CN104272077A - 用于监控轴的受损情况的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过以下方式监控轴的受损情况的方法：在轴的外表面上布置至少一个应变仪(RS)；根据所述至少一个应变仪(RS)的测量信号(Ub)检测轴的变形情况；并且通过在超声波范围内评估测量信号(Ub)来检测轴的声发射。

Description

用于监控轴的受损情况的方法
技术领域
本发明涉及一种用于监控轴的受损情况的方法。此外本发明还涉及一种用于监控轴的受损情况的装置。
背景技术
轴被用于传递力或转矩，并且通常用在电动机器、传动装置和轴承装置中。为了避免这些设备失灵，要监控这些轴的受损情况，例如因为轴的机械应力可能引发这种损坏。以这种方式能够防止轴的过载，并且因此防止轴潜在的断裂。
为了能够获知轴的负载情况，如今通常会测量作用在该轴上的转矩。为了这个目的，在轴的外表面上安装或粘贴应变仪。在此，或者通过接触环或者通过遥测器完成能量输送和传输旋转的轴的测量数据。但是通常不会直接检测轴的目前的受损情况。
发明内容
本发明的目的在于，能够以简单的方式更准确地监控轴的受损情况。
该目的通过一种根据权利要求1所述的方法并且通过一种根据权利要求9所述的装置实现。本发明的有利的改进方案在从属要求中给出。
根据本发明的用于监控轴的受损情况的方法包括：在轴的外表面上布置至少一个应变仪、根据该至少一个应变仪的测量信号来检测该轴的变形情况，以及通过在超声波范围内评估测量信号获知该轴的声发射。
首先在轴上布置或放置至少一个应变仪。这例如可以利用一种相应的特殊粘合剂得以实现，这种粘合剂在机械负载的情况下尽可能少地变形。应变仪为此可以沿着轴的周向、沿着轴的轴向或与之倾斜地布置。因为轴的机械变形也导致应变仪变形，由此使得它的电阻发生变化。电阻的变化例如可以利用一种相应的测量电桥检测。
利用应变仪还额外地检测在轴中产生的声发射的情况。这些声发射或应力波的来源是轴材料中的受损结果。这种现象也以声发射(AcousticEmission)这个概念所公知。在轴中产生的并且在轴的材料中形成的声发射是正在发生材料受损、例如微小撕裂的一个指标。于是可以利用通常用来监控作用在轴上的转矩的应变仪额外地检测声发射。借此能够以简单的方式测定轴的正在发生的受损情况。于是不必使用额外的传感器来检测轴的受损情况。因此首先除了转矩负载之外还能够侦测材料组织的破坏情况。因此例如利用所述至少一个应变仪能够直接地发现轴上的撕裂形成情况，由此能够实现提前警报。借此能够避免计划外的停机。
优选地，为了进行评估，在从80至150kHz的频率范围内利用带通滤波器过滤该测量信号。声发射或声发射信号通常在从80至150kHz的频率范围内。这些频率与材料相关。例如对于钢来说频率通常为110kHz。为了从应变仪的测量信号中提取这些声发射的信号分量，在轴的材料的特征频率范围内进行带通过滤。为了带通过滤测量信号，在此可以使用电子的或数字的滤波器。借此能够以简单的方式检测在轴中产生的声发射的情况。
在一种另外的实施方式中，为了评估测量信号，测定该测量信号的包络线。例如可以通过测量信号的整流和低通过滤测定这样一个包络线信号。通过测量信号的包络线能够实现对该测量信号的简单评估。
优选地，取决于时间来检测声发射的情况。换句话说，在所谓的损害事件发生以后评估该测量信号或在该测量信号中检测的声发射。损害活动的特征值是所谓的事件率，也就声发射在每个时间单位内发生的次数。于是可以简单并可靠地检测轴中正在进行的撕裂成形情况。
优选地，根据该测量信号额外地确定作用在该轴上的转矩，并且取决于作用在该轴上的转矩来评估所检测的声发射情况。在正在出现轴撕裂时，轴的抗弯刚度与位置有关。这越来越多地体现在轴的转矩的变化曲线中。于是首先在最大转矩下出现每个时间单位的声发射。以这种方式能够对声发射或声发射事件的起因进行分类。如果声发射与作用在轴上的转矩产生关系，那么原因可能是轴中的撕裂正在变大。以这种方式能够特别可靠地检测轴中的受损情况，特别是形成撕裂。
在另一种构造方案中，额外地取决于轴的温度来评估测量信号。声发射也可能在材料热膨胀时因为内部的摩擦形成。因此，为了确保声发射信号只有在热状态稳定时用作轴过载的指标，要额外地检测轴的温度。于是能够特别可靠地检测轴的受损情况。
在另一种优选的实施方式中，根据测量信号额外地检测与轴机械耦合的轴承的受损情况，其中，为了检测轴承的受损情况利用带通滤波器在从30到50kHz的频率范围内过滤该测量信号。除了检测轴上的撕裂以外，还可以通过评估应变仪的信号监控硬性耦接的轴承，特别是轴承的内环。当测量信号被评定为在低于声发射频率的频率范围内，根据测量信号同样可以检测现有的受损情况。例如可以为此在从30至50kHz的范围内，特别是在40kHz左右的频率范围内过滤应变仪的测量信号。该频率取决于材料和轴承的尺寸。借此能够以简单的方式利用布置在轴上的应变仪额外地检测与轴机械耦联的轴承的受损情况。于是也可以考虑监控其他的、与轴机械连接或耦联的构件的受损情况。
在此，为了检测轴承的受损情况，优选地取决于轴的转数评估测量信号。如果在测量信号的指明轴承有损坏的信号分量和轴的转数之间存在一定的关系，那么就可以说明轴承有损坏。于是能够可靠地确定轴承有损坏。
根据本发明的用于监控轴的受损情况的装置包括至少一个能够安放在轴的外表面上的应变仪，其中，能够根据所述至少一个应变仪的测量信号检测轴的变形情况，并且包括一个检测装置，其被设置用于通过在超声波范围内评估测量信号检测轴的声发射情况。
先前结合根据本发明的方法所描述的优点和改进方案以同样的方式适用于根据本发明的装置。
附图说明
现在借助附图更详尽地阐述本发明。图中示出：
图1是一种用于监控轴的受损情况的装置的示意图；
图2是应变仪的与时间相关的测量信号；
图3是经过带通过滤的根据图2的测量信号；以及
图4是根据图3的测量信号的包络线信号。
下面详尽描述的实施例是本发明的优选实施方式。
具体实施方式
图1示出一种用于监控轴的受损情况的装置10。该装置10包括一个应变仪RS，该应变仪在这里作为电阻示出。应变仪RS连同其他的三个电阻R1、R2和R3一起根据惠斯通电桥连接。电压供给系统12的电源电压US提供给电桥电路。应变仪RS的测量信号Ub可以作为测量电桥的电桥电压被分接。
在这里未示出的轴上同样可以布置多个应变仪RS。应变仪RS例如可以构造成薄膜上的电阻线。应变仪RS可以由金属或者由半导体制成。应变仪RS优选地利用一种特殊的粘合剂安置在轴的外表面上。因为轴的机械变形，也导致了应变仪RS机械变形。因为机械变形使得应变仪RS的电阻发生变化。应变仪RS的电阻的变化使得测量信号Ub发生变化。
在这里对测量信号Ub进行了划分。这用箭头14和16表示。利用低通滤波器18减少测量信号Ub的高频信号分量。经过低通过滤的测量信号Ub被输送给检测装置22。检测装置22被构造用于取决于经过低通过滤的测量信号Ub检测作用在轴上的转矩。此外还利用低通滤波器20带通过滤测量信号Ub。在此，优选地在从80到150kHz的频率范围内利用带通滤波器20过滤测量信号Ub。通过在这个频率范围内带通过滤测量信号Ub能够检测轴中的声发射，声发射也以Acoustic Emission这个名称所公知。经过带通过滤的测量信号Ub被输送给第二检测装置24，利用该第二检测装置能够评估声发射信号。检测装置22和24同样也可以构造成一个共同的检测装置。
图2示出了第一图表，其中示出了测量信号Ub的与时间t相关的振幅。通过测量信号Ub的时间变化曲线，能够识别例如范围26内的低频信号分量和例如范围28内的高频信号分量。由于轴的声发射或轴中的声发射信号而形成范围28内的高频信号分量。
为了能够检测高频信号分量，利用带通滤波器20过滤测量信号Ub。例如在90和150kHz之间的频率范围内带通过滤测量信号Ub。经过带通过滤的测量信号U′b在图3中示出。在经过带通过滤的测量信号U′b中只能发现范围28内的高频信号分量。利用经过带通过滤的测量信号U′b，能够简单地检测在轴中产生的声发射。这些声发射或声发射信号可以是轴正在形成撕裂的标志。
图4示出了根据图3的经过带通过滤的测量信号U′b的包络线U″b。根据测量信号Ub或经过带通过滤的测量信号U′b的包络线U″b，能够以简单的方式检测因为声发射导致的损害事件。此外还能够以简单的方式检测所谓的事件率，也就是每个时间单位的声发射事件的次数。这些损害事件能够在包络线信号U″b中简单地检测出。这在图4中用箭头30表示。
测量信号Ub、经过带通过滤的测量信号U′b和包络线U″b也可以取决于从经过低通过滤的测量信号Ub中得到的转矩被评估。因此，可以特别可靠地检测轴中的撕裂。除此之外，还可以在评估测量信号Ub时考虑到轴的温度。为了这个目前例如可以在轴上布置一个相应的温度传感器。
除此之外，还可以在第三频率范围内，例如在30和50kHz之间的频率范围内评估测量信号Ub。根据在这个频率范围内带通过滤的测量信号Ub，例如能够检测与轴机械耦联的轴承的损坏情况。于是能够利用应变仪RS检测作用在轴上的转矩、轴的声发射和与轴机械耦联的元件的受损情况。
附图标记列表
10      装置
12      电源供给
14、16   箭头
18      低通滤波器
20      带通滤波器
22、24   检测装置
26      区域
28      区域
30      箭头
R1、R2、
R3      电阻
RS      应变仪
Ub      测量信号
U′b     经过带通过滤的测量信号
U″b     包络线
t       时间。

Claims (9)

1.一种用于监控轴的受损情况的方法，通过以下方式进行
-在所述轴的外表面上布置至少一个应变仪(RS)，
-借助所述至少一个应变仪(RS)的测量信号(Ub)检测所述轴的变形情况，并且
-通过在超声波范围内评估所述测量信号(Ub)来检测所述轴的声发射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了评估，在从80到150kHz的频率范围内利用带通滤波器过滤所述测量信号(Ub)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了评估所述测量信号(Ub)，测定所述测量信号(Ub)的包络线(U″b)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，取决于时间(t)检测所述声发射。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量信号(Ub)额外地确定作用在所述轴上的转矩，并且取决于作用在所述轴上的所述转矩评估所检测的所述声发射。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，额外地还取决于所述轴的温度评估所述测量信号(Ub)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量信号(Ub)额外地检测与所述轴机械耦联的轴承的损坏情况，其中，为了检测所述轴承的所述损坏情况，在从30至50kHz的频率范围内用带通滤波器过滤所述测量信号(Ub)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了检测所述轴承的所述损坏情况，取决于所述轴的转数评估所述测量信号(Ub)。
9.用于监控轴的受损情况的装置(10)，所述装置具有
-至少一个能安放在所述轴的外表面上的应变仪(RS)，其中
-能够根据所述至少一个应变仪(RS)的测量信号(Ub)来检测所述轴的变形情况，并且具有
-检测装置(22、24)，所述检测装置构造用于通过在超声波范围内评估所述测量信号(Ub)来检测所述轴的声发射。
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