用于检测轴承润滑失败的方法和装置与流程

本公开涉及一种用于检测轴承润滑失败的方法和装置，更具体地说，涉及一种用于基于指示轴承温度和/或轴承速度和/或轴承加速度的一个或多个信号检测轴承润滑失败的方法和装置。

背景技术：

许多轴承需要润滑以便确保适当运行(/正常运行)(properoperation)。润滑事件可以在设定的时间段发生，或者润滑间隔可以被响应于检测到的轴承的运行状况来调整，例如，润滑可以在高温和/或高轴承速度时更频繁地发生。可以使用任何合适的润滑剂(包括油和脂)来润滑轴承。

已知许多润滑系统用于为轴承提供润滑剂，包括但不限于单线润滑系统、双线润滑系统、多线润滑系统和渐进式(progressive)润滑系统。通常，这些系统通过以下来操作：增大供给线中润滑剂的量(quality)的压力以便使所述量的润滑剂运动到轴承壳体中，或者通过打开阀以允许已经加压的量的润滑剂进入轴承壳体。所述运动可以通过泵、或通过弹簧、或通过活塞的运动引起；然而，所述运动被引起，预期的(intended)结果是润滑剂(通常是预定测量的量的润滑剂)通过润滑供给线运动到轴承壳体内并与轴承的发生磨损和摩擦的磨损表面(即，轴承滚动元件和/或轴承滚道)接触，或者，在滑动轴承的情况下，与轴承的相互接触的滑动表面接触。

不幸的是，并非每次润滑事件都会导致必要的量的润滑剂到达轴承的磨损表面。例如，如果润滑剂供给线损坏或堵塞，或者如果润滑剂过稠(例如，因为它过冷)，在正常状况下使润滑剂运动到轴承磨损表面的润滑操作(压力增大、阀打开等)将不会导致轴承的适当(proper)润滑。因此，监测泵的运行(/操作)或供给线中的润滑剂的压力或阀的打开并不足以确定是否发生了适当的轴承润滑。

用于检测润滑事件的一种装置是流量计。流量计可以被构造成在检测到预定量的润滑剂的运动时产生信号。然而，如果在流量计的位置的下游存在润滑剂泄漏，则流量计可能指示润滑事件成功，而实际上，必要量的润滑剂并未到达相关的轴承元件。

另一个难以检测的润滑失败(即流量计无法检测的润滑失败)是由于润滑剂进入轴承壳体并在远离轴承磨损表面的位置处积聚而引起。例如，如果润滑剂比期望的更粘(viscous)，则它可能不会运动远离其进入轴承壳体的位置。相反，它可能建立轴承壳体的靠近(进入)壳体的润滑开口的内壁上。流量计将确认已经发生润滑剂流入轴承壳体内，但是它无法检测润滑剂未能到达需要润滑剂的轴承磨损表面。

重要的是快速检测出润滑失败或润滑不足的状况，以防止轴承损坏。尤其是在被构造成仅施加了适当轴承操作所需的最少量润滑剂的系统中，即使少量的润滑失败事件未能检测到，也都可能会迅速导致轴承损坏。类似地，在需要脂运动通过润滑系统以便将污染物泵出轴承壳体的系统中，系统使用寿命取决于脂向轴承的连续流动，即使是少量的润滑失败事件也都可能导致轴承的过早故障(earlyfailure)。

因此，期望更可靠地检测轴承润滑失败事件。

技术实现要素：

本公开的实施方式解决了这些问题和其它问题，本发明的第一方面包括一种方法，该方法包括测量轴承的至少一个状况(condition)，其中所述轴承在壳体(/座)(housing)的内部具有至少一个滚道和至少一个滚动元件。该方法包括产生指示至少一个(被)测量状况的测量信号以及产生指示测量信号中的瞬变的瞬变检测信号。所述方法还包括执行润滑操作，所述润滑操作包括使润滑剂朝向壳体的内部运动或者增大供给线中的润滑剂的压力或者打开供给线中的阀，以及，确定在润滑操作之后的给定时间段期间瞬变检测信号的绝对值是否超过阈值。所述方法还包括：响应于在给定时间段期间瞬变信号的绝对值不超过阈值的确定，输出指示润滑失败的失败信号。

本公开的另一方面包括一种轴承润滑系统，其包括润滑剂分配器，润滑剂分配器被构造成通过使润滑剂朝向轴承的轴承壳体的内部运动来执行润滑操作，该轴承在壳体的内部具有至少一个滚道和至少一个滚动元件。所述系统包括至少一个传感器，传感器被构造成测量轴承的至少一个状况并产生指示至少一个(被)测量状况的信号，并且所述系统包括控制器。控制器被构造成产生指示测量信号中的瞬变的瞬变检测信号、确定在润滑操作之后的给定时间段期间瞬变检测信号的绝对值是否超过阈值、并响应于在给定时间段期间瞬变检测信号的绝对值不超过阈值的确定而输出指示润滑失败的失败信号。

本公开的再另一方面包括一种轴承润滑系统，其包括：用于测量轴承的至少一个状况的装置(其中所述轴承在壳体的内部具有至少一个滚道和至少一个滚动元件)、用于产生指示至少一个(被)测量状况的测量信号的装置、和用于产生指示测量信号中的瞬变的瞬变检测信号的装置。所述系统还包括：用于在轴承处执行润滑操作的装置(其中所述润滑操作包括使润滑剂朝向壳体的内部运动或者增大供给线中的润滑剂的压力或者打开供给线中的阀)、用于确定在润滑操作之后的给定时间段期间瞬变检测信号的绝对值是否超过阈值的装置、和用于响应于在给定时间段期间瞬变检测信号的绝对值不超过阈值的确定而输出指示润滑失败的失败信号的装置。

附图说明

在结合附图阅读以下详细说明之后，这些益处和其它益处将被更好地理解，在附图中：

图1是根据本公开的润滑系统的示意图，所述润滑系统被构造成向多个位置提供润滑剂，包括向轴承壳体提供润滑剂，该润滑系统包括控制器和传感器。

图2是通向图1的壳体中的轴承的润滑通道的侧面立视图。

图3a-图3c是示出了由图1的控制器执行的信号处理的示意电路图。

图4a-图4c是示出了分别由图3a-图3c的电路产生的处理信号的图。

具体实施方式

现在参照附图，其中所述示图仅出于说明本公开的实施方式的目的而不是出于限制本公开的实施方式的目的，图1示出了根据本公开的润滑系统，其包括润滑泵10，润滑泵10通过供应线(feedlines)14连接到第一和第二润滑剂注射器(injectors)12。润滑剂注射器12中的每一者具有四个端口，这些端口中的每一者通过供给线(supplyline)20连接到轴承18的润滑点16。如图2所示，供给线20中的每一者连接到轴承壳体(/轴承座)24中的第一通道(passageway)22，其(/该第一通道22)与轴承外圈28中的第二通道26流体连通，使得润滑剂通过第一通道22和第二通道26移动(/运动)到达轴承18的内部32中的滚动元件30。

以已知的方式，润滑泵10向润滑剂注射器12提供润滑剂(诸如脂)，润滑剂注射器12中的每一者(均)包括用于将精确量的脂分配到润滑点16的计量阀(未示出)。润滑剂被以传统的方式分配到润滑点16。

如本文所使用的，意在使一定量的润滑剂运动到轴承的磨损或接触表面的行为(action)在本文中被称为“润滑操作”。如果润滑操作导致必要量的润滑剂到达轴承(的)磨损表面，则它被认为是成功的操作；如果润滑操作未导致必要量的润滑剂到达轴承磨损表面，则认为是失败的操作。

润滑操作可以包括打开润滑剂注射器12中的一者中的阀或增大压力，在正常情况下，压力将使润滑剂朝向轴承18中的一者的内部32运动。在具有用于使润滑剂运动到润滑点的单个泵的系统中，润滑操作可以包括操作泵。当润滑操作成功时，已知量的润滑剂到达轴承(的)磨损表面，即，需要润滑的相互接触表面。然而，各种状况都可能会导致润滑操作失败。这些(状况)包括供给线20中的一者断开(break)，或者，润滑剂的粘度过高，使得例如打开润滑剂注射器12中的阀并不会导致足够量的润滑剂运动到磨损表面。还可能的是，润滑剂将进入轴承壳体24，然后在壳体的一侧积聚，而不到达需要润滑的轴承表面。这些润滑操作失败中的任何一者都将会使轴承润滑不足并可能导致轴承的过早故障(prematurefailure)。

为了更好地检测失败的润滑操作和/或确认成功的润滑操作，本公开包括传感器34，传感器34连接到轴承18中的每一者。传感器34可以是专门出于检测润滑失败的目的而被设置；然而，更经常的是，传感器34出于其它原因而被设置，因此已经在轴承润滑系统中存在。示意性地示出的这些传感器34可以检测轴承的一个或多个状况，包括轴承温度、轴承速度和/或处理的轴承加速度信号，诸如包络加速度或包络峰值保持(env3峰值保持)信号。在该情况(context)下，应当注意的是“加速度”表示轴承振动，而不是轴承的转速的变化。一个传感器34可以检测这些状况中的多个状况，或者可以设置单独的传感器34用于感测这些状况中的每一者。传感器34产生指示(/表示)被测量的一个或多个状况的输出信号，这些信号通过(over)第一输出线38被传输到控制器36。控制器36可包括微处理器、专用集成电路(asic)、集成电路(ic)、片上系统(soc)、可编程逻辑元件或包括了微处理器的现场可编程门阵列(fgpa)。代替第一输出线38的是，信号可以从传感器34无线地发送到控制器36，这不超出本公开的范围。

本发明人已经发现，可以通过寻找速度、温度和加速度信号中的一个或多个中的某些型式的变化来检测成功的润滑操作。这是因为在润滑剂到达轴承的接触或磨损表面的时刻之后不久(shortlyafterthetime)，轴承速度有瞬时下降(transientdrop)以及加速度包络水平(/电平)(level)有瞬时下降。轴承温度也将有瞬时变化，其方向取决于轴承的润滑状况。发生轴承速度和加速度的瞬时变化是因为进入滚道的新润滑剂(通常为脂)增大了摩擦，这能够使轴承速度降低。额外的脂的主体(body)还会使振动衰减(damps)，从而造成包络加速度水平(/电平)降低。关于温度瞬变(transients)，如果轴承被充分润滑，则添加额外的润滑剂将(因摩擦增大而)导致轴承温度瞬时升高，直到脂被均匀地涂抹(smearedout)为止。另一方面，如果轴承润滑不充分，则当冷的脂到达比正常热的轴承时，新剂量的脂可能导致温度瞬时降低。因此，根据本公开，可以由提供了润滑操作已失败或成功的强烈指示的温度和/或速度和/或加速度信号提取信息。具体地说，例如，当在速度、温度和加速度信号中同时或在大致相同的时间(彼此在大约30秒内)检测到瞬变时，这些瞬变提供了已经发生成功的润滑操作的强烈指示(strongindication)。

温度、速度和加速度信号出于各种原因随时间而变化，并且这些变化中的大多数与润滑操作无关。然而，这些信号中的某些瞬变(即，足够快地发生的在一个方向上然后在另一个方向上的某些变化)指示润滑操作。由于这些信号中的一个或多个信号的变化率是显著的，因此本公开考虑一个或多个适当处理的测量信号的二阶导数(secondderivatives)。这在下面更详细地讨论。然而，即使没有具体(/专门)计算出测量信号的二阶导数，指示(出)测量信号中的瞬变的任何信号(即，指示出测量信号在一个方向上然后在另一个方向上变化得多快的信号)根据本公开也被认为是“指示测量信号的二阶导数的信号”。

重要的是，传统的控制器使用各传感器的输出来监测轴承工作和寻找可能指示轴承损坏或轴承润滑不足(underlubrication)的状况。例如，如果轴承温度传感器检测到轴承温度已经增大到高于给定阈值，则这可能表示(/指示)摩擦正在增大并且轴承未被充分润滑。类似地，轴承加速度传感器可以检测到增大的振动，这指示(出)轴承损坏，例如，由润滑不足引起。然而，这些检测方法的问题在于它们检测的是由轴承润滑不足而引起的损坏，而不是由自身润滑不足而引起的损坏。也就是说，等到润滑不足已造成温度或振动增大时，可能(早就)已经发生轴承的损坏了。

本公开的控制器36被构造成在对轴承发生损坏之前确定(出)给定的润滑操作是否(已)成功和/或失败。这是通过处理来自传感器34的轴承温度信号和/或轴承速度信号和/或轴承加速度信号来实现的，这如图3a-图3c示意性地示出。在所公开的实施方式中，信号以每秒一个采样被测量，瞬变需要几分钟。因此，使用4阶巴特沃斯滤波器40(40a、40b、40c)将信号滤波到原始采样率的1/60，以便改善信号的信噪比。为了记录信号的瞬变或加速度，通过二阶导数电路41(41a、41b、41c)获得二阶导数，通过整流电路42(42a、42b、42c)对该信号进行整流(rectified)并通过第二低通滤波器43(43a、43b、43c)(进行)滤波。还可以使用本领域已知的二阶高通滤波器和其它瞬变检测方法。

为了能够相对于(against)设定阈值评价信号，信号被(包括了整流电路42和第二低通滤波器43的)包络电路包络(enveloped)，从而产生瞬变的绝对电平(/水平)。通过取信号的绝对值(abs)和对输出进行低通滤波，确定出瞬变的包络(envelope)。

加速度env3峰值保持涉及(involves)包络信号处理，其与前面提到的包络电路不同。包络信号处理是两阶段的过程。第一过程涉及使用以高频能量的区域为中心的带通滤波器对时域信号进行带通滤波。过滤过程产生一系列能量的尖峰脉冲(spikyburstsofenergy)，在加速度信号的情况下，这是来自在轴承旋转时滚动元件撞击缺陷的影响(impacts)。该过程的第二阶段是使该经过滤波的时间信号通过包络器(enveloper)，以便提取能量的尖峰脉冲的重复率。包络器是一个解调或整流信号的电子电路。所提取的是这些尖峰信号的重复率。如果然后采用该包络信号的fft(快速傅里叶变换)频谱，则其显示轴承特征频率及其谐波。

控制器36还通过(on)第二输出线49从润滑剂注射器12接收润滑操作信号，即，指示润滑操作已经发生的信号。在图中示出了仅一个润滑剂注射器12和一个传感器34被连接到控制器36；然而，应当理解的是，所有传感器34和所有润滑注射器12可以被连接到控制器36，控制器36可以被构造成提供与各润滑点16的润滑操作已成功或失败有关的指示。

该信号处理的结果在图4a-图4c中示出，这些图还包括竖直线46、48、50和52，这些竖直线示出了基于通过第二输出线49接收的信号已发生第一、第二、第三和第四润滑操作(的时间)。后缀“a”、“b”和“c”被添加到附图标记46、48、50和52，以指代这些图中的单个图中的线。下面结合图4a-图4c讨论所公开的润滑系统的操作。

图4a示出了通过图3a所示的电路处理的轴承速度信号。x轴表示时间，y轴表示处理的速度信号的振幅。图4a中y轴上的单位(units)的范围从0到0.04；然而，所使用的单位不是特别重要-只有必须超过以便指示润滑操作成功的阈值才是重要的。在本示例中，必须超过以指示润滑操作成功的阈值将被假定(assumed)为0.01；通过观察对给定轴承的润滑操作的典型速度响应，可以凭经验建立特定轴承或特定型式的轴承的精确的阈值。图4b的指示润滑操作成功的处理的温度信号的阈值将被假定为3，处理的包络加速度信号的阈值将被假定为2。

如将从图4a理解的是，润滑操作在时间t1处(如线46a所示)发生，在润滑操作之后，在给定时间内(例如5分钟)发生了处理的速度信号的瞬变。类似的瞬变在线52a之后的时间t6处观察到，所述线52a表示另一润滑操作。因此可以合理地假定润滑操作引起温度瞬变并且润滑操作成功。然而，如图4a中的线48a所示，在时间t3处发生的润滑操作之后的温度瞬变未达到0.01的阈值。因此，尽管温度瞬变能够提供与润滑操作的成功或失败有关的有用信息，但是通过寻找多于处理信号中的一个处理信号中的瞬变能够得到额外的置信度(confidence)。

图4b示出了在线46b、48b和52b之后的时间t1、t3和t6处发生的(被/经过)处理的温度信号中的瞬变。然而，在时间t2处的另一瞬变(由附图标记54标识)与润滑操作没有关联。因此，单独(alone)考虑处理的温度信号也提供了与润滑操作的成功或失败有关的有用信息，但是通过寻找多个(被/经过)处理信号中的瞬变能够得到更可靠的信息。

最后，图4c示出了(被/经过)处理的加速度包络信号中的瞬变。这里，在线46c、48c和52c之后检测到瞬变，确认了在时间t1、t3和t6处由线46c、48c和52c表示的润滑操作成功地移动润滑剂与轴承磨损表面接触。

在时间t5处未发生润滑操作；然而，线50a、50b和50c被添加到数据中以提供在润滑操作失败的情况下(例如，如果在通向轴承18的供给线中发生断开)将观察到的情况的示例。在这种情况下，控制器36将在时间t5处接收润滑操作信号并监测处理的速度信号、处理的温度信号和处理的加速度包络信号中的一个或多个以寻找瞬变。当例如在5分钟之后没有观察到超过预定阈值的瞬变时，控制器36将产生输出信号以指示润滑失败。根据所需的置信度的水平(level)，还可以仅在检测到两次、三次或另外数量的失败的润滑操作后(才)输出润滑失败信号。该失败信号例如可以包括报警或照明的警报灯或在与被监测的系统相关联的显示屏上的警告。

优选的是，将在寻找处理的温度、速度和加速度包络信号中的瞬变之后进行与给定的润滑操作的成功或失败有关的确定。这将在例如已经出于其它原因提供了温度、速度和包络加速度传感器的系统中完成。然而，在给定的轴承系统仅提供一个或两个相关传感器的情况下，本方法也可以用一个或两个这样的信号来实施，尽管每个润滑操作失败被检测到，但置信度的水平稍微较低。

类似地，即使在给定的润滑系统提供了温度、速度和加速度信号的情况下，也可以使用同时(或大致同时，例如彼此在大约30秒内)检测到瞬变的这些信号的数量来提供润滑事件已成功的置信度的水平。例如，如果仅在温度信号中检测到瞬变，则这可以提供润滑操作成功的建议。然而，如果在速度和/或加速度信号中在大致同时不发生瞬变，则这可能指示(/表示)温度瞬变与润滑操作成功无关。当在三个信号中的两个信号中在大致同时检测到瞬变时，这提供了已发生了成功的润滑操作的更强的指示。润滑操作成功的最强指示由在所有三个信号中大致同时检测到瞬变来提供。因此，可能希望(desirable)的是，在每次润滑操作之后仅发生一个瞬变时，提供警告信号以指示可能润滑操作失败；以及，在每次润滑操作之后没有瞬变发生时，提供报警信号以指示有高度可能性的润滑操作失败。还可以提供计数器以对在润滑事件之后检测到仅一个或仅两个大致同时的瞬变的次数保持追踪。

注意，在时间t4处，在所有三个处理的信号中发生了瞬变。发明人认为，在时间t4处产生的信号表示润滑雪崩(avalanche)状况(类似事件还可能在时间t2处发生)。当润滑剂在轴承座内部的远离轴承表面的位置处建立(buildsup)并稍后自由散开(breaksfree)时，发生润滑雪崩。当在润滑操作之后的多于5分钟的时间处发生这种事件时，它不会影响所公开的检测润滑操作失败的方法。如果在润滑操作的五分钟内巧合地(coincidently)发生了润滑雪崩，则这可能是由新润滑剂的注入而引起的，并且也不会提供误报(falsepositive)(因为润滑剂已到达轴承磨损表面)。

根据特定的(certain)实施需求，本发明的示例性实施方式(诸如控制器36)可以以硬件和/或软件实施。所述实施可以使用数字存储介质来执行，例如rom、ram、prom、eprom、eeprom或闪存，其中存储有电可读的控制信号，所述信号与可编程硬件组成部件交互(interact)或能够与可编程硬件组成部件交互，使得执行对应的方法。

因此，数字存储介质可以是机器或计算机可读的。因而一些示例性实施方式包括数据载体(datacarrier)或非暂时性计算机可读介质，其包括电可读的控制信号，所述电可读的控制信号能够与可编程计算机系统或可编程硬件组成部件交互，使得执行本文描述的方法之一。因此，一示例性实施方式是数据载体(或数字存储介质或非暂时性计算机可读介质)，其上记录有用于执行本文描述的方法之一的程序。

通常，本教导的示例性实施方式可以被实施为程序、固件、计算机程序或包括了程序的计算机程序产品或者被实施为数据，其中如果程序在处理器(例如，微处理器)或其它可编程硬件组成部件上运行，则程序代码或数据可操作用于执行所述方法之一。程序代码或数据例如还可以存储在机器可读载体或数据载体上。程序代码或数据尤其可以是源代码、机器代码、字节代码或其它中间代码。

根据示例性实施方式，程序可以在其执行期间实施这些方法之一，例如，使得程序读取存储位置或将一个或多个数据元素写入这些存储位置，其中，在晶体管结构中、放大器结构中、或在其它电气、光学、磁性组成部件或基于其它功能原理的组成部件中引发切换操作或其它操作。相应地，可以通过读取存储位置来捕获(captured)、确定或测量数据、值、传感器值或其它程序信息。因此通过读取一个或多个存储位置，程序能够捕获、确定或测量大小(size)、值、变量和其它信息；以及通过写入一个或多个存储位置来造成、引发或执行动作；以及控制其它装置、机器和组成部件，进而例如还使用显示器、投影仪等执行复杂的过程。

已依据一个或多个实施方式公开了本发明。在阅读了前述说明后，本领域普通技术人员将认识到对这些实施方式的添加和改进。意在所有这些修改和添加以它们落在所附的若干权利要求的范围内的程度形成本公开的一部分。