自润滑关节轴承运行状态监测装置及在线监测系统的制作方法

本发明涉及一种自润滑关节轴承运行状态监测装置。涉及G01测量；测试G01M机器或结构部件的静或动平衡的测试；其他类目中不包括的结构部件或设备的测试G01M13/00机械部件的测试G01M13/04轴承的测试。

背景技术：

自润滑关节轴承以其承载能力高、摩擦阻力小、工作寿命长、可承受偏载、可自动纠偏、适应性强等优良性能，受到工程界的广泛重视。

目前此类轴承在水工闸门上的应用日益普遍，象平板门、闸门支铰、液压起闭机等。当闸门关闭处于挡水状态，轴承工作环境为潮湿的大气，当闸门开启时轴承在水下工作。也有的支铰一直在水上潮湿空气中，钢套圈锈蚀严重。轴承内外圈之间容易发生抱死、异响等故障，主要原因之一是轴承密封不好，水及泥沙进入轴承滑动表面；另一个原因是钢套圈锈蚀严重。

虽然现有关节轴表面均有诸如镀铬等的防腐蚀保护层，但是长期在水中或潮湿的空气中工作，表面镀铬层的防锈性能有限，水也会渗入镀层产生锈蚀。而且闸门工作频率不高，一般每年只会开启3-5次，在水闸关闭不运行时无法对轴承状态进行检测，而需要运行时一旦出现问题，后果即十分严重，无法解决。

而且由于自润滑关节轴承自身使用条件的限制，内部空间极为狭小，关键部分又不方便检测，无法布置传感器。

技术实现要素：

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种自润滑关节轴承运行状态监测装置，包括：

采集自润滑关节轴承内外圈相对运动距离的监测模块；

存储自润滑关节轴承连接结构参数的存储模块以及处理模块和输出模块；

闸门局部开启过程，即自润滑关节轴承运行时，所述的处理模块调取所述的连接结构参数，计算得出自润滑关节轴承的理论运行距离S；接收所述监测模块传输的实际滑动距离S1；

当S1≠S时，判定自润滑关节轴承存在运行故障，由输出模块输出结果。

更进一步的，所述处理模块判定运行故障的标准如下：

闸门开启和关闭全过程中，S＝S1，表明轴承工作正常，判定轴承内外圈之间相对位移正常；

轴承开启和关闭过程中，S1＝0或S1≠S，表明轴承工作异常，判定内圈和铰轴之间发生转动；

轴承开启过程中，S1≠S且关闭过程中S1＝0，表明轴承工作异常，判定轴承外圈与铰座之间发生转动。

更进一步的，所述的理论滑动距离S＝HR/L；

其中，L为闸门门叶距铰轴之间的长度，H为闸门局部开启高度，R为自润滑关节轴承球面半径。

作为一个优选的实施方式，所述的监测模块为电位检测模块，该模块包括分别设置在所述自润滑关节轴承相对运动部分的电阻体和电位刷；

轴承运动时，电位刷与电阻体的触点位置改变，即电位改变；所述处理单元根据电位改变值，计算出关节轴承所述的相对运动距离S1，与理论运动距离比较，判定当前轴承运行状态是否正常。

更进一步的，所述的电阻体为固定在关节轴承外圈端面或内圈的弧形片状电阻基板，该电阻基板的弧度与关节轴承所述外圈的弧度相同。

作为另一个优选的实施方式，所述的监测模块为拉绳传感器，拉绳传感器的钢丝一端固定在自润滑轴承内圈端面上，通过设置在轴承外圈上的滑轮组与轴承外部的传感器连接。

作为另一个优选的实施方式，所述的监测模块为电涡流位移传感器；该传感器固定在所述轴承外圈上，通过检测轴承内圈的标志物的移动，完成轴承内外圈的相对运动检测。

更进一步的，所述的标志位为设置在轴承内圈上等距离设置的沟槽；

运行过程中，当电涡流位移传感器检测到沟槽经过电涡流传感器时，发出脉冲信号。

作为另一个优选的实施方式，所述的监测模块为内窥镜；该内窥镜固定在所述轴承外圈上，通过检测轴承内圈的标志物的移动，完成轴承内外圈的相对运动检测；所述的标志位为设置在轴承内圈上等距离设置的沟槽；

运行过程中，当内窥镜实施向所述的处理单元传输采集的图像视频信号，所述的处理单元根据图像视频帧序列中沟槽位置的变化，计算得出关节抽成的实际滑动距离S1。

一种自润滑关节轴承运行状态在线监测系统，其特征在于包括：

多个如上述任意一项权利要求所述的监测装置；

采集所述监测装置传输的信号的数据采集单元；

监控端，显示所述的各监测装置上传的当前轴承的运行状态参数以及

云端服务器，收集所述监控端上传的数据，备份后分发至远程终端。

一种自润滑关节轴承运行状态在线监测系统，包括：多个如上述任意一项权利要求所述的监测装置；采集所述监测装置传输的信号的数据采集模块；监控端，显示所述的各监测装置上传的当前轴承的运行状态参数；云端服务器，收集所述监控端上传的数据，备份后分发至远程终端。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1监测模块的安装示意图

图2为图1的侧视图

图3为本发明实施例1监测模块(拉绳传感器)的安装示意图

图4为本发明实施例2和实施例3监测模块的安装示意图

图5为本发明监测装置的模块图

图6为本发明在线监控系统的模块图

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

实施例1，如图1、2和5所示，一种自润滑关节轴承运行状态监测装置，核心部件为获取轴承内外圈的实际相对运动距离的监测模块和根据监测数据和预存储数据判定轴承是否出现锈蚀抱死故障的处理模块。

由于轴承的工作环境特殊，常规的监测手段，无法深入水下高湿环境进行工作，故本实施例中的监测模块主要包括：固定在轴承内圈11上的电位器电刷14，电刷的根部设有电刷接线端141，以及设置在轴承外圈12上的电阻基板13，电阻基板的弧度与外圈的整体弧度一致，便于获得能够反映内外圈实际相对运动距离，在电阻基板的两端分别设置有接线端131。

一般状态下，电位器电刷14与所述的电阻基本13接触，在接线端131施加电压，电刷接线端141即可输出一个初始的电阻值或者电压值。

运动状态下，电位器电刷14沿电阻基板13运动，输出新的电阻值或者电压值，所述的处理模块比较两次接收的电阻值或者电压值，即可判定得出轴承内外圈的实际运动距离S1，比较S和S1，即可判定当前轴承的工作状态。

实施例2，如图3和5所示：一种自润滑关节轴承运行状态监测装置，通过检测轴承的内外圈的相对转动的幅度或者说距离，来判定轴承是否工作正常，是否出现常见的锈蚀抱死故障。

核心的部件为采集自润滑关节轴承内外圈相对运动距离的监测模块；在本实施例1中，通过拉绳传感器准确的测量内外圈相对运动距离之后与内外圈的理论相对运行距离进行比较。

如图1所示，常见的自润滑关节轴承的应用场景，包括铰座23、轴承、通过轴承连接的支铰22以及支臂21。拉绳传感器钢丝28的一端27固定在轴承内圈25的端面上，为了能够感知内外圈的相对运动，钢丝28通过设置在轴承外圈24上的滑轮组26连接拉绳传感器。

同时，为了能够计算内外圈的理论或者说正常的相对运动距离，监测装置内部还设有存储模块，具体应用时，由于存储的数据较少，而且基本均为定值。故可采用单片机等成熟运算单元内部的存储空间进行存储。通常的，主要存储闸门门叶距离铰轴的长度L，闸门局部开启高度H以及自润滑关节轴承球面半径R。

工作过程中，监测模块采集当前轴承的内外圈相对运动距离S1与理论运行距离S＝HR/L进行比较，结合闸门开启和关闭的过程，判定当前的轴承的工作状态。

闸门开启和关闭全过程中，S＝S1，表明轴承工作正常，判定轴承内外圈之间存在相对位移，否则判定轴承工作不正常。闸门开启和关闭全过程中，S＝S1，表明轴承工作正常，判定轴承内外圈之间相对位移正常；

轴承开启和关闭过程中，S1＝0或S1≠S，表明轴承工作异常，判定内圈和铰轴之间发生转动；

轴承开启过程中，S1≠S且关闭过程中S1＝0，表明轴承工作异常，判定轴承外圈与铰座之间发生转动。

实施例3，如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于采用的监测模块为电涡流位移传感器9，该传感器探头部分通常为圆柱形，在不影响轴承工作的前提下，从轴承外表面钻一通孔，该通孔贯穿整个轴承的外圈，所述的传感器探头部分即固定在该通孔中。

在轴承转动过程中，电涡流位移传感器9监控内圈的转动圆周距离，获得实施例1中的S1。

同时，为了方便传感器能够准确计数，在轴承内圈圆周或者部分弧度区域上加工有凹槽，便于传感器准确计数。

实施例4，如图4所示，本实施例与实施例2的区别在于，监测模块为内窥镜10，内窥镜的安装位置，可以安装在实施例2的所述通孔中。同样的，为了方便图像识别，在轴承内圈上也开有等距离的沟槽，在运行过程中，内窥镜作为图像采集单元，实时上传轴承内圈的运动图像给所述的处理模块，处理模块通过图形分析算法，即可得出轴承内圈相对于外圈的实际运动距离。对于算法部分，由于是精密仪器，可以通过实现标定，对比帧图片中沟槽位置的变化，即可计算得出运动距离，同时还可以获知运动速度，进而得到闸门局部开启的速度，方便进一步分析运动状态。

一种自润滑关节轴承运行状态在线监测系统，如图6所示，包括多个如实施例1/2和3所示的监测装置，用于监控水利设施的全部关节轴承的运行。作为优选的实施方式，可通过RS485总线连接各轴承上的监测模块，同样的，可设置数据采集模块对数据进行汇总和输出，输出至监控端，供现场监控人员实时监控。

还可设置远程/云端服务器，用于收集和存储不同地域水利设施的监控数据，汇总后可实时传输至远程终端比如手机等移动终端或者计算机等固定终端，供系统内的注册用户实时查询不同地域水利设施的轴承工作状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。