CN102798581A

CN102798581A - 大功率减速器在线油液监测方法和系统

Info

Publication number: CN102798581A
Application number: CN2011101398864A
Authority: CN
Inventors: 黄学文; 武通海; 张�林; 郭建明
Original assignee: Ningxia Tiandi Benniu Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Ningxia Tiandi Benniu Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明提供了一种大功率减速器在线油液监测方法和系统，所述方法包括：实时或按预设的周期获取所述大功率减速器油液的工况参数；将上述工况参数与预设的参数阈值进行比较，若所述工况参数超出所述预设的参数阈值范围，则给出报警提示。本发明通过动态获取大功率减速器油液的工况参数并进行比较分析，实现对大功率减速器的在线监测，当减速器工况变劣时可以及时报警，从而解决现有技术无法实时监测和准确判断减速器的磨损状况问题。

Description

大功率减速器在线油液监测方法和系统

技术领域

本发明涉及机械设备磨损状态监测技术领域，特别是涉及一种大功率减速器在线油液监测方法和系统。

背景技术

大功率减速器是筑路、矿山等行业进行高效采掘、转载、破碎、运送装备的关键传动部件，在工作过程中，传动齿轮不但承受重载，还要承受冲击、震动等随机、交变载荷，由于润滑不良而导致齿面磨损是齿轮传动的主要失效形式之一，也是断齿失效的主要诱因之一，因此，为保障大功率减速器的正常运转，需要及时监测减速器油液的磨粒尺寸、磨粒浓度、工作温度、黏稠度、水含量等影响润滑效果的参数是否在合理范围内。

在现有技术条件下，对大功率减速器齿轮摩擦副的磨损状况，只能通过停机时抽取油液看颜色来判断，不能实现实时监测，因此无法实现预知维修和提前报警；二是通过油液颜色判断要依赖于维修技术人员的技术经验，判断结果不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大功率减速器在线油液监测方法，可解决现有技术不能实时监测和准确判断减速器的磨损状况的问题。

本发明还提供了一种大功率减速器在线油液监测系统，以保证上述方法在实际中的应用。

为了解决上述问题，本发明公开了一种大功率减速器在线油液监测方法，包括：实时或按预设的周期获取所述大功率减速器油液的工况参数；将上述工况参数与预设的参数阈值进行比较，若所述工况参数超出所述预设的参数阈值范围，则给出报警提示。

优选的，所述工况参数包括磨粒尺寸、磨粒浓度、油液温度、油液的黏稠度和/或油液的水分含量。

优选的，还包括：将所述工况参数通过网络传递至远程上位机，对所述工况参数的变化情况进行分析，获得所述大功率减速器的磨损情况诊断结果。

优选的，所述工况参数包括磨粒尺寸，所述诊断结果根据下列统计参量分析获得：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

其中，C₁为大磨粒个数比，表示大磨粒的数量分布情况；C₂为大磨粒平均尺寸比，表示大磨粒的平均尺寸分布情况；C₃为大磨粒尺寸比，表示大磨粒的最大尺寸分布情况；N₁为大磨粒的个数；N为磨粒的总个数；a为大磨粒的最小直径；a₁为等效直径大于a的磨粒平均等效直径；a₂为最大磨粒的等效直径。

优选的，所述工况参数包括磨粒浓度，所述诊断结果根据下列统计参量确定：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

其中，R为相对磨损率；S为相对磨损刚度；A_L为大磨粒的百分覆盖面积；A_S为小磨粒的百分覆盖面积；V为润滑油的采样量。

依据本发明的另一优选实施例，还公开了一种大功率减速器在线油液监测系统，包括进油管、回油管、电机、油泵、数据采集单元、数据分析单元和控制单元，其中：所述进油管和回油管的一端都与所述大功率减速器的下箱体油池相连；所述进油管的另一端与油泵相连；所述回油管的另一端与数据采集单元相连；所述油泵由电机驱动；所述电机在控制单元的控制下驱动油泵抽油；所述油液由进油管进入数据采集单元，然后通过所述回油管回到大功率减速器的下箱体油池；所述数据采集单元将采集到的所述大功率减速器的工况参数提交至数据分析单元；所述数据分析单元将所述数据采集单元获得的工况参数与预设的参数阈值比较来判断是否报警；所述控制单元控制系统按预设的实时模式或定时模式工作。

优选的，所述数据采集单元具体包括用于采集油液磨粒尺寸和磨粒浓度的磨粒传感器，用于采集油液黏稠度的黏度传感器，用于采集油液工作温度的温度传感器，和/或，用于采集油液水分含量的水传感器。

优选的，还包括用于传输所述数据采集单元采集的油液工况参数的网络；以及，用于对所述网络传输的油液工况参数及其变化情况进行分析，获得所述大功率减速器的磨损情况诊断结果或预测结果的上位机。

优选的，所述上位机具体包括用于分析油液磨粒尺寸分布情况的磨粒尺寸分析单元，所述磨粒尺寸分析单元根据下述统计参量获得诊断结果：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

优选的，所述上位机具体包括用于分析油液磨粒相对浓度指标的磨粒浓度分析单元，所述磨粒浓度分析单元根据下述统计参量获得诊断结果：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明优选实施例通过动态获取(实时或按预设的周期获取)大功率减速器油液的工况参数并进行比较分析，实现对大功率减速器的在线监测，当减速器工况变劣时可以及时报警，可解决现有技术无法实时监测和准确判断减速器的磨损状况的问题；另外，也可解决减速器在特殊工况条件下(如矿山开采、隧道建设等)不方便停机检测和及时维修保养的问题。

在本发明进一步的优选实施例中，上位机可对各传感器采集的相关工况参数进行进一步分析，不仅可以获得更为准确的分析结果，还可以根据连续采集或周期性采集的参数变化情况，对大功率减速器的磨损情况进行预测分析，可以在减速器的润滑状况变劣之前对减速器进行维修保养，从而使得减速器保持良好的工作状态、增加减速器的使用寿命；另外，还可解决特定使用环境下(如矿山开采、隧道建设等)减速器的工作环境不便于现场监控的问题。

附图说明

图1是本发明大功率减速器在线油液监测方法一实施例的流程图；

图2-1是本发明大功率减速器在线油液监测系统第一实施例的结构框图；

图2-2是本发明大功率减速器在线油液监测系统第二实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

方法实施例：

参照图1，示出了本发明大功率减速器在线油液监测方法第一实施例的流程，具体包括以下步骤：

步骤S101：获取大功率减速器油液的工况参数；

在本优选实施例中，上述工况参数可以根据实际需要设置采集方式，可以采用系统设置的各种参数传感器实时采集，也可以按预设的时间周期(如10分钟、1小时或24小时)定时采集，只要能实现自动采集相关参数数据即可，本发明并不加以限制。

另外，采集的工况参数包括磨粒尺寸、磨粒浓度、油液温度、油液的黏稠度和油液的水分含量等，但具体实施过程中，可以根据实际需要仅采集部分参数(如仅采集磨粒尺寸和磨粒浓度)，也可以采集更多的参数，本发明对此并不加以限制。

步骤S102：判断上述工况参数是否超出预设的参数阈值范围？若是，转步骤S103；否则，转步骤S104；

对于磨粒尺寸、磨粒浓度、油液温度、油液的黏稠度和油液的水分含量等工况参数的阈值，可根据减速器的功率、工作环境等情况设置。另外，在实际工况条件下，上述参数值之间是相互影响的，如磨粒尺寸和浓度，必然会影响油液的黏稠度；而随着磨粒浓度和油液黏稠度的上升，油液的润滑效果下降，齿轮之间的摩擦增大，也必然会提高油液的温度；当油液的水份含量增加到一定程度后，会产生乳化现象，降低润滑油的润滑性能，也会影响其他参数的变化。

步骤S103：报警提示；

如果相关工况参数值超出了预设的阈值范围，向管理人员发出报警提示，管理人员可根据报警类别，进行相应的维护保养处置或准备工作，如过滤或更换润滑油、更换减速器的齿轮等相关部件等等。

步骤S104：将上述工况参数通过网络传递至远程上位机；

在本优选实施例中，上位机可以是系统设立的专用分析设备，也可以是专业油液分析中心设置的服务器，还可以同时包括系统设立的专用分析设备和专业油液分析中心设置的服务器，实现对减速器的多级监测。

步骤S105：上位机对上述工况参数的变化情况进行分析，获得并输出大功率减速器的磨损情况诊断结果；

对于磨粒尺寸的相对分布指标，仅仅关注单个磨粒特征不能获得充分的摩擦学判断信息，对摩擦副状态较为敏感的摩擦特征参数包括磨粒的数量N、磨粒的最大尺寸(直径)a₂、大磨粒的平均尺寸(直径)a₁等，这些参数可以比较有效地反映摩擦副的状态，为此，构造下列磨粒群体统计参量：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

其中，C₁为大磨粒个数比，表示大磨粒的数量分布情况；C₂为大磨粒平均尺寸比，表示大磨粒的平均尺寸分布情况；C₃为大磨粒尺寸比，表示大磨粒的最大尺寸分布情况；

N₁为大磨粒的个数；N为磨粒的总个数；

a为大磨粒的最小直径(在本优选实施例中，a的取值为50Lm，即设定直径不小于50Lm的磨粒为大磨粒)；a₁为等效直径大于a的磨粒平均等效直径；a₂为最大磨粒的等效直径。

若润滑油样品中的大磨粒含量多，则C₁、C₂、C₃三个参数值明显偏大；反之，若润滑油样品中的小磨粒含量多，这三个参数的值明显偏小。

对于磨粒相对浓度指标，主要考虑下列参数指标：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。如步骤S104和S105，在不需要远程监控和专业油液分析中心分析的情况下，是可以省略的。

系统实施例一：

参照图2-1，示出了本发明大功率减速器在线油液监测系统第一实施例的结构框图，包括进油管21、回油管22、油泵23、电机24、数据采集单元25、数据分析单元26和控制单元20，其中：

进油管21和回油管22的一端都与大功率减速器的下箱体油池相连；

进油管21的另一端与油泵23相连；

回油管22的另一端与数据采集单元25相连；

油泵23由电机24驱动；

电机24在控制单元20的控制下驱动油泵23从大功率减速器的下箱体油池抽油；

油液由进油管21进入数据采集单元25，然后通过回油管22回到大功率减速器的下箱体油池；

数据采集单元25将采集到的大功率减速器的工况参数提交至数据分析单元26；

数据分析单元26将数据采集单元25获得的工况参数与预设的参数阈值比较来判断是否报警；如果相关工况参数值超出了预设的阈值范围，向管理人员发出报警提示，管理人员可根据报警类别，进行相应的维护保养处置或准备工作，如过滤或更换润滑油、更换减速器的齿轮等相关部件等等；

控制单元20用于控制系统按预设的实时模式或定时模式工作。

在本优选实施例中，数据采集单元25具体包括磨粒传感器251、黏度传感器252、温度传感器253和水传感器254，其中：

磨粒传感器251用于采集油液的磨粒尺寸和磨粒浓度；

黏度传感器252用于采集油液的黏稠度；

温度传感器253用于采集油液的工作温度；

水传感器254用于采集油液的水分含量。

系统实施例二：

参照图2-2，示出了本发明大功率减速器在线油液监测系统第二实施例的结构框图，除包括系统实施例一所包括的进油管21、回油管22、油泵23、电机24、数据采集单元25、数据分析单元26和控制单元20等功能单元外，还包括数据传输所需要的网络29、数据分析所需要的上位机27和油液分析中心服务器28，可对各传感器采集的相关工况参数(如磨粒尺寸和浓度、润滑油的黏稠度等)进行进一步分析，不仅可以获得更为准确的分析结果，还可以根据连续采集或周期性采集的参数变化情况，对大功率减速器的磨损情况进行预测分析，实现在减速器的润滑状况变劣之前对减速器进行维修保养，从而使得减速器保持良好的工作状态、增加减速器的使用寿命；另外，本优选实施例还可以解决特定使用环境下(如矿山开采、隧道建设等)减速器的工作环境不便于现场监控的问题。在本优选实施例中：

数据采集单元25包括采集大功率减速器磨损情况的铁谱传感器(磨粒传感器251)和采集润滑油黏度信息的黏度传感器252。

数据分析单元26和控制单元20由单片机实现。

对于磨粒尺寸的相对分布指标，采用下列磨粒群体统计参量考核：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

对于磨粒相对浓度指标，采用下列参数指标考核：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

本优选实施例的工作原理是：

电机24在单片机的控制下驱动油泵23从大功率减速器的下箱体油池抽油；油液由进油管21进入铁谱传感器(磨粒传感器251)，铁谱传感器对油液中的磨粒进行成像；然后，油液通过黏度传感器252；最后通过回油管22回到大功率减速器的下箱体油池；

铁谱传感器通过数据线和网络接口将图像数据传输到图像显示器；单片机分析图像的信息、将处理后的磨损分析结果(包括磨粒的尺寸、浓度)输出到显示器；然后，综合磨损分析结果和黏度传感器252获得的润滑油的黏度信息，根据设定的参考值或阈值来判断是否报警；

最后，单片机将上述磨损分析结果和润滑油的黏度信息经网络29上传至上位机27和油液分析中心服务器28，获得更为准确的分析结果。

需要说明的是，上述系统实施例属于优选实施例，所涉及的单元和模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种大功率减速器在线油液监测方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种大功率减速器在线油液监测方法，其特征在于，包括：

实时或按预设的周期获取所述大功率减速器油液的工况参数；

将上述工况参数与预设的参数阈值进行比较，若所述工况参数超出所述预设的参数阈值范围，则给出报警提示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工况参数包括磨粒尺寸、磨粒浓度、油液温度、油液的黏稠度和/或油液的水分含量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述工况参数通过网络传递至远程上位机，对所述工况参数的变化情况进行分析，获得所述大功率减速器的磨损情况诊断结果。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工况参数包括磨粒尺寸，所述诊断结果根据下列统计参量分析获得：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

其中，C₁为大磨粒个数比，表示大磨粒的数量分布情况；

C₂为大磨粒平均尺寸比，表示大磨粒的平均尺寸分布情况；

C₃为大磨粒尺寸比，表示大磨粒的最大尺寸分布情况；

N₁为大磨粒的个数；

N为磨粒的总个数；

a为大磨粒的最小直径；

a₁为等效直径大于a的磨粒平均等效直径；

a₂为最大磨粒的等效直径。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工况参数包括磨粒浓度，所述诊断结果根据下列统计参量确定：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

其中，R为相对磨损率；S为相对磨损刚度；

A_L为大磨粒的百分覆盖面积；

A_S为小磨粒的百分覆盖面积；

V为润滑油的采样量。

6.一种大功率减速器在线油液监测系统，其特征在于，包括进油管、回油管、电机、油泵、数据采集单元、数据分析单元和控制单元，其中：

所述进油管和回油管的一端都与所述大功率减速器的下箱体油池相连；所述进油管的另一端与油泵相连；所述回油管的另一端与数据采集单元相连；所述油泵由电机驱动；所述电机在控制单元的控制下驱动油泵抽油；所述油液由进油管进入数据采集单元，然后通过所述回油管回到大功率减速器的下箱体油池；

所述数据采集单元将采集到的所述大功率减速器的工况参数提交至数据分析单元；

所述数据分析单元将所述数据采集单元获得的工况参数与预设的参数阈值比较来判断是否报警；

所述控制单元控制系统按预设的实时模式或定时模式工作。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元具体包括用于采集油液磨粒尺寸和磨粒浓度的磨粒传感器，用于采集油液黏稠度的黏度传感器，用于采集油液工作温度的温度传感器，和/或，用于采集油液水分含量的水传感器。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于传输所述数据采集单元采集的油液工况参数的网络；以及，用于对所述网络传输的油液工况参数及其变化情况进行分析，获得所述大功率减速器的磨损情况诊断结果或预测结果的上位机。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述上位机具体包括用于分析油液磨粒尺寸分布情况的磨粒尺寸分析单元，所述磨粒尺寸分析单元根据下述统计参量获得诊断结果：

C₁＝N₁/N

C₂＝(a₁-a)/a₁

C₂＝(a₂-a)/a₂

其中，C₁为大磨粒个数比，表示大磨粒的数量分布情况；

C₂为大磨粒平均尺寸比，表示大磨粒的平均尺寸分布情况；

C₃为大磨粒尺寸比，表示大磨粒的最大尺寸分布情况；

N₁为大磨粒的个数；

N为磨粒的总个数；

a为大磨粒的最小直径；

a₁为等效直径大于a的磨粒平均等效直径；

a₂为最大磨粒的等效直径。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述上位机具体包括用于分析油液磨粒相对浓度指标的磨粒浓度分析单元，所述磨粒浓度分析单元根据下述统计参量获得诊断结果：

R＝(A_L+A_S)/V

S＝A_L/(A_L+A_S)

其中，R为相对磨损率；S为相对磨损刚度；

A_L为大磨粒的百分覆盖面积；

A_S为小磨粒的百分覆盖面积；

V为润滑油的采样量。