CN102116408A

CN102116408A - 一种基于振动的轴承自动润滑方法及相关电器控制系统

Info

Publication number: CN102116408A
Application number: CN2010105509791A
Authority: CN
Inventors: 谭永红; 徐苏明; 董瑞丽
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2011-07-06

Abstract

本发明属于轴承润滑专业，一种基于振动的轴承自动润滑方法，①把作为振动传感器的压电陶瓷片贴于试验轴承盖上；②配置电器控制系统；③在设定转速下，测试和建立各型号轴承振动与电器控制系统控制加注润滑油的时机、油量关系；④需监控自动加注润滑油的轴承盖上加贴压电陶瓷片振动传感器与电器控制系统电连接，对不同轴承型号改变阈值设定，监控和运行轴承。相应的电器控制系统，包括信号调理电路、A/D转换电路、主控制电路、反馈控制电路和数据传输电路。本发明通过对轴承的振动实时检测，对轴承润滑状况进行识别，作为反馈信号，用于控制自动注油器及时进行润滑油的加注，合理注油，提高了油液利用率，提高轴承润滑机构的自动化程度和可靠性。

Description

一种基于振动的轴承自动润滑方法及相关电器控制系统

技术领域

本发明属于轴承润滑专业，特别是涉及对轴承进行自动润滑的一种方法及其相关装置。

背景技术

作为机械工业中最重要的结构——轴系结构，其润滑一直都是制约其向高速化发展的一大障碍，轴系结构的润滑主要是通过对支承轴系的轴承进行注油而进行的。目前现有的轴承自动注油器，可以经过人为设定，使油杯定时、定量对轴承注油，从而到达润滑的效果，这样的注油方式属于开环控制方式，具有注油时间与注油量与轴承真正需要注没都不太一致、准确的缺点，很可能造成过注油或欠注油现象。过注油会造成不必要浪费甚至引起泄漏，欠注油则可能造成轴承润滑不足，而引起磨损。因此，现有技术尚有欠缺，本专业希望有进一步和改进、改良技术问世。

发明内容

本发明的目的是提供针对轴承实际运行状况中的需要，在恰如其分的时机加注适量润滑油的一种轴承自动润滑方法及相关的装置。

本发明的目的由如下技术方案实现：

一种基于振动的轴承自动润滑方法，其特征在于：

①把作为振动传感器的压电陶瓷片贴于试验轴承盖上；

②配置电器控制系统；

③在设定转速下，测试和建立各型号轴承振动与电器控制系统控制加注润滑油的时机、油量关系；

④需监控自动加注润滑油的轴承盖上加贴压电陶瓷片振动传感器与电器控制系统电连接，对不同轴承型号改变阈值设定，监控和运行轴承。

一种基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于，所述系统包括信号调理电路、A/D转换电路、主控制电路、反馈控制电路和数据传输电路。

进一步，所述信号调理电路，包括第一部分差分放大电路和第二部分程控滤波电路；

所述差分放大电路选用仪表放大器AD620；

所述程控滤波电路采用可编程滤波芯片MAX263作为滤波器核心的单片机程控方式。

进一步，所述A/D转换电路中采用12位的并行输入A/D芯片MAX197。

进一步，所述主控电路MCU为MCS-51系列单片机AT89S52。

进一步，所述反馈控制电路的芯片采用达林顿晶体管阵驱动芯片ULN2003，驱动注油器工作的步进电机。

进一步，所述数据传输电路中单片机与PC间通信的数据传输采用串口通信电路，采用RS232串行通信接口。

本发明以压电陶瓷片为信号采集传感器，51单片机为控制电路主控MCU，控制电路由信号调理部分、A/D转换部分、主控制部分、反馈控制部分与数据传输部分等组成。

据研究分析，在设定的转速下，根据轴承工作状态中润滑程度引起轴承振动变化情况，对于轴承是否需加注润滑油，以及加注量多少是一个敏感、直接的关联因素。本发明组合了一些市售的电器元器件，设计开发了组合方式和电器软硬件，提供了一种轴承自动润滑的电器控制装置。用环氧树脂将集成振动传感器压电陶瓷片固定于轴承盖上方，进行大量、反复测试，根据轴承振动与润滑程度之间的关系模型，利用模糊控制技术，调整润滑油的加注量，及时给轴承加注润滑油，建立起该装置对应于轴承工作中的振动，何时加注多少润滑油的关系模型，并且对各类、各规格的轴承分别测试和整理，储存于装置主机中。在实际使用中，将振动传感器压电陶瓷片固定于需监控的轴承盖上，对于何种类、何规格的轴承，在轴承自动润滑的电器控制装置预存的资料程序中选择、设定，在轴承工作中，由传感器将测试到的振动传输给装置主机，装置主机对比原存储的程序，发出是否加注油和加注测量多少的指令，控制驱动步进电机对注油器加油或关闭。

对本发明中的工作电路和元器件作如下详述：

差分放大电路：信号调理电路的第一部分为差分放大电路。考虑到干扰信号的影响，放大电路选用差分放大方式，放大器选用仪表放大器AD620，这样便可以有效地抑制零点漂移与共模干扰，同时，由于放大器自身的特性，其放大倍数可以通过一个外接电位器来调整。

程控滤波电路：信号调理电路的第二部分为程控滤波电路。为了能够适应不同轴承所产生的不同频率的振动信号，滤波电路设计为可以通过单片机控制的程控方式。本发明选择可编程滤波芯片MAX263作为滤波器的核心。可编程滤波芯片需要的外围器件较少，并且效果稳定，通过编程可以实现低通、高通、带通、带阻等各种方式的滤波，以及控制品质因数与截止频率等参数，具有很好的适应性。

A/D转换电路：由于原始振动信号主要为微弱信号，故在进行A/D转换的时候选用12位的并行输入A/D芯片MAX197。12位的精度可以保证对信号精度的要求，同时，并行输入的方式也使操作更方便，转换速度更快，也有利用今后对采样信号范围的扩展。

主控制电路：主控制MCU为MCS-51系列单片机AT89S52。单片机内含8K字节的可擦写EPROM，256字节的RAM，32个I/O口线，3个16位定时计数器，1个6向量两极中断结构，1个全双工串口等资源，并且支持在线下载功能。32个I/O口可以方便地控制电路中任何需要由单片机控制的引脚。

同时，为了增强系统的稳定性，系统还可以包括掉电数据保护电路，掉电保护部分采用AT24C02实现。AT24C02是一个遵循I2C总线协议的2K位串行CMOS型EEPROM，内部含有256个字节，以及一个16字节缓冲器，同时具有擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。

反馈控制电路：由于本发明最终通过自动注油器对轴承加注润滑油，因此反馈控制电路主要由控制注油器工作的步进电机驱动电路组成。芯片选择高压大电流达林顿晶体管阵驱动芯片ULN2003。由于单片机不能直接驱动电机，这就需要由功率电路来扩展输出电流以满足被控元件的电流、电压，ULN2003就属于这类可控大功率器件。

数据传输电路：由于需要首先对正常振动信号进行采集，故建立单片机与PC间通信的数据传输电路。本发明选用具有异步传输方式的串口通信电路。异步通信方式传输速度比同步通讯方式要低，但是具有硬件电路简单，实现起来方便的优点，而且在通用计算机中，使用的都是异步通信串口，又由于MCU内部有一个功能很强的全双工串行口，该串行口有4种工作方式，波特率可用软件设置，有片内的定时器、计数器产生，接收发送均可触发中断系统，使用十分方便，尤其是在高速CPU与低速CPU进行通讯时，这种优点更为突出，应用更为广泛，因此此处采用RS232串行通信接口。

本发明，提供了轴承振动检测、放大与自动注油方法；根据轴承振动估计轴承润滑程度的关系方法；依据轴承检测振动，根据模糊控制原理，进行润滑程度模糊估计和注油量模糊决策方法；利用单片机对注油器的步进电机进行实时反馈控制。

本发明的特点和优越性：

本发明首次在本专业提出了本技术方案，对轴承振动进行实时监测，根据轴承振动与润滑程度之间的关系模型，利用模糊控制技术，调整润滑油的加注量，及时给轴承加注润滑油，提高润滑油利用率；

采用闭环控制的方式，提高控制精度；

采用差分放大、程控滤波技术，提高信号调理电路的适应能力；

结构简单，制造方便，成本低廉，测量精度高；

软件设计独立，基于51单片机的C程序扩展性好，移植方便。

本发明根据轴承润滑程度引起轴承振动变化情况，提出一种基于轴承振动信号反馈的轴承自动润滑方法，通过对轴承的振动进行实时检测，据此对轴承润滑状况进行识别，以此作为反馈信号，用于控制自动注油器及时进行润滑油的加注，该方法采用闭环控制，进一步提高了油液的利用率，同时也提高了轴承润滑机构的自动化程度和可靠性。

附图说明

图1为本发明基于振动的轴承自动润滑方法及相关电器控制系统的主要工作环节工作流程图；

图2为本发明中的差分放大电路；

图3为本发明中的程控滤波电路；

图4为本发明中的A/D转换电路；

图5为本发明中的主控制电路(一)；

图6为本发明中的主控制电路(二)；

图7为本发明中的电源电路；

图8为本发明中的反馈控制电路；

图9为本发明中的数据传输电路；

图10为本发明中的电源电路。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作具体说明。

一种基于振动的轴承自动润滑方法，包括如下内容：

①把作为振动传感器的压电陶瓷片贴于试验轴承盖上；

②配置电器控制系统；

一种基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，所述系统包括信号调理电路、A/D转换电路、主控制电路、反馈控制电路和数据传输电路。

如图2、3所示，所述信号调理电路，包括第一部分差分放大电路和第二部分程控滤波电路；

所述差分放大电路选用仪表放大器AD620；

如图4所示，所述A/D转换电路中采用12位的并行输入A/D芯片MAX197。

如图5、6所示，所述主控电路MCU为MCS-51系列单片机AT89S52。

如图8所示，所述反馈控制电路的芯片采用达林顿晶体管阵驱动芯片ULN2003，驱动注油器工作的步进电机。

如图9所示，所述数据传输电路中单片机与PC间通信的数据传输采用串口通信电路，采用RS232串行通信接口。

Claims

1.一种基于振动的轴承自动润滑方法，其特征在于：

①把作为振动传感器的压电陶瓷片贴于试验轴承盖上；

②配置电器控制系统；

2.一种基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于，所述系统包括信号调理电路、A/D转换电路、主控制电路、反馈控制电路和数据传输电路。

3.根据权利要求2所述基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于所述信号调理电路，包括第一部分差分放大电路和第二部分程控滤波电路；

所述差分放大电路选用仪表放大器AD620；

4.根据权利要求2所述基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于所述A/D转换电路中采用12位的并行输入A/D芯片MAX197。

5.根据权利要求2所述基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于所述主控电路MCU为MCS-51系列单片机AT89S52。

6.根据权利要求2所述基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于所述反馈控制电路的芯片采用达林顿晶体管阵驱动芯片ULN2003，驱动注油器工作的步进电机。

7.根据权利要求2所述基于振动的轴承自动润滑的电器控制系统，其特征在于所述数据传输电路中单片机与PC间通信的数据传输采用串口通信电路，采用RS232串行通信接口。