摘 要

回转支承是一种能够实现内外圈相对转动的部件，被广泛应用在挖泥船、起重机、风力发电机、盾构机等领域，在工业设备中起着承上启下的作用，所以它的寿命和质量极大地影响着使用设备的寿命和质量。由于回转支承的造价较高，工作环境一般都是在较为恶劣的条件中，且一旦发生故障，它的维修费用较高，维修周期较长，因此国内外各大回转支承厂家都把目光聚焦在回转支承的疲劳寿命预测上，为此研制对回转支承进行动静态承载能力分析和可靠性预测的回转支承试验机就显得尤为重要。本课题在小型回转支承试验机的设计基础上，进行电气控制软件系统和测控系统的分析，以此来设计该方案，并且对PLC、工控设备、传感器、低压电器等进行选型。对PLC 进行编程，并以LabVIEW2015软件作为开发平台，设计一个现场监测程序，组建一个虚拟仪器系统，模拟回转支承在实际工况下受到的载荷，以及模拟相关部位可能出现的故障，针对加载参数和故障引起的相关参数进行监测。设计的监测程序能够实现监测信号的显示、数据处理、数据存储、故障警报等功能，能对回转支承的温度、振动加速度、转速、位移和承受的加载力进行实时监测，反映了回转支承的工作状态，为后续的分研究析奠定基础。

关键词：回转支承 回转支承试验机 LabVIEW PLC

ABSTRACT

Slewing bearing is a kind of component which can realize the relative rotation of inner and outer rings. It is widely used in dredgers, cranes, wind turbines, shield machines and other fields. It plays a connecting role in industrial equipment, so its life and quality greatly affect the service life and quality of equipment. Because of the high cost of slewing support, the working environment is generally in more harsh conditions, and once a failure occurs, its maintenance cost is higher and the maintenance period is longer, so the major domestic and foreign manufacturers of Slewing Support focus on the prediction of the fatigue life of slewing support, for this reason, the slewing bearing capacity of dynamic and static analysis and reliability prediction are developed. Supporting test machine is particularly important. On the basis of the design of the small rotary bearing test machine, this paper carries out the analysis of the electrical control software system and the measurement and control system, in order to design the scheme, and carries out the selection of PLC, industrial control equipment, sensors, low voltage electrical appliances and so on. Programming the PLC and using LabVIEW2015 software as the development platform, designing a field monitoring program, setting up a virtual instrument system, simulating the load of slewing bearing under the actual working conditions, and simulating the possible faults of the relevant parts, monitoring the loading parameters and the related parameters caused by the faults. The monitoring program designed can realize the functions of monitoring signal display, data processing, data storage and fault alarm. It can monitor the temperature, vibration acceleration, rotational speed, displacement and loading force of slewing bearing in real time. It reflects the working state of slewing bearing and lays a foundation for subsequent research and analysis.

Key words: Slewing bearing Test machine LabVIEW PLC

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 5

1.2.1国内研究现状 5

1.2.2国外研究现状 7

1.2.3试验机的测控系统简介 7

1.3本文主要的任务 10

1.4本章小结 11

第二章 总体方案论证 12

2.1 试验机结构介绍 12

2.2测控系统的设计要求和技术指标 14

2.2.1测控系统的设计要求 14

2.2.2测控系统的技术指标 15

2.3方案分析 15

2.4本章小结 16

第三章 测控系统的硬件设计 17

3.1测控系统下位机选择 17

3.1.1 PLC的概念 17

3.1.2 PLC的功能特点 17

3.1.3 PLC的选用 18

3.1.4 PLC的端子分配 20

3.1.5 PLC控制的主电路图 21

3.1.6 PLC的软件编写 22

3.2测试系统的工控机设备选择 23

3.3传感器选择 24

3.3.1温度传感器选型 24

3.3.2加速度传感器选型 25

3.3.3压力传感器选型 27

3.3.4位移传感器选型 28

3.3.5扭矩传感器选型 29

3.4低压电器选型 30

3.4.1热继电器选型 30

3.4.2熔断器选型 31

3.4.3接触器选型 32

3.4.4低压断路器选型 32

3.4.5控制按钮选型 33

3.5本章小结 34

第四章 测控系统的软件设计 35

4.1软件功能分析 35

4.2开发平台选择 35

4.3程序开发过程简介 36

4.3.1建立一个VI程序 36

4.3.2采集信号的波形显示 36

4.3.3采集信号的滤波处理 38

4.3.4保存采集到的数据 41

4.3.5警报提示功能 43

4.4软件说明 45

4.5本章小结 51

第五章 总结 52

5.1总结 52

5.2经济性评价 52

参考文献 54

致谢 56

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

大型回转支承是一种特别的滚动轴承，它有着转动速度较低、能够承受较重的载荷、实际受载工况复杂的特点，因此在实际中被广泛应用。回转支承主要被应用在某些需要相对转动的场合，能承受径向力、轴向力还有倾覆力矩^[1-2]。大型回转支承在工程机械的使用极其广泛，再加上回转支承与其他轴承相比，具有独特的承载特性，所以通常被应用于起重机械、挖掘机、回转台^[3-4]、风力发电机^[5]和坦克炮塔等装置上。

图1-1 起重机滚子夹套式回转支承

随着我国经济的发展和经济全球化的历程加速，许多国家在商业贸易领域上的联系随着时代发展而紧紧相扣在一起，这将会推进现代的船舶和港口的运输机械向着一种高效率、大型化、承载力强的方向发展，在这种趋势下，大型回转支承在船舶和港口的应用只会越来越广泛。与此同时，习近平主席在党的十九大报告中指出：“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。”我国作为一个陆地广阔且与多个海域相连接的发展中国家，建设既能立足于陆地又能立足于海洋的强国是全面建设社会主义现代化强国的重要组成部分。在此号召下，应用了大型回转支承的大型海洋起重设备发展尤为迅速，在海洋工程、填海造陆、跨海大桥、海油勘探和开发等方面对回转支承的性能提出了更高的、更严格的要求^[6]。

大型挖泥船、装备大型起重机的起重船、运输船是在工业上应用最为广泛的船只。其中，挖泥船和起重船为了增加工作范围和达到操作所要求的灵活性，一般都要求能够回转作业。因此，大型回转支承成为了这些船只的核心构件之一，回转支持的设计优劣将直接决定着船只的作业能力。然而回转支承在起重机和挖泥装置上不仅仅是作为回转装置。在挖泥船上，抓斗装置、辅助装置、平台等的重量，回转支承的自身重量以及作业时的作用力都是由回转支承来承受的^[7]。特别是在一些起重机上，通常情况下需要起重的重量在200t左右，某些特大型的起重机的起重重量甚至达到了7000~8000t^[8]。这就导致了整体的滚动轴承很难承受这么大的力和力矩，并且一旦回转装置发生损坏，在维修以及更换损坏部件上会存在诸多不便之处，产生更多的成本。所以对回转支承疲劳寿命的可靠预测是众多回转支承厂商都聚焦的一件事。

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