CN114088924B - 工程机械润滑油的监测装置和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工程机械润滑油的监测装置和监测方法，监测装置包括：节流部件，被配置成与待监测的润滑油管路并联；第一压力传感器，设在节流部件的进口端，以检测节流部件的进口端的实时油压P_1t；第二压力传感器，设在节流部件的出口端，以检测节流部件的出口端的实时油压P_2t；清洁度传感器，与节流部件连通，并被配置成检测时间T内流经节流部件的润滑油中的颗粒数量N，以及处理器，与第一压力传感器、第二压力传感器和清洁度传感器分别信号连接，并被配置成根据节流部件的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算节流部件的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，ΔP_t＝P_2t‑P_1t，

Description

工程机械润滑油的监测装置和监测方法

技术领域

本发明涉及工程设备领域，具体而言，涉及一种工程机械润滑油的监测装置和监测方法。

背景技术

润滑油是工程机械的血液，开展工程机械润滑油在线监测能够实时反映油品和整机的运行状态，实现润滑油按质更换及设备的预测性维护，提高机械设备的可靠性和安全性，减少或避免故障停机带来的损失。

目前，润滑油在线监测的常用指标有黏度、密度、温度、介电常数、水分和清洁度。其中清洁度传感器对测试回路的流量稳定性要求较高，故多用于固定式设备。对于工程机械等移动型设备，其工况较为苛刻，润滑油在线监测装置难以保持稳定的流量，无法保证清洁度传感器的测试精度。因此，针对工程机械润滑油检测装置亟需采取相应措施对流量进行校正，以提高传感器的测试精度。。

现有的润滑油在线监测装置主要采用流量调节阀、流量泵或者加装流量传感器的方式控制和计算测试回路中的油液流量，流量调节阀或流量泵通常安装在在线监测传感器之后，在管路压力一定的情况下能够保持相对稳定的流量。

现有技术的润滑油在线监测装置存在以下的缺点：

(1)流量调节阀在压力波动的情况下不能够保持稳定的流量，难以满足工程机械行驶作业中复杂多变的工况需求。

(2)流量泵在长时间运转和振动的工况下容易出现故障，影响设备的可靠性，且工程机械车辆上难以保证流量泵的安装空间。

(3)流量传感器的安装成本较高。

发明内容

本发明旨在提供一种有利于提高测试精度的工程机械润滑油的监测装置。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种工程机械润滑油的监测装置，监测装置包括：

节流部件，被配置成与待监测的润滑油管路并联；

第一压力传感器，设在节流部件的进口端，以检测节流部件的进口端的实时油压P_1t；

第二压力传感器，设在节流部件的出口端，以检测节流部件的出口端的实时油压P_2t；

清洁度传感器，与节流部件连通，并被配置成检测时间T内流经节流部件的润滑油中的颗粒数量N，以及

处理器，与第一压力传感器、第二压力传感器和清洁度传感器分别信号连接，并被配置成根据节流部件的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算节流部件的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，

ΔP_t＝P_2t-P_1t，

Q＝∫₀ ^Tq_t·dt，

n＝N/Q。

在一些实施例中，

节流部件包括节流孔，节流孔的长度为L，节流孔的直径为d，其中L/d≥4,

监测装置还包括传感器组件，传感器组件包括被配置成监测流经节流部件的润滑油的粘度μ_t的粘度监测部件，粘度监测部件与处理器信号连接，

处理器被配置成按照以下公式计算实时流量q_t，

q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)。

其中μ_t为润滑油的实时粘度。

在一些实施例中，

节流部件包括节流孔，节流孔的长度为L，节流孔的直径为d，其中L/d≤0.5,

监测装置还包括传感器组件，传感器组件包括被配置成检测流经节流部件的润滑油的密度ρ_t的密度检测部件，密度检测部件与处理器信号连接，

处理器被配置成按照以下公式计算实时流量q_t，

q_t＝α*A*(ρ_t*ΔP_t/2)^1/2；

其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的实时密度。

在一些实施例中，监测装置还包括与节流部件连通的腔体，传感器组件安装在腔体上。

在一些实施例中，腔体沿润滑油的流动方向位于节流部件和清洁度传感器之间。

在一些实施例中，监测装置还包括安装在腔体上的水分传感器。

在一些实施例中，传感器组件还包括温度检测部件和/或介电常数检测部件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种工程机械润滑油的监测方法，该检测方法包括：

设置与待监测的润滑油管路并联的节流部件；

分别检测节流部件进口端的实时油压P_1t和出口端的实时油压P_2t；

检测时间T内流经节流部件的润滑油中的颗粒数量N；

根据节流部件的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算节流部件的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，

ΔP_t＝P_2t-P_1t，

Q＝∫₀ ^Tq_t·dt，

n＝N/Q。

在一些实施例中，

以节流孔作为节流部件，其中，节流孔的长度为L，节流孔的直径为d，若L/d≥4,则按照以下公式计算实时流量q_t，

q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)，

其中μ_t为润滑油的实时粘度。

在一些实施例中，

以节流孔作为节流部件，其中，节流孔的长度为L，节流孔的直径为d，若L/d≤0.5,则按照以下公式计算实时流量q_t，

q_t＝α*A*(ρ_t*ΔP_t/2)^1/2，

其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的实时密度。

应用本发明的技术方案，通过节流孔两端压力等参数实时计算流量，能够有效提高清洁度传感器的测试精度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的实施例的工程机械润滑油的监测装置的结构示意图；以及

图2示出了本发明的实施例的工程机械润滑油的监测装置的局部的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图2所示，工程机械润滑油的监测装置包括节流部件1、：第一压力传感器2、第二压力传感器3、清洁度传感器7和处理器。

节流部件1被配置成与待监测的润滑油管路并联。第一压力传感器2设在节流部件1的进口端，以检测节流部件1的进口端的实时油压P_1t。第二压力传感器3设在节流部件1的出口端，以检测节流部件1的出口端的实时油压P_2t。

清洁度传感器7与节流部件1连通，并被配置成检测时间T内流经节流部件1的润滑油中的颗粒数量N。处理器与第一压力传感器2、第二压力传感器3和清洁度传感器7分别信号连接，并被配置成根据节流部件1的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算节流部件1的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器7的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中ΔP_t＝P_2t-P_1t，Q＝∫₀ ^Tqt·dt，n＝N/Q。

清洁度传感器7用于检测润滑油内的颗粒的数量，可以检测一定时间内流经其的润滑油内颗粒的总数量N。

为了实现清洁度传感器7能够检测单位体积的润滑油内的颗粒的数量，，由于流量为单位时间内流过的润滑油的体积，因此，单位体积的润滑油内的颗粒的数量为单位时间内流过的润滑油内的颗粒的数量与流量的比值。

本实施例中，通过第一压力传感器2和第一压力传感器3检测到的节流部件1的出口端和进口端的压差计算流经清洁度传感器7的润滑油的量，利用清洁度传感器检测流经其的润滑油内的颗粒的总量，因此能够得到单位体积的润滑油内的颗粒的数量，相比于输入固定流量值，该方法对清洁度传感器7的检测结果进行了校正，有利于保证清洁度传感器的检测精度。

所述节流部件包括节流孔，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，其中L/d≥4。

所述监测装置还包括传感器组件5，所述传感器组件5包括被配置成监测流经所述节流部件1的润滑油的粘度μ_t的粘度监测部件，所述粘度监测部件与所述处理器信号连接。

所述处理器被配置成按照以下公式计算所述实时流量q_t，

q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)。

其中μ_t为润滑油的实时粘度。

进一步地，工程机械润滑油的监测装置工程机械液压系统先导管路进行连接，节流孔能够有效地降低测试管路内的润滑油流量，通过节流孔两端压差、节流孔孔长及孔径、润滑油动力粘度能够计算测试管路内的实时流量。

在另一些实施例中，所述节流部件包括节流孔，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，其中L/d≤0.5。

所述监测装置还包括传感器组件5，所述传感器组件5包括被配置成检测流经所述节流部件1的润滑油的密度ρ_t的密度检测部件，所述密度检测部件与所述处理器信号连接，

所述处理器被配置成按照以下公式计算所述实时流量q_t，

q_t＝α*A*(ρ_t*ΔP_t/2)^1/2；

其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的密度。

在一些实施例中，监测装置还包括与所述节流部件1连通的腔体4，所述传感器组件5安装在所述腔体4上。

所述腔体4沿润滑油的流动方向位于所述节流部件1和所述清洁度传感器7之间。腔体4的进口与节流部件1的出口端连通，腔体的出口与清洁度传感器7的进口连通。

在一些实施例中，监测装置还包括安装在所述腔体4上的水分传感器6。

在一些实施例中，所述传感器组件5还包括温度检测部件和/或介电常数检测部件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种工程机械润滑油的监测方法，该监测方法包括：

设置与待监测的润滑油管路并联的节流部件1；

分别检测节流部件1进口端的实时油压P_1t和出口端的实时油压P_2t；

检测时间T内流经节流部件1的润滑油中的颗粒数量N；

根据节流部件1的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算节流部件1的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器7的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，

ΔP_t＝P_2t-P_1t，

Q＝∫₀ ^Tq_t·dt，，

n＝N/Q。

在一些实施例中，以节流孔作为所述节流部件1，其中，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，若L/d≥4,则按照以下公式计算实时流量q_t，q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)，其中μ_t为润滑油的实时粘度。

若L/d≤0.5,则按照以下公式计算实时流量q_t，q_t＝α*A*(ρ*ΔP_t/2)^1/2，其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的实时密度。

以下以一个具体的案例说明被申请的技术方案：

润滑油在线监测装置通过并联方式与工程机械液压系统先导管路进行连接，润滑油经润滑油进口依次进入节流孔、传感器测试模块和清洁度传感器，通过润滑油出口与液压系统回油管路相连。

其中节流孔的孔长度为L，孔的直径为d，且L/d≥4，故所述节流孔属于细长孔，即润滑油流过节流孔时的压力损失主要是由油液粘性摩擦带来的沿程阻力损失，节流孔内液体的流动状态为层流，其流量计算公式可表达为：

q代表润滑油的流量，单位为m³/s；d代表节流孔的直径，单位为m；ΔP代表节流孔的两端压，单位为Pa；μ代表液体的动力粘度，单位为N*s/m²；L代表节流孔的长度，单位为m。

在节流孔的两端设置有压力传感器1和压力传感器2，节流孔入口压力记为P₁，出口压力记为P₂，故节流孔两端的压差ΔP可表达为：

ΔP＝P₂-P₁ (2)

传感器组件5、水分传感器6安装在腔体4上，其中传感器组件包括动力粘度监测部件、密度监测部件、温度检测部件和介电常数检测部件。

设在时间t时，第一压力传感器2和第二压力传感器3的压力读数分别为P_1t和P_2t，润滑油的动力粘度为μ_t，首先计算管路内的润滑油实时流量q_t：

又设清洁度传感器在测量周期T内测得经过传感器的颗粒数量总数为N，再计算时间T内通过清洁度传感器的润滑油总体积Q：

Q代表时间T内润滑油的体积，单位为m³；T代表清洁度传感器测量周期，单位为秒s。

最后转换为每毫升润滑油中的颗粒数量n：

在另一些实施例中，也可设计为薄壁节流孔，节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，其中L/d≤0.5，根据节流孔通流面积、润滑油密度、节流孔前后压差计算流量，计算公式为：

Q代表流量，单位为么m³/s；A代表节流孔的通流面积，单位m²；ΔP代表节流孔两端压差,单位为Pa；代表液体的密度，单位为kg/m³；α代表流量系数(根据节流孔形式及雷诺数Re选择)。

本发明技术方案带来的有益效果

(1)本发明的润滑油在线监测装置和方法能够根据实际工况对传感器流量进行校正，通过节流孔两端压力、润滑油粘度、节流孔尺寸参数实时计算流量，能够有效提高清洁度传感器的测试精度。

(2)本发明的润滑油在线监测装置和液压系统先导管路并联安装，能够保证液压系统的先导压力不受影响，同时节流孔的设计能够降低测试回路内的润滑油流量，提高四合一传感器和水分传感器的测试精度。

(3)本发明的润滑油在线监测装置能够适应工程机械等移动型设备，降低润滑油在线监测装置的安装成本

以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工程机械润滑油的监测装置，其特征在于，包括：

节流部件(1)，被配置成与待监测的润滑油管路并联；

第一压力传感器(2)，设在所述节流部件(1)的进口端，以检测所述节流部件(1)的进口端的实时油压P_1t；

第二压力传感器(3)，设在所述节流部件(1)的出口端，以检测所述节流部件(1)的出口端的实时油压P_2t；

清洁度传感器(7)，与所述节流部件(1)连通，并被配置成检测时间T内流经所述节流部件(1)的润滑油中的颗粒数量N，以及

处理器，与所述第一压力传感器(2)、所述第二压力传感器(3)和所述清洁度传感器(7)分别信号连接，并被配置成根据所述节流部件(1)的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算所述节流部件(1)的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过所述清洁度传感器(7)的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，

ΔP_t＝P_2t-P_1t，

n＝N/Q，

所述节流部件包括节流孔，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，其中L/d≥4,

所述监测装置还包括传感器组件(5)，所述传感器组件(5)包括被配置成监测流经所述节流部件(1)的润滑油的粘度μ_t的粘度监测部件，所述粘度监测部件与所述处理器信号连接，

所述处理器被配置成按照以下公式计算所述实时流量q_t，

q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)，

其中μ_t为润滑油的实时粘度。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，

所述节流部件包括节流孔，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，其中L/d≤0.5，

所述监测装置还包括传感器组件(5)，所述传感器组件(5)包括被配置成检测流经所述节流部件(1)的润滑油的密度ρ_t的密度监测部件，所述密度监测部件与所述处理器信号连接，

所述处理器被配置成按照以下公式计算所述实时流量q_t，

q_t＝α*A*(ρ_t*ΔP_t/2)^1/2；

其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的实时密度。

3.根据权利要求1或2所述的监测装置，其特征在于，还包括与所述节流部件(1)连通的腔体(4)，所述传感器组件(5)安装在所述腔体(4)上。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述腔体(4)沿润滑油的流动方向位于所述节流部件(1)和所述清洁度传感器(7)之间。

5.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，还包括安装在所述腔体(4)上的水分传感器(6)。

6.根据权利要求1或2所述的监测装置，其特征在于，所述传感器组件(5)还包括温度检测部件和/或介电常数检测部件。

7.一种工程机械润滑油的监测方法，其特征在于，包括：

设置与待监测的润滑油管路并联的节流部件(1)；

分别检测所述节流部件(1)进口端的实时油压P_1t和出口端的实时油压P_2t；

检测时间T内流经所述节流部件(1)的润滑油中的颗粒数量N；

根据所述节流部件(1)的出口端和进口端的实时压差ΔP_t计算所述节流部件(1)的润滑油的实时流量q_t、时间T内经过清洁度传感器(7)的润滑油的总体积Q和单位体积的润滑油内的颗粒数量n，其中，ΔP_t＝P_2t-P_1t，

n＝N/Q，

以节流孔作为所述节流部件(1)，其中，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，若L/d≥4,则按照以下公式计算实时流量q_t，q_t＝(πd⁴ΔP_t)/(128μ_tL)，

其中μ_t为润滑油的实时粘度。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，

以节流孔作为所述节流部件(1)，其中，所述节流孔的长度为L，所述节流孔的直径为d，若L/d≤0.5,则按照以下公式计算实时流量q_t，

q_t＝α*A*(ρ_t*ΔP_t/2)^1/2，

其中，α为流量系数；A为节流孔的流通面积；ρ_t为润滑油的实时密度。

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