[發明專利]一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監測方法

有效

• 申請號: 202010983134.5
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112284575B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）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）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01B7/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監測方法，首先加寬軸承內圈設置電渦流位移傳感器，監測軸承在不同載荷及轉速下徑向、軸向、角向靜態位移s；然后構建軸承的擬靜力學模型：K(α)·s＝F；并應用有限元仿真軟件分析軸承設計參數K(α)對軸承位移的影響程度，篩選出影響較大的設計參數α_T；利用計算方法得到實驗結果與仿真結果之間的誤差，進而對誤差均值較大的設計參數α_T進行修正；最后應用圖神經網絡方法構建關聯模型，利用深度學習算法辨識軸承接觸狀態，實現軸承運行條件下的載荷監測模型精度的在線監測和評估，以判斷軸承載荷位移關系是否需要重新標定。

技術領域

本發明涉及軸承載荷監測技術領域，具體涉及一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監測方法。

背景技術

載荷作為反映軸承運行狀態的關鍵物理量，其測量方法一直是軸承領域關注的熱點，連續的載荷測量，一方面有助于檢測到負載異常，避免軸承故障引發嚴重事故，另一方面可以作為系統控制的有效輸入控制軸承的服役狀態。目前，對軸承載荷監測的常見方法有直接監測和間接監測兩種。

直接監測是利用各種力傳感器，如利用彈性環、定制力傳感器等直接測量得到軸承載荷，但受限于力傳感器的尺寸太大，該方案難以集于軸承本體，且無法測量旋轉部件載荷。間接監測可以分為基于變形和靜態位移兩種方法。變形監測主要是利用應變片或光纖傳感器監測軸承元件的微變形實現載荷監測，但該方法需要對軸承元件本身進行改造，且應變片所在的表面無法直接受力，僅適用于特定場合；基于靜態位移的監測方法直接對內外圈靜態位移進行監測，利用位移與載荷的關系計算軸承受力，無需對軸承元件改造，但由于軸承靜態位移與載荷之間是強非線性關系，并且從位移到載荷的非線性映射函數隨著軸承的工況(如轉速、載荷、溫度等)的變化而變化，因此建立每種工況下的非線性映射函數就成為基于靜態位移的載荷監測的關鍵以及難點。

靜態位移作為常見的監測參數，通常在軸承中集成有多個位移傳感器，結合靜態位移與載荷關系，完全可以實現基于靜態位移的軸承載荷監測，避免使用載荷測量所需的力傳感器，降低軸承載荷測量難度，減少對軸承元件的改造。

減少軸承多物理量測量時傳感器的種類及數量，實現軸承載荷的間接測量，不失為軸承載荷監測的一種切實可行的方法，但要實現該測量原理的精確高效仍有以下兩個問題需要解決：(1)構建準確的靜態位移-載荷測量模型；(2)考慮軸承長期運行所產生的磨損會造成軸承靜態位移-載荷關系發生漂移，影響載荷測量精度，需對載荷監測模型準確度進行在線評估。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監測方法，首先加寬軸承內圈，并在徑向、軸向位置放置電渦流位移傳感器，監測軸承在不同載荷及轉速下徑向、軸向、角向靜態位移s；然后基于靜態位移數據，利用軸承的基本設計參數K(α)，構建軸承的擬靜力學模型：K(α)·s＝F；并應用有限元仿真軟件分析軸承設計參數K(α)對軸承位移的影響程度，篩選出影響軸承位移的設計參數α_T；在此基礎上，利用差分計算方法得到實驗結果與仿真結果之間的誤差，進而利用優化算法對誤差均值影響軸承位移的設計參數α_T進行修正；最后應用圖神經網絡方法構建溫度、轉速、振動、各個方向位移量等物理量與軸承載荷的關聯模型，利用深度學習算法辨識軸承接觸狀態，實現軸承運行條件下的載荷監測模型精度的在線監測和評估，以判斷軸承載荷位移關系是否需要重新標定。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于電渦流位移傳感器的軸承載荷在線監測方法，包括以下步驟：

步驟1、加寬軸承內圈，使其能在徑向及軸向上布置至少三個傳感器，運用載荷加載試驗，采集軸承內圈相對于外圈的徑向、軸向、角向靜態位移s；