CN114397363A - 一种转动轴的在线实时动态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动轴的在线实时动态监测方法，包括：1、搭建监测平台；2、计算超声波出射点位置的偏移量；3、调整2个超声波信号接收探头的位置；4、获取第二个超声波信号接收探头的当前位置与超声波信号发射探头的位置之间的夹角；5、计算所述转动轴内的缺陷与轴表面之间的缺陷深度。本发明能在线实时动态监测运转中轴是否产生裂纹等缺陷，从而判断轴的寿命情况。

Description

一种转动轴的在线实时动态监测方法

技术领域

本发明属于超声无损检测领域，具体的说是一种转动轴的在线实时动态监测方法。

背景技术

现有的在线监测方法大都是通过装在设备或生产线上的各种仪表，通过远程信号传输，将各种信号汇总到终端。这种形式的在线监测更多的关注信号传输的过程，对具体某一项监测方法所提甚少。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种转动轴的在线实时动态监测方法，以期能在线实时动态监测运转中轴是否产生裂纹等缺陷，从而判断轴的寿命情况。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种转动轴的在线实时动态监测方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：监测平台的搭建：

将1个超声波信号发射探头固定在所述转动轴的轴套内，并贴近轴表面；根据所述转动轴的旋转方向，在所述超声波信号发射探头一侧的轴表面依次设置有2个超声波信号接收探头；且3个探头的轴线在所述转动轴的横截面圆的直径上；其中，2个超声波信号接收探头分别与控制器相连，3个探头均与超声检测仪相连；

步骤2：利用式(1)计算所述转动轴转动时，所述超声波信号发射探头发出的超声波出射点位置的偏移量θ；

式(1)中，n表示所述转动轴的转速，r表示所述转动轴的半径，v表示所述转动轴中的声速；所述偏移量θ的偏移方向与所述转动轴的旋转方向相反；

步骤3：调整2个超声波信号接收探头的位置：

根据所述偏移量θ找到超声波出射点的位置，从而将第一个超声波信号接收探头的位置调整为超声波出射点的位置；

将第二个超声波信号接收探头的位置调整为超声波出射点沿与转速相反方向偏移2θ处的位置；

步骤4：数据的获取：

步骤4.1：启动所述转动轴，并利用超声检测仪判断第一个超声波信号接收探头是否接收到正常强度的超声波信号且未有周期性短时衰减情况；若能接收到且无周期性短时衰减情况，则表示所述转动轴内无缺陷，并结束；若能接收到但有周期性短时衰减情况，则表示所述转动轴内存在缺陷，并执行步骤4.2；

步骤4.2：沿着所述转动轴的转速方向将第二个超声波信号接收探头的位置进行步进调整，并利用超声检测仪进行判断，直到检测到周期性短时超声波信号为止，所得到的第二个超声波信号接收探头的当前位置即为超声波遇到缺陷后的反射波射出位置，并记录第二个超声波信号接收探头的当前位置与超声波信号发射探头的位置之间的夹角α；

步骤5：利用式(2)计算所述转动轴内的缺陷与轴表面之间的缺陷深度h：

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用轴转速对轴内超声波运行轨迹的影响，只使用了超声波检测仪1种检测工具，而装置只有1个配有运动控制系统的轴套、1个超声波信号发射探头和2个超声波信号接收探头即可完成轴内部缺陷情况的检测，安装和检测过程简单方便，可操作性强，并能准确判断轴内缺陷是否存在以及缺陷的具体位置，可靠度高，检测效果好。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明模型建立过程示意图。

图中标号：1-转动轴；2-轴套；3-超声检测仪；4-控制器；5-超声波信号发射探头；6-第一个超声波信号接收探头；7-第二个超声波信号接收探头；8-轴与轴套间隙；9-引线。

具体实施方式

本实施例中，一种转动轴的在线实时动态监测方法，是按如下步骤进行：

步骤1：搭建一套检测高转速轴的超声监测平台，该平台可对高速转动轴1进行实时在线监测，检测轴内是否存在缺陷以及估计缺陷的大概位置。如图1所示，该超声监测平台主要由超声检测仪3、控制器4、轴套2、1个超声波信号发射探头5和2个超声波信号接收探头组成；

其中，超声检测仪3是超声波发射源，也负责超声波信号的接收和处理，且均与3个探头相连，控制器4分别与2个超声波信号接收探头相连，负责控制轴的转速和2个超声波信号接收探头的位置，将1个超声波信号发射探头5固定在转动轴1的轴套2内，并贴近轴表面；根据转动轴1的旋转方向，在超声波信号发射探头5一侧的轴表面依次设置有2个超声波信号接收探头；且3个探头的轴线在转动轴1的横截面圆的直径上；超声波信号发射探头5是发射超声波的，2个超声波信号接收探头是接收超声波的，其中第一个超声波信号接收探头6的作用是检测轴内是否存在缺陷，第二个超声波信号接收探头7的作用是判断轴内缺陷的大概位置。

步骤2：如图3所示，超声波信号发射探头5沿一条直径发射超声波，以该直径上靠近超声波信号发射探头一端为原点，该直径为y轴正方向，轴旋转角速度正方向为z轴正方向，建立平面x-y右手直角坐标系，则轴轮廓圆的函数表示为：x²+(y-r)²＝r²。

(1)在轴静止且无缺陷情况下，轴轮廓圆上任意一点(x₁,y₁)接收到的超声波信号为

前发射的超声波信号；

(2)在轴以转速n顺时针转动且无缺陷情况下，原坐标(x₁,y₁)接收到的超声波信号发生了偏转，逆时针偏转了

角度，此时接收到该超声波信号的位置为

从而利用式(1)计算转动轴1转动时，超声波信号发射探头5发出的超声波出射点位置的偏移量θ；

式(1)中，n表示转动轴1的转速，单位为r/min，r表示转动轴1的半径，单位为m，v表示转动轴1中的声速；由轴的材料决定，单位为m/s。偏移量θ的偏移方向与转动轴1的旋转方向相反；

步骤3：调整2个超声波信号接收探头的位置：

如图2所示，根据偏移量θ找到超声波出射点的位置，从而将第一个超声波信号接收探头6的位置调整为超声波出射点的位置；

将第二个超声波信号接收探头7的位置调整为超声波出射点沿与转速相反方向偏移2θ处的位置；

步骤4：数据的获取：

步骤4.1：启动转动轴1，并利用超声检测仪3判断第一个超声波信号接收探头6是否接收到正常强度的超声波信号且未有周期性短时衰减情况；若能接收到且无周期性短时衰减情况，则表示转动轴1内无缺陷，并结束；若能接收到但有周期性短时衰减情况，则表示转动轴1内存在缺陷，并执行步骤4.2；

步骤4.2：沿着转动轴1的转速方向将第二个超声波信号接收探头7的位置进行步进调整，并利用超声检测仪3进行判断，直到检测到周期性短时超声波信号为止，所得到的第二个超声波信号接收探头7的当前位置即为超声波遇到缺陷后的反射波射出位置，并记录第二个超声波信号接收探头7的当前位置与超声波信号发射探头5的位置之间的夹角α；

步骤5：利用式(2)计算转动轴1内的缺陷与轴表面之间的缺陷深度h：

综上所述，通过这一监测方法，可以实现在线实时动态监测运转中轴是否产生裂纹等缺陷，进而判断轴的寿命情况。

Claims (1)

1.一种转动轴的在线实时动态监测方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：监测平台的搭建：

将1个超声波信号发射探头固定在所述转动轴的轴套内，并贴近轴表面；根据所述转动轴的旋转方向，在所述超声波信号发射探头一侧的轴表面依次设置有2个超声波信号接收探头；且3个探头的轴线在所述转动轴的横截面圆的直径上；其中，2个超声波信号接收探头分别与控制器相连，3个探头均与超声检测仪相连；

步骤2：利用式(1)计算所述转动轴转动时，所述超声波信号发射探头发出的超声波出射点位置的偏移量θ；

式(1)中，n表示所述转动轴的转速，r表示所述转动轴的半径，v表示所述转动轴中的声速；所述偏移量θ的偏移方向与所述转动轴的旋转方向相反；

步骤3：调整2个超声波信号接收探头的位置：

根据所述偏移量θ找到超声波出射点的位置，从而将第一个超声波信号接收探头的位置调整为超声波出射点的位置；

将第二个超声波信号接收探头的位置调整为超声波出射点沿与转速相反方向偏移2θ处的位置；

步骤4：数据的获取：

步骤4.1：启动所述转动轴，并利用超声检测仪判断第一个超声波信号接收探头是否接收到正常强度的超声波信号且未有周期性短时衰减情况；若能接收到且无周期性短时衰减情况，则表示所述转动轴内无缺陷，并结束；若能接收到但有周期性短时衰减情况，则表示所述转动轴内存在缺陷，并执行步骤4.2；

步骤4.2：沿着所述转动轴的转速方向将第二个超声波信号接收探头的位置进行步进调整，并利用超声检测仪进行判断，直到检测到周期性短时超声波信号为止，所得到的第二个超声波信号接收探头的当前位置即为超声波遇到缺陷后的反射波射出位置，并记录第二个超声波信号接收探头的当前位置与超声波信号发射探头的位置之间的夹角α；

步骤5：利用式(2)计算所述转动轴内的缺陷与轴表面之间的缺陷深度h：

Images