一种舞台电机轴承的温度故障监测预警方法与流程

专利2022-05-09  3


本发明涉及电动机在线监测技术领域,尤其涉及一种舞台电机轴承的温度故障监测预警方法。



背景技术:

舞台中的电机由于其使用环境的特殊性,使得各电机之间具有一定的联动性。例如舞台在使用过程中的每一幕灯光,灯具的排列位置、灯光的投射角度以及灯光的颜色构成了每一幕灯光,其中灯光的投射角度通过控制装置进行实现,而控制装置的驱动机构即为电机,故各电机之间具有一定的联动性。当其中一个电机出现故障时,势必会对灯光效果产生影响,因此,对电机的故障监测尤为重要。

电机的温度监测、振动监测、电流监测是目前电机运行多样检测中最主要的监测参数。上述的温度监测和振动监测是对电机整体的温度和振动进行监测,而非对电机中的某一部件进行监测,最终获取的监测数据精准度较低。且对监测数据的分析和判断仅仅是将监测数据与设定的报警限值进行比对,缺乏预警判断,无法实现故障的早期预警,故障一旦发生,则需停机检修,进而对舞台的灯光效果产生破坏。轴承是电机的关键零部件之一,且轴承温度故障也是电动机较为频发的故障之一。因此对电机轴承的温度进行精准的监测并根据监测数据对电机轴承的温度故障进行预警是必要的。

例如,中国专利文献cn109633444a公开了“一种基于物联网的分布式电机故障监测系统及监测方法”,系统包括:配置在各电机机台上的电机现场参数监测装置、监测中心及监测人员配备的手持终端。电机现场参数监测装置向配电柜以无线方式上传监测到的电机运行数据,服务器汇总各节点的监测参数,将其显示在终端显示屏上,当有参数超标至故障值时发出报警,将报警信息显示在终端显示屏上,并发送到监测人员的手持终端。上述专利的不足之处在于无法对电机轴承的温度进行精准的监测并根据监测数据对电机轴承的温度故障进行预警。



技术实现要素:

本发明主要解决现有的电机监测无法对电机轴承的温度进行精准的监测并根据监测数据对电机轴承的温度故障进行预警的技术问题;提供一种舞台电机轴承的温度故障监测预警方法,通过轴承温度监测模型,构建轴承温度与轴承座表面温度关联函数,通过测量轴承座表面温度即可得到轴承温度,能实现对电机轴承温度的精准监测,并根据监测数据对电机轴承的温度故障进行预警。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明包括以下步骤:

s1、构建轴承温度监测模型;

s2、依据轴承温度监测模型获取轴承温度与轴承座表面温度的关联函数l;

s3、实时采集轴承座表面温度,根据关联函数l计算出实时的轴承温度,并输出轴承温度与时间的图线;

s4、根据轴承温度与时间的图线计算设定时间段内轴承温度的波动率,若波动率大于标准波动率,则发出预警信号,反之,则继续对轴承进行监测。

通过轴承温度监测模型,构建轴承温度与轴承座表面温度关联函数,通过测量轴承座表面温度即可得到轴承温度,能实现对电机轴承温度的精准监测,并根据监测数据计算设定时间段内轴承温度的波动率,波动率超过标准波动率时对电机轴承的温度故障进行预警,根据预警信息对舞台电机进行提前维护处理或更改控制方法,保证舞台灯光效果。

作为优选,所述的轴承温度监测模型包括电机,所述电机内安装在转轴两端的轴承配合安装有轴承座,所述轴承座内部设有用于润滑油流动的空腔,所述轴承座的顶部设有注油孔,所述轴承座的底部设有出油孔,所述注油孔通过注油管与润滑油箱相连通,所述注油管上设有抽油泵,所述出油孔通过出油管与润滑油箱相连通,所述出油管与出油孔相连接的一端设有温度检测装置,所述出油管上还设有吸油泵,所述轴承座表面设置有温度传感器。

在实现对电机轴承温度的精准监测的同时保证了不会对电机运行产生干扰,保证了运行的稳定性。

作为优选,所述的温度检测装置包括外壳、设置在外壳内部的检测管、控制模块和温度测量模块,所述检测管的一端与所述出油管相连通,所述检测管的另一端与外壳的内壁固定连接,所述检测管内设有弹簧,所述弹簧的一端与外壳的内壁固定连接,所述弹簧的另一端与取样装置固定连接,所述弹簧通过通电模块与所述控制模块相连接,所述检测管的侧壁设有若干检测口,所述温度测量模块安装在检测口,所述温度测量模块与控制模块相连接。

取样进行温度检测,相比于直接在出油管中进行温度检测,保护检测装置的结构不长期浸泡在润滑油中,延长其检测精度和使用寿命。

作为优选,所述的通电模块包括电阻r1、电阻r2、三极管q1、二极管d1、继电器ks1和电源,所述三极管q1的基极通过电阻r1与所述控制模块相连接,所述三极管q1的基极与发射极通过电阻r2相连接,所述三极管q1的发射极接地,所述发射极的集电极与二极管d1的正极相连接,所述二极管d1的负极与电源相连接,所述继电器ks1的线圈并联在二极管d1的两极,所述继电器ks1的常开开关的一端通过电源与所述弹簧的一端相连接,所述继电器ks1的常开开关的另一端与所述弹簧的另一端相连接。

作为优选,所述的步骤s2具体包括:

轴承温度监测模型周期性输出轴承温度与轴承座表面温度,采用最小二乘法拟合构建轴承温度与轴承座表面温度的关联函数l:tz=h(tb,θ),其中tz为轴承温度,tb为轴承座表面温度,θ为轴承温度补偿系数。

由于润滑油从轴承中流出到被取样检测需要经过出油孔和出油管,会导致温度的下降,故关联函数l中需要加入轴承温度补偿系数,保证检测数据的准确性。

作为优选,所述的步骤s4中的波动率通过以下方法进行计算:

1)将设定时间段平均分成n个小段;

2)通过公式计算每一小段的波动率

p=∑pi

其中,pi=0,当δs≤st,

pi=1,当δs>st,

δs为每一小段中实时轴承温度与时间图线所对应的面积与标准轴承温度与时间图线所对应的面积之差,st为δs所对应的判断阈值,i=1,2,3…n。

通过计算设定时间段内轴承温度的波动率来判断是否需要进行预警,防止轴承温度一旦超过标准值则预警的现象频繁出现。

本发明的有益效果是:通过轴承温度监测模型,构建轴承温度与轴承座表面温度关联函数,通过测量轴承座表面温度即可得到轴承温度,能实现对电机轴承温度的精准监测;在实现对电机轴承温度的精准监测的同时保证了不会对电机运行产生干扰,保证了运行的稳定性;根据监测数据计算设定时间段内轴承温度的波动率,波动率超过标准波动率时对电机轴承的温度故障进行预警,根据预警信息对舞台电机进行提前维护处理或更改控制方法,保证舞台灯光效果。

附图说明

图1是本发明轴承温度监测模型的一种结构示意图。

图2是本发明温度检测装置的一种结构示意图。

图3是本发明通电模块的一种电路原理图。

图中1、转轴,2、轴承,3、轴承座,4、空腔,5、注油孔,6、出油孔,7、注油管,8、润滑油箱,9、抽油泵,10、出油管,11、温度检测装置,12、吸油泵,13、温度传感器,1101、外壳,1102、检测管,1103、控制模块,1104、温度测量模块,1105、弹簧,1106、取样装置,1107、通电模块。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例:本实施例的一种舞台电机轴承的温度故障监测预警方法,包括以下步骤:

s1、构建轴承温度监测模型:

轴承温度监测模型如图1所示,包括电机,安装在电机内部的转轴1的的两端配合安装有轴承2,轴承与电机壳体之间配合安装有轴承座3,轴承座的内部设有用于润滑油流动的空腔4,轴承座的顶部开有注油孔5,轴承座的底部开有出油孔6,注油孔和出油孔均斜向开设,注油孔通过注油管7与润滑油箱8相连通,注油管上安装有抽油泵9,出油孔通过出油管10与润滑油箱相连通,出油管与出油孔相连接的一端安装有温度检测装置11,出油管上还安装有吸油泵12,轴承座表面设置有温度传感器13。图中箭头所示路径即润滑油的流经路径。

温度检测装置如图2所示包括外壳1101、设置在外壳内部的检测管1102、控制模块1103和温度测量模块1104。检测管的末端与出油管相连通,检测管的顶端与外壳的内壁固定连接,检测管内固定安装有弹簧1105,弹簧的一端与外壳的内壁固定连接,另一端与取样装置1106固定连接。取样装置整体呈工字型,由两块横板和一块竖版构成,当未取样时,上横板与检测管的末端相平齐,竖版和下横板均位于出油管中;当取样成功时,下横板与检测管的末端相平齐。

弹簧通过通电模块1107与控制模块相连接,通电模块如图3所示,包括电阻r1、电阻r2、三极管q1、二极管d1、继电器ks1和电源,三极管q1的基极通过电阻r1与控制模块相连接,三极管q1的基极与发射极通过电阻r2相连接,三极管q1的发射极接地,发射极的集电极与二极管d1的正极相连接,二极管d1的负极与电源相连接,所述继电器ks1的线圈并联在二极管d1的两极,继电器ks1的常开开关的一端通过电源与弹簧的一端相连接,继电器ks1的常开开关的另一端与弹簧的另一端相连接。检测管的侧壁设有若干检测口,温度测量模块安装在检测口,温度测量模块与控制模块相连接,在本实施例中,温度测量模块为红外摄像仪。

s2、依据轴承温度监测模型获取轴承温度与轴承座表面温度的关联函数l:

轴承温度监测模型获取轴承温度和轴承座表面温度的过程如下:

设定获取轴承温度和轴承座表面温度的周期t;每到达一个周期t则控制模块输出通电信号,继电器ks1的线圈通电,继电器ks1的常开开关闭合,弹簧通电收缩,带动取样装置上升直至下横板与检测管的末端相平齐,上横板与下横板之间充满了待温度检测的润滑油;控制红外摄像仪通过检测口获取红外摄像图,各检测口所对应的红外摄像图的平均温度即为该检测口检测到的润滑油温度,各检测口的润滑油温度的平均值即为该周期t轴承温度,同时温度传感器检测到的轴承座表面温度;

周期性获取轴承温度和轴承座表面温度的多组数据后,结合轴承温度补偿系数采用最小二乘法拟合构建轴承温度与轴承座表面温度的关联函数l:tz=h(tb,θ),其中tz为轴承温度,tb为轴承座表面温度,θ为轴承温度补偿系数。由于润滑油从轴承中流出到被取样检测需要经过出油孔和出油管,会导致温度的下降,故关联函数l中需要加入轴承温度补偿系数,保证检测数据的准确性。

s3、实时采集轴承座表面温度,根据关联函数l计算出实时的轴承温度,并输出轴承温度与时间的图线;

s4、根据轴承温度与时间的图线计算设定时间段内轴承温度的波动率,若波动率大于标准波动率,则发出预警信号,反之,则继续对轴承进行监测:

轴承温度与时间的图线上除了实时轴承温度随时间变化的连线外还有轴承温度标准线,将设定时间段平均分成n个小段,通过公式计算每一小段的波动率

p=∑pi

其中,pi=0,当δs≤st,

pi=1,当δs>st,

δs为每一小段中实时轴承温度与时间图线所对应的面积与标准轴承温度与时间图线所对应的面积之差,st为δs所对应的判断阈值,i=1,2,3…n;

若p大于p’,则发出预警信号,反之,则继续对轴承进行监测。

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