振动筛轴承温度预警系统
朱莉霞1，陆信2**
作者简介：朱莉霞，（1985-），女，研究生，机械设计
通信联系人：陆信，（1936-），男，中国矿业大学教授，研究方向为机械设计. E-mail: 553452573@qq.com
（1. 中国矿业大学机电学院，江苏 徐州 221116；
5 2. 徐州大陆振动有限公司，江苏 徐州 221116）
摘要：振动筛是筛分工艺过程的主要设备，振动筛的设计制造、工艺操作、检修维护与运行
管理，对设备的正常、可靠运行具有较大的影响。其中轴承又是它的重要零件，如果是在运
转条件不变的情况下，轴承长期工作在100 度或以上，普通轴承钢的滚动轴承的寿命将会大
大缩短，极其容易烧死。经常高温表示轴承已处于异常情况，会造成设备的停机，给生产线
10 带来很大的损失。本文以AT89S51 单片机作为核心处理器，以DS18B20 作为温度传感器而设
计的轴承温度预警系统，当温度超过设定的温度值时，蜂鸣器会发出响声。该系统可以随时
监测轴承的工作温度，并实现温度超过规定值时自动报警，从而防止燃轴事故的发生。
关键词：工况监测；轴承发热；温度预警
中图分类号：TP29
 0 引言
轴承是重要的机械基础件，轴承发热和寿命短是国内振动筛用户普遍头疼的问题，多数
35 振动筛轴承寿命在4000h 以内，有些轴承只能使用200h,轴承寿命短成为振动筛参数强化的
制约因数，轴承的频繁更换和为便于装卸而改变轴承与安装孔的配合等级，造成配合过松，
也是导致轴承寿命短和振动箱箱体报废的原因之一[1]。轴承一旦发生损坏等意外情况时，将
会出现其机器、设备停转，功能受到损伤等各种异常现象。
目前国内广泛使用的ZKR、ZKB 和ZK 型等各种类型的振动筛,尤其是大型振动筛,激
40 振器都存在一个普遍的问题,即激振器内的轴承寿命较短,经常出现因润滑不良引起轴承发
热、烧损等现象,严重影响振动筛的正常运行,从而降低了该类型振动筛使用的可靠性[2]。
振动筛在我国矿山工业及其它一些工业部门中各种振动筛分设备使用量很大，筛分设备
的工作质量和工作效率将直接关系到和很多工业部门的经济效益和发展。振动筛的工作参数
的选择和工作状态的监测是影响其工作质量和工作效率的重要因素[3]。然而振动筛常常在大
 45 量粉尘的工况条件下运行，人进入现场很难观察清楚设备的运行情况，同时会对人的身体健
康造成伤害，如果在温度偏高而且粉尘又大的情况下，人就不可能到现场观察设备运行情况。
一旦设备出现问题，不能及时保养维修，这会导致设备的停运和损坏，进而影响钢铁高炉的
运行，电厂的正常发电，洗选煤的输送等等。因而需要一个振动筛监测系统来监测振动筛的
工作状况[4]。
50 1 传感器及处理器的选择
振动器是振动机械的心脏，而轴承是振动器的关键件，轴承属于精密零件，因而在使用
时要求有相当地慎重态度，即变是使用了高性能的轴承，如果使用不当，也不能达到预期的
性能效果，而且容易使轴承损坏。由于计算机技术的提高，和人们对设备维护科学化水平的
日益提高，机械设备工况监测技术得以迅猛发展，已成为当今科技研究的热点课题[5]。设备
55 工况监测的目的就是要监测设备运行状态，判断是否正常，发现和确定故障的部位和性质，
预报故障并采取相应措施，以提高设备运行的可靠性，延长其使用寿命，降低设备维修费用
从而获得更大的经济和社会效益[6]。
轴承温度是衡量轴承寿命的一个重要指标,设计中要考虑采取有效的措施保证轴承温度
不致过高，同时还要采取一定措施防止工作中轴承温度过高，为此采用温度监控系统，可以
60 随时监测轴承的工作温度，并实现温度超过规定值时自动报警或停止防止重大事故发生。
1.1 传感器的选择
本系统采用DS18B20 作为温度传感器，实时监测轴承的工作温度，DS18B20 是DALLAS
（达拉斯）公司生产一线式温度传感器，具有超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，
精度高，附加功能强等优点，温度测量范围为-55℃-125℃。
65 1.2 数据采集卡的选择
ATMEL 的AT89S51 是一种高效微控制器，5l 系列单片机中典型芯片(AT89S51)采用40
引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB 的ROM，256 B 的RAM，2 个16b 的定时
／计数器TO 和T1，4 个8 b 的I／O 端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组
成。特别是该系列单片机片内的Flash 可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际
70 中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。5l 系列
单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。
系统以AT89S51 单片机作为核心处理器，以配合一定的外围电路构成测量报警系统，
按键可以设置上下限报警温度值，数码管可以实时显示轴承温度，蜂鸣器作为报警器件，当
温度超过设定温度值时，蜂鸣器会发出响声。
75 在该系统中可以设置轴承的上限温度为：80℃，当轴承温度高于该值时，蜂鸣器报警，
工作人员可以查看系统故障。
2 总体设计
2.1 硬件电路的设计
把温度传感器通过注油杯通道放到接近轴承的地方，接线从油杯出来接单片机控制板。
80 该系统的硬件原理图如图1 所示：
 图1 硬件电路图
Fig. 1 Hardware circuit
85 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成
一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地
完成程序设计者事先规定的任务。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活，使
用方便等优点，广泛应用于各种智能化控制领域。
2.2 软件设计
90 本设计采用C 语言进行编程，主要因为它具有强大的功能，语言发展迅速,而且成为最
受欢迎的语言之一。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言
可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作,而这三者是计算机最基本的工作单元。C
语言结构化方式可使程序层次清晰,便于使用、维护以及调试。它具有各种各样的数据类型，
并引入了指针概念，可使程序效率更高。另外C 语言也具有强大的图形功能，支持多种显
95 示器和驱动器。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的。C 语言还有
一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如DOS、UNIX,也适用于多种机型。程序流程图
如图2 所示。
 100 图2 程序流程图
Fig. 2 program flow chart
3 模拟实验
轴承是机械设备旋转件中不可缺少的零件，轴承的使用寿命直接影响设备的使用寿命。
105 在验证温度监测系统的实验中，将温度传感器用螺钉紧贴在电机的定子上，通过监测电机定
子温度来模拟监测轴承的温度。
温度控制点通过电缆、传感器和监控显示器连接，在屏幕上显示轴承的温度，一旦轴承
温度超标准，监测指示灯将点亮，同时发出蜂鸣声报警。在监测轴承温度的同时，随时可以
选择保存温度数据于指定的磁盘路径。温度监测系统界面如图3 所示。
 图3 振动筛轴承温度监测界面
Fig.3 The front-panel of screen’s bearing temperature monitoring
4 结论
115 本文针对目前国内振动筛工况监测的困难和低效，研究和开发了振动筛设备工况监测系
统，进行了轴承温度监测预报系统的总体方案设计，完成了监测系统的硬软件设计。实现了
对振动筛设备的轴承温度的监测，对设备故障进行预警的功能。现将本文的主要研究内容总
结如下：
（1）根据设备监测的功能需求，进行了监测系统的总体方案设计，完成了监测系统的
120 硬件电路的设计。
（2）利用C 语言完成了单片机的程序编写，并根据程序画出了相应的程序流程图。
（3）利用模拟的实验装置，对振动筛工况监测系统的工作性能进行了实验。
研究结果表明，系统的精度和可靠性满足使用要求。