CN211347386U - 一种轴承监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轴承监测领域,公开了一种轴承监测装置，包括轴承测量环，轴承测量环包括测量环构件和应变片，测量环构件包括轴承连接环、轴承座连接环和敏感轴，轴承连接环通过敏感轴连接轴承座连接环，敏感轴沿环向分布，敏感轴在不同方向粘贴应变片,轴承连接环连接轴承固定圈，轴承座连接环连接轴承座。当轴承受载、振动后，载荷通过轴承测量环时，轴承测量环内产生应变导致应变片阻值变化，因此根据应变片阻值变化即可得到轴承载荷变化，进而计算轴承剩余寿命，能对轴承及时进行维护与更换。

Description

一种轴承监测装置

技术领域

本实用新型涉及轴承监测领域，具体涉及一种轴承监测装置。

背景技术

轴承被大量应用在现实工程领域中，轴承的使用状态直接影响传动机构的运行状态。如果轴承失效会导致传动卡死、传动效率下降、结构破坏或者影响加工精度等。例如在风力发电时，风电变桨轴承保持架在断裂后会导致轴承卡死，造成机组无法顺利变桨，轻者损坏变桨驱动，重者会在大风下无法及时变桨导致机组无法顺利停机，进而危及机组整体安全；对于齿轮箱轴承，其损坏后会产生碎屑，进而污染润滑油，最终导致其它部件损坏。

因此在轴承运行时需对轴承进行监测，提前发现故障，从而降低运维成本，或者通过监测轴承载荷与过程控制数据，找出轴承失效原因，从而改善运行状态。

目前通常采用加速度计测量轴承座处振动，或者在旋转轴粘贴应变片来得到旋转轴载荷。然而低转速轴承由于其特征频率较低，加速度计低频信号弱，如果采用加速度计测量轴承座处振动来监测低转速轴承，会监测不准确。另外在对多轴承支撑的传动轴测量轴承载荷时，存在空间受限、安装困难以及轴承座直接粘贴应变片载荷换算困难等问题。

实用新型内容

鉴于背景技术的不足，本实用新型是提供了一种轴承监测装置，所要解决的技术问题是现有技术不能有效监测低转速轴承以及安装困难。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：一种轴承监测装置，包括轴承测量环。轴承测量环包括测量环构件和应变片。测量环构件包括轴承连接环、轴承座连接环和敏感轴。轴承连接环通过敏感轴连接轴承座连接环，敏感轴沿环向分布，敏感轴在不同方向粘贴应变片,轴承连接环连接轴承固定圈，轴承座连接环连接轴承座。

当轴承受载、振动后，载荷通过轴承测量环时，轴承测量环内产生应变导致应变片阻值变化。因此根据应变片阻值变化即可得到轴承载荷变化。

进一步，每个应变片通过信号线电连接接线柱，接线柱电连接信号放大器，信号放大器的输出端电连接数据采集器，数据采集器将信号放大器输出的模拟量信号转换为数字量信号，数据采集器电连接数据处理模块，数据处理模块包括对数字量信号进行计算的计算单元、用于存储的存储单元以及与外围控制系统进行交互的通讯单元。

其中，接线柱包括但不限于弹簧端子、螺栓端子和航空插头。通过在不同接线柱处进行接线，可组成各种所需测量载荷的桥路。

信号放大器还电连接电源，电源还电连接应变片，用于向应变片提供激励。

进一步，轴承连接环通过胀紧或者螺栓的方式连接轴承固定圈，轴承座连接环通过胀紧或者螺栓的方式连接轴承座。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：本实用新型通过轴承测量环解决了低转速轴承监测特征频率低和加速度计信号衰减严重的问题；另外根据应变片阻值变化获取轴承载荷，根据轴承载荷可计算轴承剩余寿命，进而能及时对轴承进行维护与更换。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为实施例中的轴承测量环示意图；

图2为图1的箭头部分的A向示意图；

图3为轴承测量环的实际应用的结构示意图；

图4为图1中轴承测量环的应变片分布示意图；

图5为实施例中测试Y方向载荷的应变片连接示意图；

图6为紧凑型轴承测量环的示意图；

图7为图6中箭头部分的B向示意图；

图8为紧凑型轴承测量环安装的侧面示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种轴承监测装置，包括轴承测量环。轴承测量环包括测量环构件和应变片12。测量环构件包括轴承连接环13、轴承座连接环10和敏感轴11。轴承连接环13通过敏感轴11连接轴承座连接环10，敏感轴11沿环向分布，敏感轴11在不同方向粘贴应变片12,轴承连接环13连接轴承固定圈，轴承座连接环10连接轴承座。

具体的，在轴承连接环13和轴承座连接环10之间均匀分布八个敏感轴11。如图2所示，每个敏感轴11上粘贴有三个应变片12，三个应变片12的粘贴方向从左到右分别为-45°、0°和+45°。另外可根据需要在敏感轴11上黏贴不同的应变片12来组成测量桥路。

如图3所示，在实际使用中，每个应变片12通过信号线电连接接线柱，接线柱电连接信号放大器2，信号放大器2的输出端电连接数据采集器3，数据采集器3将信号放大器2输出的模拟量信号转换为数字量信号，数据采集器3电连接数据处理模块4，数据处理模块4包括对数字量信号进行计算的计算单元、用于存储的存储单元以及与外围控制系统进行交互的通讯单元。

其中，接线柱包括但不限于弹簧端子、螺栓端子和航空插头。通过在不同接线柱处进行接线，可组成各种所需测量载荷的桥路。

通讯单元通过CAN、以太网、RS485等通讯接口与外围控制系统通讯，用于输出分析数据和输入传动系统过程信号。

数据处理模块还通过模拟量输出和数字量输出功能向被监控设备的控制系统传输轴承状态信息。数据处理模块也可通过模拟量输出和数字量输出功能控制信号灯、报警设备和控制开关，用于向现场人员报告轴承状态与进行故障报警。

信号放大器还电连接电源，电源还电连接应变片，用于向应变片提供激励。

以监测风力机主轴承为例：

风力发电机组风轮通过主轴带动齿轮箱或发电机旋转，主轴采用主轴承支撑安装在主机架上，通常采用一到两个主轴承支撑。

测量前通过测试机构加载进行标定，通过标定获取主轴承的弯矩和关心轴的弯矩与应变片12输出的测量信号的转换曲线。

安装时，先将轴承测量环与主轴承外圈固定，然后一起放入轴承座并将信号线与接线端子安装在轴承座外部。

为了降低对信号干扰，信号放大器与接线端子均安装在轴承座上。根据监测需求对应变片12进行桥路配置，将信号放大器2的每个采集通道的激励源与应变片12连接的接线柱相连接。

在对风力机主轴承的Y方向弯矩监测时需连接图4中的20处的与24处的应变片12，具体连接方式如图5所示，EXCI+为放大电路激励源正极，EXCI-为信号放大器激励源负极，IN+和IN-为信号放大器采集输入端，SG1(-45)与SG1(+45)是20处±45°方向的应变片12，SG5(-45)与SG5(+45)是24处的±45°方向的应变片12。

为便于安装，数据采集器3与数据处理模块4集成为一体，每个采集通道通过屏蔽信号线与信号放大器2对应输出端口连接。此外需要一根电源线连接信号放大器，用于供电。

监测过程中，数据处理模块4依据应变片12输出的测量信号和转换曲线得到此时弯矩。

如图6所述，紧凑型轴承测量环8上设有八个螺栓开孔9，可根据需要在螺栓开孔9沿中螺栓轴向方向粘贴应变片12。

以风力发电机组的偏航轴承监测为例：

风力发电机组发电时需要根据风向调整机组对风风向，保持风轮面向来流方向。机组通过安装在塔架顶部的偏航轴承实现对风转动。机组在交变载荷下，螺栓容易发生松动或断裂，如果没有及时更换螺栓或拧紧螺栓，将导致整个机组塔头坠落的严重事故。其中，偏航轴承采用四点角接触轴承，偏航轴承外圈连接机舱，偏航轴承内圈连接塔架。

采用图6的紧凑型轴承测量环8，在对应的螺栓孔9中沿螺栓轴向粘贴应变片12。通过螺栓将紧凑型轴承测量环8、偏航轴承内圈和塔顶连接，具体如图8所示。图8中，30是偏航轴承，31是支撑座。

每个螺栓孔9内的应变片12构成一组电桥，采集设备对每个电桥进行循环检测。由于采用高强度螺栓，需要有较高预紧力，应变片具有较高初始应变。当螺栓松动或螺栓断裂时，检测信号发生变化，从而判断螺栓拧紧状态是否正常。本方案中，通过一个紧凑型轴承测量环8实现了一圈螺栓断裂监测，在保障监测质量的情况下，降低了监测成本。

上述依据本实用新型为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种轴承监测装置，其特征在于：包括轴承测量环，所述轴承测量环包括测量环构件和应变片；所述测量环构件包括轴承连接环、轴承座连接环和敏感轴；所述轴承连接环通过敏感轴连接轴承座连接环，所述敏感轴沿环向分布，所述敏感轴上固定所述应变片,所述轴承连接环连接轴承固定圈，所述轴承座连接环连接轴承座。

2.根据权利要求1所述的一种轴承监测装置，其特征在于：每个所述应变片通过信号线电连接接线柱，所述接线柱电连接信号放大器，所述信号放大器的输出端电连接数据采集器，所述数据采集器将信号放大器输出的模拟量电信号转换为数字量信号，所述数据采集器电连接数据处理模块，所述数据处理模块包括对所述数字量信号进行计算的计算单元、进行存储的存储单元以及与外围控制系统进行交互的通讯单元。

3.根据权利要求2所述的一种轴承监测装置，其特征在于：所述接线柱包括但不限于弹簧端子、螺栓端子和航空插头。

4.根据权利要求2所述的一种轴承监测装置，其特征在于：所述信号放大器电连接电源，所述电源还电连接应变片。

5.根据权利要求1所述的一种轴承监测装置，其特征在于：轴承连接环通过胀紧或者螺栓连接轴承固定圈，轴承座连接环通过胀紧或者螺栓连接轴承座。

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