CN102149954B - 具有故障检测能力的软管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括软管组件(16)和故障检测器(14)的软管故障检测系统(10)。所述软管组件包括第一传导层(22)、第二传导层(26)和设置于第一传导层和第二传导层之间的中间层(24)。第一和第二传导层(22，26)分别具有电特性。所述故障检测器配置成用于基于所述电特性检测与电相关的变化，以预示软管的第一传导层和第二传导层至少其中之一的即将发生的故障隐患。故障检测器包括传感器、记录器和数字处理器。所述传感器与第一传导层和第二传导层电连接以测量电特性。所述记录器配置成用于存储测得的电特性。

Description

具有故障检测能力的软管

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2008年7月9日提交的美国临时申请61/079,245的权益，该临时申请全文以参引方式结合在本文中。

技术领域

本发明涉及一种具有故障检测能力的软管。

背景技术

高压增强型液压软管典型地应用于诸如运土机械的各种流体动力操作的机械，以在该机械上或在其内部使用的液压回路的多个可动部分之间提供柔性连接。该类软管可以包括中空的聚合物内管，在该内管上同中心地应用由诸如金属丝或织物的增强材料制成的连续的圆筒形层，以吸纳内管内部产生的径向和轴向压力。许多应用需要同时具有高破裂强度和长期抗疲劳强度的软管结构。在使用传统技术时，可以通过增加附加的增强材料和/或层来提高软管设计的破裂强度，但是这种方式通常因为其对软管柔韧性的不利影响而令人失望；或者也可以通过普遍增加增强材料每一层的拉伸强度来提高软管设计的破裂强度，但是这种方式可能会以降低软管的抗疲劳强度为代价。为确定软管设计的强度，软管制造商典型地对软管进行脉冲试验和破裂试验以及其它试验。脉冲试验通过对软管周期性施加液压压力来测量软管设计的抗疲劳破坏能力。另一方面，破裂试验是通过在软管失效之前均匀增加内部压力来确定软管的极限强度的破坏性的液压试验。制造商能够基于这些以及其它试验估计软管的寿命，该寿命可以用于确定何时软管到达其使用极限并可能需要更换。

发明内容

软管故障检测系统包括软管和故障检测器。该软管包括至少一个具有导电特性的传导层。该故障检测器与该传导层电连接，并配置成用于基于该导电特性检测与电相关的变化，以预示软管的即将发生的故障隐患。

在另一实施例中，软管故障检测系统包括软管组件和故障检测器。该软管组件包括第一传导层、第二传导层和设置于第一传导层和第二传导层之间的中间层。该第一传导层和第二传导层分别具有电特性。该故障检测器配置成用于基于该电特性检测与电相关的变化，以预示该软管的第一传导层和第二传导层至少其中之一的即将发生的故障隐患。该故障检测器包括传感器、记录器和数字处理器。该传感器与第一传导层和第二传导层电连接以测量该电特性。该记录器配置成用于存储测得的电特性。

在本发明的另一方面，软管故障检测系统包括软管组件和故障检测器。该软管组件包括第一传导层、第二传导层、插口和接头。该第一传导层和第二传导层分别具有电特性。该插口与第二传导层电连接。该接头与第一传导层电连接。该故障检测器配置成用于基于该电特性检测与电相关的变化，以预示该软管的第一传导层和第二传导层至少其中之一的即将发生的故障隐患。该故障检测器包括传感器、第一引出线和第二引出线。该传感器配置成用于测量第一传导层和第二传导层之间的电特性。该第一引出线使传感器与插口相互电连接。该第二引出线使传感器与接头相互电连接。

本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将从下文结合附图对实施本发明的最佳方式的详细说明中显而易见。

附图说明

下面参考附图，这些附图是示例性实施例，其中相同部件具有同样的附图标记：

图1是具有故障检测系统的示例性软管的局部剖视图；

图2是使用编织增强层的示例性软管的局部剖开的透视图；

图3是使用螺旋线增强层的示例性软管的局部剖开的透视图；

图4是示例性软管的分解的剖视图，其中示出了该软管的中间层内发生故障；

图5是示例性软管的一部分的分解的局部剖视图，示出了用于使增强层与插口和接头连接的一种连接方案；

图6是示例性软管的一部分的分解的局部剖视图，示出了用于使故障检测器与增强层连接的一种连接方案；

图7是图1的示例性软管使用变型的插口和接头的局部剖视图；

图8是另一图1的示例性软管使用变型的插口和接头的局部剖视图；

图9是又一图1的示例性软管使用变型的插口和接头的局部剖视图；

图10是图9的软管配件的插口的局部剖视图。

具体实施方式

下面参考下文的说明及附图，详细示出了本发明的系统及方法的示例性方案。尽管附图示出了一些可能的方案，但是这些附图不一定按比例绘制，某些特征可能被夸大、移除或局部分割以更好地图示和说明本发明的装置。此外，这里所做的说明不应理解为是详尽的或者是将权利要求限制或限定于附图所示和下文详细说明中所述的确切的形式和结构。

参考图1，所示示例性软管故障检测系统10包括软管组件12和与该软管组件12电连接的故障检测器14。该软管组件12包括具有多层结构18的大致为柔性的软管16。该软管结构可以包括内管20，取决于具体应用的需要，该内管20由诸如橡胶或塑料的聚合物材料或其它材料制成。具有至少一种导电特性的第一传导层22覆盖内管20，中间层24覆盖第一传导层22。具有至少一种导电特性的第二传导层26覆盖中间层24。该第一传导层22和第二传导层26可以配置为增强层。外罩28可以覆盖第二传导层26，且可以包括例如橡胶或塑料的挤压层(未示出)。该外罩28自身可以包括增强层(未示出)。

中间层24用于使第一传导层22和第二传导层26至少部分地相互电绝缘。该中间层24可以具有多种结构中的任何一种。例如，中间层24可以包括单层阻电材料。中间层24也可以包括多层，其中至少一层具有电绝缘特性。该中间层24也可以使用某些复合材料，诸如与聚合物材料结合/粘合的机织织物。也可以使用具有各种其它结构的复合材料。也可以将复合材料与其它材料结合使用来构成中间层24。

传导层22、26通常延伸软管16的全长且范围涵盖软管16的全周长。这通常是当传导层22、26也用作增强层时的情况。中间层24也可在软管16的全长和全周长上延伸。然而可能在一些情况下，传导层22、26至少其中之一仅在软管16长度的一部分上和/或在软管16周长的一部分上延伸。在这些情况中，中间层24也可以配置成通常在软管16的包含局部传导层22、26的区域上延伸。局部中间层24可以定位于软管16内，以使传导层22、26相互分离。

还参考图2和图3，第一传导层22和第二传导层26可以包括例如诸如图2所示的导电的编织增强材料30或诸如图3所示的交替设置的导电的螺旋增强材料32的层。该编织增强材料30可以包括单层或可以包括多层。尽管图3示出了一种双线式螺旋增强结构，但是应意识到，也可以使用诸如四线式和六线式结构的其它结构。

传导层22、26可以分别具有相同的结构，或者每个层22、26可以结构不同。例如，第一传导层22和第二传导层26可以各自包括图2所示的编织材料，或者一个层可以包括编织增强材料30而第二传导层26可以包括图3所示的螺旋增强材料32。此外，第一传导层22和第二传导层26可以包括单层或多层增强材料22、26。第一传导层22和第二传导层26可以包括金属丝、天然或合成纤维和织物、以及其它增强材料，只要所选材料是导电的。用于说明传导层22、26所使用的术语“第一”和“第二”不应理解为限制或以其它方式规定了传导层22、26在软管组件12内的定位或布置。

软管组件12可以包括与软管16内部接合的接头36和与软管16外表面41接合的插口40。该接头36可以包括与软管16的内表面43接合的圆筒形细长端部42。应意识到，在图1和图5-9所示的实施例中，接头36与软管16的内管20的内表面43接合。插口40的圆筒形端部44可以与软管16的外罩28接合。插口40和接头36可以由导电材料构成。可以通过覆盖软管16压皱插口40的圆筒形端部44而使插口40和接头36固定于软管16。压皱过程使插口40的圆筒形端部44变形，从而将软管16压紧于接头36和插口40之间。接头36和插口40的与软管16接合的部分也可以包括一系列锯齿46，当压皱插口40时，这些锯齿46至少部分地嵌入相对柔软的软管材料中，以有助于将配件固定于软管16。锯齿46可以配置成防止锯齿46穿透内管20和外罩28和与传导层22、26接触。

参考图1、图5和图7，除了固定于软管16之外，插口40和接头36也可以相互固定。该插口40可以包括向内延伸的周边突起48，该突起48位于插口40的可变形端部49附近，邻近软管的软管端部50。突起48与接头36内形成的相应的周边凹槽52接合。插口40的具有突起48的可变形端部49最初可以形成为比接头36大，从而使插口40能装配于接头36上。在装配过程中，压皱插口40的可变形端部49，从而使插口40变形，并迫使突起48与接头36的相应凹槽52接合。可以在突起与凹槽接合的位置处通过在插口40和接头36之间定位电绝缘的套圈(collar)38来使插口40与接头36电绝缘。

参考图1和图5-9，可以将一螺母54可旋转地附装于接头36。该螺母54配置成将软管组件12固定于另一部件(未示出)。

参考图1和图5-7，第一传导层22可以配置成伸出软管16的内管20的端部之外。该第一传导层22可以与接头36接合以在接头36和第一传导层22之间形成电连接。类似地，参考图1、图5和图7，第二传导层26可以配置成伸出软管的外罩28的端部之外。该第二传导层26可以与插口40接合以在插口40和第二传导层26之间形成电连接。

参考图1和图7，为帮助防止第一传导层22和第二传导层26的伸出软管16端部之外的部分相互接触，可以在第一传导层22和第二传导层26的露出的端部之间放置电绝缘的隔离件56。该隔离件56可以一体地形成为用于使插口40和接头36电绝缘的套圈38的一部分。如图6所示，也可以通过使软管中间层24伸出内管20和外罩28的端部之外来形成隔离件56。隔离件56也可以配置成与套圈38和软管16的中间层24分离的独立部件。

软管故障检测系统10可以包括用于监测软管16的完整性的故障检测器14。该故障检测器14可以配置成当在软管16内检测到故障时产生通知信号。该通知信号可以包括听觉信号和视觉信号，以及其它种类的信号。这意味着，故障检测器14可以包括对应于视觉信号的视觉故障指示器14A和/或对应于听觉信号的声频故障指示器14B。此外，故障检测器14可以包括重置按钮15。

参考图1、图7和图8，取决于所监测的电特性，诸如电阻和电容，故障检测器14可以具有多种配置中的任何一种。例如，故障检测器14可以包括能够测量所需电特性的传感器58。该传感器58可以通过分别与插口40和接头36电连接的第一引出线60和第二引出线62而与第一传导层22和第二传导层26电连接。第一传导层22和第二传导层26也可以分别与接头36和插口40电连接，从而使故障检测器14能监测传导层22、26的电特性。故障检测器14也可以包括用于存储测量到的电特性数据的记录器64。故障检测器14也可以使用数字处理器66，以用于基于所监测的电特性和具体应用的需要根据要求对接收到的电特性数据进行各种运算和处理。

用于确定软管16内存在故障的方法可以包括监测第一传导层22和第二传导层26至少其中之一的电特性，包括但不限于电阻和电容。软管16内即将发生的故障可以使所监测的电特性产生可检测到的变化，这可以表明软管故障即将发生。

软管16故障可通过多种机理发生。液压软管16可能受到周期性压力变化，该变化可以导致逐渐疲劳引起的软管16内一个或多个层的恶化，这典型地先于软管的完全故障而发生。为了说明的目的，当软管16的壁上产生开口使得流体能漏出软管16时，该软管16发生完全故障。检测软管16内发生恶化的能力可以为在完全故障之前使软管16停止工作提供机会。

软管16的逐渐恶化可以使传导层22、26的电特性产生相应的可检测到的变化，这些变化当被检测到时可以预告软管16即将发生完全故障。例如，如图4所示，如果软管16的中间层24即将产生裂缝68或其它导致第一传导层22和第二传导层26电连接的类似故障，这将可能转而导致两传导层22、26之间可由故障检测器14检测到的电阻的相应减小。也可能发生的是传导层22、26之一的纤维或线可能开始磨损。如图2所示，当传导层22、26由编织材料构成时，这种情况可能以相应传导层22、26内的各根线的破损为特征。一根或多根磨损的线可能穿透中间层24并使其它传导层22、26相接触，导致这两层之间的电阻的相应减小，即“电短路”。此外，两传导层22、26之间的例如可能由于软管膨胀产生的物理关系的变化可以造成电容的相应变化一一该软管膨胀可能是由于流体通过软管16的内部故障点进入一个或多个软管层20、22、24、26和28引起的。一旦检测到所监测的电特性的变化，故障检测器14便能产生要播送的视觉和听觉信号，这些信号标志着软管16内存在故障。

软管16内故障的存在可以使用多种方法确定。例如，新制成的软管16可以具有初始的基准电特性。可以将该基准电特性预编入故障检测器14中，或者故障检测器14可以配置成进行初始测量以确定该基准电特性。一旦确定了基准电特性，故障检测器14便可以连续地或周期性地发出与所监测的电特性一致的预定信号。可以用故障检测器14接收到的返回信号来确定软管当前的电特性，当前的电特性可以与基准电特性进行比较。超过预定幅度的变化可以表明软管16即将发生故障，对此故障检测器14能够发出警告。

故障检测器14也可以配置成当监测到的电特性达到、超过或降至某值以下时发出即将发生软管故障的警告，而不是将当前测得的电特性与基准特性进行比较。例如，在监测电阻时，故障检测器14可以配置成当电阻降至某一水平之下时发出警告。

还参考图6，故障检测器14的第一引出线60和第二引出线62可以直接与相应的传导层22、26连接，而不是与插口40和接头36连接。故障检测器14的第一引出线60和第二引出线62可以穿过插口40中相应的孔70并例如通过焊接等方式电连接于相应的传导层22、26。为防止传导层22、26的露出的端部相互接触，软管中间层24可以伸出软管内管20和软管外罩28的端部之外。第一引出线60可以穿过中间层24中的孔70或绕过中间层24的端部连接于第一传导层22。每一引出线60、62可以如图6所示穿过其在插口40中的各自的孔70，或者引出线60、62可以穿过共用的孔70。由于第一引出线60和第二引出线62直接连接于各自的第一传导层22和第二传导层26，因此可以取消定位于插口40和接头36之间的套圈38，因为不需要使插口40和接头36电绝缘。

参考图7，插口40可以配置成圆筒形套管。该插口40以与图1所示插口40类似的方式与软管16的外罩28接合。该插口40通常不伸出外罩28的端部之外。这可以使容易接近传导层22、26，从而使故障检测器14的引出线60、62容易与各自的传导层22、26连接，并且也可以简化引出线60、62的路径。可以通过压皱插口40的覆盖软管16的部分来使插口40固定于软管16。

参考图8，插口40可以配置成第一插口件40A和第二插口件40B。插口件40A和40B之一与第一传导层22电接合，另一插口件40B与第二传导层26电接合。软管组件12也可以包括与软管16内部接合的接头36。该接头36可以包括与软管16的内管20接合的圆柱形细长端部42。

继续参考图8，插口部分可以包括与第一传导层22机械和电接合的第一插口件40A。该第一插口件40A可以由导电材料制成。可以通过压皱第一插口件40A的覆盖软管16的第一传导层22的可变形端部49来使第一插口件40A和接头36固定于软管16。该压皱过程使第一插口件40A的可变形端部49变形，从而将软管16的内管20和第一传导层22压紧于接头36和第一插口件40A之间。接头36和第一插口件40A的与软管16接合的部分可以包括一系列锯齿46，当压皱第一插口件40A时，这些锯齿46至少部分地嵌入相对柔软的软管材料中，以有助于使配件34固定于软管16。第一插口件40A不与第二传导层26电联接。故障检测器14的第一引出线60可以与第一插口件40A电连接。

继续参考图8，除了固定于软管16之外，第一插口件40A和接头36也可以相互固定。该第一插口件40A可以包括向内延伸的周边突起48，该突起48位于第一插口件40A的可变形端部49附近，邻近软管的端部。该突起48与接头36内形成的相应的周边凹槽52接合。第一插口件40A的具有突起48的可变形端部49起初可以形成为比接头36大，从而使第一插口件40A可以装配于接头36上。在装配过程中，压皱第一插口件40A的可变形端部49，从而使第一插口件40A变形并迫使突起48与接头36中的相应凹槽52接合。

由于接头36不与软管的第二传导层26电联接，因此不需要使接头36与第一插口件40A电绝缘。但是，在某些情况下由于多种原因，例如为了使第一插口件40A容易与接头36连接，可能希望在第一插口件40A的突起48和接头36之间放置套圈38。取决于具体应用的要求，该套圈38可以由多种材料中的任何一种制成。套圈38不需要是电绝缘的，尽管其也可以是电绝缘的。

继续参考图8，插口40的部分也可以包括与第二传导层26机械和电接合的第二插口件40B。该第二插口件40B可以由导电材料制成。第二插口件40B可以配置成通常是圆筒形的套管，该套管以类似于第一插口件40A与第一传导层22接合的方式与软管的第二传导层26接合。可以通过压皱插口40的覆盖第二传导层26的部分来使第二插口件40B固定于软管16，从而将内管20、第一传导层22、中间层24和第二传导层26的一部分固定于第二插口件40B和接头36之间。第二插口件40B不与第一传导层22电连接。故障检测器14的第二引出线62可以与第二插口件40B电连接。

参考图9和图10，插口40的与软管16接合的内部部分可以具有总体是锥形的区域72，其中，插口40的内径D从该插口40的端部开始向内逐渐缩小。渐缩部74用于在软管16离开插口40时使软管16内产生的应力集中最小化。该渐缩部74允许当将插口40压皱于接头36上时使施加于软管16上的压力逐渐增加。例如，图10中插口40的A区域可以具有大致为锥形的渐缩部74，而B区域可以具有大致恒定的直径D。当插口40连接于软管16并向接头36压皱时，施加于软管16上的压力将在A区域上逐渐增加，从插口40的端部开始并向内移动。该压力可能在B区域内达到最大。没有渐缩部74时，例如如果A区域和B区域要具有大致相同的直径D，则软管16内的压力会明显更快地增加，这转而会对软管的耐用性产生不利的影响。锥形区域72的渐缩部74可以通过使插口40对软管16施加的压力能逐渐地/较平缓地增加而将该影响减到最小。

上述布置只是可能的配置的说明性示例。应意识到，故障检测系统10的布置和单个部件(包括但不限定于液压软管16及配件)的配置可以具有不同配置形式，而不背离所要保护的装置的范围。此外，尽管上述示例关注液压软管16，但是应意识到，此处说明的装置可以用于任何配置成用于传输流体或气体的软管。

关于这里描述的过程、系统、方法等，应理解，尽管将这些过程的步骤等描述成是按一定顺序进行的，但是可以在以与这里所述顺序不同的顺序进行所述步骤的情况下实施所述过程。还应理解，某些步骤可以同时进行，可以添加其它步骤，或可以省略这里所述的某些步骤。换句话说，这里对过程的描述是为了说明某些特征，而决不应理解成是为了限制权利要求的范围。

应理解，上述说明是说明性的而不是限制性的。在阅读了上述说明后，不同于所提供的示例的多种布置和应用对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。本发明的系统和过程的范围不应根据上述说明进行确定，而应根据所附权利要求和权利要求所具有的等同方案的整个范围进行确定。我们预料并期望，本文所述技术将会得到未来发展，本发明的系统和方法将被结合到这些未来的实施方式中。总之，应理解，本文所述的系统和过程能够改变和变化且仅由所附权利要求进行限定。

Claims (12)

1.一种软管故障电子检测系统（10），包括：

软管（16），该软管包括：

-内管（20）；

-具有导电特性的第一传导层（22），所述第一传导层覆盖所述内管；

-具有导电特性的第二传导层（26），所述第二传导层围绕所述第一传导层；

-围绕所述第二传导层的外罩（28）；

包括多个锯齿的接头（36），所述锯齿与所述内管接合，以在不完全穿透所述内管的情况下将所述接头固定到所述软管，其中，所述接头的所述多个锯齿不接触所述第一传导层；

包括多个锯齿的插口（40），所述插口的所述锯齿与所述外罩接合，以在不完全穿透所述外罩的情况下将所述插口固定到所述软管，其中，所述插口的所述多个锯齿不接触所述第二传导层；和

与所述第一传导层和第二传导层至少其中之一电连接的故障检测器（14），所述故障检测器（14）配置成用于基于所述导电特性检测与电相关的变化，以确定软管（16）的即将发生的故障隐患。

2.根据权利要求1所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述第一传导层和第二传导层至少其中之一包括导电材料。

3.根据权利要求1所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述软管还包括设置在所述第一传导层（22）和第二传导层（26）之间的中间层（24）。

4.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，中间层（24）配置成使第一传导层（22）和第二传导层（26）电绝缘。

5.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述插口（40）与第一传导层（22）和第二传导层（26）至少其中之一电连接，所述故障检测器（14）与所述插口（40）电连接。

6.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述接头（36）与第一传导层（22）和第二传导层（26）至少其中之一电连接，所述故障检测器（14）与所述接头（36）电连接。

7.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，还包括第一引出线（60）和第二引出线（62），所述第一引出线（60）使所述故障检测器（14）和第一传导层（22）电连接，所述第二引出线（62）使所述故障检测器（14）和第二传导层（26）电连接。

8.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述故障检测器（14）与所述插口（40）和所述接头（36）电连接。

9.根据权利要求8所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，还包括设置于所述插口（40）和所述接头（36）之间的套圈（38），所述套圈（38）配置成使插口（40）和接头（36）电绝缘。

10.根据权利要求9所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，所述套圈（38）还包括设置于第一传导层（22）和第二传导层（26）各自的一部分之间的隔离件（56），所述隔离件（56）配置成使第一传导层（22）和第二传导层（26）电绝缘。

11.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，第一传导层（22）和第二传导层（26）至少其中之一包括导电的编织增强材料（30）。

12.根据权利要求3所述的软管故障电子检测系统（10），其特征在于，第一传导层（22）和第二传导层（26）至少其中之一包括导电的螺旋增强材料（32）。

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