CN114624025A - 行车车轮轴承状态在线监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种行车车轮轴承状态在线监测装置及监测方法，监测装置包括红外测温传感器及环境温度传感器，所述红外测温传感器用于实时检测行车车轮的轴承的表面温度，所述环境温度传感器用于实时检测轴承所处环境的温度。本监测装置及监测方法实现对轴承状态的实时检测，且根据获取的轴承的表面温度T1和轴承所处环境的温度T2能更全面更准确掌握轴承的状态，实现对轴承状态的更有效监测，进而根据监测到的轴承状态能更准确预测出轴承的寿命，并能更准确更合理地判断出是否需要对轴承及行车车轮进行更换等。

Description

行车车轮轴承状态在线监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别是涉及一种行车车轮轴承状态在线监测装置及监测方法。

背景技术

当前行车车轮安装方式通常为在箱体内利用穿堂销的方式进行安装固定，此种安装方式导致点检员在日常点检工作中无法有效地检测车轮本体及轴承温升。同时因为受行车工作的环境温度影响(热区、冷区、中间库的温差超过30℃，冬夏温差叠加后影响更大)点检获取的数据常常无法准确地反应车轮及轴承的状态，进而导致根据该数据也无法准确判断出故障的发生。同时点检周期过长(每天2次)，受人力资源限制，无法做到通过人力对车轮及轴承的状态进行及时的检测，进而也无法得到有效的能用于故障预测的历史趋势数据。若无法及时获取能反应车轮及轴承状态的有效数据，就难以准确地预测出车轮及轴承可会出现的损坏。而行车车轮作为行车的重要部件，一旦车轮主轴承损坏将立刻造成行车停运，影响机组正常生产。同时行车车轮更换检修周期较长，车轮更换起来非常麻烦，造成人力、物力巨大的浪费，且会造成物流严重滞后、产品报废等一系列不良后果，甚至会引起主作业线停机，给业主造成较大损失。为了降低轴承损坏对生产的影响，一般采用“定修制”对行车进行运维管理，即定期对车轮及轴承等进行维修更换等，以避免行车运行时出现车轮及轴承损坏的情况。但是“定修制”造成维修成本较高，浪费大。很多车轮并未到达寿命终点就被更换，造成了成本的浪费。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种行车车轮轴承状态在线监测装置，该监测装置能实时检测轴承的状态。

为实现上述目的，本发明提供一种行车车轮轴承状态在线监测装置，包括红外测温传感器及环境温度传感器，所述红外测温传感器用于实时检测行车车轮的轴承的表面温度，所述环境温度传感器用于实时检测轴承所处环境的温度。

进一步地，所述行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括控制器及与控制器通信连接的报警器，且所述红外测温传感器及环境温度传感器均与控制器通信连接。

进一步地，所述行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括显示终端，所述显示终端与红外测温传感器及环境温度传感器通信连接。

进一步地，所述行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括与红外测温传感器及环境温度传感器通信连接的云端存储计算单元，且所述云端存储计算单元与显示终端通信连接。

进一步地，所述红外测温传感器为非接触式红外测温传感器。

进一步地，所述红外测温传感器包括光学***、光电探测器、信号放大器、信号处理器及显示输出器，所述光学***能将轴承辐射出的红外能量汇聚起来，并将红外能量聚焦在光电探测器上，所述光电探测器能根据探测到的红外能量形成电信号，所述信号放大器及信号处理器能将电信号转换成线性的温度信号值，所述显示输出器能显示温度信号值。

进一步地，所述行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括冲击脉冲传感器，所述冲击脉冲传感器用于检测轴承的振动情况。

如上所述，本发明涉及的行车车轮轴承状态在线监测装置，具有以下有益效果：

本发明中行车车轮轴承状态在线监测装置，利用红外测温传感器实时检测轴承的表面温度T1，并利用环境温度传感器实时检测轴承所处环境的温度T2，实现对轴承状态的实时检测，且根据获取的轴承的表面温度T1和轴承所处环境的温度T2能更全面更准确掌握轴承的状态，如通过将T1和T2进行差值计算等，以排除环境的温度对轴承的表面温度的影响，所得到的温度能更准确反应轴承在运行时产生的温升情况，实现对轴承状态的更有效监测，进而根据监测到的轴承状态能更准确预测出轴承的寿命，并能更准确更合理地判断出是否需要对轴承及行车车轮进行更换等。

本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种能对轴承的状态进行实时检测的监测方法。

为实现上述目的，本发明提供一种采用所述行车车轮轴承状态在线监测装置的监测方法，包括如下步骤：

利用红外测温传感器实时检测轴承的表面温度T1，并将获得的轴承的表面温度T1反馈给控制器；

利用环境温度传感器实时检测轴承所处环境的温度T2，并将获取的轴承所处环境的温度T2反馈给控制器；

若T1≥T2+T3，T3为设定的温升报警值；则控制器控制报警器发出警报。

进一步地，所述设定的温升报警值为30℃。

如上所述，本发明涉及的监测方法，具有以下有益效果：

本监测方法，利用红外测温传感器实时检测轴承的表面温度T1，并利用环境温度传感器实时检测轴承所处环境的温度T2，实现对轴承的表面温度和轴承所处环境的温度的实时监测，即实现对轴承状态的实时检测，且当T1≥T2+T3，T3为设定的温升报警值，则控制器控制报警器发出警报，此种方法充分考虑到了环境的温度对轴承的表面温度的影响，实现对轴承状态的更有效监测，进而能更准确地判断出轴承的状态是否超出正常状态，且在监测到轴承的状态超出正常状态时，通过报警器及时发出警报，以提示技术人员及时对行车车轮进行更换等，避免技术人员过早或过晚对行车车轮进行维修、更换，不仅避免在行车运行时出现车轮损坏的情况，且节约了维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例中行车车轮轴承状态在线监测装置的结构示意图。

元件标号说明

11 红外测温传感器

12 环境温度传感器

13 冲击脉冲传感器

2 显示终端

3 云端存储计算单元

4 基站

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本实施例提供一种行车车轮轴承状态在线监测装置，包括红外测温传感器11及环境温度传感器12，红外测温传感器11用于实时检测行车车轮的轴承的表面温度，环境温度传感器12用于实时检测轴承所处环境的温度。本发明中行车车轮轴承状态在线监测装置，利用红外测温传感器11实时检测轴承的表面温度T1，并利用环境温度传感器12实时检测轴承所处环境的温度T2，实现对轴承状态的实时检测，且根据获取的轴承的表面温度T1和轴承所处环境的温度T2能更全面更准确掌握轴承的状态，如通过将T1和T2进行差值计算等，以排除环境的温度对轴承的表面温度的影响，所得到的温度能更准确反应轴承在运行时产生的温升情况，实现对轴承状态的更有效监测，进而根据监测到的轴承状态能更准确预测出轴承的寿命，并能更准确更合理地判断出是否需要对轴承及行车车轮进行更换等。

本实施例中红外测温传感器11安装在行车车架上，并与行车车轮相对固定，以能实时检测轴承的表面温度。环境温度传感器12也安装在行车车架上，并与行车车轮相对固定，以能实时检测轴承所处环境的温度。

本实施例中行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括控制器及与控制器通信连接的报警器，且红外测温传感器11及环境温度传感器12均与控制器通信连接。

同时，本实施例还提供一种采用所述行车车轮轴承状态在线监测装置的监测方法，包括如下步骤：

利用红外测温传感器11实时检测轴承的表面温度T1，并将获得的轴承的表面温度T1反馈给控制器；

利用环境温度传感器12实时检测轴承所处环境的温度T2，并将获取的轴承所处环境的温度T2反馈给控制器；

若T1≥T2+T3，T3为设定的温升报警值；则控制器控制报警器发出警报。

本实施例中监测方法，利用红外测温传感器11实时检测轴承的表面温度T1，并利用环境温度传感器12实时检测轴承所处环境的温度T2，实现对轴承的表面温度和轴承所处环境的温度的实时监测，即实现对轴承状态的实时检测，且当T1≥T2+T3，T3为设定的温升报警值，则控制器控制报警器发出警报，此种方法充分考虑到了环境的温度对轴承的表面温度的影响，实现对轴承状态的更有效监测，进而能更准确地判断出轴承的状态是否超出正常状态，且在监测到轴承的状态超出正常状态时，通过报警器及时发出警报，以提示技术人员及时对行车车轮进行更换等，避免技术人员过早或过晚对行车车轮进行维修、更换，不仅避免在行车运行时出现车轮损坏的情况，且节约了维护成本。

如图1所示，本实施例中行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括冲击脉冲传感器13，冲击脉冲传感器13用于检测轴承的振动情况。同时，本实施例中行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括显示终端2，显示终端2与红外测温传感器11、环境温度传感器12及冲击脉冲传感器13通信连接，以利用显示终端2显示红外测温传感器11和环境温度传感器12检测到的温度数据、并显示冲击脉冲传感器13检测到的振动数据。另外，冲击脉冲传感器13还与控制器通信连接。本实施例中监测方法利用冲击脉冲传感器13并通过冲击脉冲法对滚动的轴承进行失效诊断，实现基于振动冲击早期对轴承故障进行检测。轴承一旦有问题时，就会发生冲击，会产生其固有频率的振动，一般其频率在30KHz-40KHz。冲击脉冲传感器13经过特殊机械和电气方面的处理，使其在32KHz发生共振，然后通过高通滤波，将低频振动滤掉，如：不平衡、不对中、松动等，只保留高频的轴承故障信号，只针对高频的冲击信号作分析处理。因此，本实施例进行冲击脉冲测试轴承时不受其它振动信号的影响。本实施例中冲击脉冲传感器13具体安装在行车车轮的芯轴中。

如图1所示，本实施例中行车车轮轴承状态在线监测装置，还包括与红外测温传感器11、及环境温度传感器12通信连接的云端存储计算单元3，云端存储计算单元3还与冲击脉冲传感器13通信连接，且云端存储计算单元3与显示终端2通信连接。同时，云端存储计算单元3通过基站4和网关等与红外测温传感器11、环境温度传感器12及冲击脉冲传感器13通信连接，以利用云端存储计算单元3对检测到的温度数据和振动数据进行存储处理和计算，进而通过与云端存储计算单元3通信连接的显示终端2对轴承的实时状态数据进行显示。本监测装置在实验测试过程中，充分应用目前已经发展成熟的无线物联网技术、边缘计算、云技术构建了一个以云计算为核心，通过红外测温传感器11、环境温度传感器12及冲击脉冲传感器13等智能采集器将实时采集到的温度、振动数据通过4G物联网技术直接发送到云端存储计算单元3进行存储处理和计算。这样只要能连接到云端存储计算单元3的各种显示终端2可以实时的浏览到行车的实时状态数据，形成了数据从端到端的管理闭环。本监测装置实际上为一种基于无线物联网技术、边缘技术、云技术的智能实时监测***。本实施例中云端存储计算单元3包括控制器。

本实施例中红外测温传感器11为非接触式红外测温传感器。本监测装置及监测方法基于红外测温对轴承进行非接触式温度监测。同时，本实施例中红外测温传感器11包括光学***、光电探测器、信号放大器、信号处理器及显示输出器，光学***能将轴承辐射出的红外能量汇聚起来，并将红外能量聚焦在光电探测器上，光电探测器能根据探测到的红外能量形成电信号，信号放大器及信号处理器在将电信号进行运算处理后能将电信号转换成线性的温度信号值，显示输出器能显示温度信号值，从而实现了非接触式温度测量。

另外，红外测温是目前广泛应用的一种非接触式测量方法，它有使用方便、安装方便、精度高等特点，其原理为：任何物体只要它的温度高于绝对零度-273℃，就有热辐射向外部发射，物体温度不同，其辐射出的能量也不同，且辐射波的波长也不同，但总是包含着红外辐射在内，千摄氏度以下的物体，其热辐射中强的电磁波是红外波，所以对物体自身红外辐射的测量，便能准确测定它的表面温度，这就是红外测温仪测温依据的客观基础。

本实施例中监测方法包括上述环境温升值报警方式，提升了轴承温升报警的可靠性。报警值采用设定的温升报警值加环境温度的模式。如本实施例中设定的温升报警值可为30℃，在冬季时，利用环境温度传感器12测得轴承所处环境的温度T2为10℃时，则当红外测温传感器11测得轴承的表面温度T1大于或等于40℃时，报警器就会报警；而在夏季时，利用环境温度传感器12测得轴承所处环境的温度T2为40℃时，则当红外测温传感器11测得轴承的表面温度T1大于或等于70℃时，报警器才会报警，这样将会较大程度的提升报警的可靠性，降低虚警率。

本监测装置及监测方法具体用于实时在线检测行车车轮的主轴承状态，智能分析主轴承状态情况，具有自动根据行车运行的环境状况自动设定报警阀值的功能，所有实时获取的温度值、主轴承的振动值通过无线或有线通讯技术传送到显示终端2，便于管理技术人员对行车车轮的主轴承状态的把握，属于冶金电气技术领域。

本实施例通过上述技术手段实现对轴承的温度、工作状态的在线监测，对故障进行预警和报警，对提升行车的运营率，降低维修成本，降低停线率有良好的效果。

本实施例中监测装置为一种车轮轴承温度和振动数据实时采集监控装置，在测得温度和振动值超标时实现预警和报警，减少非预期故障的发生。

本监测装置投入运行后，可通过收集足够的数据，在大数据基础上分析建立一个专家数学模型。实现行车车轮轴承的实时状态分析、判断、预测。将“定期检修”转变为“状态检修”。最终本监测装置可以发现轴承的早期失效，预测出剩余寿命，在剩余寿命期间实现“预测维修”。

本监测装置将降低现场点检人员的工作强度，对轴承的健康状态实现有效把控和管理。为行车安全、可靠、稳定运行提供有效保障。本监测装置可以降低行车停运率，减少行车车轮更换次数，节约维修成本，为将来实现全自动化，无人化的智能运维打下良好基础。本监测装置及监测方法具备较好的经济效益和社会效益。本监测装置及监测方法已在行车上进行了试验，跟踪使用效果较好。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，包括红外测温传感器(11)及环境温度传感器(12)，所述红外测温传感器(11)用于实时检测行车车轮的轴承的表面温度，所述环境温度传感器(12)用于实时检测轴承所处环境的温度。

2.根据权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，还包括控制器及与控制器通信连接的报警器，且所述红外测温传感器(11)及环境温度传感器(12)均与控制器通信连接。

3.根据权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，还包括显示终端(2)，所述显示终端(2)与红外测温传感器(11)及环境温度传感器(12)通信连接。

4.根据权利要求3所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，还包括与红外测温传感器(11)及环境温度传感器(12)通信连接的云端存储计算单元(3)，且所述云端存储计算单元(3)与显示终端(2)通信连接。

5.根据权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，所述红外测温传感器(11)为非接触式红外测温传感器。

6.根据权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，所述红外测温传感器(11)包括光学***、光电探测器、信号放大器、信号处理器及显示输出器，所述光学***能将轴承辐射出的红外能量汇聚起来，并将红外能量聚焦在光电探测器上，所述光电探测器能根据探测到的红外能量形成电信号，所述信号放大器及信号处理器能将电信号转换成线性的温度信号值，所述显示输出器能显示温度信号值。

7.根据权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置，其特征在于，还包括冲击脉冲传感器(13)，所述冲击脉冲传感器(13)用于检测轴承的振动情况。

8.一种采用如权利要求1所述行车车轮轴承状态在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用红外测温传感器(11)实时检测轴承的表面温度T1，并将获得的轴承的表面温度T1反馈给控制器；

利用环境温度传感器(12)实时检测轴承所处环境的温度T2，并将获取的轴承所处环境的温度T2反馈给控制器；

若T1≥T2+T3，T3为设定的温升报警值；则控制器控制报警器发出警报。

9.根据权利要求8所述监测方法，其特征在于，所述设定的温升报警值为30℃。

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