CN107208671A - 用于确定压力介质操作的设备的操作状况的监测设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定压力介质操作的设备的操作状况的监测设备和方法。所述监测设备(4)包括用于处理与所述压力介质操作的设备(1)的操作有关的输入的测量数据(3)的装置。在所述监测设备中确定操作状态值(12)，此后，将所述操作状态值与输入的参考数据(9)进行比较(13)以确定当前操作状况(14)。通过利用针对所述相关联的压力介质操作的设备的设计模型(10)执行的强度分析(11)来确定所述参考数据。

Description

用于确定压力介质操作的设备的操作状况的监测设备和方法

背景技术

本发明涉及一种用于确定压力介质操作的设备的操作状况的监测设备。

本发明进一步涉及一种用于确定压力介质操作的设备的操作状况的方法。

本发明领域更确切地在独立权利要求的前序部分进行限定。

液压系统可以配备有不同的液压设备(比如用于引起期望的移动(比如旋转移动和线性移动)的液压致动器)。液压设备在其使用过程中受到磨损并且其最终可能故障。进一步地，设备的部件或结构故障可能损害设备的操作，并且还可能对连接至液压系统的其他设备造成损坏。因此，研发了不同的系统和监测设备以用于确定和指示液压设备的操作状况。文献US-2009/0019938-A1公开了一种配备有诊断系统的旋转机器。为了确定操作状况，将监测结果与实际台架测试的结果进行比较。然而，已知的解决方案已示出为包含一些缺点。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于确定压力介质操作的设备的操作状况的新颖且改进的监测设备和方法。

根据本发明的所述监测设备的特征在于：用针对所述压力介质操作的设备的设计模型执行的强度分析来计算所述输入的参考数据。

根据本发明的所述方法的特征在于：通过用针对所述压力介质操作的设备的设计模型执行的强度分析来确定所述输入的参考数据。

所公开的解决方案的理念是借助于监测设备来确定一个或多个压力介质操作的设备的操作状态值。借助于测量装置来测量所述被监测设备的操作并且将所述测量数据输入监测设备中以进一步对其进行处理。所述监测设备基于所述接收到的测量数据产生一个或多个操作状态值。为了确定所述被监测设备的当前操作状况，所述监测设备将所述确定的操作状态值和参考数据进行比较。所述参考数据是基于所述被监测的压力介质操作的设备的设计数据或模型的并且通过利用对所述设计数据的强度分析来产生。

优点是所公开的解决方案提供针对压力介质操作的设备的状况监测的改进。所述参考数据可以容易且快速地产生，因为其基于设计数据和强度分析。所述参考数据在设计工作期间可能已经产生并且不需要大量单独的处理。所述设计数据已是可用的并且可以例如借助于合适的计算机程序而被分析。此外，可以容易地将对设计数据的修改考虑在内。由于所公开的解决方案，压力介质操作的设备的实际物理测试并非确定参考数据所必需的。

根据实施例，所述监测设备配备有至少一个数据集，所述至少一个数据集包括基于疲劳分析计算的参考数据。因此，所述监测设备被配置用于将所述经处理的当前操作状态值与所述疲劳分析计算的所述参考数据进行比较。

根据实施例，所述监测设备包括至少一个处理器，以用于执行所述处理器中的至少一个监测程序。所述处理器然后可以处理所述接收到的测量数据并且执行与所述输入的参考数据的所述比较。

根据实施例，所述监测设备包括用于对所述接收到的测量数据进行筛选的装置以便识别对负载和操作状况而言重要的测量值，并且另一方面，以便检测对操作状况而言较不重要的测量结果。所述监测设备可以包括配备有至少一个筛选程序的控制单元，所述程序的执行被配置用于分析所述测量数据。所述筛选程序可以被安排成用于对所述接收到的测量值和结果进行分类。因此，所述筛选步骤可以提供针对操作状况具有不同影响和重要性的两个或更多个测量数据种类。

根据实施例，所述监测设备包括用于根据预定原理对所述接收到的测量数据进行筛选的筛选装置。因此，所述监测设备可以被配置用于仅收集相关的测量数据并且对其进行处理。所述经筛选的数据可以包括针对所述被监测设备的重要压力脉冲数据以及所述被监测设备的应变历史，由此所述经筛选的数据可以仅包括对疲劳而言重要的数据。所述筛选原理可以限定所述被监测特征并且限制其值和范围。

根据实施例，所述参考数据是借助于有限元分析(被称为FE分析)来确定的。

根据实施例，输入所述监测设备中的所述参考数据包括参考值或参考值集。所述参考值可以因此包括一个或多个数值。所述参考值可以确定所确定的物理特性的最大允许数值。

根据实施例，所述参考值可以包括作用在所述压力介质操作的设备的压力室中的压力超过预定的压力极限情况的最大数量。这样的高压状态可能对压力介质操作的设备的磨损和机械负载具有重大影响。

根据实施例，所述输入的参考数据可以包括操作周期的最大总量，所述最大总量是针对所述相关联的压力介质操作的设备或所述设备的关键单个部件进行限定的。替代性地，所述参考值可以包括重要操作周期的最大数量、包括超过预定负载并且被认为对设备的结构造成损害或可能造成大量磨损的负载。在对所述被监测设备的操作周期进行计数时，可以对测量结果执行筛选以识别重要的操作周期。因此，借助于筛选，可以忽略对操作状况具有正常或较小影响的操作周期。

根据实施例，参考值可以包括最大机械负载值。替代性地，参考值可以包括机械负载的最大累积值。可以确定压力介质操作的设备的期望部件或结构件的机械负载值。例如，系统可以监测关键部件的状态。

根据实施例，参考值可以包括压力介质操作的设备的最大移动量。因此，可以确定设备的可移动构件的允许总行程。设计数据可以包括密封的机器元件及其密封件的信息，由此强度分析可以确定例如密封件的最大总行程。

根据实施例，输入监测设备中的参考数据包括参考模型，所述参考模型可以是与疲劳确定有关的数学模型。参考模型可以包括算法或计算机程序产品并且其可以在监测设备的处理器中被执行。参考模型还可以是自适应的，由此可以将改变操作状态和用法考虑在内。参考模型可以从借助于强度分析工具或软件产生的模型中推导出来。

根据实施例，所述设备被配置用于通过监测所述被监测设备的一个单个关键部件的工作寿命来确定所述被监测的压力介质操作的设备的所述操作状况。可以基于设计工作和强度分析来预先确定所选取的关键部件。因此，例如，输入监测设备中的参考数据可以通过疲劳分析来确定并且可以包括关键部件的疲劳极限。由于此实施例，监测可以集中在部件上，所述部件对被监测的压力介质操作的设备的安全和操作而言可能至关重要。所选取的被监测物体还可以是已知为脆弱的部件。

根据实施例，被监测设备为被安排成用于产生线性移动的液压缸。

根据实施例，被监测设备为被安排成用于产生旋转移动的液压电动机。

根据实施例，被监测设备为被安排成用于生成用于液压系统的液压动力的液压泵。

根据实施例，被监测设备为被安排成用于存储压能的液压储压器。

根据实施例，被监测的压力介质操作的设备为气动设备(比如气压缸、电动机、泵或蓄压器)。因此，本专利申请中所公开的解决方案还可以用于借助于加压气体或任何其他加压液体来操作的监测设备。

根据实施例，所述监测设备位于所述被监测的压力介质操作的设备处。因此，监测设备可以集成为压力介质操作的设备的结构的一部分。替代性地，监测设备可以包括本体和紧固元件，所述紧固元件允许将监测设备安装至被监测的液压设备或气压设备或者将所述监测设备从被监测的液压设备或气压设备上卸下。进一步地，监测设备可以是至少包括集成在一个单元中的控制单元、至少一个测量设备和数据连接单元的模块。监测设备还可以配备有刚性联接装置，由此具有所述模块配置的监测设备可以紧固到一个单元中的液压设备或气压设备并且可以相应地从中卸下。数据连接单元可以包括允许监测设备与至少一个外部计算机、服务器或电气终端设备之间的数据通信的有线或无线数据通信装置。

根据实施例，所述监测设备位于所述被监测的压力介质操作的设备外部。然后，测量数据可以经由无线或有线数据通信装置从一个或多个测量设备传输至监测设备。测量数据可以周期性地、连续地或根据请求被发送至监测设备。监测设备可以是移动电气终端设备(比如膝上型计算机、平板计算机、掌上计算机、智能电话或针对服务人员设计的特殊移动计算机)。替代性地，监测设备可以是个人计算机、服务器、若干服务器或计算机组成的集合、或若干计算机组成的网(比如云服务)。监测设备可以包括用于为用户呈现信息的显示设备或指示设备。

根据实施例，基于设计模型确定的参考数据在将其输入监测设备之前得以验证。因此，将计算得到的参考数据与在试验台进行的实验性实验室测试的结果进行比较。由于此实施例，因为可以基于比较结果来调整参考数据，所以可以进一步提高参考数据的准确性。

根据实施例，监测设备包括至少一个状况指示设备。因此，监测设备可以包括一个或多个显示设备、视觉指示器或任何其他合适的指示设备，以用于通知操作员或维护人员已确定的操作状况。

根据实施例，监测设备包括允许存储与已确定的操作状况、操作状态值和测量结果有关的数据的至少一个状况数据库或存储器设备。每当需要的时候可以对存储的数据进行分析并且可以产生期望的报告和文献。

根据实施例，监测设备被配置用于识别包括被监测的压力介质操作的设备的机器的操作员的操作风格。监测设备被配置用于分析测量数据并且基于其确定操作员的操作风格。监测设备可以包括不同操作风格的预定表征性特征，以对被监测的使用状态进行分类。由于此实施例，在确定操作状况时可以将操作员相关的操作风格差异考虑在内。

根据实施例，监测设备被配置用于识别操作员的操作风格。监测设备可以基于所识别的操作风格来确定故障概率。如果继续同一操作风格，则监测设备还可以估算被监测的压力介质操作的设备将发生故障的时刻。所述估算可以基于概率计算。在监测设备检测操作员的个人操作风格时，设备可以针对操作员执行警告信号或消息以通知操作员当前使用的操作风格是有害的并且将在估算的时间段之后导致故障。由于此实施例，向操作员提供反馈，所述反馈激励操作员改变当前操作风格。实施例还可以用于操作员的训练。

根据实施例，监测设备配备有针对被监测的压力介质操作的设备确定的预定的或估算的工作寿命。设定的工作寿命可以基于计算和分析，其中，根据操作参数的预定范围来使用被监测设备。因此，为了实现期望的或最佳的工作寿命，压力操作的设备需要被使用成使得避免造成附加负载和疲劳的状态。设定的工作寿命可以是一类理想的工作寿命并且可以借助于强度分析来确定。然而，操作员的操作风格变化，由此被监测设备可以经受由于非期望的或意外的使用方式而造成的负载。监测设备可以记录造成附加负载和疲劳的状态、可以通知操作员检测到的有害使用方式、并且可以确定预期的工作寿命。监测设备可以基于所收集的数据来指示相对于设定的期望工作寿命的预期工作寿命，所述设定的期望工作寿命基于被监测设备的最佳使用方式。由于此实施例，向操作员提供反馈，所述反馈激励操作员改变当前操作风格，以便避免造成额外负载的状态并且还以便使用限定的操作参数。

根据实施例，监测设备配备有针对被监测的压力介质操作的设备确定的预定的或估算的工作寿命。监测设备可以被安排成用于在有限的时间段内监测压力介质设备并且可以根据收集的监测数据来估算被监测设备的预期工作寿命将是多久。可以在组成了新的装置并且压力介质操作的设备的之前负载历史不可用的状态下实施所公开的解决方案。进一步地，当在新的不同的使用或应用中使用配备有压力介质设备的装置时，可以利用预期的使用位置或应用中的短期测试时段来产生对预期工作寿命的估算。短期监测或测试时段可以足以指示被监测设备针对预期的使用和应用的可行性。可能地，在工作寿命期间不需要进一步的测量和监测。由于此实施例，压力介质设备针对预期目的的可行性可以在操作早期得以验证。在注意到被测试设备将使设定的目标值失效时，所述被测试设备可以被另一设备代替。

可以组合以上公开的实施例以形成配备有所公开的必需特征的合适的解决方案。

附图说明

在附图中对一些实施例进行了更加详细的描述，在附图中

图1是监测系统的示意图，

图2是处理测量数据的示意图，

图3是配备有监测设备的液压设备的示意性侧视图，并且

图4是另一监测系统的示意性侧视图，其中，液压设备配备有测量设备并且借助于外部监测设备被监测。

为了清楚起见，附图以简化的方式示出了所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相同的参考标号标识相同的要素。

具体实施方式

图1示出了一种用于监测液压设备1的操作状况的系统，所述液压设备可以是液压致动器(比如液压缸或液压电动机)。进一步地，液压设备可以是例如液压泵或液压蓄能器。液压设备1配备有一个或多个测量设备2，用于在使用液压设备1的过程中测量一个或多个物理特征。所收集和产生的测量数据3借助于输入装置5被输入监测设备4中。监测设备4的位置可以与被监测的液压设备1相连接，或者其可以位于液压设备1外部。监测设备4可以包括一个或多个处理器6，用于执行一个或多个监测程序7。监测设备4还可以包括筛选程序或其他类型的筛选装置8，以确定所输入的测量数据3的重要性。替代性地，测量设备2可以配备有合适的筛选装置，由此被输入监测设备4中的测量数据3已被筛选并且被分类为相关的。

进一步地，至少一个参考数据9也借助于输入装置5被输入监测设备2中。参考数据9可以包括一个或多个参考值9a或若干数值的集合，或替代性地，或另外地，一个或多个参考模型9b，所述一个或多个参考模型可以是数学模型或算法。参考数据9在被监测的液压设备1的设计过程中可能已被确定。为了确定参考数据9，仅需要液压设备1的设计数据或设计模型10。参考数据9可以通过对设计数据执行强度分析11来生成。通常，利用强度分析程序和计算机。

监测设备4可以分析输入的测量数据3并且可以对指示液压设备1的当前状态的操作状态值12进行处理。操作状态值12可以指示例如累积的负载、磨损或操作周期。为了确定液压设备1的操作状况，监测设备2将所确定的当前操作状态值12与输入的参考数据9进行比较13并且指示液压设备1的当前操作状况14。所产生的操作状况14可以指示剩余的操作周期或机械负载，或者其可以指示例如磨损程度。监测设备4还可以包括用于向服务人员指示操作状况14的显示设备15或其他装置。替代性地，或除显示设备15之外，监测设备4可以包括用于允许监测设备4与至少一个外部设备之间的数据连接的数据通信设备16。因此，可以直观地指示操作状况14，或者其可被传输至例如便携式终端设备。

图2展示了可以对测量数据进行筛选从而使得在确定液压设备的操作状况时仅将重要的测量结果考虑在内。

如其在图3中所示的，液压设备1可以是液压缸。液压缸包括框架17，所述框架内部为至少一个压力室18a、18b，所述压力室借助于馈送装置连接至液压系统19。液压缸进一步包括安排在框架17的缸室内部的活塞20并且借助于密封件21针对缸室的内表面进行密封。活塞20被安排成用于根据压力室18a、18b之间的压力差线性地移动。所生成的线性移动可以借助于活塞杆22进行传输以用于期望的用途。

液压缸可以配备有一个或多个测量设备。压力传感器2a或换能器可以被安排成与通向压力室18a、18b的压力输送管相连接，或者压力感测设备可以被安排成用于直接从压力室18a、18b测量压力。压力传感器2a的测量数据可以用于确定压力室的压力和对构造造成的机械负载。液压缸还可以包括一个或多个位置测量设备2b，由此可以检测液压缸的操作周期数以及活塞20和密封件21的移动量。操作周期还可以通过分析压力数据和压力变化来进行识别。液压缸的机械负载还可以借助于一个或多个负载传感器2c(比如应变仪、压电传感器或允许测量机械负载的任何其他类型的传感器)进行测量。除了提到的传感器2a-2c之外，其他类型的测量设备也可以用于测量液压缸的物理特征。测量数据可以从传感器2a-2c传输至安装在液压缸上的监测设备4。替代性地，一个或多个传感器可以集成至监测设备4，由此其可以形成模块。

监测设备4可以包括用于将监测设备4紧固到液压缸的框架17的外表面上的安装装置23。安装装置23可以包括允许监测设备4的便易安装和拆卸的刚性联接装置。监测设备可以包括由两个半件或若干本体件组成的本体，所述本体可被置于液压缸的外表面上并且所述半件或本体件可通过紧固装置(比如螺钉)与彼此连接。替代性地，安装装置23可以包括紧固带，所述紧固带可被置于液压缸的框架17周围。安装装置23可以被设计成使得容易安装至现有的液压设备并且不需要对其基本构造进行修改。监测设备4可被定位成使得指示设备15可见。监测设备4可以借助于数据通信单元16将监测数据和结果传输至电气终端设备24或传输至包括一个或多个服务器或计算机的数据网络。

在图3中，测量数据可以通过有线或无线数据传输从测量设备2a-2c传输至监测设备4。进一步地，监测设备4与外部设备24之间的数据通信也可以是有线或无线的。无线数据通信装置可以利用例如蓝牙、无线电信号、WiFi或RFID。

图4公开了位于被监测的液压设备1外部的另一监测设备4。液压设备1可以与图3的液压缸相对应并且可以配备有一个或多个若干测量设备2a-2c。测量设备2a-2c的测量数据可被传输至数据通信设备16，所述数据通信设备可以将数据传输至外部监测设备4。替代性地，测量设备2a-2c可以配备有其自己的数据传输装置，由此测量数据可被直接地从测量设备2a-2c传输至监测设备4。数据通信可以是有线的或无线的。无线数据通信装置可以利用例如蓝牙、无线电信号、WiFi或RFID。测量数据的传输可以周期性地、连续地或根据单独的请求来完成。

在图4中，监测设备4可以例如是移动电气终端设备(比如膝上型计算机、平板计算机、智能电话)。替代性地，监测设备为服务器或者若干服务器或计算机组成的集合。监测设备还可以基于云服务。监测设备4可以将监测数据和结果传输至电气终端设备24或传输至包括一个或多个服务器或计算机的数据网络。

替代性地，以上公开的被监测设备可以是可借助于加压气体或其他合适的流体进行操作的设备。

可以至少以下面的方式来利用所公开的监测和所确定的操作状况：

a)记录被监测设备的负载历史，

b)确定或者估算直至被监测部件故障的负载周期数，

c)定义被监测设备的预防性维护时间表，

d)提供对压力介质操作致动器或特定的被监测部件的剩余工作寿命的估算(即，估算使用期限)，

e)指示超过预定疲劳极限，

f)标识特定部件的劣化，以及

g)预测服务时间以及所需服务的扩展。

附图和相关说明仅旨在展示本发明的理念。在其细节上，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (13)

1.一种用于确定压力介质操作的设备(1)的操作状况的监测设备，包括：

输入装置(5)，所述输入装置用于接收至少一个测量设备(2)的测量数据(3)，所述测量数据(3)涉及所述压力介质操作的设备(1)在所述被监测的压力介质操作的设备(1)的操作期间的至少一个物理特征；

至少一个参考数据(9)，所述至少一个参考数据被输入所述监测设备(4)中；

并且其中，所述监测设备(4)被配置用于处理所述接收到的测量数据(3)以用于确定当前状态的至少一个操作状态值(12)；并且

所述监测设备(4)被配置用于将所述产生的操作状态值(12)与所述至少一个输入的参考数据(9)进行比较(13)以确定所述压力介质操作的设备(1)的所述操作状况(14)；

所述监测设备的特征在于，

用针对所述压力介质操作的设备(1)的设计模型(10)执行的强度分析(11)来计算所述输入的参考数据(9)。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)配备有至少一个数据集，所述至少一个数据集包括基于疲劳分析计算的参考数据(9)；以及

所述监测设备(4)被配置用于将所述经处理的当前操作状态值(13)与所述疲劳分析计算的所述参考数据(9)进行比较(13)。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)包括用于执行所述处理器(6)中的至少一个监测程序(7)的至少一个处理器(6)并且被配置用于处理所述接收到的测量数据(3)并执行与所述输入的参考数据(9)的所述比较(13)。

4.如以上权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，

所述参考数据(9)借助于FE分析(有限元分析)来确定。

5.如以上权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)被配置用于通过监测所述被监测的压力介质操作的设备(1)的一个单个关键部件的工作寿命来确定所述被监测的压力介质操作的设备(1)的所述操作状况(14)。

6.如以上权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，

所述输入的参考数据(9)通过疲劳分析来确定并且包括至少一个疲劳极限。

7.如以上权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，

所述输入的参考数据(9)包括操作周期的最大总量，所述最大总量是针对所述相关联的压力介质操作的设备(1)或所述压力介质操作的设备(1)的关键单个部件进行限定的。

8.如以上权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)包括用于根据预定控制策略对输入的测量数据(3)进行筛选的筛选装置并且被配置用于将所述输入的测量数据(3)分成至少两个类别，所述至少两个类别对于所述操作状况(14)具有不同的重要性；以及

所述监测设备(4)被配置用于在确定所述操作状态值(12)时仅将重要的测量数据考虑在内。

9.如以上权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，

所述被监测的压力介质操作的设备(1)为液压缸。

10.如以上权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)位于所述被监测的压力介质操作的设备(1)处。

11.如以上权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，

所述监测设备(4)位于所述被监测的压力介质操作的设备(1)外部。

12.一种用于确定压力介质操作的设备的操作状况的方法，

所述方法包括：

借助于至少一个测量设备(2)来测量所述压力介质操作的设备(1)在所述压力介质操作的设备(1)的操作期间的至少一个物理特征；

将测量数据(3)输入至少一个监测设备(4)中；

基于所述接收到的测量数据(3)来在所述监测设备(4)中确定至少一个操作状态值(12)；

将参考数据(9)输入所述监测设备(4)中；以及

在所述监测设备(4)中将所述产生的操作状态值(12)与所述输入的参考数据(9)进行比较(13)以确定所述压力介质操作的设备(1)的所述操作状况(14)；

所述方法的特征在于，

通过用针对所述压力介质操作的设备(1)的设计模型(10)执行的强度分析(11)来确定所述输入的参考数据(9)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

在输入所述监测设备(4)中之前，将基于所述设计模型(10)所计算的所述参考数据(9)与在试验台上进行的实验性实验室测试的结果进行比较；以及

基于所述比较来调整所述参考数据(9)。