智能軸承關鍵技術及發(fā)展趨勢

1、什么是智能軸承？

   軸承譽為“機器的關節(jié)”，定義智能軸承之前，先說明一下“智能機器”。對智能機器的解釋也非常的多，多數(shù)帶有未來色彩?！?span>McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms》定義智能機器為：“使用傳感器來監(jiān)測環(huán)境并調(diào)整其運行，以在不確定且易變的環(huán)境下完成特定任務的機器”。智能機器是一種可以實現(xiàn)自我“照顧”的機械系統(tǒng)，但也不是說智能機器就無需維護（未來夢想），而是使用其內(nèi)置的智能程序來檢測潛在的問題并簡化維護間隔時間與程序。

   同樣的，對于智能軸承的定義也有多種說法，國內(nèi)西安交通大學研究團隊定義其為：在傳統(tǒng)軸承的基礎上集成不同用途的傳感裝置和調(diào)控裝置，使其結(jié)合成為一體而形成獨特的軸承結(jié)構(gòu)單元，利用信息處理、自動控制等技術實現(xiàn)軸承運行狀態(tài)實時在線監(jiān)測、故障檢測以及狀態(tài)實時調(diào)控。

2、智能軸承的特點

  智能軸承是一個系統(tǒng)。

   智能軸承的特點：

1） 自感知: 基于微傳感器技術集成轉(zhuǎn)速、振動、溫度、載荷及潤滑狀態(tài)等多源服役信息采集傳感裝置，傳感器集成化程度高，可實現(xiàn)對外圈、內(nèi)圈、保持架甚至滾動體服役信息的監(jiān)測與識別，信息覆蓋程度高; 由于傳感器直接集成于軸承本體，監(jiān)測信號的信噪比高，能更靈敏、更早期地發(fā)現(xiàn)設備及軸承狀態(tài)的異常。

2） 自決策: 基于海量軸承服役數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與深度學習技術，提取軸承健康狀態(tài)下的服役信息特征，識別當前運行狀態(tài)與軸承歷史數(shù)據(jù)趨勢，評估軸承的服役健康狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的異常工況做出預警判斷。

3） 自調(diào)控: 在軸承服役狀態(tài)監(jiān)測與評估診斷的基礎上，結(jié)合滾動軸承服役狀態(tài)機理研究，通過潤滑劑量、冷卻參數(shù)、預緊狀態(tài)及工況( 如轉(zhuǎn)速、切削量)等調(diào)節(jié)滾動軸承的服役狀態(tài)，提高重大裝備服役的安全可靠性及維修的可預知性

3、智能軸承的發(fā)展

   80年代開始，SKF最先開始研究智能軸承（也稱傳感器軸承），主要用于汽車防抱系統(tǒng)（ABS）。智能軸承通過對轉(zhuǎn)速、溫度、振動及載荷等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、分析，以形成反饋。國際知名軸承公司在智能軸承的研究方面一直在不斷進步。

SKF insight

 SKF Insight( 洞悉)主要集成了轉(zhuǎn)速、溫度、振動、載荷及潤滑狀態(tài)等多種傳感器，并具備自發(fā)電、無線信號傳輸?shù)裙δ?。該軸承技術目前已在風電、鐵路及汽車等高端領域得到了應用，結(jié)合Internet 網(wǎng)絡、云技術、狀態(tài)監(jiān)測及信號處理技術，實現(xiàn)了對軸承運行工況及運行狀態(tài)的監(jiān)測、評估及預測。同時，該技術可實現(xiàn)智能組網(wǎng)，使得多個軸承實現(xiàn)相互通信形成“網(wǎng)狀網(wǎng)絡”，將狀態(tài)信息發(fā)送到云端進行決策分析，在自感知的基礎上，實現(xiàn)了一定意義上的自決策，是智能軸承技術目前最具有代表性的成果。 

  FAG-Variosense

   FAG-Variosense主要特點是模塊化監(jiān)測功能，可根據(jù)需求靈活配置相應的監(jiān)測模塊完成多種物理量的監(jiān)測，如軸承溫度、轉(zhuǎn)速、徑向軸位移以及載荷等數(shù)據(jù)。傳感器組的外殼與徑向軸密封圈的外圈固定在一起，而旋轉(zhuǎn)的測量件與軸承內(nèi)環(huán)固定連接在一起，形成了一個結(jié)構(gòu)很緊湊的單元，能夠與各種不同尺寸軸承相適配。FAG基于Variosense 傳感器單元，提出智能生態(tài)系統(tǒng)概念，具備和 SKF 洞悉軸承類似的架構(gòu)，提供了一個基于云的、全面的硬件和軟件基礎設施，包括從配備傳感器組件到數(shù)字化服務的每個數(shù)字化增值階段。

  國內(nèi)的研究

   國內(nèi)智能軸承的研究集中在高校，主要針對的是嵌入式智能軸承而開展的信號采集、監(jiān)測分析等工作。

  綜上，智能軸承技術的發(fā)展還處在傳感器軸承的層面，通過對傳感器的集成、對基于云的狀態(tài)監(jiān)測技術的研究，實現(xiàn)了軸承自感知及一定程度的自決策功能，在自調(diào)控技術方面國際先進技術也主要以簡單的潤滑調(diào)整技術為主，缺乏對軸承載荷、工況、冷卻等的綜合調(diào)控。

4、關鍵技術

  1）傳感器技術。智能化、微型化、集成度高、多樣化的可利用的傳感器。

  2）自供電/無線供電技術。解決在線檢測的供電需求。

  3）信號傳輸。

  4）智能診斷技術。

  5）智能調(diào)控技術。

5、結(jié)束語

  智能軸承的出現(xiàn)、發(fā)展緊隨應用需求和工業(yè)技術的發(fā)展，風電、高鐵等重大機械設備的運行，需要對軸承的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，以避免問題的進一步擴大。有了市場需求，還必須得有技術支承，現(xiàn)代工業(yè)對高端軸承的需求使得智能軸承成為一個發(fā)展方向。使智能軸承具備自感知、自決策、自調(diào)控功能，是國外軸承企業(yè)高端軸承發(fā)展的主要方向之一。因此，國內(nèi)企業(yè)也要緊跟應用需求，通過給予一定投入，不斷的嘗試、創(chuàng)新，時刻準備著，當技術突破，應用需求增加時，能夠站在行業(yè)的最前列。

  軸研所公眾號                             軸承雜志社公眾號