PAGE船用低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)方法重慶躍進(jìn)機(jī)械廠有限公司二〇一五年八月目錄TOC\o"1-3"\h\u286671.船用低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)的研究背景 11391.1設(shè)計(jì)目的及意義 137271.2國內(nèi)外軸瓦極限試驗(yàn)平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r 113031.2.1國外發(fā)展?fàn)顩r 3247561.2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 7280141.3試驗(yàn)平臺(tái)功能 943541.4試驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)指標(biāo) 1040151.5試驗(yàn)對象 11172422、低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)方案設(shè)計(jì) 1354932.1軸瓦平臺(tái)機(jī)設(shè)計(jì)方案 1390232.1.1軸瓦平臺(tái)機(jī)總體結(jié)構(gòu) 13192612.1.2軸瓦平臺(tái)機(jī)工作原理 1515652.1.3平臺(tái)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 1720842.2設(shè)計(jì)可行性分析 19185762.2.1軸瓦平臺(tái)機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能力可行性分析 19226462.2.2軸瓦平臺(tái)機(jī)電機(jī)軸實(shí)現(xiàn)能力可行性分析 2218402.2.3其他電機(jī)所需功率 23107322.2.4軸瓦平臺(tái)機(jī)所需電機(jī)總功率 2357412.2.5換瓦試驗(yàn)的可行性 23282882.3可行性結(jié)論 24313473、低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)方法 2549323.1極限承載能力試驗(yàn) 25264343.1.1試驗(yàn)方法 25211593.1.2評定方式 25210723.2摩擦磨損性能試驗(yàn) 25261083.2.1試驗(yàn)方法 25108663.3滑油顆粒污染變質(zhì)試驗(yàn) 26308013.4頻繁啟停試驗(yàn) 26122583.5抗咬粘能力試驗(yàn) 2732783.5.1試驗(yàn)方法 27301073.5.2評定方式 28238603.6溫度適應(yīng)能力試驗(yàn) 2877733.7不同油膜狀態(tài)下適用性試驗(yàn) 2964553.8安裝傾角對軸瓦使用性能試驗(yàn) 29PAGEPAGE291.船用低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)的研究背景1.1設(shè)計(jì)目的及意義本項(xiàng)目旨在開發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的船用低速機(jī)軸瓦材料體系，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料研發(fā)、制造、檢測技術(shù)。低速機(jī)軸瓦在實(shí)際應(yīng)用條件下，曲軸將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，軸頸表面在軸瓦內(nèi)的線速度較高，潤滑油溫度升高，從而使得粘度降低；此外，曲軸軸瓦還承受著氣體壓力、離心力等，這種周期性變化的脈沖載荷使軸頸-軸瓦副難以保證穩(wěn)定的液體潤滑；而一旦液體潤滑條件受到破壞，潤滑油供給不充分，或者軸頸軸瓦橢圓和間隙過大、裝配不良等,就可能出現(xiàn)邊界摩擦和軸頸-軸瓦的直接接觸,從而引起軸頸-軸瓦的異常磨損。為了評價(jià)本項(xiàng)目開發(fā)的軸瓦材料的優(yōu)劣，獲得軸瓦材料的極限參數(shù)，迫切需要開發(fā)出一款軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)。1.2國內(nèi)外軸瓦極限試驗(yàn)平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r隨著柴油機(jī)制造技術(shù)和設(shè)計(jì)水平的不斷提高，柴油機(jī)的強(qiáng)化程度越來越高。作為柴油機(jī)工作的關(guān)鍵零部件的主軸瓦和連桿軸瓦工作條件也越來越苛刻，疲勞損傷成了軸瓦失效的一個(gè)主要限制因素，往往決定著柴油機(jī)的壽命。引起軸瓦疲勞損傷的因素很多，也很復(fù)雜。它不但與軸瓦材料的固有疲勞強(qiáng)度有關(guān)，而且還受到實(shí)際工作條件多種因素的影響，如動(dòng)態(tài)載荷的特征及大小、減膜層厚度、軸瓦安裝的幾何狀態(tài)、軸瓦座和曲軸的剛度、潤滑油的粘度、潤滑油的溫度和清潔度等。一般研制軸瓦材料的完整步驟是：首先根據(jù)已有的理化和冶金知識(shí)，選擇一種成分，并作常規(guī)理化、金相和機(jī)械性能檢驗(yàn)；（2）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行快速篩選；（3）裝車實(shí)驗(yàn)。由此可知，實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)雖然不能取代裝車實(shí)驗(yàn)，但卻可大大加速選材工作，故成為評定軸瓦質(zhì)量的有力工具之一，而且對高強(qiáng)載、大功率柴油機(jī)而言，軸瓦的裝機(jī)實(shí)驗(yàn)代價(jià)高、風(fēng)險(xiǎn)大，因此，試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)是研制軸瓦新材料，提高軸瓦工業(yè)水平的不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于疲勞損壞不能由靜態(tài)試驗(yàn)來確定，因此不能用一般的材料試驗(yàn)機(jī)來確定軸瓦的疲勞強(qiáng)度，軸瓦材料的動(dòng)載疲勞強(qiáng)度，必須在能產(chǎn)生動(dòng)載荷的專用試驗(yàn)機(jī)上測定，并通過油膜加載到半瓦形式的試樣上去，試驗(yàn)機(jī)用來測定直到疲勞裂紋產(chǎn)生時(shí)的軸瓦壽命（循環(huán)數(shù)），或是測定在標(biāo)準(zhǔn)在和循環(huán)次數(shù)下，產(chǎn)生疲勞裂紋的軸瓦之單位面積載荷。1.2.1國外發(fā)展?fàn)顩r從上世紀(jì)三十年代起，國外就著力于創(chuàng)造多種類型的軸瓦動(dòng)載荷疲勞試驗(yàn)機(jī)，按軸瓦上承受的載荷特征，主要分為三種類型：具有正負(fù)脈動(dòng)交變載荷的試驗(yàn)機(jī)正負(fù)脈動(dòng)交變載荷的試驗(yàn)機(jī)，液壓加載。英國格雷西亞金屬公司的“恐龍”型試驗(yàn)機(jī)，西德的賴氏試驗(yàn)機(jī)，蘇爾壽公司的“實(shí)物尺寸試驗(yàn)機(jī)”（圖1）都是采用這種加載方式，該試驗(yàn)機(jī)軸瓦直徑可達(dá)200-400，轉(zhuǎn)速為650r/min，施加最大載荷為25t。這種試驗(yàn)機(jī)可以較好的模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的加載，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)最為合理，但結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，制造成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都很高昂，而且轉(zhuǎn)速和載荷都不大，適用于低速強(qiáng)度不大的柴油機(jī)。圖1蘇爾壽公司的“實(shí)物尺寸試驗(yàn)機(jī)”示意圖具有正弦波載荷的試驗(yàn)機(jī)正弦波載荷的試驗(yàn)機(jī)屬于慣性，力式試驗(yàn)機(jī)，依靠偏心配置的回轉(zhuǎn)重物的慣性實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)加載。試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速一般均為4000r/min，負(fù)荷特性接近與現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的軸瓦的負(fù)荷特性，在國外多為汽車工業(yè)所采用。美國通用公司的安德伍德在1973年研制成功的“安德伍德”、英國“撒克遜”、“北歐海盜”、蘇聯(lián)“西潑”以及蘇聯(lián)的3M3等都屬于這種類型的試驗(yàn)機(jī)，日本的“增田”式試驗(yàn)機(jī)（圖2）除了用偏心重產(chǎn)生正弦波波的動(dòng)載外，還可單獨(dú)或同時(shí)利用圓彈簧施加不變的靜載荷，基本也屬于這種試驗(yàn)機(jī)。這種試驗(yàn)機(jī)的載荷特性比較接近于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)，并且結(jié)構(gòu)簡單，但是振動(dòng)大，工作不穩(wěn)定，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩較大從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率增加，無法進(jìn)行大負(fù)荷加載。圖2日本“增田式”試驗(yàn)機(jī)工作原理具有半波脈動(dòng)載荷的試驗(yàn)機(jī)半波脈動(dòng)載荷的試驗(yàn)機(jī)，液壓加載。英國的“藍(lán)寶石”、“雙子星座”、東德“專利模擬”以及蘇聯(lián)CIIII-1均屬于此。“藍(lán)寶石”試驗(yàn)臺(tái)原型由英國內(nèi)燃機(jī)研究會(huì)1949年研制成功，軸瓦尺寸約75×42mm，試驗(yàn)軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，連桿與活塞鉸接，幾經(jīng)改進(jìn)，1956年定制為今日的“藍(lán)寶石”試驗(yàn)臺(tái)，圖3為該試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡圖。“藍(lán)寶石”試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)軸由電動(dòng)機(jī)通過皮帶和彈性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為2500r/min。試驗(yàn)軸承大致尺寸為直徑56.4mm，長度29.5mm，壁厚1.82mm，與試驗(yàn)軸的偏心部分相匹配，偏心量為0.4mm。最大載荷可以調(diào)節(jié)，最大可達(dá)18.4噸力，最大負(fù)荷約為140MPa。圖3“藍(lán)寶石”試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)簡圖70年代中期，在“藍(lán)寶石”試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展為“雙子星座”試驗(yàn)臺(tái)，即在一個(gè)共同的機(jī)座上裝了兩個(gè)“藍(lán)寶石”試驗(yàn)頭，因而可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)。“雙子星座”試驗(yàn)臺(tái)配備有泵-液壓系統(tǒng)，在不同壓力下，從一共同郵箱向每一試驗(yàn)頭的加載油缸，試驗(yàn)軸承和主軸承供油。油箱溫度控制為70℃，還裝有控時(shí)開關(guān)，可使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在所選運(yùn)轉(zhuǎn)周期后自動(dòng)停止工作。配置著熱電偶，能連續(xù)的記錄試驗(yàn)軸承和供給試驗(yàn)軸承的滑油的溫度。每一試驗(yàn)頭的連桿上貼有四片應(yīng)變片，以便測定試驗(yàn)軸承的載荷。采用增載法施加載荷，將試驗(yàn)軸瓦裝入“雙子星座”試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)頭中，按經(jīng)驗(yàn)選擇一定峰值載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)20小時(shí)，相當(dāng)于3×10循環(huán)，肉眼檢查軸承表面有無疲勞裂紋的行跡，如無，則將此軸瓦重新裝到試驗(yàn)臺(tái)上，在較前提高一級的峰值載荷下，進(jìn)行另一20小時(shí)的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。再增高峰值載荷再重復(fù)這一過程，直到軸瓦合金層出現(xiàn)疲勞裂紋為止，然后，將出現(xiàn)疲勞裂紋時(shí)的峰值載荷除以軸承內(nèi)徑和長度即得比載荷，以此作為該軸承材料的疲勞強(qiáng)度。為了材料之間做對比，每一種材料的試驗(yàn)條件應(yīng)該相同，因此，所有試驗(yàn)使用相同尺寸的試驗(yàn)軸承。東德的“專利模擬”試驗(yàn)機(jī)與“藍(lán)寶石”相似，試驗(yàn)軸做成階梯狀，無需卸開主軸瓦蓋，只要將軸抽出，即可檢查試驗(yàn)軸瓦，軸瓦內(nèi)徑75mm，試驗(yàn)軸轉(zhuǎn)速為1100-1400r/min，最大比負(fù)荷為65MPa。蘇聯(lián)CIIII-1型試驗(yàn)機(jī)仿照“藍(lán)寶石”，發(fā)表時(shí)間為1972年，試驗(yàn)軸瓦內(nèi)徑75mm，長度44mm，壁厚2.5mm，最大受力為22t。總的來說，以“藍(lán)寶石”為主的半波脈動(dòng)載荷試驗(yàn)機(jī)在模擬應(yīng)用條件方面，和第一種試驗(yàn)機(jī)的效果差不多，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，因此，在國外日益流行。但是這種試驗(yàn)機(jī)是用來測定和比較軸瓦材料的疲勞強(qiáng)度，所以不是采用全尺度的軸瓦，往往是將需測試的軸瓦裁剪成標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，所以該試驗(yàn)機(jī)不能用實(shí)物尺寸的軸瓦進(jìn)行試驗(yàn)。1.2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r目前，國內(nèi)針對軸瓦的試驗(yàn)裝置比較少，戚野機(jī)車車輛工藝研究所研制了YD-1型液壓動(dòng)載軸瓦疲勞試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)與“藍(lán)寶石”試驗(yàn)機(jī)相類似，采用半波脈動(dòng)液壓加載方式，將試驗(yàn)軸做成階梯狀，便于將軸抽出，檢查軸瓦。1995年七一一研究所研制了新型雙功能軸瓦試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)瓦和擺動(dòng)瓦性能試驗(yàn)的功能，具有同時(shí)試驗(yàn)2到6副旋轉(zhuǎn)瓦的能力，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可變范圍為400-1400r/min，液壓缸工作壓力最高可達(dá)23MPa，最大載荷為450KN，可以承擔(dān)孔徑為200mm左右的大型軸瓦性能試驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對溫度、轉(zhuǎn)速、循環(huán)次數(shù)以及脈動(dòng)負(fù)荷的檢測，試驗(yàn)方法采用“曾載法”，判斷疲勞損傷的一句為軸瓦合金層出現(xiàn)疲勞剝落或肉眼可見的疲勞網(wǎng)紋。但該試驗(yàn)機(jī)載荷大小的調(diào)節(jié)仍由手工調(diào)整泄油閥來實(shí)現(xiàn)，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且載荷不大。1.3軸瓦平臺(tái)機(jī)現(xiàn)狀總述綜上所述，目前還沒有滿足高強(qiáng)度、大功率柴油機(jī)軸瓦試驗(yàn)需求的試驗(yàn)機(jī)，蘇爾壽公司的“實(shí)物尺寸試驗(yàn)機(jī)”軸瓦尺寸負(fù)荷要求，但是施加載荷的能力有限，而且結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，制造成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都很高；依靠偏心配置的回轉(zhuǎn)重物的慣性實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)加載的慣性力試驗(yàn)機(jī)，負(fù)荷特性接近于現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的軸瓦的負(fù)荷特性，在國外多為汽車工業(yè)所采用，而且這種試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行起來振動(dòng)噪聲大，工作不穩(wěn)定，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩較大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率增加，無法進(jìn)行大負(fù)荷加載。以“藍(lán)寶石”為主的半波脈動(dòng)載荷試驗(yàn)機(jī)不能采用實(shí)物尺寸的軸瓦進(jìn)行試驗(yàn)，而且加載能力有待提高但是具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，載荷也更接近于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)，所以本實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)合“藍(lán)寶石”試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)研制一種適用于高強(qiáng)度、大功率柴油機(jī)軸瓦試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)1.3試驗(yàn)平臺(tái)功能軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)擬完成以下試驗(yàn)：軸瓦材料極限承載能力試驗(yàn)。以四種（25MPa，28MPa，32MPa，35MPa）量級的載荷作為初始載荷，在一定條件下，通過試驗(yàn)平臺(tái)不斷增加載荷。試驗(yàn)完成后對材料進(jìn)行分析，得出軸瓦材料的極限承載載荷值。軸瓦材料摩擦磨損性能試驗(yàn)利用試驗(yàn)平臺(tái)對軸瓦材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，分析比較不同材料的摩擦磨損性能。滑油顆粒污染變質(zhì)試驗(yàn)通過試驗(yàn)平臺(tái)對潤滑油品質(zhì)進(jìn)行控制，得到潤滑油品質(zhì)對軸瓦材料性能的影響規(guī)律。繁啟停試驗(yàn)抗咬粘能力試驗(yàn)采用啟動(dòng)－停車試驗(yàn)法，檢測軸瓦材料的抗咬粘能力。不同溫度適應(yīng)能力試驗(yàn)試驗(yàn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)溫度的控制，得到溫度對材料性能的影響規(guī)律。油膜未能正常建立或混合油膜狀態(tài)下適應(yīng)能力試驗(yàn)通過對滑油量的控制，實(shí)現(xiàn)對油膜形態(tài)的控制。安裝傾角對軸瓦材料使用性能影響試驗(yàn)1.4試驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)設(shè)備試驗(yàn)軸瓦、軸承座孔和軸頸按柴油機(jī)相關(guān)零件的實(shí)際尺寸、材料和工藝、供油狀況設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)物尺寸軸瓦模擬在柴油機(jī)中的實(shí)際載荷情況的試驗(yàn)驗(yàn)證，軸瓦試驗(yàn)機(jī)滿足以下性能指標(biāo)要求。試驗(yàn)時(shí)的基本參數(shù)潤滑油牌號：柴油機(jī)設(shè)計(jì)牌號供油壓力：按柴油機(jī)實(shí)際供油壓力供油方式：油道及供油方式與實(shí)際一致試驗(yàn)機(jī)載荷滿足模擬柴油機(jī)最大爆發(fā)壓力要求，實(shí)現(xiàn)0-120%的可調(diào)。軸轉(zhuǎn)速：按柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速1.5試驗(yàn)對象試驗(yàn)機(jī)型爆發(fā)壓力/MPa額定轉(zhuǎn)速/rpm缸徑/mm主軸軸徑/mm主軸瓦寬度/mm連桿軸徑/mm連桿瓦寬度/mm最大載荷(KN)CX4014.51364004721685101501821.2CX5218.51085005601706101823630.6

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2、低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)方案設(shè)計(jì)2.1軸瓦平臺(tái)機(jī)設(shè)計(jì)方案2.1.1軸瓦平臺(tái)機(jī)總體結(jié)構(gòu)本試驗(yàn)機(jī)基于“藍(lán)寶石”為“藍(lán)寶石”試驗(yàn)機(jī)的放大版，由于實(shí)物尺寸很大，所以增加了一路根據(jù)試驗(yàn)要求可以任意調(diào)節(jié)壓力的低壓補(bǔ)油，解決活塞的跟隨性問題。由于低速機(jī)連桿瓦與主軸瓦承受非常大的缸內(nèi)燃燒氣體壓力、慣性力和離心力載荷；因此，在結(jié)構(gòu)上平臺(tái)機(jī)必須滿足強(qiáng)度指標(biāo)的要求，這樣就會(huì)使得軸瓦平臺(tái)機(jī)尺寸較大；同時(shí)，考慮到低速機(jī)軸瓦，曲軸和連桿大端本身結(jié)構(gòu)尺寸，也決定了軸瓦平臺(tái)機(jī)尺寸規(guī)格較大。基于以上原因，低速機(jī)軸瓦平臺(tái)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)采結(jié)構(gòu)尺寸較大的平臺(tái)。軸瓦平臺(tái)試驗(yàn)機(jī)主體結(jié)構(gòu)簡圖和液壓原理圖，如圖4和圖5所示，試驗(yàn)機(jī)由主驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)、偏心試驗(yàn)軸、減速器、扭矩儀、撓性聯(lián)軸節(jié)、液壓加載裝置、軸瓦座、機(jī)體、潤滑系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)等組成。圖4軸瓦平臺(tái)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖5軸瓦平臺(tái)機(jī)液壓原理圖平臺(tái)機(jī)加載包括液壓加載系統(tǒng)，它提供一個(gè)在一定期間相對穩(wěn)定的載荷，對于確定的油缸，它由缸內(nèi)油壓決定。另一個(gè)加載模式是偏心軸對油缸活塞進(jìn)行擠壓時(shí)，迫使主軸彈性彎曲變形而形成。偏心距根據(jù)具體機(jī)型確定。兩個(gè)力合成后成為一條半波脈動(dòng)的負(fù)荷曲線。2.1.2軸瓦平臺(tái)機(jī)工作原理試驗(yàn)機(jī)采用軸瓦不動(dòng)，偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式來模擬主軸瓦以及連桿軸瓦與曲軸之間的相對運(yùn)動(dòng)，以偏心軸和液壓的方式加載。旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)采用變頻電機(jī)，變頻電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)、減速器等帶動(dòng)試驗(yàn)偏心軸旋轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)偏心軸兩端支撐部位安裝主軸瓦，中間偏心部位安裝連桿大端軸瓦，液壓油缸位于試驗(yàn)機(jī)下部（一是為了方便拆裝試驗(yàn)軸瓦，二是為了方便更換主軸瓦支承座和連桿頭，以適應(yīng)試驗(yàn)60機(jī)及以下的軸瓦），通過偏心軸和液壓缸作用于軸瓦，模擬柴油機(jī)軸瓦負(fù)載的脈動(dòng)載荷，試驗(yàn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一致，脈動(dòng)載荷頻率為二沖程柴油機(jī)載荷頻率。2）潤滑情況沿試驗(yàn)軸水平方向，在軸中心開有潤滑油道，沿軸垂直方向開有潤滑油孔通向各軸瓦。軸瓦安裝在軸瓦座里面，由油柜、帶溫控功能的加熱器、可調(diào)壓滑油輸入泵、滑油抽出泵、過濾器等組成滑油系統(tǒng)，給試驗(yàn)軸瓦供給一定壓力、一定溫度的滑油。測試系統(tǒng)完成對滑油溫度、壓力以及軸瓦位移數(shù)據(jù)的采集、分析和監(jiān)測。3）液壓加載當(dāng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活塞向上行移動(dòng)時(shí)，高壓液壓油通過凸輪控制的三位四通閥進(jìn)入油缸上腔（凸輪與試驗(yàn)主軸鋼性連接）；另一路低壓油向活塞的下腔補(bǔ)油；油缸上腔中的油受到擠壓，因而在試驗(yàn)軸瓦上產(chǎn)生一個(gè)載荷，這個(gè)載荷即上加載試驗(yàn)載荷，試驗(yàn)載荷可由裝于油缸上部管路中的加載閥進(jìn)行調(diào)節(jié)（加載閥的調(diào)節(jié)必須與液壓系統(tǒng)中的溢流閥同步進(jìn)行調(diào)節(jié)）；配置安全閥，用來控制液壓加載時(shí)的最大壓力值。當(dāng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活塞向下行移動(dòng)時(shí)，高壓液壓油通過凸輪控制的三位四通閥進(jìn)入油缸下腔（凸輪與試驗(yàn)主軸鋼性連接）；另一路低壓油向活塞的上腔補(bǔ)油，油缸下腔中的油受到擠壓，因而在試驗(yàn)軸瓦上產(chǎn)生一個(gè)載荷，這個(gè)載荷即下加載試驗(yàn)載荷，試驗(yàn)載荷可由裝于油缸底部的加載閥進(jìn)行調(diào)節(jié)（加載閥的調(diào)節(jié)必須與液壓系統(tǒng)中的溢流閥同步進(jìn)行調(diào)節(jié)），配置安全閥，用來控制液壓加載時(shí)的最大壓力值。這樣，就對試驗(yàn)軸瓦施加了一個(gè)從零到試驗(yàn)載荷之間的脈動(dòng)載荷。所以，試驗(yàn)軸瓦所承受的載荷為正弦脈沖載荷，在一次循環(huán)內(nèi)，試驗(yàn)軸瓦表面承受一個(gè)從零到試驗(yàn)載荷之間的脈動(dòng)載荷。試驗(yàn)軸瓦的這種載荷特性與內(nèi)燃機(jī)中的燃燒氣體壓力相似，該試驗(yàn)方法具有代表軸瓦實(shí)際使用工況的特性。4）數(shù)據(jù)測控裝于連桿上的應(yīng)變傳感器采集電信號（交變信號），該信號通過放大器放大，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)（二次儀表），我們可以得到加載的正弦波形。與其它試驗(yàn)機(jī)相比，其結(jié)果更能反映被試軸瓦的真實(shí)情況。在軸瓦座上安裝有溫度傳感器、壓力傳感器、電渦流傳感器。溫度傳感器用于檢測被試軸瓦的溫度；壓力傳感器用于檢測被試軸瓦的油膜壓力；通過電渦流傳感器檢測試驗(yàn)軸的軸心軌跡，可以得到最小油膜厚度。該試驗(yàn)機(jī)可較為真實(shí)的模擬柴油機(jī)軸瓦受力和運(yùn)動(dòng)情況，一次可進(jìn)行一副軸瓦的試機(jī)。試驗(yàn)軸兩端支撐部位尺寸與試驗(yàn)機(jī)型曲軸主軸頸尺寸相同，與連桿相連的試驗(yàn)軸中間部位尺寸與試驗(yàn)機(jī)型曲軸連桿軸頸尺寸相同。2.1.3平臺(tái)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)=1\*GB2⑴試驗(yàn)瓦外徑：φ450～760mm瓦寬：120～270mm壁厚：δ=6～20mm軸瓦與軸之間的徑向間隙為0.5‰～1.5‰=2\*GB2⑵試驗(yàn)軸材料：柴油機(jī)曲軸材料（根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)的曲軸材料選擇）軸徑偏心量：e（在軸瓦與軸之間的徑向間隙的基礎(chǔ)上增加e，不同機(jī)型的試驗(yàn)瓦e不同）軸徑表面粗糙度Ra：0.3±0.1μm軸徑：柴油機(jī)實(shí)際軸徑尺寸=3\*GB2⑶疲勞試驗(yàn)時(shí)的基本參數(shù)潤滑油牌號：柴油機(jī)設(shè)計(jì)牌號供油壓力：0.7MPa±0.02MPa（柴油機(jī)實(shí)際供油壓力）進(jìn)油溫度：80℃±2℃（供油溫度可以根據(jù)柴油機(jī)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整）試驗(yàn)瓦單位載荷范圍：10～40MPa（根據(jù)柴油機(jī)軸瓦P值進(jìn)行確定）軸轉(zhuǎn)速：20-220rpm根據(jù)柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速可以調(diào)整（采用的是變頻電機(jī)）。載荷頻率：根據(jù)柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速確定。試驗(yàn)工況：600KW（按柴油機(jī)可靠性試驗(yàn)工況執(zhí)行）2.2設(shè)計(jì)可行性分析2.2.1軸瓦平臺(tái)機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能力可行性分析以S60MC柴油機(jī)軸瓦的試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)可行性為例進(jìn)行分析。(S60MC機(jī)型的最大載荷大于試驗(yàn)機(jī)型，以其作為平臺(tái)機(jī)設(shè)計(jì)對象能涵蓋試驗(yàn)的所有機(jī)型，并留有一定余量。)=1\*GB3①S60MC柴油機(jī)軸瓦參數(shù)：爆發(fā)壓力：Pmax=16MPa缸徑：D=φ600mm額定轉(zhuǎn)速：n=105r/min主軸瓦情況：主軸頸直徑：d=φ672.06mm主軸瓦寬度：B=206mm主軸瓦最高比壓：P=PmaxπR2/(dxB)=16xπx3002/(672.06x206)=32.66(MPa)主軸頸線速度：V=πdn/60=πx672.06x105/(60x1000)=3.69m/s主軸瓦PV值：PV=32.66x3.69=120.52MPa.m/s連桿瓦情況：連桿軸徑：d=φ720mm連桿瓦寬度：B=216mm連桿瓦最高比壓：P=PmaxπR2/(dxB)=16xπx3002/(720x216)=29.09(MPa)連桿軸頸線速度：V=πdn/60=πx720x105/(60x1000)=3.96m/s連桿瓦PV值：PV=29.09x3.96=115.2MPa.m/s=2\*GB3②平臺(tái)機(jī)試驗(yàn)軸瓦標(biāo)定載荷及參數(shù)：根據(jù)以上計(jì)算，S60MC柴油機(jī)主軸瓦的PV值大于連桿軸瓦，取主軸瓦的PV值為試驗(yàn)軸瓦的PV值，則：額定轉(zhuǎn)速：n=105r/min試驗(yàn)軸頸直徑：d=φ720mm試驗(yàn)軸軸頸線速度：V=πdn/60=πx720x105/(60x1000)=3.96m/s標(biāo)定載荷：32.66(MPa)=3\*GB3③平臺(tái)機(jī)載荷情況試驗(yàn)軸瓦的標(biāo)定載荷為：P=32.66MPa，則平臺(tái)機(jī)液壓缸承受的載荷力為：F=PmaxπR2=16xπx3002=4523893.3N再按柴油機(jī)的可靠性考核工況要求，將至少超負(fù)荷按120%工況運(yùn)行考核，則平臺(tái)機(jī)液壓缸承受的載荷力將達(dá)到：4523893.3x120%=5428672N=542.9t。假定液壓系統(tǒng)最高壓力為40Mpa，補(bǔ)油壓力為1.5Mpa，活塞桿直徑為250mm，液壓缸的直徑為500mm。由液壓缸提供的載荷力可初步確定：F=PmaxπR2=40×π×2502=7850KN=785t＞542.9t滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)最大偏心距為4，則活塞移動(dòng)最大距離為8mm，最高轉(zhuǎn)速按250rpm計(jì)算液壓系統(tǒng)的功率為：P主液壓=（P壓力×Q）/（612η）=400×0.785(502-252)×0.8×250／(612×0.8×1000)=240.55KWP補(bǔ)液壓=（P壓力×Q）/（612η）=15×0.785(502-252)×0.8×250／(612×0.7×1000）=10.3KWP液壓=P主液壓+P補(bǔ)液壓=250.85KW2.2.2軸瓦平臺(tái)機(jī)電機(jī)軸實(shí)現(xiàn)能力可行性分析下表以S60MC機(jī)型分析一柴油機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)單位1爆壓（MPa）(Pmax)16MPa2缸徑600mm3連桿軸徑(瓦徑)D=R*2720mm4連桿上瓦寬B216mm5連桿下瓦寬206mm6轉(zhuǎn)速n105rpm二軸瓦主要參數(shù)1P比比壓（MPa）=Pmax*πR2/(D*B)29.09MPa三軸瓦試驗(yàn)軸功率參數(shù)1P比比壓29.09MPa2連桿軸徑(瓦徑)D=R*2+δ*2720mm3連桿上瓦寬B216mm4轉(zhuǎn)速V105rpm5偏心距e（按實(shí)際需要選擇）4mm6連桿受力（軸瓦試驗(yàn)機(jī)液壓缸承受載荷）

F=P比*B*D4523893.3N7按油缸超負(fù)荷20%工況計(jì)算:Fmax=F*1.25428672N8連桿力矩M=Fmax*δ/100021714.69N.m9按連桿軸頸轉(zhuǎn)速超負(fù)荷20%計(jì)算:

nmax=n*1.2126rpm10連桿有功功率：P連=M*nmax/9550286.5Kw11按機(jī)械效率70%計(jì)算：P總=P連/0.7409.3Kw12減速箱減速比:1:5電機(jī)極數(shù):4級頻率范圍:5～90Hz軸電機(jī)功率:100KW2.2.3其他電機(jī)所需功率其它所需功率約：130KW（主要包括可調(diào)滑油泵、抽回滑油泵、滑油加熱器、滑油冷卻器等）2.2.4軸瓦平臺(tái)機(jī)所需電機(jī)總功率平臺(tái)機(jī)的總功率=100+347.7+15.83+130≈594KW2.2.5換瓦試驗(yàn)的可行性該平臺(tái)機(jī)設(shè)計(jì)的主驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)、減速器、扭矩儀、撓性聯(lián)軸節(jié)、液壓加載裝置、機(jī)體、潤滑系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)屬通用模塊，換瓦試驗(yàn)時(shí)無需更換。不同柴油機(jī)軸瓦試驗(yàn)僅需更換試驗(yàn)偏心軸、試驗(yàn)瓦及軸瓦座。平臺(tái)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于更換工裝及試樣軸瓦。2.3可行性結(jié)論上述計(jì)算分析，表明試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)和電機(jī)的實(shí)現(xiàn)能力是滿足S60MC機(jī)型的。S60MC機(jī)型的最大載荷及偏心距e比S52MC和S40MC機(jī)型均大，平臺(tái)機(jī)的液壓系統(tǒng)和電機(jī)的實(shí)現(xiàn)能力滿足S60MC機(jī)型要求，因此，它也適用于S52MC和S40MC船用低速機(jī)軸瓦的試驗(yàn)要求。

3、低速機(jī)軸瓦材料極限試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)方法3.1極限承載能力試驗(yàn)3.1.1試驗(yàn)方法試驗(yàn)用軸瓦需預(yù)先在試驗(yàn)機(jī)上空載磨合2h。磨合后以軸瓦比壓25MPa為起始載荷，以后每運(yùn)轉(zhuǎn)1h增加10MPa(軸瓦比壓)載荷，運(yùn)行10h后檢測軸瓦有無損壞，若通過檢測，則重復(fù)試驗(yàn)，直至軸瓦比壓達(dá)到55MPa。若還無損壞，則以每級載荷5MPa繼續(xù)試驗(yàn)，運(yùn)行10小時(shí)后檢測軸瓦有無損壞，如此重復(fù)直至試驗(yàn)瓦損壞為止。3.1.2評定方式用導(dǎo)致軸瓦損壞的載荷來衡量軸瓦的承載能力，即承載的載荷越高，則材料的承載能力越好。如在相同載荷下?lián)p壞，則比較軸瓦的磨損量，磨損越小，則材料的承載能力越好。3.2摩擦磨損性能試驗(yàn)3.2.1試驗(yàn)方法在此試驗(yàn)之前需進(jìn)行極限承載能力試驗(yàn)，判斷出試驗(yàn)中被選取材料的最小承載能力amin。（1）試驗(yàn)用軸瓦需預(yù)先在試驗(yàn)機(jī)上空載