用于确定液压回路装置的健康状态的方法

文档序号:108239 发布日期:2021-10-15 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 用于确定液压回路装置的健康状态的方法 (Method for determining the state of health of a hydraulic circuit arrangement ) 是由 莫里·巴特勒 马库斯·赫雷拉 于 2020-03-04 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种确定包括至少一个液压流体工作机器(2,3)的液压回路装置的健康状态的方法(25)。该健康状态是至少部分地使用该液压回路装置(1)的实际温度信息(12)与该液压回路装置(1)的预期温度信息(24)的比较来确定(29)的。(The invention relates to a method (25) for determining the state of health of a hydraulic circuit arrangement comprising at least one hydraulic fluid working machine (2, 3). The state of health is determined (29) at least partially using a comparison of actual temperature information (12) of the hydraulic circuit arrangement (1) with expected temperature information (24) of the hydraulic circuit arrangement (1).)

用于确定液压回路装置的健康状态的方法

技术领域

本发明涉及一种确定液压回路装置的健康状态的方法。而且,本发明涉及一种用于液压回路装置的控制单元,并且涉及一种液压回路装置,该液压回路装置采用用于确定其健康状态的方法。

背景技术

技术设备、尤其是包括机械运动零件的技术设备仅显示出一定寿命,在一定寿命之后,该技术设备将变得不可靠和/或效率降低。最终,该设备将损坏或至少恶化到实际上无法再使用的水平。

通常,设备的意外故障问题很大。不仅相应设备的生产力在可能有问题的时间点显著下降、经常降至零,而且通常还必须在有问题的状况下恢复和/或修复该设备。

为此,完善的解决方案是定期维护、尤其是定期预防性维护。本文中,部件在超过其将发生故障的一定概率水平之前就会被更换。这样,整个设备在使用期间将意外发生故障的概率将下降至相应较低的水平。意外故障的概率水平主要是根据相应设备的优先级来选择的。

该方法是众所周知的。例如,汽车需要定期进行维护。通常,维护间隔是根据特定允许公里里程以及维护动作之间的特定允许时间跨度(二者不分先后)来安排的。这样,在道路上发生意外故障的情况很少。

虽然这种简单的方法在实践中效果很好,但是也存在一些缺点。主要问题在于,这种固定安排没有考虑个体磨损。作为示例,如果汽车总是拉着重型拖车,主要在山区使用,那么其部件的磨损显著高于与主要在交通不拥挤、弯路和交叉口较少的状况良好的乡村公路上使用的轻载汽车。同时,在所描述的第一种情况下,故障的概率上升到高于标准概率水平,在第二示例中零件替换过早,并且因此导致不必要地浪费时间和金钱进行不必要的维护工作。

在本领域中已经使用各种方法解决了这一问题。

一种可能的方法是使用数据,描述正在使用的设备的实际性能。如果实际要求的性能高于预期平均值,则缩短维护间隔,而如果实际要求的性能低于预期平均值,则延长维护间隔。回到汽车的示例:如果汽车引擎所要求的平均功率高于设计参考值,则缩短维护间隔。这将通过驾驶舱中的恰当指示向驾驶员指示。

使用该方法带来的问题是,没有直接考虑相应的一个部件/多个部件的磨损。相反,磨损是基于相应部件的模型来粗略估计的。仅再次使用示例,如果某一部件的材料表现出一些未被发现的弱点,那么将无法知道相应部件的实际(可能显著增加的)磨损,但仍可能会发生故障。

为了缓解这些问题,还建议直接测量讨论中的一个部件/多个部件的实际磨损。因此,这些部件只有在真正需要更换时才进行替换。为此,简单的示例是测量制动衬块的厚度。如果达到或超过制动衬块厚度的一定下限,则将替换该制动衬片。

尽管该方法在实践中取得了良好的结果,但是其仍表现出通常需要附加传感器的缺点。这些传感器始终是一个成本因素,并且它们确实需要一定的安装空间。而且,当显示错误数据时,相应的传感器可能是造成缺陷的原因。因此,过度使用传感器也存在问题。

因此,本领域需要获取尽可能精确地描述系统实际健康状态的数据,同时使用尽可能少的传感器数据(尤其是来自完全出于此目的而必须提供的传感器的传感器数据)。当然,这两个相互矛盾的要求始终需要一定的折衷。因此,仍然存在很大的改进空间。

发明内容

因此,本发明的目的是建议一种确定液压回路装置的健康状态的方法,该方法与现有技术中已知的确定液压回路装置的健康状态的方法相比有所改进。本发明的另一个目的是提供一种用于操作液压回路装置的控制单元,该控制单元与现有技术中已知的用于操作液压回路装置的控制单元相比有所改进。本发明的又另一个目的是提供一种液压回路装置,该液压回路装置与现有技术中已知的液压回路装置相比有所改进。

目前提出的方法、控制单元和液压回路装置解决了这些问题。

根据本发明的第一方面,建议一种确定液压回路装置、尤其是包括至少一个液压流体工作机器的液压回路装置的健康状态的方法。该健康状态是至少部分地使用该液压回路装置的实际温度信息与该液压回路装置的预期温度信息的比较来确定的。令人惊讶的是,通过部分地/主要地/(基本上)仅仅使用这种输入数据,可以确定通过所建议的方法监测的液压回路装置的极其精确的健康状态。目前建议的方法的另一特定优点是,采用该方法所需的传感器相对便宜、精确且可靠。在大多数情况下,出于监测目的,温度传感器已经存在于液压回路装置中。因此,可能不需要附加的传感器。即使已经存在的传感器对目前建议的方法来说是不够的(例如,测量值的精度不够高),将在任何情况下都必须使用的不精密的温度传感器更换为(略微)更复杂的温度传感器也是容易实现的,并且通常实现起来比较便宜。在某些情况下,附加信息(除温度信息之外)可能证明是合理的。该附加信息可以来自控制输入、数据库或附加传感器,仅举一些示例。使用这种附加信息,通常可以获得更精确的健康状态。应当注意,即使使用附加传感器,通常情况下,也可以使用通常成本较低、精度较低的传感器(尤其是对于附加信息)和/或可以减少附加传感器的数量(这也具有适当的成本优势)。特别地,在大多数情况下,可以将已经存在的机械硬件与目前提出的方法结合使用。即使必须对目前使用的硬件进行一些修改,这些更改通常也仅在极小的水平上是必要的(如果有的话)。如今,由于液压回路装置通常已经具有电子控制电路系统,因此通常也可以使用目前已有的硬件来执行目前建议的方法。有时,可能有必要使用稍微更强大的电子控制器(或类似设备)。在这种情况下,可以使用适当更强大的电子设备。然而,这种替换通常容易实现并且实现起来相对便宜。即使在必须将附加的/单独的电子电路系统(尤其是电子控制器)用于采用目前建议的方法的情况下,这种替换通常也可以以非常经济有效的方式实现。仅为了完整起见,应当提及的是,将单独的电子电路系统/电子控制器用于目前提出的方法可能会表现出某些优势,这些优势可能很容易超过额外成本的负担。特别地,该方法的更高可靠性通常可以通过这种装置来保证。由于目前提出的方法通常仅需要对硬件装置进行极小的修改(如果有的话),因此目前提出的方法甚至可以被用作直接替代方案(drop-in-solution)和/或简单方案以实现对已经使用的机械的可能升级。如何获得实际温度信息和/或预期温度信息基本上是任意的。当然,建议对相应信息进行合适的选择和/或修改,其中,该选择/修改可能取决于实际使用的液压回路装置及其使用环境。此外,可以基于所需或期望的健康状态精确性对所使用的信息和/或确定健康状态的方式进行适当的选择/修改。此外,用于确定健康状态的方法可以用于许多液压回路装置,如之后将更详细阐明的。

虽然基本上可以使用所有类型的合理预期温度信息,但是如果至少部分地从以下温度信息获取方法组确定预期温度信息,则优选的是:使用固定温度;使用基于该液压回路装置的模型的温度;使用基于对液压回路装置做出的测量的温度;基于操作时间修改该温度;基于操作载荷修改该温度;基于操作载荷历史修改该温度;基于环境参数修改该温度;基于实际温度信息历史修改该温度;基于液压流体类型修改该温度;基于液压流体变化来修改该温度;基于先前健康状态数据修改该温度。使用前面提议中的一项或若干项,可以确定更精确的健康状态。特别地,可以以这种方式来考虑各种影响。仅给出一些示例:如果液压回路需要较高的功率水平,则实际温度通常也将随所需的负载而变化。然而,实际温度变化通常将随着液压回路装置的实际磨损以非线性方式变化。修改预期温度信息可以用于反映该非线性。同样的想法加以变更后适用于其他影响,例如,环境影响、液压流体粘度等。特别地,通过使用液压回路装置的任何种类的历史数据,可以在确定健康状态时考虑随液压回路装置(及其相应部件)随时间的典型磨损行为。作为典型示例:在使用包括机械运动零件的全新部件时,它们最初通常会表现出略微较高的摩擦力,因此产生更多的热量。由于磨合效应,摩擦力以及因此产生的温度在开始时通常会降低。然后,典型的行为是,这些部件将在很长一段时间内表现出基本上均匀的摩擦力/产热。通常,在相应部件的生命周期结束时,其摩擦力以及因此产生的热量将再次增加,这表明健康状况恶化。在提到“摩擦力”时,该措辞还可以包括或甚至(至少部分地)替代不同的发热效应,如由于相应部件的间隙增大而增加的流体损失等。至少对于先前提到的其中一些预期温度信息确定方法(尤其是对“初始”温度信息的修改),可以证明至少一个附加传感器是有利的或者甚至是必要的。

通常,如果至少部分地从以下温度信息获取方法组确定实际温度信息,则可以更进一步地提高健康状态信息的质量:测量该液压流体温度;测量该温度随时间的发展;测量引入该液压回路装置中的机械功率;测量从该液压回路装置提取的机械功率;测量该液压回路装置对环境的散热情况;通过计算来替换或修改测量结果。应当理解,既可以采用上述温度信息获取方法中的一种方法,也可以采用其中的两种或多种方法。特别地,可以考虑对实际温度测量值的典型(主要)副作用。另外,先前描述的液压回路装置(部件)的实际磨损与温度信息之间的非线性加以变更后适用于实际温度信息(即,不仅适用于预期温度信息)。至少对于先前提到的其中一些实际温度信息确定方法(尤其是对“初始”温度信息的修改),可以证明至少一个附加传感器是有利的或者甚至是必要的。

优选地,所确定的健康状态可以进行分组,该组可以包括至少一个、两个或多个健康状态水平。特别地,该至少一个、两个或多个健康状态水平可以选自以下健康状态水平组:该液压回路装置完全可操作的指示;该液压回路装置完全可操作的剩余小时数的指示;在预防性维护之前的剩余操作小时数;在维护之前的剩余小时数;所建议的预防性维护的指示;所需的预防性维护的指示;所建议的维护的指示;所推荐的维护的指示;高度推荐的维护的指示;所推荐的设备不可用的指示;即将发生的故障的指示;故障的指示。应当理解,代替前面给出的非穷尽列表和/或除此之外,可以使用不同的健康状态水平或任何其他类型的健康状态。然而,所指示的健康状态水平对于操作者和/或所讨论的液压回路装置的操作设施而言通常具有有利信息的特征。特别地,应当注意,有时,可能会存在使用液压回路装置的迫切需求,以便可以证明继续使用该装置是合理的,尽管故障的可能性(可能甚至显著)增大也是如此。相反,在无论如何都几乎不会使用所讨论的液压回路装置(如果有的话)的时间期间,早期维护可能是有意义的,以便于手边具有可以长时间操作的液压回路装置,以备将来的需要。

第一实验表明,如果健康状态受先前健康状态信息的影响,则是特别有利的。这样,健康状态可以具有略全面的性质。特别地,可以考虑在液压回路装置的使用历史期间实际使用和实际磨损的非线性效应。

还建议的是,该健康状态可以从外部、尤其是基于检查结果和/或所执行的维护进行修改。作为示例,如果已经维修或更换了部件,则通常应当在车间将健康状态重设为全新状态(类似地有:已整修状态、已维修状态、“维护已执行”状态等),使得在相应部件的磨合阶段期间由于相应部件的摩擦力增大引起的实际温度升高将不会触发关于健康状态的错误警报。这加以变更后适用于对一个或若干个部件执行的某种返修或某种维护等。

此外,建议至少部分地使用机器学习方法、过程和系统来确定健康状态。这样,可以实现所确定的健康状态的质量的稳步改善。此外,可以根据液压回路装置的实际操作特性来提高所确定的健康状态的质量。应当注意,取决于使用液压回路装置的消耗器材和/或场地,现有的液压回路装置的使用方式不同是非常常见的。液压回路装置的制造商几乎无法预测到这些依赖性(如果有的话)。然而,使用所提出的实施例可以考虑到这种特性,至少在长期范围内如此。

进一步建议该健康状态被指示给该液压回路装置的操作者、被存储在存储器设备中以供人读出、和/或被传输到外部设备。这样,可以以各种方式提高该方法的通用性。关于是否传输健康状态、在哪里传输健康状态的问题可以取决于所确定的健康状态水平。作为示例:液压回路装置的操作者可能对该装置完全可操作的剩余小时数没有太大兴趣(以避免信息过载),使得相应的信息仅被存储用于读出/传输到外部设备,以便可以安排合理的维护计划(其也可以考虑维护设施的可用性,仅给出示例)。然而,指示故障或即将发生的故障的警告非常相关地显示给装置的操作者。对此,红灯可能是合适的解决方案。由于操作者很可能无论如何都会通知这种情况,因此可能根本不需要将相应的信息传输到外部设备(尽管这当然仍是可能的)。

此外,如果健康状态和/或预期温度信息和/或其他实际温度信息是向量值,则通常是特别有利的。这样,所建议的方法、尤其是要确定的健康状态的质量甚至更高是可能的。针对使用目前提出的方法的液压回路装置的至少两个、多个、大多数或(基本上)全部(不同的)部件,向量健康状态可以给出不同的健康状态水平。因此,健康状态可以考虑各个部件的不同磨损。这加以变更后同样适用于外部温度信息和/或实际温度信息。

根据本发明的另一方面,建议一种用于液压回路装置的控制单元,其中,该控制单元以至少偶尔执行根据先前描述所述的方法的方式被设计和布置。这样,该控制单元可以表现出与前述特征和优点相同(至少类似)的特征和优点。应当注意,该控制单元也可以至少类似地在先前描述的意义上进行修改,通常产生与前述结果和优点相同(至少类似)的结果和优点。

特别地,提出了该控制单元是电子控制单元、可编程控制单元、电子控制器、和/或包括数字处理设备的设备。这种单元对于采用先前描述的方法通常是非常通用的。此外,这种单元是现有可获得的,并且通常相对便宜。

根据本发明的又另一方面,提出了一种液压回路装置,其中,该液压回路装置至少偶尔根据先前建议的方法进行操作,和/或其中,该液压回路装置包括根据前面建议的控制单元。这种液压回路装置通常将表现出与前述特征和优点相同(至少类似)的特征和优点。此外,该液压回路装置通常可以至少类似地在先前描述的意义上进行修改,通常产生与前述结果和优点相同(至少类似)的结果和优点。

特别地,目前提出的液压回路装置可以用于移动设备、尤其是非道路车辆和/或建筑地盘车辆。当在这种情况下使用,液压回路装置可以以特别有利的方式利用本方法和/或控制单元的固有特征,从而产生通常较优异的结果。

应当理解,将可能的是,如在本申请中披露的各种特征可以彼此组合,即使没有明确说明这种组合。更进一步地,将可能的是,具体实施例中的一些特征可以与权利要求组合,即使相应具体实施例的多个或甚至(基本上)全部特征未包括在相应的(多项)权利要求中。进一步地,即使在相应的(多项)权利要求中未指示明确的向后引用,也应当可以组合各项/几项权利要求的特征。

附图说明

从结合相关联的附图的本发明的以下详细描述中,可以清楚本发明的其他优点、特征和目的,其中,这些附图示出了:

图1:示意图中的闭环液压装置的液压回路装置的可能实施例;

图2:液压回路装置的故障概率与操作时间有关的示意性简图;

图3:对正常操作的液压回路装置相对于包括泄漏的液压回路装置的温升的初始测量;以及

图4:用于确定液压回路装置的健康状态的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

在图1中,液压回路装置1的典型实施方式被示出为示意性电路系统(circuitry)。即,在图1中示出了闭环液压系统1。通常,闭环液压系统1基本上包括通过主液压流体管线4互连的主液压泵2和液压马达3。大部分液压流体通量被限制在这些主液压流体管线4中。剩余流体管线5、6局限于整体流体通量的相对较低百分比,如稍后将描述的。

在目前示出的闭环液压系统1的实施例中,主液压泵2和主液压马达3两者是可变的(例如,斜盘式泵/马达、摇摆盘式泵/马达等)。然而,这将被看作是相应设备2、3的可选特征。

目前,主液压泵2由原动机7(例如,内燃发动机)驱动。主液压马达3连接至机械负载,例如,车辆的驱动轴8(仅示意性绘出)。

由于在液压系统中永远无法完全避免一定程度的漏油,因此出现了液压流体收集管线6。在示出的示意图中,液压流体收集管线6仅连接至主液压泵2、主液压马达3和灌注泵10的壳体。然而,它可以连接至额外的液压消耗器材(consumer)、流体管线的接合处等;尤其是在预期存在一定程度的液压流体泄漏的任何地方。液压流体收集管线6将如此收集到的漏油返回至流体储器9。

为了考虑流体泄漏损失,灌注泵10从流体储器9吸入液压流体并通过液压流体补充管线5以及恰当布置的止回阀11将其馈送回到主液压回路4中(目前为主液压流体管线4之一)。这种装置在现有技术中是众所周知的。仅为了完整起见,应当提及的是,灌注泵10可以由原动机7(尤其是通过公共轴;未示出)或任何其他类型的机械功率源驱动。

此外,在目前示出的实施例中,在主液压流体管线4之一中布置有温度传感器12。通过温度传感器12采集到的温度数据被馈送至电子控制器13。可以预见电子控制器13仅用于此目的。然而,还可以是,将通过被共享以提供若干功能的电子控制器13来进行必要的计算。

电子控制器13比较来自温度传感器12的实际温度数据并将其与参考温度值进行比较。基于差值,计算健康状态并将该健康状态输出/递送至报警器面板14。为了能够计算出精确的健康状态,健康状态的确定不仅受实际温度值与参考温度值之间的纯粹温差的影响,而是要考虑某些附加影响因素,如先前的温度发展、经历的操作小时数、先前健康状态的发展等。该附加数据可以存储在存储器15(例如,可以存储包含在其中的数据的闪存存储器15)中并从其中取得,即使存储器15暂时与电源断开连接。

图2示出了液压回路装置1的故障率16随时间的典型发展。沿曲线图的纵坐标18绘制故障率16,而沿横坐标17绘制已经经过的操作小时数。

装置发生故障的概率基本上可以被分成三个时间间隔I、II和III。

第一时间间隔I为老化(burn-in)时间间隔。如果液压回路中存在新部件,则可能会发生这种老化效应。通常,这种新部件表现出更高的摩擦力以及可能尚未检测到的制造误差。因此,故障率16通常相对较高。

通常,故障率16最初将朝向边界值20降低。然后,故障率16在时间间隔II期间通常保持基本上恒定。时间间隔II通常被称为装置的使用寿命。当然,该时间间隔II的长度取决于(多个)部件的类型以及其设计和构造的质量。在该时间间隔期间,故障率16在延长的时间跨度内保持相对恒定。

然而,经过一定的操作时间之后,故障率16将再次提高。这就是所谓的磨损阶段III。

仅为了完整起见,应当提及的是,第一时间间隔I和/或(特别地)使用寿命间隔II的长度不一定相同,即使对于相同的装置也是如此。特别地,大量使用一些机械通常会缩短第一时间间隔I和/或(特别地)使用寿命间隔II的长度(并且因此,将会更早地达到磨损阶段III)。另外或替代性地,由于一些早期的重大故障(这些故障可能来自某些部件的一些未检测到的故障)和/或来自不可预见的异常状况,第一时间间隔I和/或使用寿命间隔II的长度可能会(甚至显著)缩短。应当注意,某一部件早期故障的原因也可能源于不同的部件。作为示例:如果来自流体储器的金属碎屑被输送到泵中,那么泵可能很快就会损坏,尽管问题出在其他地方。与上述相反,在机器以略微放松的方式进行操作的情况下,第一时间间隔I和/或使用寿命间隔II当然可以更长。

最佳维护时间通常在使用寿命间隔II与磨损间隔III之间的转换时间19或之后不久(使得故障率16仍然足够低,但是略高于故障率16的边界值20)。

图3示出了第一实验的测量数据图21。示出的数据以及阈值线24将被理解为可以有所不同、尤其是与其他装置有关的可能实施例。测量数据图21的垂直交叉22指示基本上没有流体泄漏的磨合(run-in)流体流装置(例如,闭环液压系统1,如图1所示)。基本上没有流体泄漏指的是,这反映了在使用寿命间隔II期间存在的典型流体泄漏(参见图2),并且该流体泄漏永远无法完全避免。此外,在测量数据图21中示出了若干个X型交叉23。X型交叉23表示对泄漏流量增加的流体流装置进行的测量。这种增加的泄漏流量对于遭受一定磨损的部件来说是典型的,并且因此确实显示出这些部件与其他(相邻/邻近)部件之间的间隙增大;这是磨损阶段III期间流体流装置的典型行为(参见图2)。

在测量数据图21的横坐标17(“x轴”)上,示出了跨液压回路装置的典型部件的压力差(例如,主液压泵2和/或主液压马达3的流体进口与流体出口之间的压力差;与图1相比)。在测量数据图21的纵坐标18(“y轴”)上,绘制了实际测得的温度与参考温度之间的温差。

如从图3可以清楚地看到,不同组的测量值之间有相当明显的区别。因此,可以绘制阈值线24。如果测量得出的点高于阈值线24,则可以得出概率非常高的结论:相应部件已经处于其磨损阶段III并且必须替换。如之前提及的,这种温升也可能来自不可预见的异常状况、一些部件的早期故障等。相反,如果测量点低于阈值线24,则该部件仍处于其使用寿命阶段II,至少概率较高。

阈值线24也可能看起来不同。特别地,可以使用机器学习技术基于自适配算法来修改阈值线24。

基于这些观察和第一实验,在图4中,确定液压回路装置1的健康状态的方法25的可能实施例被示出为流程图。

在系统启动26之后,在27中将来自传感器12的温度数据读入控制器13中。修改28如此接收到的实际温度数据,以便考虑液压回路装置1的负载特性、环境特性、散热效果等。在相同的修改步骤28内,也可以修改参考温度,例如,通过考虑先前确定的健康状态数据。

一旦获得(在步骤28中计算出)校正后的实际温度信息和校正后的参考温度信息,就进行实际比较并据此在连续的健康状态确定步骤29中确定健康状态数据。

在确定29健康状态之后,执行健康状态是否仍处在容许极限内的检查30。如果健康状态30高于一定阈值,则生成警告信息31并且算法25跳回开始处。然而,如果健康状态仍低于一定阈值,则算法25只是跳回,而不生成警告信息。

虽然已经关于本披露内容的特定实施例展示并描述了本披露内容,但是本领域普通技术人员应当理解,在不脱离本披露内容的精神和范围的情况下,可以对本披露内容进行各种修改。

13页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:压电制动装置

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!