CN116940421A - 配置为监控表示油膜轴承工况的参数的监测系统 - Google Patents

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E·韦罗内西
G·维蒂耶洛
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Abstract

一种配置为监测代表油膜轴承工况的参数的系统，其中油膜布置在限定轴线(X)的静态部件(2)和至少一个旋转部件(3、4)之间，所述至少一个旋转部件布置在所述静态部件(2)的内部，所述系统包括‑至少一个压力传感器(5)，配置为检测所述油膜的油压；‑至少一个距离传感器(8)，配置为检测所述油膜的厚度；‑至少一个温度传感器(9)，配置为检测所述油膜的温度；其中所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)容纳在所述至少一个旋转部件(3、4)中。

Description

配置为监控表示油膜轴承工况的参数的监测系统
技术领域
本发明涉及一种油膜轴承的监测系统，例如，应配置为轧机机架、铸轧设备或卷材成型系统中。
背景技术
在配置为板材和带材的以及其他类似应用的轧机机架(例如，连续铸轧设备、型材产品轧机、卷材成型系统)中，轧辊由轴承支撑。
油膜解决方案是配置为这些轴承的主要技术之一，在该方案中通常由可更换套筒覆盖的轴在静态衬套内旋转。
为了限制零件之间的摩擦和磨损，一定量的油被注入衬套和套筒之间，以产生一个能够减少或几乎消除摩擦并防止由于相对运动导致两个零件之间大量接触的油层。
原则上，可以理解，这种旋转没有摩擦和磨损，并且轴与充当导向元件的衬套同轴。实际上，摩擦和磨损虽被最小化但仍然存在，并且也有可能存在轴变形和相对于衬套的相关位移，这些决定了会对零件造成磨损的工作条件。此外，这些条件会导致轴和衬套之间距离不均、压力峰值和油加热。因此，两个部件之间的间隙中油膜的温度、压力和厚度响应于负载、转速和其他工况而变化。
目前，这些工况主要是通过理论或经验模型的一些近似来预测的，它们的评估使得估计零件上的载荷、剩余磨损和轴承寿命成为可能。
不利的是，由于预测的低精度以及工作条件的多变性，预测水平不足以预测早期故障和偶然故障，或不足以确定实际可实现的性能。
具有在现场估计油膜工况的能力可以减少不确定性，并且允许预测精度的提升，消除关于实际监控的不确定性，具有改善轴承性能和寿命以及改进操作实践以优化轴承性能的有益效果。
因此，需要制造一种能够克服上述缺点的油膜轴承的工况的监测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种配置为更有效地监控油膜轴承工况的新的解决方案。
本发明的另一个目的是提供一种监测系统，其可以连续监测油膜轴承中固有的三个参数：压力、温度和注入轴和衬套之间或轴套和衬套之间的润滑油的层厚。
本发明通过根据权利要求1所述配置为监测代表油膜轴承的工况的参数的系统来实现这些和其它目的，这些和其它目的根据本说明书将是显而易见的，其中油膜存在于共同限定轴线的静态部件和至少一个旋转部件之间，所述至少一个旋转部件布置在所述静态部件内部，所述监测系统包括
-至少一个压力传感器，配置为检测所述油膜的油压；
-至少一个距离传感器，配置为检测所述静态部件和所述至少一个旋转部件之间的距离，从而检测所述油膜的厚度；
-至少一个温度传感器，配置为检测所述油膜的温度；
其中所述至少一个压力传感器、所述至少一个距离传感器和所述至少一个温度传感器容纳在所述至少一个旋转部件中。
因此，该解决方案可以映射三个主要参数：油膜温度、油膜厚度和油压。
有利地，这三种类型的传感器安装在旋转轴中，或者安装在附着在旋转轴上的套筒中，而不是安装在静态外壳上。
有利的是，由于传感器可以与旋转部件一起旋转，所以可以在不同区域测量油膜的上述三个参数，并且可以实现映射。
利用本发明的解决方案，可以针对油膜的每个点，沿着一个或多个圆周测量这三个参数，该圆周具有大致在轴线X上的中心，并且特别地这些圆周沿着轴承的宽度方向(平行于轴线X，图1)间隔设置，以能够正确地重建实际工作条件，也能够正确地重建轴承内部轴的通常不可预测但可以明显地影响机械部件上的局部应力，从而导致损坏和磨损的可能形变。
三种类型的传感器可配置为同时测量例如油膜的温度、压力和厚度：
一组压力传感器，例如压阻传感器或其他合适的传感器，其可基于所施加的压力产生电信号；
一组温度传感器，例如热电偶或其他合适的传感器，其可基于测量的温度产生电信号；
-一组距离传感器，例如电感式传感器或其他合适的传感器，能够在衬套和套筒之间或衬套和轴之间存在油隙的情况下读取它们之间的距离。
有利地，不同于其他可能的监测系统，根据本发明的监测系统能够使用少量的传感器高分辨率地获得前述三个参数的正确映射，而其他可能的监测系统在轴承的静态部分安装大量的传感器以简化对它们的供电，并且传感器仅监测所述参数中的一个。
相反，在本发明中，传感器安装在套筒上(如果存在的话)，或者直接安装在轴上，使得，例如，对于每种类型的传感器，具有两个以上传感器的单排传感器可以在轴向方向上以适当的间距进行安装。由此，施加在轴上的旋转可获得规则的测量网格。
或者，每种传感器类型只能提供一个传感器。
传感器可以由滑动触点、电池、无线供电或其他方式供电(例如由配备有交流发电机和飞轮的设备供电)。以这种方式，现有的装置也可以在没有复杂的技术干预的情况下进行调节。
下面列出了本发明的解决方案相对于现有技术的一些优点：
-有效监控轴承工况；
-可以预测可能发生的事故，从而减少事故；
-测得状态良好时可以使得轴承超常规运行时间地运行；
-降低成本；
-可以独立监测上述三个参数；
-可以在现有机器上安装，而不会产生新的负担。
本发明还涉及根据权利要求11的轧机机架、根据权利要求12的连续铸轧装置，以及根据权利要求13的线圈形成系统。
根据优选但非排他性实施例的详细描述，本发明的进一步特征和优点将更加明显。
从属权利要求书描述了本发明的特定实施例。
附图说明
本发明的描述参考以非限制性示例的方式提供的附图，其中：
图1示出了根据本发明的监测系统的剖视图；
图2示出了沿垂直于图1的片材的平面截取的剖视图。
使用相同的附图标记来表示相同的元件或部件。
具体实施方式
本发明的监测系统的示例性实施例可以参照附图进行描述。
该监测系统可以被有利地应用，特别地，该监控系统可以实施在例如轧机机架、连续铸轧设备或卷材成形系统中。
该监测系统尤其配置为监测代表油膜轴承的工况的参数，其中油膜布置在限定轴线X的静态部件2和至少一个旋转部件3、4之间，至少一个旋转部件3、4布置在静态部件2的内部。
术语“旋转部件”具体是指能够旋转的部件，即可旋转部件。更具体地，该部件能够绕轴线X旋转。
术语“静态部件”具体是指保持固定位置的部件，尤其在旋转部件旋转期间。
在所有实施例中，监控系统包括：
-至少一个压力传感器5，配置为检测油膜的油压；
-至少一个距离传感器8，配置为检测静态部件2和所述至少一个旋转部件3、4之间的距离，从而检测油膜的厚度；
-至少一个温度传感器9，配置为检测油膜的温度。
有利地，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9容纳在至少一个旋转部件3、4中。
特别地，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9容纳在至少一个可旋转部件3、4中，以便能够与至少一个可旋转部件3、4一起旋转，例如，以便能够与所述至少一个可旋转部件3、4作为一个整体进行旋转。
有利地，当压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9中每个传感器绕轴线X旋转一整圈时，可以获得由传感器沿其行进的圆周检测到的参数的测量值。因此，有利地，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9中每个传感器可以检测在不同角度位置处的相应参数。
优选地，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9中每个传感器布置在旋转部件3、4的外围区域中。
优选地，但不是排他性地，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9中每个传感器的一部分与旋转部件3、4的外围的一部分接触。旋转部件3、4的外围是旋转部件3、4的靠近静态部件2的部分。
优选地，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9布置在至少一个旋转部件3、4的一个或多个孔或空腔中。
优选地，每个孔或空腔被适当地堵塞以防止不希望的油渗透。例如，每个孔或空腔可以由相应的压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9和/或密封装置堵塞。
特别地，界定每个孔或空腔的壁围绕相应的轴线J(其中一个如图1所示)延伸，该轴线优选地横向于轴线X。优选地，孔或空腔的多个轴线J相互平行。在第一变型中，孔或空腔的轴线J垂直于轴线X，由此传感器相对于轴线X径向布置。
在第二变型中，孔或空腔的轴线J中的每一个相对于轴线X形成不同于90°的角度，由此传感器不相对于轴线X径向布置。
优选地，至少一个压力传感器5容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的第一孔或腔中；至少一个距离传感器8容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的第二孔或空腔中；并且至少一个温度传感器9容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的第三孔或空腔中。特别地，第一孔或空腔、第二孔或空腔和第三孔或空腔是相互不同的。
或者，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8或至少一个温度传感器9中的两个容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的第一孔或空腔中，而另一个容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的第二孔或空腔中。例如，一个或多个压力传感器5和一个或多个距离传感器8容纳在第一孔或空腔中；并且一个或多个温度传感器9容纳在第二孔或空腔中。
或者，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9容纳在至少一个旋转部件3、4所包含的单个孔或空腔中。例如，压力传感器5、距离传感器8和温度传感器9可以布置在同一个的孔或空腔中。例如，可以设置两个或更多个孔或空腔，在每个孔或空腔中容纳压力传感器5、距离传感器8和温度传感器9。
优选地，可以设置两个或更多个压力传感器5、两个或更多个距离传感器8和两个或更多个温度传感器9。
优选地，两个以上压力传感器5相对于轴线X轴向地彼此分离；和/或两个以上距离传感器8相对于轴线X轴向地彼此分离；和/或两个以上温度传感器9相对于轴线X轴向地彼此分离。
优选地，设置压力传感器5的排、距离传感器8的排和温度传感器9的排，每一排传感器沿着平行于轴线X的方向布置。
换句话说，两个以上压力传感器5被布置形成排。特别地，两个以上压力传感器5彼此对齐，特别是沿着平行于轴线X的方向对齐。类似地，对于距离传感器8和温度传感器9也是如此。
有利的是，这三个参数因此可以在沿轴线X的不同位置测量。
优选地，压力传感器5的排、距离传感器8的排和温度传感器9的排沿着至少一个旋转部件3、4的周边布置，优选地布置在对应于凸圆心角(convex central angle)的区域中。
优选地，压力传感器5彼此相距相同的距离；距离传感器8彼此相距相同的距离；并且温度传感器9彼此相距相同的距离。
在优选的变型中，两个相邻压力传感器5之间的距离等于两个相邻距离传感器8之间的距离，以及两个相邻温度传感器9之间的距离。
优选地，由压力传感器5、距离传感器8和温度传感器9组成的每个三元组沿着中心在轴线X上的圆周的部分布置。
然而，可以仅提供一个压力传感器5、仅一个距离传感器8和仅一个温度传感器9，特别是沿着至少一个旋转部件3、4的外围布置，优选地布置在对应于凸圆心角的区域中。优选地，包含压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9的单个三元组沿着中心在轴线X上圆周的一部分布置。
在所有实施例中，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9借助于相应的缆线6(特别是电缆)连接到数字化装置7。数字化装置7配置为分别对压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9产生的信号进行数字化。优选地，数字化装置7适于通过旋转接头或无线传输数字化信号。
数字化装置7优选地包括壳体，该壳体包含能够放大和转换(特别是数字化)压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9的信号的电子硬件。
优选地，数字化装置7(特别是它的壳体)安装在旋转部件3、4上(特别是安装在旋转部件4上，例如，当旋转部件4是轴销时)。更详细地说，数字化装置7优选地固定到旋转部件4上，使得它可以与旋转部件4一起旋转，例如作为一个整体进行旋转。
优选地，数字化装置7固定到旋转部件4的轴向端(相对于轴线X的轴向)。优选地，数字化装置7布置成跨过轴线X。
在所有实施例中，至少一个压力传感器5、至少一个距离传感器8和至少一个温度传感器9可以借助于滑动触点、电池、无线或设置有交流发电机和飞轮的装置来供电。
特别地，该装置固定到旋转部件4上，使得它可以与其作为一个整体进行旋转。旋转部件4和该装置被布置成(相对于轴线X)相互同轴。
当旋转部件4围绕轴线X旋转时，飞轮处于旋转状态，并且当其旋转时，通过交流发电机产生能量。以这种方式，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9可以无需电池即可实现被供电。
例如，静态部件2是衬套2。
例如，至少一个旋转部件3、4由轴销4(或端销)或轴销4插入其中的套筒3组成。
例如，轴销4是轧机机架、连续铸造设备或卷材成形系统的辊11的颈部或销。
在图示的示例中，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9容纳在套筒3中。油膜存在于套筒3和衬套2之间。特别地，油膜与套筒3和衬套2接触。优选地，套筒3的表面和衬套2的表面(在它们之间存在油膜)是圆柱形的或大致是圆柱形的。
套筒3中插有销，特别是轴销4或端销。
优选地，套筒3围绕轴销4的一部分布置，轴销4的外表面是锥形的，例如锥形截头体形状。在这种情况下，套筒3的内表面(特别是在与轴销4的表面部分的锥形方向相反的方向上)也是锥形的，例如锥形截头体形状。优选地，套筒3的平行于轴线Y的壁厚沿着轴线X向外增加。轴线Y与轴线X正交。
轴销4可以旋转。套筒3和轴销4彼此固定，特别是使得套筒3和轴销4作为一个整体进行旋转。
如果压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9容纳在套筒3中，孔或空腔的轴线J优选地垂直于轴线X，由此传感器相对于轴线X径向地布置在孔或空腔中。
如果所使用的传感器的总体尺寸超过套筒3沿轴线Y的厚度，则孔或空腔(图1)的轴线J优选地相对于轴线X倾斜形成不同于90°的角度，从而传感器不相对于轴线X径向布置。这种解决方案使得可以保持轴销4不变并且仅修改套筒3，由此这种解决方案可以在改装的情况下应用。
在可选的示例(未示出)中，压力传感器5、距离传感器8、温度传感器9容纳在旋转部件4中，旋转部件4例如是销，特别是轴销4或端销4。特别地，不设置套筒3。油膜存在于轴销4和衬套2之间。特别地，油膜与轴销4和衬套2接触。同样，孔或空腔的轴线J优选垂直于轴线X。然而，孔或空腔的轴线J可以倾斜以形成相对于轴线X不同于90°的角度。
图1示出了辊11的一部分。辊11具有适于与待加工材料接触的部分。
辊11设有两个轴销4或端销4，其中一个如图1所示。特别地，轴销4是辊11的轴向端部(相对于轴线X)。上述适于与待加工材料接触的部分在两个轴销4之间延伸。
每个端销由相应的支座1支撑。静态部件2容纳在每个支座1中，特别是容纳在每个支座1的通孔中，并且至少一个旋转部件3、4在其内部穿过。
对于每个辊11，监测系统可以实施为针对相对于垂直于轴线X的平面彼此相对(特别是与图1所示的轴线Y平行)的两对静态部件2和旋转部件3、4。为每个辊11实施的两个监测系统优选地包括相同的部件，这些部件优选地相对于平面对称地布置。
如上所述，本发明还涉及一种轧机机架、连续铸轧设备或卷材成形系统，其中每个辊11具有由相应的支座1支撑的轴销4，
其中至少一个旋转部件3、4从内部穿过的静态部件2容纳在每个支座1的通孔中，静态部件2和至少一个旋转部件3、4限定轴线X；
其中油膜布置在静态部件2和至少一个旋转部件3、4之间；
其中至少一个旋转部件3、4由相应辊11的端销4或端销4插入其中的套筒3组成；
并且其中设置了如上所述的代表油膜的工况的参数的监测系统。
轧机机架、连续铸轧装置和卷材成形系统各自包括一个或多个辊11。

Claims (14)

1.一种配置为监测代表油膜轴承工况的参数的监测系统，其中油膜(10)存在于共同限定轴线X的静态部件(2)和至少一个旋转部件(3、4)之间，所述至少一个旋转部件(3、4)设置于所述静态部件(2)内并可以绕所述轴线X旋转，所述监测系统包括
-至少一个压力传感器(5)，配置为检测所述油膜的油压；
-至少一个距离传感器(8)，配置为检测所述静态部件(2)和所述至少一个旋转部件(3、4)之间的距离，从而检测所述油膜的厚度；
-至少一个温度传感器(9)，配置为检测所述油膜的温度；
其特征在于，所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)容纳在所述至少一个旋转部件(3、4)中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个压力传感器(5)容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的第一孔或空腔中；其中所述至少一个距离传感器(8)容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的第二孔或空腔中；并且其中所述至少一个温度传感器(9)容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的第三孔或空腔中；
或者其中所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)或所述至少一个温度传感器(9)中的两个容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的第一孔或空腔中，而另一个容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的第二孔或空腔中；
或者其中所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)容纳在被所述至少一个旋转部件(3、4)包含的单个孔或空腔中。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中沿着所述至少一个旋转部件(3、4)的周边布置有仅一个压力传感器(5)、仅一个距离传感器(8)和仅一个温度传感器(9)，优选地布置在对应于凸圆心角的区域内；优选地其中所述压力传感器(5)、所述距离传感器(8)和所述温度传感器(9)沿着中心在轴线X上的圆周的相同部分布置。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中设置有沿着平行于轴线X的方向布置的第一排压力传感器(5)、第二排距离传感器(8)和第三排温度传感器(9)。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述第一排、所述第二排和所述第三排沿着所述至少一个旋转部件(3、4)的周边布置，优选地布置在对应于凸中心角的区域内；优选地，其中每个由一个压力传感器(5)、一个距离传感器(8)和一个温度传感器(9)组成的传感器三元组沿着中心在轴线X上的各个圆周的一部分布置。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中每排包括两个以上传感器，优选地各自间距相同。
7.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)通过相应的电缆(6)连接到数字化装置(7)，所述数字化装置(7)配置为对由相应的传感器产生的信号进行数字化处理；优选地，其中所述数字化装置(7)适于通过旋转接头或无线传输数字化信号。
8.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中所述静态部件(2)是衬套，并且所述至少一个旋转部件(3、4)由轴销(4)，或内部插有轴销(4)的套筒(3)组成。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述轴销(4)是用于轧机机架、连续铸造设备或卷材成形系统的辊(11)的颈部或销。
10.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)借助于滑动触点、电池、无线或设置有交流发电机和飞轮的装置供电。
11.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述至少一个压力传感器(5)、所述至少一个距离传感器(8)和所述至少一个温度传感器(9)容纳在限定轴线J的孔或空腔中，所述轴线J径向于所述轴线X或者相对于所述轴线X以不同于90°的角度倾斜。
12.一种轧机机架，其中每个轧辊(11)具有由相应的支座(1)支撑的端销(4)，
其中至少一个旋转部件(3、4)从内部穿过静态部件(2)容纳在每个支座(1)的通孔中，所述静态部件(2)和所述至少一个旋转部件(3、4)限定轴线X，
其中油膜设置在所述静态部件(2)和所述至少一个旋转部件(3、4)之间，
其中所述至少一个旋转部件(3、4)由相应辊(11)的端销(4)，或所述端销(4)插入其中的套筒(3)组成；
并且其中采用根据权利要求1至11中任一项的监测系统监测代表油膜的工况的参数。
13.一种连续铸轧装置，其中每个辊具有由相应的支座(1)支撑的端销(4)，
其中至少一个旋转部件(3、4)从内部穿过的静态部件(2)容纳在每个支座(1)的通孔中，所述静态部件和所述至少一个旋转部件限定轴线X，
其中油膜设置在所述静态部件(2)和所述至少一个旋转部件(3、4)之间，
其中所述至少一个旋转部件(3、4)由相应辊(11)的端销(4)，或所述端销(4)插入其中的套筒(3)组成；
并且其中采用根据权利要求1至11中任一项的监测系统监测代表油膜的工况的参数。
14.一种线圈成形系统，其中每个辊具有由相应的支座(1)支撑的端销(4)，
其中至少一个旋转部件(3、4)从内部穿过的静态部件(2)容纳在每个支座(1)的通孔中，所述静态部件和所述至少一个旋转部件限定轴线X，
其中油膜设置在所述静态部件(2)和所述至少一个旋转部件(3、4)之间，
其中所述至少一个旋转部件(3、4)由相应辊(11)的端销(4)，或所述端销(4)插入其中的套筒(3)组成；
并且其中采用根据权利要求1至11中任一项的监测系统监测代表油膜的工况的参数。
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