CN105928706B - 一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，包括制动单元、检测单元、进给单元、动力单元以及模拟装置；模拟装置包括传动轴和安装其上的待测轴承，动力单元包括电动机和减速机构，电动机通过减速机构与传动轴的输入端连接，进给单元位于减速机构与待测轴承之间，包括沿轴向顺序安装于传动轴上的调力机构、弹簧和反力板，检测单元包括振动传感器和压力传感器，制动单元包括制动器和联轴器，制动器通过联轴器与传动轴的输出端连接；该装置通过制动单元和进给单元模拟钻机钻机过程中承受的回转阻力矩和进给阻力，从而观察滚动轴承在模拟钻进过程中的状态及有关参数，对出现的故障进行诊断分析，从而实现钻机轴承故障的预测。

Description

一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置
技术领域
本发明涉及一种轴承加载实验装置，具体涉及一种工程地质领域中对立式钻机横梁处滚动轴承进行故障诊断的模拟实验装置。
背景技术
轴承是钻机中最重要的零部件之一，它不仅传递运动，而且承受载荷。钻机对其零部件有着很高的可靠性要求，一旦钻机轴承或其他零部件发生故障，常常会造成严重的后果，甚至威胁到操作人员的安全，造成极大的经济损失。由于钻机工作的特殊性，大部分钻机的轴承故障不能直接监测，因而也没有足够和准确的监测数据用于识别轴承故障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，能正确地对立式钻机横梁处滚动轴承各种异常状态进行预防或故障状态作出模拟和诊断。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，包括制动单元、检测单元、进给单元、动力单元以及模拟装置；所述模拟装置包括传动轴和待测轴承，待测轴承安装于传动轴上并且通过第一轴承座支撑；所述动力单元包括电动机和减速机构，电动机通过减速机构与传动轴的输入端连接；进给单元位于减速机构与待测轴承之间，所述进给单元包括弹簧、反力板以及由弹簧挡板、空心螺杆和法兰式螺母构成的调力机构，法兰式螺母与空心螺杆螺纹连接，空心螺杆和反力板均套于传动轴上并且与传动轴间隙配合，弹簧挡板和弹簧均套于空心螺杆上，弹簧挡板与法兰式螺母接触，弹簧位于弹簧挡板与反力板之间并且两端分别与弹簧挡板和反力板连接；所述检测单元包括振动传感器和压力传感器，振动传感器安装于第一轴承座上，压力传感器安装于弹簧挡板与法兰式螺母之间；所述制动单元包括制动器和联轴器，制动器通过联轴器与传动轴的输出端连接。
所述减速机构为锥齿轮减速机构，锥齿轮减速机构与电动机键连接。
传动轴的输出端上安装有辅助轴承，辅助轴承通过第二轴承座支撑固定于实验平台上。
所述弹簧挡板和反力板上均设有环槽，弹簧的两端分别固定于弹簧挡板和反力板的环槽上。
反力板通过反力板支架安装于实验平台上。
所述电动机通过电机安装座安装于实验平台上。
所述空心螺杆通过螺纹支架固定于实验平台上。
由上述技术方案可知，本发明提供的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，主体包括制动单元、检测单元、进给单元、动力单元以及模拟装置，其中①模拟装置包括传动轴和安装其上的待测轴承，传动轴用于模拟立式钻机的横梁；②动力单元包括电动机和减速机构，电动机通过减速机构与传动轴的输入端连接，用于模拟立式钻机钻进时提供钻进动力的动力元件；③进给单元包括弹簧、反力板和调力机构，通过调力机构调节弹簧的压缩量，改变轴向力的大小，调力机构由弹簧挡板、空心螺杆和法兰式螺母构成，空心螺杆和法兰式螺母相匹配，用于改变弹簧与待测轴承之间的距离，通过弹簧挡板和反力板压缩弹簧，由于空心螺杆和反力板均套于传动轴上并且与传动轴间隙配合，空心螺杆可沿传动轴轴向滑动，弹簧的弹性力通过空心螺杆直接作用于待测轴承上，对待测轴承提供轴向力，模拟立式钻机钻进时承受的来自地层的轴向钻进阻力；④检测单元包括振动传感器和压力传感器，振动传感器安装于第一轴承座上，用于采集待测轴承的振动参数以及发生故障时的振动值，通过数据采集卡将采集的数据传给上位机进行数据处理，进行轴承故障状态分析和诊断，压力传感器安装于弹簧挡板与法兰式螺母之间，用于检测待测轴承承受的轴向力；⑤制动单元包括制动器和联轴器，制动器通过联轴器与传动轴的输出端连接，传动轴的输出端对应立式钻机的钻头，制动器产生无震荡的制动力矩，用于模拟立式钻机钻进时承受的来自地层的摩擦阻力距。
减速机构选用锥齿轮减速机构，改变动力的方向，从而缩短该实验装置的轴向距离，锥齿轮减速机构在减速的同时可提高动力单元的输出扭矩；传动轴的输出端上安装有辅助轴承，辅助轴承通过第二轴承座支撑固定于实验平台上，辅助轴承辅助支撑传动轴，保证传动轴在实验过程中平稳无晃动，使得减速机构、传动轴和制动器共轴，避免传动轴倾斜生产分力破坏实验装置；弹簧挡板和反力板上均设有环槽，弹簧的两端分别固定于弹簧挡板和反力板的环槽上，通过环槽与弹簧两端的摩擦力固定弹簧，以此弹簧挡板、弹簧和反力板之间为活动连接，便于弹簧的更换以及装置的组装。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置通过制动单元和进给单元模拟钻机钻机过程中承受的回转阻力矩和进给阻力，合理缩放原钻机受力值，保持其原有的力学传递关系，从而观察其滚动轴承在类似工作过程中的状态及有关参数，对出现的故障现象进行诊断分析，能及时地、正确地对立式钻机滚动轴承各种异常状态或故障状态作出模拟和诊断，预防或消除故障，从而实现钻机滚动轴承故障的预测预报。对立式钻机的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠度、安全性和有效性，对提高钻探效率，减少事故与停钻率，提高钻机的可靠性，积累钻机操作与维护经验，延长钻机使用寿命具有重要意义，具有很高的实用性和经济性。
附图说明
图1为本发明提供的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置的结构示意图。
图2为弹簧挡板的结构示意图。
其中，1-磁粉制动器，2-联轴器，3-第一轴承座，4-待测轴承，5-振动传感器，6-轴承挡圈，7-螺纹支架，8-空心螺杆，9-法兰式螺母，10-压力传感器，11-弹簧挡板，12-弹簧，13-反力板，14-反力板支架，15-键，16-传动轴，17-减速机构，18-键槽，19-轴套，20-电动机，21-电机安装座，22-辅助轴承，23-第二轴承座，24-实验平台，25-环槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
本发明提供的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其结构如图1所示，包括制动单元、检测单元、进给单元、动力单元以及模拟装置，所述模拟装置包括传动轴16和待测轴承4，待测轴承安装于传动轴上并且通过轴承挡圈6轴向限位，待测轴承4通过第一轴承座3支撑固定于实验平台24上，制动单元、进给单元和动力单元沿传动轴轴向顺序安装；
所述动力单元包括电动机20和减速机构17，电动机通过减速机构与传动轴的输入端连接，减速机构优选锥齿轮减速机构，锥齿轮减速机构与电动机键连接，减速机构与传动轴键连接，键15的长度小于传动轴16上开设的键槽18的长度，锥齿轮减速机构与电动机之间设有轴套19，轴套19套于电动机20的转轴上并且与转轴间隙配合，电动机20通过电机安装座21安装于实验平台24上；
进给单元位于减速机构与待测轴承之间，所述进给单元包括弹簧12、反力板13以及由弹簧挡板11、空心螺杆8和法兰式螺母9构成的调力机构，法兰式螺母9与空心螺杆8螺纹连接，空心螺杆8和反力板13均套于传动轴16上并且与传动轴间隙配合，反力板13与减速机构17之间设有反力板支架14，反力板13通过反力板支架14安装于实验平台24上，弹簧挡板11和弹簧12均套于空心螺杆8上，空心螺杆8通过螺纹支架7固定于实验平台24上，弹簧挡板11与法兰式螺母9接触，弹簧12位于弹簧挡板11与反力板13之间并且两端分别与弹簧挡板和反力板连接，参见图2，所述弹簧挡板11和反力板与弹簧接触的表面上均设有环槽25，弹簧的两端分别固定于弹簧挡板和反力板的环槽25上；
所述检测单元包括振动传感器5和压力传感器10，振动传感器5安装于第一轴承座3上，压力传感器10安装于弹簧挡板9与法兰式螺母11之间；
所述制动单元包括磁粉制动器1和联轴器2，磁粉制动器1通过联轴器2与传动轴16的输出端连接，传动轴的输出端上安装有辅助轴承22，辅助轴承22通过第二轴承座23支撑固定于实验平台24上。

Claims (7)

1.一种立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：包括制动单元、检测单元、进给单元、动力单元以及模拟装置；所述模拟装置包括传动轴和待测轴承，待测轴承安装于传动轴上并且通过第一轴承座支撑；所述动力单元包括电动机和减速机构，电动机通过减速机构与传动轴的输入端连接；进给单元位于减速机构与待测轴承之间，所述进给单元包括弹簧、反力板以及由弹簧挡板、空心螺杆和法兰式螺母构成的调力机构，法兰式螺母与空心螺杆螺纹连接，空心螺杆和反力板均套于传动轴上并且与传动轴间隙配合，弹簧挡板和弹簧均套于空心螺杆上，弹簧挡板与法兰式螺母接触，弹簧位于弹簧挡板与反力板之间并且两端分别与弹簧挡板和反力板连接；所述检测单元包括振动传感器和压力传感器，振动传感器安装于第一轴承座上，压力传感器安装于弹簧挡板与法兰式螺母之间；所述制动单元包括制动器和联轴器，制动器通过联轴器与传动轴的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：所述减速机构为锥齿轮减速机构，锥齿轮减速机构与电动机键连接。
3.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：传动轴的输出端上安装有辅助轴承，辅助轴承通过第二轴承座支撑固定于实验平台上。
4.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：所述弹簧挡板和反力板上均设有环槽，弹簧的两端分别固定于弹簧挡板和反力板的环槽上。
5.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：反力板通过反力板支架安装于实验平台上。
6.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：所述电动机通过电机安装座安装于实验平台上。
7.根据权利要求1所述的立式钻机横梁处滚动轴承故障诊断模拟实验装置，其特征在于：所述空心螺杆通过螺纹支架固定于实验平台上。
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