一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法与流程

1.本发明涉及摩擦技术领域，尤其涉及一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法。


背景技术：

2.在设备各种失效方式中，磨损失效及其产生的不良影响所占比例最高。润滑是利用润滑介质减少两摩擦表面之间的摩擦从而减小磨损，由于人们对摩擦学系统中复杂的物理化学过程的认识与客观实际之间的差距，还有实际运行过程中多种不确定性因素的影响，再完善的设计也难以保证设备一直处于良好的润滑状态。因此，在设备运行中对润滑和磨损状态进行动态监测是十分必要的。
3.随着设备日益向重载、高速、大型、自动化与多功能化方向发展，设备的维修成本和停机损失也随之急剧增加。因此，对设备运行的可靠性和经济性必然提出更高的要求，促使工业界将以实施状态监测为基础的视情维修提到了更为迫切的地位上。状态监测与视情维修可大幅度降低企业的生产成本，提高企业的经济效益。传统的设备维修方式包括失效后修理和定期维修，而先进的设备维修方式是基于设备状态检测的预知性维修。因此，对摩擦副的润滑状态进行实时监测，从而发现初始故障并采取相对应措施，对延长机器使用寿命、降低维护费用具有十分重要的现实意义和实用价值。
4.目前，对摩擦副的润滑状态进行实时监测的方法有以下几种：
5.(1)利用摩擦热监测摩擦副润滑状态
6.摩擦过程的温升通过接触电阻、电容法及热电偶等测量。这种方法的缺点在于：1、测试两个相互贴合的表面，测试仪器的布置存在一定的困难，无法精确测量摩擦表面的动态温度；2、对于一些较小接触表面的摩擦副，区域内的温差很小，一定程度增加了测量困难；3、监测到温升较大时，说明摩擦副两摩擦表面已经磨损，未能在磨损前发出预警。
7.(2)基于振动信号监测摩擦副润滑状态
8.主要通过对运行过程中摩擦副振动信号的采集和处理对摩擦副中出现的疲劳剥落、变形、压痕、局部腐蚀等故障进行监测。这种方法的缺点在于：诊断出来的摩擦副两摩擦表面已经有了较严重的损伤，对早期的摩擦副故障诊断不够灵敏。
9.(3)基于油液基的监测摩擦副润滑状态
10.油润滑或者油冷却的摩擦副在运行过程中会将相关的信号带入到循环油液中，因此对运行过程中的油液进行观察和分析可以了解摩擦副的运行状态，推断出故障的形式和部位。这种方法的缺点在于：对突发性故障不能及时预报，且对人员的经验依赖性强。
11.(4)基于油膜电阻的监测摩擦副润滑状态
12.如果摩擦副在运行过程中两摩擦表面之间形成很好的油膜，则两摩擦表面的电阻值可达兆欧以上，但当润滑油膜遭到破坏后，两表面接触，电阻可降低到零欧姆。该监测技术利用这一特性对摩擦副润滑状态进行监测。这种方法的缺点在于：在油膜完全破裂后，两表面接触电阻值才会有较大变化，但此时润滑剂润滑已经完全失效，两摩擦副表面已经在
较差润滑状态下摩擦了一段时间，可能已经严重磨损。
13.综上所述，目前的摩擦磨损监测方法均存在灵敏度较差的问题，无法在润滑开始变差时给出预警。


技术实现要素：

14.有鉴于此，本发明提供了一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法，本发明提供的方法能够实现对摩擦副的实时、动态监测，反应灵敏，能够在润滑状态开始变差时就给出预警，及时避免由于润滑失效导致的磨损。
15.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
16.一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法，包括以下步骤：
17.对摩擦副在摩擦运动过程中产生的摩擦电信号进行监测，并根据监测得到的摩擦电信号判断两摩擦表面的摩擦磨损状态。
18.优选的，所述摩擦副的接触形式为点接触、线接触或面接触。
19.优选的，所述摩擦运动的形式为直线运动、直线往复运动或回转运动；
20.所述摩擦运动在固体润滑、液体润滑或润滑脂润滑条件下进行。
21.优选的，组成所述摩擦副的物体的材质独立地为导体或绝缘体。
22.优选的，组成所述摩擦副的物体的材质独立地为钢、铜、陶瓷或塑料。
23.优选的，监测所述摩擦电信号的方法为：将导线的一端连接在组成所述摩擦副的任一物体上，导线的另一端连接检测器，检测器通过数据线将检测到的电信号实时传输到显示器上。
24.优选的，当连接导线的物体为绝缘体时，先在所述物体表面贴一层导电材料，然后将所述导线连接在所述导电材料上。
25.优选的，所述检测器为电流放大器或示波器。
26.优选的，判断两摩擦表面的摩擦磨损状态的标准为：未磨损时，电信号稳定，当发生放电现象时，表明摩擦表面发生了磨损。
27.优选的，将摩擦表面初始磨损时发生放电现象的电信号值记为a1，在监测所述摩擦电信号的过程中，在电信号为a1时设置报警装置。
28.本发明提供了一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法，包括以下步骤：对摩擦副在摩擦运动过程中产生的摩擦电信号进行监测，并根据监测得到的摩擦电信号判断两摩擦表面的摩擦磨损状态。摩擦副在正常摩擦状态时，此时摩擦产生的电流稳定，当摩擦状态发生变化时，产生的摩擦电信号也会随之变化。本发明利用这种现象提供了一种监测摩擦副磨损状态的方法，该方法可以实时监测摩擦副内的润滑状态，并能够监测到润滑状态开始变差的时机，避免由于润滑失效导致的磨损。
29.另外，本发明提供的方法能够实现对摩擦副实时、动态监测，反应灵敏，能够在不打开、不破坏摩擦副前提下进行监测，且测量装置安装简便；本发明提供的方法适用各种润滑条件下的摩擦副，接触方式包括点接触、线接触和面接触，运动形式包括直线运动、直线往复运动和回转运动。
附图说明
30.图1为摩擦副的接触形式示意图，其中(1)为球面接触，(2)为线接触，(3)为面接触；
31.图2为摩擦副的运动形式示意图，其中(1)为直线运动，(2)为往复运动，(3)为回转运动；
32.图3为第一摩擦体为导体且为固定状态时监测装置的连接方式；
33.图4为第一摩擦体为绝缘体且为固定状态时监测装置的连接方式；
34.图5为第二摩擦体为导体且为固定状态时监测装置的连接方式；
35.图6为第二摩擦体为绝缘体且为固定状态时监测装置的连接方式；
36.图7为实施例1中对滚动轴承的摩擦磨损状态进行监测时监测装置的连接示意图；
37.图8为实施例1中对滚动轴承的摩擦磨损状态进行监测时监测装置的连接示意图；
38.图3～8中：1-第一摩擦体，2-第二摩擦体，3-导线，4-检测器，5-数据线，6-电脑，7-导电材料，8-滚动体，9-外圈，10-内圈；
39.图9为实施例1中对滚动轴承的摩擦电信号监测结果。
具体实施方式
40.本发明提供了一种利用摩擦电信号监测摩擦磨损状态的方法，包括以下步骤：
41.对摩擦副在摩擦运动过程中产生的摩擦电信号进行监测，并根据监测得到的摩擦电信号判断两摩擦表面的摩擦磨损状态。
42.在本发明中，所述摩擦副的接触形式优选为点接触、线接触或面接触，所述点接触优选为球体与平面之间发生的摩擦，称为球面摩擦或点面摩擦，如图1中的(1)所示；所述线接触优选为圆柱体的侧面与平面之间的摩擦，成为滚面摩擦或线面摩擦，如图1中的(2)所示；所述面接触为平面与平面之间发生的摩擦，称为面面摩擦，如图1中的(3)所示。本发明对所述摩擦副的具体形式没有特殊要求，在不同润滑条件下发生摩擦运动的摩擦副都可以采用本发明的方法进行监测，在本发明的具体实施例中，所述摩擦副可以为滚动轴承。在本发明的具体实施例中，所述摩擦运动可以在固体润滑、液体润滑或润滑脂润滑条件下进行。
43.在本发明中，所述摩擦运动的形式为直线运动、直线往复运动或回转运动，所述直线运动(单向直线运动)、直线往复运动或回转运动的示意图如图2所示，其中(1)为直线运动，(2)为直线往复运动，(3)为回转运动。
44.在本发明中，组成所述摩擦副的物体的材质独立地优选为导体或绝缘体，具体优选为钢、铜、陶瓷或塑料。
45.监测所述摩擦电信号的方法优选为：将导线的一端连接在组成所述摩擦副的任一物体上，导线的另一端连接检测器，检测器通过数据线将检测到的电信号实时传输到显示器上。
46.在本发明中，所述导线优选为铜导线；在本发明的具体实施例中，当组成所述摩擦副的两个物体中，一个物体固定不动，另一物体发生运动时，所述导线优选连接在固定不动的物体上，方便导线配置，且不会对摩擦运动产生影响；当导线连接到运动的物体上时，优选配合导电滑环使用，以避免对摩擦运动产生影响。在本发明的具体实施例中，当连接导线的物体为绝缘体时，优选先在所述物体表面贴一层导电材料，然后将所述导线连接在所述
导电材料上；所述导电材料优选为金属导电膜，更优选为铜箔或铝箔。
47.在本发明中，所述检测器优选为电流放大器或示波器。当所述检测器为电流放大器时，显示器上显示的电信号为电流信号，当所述检测器为示波器时，显示器上显示的电信号为电压信号。
48.在本发明中，所述显示器优选为电脑；本发明对所述数据线没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的传输电信号的数据线即可。
49.下面对不同运动形式下监测装置的连接方式进行举例说明：
50.将组成摩擦副的两个物体分别记为第一摩擦体和第二摩擦体。
51.当所述第一摩擦体为导体球或面，且为固定状态，第二摩擦体进行往复或单向运动时，监测装置的连接方法如图3所示，其中在第一摩擦体1上连接导线3，导线3另一端连接检测器4，检测器的数据由数据线5传输到电脑6上进行分析，进而根据摩擦电信号判断当前摩擦副所处的摩擦磨损状态。
52.当所述第一摩擦体为绝缘体球或面，且为固定状态，第二摩擦体进行往复或单向运动时，监测装置的连接方法如图4所示，在第一摩擦体1表面贴一层导电材料7，然后在导电材料7上接入导线3，导线3另一端与检测器4连接，检测器的数据由数据线5传输到电脑6上进行分析，进而根据摩擦电信号判断当前摩擦副所处的摩擦磨损状态。
53.当第一摩擦体为往复运动状态，第二摩擦体为导体且为固定状态时，监测装置的连接方法如图5所示，在第二摩擦体2上连接导线3，导线3另一端连接检测器4，检测器的数据由数据线5传输到电脑6上进行分析，进而根据摩擦电信号判断当前摩擦副所处的摩擦磨损状态。
54.当第一摩擦体为往复运动状态，第二摩擦体为绝缘体且为固定状态时，监测装置的连接方法如图6所示，在第二摩擦体2表面贴一层导电材料7，然后在导电材料7上接入导线3，导线3另一端与检测器4连接，检测器的数据由数据线5传输到电脑6上进行分析，进而根据摩擦电信号判断当前摩擦副所处的摩擦磨损状态。
55.在本发明的具体实施例中，摩擦副摩擦产生的摩擦电信号通过导线导出，经过电流放大器或示波器传输到电脑上，在电脑上显示出摩擦电流或电压信号，润滑良好时，摩擦电信号平稳输出；当摩擦副摩擦状态发生变化时，摩擦过程中磨损异常的电信号发生变化，表现为摩擦电流或电压出现激增。
56.在本发明中，判断两摩擦表面的摩擦磨损状态的标准优选为：未磨损时，电信号稳定，当发生放电现象时，表明摩擦表面发生了磨损。在本发明中，当电信号发生激增时，即认为发生了放电现象；在本发明的具体实施例中，未磨损时，电信号稳定，刚开始出现放电现象时，表示摩擦表面发生了轻微磨损，当摩擦继续进行，放电现象会越来越频繁，且放电时的电信号越来越大，此时摩擦表面由轻微磨损变为严重磨损。本发明的目的在于在润滑状态开始变差时给出预警，在本发明的具体实施例中，将摩擦表面初始磨损时发生放电现象的电信号值记为a1，在监测所述摩擦电信号的过程中，在电信号为a1时设置报警装置，以便于在磨损初期发出报警信号，便于及时处理，避免由于润滑失效导致的严重磨损。
57.在本发明的具体实施例中，未磨损、轻微磨损或严重磨损时的摩擦电信号根据不同的工况表现出不同的数值，本发明不做详细限定，根据实际情况进行确定即可，具体的，将未磨损时的电信号记为a0，初始磨损(即轻微磨损)时放电的电信号记为a1，严重磨损时放
电的电信号记为a2，在本发明的一些实施例中，a1可以为a0的3倍、5倍或10倍，a2可以为a1的2倍或3倍。
58.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.实施例1
60.对滚动轴承的摩擦磨损状态进行实时监测，滚动轴承由滚动体、外圈和内圈组成，滚动体、外圈和内圈的材质均为高碳轴承钢(gcr15)，滚动轴承在液体润滑剂润滑下进行摩擦运动。监测装置的连接方式如图7～8所示，其中导线3一端连接在外圈上，另一端连接电流放大器，电流放大器通过数据线5将摩擦电信号传输到电脑6中。
61.监测到的摩擦电信号如图9所示。图9中虚线框1为摩擦副正常摩擦润滑条件下的摩擦电信号，为50na，虚线框2位摩擦副发生轻微磨损时的摩擦电信号，可以看出，此时会发生放电现象，放电时的电流达到500na，虚线框3为摩擦副重度摩擦时的摩擦电信号，可以看出，此时放电次数增多，放电时的电流达到1000na；在电流达到500na时设置报警，可在磨损初期及时进行处理。
62.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。