具有超載報警功能的迴轉支承的製作方法

2023-05-27 23:48:46 1

本發明涉及一種具有超載報警功能的迴轉支承。

背景技術：

迴轉支承是一種特大型軸承，通常內圈或者外圈帶有傳動齒，與驅動齒輪相嚙合以傳遞扭矩動力，但是在某些場合下亦可以不需要輪齒，而僅僅用於實現機械部件之間的相對旋轉運動，因此又被稱為轉盤軸承。由於迴轉支承特殊的機械結構，目前已經被廣泛地應用於工程機械、礦山機械、醫療機械以及其他需要實現相對迴轉運動的機械中，如挖掘機、起重機、挖泥船、隧道掘進機等，並且逐漸延伸發展到運輸機械、軍事裝備(坦克、雷達)、風機、旋轉娛樂設施等相關領域。

以起重機械設備為例，根據國家質量監督檢驗檢疫總局特種設備安全監察局的不完全統計，2007年全年特種設備安全事故256起，其中起重機械事故84起，大型遊樂設施事故4起，佔據全部事故的34.38％；2008年全年特種設備安全事故304起，其中起重機械事故80起，大型遊樂設施事故3起，佔據全部事故的27.3％；而截至到2010年年底，全國特種設備647.65萬臺，其中起重機械有150萬臺，大型遊樂設施1.58萬臺，事故發生率佔據全年事故的26.29％；近年來機械安全隱患更是屢見不鮮，這些機械事故造成了大量的人員傷亡、惡劣的社會影響以及重大的經濟損失，因此防範重大機械安全事故發生是公共安全的一項重要組成部分。

迴轉支承作為此類重大型機械設備完成相互旋轉運動的關鍵基礎部件，因此其生產質量及其工作運轉狀態良好與否直接關係到重大裝備和主機產品的工作性能及其可靠性。迴轉支承工作環境通常比較惡劣，工作頻率較高，具有重載低速的特點，可以同時承受較大的軸向、徑向負荷以及傾覆力矩，有時其運行過程還會受到較大衝擊載荷的作用，此外製造毛坯材料本身也會存在難以避免的初始缺陷，因此極易造成迴轉支承的損傷，並且在機械設計階段如果沒有全面考慮軸承的承載問題，以及人員操作不當，就會出現超載荷現象，引發滾動體碎裂、滾道產生裂紋甚至剝落損傷，影響迴轉支承的正常工作，導致重大的安全事故，並且迴轉支承的更換或維修耗時較長，維護不便，拆裝較難，且拆裝費用高，一旦發生故障損壞，造成設備停機，必然影響工程實施，造成巨大的損失。

鑑於以上所述，必須探尋出一種迴轉支承的超載檢測方法。

技術實現要素：

為解決上述迴轉支承超載報警問題，本發明的目的在於提出一種具有超載報警功能的迴轉支承，該具有超載報警功能的迴轉支承是一種內置傳感器的結構緊湊的迴轉支承，根據粘貼在迴轉支承內圈的應變片的阻值變化，間接測量迴轉支承的承載力，承載力越大，應變片的阻值變化越大，從而有效的判斷迴轉支承是否超載，可以在線監測迴轉支承的健康狀態，為迴轉支承的維護和檢修提供參考信息，避免突發故障，造成重大的經濟損失和人員傷亡，具有重要的經濟和社會價值

本發明的技術方案如下：

一種具有超載報警功能的迴轉支承，包括迴轉支承(7)，迴轉支承包括內圈(2)和外圈(1)，還包括第一數據採集模塊(4)、第二數據採集模塊(6)、第一應變片組(1)和第二應變片組(2)，所述第一應變片組(1)和第二應變片組(2)對稱粘貼在內圈(2)，兩應變片組角度相差180度；第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)安裝在內圈(2)，第一應變片組(1)和第二應變片組(2)的信號分別輸出通過第一電纜(8)和第二電纜(9)與第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)的電路相連，經過放大處理，再將放大信號輸出；當輸出的放大信號超過設定的預警值時，就觸發報警電路；根據粘貼在內圈(2)的第一應變片組(1)和第二應變片組(2)的阻值變化，間接測量迴轉支承的承載力，承載力越大，應變片的阻值變化越大，從而有效的判斷迴轉支承是否超載。

所述第一應變片組(1)和第二應變片組(2)分別包含工作應變片(A)和溫度補償應變片(B)，使迴轉支承可以在複雜工況下使用，減小監測誤差。

所述第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)均由運算放大電路，單片機，存儲器，A/D轉換電路，報警電路，LED顯示器組成，採集模塊與PC機通過串口相連，PC通過串口設置超載報警值，並保存在存儲器中。

將實時檢測的電壓值和設置的預警值比較，迴轉支承是否超載，當實時檢測的電壓值小於設置的預警值時，迴轉支承正常工作，反之則表示超載發生報警。

所述的運算放大電路包括檢測電橋、直流放大電路、低通濾波電路、峰值保持電路，檢測電橋包括兩個並聯的橋臂，一個橋臂包括依次串聯連接的工作應變片A和溫度補償應變片B，另一個橋臂包括依次串聯連接的電阻R1和電阻R2，兩個橋臂都與外部的激勵電源連接，工作應變片A、溫度補償應變片的B的公共端a和電阻R1、電阻R2的公共端b輸出檢測信號，當迴轉支承受力時，內圈發生變形，從而使應變片變形，應變片的阻值發生變化，導致檢測電橋輸出不平衡，檢測電橋輸出的檢測信號經過直流放大電路，由低通濾波電路濾除高頻信號，再經過峰值保持電路進行信號峰值的採樣保持，最後經過模數轉換器，將模擬信號換成數位訊號給單片機進行相關處理並得出相應的結果數據。

每應變片組貼在迴轉支承內圈中心處。由於該方案中的應變片單元是由若干均勻分布在迴轉支承內圈上的，因此即使重物對象施加在應變片單元上的力是徑向力，使得應變體上的力分布不均勻，也不會影響應變片單元的檢測精度，能夠提高應變片單元的檢測精度及穩定性。

電阻應變片包括基片，與基片相配合定位的覆蓋片，加載基片與覆蓋片之間的敏感器件以及與敏感器件相連接的引線。

應變片採用全橋差動電路，工作時將二個電阻應變片介入電橋的相鄰兩臂。電阻應變片在受力時產生的組織變化通常較小，所以講電阻應變片組成應變電橋，不僅可以消除線性誤差，而且還提高了電橋的輸出靈敏度，同時還有溫度補償的作用。

所述每片應變片組與對應的採集模塊的放大電路相連，採集模塊與迴轉支承內圈通過螺釘相連，採集模塊密封包裝，應變片與採集模塊通過航空接頭相連，具有密封的功能，使智能迴轉支承可以在複雜工況下使用，提高報警信號的穩定性。

採集模塊中包含單片機，放大電路，存儲器，A/D轉換電路，液晶顯示電路，報警電路。可以根據迴轉支承的使用狀況，設置報警值。

所述電纜一端通過航空接頭引出與採集模塊連接。航空接頭可以起到密封作用，採集模塊也採用密封包裝，適用於迴轉支承的複雜工況，提高超載報警的穩定性。

本發明的有益效果是

本發明的具有超載報警功能的迴轉支承將應變片有效的應用到迴轉支承中，並沒有破壞迴轉支承的結構尺寸，形成具有超載報警功能的智能迴轉支承，結構緊湊，裝配方便，自動化程度高。可以在線監測迴轉支承的健康狀態，為迴轉支承的維護和檢修提供可靠的參考依據。可以有效的延長迴轉支承的使用壽命，防止突發事件的發生，避免重大的經濟和社會效益損失。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖

圖2為本發明的應變片單元的安裝位置示意圖

圖3為本發明的檢測電路圖之一。

圖4為本發明的檢測電路圖之二。

圖5為本發明的採集模塊內部結構示意圖。

圖中附件說明：1為迴轉支承外圈，2位迴轉支承內圈，3為第一應變片組，5為第二應變片組，4第一數據採集模塊，6為第二數據採集模塊，7為迴轉支承，8為第一電纜，9為第二電纜。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明對進一步說明。

如圖1所示，一種具有超載報警功能的迴轉支承，包括迴轉支承(7)，迴轉支承包括內圈(2)、外圈(1)，還包括第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)，第一應變片組(1)和第二應變片組(2)。第一應變片組(1)和第二應變片組(2)對稱安裝，粘貼在內圈(2)，兩應變片組角度相差180度。第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)安裝在內圈(2)，第一應變片組(1)和第二應變片組(2)的信號分別輸出通過第一電纜(8)和第二電纜(9)與第一數據採集模塊(4)和第二數據採集模塊(6)的電路相連，經過放大處理，再將放大信號輸出。當輸出的放大信號超過設定的預警值時，就觸發報警電路。

如圖2所示，智能迴轉支承至少包含兩應變片組，兩應變片組對稱安裝，粘貼在內圈，一片作為工作片，一片作為溫度補償片。由於該方案中的應變片單元是由若干均勻分布在迴轉支承內圈上的，因此即使重物對象施加在應變片單元上的力是徑向力，使得應變體上的力分布不均勻，也不會影響應變片單元的檢測精度，能夠提高應變片單元的檢測精度及穩定性。採集模塊採用密封包裝，數據線一端穿過航空接頭導出與採集模塊連接。航空接頭可以起到密封作用，適用於迴轉支承的複雜工況，提高超載報警的穩定性與精度。

如圖3、圖4所示：所述的迴轉支承超載的檢測電路包括檢測電橋、直流放大電路、低通濾波電路、峰值保持電路，檢測電橋包括兩個並聯的橋臂，一個橋臂包括依次串聯連接的工作應變片A和溫度補償應變片B，另一個橋臂包括依次串聯連接的電阻R1和電阻R2，兩個橋臂都與外部的激勵電源連接，工作應變片A、溫度補償應變片的B的公共端a和電阻R1、電阻R2的公共端b輸出檢測信號，當迴轉支承受力時，內圈發生變形，從而使應變片變形，應變片的阻值發生變化，，導致檢測電橋輸出不平衡，檢測電橋輸出的檢測信號經過直流放大電路，由低通濾波電路濾除高頻信號，再經過峰值保持電路進行信號峰值的採樣保持，最後經過模數轉換器將模擬信號轉換成數位訊號給單片機進行相關處理並得出結果數據。

如圖4所示，採集模塊通過螺釘與迴轉支承內圈安裝，採集模塊中包含檢測電路，A/D轉換電路，液晶顯示電路，報警電路。可以根據迴轉支承的使用狀況，通過串口設置報警值。

所述電纜一端通過航空接頭引出與採集模塊連接。航空接頭可以起到密封作用，採集模塊也採用密封包裝，適用於迴轉支承的複雜工況，提高超載報警的穩定性。

本發明將應變片應用到迴轉支承上，形成結構緊湊的智能迴轉支承，可以在線監測迴轉支承的運行狀況，當迴轉支承超載運行時，發出報警信號，為迴轉支承的維護和檢修提供可靠的參考依據。可以有效的延長迴轉支承的使用壽命，避免重大的經濟損失和人員傷亡。

上面所述的實施僅僅是針對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的的構思和範圍進行限定，在不脫離本發明設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護範圍，本發明請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。