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軸承知識

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齒輪軸溫遙測系統的設計

發布時間:2019-12-14
徐錫芬
(天津航新航空科技有限公司)
  【摘 要】利用非接觸式電能接入技術及直接序列擴頻數字無線通信技術,完成了溫度信號的采集、非接觸電能傳輸、無線數據發射與接收,實現了對軸承溫度的遙測。軸承溫度遙測試驗結果表明,系統所測得的軸承溫度與油膜溫變化趨勢相同,證明該系統滿足齒輪軸承溫度測量的實際需求。
  【關鍵詞】遙測系統;溫度測量;非接觸供電;無線通信
  0.引言
  連接齒輪的軸承在旋轉過程中由于摩擦力等因素將會隨著轉速升高出現溫度提升的現象,齒輪軸承溫度的測量對于軸承使用、軸承設計以及軸承壽命分析具有重大意義,其在不同轉速下的溫度是軸承設計中很有價值的參考數據。
  在某些特殊的應用環境下,物理量的測量可采用遙測系統來完成。如,測試設備無法進行安裝的高溫、高壓環境、旋轉體測量等。對于齒輪軸承溫度的測量,可歸為旋轉體測量,可以通過遙測系統來實現。
  1.工作原理
  軸承溫度的測量通過6個帶冷端補償的熱電偶來實現,整個系統主要分為兩個部分,即信號采集發射一體機和接收機。信號采集發射一體機中包含信號調理和采集模塊以及無線發射機;接收機包含無線接收機、數據處理器以及模擬/數字輸出模塊。
  信號采集發射一體機中的信號調理和采集模塊包含7個模擬通道,其中前6個通道可接熱電偶,第7通道用作熱電偶的冷端補償。每個熱電偶通道都有獨立的信號調理電路,以保證信號的信號質量及數據采集器的采集精度。
  2.系統設計
  2.1雙熱電偶傳感器設計
  為了保證雙熱電偶傳感器工作的可靠性,在設計傳感器時采用雙熱電偶方式,由兩個熱電極材料相同的有效熱電偶組成。這樣的冗余設計可以保證當其中一個熱電偶失效時,另一個熱電偶仍然能夠正常工作,而不會導致整個遙測系統失效。
  2.2非接觸式供電系統設計
  本文設計的非接觸式供電系統基于ICPT原理,其組成包含初級變換器、非接觸變壓器以及次級變換器。
  非接觸式供電系統工作時,初級變換器將交流電壓經過整流、逆變轉換成高頻交流電流供給初級繞組。初級繞組通過空間耦合的方式把能量耦合到次級繞組,次級繞組輸出的是高頻電流,根據后級負載特性以及電路系統的工作要求,次級變換器將接收到的信號進行整流、濾波等處理,最終輸出直流電壓給負載供電。齒輪軸承溫度遙測系統中非接觸式供電系統原理見圖2。
  2.3信號采集發射一體機設計
  信號采集發射一體機分為電源模塊、傳感器、信號放大模塊、信號濾波模塊、數據采集模塊、調制器和遙測發射機7個模塊,它們共同完成溫度信號的拾取、調理、采集、數字調制和無線發射,完成溫度信號到無線數據的轉換。
  信號采集發射一體機通過信號放大、濾波、多路復用及采集、數字調制和無線發射5個步驟將溫度信號通過無線信道發送給無線信號接收機,無線信號接收機通過對無線信號進行接收、數字解調、數據輸出以及信號調理完成電壓信號的輸出,最終完成溫度信號的遙測功能。
  2.4無線信號接收機設計
  無線信號接收機包含遙測接收機、數字解調器、數據分配模塊、輸出基準、數據輸出模塊以及輸出濾波器模塊6種功能模塊。這些模塊共同完成無線信號的接收、解碼和數據拆分、數據分配、數據輸出以及濾波整型,完成溫度數據到標準電壓信號轉換。
  3.性能測試與軸承溫度遙測試驗
  3.1非接觸供電電壓試驗
  齒輪軸承溫度遙測系統中的無線信號發射機的正常工作需要一定的工作電壓,該電壓由非接觸供電電源提供。為保證小型感應供電電源的能量供應滿足無線信號發射機的需求,應對非接觸供電電壓進行試驗。
  試驗結果表明,非接觸供電電壓可達到供電電壓(峰峰值)22V左右,由于滿足10V即可保證信號采集發射一體機正常工作,因此本文中的非接觸式感應供電系統設計合理,可滿足實際需求。
  3.2軸承溫度遙測試驗
  將齒輪軸承溫度遙測系統中的信號采集發射一體機安裝在待測軸承上,將接收機接好并連接計算機,將系統和計算機顯示軟件開啟,進行軸承溫度的測量。
  試驗圓滿完成,驗證了系統的可靠性與設計的合理性,通過對比齒輪油膜溫度,該軸承溫度數據與另一系統測得的油膜溫度變化趨勢相符,證明測量結果真實有效。
  4.結論
  本系統實現了對齒輪軸承溫度的遙測、采集和存儲功能,不僅能夠使用戶在動力系統加載過程中及時發現軸承溫度的異常變化,其所得的不同轉速下的溫度數據還可作為軸承設計及軸承壽命分析的參考。
來源:《科技致富向導》

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