[發(fā)明專利]軸承故障診斷系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810070235.2
• 申請日: 2008-09-05
• 公開（公告）號: CN101354312A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵毅敏;葛亮;方杰平
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所
• 代理人: 郭云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器，具體地講，涉及一種應(yīng)用在高速鐵路車輛(高速客車等)的輪軸和高級轎車、大型卡車的輪軸、變速箱以及其它一些采用智能軸承支撐方式的旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

軸承，作為機械設(shè)備中的關(guān)鍵零件之一，其運行狀態(tài)的好壞，將直接影響設(shè)備的運行狀態(tài)和使用性能。對軸承，特別是大型機電裝備主軸系統(tǒng)和高速車輛上的軸承運行狀態(tài)的監(jiān)控和故障檢測已經(jīng)成為故障診斷技術(shù)的一個重要研究內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)實踐證明，軸承診斷系統(tǒng)性能的好壞取決于它對軸承早期運行中故障的檢測能力，即在災(zāi)難性事故發(fā)生之前檢測到異常情況。大量事實證明許多重大事故都是由于機器故障在預(yù)期的壽命之前就出現(xiàn)而引起的。這些事故說明了難以預(yù)測的軸承故障所帶來的潛在危險，發(fā)展智能軸承技術(shù)，創(chuàng)建在線的軸承診斷及預(yù)警系統(tǒng)是當(dāng)今軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢。

智能軸承技術(shù)也可以說是在機械、電子、通訊等技術(shù)飛速發(fā)展的背景下而產(chǎn)生的。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械的精密程度和自動化程度的不斷提高，早期的軸承故障檢測方法已經(jīng)落后，而融現(xiàn)代傳感技術(shù)、信號傳輸與處理技術(shù)及計算機技術(shù)于一體的“智能化”診斷技術(shù)應(yīng)運而生。因此，作為機械系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的提供自由旋轉(zhuǎn)的基本元件——軸承的性能監(jiān)測及故障診斷方法也朝著“智能化”的方向發(fā)展。對于“智能軸承”的定義，當(dāng)前一種具有代表性的說法是，在傳統(tǒng)軸承的基礎(chǔ)上集成不同用途的傳感裝置，使其結(jié)合成為一體而形成獨特的結(jié)構(gòu)單元，再通過微型計算機進行信息處理，達到實時在線監(jiān)測的目的。

與傳統(tǒng)的軸承相比，集成有微傳感器的智能軸承的一個顯著優(yōu)點就是能夠?qū)崟r監(jiān)測自己的工作性能，且信噪比高。其次，由于智能軸承中軸承和傳感器結(jié)合為一個整體結(jié)構(gòu)，從而可作為一個獨立完整的產(chǎn)品進行生產(chǎn)和購買，方便用戶實際應(yīng)用。

目前軸承和傳感器的結(jié)合包括外掛式和嵌入式兩種結(jié)構(gòu)形式。外掛式是指傳感器不是嵌入到軸承的內(nèi)圈、外圈或滾動體內(nèi)，而是附加在軸承上的。這個結(jié)構(gòu)不會破壞軸承的完整性(即軸承允許的最大應(yīng)力和變形不發(fā)生變化)。傳統(tǒng)的外掛式將傳感組件附加在軸承周圍，監(jiān)測的對象和范圍很有限。在實際中較難廣泛應(yīng)用。而不改變軸承外廓尺寸，且能夠進行多種參數(shù)測試的嵌入式智能軸承是智能軸承的一個較好發(fā)展方向。嵌入式智能軸承單元則是將傳感器嵌入到軸承體內(nèi)，這種方法的優(yōu)點是傳感裝置能夠很接近被測信號的發(fā)生源。信號傳輸?shù)闹虚g界面減少，采集的信號更能真實地反映軸承的實際工作狀況，信噪比高。

但由于傳感元件究竟嵌入到軸承的什么位置，以及傳感裝置在復(fù)合傳感器上的合理布置等這些關(guān)鍵問題，使得嵌入式的應(yīng)用受到了限制。目前所采用的嵌入式結(jié)構(gòu)，是將傳感裝置集中在軸承上，這會產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且導(dǎo)線不好布置，給裝配帶來困難。另外，現(xiàn)有的智能軸承的傳感裝置大多只采用一種，最常見的是帶有加速度(振動)傳感裝置的智能軸承單元和帶有速度傳感裝置的智能軸承單元。針對高速列車、高速客車等高速車輛，由于車速過高，軸承的振動加劇，必須對振動信號進行檢測，以預(yù)防將會造成的巨大的人身和經(jīng)濟損失。為防止高速車輛抱死現(xiàn)象的發(fā)生，需實時檢測轉(zhuǎn)速信號。另外，為了防止發(fā)生由于軸承故障引起的切軸事故，以及由于軸承自身發(fā)熱而造成的磨損、燒傷需同時檢測軸承內(nèi)圈(軸)、外圈的溫度信號。這樣就必須設(shè)計出將振動加速度傳感裝置、溫度傳感裝置、轉(zhuǎn)速傳感裝置集成一體的智能軸承單元。

本發(fā)明人開發(fā)了一種帶復(fù)合傳感器的智能軸承(申請?zhí)枺?007100925746)，該智能軸承設(shè)置有六路輸出口，其中第一、二路輸出口AI0、AI1各輸出一組振動加速度信號，第三、四路輸出口AI2、AI3各輸出一組轉(zhuǎn)速信號，第五、六路輸出口AI4、AI5各輸出一組溫度信號。將振動加速度傳感裝置、溫度傳感裝置、轉(zhuǎn)速傳感裝置與軸承集成一體，能有效地提取軸承的故障信號。

但還缺乏如何根據(jù)振動加速度信號、溫度信號、轉(zhuǎn)速信號對軸承的狀態(tài)進行在線監(jiān)測，對故障進行識別的具體技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種智能軸承故障診斷系統(tǒng)，能夠在現(xiàn)有帶復(fù)合傳感器的智能軸承的基礎(chǔ)上，根據(jù)智能軸承的振動加速度信號、溫度信號、轉(zhuǎn)速信號對軸承的狀態(tài)進行在線監(jiān)測，對故障進行識別。