[发明专利]具有扭振故障诊断功能的自供电轴承及扭振故障诊断方法

说明书

本申请提供一种具有扭振故障诊断功能的自供电轴承，其特征在于：包括：轴承本体，与轴承本体的外圈的内环面固定连接的新型变磁阻结构、与轴承本体的外圈的内环面固定连接的无线传感单元、与所述新型变磁阻结构输出端连接的电压比较单元以及扭振故障诊断单元，所述故障诊断单元均与所述无线传感单元和电压比较单元通信连接；本申请提供的具有自供电荷扭振故障诊断功能的高铁轴承及扭振故障诊断方法，在轴承内部集成无线传感单元和新型变磁阻结构，实现功率密度高、安装方便、可靠性高的智能轴承自供电和转速、振动、温度监测功能；同时，基于高频采样算法利用无线传感单元采集到的转速信息实现扭振故障诊断。

技术领域

本发明涉及轴承及轴承故障诊断技术领域，尤其涉及一种具有扭振故障诊断功能的自供电轴承及扭振故障诊断方法。

背景技术

当前国内高铁列车用轴箱轴承主要为双列圆锥滚子轴承，这种轴承不仅需要承受整个车体的重量，还要承受一定的轴向载荷，同时还要在较高的速度水平上具有很高的可靠性，避免任何因素导致的失效。高铁轴箱轴承的可靠性和安全性直接影响高速动车组运行的可靠性与安全性，轻则降低高铁运行效率、影响车轴转向架功能与性能的发挥，重则引发高速列车脱轨、燃烧等事故造成人员伤亡并导致数以亿计的财产损失。高铁轴箱轴承作为高铁运行的“关节”，在工作过程中一方面由于滚动体与内滚道、外滚道、保持架兜孔的接触面上相互挤压，在接触区附近产生应力和变形会形成微裂纹，另一方面迷宫密封过盈量大、列车运行速度越高和轴箱轴承所受到的载荷越大会加剧轴箱轴承的温升，这些不可预知的轴承故障严重制约高铁轴承技术的发展。研究表明：高铁滚动轴承从健康运行状态到失效损坏是一个逐渐变化过程，通过对高铁轴箱轴承转速信号、振动信号、温度等物理信号的实时监测及时发现早期的异常信号，在轴承出现损坏前对其进行早期故障诊断可以有效地延长轴承寿命，实现对事故的早期预测与预防，避免因轴承不可预知的故障威胁人身财产的安全。

目前智能轴承实现对轴承运行状态信号进行实时采集的主要手段为在轴承侧面端盖位置外挂温度、振动、转速传感器，其中，采用磁环编码器和霍尔传感器组合起来提取转速信号，通过有线/无线的方式将信号传输至电脑端进行监测。这种方法安装简易，可以有效地提取轴承的转速、温度以及振动信号，但是由于传感器安装于轴承侧面，而轴承失效主要发生在轴承内部，这种传感器安装方式不能有效地监测轴承内部振动和温升情况；由于高铁轴承运行于高温环境且升温迅速，采用磁性编码器和霍尔传感器组合测量转速存在磁性编码器磁体部分被氧化变质，延展和弯曲性能降低出现裂纹等问题。另一方面，采用化学电源为集成于智能轴承的各类传感器节点提供能量存在电量耗竭后传感器无法正常工作、需要定期或不定期更换电源和废旧电源污染环境等问题。现有公开技术中主要采用磁电式自供电技术实现为智能轴承无线传感节点供能，将磁钢N、S交替均匀布置在轴承旋转部件上，将线圈布置在静止部件/轴承端盖上，利用轴承的旋转切割磁感线，在线圈上产生交替变化的电流。这类实现智能轴承自供电功能的磁电式能量回收结构易于集成在轴承上，但安装不便、可靠性低，由于磁钢和线圈多采用粘接的方式固定在轴承内部，存在安装精度低，在高温环境下磁钢易脱落等问题。扭振作为旋转机械发生的基本振动，为避免高铁列车工作于轴承的扭振共振频率内导致严重的安全隐患，现有公开技术主要采用非接触式测量仪器通过专用的模拟电路处理单元提取扭振信号再进行进一步分析，但硬件电路在高铁轴承内部高温高速环境下存在不可靠性。

因此，亟需一种新的轴承及扭振故障诊断方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有扭振故障诊断功能的自供电轴承，其特征在于：包括：轴承本体，与轴承本体的外圈的内环面固定连接的新型变磁阻结构与所述新型变磁阻结构输出端连接的电压比较单元以及与所述电压比较单元的输出端通信连接的扭振故障诊断单元；

所述轴承本体的环状中隔圈为齿状；

所述新型变磁阻机构包括线圈、磁钢、E型硅钢和固定壳体，磁钢安装于E型硅钢伸出端端部，线圈缠绕在E型硅钢伸出端，所述固定壳体将线圈、磁钢和E型硅钢封装在其内部，且固定壳体的与轴承外圈内环面固定连接。