LabVIEW测试高速铁路轴承

铁路试验台架模拟带有轴承座的机车车轴，在每侧可以安装两个轴承。两个液压加载装置分别在轴向和径向对轴承施加载荷。一个高速电机驱动整个平台向前或者向后转动。试验台架将按照一个用户定义的速度曲线运行，并且同时施加轴向和径向的载荷。这个试验台架可以模拟高速机车的实际运行工况，在施加载荷的条件下，对承受载荷的轴承进行数百万个周期的测试。测试中得到的数据将用于分析和了解轴承的性能。

在启动台架之前，我们需要先检查一系列的状态条件，例如液压油油面、自动模式、电机连接、急停和开关状态。各状态条件均通过测试后，表明该台架已做好运行准备。

通过预先定义的条件测试各种类型的轴承。我们需要建立一个铁路试验台架来对高速铁路轴承进行寿命测试。我们翻新了一个装有轴承的试验台架，并在预先定义的测试条件下进行了寿命测试。我们开发的应用程序能够控制铁路试验台架、检测和控制测试参数，并在轴承发生失效时停止测试。

该铁路试验台架有如下特点：

· 具有2个安装于台架的的轴承

· 具有1个主电机，用于旋转驱动

· 具有预定义的速度曲线，用于控制主电机速度以旋转轴承

· 速度曲线在一个用户自定义的时间内以一个特定的速度旋转轴承，然后在用户自定义的时间内反方向旋转，从而模拟机车向前和向后的行驶

· 利用两个液压加载系统对轴承施加轴向和径向载荷

· 按照用户自定义的模式施加载荷，类似于速度曲线

· 监测每个轴承的几个温度点，其中包括轴承侧面和轴承座的温度

· 监测和记录每个轴承的振动

· 持续监控参数，例如温度、载荷和振动，以检查这些参数是否超出了关机限制

· 在必要的情况下，动态修改关机限制

· 在Excel，Word和HTML中分析和总结记录的参数

系统说明

北京瀚文网星科技有限责任公司选择了NI PXI实时平台及FieldPoint，是因为它们的可靠性可以满足试验台架进行实际工况运行的要求。整个系统由LabVIEW Real-Time控制。

PXI实时系统由带有PXI实时控制器的NI PXI-1002机箱，一个用于振动输入的NI PXI-4472，一个用于闭环速度和载荷控制的NI PXI-7344，以及用于连接开关、指示灯和外部设备的NI PXI-6527组成。PXI实时系统使用Optomux协议，通过实时RS232总线与FieldPoint进行交互。FieldPoint系统包含NI FP-1000 网络模块，带有用于模拟输入的FP-AI-110、用于台架和轴承上热电偶输入的FP-TC-120以及用于速度和转数输入的FP-CTR-500。

测试定义

在安装轴承之前，用户必须定义速度和载荷曲线。该测试系统首先创建速度、轴向和径向加载循环，并将它们配置到曲线中。这些曲线构成了一个测试，该测试被定义和保存    在Microsoft Access数据库中，以便调用（如图1所示）。

用户必须为每个测试定义一个轴向载荷曲线、一个径向载荷曲线以及一个速度曲线。当测试开始时，该试验台架按照所定义的速度曲线，并依据所定义的轴向和径向载荷曲线施加载荷（如图2所示）。

创建测试后，用户通过选择一个测试定义一个项目，然后录入其它详细信息，如用客户名称、轴承安装的松紧和使用的润滑脂等等。当创建一个项目时，用户还要录入所有参数的关机限制、数据记录速率和邮件地址。在现有的项目中，用户可以修改项目参数，将其重命名为一个新项目（如图3所示）。

执行项目

当用户定义了一个项目后，可以通过TCP/IP通信将它下载到PXI实时系统中。一个新项目可以被下载，一个暂定的项目也可以被下载，并重新启动。一旦项目被下载，台架便开始启动，而且显示有铁路台架测试的细节将显示在主机系统的屏幕上。此外，主机系统中将创建一个Access文件。

测试控制和监测

一旦应用程序被下载到PXI实时系统中，该系统将*控制台架。实时应用程序将打开一系列数字线来启动台架。主电机、冷却风机和液压系统等组件是通过实时系统的PXI-6527模块的数字线来启动的。

定义的速度曲线通过PXI-7344运动控制模块控制主电机速度。该四轴运动控制模块中的一轴控制主电机，其它三个轴的模拟输出控制液压加载系统：其中两个用于径向加载，一个用于轴向加载。当台架开始旋转后，将以的速率记录测试参数。轴承的振动状况，则通过连接到PXI-4472模块的加速度计进行测量。

轴承温度、环境温度和电机温度由连接到FP-TC-120模块的热电偶进行测量。在台架前的接近传感器有一个脉冲输出（一个脉冲对应一转）与FP-CTR-500模块连接，用于计算总转数和当前速度。径向和轴向载荷由连接到FP-AI-110模块的载荷传感器测量，并且所有的FieldPoint模块都通过FP-1000网络接口模块，经由RS232通信连接到PXI实时系统。

测试程序根据预先定义的曲线文件来运行。该系统同时监测测试参数，并且在任一参数超过限制时停止台架。当台架运行时，实时系统将收集的数据通过TCP/IP通信协议发送到主机，用于显示和记录（如图4所示）。

从实时系统接收到的数据显示在屏幕上，以描绘铁路试验台架的运行状态。该屏幕提供了可选的图形显示，使用户能够动态地查看记录参数的图形。使用LabVIEW，整个Timken网络都能够查看该屏幕，而无需任何额外的编程。用户可以选择Excel 、Word或者以HTML文件的方式来查看报告。

用户可以累计台架在一个月内的总运行时间，并考虑停机或者其它问题的时间，计算台架使用情况。如果任何参数超过限制，测试程序将被暂停。所有的数字线都将变为低电平，而且系统还会发送一个消息至主机，通知主机测试暂停。主电机将会停止，而且所有的载荷将全部为零。

结论

基于虚拟仪器的概念，我们建立了铁路台架测试监测和控制应用程序。使用LabVIEW、实时PXI和FieldPoint，我们开发了一个有效、可靠的高速铁路轴承寿命测试系统。