專利名稱：監(jiān)測支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備中的連鑄支承輥的轉(zhuǎn)動軸承且特別是滾動軸承的 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過就近設(shè)置的傳感器監(jiān)測位于兩端和或中心地支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備中的連鑄支承輥的轉(zhuǎn)動軸承且特別是滾動軸承的方法和裝置。
公開了這樣的技術(shù)(由FEATURE，“Measurements and Calculationsof the Temperature and Load of the Bear ings in a Continuous CastingMaschine at BOS 2 in Ijumuiden”1999年12月，第25-29頁)，通過適當(dāng)手段來監(jiān)測轉(zhuǎn)動軸承并且推遲更換，直到馬上要出現(xiàn)有效的損害。因此，人們知道了，借助加速度傳感器或固體傳聲傳感器來獲得一個信號，該信號可以通過適當(dāng)分析如頻帶而推斷出轉(zhuǎn)動軸承的實(shí)際狀況。但是，該方法象其它方法那樣基于對轉(zhuǎn)動軸承重要性能變化的分析，或者說，只有當(dāng)變化已經(jīng)發(fā)生時(shí)，它才起作用。經(jīng)驗(yàn)表明，事后進(jìn)行的維修畢竟太遲了并且仍然造成上述損害。
上述方法允許評估機(jī)器部件的使用壽命。這些方法的出發(fā)點(diǎn)在于，一個部件的每個負(fù)荷都相應(yīng)分擔(dān)責(zé)任地造成總損傷，直到初次可看到地開裂。在所謂的負(fù)荷集合中，所有在觀察期間內(nèi)作用于一個部件上的負(fù)荷可以被綜合起來。此外，例如可以計(jì)算出在什么時(shí)間后并在什么負(fù)荷曲線下可以按多大概率預(yù)計(jì)到所觀察部件的失效。
這樣的評估越切合實(shí)際，考慮作用于部件的負(fù)荷(根據(jù)類型、方向、大小和概率)越精確。目前，對材料性能做出假定所占的錯誤率很小，以至它們一般只是忽略不計(jì)地影響這樣的評估的命中率。
還知道了這樣的技術(shù)(“Leitfaden fur eineBetriebsfestigkeitsberechnung”VDEhVerlag Stahl-Eisen杜塞爾多夫1985，第2版)，即采用測量軸承負(fù)荷的方法和裝置，例如測壓頭、專用測量軸承或采用帶有相應(yīng)傳感器的軸承或軸承箱。當(dāng)在連鑄設(shè)備中存在不利的環(huán)境條件時(shí)，如存在高溫、含化學(xué)腐蝕性混合物的水蒸汽、臟物和機(jī)械負(fù)荷，目前采用這樣的測量技術(shù)設(shè)備是可行的。
但是，當(dāng)使用相應(yīng)的測量技術(shù)設(shè)備(測壓頭、專用測量軸承、帶傳感器的轉(zhuǎn)動軸承)時(shí)，要注意在連鑄設(shè)備中存在不利的環(huán)境條件如高溫、含化學(xué)腐蝕性混合物的水蒸汽、臟物和機(jī)械負(fù)荷。
所提出的任務(wù)基于這樣的基本構(gòu)思，即不是測量在轉(zhuǎn)動軸承的變化，而是測量由這些變化引起的對轉(zhuǎn)動軸承的外部作用，并且就分?jǐn)傇斐傻膿p傷對所述外部作用進(jìn)行評估。
根據(jù)本發(fā)明，如此完成所提出的任務(wù)，即為了確定滾動軸承和/或滑動軸承的剩余使用壽命，在一個或多個轉(zhuǎn)動軸承或選定的轉(zhuǎn)動軸承組或一個影響轉(zhuǎn)動軸承的部件上，連續(xù)測量并存儲機(jī)械負(fù)荷和/或熱負(fù)荷(負(fù)荷集合)，在一個數(shù)據(jù)分析-存儲單元中處理數(shù)字測量結(jié)果，并且根據(jù)所有負(fù)荷的總數(shù)計(jì)算出負(fù)荷集合的比值并且計(jì)算出各轉(zhuǎn)動軸承的極限負(fù)載能力。這樣一來，可以減少或甚至避免造成轉(zhuǎn)動失效的不可預(yù)見的工作故障。還有利的是，可以完全省掉轉(zhuǎn)動軸承的預(yù)防性更換，并且只在更換實(shí)際快來臨時(shí)，才進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。因此，轉(zhuǎn)動軸承總是一直快被用到其計(jì)算極限使用壽命的盡頭。根據(jù)本發(fā)明，可以長期匯集有關(guān)連鑄設(shè)備磨損歷程的經(jīng)驗(yàn)，因此，一方面可以使連鑄設(shè)備的工作方式最佳化，另一方面，可以使其尺寸和設(shè)計(jì)最佳化?？梢栽跁r(shí)間上并根據(jù)過程來排列其它過載狀況，以便在或許尋找排除故障時(shí)提供幫助?？梢杂欣卮_定在可重現(xiàn)過程(負(fù)荷圖形)中的變化并且通過與原先測定的原始狀態(tài)做比較來分析或幫助分析設(shè)備結(jié)構(gòu)的變化。同時(shí)，可以識別出加工錯誤、安裝錯誤和調(diào)節(jié)錯誤。所有優(yōu)點(diǎn)基于各時(shí)間特性曲線的大量小負(fù)荷以及少量大負(fù)荷的總負(fù)荷的累積，其中包括從連續(xù)靜態(tài)的或近似靜態(tài)的負(fù)荷(例如由支承結(jié)構(gòu)自重引起的)經(jīng)增大的或交替的負(fù)荷(例如由波動工作負(fù)荷引起的)到高動態(tài)的沖擊負(fù)荷。
根據(jù)一個實(shí)施方式，考慮到數(shù)據(jù)測量的多層次，以下措施是有利的，即該測量數(shù)據(jù)的測量是按照一規(guī)定的掃描速率進(jìn)行的。在這種情況下，一方面力求比較高頻地如以50赫茲掃描速率進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，但另一方面，這要經(jīng)過很長時(shí)間如多年地來進(jìn)行。
由此得到了其它措施，即測得的測量數(shù)據(jù)按照統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理。這樣一來，可以將存儲-數(shù)據(jù)分析單元的設(shè)備成本保持在允許極限內(nèi)。此后不需要馬上存儲原數(shù)據(jù)。
根據(jù)另一個措施而建議，按照負(fù)荷的類型、方向、大小和持續(xù)時(shí)間來分類并存儲測得的測量數(shù)據(jù)。
根據(jù)其它特征而提議，從測量數(shù)據(jù)中計(jì)算出各滾動軸承的容許的合計(jì)總負(fù)荷并將其壓縮成一個特征數(shù)，這個特征數(shù)代表在滾動軸承的實(shí)際測量時(shí)刻前的累積總負(fù)荷?？傌?fù)荷與極限負(fù)荷進(jìn)行比較。比較結(jié)果表明了預(yù)期的剩余使用壽命。這個方法也簡化了預(yù)期使用使用的不斷累積，因?yàn)樵谝恍┓诸惔笮》秶鷥?nèi)，可以與迄今算出的值相比地權(quán)重一個測量結(jié)果。除了經(jīng)過較長時(shí)間的上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析外，實(shí)際的負(fù)荷測量可以有利地被用于直接評估?？焖俚脑u估尤其可以被用在這樣的工作條件下，即出現(xiàn)的轉(zhuǎn)動軸承負(fù)荷意味著已達(dá)到或超過了靜態(tài)允許的負(fù)荷極限，例如當(dāng)在澆注中斷后重新起動時(shí)，或者在拉出已變冷的鑄坯時(shí)。
此外，遵循基本構(gòu)思地，以下措施是有利的，即要評價(jià)的軸承的負(fù)荷集合不是從獨(dú)立的各次測量中得到的，而是其承受相同負(fù)荷的軸承被組合成組，并且分別將一次有代表性的測量用于評價(jià)整組的實(shí)際負(fù)荷。
還有利的是，這些組和/或在這些組內(nèi)的負(fù)荷分布差值根據(jù)這些組的數(shù)字模型來形成。為了數(shù)字模型化，例如考慮采用有限元法。
根據(jù)其它特征，也可以在轉(zhuǎn)動軸承外進(jìn)行測量。為此規(guī)定了，可以由一個在部件上測得的值和由一個數(shù)學(xué)模型算出的負(fù)荷分布來確定分?jǐn)傆谝粋€轉(zhuǎn)動軸承上的軸承負(fù)荷。
按照其它措施規(guī)定，將實(shí)際的累積負(fù)荷特征數(shù)與一個原先確定的容許負(fù)荷特征數(shù)進(jìn)行比較并由此確定出剩余使用壽命。這樣一來，可以以實(shí)際的期望剩余使用壽命的形式并通過對在目前工作中已出現(xiàn)的負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方式來分析將來所預(yù)期的其它負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明，通過就近設(shè)置的傳感器監(jiān)測位于兩端和/或中心地支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備的一個輥?zhàn)械霓D(zhuǎn)動軸承且尤其是滾動軸承的裝置如此完成所提出的任務(wù)，即在一個借助滾動軸承和/或滑動軸承支承的連鑄支承輥的一個或多個選定的轉(zhuǎn)動軸承上，或者在一個影響轉(zhuǎn)動軸承的部件上，分別設(shè)置一個用于機(jī)械負(fù)荷和/或熱負(fù)荷的測量件，測量件與一個數(shù)據(jù)分析單元和/或一個存儲單元連接。此外，測量件可以由電阻應(yīng)變片或溫度測量片構(gòu)成。
為了提供受保護(hù)的結(jié)構(gòu)并且不受熱和水分的影響，測量件分別設(shè)置在支承輥?zhàn)囊粋€容納或支承滾動軸承或滑動軸承的部件上。這樣一來，測量件可以安置在支承輥?zhàn)牧硪粋€遠(yuǎn)離要評估轉(zhuǎn)動軸承的部位上，例如安置在支承轉(zhuǎn)動軸承的導(dǎo)輥扇形段或?qū)л伾刃味沃Ъ艿臋M梁的背面上。
根據(jù)其它特征，也可以在轉(zhuǎn)動軸承外進(jìn)行測量。為此規(guī)定了，可以由一個在部件上測得的值和由一個數(shù)學(xué)模型算出的負(fù)荷分布來確定分?jǐn)傇谝粋€轉(zhuǎn)動軸承上的軸承負(fù)荷。
為了避免混淆，在安裝在接納導(dǎo)輥的支架上的載體中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。由以下措施得到一個有利的布置結(jié)構(gòu)，即測量件與設(shè)置在連鑄坯支承輥附近的電子存儲器件連接。這樣的存儲器件例如是存儲芯片，它們可以被安置在相應(yīng)的保護(hù)罩中。
根據(jù)測量數(shù)據(jù)的測量結(jié)果，在數(shù)據(jù)分析單元5中，由這些測量數(shù)據(jù)計(jì)算出各滾動軸承3a的容許的合計(jì)總負(fù)荷并且將其壓縮成一個特征數(shù)，該特征數(shù)代表在滾動軸承實(shí)際測量時(shí)刻前的累積總負(fù)荷。在一個支承輥?zhàn)?中的負(fù)荷分布是通過許多組和/或通過在這些組內(nèi)的差值并基于這些組的數(shù)字模型來表示的。實(shí)際的累積負(fù)荷特征數(shù)與一個原先確定的容許的負(fù)荷特征數(shù)進(jìn)行比較并由此確定出剩余使用壽命。
測量件4也可被分別安置在支承輥?zhàn)?的一個容納或支承滾動軸承或滑動軸承3a的部件1a上。還規(guī)定了，測量件4與設(shè)置在連鑄支承輥2附近的電子存儲器件7如存儲芯片連接，后者存儲由連鑄設(shè)備控制器8調(diào)用的測量數(shù)據(jù)。
在圖2中，在負(fù)荷-時(shí)間圖中，作為測量曲線地示出了測量負(fù)荷集合。根據(jù)許多按較短時(shí)間間隔確定的點(diǎn)，可以通過做出一條切線快速計(jì)算出累積總負(fù)荷的一條線性曲線10。與一作為負(fù)荷極限區(qū)13下限的負(fù)荷極限12相交的各交點(diǎn)11a、11b表明達(dá)到了有關(guān)轉(zhuǎn)動軸承3的可允許的剩余使用壽命。
如

圖1所示，測量件4不一定緊鄰設(shè)置在各轉(zhuǎn)動軸承3上，其中這樣的測量軸承是比較昂貴的，而是也可以安置在另一個位置上，例如一個受保護(hù)位置上。圖3示出了這樣的布置結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖3，在一個連鑄設(shè)備支承輥?zhàn)?的被保持在底座15a、15b內(nèi)的分段輥架14中，測量件4安置在底側(cè)16上并且它測量分段輥架14的彎曲。這種彎曲例如可以借助一個電阻應(yīng)變片來測量。此外，這種彎曲是因連鑄坯重力和在連鑄坯內(nèi)的壓力而產(chǎn)生的，這種壓力靜態(tài)地表示為所謂的拉伸負(fù)荷17a。在這里，拉伸負(fù)荷17a通過連鑄支承輥2作用在轉(zhuǎn)動軸承3上。這樣一來，例如可以根據(jù)測量件4上的應(yīng)變并由數(shù)學(xué)模型和已知的工作條件而作為在各轉(zhuǎn)動軸承3內(nèi)的負(fù)荷地確定出負(fù)荷分布。
附圖標(biāo)記一覽表1-支承輥?zhàn)?a-部件；2-連鑄支承輥；3-轉(zhuǎn)動軸承；3a-滾動軸承，滑動軸承；4-測量件；5-數(shù)據(jù)分析單元；6-存儲單元；7-電子存儲器；8-連鑄設(shè)備控制器；9-測量曲線(負(fù)荷集合)；10-線性曲線；11a-交點(diǎn)；11b-交點(diǎn)；12-負(fù)荷極限；13-負(fù)荷極限區(qū)；14-導(dǎo)輥扇形段支架；15a-底座；15b-底座；16-底側(cè)；17-連鑄坯；17a-拉伸負(fù)荷；
權(quán)利要求
1.通過就近設(shè)置的傳感器監(jiān)測位于兩端和/或中心地支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備的一個輥?zhàn)械霓D(zhuǎn)動軸承且尤其是滾動軸承的方法，其特征在于，為了確定滾動軸承和/或滑動軸承的剩余使用壽命，在一個或多個轉(zhuǎn)動軸承或選定的轉(zhuǎn)動軸承組或一個影響轉(zhuǎn)動軸承的部件上，連續(xù)測量并存儲機(jī)械負(fù)荷和/或熱負(fù)荷(負(fù)荷集合)，在一個數(shù)據(jù)分析-存儲單元中處理數(shù)字測量結(jié)果，并且根據(jù)所有負(fù)荷的總數(shù)計(jì)算出負(fù)荷集合的比值并且計(jì)算出各轉(zhuǎn)動軸承的極限負(fù)載能力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該測量數(shù)據(jù)的測量是按照一規(guī)定的掃描速率進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，測得的測量數(shù)據(jù)按照統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，按照負(fù)荷的類型、方向、大小和持續(xù)時(shí)間來分類并存儲測得的測量數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，從測量數(shù)據(jù)中計(jì)算出各滾動軸承的容許的合計(jì)總負(fù)荷并將其壓縮成一個特征數(shù)，這個特征數(shù)代表在滾動軸承的實(shí)際測量時(shí)刻前的累積總負(fù)荷。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，要評價(jià)的軸承的負(fù)荷集合不是從獨(dú)立的各次測量中得到的，而是其承受相同負(fù)荷的軸承被組合成組，并且分別將一次有代表性的測量用于評價(jià)整組的實(shí)際負(fù)荷。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述組和/或在這些組內(nèi)的負(fù)荷分布差值根據(jù)這些組的數(shù)字模型來形成。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，可以由一個在部件(1a)上測得的值和由一個數(shù)學(xué)模型算出的負(fù)荷分布來確定分?jǐn)傆谝粋€轉(zhuǎn)動軸承上的軸承負(fù)荷。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，將實(shí)際的累積負(fù)荷特征數(shù)與一個原先確定的容許負(fù)荷特征數(shù)進(jìn)行比較并由此確定出剩余使用壽命。
10.通過就近設(shè)置的傳感器監(jiān)測位于兩端和/或中心地支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備的一個輥?zhàn)械霓D(zhuǎn)動軸承且尤其是滾動軸承的裝置，其特征在于，在一個借助滾動軸承和/或滑動軸承(3a)支承的連鑄支承輥(2)的一個或多個選定的轉(zhuǎn)動軸承(3)上，或者在一個影響轉(zhuǎn)動軸承(3)的部件(1a)上，分別設(shè)置一個用于機(jī)械負(fù)荷和/或熱負(fù)荷的測量件(4)，測量件(4)與一個數(shù)據(jù)分析單元(5)和/或一個存儲單元(6)連接。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，測量件(4)分別設(shè)置在支承輥?zhàn)?1)的一個容納或支承滾動軸承或滑動軸承(3a)的部件(1a)上。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，可以由一個在部件(1a)上測得的值和由一個數(shù)學(xué)模型算出的負(fù)荷分布來確定分?jǐn)傇谝粋€轉(zhuǎn)動軸承(3)上的軸承負(fù)荷。
13.如權(quán)利要求10-12之一所述的裝置，其特征在于，測量件(4)與設(shè)置在連鑄坯支承輥(2)附近的電子存儲器件(7)連接。
全文摘要
通過就近設(shè)置的傳感器監(jiān)測位于兩端和/或中心地支承在金屬且尤其是鋼的連鑄設(shè)備的一個支承輥?zhàn)?1)中的轉(zhuǎn)動軸承(3)且尤其是滾動軸承(3a)的方法和裝置能夠使轉(zhuǎn)動軸承(3)的更換不取決于出現(xiàn)的有害結(jié)果，而是要如此獲得經(jīng)濟(jì)性和有利的維修時(shí)刻，即為了確定滾動軸承和/或滑動軸承(3a)的剩余使用壽命，連續(xù)測量和存儲在一個或多個轉(zhuǎn)動軸承(3)或選定的轉(zhuǎn)動軸承(3)組或一個影響轉(zhuǎn)動軸承(3)的部件上的機(jī)械負(fù)荷和/或熱負(fù)荷(負(fù)荷集合)，在一個數(shù)據(jù)分析存儲單元(5，6)中處理數(shù)字測量結(jié)果，并且從所有負(fù)荷總數(shù)中計(jì)算出負(fù)荷集合的比值并且計(jì)算出各轉(zhuǎn)動軸承(3a，3)的極限負(fù)載能力。
文檔編號B22D11/128GK1446136SQ01813960
公開日2003年10月1日 申請日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者A·韋耶, H·馮懷爾, G·格雷勒維茨 申請人:Sms迪馬格股份公司