專利名稱：預測性滾動軸承維護的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及預測性滾動軸承維護，特別涉及對在如設計用于生產容納食品的密封包裝的包裝流水線的填裝機或分配設備中使用的以不定可變低速運行并具有(周期性)運動反轉的伺服電機中的滾動軸承的面向維護、基于條件的監控。
背景技術：
眾所周知，在食品包裝廠的生產現場，通常要執行多項特定目標程序，包括導入食品和包裝材料存儲，食品處理，食品包裝和包裝入庫。特別對于可灌注食品，食品包裝在包裝流水線進行，其每一個為用于生產和處理包裝的機器和設備的組合，并且包括生產密封包裝的填裝機，緊接著是下游分配設備(例如，蓄力器，吸管敷貼機，薄膜包裝機和紙板打包機)的一個或多個限定配置，其通過傳送帶連接到填裝機，用于處理包裝。這類包裝的典型例子是被稱為Tetra Brik As印tic 的用于液體或可灌注食品的平行管狀包裝，其通過折疊和密封包裝材料的層壓薄片制得。包裝材料具有多層片狀結構，實質上包括一個或多個通常由纖維材料，例如紙，或礦物填充的聚丙烯材料制成的硬化和加強基層，兩側覆蓋有多個熱封塑料材料層，例如，聚乙烯薄膜。對于用于長期保存產品，例如UHT牛奶，的無菌包裝，包裝材料還包括阻氣性和阻光性材料層，例如鋁箔或乙基乙烯醇(EVOH)薄膜，其層疊在熱封塑料材料層上，并依次被形成最終接觸食品的包裝的內表面的另一熱封塑料材料層覆蓋。這類包裝在全自動填裝機上制造，其中連續的垂直管由卷筒給料包裝材料形成， 通過應用例如過氧化氫溶液的化學殺菌藥劑對其進行殺菌，而其在殺菌完成后被從包裝材料的表面去除，例如，通過加熱被蒸發掉；并且已殺菌后的卷材被保存在密閉的無菌的環境中并被折疊和縱向密封以形成垂直管。之后所述管被向下填裝已殺菌的或無菌處理后的可灌注食品并沿著垂直路徑饋送到形成站，在那里其被包括兩對或多對的夾緊裝置的夾持系統沿等間隔橫截面夾持，其循環并連續地作用于所述管并密封管的包裝材料以形成通過橫向密封帶彼此連接的枕狀包裝的連續帶。枕狀包裝通過切割相關的密封帶彼此分離，并被運送到最終折疊站，在那里它們被機械折疊為最終的(例如大致平行管狀的)包裝。作為替代方式，包裝材料可被切割為坯料，其在形成軸上被形成為包裝，而后包裝被灌注食品并密封。這類包裝的一個例子是被稱為Tetra Rex 的所謂的“屋頂”的包裝。在這些包裝流水線中，多個部件由(電)伺服電機操作，其雖然在很多方面有價值但受到故障的影響，其主要原因之一是由于疲勞或磨損導致的支撐伺服電機的傳動軸的滾動軸承的破損。雖然疲勞可以用導致軸承的所謂的LlO等級的標準方式進行統計表征，磨損是更細微的現象，在文獻中被稱為點蝕或撞擊磨損，其產生局部化的損傷，其開始可能在部件的預期壽命內(偽)隨機地出現，其后有導致完全破損的相對快速的退化階段。因此， 對這些部件的周期性替換是可能只能成功預防疲勞相關問題的策略，而這對于磨損相關的問題幾乎沒有用。其他類型的預防性周期維護行為，例如清潔和上潤滑油，對于減少軸承磨損可能有效，因為通常磨損的特征是軸承潤滑油的污染物，其反過來破壞軸承的健康。這種污染物可能來自外部(例如軸承被放置在不利的環境中)但也可能由于內部原因引起(例如由于在操作中旋轉元件剝落的材料的小碎屑)。然而，最終預防磨損相關破損的唯一方法是對軸承健康狀態的基于條件的監控， 這樣的維護策略之所以大體上是可能的是因為如下事實，即一旦軸承接近出現問題，其將變得產生噪聲并振動，作為即將發生破損的警告標志如果這一標志被及時檢測到，其通常將給予操作者數日至數周(取決于軸承以及應用)的時間期限以不影響生產時間而計劃維護行為和替換軸承。可以認識到的是振動分析是工業預測性維護項目的重要部分，其使得滾動軸承中的磨損和損傷可在機器失靈前被發現并得到修理，由此減少操作和維護成本。對軸承的振動水平的經驗性的估算是容易出現誤差的行為，其可導致對于部件的剩余壽命的過大的低估或高估，以及把由于完全不同的原因(例如傳動軸的不平衡)引起的噪聲誤認為軸承損傷的錯誤。因此，科學界努力提供軸承損壞的科學表征，并且當前可找到關于這一主題的大量文獻。基本的思想是將軸承的每種故障模式關聯到特有的頻率識別標志，其可通過適當的分析從振動信號中提取。具體來說，傳統的振動分析基于如下事實，即如果在一個軸承表面存在局部化的損傷則其將在軸承轉動時引起一系列沖擊；而且，假設伺服電機以恒定速度旋轉則沖擊是周期性的。實際上，對軸承的運動學分析顯示出，假設不出現打滑，該部件與周轉齒輪非常相似，也就是說，在伺服電機傳動軸和軸承的所有其他移動部分間存在固定的“傳送比率”，這引出了振動分析的基礎公式
f η 一 kjf^
(1)其顯示損傷頻率(其為這種沖擊的實際頻率)fd通過損傷系數kd線性取決于轉動頻率f；，而損傷系數kd正是伺服電機傳動軸和損傷位置處的移動部分之間的傳送比率。這些系數在文獻中是公知的并且由下式給出
對于保持架損壞
對于外圏損壞
對于內圏損壞
對于滾珠損壞
(2) 其中，Bd, Pd為滾珠和節直徑，N為旋轉單元的數目，θ為指示作為安裝操作結果的內和外圈(或圈)之間可能的不對準的角度(通常值為O至10度)，并且其中下標d通常與損傷頻率相關，而下標g，e，i和ν與特定種類的損傷相關，即在內和外圈中，在內和外圈間的角度上平均地相隔的滾珠中，和在容納滾珠并和滾珠共同(即以相同速度)轉動的保持架中。
該現象在振動信號頻譜上的影響可利用傅里葉變換的基本性質而被容易地理解: 如果考慮單個沖擊，在時域其可表示為具有沖擊屬性的強制動作d(t)和有限期間T，當 Τ — ο時其接近理想Dirac沖擊函數δ (t)；類似地，隨著d(t)接近理想沖擊情況(其傅里葉變換在所有頻率上為常數)該信號的頻譜D(f)將由傾向于無窮大的帶寬來表征。在實際部件運行中，強制動作u (t)將以原始脈沖d(t)的損傷頻率周期性重復
權利要求
1.一種預測滾動軸承(3)中的損壞的方法，所述滾動軸承C3)包括內和外圈(3a，3b) 以及以均勻角度分布其間的滾動體(3c)，所述方法包括處理指示所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的相對角度位置的位置信號(x(t))，以及指示所述滾動軸承(3)中的與速度相關的振動的振動信號(y(t))，以使得它們對應于或者是等于整數個相鄰滾動體(3c)之間的角度間距的所述滾動體(3c)的角度位移或者是整數個所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的滿轉；根據處理后的位置信號(i㈦)空間采樣處理后的振動信號(>'it))；以及根據空間采樣后的振動信號(3^匆)預測所述滾動軸承(3)中的損壞。
2.如權利要求1所述的方法，其中處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))包括從所述位置和振動信號(x(t)，y(t))中去除使得它們不對應于或者是等于所述滾動軸承(3)的整數個相鄰滾動體(3c)之間的角度間距的所述滾動體(3c)的角度位移或者是整數個所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的滿轉的其中那些部分；以及相繼地合并所述位置和振動信號(x(t)，y(t))的剩余部分。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，當周期性地操作所述滾動軸承(3)而不反轉所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的相對轉動方向時，處理所述位置和振動信號(x(t)， y(t))包括處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))以使得它們在每一運行周期對應于或者是等于整數個相鄰滾動體(3c)之間的角度間距的所述滾動體(3c)的角度位移或者是整數個所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的滿轉。
4.如權利要求1或2所述的方法，其中當操作所述滾動軸承(3)以周期性地反轉所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的相對轉動方向時，處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t)) 包括處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))以使得它們在每一運行周期對應于或者是等于整數個相鄰滾動體(3c)之間的角度間距的所述滾動體(3c)的角度位移或者是整數個所述內圈(3a)相對于所述外圈(3b)的滿轉；以及處理空間采樣后的振動信號(歹㈦)以使得其對應于所述內圈(3a)相對于所述外圈 (3b)在一個以及相同方向上并以恒定速度進行的連續旋轉。
5.如權利要求4所述的方法，其中處理空間采樣后的振動信號(？慫)包括 空間采樣處理后的位置信號(X(t>),從而產生帶有具備上升和下降斜坡的大體上為三角形的時間演變的空間采樣后的位置信號( (t))；以及反轉所述空間采樣后的振動信號(歹尚)中對應于所述空間采樣后的位置信號(叉m 中的所述上升或下降斜面的那些部分。
6.如在前任一權利要求所述的方法，其中處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))還包括根據所述位置信號(x(t))計算所述滾動體(3c)相對于所述內和外圈(3a，3b)中選定的一個的相對角度位移，以使得其等于整數個相鄰滾動體(3c)之間的角度間距；根據計算出的所述滾動體(3c)的相對角度位移處理所述振動信號(x(t)，yf(t))。
7.如在前任一權利要求所述的方法，其中空間采樣包括空間不變采樣。
8.如在前任一權利要求所述的方法，其中預測所述滾動軸承(3)中的損壞包括快速傅里葉變換所述空間采樣后的振動信號(y(t))以產生所述空間采樣后的振動信號(P1㈦)的頻譜；以及搜索所述損壞的頻率識別標志特性。
9.如在前任一權利要求所述的方法，還包括 選擇所述內和外圈(3a，3b)中的一個；以及執行在前任一權利要求所述的方法以針對選定的圈(3a，:3b)中的缺陷測試所述滾動軸承(3)。
10.如在前任一權利要求所述的方法，其中處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))包括時采樣所述位置和振動信號(X (t)，y (t))。
11.如在前任一權利要求所述的方法，其中處理所述位置和振動信號(x(t)，y(t))包括對所述振動信號(y(t))進行帶通濾波并執行包絡分析。
12.—種數字信號處理系統(8)，其被編程以執行根據在前任一權利要求所述的方法。
13.一種軟件程序，可載入數字信號處理系統(8)并被設計為在被運行時執行根據權利要求1-12中任一項所述的方法。
全文摘要
一種預測滾動軸承中損壞的方法，所述滾動軸承包括內和外圈以及以均勻角度分布其間的滾動體，所述方法包括(在DSP系統8中)處理指示相對于所述外圈的所述內圈的相對角度位置的位置信號(x(t))，以及指示滾動軸承中速度相關的振動的振動信號(y(t))(通過加速度測量計7)，以使得它們對應于等于整數個相鄰滾動體之間的角度間距的所述滾動體的角度位移或整數個所述內圈相對于所述外圈的滿轉；根據處理后的位置信號(x(t))(在A/D獲取板9中)空間采樣所述處理后的振動信號(y(t))；以及根據所述空間采樣后的振動信號(y(t))預測所述滾動軸承中的損壞。
文檔編號G01M13/04GK102341687SQ201080010966
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月5日 優先權日2009年3月5日
發明者C·塞奇, D·博吉, L·巴西, M·科康塞利, R·魯比尼 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務有限公司