CN103075420B - 一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，该装置包括状态可调的径向可倾瓦滑动轴承、检测回路、控制系统和执行单元四部分；其中状态可调的径向可倾瓦滑动轴承由支点可变的径向可倾瓦块、支撑单元和轴承壳体组成；在检测回路中，高精度振动传感器安装在径向可倾瓦滑动轴承附近，其输出端与控制计算机相连；控制系统包括控制计算机、压电陶瓷驱动电源、记忆合金控制单元及开关选择电路单元；执行单元由支撑顶头、机械封装的压电陶瓷、垫块、蜂窝状封装的记忆合金和空心螺杆组成。该装置可由控制计算机调节可倾瓦块瓦背支撑点的位置及可倾瓦块的径向位置，从而可以实时调整径向可倾瓦滑动轴承的工作状态，以适应不同工况的要求。

Description

一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置

技术领域

本发明属于轴承装置技术领域，涉及一种滑动轴承装置。

背景技术

径向可倾瓦滑动轴承是靠相对运动两个运动表面之间形成的楔形润滑压力油膜来进行径向承载。这种轴承具有摩擦功耗小、运转平稳、承载能力大、寿命长及性能受轴颈几何形状影响小等优点，因而被广泛应用于大型回转机械中。目前，在大型交直流电机、贯流式水轮发电机组、大型低速柴油发电机组等设备中一般采用滑动轴承支承。传统意义上的滑动轴承是基于某一种或某几种特定工况进行设计的，然而实际生产运行过程中，滑动轴承的工作状况往往可能是需要频繁变化的，如发电机组会根据用电量的不同调整其工作转速；同样承受复杂冲击载荷的大型核心关键设备，如破碎机、轧钢机等，工作载荷可能发生剧烈变化。工作条件在一定范围内变动的工况下，某一特定参数的滑动轴承往往不能满足其要求，因此，复杂工况轻则造成滑动轴承的磨损，缩短轴承寿命，重则造成烧瓦、抱轴等严重事故，而且一旦这些核心设备损坏，相应的生产线则会停机，导致相关企业和社会的巨大经济损失。

对于瓦块支点位置对轴承润滑性能的影响，西安交通大学王凤才,李忠,徐华,朱均通过理论计算得出瓦块支点位置的选择对与径向可倾瓦滑动轴承的最小油膜厚度、摩擦功耗、温升均有着重要影响的结论。(王凤才,李忠,徐华,朱均.支点位置分布对径向可倾瓦滑动轴承热动力润滑性能的影响.润滑与密封，1999(3):7-9)。哈尔滨工业大学王永亮,刘占生,钱大帅研究表明支点位置、轴承间隙等均会对可倾瓦块的摆角特性产生重要影响，进而影响轴瓦的压力分布、膜厚分布(王永亮,刘占生,钱大帅.可倾瓦轴承瓦块摆动特性.哈尔滨工业大学学报,2011，43(9):62-66)。因此，合理选择可倾瓦的支撑位置及轴承间隙对改善轴承的性能有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种可变支点的智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，这种轴承装置可通过改变可倾瓦块支点的分布情况及可倾瓦块的径向位置，达到改善减小轴承摩擦功耗、降低温升、控制振动的目的，从而适应不同工况的工作要求。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，包括径向可调的可倾瓦块、轴承壳体、轴颈、第一振动传感器、第二振动传感器、控制计算机、记忆合金控制系统、压电陶瓷驱动电源、开关选择电路单元和执行单元；轴承壳体设置于轴颈外周，轴承壳体与轴颈间均匀设置有若干块径向可调的可倾瓦块；轴承壳体上对应每个径向可调的可倾瓦块的背部，均设有若干支撑孔；所述支撑孔内安装有执行单元；第一振动传感器和第二振动传感器在轴颈的周向成90度相对安装；第一振动传感器和第二振动传感器的输出端连接控制计算机的输入端；控制计算机的输出端连接记忆合金控制系统和压电陶瓷驱动电源的输入端，记忆合金控制系统和压电陶瓷驱动电源的输出端通过开关选择电路单元连接执行单元。

本发明进一步的改进在于：所述执行单元由支撑顶头、压电陶瓷、垫块、记忆合金和空心螺杆组成；空心螺杆内部从上之下依次安有支撑顶头、压电陶瓷、垫块和记忆合金；空心螺杆的外周与所述支撑孔螺纹连接；所述支撑顶头正对径向可调的可倾瓦块的背部；所述记忆合金控制系统的输出端通过开关选择电路单元连接记忆合金；所述压电陶瓷驱动电源的输出端通过开关选择电路单元连接压电陶瓷。

本发明进一步的改进在于：所述记忆合金为蜂窝状并联的记忆合金棒。

本发明进一步的改进在于：对应每块径向可调的可倾瓦块的若干支撑孔以对应径向可调的可倾瓦块的轴线对称排布。

本发明进一步的改进在于：轴承壳体与轴颈间均匀设置有至少三块径向可调的可倾瓦块。

本发明进一步的改进在于：轴承壳体上对应每个径向可调的可倾瓦块的背部，均设有至少三个支撑孔。

本发明进一步的改进在于：对应每块径向可调的可倾瓦块的若干支撑孔中设置的若干执行单元连接一个开关选择电路单元。

本发明进一步的改进在于：对应每块径向可调的可倾瓦块的若干支撑孔中设置的若干执行单元中只有一个的支撑顶头抵住对应每块径向可调的可倾瓦块的瓦背。

本发明进一步的改进在于：第一振动传感器和第二振动传感器将采集的轴颈的振动信号传输给控制计算机，控制计算机根据第一振动传感器和第二振动传感器采集所得的振动信号，分析目前轴承的运行状态，若达不到工作要求，对记忆合金控制系统和压电陶瓷驱动电源发出指令，记忆合金控制系统和压电陶瓷驱动电源通过开关选择电路单元控制对应执行单元中的记忆合金和压电陶瓷发生伸缩变形，进而控制支撑顶头的伸缩，以调整径向可调的可倾瓦块径向位置或切换不同位置的支撑顶头支撑径向可调的可倾瓦块，从而改变轴承状态，改善轴承-转子系统的运行状态。

压电陶瓷(PTZ)是一种新型功能材料，能在激励电场的作用下将产生机械变形。其具有以下一系列的优点：不需要传动机构，位移控制精度高；响应速度快；功耗低；体积小。记忆合金(SMA)是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的合金。记忆合金除具有独特的形状记忆功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。压电陶瓷产生的微位移小，但能够承担很大的推力；记忆合金产生的微位移大，但能够承担推力小；本发明综合利用压电陶瓷(PTZ)与记忆合金(SMA)的变形可控性，对可倾瓦径向滑动轴承支点的支撑位置在轴承运转过程中进行实时调整，以满足实际工况要求；实现大位移的同时，可以承担较大的推力。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1).本发明采用的径向可倾瓦滑动轴承可以有效降低温升、振动，且能应用于较宽的工作状况下；

2).本发明的径向可倾瓦径向滑动轴承的工作状态可通过控制系统控制执行单元的伸缩来实现可倾瓦块支点的改变及可倾瓦块与轴颈之间间隙的调整；

3).本发明在径向可倾瓦滑动轴承上安有高精度振动传感器，可对轴承的工作状态进行实时监测，若达不到工作要求会对其工作状态进行相应的调整；

4).整个装置具有负反馈，可根据工作条件的改变改变轴承通过改变可倾瓦块的支点位置及调整瓦块与轴颈之间的间隙，从而减小摩擦、降低温升、振动，改善轴承的工作状态。

附图说明

图1为本发明各部件连接结构示意图；

图2为本发明的支点可变状态可调的径向可倾瓦块示意图；

图3为本发明的执行单元示意图；

其中：1是径向可调的可倾瓦块、2是轴承壳体、3是轴颈、4是支撑顶头、5是压电陶瓷、6是垫块、7是记忆合金、8是空心螺杆、9是开关选择电路单元、10是第一振动传感器、11是第二振动传感器、12是控制计算机、13是记忆合金控制系统、14是压电陶瓷驱动电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1至图3所示，本发明一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承，装置包括状态可调的径向可倾瓦径向滑动轴承、检测回路、控制系统和执行单元；所述状态可调的径向可倾瓦滑动轴承包括等间隔安装于轴承壳体2上的径向可调的可倾瓦块1，轴承壳体2上开有多个支撑孔，支撑孔内设有与支撑孔相配合的执行单元；所述检测回路包括第一振动传感器10和第二振动传感器11，所述第一振动传感器10和第二振动传感器11在状态可调的径向可倾瓦径向滑动轴承附近沿位移径向可调的可倾瓦块1之间的轴颈3的周向成90度相对安装(图1中将轴颈3单独划出来表示第一振动传感器10和第二振动传感器11相对轴颈3的安装位置)，第一振动传感器10和第二振动传感器11的输出端分别连接至控制计算机12的输入端。所述控制系统包括控制计算机12、记忆合金控制系统13、压电陶瓷驱动电源14和开关选择电路单元9。所述执行单元包括支撑顶头4、机械封装的压电陶瓷5、垫块6、蜂窝状封装的记忆合金7和空心螺杆8。

在本发明的装置中，若外部工作条件发生改变，轴承的运行状况可由第一振动传感器10和第二振动传感器11进行采集，控制计算机12会对采集得到的轴颈3振动信号进行分析，当轴承状态不满足工作要求时，控制计算机会对执行单元发出指令，通过执行单元的伸缩改变执行单元在径向可调的可倾瓦块1背部的支撑位置及径向可调的可倾瓦块1的径向位置，改变轴承状态，从而改善轴承运行状态；若调整后的轴承仍达不到工作要求，则控制计算机12会继续发出指令，对轴承状态进行进一步的调整，直至达到工作要求为止。

参见图2，轴承壳体2上对应每个径向可调的可倾瓦块1的背部，均设有5个支撑孔，5个支撑孔以对应径向可调的可倾瓦块1的轴线对称排布；每个支撑孔对应有一个独立的执行单元，控制计算机12可通过记忆合金控制系统13、压电陶瓷驱动电源14和开关选择电路电源9对执行单元分别实施控制。

参见图3，空心螺杆8内部从上之下依次安有支撑顶头4、机械封装的压电陶瓷5、垫块6和蜂窝状封装的记忆合金7。空心螺杆8通过螺纹与轴承壳体2的支撑孔螺纹配合；机械封装的压电陶瓷5通过开关选择电路单元9与压电陶瓷驱动电源14相连；蜂窝状封装的记忆合金7通过开关选择电路单元9与记忆合金控制系统13相连。

本发明的工作过程如下：

当外部工作条件发生变化时，第一振动传感器10和第二振动传感器11会采集轴颈3的振动信号并传送给控制计算机12，控制计算机12根据所得振动信息，分析目前轴承的运行状态，若达不到工作要求，便会对记忆合金控制系统13和压电陶瓷驱动电源14发出指令，通过开关选择电路单元9控制支撑单元中的记忆合金7和压电陶瓷5发生伸缩变形，进而控制支撑顶头4的伸缩；并通过开关选择电路单元9选择所要工作的执行单元，从而实现径向可调的可倾瓦块1的背部支点的改变以及径向可调的可倾瓦块1径向位置的调整，从而改变轴承状态，改善轴承-转子系统的运行状态；调整后的轴颈3的工作状态可继续由第一振动传感器10和第二振动传感器11进行采集，若未达到工作要求，控制计算机12会对轴承支点位置及瓦块的径向位置做出进一步的调整，直至其满足工作要求位置。

Claims (8)

1.一种可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：包括径向可调的可倾瓦块(1)、轴承壳体(2)、轴颈(3)、第一振动传感器(10)、第二振动传感器(11)、控制计算机(12)、记忆合金控制系统(13)、压电陶瓷驱动电源(14)、开关选择电路单元(9)和执行单元；轴承壳体(2)设置于轴颈(3)外周，轴承壳体(2)与轴颈(3)间均匀设置有若干块径向可调的可倾瓦块(1)；轴承壳体(2)上对应每个径向可调的可倾瓦块(1)的背部，均设有若干支撑孔；所述支撑孔内安装有执行单元；第一振动传感器(10)和第二振动传感器(11)在轴颈(3)的周向成90度安装；第一振动传感器(10)和第二振动传感器(11)的输出端连接控制计算机(12)的输入端；控制计算机(12)的输出端连接记忆合金控制系统(13)和压电陶瓷驱动电源(14)的输入端，记忆合金控制系统(13)和压电陶瓷驱动电源(14)的输出端通过开关选择电路单元(9)连接执行单元；所述执行单元由支撑顶头(4)、压电陶瓷(5)、垫块(6)、记忆合金(7)和空心螺杆(8)组成；空心螺杆(8)内部从上至下依次安有支撑顶头(4)、压电陶瓷(5)、垫块(6)和记忆合金(7)；空心螺杆(8)的外周与所述支撑孔螺纹连接；所述支撑顶头(4)正对径向可调的可倾瓦块(1)的背部；所述记忆合金控制系统(13)的输出端通过开关选择电路单元(9)连接记忆合金(7)；所述压电陶瓷驱动电源(14)的输出端通过开关选择电路单元(9)连接压电陶瓷(5)。

2.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：所述记忆合金(7)为蜂窝状并联的记忆合金棒。

3.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：对应每块径向可调的可倾瓦块(1)的若干支撑孔以对应径向可调的可倾瓦块(1)的轴线对称排布。

4.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：轴承壳体(2)与轴颈(3)间均匀设置有至少三块径向可调的可倾瓦块(1)。

5.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：轴承壳体(2)上对应每个径向可调的可倾瓦块(1)的背部，均设有至少三个支撑孔。

6.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：对应每块径向可调的可倾瓦块(1)的若干支撑孔中设置的若干执行单元连接一个开关选择电路单元(9)。

7.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：对应每块径向可调的可倾瓦块(1)的若干支撑孔中设置的若干执行单元中只有一个的支撑顶头(4)抵住对应每块径向可调的可倾瓦块(1)的瓦背。

8.根据权利要求1所述的可变支点智能型径向可倾瓦滑动轴承装置，其特征在于：第一振动传感器(10)和第二振动传感器(11)将采集的轴颈(3)的振动信号传输给控制计算机(12)，控制计算机(12)根据第一振动传感器(10)和第二振动传感器(11)采集所得的振动信号，分析目前轴承的运行状态，若达不到工作要求，对记忆合金控制系统(13)和压电陶瓷驱动电源(14)发出指令，记忆合金控制系统(13)和压电陶瓷驱动电源(14)通过开关选择电路单元(9)控制对应执行单元中的记忆合金(7)和压电陶瓷(5)发生伸缩变形，进而控制支撑顶头(4)的伸缩，以调整径向可调的可倾瓦块(1)径向位置或切换不同位置的支撑顶头(4)支撑径向可调的可倾瓦块(1)，从而改变轴承状态，改善轴承-转子系统的运行状态。