接触变形件的接触状态检测方法和系统与流程

本发明涉及检测技术领域，具体地，涉及一种接触变形件的接触状态检测方法和系统。尤其是一种兼具振动激励下接触力和接触可靠性状态检测与评估的方法。

背景技术：

根据梁的横向振动理论，旋转装置的接触变形件可视为一端固定一端简支的等截面细长梁，其横向振动方程为：

其中E,I,ρ,A分别为接触变形件的弹性模量、截面惯性矩、密度、截面面积。w(x,t)为梁的挠度，f(x,t)为梁所受的激励力。x为截面位置，t为时间。接触变形件的接触压力与振动方程的边界条件有直接关系，其会影响到接触变形件的振动响应。

常用的接触变形件压力测试方法包括测力计直接测试法和蜂鸣器断路测试法，直接测试法是手持测力计测得接触变形件工作压力数值，方法便捷但手持测试会造成测力计测试位置和读数不稳定；蜂鸣器断路测试法是在直接测试法中加入蜂鸣器装置，当被测刷片脱离旋转装置之前，蜂鸣器两端线通过旋转装置短接，一直在报警；为了尽可能的消除人为因素对于测力计读数的干扰，设计了伺服电机带动拉力计的接触变形件压力测试系统，但是依然存在着测量点与接触点不一致、由于接触测量导致的附加变形和应力引起测量失真和测量效率低的问题。另外也有人提出了基于悬臂梁小变形理论的接触变形件压力测量方法，但仅仅局限于理论研究，且在工作状态下无法获取接触变形件的静态变形，从而无法进行接触压力的动态测量。

目前的测试方法均为静态环境下测量接触压力，无法动态检测工作状态下一段时间内的接触压力是否均满足设计要求。本发明提出的基于接触变形件振动响应的旋转装置接触压力、位移、摩擦、磨损等接触状态检测不仅可以进行静态安装接触压力测量，还可以在工作状态下进行接触压力的动态测量，给出一段时间内的接触压力时间历程，综合评判接触压力是否满足设计要求。同时本发明所提方法，还可检测在振动环境下，接触压力是否满足设计要求；并可综合接触压力时间变化趋势，预估磨损情况。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种接触变形件的接触状态检测方法。

根据本发明提供的一种接触变形件的接触状态检测方法，包括：

对接触变形件施加外部激励；

以非接触传感方式，检测接触变形件对外部激励的激励响应；

根据所述激励响应得到接触变形件的接触状态。

优选地，根据所述激励响应，得到接触变形件在检测初始时刻、检测时间历程中或者检测时间历程后的接触状态。

优选地，所述接触状态，包括振动激励下的如下任一种状态或兼具任多种状态：

-接触压力；

-摩擦力；

-磨损情况；

-接触可靠性；

所述接触变形件的一端固定，另一端为被轴支撑的简支端；

简支端受到接触压力。

优选地，所述外部激励，包括如下任一种或任多种激励：

-施加能量；

-施加振动。

优选地，检测激励响应的位置，具体为：

-检测接触变形件任意截面处对外部激励的激励响应；或者

-检测接触变形件敏感点处对外部激励的激励响应。

优选地，根据接触变形件任意截面处激励响应的零频幅值与检测时间历程内接触变形件接触压力有着线性的灵敏度，检测接触变形件接触压力的时间历程；

根据所述接触变形件接触压力的时间历程，判断接触变形件接触压力是否符合工作要求和/或接触变形件触点磨损情况。

优选地，接触变形件为一个或多个；其中，多个接触变形件的简支端并排支撑在轴上。

根据本发明提供的一种接触变形件的接触状态检测系统，包括：测试平台、测试传感系统、数据采集系统、数据处理分析系统；

测试平台对接触变形件施加外部激励；

测试传感系统以非接触传感方式，检测接触变形件对外部激励的激励响应；

数据采集系统将激励响应发送给数据处理分析系统；

数据处理分析系统根据所述激励响应得到接触变形件的接触状态。

优选地，所述测试平台包括激振系统、测试夹具、台架；

激振系统、测试夹具、测试传感系统均设置在台架上；

激振系统包括水平激振系统和垂直激振系统；

水平激振系统用于对接触变形件进行轴向方向上的激振；

垂直激振系统用于对接触变形件进行径向方向上的激振；

测试夹具用于对试件进行定位夹持。

优选地，所述测试夹具与测试传感系统之间配置为固定或运动形式；

所述测试平台通过传送带将一件或者多件被检测件移动到位；

所述测试传感系统对移动到位的多件被检测件批量进行检测。

本发明的工作原理为：根据梁的横向振动理论，接触变形件的接触压力与振动方程的边界条件有直接关系，其会影响到接触变形件的振动响应。根据梁的小变形理论，梁所受接触压力与梁的末端变形关系由梁的挠度曲线方程确定。但由于旋转装置表面型面误差、触点摩损以及旋转装置运行环境存在振动干扰等因素，接触变形件在运行状态下，总是受到外部的激励而振动，因此简单的基于静变形理论检测接触压力的方法存在较大的误差。本发明基于以上因素，直接考虑通过在接触压力影响下的接触变形件振动响应进行接触压力的检测。接触变形件任意截面处振动响应的零频幅值与检测时间段内的接触变形件触点力有着线性的灵敏度，在旋转装置工作状态或振动环境下，可以检测接触力的时间历程，给出相应工作条件下接触压力是否符合工作要求，并进一步预估接触变形件触点磨损情况。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、避免人工操作导致的读数不稳定，不需要精确判断接触变形件是否与旋转装置脱离；

2、不存在接触测量引入的附加误差，可以进行多触点同时测量，效率高；

3、不仅仅适用于静态检测(检测安装接触压力)，还可以在工作状态下动态检测接触压力等接触状态，给出一段时间内的接触状态时间历程，从而得出运行状态下接触状态是否满足工作要求；

4、可以直接同振动测试融合，在测量接触变形件压力的同时分析振动环境下的工作可靠性，更全面更合理的给出被测旋转装置的合格性；

5、可预估接触变形件触点的磨损情况。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为接触变形件模型原理示意图。

图2为本发明的测试系统结构示意图。

图3为实施实例的硬件平台结构示意图。

图中：

1-水平激振系统

2-测试传感系统

3-测试夹具

4-垂向激振系统

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种接触变形件的接触状态检测方法，其中：旋转装置的接触变形件视为一端固定一端简支的等截面固定接触件梁，简支端由于接触变形件自身弹性变形产生接触压力。如图1所示，为接触变形件梁模型原理示意图；图中：接触变形件视为一端固定，一端简支的等截面梁。接触变形件与旋转装置触点视为简支端。F即为接触变形件触点力，即待测接触压力，w(L,0)为接触变形件末端初始挠度，L为接触变形件长度。接触变形件的振动响应受接触压力影响，检测任意截面处响应零频幅值即可测得接触压力等接触状态。本发明可以在工作状态或振动环境下，实现接触变形件接触压力等接触状态的动态检测，在一段时间内给出接触压力等接触状态时域历程，以检验运行状态或振动环境下接触变形件接触压力是否符合工作要求，并预估接触变形件磨损情况。

根据本发明提供的一种接触变形件的接触状态检测方法，包括：对接触变形件施加外部激励；以非接触传感方式，检测接触变形件对外部激励的激励响应；根据所述激励响应得到接触变形件的接触状态。其中，本领域技术人员结合现有技术可以通过非接触传感器实现非接触传感方式，例如采用激光传感器等，在此不再赘述。

根据所述激励响应，得到接触变形件在检测初始时刻、检测时间历程中或者检测时间历程后的接触状态。所述接触状态，包括接触压力、摩擦力、接触可靠性或者磨损情况中的任一种或任多种组合的状态；所述接触变形件的一端固定，另一端为被轴支撑的简支端；简支端受到接触压力。

所述外部激励，包括如下任一种或任多种激励：

-施加能量；例如向接触变形件传导热量

-施加振动。

检测激励响应的位置，具体为：

-检测接触变形件任意截面处对外部激励的激励响应；或者

-检测接触变形件敏感点处对外部激励的激励响应。其中，敏感点可以是接触变形件最大振幅处或者最大变形处

所述接触变形件的接触状态检测方法，根据接触变形件任意截面处激励响应的零频幅值与检测时间历程内接触变形件接触压力有着线性的灵敏度，检测接触变形件接触压力的时间历程；根据所述接触变形件接触压力的时间历程，判断接触变形件接触压力是否符合工作要求和/或接触变形件触点磨损情况。接触变形件为一个或多个；其中，多个接触变形件的简支端并排支撑在轴上。

本发明还提供一种接触变形件的接触状态检测系统，实施所述接触变形件的接触状态检测方法。所述接触变形件的接触状态检测系统，包括：测试平台、测试传感系统、数据采集系统、数据处理分析系统；测试平台对接触变形件施加外部激励；测试传感系统以非接触传感方式，检测接触变形件对外部激励的激励响应；数据采集系统将激励响应发送给数据处理分析系统；数据处理分析系统根据所述激励响应得到接触变形件的接触状态。所述测试平台包括激振系统、测试夹具、台架；激振系统、测试夹具、测试传感系统均设置在台架上；激振系统包括水平激振系统和垂直激振系统；水平激振系统用于对接触变形件进行轴向方向上的激振；垂直激振系统用于对接触变形件进行径向方向上的激振；测试夹具用于对试件进行定位夹持。所述测试平台采用一种被检测件可以通过传送带传送到位，或多件被检测件固定，检测传感器移动到位的批量检测形式，以提高检测效率。

所述测试传感系统能够多触点同时非接触测量。所述测试夹具与测试传感系统之间配置为固定或运动形式。

所述数据采集系统根据所述测试传感器系统中传感器的具体选型，选用具有适当通道数与位数的采集模块来采集检测数据，并做相应的编码等前处理之后与所述数据处理分析系统进行数据通信。

所述数据处理分析系统具有数据采集模块、数据处理模块、图形显示模块、通讯模块以及异常报警模块。所述数据处理分析系统将接触变形件的振动信号进行去噪和分触点提取，根据信号的量级与平稳性使用基于小波去噪的时频分析方法或基于非线性动力学的微弱信号提取方法，得到接触变形件触点力信号。

所述通讯模块根据传感器、数采系统等的情况选用串口或以太网通讯；所述图形显示模块针对提取出的多个接触变形件触点力信号进行图形显示；所述异常报警模块在检测到接触变形件与旋转装置接触压力超出设计范围的时候，进行显示预警，提示需要调整装配。

所述接触变形件的接触状态检测方法，在工作状态下，实现接触变形件触点力信号的动态检测，在一段时间内给出触点力时域历程，以检验运行状态下接触变形件接触压力是否符合工作要求。所述运行状态是在工频振动干扰下的运行状态。本发明因此可以在一定时间内给出旋转装置的合格性并预估接触变形件磨损情况。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。