CN112964468B - 一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置 - Google Patents

一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置，装置包括测量部件、调节部件和数据处理部分，方法为根据车轮轴承损坏的三个阶段，首先通过温度传感器实时监控轴承外部温升，然后利用振动传感器监控轴承的异常周期性振动，最后依据测距传感器监控车体与轨道的距离，结合各个传感器的传感信号，输出相应的报警信息。本发明可以实现对活套车车轮轴承状态的实时监控，避免事故扩大，从源头预防事故发生。

Description

一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置
技术领域
本专利申请属于酸轧线卧式活套车设备技术领域，更具体地说，是涉及一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置。
背景技术
活套车是酸轧生产线中用于保证酸洗段和轧机段不停车连续运行速度稳定的重要设备。在酸洗轧机联合机组中多采用卧式活套，分别用于入口段、工艺段和出口段。由于酸轧线的生产速度比较快，活套车的运行速度也相应的很快，这就造成了活套车车轮轴承极易出现问题。加之活套车属于重型运动设备，在运行期间不允许点检人员靠近，停车后又很难实现对车轮轴承的有效点检，一旦不能及时发现活套车车轮轴承损坏，将会对活套车造成极大破坏和停产损失。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置，可以实现对活套车车轮轴承状态的实时监控，避免事故扩大，从源头预防事故发生。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，该方法根据车轮轴承损坏的三个阶段，首先通过温度传感器实时监控轴承外部温升，然后利用振动传感器监控轴承的异常周期性振动，最后依据测距传感器监控车体与轨道的距离，结合各个传感器的传感信号，输出相应的报警信息。
本发明技术方案的进一步改进在于：具体监控过程为，分别利用温度传感器（如SA1XL表面热电偶温度传感器）实时监控轴承外部温升，利用振动传感器（如KS95C100微型振动传感器）监控异常周期性振动，利用测距传感器（MSE-TS803-55/30测距传感器）监控车体与轨道的距离；当温升报警时，***自动采集此时的周期性振动特征与之前正常运行时特征库进行比对，如果未出现轴承损坏的特征频率，那么***输出“轴承温度异常”报警；如果出现轴承损坏的特征频率，那么***采集此时距离传感器输出值与正常数据库进行对比，如果距离数值正常，那么***输出“轴承温度异常，轴承振动异常”报警；如果距离数值不正常，那么***输出“轴承损坏，紧急停车”报警并给生产线控制***发送急停信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：温度传感器型号为SA1XL表面热电偶温度传感器，振动传感器型号为KS95C100微型振动传感器，测距传感器型号为MSE-TS803-55/30测距传感器。
一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控装置，用于实现上述的方法，包括测量部件、调节部件和数据处理部分，其中：
测量部件，用于获取轴承的轴向方向振动信号、径向方向振动信号、表面温度信号、距离偏移信号；
调节部件，用于对测量部件中能够获取距离偏移信号的部件的上下安装位置进行调节；
数据处理部分，用于对表面温度、轴向振动、径向振动、距离偏移这四种信号分别单独进行处理。
本发明技术方案的进一步改进在于：测量部件包括温度传感器、振动传感器、测距传感器，
温度传感器安装在车轮轴上；
振动传感器包括均安装在车轮轴的轴向振动传感器和径向振动传感器，轴向振动传感器在垂直方向的中心线与车轮轴中心线重合，轴向振动传感器的边缘顶点距离车轮轴边缘和车轮轴加油孔边缘均不小于5mm；径向振动传感器安装位置需满足在水平方向的中心线与车轮轴的中心线重合，径向振动传感器的边缘顶点距离车轮轴端面距离5mm；
测距传感器通过调节部件安装在车体加强筋上、并朝向车轮轴内侧，测距传感器的下端面与活套车轨的上端面距离为60~80mm。
本发明技术方案的进一步改进在于：温度传感器、轴向振动传感器和径向振动传感器均采用胶粘剂形式安装在车轮轴上。
本发明技术方案的进一步改进在于：调节部件包括安装在车体加强筋上的安装基座、设置在安装基座上的多个长条形的安装孔、与安装孔配套连接的固定螺栓，测距传感器通过固定螺栓安装在安装孔内。
本发明技术方案的进一步改进在于：安装基座为160mm*70mm*5mm不锈钢板；安装基座上设有两个安装孔，两个安装孔为并排设置，其形状为矩形或腰形。
本发明技术方案的进一步改进在于：数据处理部分包括依次连接的模数转换器、缓存单元、数字信号处理芯片DSP、处理单元，模数转换器连接对应的测量部件，处理单元的处理结果通过活套车纠偏***备用IO端口输出给产线控制***。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
本发明能够测量出高速运行状态下活套车车轮轴承的实时状态，保证活套车稳定可靠运行，出现问题可以及时预警，极端情况下可以实现主动停车，避免事故扩大。
通过本发明的方法和装置，可以实现对活套车车轮轴承状态的实时监控，避免事故扩大。经过对采集的数据分析，可以绘制轴承的劣化曲线，为设备维检人员更换轴承提供直接的判断依据，从源头预防事故发生。
附图说明
图1是本发明中振动传感器的安装侧面示意图；
图2是本发明中振动传感器的安装正面示意图；
图3是本发明中测距传感器的安装示意图；
图4是本发明中测距传感器的安装位置示意图；
图5是本发明中测距传感器的安装基座制作示意图；
图6是本发明数据处理模块框图；
其中：1、KS95C100微型轴向振动传感器，2、KS95C100微型径向振动传感器，3、SA1XL表面热电偶温度传感器，4、车轮外侧轴承，5、车轮内侧轴承，6、活套车车轮本体，7、车轮轴，8、激光测距传感器电缆接线插口，9、车体加强筋，10、安装基座，11、MSE-TS803-55/30激光测距传感器，12、固定螺栓，13、车轮轴加油孔，14、传感器引接线，15、激光聚焦镜头，16、接收激光镜头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法及装置，首先涉及到轴承的结构，如图1，轴承包括车轮外侧轴承4、车轮内侧轴承5以及活套车车轮本体6，活套车车轮本体6套在车轮外侧轴承4、车轮内侧轴承5外部。
该方法思路为：轴承损坏一般分为三个阶段，第一阶段润滑缺失温度上升；第二阶段轴承单个滚珠损坏，出现周期性异常振动；第三阶段轴承保持架破坏，车体塌陷。根据车轮轴承损坏的三个阶段，首先通过温度传感器实时监控轴承外部温升，然后利用振动传感器监控轴承的异常周期性振动，最后依据测距传感器监控车体与轨道的距离，结合各个传感器的传感信号，输出相应的报警信息。
该方法的具体监控过程为，分别利用温度传感器（此处为SA1XL表面热电偶温度传感器3）实时监控轴承外部温升，利用振动传感器（此处为KS95C100微型振动传感器）监控异常周期性振动，利用测距传感器（MSE-TS803-55/30测距传感器11）监控车体与轨道的距离；当温升报警时，***自动采集此时的周期性振动特征与之前正常运行时特征库进行比对，如果未出现轴承损坏的特征频率，那么***输出“轴承温度异常”报警；如果出现轴承损坏的特征频率，那么***采集此时距离传感器输出值与正常数据库进行对比，如果距离数值正常，那么***输出“轴承温度异常，轴承振动异常”报警；如果距离数值不正常，那么***输出“轴承损坏，紧急停车”报警并给生产线控制***发送急停信号。
装置用于实现上述的方法，其各部件参见图1~图6，包括测量部件、调节部件和数据处理部分，具体见图1、图2，其中：
测量部件，用于获取轴承的轴向方向振动信号、径向方向振动信号、表面温度信号、距离偏移信号。
调节部件，用于对测量部件中能够获取距离偏移信号的部件的上下安装位置进行调节。
数据处理部分，用于对表面温度、轴向振动方向、径向振动方向、距离偏移这四种信号分别单独进行处理。
具体的，测量部件包括温度传感器、振动传感器、测距传感器。
温度传感器安装在车轮轴7上，只要在车轮轴7表面即可。
振动传感型号为KS95C100微型轴向振动传感器1和KS95C100微型径向振动传感器，温度传感器型号为SA1XL表面热电偶温度传感器3，激光测距传感器型号为MSE-TS803-55/30激光测距传感器11。
振动传感器包括均安装在车轮轴7的KS95C100微型轴向振动传感器1和KS95C100微型径向振动传感器2，KS95C100微型轴向振动传感器1在垂直方向的中心线与车轮轴7中心线重合、KS95C100微型轴向振动传感器1的边缘顶点距离车轮轴7边缘和车轮轴加油孔13边缘均不小于5mm；KS95C100微型径向振动传感器2安装位置需满足在水平方向的中心线与车轮轴7的中心线重合，KS95C100微型径向振动传感器2的边缘顶点距离车轮轴7端面的距离为5mm。
测距传感器通过调节部件安装在车体加强筋9上、并朝向车轮轴7内侧，测距传感器的下端面与活套车轨的上端面距离为60~80mm。
温度传感器、轴向振动传感器和径向振动传感器均采用胶粘剂形式安装在车轮轴7上。上述传感器引接线14连接数据处理部分的模数转换器。
调节部件见图4，包括安装在车体加强筋9上的安装基座10、设置在安装基座10上的多个长条形的安装孔、与安装孔配套连接的固定螺栓12，测距传感器通过固定螺栓12安装在安装孔内。
安装基座10见图5，安装孔位于安装基座10的中下部、延伸长度占安装基座10长度的一半以上。
在具体加工制作时，调节部件由160mm*70mm*5mm不锈钢板焊接在车体加强筋9的位置，安装基座10上设有两个安装孔，在距离上端面60mm的位置起始，沿中心线对称开槽，宽度4mm、长度90mm。两个开槽的中心线距离42.5mm。利用两条M3*40的螺栓穿过MSE-TS803-55/30测距传感器的安装孔和安装基座10的安装孔，对测距传感器的上下位置进行调节，使测距传感器的下端面与活套车轨的上端面距离为70mm，并配合M3螺母、平垫和弹簧垫进行紧固。
安装基座10见图5，其为160mm*70mm*5mm不锈钢板，安装基座10上设有两个安装孔，两个安装孔为并排设置的结构，其形状为矩形或腰形。
数据处理部分，包括依次连接的模数转换器、缓存单元、数字信号处理芯片DSP、处理单元，模数转换器连接对应的测量部件，处理单元的处理结果通过活套车纠偏***备用IO端口输出给产线控制***。
数据处理部分，见图6，为了确保此方案的可靠性，温度、振动和测距传感器的三种信号分别单独进行处理，互为备份，某一路或者两路出现故障时***也可应急使用。因此数据处理部分由四块相同配置的数据处理模块组成，分别处理四路传感器的采集数据。以轴向测振部分为例，信号处理模块采用Altera公司的可编程逻辑器件EPM7064SLC44作为CPLD来实现逻辑控制。将由传感器1采集到的模拟电压信号作为输入信号，由AD9283作为模数转换器，对信号电压进行采样。采用IDT公司的两片IDT7204作为数据缓存，实现让FIFO与DSP芯片同步工作的同时满足AD、MCU数据传输的需求。由于FIFO和CPLD的输出数据为5V电平，必须通过5V转3.3V转换芯片才能与DSP的数据总线进行连接。选择NXP Semiconductors 公司生产的74LVC4245A作为8位双电源双向电平转换收发器。选用TMS320VC5402 DSP作为FFT处理，通过软件计算得到数据结果后输出给FIFO缓存。由于DSP程序空间有限，本***将DSP主要用于数据运算，利用ATMega 128-16AI作为功能实现与处理单元，再将结果通过活套车纠偏***备用IO端口输出给生产线控制***。测温和测距的数据处理与测振部分基本相同，不再重复描述。最终的温度、振动和距离结果通过生产线控制***显示在操作室的监控画面上。
本发明的具体实施方式为：
KS95C100微型轴向振动传感器1和KS95C100微型径向振动传感器2的安装为：KS95C100微型轴向振动传感器1在垂直方向的中心线与车轮轴7中心线重合、KS95C100微型轴向振动传感器1的边缘顶点距离车轮轴7边缘和车轮轴加油孔13边缘均不小于5mm；KS95C100微型径向振动传感器2安装位置需满足在水平方向的中心线与车轮轴7的中心线重合，KS95C100微型径向振动传感器2的边缘顶点距离车轮轴7端面距离为5mm。为了达到传感器安装要求，需将车轮轴7的传感器安装面进行平整处理，然后用200-400#砂纸对安装面进行打磨；用无水乙醇清洗打磨面，并彻底擦干；于粘接部位滴适量的502快干胶，之后用手加压将传感器压住几秒钟，待胶初步固化后松开手，静置十几秒，使胶彻底固化达到胶接强度。选择粘结剂安装方式目的是便于后期拆装。欲取下粘接在被测物体上的传感器，先于粘合部位涂布丙酮，过几分种后用起子取下。
SA1XL表面热电偶温度传感器3安装方式：同样采用的是便于拆装的胶粘剂安装方式，操作步骤同KS95C100微型轴向振动传感器1，选取的安装位置与KS95C100微型轴向振动传感器1呈中心对称。
MSE-TS803-55/30激光测距传感器11的安装：在图4所示车体加强筋9的位置焊接一块安装基座10，该安装基座10由160mm*70mm*5mm不锈钢板按图5所示制作，MSE-TS803-55/30激光测距传感器11与安装基座10用两根型号为M3*40的固定螺栓12进行固定。
MSE-TS803-55/30激光测距传感器11有两个M3螺栓安装孔用于激光传感器的固定与位置调节，图3所示的激光测距传感器电缆接线插口8用于激光传感器的供电和数据传输。MSE-TS803-55/30激光测距传感器11采用激光三角形测量与物体之间的距离。由激光聚焦镜头15发出激光照射到被测物体表面，由接收激光镜头16来接收反射回来的激光。MSE-TS803-55/30激光测距传感器11的下表面距离被测物体活套车轨道上表面的安装距离为70±10mm范围内，MSE-TS803-55/30激光测距传感器11输出正常数据；当MSE-TS803-55/30激光测距传感器11与车轨表面相对距离超出70±10mm范围内时，输出报警提示检修人员尽快检查故障原因。
本发明能够测量出高速运行状态下活套车车轮轴承的实时状态，保证活套车稳定可靠运行，出现问题可以及时预警，极端情况下可以实现主动停车，避免事故扩大，从源头预防事故发生。

Claims (6)

1.一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：根据车轮轴承损坏的三个阶段，首先通过温度传感器实时监控轴承外部温升，然后利用振动传感器监控轴承的异常周期性振动，最后依据测距传感器监控车体与轨道的距离，结合各个传感器的传感信号，输出相应的报警信息；
具体监控过程为，分别利用温度传感器实时监控轴承外部温升，利用振动传感器监控异常周期性振动，利用测距传感器监控车体与轨道的距离；当温升报警时，***自动采集此时的周期性振动特征与之前正常运行时特征库进行比对，如果未出现轴承损坏的特征频率，那么***输出“轴承温度异常”报警；如果出现轴承损坏的特征频率，那么***采集此时距离传感器输出值与正常数据库进行对比，如果距离数值正常，那么***输出“轴承温度异常，轴承振动异常”报警；如果距离数值不正常，那么***输出“轴承损坏，紧急停车”报警并给生产线控制***发送急停信号；
通过酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控装置实现上述方法，酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控装置包括测量部件、调节部件和数据处理部分，其中：
测量部件，用于获取轴承的轴向方向振动信号、径向方向振动信号、表面温度信号、距离偏移信号；
调节部件，用于对测量部件中能够获取距离偏移信号的部件的上下安装位置进行调节；
数据处理部分，用于对表面温度、轴向振动、径向振动、距离偏移这四种信号分别单独进行处理；
测量部件包括温度传感器、振动传感器、测距传感器；
温度传感器安装在车轮轴（7）上；
振动传感器包括均安装在车轮轴（7）的轴向振动传感器和径向振动传感器，轴向振动传感器在垂直方向的中心线与车轮轴（7）中心线重合，轴向振动传感器的边缘顶点距离车轮轴（7）边缘和车轮轴加油孔（13）边缘均不小于5mm；径向振动传感器安装位置需满足在水平方向的中心线与车轮轴（7）的中心线重合，径向振动传感器的边缘顶点距离车轮轴（7）端面距离5mm；
测距传感器通过调节部件安装在车体加强筋（9）上、并朝向车轮轴（7）内侧，测距传感器的下端面与活套车轨的上端面距离为60~80mm。
2.根据权利要求1所述的一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：温度传感器为SA1XL表面热电偶温度传感器，振动传感器为KS95C100微型振动传感器，测距传感器为MSE-TS803-55/30测距传感器。
3.根据权利要求1所述的一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：温度传感器、轴向振动传感器和径向振动传感器均采用胶粘剂形式安装在车轮轴（7）上。
4.根据权利要求1所述的一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：调节部件包括安装在车体加强筋（9）上的安装基座（10）、设置在安装基座（10）上的多个长条形的安装孔、与安装孔配套连接的固定螺栓（12），测距传感器通过固定螺栓（12）安装在安装孔内。
5.根据权利要求4所述的一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：安装基座（10）为160mm*70mm*5mm不锈钢板；安装基座（10）上设有两个安装孔，两个安装孔为并排设置，其形状为矩形或腰形。
6.根据权利要求1所述的一种酸轧生产线卧式活套车车轮轴承状态监控方法，其特征在于：数据处理部分包括依次连接的模数转换器、缓存单元、数字信号处理芯片DSP、处理单元，模数转换器连接对应的测量部件，处理单元的处理结果通过活套车纠偏***备用IO端口输出给产线控制***。
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