CN112504677B - 保护轴承磨损数据检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保护轴承磨损数据检测方法和装置，涉及磁悬浮轴承的技术领域，包括：先获取转子在当前跌落过程中的位移；然后根据位移确定转子和保护轴承的接触时间，并获取转子在接触时间内任一时刻的转速，再基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息；最后获取保护轴承的历史磨损信息，并将历史磨损信息和本次磨损信息进行相加，得到保护轴承的总磨损信息；其中，总磨损信息用于反映保护轴承的状态。本发明无需在保护轴承上安装压力传感器，通过获取位移和转速的方式可以间接得到保护轴承的本次磨损信息，进而得到保护轴承的总磨损信息。因此本发明可以避免因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题。

Description

保护轴承磨损数据检测方法和装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，尤其是涉及一种保护轴承磨损数据检测方法和装置。

背景技术

现有的保护轴承状态在线评估方法通常采用在保护轴承处安装压力传感器的方式来直接测量碰撞力等物理量，然而该方法结构复杂，且成本较高。此外，在转子与保护轴承发生碰撞时压力传感器易损坏，因此该方法可靠性较差。

综上所述，现有方法存在因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护轴承磨损数据检测方法和装置，以缓解现有技术中存在的因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种保护轴承磨损数据检测方法，其中，包括：获取转子在当前跌落过程中的位移；根据所述位移确定所述转子和所述保护轴承的接触时间，并获取所述转子在所述接触时间内任一时刻的转速；基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述本次磨损信息用于反映所述转子在当前跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度；获取所述保护轴承的历史磨损信息，并将所述历史磨损信息和所述本次磨损信息进行相加，得到所述保护轴承的总磨损信息；其中，所述历史磨损信息用于反映所述转子在历史跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度，所述总磨损信息用于反映所述保护轴承的状态。

进一步的，基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息，包括：根据所述位移和/或所述转速，以及预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；根据所述位移和预设碰撞公式，计算出所述保护轴承的本次碰撞值；对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值；基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值和第一预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息。

进一步的，在对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法包括：通过对所述位移的时域和频谱分析，判断所述转子是否发生涡动；当所述转子发生涡动时，基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值和第二预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息。

进一步的，在对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法包括：获取所述保护轴承的本次温度值；将所述本次温度值进行归一化处理，得到温度归一化数值；基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值、所述温度归一化数值和第三预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息。

进一步的，方法还包括：计算所述总磨损信息与预设最大允许磨损信息之间的比值，得到比值结果。

进一步的，方法还包括：通过目标显示方式对所述比值结果进行显示，所述目标显示方式包括以下至少之一：进度条、百分比和指示灯。

进一步的，方法还包括：在所述总磨损信息超过预设报警阈值时进行报警，和/或，在所述总磨损信息超过预设停机阈值时对所述保护轴承所在的磁悬浮轴承系统执行停机操作。

第二方面，本发明提供的一种保护轴承磨损数据检测装置，其中，包括：获取单元，用于获取转子在当前跌落过程中的位移和转速；确定获取单元，用于根据所述位移确定所述转子和所述保护轴承的接触时间，并获取所述转子在所述接触时间内任一时刻的转速；确定单元，用于基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述本次磨损信息用于反映所述转子在当前跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度；获取相加单元，用于获取所述保护轴承的历史磨损信息，并将所述历史磨损信息和所述本次磨损信息进行相加，得到所述保护轴承的总磨损信息；其中，所述历史磨损信息用于反映所述转子在历史跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度，所述总磨损信息用于反映所述保护轴承的状态。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的保护轴承磨损数据检测方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的保护轴承磨损数据检测方法。

本发明提供的一种保护轴承磨损数据检测方法和装置，包括：先获取转子在当前跌落过程中的位移；然后根据位移确定转子和保护轴承的接触时间，并获取转子在接触时间内任一时刻的转速，再基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息；最后获取保护轴承的历史磨损信息，并将历史磨损信息和本次磨损信息进行相加，得到保护轴承的总磨损信息；其中，总磨损信息用于反映保护轴承的状态。本发明无需在保护轴承上安装压力传感器，通过获取转子在当前跌落过程中的位移，并获取转子在转子和保护轴承接触时间内任一时刻的转速的方式可以间接得到保护轴承的本次磨损信息，进而得到保护轴承的总磨损信息。因此本发明可以避免因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题，具有结构简单、低成本和可靠性强的有益效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种保护轴承磨损数据检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种磁悬浮轴承系统的结构示意图；

图3为一种通过进度条的方式显示比值结果的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种保护轴承磨损数据检测装置的结构示意图。

图标：

1- CPU；2-存储器；3-功率放大器；4-速度传感器；5-磁悬浮轴承第一作动器；6-保护轴承；7-磁悬浮轴承第二作动器；8-位移传感器；9- A/D转换模块；10-转子；11-获取单元；12-确定获取单元；13-确定单元；14-获取相加单元。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

保护轴承也称为辅助轴承、备用轴承等，是磁悬浮轴承系统不可或缺的组成部分，其作用是在磁悬浮轴承失效的情况下，转子发生跌落时承接转子着陆，提供备用的支承，以保护磁轴承、密封等部件不会发生剐蹭。转子跌落通常伴随撞击、涡动、摩擦等物理过程，每发生一次跌落都会对保护轴承造成一定的磨损，随着跌落次数的增加，保护轴承可能会失效，丧失保护能力，甚至发生抱死，造成机组的进一步损坏。因而对保护轴承的状态进行评估是十分必要的。现有的保护轴承状态评估方法主要采用的是停机检查，该方法需要在设备停机状态下进行传感器校正、盘车或拆解查看。通过上述停机检查的方法，不仅过程繁琐，而且常常由于检修不及时，造成保护轴承“带病”运行，一旦再次发生跌落就会造成设备严重损坏。

为了克服停机检查方法的不足，在线评估方法应运而生。现有的在线评估方法分为两种，一种是通常采用在保护轴承位置处安装压力传感器的方法直接测量碰撞力等物理量，缺陷是：结构较为复杂，成本高，跌落碰撞时压力传感器易损坏，可靠性差。上述结构较为复杂的原因在于：压力传感器需要安装在滚动轴承的内环或外环，因此导致机械结构本身比较复杂。尤其是在安装于内环时，还需要防止压力传感器随着内环的高速旋转在离心力作用下甩脱。另一种是采用跌落次数统计的方法，即每发生一次跌落就记录为一次，当统计的跌落次数达到预设的数值时，就更换保护轴承。

综上所述，采用在保护轴承位置处安装压力传感器的方法，结构复杂，成本高，跌落碰撞时压力传感器易损坏，可靠性差。采用跌落次数统计来评价保护轴承的方法过于简单，由于每次跌落造成的磨损差异较大，简单的通过跌落次数来指导保护轴承更换，容易发生错误诊断，例如：在保护轴承状态很好的情况下指导更换，或者在保护轴承状态已经很差的情况下不能及时指导更换。

基于此，本发明提供的一种保护轴承磨损数据检测方法和装置，无需在保护轴承上安装压力传感器，通过获取转子在当前跌落过程中的位移和转速的方式可以间接得到保护轴承的本次磨损信息，进而得到保护轴承的总磨损信息。因此本发明可以避免因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题，具有结构简单、低成本和可靠性强的有益效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种保护轴承磨损数据检测方法进行详细描述。

实施例1：

根据本发明实施例，提供了一种保护轴承磨损数据检测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例提供的一种保护轴承磨损数据检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取转子在当前跌落过程中的位移。

在本发明实施例中，位移可以通过转子所在的磁悬浮轴承系统中的位移传感器进行采集。跌落过程可以分为两个过程，第一个过程的特点是：转子往下跌落，但是转子并未与保护轴承进行接触；第二个过程的特点是：转子和保护轴承接触。上述位移可以指转子在垂直于保护轴承的方向上的跌落距离，此时默认将转子正常悬浮的位置确定为起始位置。该磁悬浮轴承系统的结构如图2所示，包括但不限于以下模块：CPU1、存储器2、功率放大器3、速度传感器4、磁悬浮轴承第一作动器5、保护轴承6、磁悬浮轴承第二作动器7、位移传感器8、A/D转换模块9和转子10。本发明实施例提供的该保护轴承磨损数据检测方法可以应用于此磁悬浮轴承系统。进一步的，转速可以有以下两种获取方式：第一种是利用速度传感器4对转速进行实时、直接地采集；第二种是通过对上述位移进行傅里叶变换的方式间接获得转速。当采用第二种获取方式时，该磁悬浮轴承系统中的速度传感器4可以取消。

步骤S102，根据位移确定转子和保护轴承的接触时间，并获取转子在接触时间内任一时刻的转速。

本发明实施例可以将转子10在跌落过程中的位移记为位移x，并设定转子10落在保护轴承6上时的正常最大位移值A。在转子和保护轴承接触的过程中，位移x大于等于正常最大位移值A。因此可以根据位移x和正常最大位移值A的大小关系来确定转子和保护轴承的接触时间。

步骤S103，基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息。

在本发明实施例中，本次磨损信息用于反映转子在当前跌落过程中对保护轴承的磨损程度。上述保护轴承包括但不限于：滚动轴承和滑动轴承。本发明实施例对本次磨损信息的内容不做具体限定，可以包括但不限于：未经归一化处理的下述的本次摩擦值、本次碰撞值和本次温度值，还可以包括但不限于：归一化处理后得到的下述的摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和本次温度值。

步骤S104，获取保护轴承的历史磨损信息，并将历史磨损信息和本次磨损信息进行相加，得到保护轴承的总磨损信息。其中，历史磨损信息用于反映转子在历史跌落过程中对保护轴承的磨损程度，总磨损信息用于反映保护轴承的状态。

通过本发明实施例提供的一种保护轴承磨损数据检测方法可知，本发明实施例与现有的状态评估方法最大的区别点是：传感器测量的对象不同，现有的状态评估方法测量的对象是保护轴承本身，是一种直接的测量和评价方法；而本发明实施例测量的对象是转子，通过转子的行为间接评估保护轴承的状态，是一种间接的评估方法。此外，本发明实施例无需安装传感器于保护轴承的内环或外环，即无需针对保护轴承安装传感器。

本发明实施例基于位移传感器8和速度传感器4的信号采集，是对转子行为的测量，在转子正常悬浮且未处于当前跌落过程时，位移传感器8和速度传感器4的主要用途是对磁悬浮轴承的悬浮控制，因此本发明实施例仅是对悬浮控制所必需的位移传感器和速度传感器做了功能上的扩展。在转子处于当前跌落过程时，无需在保护轴承上安装压力传感器，通过获取转子在当前跌落过程中的位移，并获取转子在转子和保护轴承接触时间内任一时刻的转速的方式可以间接得到保护轴承的本次磨损信息，进而得到保护轴承的总磨损信息。因此本发明实施例可以避免因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题，具有结构简单、低成本和可靠性强的有益效果。

在一个可选的实施例中，由于本次磨损信息的内容可以包括但不限于：归一化处理后得到的下述的摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和本次温度值。因此当本次磨损信息的内容包含下述的摩擦归一化数值和碰撞归一化数值时，步骤S103，基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息，包括如下步骤S201~步骤S204：

步骤S201，根据位移和/或转速，以及预设摩擦公式，计算出保护轴承的本次摩擦值。上述本次摩擦值还可以称为摩擦状态值，记为M。

第一种预设摩擦公式为M=∫(t×n)，其中∫为积分符号，t为在转速n下的接触时间。

需要注意的是，本发明实施例可以对位移传感器采集到的位移x超出最大值A的程度进行进一步评估，此时认为保护轴承是线性弹簧系统，其弹性系数为k，f=k×（x-A）即为转子和保护轴承的作用力，不同作用力f下保护轴承的磨损显然有差别，因此对碰撞状态值N进行累加时每次不是单纯的累加数值1，而是累加f的值；同理，在对摩擦状态值进行累加时除了考虑线速度以外，还可以考虑接触力（或称为作用力）的影响，因此第二种预设摩擦公式采用下式M=∫(t*n*f)。由于上述作用力f的计算公式用到了位移x，因此作用力f受位移x的影响。在此基础上，本发明实施例在采用第二种预设摩擦公式计算保护轴承的本次摩擦值时，可以认为是同时考虑了位移和转速两个因素。

步骤S202，根据位移和预设碰撞公式，计算出保护轴承的本次碰撞值。上述本次碰撞值还可以称为碰撞状态值，记为N。需要注意的是，在一种可选的实施例中，存储器可以记录M、N的值，然后通过判断M、N是否超过摩擦常量M0和碰撞常量N0的方式来评价保护轴承的状态。

由于本次摩擦值和本次碰撞值为两种不同单位的数据，因此为了便于数据分析，执行下述步骤S203：

步骤S203，对本次摩擦值和本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值。

上述归一化值处理是指：将任意物理量的最大值作为基准，并对该物理量的采集值或计算值与该最大值作比，应用在本申请中可以指将本次摩擦值M和摩擦常量M0作比，或将本次碰撞值N与碰撞常量N0作比。上述摩擦归一化数值可以记为M/ M0，上述碰撞归一化数值可以记为N/ N0。

摩擦常量M0在确定时考虑的因素需要与摩擦状态值M考虑的因素保持一致，且碰撞常量N0在确定时考虑的因素需要与碰撞状态值N考虑的因素保持一致。因此在摩擦状态值M与碰撞状态值N均考虑作用力的影响时，M0和N0的计算同样需要考虑作用力的影响。或者，在摩擦状态值M与碰撞状态值N均不考虑作用力的影响时，M0和N0的计算同样不需要考虑作用力的影响。

在不考虑作用力的影响时，摩擦常量M0的确定方法如下：在实验条件下，让保护轴承和转子只发生摩擦不发生碰撞，可以使转子和保护轴承采用过度配合的装配关系，在某一转速n1下连续运转直至保护轴承损坏，记录时间t1，实验摩擦值M1=∫n1*t1，为排除偶然性，需要对多个保护轴承进行实验，获得多个实验摩擦值的平均值M0。

在不考虑作用力的影响时，碰撞常量N0的确定方法如下：在实验条件下，使转子和保护轴承发生持续性的碰撞，记录碰撞次数直至保护轴承损坏，记录最终碰撞次数N1，为排除偶然性，需要对多个保护轴承进行实验，获得多个碰撞次数N1的平均值N0。

步骤S204，基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和第一预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

上述步骤S203中的两个归一化后的数值可以直接相加，得到保护轴承的本次磨损信息。然而为了调节摩擦和碰撞两种因素分别对保护轴承的本次磨损信息的影响，可以为两个归一化后的数值分别设置对应的权重系数，因此第一预设评估公式为：

λ1=u×M/M0+v×N/N0

其中，λ1为保护轴承的本次磨损信息，M/M0为摩擦归一化数值，u为摩擦归一化数值的权重系数，N/ N0为碰撞归一化数值，v为碰撞归一化数值的权重系数。在本发明实施例中，默认u=0.5，v=0.5。

为了提高第一预设评估公式的灵活性，本发明实施例可以自适应性地确定不同因素的权重系数。也就是说，本发明实施例可以根据上述两个因素对保护轴承的本次磨损信息的影响，对上述两个权重系数的数值进行自定义设置。需要注意的是，本发明实施例中出现的其他权重系数也可以根据实际情况进行自定义设置。

在一个可选的实施例中，为了得到本次磨损信息，除了可以考虑摩擦和碰撞两个因素，还可以考虑转子涡动的因素。当考虑转子涡动的因素时，在步骤S203，对本次摩擦值和本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法可以包括如下步骤S205~步骤S206：

S205，通过对位移的时域和频谱分析，判断转子是否发生涡动；

S206，当转子发生涡动时，基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和第二预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

为了考虑转子涡动因素的影响，可以利用如下第二预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息：

λ1=B×（u×M/M0+v×N/N0）

其中，与第一预设评估公式相比，第二预设评估公式添加了权重系数B，B的值大于1。本发明实施例通过转子位移的时域和频谱分析对转子涡动进行判断，当涡动发生时，在第一预设评估公式基础上要额外增加权重系数B，用于体现涡动对保护轴承的额外破坏影响。

在一个可选的实施例中，本次磨损信息的内容可以包括但不限于：归一化处理后得到的下述的摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和本次温度值。由于影响保护轴承寿命的因素包括温度，因此除了可以考虑摩擦和碰撞两个因素，还可以考虑温度这一因素。当考虑温度这一因素时，在步骤S203，对本次摩擦值和本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法可以包括如下步骤S207~步骤S209：

步骤S207，获取保护轴承的本次温度值；

步骤S208，将本次温度值进行归一化处理，得到温度归一化数值；

步骤S209，基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值、温度归一化数值和第三预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

为了考虑温度因素的影响，可以利用如下第三预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息：

λ1=（u×M/M0+v×N/N0+w×T/T0）

其中，T 为本次温度值，T0为温度常量，T/T0为温度归一化数值， w为温度归一化数值的权重系数。与第一预设评估公式相比，第三预设评估公式添加了温度因素的影响。

在一个可选的实施例中，为了得到保护轴承的本次磨损信息，当考虑摩擦、碰撞、转子涡动和温度这四个因素时，可以基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值、温度归一化数值和第四预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

为了同时考虑转子涡动和温度因素的影响，可以利用如下第四预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息：

λ1=B×（u×M/M0+v×N/N0+w×T/T0）

与第一预设评估公式相比，第四预设评估公式同时添加了转子涡动和温度因素的影响。

在一个可选的实施例中，在步骤S104之后，方法还包括：

步骤S105，计算总磨损信息与预设最大允许磨损信息之间的比值，得到比值结果。总磨损信息λ为本次磨损信息λ1和历史磨损信息λ0的和。预设最大允许磨损信息可以设为数值1，因此比值结果为λ。

在一个可选的实施例中，在步骤S105之后，方法还包括：

步骤S106，通过目标显示方式对比值结果进行显示，目标显示方式包括以下至少之一：进度条、百分比和指示灯。

进一步的，如图3所示，可以通过进度条的方式显示比值结果。为了直接能看出保护轴承的状态，本发明实施例显示的是显示1-λ的值对应的进度，以3种状态为例，“状态优”表示保护轴承的运行状态很好，“状态良”表示保护轴承已经有了一定的磨损，但仍具备一定的抗跌落能力，“状态差”表示保护轴承已经磨损严重，需要尽快更换。进度条可以利用显示百分比的方式或用指示灯点亮的方式来代替，本发明实施例对目标显示方式的具体形式不做具体限定。本发明实施例对保护轴承状态的等级个数也不做具体限定。

在一个可选的实施例中，在步骤S104之后，该方法还包括：

步骤S107，在总磨损信息超过预设报警阈值时进行报警，和/或，在总磨损信息超过预设停机阈值时对保护轴承所在的磁悬浮轴承系统执行停机操作。

在显示保护轴承状态的基础上，本发明实施例还可以进行其它形式的进一步应用，比如设置报警限值（即上述报警阈值）和/或停机限值（即上述预设停机阈值），当λ超过限制时进行报警和/或停机操作。

总的来说，本发明实施例提出的保护轴承磨损数据检测方法是一种保护轴承状态的在线评价方法，在几乎不增加硬件的前提下，利用磁悬浮轴承系统自身的位移传感器对当前跌落过程中转子的位移进行采集，利用速度传感器对转子在接触时间内任一时刻的转速进行采集，通过CPU对采集到的数据进行在线处理，计算出保护轴承的摩擦状态评价值M和碰撞状态评价值N，二者分别进行归一化处理后用于确定本次磨损信息λ1，结合历史磨损信息λ0可以生成总磨损信息λ，将总磨损信息λ记录在存储器内，作为保护轴承的“病历”，指导设备使用人员进行保护轴承的状态确认和维护。

结合上述保护轴承磨损数据检测方法可以对磁悬浮轴承系统的工作过程作进一步的描述：当转子发生跌落时，磁悬浮轴承第一作动器5和磁悬浮轴承第二作动器7的控制作用丧失，CPU1关闭功率放大器3，避免电磁力对系统的进一步破坏，高速旋转的转子10跌落，与保护轴承6发生碰撞和接触摩擦，位移传感器8测量转子实时的位移，经A/D转换模块9送给CPU1，以使CPU1获取到转子实时的位移，速度传感器4测量转子实时的转速，送给CPU1，以使CPU1获取到转子实时转速，CPU1经过预设的算法对采集到的位移信号和转速信号进行累加计算，当转子的转速降至预设的最低值以下时，停止计算，获得本次摩擦状态值M和碰撞状态值N，CPU1计算本次磨损信息λ1，并从存储器中读取历史磨损信息λ0，将λ=λ1+λ0作为总磨损信息（针对下次转子跌落来说，会成为历史磨损信息）存储到存储器中，如果λ超过预设的评价值（比如0.8），则会提示用户更换保护轴承。

磨损状态值的计算方法如下：综合考虑摩擦和碰撞两种物理过程对保护轴承的磨损，磨损状态值可以包含摩擦状态值M和碰撞状态值N，考虑的因素包括碰撞、摩擦线速度、摩擦时间等，然而轴承状态可以有多种评价方法，考虑的因素也不止碰撞、摩擦线速度、摩擦时间等，因此在这里举例说明其中的一种。位移传感器8测量到的位移值直接反映了转子10与保护轴承6的接触情况，首先在位移传感器8标定阶段测定转子10落在保护轴承6上时的正常最大位移值A，跌落发生时当CPU1检测到转子位移值x大于正常最大位移值A时，判断为转子10与保护轴承6发生摩擦，结合速度传感器4检测到的当前转速n，计算摩擦状态值M；当CPU1检测到转子的位移值x由小于A过渡到大于A时，判断为一次碰撞，碰撞次数N加1，一次跌落可能有多次碰撞，均需记录。因此上述步骤S202中的预设碰撞公式的目的可以理解为是对碰撞次数进行的累加计算。

本发明实施例的关键点是利用位移传感器测量到的、实时的位移值进行转子10和保护轴承6碰撞、摩擦等当前跌落过程的观测，结合转子的转速进行连续的保护轴承6磨损状态的在线计算，通过当前跌落过程的记录对保护轴承状态这一结果进行评价。从图2中可以看出，由于本申请中的速度传感器4和位移传感器8与保护轴承都是非接触的，即位移传感器8和速度传感器4无需安装在保护轴承的位置，就能测量到转子的位移和转速。

本申请是对特定的磁悬浮轴承中的保护轴承状态的评价，着眼点不是保护轴承本身的观测和评价，而是对转子行为的预先摸底和运行的再现，比如预先摸底单纯摩擦的运行行为下，保护轴承可以承受的评价值M0，M0的影响因素是转子的转速和摩擦时间，实际评价时只需根据对转子的观测判断是否发生摩擦以及记录摩擦的时间即可获得该评价值，同样，N0也是对转子和保护轴承发生碰撞这一行为进行判断和评价。此外，本申请对何种保护轴承并无限制，除了滚动轴承之外，还可以是滑动轴承等形式。

本发明实施例在无需安装压力传感器的前提下，通过对转子的位移和转速的测量，实现了保护轴承磨损状态的评价，充分考虑了摩擦和碰撞两种物理过程，对保护轴承磨损的评价更全面，位移传感器8、CPU1、A/D转换模块9、功率放大器3等均可采用磁悬浮轴承系统原有的模块，不需要新增硬件投入，实现方便，成本低。无需停机即可实现对保护轴承状态进行实时的在线评价，为设备使用和维护提供了便利，在保护轴承磨损严重时能及时通知设备使用人员更换，避免设备的进一步损坏。

实施例2：

本发明实施例提供了一种保护轴承磨损数据检测装置，该保护轴承磨损数据检测装置主要用于执行实施例1上述内容所提供的保护轴承磨损数据检测方法，以下对本发明实施例提供的保护轴承磨损数据检测装置做具体介绍。

图4为本发明实施例提供的一种保护轴承磨损数据检测装置的结构示意图。如图4所示，该保护轴承磨损数据检测装置主要包括：获取单元11、确定获取单元12、确定单元13和获取相加单元14，其中：

获取单元11，用于获取转子在当前跌落过程中的位移和转速；

确定获取单元12，用于根据位移确定转子和保护轴承的接触时间，并获取转子在接触时间内任一时刻的转速；

确定单元13，用于基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息；其中，本次磨损信息用于反映转子在当前跌落过程中对保护轴承的磨损程度；

获取相加单元14，用于获取保护轴承的历史磨损信息，并将历史磨损信息和本次磨损信息进行相加，得到保护轴承的总磨损信息；其中，历史磨损信息用于反映转子在历史跌落过程中对保护轴承的磨损程度，总磨损信息用于反映保护轴承的状态。

本发明提供的一种保护轴承磨损数据检测装置，包括：先利用获取单元11获取转子在当前跌落过程中的位移和转速；然后利用确定获取单元12根据位移确定转子和保护轴承的接触时间，并获取转子在接触时间内任一时刻的转速；再利用确定单元13基于位移和转速确定保护轴承的本次磨损信息；最后利用获取相加单元14获取保护轴承的历史磨损信息，并将历史磨损信息和本次磨损信息进行相加，得到保护轴承的总磨损信息；其中，总磨损信息用于反映保护轴承的状态。本发明实施例无需在保护轴承上安装压力传感器，通过获取单元11、确定获取单元12和确定单元13可以间接得到保护轴承的本次磨损信息，进而得到保护轴承的总磨损信息。因此本发明可以避免因需要安装压力传感器导致的结构复杂，成本高且可靠性差的技术问题，具有结构简单、低成本和可靠性强的有益效果。

可选地，确定单元13包括：第一计算模块、第二计算模块、第一归一化处理模块和第一确定模块，其中：

第一计算模块，用于根据位移和/或转速，以及预设摩擦公式，计算出保护轴承的本次摩擦值；

第二计算模块，用于根据位移和预设碰撞公式，计算出保护轴承的本次碰撞值；

第一归一化处理模块，用于对本次摩擦值和本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值；

第一确定模块，用于基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和第一预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

可选地，确定单元13还包括：时域频谱分析模块和第二确定模块，其中：

时域频谱分析模块，用于通过对位移的时域和频谱分析，判断转子是否发生涡动；

第二确定模块，用于当转子发生涡动时，基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和第二预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

可选地，确定单元13还包括：获取模块、第二归一化处理模块和第三确定模块，其中：

获取模块，用于获取保护轴承的本次温度值；

第二归一化处理模块，用于将本次温度值进行归一化处理，得到温度归一化数值；

第三确定模块，用于基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值、温度归一化数值和第三预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息。

可选地，该装置还包括：计算单元，其中：

计算单元，用于计算总磨损信息与预设最大允许磨损信息之间的比值，得到比值结果。

可选地，该装置还包括：显示单元，其中：

显示单元，用于通过目标显示方式对比值结果进行显示，目标显示方式包括以下至少之一：进度条、百分比和指示灯。

可选地，该装置还包括：报警停机单元，其中：

报警停机单元，用于在总磨损信息超过预设报警阈值时进行报警，和/或，在总磨损信息超过预设停机阈值时对保护轴承所在的磁悬浮轴承系统执行停机操作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种保护轴承磨损数据检测方法，其特征在于，包括：

获取转子在当前跌落过程中的位移；

根据所述位移确定所述转子和所述保护轴承的接触时间，并获取所述转子在所述接触时间内任一时刻的转速；

基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述本次磨损信息用于反映所述转子在当前跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度；

获取所述保护轴承的历史磨损信息，并将所述历史磨损信息和所述本次磨损信息进行相加，得到所述保护轴承的总磨损信息；其中，所述历史磨损信息用于反映所述转子在历史跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度，所述总磨损信息用于反映所述保护轴承的状态；

基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息，包括：

根据所述位移和/或所述转速，以及预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；

所述预设摩擦公式包括：第一预设摩擦公式和第二预设摩擦公式，根据所述位移和/或所述转速，以及预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值的步骤，包括：

根据所述转速，以及所述第一预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；所述第一预设摩擦公式为：M=∫(t×n)，其中：∫为积分符号，t为在所述转速n下的接触时间；

根据所述位移和所述转速，以及所述第二预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；所述第二预设摩擦公式为M=∫(t*n*f)，其中∫为积分符号，t为在所述转速n下的接触时间，f为作用力，且f=k×（x-A），x为所述位移，k为所述保护轴承的弹性系数，A为所述转子落在所述保护轴承上时的正常最大位移值；

根据所述位移和预设碰撞公式，计算出所述保护轴承的本次碰撞值；其中所述预设碰撞公式是对碰撞次数的累加计算，计算结果为所述保护轴承的本次碰撞值，当所述位移大于所述正常最大位移值时，记为一次碰撞；

对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值；

基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值和第一预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息；所述第一预设评估公式为：

λ1=u×M/M0+v×N/N0

其中，λ1为所述保护轴承的本次磨损信息，M/M0为所述摩擦归一化数值，u为摩擦归一化数值的权重系数，N/N0为所述碰撞归一化数值，v为碰撞归一化数值的权重系数，默认u=0.5，v=0.5。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法包括：

通过对所述位移的时域和频谱分析，判断所述转子是否发生涡动；

当所述转子发生涡动时，基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值和第二预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述第二预设评估公式为：

λ1=B×（u×M/M0+v×N/N0）

其中，与所述第一预设评估公式相比，第二预设评估公式添加了权重系数B，B的值大于1，权重系数B用于体现涡动对所述保护轴承的额外破坏影响。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述本次摩擦值和所述本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值之后，方法包括：

获取所述保护轴承的本次温度值；

将所述本次温度值进行归一化处理，得到温度归一化数值；

基于所述摩擦归一化数值、所述碰撞归一化数值、所述温度归一化数值和第三预设评估公式，确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述第三预设评估公式为：

λ1=（u×M/M0+v×N/N0+w×T/T0）

其中，T为所述本次温度值，T0为温度常量，T/T0为所述温度归一化数值，w为温度归一化数值的权重系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

计算所述总磨损信息与预设最大允许磨损信息之间的比值，得到比值结果。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

通过目标显示方式对所述比值结果进行显示，所述目标显示方式包括以下至少之一：进度条、百分比和指示灯。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述总磨损信息超过预设报警阈值时进行报警，和/或，在所述总磨损信息超过预设停机阈值时对所述保护轴承所在的磁悬浮轴承系统执行停机操作。

7.一种保护轴承磨损数据检测装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取转子在当前跌落过程中的位移；

确定获取单元，用于根据所述位移确定所述转子和所述保护轴承的接触时间，并获取所述转子在所述接触时间内任一时刻的转速；

确定单元，用于基于所述位移和所述转速确定所述保护轴承的本次磨损信息；其中，所述本次磨损信息用于反映所述转子在当前跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度；

获取相加单元，用于获取所述保护轴承的历史磨损信息，并将所述历史磨损信息和所述本次磨损信息进行相加，得到所述保护轴承的总磨损信息；其中，所述历史磨损信息用于反映所述转子在历史跌落过程中对所述保护轴承的磨损程度，所述总磨损信息用于反映所述保护轴承的状态；

确定单元包括：第一计算模块、第二计算模块、第一归一化处理模块和第一确定模块，其中：

第一计算模块，用于根据位移和/或转速，以及预设摩擦公式，计算出保护轴承的本次摩擦值；

所述预设摩擦公式包括：第一预设摩擦公式和第二预设摩擦公式，根据所述位移和/或所述转速，以及预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值的步骤，包括：

根据所述转速，以及所述第一预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；所述第一预设摩擦公式为：M=∫(t×n)，其中：∫为积分符号，t为在所述转速n下的接触时间；

根据所述位移和所述转速，以及所述第二预设摩擦公式，计算出所述保护轴承的本次摩擦值；所述第二预设摩擦公式为M=∫(t*n*f)，其中∫为积分符号，t为在所述转速n下的接触时间，f为作用力，且f=k×（x-A），x为所述位移，k为所述保护轴承的弹性系数，A为所述转子落在所述保护轴承上时的正常最大位移值；

第二计算模块，用于根据位移和预设碰撞公式，计算出保护轴承的本次碰撞值；其中所述预设碰撞公式是对碰撞次数的累加计算，计算结果为所述保护轴承的本次碰撞值，当所述位移大于所述正常最大位移值时，记为一次碰撞；

第一归一化处理模块，用于对本次摩擦值和本次碰撞值分别进行归一化处理，得到摩擦归一化数值和碰撞归一化数值；

第一确定模块，用于基于摩擦归一化数值、碰撞归一化数值和第一预设评估公式，确定保护轴承的本次磨损信息；所述第一预设评估公式为：

λ1=u×M/M0+v×N/N0

其中，λ1为所述保护轴承的本次磨损信息，M/M0为所述摩擦归一化数值，u为摩擦归一化数值的权重系数，N/N0为所述碰撞归一化数值，v为碰撞归一化数值的权重系数，默认u=0.5，v=0.5。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的方法。

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