本公開涉及一種軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

液靜壓軸承為一種將具有一定壓力的液壓油輸送至軸承與軸之間的油腔中來(lái)形成承載油膜，可有效隔開相互接觸的軸承與軸之間的金屬表面，并產(chǎn)生靜壓力以支撐負(fù)載。因此，液靜壓軸承同時(shí)具備剛性高、抗震性好、極低摩擦、精度高及誤差平均化等優(yōu)點(diǎn)。

一個(gè)完整的液靜壓軸承構(gòu)造及原理較復(fù)雜，而不容易厘清故障問(wèn)題點(diǎn)。為解決此問(wèn)題，現(xiàn)有液靜壓軸承產(chǎn)品多采用傳感器直接監(jiān)視或監(jiān)控的技術(shù)手段。除此之外，尚有定期停機(jī)保養(yǎng)來(lái)確保液靜壓軸承安全的手段。然而，上述手段僅能在液靜壓軸承故障后，才檢測(cè)出其狀態(tài)并發(fā)出預(yù)警，定期停機(jī)保養(yǎng)亦有著停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)、操作難度大等缺點(diǎn)，且由于液靜壓軸承構(gòu)造及原理的復(fù)雜，節(jié)流器或滑塊的元件只要有堵塞之故障情形，就容易造成一連串不可避免的連鎖故障反應(yīng)，造成整體資源浪費(fèi)及使用者極大的商業(yè)損失。

是以，如何提供一種預(yù)警并可監(jiān)控液靜壓軸承的性能壽命的狀態(tài)的系統(tǒng)及方法，以在液靜壓軸承故障之前檢測(cè)出其狀態(tài)，為目前亟待解決的課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的主要目的在于提供一種液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，能進(jìn)一步提供預(yù)警功能并可監(jiān)控液靜壓軸承的性能壽命的狀態(tài)。

本公開的一目的在于提供一種液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：液靜壓軸承器件，再包括：軸體；至少二滑塊，其分別位于該軸體的二表面，以使該滑塊與該軸體之間形成一間隙；及節(jié)流器，連接一油壓?jiǎn)卧墓┮汗苈罚靡詫⒃撚蛪簡(jiǎn)卧囊簤河退腿朐撻g隙中，以形成油膜；至少一傳感器，用以檢測(cè)該液靜壓軸承器件的至少一狀態(tài)參數(shù)；以及計(jì)算單元，再包括：存儲(chǔ)模塊，用以接收并存儲(chǔ)該狀態(tài)參數(shù)，且該存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)有多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；模型建立模塊，用以依據(jù)該狀態(tài)參數(shù)建立一性能預(yù)測(cè)模型；及比對(duì)模塊，用以依據(jù)該多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)該性能預(yù)測(cè)模型，以得到一比對(duì)結(jié)果。

本公開的另一目的在于提供一種液靜壓軸承監(jiān)測(cè)方法，包括下列步驟：利用至少一傳感器檢測(cè)一液靜壓軸承器件的至少一狀態(tài)參數(shù)，并將該狀態(tài)參數(shù)傳送至一計(jì)算單元中；依據(jù)該狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)該計(jì)算單元的模型建立模塊建立一性能預(yù)測(cè)模型；以及以該計(jì)算單元的比對(duì)模塊，依據(jù)多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)該性能預(yù)測(cè)模型，以得到一比對(duì)結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能示意圖；

圖2A至圖2C為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所建立的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型示意圖；

圖3A至圖3D為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)的示意圖；

圖4A為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型與可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)的比對(duì)示意圖；

圖4B至圖4C為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例中使用模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練示意圖；以及

圖5為本公開液靜壓軸承監(jiān)測(cè)方法的流程步驟圖。

符號(hào)說(shuō)明

1 液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

10 液靜壓軸承器件

11 軸體

12、13、14 滑塊

121、131、141 油腔

15 節(jié)流器

16 油壓?jiǎn)卧?/p>

161 供液管路

20 傳感器

30 計(jì)算單元

31 存儲(chǔ)模塊

32 模型建立模塊

33 比對(duì)模塊

34、35、405、406、407、408 曲線

341 高頻區(qū)段

401、402、403、404 區(qū)塊

41、44 輸入層

42、45 隱藏層

43、46 輸出層

S51～S53 步驟。

具體實(shí)施方式

以下藉由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本公開的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本公開的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

須知，本說(shuō)明書附圖所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容，以供本領(lǐng)域技術(shù)人員的了解與閱讀，并非用以限定本公開可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本公開所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本公開所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。

請(qǐng)參閱圖1，本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1包括液靜壓軸承器件10、至少一傳感器20以及計(jì)算單元30。該液靜壓軸承器件10進(jìn)一步包括軸體11、滑塊12、13、14、節(jié)流器15及油壓?jiǎn)卧?6。

在一實(shí)施例中，軸體11可為任何形式的液靜壓軸承結(jié)構(gòu)，例如為圓柱形、錐形、球形的徑向液靜壓軸承，或?yàn)樯刃?、環(huán)形的軸向液靜壓軸承，本公開并不以此為限。

本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1包括至少二以上的滑塊，此二滑塊為成組方式以分別位于該軸體11的二表面。以圖1為例，液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1可包括位于軸體11上表面的滑塊12以及位于軸體11下表面的滑塊13，或是可包括分別位于軸體11側(cè)表面的二滑塊14。滑塊12、13、14可視軸向或徑向的軸體結(jié)構(gòu)的不同來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本公開并不以此為限。

滑塊12、13、14分別位于軸體11的表面后，滑塊12、13、14與軸體11之間形成一間隙。另滑塊12、13、14分別具有相對(duì)于軸體11的表面的油腔121、131、141。

節(jié)流器15連接一油壓?jiǎn)卧?6的供液管路161，用以將存儲(chǔ)在油壓?jiǎn)卧?6中的液壓油經(jīng)供液管路161送入滑塊12、13、14與軸體11之間的間隙以及油腔121、131、141中，借此使滑塊12、13、14與軸體11之間形成油膜，此油膜能產(chǎn)生靜壓力以支撐負(fù)載。

在一實(shí)施例中，該油壓?jiǎn)卧?6可為定壓力供油系統(tǒng)或定流量供油系統(tǒng)，而該節(jié)流器15可為小孔節(jié)流器、毛細(xì)管節(jié)流器或可變節(jié)流器，本領(lǐng)域技術(shù)人員自可視需求自行設(shè)計(jì)油壓?jiǎn)卧?6與節(jié)流器15之間的搭配，本公開并不以此為限。

本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1包括至少一傳感器20，該傳感器20安裝在節(jié)流器15與滑塊12、13、14之間的供液管路161上，用以檢測(cè)該液靜壓軸承器件10的至少一狀態(tài)參數(shù)。

在一實(shí)施例中，該傳感器20為壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器(如渦電流傳感器)或溫度傳感器。根據(jù)傳感器20種類的不同，可檢測(cè)不同的狀態(tài)參數(shù)，因此，所得的該狀態(tài)參數(shù)可為油溫、油壓、油量或油膜間隙。其中，該溫度傳感器可安裝在供液管路的入口或出口處，該壓力傳感器可以并聯(lián)方式安裝在供液管路上，而流量傳感器可以串聯(lián)方式安裝在供液管路上。

在另一實(shí)施例中，本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1藉由節(jié)流器15的特性及所搭配的傳感器20種類，達(dá)成即時(shí)狀態(tài)監(jiān)控診斷的功能。在液靜壓軸承器件10中，使用油壓?jiǎn)卧?6向節(jié)流器15供油，再送至滑塊12、13、14的油腔121、131、141中，依靠液壓油通過(guò)節(jié)流器15的壓力降，自動(dòng)調(diào)節(jié)流量以適應(yīng)負(fù)載的變化，計(jì)算所使用的公式如下：

P＝QR，R＝R_{節(jié)流器}+R_滑塊，R_滑塊(h)

其中，P為液壓油壓力，Q為液壓油流量，R_{節(jié)流器}為節(jié)流器的流阻，R_滑塊為滑塊的流阻，R_滑塊(h)為間隙(h)的函數(shù)。

當(dāng)液靜壓軸承器件10承受正向負(fù)載時(shí)，滑塊12、13、14受到正向壓力，其正向負(fù)載將使軸體11與滑塊12、13、14之間的間隙變小，滑塊流阻隨的增加，液壓油流量變小，與此同時(shí)液壓油壓力將會(huì)增大以適應(yīng)相對(duì)應(yīng)的負(fù)載，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓πА?/p>

反之，當(dāng)液靜壓軸承器件10承受負(fù)向負(fù)載時(shí)，滑塊12、13、14受到負(fù)向壓力，其負(fù)向負(fù)載將使軸體11與滑塊12、13、14之間的間隙變大，滑塊流阻隨的減小，液壓油流量變大，與此同時(shí)液壓油壓力將會(huì)減少以適應(yīng)相對(duì)應(yīng)的負(fù)載。據(jù)此，本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1可藉由檢測(cè)液壓油壓力P、液壓油流量Q及間隙H，來(lái)交互比對(duì)判斷液靜壓軸承器件是否故障。

上述傳感器20所檢測(cè)出的狀態(tài)參數(shù)，可進(jìn)一步傳送至計(jì)算單元30來(lái)進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算單元30包括存儲(chǔ)模塊31、模型建立模塊32及比對(duì)模塊33。在一實(shí)施例中，該計(jì)算單元30可為計(jì)算機(jī)或云端服務(wù)器，存儲(chǔ)模塊31為硬盤、軟盤、便攜式磁盤或其他硬件存儲(chǔ)設(shè)備，用以接收并存儲(chǔ)該狀態(tài)參數(shù)，且該存儲(chǔ)模塊31還存儲(chǔ)有多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另模型建立模塊32及比對(duì)模塊33則為軟件程序。

在一實(shí)施例中，請(qǐng)先參閱圖3A至圖3D，多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(也可稱為可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù))為將多組樣本舉例經(jīng)由一模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練而得者，其中，該多組樣本包括該液靜壓軸承器件的故障原因信號(hào)及其出現(xiàn)時(shí)機(jī)。而可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是以橫軸-頻率、縱軸-振幅的方式表現(xiàn)。如圖3A所示，曲線34表示液靜壓軸承器件10的運(yùn)作狀態(tài)，而曲線35則表示不同頻率下的速度范圍所能接受的振幅。若有曲線34與曲線35交叉，即為故障異常狀態(tài)。例如圖3B所示，曲線34具有越過(guò)曲線35的高頻區(qū)段341，此代表某種故障異常狀態(tài)，而圖3C、圖3D也為如此。藉由模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，可將不同的可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)分出不同的故障原因(如故障、堵塞、撞機(jī)、磨耗、油品變質(zhì)等)，以供后續(xù)比對(duì)之用。

該模型建立模塊32則可依據(jù)該狀態(tài)參數(shù)建立一性能預(yù)測(cè)模型(也可稱為可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型)，其中，該性能預(yù)測(cè)模型為該液靜壓軸承器件的整個(gè)生命周期的間隙(如圖2A所示)、流量(如圖2B所示)或壓力差(如圖2C所示)的性能狀態(tài)表現(xiàn)模型。

在一實(shí)施例中，該性能預(yù)測(cè)模型也可為液壓油的油壓力狀態(tài)模型、液壓油的流量狀態(tài)模型、滑塊與滑動(dòng)面之間隙值狀態(tài)模型，或位移信號(hào)高頻解調(diào)制模型等，本公開并不以此為限。

在另一實(shí)施例中，該性能預(yù)測(cè)模型為分別檢測(cè)下列時(shí)段所建立的完整歷史記錄：液靜壓軸承制造期間、液靜壓軸承在制造以后及使用以前的期間、液靜壓軸承在使用期間、液靜壓軸承在沒(méi)有使用期間、液靜壓軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)期間。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)液靜壓軸承在各期間的狀態(tài)參數(shù)，能夠據(jù)此建立起整個(gè)生命周期的壓力差、流量或間隙的性能狀態(tài)表現(xiàn)模型。

該比對(duì)模塊33則用以依據(jù)該多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)該性能預(yù)測(cè)模型，以得到一比對(duì)結(jié)果。由于液靜壓軸承的不同位置、不同區(qū)域的模塊會(huì)有不同的性能表現(xiàn)，可通過(guò)上述液靜壓軸承各時(shí)段的性能預(yù)測(cè)模型來(lái)進(jìn)行比較，以取得不同位置、不同區(qū)域的模塊所剩余的壽命，并可預(yù)測(cè)何時(shí)需要維修、是否過(guò)載、節(jié)流器等元件是否失效、安裝精度是否有誤等故障現(xiàn)象，據(jù)此提供比對(duì)結(jié)果。此外，本公開的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1更可依據(jù)該比對(duì)結(jié)果，提供通知補(bǔ)償、維修或預(yù)警的功能。

在一實(shí)施例中，如圖4A所示，以圖2A所示的間隙的性能預(yù)測(cè)模型為例，在圖4A的區(qū)塊401中，是以如圖3A所示的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)圖4A的區(qū)塊401中的曲線405進(jìn)行比對(duì)；在圖4A的區(qū)塊402中，是以如圖3B所示的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)(如已有10倍頻產(chǎn)生)來(lái)對(duì)區(qū)塊402中的曲線406進(jìn)行比對(duì)；在圖4A的區(qū)塊403中，是以如圖3C所示的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)(如已有5及10倍頻產(chǎn)生)來(lái)對(duì)區(qū)塊403中的曲線407進(jìn)行比對(duì)；在圖4A的區(qū)塊404中，是以如圖3D所示的可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)(如已有混合倍頻產(chǎn)生)來(lái)對(duì)區(qū)塊404中的曲線408進(jìn)行比對(duì)。最后可得一比對(duì)結(jié)果。

在一實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖4B，所使用的模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有輸入層41、隱藏層42及輸出層43。輸入層41用以輸入原始信號(hào)(即狀態(tài)參數(shù))，而隱藏層42則將原始信號(hào)所建立的性能預(yù)測(cè)模型與可靠度實(shí)驗(yàn)性能預(yù)測(cè)模型特征判斷數(shù)據(jù)進(jìn)行類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交互運(yùn)算，使輸出層43輸出分析結(jié)果。又如圖4C所示，輸入層44可具有多個(gè)輸入源(例如以不同月份的信號(hào)來(lái)加以區(qū)別)，輸出層46也可輸出多個(gè)分析結(jié)果(例如以不同月份的判斷結(jié)果來(lái)加以區(qū)別)，而隱藏層45所建立的診斷模型則由數(shù)個(gè)性能預(yù)測(cè)模型所構(gòu)成。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可依設(shè)計(jì)來(lái)建構(gòu)模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作態(tài)樣，本公開并不以此為限。

請(qǐng)參閱圖5，本公開還提供一種液靜壓軸承監(jiān)測(cè)方法，包括下列步驟：檢測(cè)液靜壓軸承器件的狀態(tài)參數(shù)(步驟S51)；依據(jù)該狀態(tài)參數(shù)建立性能預(yù)測(cè)模型(步驟S52)；以及依據(jù)多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)該性能預(yù)測(cè)模型，以得到比對(duì)結(jié)果(步驟S53)。

在步驟S51中，利用至少一傳感器檢測(cè)一液靜壓軸承器件的至少一狀態(tài)參數(shù)，并將該狀態(tài)參數(shù)傳送至一計(jì)算單元中。其中，該傳感器為壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器或溫度傳感器，該狀態(tài)參數(shù)為油溫、油壓、油量或油膜間隙。

在步驟S52中，則依據(jù)該狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)該計(jì)算單元的模型建立模塊建立一性能預(yù)測(cè)模型。其中，該性能預(yù)測(cè)模型為該液靜壓軸承器件的整個(gè)生命周期的壓力差、流量或間隙的性能狀態(tài)表現(xiàn)模型。

在步驟S53中，以該計(jì)算單元的比對(duì)模塊，依據(jù)多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)該性能預(yù)測(cè)模型，以得到一比對(duì)結(jié)果。其中，該多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是將多組樣本經(jīng)由一模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練而得者，且其中，該多組樣本包括該液靜壓軸承器件的故障原因信號(hào)及其出現(xiàn)時(shí)機(jī)。

綜上所述，根據(jù)本公開所提供的液靜壓軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，能通過(guò)各種傳感器來(lái)檢測(cè)液靜壓軸承器件的各種狀態(tài)參數(shù)，使計(jì)算單元能建立性能預(yù)測(cè)模型，并能將該性能預(yù)測(cè)模型與事先經(jīng)模糊類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所得的多組可靠度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，而能得到液靜壓軸承器件的性能狀態(tài)變化，進(jìn)一步提供精度、效能、壽命、故障原因等預(yù)警功能，因此具備掌握產(chǎn)品生命周期、即時(shí)監(jiān)控維修、降低成本以及提升量產(chǎn)組裝良率的功效。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本公開的原理及其功效，而非用于限制本公開。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本公開的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在未脫離本公開所揭示的精神與技術(shù)原理下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由權(quán)利要求范圍所涵蓋。