盾构机主轴承的监测方法及装置与流程

1.本发明涉及盾构机监测技术领域，尤指一种盾构机主轴承的监测方法及装置。


背景技术：

2.主驱动轴承作为盾构机的关键核心部件，在盾构机掘进过程中持续承受巨大的轴向力、径向力、倾覆力矩，同时还会受到刀盘传递来的冲击载荷。受载荷、轴承游隙、磨损及安装精度等因素的影响，主轴承内齿圈与轴承外圈可能存在一定程度的偏斜。若持续施加的倾覆力矩过大或受到过量的瞬时冲击载荷，主轴承内齿圈与轴承外圈的偏斜角度会逐渐增大，影响盾构机主轴承运行的稳定性，进一步影响到主轴承可靠性和寿命。因此，监测主轴承运行过程的运行姿态及其所受冲击信号，并对其进行分析，判断轴承在使用过程中内齿圈偏斜程度、是否出现局部异常以及所受冲击载荷程度，并对持续存在的异常信号及时报警，对降低主轴承故障率，确保施工安全具有重要意义。
3.对主轴承内齿圈的监测一直是主驱动施工安全监测的重要方向。但现有技术大多只针对内齿圈的单一方向位移或转速进行监测，无法判断内齿圈运行姿态，监测轴承运行稳定性难度大。仅通过位移传感器监测轴承内齿圈轴向位移，位移信号采集不能排除冲击载荷引起的轴向振动因素。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种盾构机主轴承的监测方法及装置，实现对异常信号进行实时监测，解决主轴承故障在线监测难的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种盾构机主轴承的监测方法，所述方法包括：
6.利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号；
7.根据所述内齿圈监测信号，确定所述盾构机主轴承的冲击监测结果；
8.根据各个传感器的分布位置信息及所述内齿圈监测信号，得到所述盾构机主轴承的运行姿态数据；
9.根据所述盾构机主轴承的冲击监测结果及所述运行姿态数据，得到所述盾构机主轴承的监测结果。
10.可选的，在本发明一实施例中，方法还包括：根据所述盾构机主轴承的监测结果进行主轴承异常预警。
11.可选的，在本发明一实施例中，利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号包括：
12.利用设置于主轴承外圈的非接触式位移传感器，获取内齿圈位移信号；
13.利用设置于轴承内齿圈端面的加速度传感器，获取内齿圈振动信号。
14.可选的，在本发明一实施例中，根据各个传感器的分布位置信息及所述内齿圈监
测信号，得到所述盾构机主轴承的运行姿态数据包括：
15.根据所述内齿圈振动信号及各个位移传感器的分布位置信息，确定各位移传感器对应振动影响信号；
16.根据所述振动影响信号及所述内齿圈位移信号，确定所述盾构机主轴承的运行姿态数据。
17.本发明实施例还提供一种盾构机主轴承的监测装置，所述装置包括：
18.监测信号模块，用于利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号；
19.冲击监测模块，用于根据所述内齿圈监测信号，确定所述盾构机主轴承的冲击监测结果；
20.运行姿态模块，用于根据各个传感器的分布位置信息及所述内齿圈监测信号，得到所述盾构机主轴承的运行姿态数据；
21.监测结果模块，用于根据所述盾构机主轴承的冲击监测结果及所述运行姿态数据，得到所述盾构机主轴承的监测结果。
22.可选的，在本发明一实施例中，装置还包括：异常预警模块，用于根据所述盾构机主轴承的监测结果进行主轴承异常预警。
23.可选的，在本发明一实施例中，监测信号模块包括：
24.位移信号单元，用于利用设置于主轴承外圈的非接触式位移传感器，获取内齿圈位移信号；
25.振动信号单元，用于利用设置于轴承内齿圈端面的加速度传感器，获取内齿圈振动信号。
26.可选的，在本发明一实施例中，运行姿态模块包括：
27.振动影响单元，用于根据所述内齿圈振动信号及各个位移传感器的分布位置信息，确定各位移传感器对应振动影响信号；
28.运行姿态单元，用于根据所述振动影响信号及所述内齿圈位移信号，确定所述盾构机主轴承的运行姿态数据。
29.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
30.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
31.本发明通过在主轴承运行过程中对异常信号进行实时监测，对监测信号进行分析，评估主轴承是否需要检修或更换，对出现局部异常以及所受冲击载荷过大进行预警，更加准确及时地发现主轴承故障情况，降低主轴承直接失效带来的施工风险，解决主轴承故障在线监测难的问题，提高盾构机运行可靠性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附
图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例一种盾构机主轴承的监测方法的流程图；
34.图2为本发明实施例中获取内齿圈监测信号的流程图；
35.图3为本发明实施例中得到运行姿态数据的流程图；
36.图4为本发明实施例中传感器安装位置示意图；
37.图5为本发明实施例中内齿圈相对于外齿圈偏斜角度示意图；
38.图6为本发明实施例中正常信号的示意图；
39.图7为本发明实施例中信号突变的示意图；
40.图8为本发明实施例中信号持续增大的示意图；
41.图9为本发明实施例中异常报警的流程图；
42.图10为本发明实施例一种盾构机主轴承的监测装置的结构示意图；
43.图11为本发明另一实施例中盾构机主轴承的监测装置的结构示意图；
44.图12为本发明实施例中监测信号模块的结构示意图；
45.图13为本发明实施例中运行姿态模块的结构示意图；
46.图14为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
47.本发明实施例提供一种盾构机主轴承的监测方法及装置。
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.如图1所示为本发明实施例一种盾构机主轴承的监测方法的流程图，本发明实施例提供的盾构机主轴承的监测方法的执行主体包括但不限于计算机。本发明解决了盾构机主轴承运行姿态和冲击信号难以监测问题，判断轴承在使用过程中内齿圈偏斜程度、是否出现局部异常以及所受冲击载荷大小，并对持续存在的异常信号及时报警，提高盾构机运行可靠性。图1中所示方法包括：
50.步骤s1，利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号；
51.步骤s2，根据内齿圈监测信号，确定所述盾构机主轴承的冲击监测结果；
52.步骤s3，根据各个传感器的分布位置信息及所述内齿圈监测信号，得到所述盾构机主轴承的运行姿态数据；
53.步骤s4，根据所述盾构机主轴承的冲击监测结果及所述运行姿态数据，得到所述盾构机主轴承的监测结果。
54.其中，盾构机主轴承具备特定的传感器安装接口；传感器包括非接触式位移传感器，其监测主轴承内齿圈相对外圈的轴向位移；传感器还包括接触式加速度传感器，其监测主轴承内齿圈振动情况；本发明对采集到的时域信号进行数据处理用于主轴承运行姿态和冲击诊断。
55.进一步的，位移传感器监测对象为内齿圈端面，其固定于主轴承外圈，位移传感器
固定在轴承外圈而非箱体结构，是为了消除装配误差等因素造成的影响。具体的，位移传感器为非接触式传感器，固定于主轴承外圈并消除精度误差；加速度传感器为接触式传感器，分布于内齿圈端面。
56.进一步的，传感器设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上，以此获取内齿圈监测信号，可以解决现有技术中传感器布置在驱动箱体上，不能消除因装配误差等因素对传感器监测精度的影响，采集数据的可靠性和有效性难以保证等问题。
57.作为本发明的一个实施例，如图2所示，利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号包括：
58.步骤s21，利用设置于主轴承外圈的非接触式位移传感器，获取内齿圈位移信号；
59.步骤s22，利用设置于轴承内齿圈端面的加速度传感器，获取内齿圈振动信号。
60.其中，通过在轴承内齿圈端面均匀布置多个位移传感器及加速度传感器，可以对内齿圈轴向方向的位移和振动信号进行监测。
61.在本实施例中，如图3所示，根据各个传感器的分布位置信息及内齿圈监测信号，得到盾构机主轴承的运行姿态数据包括：
62.步骤s31，根据内齿圈振动信号及各个位移传感器的分布位置信息，确定各位移传感器对应振动影响信号；
63.步骤s32，根据振动影响信号及所述内齿圈位移信号，确定盾构机主轴承的运行姿态数据。
64.其中，对同一时间轴承内圈不同位置点进行综合监测，排除掉振动信号对位移传感器的影响，即确定各位移传感器对应振动影响信号。根据各个位移传感器的分布位置信息，即根据齿圈端面不同点位相对于外圈的位移量的不同，能够得出主轴承内齿圈相对外圈的倾斜程度，也即主轴承内齿圈在该时间点处的空间姿态，对各时间点内齿圈空间姿态进行持续监测，能够得到主轴承内齿圈运行姿态随时域发生的实时变化情况，即运行姿态数据。
65.进一步的，使用加速度传感器可以用来监测内齿圈轴向方向的内齿圈振动信号，由此得出主轴承所受冲击信号。
66.作为本发明的一个实施例，方法还包括：根据盾构机主轴承的监测结果进行主轴承异常预警。
67.其中，通过对盾构机主轴承的监测，根据检测结果判断主轴承是否出现异常。若数据出现异常，控制系统会自行识别异常信号并及时报警。
68.由此，本发明可以达到在线监测主轴承运行姿态和冲击信号的目的。其结果为，能够根据采集信号和数据处理方法，判断轴承在使用过程中内齿圈偏斜程度、是否出现局部异常以及所受冲击载荷程度，并对持续存在的异常信号及时报警，有利于降低主轴承故障率，确保盾构机施工安全。
69.在本发明一具体实施例中，在主轴承内齿圈端面上均匀布置一组位移传感器1，包括s1、s2、s3、
…
sn和一组加速度传感器2，包括t1、t2、t3、
…
tn，具体安装位置如图4所示。图中包括位移传感器1及加速度传感器2(振动传感器)，实际端面位置3与理论端面4位置，内齿圈相对于外齿圈偏斜角度θ。位移传感器1固定在外圈非滚道面，引出线通过预设孔引出，将采集数据传到主控室。该安装形式能够实现监测内齿圈相对于轴承外圈的跳动量和振动信
号，避免因主驱动装配和结构件加工产生的误差影响到数据采集。加速度传感器2安装在轴承内齿圈预制孔内，同时做好外部防护。传感器内部集成信号发射装置，通过固定在驱动箱内侧的信号接收装置和引出线，所采集信号可以传递到主控室，实现监测轴承内齿圈轴向振动的目的。
70.在本实施例中，实时监测轴承位移传感器采集的时域信号，未出现异常时，正常信号如图6所示。观测时域信号加速度信号是否异常，若出现突变现象，则说明出现局部冲击现象；观察位移信号是否出现异常，若出现异常，则说明内齿圈端面跳动出现异常，如图7所示。继续观察加速度、位移信号是否继续出现异常，若持续出现异常，则报警器报警，主轴承出现异常。
71.其中，统计相同时刻各个位移传感器测得的数据，结合位移传感器位置绘制主轴承内齿圈端面空间位置图，与内齿圈原始端面对比，绘制内齿圈相对于外齿圈偏斜角度图，如图5所示，如果偏斜角度大于一定的值，报警器报警。
72.进一步的，结合振动加速度信号、位移信号、轴承内齿圈偏斜程度，判定主轴承运行姿态，进行主轴承故障预警。如图8所示信号出现持续增大，则进行主轴承故障预警过程，如图9所示。具体的，当出现超过1个的传感器出现信号超限，则利用可编程控制器，控制报警器进行故障报警。
73.进一步的，本发明中传感器的布置端面可以替换为主轴承内齿圈前部端面，即通过对前端面的空间姿态监测，实现对主轴承运动姿态的实时监测；传感器类型不必拘泥于两种不同类型(位移、振动)的传感器，可使用一种能够综合监测位移与振动信号的传感器作为替代。
74.本发明能够实时判断轴承在使用过程中内齿圈偏斜程度、对出现局部异常以及所受冲击载荷过大进行预警，更加准确、及时地发现主轴承故障情况，降低主轴承直接失效带来的施工风险。
75.如图10所示为本发明实施例一种盾构机主轴承的监测装置的结构示意图，图中所示装置包括：
76.监测信号模块10，用于利用设置于盾构机主轴承内齿圈端面及主轴承外圈上的多个传感器，获取内齿圈监测信号；
77.冲击监测模块20，用于根据所述内齿圈监测信号，确定所述盾构机主轴承的冲击监测结果；
78.运行姿态模块30，用于根据各个传感器的分布位置信息及所述内齿圈监测信号，得到所述盾构机主轴承的运行姿态数据；
79.监测结果模块40，用于根据所述盾构机主轴承的冲击监测结果及所述运行姿态数据，得到所述盾构机主轴承的监测结果。
80.作为本发明的一个实施例，如图11所示，装置还包括：异常预警模块，用于根据所述盾构机主轴承的监测结果进行主轴承异常预警。
81.作为本发明的一个实施例，如图12所示，监测信号模块10包括：
82.位移信号单元11，用于利用设置于主轴承外圈的非接触式位移传感器，获取内齿圈位移信号；
83.振动信号单元12，用于利用设置于轴承内齿圈端面的加速度传感器，获取内齿圈
振动信号。
84.在本实施例中，如图13所示，运行姿态模块30包括：
85.振动影响单元31，用于根据所述内齿圈振动信号及各个位移传感器的分布位置信息，确定各位移传感器对应振动影响信号；
86.运行姿态单元32，用于根据所述振动影响信号及所述内齿圈位移信号，确定所述盾构机主轴承的运行姿态数据。
87.基于与上述一种盾构机主轴承的监测方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种盾构机主轴承的监测装置。由于该一种盾构机主轴承的监测装置解决问题的原理与一种盾构机主轴承的监测方法相似，因此该一种盾构机主轴承的监测装置的实施可以参见一种盾构机主轴承的监测方法的实施，重复之处不再赘述。
88.本发明通过在主轴承运行过程中对异常信号进行实时监测，对监测信号进行分析，评估主轴承是否需要检修或更换，对出现局部异常以及所受冲击载荷过大进行预警，更加准确及时地发现主轴承故障情况，降低主轴承直接失效带来的施工风险，解决主轴承故障在线监测难的问题，提高盾构机运行可靠性。
89.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
90.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
91.如图14所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图14中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图14中没有示出的部件，可以参考现有技术。
92.如图14所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
93.其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
94.输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
95.该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
96.存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存
储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
97.通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
98.基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
99.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
100.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
101.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
102.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
103.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。