本實(shí)用新型屬于大型球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種油膜厚度監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，球磨機(jī)是選礦和水泥行業(yè)重要的生產(chǎn)設(shè)備，是物料被破碎之后，再進(jìn)行粉碎的關(guān)鍵設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于水泥，硅酸鹽制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，做為球磨機(jī)的重要組成部分，支撐滑動(dòng)軸承在重載低速、重載高速的高扭矩啟動(dòng)下以及在設(shè)備振動(dòng)、徑向沖擊的作用下，軸承室或軸承位發(fā)生金屬疲勞，會(huì)產(chǎn)生永久變形；軸承內(nèi)圈與軸或軸承外圈與軸承室出現(xiàn)間隙配合，從而導(dǎo)致油膜分布不均勻最終造成異常磨損。一旦出現(xiàn)此問(wèn)題，就會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

隨著設(shè)備維護(hù)理念及技術(shù)的發(fā)展，迫切需求一些新的技術(shù)來(lái)獲取設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，異常磨損初期的預(yù)警。因此，做為潤(rùn)滑油膜厚度監(jiān)測(cè)技術(shù)在潤(rùn)滑理論中的研究，重大設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面的需求促進(jìn)了膜厚測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，人們基于潤(rùn)滑油膜的電、磁、聲、光特性提出了許多潤(rùn)滑油膜厚度的測(cè)量方法。常用的潤(rùn)滑油膜厚度的測(cè)量方法主要有電測(cè)法、光測(cè)法等，但是在使用過(guò)程中不斷出現(xiàn)各種不足，具體如下表：

在近些年有關(guān)摩擦相關(guān)的各種理念的發(fā)展過(guò)程中，軸承潤(rùn)滑油膜厚度檢測(cè)技術(shù)能夠?yàn)檩S承潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供定量化信息。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種機(jī)械設(shè)備朝著自動(dòng)化、高速化和復(fù)雜程度更高的方向發(fā)展，為人類生活的便捷和社會(huì)的發(fā)展提供了重要保證。但同時(shí)，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生的故障與失效不僅會(huì)造成設(shè)備財(cái)產(chǎn)的損失，并且可能導(dǎo)致災(zāi)難性的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡事故，造成惡劣的社會(huì)影響。因此，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。其中，軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵零部件，其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要目標(biāo)之一。軸承依靠潤(rùn)滑油膜將兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副元件表面隔開(kāi)，避免摩擦副元件間的直接接觸。因此對(duì)滑動(dòng)軸承的油膜監(jiān)測(cè)有利于工業(yè)界提高設(shè)備智能化水平，并能為設(shè)計(jì)廠家提供相應(yīng)的不同環(huán)境下滑動(dòng)軸承的相關(guān)潤(rùn)滑數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種對(duì)球磨機(jī)滑動(dòng)軸承運(yùn)行過(guò)程中的油膜厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置，包括：數(shù)據(jù)獲取流程部分、數(shù)據(jù)處理傳輸部分、數(shù)據(jù)分析及控制部分；數(shù)據(jù)獲取流程部分和數(shù)據(jù)處理傳輸部分連接，數(shù)據(jù)處理傳輸部分和數(shù)據(jù)分析及控制部分連接，數(shù)據(jù)分析及控制部分又和數(shù)據(jù)獲取流程部分連接。

數(shù)據(jù)獲取流程部分包括：脈沖發(fā)射器安裝支架、超聲波傳感器安裝支架、脈沖發(fā)射器、超聲波傳感器、超聲波壓電元件、超聲波脈沖發(fā)射接收儀、精準(zhǔn)溫度傳感器II 、貼片傳感器、精準(zhǔn)溫度傳感器I 、電源模塊I、通訊卡、電源模塊II ；電源模塊I1和安裝在脈沖發(fā)射器安裝支架上的脈沖發(fā)射器、安裝在超聲波傳感器安裝支架5上的超聲波傳感器以及精準(zhǔn)溫度傳感器II 連接，電源模塊II 和超聲波壓電元件、超聲波脈沖發(fā)射接收儀、貼片傳感器、精準(zhǔn)溫度傳感器I 連接。

數(shù)據(jù)處理傳輸部分包括：超聲波信號(hào)接收卡、信號(hào)放大器、AD采集卡、信號(hào)采集卡、通訊卡、工業(yè)PC；超聲波信號(hào)接收卡和超聲波傳感器、超聲波壓電元件、超聲波脈沖發(fā)射接收儀連接，超聲波信號(hào)接收卡和信號(hào)放大器連接，信號(hào)放大器和信號(hào)采集卡連接，信號(hào)采集卡和通訊卡連接，通訊卡和工業(yè)PC連接，精準(zhǔn)溫度傳感器II 、貼片傳感器、精準(zhǔn)溫度傳感器I 分別和AD采集卡連接，AD采集卡和通訊卡連接，通訊卡和工業(yè)PC連接。

數(shù)據(jù)分析及控制部分包括：數(shù)據(jù)篩選部分、數(shù)據(jù)運(yùn)算部分、數(shù)據(jù)比對(duì)部分、數(shù)據(jù)輸出部分；其中數(shù)據(jù)篩選部分包括超聲波數(shù)據(jù)輸入部分、溫度數(shù)據(jù)輸入部分、異常數(shù)據(jù)比對(duì)篩選部分；數(shù)據(jù)運(yùn)算部分包括測(cè)量范圍選定部分、飛行時(shí)間算法、共振法、彈簧模型法；數(shù)據(jù)比對(duì)部分包括計(jì)算結(jié)果、比對(duì)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存值；數(shù)據(jù)輸出部分包括測(cè)量結(jié)果輸出部分、預(yù)警信號(hào)輸出部分、緊急停止聯(lián)動(dòng)部分、打印結(jié)果；其中數(shù)據(jù)篩選部分和數(shù)據(jù)運(yùn)算部分連接，數(shù)據(jù)運(yùn)算部分和數(shù)據(jù)比對(duì)部分連接，數(shù)據(jù)比對(duì)部分和數(shù)據(jù)輸出部分連接；異常數(shù)據(jù)比對(duì)篩選部分分別和超聲波數(shù)據(jù)輸入部分、溫度數(shù)據(jù)輸入部分連接，測(cè)量范圍選定部分分別和飛行時(shí)間算法、共振法、彈簧模型法連接，計(jì)算結(jié)果和比對(duì)數(shù)據(jù)連接，比對(duì)數(shù)據(jù)分別和數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存值、測(cè)量結(jié)果輸出部分、預(yù)警信號(hào)輸出部分連接，預(yù)警信號(hào)輸出部分和緊急停止聯(lián)動(dòng)部分連接，測(cè)量結(jié)果輸出部分和打印結(jié)果連接。

本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案后可達(dá)到如下的有益效果：

（1）實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)滑動(dòng)軸承做功過(guò)程中油膜厚度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提取到球磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中有關(guān)于摩擦的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；（2）監(jiān)測(cè)過(guò)程全部采用弱電采集，安裝后可以連續(xù)運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行不造成任何影響；（3）采用多種測(cè)量方法及算法，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性；彌補(bǔ)了以往其它檢測(cè)方法的不足；（4）具備自學(xué)習(xí)功能，通過(guò)既定的采集周期后，針對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象生成對(duì)針對(duì)性的預(yù)警機(jī)制，避免因摩擦副的異常造成的設(shè)備停機(jī)及生產(chǎn)損失；（5）獲取的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)形式的，為球磨機(jī)的維護(hù)、摩擦故障的分析提供更為直觀的數(shù)據(jù)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置的流程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)分析及控制部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)計(jì)算示意框圖；

圖5為本實(shí)用新型一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置的輸出部分示意框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案，如圖1～5所示。

一種在用球磨機(jī)滑動(dòng)軸承油膜厚度監(jiān)測(cè)裝置，包括：數(shù)據(jù)獲取流程部分1、數(shù)據(jù)處理傳輸部分2、數(shù)據(jù)分析及控制部分3；數(shù)據(jù)獲取流程部分1和數(shù)據(jù)處理傳輸部分2連接，數(shù)據(jù)處理傳輸部分2和數(shù)據(jù)分析及控制部分3連接，數(shù)據(jù)分析及控制部分3又和數(shù)據(jù)獲取流程部分1連接。

數(shù)據(jù)獲取流程部分1包括：脈沖發(fā)射器安裝支架4、超聲波傳感器安裝支架5、脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7、超聲波壓電元件8、超聲波脈沖發(fā)射接收儀9、精準(zhǔn)溫度傳感器II 11、貼片傳感器12、精準(zhǔn)溫度傳感器I 13、電源模塊I14、通訊卡18、電源模塊II 19；動(dòng)作供電部分：電源模塊I14和安裝在脈沖發(fā)射器安裝支架4上的脈沖發(fā)射器6、安裝在超聲波傳感器安裝支架5上的超聲波傳感器7以及精準(zhǔn)溫度傳感器II 11連接，電源模塊II 19和超聲波壓電元件8、超聲波脈沖發(fā)射接收儀9、貼片傳感器12、精準(zhǔn)溫度傳感器I 13連接。

數(shù)據(jù)處理傳輸部分2包括：超聲波信號(hào)接收卡10、信號(hào)放大器15、AD采集卡16、信號(hào)采集卡17、通訊卡18、工業(yè)PC20；超聲波信號(hào)接收卡10和超聲波傳感器7、超聲波壓電元件8、超聲波脈沖發(fā)射接收儀9連接，超聲波信號(hào)接收卡10和信號(hào)放大器15連接，信號(hào)放大器15和信號(hào)采集卡17連接，信號(hào)采集卡17和通訊卡18連接，通訊卡18和工業(yè)PC20連接，精準(zhǔn)溫度傳感器II 11、貼片傳感器12、精準(zhǔn)溫度傳感器I 13分別和AD采集卡16連接，AD采集卡16和通訊卡18連接，通訊卡18和工業(yè)PC20連接。

數(shù)據(jù)分析及控制部分3包括：數(shù)據(jù)篩選部分21、數(shù)據(jù)運(yùn)算部分22、數(shù)據(jù)比對(duì)部分23、數(shù)據(jù)輸出部分24；其中數(shù)據(jù)篩選部分21包括超聲波數(shù)據(jù)輸入部分25、溫度數(shù)據(jù)輸入部分26、異常數(shù)據(jù)比對(duì)篩選部分27；數(shù)據(jù)運(yùn)算部分22包括測(cè)量范圍選定部分28、飛行時(shí)間算法29、共振法30、彈簧模型法31；數(shù)據(jù)比對(duì)部分23包括計(jì)算結(jié)果32、比對(duì)數(shù)據(jù)33、數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存值34；數(shù)據(jù)輸出部分24包括測(cè)量結(jié)果輸出部分35、預(yù)警信號(hào)輸出部分36、緊急停止聯(lián)動(dòng)部分37、打印結(jié)果38；其中數(shù)據(jù)篩選部分21和數(shù)據(jù)運(yùn)算部分22連接，數(shù)據(jù)運(yùn)算部分22和數(shù)據(jù)比對(duì)部分23連接，數(shù)據(jù)比對(duì)部分23和數(shù)據(jù)輸出部分24連接；組成部分：異常數(shù)據(jù)比對(duì)篩選部分27分別和超聲波數(shù)據(jù)輸入部分25、溫度數(shù)據(jù)輸入部分26連接，測(cè)量范圍選定部分28分別和飛行時(shí)間算法29、共振法30、彈簧模型法31連接，計(jì)算結(jié)果32和比對(duì)數(shù)據(jù)33連接，比對(duì)數(shù)據(jù)33分別和數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存值34、測(cè)量結(jié)果輸出部分35、預(yù)警信號(hào)輸出部分36連接，預(yù)警信號(hào)輸出部分36和緊急停止聯(lián)動(dòng)部分37連接，測(cè)量結(jié)果輸出部分35和打印結(jié)果38連接。

如圖1所示，數(shù)據(jù)獲取流程部分1中的脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7安裝于軸承外殼部位，主要借助超聲波在不同介質(zhì)中穿透時(shí)間不同的原理，測(cè)算出油膜的厚度，此步驟要求發(fā)射面和接收面垂直系數(shù)為1，因此借助脈沖發(fā)射器安裝支架4和超聲波傳感器安裝支架5將脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7進(jìn)行固定；超聲波壓電元件8選用國(guó)外某公司的圓形超聲波壓電元件，其直徑為mm，厚度為0.2mm進(jìn)行內(nèi)置安裝。精準(zhǔn)溫度傳感器II 11、貼片傳感器12、精準(zhǔn)溫度傳感器I13分別對(duì)軸承座、潤(rùn)滑油進(jìn)出溫度進(jìn)行測(cè)量。

如圖2所示，脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7、精準(zhǔn)溫度傳感器I13、精準(zhǔn)溫度傳感器II 11、超聲波壓電元件8、超聲波脈沖發(fā)射接收儀9在電源模塊I14、電源模塊II 19的控制下工作，并將獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)超聲波信號(hào)接收卡10、信號(hào)放大器15、信號(hào)采集卡17、通訊卡18等步驟將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)PC20，其中超聲波信號(hào)接收卡10、信號(hào)放大器15、信號(hào)采集卡17作為信號(hào)處理輔助性部件將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以RS485轉(zhuǎn)串口的形式進(jìn)行傳輸。精準(zhǔn)溫度傳感器II 11、貼片傳感器12、精準(zhǔn)溫度傳感器I13輸出為0-5V電壓信號(hào)，通過(guò)AD采集卡16將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為RS485經(jīng)過(guò)通訊卡18發(fā)送數(shù)據(jù)。由于在工作過(guò)程中脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7、超聲波壓電元件8、超聲波脈沖發(fā)射接收儀9需要進(jìn)行脈沖幅值和脈沖寬度調(diào)整，因此采用兩路電源進(jìn)行分別控制。脈沖發(fā)射器6、超聲波傳感器7和精準(zhǔn)溫度傳感器I13、精準(zhǔn)溫度傳感器II 11具備臨時(shí)監(jiān)測(cè)功能，主要用于檢測(cè)油膜厚度＞100um的監(jiān)測(cè)對(duì)象。

脈沖發(fā)射器6供電后給超聲波傳感器7發(fā)出20KHZ以上的脈沖信號(hào)，同時(shí)向超聲波傳感器7的同步觸發(fā)器發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，超聲波穿透測(cè)量介質(zhì)后被超聲波信號(hào)接收卡10識(shí)別并記錄，信號(hào)放大器15將信號(hào)接收后放大，同時(shí)發(fā)送給信號(hào)采集卡17。此過(guò)程中主要涉及到一個(gè)飛行穿透時(shí)間的收集，當(dāng)潤(rùn)滑膜層厚度很大時(shí)（大于100μm），超聲波在潤(rùn)滑膜層上下界面處的反射信號(hào)相互分離，已知超聲波在潤(rùn)滑膜層中聲速便可通過(guò)超聲波在潤(rùn)滑層上下界面的時(shí)間差來(lái)獲得相應(yīng)的潤(rùn)滑膜厚度值如下式：

式中：h——潤(rùn)滑膜層厚度；c——超聲波在潤(rùn)滑層中的聲速；t——超聲波在潤(rùn)滑層中的往返時(shí)間。

如圖3所示，超聲波數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)采集卡17、通訊卡18等環(huán)節(jié)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸給工業(yè)PC20，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性準(zhǔn)確性及實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的其它功能工業(yè)PC20將獲取到的數(shù)據(jù)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、計(jì)算、比對(duì)和輸出。

如圖4所示，首先根據(jù)溫度對(duì)接收到的超聲波傳感器7的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，按照油膜厚度和軸承溫度、潤(rùn)滑油進(jìn)出口溫度成一定函數(shù)正比的關(guān)系等規(guī)則進(jìn)行篩選，避免超聲波傳感器7出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，從而引起的誤操作。將有效的超聲波傳感器7的數(shù)據(jù)，按照測(cè)量范圍的不同，按照不同的算法公式（飛行時(shí)間算法油膜厚度＞100um ，共振法油膜厚度10-100μm，彈簧模型法油膜厚度＜10um）得出有效的結(jié)果。

如圖5所示，首先裝置會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)采集周期開(kāi)始自學(xué)習(xí)模式，將采集周期內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存的數(shù)值生成適用于監(jiān)測(cè)對(duì)象的報(bào)警閾值，將計(jì)算出的數(shù)據(jù)和報(bào)警閾值進(jìn)行比對(duì)，如果在范圍內(nèi)，按照測(cè)量結(jié)果輸出→結(jié)果打印流程執(zhí)行；如果超出閾值，輸出預(yù)警信號(hào)，連續(xù)超出閾值上上限值后，聯(lián)動(dòng)緊急停止部件，避免設(shè)備故障的發(fā)生。