無線傳感器模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用在連續(xù)鑄造軸承中的傳感器模塊，并且涉及用在鋼鐵工業(yè)中的狀態(tài)監(jiān)測和/或過程控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵生產(chǎn)設施的環(huán)境極其惡劣，其具有高溫，大量的水和高沖擊載荷。傳統(tǒng)上一直難以監(jiān)測與軸承工序相關(guān)的各個方面，其中設備暴露于該環(huán)境中。
[0003]因為軸承會遭受損壞和不可預知的故障，所以在鋼鐵工業(yè)中對連續(xù)鑄造軸承或者其它軸承的狀態(tài)監(jiān)測是有需求的。然而，由于在惡劣的操作環(huán)境中難于進入和布線，狀態(tài)監(jiān)測很少應用于該應用領(lǐng)域。設備運行期間，人類是不可能進入的，而高溫和高輻射熱通量使得布線困難。使情況更為復雜的是，經(jīng)常需要因維護而拆卸設備，而在此期間布線易于被損壞。尚沒有已知的連續(xù)鑄造機中的狀態(tài)監(jiān)測的解決方案。在其它的應用中，無線狀態(tài)監(jiān)測傳感器被試用為一種監(jiān)測軸承的具有成本效益的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決了提供一種簡潔、穩(wěn)健并且可靠的適用于鋼鐵工業(yè)應用中的軸承的傳感器裝置的問題。本發(fā)明的另一方面涉及提供由傳感器至構(gòu)造的可靠的連接以記錄連續(xù)鑄造軸承中的載荷、振動、聲發(fā)射以及溫度，同時將電子設備部署在可替換模塊中。
[0005]本發(fā)明涉及一種在鋼鐵工業(yè)應用中監(jiān)測軸承的傳感器模塊，其包括用于安裝在待監(jiān)測軸承的軸承部件的孔中的內(nèi)嵌部分，其中該內(nèi)嵌部分包括至少一個傳感器。
[0006]建議內(nèi)嵌部分還包括一個夾緊機構(gòu)，以產(chǎn)生作用在孔的至少兩個相對的內(nèi)部側(cè)面的夾緊力。本發(fā)明建議的夾緊機構(gòu)允許可靠的載荷傳輸并確保良好的信號耦合以及確保模塊是完全固定的。這改善了用于將一部分軸承載荷可靠的傳送至傳感器模塊的信號采集。
[0007]將至少一部分模塊嵌入軸承部件中提供了許多好處，包括更好的信號采集以及更好的環(huán)境防護。
[0008]軸承部件可以是軸承圈或軸承殼體，特別是，連續(xù)鑄造軸承的軸承殼體。鋼鐵制造業(yè)中的許多工序需要某些形式的軸承裝置以移動或處理鋼鐵。這些裝置包括乳機、連續(xù)鑄造機，回轉(zhuǎn)臺和鑄桶，輸送機等。在這些應用中軸承的類型經(jīng)歷從小球面滾子軸承，到較大的4排圓錐滾子軸承，再到大的回轉(zhuǎn)軸承的變化。所有這些類型的軸承共同的特征在于它們都在包含高溫、大量的水/溶劑以及包括沖擊載荷的高負載的惡劣的環(huán)境中運作。本發(fā)明適用于所有這些應用中。當傳感器和其它電子部件布置成靠近軸承時，它們所受的溫度與操作中的軸承的溫度相近。軸承的潤滑油或潤滑脂必須保持大致低于100°C并且所選擇的部件也要如此以便達到大約相同的溫度時其能夠運行。
[0009]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，夾緊機構(gòu)包括夾緊環(huán)，具有與至少一個圓錐形內(nèi)部部件相互作用的至少一個圓錐內(nèi)表面，以及用于將圓錐形內(nèi)部部件壓入夾緊環(huán)以拓寬夾緊環(huán)的裝置。利用由夾緊環(huán)組成的錐體橋和優(yōu)選的兩個相對的圓錐形內(nèi)部部件來把模塊和孔的內(nèi)表面夾緊。優(yōu)選地，夾緊環(huán)以及圓錐形內(nèi)部部件由鋼制成以便實現(xiàn)期望的穩(wěn)健性。
[0010]本發(fā)明將傳感器的所有方面封裝至單獨的模塊封裝包內(nèi)，該模塊封裝包易于插入軸承殼體上預先準備好的孔中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，建議將至少一個傳感器直接結(jié)合至夾緊環(huán)。因此，夾緊環(huán)與軸承部件的內(nèi)壁表面之間良好的熱性能和機械接觸將立即導致穩(wěn)健可靠的溫度和應變的檢測。
[0012]優(yōu)選地，傳感器模塊包括至少兩個應變橋，其結(jié)合至夾緊環(huán)并連接在一起以形成電阻橋。這有助于提供應變測量，其受到的由于環(huán)境變化造成的漂移的影響較小。
[0013]在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，壓電傳感器安裝在模塊內(nèi)部以能夠采集包括載荷、聲發(fā)射以及振動的關(guān)鍵的軸承運行參數(shù)。這些傳感器以該方式安裝以確保與軸承殼體良好的耦合從而允許高質(zhì)量信號的傳輸，同時對溫度和沖擊保持穩(wěn)健性。
[0014]在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，模塊還包括用于與電子處理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的無線收發(fā)器。優(yōu)選地，無線收發(fā)器的至少一個天線布置在孔外。優(yōu)選地，無線收發(fā)器連接至遠程電子處理系統(tǒng)。該收發(fā)器允許模塊連接至網(wǎng)絡，優(yōu)選地，使用穩(wěn)健/彈性的通信協(xié)議的低能耗的本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡。由于無線收發(fā)器，命令和配置信息可以從控制系統(tǒng)發(fā)送至模塊，并且從模塊中獲取的數(shù)據(jù)可以發(fā)送回控制系統(tǒng)。
[0015]在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，模塊還包括用于從本地環(huán)境采集能量的能量采集電路。優(yōu)選地，能量采集電路包括熱電發(fā)電機。其尤其可以包括從可能存在的大的溫差中采集能量。此外，由于不再需要布線，系統(tǒng)的安裝費用、維修費用以及穩(wěn)健性都得到改善。另夕卜，當熱梯度太低時，熱能采集可以與作為備份的高溫原電池相結(jié)合。例如，內(nèi)部軸承殼體與外部鋼鐵制造環(huán)境之間的溫差可以用于通過熱電發(fā)電機產(chǎn)生能量。也存在其它的發(fā)電選擇，例如，利用軸承/軸的旋轉(zhuǎn)或者通過連接至殼體冷卻供給的水渦輪發(fā)電機。當溫度梯度足大時，可以從系統(tǒng)中獲取能量。此種情形產(chǎn)生于當熱鋼鐵通過處理時。這同時也是需要獲取數(shù)據(jù)的時間。當鋼鐵通過處理后，溫度梯度將下降，但也需要獲取數(shù)據(jù)。模塊還可包括用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)可讀出或發(fā)送。
[0016]還建議模塊設置有大容量電容器，其能夠存儲足夠的能量以在短時間內(nèi)運行系統(tǒng)。這可以作為能量管理策略的一部分以“緩沖”能量，使得當采集不能提供足夠的輸入來給系統(tǒng)完全地供電時還存在一個存儲器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，系統(tǒng)的能量管理與采集電路耦合以確保需要時能量可用，例如處理鋼鐵時。
[0018]建議的封裝包不僅允許方便的配置狀態(tài)監(jiān)測，而且允許所需使用的載荷、振動、聲發(fā)射以及溫度通過先進的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來測量。本發(fā)明描述了一種無線的、內(nèi)嵌的傳感器模塊，其易于安裝、在環(huán)境中穩(wěn)健、能夠為自己供能并且提供對軸承/殼體中振動、聲發(fā)射、載荷以及溫度的測量。該裝置的主要目的是狀態(tài)監(jiān)測，然而，同一裝置適用于為過程控制系統(tǒng)提供所需的信息以優(yōu)化鐵生產(chǎn)的質(zhì)量。
[0019]本發(fā)明的上述描述以及所附的權(quán)利要求書、附圖和下文優(yōu)選實施例的描述示出了本發(fā)明在特定的組合中的多個突出特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地想到這些特征的其它組合或子組合，以使如權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明適應他或她的特定需求。
【附圖說明】
[0020]圖1是由金屬板覆蓋的配備有根據(jù)本發(fā)明的傳感器模塊的連續(xù)鑄造軸承的軸承殼體；
[0021]圖2是移除金屬板后圖1中的軸承殼體；
[0022]圖3示出了具有塑料殼體的根據(jù)本發(fā)明的傳感器模塊的內(nèi)嵌部分；
[0023]圖4示出了移除塑料殼體后根據(jù)圖3的傳感器模塊；
[0024]圖5是傳感器模塊以及示出夾緊機構(gòu)的軸承殼體的剖視圖。
【具體