一种大型智能滚动体载荷采集系统及分析方法

本发明属于大型滚动轴承领域，具体涉及一种大型智能滚动体载荷采集系统及分析方法。

背景技术：

1、轴承是现代机械设备的一个重要组成部分，被称为“工业的关节”，广泛应用于各类旋转机械当中。大型滚动轴承应用于风力发电、盾构机等。然而由于其工作环境恶劣、工况复杂、不易拆卸检修等因素从而导致机械故障的发生。其轴承内部载荷的大小直接影响着滚动轴承的承载能力。尤其是在大型滚动轴承应用场景中，其载荷大小直接影响着轴承的承载能力、润滑、寿命和动态特性等，大型滚动轴承内部载荷是关系到轴承设计和应用的一个重要基础问题。因此，本发明针对大型三排圆柱滚动轴承，设计一种大型智能滚动体载荷采集分析系统来解决以上问题。

技术实现思路

1、为了克服以上不足，本发明提供一种大型智能滚动体载荷采集系统及分析方法,并对滚动体载荷分布进行计算分析，结合传统的故障诊断方法对大型三排圆柱滚动轴承进行实时监测，能够对轴承载荷分布异常进行初步分析预警，并将采集的轴承载荷信号打包发送至技术终端，为轴承设计以及故障诊断提供重要的参考意义。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种大型智能滚动体载荷采集系统，包括信号采集模块和数据处理中心，所述信号采集模块包括多个智能滚动体，所述智能滚动体为中空结构，该中空结构内设有信号采集单元、电源单元和无线传输单元，信号采集单元将采集到的数据信号通过无线传输单元传输到所述数据处理中心，所述数据处理中心用于将输出电压转化为滚子表面所承载的载荷。

4、进一步优化，所述信号采集单元为用于采集载荷数据的多组电阻应变片。

5、进一步优化，还包括用于评估滚动体运行姿态的姿态传感器。

6、进一步优化，所述多个智能滚动体均匀布设在轴承主推列。

7、进一步优化，其特征在于，所述滚动体的中空结构内壁嵌入传感器，用于测量滚动体内部应变，反演计算正常实心滚子的载荷情况。

8、采用一种大型智能滚动体载荷采集系统的分析方法，信号处理端将多个智能滚动体的电阻应变片阻值输出电压转化为载荷信号，每个滚动体通过无线传输模块将载荷数据传输到轴承外的数据处理中心，数据处理中心将三个智能滚动体载荷信号进行交互，通过数据处理中心端封装的深度学习算法对载荷信号进行采集分类处理，结合姿态传感器数据匹配，进而得到轴承内部滚道各个位置的载荷信息，通过无线传输单元输出到技术人员终端。

9、进一步优化，所述测量智能滚动体载荷时，应变片和智能滚动体的轴中心线夹角为±45°。

10、进一步优化，所述载荷信号的具体计算方式如以下公式：

11、

12、其中，q为滚动体与滚道之间的法相接触负荷，u0为电桥输出电压，ui为电桥输入电压，m为常数项系数，l为滚子的有效长度。

13、本发明的有益效果为：

14、1、信号采集模块包括多个智能滚动体，由于轴承在工作过程中受到负载多变的巨大载荷，滚子运动状态复杂，导致很难通过常规有限的方法去计算或监测滚道载荷分布情况，本发明设置在滚子内部设置中空的通孔，在空内壁嵌入信号采集单元测量内部应变，反演计算正常实心滚子的载荷情况，为了便于更加精确完整的采集信号，采用多个智能滚子置于轴承当中，多个滚动体采用固定间隔均布于整个轴承主推列；

15、2、所述应变片根据大型滚动体因为输入载荷而发生扭转，在测量滚动体载荷时，在滚动体中空内部沿轴中心线成±45°的方向上粘贴会产生最大的压缩或形变，本发明中每个智能滚动体使用多个电阻应变片组成全桥电路，电桥有相加和倍增等基本特性，电桥输出得到提升数倍的同时，灵敏度也提升相应的倍数。当滚子承载载荷时，中空内部会产生机械形变，电阻应变片也产生相应的形变量，因阻值的变化引起电桥的不平衡，从而引起整个电桥上出现变化，在电桥上的输出端出现与载荷成正比的电压信号，通过所设计的数据处理中心将模拟电压信号转化为载荷信号，结合姿态传感器可更加精确的匹配智能滚动体围绕轴承轴线公转以及围绕自身轴线自转过程中，滚动体在滚道中每个位置的载荷信息。

技术特征：

1.一种大型智能滚动体载荷采集系统，包括信号采集模块和数据处理中心，其特征在于，所述信号采集模块包括多个智能滚动体(7)，所述智能滚动体为中空结构，该中空结构内设有信号采集单元(3)、电源单元(4)和无线传输单元(2)，信号采集单元(3)将采集到的数据信号通过无线传输单元(2)传输到所述数据处理中心。

2.如权利要求1所述的一种大型智能滚动体载荷采集系统，其特征在于，所述信号采集单元(3)为用于采集载荷数据的多组电阻应变片。

3.如权利要求1所述的一种大型智能滚动体载荷采集系统，其特征在于，还包括用于评估滚动体运行姿态的姿态传感器(5)。

4.如权利要求1所述的一种大型智能滚动体载荷采集系统，其特征在于，所述多个智能滚动体(7)均匀布设在轴承主推列。

5.如权利要求1所述的一种大型智能滚动体载荷采集系统，其特征在于，其特征在于，所述智能滚动体(7)的中空结构内壁嵌入传感器，用于测量滚动体内部应变，反演计算滚子(1)的载荷情况。

6.采用如权利要求1所述一种大型智能滚动体载荷采集系统的分析方法，其特征在于，信号处理端将多个智能滚动体(7)的电阻应变片阻值输出电压转化为载荷信号，每个智能滚动体(7)通过无线传输单元(2)将载荷数据传输到轴承外的数据处理中心，数据处理中心将多个个智能滚动体(7)载荷信号进行交互，通过数据处理中心端封装的深度学算法对载荷信号进行采集分类处理，结合姿态传感器(5)数据匹配，进而得到轴承内部滚道各个位置的载荷信息，通过无线传输单元(2)输出到技术人员终端。

7.如权利要求6所述一种大型智能滚动体载荷采集系统的分析方法，其特征在于，所述测量智能滚动体(7)载荷时，应变片(6)和智能滚动体(7)的轴中心线夹角为±45°。

8.如权利要求6所述一种大型智能滚动体载荷采集系统的分析方法，其特征在于，所述载荷信号的具体计算方式如以下公式：

技术总结
一种大型智能滚动体载荷采集系统，包括信号采集模块和数据处理中心，所述信号采集模块包括多个智能滚动体，所述智能滚动体为中空结构，该中空结构内设有信号采集单元、电源单元和无线传输单元，信号采集单元将采集到的数据信号通过无线传输单元传输到所述数据处理中心，所述数据处理中心用于将输出电压转化为滚子表面所承载的载荷。本发明对滚动体载荷分布进行计算分析，结合传统的故障诊断方法对大型三排圆柱滚动轴承进行实时监测，能够对轴承载荷分布异常进行初步分析预警，并将采集的轴承载荷信号打包发送至技术终端，为轴承设计以及故障诊断提供重要的参考意义。

技术研发人员：仲志丹,张志辉,谢兴会,何奎,杨遨宇,李云峰,杨芳
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13