一种冲床离合制动器摩擦片磨损在线监测与预警方法及系统与流程

本发明涉及冲床，尤其是一种冲床离合制动器摩擦片磨损在线监测与预警方法及系统。

背景技术：

1、冲床作为现代制造业的核心冲压设备，凭借其高效率、高精度和良好的工艺适应性，广泛应用于汽车制造、家电生产、五金加工、电子元器件制造等领域。随着冲压生产线向自动化、智能化方向快速发展，客户对冲床设备的运行可靠性、维护便捷性和全生命周期管理能力提出了更高要求，具备关键部件状态在线感知、故障早期预警和剩余寿命预测功能的智能化冲床成为行业发展的主流趋势。

2、目前行业内冲床离合制动器摩擦片磨损的主流监测方式为定期停机拆检，即在冲床运行一定冲次后，由维护人员拆卸制动器外壳，使用千分尺对摩擦片剩余厚度进行多点测量，通过人工判断是否需要更换。该方式需要针对每一台冲床定期安排停机检修，依赖专业维护人员逐台拆解、测量、记录、装复，整个流程耗时长、人力投入大，且拆装过程中可能引入安装偏差，导致制动器性能下降。同时，该方式属于离线抽检性质，两次检修间隔期间发生的磨损完全不可知，无法实现真正意义上的在线监测与早期预警，存在突发制动失效的安全隐患。部分现有技术采用预埋触头式监测方案，即在摩擦片内部预埋金属触头，当摩擦片磨损到一定程度后触头露出使电路导通触发报警。该方案同样存在本质局限，触头仅能提供“到限/未到限”的二值判断，无法反映磨损的连续演化过程，触头在高温粉尘环境下易氧化导致接触不良，信号可靠性差，且无法实现剩余寿命预测和趋势预警。另有部分现有技术采用位移传感器式监测方案，通过在制动器连接板处加装位移传感器测量连接板轴向位移，间接获取摩擦片磨损量。但这类方案需要在每台冲床上加装位移传感器及专用检测工装，对现有设备进行机械改造，硬件成本和安装维护成本高；且位移传感器长期暴露于高温、高粉尘、强振动的恶劣工况下，易发生温漂、零漂和机械松动，导致测量值偏离真实值，误报率和漏报率居高不下。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种冲床离合制动器摩擦片磨损在线监测与预警方法及系统，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种冲床离合制动器摩擦片磨损在线监测与预警方法，包括：

4、获取冲床曲轴的实时角度序列数据，根据所述实时角度序列数据获取制动起始角度值和制动终止角度值，并根据所述制动起始角度值与制动终止角度值获取原始制动角度值；

5、获取冲床的当前运行速度值，根据所述当前运行速度值和预设的速度-制动角度基准曲线获取当前速度下的基准制动角度值；

6、获取冲床摩擦片的温度信号，从所述温度信号中分离出温度动态分量，并根据所述温度动态分量辨识摩擦片的热时间常数；

7、根据所述热时间常数与首次运行时的初始热时间常数的比值获取摩擦片的磨损状态判别结果；

8、根据所述原始制动角度值、所述基准制动角度值和温度动态分量获取速度-温度双归一化后的校准制动角度增量值；

9、根据所述热时间常数和首次运行时的初始热时间常数获取热时间常数比值，并根据所述热时间常数比值获取摩擦片的磨损状态判别结果；

10、根据所述磨损阶段识别结果和校准制动角度增量值获取剩余寿命预测值；

11、根据所述磨损状态判别结果、所述磨损阶段识别结果和剩余寿命预测值生成多级预警信息。

12、优选的，所述获取冲床摩擦片的温度信号，从所述温度信号中分离出温度动态分量，并根据所述温度动态分量辨识摩擦片的热时间常数的步骤，包括：

13、获取冲床电控系统已有的温度信号，或根据制动过程中的动能耗散量和散热模型估算摩擦片温度信号；

14、对所述温度信号进行低通滤波，得到温度稳态分量，并将所述温度信号减去所述温度稳态分量，得到温度动态分量；

15、获取制动过程结束后所述温度动态分量的衰减曲线，对所述衰减曲线进行指数拟合，得到摩擦片的热时间常数。

16、优选的，所述根据所述原始制动角度值、所述基准制动角度值和温度动态分量获取速度-温度双归一化后的校准制动角度增量值的步骤，包括：

17、根据所述温度动态分量和预设的温度-角度耦合系数获取温度补偿量；

18、将所述原始制动角度值减去所述基准制动角度值，得到初始制动角度增量值；

19、将所述初始制动角度增量值减去所述温度补偿量，得到速度-温度双归一化后的校准制动角度增量值；

20、根据所述校准制动角度增量值获取第一变化趋势特征，并根据所述第一变化趋势特征和热时间常数比值获取摩擦片的磨损状态判别结果。

21、优选的，所述根据所述热时间常数和首次运行时的初始热时间常数获取热时间常数比值，并根据所述热时间常数比值获取摩擦片的磨损状态判别结果的步骤，包括：

22、获取摩擦片首次运行时的初始热时间常数，并获取当前单次制动过程的热时间常数；

23、当历史数据量小于预设阈值时，根据当前单次制动过程的热时间常数与初始热时间常数的比值获取热时间常数比值，并根据所述热时间常数比值和单次制动过程的温升速率获取冷启动模式下的磨损阶段识别结果；

24、当历史数据量大于等于所述预设阈值时，根据所述校准制动角度增量值的时序序列数据获取移动平均值序列数据，根据所述移动平均值序列数据获取变化率斜率值和二阶变化率值，并根据所述变化率斜率值、所述二阶变化率值和热时间常数比值获取稳态模式下的磨损阶段识别结果；

25、根据历史数据量与预设阈值的比较结果，在冷启动模式与稳态模式之间切换，并在切换点附近采用加权融合获取磨损阶段识别结果。

26、优选的，所述根据所述热时间常数与首次运行时的初始热时间常数的比值获取摩擦片的磨损状态判别结果的步骤，包括：

27、获取所述校准制动角度增量值的第一变化趋势特征；

28、获取冲床电磁阀响应时间值的第二变化趋势特征；

29、根据所述第一变化趋势特征与第二变化趋势特征获取一致性判别结果；

30、当所述一致性判别结果为所述第一变化趋势特征与第二变化趋势特征同步变化时，生成摩擦片磨损判别结果；

31、当所述一致性判别结果为所述第一变化趋势特征变化而所述第二变化趋势特征无变化时，生成非摩擦片类故障判别结果；

32、根据所述热时间常数比值对所述摩擦片磨损判别结果进行验证，当所述热时间常数比值小于预设的热时间常数比值阈值时，确认摩擦片磨损判别结果。

33、优选的，所述根据所述磨损阶段识别结果和校准制动角度增量值获取剩余寿命预测值的步骤，包括：

34、当所述磨损阶段识别结果为稳定磨损阶段时，根据所述稳态模式下的变化率斜率值和预设的制动角度极限值获取第一剩余寿命预测值；

35、当所述磨损阶段识别结果为剧烈磨损阶段时，基于所述稳态模式下获取变化率斜率值、二阶变化率值和制动角度极限值，并且根据变化率斜率值、二阶变化率值和制动角度极限值获取第二剩余寿命预测值；

36、获取所述冲床的冲压频次参数值、冲压负载参数值和环境温度参数值，根据所述冲压

37、根据所述工况修正系数对所述第一剩余寿命预测值或所述第二剩余寿命预测值进行修正，得到修正后的剩余寿命预测值。

38、优选的，还包括基准值在线自校准步骤，所述基准值在线自校准步骤包括：

39、获取所述校准制动角度增量值的历史序列数据；

40、根据所述历史序列数据获取移动最小值；

41、根据所述历史序列数据和移动最小值获取变化类型判别结果，所述变化类型判别结果包括渐进式变化类型和阶跃式变化类型；

42、当所述变化类型判别结果为阶跃式变化类型时，判定发生基准漂移，并根据所述移动最小值更新所述速度-制动角度基准曲线的基准值；

43、当所述变化类型判别结果为渐进式变化类型且所述校准制动角度增量值呈持续单调上升趋势时，判定为真实磨损，保持所述速度-制动角度基准曲线的基准值不变。

44、优选的，所述根据所述磨损状态判别结果、所述磨损阶段识别结果和剩余寿命预测值生成多级预警信息的步骤，包括：

45、获取所述校准制动角度增量值的移动平均值；

46、根据所述移动平均值、所述稳态模式下的变化率斜率值和二阶变化率值、所述热时间常数比值、所述磨损状态判别结果获取联合状态判别结果；

47、根据所述联合状态判别结果获取本发明包括正常等级、关注等级、预警等级和报警等级；

48、其中，所述正常等级对应的触发条件为处于跑合磨损阶段或稳定磨损阶段早期且所述磨损状态判别结果为摩擦片磨损；

49、所述关注等级对应的触发条件为进入稳定磨损阶段中后期且所述移动平均值达到预设的第一阈值；

50、所述预警等级对应的触发条件为所述二阶变化率值大于零且所述磨损状态判别结果为摩擦片磨损，或所述热时间常数比值小于预设的热时间常数比值阈值；

51、所述报警等级对应的触发条件为所述移动平均值达到制动角度极限值或所述剩余寿命预测值低于安全阈值。

52、优选的，所述根据所述实时角度序列数据获取制动起始角度值和制动终止角度值，并根据所述制动起始角度值与制动终止角度值获取原始制动角度值的步骤，包括：

53、获取冲床控制系统发出的制动指令信号，将所述制动指令信号作为硬件锁存触发信号；

54、响应于所述制动指令信号的上升沿，通过高速计数模块的外部锁存触发输入端硬件锁存所述实时角度序列数据在所述上升沿时刻的瞬时角度值，并将该瞬时角度值作为制动起始角度值；

55、监测所述实时角度序列数据，当所述实时角度序列数据在连续多个控制周期内保持不变时，判定曲轴已完全停止，获取曲轴完全停止后的实时角度序列数据的当前值作为制动终止角度值；

56、根据所述制动终止角度值与制动起始角度值之差获取所述原始制动角度值。

57、本发明还公开了一种冲床离合制动器摩擦片磨损在线监测与预警系统，包括：

58、数据采集模块，用于获取冲床曲轴的实时角度序列数据，根据所述实时角度序列数据获取制动起始角度值和制动终止角度值，并根据所述制动起始角度值与制动终止角度值获取原始制动角度值；

59、速度归一化模块，用于获取冲床的当前运行速度值，根据所述当前运行速度值和预设的速度-制动角度基准曲线获取当前速度下的基准制动角度值；

60、温度动态特征提取模块，用于获取冲床摩擦片的温度信号，从所述温度信号中分离出温度动态分量，并根据所述温度动态分量辨识摩擦片的热时间常数；

61、磨损状态判别模块，用于根据所述热时间常数与首次运行时的初始热时间常数的比值获取摩擦片的磨损状态判别结果；

62、双归一化处理模块，用于根据所述原始制动角度值、所述基准制动角度值和温度动态分量获取速度-温度双归一化后的校准制动角度增量值；

63、双模式阶段识别模块，用于根据所述热时间常数和首次运行时的初始热时间常数获取热时间常数比值，并根据所述热时间常数比值获取摩擦片的磨损状态判别结果；

64、寿命预测模块，用于根据所述磨损阶段识别结果和校准制动角度增量值获取剩余寿命预测值；

65、预警输出模块，用于根据所述磨损状态判别结果、所述磨损阶段识别结果和剩余寿命预测值生成多级预警信息。

66、本技术的有益效果为：本发明通过获取冲床曲轴实时角度序列数据并采用硬件锁存方式获取制动起始角度值，有效提升了角度测量精度；通过查询预设的速度-制动角度基准曲线获取基准制动角度值，实现了速度归一化处理；通过获取摩擦片温度信号、分离温度动态分量并辨识热时间常数，将温度由干扰量转化为独立磨损信息维度，进而获取速度-温度双归一化后的校准制动角度增量值，消除了速度变化与温度动态波动对磨损判别的干扰；通过将热时间常数比值与校准制动角度增量值相结合，并采用冷启动模式与稳态模式的双模式切换逻辑，实现了摩擦片从安装到更换的全生命周期磨损阶段连续识别，解决了冷启动阶段因历史数据不足而监测失效的问题；通过双信号趋势一致性判别与热时间常数验证，有效区分了摩擦片磨损与电磁阀故障、制动盘变形等其他故障模式；通过基准值在线自校准，自动区分真实磨损与基准漂移，保证了长期运行中测量基准的准确性；通过引入工况修正系数对磨损速率进行修正，实现了阶段自适应与工况自适应的双自适应剩余寿命预测；最终基于磨损状态判别结果、磨损阶段识别结果和剩余寿命预测值生成多级预警信息，实现了从早期趋势预警到极限报警的全覆盖。整个方案无需加装额外传感器、无需机械改造，全部利用冲床电控系统已有信号，在降低硬件成本的同时显著提升了变工况下的监测精度、冷启动阶段的识别速度、故障区分能力以及剩余寿命预测准确性，为冲床离合制动器摩擦片的精准维护提供了可靠依据。