CN104909138A - 输送机滚筒轴承在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输送机滚筒轴承在线监测装置，包括电机、联轴器、左端支撑轴承、轴向位移传感器、轴向位移承载盘、径向位移传感器、右端支撑轴承、滚筒轴，电机通过联轴器带动滚筒轴转动，滚筒轴支撑在左端支撑轴承和右端支撑轴承之间，滚筒安装在滚筒轴上，并与左端支撑轴承和右端支撑轴承相配合，所述滚筒轴上还设置有轴向位移承载盘，其用来将所述滚筒轴受到的轴向力传递至轴向位移传感器，所述滚筒内部还设置有径向位移传感器，用于检测滚筒轴受到的径向力；其中左端支撑轴承只提供径向支撑力，径向位移传感器的安装位置紧靠右端支撑轴承。本发明降低了测量难度，可以方便安全的得到输送机的运行状态，从而保证机器和操作人员的安全性。

Description

输送机滚筒轴承在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于监视输送设备的装置，更具体地，本发明涉及对于输送装置滚筒轴承的在线监测。

背景技术

在现有技术中，皮带输送机和滚筒输送机通常都采用滚筒进行动力传动，滚筒则安装在滚动轴承上。目前，各工矿企业对输送装置的在线监测研发较为成熟，例如，利用光电系统对输送带承载面和/或滚动面，特别是对承载面进行光学检测，其中对在运行时出现的损伤进行识别和在达到输送带临界状态时发出声响和/或光学报警信号和/或特别是促使输送设备自动断开。

又如，在滚筒类输送机中，滚筒通过链条连接，链条由顶部驱动链轮来驱动。正常情况下链条和驱动链条的齿轮是相互间紧密配合以保证链条的正常运转，然而，在现实的实际应用中，由于整个链条在链轮运转的过程中没有防止链条跳齿的装置，故有时在物料运输过程中由于物料重量、机械零部件故障、驱动系统老化等问题，会发生链条在驱动链轮处跳齿的问题，链条和驱动链轮的相对位置发生变化，造成事故，这种类型的链条跳齿故障会造成链斗后部钢板变形，严重时会损坏整个设备，导致不得不更换，极大地影响了生产作业进度，造成不必要的经济损失，故现目前在这类输送机中防链条脱出的监控装置，能有效地监控链条与驱动链轮之间的工作状况，在发生问题时，能及时报警发出停机信号，且需安全可靠，抗干扰能力强。

又如，在皮带输送机和滚筒输送机中，在线监测系统可对整个设备均进行实时监测，从而达到安全控制的目的，但这种在线监测系统较为复杂，其成本较高。

在针对轴承的监测方面，目前现有技术中多是将待测轴承装在专门的轴承检测装置上，进行抗疲劳、损坏等故障诊断。这种技术目前发展的已经较为成熟，常见的有，将高铁车轮用的轴承拆卸下来或在该轴承组装至车轮轴上之前，将该轴承或车轮轴安装在专门的轴承检测装置上，然后通过该专门的轴承监测装置对待测轴承进行检验，从而得到轴承的相关参数，进而判断轴承的工作情况。这种检测方法是目前常用的轴承检测方法，其特点是代替了传统的人工敲击检测方式，提高了检测的准确性，但这种方式仍然是基于理想状态下的静态测试方式来进行轴承检测的，而且通常需要将待测轴承进行拆卸，或者即便不进行轴承拆卸，也需要将整个轮对轴放置的检测设备上，因而检测方法较为繁复。

研究表明，输送装置作为机械装置的一种，目前已经在安全性检测方面取得了长足的进步，但滚筒轴承的动态在线监测上未能引起足够的重视。

本发明旨在提出一种输送装置滚筒轴承进行动态在线检测/监测的系统，特别的是，本发明着重针对起驱动作用的轴承进行在线监测，从而保证整个输送装置的安全性。

发明内容

对现有技术存在的问题，本发明通的目的在于提供了一种输送机滚筒轴承在线监测系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种输送机滚筒轴承在线监测装置，包括输送机滚筒部和滚筒轴承在线监测部，所述滚筒轴承在线监测部包括轴向位移监测部和径向位移监测部。

进一步地，所述输送机滚筒部包括电机、联轴器、左端支撑轴承、右端支撑轴承、滚筒轴，电机通过联轴器带动滚筒轴转动，滚筒轴支撑在左端支撑轴承和右端支撑轴承之间，滚筒安装在滚筒轴上，并与左端支撑轴承和右端支撑轴承相配合；所述轴向位移监测部包括轴向位移传感器、轴向位移承载盘、所述滚筒轴上还设置有轴向位移承载盘，其用来将所述滚筒轴受到的轴向力传递至轴向位移传感器；所述径向位移监测部包括径向位移传感器；所述径向位移传感器设置在滚筒内部，用于检测滚筒轴受到的径向力；其中左端支撑轴承只提供径向支撑力，径向位移传感器的安装位置紧靠右端支撑轴承。

进一步地，所述轴向位移监测部包括轴向位移传感器，所述径向位移监测部包括径向位移传感器，所述轴向位移传感器和所述径向位移传感器为电涡流传感器。

进一步地，所述输送机滚筒部包括联轴器，所述联轴器通过减速机带动滚筒轴转动。

进一步地，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端支撑轴承和右端支撑轴承采用单层滚珠轴承。

进一步地，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端支撑轴承和右端支撑轴承采用双层滚珠轴承。

进一步地，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端轴承和右端支撑轴承一个采用单层滚珠轴承，一个采用双层滚珠轴承，两个轴承的内径及外径尺寸相同。

进一步地，本发明还提供一种利用所述输送机滚筒轴承在线监测装置进行输送监测的方法，其中，所述轴向位移传感器将测得的轴向位移信号发送给控制装置，当测得的轴向位移信号大于预先设定的轴向位移预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修；

进一步地，当径向位移传感器测得的径向位移信号大于预先设定的径向位移预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修。

进一步地，当测得的轴向位移信号和测得的径向位移信号之一大于预先设定的预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修。

进一步地，所述轴向位移信号通过控制装置计算而转换为实际测量的轴向载荷，所述径向位移信号通过控制装置计算而转换为实际测量的径向载荷，当实际径向载荷Fr＝300N时，单、双层轴承随轴向载荷变化的轴向变形向量的相关系数分别为0.9904和0.9974，当实际径向载荷Fr＝300N时，单、双层轴承的径向变形向量的相关系数分别为0.9364和0.9864，当实际轴向载荷Fa＝300N时，单、双层轴承的径向变形向量的相关系数分别为0.9914和0.9970，当实际轴向载荷Fa＝300N时，单、双层轴承的轴向变形向量的相关系数分别为0.9854和0.9797。

进一步地，所述轴向位移传感器和所述径向位移传感器为电涡流传感器，其型号可选用CWY_DO_810504，其检测的线性范围：0.4mm-1.4mm，精度可达0.1um。在这个区间内，传感器可以看成线性的，此时位移与输出电压成正比关系，其比值即传感器比例系数。

本发明的有益效果是：

通过对滚筒轴及支撑轴承的动态检测，降低了测量难度可以方便安全的得到输送机的运行状态，从而保证机器和操作人员的安全性。

附图说明

图1是本发明的输送机滚筒轴承在线监测系统整体结构示意图。

图2是本发明的输送机滚筒轴承在不同轴向载荷下的轴向变形曲线图。

图3是本发明的输送机滚筒轴承在不同轴向载荷下的径向变形曲线图。

图4是本发明的输送机滚筒轴承在不同径向载荷下的径向变形曲线图。

图5是本发明的输送机滚筒轴承在不同径向载荷下的轴向变形曲线图。

图中，1.电机  2.联轴器  3.左端支撑轴承  4.轴向位移传感器  5.轴向位移承载盘6.径向位移传感器  7.右端支撑轴承  8.滚筒轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出简要说明。

一种输送机滚筒轴承在线监测系统，包括电机1、联轴器2、左端支撑轴承3、轴向位移传感器4、轴向位移承载盘5、径向位移传感器6、右端支撑轴承7、驱动链条、滚筒轴8，电机1通过联轴器2带动滚筒轴8转动，滚筒轴8支撑在左端支撑轴承3和右端支撑轴承7之间，滚筒安装在滚筒轴8上，并与左端支撑轴承3和右端支撑轴承7相配合，其特征在于：所述滚筒轴8上还设置有轴向位移承载盘5，其用来将所述滚筒轴8受到的轴向力Fa传递至轴向位移传感器4，所述滚筒内部还设置有径向位移传感器6，用于检测滚筒轴8受到的径向力；其中径向位移传感器6的安装位置紧靠右端支撑轴承7。

进一步地，所述轴向位移传感器4和所述径向位移传感器6为电涡流传感器，其型号可选用CWY_DO_810504，其检测的线性范围：0.4mm-1.4mm，精度可达0.1um。在这个区间内，传感器可以看成线性的，此时位移与输出电压成正比关系，其比值即传感器比例系数。

在实际工作中，滚筒由于要承载输送物品，因而受力工况较为复杂，但根据理论力学和材料力学的知识，可以将该复杂受力工况分解为轴向力和径向力，下面就对其做简要介绍。

由于左端支撑轴承只提供径向支撑力，不提供沿加载方向的轴向力，因此作用于右端支撑轴承上的轴向载荷就滚筒轴受到的轴向力，在生产过程中可选用电涡流传感器作为位移传感器来使用，径向位移传感器的安装位置紧靠待测轴承(本发明中待测轴承为右侧支撑轴承，当然根据实际工况也可选择左侧支撑轴承，这种情况下，右侧支撑轴承只提供径向支撑力)，通过检测靠近待测轴承端的滚筒轴的径向位移来近似作为待测轴承的径向变形量，且径向位移传感器选用差动安装方法来消除装配误差对测量结果的影响，轴向位移传感器通过检测轴向位移承载盘轴向端面的位移来确定待测轴承的轴向变形。径向和轴向传感器的灵敏度为35mv/um，线性范围为0.4-1.0mm，线性度为1.2％。为了消除轴向位移承载盘圆度和旋转时不平衡力等对测量结果的影响，通过美国NI公司的数据采集卡并编制相应的采集软件采集位移传感器的输出信号，然后通过对采集到的数字信号进行滤波处理并计算输出信号的均值来确定加载后的轴承变形，关于此处数字信号采集及处理的过程，这是本领域的普通技术知识，本领域技术人员完全可以明了，如清华大学出版社出版，胡广书主编的《数字信号处理导轮》中有明确的阐述，本发明中不做过多赘述。

需要指出的是，在本发明的附图1中，左侧支撑轴承为单层滚珠轴承，右侧支撑轴承为双层滚珠轴承，因而在附图中显示的比例并不一致，但本领域技术人员可以明了，这代表了本发明的两种具体实施方式，即采用同一尺寸轴承作为左右支撑轴承即可实现滚筒轴上滚筒的安装。而对于双层轴承，这种轴承由内、外两层轴承组成，拥有内、外两层滚珠，支撑两层滚珠的套圈分别定义为内圈、中圈和外圈，其中内层轴承的外环和外层轴承的内环通过转接环连接到一起，共同形成中圈。使用时外圈安装在轴承座中，内圈与转子配合，这种轴承也是本领域技术人员所明了的双层滚珠轴承。

本发明中的监测系统还包括控制装置，轴向位移传感器将测得的轴向位移信号发送给控制装置，当测得的轴向位移大于预先设定的预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修；

当径向位移传感器测得的径向位移信号大于预先设定的预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员检修。

在实际操作过程中，轴向位移信号和径向位移信号皆可利用电子电路及力学中的普通技术知识转换成相应的轴向力和径向力，与预定设好的力学数值进行比较从而也可得到相应的控制模式。

在本发明中，由于轴承安装在轴承支承座中，在本领域中通常可以直接利用位移传感器来检测靠近轴承的径向位移量，但轴向位移较难测量，本发明将待测轴承的轴向位移转换到对轴向位移承载盘的轴向位移的测量上，从而大大简化了测量的难度，并且获得了较好的检测一致性。对于轴承变形的理论计算，其遵循《材料力学》和《机械设计》中的轴承静力学模型计算方法，而这对于本领域技术人员来说是公知的技术知识，本专利中着重对理论计算的的数值和实际测得的数值进行比较。

如图2给出了当径向载荷Fr＝300N时，轴向载荷对轴承的轴向变形的影响结果，对比理论和试验结果，图2中单、双层轴承随轴向载荷变化的轴向变形向量的相关系数分别为0.9904和0.9974，理论结果相对于试验结果的最大误差分别为14％和5％；图3给出了当径向载荷Fr＝300N时，轴向载荷对轴承的径向变形的影响结果，对比理论和试验结果，单、双层轴承的径向变形向量的相关系数分别为0.9364和0.9864，最大误差分别为13％和10％；图4给出了当轴向载荷Fa＝300N时，径向载荷对轴承的径向变形的影响结果，对比理论和试验结果，单、双层轴承的径向变形向量的相关系数分别为0.9914和0.9970，最大误差分别为18％和24％；图5给出了当轴向载荷Fa＝300N时，径向载荷对轴承的轴向变形的影响结果，对比理论和试验结果，单双层轴承的轴向变形向量的相关系数分别为0.9854和0.9797，最大误差分别为14％和12％。图2-5中运用相关系数和最大相对误差对理论和试验所得的各数据向量进行分析，相关系数越接近于“1”、最大相对误差越小说明理论和试验结果的吻合程度越高。从对比结果可以看出试验结果与理论计算结果略有不同，但反应变化趋势的相关系数均非常接近于“1”，说明理论计算结果和试验结果随不同参数的变化趋势具有高度的一致性。因此，采用本专利的监测系统和监测方法可以获得较好的监测效果。

其中相关系数是统计学中处理数据时采用的常用标准术语，本专利中采用于此技术术语及统计学中的回归数学模型来对试验数据和测量数据进行处理，这是数学领域中早已公知的知识，故不再多做赘述。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种输送机滚筒轴承在线监测装置，包括输送机滚筒部和滚筒轴承在线监测部，其特征在于，所述滚筒轴承在线监测部包括轴向位移监测部和径向位移监测部。

2.如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置，其特征在于，所述轴向位移监测部包括轴向位移传感器，所述径向位移监测部包括径向位移传感器，所述轴向位移传感器和所述径向位移传感器为电涡流传感器。

3.如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置，其特征在于，所述输送机滚筒部包括联轴器，所述联轴器通过减速机带动滚筒轴转动。

4.如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置，其特征在于，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端支撑轴承和右端支撑轴承采用单层滚珠轴承。

5.如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置，其特征在于，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端支撑轴承和右端支撑轴承采用双层滚珠轴承。

6.如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置，其特征在于，所述输送机滚筒部包括左端支撑轴承和右端支撑轴承，所述左端轴承和右端支撑轴承一个采用单层滚珠轴承，一个采用双层滚珠轴承，两个轴承的内径及外径尺寸相同。

7.采用如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置进行输送监测的方法，其特征在于，所述轴向位移监测部包括轴向位移传感器，所述径向位移监测部包括径向位移传感器，所述轴向位移传感器将测得的轴向位移信号发送给控制装置，当测得的轴向位移信号大于预先设定的轴向位移预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修。

8.采用如权利要求1所述的输送机滚筒轴承在线监测装置进行输送监测的方法，其特征在于，所述轴向位移监测部包括轴向位移传感器，所述径向位移监测部包括径向位移传感器，当径向位移传感器测得的径向位移信号大于预先设定的径向位移预警数值时，控制装置发出报警信号，输送机启动制停模式，工作人员进行检修。