帶旋轉(zhuǎn)傳感器軸承

帶旋轉(zhuǎn)傳感器軸承如圖1所示，其構(gòu)造為在軸承的內(nèi)部裝入了磁性傳感器和磁性編碼器，已有標(biāo)準(zhǔn)深溝球軸承數(shù)個(gè)型號(hào)實(shí)施了產(chǎn)品系列化。由于使用了磁性傳感器，和一般的光學(xué)傳感器相比，它耐污染，也可以在高溫環(huán)境中使用。這種軸承適用于叉車上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制和車輪防滑控制。

汽車車輪轉(zhuǎn)速傳感器

檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速的磁性傳感器搭載在汽車車輪的軸承(輪轂軸承)上，也用于ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))的控制等。輪轂軸承的密封部位中內(nèi)置橡膠充磁環(huán)，即使在車輪周圍的惡劣環(huán)境中，也具備長(zhǎng)期不會(huì)劣化的高耐用性。NTN也開發(fā)了內(nèi)置式使用具有倍增功能磁性傳感器的高分辨率旋轉(zhuǎn)傳感器的輪轂軸承(圖2)。

檢測(cè)絕對(duì)角度的雙列磁環(huán)

NTN開發(fā)的雙列磁環(huán)³⁾如圖4所示，它和磁性傳感器組合使用可用于檢測(cè)絕對(duì)角度。磁性傳感器的倍增功能和雙列磁環(huán)的高精度充磁式樣使其能夠以旋轉(zhuǎn)1圈(360度)達(dá)到10萬(wàn)等分以上的分辨率進(jìn)行檢測(cè)。由于它是磁力式的，相比光學(xué)式傳感器，具有優(yōu)異的耐污染性能，并且其緊湊的配置有利于節(jié)省空間，被用在機(jī)器人關(guān)節(jié)部位或用于各類電機(jī)的控制傳感器。

機(jī)床主軸用內(nèi)置傳感器軸承單元

機(jī)床主軸單元除了具有高速、高剛性、高精度等基本性能之外，還力求兼具狀態(tài)監(jiān)測(cè)和IoT功能。面向機(jī)床主軸，NTN開發(fā)了“內(nèi)置傳感器軸承單元”，該單元將各種傳感器集成到軸承鄰接的外圈隔圈中，以監(jiān)測(cè)軸承內(nèi)部的狀況，并帶有載荷檢測(cè)功能和無線通信功能(圖5)。這些傳感器通過檢測(cè)振動(dòng)、溫度掌握潤(rùn)滑的劣化狀態(tài)和損傷征兆，防止故障發(fā)生，或者通過監(jiān)測(cè)加工力或軸承的預(yù)緊量等，提出方案用于調(diào)整加工條件。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)的動(dòng)向

近年，以道路和建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)管理和運(yùn)營(yíng)為目標(biāo)的評(píng)估管理概念也逐步擴(kuò)展到了機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于從機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)到零件采購(gòu)控制中。在設(shè)備維護(hù)方法方面，已經(jīng)從傳統(tǒng)的TBM(基于時(shí)間的維護(hù)、預(yù)防性維護(hù))轉(zhuǎn)向CBM(基于狀態(tài)的維護(hù)、預(yù)測(cè)性維護(hù))(圖7)。

在這種情況下，在運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)軸承狀況、檢測(cè)故障跡象并在問題出現(xiàn)之前提供對(duì)策的服務(wù)得到了市場(chǎng)的關(guān)注。

省人力化并提高生產(chǎn)性，有效進(jìn)行設(shè)備維護(hù)需求的高漲

面向工廠設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)入

為了使大型機(jī)械設(shè)備、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的泵和發(fā)電機(jī)等長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷技術(shù)以及根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)工作至關(guān)重要。尤其在大型設(shè)備和重要生產(chǎn)線上，引入了全面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并持續(xù)進(jìn)行定期檢查和日常維護(hù)工作，同時(shí)留存運(yùn)行和維護(hù)記錄。通過這種方式，各公司都建立了整個(gè)工廠的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理系統(tǒng)，以防止大型設(shè)備出現(xiàn)問題。

相比之下，對(duì)于小型設(shè)備，對(duì)每臺(tái)機(jī)器單獨(dú)進(jìn)行操作管理的情況較多。由于在工廠內(nèi)部分使用了優(yōu)化的系統(tǒng)，這就導(dǎo)致即使引入狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，也很難將其連接到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)來運(yùn)用。

IoT平臺(tái)可以解決這類問題。將IoT平臺(tái)導(dǎo)入到每臺(tái)設(shè)備中，并在設(shè)備上運(yùn)行測(cè)量軟件等應(yīng)用程序，使設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)更易統(tǒng)籌管理和互通利用。

NTN在IoT平臺(tái)Edgecross⁶⁾上開發(fā)了作動(dòng)軸承診斷應(yīng)用程序(圖8)，并提供不需要接入互聯(lián)網(wǎng)，不需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)定便能提供狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能⁷⁾的工具。詳情請(qǐng)參考相關(guān)講解報(bào)道。

便攜式異常檢測(cè)裝置

在實(shí)施TBM的現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)景下，作業(yè)人員通過巡視對(duì)于設(shè)備進(jìn)行定期檢查觀測(cè)時(shí)，需要便于攜帶搬運(yùn)的測(cè)量?jī)x器來簡(jiǎn)單地記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)這一用途，圖9所示的NTN便攜式異常檢測(cè)裝置⁹⁾便有了用武之地。

和作業(yè)人員的手機(jī)終端連接可測(cè)量并記錄設(shè)備的振動(dòng)，可通過預(yù)先設(shè)定的判定基準(zhǔn)來判斷狀態(tài)，或者分析狀態(tài)趨勢(shì)。當(dāng)需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密分析時(shí)，可利用頻率分析功能，對(duì)諸如聯(lián)軸器、軸承的損傷等進(jìn)行診斷。

大型風(fēng)力發(fā)電裝置中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)向

如圖10所示的大型風(fēng)力發(fā)電裝置，其機(jī)械設(shè)備高達(dá)地面60米以上，其中大部分被設(shè)置在沿海地區(qū)和山丘地帶等環(huán)境惡劣不易抵達(dá)的地方。由于受到天氣影響操作受到限制，對(duì)于設(shè)備狀態(tài)的掌握和維護(hù)作業(yè)并不容易。因此，通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CMS)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)十分必要，在日本也越來越普及。

傳感數(shù)據(jù)的運(yùn)用

通常，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用從軸承周圍測(cè)量的振動(dòng)數(shù)據(jù)等選出的稱為診斷參數(shù)的特征量來診斷設(shè)備狀態(tài)。雖然，多數(shù)診斷參數(shù)可被計(jì)算出，但是根據(jù)不同的設(shè)備，能夠用來有效進(jìn)行診斷的參數(shù)也不同，較難選擇。

以往我們能通過經(jīng)驗(yàn)來選擇診斷參數(shù)，如果積累了有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)和損傷相關(guān)的大量數(shù)據(jù)，并使AI系統(tǒng)學(xué)習(xí)這些數(shù)據(jù)，便可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地選擇有效診斷參數(shù)。另外，通過分析監(jiān)測(cè)到的損傷事例和故障事例，也能用于改善對(duì)于機(jī)器、設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法。積累的實(shí)機(jī)數(shù)據(jù)越多，越能提高對(duì)于該設(shè)備的狀態(tài)判斷精度。

NTN正在構(gòu)建能靈活運(yùn)用積累的實(shí)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，并致力于該系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。同時(shí)，提供傳感設(shè)備和測(cè)量工具來收集以軸承為中心的傳感信息也很重要，因此也在著力進(jìn)行開發(fā)。

NTN提供的解決方案

在設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，需要軸承周邊的傳感器和狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供如下信息：

①判斷運(yùn)行狀態(tài)是否良好

②發(fā)生損傷時(shí)的進(jìn)展預(yù)測(cè)

提供這些信息需要如下技術(shù)，需要培養(yǎng)專門技術(shù)人員，累計(jì)大量經(jīng)驗(yàn)等人力物力。

?軸承基礎(chǔ)知識(shí)和狀態(tài)診斷技術(shù)

?傳感技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)

?AI診斷等自動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)判斷的技術(shù)

?軸承特有的課題相關(guān)知識(shí)

由于設(shè)備應(yīng)用人員不僅需要了解軸承的狀態(tài)還需要了解機(jī)器整體的狀態(tài)診斷信息，因此，需要具備將機(jī)器周邊信息考慮在內(nèi)進(jìn)行綜合判斷的技術(shù)，另外，針對(duì)不同運(yùn)行設(shè)備的特性，需要進(jìn)一步綜合寬泛領(lǐng)域的信息進(jìn)行考量。例如，氣象數(shù)據(jù)、金融數(shù)據(jù)或社會(huì)活動(dòng)、匯率信息等，通過靈活運(yùn)用各種數(shù)據(jù)，研討采購(gòu)成本和維修時(shí)點(diǎn)等，同時(shí)也可運(yùn)用于設(shè)備運(yùn)行管理中的數(shù)據(jù)分析。

面向風(fēng)力發(fā)電裝置的維護(hù)業(yè)務(wù)

基于CMS的風(fēng)力發(fā)電裝置的狀態(tài)診斷之外，NTN還致力于優(yōu)化運(yùn)行和維護(hù)以及在運(yùn)行控制中的應(yīng)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，我們通過分析CMS數(shù)據(jù)和軸承損壞案例，在開發(fā)使用壽命更長(zhǎng)的軸承的同時(shí)，也在促進(jìn)為售后軸承和點(diǎn)檢維護(hù)提供全面服務(wù)，從而降低海上風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)維成本。

在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，NTN與Hokutaku有限公司合作，啟動(dòng)了維護(hù)業(yè)務(wù)。通過基于CMS信息優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)(智能維護(hù))，并在軸承開發(fā)和采購(gòu)以及運(yùn)行和維護(hù)服務(wù)方面進(jìn)行合作，如圖14所示，開展軸承生命周期管理業(yè)務(wù)，努力貢獻(xiàn)于社會(huì)。