CN106438727A - 具有超载报警功能的回转支承 - Google Patents
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Abstract
一种具有超载报警功能的回转支承，其特征在于：包括回转支承(7)，回转支承包括内圈(2)和外圈(1)，还包括第一数据采集模块(4)、第二数据采集模块(6)、第一应变片组(1)和第二应变片组(2)，所述第一应变片组(1)和第二应变片组(2)对称粘贴在内圈(2)，两应变片组角度相差180度。本发明公开具有超载报警功能的回转支承，由回转支承，采集模块，应变片组成。采集模块实时处理、显示数据；具有超载报警功能；能根据回转支承的工况设置报警值。该系统具有在线监测回转支承工作时所承受的力，可以监测回转支承的健康状态，为合理维护和监测回转支承提供可靠依据，防止突发事件的发生，避免重大的经济和社会效益损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有超载报警功能的回转支承。
背景技术
回转支承是一种特大型轴承，通常内圈或者外圈带有传动齿，与驱动齿轮相啮合以传递扭矩动力，但是在某些场合下亦可以不需要轮齿，而仅仅用于实现机械部件之间的相对旋转运动，因此又被称为转盘轴承。由于回转支承特殊的机械结构，目前已经被广泛地应用于工程机械、矿山机械、医疗机械以及其他需要实现相对回转运动的机械中，如挖掘机、起重机、挖泥船、隧道掘进机等，并且逐渐延伸发展到运输机械、军事装备(坦克、雷达)、风机、旋转娱乐设施等相关领域。
以起重机械设备为例，根据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局的不完全统计，2007年全年特种设备安全事故256起，其中起重机械事故84起，大型游乐设施事故4起，占据全部事故的34.38％；2008年全年特种设备安全事故304起，其中起重机械事故80起，大型游乐设施事故3起，占据全部事故的27.3％；而截至到2010年年底，全国特种设备647.65万台，其中起重机械有150万台，大型游乐设施1.58万台，事故发生率占据全年事故的26.29％；近年来机械安全隐患更是屡见不鲜，这些机械事故造成了大量的人员伤亡、恶劣的社会影响以及重大的经济损失，因此防范重大机械安全事故发生是公共安全的一项重要组成部分。
回转支承作为此类重大型机械设备完成相互旋转运动的关键基础部件，因此其生产质量及其工作运转状态良好与否直接关系到重大装备和主机产品的工作性能及其可靠性。回转支承工作环境通常比较恶劣，工作频率较高，具有重载低速的特点，可以同时承受较大的轴向、径向负荷以及倾覆力矩，有时其运行过程还会受到较大冲击载荷的作用，此外制造毛坯材料本身也会存在难以避免的初始缺陷，因此极易造成回转支承的损伤，并且在机械设计阶段如果没有全面考虑轴承的承载问题，以及人员操作不当，就会出现超载荷现象，引发滚动体碎裂、滚道产生裂纹甚至剥落损伤，影响回转支承的正常工作，导致重大的安全事故，并且回转支承的更换或维修耗时较长，维护不便，拆装较难，且拆装费用高，一旦发生故障损坏，造成设备停机，必然影响工程实施，造成巨大的损失。
鉴于以上所述，必须探寻出一种回转支承的超载检测方法。
发明内容
为解决上述回转支承超载报警问题，本发明的目的在于提出一种具有超载报警功能的回转支承，该具有超载报警功能的回转支承是一种内置传感器的结构紧凑的回转支承，根据粘贴在回转支承内圈的应变片的阻值变化，间接测量回转支承的承载力，承载力越大，应变片的阻值变化越大，从而有效的判断回转支承是否超载，可以在线监测回转支承的健康状态，为回转支承的维护和检修提供参考信息，避免突发故障，造成重大的经济损失和人员伤亡，具有重要的经济和社会价值
本发明的技术方案如下：
一种具有超载报警功能的回转支承，包括回转支承(7)，回转支承包括内圈(2)和外圈(1)，还包括第一数据采集模块(4)、第二数据采集模块(6)、第一应变片组(1)和第二应变片组(2)，所述第一应变片组(1)和第二应变片组(2)对称粘贴在内圈(2)，两应变片组角度相差180度；第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)安装在内圈(2)，第一应变片组(1)和第二应变片组(2)的信号分别输出通过第一电缆(8)和第二电缆(9)与第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)的电路相连，经过放大处理，再将放大信号输出；当输出的放大信号超过设定的预警值时，就触发报警电路；根据粘贴在内圈(2)的第一应变片组(1)和第二应变片组(2)的阻值变化，间接测量回转支承的承载力，承载力越大，应变片的阻值变化越大，从而有效的判断回转支承是否超载。
所述第一应变片组(1)和第二应变片组(2)分别包含工作应变片(A)和温度补偿应变片(B)，使回转支承可以在复杂工况下使用，减小监测误差。
所述第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)均由运算放大电路，单片机，存储器，A/D转换电路，报警电路，LED显示器组成，采集模块与PC机通过串口相连，PC通过串口设置超载报警值，并保存在存储器中。
将实时检测的电压值和设置的预警值比较，回转支承是否超载，当实时检测的电压值小于设置的预警值时，回转支承正常工作，反之则表示超载发生报警。
所述的运算放大电路包括检测电桥、直流放大电路、低通滤波电路、峰值保持电路，检测电桥包括两个并联的桥臂，一个桥臂包括依次串联连接的工作应变片A和温度补偿应变片B，另一个桥臂包括依次串联连接的电阻R1和电阻R2，两个桥臂都与外部的激励电源连接，工作应变片A、温度补偿应变片的B的公共端a和电阻R1、电阻R2的公共端b输出检测信号，当回转支承受力时，内圈发生变形，从而使应变片变形，应变片的阻值发生变化，导致检测电桥输出不平衡，检测电桥输出的检测信号经过直流放大电路，由低通滤波电路滤除高频信号，再经过峰值保持电路进行信号峰值的采样保持，最后经过模数转换器，将模拟信号换成数字信号给单片机进行相关处理并得出相应的结果数据。
每应变片组贴在回转支承内圈中心处。由于该方案中的应变片单元是由若干均匀分布在回转支承内圈上的，因此即使重物对象施加在应变片单元上的力是径向力，使得应变体上的力分布不均匀，也不会影响应变片单元的检测精度，能够提高应变片单元的检测精度及稳定性。
电阻应变片包括基片，与基片相配合定位的覆盖片，加载基片与覆盖片之间的敏感器件以及与敏感器件相连接的引线。
应变片采用全桥差动电路，工作时将二个电阻应变片介入电桥的相邻两臂。电阻应变片在受力时产生的组织变化通常较小，所以讲电阻应变片组成应变电桥，不仅可以消除线性误差，而且还提高了电桥的输出灵敏度，同时还有温度补偿的作用。
所述每片应变片组与对应的采集模块的放大电路相连，采集模块与回转支承内圈通过螺钉相连，采集模块密封包装，应变片与采集模块通过航空接头相连，具有密封的功能，使智能回转支承可以在复杂工况下使用，提高报警信号的稳定性。
采集模块中包含单片机，放大电路，存储器，A/D转换电路，液晶显示电路，报警电路。可以根据回转支承的使用状况，设置报警值。
所述电缆一端通过航空接头引出与采集模块连接。航空接头可以起到密封作用，采集模块也采用密封包装，适用于回转支承的复杂工况，提高超载报警的稳定性。
本发明的有益效果是
本发明的具有超载报警功能的回转支承将应变片有效的应用到回转支承中，并没有破坏回转支承的结构尺寸，形成具有超载报警功能的智能回转支承，结构紧凑，装配方便，自动化程度高。可以在线监测回转支承的健康状态，为回转支承的维护和检修提供可靠的参考依据。可以有效的延长回转支承的使用寿命，防止突发事件的发生，避免重大的经济和社会效益损失。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明的应变片单元的安装位置示意图
图3为本发明的检测电路图之一。
图4为本发明的检测电路图之二。
图5为本发明的采集模块内部结构示意图。
图中附件说明：1为回转支承外圈，2位回转支承内圈，3为第一应变片组，5为第二应变片组，4第一数据采集模块，6为第二数据采集模块，7为回转支承，8为第一电缆，9为第二电缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明对进一步说明。
如图1所示，一种具有超载报警功能的回转支承，包括回转支承(7)，回转支承包括内圈(2)、外圈(1)，还包括第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)，第一应变片组(1)和第二应变片组(2)。第一应变片组(1)和第二应变片组(2)对称安装，粘贴在内圈(2)，两应变片组角度相差180度。第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)安装在内圈(2)，第一应变片组(1)和第二应变片组(2)的信号分别输出通过第一电缆(8)和第二电缆(9)与第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)的电路相连，经过放大处理，再将放大信号输出。当输出的放大信号超过设定的预警值时，就触发报警电路。
如图2所示，智能回转支承至少包含两应变片组，两应变片组对称安装，粘贴在内圈，一片作为工作片，一片作为温度补偿片。由于该方案中的应变片单元是由若干均匀分布在回转支承内圈上的，因此即使重物对象施加在应变片单元上的力是径向力，使得应变体上的力分布不均匀，也不会影响应变片单元的检测精度，能够提高应变片单元的检测精度及稳定性。采集模块采用密封包装，数据线一端穿过航空接头导出与采集模块连接。航空接头可以起到密封作用，适用于回转支承的复杂工况，提高超载报警的稳定性与精度。
如图3、图4所示：所述的回转支承超载的检测电路包括检测电桥、直流放大电路、低通滤波电路、峰值保持电路，检测电桥包括两个并联的桥臂，一个桥臂包括依次串联连接的工作应变片A和温度补偿应变片B，另一个桥臂包括依次串联连接的电阻R1和电阻R2，两个桥臂都与外部的激励电源连接，工作应变片A、温度补偿应变片的B的公共端a和电阻R1、电阻R2的公共端b输出检测信号，当回转支承受力时，内圈发生变形，从而使应变片变形，应变片的阻值发生变化，，导致检测电桥输出不平衡，检测电桥输出的检测信号经过直流放大电路，由低通滤波电路滤除高频信号，再经过峰值保持电路进行信号峰值的采样保持，最后经过模数转换器将模拟信号转换成数字信号给单片机进行相关处理并得出结果数据。
如图4所示，采集模块通过螺钉与回转支承内圈安装，采集模块中包含检测电路，A/D转换电路，液晶显示电路，报警电路。可以根据回转支承的使用状况，通过串口设置报警值。
所述电缆一端通过航空接头引出与采集模块连接。航空接头可以起到密封作用，采集模块也采用密封包装，适用于回转支承的复杂工况，提高超载报警的稳定性。
本发明将应变片应用到回转支承上，形成结构紧凑的智能回转支承，可以在线监测回转支承的运行状况，当回转支承超载运行时，发出报警信号，为回转支承的维护和检修提供可靠的参考依据。可以有效的延长回转支承的使用寿命，避免重大的经济损失和人员伤亡。
上面所述的实施仅仅是针对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (4)
1.一种具有超载报警功能的回转支承，其特征在于：包括回转支承(7)，回转支承包括内圈(2)和外圈(1)，还包括第一数据采集模块(4)、第二数据采集模块(6)、第一应变片组(1)和第二应变片组(2)，所述第一应变片组(1)和第二应变片组(2)对称粘贴在内圈(2)，两应变片组角度相差180度；第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)安装在内圈(2)，第一应变片组(1)和第二应变片组(2)的信号分别输出通过第一电缆(8)和第二电缆(9)与第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)的电路相连，经过放大处理，再将放大信号输出；当输出的放大信号超过设定的预警值时，就触发报警电路；根据粘贴在内圈(2)的第一应变片组(1)和第二应变片组(2)的阻值变化，间接测量回转支承的承载力，承载力越大，应变片的阻值变化越大，从而有效的判断回转支承是否超载。
2.根据权利要求1所述的具有超载报警功能的回转支承，其特征在于：所述第一应变片组(1)和第二应变片组(2)分别包含工作应变片(A)和温度补偿应变片(B)，使回转支承可以在复杂工况下使用，减小监测误差。
3.根据权利要求1所述的回转支承智能超载检测方法，其特征在于：所述第一数据采集模块(4)和第二数据采集模块(6)均由运算放大电路，单片机，存储器，A/D转换电路，报警电路，LED显示器组成，采集模块与PC机通过串口相连，PC通过串口设置超载报警值，并保存在存储器中。
4.一种实现权利要求3所述的具有超载报警功能的回转支承，其特征在于：所述的运算放大电路包括检测电桥、直流放大电路、低通滤波电路、峰值保持电路，检测电桥包括两个并联的桥臂，一个桥臂包括依次串联连接的工作应变片A和温度补偿应变片B，另一个桥臂包括依次串联连接的电阻R1和电阻R2，两个桥臂都与外部的激励电源连接，工作应变片A、温度补偿应变片的B的公共端a和电阻R1、电阻R2的公共端b输出检测信号，当回转支承受力时，内圈发生变形，从而使应变片变形，应变片的阻值发生变化，导致检测电桥输出不平衡，检测电桥输出的检测信号经过直流放大电路，由低通滤波电路滤除高频信号，再经过峰值保持电路进行信号峰值的采样保持，最后经过模数转换器，将模拟信号换成数字信号给单片机进行相关处理并得出相应的结果数据。
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