智能轴承关键技术及发展趋势

智能轴承关键技术及发展趋势

1、什么是智能轴承？

   轴承誉为“机器的关节”，定义智能轴承之前，先说明一下“智能机器”。对智能机器的解释也非常的多，多数带有未来色彩。《McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms》定义智能机器为：“使用传感器来监测环境并调整其运行，以在不确定且易变的环境下完成特定任务的机器”。智能机器是一种可以实现自我“照顾”的机械系统，但也不是说智能机器就无需维护（未来梦想），而是使用其内置的智能程序来检测潜在的问题并简化维护间隔时间与程序。

   同样的，对于智能轴承的定义也有多种说法，国内西安交通大学研究团队定义其为：在传统轴承的基础上集成不同用途的传感装置和调控装置，使其结合成为一体而形成独特的轴承结构单元，利用信息处理、自动控制等技术实现轴承运行状态实时在线监测、故障检测以及状态实时调控。

2、智能轴承的特点

  智能轴承是一个系统。

   智能轴承的特点：

1） 自感知: 基于微传感器技术集成转速、振动、温度、载荷及润滑状态等多源服役信息采集传感装置，传感器集成化程度高，可实现对外圈、内圈、保持架甚至滚动体服役信息的监测与识别，信息覆盖程度高; 由于传感器直接集成于轴承本体，监测信号的信噪比高，能更灵敏、更早期地发现设备及轴承状态的异常。

2） 自决策: 基于海量轴承服役数据，结合大数据与深度学习技术，提取轴承健康状态下的服役信息特征，识别当前运行状态与轴承历史数据趋势，评估轴承的服役健康状态，对可能出现的异常工况做出预警判断。

3） 自调控: 在轴承服役状态监测与评估诊断的基础上，结合滚动轴承服役状态机理研究，通过润滑剂量、冷却参数、预紧状态及工况( 如转速、切削量)等调节滚动轴承的服役状态，提高重大装备服役的安全可靠性及维修的可预知性

3、智能轴承的发展

   80年代开始，SKF最先开始研究智能轴承（也称传感器轴承），主要用于汽车防抱系统（ABS）。智能轴承通过对转速、温度、振动及载荷等数据的监测、分析，以形成反馈。国际知名轴承公司在智能轴承的研究方面一直在不断进步。

SKF insight

 SKF Insight( 洞悉)主要集成了转速、温度、振动、载荷及润滑状态等多种传感器，并具备自发电、无线信号传输等功能。该轴承技术目前已在风电、铁路及汽车等高端领域得到了应用，结合Internet 网络、云技术、状态监测及信号处理技术，实现了对轴承运行工况及运行状态的监测、评估及预测。同时，该技术可实现智能组网，使得多个轴承实现相互通信形成“网状网络”，将状态信息发送到云端进行决策分析，在自感知的基础上，实现了一定意义上的自决策，是智能轴承技术目前最具有代表性的成果。 

  FAG-Variosense

   FAG-Variosense主要特点是模块化监测功能，可根据需求灵活配置相应的监测模块完成多种物理量的监测，如轴承温度、转速、径向轴位移以及载荷等数据。传感器组的外壳与径向轴密封圈的外圈固定在一起，而旋转的测量件与轴承内环固定连接在一起，形成了一个结构很紧凑的单元，能够与各种不同尺寸轴承相适配。FAG基于Variosense 传感器单元，提出智能生态系统概念，具备和 SKF 洞悉轴承类似的架构，提供了一个基于云的、全面的硬件和软件基础设施，包括从配备传感器组件到数字化服务的每个数字化增值阶段。

  国内的研究

   国内智能轴承的研究集中在高校，主要针对的是嵌入式智能轴承而开展的信号采集、监测分析等工作。

  综上，智能轴承技术的发展还处在传感器轴承的层面，通过对传感器的集成、对基于云的状态监测技术的研究，实现了轴承自感知及一定程度的自决策功能，在自调控技术方面国际先进技术也主要以简单的润滑调整技术为主，缺乏对轴承载荷、工况、冷却等的综合调控。

4、关键技术

  1）传感器技术。智能化、微型化、集成度高、多样化的可利用的传感器。

  2）自供电/无线供电技术。解决在线检测的供电需求。

  3）信号传输。

  4）智能诊断技术。

  5）智能调控技术。

5、结束语

  智能轴承的出现、发展紧随应用需求和工业技术的发展，风电、高铁等重大机械设备的运行，需要对轴承的工作状态进行监控，以避免问题的进一步扩大。有了市场需求，还必须得有技术支承，现代工业对高端轴承的需求使得智能轴承成为一个发展方向。使智能轴承具备自感知、自决策、自调控功能，是国外轴承企业高端轴承发展的主要方向之一。因此，国内企业也要紧跟应用需求，通过给予一定投入，不断的尝试、创新，时刻准备着，当技术突破，应用需求增加时，能够站在行业的最前列。

  轴研所公众号                             轴承杂志社公众号