CN104246247B - 用于监测滑动轴承的工作状态的方法和测量装置 - Google Patents

用于监测滑动轴承的工作状态的方法和测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于监测滑动轴承(12)的工作状态的方法，该监测通过下述步骤实现：利用与滑动轴承(12)机械耦接的传感器元件(22)检测测量值(S18)，该测量值表征了滑动轴承(12)中的声发射；依据所检测的测量值进行特征值计算(S20)；并取决于该特征值将滑动轴承(12)的工作状态进行分类(S24)。

Description

用于监测滑动轴承的工作状态的方法和测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于监测滑动轴承的工作状态的方法。此外本发明涉及一种用于监测滑动轴承的工作状态的测量装置。最后本发明涉及一种滑动轴承装置。
背景技术
滑动轴承装置经常用于大型机器的领域中，例如在传动装置或者风力发电设备中。然而滑动轴承的损害在此经常会导致极其严重的间接损失。通过滑动轴承的状态监测可以实现提前识别危急的工作状态，并采取相应的措施。
已知的是，滑动轴承摩擦的增大可以通过监测滑动轴承的温度来测定。如果没有额外的润滑剂粘度测量的话，对润滑剂温度的认识可以得出关于润滑剂的粘度的结论。另外，可以利用颗粒计数器测定润滑剂的微粒和杂质含量。另外检查负载力矩也可以用于监测工作状态。通过分析低频域内的震荡来获取轴的震荡。
然而轴承摩擦状态不能可以利用上述方法直接地获取。还有在轴承中产生的并在其中保持不动的微粒无法被检测到。对滑动轴承温度的监测需要联系很多相关性，这限制了对滑动轴承的可靠诊断。另外，滑动轴承的损害度和滑动轴承中的微粒不能直接被检测到。此外，负载力矩在轴承中的摩擦增加时降低，并且可能因此不能被视作用于滑动轴承诊断的可靠测量方式。
在M.Fritz等人题为“Schadensfrüherkennung an geschmiertenGleitkontakten mittels Schallemissionsanalyse”的文章中对滑动轴承中超声波范围内的声发射研究作了说明。这里声放射的频谱取决于转矩、滑动轴承的温度和负载进行分析。
发明内容
本发明的目的在于指出一种方式，其中可以更简单更快速地获取滑动轴承的工作状态。
该目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求6所述的测量装置来实现。该目的以相同的方法通过根据权利要求9所述的滑动轴承装置来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中说明。
根据本发明的、用于监测滑动轴承的工作状态的方法包括下述步骤：利用与滑动轴承机械耦接的传感器元件获取测量值，该测量值表征滑动轴承中的声发射；依据所获取的测量值进行特征值的计算，并且取决于特征值将滑动轴承的工作状态进行分类。
由于滑动轴承的外部或内部的应力可以使滑动轴承的工作状态改变。由此例如会在滑动轴承的零件上产生机械应力。通过释放弹性能会在滑动轴承中典型地产生声发射。这种也被称为Acoustic Emission的声发射具有的频率在超声波范围，特别是在50至150kHz之间的频域内。声发射的频率取决于材料。因此例如对于钢而言，频率通常在110kHz的范围内。传感器元件与滑动轴承或者滑动轴承的壳体这样连接，即，声发射能通过结构噪声传递给传感器元件，利用该传感器元件可以获取声发射。传感器元件可以设计为加速度传感器、压力传感器或者应变器的形式。特别是传感器元件设计为微机械的传感器。
利用计算装置可以从测量值的利用传感器元件检测的时间变化曲线中计算特征值。利用该计算装置可以自动执行对滑动轴承的分类。以此为目的可以在计算装置或者计算装置的相应的储存装置中存储预先设定的工作状态和所属的特征值。工作状态可以对应于轴承的磨损、耗损或者损害。工作状态可以涉及滑动轴承中的润滑剂的状态或者润滑剂通过微粒弄脏。这里还可以考虑到污染的范围或者颗粒的大小、数量或材质。同样，工作状况也能对应于滑动轴承的不同摩擦状况，例如高磨损的混合摩擦或者低磨损的流体摩擦。
通过计算特征值可以压缩利用传感器元件获取的信息更或测量值。此外，可以从测量值中提取相应的特征。尽管数据量很小，但是可以得出关于当前滑动轴承工作状态的可靠结论。因此可以简单有效地提前识别出滑动轴承的损伤，并且如有必要采取相应措施。
在一个实施方式中，取决于测量值的最大值和/或有效值计算特征值。在这里，取决于测量值对于预定的时间范围或者时间窗口的最大值和/或有效值计算特征值。这里，特征值也可作为对数测度(logarithmisches Mass)。也可以想到的是，应用倒数的特征值。最大值和有效值的乘积也可以作为特征值使用。为了构成特征值，也可以计算测量值的参考有效值和/或参考最大值的比例。参考值可以通过一种简单的方法确定，这是因为在流体摩擦中的期望工作状态时，这些值仅仅非常小地取决于转速、润滑剂的温度和轴承负载。
在另一个设计方案中，依据从测量值中确定出的包络线信号计算测量值。这种包络线信号可以是例如通过对测量值的整流和低通滤波来测定。以同样的方法，包络线信号可以通过计算测量值的滑动有效值或者滑动平均值来确定。另一种可能性是包络线信号通过Hilbert(希尔伯特)变换来确定。
优选的是，依据包络线信号的频谱计算特征值。通过对包络线信号进行相对应的频率分析，例如通过快速傅立叶变换(FFT)，可以确定测量值或声发射(Acoustic-Emission)信号中周期性重复的信号和脉冲。因此，例如通过简单的方式就能获取润滑剂中的微粒，其取决于转速产生周期性重复的信号。
在另一个实施方式中，从测量值的相互关联中计算特征值。这个特征值可以从测量值的相互关联或自相关中计算得出。在此可以通过时间窗口的变化研究测量值的不同频域。特别是如果需要分析的频率是已知的，相应的相互关联方法也可以用于对测量值的频率分析。因此得出一种简单快速的算法，并且信噪比、特别是在对多个轴旋转求平均时可以由此被显著改进。
根据本发明的、用于监测滑动轴承工作状态的测量装置包括：在与滑动轴承机械耦接时用于获取测量值的传感器元件，这些测量值表征滑动轴承中的声发射；和计算装置，其设计用于根据利用传感器元件所检测的测量值计算特征值，并且将滑动轴承的工作状态取决于特征值进行分类。
优选地，测量装置包括用于增强所检测的测量值的放大器元件、用于过滤利用放大器元件增强的测量值的过滤器元件和与计算装置的输入端耦接的模拟数字转换器。传感器元件可以检测滑动轴承中的声发射。传感器元件的输出信号、例如电压或电流，可以利用放大器元件提高或增强。经放大的信号在被传送到模拟数字转换器之前利用模拟滤波器元件去除干扰或不相关的频带。通过这种布置可以改进信噪比。过滤器元件也可应用于从测量值中确定包络线信号。计算装置可以设计为PC或微处理器。利用计算装置可以通过提取特征和形成特征值来执行信息压缩。
优选地，传感器元件、放大器元件、过滤器元件、模拟数字转换器以及计算装置布置在共同的壳体中。通过此布置可以减少易干扰度。
根据本发明的滑动轴承装置包括滑动轴承和前述的测量装置，测量装置与滑动轴承机械耦接。利用滑动轴承装置可以提前识别滑动轴承的磨损现象。此外还可以通过简单的方式区分工作状态混合摩擦和流体摩擦。在此能与轴承负荷和轴转无关地进行对工作状态的鉴定。此外还能检测润滑剂的状态和润滑剂中的杂质或微粒的状态。对于新的流体动力轴承或者固体摩擦运转的轴承而言，可以实现对进入程度的监测，并且可以声明其完成到何种程度。
附图说明
现在参照附图来详细阐述本发明。在此示出
图1是滑动轴承装置的透视图；
图2是用于监测滑动轴承的方法的步骤示意图；
图3是第一实施方式中的测量装置；
图4是第二实施方式中的测量装置；并且
图5是第三个实施方式中的测量装置；
下面详细描述的实施例说明了本发明的优选实施方式。
具体实施方式
图1示出滑动轴承装置10的透视图。滑动轴承装置10包括滑动轴承12，其承载轴14。滑动轴承12布置在壳体16中。另外，滑动轴承装置10还包括接口18，通过该接口向滑动轴承12输送润滑剂、特别是油。在滑动轴承12的壳体16上布置有测量装置20。
测量装置20直接布置在壳体16上。因此可以将在滑动轴承12中产生的声发射通过结构噪声传输给在图1中未示出的传感器元件22。传感器元件22位于测量装置20的内部，该传感器元件设计用于检测频率在超声波范围内的声发射，其也被称为Acoustic Emission。特别是传感器元件22设计用于检测频率在50kHz至150kHz的范围内的声发射。传感器22可以设计为加速度传感器或压力传感器。同样地，传感器装置按照应变仪的类型来设计。优选地，传感器元件22设计为微机械的传感器，其例如包括地震块。对此可替代地，传感器元件22可以包括压电传感器元件。
图2示出用于监测滑动轴承12的工作状态的方法的步骤示意图。首先，在步骤S10中实现滑动轴承12的外部应力。这可以例如通过微粒或杂质侵入滑动轴承12中而产生。通过滑动轴承12的外部应力在步骤S12中在滑动轴承12的材料中产生机械应力。这个机械应力刺激声发射源(步骤S14)。因此高频率的声发射或结构噪声在滑动轴承12的材料中产生，并且在步骤S16中在滑动轴承12中扩散。声发射的频率取决于材料，并且通常位于50至150kHz的范围内。
在步骤S18中，利用测量装置20的传感器元件检测声发射。接下来在步骤S20中通过提取特征和形成特征值来进行信息压缩。在步骤S22中进行对这些数据的分析。最后在步骤S24中，执行对滑动轴承12的工作状态的分类。
图3、4和5分别示出在不同实施方式中的测量装置20。这些测量装置20中的每个包括传感器元件22，利用该传感器元件在与滑动轴承12机械耦接时检测滑动轴承12中的声发射作为测量值的时间变化曲线。传感器元件22的输出信号例如作为电压或电流强度的时间信号存在，该输出信号被传输给放大器元件24。输出信号被放大器元件24增强。经放大的信号在被输送给模拟数字转换器28之前利用模拟滤波器元件26除去干扰或不相关的频带。过滤器元件也可以用于通过整流和低通滤波从测量值中确定包络线信号。模拟数字转换器28将数字化的测量值传输给计算装置30，计算装置可以设计为PC或微处理器。
利用计算装置30从测量值的时间变化曲线中计算出特征值。依据这些特征值可以把滑动轴承12的工作状态分类。滑动轴承12的分类也可以自动地利用计算装置30执行。因此可以确定滑动轴承12的磨损度。此外，还可检测滑动轴承12中润滑剂的状态或者润滑剂中被微粒弄脏的情况。此外还可确定滑动轴承12的不同摩擦状态，例如高磨损的混合摩擦或者低磨损的流体摩擦。
在图3示出的实施例中，传感器元件22单独地例如布置在壳体中。这通过括号32说明。通过放大器元件24、过滤器元件26和模拟数字转换器26实现了信号处理(通过括号34表示)。通过括号36表示的信号处理在计算装置30中进行。
在测量装置20的根据图4的实施方式中，放大器元件24集成在传感器元件22中。因此实现了集成的传感器(括号38)，其具有干扰敏感性较低的优点。通过过滤器元件26和模拟数字转换器28的进一步信号处理可以在另一个模块中进行，其通过括号34说明。信号处理如上所述地在计算装置30中进行。
在根据图5的测量装置20中，在一个诊断模块中进行检测测量值、增强、过滤、数字化和处理，该诊断模块通过括号40表示。在这里，传感器元件22、放大器元件24、过滤器元件26、模拟数字转换器28和计算装置30布置在共同的壳体中。该变体具有特别低的干扰敏感度。
附图符号列表
10 滑动轴承装置
12 滑动轴承
14 轴
16 壳体
18 接口
20 测量装置
22 传感器元件
24 放大器元件
26 过滤器元件
28 模拟数字转换器
30 计算装置
32至40 括号
S12至S24 步骤。

Claims (7)

1.一种用于监测滑动轴承(12)的工作状态的方法，所述监测通过下述步骤实现：
-利用与所述滑动轴承(12)机械耦接的传感器元件(22)获取测量值(S18)，所述测量值表征所述滑动轴承(12)中的频域在50kHz和150kHz之间的声发射，并且
-依据所获取的所述测量值进行特征值的计算(S20)，并且
-取决于所述特征值将所述滑动轴承(12)的所述工作状态进行分类(S24)
其特征在于，
所述特征值从所述测量值的相互关联中作为对数测度地计算出或倒数地计算出，其中，取决于所述测量值的最大值和/或有效值计算所述特征值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据从所述测量值中确定出的包络线信号计算所述特征值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据所述包络线信号的频谱计算所述特征值。
4.一种用于监测滑动轴承(12)的工作状态的测量装置(20)，具有
-在与所述滑动轴承(12)机械耦接时用于检测测量值的传感器元件(22)，这些所述测量值表征所述滑动轴承(12)中的声发射，和
-计算装置(30)，所述计算装置设计用于：根据利用所述传感器元件(22)所检测的所述测量值计算特征值，并且将所述滑动轴承(12)的所述工作状态取决于所述特征值进行分类
其特征在于，
所述特征值从所述测量值的相互关联中作为对数测度地计算出或倒数地计算出，其中，取决于所述测量值的最大值和/或有效值计算所述特征值。
5.根据权利要求4所述的测量装置(20)，其特征在于，所述测量装置(20)包括用于增强所检测的所述测量值的放大器元件(24)、用于过滤利用所述放大器元件(24)增强的所述测量值的过滤器元件(26)和与所述计算装置(30)的输入端耦接的模拟数字转换器(28)。
6.根据权利要求5所述的测量装置(20)，其特征在于，所述传感器元件(22)、所述放大器元件(24)、所述过滤器元件(26)、所述模拟数字转换器(28)和所述计算装置(30)布置在共同的壳体中。
7.一种滑动轴承装置(10)，具有滑动轴承(12)和根据权利要求4至6中任一项所述的测量装置(20)，所述测量装置与所述滑动轴承(12)机械耦接。
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