CN112014546A - 振动系统润滑的剩余使用寿命 - Google Patents
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Abstract
一种作业机器，包括压实机滚筒、控制器和输出装置。压实机滚筒包括振动系统，振动系统包括支撑振动系统在压实机滚筒内旋转的至少一个轴承，以及由所述至少一个轴承接收的润滑剂。控制器被配置成用于在指定的时间内监测振动系统的至少一种物理特性并基于所述至少一种物理特性来预测润滑剂的剩余使用寿命。输出装置被配置成产生指示剩余使用寿命的输出。
Description
技术领域
本发明总体涉及作业机器。更具体地，本发明涉及用于振动系统的润滑。
背景技术
振动系统，例如振动压实机，可用于压实土壤基质。更具体地，在地面上施加沥青层之后，振动压实机可以在地面上移动以获得平坦的地面。压实机可包括单振动或双振动压实机滚筒。压实机滚筒通常包括振动系统，该振动系统将振动传递至地面以施加压实力使地面平坦。
美国专利第6,637,280号描述了一种示例性振动机构，其包括连接到驱动偏心配重的电机。像这样的振动系统可包括几个轴承。通常使用润滑剂例如油来保护轴承并防止轴承失效。通常，振动压实机每年或每1000小时更换一次油。
发明内容
在一个示例中，作业机器包括压实机滚筒、控制器和输出装置。压实机滚筒包括振动系统，该振动系统包括支撑振动系统在压实机滚筒内旋转的至少一个轴承，以及由该至少一个轴承接收的润滑剂。控制器被配置成用于在指定的时间内监测振动系统的至少一种物理特性并基于至少一种物理特性预测润滑剂的剩余使用寿命。输出装置被配置成产生指示剩余使用寿命的输出。
在另一示例中，一种预测用于压实机的振动系统的润滑剂的剩余使用寿命的方法包括：通过振动系统的至少一个轴承接收润滑剂；由控制器在规定的时间内监测振动系统的至少一种物理特性；控制器基于振动系统的至少一种特性在指定时间内预测润滑剂的剩余使用寿命；以及为振动系统的操作员输出润滑剂的剩余使用寿命的指示。
在另一个示例中，振动压实机包括压实机滚筒，还包括振动系统、控制器和输出装置。振动系统位于压实机滚筒内并包括支撑该振动系统在压实机滚筒内旋转的至少一个轴承，以及由该至少一个轴承接收的润滑剂。控制器被配置成用于监测振动系统的多个物理特性并基于多个物理特性来预测润滑剂的剩余使用寿命。输出装置被配置成产生指示剩余使用寿命的输出。
附图说明
图1是示出示例性振动压实机的透视图。
图2是示出压实机滚筒内的示例性振动系统的剖视图。
图3是示出了用于振动压实机的示例性控制系统的框图。
图4是示出预测压实机的振动系统的润滑剂剩余使用寿命的方法的流程图。
具体实施方式
图1是示出示例性振动压实机100的透视图。虽然示出为压实机，但本文公开的系统和方法可应用于包括振动系统的任何作业机器。振动压实机100适于在由沥青、砾石制成的地面或任何其他表面上移动，以将其压实。振动压实机100例如可以是手动、自动或半自动的机械。
振动压实机100包括框架102，操作员驾驶室104，压实机滚筒106和轮子108。压实机滚筒106包括与地面接触的外表面110。发动机可安装在振动压实机100上，以向振动压实机100提供推进力。该发动机可以是内燃发动机，例如压燃式柴油发动机，或任何其他发动机，包括例如燃气涡轮发动机。驾驶室104安装在框架102上。对于手动或半自动机械，振动压实机100的操作员可位于驾驶室104内以执行一个或多个机械操作。
框架102被配置成可旋转地支撑压实机滚筒106，压实机滚筒106沿地面移动并为提供对地面的压实。压实机滚筒106用作绕各自轴线旋转的地面接合构件，从而将振动压实机100与轮子108一起在地面上推进。在其他示例中，轮子108可用以类似于压实机滚筒106的方式操作的第二压实机滚筒代替。当振动压实机100沿地面移动时，压实机滚筒106的滚筒壳体的外表面110与地面接触。
驱动电机和传动齿轮可安装在压实机滚筒106内。在一个示例中，驱动电机例如可以是电动马达。驱动电机和传动齿轮使压实机滚筒106旋转，从而使振动压实机100在地面上移动。
图2是示出位于压实机滚筒106内的示例性振动系统200的剖视图。振动系统200还可用于例如压实机的第二压实机滚筒中。振动系统200被配置成用于在压实机滚筒106中产生振动，并包括支撑结构202和204、振动机构206和208、轴210以及轴承212。在一个示例中，振动系统200可以是双振幅振动系统。在其他示例中，振动系统200可以是被配置成为压实机滚筒106提供振动的任何振动系统，并可以包括除了图2所示的组件之外或代替图2所示的组件。支撑结构202和204可以是例如固定安装在压实鼓机滚筒106内的圆形板，或者是配置成将振动系统200连接到压实机滚筒106上的任何其他结构。例如，支撑结构202和204可以被焊接到压实机滚筒106的内表面上。
振动系统200包括两个振动机构206和208。在其他示例中，振动系统200可以包括任何数量的振动机构。振动机构204和206可以是偏心配重，其可以在振动系统200的操作过程中作为整体组件一起旋转。轴210将振动机构204与振动机构206连接。振动机构206和208可基于振动泵、电机或两者的致动而在压实机滚筒106中产生振动，该振动泵、电机或两者可安装在第一支撑结构202上，或安装在压实机滚筒106内的任何其他期望位置处。该振动泵和/或电机可以是液压的和/或电动的。
振动机构206和208可独立于压实机滚筒106旋转。轴承212使得压实滚筒106能够绕振动系统200独立旋转。振动泵和/或电机可以包括例如被联接以驱动轴210的驱动轴。因此，当启用振动泵和/或电机时，轴210被驱动，使振动机构206和208绕轴线A旋转以在压实机滚筒106内产生振动。
利用振动系统200产生的振动，压实机滚筒106上下移动以压实地面。压实机滚筒106由于振动而移动的距离地面的量是振动幅度。在一些示例中，振动系统200可以被配置成双振幅系统，其中振动系统200可以例如在一个方向上旋转以产生具有第一振幅的振动，并且在另一个方向上旋转以产生具有第二振幅的振动。在其他示例中，振动系统可以允许以任何数量的振幅振动。振动泵和/或电机还可以被配置成产生多个振动频率的振动。
轴承212接收润滑剂，例如油、油脂或任何其他润滑剂，以减小摩擦。随着时间的推移，润滑剂使用殆尽并且必须更换。通常，每年或每运行1000小时更换一次润滑剂。然而，基于振动系统200的操作，润滑剂会更快或更慢地磨损。振动系统200的若干物理特性可以导致润滑剂的磨损，包括但不限于振动系统200的振幅、振动频率和温度。
图3是示出用于诸如振动压实机100的压实机的控制系统300的框图。控制系统300包括控制器302、存储器304、温度传感器306、其他传感器308、驾驶室控制装置310、驾驶室显示器312和振动泵和/或电机314。控制器302可以包括一个或多个定时器电路316。驾驶室控制装置310可由位于驾驶室104内的操作员操作。操作员可以通过控制振动泵和/或电机314来控制压实机100的速度和操作，以及振动系统200的操作。显示器312或其他输出装置也可位于驾驶室104内，以向操作员提供输出。在一个示例中，驾驶室控制装置310和显示器312可以是单一装置，例如触摸屏。
控制器302和存储器304可以包括例如软件、硬件以及配置为执行与压实机100的控制相关的若干功能的硬件和软件的组合。在一个示例中，控制器302和存储器304可以是发动机控制模块(ECM)。控制器302可以包括模拟、数字或包括多个组件的模拟和数字的组合控制器。作为示例，控制器302可以包括集成电路板、印刷电路板PCB、处理器、数据存储装置、开关、继电器或任何其他组件。处理器的示例可以包括微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或等效的离散或集成逻辑电路中的任何一个或多个。
存储器304可以包括用于存储和/或检索数据或其他信息(例如来自温度传感器306和其他传感器308的信号)的存储介质。在一些示例中，存储装置被描述为计算机可读存储介质。例如，存储器304可用于存储由控制器302的处理器执行的程序指令。存储器304例如由在控制器302上运行和/或由控制器302执行的例如软件、应用、算法使用。存储器304可以包括短期和/或长期存储器，并且可以是易失性和/或非易失性的。非易失性存储元件的示例包括压实机100的物理特性。例如，加速度计可以用于测量压实机滚筒的实际振动特性或输出(例如，由压实机滚筒产生的振动的幅度和频率)。在操作中，由相位传感器提供的相位测量值可以由控制器302用作反馈信号，以监视和控制由压实机滚筒106产生的振动的幅度。类似地，由速度传感器提供的测量值可以是控制器306将其用作反馈信号以监视和/或控制压实机100产生的振动的频率。
控制器302被配置成基于所观察到的振动系统200的物理特性来确定振动系统200的润滑剂的剩余使用寿命。控制器302可以随时间监测压实机滚筒106的振动频率、振幅和/或温度。为了监测这些物理特性，控制器302可以监测来自温度传感器306、其他传感器308的传感器数据，和/或基于当前操作条件确定一个或多个特性。例如，控制器302可以基于来自驾驶室控制装置310的电流控制输入来确定振动系统200的振动频率或振幅。
控制器302可以使用定时器316或其他电路来观察振动系统处于观察到的频率、振幅和/或温度的时间量。该数据可以随时间存储在存储器304中并且用作数据点以预测润滑剂的剩余使用寿命。剩余使用寿命可以使用基于所存储的数据点的任何方法来确定。例如，可以执行振动系统200的测试以确定关于润滑剂剩余使用寿命的随时间变化的物理特性的曲线拟合。在压实机100的实际操作期间，使用所存储的数据点将该曲线拟合应用于内插剩余使用寿命。
显示器312或其他输出装置可用于向操作者输出预计剩余使用寿命的指示。在一个示例中，显示器312可以是单个指示灯，在需要更换润滑剂时点亮。在另一示例中，显示器312可以是被配置成输出图像数据的液晶显示器(LCD)或其他平板显示器。显示器312可以输出润滑剂的剩余使用寿命、润滑剂的当前寿命、当前振动频、当前幅度、当前温度和/或任何其他所希望的数据。
通过提供润滑剂的剩余使用寿命，可以仅在必要时更换润滑剂，而不是基于保守的时间间隔。这可以延长润滑剂更换间隔，降低成本，并且还由于润滑剂更换减少而限制了暴露于碎屑。
工业实用性
在一个说明性示例中，振动土壤压实机由操作员控制。图4是示出预测振动土壤压实机使用的润滑剂的剩余使用寿命的方法400的流程图。在方法400开始之前，为土壤压实机的振动系统的轴承替换润滑。如图4所示，在步骤402，操作者控制土壤压实机以压实地面。在步骤404，在土壤压实机的操作过程中，控制器可以测量或以其他方式确定振动系统的振动频率。控制器可以在任何指定的时间段内记录此信息。该指定的时间段例如可以是土壤压实机的振动系统的操作持续时间。在另一个示例中，指定的时间段可以是土壤压实机的任何操作。类似地，在步骤406，在振动系统的操作过程中，控制器可以测量或以其他方式确定振动系统的振动幅度，并且在步骤408，控制器可以测量或以其他方式确定振动系统的温度。
在步骤410，控制器使用所监测的频率、幅度和温度中的一个或多个来预测用于振动系统的润滑剂的剩余使用寿命。该预测可以使用任何所希望的方法来完成。例如，内插可用于在指定时间内收集的关于所监测的频率、幅度和温度的数据点来预测润滑剂的剩余使用寿命。
在步骤412，为操作者输出剩余使用寿命的指示。例如，显示器可以存在于振动土壤压实机的驾驶室内。剩余使用寿命可以在显示器上输出给操作员，使得操作者可以做出关于更换润滑剂的告知决定。通常每年或每1000小时更换一次润滑剂。使用方法400，润滑剂可以仅在必要时更换，而不是基于保守的时间间隔。这可以延长润滑剂更换间隔，降低成本，并且还由于润滑剂更换减少而限制了其暴露于碎屑。
上述详细描述意图是说明性的，而非限制性的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。
Claims (10)
1.一种作业机器，包括：
包括振动系统的压实机滚筒，所述振动系统包括：
至少一个轴承，其支撑振动系统在压实机滚筒内的旋转；以及
由所述至少一个轴承接收的润滑剂；
控制器，被配置成用于在指定的时间内监测所述振动系统的至少一种物理特性，并基于所述至少一种物理特性来预测所述润滑剂的剩余使用寿命；以及
输出装置，被配置成产生指示所述剩余使用寿命的输出。
2.根据权利要求1所述的作业机器，其中所述振动系统进一步包括泵或电机，以及至少一个振动机构，所述至少一个振动机构定位成在所述压实机滚筒内引起振动。
3.根据权利要求1或2所述的作业机器，进一步包括温度传感器，所述温度传感器被配置成向所述控制器提供感测温度，其中所述控制器被配置成使用所述感测温度来确定与所述至少一个轴承相关的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业机器，其中所述至少一种物理特性是所述压实机滚筒内的振动幅度、所述压实机滚筒内的振动频率或与所述至少一个轴承相关的温度之一。
5.根据权利要求4所述的作业机器，其中，所述控制器被配置成基于与所述振动幅度、所述振动频率和与所述至少一个轴承相关的温度来预测所述润滑剂的剩余使用寿命。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的作业机器，进一步包括：
安装到所述作业机器的框架上的操作员驾驶室；以及
位于所述操作员驾驶室内的控制装置，所述控制装置被配置成接收来自操作员的输入并向所述控制器提供输出以控制所述作业机器；以及
其中所述输出装置是位于所述驾驶室内的显示器。
7.一种预测用于压实机的振动系统的润滑剂的剩余使用寿命的方法，所述方法包括：
通过所述振动系统的至少一个轴承接收润滑剂；
通过控制器在规定时间内监测所述振动系统的至少一种物理特性；
通过所述控制器基于所述振动系统在指定时间内的至少一种特性来预测所述润滑剂的剩余使用寿命；以及
为所述振动系统的操作员输出润滑剂的剩余使用寿命的指示。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括使用温度传感器监测与所述至少一个轴承相关的温度。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其中，通过所述控制器监测所述振动系统在指定时间内的至少一种物理特性包括监测所述压实机滚筒内的振动幅度、所述压实机滚筒内的振动频率或与所述至少一个轴承相关的温度中的一个。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，通过所述控制器基于所述振动系统在所述指定时间内的至少一种特性来预测所述润滑剂的剩余使用寿命包括，基于所述振动幅度、所述振动频率以及与所述至少一个轴承相关的温度来预测所述润滑剂的剩余使用寿命。
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