CN107074309A - 具有磨损测量系统的履带滚轮组件 - Google Patents

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Abstract

公开了用于机器(50)的底盘履带系统(100)的滚轮(130)。该滚轮(130)包括主体(133)和感测特征部(135)。该主体(133)为绕着滚轮轴线(123)形成的旋转实体。该主体(133)包括孔表面(136)和滚轮接触表面(129)。孔表面(136)限定延伸通过主体(133)的孔(128)。孔表面(136)为主体(133)的径向内表面。滚轮接触表面(129)位于孔表面(136)之外。感测特征部(135)位于主体(133)上。感测特征部(135)被配置成用于与主体(133)一起旋转且由传感器(150)可探测。

Description

具有磨损测量系统的履带滚轮组件
技术领域
本发明通常涉及底盘履带系统，且针对用于采矿和建筑机械的具有磨损测量系统的履带滚轮组件。
背景技术
采矿和建筑机器，例如液压采矿机铲、挖掘机、轮式装载机、电缆机铲、斗轮和拉铲挖土机通常采用底盘履带系统。底盘履带系统通常采用由互连的履带链节形成的履带链组件。履带链组件通常由滚轮导向和支撑。履带链节与滚轮之间的接触可建立高应力，这能引起尤其沿着滚轮和履带链节的接触表面产生磨损。
底盘履带系统可被监测以确定何时来维护底盘履带系统。例如，Hawkins等的美国专利申请号2013/0255354公开了一种底盘监测装置，该底盘监测装置具有包括固定滚轮部件和衬套的滚轮组件。在固定滚轮部件内形成开口。第一传感器设置在衬套上方的固定滚轮部件的开口内。第一传感器被配置成用于感测衬套的第一物理特征。固定滚轮部件为轴或壳体。第一传感器为温度传感器或霍尔效应传感器。磁铁设置在滚轮组件上。第二传感器设置在衬套上方的固定滚轮部件的开口内。第二传感器被配置成用于感测衬套的第二物理特征。数据传输装置耦接至第一传感器。从传感器收集数据。从传感器收集的数据被传输至接收装置。
本发明旨在克服由发明人发现的问题的一个或多个。
发明内容
公开了一种用于机器的底盘履带系统的滚轮。在实施例中，滚轮包括主体和感测特征部。该主体为绕着滚轮轴线形成的旋转实体。主体包括孔表面和滚轮接触表面。孔表面限定延伸通过主体的孔。孔表面为主体的径向内表面。滚轮接触表面位于孔表面的外部。感测特征部位于主体上。感测特征部被配置成用于与主体一起旋转并由传感器可探测。
附图说明
图1是包括底盘履带系统的机器的实施例的图解性侧视图。
图2是底盘履带系统的一部分的透视图。
图3是图1和2的履带滚轮组件的实施例的横截面视图。
图4是图1和2的履带滚轮组件的另一实施例的横截面视图。
图5是用于确定图4和5的滚轮的磨损的磨损系统的功能框图。
图6是用于确定滚轮上的磨损的方法的流程图。
具体实施方式
这里所公开的系统和方法包括用于机器的底盘履带系统的滚轮。在实施例中，滚轮包括由传感器可探测的感测特征部。该传感器被配置成用于探测该感测特征部以跟踪滚轮的旋转。由传感器跟踪的旋转可被用于确定滚轮的旋转速度，该速度可被用于与机器的平移速度作比较，以确定滚轮上的磨损。确定滚轮上的磨损可允许操作员或原设备制造商来进一步预测滚轮上的磨损，以及来确定何时调度机器的维护。
图1是包括底盘履带系统100的机器50的实施例的图解性侧视图。术语“机器”可指代执行与行业(例如采矿或建筑、或者任何其它本领域已知的行业)相关联的一些类型的操作的任何机器，例如液压采矿机铲、挖掘机、履带式牵引机(推土机)、轮式装载机、电缆机铲、拉铲挖土机等类似机器。在示出的实施例中，机器50为履带式牵引机。
机器50可包括机器主体52、一个或多个液压系统56、一个或多个地面接合机具60和底盘结构64。机器主体52可包括驾驶室54来容纳机器操作员。电子控制系统200可容纳在驾驶室54中，这可适合于允许机器操作员针对任何合适的应用来操纵和启动地面接合机具60。
液压系统56可在一个端部连接至机器主体52，且可在相对的远端部支撑地面接合机具60。在实施例中，地面接合机具60可以为任何合适的机具，例如，铲斗、蛤壳状挖泥器、刀片、柄或任何其它类型的合适装置。在示出的实施例中，地面接合机具连接至机器主体52的每个端部。
底盘结构64可包括支撑结构66和底盘履带系统100。支撑结构66可将底盘履带系统100连接至机器主体52，且可支撑底盘履带系统100。
底盘履带系统100可包括位于底盘结构64的每侧上的履带滚轮框架组件110以及相关联的履带链组件160。将理解的是，在图1中仅仅一个履带滚轮框架组件110和仅仅一个履带链组件160是可见的。
图2是底盘履带系统100的一部分的透视图。参考图1和2，每个履带滚轮框架组件110可包括一个或多个惰轮112、驱动链轮114和履带滚轮组件120。在示出的实施例中，惰轮112被耦接至支撑结构66的每个端部。驱动链轮114还可被耦接至支撑结构66。在示出的实施例中，驱动链轮114邻接耦接至支撑结构66的后端部的惰轮112。在其它实施例中，具有一个惰轮112，驱动链轮114可定位在支撑结构66的与惰轮112相对的端部。由机器50的发动机来给驱动链轮114在前进和后退方向上提供动力。驱动链轮114驱动履带链组件160以移动机器50。
履带滚轮组件120可被定位在支撑结构66的端部之间且至少部分地位于支撑结构66下方。在示出的实施例中，滚轮组件120定位在两个惰轮112之间。在其它实施例中，滚轮组件120定位在惰轮122与驱动链轮114之间。滚轮组件120可包括可定位在邻近惰轮112的支撑结构66的前端部上的前滚轮组件121以及可定位在邻近惰轮112的支撑结构66的后端部上的后滚轮组件122。惰轮112和履带滚轮组件120可被配置成用于将履带链组件160导向成绕着支撑结构66。
在实施例中，每个履带链组件160包括由履带销162互相连接的并链接在一起的履带链节161，以形成闭合链。在示出的实施例中，履带链节161例如通过紧固被连接至地面接合鞋部170。地面接合鞋部170或地面接合部分可被配置成用于重叠。在其它实施例中，每个履带链组件160包括互相连接的并链接在一起的履带块。履带块可包括履带链节和地面接合鞋部，它们作为整体单元被铸造或锻造。
参考图2，每个履带滚轮组件120可包括滚轮130、滚轮轴140、传感器150(在图3中示出)、滚轮轴承组件149(在图3和4中示出)、滚轮连接硬件141和滚轮连接件142，该滚轮连接件被配置成用于将滚轮连接硬件141耦接至支撑结构66。滚轮连接硬件141可位于邻近于滚轮130的每个端部，且可被配置成用于支撑滚轮轴140的每个端部。滚轮连接硬件141可防止滚轮轴140发生旋转。
图3为图1和2的履带滚轮组件120的一部分的实施例的横截面视图。滚轮130可通常为由闭合形状绕着滚轮轴线123旋转形成的旋转实体，且该闭合形状从滚轮轴线123偏置，形成从其中延伸通过的孔128。滚轮130可包括一个或多个滚轮接触表面129。每个滚轮接触表面129可以为绕着滚轮轴线123旋转的旋转表面。在示出的实施例中，滚轮130包括两个相间隔开的滚轮接触表面129，且每个滚轮接触表面129为直圆柱体。在一些实施例中，滚轮130包括具有在滚轮130的每侧之间延伸的凹入形状的单个滚轮接触表面129，例如悬链曲面或双曲面。
在示出的实施例中，滚轮130包括主体133、第一导向件138、第二导向件139和感测特征部135。主体133可以为具有孔128的旋转实体，该孔在其中延伸通过。孔128可通常由孔表面136限定。孔表面136限定主体133的内表面且可通常为圆柱形，例如直圆柱体。孔128被配置成用于接收滚轮轴140和滚轮轴承组件149。在一些实施例中，孔128包括从孔表面136延伸进主体133的内凹槽137。内凹槽137可包括环形形状。内凹槽137可包括凹槽表面134。
主体133可包括第一滚轮接触凸缘131和第二滚轮接触凸缘132。第一滚轮接触凸缘131在主体133的一个端部上延伸。第一滚轮接触凸缘131包括滚轮接触表面129。滚轮接触表面129可为主体133以及第一滚轮接触凸缘131的外表面。第二滚轮接触凸缘132在主体133的相对于第一滚轮接触凸缘131的另一端部上延伸。第二滚轮接触凸缘132从第一滚轮接触凸缘131间隔开，在它们之间形成外凹槽127。第二滚轮接触凸缘132还包括滚轮接触表面129。滚轮接触表面129可为第二滚轮接触凸缘132的外表面。第一滚轮接触凸缘131和第二滚轮接触凸缘132可被配置成用于接触履带链节161或履带链节161的一部分。
第一导向件138可从第一滚轮接触凸缘131的远离于第二滚轮接触凸缘132的端部向外延伸。第二导向件139可从第二滚轮接触凸缘132的远离于第一滚轮接触凸缘131的端部向外延伸。第一导向件138和第二导向件139可以被配置成用于维持履带链节161相对于滚轮130对齐。
感测特征部135为配置成由传感器150探测的特征。感测特征部135位于主体133处，例如位于主体133上或主体中。感测特征部135可以为突起，例如齿、或凹槽，例如槽。感测特征部135可从主体133突出或突出进主体。在于图3中示出的实施例中，感测特征部135为从主体133向内延伸并进入孔128的齿。在实施例中，感测特征部135为槽，该槽为在图3中示出的齿形状的颠倒形状。感测特征部135可位于孔128的中间处或位于孔的中间处附近。感测特征部135可以与主体133为整体，可以冶金连接至主体133，例如通过钎焊或焊接，或者可以为压入件。在示出的实施例中，滚轮130包括从凹槽表面134向内延伸的单个感测特征部135。在其它实施例中，滚轮130包括多于一个的感测特征部135。
滚轮轴140在孔128处延伸通过滚轮130。滚轮轴140可包括轴主体143和轴凸缘144。轴主体143可通常包括直圆柱体形状。轴凸缘144可从轴主体143向外延伸。轴凸缘144可与轴主体144为整体。轴凸缘144可包括稍微小于孔128的直径的直径。
滚轮轴承组件149可位于滚轮130与孔128中的滚轮轴140之间。在示出的实施例中，履带滚轮组件120包括两个滚轮轴承组件149，且在每侧具有一个滚轮轴承组件149。每个滚轮轴承组件149可邻近轴凸缘144。
在于图3中示出的实施例中，履带滚轮组件120包括传感器150，该传感器当滚轮130绕着滚轮轴140旋转时探测感测特征部135。传感器150可被用于探测履带滚轮130旋转，并尤其确定滚轮130的旋转速度。传感器150可为磁性速度传感器、光学传感器、或可被用于探测感测特征部135的任何其它类型的传感器。传感器150可被嵌入至滚轮轴140中。在示出的实施例中，传感器150位于轴凸缘144中，且轴凸缘144和传感器150被配置成用于相对于滚轮轴线123与感测特征部135轴向地相对齐。传感器150可电连接至电子控制系统200。在示出的实施例中，导线151延伸通过滚轮轴140并耦接至传感器150。导线151可沿着履带滚轮框架组件110引导直至电子控制系统200。
图4是图1和2的履带滚轮组件120的另一实施例的横截面视图。在于图4中示出的实施例中，感测特征部135位于滚轮130的侧部126上并从该侧部轴向地延伸。侧部126可包括主体133的侧部，包括第一滚轮接触凸缘131或第二滚轮接触凸缘132的侧部。在其它实施例中，感测特征部135从侧部126轴向地延伸进主体133，并为槽，该槽为在图4中示出的齿的倒转形状。侧部126相对于滚轮轴线123可通常在轴向方向上面向。在于图4中示出的实施例中，传感器150被安装或连接至支撑结构66，且轴向地邻近感测特征部135但并不接触感测特征部135，且与感测特征部135轴向地相对齐。
图5是用于确定图4和5的滚轮130的磨损的磨损系统190的功能框图。磨损系统190可包括机器速度传感器195、传感器150和电子控制系统200。机器速度传感器195电连接至电子控制系统200，且被配置成用于测量与机器50的速度相关的一个或多个参数，并提供平移输入信号至电子控制系统200，例如机器50的速度或与机器50的速度有关的参数。传感器150被配置成用于探测感测特征部135何时旋转通过传感器150，且被配置成用于提供旋转输入信号至电子控制系统200，包括传感器150何时探测探测特征135。
电子控制系统200可为硬件、一个或多个由处理器(例如，计算机的)执行的软件模块或两者的组合。软件模块可包含在处理器可读存储器中。在实施例中，电子控制系统200包括机器速度模块210、滚轮速度模块220和滚轮磨损模块230。机器速度模块210被配置成用于通过使用平移输入信号来获取机器50的速度。机器速度模块210通过直接地从机器速度传感器195接收速度或通过从与由机器速度传感器195测量的机器50的速度有关的一个或多个参数确定机器50的速度来获取机器50的速度。滚轮速度模块220被配置成用于使用旋转输入信号，例如滚轮旋转数，来确定滚轮130的旋转速度(角速率)。
滚轮磨损模块230被配置成用于基于由传感器150探测的滚轮130的旋转来确定滚轮接触表面129处的滚轮130上的磨损。滚轮130上的磨损将引起滚轮接触表面129的尺寸参数(例如周长、半径和直径)随着时间而发生减小。随着尺寸参数的减小，滚轮130将旋转地更快以使得机器行驶以行驶相同距离。滚轮磨损模块230使用相对于机器速度的旋转速度来确定滚轮接触表面129的尺寸参数中的至少一个。在一些实施例中，机器速度模块210在提供在预定量的时间上的平均机器速度，且滚轮速度模块220提供在预定量的时间上的滚轮130的平均旋转速度。类似地，滚轮磨损模块230可提供滚轮接触表面129的尺寸参数中的至少一个的平均值。用于平均速度的预定量的时间可以为任何足够长的时间，以提供速度的统计学上显著的样本尺寸，例如一分钟、一个小时、一天或机器50的操作周期。
在一些实施例中，滚轮磨损模块230使用滚轮130的旋转速度以及由平移速度信号提供的信息来确定磨损，而无需直接地确定机器50的平移速度。在一些实施例中，滚轮磨损模块230使用旋转速度信号、且并不直接地确定滚轮130的旋转速度来确定磨损，例如滚轮接触表面129的尺寸参数中的一个。
磨损系统190可包括数据存储器290。平移速度数据、旋转速度数据和磨损数据可储存在数据存储器290中。这可包括每个的直方图数据。数据存储器290可以为电子控制系统200的局部或可以位于电子控制系统200的远程。
电子控制系统200还可包括通信模块240。通信模块240可被配置成用于当滚轮130上的磨损达到阈值时提供信号给操作员，例如滚轮接触表面129的尺寸参数达到预定值。
在一些实施例中，磨损系统190包括通过网络300连接至电子控制系统200的远程监控系统310。远程监控系统310可由机器50的拥有者或者由机器50的原设备制造商来维修。通信模块240可被配置成用于将确定的滚轮磨损，例如滚轮接触表面129的尺寸参数中的一个或多个，发送至远程监控系统310。在一些实施例中，通信模块240被配置成用于将平均旋转和平移速度发送至远程监控系统310，且磨损由远程监控系统310来确定。通信模块240可被配置成用于将数据以有规律的间隔发送至远程监控系统310，例如每天间隔、每周间隔、每月间隔或每季度间隔。
工业实用性
机器，例如液压采矿机铲、挖掘机、轮式装载机、电缆机铲、斗轮、推土机和拉铲挖土机通常被用在建筑和采矿行业，以在采矿和建筑过程中来挖、挖掘、移动和装载材料，例如岩石土壤、表土和矿石。在重载应用中，这些机器可承重1500吨或更多。包括滚轮和一个或多个履带链组件的底盘履带系统常遭受高应力和磨损，该履带链组件由相互连接的履带链节或履带块来形成。
滚轮上的磨损通常在长期的时间内发生且难以预测。提供具有感测特征部135的滚轮130允许在机器50的操作过程中在任何给定的时间内确定滚轮130上的磨损。测得的滚轮130上的磨损可有助于机器的原设备制造商或拥有者来监控和跟踪滚轮130上的磨损。与滚轮130上的磨损有关的数据可被用于预测滚轮130何时应当被替换以及可有助于确定维修机器50的最佳时间。
图6为用于确定滚轮130上的磨损的方法的流程图。该方法包括：在步骤410，测量与机器50在预定量的时间内的平移速度有关的参数。该方法还包括：在步骤420，利用传感器150跟踪滚轮130在预定量的时间内的旋转数。该方法还包括：在步骤430，在电子控制系统200接收在预定量的时间内的机器50的平移速度以及滚轮130的旋转数有关的参数。该方法又包括：在步骤440，确定滚轮接触表面129的尺寸参数。步骤440可包括确定滚轮130的旋转速度以及获取机器50的平移速度。在一些实施例中，步骤440包括确定滚轮130的平均旋转速度和机器50的平均平移速度。在一些实施例中，该方法包括：将确定的尺寸参数从电子控制系统200发送至远程监控系统310，用于分析。在其它实施例中，该方法包括：将与在预定量的时间内的机器50的平移速度和滚轮130的旋转数有关的参数从电子控制系统200发送至远程监控系统310，且在远程监控系统310处确定滚轮接触表面129的尺寸参数。
本领域技术人员将理解的是，结合本文中所揭示的实施例而描述的各种示意性逻辑块、模块、及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上主要按照功能对各种示意性的组件、块、模块和步骤进行了说明。此功能性是实施为硬件还是软件取决于强加于整个系统上的设计约束。对于每个特殊的应用，本领域技术人员可按照各种不同的方式实现所描述的功能，但是这些实现决策不应该理解为产生对本发明的范围的偏离。此外，模块、块或步骤中的功能分组是为了便于描述。在不偏离本发明的情况下，特殊的功能或步骤可从一个模块或块移动到另一个模块或块。
结合在此公开的实施例所描述的各种示意性逻辑块和模块可被实施或执行为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或被设计成用于执行在此描述的功能的任何它们的组合。通用处理器可以是微处理器，但是在备选方案中，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以作为计算设备的组合来实现，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个结合数字信号处理芯的微处理器、或者任何其它这样的配置。
结合在此公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可直接地在硬件、在由处理器(例如，计算机的)执行的软件模块、或者两者的组合来实现。软件模块和存储在例如随机存取存储器、闪存存储器、只读存储器、电可编程序只读存储器、电可擦只读存储器、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘驱动器或任何其它存储介质形式。示意性存储介质可以耦接至处理器，以使得处理器可以从存储介质中读取信息，并向存储介质中写入信息。在备选方案中，存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以位于专用集成电路中。
前述详细说明在本质上仅仅是示意性的且并不意于限制本发明或本发明的应用和使用。所描述的实施例并不限制于结合特定类型的机器来使用。因此，尽管本发明为便于解释描绘并描述了特定机器，将理解的是，根据本发明的履带滚轮组件和电子控制系统可以各种其它配置被实施，并且可被用在其它类型的机器中。此外，不期望受到前述背景或详细说明所体现的任何原理的限制。还可理解的是，阐明可包括扩大尺寸以更好的示出所示的参考条目，且并不被视为限制，除非这样明确说明。

Claims (10)

1.一种用于机器(50)的底盘履带系统(100)的滚轮(130)，所述滚轮(130)包括：
主体(133)，其形成为绕着滚轮轴线(123)的旋转实体，所述主体(133)包括
孔表面(136)，其限定延伸通过所述主体(133)的孔(128)，所述孔表面(136)为所述主体(133)的径向内表面，和
滚轮接触表面(129)，其位于所述孔表面(136)外部，所述滚轮接触表面(129)为绕着所述滚轮轴线(123)的旋转表面；以及
感测特征部(135)，其在所述主体(133)上，所述感测特征部(135)被配置成用于与所述主体(133)一起旋转，且可由用于探测所述滚轮(130)的旋转的传感器(150)可探测。
2.根据权利要求1所述的滚轮(130)，其中，所述感测特征部(135)为从所述主体(133)延伸并集成到所述主体的齿。
3.根据权利要求2所述的滚轮(130)，其中，所述感测特征部(135)从所述主体(133)向内延伸并突出进所述孔(128)中。
4.根据权利要求2所述的滚轮(130)，其中，所述主体(133)包括通常在轴向方向上面向的侧部，且所述感测特征部(135)从所述侧部延伸。
5.一种包括根据权利要求3所述的滚轮(130)的底盘履带系统(100)的履带滚轮组件(120)，所述履带滚轮组件(120)还包括：
滚轮轴(140)，其包括延伸通过所述孔(128)的轴主体(143)；以及
传感器(150)，其嵌入所述轴主体(143)，所述传感器(150)与所述感测特征部(135)相轴向地对齐，且径向地定位成用于当所述感测特征部(135)旋转通过所述传感器(150)时来探测所述感测特征部(135)。
6.根据权利要求5所述的履带滚轮组件(120)，其中，所述轴主体(143)包括与所述感测特征部(135)相轴向地对齐的轴凸缘(144)，且所述传感器(150)嵌入所述轴凸缘(144)中。
7.根据权利要求5所述的履带滚轮组件(120)，其中，所述传感器(150)为磁性速度传感器。
8.一种包括根据权利要求5-7中任一权利要求所述的滚轮(130)以及所述的传感器(150)的磨损系统(190)，所述磨损系统(190)还包括：
电子控制系统(200)，所述电子控制系统被配置成用于基于所述滚轮(130)的探测到的旋转来确定所述滚轮(130)的与所述滚轮(130)的磨损有关的尺寸参数。
9.一种用于确定用于机器(50)的底盘履带系统(100)的滚轮(130)上的磨损的方法，所述方法包括：
测量与所述机器(50)在预定量的时间内的平移速度有关的参数；
跟踪所述滚轮(130)在所述预定量的时间内的旋转数；
在电子控制系统(200)处接收与在所述预定量的时间内的所述机器(50)的所述平移速度和所述滚轮(130)的所述旋转数有关的所述参数；以及
确定所述滚轮(130)的滚轮接触表面(129)的尺寸参数，所述滚轮接触表面(129)为所述滚轮(130)的外表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述滚轮(130)包括感测特征部(135)，且跟踪所述滚轮(130)在所述预定量的时间内的所述旋转数包括探测所述滚轮(130)的所述感测特征部(135)何时旋转通过传感器(150)。
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