[發(fā)明專利]一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010983134.5
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112284575B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱永生;楊敏燕;閆柯;任智軍;袁倩倩;張聰;梁潘婷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01B7/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、加寬軸承內(nèi)圈，使其能在徑向及軸向上布置至少三個電渦流位移傳感器，運用載荷加載試驗，采集軸承內(nèi)圈相對于外圈的徑向、軸向、角向靜態(tài)位移s；

步驟2、建立軸承靜態(tài)位移-載荷關(guān)系模型：基于軸承的基本設(shè)計參數(shù)與轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的離心力及陀螺力矩，構(gòu)建軸承的擬靜力學(xué)模型：K(α)·s＝F，其中K(α)為模型相關(guān)矩陣，α為軸承基本設(shè)計參數(shù)，s為軸承各向位移向量，F(xiàn)為軸承載荷向量；并利用有限元仿真與極差分析方法得到影響軸承位移的設(shè)計參數(shù)α_T；

所述步驟2具體為：K(α)·s＝F為軸承載荷與位移關(guān)系理論模型；在此基礎(chǔ)上，基于ANSYS仿真軟件建立軸承仿真模型，在給定載荷的前提下，以軸承生產(chǎn)中節(jié)圓直徑、溝底曲率系數(shù)、接觸角設(shè)計參數(shù)的加工誤差范圍為控制量，利用正交試驗原理，通過仿真分析獲得軸承各個設(shè)計參數(shù)變動或加工誤差對軸承位移的影響程度，并利用極差分析方法確定影響因素；之后，以影響因素為載荷-位移關(guān)系模型中的識別與修正的參數(shù)，形成包含軸承使用因素的軸承聯(lián)合載荷與各個方向位移關(guān)系的非線性映射模型：K(α_T)·s＝F，其中：α_T為在給定載荷下對軸承靜態(tài)位移有影響的設(shè)計參數(shù)，即本模型中需要識別的參數(shù)；

步驟3、軸承靜態(tài)位移-載荷關(guān)系模型標(biāo)定：通過給定工況下的載荷位移關(guān)系，建立差分標(biāo)定模型；然后實驗得到不同載荷及轉(zhuǎn)速下的載荷與靜態(tài)位移數(shù)據(jù)，對其進行差分處理，計算仿真狀態(tài)及實驗狀態(tài)下軸承差分載荷誤差，采用優(yōu)化計算方法對影響軸承位移的設(shè)計參數(shù)α_T進行修正；

步驟4、軸承靜態(tài)位移-載荷關(guān)系模型漂移監(jiān)測：建立圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，挖掘各監(jiān)測參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立孤立森林模型，利用孤立森林異常判別方法，識別軸承接觸狀態(tài)是否發(fā)生變化；

所述步驟4具體為：利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和孤立森林建立軸承靜態(tài)位移-載荷關(guān)系模型漂移監(jiān)測模型：首先以軸承轉(zhuǎn)速、位移、載荷、徑向振動作為圖的節(jié)點，通過單層感知機學(xué)習(xí)節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成節(jié)點-邊-屬性的圖結(jié)構(gòu)，利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對圖結(jié)構(gòu)進行訓(xùn)練，得到各監(jiān)測參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；而后以所獲圖結(jié)構(gòu)為輸入，通過卷積層和單層感知機對圖結(jié)構(gòu)進行編碼，使監(jiān)測參數(shù)的特性與關(guān)聯(lián)關(guān)系轉(zhuǎn)換成低維向量表示；然后，引入基于孤立森林的異常判別方法，以圖編碼特征向量為樣本集隨機抽取多組輸入，構(gòu)造多棵差異化孤立樹組成孤立森林，求解孤立森林中所有孤立樹的平均深度作為軸承接觸狀態(tài)是否發(fā)生變化的判據(jù)；當(dāng)新的運行數(shù)據(jù)輸入模型，模型計算該數(shù)據(jù)在孤立森林中的深度，通過與平均深度比較，即可判斷該數(shù)據(jù)與訓(xùn)練數(shù)據(jù)的差異性，識別軸承的實時接觸狀態(tài)，判斷軸承載荷偏移關(guān)系是否需要重新標(biāo)定；

步驟5、若步驟4監(jiān)測到模型的接觸狀態(tài)發(fā)生變化，將軸承拆下，重新進行裝配，然后重復(fù)步驟2至步驟4，對位移-載荷關(guān)系模型進行調(diào)整監(jiān)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監(jiān)測方法，其特征在于，

所述步驟3中，以步驟2篩選得到的理想仿真狀態(tài)下對軸承位移-載荷模型有影響的設(shè)計參數(shù)α_T為基礎(chǔ)，構(gòu)建設(shè)計參數(shù)α_T的差分標(biāo)定模型；然后通過加載實驗臺，對軸承分別施加不同載荷和不同轉(zhuǎn)速，采集軸承運行載荷與靜態(tài)位移數(shù)據(jù)，根據(jù)前述已建立的差分標(biāo)定模型，對數(shù)據(jù)進行差分處理；最后，以軸承理論設(shè)計參數(shù)為待識別參數(shù)α_T的初始值，將差分位移數(shù)據(jù)帶入差分標(biāo)定模型即可得到對應(yīng)的差分載荷，通過計算理論差分載荷與實際差分載荷的誤差，利用粒子群優(yōu)化算法對設(shè)計參數(shù)α_T進行修正。