CN111417781A - 用于确定静液压泵中的磨损条件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于确定具有变速驱动器(12)的静液压泵(11)，尤其是径向活塞泵的当前磨损(w)的方法，其中泵(11)连接到流体通道(31、32)，其中流体由泵(11)泵送，泵(11)在流体通道(31、32)中产生当前实际体积流量。本发明的特征在于借助于测量流体通道(31、32)中预定驱动矢量处的体积流量来确定当前实际体积流量(Q实际)，借助于第一计算方法确定预定驱动矢量处的计算的体积流量(Q计算)，并且借助于第二计算方法确定泵(11)的当前磨损(w)，第二计算方法将当前实际体积流量(Q实际)与计算的体积流量(Q计算)相关联。

Description

用于确定静液压泵中的磨损条件的方法和装置
本发明涉及用于产生流体体积流量的静液压泵，具体地涉及径向活塞泵。在许多实施方案中，所述流体为液压流体。
静液压泵是本领域中已知的。这些泵包括移动部件，该移动部件在它们的常规操作期间沿泵的其它部件的表面移动或被移动。在这些移动期间发生的摩擦导致泵至少在长期运行中的磨损。这种磨损增加了泵的泄漏速率。这导致泵的性能降低，即其体积流量降低，并因此导致借助于液压流体驱动的工作设备的速度降低，该液压流体例如是由静液压泵驱动的液压缸。
根据现有技术的静液压泵具有以下缺点：它们的当前磨损在其寿命周期的每个阶段中是未知的。因此，泵的当前实际性能是未知的，至少不是确切已知的。这导致例如总体系统的性能未知，这可能导致由该泵驱动的设备的无法识别的故障，尤其是在高度精确的液压系统中。因此，将有利的是，液压系统的操作者以明确限定的模式运行驱动泵，即，了解其当前性能并对其当前磨损进行测量。这应与其系统变量有关，即(例如)与流体的预定义旋转速度、预定义压力、预定义粘度等有关。此外，操作员了解泵的当前磨损情况将是有利的，因为那样的话就能基于泵的当前磨损情况的定量值来启动磨损优化维护。
因此，本发明的任务是至少部分地克服现有技术状态的缺点。
该任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求14所述的设备来解决。优选的实施方案为从属权利要求的主题。
本发明包括一种用于确定具有变速驱动器的静液压泵，尤其是径向活塞泵的当前磨损的方法，其中泵连接到流体通道，其中流体由泵泵送，该泵在流体通道中产生当前实际体积流量。该方法的特征在于借助于测量流体通道中预定驱动矢量处的体积流量来确定当前实际体积流量，借助于第一计算方法确定预定驱动矢量处的计算的体积流量，并且借助于第二计算方法确定泵的当前磨损，该第二计算方法将当前实际体积流量与计算的体积流量相关联。
使用该方法，需要测量静液压泵的实际体积流量。这在泵所连接到的流体通道中完成。虽然已知泵的磨损导致实际体积流量减小，但不可能使用现有技术方法的状态从所测量的体积流量推断出该泵的当前磨损。原因是实际体积流量(可测量)取决于许多系统变量，例如取决于液压流体的粘度和/或温度和/或压力。此外，这些系统变量中的至少一些有时以复杂的方式取决于其它系统变量。一个示例可以是液压流体的粘度可取决于其温度，并且该依赖性可取决于所使用的流体的类型，并且对于每种类型的泵可以是不同的，例如，取决于泵的最大性能。又如，在系统变量之间也可存在动态依赖性，例如，在过渡情况下，泵的旋转速度和流体压力之间的依赖性由微分方程最佳地描述。
影响泵的体积流量的系统变量可由维度D的驱动矢量表示。驱动矢量的每个维度具有相关范围，即最小值和最大值，它们是物理允许值的范围-可能受到技术约束的限制-或以其它方式限制。例如，一种特定类型的泵中的流体压力p的范围可以是：范围(p)＝(p最小，p最大)＝(10巴，300巴)。
基于对某个泵或一类泵的行为的了解，可根据驱动矢量的值来制作该泵的数学模型。该模型用作第一计算方法的基础。基本上，泵的体积流量可通过函数来计算，该函数考虑驱动矢量的每个维度的所有相关值。
出于简化示例的目的，第一计算方法的一个简单的示例性具体实施可仅考虑由旋转速度n和压力p组成的驱动矢量。例如，该第一计算方法可如下计算体积流量
Q计算(n，p)＝Q计算(1500，20)＝28.5升/分钟对于预定驱动矢量，其包括n＝1.500rpm的旋转速度和p＝20巴的压力。另一个示例性预定驱动矢量可包括n＝1.500rpm的旋转速度和p＝280巴的压力，从而得到Q计算(1500，280)＝26.55升/分钟的体积流量的计算值。
根据本发明，磨损借助于第二计算方法来确定，该第二计算方法基本上使静液压泵的测量的实际体积流量与计算的体积流量相关联，如通过使用第一计算方法所计算。该比率为该泵在测量时的磨损定量值。
在根据本发明的实施方案中，第二计算方法确定比率，该比率为预定驱动矢量处的实际体积流量与预定驱动矢量处的计算的体积流量的商数。
使用驱动矢量的上述值作为示例，包括1.500rpm的旋转速度和280巴的压力的预定驱动矢量的实际测量体积流量Q实际可为Q实际(1500，280)＝24.92升/分钟。这将导致当前磨损的以下定量值：
w＝Q实际(1500，280)/Q计算(1500，280)＝24.92升/分钟/26.55升/分钟＝93.86％
在根据本发明的实施方案中，第二计算方法确定比率，该比率为一组商数的平均值，尤其是加权平均值，其中商数中的每个为预定驱动矢量处的实际体积流量与预定驱动矢量处的计算的体积流量的商数。
再次使用驱动矢量的上述值作为示例，包括1.500rpm的旋转速度和20巴的压力的预定驱动矢量的实际测量体积流量可为Q实际(1500，20)＝27.2升/分钟。对于P＝280巴：Q实际(1500，280)＝24.92升/分钟(与上文相同的值)。这将导致当前磨损的以下定量值：
w(1500，280)＝Q实际(1500，280)/Q计算(1500，280)＝24.92升/分钟/26.55升/分钟＝93.86％
w(1500，20)＝Q实际(1500，20)/Q计算(1500，20)＝27.2升/分钟/28.5升/分钟＝95.44％
因此，当前平均磨损将为w＝94.65％。
另选地，w的值可被加权。例如，更低压力下的w值可被更少加权，并且更高压力下的值可被更多加权。这种对更高压力下的磨损的更高强调的一个原因可能是系统在更高压力下更经常地运行。作为定量示例，对于20巴下的磨损，采取20％的加权，对于280巴下的磨损，采取80％的加权。然后，使用与上述相同的值，加权的当前平均磨损将为w＝95.12％。
在根据本发明的实施方案中，驱动矢量包括驱动器的旋转速度。
考虑旋转速度的一个优点是，对于操作者而言立即清楚的是，对于具有变速驱动器的泵而言，液压系统的性能与驱动器的当前旋转速度强烈相关。液压系统的操作者过去常常基于驱动器的旋转速度来考虑工作台，以判断驱动器的性能。此外，该值可容易地测量。
在根据本发明的实施方案中，驱动矢量包括流体的第一压力。
通常，对于更高的压力，泵的泄漏流量更高。因此，有利的是在确定体积流量时考虑流体的第一压力。
在根据本发明的实施方案中，驱动矢量包括流体的第二压力。
第二压力可与泵的第二压力端口处的压力有关。例如，第一压力可与泵的第一压力端口有关，这实现了用于泵缸移动的高工作压力。第二压力影响泵的第二端口并产生低预载压力。第一压力和第二压力的差值影响泵的泄漏流量。
在根据本发明的实施方案中，驱动矢量包括流体的粘度。
流体的粘度也影响流体的体积流量。因此，重要的是考虑驱动矢量中的粘度。通常，粘度对于一种类型的液压流体具有典型值。这在流体与另一种类型的液压流体交换时的情况下需要考虑。
此外，流体的粘度可取决于其温度。不同类型的流体通常对其温度具有不同类型的依赖性。
在根据本发明的实施方案中，驱动矢量包括流体的温度。
具体地，流体的温度影响流体的粘度，这取决于流体的类型或类别。此外，这可能影响体积流量的总体行为，因为液压流体处于液压系统的大多数移动部件中。
对于根据本发明的方法的其它实施方案，另外的值可被驱动矢量包括。示例可为液压流体的类型、泵系统的最大性能、或泵的推广体积。
在根据本发明的实施方案中，第一计算方法包括驱动矢量的值的线性函数或多项式函数。
为了保持示例简单且直观，在下文中仅讨论一个值的依赖性。实际上，体积流量取决于维度D的完整驱动矢量。
建立泵或一类泵的计算模型的一个示例可以是根据液压流体的第一压力来测量新制造的泵的体积流量。可选择从p最小＝25巴至p最大＝275巴的范围，该范围在等距测量点处(例如，在25巴的距离处)测量，或者在预定义测量点选择上测量。然后，例如按照均方误差(MSE)方法通过这些测量点构建线性曲线。另选地，可通过这些测量点构建多项式函数。
为了收集完整驱动矢量的所有维度，测量可以用维度D的完整驱动矢量的所有值或样本的预定义选择来完成。对于一些泵，仅考虑维度和/或驱动矢量的值的子集可能是足够的。
为了借助于第一计算方法计算预定驱动矢量处的计算的体积流量，将驱动矢量的值的线性函数或多项式函数应用于预定驱动矢量。
在根据本发明的实施方案中，第一计算方法包括采样点的n维矩阵。
在该实施方案中，仅将采样测量点存储在n维矩阵中。为了计算预定驱动矢量处的计算的体积流量，首先确定n维矩阵中的预定驱动矢量的下一个相邻矢量。然后，完成内插，例如线性内插，以确定在预定驱动矢量处计算的体积流量。
在根据本发明的实施方案中，采样点的矩阵由一个或若干个测量值，尤其是加权的测量值确定。
存储在n维矩阵中的测量值可通过测量一个类别的若干个泵来完成。在另一个实施方案中，测量值可被加权。这例如对于应对统计异常值是有利的。
对于另外的实施方案，也可考虑泵的动态行为。例如，可考虑泵的旋转速度与具有限定流体通道的系统的所得体积流量之间的动态相关性。
在根据本发明的实施方案中，采样点的矩阵和/或驱动矢量的值的线性函数和/或多项式函数局部地和/或中央地存储。
在该实施方案中，支持第一计算方法的参数或函数(即，采样测量点和/或计算函数)存储在非易失性存储器中，例如存储在闪存驱动器中或磁盘上，该磁盘为该泵的电子控制单元(ECU)的一部分。这对于独立泵和/或对于没有或具有与其它装置的受限连通连接的泵而言是尤其有利的。
还存在将采样测量点(仅中心地或附加地中心地)存储在例如中央服务器上或计算机云中的可能性。如果警告、任何种类的评估和/或维护策略应来源于泵的当前磨损状态，则这是有利的。此外，这可以是收集每个泵的完整寿命周期的基础，并且也给出了比较泵，尤其是磨损速率高于或低于平均值的泵的机会。
在根据本发明的实施方案中，磨损用于预测静液压泵的磨损。
如果泵的完整寿命周期和一类泵的磨损速率的许多数据都可用，则这特别有意义。通常，这不仅包括一些当前值，而且其可包括一个或多个泵的“磨损历史”。基于这些数据，可例如通过使用Markov方法如Markov链来预测该静液压泵的磨损。
本发明可被具体实施为具有变速驱动器和电子控制单元(ECU)的静液压泵装置，尤其是径向活塞泵，该电子控制单元能够执行根据前述权利要求中的一项所述的方法。
ECU可包括一个或多个处理器和存储器，尤其是一些类型的存储器，例如易失性和非易失性存储器部件。一些实施方案可包括用于数据连接的装置，例如LAN电缆、串行连接和/或无线连接。
本发明的另外目的将在本说明书的以下部分中提出。
附图示出：
图1：径向活塞泵的性能曲线的示例；
图2：根据粘度和温度的体积流量变化的示例；
图3：包括泵和缸的简化液压系统的部件；
图4：针对选定旋转速度测量的体积流量变化的示例。
图1示出了任意径向活塞泵的性能曲线的示例，如通常在液压泵的数据表上所示。标记有“p”的一条曲线示出了由泵的电动马达消耗的功率P(右y轴)与由泵提供的压力p之间的关系。标记有“Q”的另一条曲线示出了体积流量Q(左y轴)与压力p之间的关系。能够清楚地看出，对于更高压力p，体积流量Q至少稍微降低。这主要是由更高压力下的更高泄漏流量引起的。对于具有高密度密封件和/或缸的泵，泄漏(以及因此标记为“Q”的该曲线的陡度)可更低。对于磨损的泵，该曲线的值降低并且该曲线的陡度增加。
图2示出了图1的泵的性能曲线的另一个示例，但其使用任意示例性流体示出了曲线“Q”对粘度和温度的依赖性的示例。在该图2中，能够清楚地看出，对于流体的更低粘度v和/或更高温度T，该(亮灰色)曲线的值降低，并且该曲线的陡度增加。另外，对于流体的更高粘度v和/或更低温度T，该曲线的值增加并且该曲线的陡度降低。
图3示出了包括泵设备10、缸20和流体通道31、32的简化液压系统的一些部件。(与本发明相关性更低的液压系统的另外的必要部件未示出。)泵设备10包括泵11，该泵由变速电动马达10经由轴14驱动，该轴在操作期间具有旋转速度n。泵11经由流体通道31、32连接到差速缸20。差速缸20包括活塞23、活塞杆24和两个室21、22。泵11经由通道31、32将液压流体泵送到所述缸20。滚筒20的上部通道31连接到第一压力室21，并且下部通道32连接到第二压力室或环形室22。通过将液压流体泵送到第一压力室21或第二压力室22中，活塞23和活塞杆24分别向下或向上移动，如由带虚线的箭头26所示。活塞杆24以速率或速度s移动。存在若干方法来测量实际体积流量Q实际：其可通过在通道31或32的至少一个中的流量计测量。或者可以根据移动的方向测量活塞杆24的速度s并乘以表示第一压力室21或第二压力室22的活塞面积的因子。
图4示出了针对选定旋转速度测量的体积流量变化的示例。该图示出了体积流量(此处为泄漏流量)的若干样本测量点。对若干压力进行测量，即包括等距压力值，其中p＝(25、50、75、…275)[巴]。还针对若干旋转速度n进行测量，例如，针对n＝(300、500、1000、1500、…)[rpm]。在该示例中，通过使用均方误差(MSE)方法通过这些测量点构建线性曲线。
附图标记列表
1 电静液压驱动器
10 电动马达
11 泵设备
12 电动马达
14 轴
20 缸
21 第一压力室
22 第二压力室
23 活塞
24 活塞杆
26 带虚线的箭头
31、32 通道
n 旋转速度
p 压力
Q 体积流量
Q实际 当前实际的体积流量
Q计算 计算的体积流量
s 活塞杆的速度
T 流体温度
v 流体粘度
w 当前磨损

Claims (14)

1.一种用于确定具有变速驱动器(12)的静液压泵(11)，尤其是径向活塞泵的当前磨损(w)的方法，
其中所述泵(11)连接到流体通道(31、32)，其中流体由所述泵(11)泵送，所述泵(11)在所述流体通道(31、32)中产生当前实际体积流量，
其特征在于
当前实际体积流量(Q实际)借助于以预定驱动矢量测量所述流体通道(31、32)中的所述体积流量来确定，
计算的体积流量(Q计算)借助于第一计算方法在所述预定驱动矢量处确定，并且
所述泵(11)的所述当前磨损(w)借助于第二计算方法确定，所述第二计算方法将当前实际体积流量(Q实际)与计算的体积流量(Q计算)相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述第二计算方法确定比率，所述比率为预定驱动矢量处的所述实际体积流量(Q实际)与预定驱动矢量处的计算的体积流量(Q计算)的商数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述第二计算方法确定比率，所述比率为一组商数的平均值，尤其是加权平均值，其中所述商数中的每个为预定驱动矢量处的所述实际体积流量(Q实际)与所述预定驱动矢量处的计算的体积流量(Q计算)的商数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述驱动矢量包括：
所述驱动器(12)的旋转速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述驱动矢量包括：
所述流体的第一压力。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述驱动矢量还包括：
所述流体的第二压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述驱动矢量包括：
所述流体的粘度。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述驱动矢量包括：
所述流体的温度。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于所述第一计算方法包括所述驱动矢量的值的线性函数或多项式函数。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于所述第一计算方法包括采样点的n维矩阵。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于采样点的所述矩阵由一个或若干个测量值，尤其是加权的测量值确定。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于采样点的所述矩阵局部地和/或中央地存储。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于确定所述磨损用于预测所述静液压泵(11)的磨损。
14.电静液压泵装置(1)，所述电静液压泵装置包括泵(11)，尤其是径向活塞泵、变速驱动器(12)和电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元能够执行根据前述权利要求中的一项所述的方法。
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