CN110926999B

CN110926999B - 一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置

Info

Publication number: CN110926999B
Application number: CN201911276434.3A
Authority: CN
Inventors: 苏欣平; 季宁; 么大锁
Original assignee: RENAI COLLEGE OF TIANJIN UNIVERSITY
Current assignee: RENAI COLLEGE OF TIANJIN UNIVERSITY
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: CN110926999A

Abstract

本发明公开了一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置，该装置包括传感机构、检测单元和显示单元，所述传感机构设置在机油壳上，所述传感机构输出端与检测单元连接；所述检测单元通过机油控制模块将发动机机油箱中所含铁磁性颗粒的检测信号经过处理后传送给显示单元；所述显示单元实时显示对发动机中所含铁磁性颗粒质量检测分布的曲线，该装置精准地实现对机油内铁磁性金属颗粒检测。

Description

一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置

技术领域

本发明属于机械设备磨粒在线监测装置技术领域，特别是涉及一种机油铁磁性颗粒在线监测装置。

背景技术

磨损是机械零部件失效的主要因素之一，在机器零件的失效形式中，磨损失效形式约占70％以上。磨粒的状态，隐含着机械设备运行状态的大量信息，能及时反映设备的磨损现状与发展趋势，同时，也是诊断设备故障、进行预测维修、对设备进行改进设计的重要依据。

机械设备油液中磨粒的检测一般分为两类：离线与在线检测。离线检测如：光谱分析、铁谱分析、扫描电镜、能谱等；在线检测有：在线磨粒计数器、磨粒分析器等，如：美国HIAC/ROYCO公司的多通道磨粒计数器，可测1～100μm的磨粒，该公司的另一种产品——激光扫描传感器，可测0.25～25μm大小的磨粒；加拿大GasTops公司生产的一种型号为MetalSCAN的大磨粒传感器；日本的Tskuso Sato与美国的M.Linzer等人，正在研制另一种利用激光检测黑色金属磨粒的技术。我国西安交通大学也在研制利用铁谱在线来检测黑色金属磨粒的方法。

传统的润滑油状态监测是指利用实验室的物理化学分析技术，对机器设备正在使用的润滑油样品进行综合分析，获得设备润滑与磨损状况的信息,并据此预测设备磨损过程的发展，及时发现故障或预防故障的发生。在线润滑油状态监测，则是在设备正常运行的情况下，通过对在线使用润滑油的物理化学参数进行实时监测，特别是对磨粒状态的实时监测，判定设备的工况，诊断设备的异常部件和异常程度，从而，实现避免重大事故的发生，有针对性地维护和修理。另外，实时监测，可以帮助理解机械设备中摩擦副的磨损机理，润滑机理，磨损失效类型，确定润滑油剩余寿命等，以便确定合理的磨合规范和换油期。目前，我国在“在线铁磁性磨粒状态及润滑油监测”仪器制造方面仍属空白，国际上少有的同类仪器仍处在体积大、技术复杂、应用范围小,价格昂贵的状态。另外，油液在线监测技术复杂，实施难度大，目前，在工业领域还未获得广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，解决机械设备磨粒在线监测的技术难题，提供一种油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置，该装置包括传感机构、检测单元和显示单元，

所述传感机构设置在机油壳上，所述传感机构输出端与检测单元连接；

所述检测单元通过机油控制模块将发动机机油箱中所含铁磁性颗粒的检测信号经过处理后传送给显示单元；

所述显示单元实时显示对发动机中所含铁磁性颗粒质量检测分布的曲线；

所述的传感机构包括螺堵、直流电机；所述直流电机通过螺钉与螺堵活动连接；所述螺堵包括振动轴、转动圆盘、磁铁和加速度传感器；所述振动轴端部设置有转动圆盘，所述转动圆盘上设置磁铁，所述直流电机上设有联轴器，所述振动轴与联轴器之间设置有推力轴承、所述螺堵通过密封圈与所述联轴器连接；其中：

在被监控的设备运行工作后，所述磁铁收集金属颗粒使转盘偏载；所述磁铁会收集金属颗粒质量越多，转盘产生振幅越大；

所述加速传感器将根据对转盘的振幅实时计算磁铁会收集金属颗粒质量并按照设定的时间节点将原始信号输出所述检测单元。

进一步，所述的检测单元，包括：信号输入电路，电荷放大器，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块；所述信号输入电路与所述电荷放大器，所述信号输入电路接收所述加速度传感器的原始信号后，输入所述电荷放大器，电荷放大器的输出再输入单片机，所述单片机的输出，分别与所述的报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块、大功率可调电压输出模块和直流电机连接。

本发明的有益效果是：本装置能够在极端的温度和振动环境下工作，结构简单，使用方便，监测响应速度快，及时实现设备故障的预警；有助于确定润滑油的剩余寿命，优化换油周期，减少事故发生；不仅具有重大的经济价值，而且还对环境保护具有重要意义。

附图说明

图1是机油铁磁性金属颗粒在线检测装置示意图；

图2是电子存储、控制与检测单元结构示意图；

图3是油箱内铁磁性颗粒质量检测分布曲线，图中：

a：设置的机械设备需要大修的阈值线

b:设置的机械设备需要中修的阈值线

a1:设置的机械设备需要关注的趋势

b1：设置的机械设备一般磨损的趋势

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是机油铁磁性金属颗粒在线检测装置示意图；

图2是油箱内铁磁性颗粒质量检测分布曲线。

本发明采用强力磁铁收集机油铁磁性金属颗粒，装置采用强力磁铁收集机油铁磁性金属颗粒。如图1所示，

一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置，该装置包括传感机构101、检测单元201和显示单元301，

所述传感机构101设置在机油112壳上，所述传感机构101输出端与检测单元201连接；所述的传感机构101包括螺堵102、直流电机110；所述直流电机110通过螺钉与螺堵102活动连接；所述螺堵102包括振动轴103、转动圆盘104、磁铁105和加速度传感器106；所述振动轴103端部设置有转动圆盘104，所述转动圆盘104上设置磁铁105，所述直流电机110上设有联轴器107，所述振动轴103与联轴器107之间设置有推力轴承108；所述螺堵102通过密封圈109与所述联轴器107连接。

如图2所示，所述检测单元201，即电子存储、控制与检测单元；所述检测单元通过机油控制模块将发动机中油箱中所含铁磁性颗粒的检测信号经过处理后传送给显示单元；所述的电子存储与控制单元201，包括：信号输入电路，电荷放大器，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块；所述的信号输入电路与所述信号输入电路连接；所述的信号输入电路接收所述传感器的原始信号后，输入所述的电荷放大器，电荷放大器的输出再输入单片机，所述单片机的输出，分别与所述的报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块和大功率可调电压输出模块电、微型直流电机连接。所述显示单元实时显示对发动机的油箱中所含铁磁性颗粒质量检测分布的曲线。

传感器在出厂前要做转盘动平衡试验，以及金属颗粒质量与加速度传感器输出振动信号幅值之间的比例系数标定，试验和标定完成合格后，方能出厂。其工作原理是：当发动机工作一段时间后，转盘上偏至安装的强力永久磁铁会收集一定质量的铁磁性金属颗粒，这样就会导致转盘偏载，当偏载的转盘按照一定的转速转动时，偏载质量越大，产生振动的振幅越大，通过对传感器的理论计算和实验标定，可对转盘上的铁磁性磨粒进行实时累积质量计量，并按照设定的时间节点进行存储，这样就完成了一次测量。在电子存储、控制与检测单元中单片机的控制下，可以每间隔一段时间(比如说24小时)自动完成一次上述的测量和存储。

如图3所示，该图是油箱内铁磁性颗粒质量检测分布曲线；设置的机械设备需要大修的阈值线a，设置的机械设备需要中修的阈值线b，设置的机械设备需要关注的趋势a1，也就是E、F两点间的曲线，设置的机械设备一般磨损的趋势b1，当机械设备润滑系统油路内累积的铁磁性磨粒质量超过设定的阈值时，或在敏感时间段累积质量过快增加时，本装置立刻报警。本装置广泛应用于工业、交通、航海和航空等领域。

例如：滚动轴承、发动机活塞缸等磨损部件的损伤程度，与从磨损部件释放到润滑系统油中的铁磁性颗粒质量之间具有强烈地关联性。本装置通过监控油路内铁磁性磨粒的累积量，出现任何异常现象，向操作者发出初步警告，如果油路内铁磁性磨粒的累积量到达预先设定的阈值时，本装置发出一个报警信号，指示有明显的磨损部件出现损伤。在报警前，传感器始终在收集油路内铁磁性磨粒的累积量，因此，不会出现监测空白区域。本装置的电子存储与控制单元的输出信号，可迅速减少机器动力或完全切断设备运转。本装置能够在极端的温度和振动环境下工作。本装置可在显示器单元中显示，油路内铁磁性颗粒的总质量，铁磁性颗粒质量的柱状图形式的显示，本装置的状态参数，警告和报警信号。

如图2所示，在电子存储、控制与检测单元中单片机的控制下，可以每间隔一段时间(比如说24小时)自动完成一次上述的测量和存储。通过电子存储、控制与检测单元存储的数据绘制出铁磁性颗粒质量检测分布曲线(如图3所示)。

当曲线达到E点时，系统将报警，提醒工作人员，发动机需要进行小修或中修或大修。装置由于是按照程序断续工作的，基本不会发热。通过逐步的累积，分时段进行测量，测量数据准确、可靠，不会产生累积误差。传感器通过普通电缆和信号屏蔽线连接到一个安装在被监测设备附近的电子存储、控制与检测单元的信号输入输出电路上。

本装置结构简单，使用方便，而且响应快，价格低；用于机械系统的状态检测和故障诊断，出现任何反常现象，系统会向操作者初步警告，一旦达到预先某个阈值，本装置提供一个报警信号，指示有明显的磨损部件损伤；本装置提供的输出信号，也可以在设备控制器中编程处理，以便迅速减少机器动力或完全切断设备运转；能够在极端的温度和振动环境下工作；并且，有助于确定润滑油的剩余寿命，优化换油周期，减少事故发生，不仅具有重大的经济价值，而且，对环境保护具有重要意义。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置，该装置包括传感机构、检测单元和显示单元，其特征在于，

其中：

所述的传感机构包括螺堵、直流电机；所述直流电机通过螺钉与螺堵活动连接；所述螺堵包括振动轴、转动圆盘、磁铁和加速度传感器；所述振动轴端部设置有转动圆盘，所述转动圆盘上设置磁铁，所述直流电机上设有联轴器连接，所述振动轴与联轴器之间设置有推力轴承、所述螺堵通过密封圈与所述联轴器连接，其中：

在被监控的设备运行工作后，所述磁铁收集金属颗粒使转动圆盘偏载；所述磁铁会收集金属颗粒质量越多，转动圆盘产生振幅越大；

所述加速度传感器将根据对转动圆盘的振幅实时计算磁铁会收集金属颗粒质量并按照设定的时间节点将原始信号输出所述检测单元。

2.根据权利要求1所述的一种机油铁磁性金属颗粒在线检测装置，所述检测单元包括：信号输入电路，电荷放大器，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块；所述的信号输入电路与所述电荷放大器连接，所述信号输入电路接收所述加速度传感器的原始信号后，输入所述电荷放大器，电荷放大器的输出再输入单片机，所述单片机的输出，分别与所述的报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块、大功率可调电压输出模块和微型直流电机连接。