一种掘进机主轴承的加速试验方法技术

本发明专利技术提供了一种掘进机主轴承的加速试验方法，包括：确定加速试验的条件为转速与载荷，并确定主轴承加速试验的转速；基于监测获取的原始载荷数据，确定主轴承的载荷极大值，将其初选为预设试验载荷；分析在预设试验载荷下各滚道内的最大接触应力σ

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机主轴承的加速试验方法


[0001]本专利技术涉及掘进机主轴承
，具体涉及一种掘进机主轴承的加速试验方法。

技术介绍

[0002]掘进机是一种集机、电、光、液于一体的大型隧道施工装备，其开挖速度为常规钻爆法施工的3
‑
10倍，并且施工过程对隧道围岩损伤较小，具有较高的安全性，被广泛应用于铁路隧道、公路隧道、水利水电、城市地铁等地下工程建设。主轴承是掘进机的关键部件，是掘进机的“心脏”，一旦失效将导致掘进机长期停机甚至报废，造成巨大的经济损失，同时主轴承服役过程中承受大推力、大偏载、大扭矩及冲击载荷作用，这对主轴承提出极高的可靠性要求。虽然近年来模拟仿真技术得到快速发展，但实现主轴承这种具有大尺寸、复杂结构并承受交变应力部件的寿命仿真难度巨大，同时获取的仿真结果难以保证精度要求，因此对主轴承开展试验以验证其是否满足可靠性要求成为不可或缺的重要手段。
[0003]然而，针对不同类型的掘进机，主轴承可靠性寿命要求超过10000/15000小时以上，考虑到主轴承室内试验的高成本，难以实现在正常工况下对其开展试验。因此，需在不改变失效机理的前提下加快主轴承试验进程，缩短试验时间，实现在较低成本的前提下对主轴承的可靠性进行验证。但是由于掘进机主轴承试验技术尚不完备，缺少明确可行的掘进机主轴承加速试验方法。
[0004]综上所述，急需一种掘进机主轴承的加速试验方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种掘进机主轴承的加速试验方法，旨在解决掘进机主轴承试验技术尚不完备，缺少明确可行的掘进机主轴承加速试验方法的问题，具体技术方案如下：
[0006]一种掘进机主轴承的加速试验方法，具体如下：
[0007]步骤S1：确定加速试验的条件为转速与载荷，并确定主轴承加速试验的转速；
[0008]步骤S2：基于监测获取的原始载荷数据，确定主轴承的载荷极大值，将其初选为预设试验载荷；
[0009]分析在预设试验载荷下各滚道内的最大接触应力σ
maxi
，并与对应滚道内的许用接触应力σ
i
进行对比；若σ
maxi
＜σ
i
，则将预设试验载荷作为实际试验载荷；若σ
maxi
≥σ
i
，则将预设试验载荷乘以调整系数后，重新对比直至输出实际试验载荷；
[0010]步骤S3：根据加速试验载荷条件下的主轴承损伤与实际工况下的主轴承损伤相等的原则，确定主轴承的加速试验时间；
[0011]步骤S4：在确定的加速试验时间和实际试验载荷下对主轴承进行加速试验，判断主轴承的可靠性。
[0012]以上技术方案中优选的，将主轴承加速试验的转速确定为实际工况下主轴承的最高转速。
[0013]以上技术方案中优选的，所述步骤S2中，原始载荷数据包括主轴承的轴向力、径向力和倾覆力矩。
[0014]以上技术方案中优选的，所述载荷极大值为实际工况中发生概率为10
‑6的载荷，具体获取方法为：通过雨流计数法对原始载荷数据进行处理获取载荷幅值、载荷均值及两者的作用频次，利用威布尔分布模型拟合载荷幅值与其作用频次之间的关系，并获取载荷幅值分布模型，进而根据载荷幅值分布模型求解发生概率为10
‑6的幅值极大值，然后将其叠加至载荷均值的加权平均值之上获取主轴承各载荷极大值。
[0015]以上技术方案中优选的，所述步骤S2中通过工程计算方法或模拟仿真方法分析在预设试验载荷下各滚道内的最大接触应力σ
maxi
。
[0016]以上技术方案中优选的，所述工程计算方法具体如下：
[0017]将主轴承内圈和外圈作为刚体，建立预设试验载荷作用在主轴承上的合力P与主轴承结构参数之间的方程，如式1)所示：
[0018]P＝f(F
maxi
,D
pwi
,Z
i
,ε
i
)
ꢀꢀꢀ
式1)，
[0019]其中，i＝1、2、3，分别对应主推滚道、辅推滚道和径向滚道中的参数；F
maxi
表示对应滚道内滚动体所受最大载荷，D
pwi
表示对应滚道的分度圆直径；Z
i
表示对应滚道内滚动体数量，ε
i
表示对应滚道内载荷分布系数；
[0020]根据式1)分别计算主推滚道、辅推滚道和径向滚道内滚动体所受最大载荷F
maxi
，根据式2)计算各滚道内的最大接触应力σ
maxi
；
[0021]σ
maxi
＝h(F
maxi
,D
wi
,L
i
)
ꢀꢀꢀ
式2)，
[0022]其中，σ
maxi
表示对应滚道内最大接触应力，D
wi
表示对应滚道内滚动体直径，L
i
表示对应滚道内滚动体的有效长度。
[0023]以上技术方案中优选的，模拟仿真方法具体如下：先建立主轴承三维模型，并对三维模型进行简化处理，模拟输入参数为主轴承材料性能、结构参数和预设试验载荷，然后对主轴承进行柔性体仿真计算，获取主轴承各滚道内的最大接触应力σ
maxi
。
[0024]以上技术方案中优选的，所述步骤S3中，实际工况下的主轴承损伤由式3)进行计算：
[0025][0026]其中，n表示实际工况中的典型工况个数，j取值为1
‑
n之间的自然数，j取不同值代表不同典型工况；L
j
表示对应典型工况下主轴承理论寿命，单位为转数，N
j
表示对应典型工况下主轴承实际运转转数；
[0027]为保证加速试验载荷条件下主轴承产生损伤与主轴承在实际工况载荷和使用寿命要求下产生的损伤相等，根据式4)获取加速试验中主轴承运行转数N
e
：
[0028][0029]其中，L
e
为加速试验载荷条件下主轴承理论寿命，N
e
为加速试验载荷条件下主轴承
运行转数；
[0030]根据主轴承运行转数N
e
和加速试验的转速得到加速试验时间。
[0031]以上技术方案中优选的，n＝3，j取值为1、2、3分别表示实际工况中的启动工况、疲劳工况和脱困工况。
[0032]以上技术方案中优选的，所述调整系数取值范围为0.9
‑
0.99。
[0033]应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
[0034]本专利技术的试验方法，对预设试验载荷进行合理性验证，如其不满足要求则通过调整系数进行调整，最终确定合理的实际试验载荷，保证主轴承失效机理不变的条件下加速试验进程，减少试验成本。通过保证加速试验载荷条件下主轴承产生的损伤与主轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，具体如下：步骤S1：确定加速试验的条件为转速与载荷，并确定主轴承加速试验的转速；步骤S2：基于监测获取的原始载荷数据，确定主轴承的载荷极大值，将其初选为预设试验载荷；分析在预设试验载荷下各滚道内的最大接触应力σ
maxi
，并与对应滚道内的许用接触应力σ
i
进行对比；若σ
maxi
＜σ
i
，则将预设试验载荷作为实际试验载荷；若σ
maxi
≥σ
i
，则将预设试验载荷乘以调整系数后，重新对比直至输出实际试验载荷；步骤S3：根据加速试验载荷条件下的主轴承损伤与实际工况下的主轴承损伤相等的原则，确定主轴承的加速试验时间；步骤S4：在确定的加速试验时间和实际试验载荷下对主轴承进行加速试验，判断主轴承的可靠性。2.根据权利要求1所述的掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，将主轴承加速试验的转速确定为实际工况下主轴承的最高转速。3.根据权利要求1所述的掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，所述步骤S2中，原始载荷数据包括主轴承的轴向力、径向力和倾覆力矩。4.根据权利要求3所述的掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，所述载荷极大值为实际工况中发生概率为10
‑6的载荷，具体获取方法为：通过雨流计数法对原始载荷数据进行处理获取载荷幅值、载荷均值及两者的作用频次，利用威布尔分布模型拟合载荷幅值与其作用频次之间的关系，并获取载荷幅值分布模型，进而根据载荷幅值分布模型求解发生概率为10
‑6的幅值极大值，然后将其叠加至载荷均值的加权平均值之上获取主轴承各载荷极大值。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，所述步骤S2中通过工程计算方法或模拟仿真方法分析在预设试验载荷下各滚道内的最大接触应力σ
maxi
。6.根据权利要求5所述的掘进机主轴承的加速试验方法，其特征在于，所述工程计算方法具体如下：将主轴承内圈和外圈作为刚体，建立预设试验载荷作用在主轴承上的合力P与主轴承结构参数之间的方程，如式1)所示：P＝f(F
maxi
,D
pwi
,Z
i
,ε
i
)
ꢀꢀꢀꢀ
式1)，其中，i＝1、2、3，分别对应主推滚道、辅推滚道和径向滚道中的参数；F
maxi

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，胡斌，麻成标，刘华，廖金军，吴鹏，魏玎，徐震，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：