. 傳感器輸入信號接口：BNC公頭接線端子。 9. 傳感器輸入電壓范圍：-10V～+10V。 10. 壓電式傳感器供電：20伏-4毫安傳感器通用輸入端口。 11. 濾波器：低通,高通,帶通,帶阻四種模式可選。 12. 頻譜分辨率：默認51200線,最高204800線多種擋位可選。 13. 工作電源：配套AC220V直流電源適配器供電。 14. 工作溫度范圍：-25℃~75℃。 |
19 | 分析軟件系統 | (1) 時域及頻域信號的實時采集、實時存儲,實時顯示、實時分析,采集數據后,保存數據進行數據事后分析； (2) FFT頻譜分析、頻響函數分析、幅值及頻率橫坐標及縱坐標,縮放縮小、自功率譜、互功率譜、包絡分析、小波分析、軸心軌跡圖、長時間數據連續采集記錄及回放分析、信號窗函數可選； (3) 支持軸承故障特征數據導入,并可自動進行軸承故障類型的智能診斷分析,提示軸承故障類型如BPFI,BFFO,BSF,FTF的信息。 (4) 支持幅值的平均值、幅值最大值、幅值最小值、幅值峰峰值、波形因素、峰度、波峰因數、時域和頻域分析； (5) 含有聲學分析及倍頻程分析功能； (6) 支持低通、高通、帶通、濾波器等常用頻率濾波工具； (7) 能提供單光標、諧波光標顯示頻率及幅值,光標具有移動標記定位功能進行數據瀏覽功能； (8) 軟件測試數據含有原始數據導出功能,數據可以進行二次開發功能,通用性強,數據導出格式有,文本,excel matlab 開放VB、VC、LabView、通用平臺的軟件二次開發數據接口工具； (9) 數據信號采集加窗函數,如矩形窗、漢寧窗、海明窗、平頂窗可選； 外部數據導入功能,支持文本文件、Excel表格文件等標準格式的文件導入測試系統進行分析顯示； |
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