Способ определения нагрузки подшипника, компьютерный программный продукт, устройство управления и привод

Предложенное изобретение относится к средствам для определения нагрузок в подшипниках, в частности подшипниках электрических машин. Способ определения нагрузки (B) подшипника (1) заключается в определении частоты (v) вращения и углового ускорения (a) ротора электрической машины, согласованного с контролируемым подшипником; предоставлении матрицы (M), включающей в себя элементы (M_ij), такие что соответствующий элемент (M_ij) согласован с областью (a_j) углового ускорения (a) и с областью (v_i) частоты (v) вращения, при этом устанавливают, сколько единиц времени (t) электрическая машина пребывала в области (v_i) частоты (v) вращения и в области (a_j) углового ускорения (a); суммировании элементарной величины (x) в каждом случае с одним элементом (M_ij), причем соответствующий элемент (M_ij) в каждом случае согласован с частотой (v) вращения и угловым ускорением (a); и определении нагрузки (B) как взвешенной суммы (S) элементов (M_ij). Указанный способ реализуется с использованием соответствующего устройства управления и привода с электрической машиной. Заявленная группа изобретений позволяет улучшить процедуру определения нагрузки подшипника электрической машины. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу определения нагрузки подшипника, устройству управления, компьютерному программному продукту и к приводу.

Электрические машины имеют, как правило, один или несколько подшипников или подшипников скольжения. Подшипники и подшипники скольжения обозначаются здесь для простоты подшипниками. Подшипники должны с регулярными промежутками времени смазываться смазочным средством. Подшипник служит для установки ротора в статоре. Предпочтительно электрическая машина имеет, по меньшей мере, два подшипника. Подшипники нагружаются аналогичным образом и с аналогичной нагрузкой. По истечении заданного времени работы подшипники должны снабжаться смазочным средством. Промежуток времени между процессами смазки зависит по существу от нагрузки подшипника электрической машины.

Существенной составляющей в нагрузке подшипника является угловое ускорение ротора электрической машины. Дальнейшей составляющей является частота вращения, с которой вращается ротор электрической машины. Наиболее сильно нагружены подшипники электрических машин, которые регулярно сильно ускоряются или эксплуатируются с наиболее низкой или наиболее высокой частотой вращения.

Отрицательным образом нагрузку подшипников в электрических машинах можно определять с трудом. Это относится в частности к подшипникам в электрических машинах, которые эксплуатируются с сильно меняющимися частотами вращения. Из-за недостаточного знания нагрузки соответствующего подшипника также предполагаемый оставшийся срок службы подшипника и таким образом электрической машины может оцениваться с трудом. Следствием являются более частые работы по техническому обслуживанию, в частности чаще происходящее повторное смазывание соответствующего подшипника, как правило, необходимо.

Проблема решалась до сих пор, прежде всего, с помощью камер смазочного средства, которые согласованы с соответствующими подшипниками электрической машины. Однако чрезмерная подача смазочного средства отрицательным образом приводит к тепловой перегрузке подшипника и таким образом к выходу из строя электрической машины.

DE 20 2008 060 762 A1 раскрывает в этом отношении способ и устройство для определения динамического срока службы подшипников качения. При этом определяется частота корпусного шума, для того чтобы устанавливать состояние и тем самым динамический срок службы. Отрицательным образом датчик корпусного шума определяет только повреждение подшипника.

US 2017/0126151 A1 заявляет помимо этого аналогичный способ определения нагрузки электрической машины.

Исходя из этого, задача изобретения сделать возможным улучшенное определение нагрузки подшипника электрической машины.

Задача решается с помощью способа согласно пункту 1 формулы изобретения. Сверх этого, задача решается с помощью компьютерного программного продукта согласно пункту 12 формулы изобретения, с помощью устройства управления согласно пункту 13 формулы изобретения и с помощью привода согласно пункту 14 формулы изобретения.

Способ определения нагрузки подшипника электрической машины включает в себя следующие этапы способа:

- предоставление матрицы M, причем матрица включает в себя элементы M_ij матрицы, причем каждый элемент матрицы согласован с областью a_j углового ускорения a и с областью v_i частоты v вращения;

- определение частоты вращения и углового ускорения ротора электрической машины, причем ротор согласован с соответствующим подшипником;

- суммирование элементарной величины x, например x=1, с соответствующим элементом матрицы, причем соответствующий элемент матрицы в каждом случае согласован с частотой вращения и угловым ускорением;

- определение нагрузки подшипника как суммы, в частности взвешенной суммы, элементов матрицы.

Предпочтительно осуществляется отображение нагрузки соответствующего подшипника при помощи устройства отображения.

Подшипник выполнен предпочтительно в виде подшипника качения или подшипника скольжения.

Предпочтительно нагрузка сравнивается с допустимой нагрузкой соответствующего подшипника и рассчитывается, когда допустимая нагрузка будет достигнута.

В соответствии с разностью между нагрузкой и допустимой нагрузкой осуществляется предпочтительно оценка, когда будет необходимо техническое обслуживание соответствующего подшипника.

Вследствие этого техническое обслуживание или замена может планироваться в соответствии с нагрузкой.

Предпочтительно формирование суммы происходит после каждого прибавления элементарной величины к соответствующему элементу матрицы.

Согласованным с электрической машиной подшипником является подшипник, который поддерживает вал, который приводится в движение соответствующей электрической машиной. Подшипник, который согласован с электрической машиной, может быть также соответствующим подшипником электрической машины, который служит для поддержки ротора электрической машины.

Определение частоты v вращения происходит предпочтительно при помощи датчика на электрической машине или посредством анализа тока или напряжения, которое предоставляется источником тока электрической машине. Альтернативно или дополнительно частота вращения может определяться посредством анализа электрического поля в электрической машине или посредством анализа вибрации электрической машины.

Определение углового ускорения a ротора осуществляется предпочтительно посредством дифференцирования по времени угловой скорости a=dv/dt ротора или посредством анализа тока или напряжения, которое предоставляется электрической машине. Альтернативно или дополнительно угловое ускорение может также измеряться непосредственно на электрической машине.

Матрица включает в себя элементы M_ij матрицы, причем элементы матрицы соответствуют в каждом случае областям v_i частоты вращения и областям a_j углового ускорения.

Области частоты вращения и области углового ускорения соответствуют, например, при матрице 100×100 в каждом случае одному проценту максимальной частоты вращения v_max и максимального углового ускорения a_max.

Таким образом, возникает для области v_i частоты вращения в качестве нижней границы (i-1)% до i% максимальной частоты вращения. Соответственно для области a_j углового ускорения возникает в качестве нижней границы (i-1)% до i% максимального углового ускорения. При этом i=1,…,100. Другими словами для области a_i справедливо: a_i=(a_i-1, a_i) и соответственно для области v_j: v_j=(v_j-1, v_j).

Максимальная частота вращения является предпочтительно максимальной частотой вращения электрической машины. Максимальное угловое ускорение является предпочтительно максимальным угловым ускорением электрической машины.

Предпочтительно частота вращения располагается в столбцах матрицы, а угловое ускорение в строках матрицы.

Соответствующий элемент M_ij увеличивается через единицу t времени в каждом случае на элементарную величину x, предпочтительно 1, если ротор двигается с частотой v вращения в соответствующей области v_i и угловым ускорением a в соответствующей области a_j.

Таким образом, для каждой единицы времени в каждом случае один элемент M_ij матрицы увеличивается на элементарную величину, предпочтительно x=1.

Посредством образования взвешенной суммы S может через матрицу M определяться нагрузка электрической машины в каждом случае через единицы t времени:

Взвешенная сумма учитывает различное влияние различных угловых ускорений или различных частот вращения ротора электрической машины на нагрузку подшипника. Для взвешенной суммы учитывается первый коэффициент f1 нагрузки, причем первый коэффициент нагрузки представляет собой меру нагрузки электрической машины при частоте v вращения в определенной области v_i. Далее учитывается второй коэффициент f2 нагрузки, причем второй коэффициент нагрузки представляет собой меру нагрузки электрической машины при угловом ускорении в определенной области a_j.

Также возможно учитывать взвешивание при добавлении соответствующего элемента M_ij матрицы M.

Нагрузка B электрической машины в каждом случае предпочтительно пропорциональна сумме S матрицы. Единицами t времени являются при этом натуральные числа.

На основе нагрузки B может определяться предполагаемый оставшийся срок службы электрической машины, в частности подшипника электрической машины. Предполагаемый оставшийся срок службы соответствующего подшипника соответствует разности между максимальным общим сроком службы для соответствующей нагрузки и временем работы соответствующего подшипника. Предпочтительно предполагаемый оставшийся срок службы соответствующего подшипника отображается на электрической машине при помощи устройства отображения. Предпочтительно может таким образом устанавливаться срок замены или технического обслуживания соответствующего подшипника.

Устройство отображения согласовано при этом предпочтительно с источником напряжения электрической машины или с самой электрической машиной.

В простом варианте осуществления устройство отображения может состоять из светодиода, который меняет цвет при предстоящем техническом обслуживании. Предпочтительно устройство отображения может также принимать форму «светофора».

При помощи изобретения может без затруднений определяться и отображаться мера (предыдущей) нагрузки подшипника электрической машины. Так наиболее предпочтительно может с первого взгляда обнаруживаться, должно ли или когда должно осуществляться в ближайшее время предстоящее техническое обслуживание, в частности повторное смазывание.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения взвешивание суммы происходит с помощью первого коэффициента нагрузки в отношении частоты вращения или с помощью области для частоты вращения и с помощью второго коэффициента нагрузки в отношении углового ускорения или с помощью области для углового ускорения.

Предпочтительно коэффициенты f1, f2 нагрузки зависят в каждом случае друг от друга. Предпочтительно первый коэффициент нагрузки учитывает нагрузку в зависимости от частоты вращения при согласованном в каждом случае угловом ускорении. Далее предпочтительно второй коэффициент нагрузки учитывает нагрузку в зависимости от углового ускорения при согласованной в каждом случае частоте вращения.

При необходимости коэффициент нагрузки может зависеть и от частоты вращения, и от углового ускорения.

Первый коэффициент нагрузки зависит предпочтительно от частоты вращения электрической машины. Второй коэффициент нагрузки зависит предпочтительно от углового ускорения электрической машины. Посредством связывания соответствующих коэффициентов нагрузки с соответствующим элементом матрицы

M_ij -> f1(v_i)*M_ij*f2(a_j) для всех t

соответствующий элемент матрицы связывается непосредственно с нагрузкой. Сумма S является в соответствии с этим суммой элементов M_ij матрицы. Через коэффициенты f1, f2 нагрузки сумма матрицы связана с нагрузкой.

Посредством связывания элементов матрицы с коэффициентами нагрузки нагрузка электрической машины может предпочтительно определяться непосредственно через сумму элементов матрицы.

При использовании независимых друг от друга коэффициентов f1, f2 нагрузки значения для углового ускорения и/или для частоты вращения могут вместо матрицы M сохраняться в каждом случае в одном списке. При помощи соответствующих списков определение нагрузки подшипника может происходить в упрощенном виде. Для этого соответствующее значение частоты вращения умножается на первый коэффициент нагрузки. Далее соответствующее значение углового ускорения умножается на второй коэффициент нагрузки. Сумма произведений соответствует нагрузке подшипника.

Посредством раздельного рассмотрения влияний на подшипник через угловое ускорение и/или частоту вращения ротора происходит наиболее простое определение нагрузки подшипника электрической машины.

Благодаря возможности сохранения значений частоты вращения и/или значений углового ускорения в списках может предпочтительно экономиться емкость памяти и вычислительная мощность.

Дальнейшая модификация предпочтительно не требуется.

В дальнейшем варианте осуществления изобретения первый коэффициент f1 нагрузки частично является линейной функцией частоты вращения, а второй коэффициент f2 нагрузки является квадратичной формой углового ускорения.

На основе анализа в отношении влияния частоты вращения и углового ускорения ротора на срок службы подшипника, могло обнаруживаться, что нагрузка электрической машины линейно увеличивается с увеличением частоты вращения. Кроме того, могло обнаруживаться, что нагрузка электрической машины квадратично увеличивается с увеличением углового ускорения. Наконец, нагрузка подшипника сильно увеличивается при низких частотах вращения (1…20 об/мин).

Далее было обнаружено, что оставшийся срок службы подшипника электрической машины обратно пропорционален частоте вращения электрической машины.

Благодаря выбору таких коэффициентов нагрузки определение нагрузки соответствующего подшипника и тем самым определение предполагаемого оставшегося срока службы соответствующего подшипника могут осуществляться наиболее просто.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления этапы способа повторяются в каждом случае через единицу времени.

Предпочтительно в каждом случае через единицу времени, например в каждом случае после секунды, осуществляется новая запись в матрицу. Новая запись складывается с соответствующим элементом матрицы, в соответствии с частотой вращения и угловым ускорением ротора в течение единицы времени.

Благодаря непрерывному выполнению этапов способа нагрузка может предпочтительно определяться во время всего периода работы электрической машины или подшипника.

Однако в зависимости от выбора единицы времени следует учитывать, что соответствующая память или соответствующая классификация соответствующей записи достаточна для предполагаемого диапазона значений записей матрицы.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения матрица нормируется в каждом случае, в частности через единицу времени, до единичного значения.

Предпочтительно сумма элементов матрицы нормируется на 1. Такое нормирование осуществляется предпочтительно благодаря тому, что соответствующая запись матрицы делится на сумму элементов матрицы. Нормирование может также осуществляться через несколько уже прошедших единиц времени.

Для экономии вычислительного времени нормирование может осуществляться каждые 10, 100 или 1000 единиц времени.

Матрица предпочтительно хранится в памяти. Благодаря в частности постоянному нормированию память может предпочтительно выбираться с небольшим объемом. В частности при длительных временах работы электрической машины такое сохранение предпочтительно.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения определение частоты вращения и углового ускорения осуществляется при помощи источника питания, в частности преобразователя частоты.

Определение частоты вращения осуществляется предпочтительно посредством определения частоты тока или напряжения, которое предоставляется электрической машине. Определение углового ускорения осуществляется предпочтительно посредством дифференцирования по времени изменения частоты тока, который предоставляется электрической машине.

За счет определения частоты вращения и/или углового ускорения при помощи источника питания электрической машины, может предпочтительно экономиться датчик на электрической машине.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения матрица включает в себя элементы матрицы в строках и столбцах, причем в соответствующей строке расположены частоты вращения в областях частоты вращения, и в соответствующем столбце расположены угловые ускорения в областях углового ускорения.

Это распределение областей частоты вращения и областей углового ускорения в строках и столбцах может быть также обратным. Опционально может осуществляться связывание соответствующего элемента матрицы с температурой подшипника, влажностью окружающей подшипник среды или вибрацией подшипника. Расположение частот вращения в областях частоты вращения и угловых ускорений в областях угловых ускорений осуществляется предпочтительно линейно увеличивающимся образом с увеличением индекса i, j столбца или строки матрицы. Предпочтительно матрица выполнена с одинаковым количеством столбцов и строк. Вследствие этого возможна легкая обработка матрицы.

Предпочтительно значения углового ускорения и/или значения частоты вращения расположены в каждом случае в равноудаленных областях v_i, a_j.

Альтернативно области с увеличивающимся угловым ускорением и с наиболее малой скоростью вращения могут быть выполнены меньшими, чем другие области.

Альтернативно соответствующие области могут быть выполнены с разными размерами. В частности области для частоты вращения и/или скорости вращения, для которых соответствующий коэффициент нагрузки показывает лишь незначительное отклонение между соответствующими областями, могут выбираться увеличенными. Области выбираются предпочтительно в зависимости от первой производной соответствующего значения нагрузки по частоте вращения или угловому ускорению.

В частности объединение областей в одну область служит для упрощения вычисления нагрузки.

Благодаря разделению областей для соответствующих значений определение нагрузки может улучшаться дополнительно.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения частоты вращения и/или области частоты вращения в каждом случае нормированы на максимальную частоту вращения, и угловые ускорения и/или области углового ускорения в каждом случае нормированы на максимальное угловое ускорение.

Предпочтительно максимальная частота вращения и/или максимальное угловое ускорение заданы спецификацией электрической машины. Альтернативно максимальная частота вращения и/или максимальное угловое ускорение могут быть нормированы в отношении соответствующей цели использования электрической машины.

Посредством нормирования соответствующих записей нагрузка соответствующей электрической машины может предпочтительно сравниваться с нагрузкой дальнейшей электрической машины.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения дополнительно определяется вибрация подшипника электрической машины, причем вибрация входит в расчет нагрузки подшипника.

Нагрузка подшипника, которая вызывается его вибрацией, определяется предпочтительно при помощи третьего коэффициента нагрузки.

Вибрация определяется предпочтительно посредством измерения вибродатчиком, например датчиком корпусного шума, причем вибродатчик расположен в области соответствующего подшипника качения. Вибрация, которая исходит из подшипника качения или действует на подшипник качения, повышает нагрузку подшипника или указывает на повреждение подшипника.

В зависимости от частоты вибрации может делаться вывод об определенном типе и степени повреждения соответствующего подшипника.

В соответствии с этим является предпочтительным расширять матрицу на дальнейшее измерение до трехмерной матрицы. В качестве третьего измерения вибрация согласовывается предпочтительно с каждой комбинацией угловой скорости и углового ускорения.

Дополнительно или альтернативно дальнейшие воздействующие на срок службы подшипника величины могут сводиться в каждом случае в один список. Такой список может создаваться из зависимости влажности окружающей подшипник среды или из вибрации подшипника как функция периода работы электрической машины. На основе списка может при помощи соответствующего коэффициента нагрузки определяться нагрузка подшипника. Нагрузка подшипника в зависимости от частоты вращения, крутящего момента, влажности и/или вибраций может определяться посредством суммы соответствующих нагрузок.

Возможна также четырехмерная матрица, у которой с каждой комбинацией частоты вращения и углового ускорения согласовывается двойная запись из амплитуды вибраций и частоты вибраций.

Благодаря рассмотрению вибрации подшипника электрической машины предпочтительно вводится третий коэффициент f3 нагрузки. Третий коэффициент нагрузки служит для связывания вибрации, в частности частоты вибраций и/или амплитуды вибраций, с нагрузкой соответствующего подшипника электрической машины.

В комбинации с вибрацией, которая предпочтительно определяется рядом с соответствующим подшипником, предполагаемый оставшийся срок службы может определяться точнее. В частности уже имеющееся повреждение электрической машины и/или подшипника может учитываться при определении предполагаемого оставшегося срока службы.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения соответствующая вибрация отображается в частности как функция времени.

Отображаются предпочтительно частота и/или амплитуда вибраций. Отображение осуществляется предпочтительно в виде временного хода амплитуды и/или частоты вибраций.

Предпочтительно осуществляется изображение частот (образов Фурье) вибраций при помощи устройства отображения. Благодаря изображению вибрации может, в частности посредством сравнения с предполагаемым оставшимся сроком службы, на основе нагрузки электрической машины лучше оцениваться правильность предполагаемого оставшегося срока службы.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения на основе нагрузки отображается предполагаемый оставшийся срок службы подшипника, в частности подшипника электрической машины.

На основе нагрузки подшипника электрической машины можно посредством сравнения с эмпирическими значениями в отношении сроков службы подшипников с аналогичной областью применения оценивать предполагаемый оставшийся срок службы. Зависимость предполагаемого оставшегося срока службы от нагрузки, которая была определена с помощью описанного здесь способа, выводится предпочтительно при помощи самообучающегося алгоритма.

Благодаря непосредственному отображению предполагаемого оставшегося срока службы электрической машины и/или соответствующего подшипника техническое обслуживание может планироваться наиболее просто без риска выхода из строя электрической машины.

Компьютерный программный продукт выполнен для запуска на вычислительном блоке, в частности на вычислительном блоке устройства управления для электрической машины, причем компьютерный программный продукт выполнен при запуске на вычислительном блоке для выполнения описанного здесь способа.

Компьютерный программный продукт имеет интерфейс для предоставления частоты вращения и опционально углового ускорения. Кроме того, компьютерный программный продукт имеет предпочтительно вход для измеренных вибраций. Предпочтительно компьютерный программный продукт выдает нагрузку и/или предполагаемый оставшийся срок службы.

Предпочтительно компьютерный программный продукт устанавливается на вычислительный блок устройства управления. Дополнительно компьютерная программа может быть установлена на центральном сервере и выполняться посредством запроса от устройства управления.

Компьютерный программный продукт выполнен для того, чтобы на основе предоставленных ему частот вращения (и опционально угловых ускорений) рассчитывать нагрузку подшипника. Расчет осуществляется при помощи вышеописанного способа.

При запуске компьютерного программного продукта он загружается предпочтительно в оперативную память вычислительного блока и выполняется процессором (CPU). Рассчитанная нагрузка и/или выявленный из нагрузки предполагаемый оставшийся срок службы отображаются предпочтительно на устройстве отображения, в частности на дисплее.

Предпочтительно компьютерный программный продукт выполнен для того, чтобы выдавать сообщение, если существует угроза выхода из строя соответствующего подшипника.

Благодаря применению компьютерного программного продукта возможно наиболее простое модифицирование существующего устройства управления для электрической машины.

Устройство управления имеет вычислительный блок и согласовано с устройством отображения, причем вычислительный блок выполнен для выполнения описанного здесь способа, причем устройство отображения предусмотрено для изображения нагрузки.

Устройство управления выполнено предпочтительно в виде программируемого логического контроллера (ПЛК) или в виде управления движения, например в виде SIMOTION D компании Siemens AG. Альтернативно источник питания может быть также оснащен вычислительным блоком, причем вычислительный блок выполнен для выполнения описанного здесь способа. Устройство отображения может быть выполнено в простом варианте осуществления в виде двухцветного светодиода, который меняет цвет при угрожающем превышении максимально допустимой нагрузки или при истечении предполагаемого оставшегося срока службы. Предпочтительно изображение нагрузки или предполагаемого оставшегося срока службы соответствующего подшипника осуществляется аналогично светофору, причем желтый сигнал указывает предпочтительно на необходимость дополнительного смазывания.

При уже имеющемся устройстве отображения, в частности дисплее, отображение нагрузки и/или предполагаемого оставшегося срока службы может интегрироваться в уже имеющееся устройство отображения.

Благодаря применению устройства управления для выполнения способа существующее устройство управления может предпочтительно расширяться в отношении своей функции.

Привод имеет электрическую машину, источник питания, в частности вентильный преобразователь частоты, а также описанное выше устройство управления. Подшипник согласован с электрической машиной.

Привод является предпочтительно частью промышленного оборудования или приводимого в движение электричеством транспортного средства.

Электрическая машина снабжается при приводе током от источника питания. Источник питания выполнен предпочтительно в виде преобразователя частоты. С электрической машиной согласован предпочтительно датчик, который выполнен для определения частоты вращения. Альтернативно или дополнительно частота вращения может предоставляться устройством управления и/или источником питания. Предпочтительно отображение нагрузки соответствующего подшипника или соответствующей электрической машины осуществляется на устройстве отображения. Устройство отображения согласовано предпочтительно с одним из компонентов привода, предпочтительно с источником тока или с электрической машиной с соответствующим подшипником. В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения нагрузка и/или предполагаемый оставшийся срок службы могут отображаться на устройстве отображения, причем устройство отображения согласовано с электрической машиной.

Предпочтительно устройство отображения согласовано с так называемым "умным" модулем или с другим навесным элементом электрической машины.

Далее изобретение описывается и разъясняется более подробно на основе чертежа. Показанные на чертеже признаки являются примерными и не ограничивают изобретение никоим образом.

На чертеже показаны:

фиг. 1 - схематичное изображение способа;

фиг. 2 - матрица и ее элементы;

фиг. 3 - трехмерное изображение матрицы; а также

фиг. 4 - привод.

Фиг. 1 показывает схематичное изображение способа. При способе определяется угловое ускорение a и угловая скорость v ротора электрической машины 1. Опционально определяется также вибрация z электрической машины 1 или подшипника 3 электрической машины 1. Угловое ускорение a и угловая скорость v и опционально вибрация z записываются в элементы M_ij матрицы M. При этом осуществляется запись в области v_i, a_j, z_k. Из матрицы M рассчитывается с учетом первого коэффициента f1 нагрузки и второго коэффициента f2 нагрузки взвешенная сумма S. Первый коэффициент f1 нагрузки квантифицирует нагрузку подшипника 3 в соответствии с угловой скоростью v, а второй коэффициент f2 нагрузки квантифицирует нагрузку подшипника 3 в соответствии с угловым ускорением a. Взвешенная в отношении коэффициентов f1, f2 нагрузки сумма S соответствует нагрузке B подшипника 3 электрической машины 1. Опционально может также учитываться третий коэффициент f3 нагрузки, если вибрация z учитывается в матрице M как третий коэффициент f3 нагрузки. Нагрузка B подшипника 3 обратно пропорциональна предполагаемому оставшемуся сроку LD службы соответствующего подшипника 3.

Фиг. 2 показывает матрицу M и ее элементы M_ij. Угловые скорости v и угловые ускорения a записываются в каждом случае в элементы M_ij матрицы M. Матрица M изображена в виде сетки отдельных элементов M_ij матрицы, причем сетка символизирует, что комбинация из углового ускорения a и угловой скорости v записывается в соответствующий элемент M_ij матрицы M. Далее показана зависимость первого коэффициента f1 нагрузки от угловой скорости, причем первый коэффициент f1 нагрузки показывает линейное увеличение с угловой скоростью v. Кроме того, ход первого коэффициента f1 нагрузки для низких частот вращения показывает сильное увеличение первого коэффициента f1 нагрузки. Далее изображена зависимость второго коэффициента f2 нагрузки от углового ускорения a, причем второй коэффициент f2 нагрузки показывает квадратичное увеличение с угловым ускорением a.

Фиг. 3 показывает трехмерное изображение матрицы M, причем матрица M символично отображает на своей основной поверхности записи M_ij в виде квадратов. На указывающей вверх оси показаны отдельные единицы t времени. Если электрическая машина 1 эксплуатируется в течение единицы t времени с определенной угловой скоростью v и определенным угловым ускорением a, то по истечении соответствующей единицы t времени элемент M_ij матрицы M повышается на значение элементарной величины x. Повышение соответствующего элемента M_ij матрицы обозначено при этом коробками, которые показывают, сколько единиц t времени электрическая машина пребывала в области v_i угловой скорости v и в области a_j углового ускорения a. Нагрузка B соответствует взвешенной сумме S по элементам M_ij матрицы. Высота коробок может быть модифицирована предпочтительно умножением на соответствующие коэффициенты f1, f2 нагрузки, так что взвешивание входит в соответствующее значение соответствующего элемента M_ij матрицы. Далее выделена заштрихованная коробка, причем заштрихованная коробка соответствует элементу M_14 матрицы (i=4; j=1). Коробка показывает, что электрическая машина 1 двигалась единицу t времени в области v_1 скорости и в области a_4 углового ускорения.

Фиг. 4 показывает привод. Привод включает в себя электрическую машину 1, источник 7 питания и устройство 5 управления. Источник 7 питания выполнен предпочтительно в виде преобразователя частоты. Источник 7 питания предоставляет ток для электрической машины 1. Электрическая машина 1 включает в себя, по меньшей мере, один подшипник 3, причем подшипник 3 поддерживает с возможностью вращения ротор электрической машины (не показан).

Устройство 5 управления включает в себя вычислительный блок 9 и устройство 11 отображения. Устройство 11 отображения служит для отображения нагрузки B подшипника. Нагрузка изображается предпочтительно в виде функции времени t. Кроме того, источник 7 питания предоставляет угловую скорость v и угловое ускорение a устройству 5 управления. Такое предоставление осуществляется предпочтительно для каждой единицы t времени.

Подводя итог, изобретение относится к способу определения нагрузки подшипника 3, устройству 5 управления, компьютерному программному продукту и к приводу. Для определения нагрузки подшипника 3 постоянно определяется, предпочтительно после каждой единицы t времени, частота v вращения и угловое ускорение a ротора электрической машины 1, причем ротор согласован с подшипником 3. Выявленные частоты v вращения и угловые ускорения a распределяются в каждом случае в областях v_i, a_j, и в соответствии с распределением элементы M_ij матрицы M суммируются в каждом случае через единицу t времени с элементарной величиной x. Таким образом, матрица M образует представление времени работы подшипника 3 и временных периодов работы в отношении частот v вращения и угловых ускорений a. Нагрузка B подшипника 3 рассчитывается посредством взвешенной суммы S элементов M_ij матрицы. Влияние частоты v вращения и углового ускорения a на нагрузку B подшипника 3 осуществляется в каждом случае посредством коэффициентов f1, f2, f3 нагрузки. Предпочтительно нагрузка B отображается на устройстве 11 отображения.

1. Способ определения нагрузки (B) подшипника, в частности подшипника (3) электрической машины (1), включающий в себя следующие этапы способа:

- определение частоты (v) вращения и углового ускорения (a) ротора электрической машины (1), причем ротор согласован с соответствующим подшипником;

- предоставление матрицы (M), включающей в себя элементы (M_ij) матрицы, так что соответствующий элемент (M_ij) матрицы согласован с областью (a_j) углового ускорения (a) и с областью (v_i) частоты (v) вращения, при этом устанавливают, сколько единиц времени (t) электрическая машина пребывала в области (v_i) частоты (v) вращения и в области (a_j) углового ускорения (a);

- суммирование элементарной величины (x) в каждом случае с одним элементом (M_ij) матрицы (M), причем соответствующий элемент (M_ij) матрицы в каждом случае согласован с частотой (v) вращения и угловым ускорением (a);

- определение нагрузки (B) как взвешенной суммы (S) элементов (M_ij) матрицы (M).

2. Способ по п. 1, причем взвешивание суммы (S) происходит с помощью первого коэффициента (f1) нагрузки в отношении частоты (v) вращения или с помощью области (v_i) для частоты (v) вращения и с помощью второго коэффициента (f2) нагрузки в отношении углового ускорения или с помощью области (a_j) для углового ускорения (a).

3. Способ по п. 2, причем первый коэффициент (f1) нагрузки в некоторых областях является линейной функцией частоты (v) вращения, причем второй коэффициент (f2) нагрузки является квадратичной формой углового ускорения (a).

4. Способ по любому из пп. 1-3, причем этапы способа повторяют в каждом случае через единицу (t) времени.

5. Способ по любому из пп. 1-4, причем матрицу (M) нормируют в каждом случае, в частности через единицу (t) времени, на единичное значение (E).

6. Способ по любому из пп. 1-5, причем определение частоты (v) вращения и углового ускорения (a) осуществляют при помощи источника (7) питания, в частности преобразователя частоты.

7. Способ по любому из пп. 1-6, причем матрица (M) включает в себя элементы (M_ij) матрицы в строках и столбцах, причем в соответствующей строке расположены частоты (v) вращения в областях (v_i) частоты вращения, и в соответствующем столбце расположены угловые ускорения (a) в областях (a_j) углового ускорения.

8. Способ по п. 7, причем частоты (v) вращения и/или области (v_i) частоты вращения в каждом случае нормированы на максимальную частоту (v_max) вращения, причем угловые ускорения и/или области (a_j) углового ускорения в каждом случае нормированы на максимальное угловое ускорение (a_max).

9. Способ по любому из пп. 1-8, причем дополнительно определяют вибрацию (z) подшипника электрической машины, причем соответствующая вибрация (z) входит в расчет нагрузки (B), в частности в связке с третьим коэффициентом (f3) нагрузки.

10. Способ по п. 9, причем соответствующую вибрацию (z) отображают в частности как функцию времени (t).

11. Способ по любому из пп. 1-10, причем на основании нагрузки (B) отображают предполагаемый оставшийся срок (LD) службы подшипника (3), в частности подшипника электрической машины (1).

12. Устройство (5) управления, содержащее вычислительный блок (9) и предпочтительно устройство (11) отображения, причем вычислительный блок (9) выполнен для осуществления способа по любому из пп. 1-11, причем устройство (11) отображения предусмотрено для представления нагрузки (B).

13. Привод, содержащий электрическую машину (1), источник (7) питания, в частности преобразователь частоты, и устройство (5) управления по п. 12.

14. Привод по п. 13, причем нагрузка (B) и/или предполагаемый оставшийся срок службы могут отображаться на устройстве (11) отображения, причем устройство (11) отображения согласовано с электрической машиной (1).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам диагностирования подшипниковых узлов карданных шарниров в эксплуатации. Сущность предлагаемого способа диагностирования подшипниковых узлов карданных шарниров транспортных и технологических машин состоит в использовании термоиндикаторных наклеек для непрерывного наблюдения за температурным режимом поверхностей подшипниковых узлов карданных шарниров.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в крупных электрических машинах для контроля подшипниковых токов. Техническим результатом является использование способа для контроля подшипниковых токов с применением простого по конструкции трансформатора тока с вращающейся первичной обмоткой без использования подвижного электрического контакта.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при эксплуатации электродвигателей для определения и контроля текущего технического состояния и прогнозирования ресурса подшипников и изоляции обмоток статора по завершении определенного времени с начала эксплуатации электродвигателей.

Изобретение относится к области наблюдения и обнаружения отказа в турбинных системах, в частности, обнаружения отказов вследствие коксования подшипника в газовых/паровых турбинных системах.

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использовано в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.

Устройство для диагностики технического состояния механизмов относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния возвратно-поступательных механизмов и других механизмов циклического действия по их вибрационным характеристикам как в автомобильном, железнодорожном, авиационном, морском, речном и других видах транспорта, так и в различной механической технике.

Изобретение относится, в общем, к устройству обнаружения и, в частности, к устройству обнаружения для обнаружения осевого смещения подшипникового узла. Устройство для обнаружения осевого смещения подшипникового узла (9), расположенного между шпинделем (8), проходящим в осевом направлении (X), и посадочным местом (7) шпинделя, и включающего в себя два подшипника (91), отстоящие друг от друга в осевом направлении (X), каждый из которых включает в себя внешнее кольцо (92), внутреннее кольцо (93) и множество элементов (94) качения, при этом внешнее кольцо (92) каждого из подшипников (91) примыкает к внутренней поверхности посадочного места (7) шпинделя и имеет две торцевые поверхности (921), расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), внутреннее кольцо (93) окружено внешним кольцом (92), окружает внешнюю поверхность шпинделя (8) и примыкает к ней, а элементы (94) качения расположены между внешним кольцом (92) и внутренним кольцом (93).

Устройство относится к области контрольно-измерительных приборов и может быть использовано для контроля при эксплуатации подшипников скольжения и качения в судовых механизмах.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к способам диагностики деталей коробки передач. Способ непрерывного диагностирования технического состояния опорных подшипников первичного и вторичного валов коробки передач КАМАЗ в эксплуатации заключается в измерении радиального биения вторичного вала.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам проверки гиромотора (ГМ) с шарикоподшипниками (ш/п) в опорах ротора, и может быть использовано в производстве гироскопических приборов.

Предложенное изобретение относится к средствам для определения нагрузок в подшипниках, в частности подшипниках электрических машин. Способ определения нагрузки подшипника заключается в определении частоты вращения и углового ускорения ротора электрической машины, согласованного с контролируемым подшипником; предоставлении матрицы, включающей в себя элементы, такие что соответствующий элемент согласован с областью углового ускорения и с областью частоты вращения, при этом устанавливают, сколько единиц времени электрическая машина пребывала в области частоты вращения и в области углового ускорения ; суммировании элементарной величины в каждом случае с одним элементом, причем соответствующий элемент в каждом случае согласован с частотой вращения и угловым ускорением ; и определении нагрузки как взвешенной суммы элементов. Указанный способ реализуется с использованием соответствующего устройства управления и привода с электрической машиной. Заявленная группа изобретений позволяет улучшить процедуру определения нагрузки подшипника электрической машины. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх