CN113138082B - 一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，本发明涉及机械设备技术领域，包括机械驱动单元、轴承试验单元、支撑单元、油液循环单元，支撑单元的顶端开设有T型槽，机械驱动单元固定安装在支撑单元的顶端，轴承试验单元定位安装在T型槽上，且与机械驱动单元相互匹配，机械驱动单元包括驱动伺服电机、气缸、连接杆、第一膜片联轴器、第二膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器底座、第三膜片联轴器、拖动伺服电机，通过探头的监测端与试验轴承外表面相贴合，利用温差发电器的外部温度与探头所监测温度，就能反映试验轴承的直接温度，而且将其与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，具体为一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法。
背景技术
旋转机械在现代机械设备中广泛应用，滚动轴承是旋转机械的核心部件，因此对于轴承的故障研究具有重要价值。
目前现有的轴承故障故障诊断装置多针对轴承的某一单一信号进行设计采集，采集信息局限性大，影响实验的准确性，为此，我们提出了一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，解决了目前现有的轴承故障故障诊断装置多针对轴承的某一单一信号进行设计采集，采集信息局限性大，影响实验的准确性的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提出了一种多源信息融合轴承故障诊断装置，包括机械驱动单元、轴承试验单元、支撑单元、油液循环单元，所述支撑单元的顶端开设有T型槽，所述机械驱动单元固定安装在支撑单元的顶端，所述轴承试验单元定位安装在T型槽上，且与机械驱动单元相互匹配，所述油液循环单元安装在支撑单元的下半部分，且通过油管与轴承试验单元相连通。
优选的，所述机械驱动单元包括驱动伺服电机、气缸、连接杆、第一膜片联轴器、第二膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器底座、第三膜片联轴器、拖动伺服电机，所述驱动伺服电机的底端固定安装有与支撑单元顶端的T型槽相匹配的T型滑块，所述连接杆的两端分别与驱动伺服电机的侧面和轴承试验单元的底部侧面形成固定连接，所述气缸的伸缩端与驱动伺服电机的另一侧面固定连接，且气缸的底端与支撑单元的顶端固定连接，所述扭矩传感器底座、拖动伺服电机通过T型螺母固定在支撑单元顶端的T型槽中，所述驱动伺服电机与轴承试验单元的底部短端轴通过第一膜片联轴器进行连接，所述扭矩传感器与轴承试验单元的底部长端轴通过第二膜片联轴器进行连接，所述拖动伺服电机与扭矩传感器通过第三膜片联轴器连接，所述扭矩传感器与扭矩传感器底座通过内六角圆柱头螺栓进行连接。
优选的，所述轴承试验单元包括试验轴承、温差发电机、探头、第一区主轴、第二区主轴、限位连接块、限位槽、支架、液压缸、加载凸台、压力传感器、加载台、加速度传感器、上轴承座、密封盘、下轴承座，所述试验轴承的内圈安装在第二区主轴的外表面，所述第一区主轴和第二区主轴通过将若干组限位连接块分别安装进相匹配的若干组限位槽内部形成固定连接，所述上轴承座与下轴承座的一侧共同开设有与密封盘相匹配的凹槽，且通过密封盘形成密封环境，所述密封盘的外表面尺寸略大于试验轴承的外表面尺寸，所述探头穿过支架和下轴承座，且一端与温差发电机固定连接，另一端与试验轴承的外表面相贴合。
优选的，所述支架呈几字型结构，所述支架的内部顶端与液压缸通过螺栓形成固定连接，所述的上轴承座与下轴承座分别与支架的内表面固定连接，所述加速度传感器以磁吸的方式连接在上轴承座的顶端中心位置，所述加载台位于上轴承座的顶端中心位置并位于加速度传感器的外部，所述压力传感器安装在加载台的正上方，所述加载凸台通过螺纹连接固定在液压缸正下方。
优选的，所述支撑单元包括实验台台面、实验台支架、实验台底板，所述实验台台面需经过研磨加工保证台面的高精度，所述实验台台面的底端与实验台支架的顶端固定连接，所述实验台底板固定安装在实验台支架的底部。
优选的，所油液循环单元包括出油油管、金属磨粒传感器、油液冷却器、电磁润滑油泵、油液过滤器、进油油管，所述出油油管的一端与下轴承座的出油口固定连接，且另一端与金属磨粒传感器固定连接，所述进油油管的一端与下轴承座的进油口固定连接，且另一端与油液过滤器固定连接，金属磨粒传感器与油液冷却器、油液冷却器与电磁润滑油泵、电磁润滑油泵与油液过滤器之间均通过油管进行固定连接。
第二方面，本发明提出了一种检测方法，该方法用于上述多源信息融合轴承故障诊断装置，具体包括如下步骤：
S1、采用手持控制仪向伺服电机控制器发送控制信号，控制驱动伺服电机正转，带动轴系进行转动，驱动伺服电机时时刻刻是处于速度闭环的运行状态，控制实验台整体的转速大小；
S2、拖动伺服电机不接通电源，其处于转矩闭环的运行状态，借助调节负载电机的电流量，来使负载电机的转矩发生变化，进而模拟轴承所受到的扭矩变化，通过驱动伺服电机和拖动伺服电机的互馈对拖，便可以完成对速度和转矩的灵敏调整，进而实现对试验轴承的扭矩加载的最终目的，而扭矩的大小可以通过扭矩传感器测出；
S3、当整体转速稳定时，接通液压缸，推动加载凸台通过压力传感器和加载台将载荷传递到上轴承座，进而传递到试验轴承，起到模拟轴承受载的工况，载荷大小可以通过压力传感器采集测得；
S4、此时的轴承试验单元2产生振动，振动信号由加速度传感器采集测得；油液的循环由电磁润滑油泵将油液泵入油液过滤器中，通过进油油管从下轴承座的进油口进入对试验轴承进行润滑，并携带金属磨粒从下轴承座的出油口通过出油油管进入金属磨粒传感器中，再通过油液冷却器回到电磁润滑油泵中，金属磨粒的大小及数量可以通过金属磨粒传感器采集测得；
S5、试验轴承在运转的过程中产生热量，通过探头的监测端与试验轴承外表面相贴合，利用温差发电器外部温度与探头所监测温度，就能反映试验轴承的直接温度，而且将其与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全。
有益效果
本发明提供了一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
1、一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，通过该试验台在加载上采用独特的加载台进行加载，一方面提高了加载范围，一方面为振动传感器空出位置，使传感器直接在加载位置处进行测量，大大提高了测量数据的有效性，传统的加载测量方式没有办法兼顾加载与测量在同一平面与同一方向上。
2、一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，通过上轴承座和下轴承座采用悬空设计，大大节省了实验台台面加工费用，减少了试验轴承受实验台台面的影响，提高了试验轴承的对中性。
3、一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，通过探头的监测端与试验轴承外表面相贴合，利用温差发电器的外部温度与探头所监测温度，就能反映试验轴承的直接温度，而且将其与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全。
4、一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，通过将若干组限位连接块分别安装进相匹配的若干组限位槽内部使第一区主轴和第二区主轴形成固定连接，上轴承座与下轴承座的一侧共同开设有与密封盘相匹配的凹槽，且通过密封盘形成密封环境，在使用中，当气缸带动驱动伺服电机沿着T型槽左右滑动时，可带动第一区主轴和密封盘同步跟随移动，因此便于对试验轴承快速安装和拆卸。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明机械驱动单元的结构示意图；
图3为本发明轴承试验单元的拆分状态的结构示意图；
图4为本发明支撑单元的结构示意图；
图5为本发明油液循环单元的结构示意图。
图中：1、机械驱动单元；2、轴承试验单元；3、支撑单元；4、油液循环单元；101、驱动伺服电机；1010、气缸；1011、连接杆；102、第一膜片联轴器；103、第二膜片联轴器；104、扭矩传感器；105、扭矩传感器底座；106、第三膜片联轴器；107、拖动伺服电机；108、实验台台面；109、实验台支架；110、实验台底板；111、出油油管；112、金属磨粒传感器；113、油液冷却器；114、电磁润滑油泵；115、油液过滤器；116、进油油管；201、试验轴承；202、温差发电机；2021、探头；203、第一区主轴；204、第二区主轴；205、限位连接块；206、限位槽；207、支架；208、液压缸；209、加载凸台；210、压力传感器；211、加载台；212、加速度传感器；213、上轴承座；214、密封盘；215、下轴承座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种多源信息融合轴承故障诊断装置及方法，包括机械驱动单元1、轴承试验单元2、支撑单元3、油液循环单元4，支撑单元3的顶端开设有T型槽，机械驱动单元1固定安装在支撑单元3的顶端，轴承试验单元2定位安装在T型槽上，且与机械驱动单元1相互匹配，油液循环单元4安装在支撑单元3的下半部分，且通过油管与轴承试验单元2相连通。
请参阅图2，机械驱动单元1包括驱动伺服电机101、气缸1010、连接杆1011、第一膜片联轴器102、第二膜片联轴器103、扭矩传感器104、扭矩传感器底座105、第三膜片联轴器106、拖动伺服电机107，驱动伺服电机101的底端固定安装有与支撑单元3顶端的T型槽相匹配的T型滑块，连接杆1011的两端分别与驱动伺服电机101的侧面和轴承试验单元2的底部侧面形成固定连接，气缸1010的伸缩端与驱动伺服电机101的另一侧面固定连接，且气缸1010的底端与支撑单元3的顶端固定连接，扭矩传感器底座105、拖动伺服电机107通过T型螺母固定在支撑单元3顶端的T型槽中，驱动伺服电机101与轴承试验单元2的底部短端轴通过第一膜片联轴器102进行连接，扭矩传感器104与轴承试验单元2的底部长端轴通过第二膜片联轴器103进行连接，拖动伺服电机107与扭矩传感器104通过第三膜片联轴器106连接，扭矩传感器104与扭矩传感器底座105通过内六角圆柱头螺栓进行连接。
机械驱动单元1在实际使用时，通过气缸1010带动驱动伺服电机101沿着T型槽左右滑动时，可带动第一区主轴203和密封盘214同步跟随移动，因此便于对试验轴承201快速安装和拆卸。
请参阅图3，轴承试验单元2包括试验轴承201、温差发电机202、探头2021、第一区主轴203、第二区主轴204、限位连接块205、限位槽206、支架207、液压缸208、加载凸台209、压力传感器210、加载台211、加速度传感器212、上轴承座213、密封盘214、下轴承座215，试验轴承201的内圈安装在第二区主轴204的外表面，第一区主轴203和第二区主轴204通过将若干组限位连接块205分别安装进相匹配的若干组限位槽206内部形成固定连接，上轴承座213与下轴承座215的一侧共同开设有与密封盘214相匹配的凹槽，且通过密封盘214形成密封环境，密封盘214的外表面尺寸略大于试验轴承201的外表面尺寸，探头2021穿过支架207和下轴承座215，且一端与温差发电机202固定连接，另一端与试验轴承201的外表面相贴合，支架207呈几字型结构，支架207的内部顶端与液压缸208通过螺栓形成固定连接，的上轴承座213与下轴承座215分别与支架207的内表面固定连接，加速度传感器212以磁吸的方式连接在上轴承座213的顶端中心位置，加载台211位于上轴承座213的顶端中心位置并位于加速度传感器212的外部，压力传感器210安装在加载台211的正上方，加载凸台209通过螺纹连接固定在液压缸208正下方。
轴承试验单元2在实际使用时，通过上轴承座213和下轴承座215采用悬空设计，大大节省了实验台台面108加工费用，减少了试验轴承201受实验台台面108的影响，提高了试验轴承201的对中性，通过探头2021的监测端与试验轴承201外表面相贴合，利用温差发电器202的外部温度与探头2021所监测温度，就能反映试验轴承201的直接温度，而且将其与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全，通过将若干组限位连接块205分别安装进相匹配的若干组限位槽206内部使第一区主轴203和第二区主轴204形成固定连接，上轴承座213与下轴承座215的一侧共同开设有与密封盘214相匹配的凹槽，且通过密封盘214形成密封环境。
请参阅图4，支撑单元3包括实验台台面108、实验台支架109、实验台底板110，实验台台面108需经过研磨加工保证台面的高精度，实验台台面108的底端与实验台支架109的顶端固定连接，实验台底板110固定安装在实验台支架109的底部。
请参阅图5，所油液循环单元4包括出油油管111、金属磨粒传感器112、油液冷却器113、电磁润滑油泵114、油液过滤器115、进油油管116，出油油管111的一端与下轴承座215的出油口固定连接，且另一端与金属磨粒传感器112固定连接，进油油管116的一端与下轴承座215的进油口固定连接，且另一端与油液过滤器115固定连接，金属磨粒传感器112与油液冷却器113、油液冷却器113与电磁润滑油泵114、电磁润滑油泵114与油液过滤器115之间均通过油管进行固定连接。
另外，本发明实施例还提供一种技术方案：一种多源信息融合轴承故障诊断装置的检测方法，包括如下步骤：
S1、采用手持控制仪向伺服电机控制器发送控制信号，控制驱动伺服电机101正转，带动轴系进行转动，驱动伺服电机101时时刻刻是处于速度闭环的运行状态，控制实验台整体的转速大小；
S2、拖动伺服电机107不接通电源，其处于转矩闭环的运行状态，借助调节负载电机的电流量，来使负载电机的转矩发生变化，进而模拟轴承所受到的扭矩变化，通过驱动伺服电机101和拖动伺服电机107的互馈对拖，便可以完成对速度和转矩的灵敏调整，进而实现对试验轴承201的扭矩加载的最终目的，而扭矩的大小可以通过扭矩传感器104测出；
S3、当整体转速稳定时，接通液压缸208，推动加载凸台209通过压力传感器210和加载台211将载荷传递到上轴承座213，进而传递到试验轴承201，起到模拟轴承受载的工况，载荷大小可以通过压力传感器210采集测得；
S4、此时的轴承试验单元2产生振动，振动信号由加速度传感器212采集测得；油液的循环由电磁润滑油泵114将油液泵入油液过滤器115中，通过进油油管116从下轴承座215的进油口进入对试验轴承201进行润滑，并携带金属磨粒从下轴承座215的出油口通过出油油管111进入金属磨粒传感器112中，再通过油液冷却器113回到电磁润滑油泵114中，金属磨粒的大小及数量可以通过金属磨粒传感器112采集测得；
S5、试验轴承201在运转的过程中产生热量，通过探头2021的监测端与试验轴承210外表面相贴合，利用温差发电器202外部温度与探头2021所监测温度，就能反映试验轴承201的直接温度，而且将其与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种多源信息融合轴承故障诊断装置，包括机械驱动单元（1）、轴承试验单元（2）、支撑单元（3）、油液循环单元（4），其特征在于，所述支撑单元（3）的顶端开设有T型槽，所述机械驱动单元（1）固定安装在支撑单元（3）的顶端，所述轴承试验单元（2）定位安装在T型槽上，且与机械驱动单元（1）相互匹配，所述油液循环单元（4）安装在支撑单元（3）的下半部分，且通过油管与轴承试验单元（2）相连通；
所述机械驱动单元（1）包括驱动伺服电机（101）、气缸（1010）、连接杆（1011）、第一膜片联轴器（102）、第二膜片联轴器（103）、扭矩传感器（104）、扭矩传感器底座（105）、第三膜片联轴器（106）、拖动伺服电机（107），所述驱动伺服电机（101）的底端固定安装有与支撑单元（3）顶端的T型槽相匹配的T型滑块，所述连接杆（1011）的两端分别与驱动伺服电机（101）的侧面和轴承试验单元（2）的底部侧面形成固定连接，所述气缸（1010）的伸缩端与驱动伺服电机（101）的另一侧面固定连接，且气缸（1010）的底端与支撑单元（3）的顶端固定连接，所述扭矩传感器底座（105）、拖动伺服电机（107）通过T型螺母固定在支撑单元（3）顶端的T型槽中，所述驱动伺服电机（101）与轴承试验单元（2）的底部短端轴通过第一膜片联轴器（102）进行连接，所述扭矩传感器（104）与轴承试验单元（2）的底部长端轴通过第二膜片联轴器（103）进行连接，所述拖动伺服电机（107）与扭矩传感器（104）通过第三膜片联轴器（106）连接，所述扭矩传感器（104）与扭矩传感器底座（105）通过内六角圆柱头螺栓进行连接；
所述轴承试验单元（2）包括试验轴承（201）、温差发电机（202）、探头（2021）、第一区主轴（203）、第二区主轴（204）、限位连接块（205）、限位槽（206）、支架（207）、液压缸（208）、加载凸台（209）、压力传感器（210）、加载台（211）、加速度传感器（212）、上轴承座（213）、密封盘（214）、下轴承座（215），所述试验轴承（201）的内圈安装在第二区主轴（204）的外表面，所述第一区主轴（203）和第二区主轴（204）通过将若干组限位连接块（205）分别安装进相匹配的若干组限位槽（206）内部形成固定连接，所述上轴承座（213）与下轴承座（215）的一侧共同开设有与密封盘（214）相匹配的凹槽，且通过密封盘（214）形成密封环境，所述密封盘（214）的外表面尺寸略大于试验轴承（201）的外表面尺寸，所述探头（2021）穿过支架（207）和下轴承座（215），且一端与温差发电机（202）固定连接，另一端与试验轴承（201）的外表面相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种多源信息融合轴承故障诊断装置，其特征在于，所述支架（207）呈几字型结构，所述支架（207）的内部顶端与液压缸（208）通过螺栓形成固定连接，所述的上轴承座（213）与下轴承座（215）分别与支架（207）的内表面固定连接，所述加速度传感器（212）以磁吸的方式连接在上轴承座（213）的顶端中心位置，所述加载台（211）位于上轴承座（213）的顶端中心位置并位于加速度传感器（212）的外部，所述压力传感器（210）安装在加载台（211）的正上方，所述加载凸台（209）通过螺纹连接固定在液压缸（208）正下方。
3.根据权利要求1所述的一种多源信息融合轴承故障诊断装置，其特征在于，所述支撑单元（3）包括实验台台面（108）、实验台支架（109）、实验台底板（110），所述实验台台面（108）需经过研磨加工保证台面的高精度，所述实验台台面（108）的底端与实验台支架（109）的顶端固定连接，所述实验台底板（110）固定安装在实验台支架（109）的底部。
4.根据权利要求1所述的一种多源信息融合轴承故障诊断装置，其特征在于，所述油液循环单元（4）包括出油油管（111）、金属磨粒传感器（112）、油液冷却器（113）、电磁润滑油泵（114）、油液过滤器（115）、进油油管（116），所述出油油管（111）的一端与下轴承座（215）的出油口固定连接，且另一端与金属磨粒传感器（112）固定连接，所述进油油管（116）的一端与下轴承座（215）的进油口固定连接，且另一端与油液过滤器（115）固定连接，金属磨粒传感器（112）与油液冷却器（113）、油液冷却器（113）与电磁润滑油泵（114）、电磁润滑油泵（114）与油液过滤器（115）之间均通过油管进行固定连接。
5.一种多源信息融合轴承故障诊断检测方法，采用 如权利要求1-4任一所述的多源信息融合轴承故障诊断装置，其特征在于：检测方法包括如下步骤：
S1、采用手持控制仪向伺服电机控制器发送控制信号，控制驱动伺服电机（101）正转，带动轴系进行转动，驱动伺服电机（101）时时刻刻是处于速度闭环的运行状态，控制实验台整体的转速大小；
S2、拖动伺服电机（107）不接通电源，其处于转矩闭环的运行状态，借助调节负载电机的电流量，来使负载电机的转矩发生变化，进而模拟轴承所受到的扭矩变化，通过驱动伺服电机（101）和拖动伺服电机（107）的互馈对拖，便可以完成对速度和转矩的灵敏调整，进而实现对试验轴承（201）的扭矩加载的最终目的，而扭矩的大小可以通过扭矩传感器（104）测出；
S3、当整体转速稳定时，接通液压缸（208），推动加载凸台（209）通过压力传感器（210）和加载台（211）将载荷传递到上轴承座（213），进而传递到试验轴承（201），模拟轴承受载工况，载荷大小可以通过压力传感器（210）采集测得；
S4、此时的轴承试验单元（2）产生振动，振动信号由加速度传感器（212）采集测得；油液的循环由电磁润滑油泵（114）将油液泵入油液过滤器（115）中，通过进油油管（116）从下轴承座（215）的进油口进入对试验轴承（201）进行润滑，并携带金属磨粒从下轴承座（215）的出油口通过出油油管（111）进入金属磨粒传感器（112）中，再通过油液冷却器（113）回到电磁润滑油泵（114）中，金属磨粒的大小及数量可以通过金属磨粒传感器（112）采集测得；
S5、试验轴承（201）在运转的过程中产生热量，通过探头（2021）的监测端与试验轴承（201）外表面相贴合，利用温差发电器（202）外部温度与探头（2021）所监测温度，就能反映试验轴承（201）的直接温度，而且将温差发电器（202）与主电路相关联，温度过高时候切断主电路，避免试验事故，保障安全。
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