[發(fā)明專利]聲學(xué)智能軸承及其監(jiān)測(cè)診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110307402.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN113063594B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁曉喜;李玉蘭;張強(qiáng);李泉昌;肖佳偉;邵毅敏;王利明;楊小青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/045
• 分類號(hào): G01M13/045
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發(fā)明屬于軌道交通軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種聲學(xué)智能軸承及其監(jiān)測(cè)診斷方法，聲學(xué)智能軸承包括軸承、測(cè)速編碼環(huán)和智能感知裝置，測(cè)速編碼環(huán)安裝于軸承內(nèi)圈，測(cè)速編碼環(huán)上設(shè)有Q個(gè)氧磁體，相鄰氧磁體間的間隔相等，氧磁體的磁極交替分布，智能感知裝置設(shè)置在靠近軸承的端蓋上，端蓋固定設(shè)置，智能感知裝置上設(shè)有磁感應(yīng)陣列、聲學(xué)感知陣列和感知處理模塊。采用本技術(shù)方案，通過(guò)測(cè)速編碼環(huán)和智能感知裝置配合，基于感知信號(hào)處理分析實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌道交通軸承技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聲學(xué)智能軸承及其監(jiān)測(cè)診斷方法。

背景技術(shù)

軸承是機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及整機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性與維護(hù)性。現(xiàn)有的智能軸承既是一個(gè)回轉(zhuǎn)傳動(dòng)件，又是一個(gè)感知件，可以獲得軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，根據(jù)這些信息可以實(shí)現(xiàn)操作、控制以及運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)等工作。目前關(guān)于軸承智能化主要涉及到傳感器集成、信息采集、通訊傳輸、信號(hào)處理以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等，同時(shí)要求軸承具有高精度、高可靠性，也要求傳感器系統(tǒng)在受限空間的條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠、長(zhǎng)壽命的數(shù)據(jù)采集傳輸，保證智能軸承動(dòng)態(tài)服役性能的可靠性，滿足工業(yè)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。但是目前的軸承感知主要集中于壓電晶體、mems振動(dòng)傳感，溫度PT100等感知方式，導(dǎo)致對(duì)軸承早期故障感知能力較弱、敏感度不高，迫切需要研發(fā)出一種新的軸承運(yùn)行狀態(tài)感知及處理方法。

而現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)軸承的健康監(jiān)測(cè)與故障診斷，往往基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)或者外部聲音信號(hào)，普遍存在下列缺點(diǎn)：

1.現(xiàn)有傳感器價(jià)格昂貴，對(duì)安裝環(huán)境要求高。

2.現(xiàn)有技術(shù)將傳感器安裝在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備箱體外部，無(wú)法避免多界面接觸傳遞過(guò)程中能量耗散對(duì)全局振動(dòng)/聲音信號(hào)的削弱和衰減，以至于軸承早期故障所誘發(fā)的振動(dòng)/聲音信號(hào)被噪聲掩埋。

3.現(xiàn)有技術(shù)對(duì)軸承部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)及診斷需要大量歷史運(yùn)行信息以及外部工況輔助信息作為基礎(chǔ)，然而由于實(shí)際運(yùn)行工況復(fù)雜及操作措施多變，不利于軸承健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線快速自監(jiān)測(cè)與自診斷分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聲學(xué)智能軸承及其監(jiān)測(cè)診斷方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和自診斷，并提高監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案為：一種聲學(xué)智能軸承，包括軸承、測(cè)速編碼環(huán)和智能感知裝置；

所述測(cè)速編碼環(huán)安裝于軸承上，測(cè)速編碼環(huán)上設(shè)有Q個(gè)氧磁體，相鄰氧磁體間的間隔相等，氧磁體的磁極交替分布；

所述智能感知裝置設(shè)置在軸承靠近軸承的端蓋上，所述端蓋固定設(shè)置，智能感知裝置上設(shè)有磁感應(yīng)陣列、聲學(xué)感知陣列和感知處理模塊；

磁感應(yīng)陣列與測(cè)速編碼環(huán)平齊，用于切割測(cè)速編碼環(huán)的磁感線進(jìn)行發(fā)電；

聲學(xué)感知陣列用于采集軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音信號(hào)并將聲音信號(hào)傳輸至感知處理模塊；

感知處理模塊用于接收磁感應(yīng)陣列發(fā)出的電流信號(hào)和聲學(xué)感知陣列發(fā)出的聲音信號(hào)，并對(duì)信號(hào)處理分析，獲取診斷結(jié)果。

本基礎(chǔ)方案的工作原理和有益效果在于：通過(guò)測(cè)速編碼環(huán)與智能感知裝置上的磁感應(yīng)陣列配合，獲取軸承的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息，并完成自主供電。測(cè)速編碼環(huán)集成設(shè)置在軸承上，更利于獲取軸承精確的轉(zhuǎn)速信息，且實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部器件的供電，減少不必要的外部接線，簡(jiǎn)化安裝結(jié)構(gòu)。

聲學(xué)感知陣列直接安裝在軸承設(shè)備箱體內(nèi)部，近距離感知軸承的聲學(xué)激勵(lì)信息及運(yùn)行狀態(tài)，減少能量掩埋，獲取更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，具有低成本、低功耗、高效率、高精度的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)聲音信號(hào)的方向性和故障位置不確定的特點(diǎn)，基于聲能空間分布矩陣，對(duì)軸承故障位置進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，實(shí)現(xiàn)軸承故障位置初步定位。感知處理模塊能夠?qū)Σ杉穆曇粜盘?hào)和轉(zhuǎn)速信息進(jìn)行處理，從而對(duì)這些信號(hào)分析獲取診斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)診斷。進(jìn)一步，所述聲學(xué)感知陣列包括N個(gè)麥克風(fēng)傳感器，麥克風(fēng)傳感器與磁感應(yīng)陣列交替分別，且間隔相等。