一種基於壓電泵的軸承雙模式自動潤滑裝置的製作方法
2023-12-09 10:24:01
專利名稱：一種基於壓電泵的軸承雙模式自動潤滑裝置的製作方法
—種基於壓電泵的軸承雙模式自動潤滑裝置技術領域
本發明屬於軸承潤滑領域，特別是涉及一種由壓電泵驅動且具有人機界面自設定 潤滑及傳感器數據融合監測故障潤滑兩種工作模式的軸承自動潤滑裝置。
背景技術：
隨著動力機械向高速化和大型化的發展,對軸承的承載能力、使用條件、傳動效 率、可靠性、使用壽命等都提出了更高的要求，合理潤滑是關鍵措施之一。目前，用於軸承自 動潤滑的裝置中，多採用電動機加減速器的方式進行潤滑液的吸取和排出。如專利「一種軸 承自動潤滑系統和方法」(CN200810032527. 7)利用PLC控制多個現場補油機，實現了軸承 的自動潤滑，此套裝置包括的補油機正是由電動機和減速器構成的油泵所構成的，該裝置 體積大，無法滿足儀器裝置小型化、高可靠性、高精度的發展要求。
壓電泵是利用逆壓電效應原理製成的一種微小型流體輸送裝置，表現在對壓電泵 內的壓電振子施加交變激勵電壓時，由于振子會出現徑向的伸長或收縮從而產生往復振 動，形成的壓力差推進液體向前流動。該種泵體積小、能耗低、攜帶方便。發明內容
本發明的目的在於提供一種新型的軸承自動潤滑裝置，已解決目前已有軸承自動 潤滑裝置存在的潤滑精度及解析度低、注油決策單一不可靠、結構複雜、體積大等問題。本 發明由以下技術方案實現潤滑液的提取並向軸承的輸送過程由壓電泵完成，與之配套形 成的自動潤滑裝置包括壓電泵驅動電路、控制單元、顯示單元、按鍵、電池等，並可以將它 們集成在一個自動潤滑裝置內。此外，在裝置外部，設置有傳感器單元、潤滑液輸入及送出 連接管等。進一步，所述壓電泵由薄片型壓電振子和兩個單向閥構成，利用壓電振子的彎曲 振動形成容積變化形成潤滑液單向流動。由於壓電振子較薄且彎曲形變量小，所以壓電泵 體積小、能耗低，適於微流量驅動場合。
進一步，所述控制單元採用自帶AD採樣及實時時鐘的STM32F103RBT6，可根據程 序向壓電驅動電路發送工作命令，控制其工作開始和停止的時間。
進一步，所述壓電泵驅動電路採用基於電感的boost升壓電路和H橋電路形成高 壓交變驅動電源(如圖5所示)，並有接口與控制單元相連，實現開關控制、驅動峰峰值電壓 調整控制及驅動電源頻率調整控制。
進一步，所述顯示單元採用OLED顯示器，以進一步降低整機功耗。
進一步，所述傳感器單元由兩個溫度傳感器和一個加速度傳感器構成，其中溫度 傳感器I採用填埋式熱電阻Cu50，由注油口伸入並與軸承座固定安裝；溫度傳感器2採 用數字溫度傳感器DS18B20，安裝在集成電路板上，用於測量環境溫度；加速度傳感器採用 MMA7660,固定安裝於軸承表面。
進一步，上述Cu50採用三線制接入，配有正反饋校正電路。
該裝置具有兩種工作模式，即人機界面自設定潤滑方式和傳感器數據融合方法監測故障潤滑方式，既可以通過按鍵與OLED顯示器共同構成的人機操作界面，設定修改潤滑 操作時間、注入量等數據信息，並依據新設定信息，對壓電驅動電路實施控制；也能自動地 依據數據融合方法，基於三傳感器測量數據及在微處理器程序中設定的門限和權值，決策 和判斷軸承的潤滑故障信息，自動發出補充潤滑命令，防止單傳感器信息誤判造成軸承浸 油過多。
上述兩種工作方式中的參數，如潤滑操作時間、注入量、傳感器數據門限及權值等 信息還可以通過USB接口與PC機相連，針對不同類型的軸承提前進行相應的參數設定。
本發明的軸承自動潤滑裝置由於採用上述技術方案，不僅克服了現有技術存在的 缺點，並且具有以下優點
1、本發明的軸承自動潤滑裝置採用壓電泵作為潤滑液的精確流體輸送元件，代替 電動機與減速器組成潤滑液流體輸送元件，整個裝置的泵送裝置結構大為簡化，體積減小， 能耗更低；
2、本發明的軸承自動潤滑裝置具有兩種工作模式，並自動進行模式間的轉換，既 能保證定期保養潤滑，又能及時故障補充潤滑；
3、本發明的軸承自動潤滑裝置控制單元採用的主控晶片為ARM處理器，自帶AD採 樣、實時時鐘、USB接口及其他豐富的I/O接口，且具有睡眠及自喚醒功能，可以保證較低的 能耗控制，同時使電路結構簡單，電路板所佔空間小；
4、本發明的軸承自動潤滑裝置的壓電驅動電路由基於電感的boost升壓電路和H 橋電路兩部分構成，並將它們集成於表貼封裝內，體積小，能耗低；
5、本發明的軸承自動潤滑裝置的故障決策採用了傳感器組數據融合方式，可以有 效防止單傳感器信息誤判造成軸承浸油過多的問題。
圖1是本發明的結構框圖2是本發明的整體結構圖3是本發明的俯視剖面圖4是本發明壓電泵的工作原理示意圖5是本發明壓電泵驅動電源的工作原理圖6是本發明的主控單元電路；
圖7是本發明的供電電源電路；
圖8是本發明的按鍵、顯示、指示燈、USB連線電路；
圖9是本發明的OLED屏驅動電路；
圖10是本發明的溫度傳感器I信號調理電路；
圖11是本發明的溫度傳感器2與MCU的連接電路；
圖12是本發明的加速度傳感器與MCU的連接電路；
1-軸承座，2-溫度傳感器I，3-加速度傳感器，4-自動潤滑裝置，5-0LED顯示器， 6-按鍵，7-注油口，8-油管，9-刻度視窗，10-儲油罐，11-濾網，12-控制電路板，13-壓電 泵，14-出油管，15-進油管，16-泵腔1，17-連接腔，18-泵腔具體實施方式
以下結合附圖，對本發明的技術方案作具體說明。
參照圖2，自動潤滑裝置4具有人機界面自設定潤滑工作模式(1).通過按鍵6手動設定潤滑操作時間、注入量等信息，並在OLED顯示器5上顯示操作過程；(2).當傳感器2、3及控制電路板12上的另一溫度傳感器檢測信息並評估未有超限提示時，整套潤滑裝置 4按設定信息，對壓電泵13實施驅動控制，注油潤滑；(3).當未進行手動設定操作時，潤滑裝置4按系統默認信息注油潤滑。
一種依據傳感器數據融合處理的潤滑工作模式(1).每IOOms採集兩個溫度傳感器和一個加速度傳感器的數據tl、t2、ax、ay、az ； (2).數據融合公式如下
權利要求
1.一種基於壓電泵的軸承自動潤滑裝置，其特徵在於由壓電泵(13)完成自動潤滑過程，有人機界面自設定潤滑及傳感器數據融合方法監測故障潤滑兩種工作模式，整個裝置是由壓電泵(13)、儲油罐(10)、電池、壓電驅動電路及微處理器配合實現，並可以集成為一種自動潤滑裝置；其中電池為微處理器和壓電驅動電路提供電力；壓電驅動電路為壓電泵提供交變電壓信號，驅動其工作；儲油罐(10)為上端可密閉用於存放潤滑油，有導接管與壓電泵輸入端(15)相連。
2.根據權利要求1所述的壓電泵(10)作為潤滑液的驅動裝置。壓電泵是利用逆壓電效應原理製成的一種微小型流體輸送裝置，表現在對壓電泵內的壓電振子施加交變激勵電壓時，由于振子會出現徑向的伸長或收縮從而產生往復振動，形成的壓力差推進液體向前流動。
3.根據權利要求1所述的一種具有人機界面自設定潤滑方式的壓電泵軸承自動潤滑裝置，其特徵在於按鍵(6)與OLED顯示器(5)共同構成人機操作界面，微處理器根據按鍵(6)設定修改潤滑操作時間、注入量等數據信息，並依據新設定信息，對壓電驅動電路實施控制。
4.根據權利要求1所述的一種具有傳感器數據融合方法監測故障潤滑模式的壓電泵軸承自動潤滑裝置，其特徵在於由兩個溫度傳感器和一個加速度傳感器(3)構成傳感器組，其中溫度傳感器(2)採用填埋式熱電阻Cu50，由注油口(7)伸入並與軸承座(I)固定安裝；另一溫度傳感器採用數字溫度傳感器DS18B20，安裝在集成電路板(12)上，用於測量環境溫度；加速度傳感器(3)採用MMA7660，固定安裝於軸承表面。
5.根據權利要求1所述的微處理器為自帶AD採樣及實時時鐘的STM32單片機，可根據程序向壓電驅動電路發送工作命令，控制其工作開始和停止的時間。
6.根據權利要求3所述的Cu50採用三線制接入，配有正反饋校正電路。
7.根據權利要求3所述的數據融合方法基於三傳感器測量數據，在微處理器程序中設定不同的門限和權值，從而為軸承的潤滑故障判斷提供決策信息，自動發出補充潤滑命令，防止單傳感器信息誤判造成軸承浸油過多。
全文摘要
本發明屬於軸承潤滑領域，涉及一種基於壓電泵的軸承自動潤滑裝置，其特徵是，由壓電泵完成潤滑液的輸送，具有人機界面自設定潤滑及傳感器數據融合方法監測故障潤滑兩種工作模式。整個裝置由壓電泵、儲油罐及傳感器組、壓電驅動電路、微處理器、顯示器、按鍵、電池等組合而成。本發明一方面可以通過人機界面，用戶自行設定潤滑液注入時間、頻率及注入量等；還可通過監測三傳感器信號，使用數據融合方法判別軸承潤滑的故障狀態，自動完成潤滑液補充操作。這種裝置優點是能耗低，電池供電；體積小，移動方便；可定時、定量自動注潤滑液；亦可監測軸承故障潤滑狀態，自動補充注液。可廣泛用於滾動及滑動軸承結構，提高軸承潤滑的可靠性和便利性。
文檔編號F16N7/38GK103016933SQ20121050963
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者李新波, 張涵, 朱英焙, 龍小波, 劉國君, 吳越, 楊志剛 申請人:吉林大學