CN107677397A - 一种轴承负荷在线测量方法及系统 - Google Patents

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饶柱石
塔娜
吕芳蕊
张景
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Abstract

一种轴承负荷在线测量方法，包括步骤：在轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器；建立压电薄膜传感器的输出电压与轴承载荷之间的函数关系；在线采集压电薄膜传感器的输出电压，并根据函数关系得到与输出电压相对应的轴承负荷，轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。由于压电薄膜传感器置于轴瓦与轴承座之间的承载面，受环境干扰小，没有人为因素的影响，故测量精度高；可在线采集电压数据并自动计算轴承负荷，使轴承负荷的现场测量更具简易性和实时性，大大提高工作效率；测量的轴承负荷可以为静态负荷，也可为动态负荷，实现了轴承负荷的在线监测；多个轴承的轴承力可同时进行测量，相互之间不存在干扰。

Description

一种轴承负荷在线测量方法及系统
技术领域
本发明涉及力学测量技术领域，具体涉及一种轴承负荷在线测量方法及系统。
背景技术
轴承负荷测量在轴系校中、轴系运转状态监测中具有重要价值。轴系校中质量好坏的评价指标之一即为轴承所有轴承的载荷均在允许范围之内，且各轴承的负荷尽可能均匀分配。目前轴系轴承负荷的理论计算技术已较为成熟，而实际测量尚不够准确，测量技术有待提高。另外，当轴系工作状态下，受环境变化的影响各轴承负荷也将发生变化，若轴承的动态负荷变化超过允许范围，如载荷增加过大可能使轴承膜厚减小甚至出现干摩擦，从而引发故障。因此，轴承静态及动态负荷的在线测量对转子-轴承系统的安全运行具有重要意义。
已有一些文献提出轴承负荷的测量方法，如，中国专利号201110055555.2，专利名称：基于结构微应变的轴承力直接测量方法，该专利提出一种通过建立结构应变与轴承力之间的函数关系，利用少量测点的结构应变测量轴承力的方法，在反复测量时可有效提高测量效率，但由于轴承座应变量过小，该测试方法受环境随机干扰较大，进而影响测试精度；中国专利号201220023837.4，专利名称为：船舶轴承负荷测量装置，该专利提出的测量装置结构较简单，可快速测量轴承，但也存在诸多缺点：如测量精度受千斤顶安装精度的影响；重复测量所需准备时间与首次测量相同；不可多个轴承同时测量等。
发明内容
本申请提供一种轴承负荷在线测量方法及系统
根据第一方面，一种实施例中提供一种轴承负荷在线测量方法，包括步骤：
在轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器；
建立压电薄膜传感器的输出电压与轴承载荷之间的函数关系；
在线采集压电薄膜传感器的输出电压，并根据函数关系得到与输出电压相对应的轴承负荷，轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。
一种实施例中，在轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器，具体为：在轴承座和轴瓦之间的接触面所受压力最大处布置压电薄膜传感器。
一种实施例中，压电薄膜传感器布置于轴瓦正下方接触面为30°-180°圆弧范围内。
一种实施例中，建立压电薄膜传感器的输出电压与轴承载荷之间的函数关系，具体为：
对轴承施加竖直方向的载荷；
读取不同载荷下压电薄膜传感器的输出电压；
建立输出电压与载荷的函数关系。
一种实施例中，压电薄膜传感器的薄膜厚度小于等于0.1mm。
根据第二方面，一种实施例中提供一种轴承负荷在线测量系统，包括待测轴承、压电薄膜传感器、处理器和显示器；
待测轴承的轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器，压电薄膜传感器和显示器分别与处理器信号连接，压电薄膜传感器的输出电压传输至处理器，处理器根据输出电压与轴承载荷之间的函数关系将压电薄膜传感器的输出电压转换为轴承负荷，并通过显示器显示轴承负荷，轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。
一种实施例中，压电薄膜传感器布置于轴承座和轴瓦之间的接触面所受压力最大处。
一种实施例中，压电薄膜传感器布置于轴瓦正下方接触面为30°-180°圆弧范围内。
一种实施例中，压电薄膜传感器的薄膜厚度小于等于0.1mm。
依据上述实施例的轴承负荷在线测量方法及系统，由于压电薄膜传感器置于轴瓦与轴承座之间的承载面，受环境干扰小，没有人为因素的影响，故测量精度高；可在线采集电压数据并自动计算轴承负荷，使轴承负荷的现场测量更具简易性和实时性，大大提高工作效率；测量的轴承负荷可以为静态负荷，也可为动态负荷，实现了轴承负荷的在线监测；测量系统自动计算显示出负荷值其操作简单，经简单培训即可上岗；多个轴承的轴承力可同时进行测量，相互之间不存在干扰。
附图说明
图1为轴承负荷在线测量流程图；
图2为压电薄膜传感器布置示意图；
图3为电压-轴承载荷函数关系示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本例提供一种轴承负荷在线测量方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤。
S1：在轴承座1和轴瓦2之间的接触面上布置压电薄膜传感器3。
根据轴承座1承载面的个数及形状合理布置压电薄膜传感器3的数量、形状及尺寸，确保压电薄膜传感器3布置在轴承座1与轴瓦2之间承载面上受到最大压力的位置。在本实施例中，如图2所示，压电薄膜传感器3布置位置在轴瓦2正下方接触面为30°-180°圆弧范围内，优选的，压电薄膜传感器3在轴瓦2正下方约60°圆弧范围内的接触面，另外，压电薄膜传感器3采用超薄、耐用、灵敏度高、压力检测范围广、并且稳定性强的压电薄膜传感器，本例中，压电薄膜传感器3的薄膜厚度小于等于0.1mm，优选的，压电薄膜传感器3的薄膜厚度为0.05mm。
S2：建立压电薄膜传感器3的输出电压与轴承载荷之间的函数关系。
具体为，对轴承施加竖直方向的载荷F，读取不同载荷下压电薄膜传感器3的输出电压数值，建立压电薄膜传感器3输出电压与轴承载荷的函数关系。本实施例中不同载荷下测得的电压数据如图3所示，对数据进行线性拟合，近似得到函数关系式：F＝kV，其中V为压电薄膜传感器3的输出电压。
S3：在线采集压电薄膜传感器3的输出电压，并根据函数关系得到与输出电压相对应的轴承负荷。
压电薄膜传感器3测试得到电荷信息由电荷放大器转换为电压数据，采集该电压数据，并根据函数关系将该电压数据转换为轴承负荷，具体的，当轴承受到外载荷作用时，根据输出电压与轴承载荷之间的函数关系将压电薄膜传感器3采集到的电压数据自动转换为轴承负荷。本实施例中，故当轴承受到某未知外载荷F0时，将测得的输出电压V0代入到由步骤2得到的电压与轴承载荷之间的函数关系F＝kV中，即可得到外载荷的值F0＝kV0，其中，轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。
通过上述步骤S1-S3即可实现轴承负荷的在线测量，而且，由于压电薄膜传感器置于轴瓦与轴承座之间的承载面，受环境干扰小，没有人为因素的影响，故测量精度高；可在线采集电压数据并自动计算轴承负荷，使轴承负荷的现场测量更具简易性和实时性，大大提高工作效率；测量的轴承负荷可以为静态负荷，也可为动态负荷，实现了轴承负荷的在线监测；测量系统自动计算显示出负荷值其操作简单，经简单培训即可上岗；多个轴承的轴承力可同时进行测量，相互之间不存在干扰。
依据上述的测量方法，本例提供相应的轴承负荷在线测量系统，包括待测轴承、压电薄膜传感器、处理器和显示器；待测轴承的轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器，压电薄膜传感器和显示器分别与处理器信号连接，压电薄膜传感器的输出电压传输至处理器，处理器根据输出电压与轴承载荷之间的函数关系将压电薄膜传感器的输出电压转换为轴承负荷，并通过显示器显示轴承负荷，轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。其中，处理器内置有输出电压与轴承载荷之间的函数关系，该函数关系的建立方式具体为上述步骤S2。
进一步，压电薄膜传感器布置于轴承座和轴瓦之间的接触面所受压力最大处，优选的，压电薄膜传感器布置于所述轴瓦正下方接触面为30°-180°圆弧范围内，且压电薄膜传感器的薄膜厚度小于等于0.1mm。
需要说明的是，由于压电薄膜传感器置于轴瓦与轴承座之间的承载面，压电薄膜传感器的输出电压被采集并发送至处理器，可对多个轴承的轴承力进行同时测量，且相互之间不存在干扰。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种轴承负荷在线测量方法，其特征在于，包括步骤：
在轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器；
建立压电薄膜传感器的输出电压与轴承载荷之间的函数关系；
在线采集压电薄膜传感器的输出电压，并根据所述函数关系得到与所述输出电压相对应的轴承负荷，所述轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。
2.如权利要求1所述的轴承负荷在线测量方法，其特征在于，所述在轴承座和轴瓦之间的接触面上布置压电薄膜传感器，具体为：在轴承座和轴瓦之间的接触面所受压力最大处布置压电薄膜传感器。
3.如权利要求2所述的轴承负荷在线测量方法，其特征在于，所述压电薄膜传感器布置于所述轴瓦正下方接触面为30°-180°圆弧范围内。
4.如权利要求1所述的轴承负荷在线测量方法，其特征在于，所述建立压电薄膜传感器的输出电压与轴承载荷之间的函数关系，具体为：
对轴承施加竖直方向的载荷；
读取不同载荷下压电薄膜传感器的输出电压；
建立输出电压与轴承载荷的函数关系。
5.如权利要求1所述的轴承负荷在线测量方法，其特征在于，所述压电薄膜传感器的薄膜厚度小于等于0.1mm。
6.一种轴承负荷在线测量系统，其特征在于，包括：待测轴承、压电薄膜传感器、处理器和显示器；
所述待测轴承的轴承座和轴瓦之间的接触面上布置所述压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器和显示器分别与所述处理器信号连接，所述压电薄膜传感器的输出电压传输至所述处理器，所述处理器根据输出电压与轴承载荷之间的函数关系将所述压电薄膜传感器的输出电压转换为轴承负荷，并通过所述显示器显示所述轴承负荷，所述轴承负荷包括轴承静态负荷或轴承动态负荷。
7.如权利要求6所述的轴承负荷在线测量系统，其特征在于，所述压电薄膜传感器布置于轴承座和轴瓦之间的接触面所受压力最大处。
8.如权利要求7所述的轴承负荷在线测量系统，其特征在于，压电薄膜传感器布置于所述轴瓦正下方接触面为30°-180°圆弧范围内。
9.如权利要求6所述的轴承负荷在线测量系统，其特征在于，所述压电薄膜传感器的薄膜厚度小于等于0.1mm。
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