一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法及系统与流程

本发明涉及卷筒轴系领域，特别是一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法及系统。

背景技术：

1、大型卷筒轴系由卷筒、卷筒轴、换向齿轮箱和大型联轴器等构成，卷筒轴通过大型联轴器与卷筒和换向齿轮箱相固连，整体形成一个封闭的轴系结构系统。因所有卷筒均被卷筒轴相连形成封闭结构，故如此大型卷筒轴系系统能尽可能的保证轴系旋转同步，使得其中所有卷筒的动作保持一致。

2、但由于诸如换向齿轮箱的传递误差、不同卷筒间的受力不均等因素，本大型卷筒轴系中各个部件之间的运动不可避免的会发生不同步情况，将产生周向的微小位置差。此时，便依靠连接在各个卷筒之间的卷筒轴自身产生扭转变形，抵消卷筒之间不同步而产生的微小周向位置差，使卷筒之间互相不发生相对转动，从而保持整个大型卷筒轴系的同步运转。在此过程中，卷筒轴的自身刚性对扭转变形和由变形产生的扭矩差进行抗衡，因此必须对卷筒轴系之中的卷筒轴进行状态监测，实时监测其内部所承受的转矩与产生的扭转变形，避免出现因受力过载而发生塑性变形的危险，进而构建卷筒轴系结构适用的预警系统。目前现有技术对于大型卷筒轴系结构的状态监测为离线测试，存在以下不足：(1)测试时需要人工测量，测量时人员、设备、测试方法的不统一会产生系统误差，且人工测试精度不高、周期长，影响测试结果的准确和卷筒轴系结构的正常运行；

3、(2)不能实时在线监测卷筒轴系之中的卷筒轴内部扭矩变化与结构变形，且不能对测试结果进行深度分析，不利于卷筒轴系结构的安全可靠运行；

4、(3)测试覆盖性不全、可靠性低。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有的监测方法中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的问题在于如何解决现监测方法覆盖性不全面，安全可靠性低的现象。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法，其包括，

5、在轴系上布置高精度测量敏感单元，采集卷筒轴转动时所产生的扭转变形与所承受转矩的物理信息，物理信息以电信号的方式传输至信号转换与传输单元将电信号转化为数字信号，并通过感应线圈传输至数字信号接收器；

6、所述数字信号接收器不仅可以接收数字信号，还可以与感应线圈之间进行感应电能耦合交换，电能可经过数字信号接收器进行发射并由感应线圈进行接收，进而向高精度测量敏感单元供电，保证其正常工作；

7、数字信号接收器将所收到的数字信号传输至信号处理单元，信号处理单元将数字信号处理成电流模拟信号，并发送至预警单元；

8、预警单元通过比对的方法判断是否进行预警。

9、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：所述高精度测量敏感单元包括，应力-应变传感器与信号放大器；

10、所述信号转换与传输单元包括，脉冲编码调制模块、感应线圈和数字信号接收器。

11、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：调制解调模块：可将数字信号调制解调为所需要的4～20ma电流模拟信号；

12、电流隔离模块：可以对电流模拟信号进行抗干扰保护。

13、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：所述预警单元包括，plc系统和工控机。

14、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：所述plc系统包括，依据短卷筒轴、长卷筒轴、换向齿轮箱轴头和卷筒轴头的尺寸参数，进行三维构建，形成结构表征模型，随后利用cae技术，以三维结构模型为基础，进行模拟分析与受力仿真，确定在一定受力工况下的结构材料应力与变形量，通过将不同受力工况下的材料应力和结构变形量与材料容许极限应力和变形量容许值相对比，可反推获得在材料容许极限应力和变形量容许值下的受力工况，即大型卷筒轴系结构的安全极限，并将此安全极限直接或乘以一定安全系数以此作为卷筒轴系的预警限值。

15、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：所述比对的方法包括，

16、对所得到的物理信息进行计算，将所计算出的扭矩与400knm对比，若小于400knm则正常输出，若大于400knm则启动自检系统，检测是否出现计算错误或信号传输时发生信息丢失的现象，若未出现则进行预警，若出现则重新进行上述步骤计算出新的扭矩值与400knm进行对比，大于则预警，小于则正常输出。

17、作为本发明所述一种适用于大型卷筒轴系结构的预警方法的一种优选方案，其中：所述对所得到的物理信息进行计算包括，

18、当测点产生的转矩与轴向力产生的转矩相反时，扭矩计算公式为：

19、

20、其中f测为测点的力，m为模数，z为齿数，x为测点到受力点的距离，s为测点到相距最远轴头的距离，β为分度圆螺旋角，αn为法向压力角；

21、当测点产生的转矩与轴向力产生的转矩相同时，扭矩计算公式为：

22、

23、其中f测为测点的力，m为模数，z为齿数，x为测点到受力点的距离，s为测点到相距最远轴头的距离，β为分度圆螺旋角，αn为法向压力角。

24、鉴于现有的监测方法中存在的问题，提出了本发明，因此，本发明所要解决的问题在于如何解决现监测方法覆盖性不全面，安全可靠性低的现象。

25、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于大型卷筒轴系结构的预警的系统，其包括，

26、测量敏感单元：通过应力-应变传感器采集物理信息，并通过信号放大器将电信号放大；

27、信号转换与传输单元：将电信号转化为数字信号并通过感应线圈传输至数字信号接收器；

28、信号处理单元：通过调制解调模块与电流隔离模块将数字信号转换为电流模拟信号；

29、预警单元：对所得到物理信息进行计算，判断是否进行预警。

30、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

31、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

32、本发明有益效果为：

33、1.本发明所构建大型卷筒轴系结构适用的预警系统，在状态监测阶段，与现有常见的监测时使用的集流环形式、变压器耦合式或射频测量形式相比，具有无背景噪声、实现简单制造工艺要求较低、容许振动和摩擦碰撞、不破坏现有卷筒轴系结构等多种优点。

34、2.本发明其测试精度高，应变传感器分辨率可达0.2με，整体测量精度1.25％fs，且无时滞，结合精确仿真计算得到的预警限值，可实时对卷筒轴系健康状态进行监测并在可能发生的危险工况下发出预警，保证了使用安全，进而可指导以卷筒轴系为基础的整体机械系统运行。