论文总字数：22437字

摘 要

回转支承作为回转机械的重要部件，其状态好坏直接决定设备功能的好坏。导致回转支承故障的重要因素之一便是回转支承间隙的增大，如何解决间隙增大问题也变得十分重要。回转支承运行参数监测也很重要，可以实时地显示回转支承状态参数，为回转支承及时的维修做准备。本文主要完成以下任务：

（1）设计自由膨胀间隙补偿结构，绘制智能回转支承二维和三维图；

（2）进行硬件设计，绘制采集系统的电路图；

（3）利用LabVIEW软件进行在线监测界面设计，实现信号采集和数据保存功能。

关键词：回转支承 间隙补偿 在线监测系统

Intelligent slewing bearing design

Abstract

As an important part of rotary machinery, the state of slewing bearing directly determines the function of the equipment. One of the important factors leading to the failure of the slewing ring is the increase of the clearance of the slewing ring. How to solve the problem of the increase of the clearance has become very important.The monitoring of the operating parameters of the slewing bearing is also very important. It can display the status parameters of the slewing bearing in real time and prepare for the timely maintenance of the slewing bearing. This article mainly completes the following tasks：

（1）Design the free expansion gap compensation structure and draw the two-dimensional and three-dimensional drawings of intelligent slewing bearing

（2）Carry out hardware design and draw circuit diagram of acquisition system

（3）Using LabVIEW software to design on-line monitoring interface to realize the function of signal acquisition and data saving

Key Words: Slewing ring; Gap compensation；Monitoring System

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 本课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究概况 2

1.2.1 智能回转支承研究状况 2

1.2.2 在线监测系统 3

1.3 论文主要研究内容 4

第二章 智能回转支承设计方案 6

2.1 智能回转支承设计总体分析 6

2.2 确定监测项目方案 6

2.3 间隙补偿方案 7

2.3.1 间隙补偿结构设计方案 7

2.3.2 间隙补偿流程 7

2.4 硬件设计方案 7

2.5 软件设计方案 9

2.5.1 虚拟仪器介绍 9

2.5.2 LabVIEW概述 10

2.6 本章总结 11

第三章 回转支承故障形式分析及传感器安装 12

3.1 回转支承基本结构介绍及选型 12

3.2 回转支承故障形式分析 13

3.3 传感器安装方案 14

3.3.1 监测量的确定 14

3.3.2 传感器安装 15

3.4 本章总结 17

第四章 智能回转支承结构设计 18

4.1 间隙补偿结构设计 18

4.1.1 间隙补偿的意义 18

4.1.2 自由膨胀间隙补偿结构设计 19

4.1.3 膨胀式补偿结构工作过程 21

4.2 三维模型建立 21

4.3 本章小结 22

第五章 在线监测系统搭建 23

5.1 系统总体设计 23

5.1.1 在线监测系统设计原理 23

5.1.2 采集系统的具体流程图 24

5.2 硬件设计 24

5.2.1 传感器选型 24

5.2.2 A/D转换器选型 27

5.2.3 单片机选型 28

5.2.4 上位机选型 29

5.3 软件设计 29

5.3.1 信号采集 30

5.3.2 保存数据程序 33

5.3.3 报警功能设计 34

5.3.4 软件界面搭建 35

5.4 本章小结 38

第六章 经济性与安全性分析 39

6.1 经济性分析 39

6.2 安全性分析 39

第七章 总结与展望 40

参考文献 41

附录 43

致谢 44

第一章 绪论

1.1 本课题研究背景及意义

我国的机械行业在近几年来飞速地发展。2018年我国工程机械上市公司营收入超过百亿人民币的有4家，分别为三一重工、徐工机械、中联重科、柳工。其中三一重工的营收高达558.22亿元人民币，位列中国第一^[1]。而随着科技进一步发展，人们对于机械设备的要求也日益增高，机械设备越来越朝着智能化、无人化、节能环保的方向发展^[1]。

回转支承是大型回转机械中的重要元件，目前广泛地应用在风力发电设备、矿山设备、游乐设备等领域，主要是连接上下部件实现相对转动。回转支承工作环境复杂，承受的载荷较大，还会有交变载荷的作用，所以出现故障概率很高。

近些年来，工程机械领域所附带回转支承的相关产品的存量已经十分巨大，而其日常的运作和维护也成为了企业的重点和难点。在我国，由于早期的设计制造和加工工艺的经验和理论不足，加上国内在机械维护方面的意识较差，因回转支承严重故障导致停机和损毁的事件时有发生，给国家和企业带来巨大的经济损失。这些重大事故发生的原因大多是对机械设备实施的有效维护措施不到位。在实际工程中，企业的维护方法主要是定期维护、事后维护和视情维护，其中定期维护的时间难以确定，事后维护可能会使机械设备停机或损毁的风险达到最大，视情况检修大都依靠工作人员的经验，不具备通用性^[2]。与上面三种方法相比之下，基于状态监测的主动维护更受欢迎。

智能回转支承便是在传统回转支承结构基础上进行改造并安装感知原件，使其能自我感知各部位的健康状况，在出现故障损伤时及时实施保养措施及自动优化运行环境，延长工作寿命。

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