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控裝置，使其結合成為一體而形成獨特的軸承結構單元，利用信息處理、自動控制等技術實現軸承運行狀態(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，可實現對外圈、內圈、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)現設備及軸承狀態(tài)的異常。

2） 自決策: 基于海量軸承服役數據，結合大數據與深度學習技術，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)與軸承歷史數據趨勢，評估軸承的服役健康狀態(tài)，對可能出現的異常工況做出預警判斷。

3） 自調控: 在軸承服役狀態(tài)監(jiān)測與評估診斷的基礎上，結合滾動軸承服役狀態(tài)機理研究，通過潤滑劑量、冷卻參數、預緊狀態(tài)及工況( 如轉速、切削量)等調節(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）。智能軸承通過對轉速、溫度、振動及載荷等數據的監(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、無線信號傳輸等功能。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，結合Internet 網絡、云技術、狀態(tài)監(jiān)測及信號處理技術，實現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，該技術可實現智能組網，使得多個軸承實現相互通信形成“網狀網絡”，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、轉速、徑向軸位移以及載荷等數據。傳感器組的外殼與徑向軸密封圈的外圈固定在一起，而旋轉的測量件與軸承內環(huán)固定連接在一起，形成了一個結構很緊湊的單元，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，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字化服務的每個數字化增值階段。

  國內的研究

   國內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，實現了軸承自感知及一定程度的自決策功能，在自調控技術方面國際先進技術也主要以簡單的潤滑調整技術為主，缺乏對軸承載荷、工況、冷卻等的綜合調控。

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）智能調控技術。

5、結束語

  智能軸承的出現、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。

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