MX2011004377A - Sistemas y métodos de diagnostico y respuesta para sistemas hidráulicos. - Google Patents

Abstract

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Description

SISTEMAS Y METODOS DE DIAGNOSTICO Y RESPUESTA PARA SISTEMAS HIDRAULICOS Esta solicitud reclama prioridad a la Solicitud de Patente presentada previamente con Números de Serie 12/290,171 y 12/290,173 con el mismo titulo, presentada el 28 de octubre de 2008, ambas de las cuales se incorporan en el presente por referencia .

Esta invención se refiere en lo general a sistemas y componentes para sistemas hidráulicos, más particularmente al monitoreo y mantenimiento de estos sistemas y específicamente a los sistemas y métodos de diagnóstico y respuesta para sistemas hidráulicos y sus componentes, tales como mangueras.

El objetivo principal de los sistemas de diagnóstico modernos es usar tecnología y software de detección para leer e interpretar los eventos mundiales reales y comunicar los datos para alertar a los usuarios acerca de situaciones que pueden requerir alguna forma de intervención. Los sistemas de diagnóstico son fundamentales para el desempeño y longevidad de los equipos en las industrias automotrices, transportadoras de flotas y espaciales. Los sistemas de diagnóstico que comunican información acerca de advertencia de fallas son bien conocidos en varias industrias, tales como la industria automotriz, la industria de campos petrolíferos, la industria de transportación ferroviaria y la industria camionera. En contraste, los componentes de equipos hidráulicos o de energía de fluido, y particularmente las mangueras hidráulicas son componentes reemplazables que dan poca o ninguna advertencia acerca de falla inminente por lo que no existen medios confiables de detección de fallas inminentes. Las fallas en los sistemas hidráulicos, particularmente fallas en las mangueras, pueden llevar a tiempo improductivo costoso, fuga de aceite y pérdida de ingresos y retratos en proyectos.

Un daño acumulativo es una medida ampliamente entendida en la industria hidráulica usada para la estimación de vida de una manguera. Existe la fórmula del daño acumulativo para diseñar sistemas hidráulicos y un ejemplo se especifica en SAE J1927. Esta fórmula estima el daño acumulativo de una manguera con base en el historial de exposición al impulso de la presión. Sin embargo, el objetivo principal de SAE J1927 es proporcionar al analista de sistemas hidráulicos un procedimiento que lo ayudará en la selección y uso de montajes de mangueras hidráulicas de alta presión reforzadas con alambre. Por consiguiente, SAE J1927 u otras metodologías no pueden proveer un medio para diagnosticar y responder a daños adicionales y fallas al sistema hidráulico en tiempo real.

Esta invención está dirigida a sistemas y métodos que son capaces de indicar un problema potencial en sistemas hidráulicos en una máquina antes de que ocurra, comunicar la información, y en ciertas incorporaciones proveen un servicio de respuesta directa a la máquina, por lo tanto cierran un circuito de diagnóstico y respuesta en tiempo real. En particular, las incorporaciones de esta invención emplean un algoritmo de predicción para determinar cuándo la vida de la manguera está a punto de terminar. Estas incorporaciones transmiten la información junto con la especificación del vehículo, los detalles del sistema y la posición del vehículo. Posteriormente, se comunica la información a través de un canal predeterminado, el cual a su vez precipita una respuesta al sitio de la falla potencial (por ej . por medio de una camioneta de servicio) para arreglar el problema antes de que ocurra una falla y tiempo improductivo debido a una avería.

Por lo tanto, una diferencia clave entre los sistemas y métodos actuales y los sistemas de diagnóstico empleados en otras industrias es que los sistemas y métodos actuales comunican fallas potenciales en el sistema hidráulico y, cuando sea apropiado, la ubicación del vehiculo/equipo . Los sistemas y métodos actuales también analizan datos para organizar una respuesta adecuada de servicio con las refacciones apropiadas para encargarse de las fallas potenciales antes de que ocurran.

Las incorporaciones de un sistema de diagnóstico y respuesta, de acuerdo con esta invención, pueden comprender: equipo de diagnóstico a bordo para monitorear parámetros y advertencia de falla potencial en el sistema hidráulico; un sistema de comunicación que transmite esta información a un lugar central como una estación/servidor; esta red se basa en una estación o similar que difunde la aplicación de información especifica y prepara una respuesta adecuada; y una red de respuesta capaz de proveer el servicio necesario en el sitio, como el reemplazo de una manguera o componente, antes de que un problema potencial ocasione tiempo improductivo de la máquina.

El diagnóstico móvil es un campo que crece rápidamente y, a través del uso de estos sistemas y métodos, se puede muy bien aplicar tanto a los sistemas hidráulicos móviles como estacionarios incluyendo equipos de construcción, equipos agrícolas, equipos industriales estacionarios y equipos petroleros, gaseros y mineros .

Esta invención aprovecha la tecnología de diagnóstico y comunicación para su uso en sistemas hidráulicos. La introducción de sistemas de diagnóstico y comunicación en sistemas hidráulicos ofrece muchas oportunidades para los fabricantes y proveedores de mangueras y accesorios hidráulicos, asi como a los usuarios finales de equipo móvil hidráulico.

Con grades ventajas, estos sistemas y métodos de diagnóstico y comunicación permiten que un fabricante o proveedor de mangueras y accesorios: redefina su enfoque para sus redes de distribución y genere fuentes de ingresos; entienda mejor el uso operativo de sus productos; obtenga datos del uso que se puedan interpretar para proporcionar una mejor cobertura de la garantía; identifique si un producto ha sido usado fuera de sus parámetros designados, mediante lo cual se invalide la cobertura de la garantía; proporcione información y conocimiento del mercado lo que llevará a nuevos y mejores productos; mejore su conocimiento de las pruebas de las mangueras y el campo de uso; correlacione las pruebas de laboratorio con la vida útil; proporcione información para mejorar el rendimiento del equipo; y/o defina mejor las especificaciones del producto con base en un desempeño real medido .

Como ventajas adicionales, estos sistemas y métodos pueden permitir que un fabricante o proveedor de equipos: emplee indicadores de servicio para los sistemas hidráulicos y le permitan ofrecer una mejor indicación de la vida útil a los clientes finales; monitoree los sistemas y productos después de que han sido despachados a los usuarios finales, permitiéndole, entre otras cosas, la identificación del uso del equipo fuera de los parámetros del diseño lo que anularía la garantía; ofrezca un mejor rendimiento del equipo y cobertura de la garantía; y ofrezca un servicio rápido de respuesta para reemplazos para aplicaciones de campo; y mejore diseños y vida útil.

De preferencia, esta invención permitirá a los usuarios finales del equipo que: programen un servicio apropiado y actividades de mantenimiento preventivo de una manera oportuna; evite descomposturas costosas en el sitio; monitoreen el desempeño de sus flotas, máquinas y operadores; evalúen mejor sus inventarios críticos de partes de repuesto; y mejoren la utilización de las máquinas.

Las incorporaciones de estos sistemas de diagnóstico para sistemas hidráulicos podrían emplear una pluralidad de unidades de detección de la presión y temperatura, cada una colocada en un área diferente de un sistema hidráulico, y cada una de estas unidades de preferencia monitorean cada, .manguera o varias mangueras en el área en que está colocada. Una unidad de control programada con información que identifica cada manguera que se está monitoreando de preferencia aplica un algoritmo de daño acumulativo para las mangueras identificadas usando las presiones y temperaturas monitoreadas y advierte las presiones o temperaturas fuera de especificación o daño a la manguera de acuerdo con el algoritmo. Con este propósito, la unidad de control aplica continuamente el algoritmo de daño acumulativo usando las presiones y temperaturas monitoreadas para estimar la vida útil de la manguera en cuestión y advierte cuando se está acercando a su expectativa de vida útil.

De preferencia la unidad de control se programa previamente con un número de variables para cada manguera. Estas variables pudieran incluir una presión de ruptura para una manguera particular, una presión operativa y el ciclo de vida a esa presión para esa manguera, una temperatura operativa estipulada y/o máxima para esa manguera, una alarma para la temperatura para esa manguera, y/o la ubicación de la manguera en el sistema hidráulico. De preferencia, el daño calculado por el algoritmo con base en la presión pico relativa se puede modificar o el daño calculado con base en la temperatura se puede modificar, como para una aplicación o condiciones ambientales. También, o alternativamente, el algoritmo varía de acuerdo con la información que identifica una manguera que está siendo monitoreada.

Por lo tanto, en operación, las incorporaciones de estos métodos de diagnóstico para sistemas hidráulicos podrían llevar a cabo los pasos de monitorear las presiones máximas y mínimas en un circuito de un sistema hidráulico y medir las temperaturas del fluido en dicho sistema hidráulico. Se calcula el daño a cada una de las mangueras . en .. el sistema hidráulico provocado por cada presión máxima, al menos con base en parte en la magnitud relativa de la presión máxima y la temperatura del fluido en cada manguera. En particular, los cálculos del daño a una manguera provocado por cada presión máxima se pueden basar por lo menos en parte en la magnitud relativa de la presión máxima, así como en la temperatura del fluido en la manguera al momento de la presión máxima. Estos cálculos también pueden tomar en cuenta el grado de flexión de la manguera, el tiempo de servicio, las condiciones de la aplicación bajo las cuales se usa la manguera, tales como la temperatura ambiente y/o los niveles de ozono y/o factores similares. Estos cálculos también pueden variar de acuerdo con la manguera que se está monitoreando . De preferencia, el daño calculado se acumula para estimar cuanta vida de la manguera se ha utilizado. Por consiguiente, el monitoreo y medición continúan para desarrollar la estimación de cuanta vida de la manguera se ha utilizado. Posteriormente, se puede emitir una advertencia de una condición de servicio o condición fuera de especificación para el sistema hidráulico o un componente de este sistema. Esta condición fuera de especificación puede ser sobre la presión, sobre la temperatura o la expiración de la vida útil de la manguera. También, en caso de una falla de la unidad de control o falla de uno o más de los sensores, se podría emitir una advertencia para el sistema. Alternativa o adicionalmente, se puede conectar un dispositivo basado en un procesador de uso general a la unidad de control para recabar información con respecto a una advertencia, una condición del diagnóstico o de los sistemas hidráulicos y/o la operación de los sistemas de diagnóstico o hidráulicos.

Una advertencia pudiera tener la forma de una advertencia visual, como una o más luces de advertencia. Esta advertencia podría incorporar el destello de las luces de advertencia en secuencias predeterminadas,... indicando una o más de. las. condiciones., de servicio o condiciones de fuera de especificación para el sistema hidráulico o un componente de dicho sistema. Sin embargo, de preferencia, estos sistemas y métodos comunican la advertencia a un lugar central, distante del sistema hidráulico.

Por lo tanto, en operación un componente del sistema de diagnóstico y respuesta podría emplear el algoritmo de predicción antes mencionado para determinar cuando dicho componente está cerca del final de su vida útil o que ha fallada y transmitir la información acerca del componente junto con las especificaciones, los detalles del sistema hidráulico y/o la posición en tierra del equipo que lleva montado el sistema hidráulico a un lugar central. A su vez, la información puede ser comunicada desde el lugar central a través de un canal predeterminado, a una unidad de respuesta o unidad similar, para responder a la información para reemplazar el componente del sistema hidráulico, de preferencia antes de la falla de dicho sistema debido a la falla de dicho componente. Estos sistemas y métodos también pueden transmitir la información antes mencionada y la ubicación cuando un componente ha fallado. En tal caso, la respuesta comprendería reemplazar el componente para que el sistema hidráulico regrese a su operación plena/normal .

Alternativamente, la información y la posición pueden ser comunicadas a un proveedor del componente, a través de un canal de comunicación predeterminado, el cual a su vez manejaría la respuesta. La respuesta también puede llevarse a cabo por una unidad de respuesta equipada con componentes de reemplaza y personal de reparación y mantenimiento, respondiendo al lugar y manteniendo el sistema hidráulico reemplazado el componente antes de que el sistema falle debido a la falla del componente. Por lo tanto, la información y la., posición se pueden comunicar a .un proveedor de componentes de sistemas hidráulicos, a través de un canal de comunicación predeterminado y un vehículo de respuesta equipado con componentes de reemplazo proporcionados por dicho proveedor y personal de reparación o mantenimiento que sería empleado para responder a la advertencia.

Por consiguiente, las incorporaciones de un método para llevar a cabo esta invención comprende adquirir datos de los sensores de presión y temperatura colocados en un sistema hidráulico, analizar los datos en un algoritmo de falla para integrar un historial de daño acumulativo de las mangueras en el sistema hidráulico, comunicar una indicación de falla potencial inminente de la manguera a un lugar central cuando un nivel del daño acumulativo indica una falla inminente de una manguera en el sistema hidráulico, analizar la información en el lugar central para determinar una respuesta apropiada y transmitir por medio de una red de respuesta la información acerca del sistema hidráulico incluyendo la ubicación de dicho sistema y la identificación de la manguera próxima a fallar a una unidad de respuesta. La incorporación de este método también puede incluir de preferencia la unidad de respuesta que responda a la ubicación y mantenimiento del sistema hidráulico reemplazando el componente antes de que falle, o la comunicación podría incluir información de que la manguera ha fallado y el método además podría comprender reemplazar la manguera que falló para que el sistema hidráulico vuelva a su operación normal.

Lo anterior ha delineado con bastante amplitud las características y ventajas técnicas de esta invención para que la descripción detallada de la misma que sigue a continuación se pueda entender mejor. Más adelante se describirán características y ventajas de la invención, las . cuales forman el objeto de las reivindicaciones de la misma. Los expertos en la técnica podrán apreciar que la concepción y la incorporación específica descritas se pueden utilizar fácilmente como una base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo el mismo propósito de esta invención. Los expertos en la técnica también podrán darse cuenta que dichas construcciones equivalentes no se apartan del espíritu y alcance de la invención como se establece en las reivindicaciones que se adjuntan. Los atributos novedosos que se cree son característicos de la invención, tanto con respecto a su organización como a su método de operación, junto con objetivos y ventajas adiciones se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción cuando se considera con respecto a las figuras que se acompañan. Debe quedar expresamente entendido, sin embargo, que se proporciona cada una de las figuras para efectos de ilustración y descripción solamente y no se pretende que sean una definición de los límites de esta invención.

Los dibujos que se acompañan y que forman parte de la especificación en los que números iguales designan partes iguales , ilustran incorporaciones de esta invención y j unto con una descripción, sirven para explicar los principios de la misma. En los dibujos: La FIGURA 1 es una ilustración esquematizada de una incorporación de un sistema de diagnóstico y respuesta para un sistema hidráulico; La FIGURA 2 es una ilustración esquematizada de una incorporación de un sistema de diagnóstico y respuesta para un sistema hidráulico; La FIGURA 3 es un diagrama de flujo de un método, para el diagnóstico de un sistema hidráulico de acuerdo con esta invención; La FIGURA 4 es un diagrama de flujo que incluye una incorporación de un algoritmo de daño de una manguera hidráulica que se puede emplear de acuerdo con estos sistemas y métodos; La FIGURA 5 es un diagrama del flujo de datos en incorporaciones de este sistema para su uso en varias incorporaciones de este algoritmo; y La FIGURA 6 es un diagrama de flujo de un método para diagnóstico y respuesta del sistema hidráulico de acuerdo con esta invención.

En la Figura 1, se ilustra una incorporación de un sistema de diagnóstico y respuesta para un sistema hidráulico. El sistema 100 de preferencia emplea un sistema de diagnóstico, como la incorporación 200 del sistema de diagnóstico para el sistema hidráulico ilustrada en la Figura 2. De preferencia, los sistemas 100 y 200 un algoritmo de predicción 201 para indicar cuando un componente del sistema hidráulico, como una o más mangueras están cerca del fin de su vida útil. Varias incorporaciones de los sistemas 100 y 200 como las ilustradas en las Figuras 1 y 2, emplean el modem 203 para transmitir información acerca del estado de la manguera, junto con varias especificaciones del vehiculo/equipo, como el tipo de máquina, un identificador de la máquina y/o varios detalles del sistema hidráulico, y/o la posición de la máquina con respecto al lugar central como el servidor ilustrado 105, a través de un medio como por ejemplo un medio de comunicación inalámbrica 110, como el enlace por satélite ilustrado. Sin embargo, se puede emplear cualquier enlace inalámbrico como un teléfono inalámbrico convencional, una . red de servicio de mensajes de texto y el servicio general de radio por paquetes (GPRS) , una red Wi-Fi, incluyendo una red poligonal Wi-Fi y/o aditamentos similares. Además, esta información puede transferirse usando mecanismos directos como ' los sistemas alámbricos de comunicación. Un ejemplo pudiera ser una red de área local (LAN) que comunica información acerca de un sistema hidráulico estacionario a una computadora conectada, o similar. El servidor 105 de preferencia ha sido previamente programado con información especifica acerca del sistema hidráulico en cuestión 112, como el tipo de máquina que tiene montado el sistema hidráulico, información del dueño, posición general y número de seria de los sensores y tipo y tamaño de las mangueras que se están monitoreando, etc. Se puede transmitir la información como la antes mencionada del tipo de máquina y su ubicación, junto con identificación de una parte de repuesto recomendada (manguera) y procedimientos para el servicio desde el lugar central 105 a la red de respuesta 113 que pudiera comprender una red de distribuidores de componentes o algo similar. Esta comunicación se puede realizar por un enlace dedicado o por cualquier otra clase de medio de comunicación, como Internet, un sistema telefónico alámbrico o inalámbrico, o sistema similar. La red de respuesta 113 de preferencia despacha o dirige el vehículo de servicio 115 (o algo similar) con las partes de repuesto apropiadas al lugar especificado, con instrucciones apropiadas de reparación, de preferencia antes que el componente (manguera) en cuestión falle, mediante lo cual se evita tiempo improductivo y otros problemas relacionados con la falla.

El sistema de diagnóstico 200 mide la magnitud de la presión y la temperatura dentro de las mangueras hidráulicas, calcula el daño y el porcentaje de vida estimada usada de las mangueras y reporta los resultados por medio . de un canal de comunicación como .el enlace satelital 110, enlace de comunicación inalámbrica, etc. El fluido hidráulico y las temperaturas ambientes del aire también se puede medir y reportar. La función primordial del sistema 200 es estimar el fin de la vida útil de una manguera, en tiempo real, permitiendo reemplazarla antes que ocurra una falla. De preferencia, el sistema 200 emplea un algoritmo de daño acumulado 201 de la manera que se describe en el diagrama de flujo en las Figuras 4 y/o 5 y comprende una pluralidad de unidades de sensores de presión y/o temperatura 211-214. En la Figura 2 se muestran cuatro sensores; sin embargo, el experto en la técnica apreciará que de acuerdo con esta invención estos sistemas y métodos pueden emplear cualquier número de sensores, menos de cuatro o ciertamente más de cuatro. De preferencia, cada unidad de sensores está colocada en un área diferente del sistema hidráulico, lo que permitirá que cada sensor pueda monitorear el desempeño de varios componentes, como varias mangueras. El sistema de diagnóstico 220 de preferencia también incluye una unidad electrónica de control (ECU) 220 programada con información que identifica cada una de las mangueras que se están monitoreando . De preferencia la unidad electrónica de control aplica un algoritmo de daño de la manguera 201 para cada una de las mangueras identificadas usando presiones y temperaturas monitoreadas . La unidad 220 implementa el algoritmo de daño acumulativo 201 y emite una advertencia de presiones o temperaturas (excesivas) fuera de especificación, el daño de la manguera, la expiración de su vida útil u otros datos similares, de acuerdo con el algoritmo 201 para cada una de las mangueras. De preferencia la unidad 220 también advierte la falla a la propia unidad y/o la falla de uno o más de los sensores 201.

Varias incorporaciones del sistema de diagnóstico 200 proveen una interfaz, como una interfaz de comunicaciones en serie 225 para conectar un dispositivo de. uso general..basado en un procesador, como una computadora personal o laptop, al sistema 200 para recabar información respecto de una advertencia y/o para diagnosticar o monitorear en lo general la operación del sistema hidráulico en cuestión y/o diagnosticar el propio sistema 200. Adicionalmente, se puede usar el puerto 225 para ingresar las aportaciones programadas del usuario, como se discute a continuación con respecto a las Figuras 4 y/o 5, usando el dispositivo antes mencionado, o uno similar.

Como se observó anteriormente, el sistema de diagnóstico 200 de preferencia también incluye, o por lo menos está asociado con un modem 203 que se puede usar para comunicar no solamente advertencias acerca del equipo o su ubicación, como la que se puede derivar por el módulo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) 227, u otros medios de localización, como cualquier número de sistemas y métodos de triangulación como se discutió anteriormente. Esta información se puede usar para proporcionar una respuesta de reparación preventiva como se discutió antes. Adicionalmente, las advertencias se pueden comunicar usando luces de advertencia 230 u otro mecanismo visual o auditivo, como una pantalla de visualización . Por ejemplo, la advertencia podría incorporar luz o luces destellantes 230 en secuencias predeterminadas, indicando una o más condiciones particulares de servicio o una condición o condiciones de fuera de especificación para el sistema hidráulico 112 o un componente de dicho sistema.

La Figura 3 es un diagrama de flujo del método 300 para implementar el sistema de diagnóstico 200. El método 300 se puede implementar por un sistema como el ilustrado en la Figura 2 y discutido anteriormente. El método 300 incluye los pasos de monitorear y medir mediante un muestreo de las salidas de los sensores 211-214, las presiones máximas ..y .mínimas y la temperatura del fluido. Para realizar este monitoreo y medición el muestreo se lleva a cabo a una frecuencia lo suficientemente alta para asegurar que todos los datos relevantes se están midiendo con exactitud, por ejemplo a una frecuencia suficiente para captar cada presión máxima y mínima que ocurre en el sistema hidráulico. Como se discutió con anterioridad, se facilita este monitoreo y medición colocando los sensores en una pluralidad de lugares más o menos centrales asociados con al menos una manguera y de preferencia con varias mangueras. En 303 se calcula el daño a cada manguera en el sistema hidráulico ocasionado por cada presión máxima. De preferencia este cálculo se basa, al menos en parte, en la magnitud relativa de la presión máxima y la temperatura del fluido en la manguera en cuestión. Como se mencionó anteriormente y se discute con mayor detalle a continuación, este cálculo emplea un algoritmo de daño acumulativo de la manguera, de la manera que se describe en las Figuras 4 y/o 5. De acuerdo con el método 300 el sistema puede continuar en 305 monitoreando y midiendo las presiones máximas y la temperatura, para que el algoritmo pueda desarrollar un estimado de cuánta vida le queda a cada manguera particular. Cuando el algoritmo determina que existe una condición de servicio, que un componente está operando fuera de especificación, o que la falla de un componente es inminente, se emite una advertencia en 310. Como se discutió antes y a continuación con mayor detalle, la advertencia se puede emitir a un lugar central, que puede ser parte de un sistema de diagnóstico y respuesta 100. Ahi, se puede formular una respuesta de acuerdo con estos sistemas y métodos. Adicional o alternativamente, la advertencia puede ser comunicada a un operador del equipo, por ejemplo por medio de luces indicadoras de alarma 230, que se muestran en la Figura 2. De acuerdo con estos sistemas y métodos la advertencia puede ser emitida a una PC o PDA conectada, transmitida a. un celular por. medio de un bus .CAN de la máquina que cuenta con el sistema hidráulico, o de cualquiera otra manera apropiada. De preferencia, aún en ausencia de un evento de alerta, los datos del algoritmo de diagnóstico, más otra información importante como la posición de la máquina, el número de serie de la máquina, información concerniente a la salud de los sensores, el cableado y la unidad electrónica de control a la cual están fijados los sensores, y la ubicación de los sensores, se transmite periódicamente por medio del sistema de comunicación al servidor.

Una incorporación del algoritmo de daño acumulativo 201 se describe en el diagrama de flujo en la Figura 4. Como se observó antes, el daño acumulativo es una manera ampliamente entendida en la industria para estimar la vida de una manguera. Las fórmulas del daño acumulativo existen y se especifican en SAE J1927. Estas fórmulas estiman el daño acumulativo de una manguera con base en el historial de exposición a impulsos de la presión. Este historial rastrea las variaciones orientadas al tiempo de la presión interna en un sistema hidráulico (montaje de mangueras). Se puede tabular enumerando una secuencia de máximos y mínimos relativos de los datos de la presión versus el tiempo. A los máximos y mínimos significativos se les llama picos y valles. Un pico es definido como un máximo precedido y seguido por un mínimo menor al pico mediante una cantidad especificada de umbral (presión diferencial) . Un valle se define como el mínimo menor entre los picos significativos. Es posible que los picos sean menores que las depresiones en los casos donde no están adyacentes. De igual manera, los valles podrían ser mayores que los picos no adyacentes. El umbral (presión diferencial) es la magnitud de diferencia en las presiones (presión diferencial) entre un máximo y un mínimo adyacente en un historial que es considerado significativo. Este umbral (presión diferencial) se selecciona y es típicamente por lo menos ..35%. de la presión establecida para la manguera. Si la presión diferencial antes y después de un máximo es igual o mayor que el umbral, entonces ese máximo se define como un pico en el historial de la presión. Por tanto, habiendo definido la presión pico, SAE J1927 emplea las fórmulas que estiman el daño acumulativo con base en una presión desde cero a pico.

SAE J1927 propone un método para evaluar la vida de la manguera con base en las curvas P-N y el historial de la presión, aunque tiene limitaciones en que asume que todos los picos regresan a cero, lo que raramente es el caso, resultando en sobreestimar la acumulación del daño. El presente algoritmo tiene la capacidad de estimar el daño para todas las desviaciones de picos de presión que ocurran, particularmente para los picos relativos donde el mínimo es mayor a cero. SAE J1927 ignora no solamente la presión base del sistema hidráulico, sino que también los aspectos fundamentalmente críticos de variación de la temperatura en la vida de la manguera y las condiciones de la aplicación tales como la severidad de la flexión y deformación por torsión de la manguera, las condiciones externas de calor, ozono, etc. Como se observó, el propósito de SAE J1927 es "proveer un especialidad en sistema hidráulico con un procedimiento que ayudará en la selección y uso de manguera hidráulica de alta presión reforzada con alambre". Busca proveer un medio para predecir la vida de la manguera para efectos de diseño de equipo y por necesidad esta predicción asume que las condiciones del sistema continuarán durante toda la vida de la máquina, lo que claramente no es necesariamente el caso debido que los cambios impredecibles en el mundo real en los ciclos de trabajo. A la inversa, el propósito del presente algoritmo es proveer una indicación en tiempo real de la cantidad de vida usada de la manguera con base en las condiciones . operativas reales durante toda la vida de la máquina.

En tanto que SAE J1927 reconoce que no se han considerado "otros factores" como la exposición a largo plazo a limites extremo o a altos niveles de temperatura interna, podrían afectar la vida global del montaje de mangueras, la temperatura "para todo efecto" en el procedimiento de análisis de daño acumulativo de SAE J1927. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, se ha determinado que la temperatura del fluido, aún elevada en niveles moderados, puede tener un efecto en la vida de la manguera en un sistema hidráulico con el tiempo. Por ejemplo, se ha derivado empíricamente en el desarrollo de esta invención, hablando generalmente, que el daño a una manguera aumenta en lo que aumenta la temperatura del fluido. Por consiguiente, mientras que de acuerdo con los presentes sistemas y métodos la fórmula SAE J1927 de daño acumulativo se puede ver como un punto de inicio para estos sistemas y métodos de diagnóstico y respuesta para usarse en sistemas hidráulicos, SAE J1927 hace presunciones erróneas acerca de la integridad del producto y los efectos relativos de diferenciar tipos de evento dañino. El algoritmo para daño acumulativo usado por los presentes sistemas y métodos se basa en datos estadísticos de las pruebas e incorpora factores no considerados en las fórmulas SAE. Estos factores, en adición a eventos de presión significativos, incluyen la temperatura del aceite, información de la aplicación como flexión, el tiempo que las mangueras se han instalado, sobrepresión, sobretemperatura, temperatura ambiente, niveles anticipados de ozono y/o factores similares .

Para predecir la vida de la manguera de acuerdo con esta invención, se definen previamente varias variables, como en la instalación. Los presentes sistemas y métodos calculan el daño acumulativo independientemente para cada manguera en. un sistema hidráulico. Por tanto, cuando se instala el sistema, el ECU de preferencia se programa con información relativa a las mangueras que está monitoreando y para aplicar el algoritmo correcto para cada manguera que se está monitoreando. Para estimar el final de vida en forma confiable, se emplean mediciones en tiempo real de la presión y temperatura junto con la información de la instalación. Las variables que se pueden definir al momento de la instalación podrían incluir, para cada manguera en particular: una temperatura operativa máxima; un punto de impulso, el cual se puede expresar en un porcentaje de presión operativa o máxima; un punto de estalle, el cual también se puede expresar en un porcentaje de presión operativa o máxima; el número de ciclos de la presión hasta la falla; especificaciones de la presión; un umbral pico; la flexión a la que la manguera está sujeta en la instalación; una curva de respuesta de temperatura; y variables similares : La Figura 4 es un diagrama de flujo que incluye una incorporación del algoritmo de daño de una manguera 201 que se puede emplear con las incorporaciones 400 que se ilustran de estos métodos. Los datos 401 programados por el usuario empleados por estos sistemas y métodos pueden incluir: presión máxima especificada (Pm) 403 para cada manguera: el umbral 405 que indicaría un pico de presión para una manguera particular, usualmente derivado de un por ciento de la presión especificada para una manguera; la temperatura máxima especificada Tm 407 para cada manguera; la curva de respuesta de la temperatura 409 para cada manguera; variables adicionales 411, como los datos específicos de la aplicación como la cantidad de flexión a la que una manguera está sujeta durante la operación del sistema hidráulico en cuestión; disparador de advertencia ( T) 413, que se puede basar en un porciento de la vida útil .de una manguera que se ha usado;, y .el límite de tiempo de la instalación (TL) 415, un límite basado en la vida útil de una manguera que se puede basar solamente en la edad de la manguera. Se pueden ingresar los datos programados por el usuario 410 usando el puerto 225, o uno similar, empleado un dispositivo de uso general basado en un procesador o herramienta similar. Los datos de entrada de los sensores 420 empleados por los presentes sistemas y métodos pueden incluir presión instantánea (P) 422 y temperatura instantánea (T) 424, que se pueden recabar de los sensores 211-214 o similares. Estos sensores pueden proporcionar también datos de entrada adicionales 425, como la temperatura ambiente.

En operación, un mensaje de advertencia se puede emitir en 430 cuando se determina en 431 que la presión instantánea 422 ha excedido la presión máxima especificada 403 para una manguera. En forma similar, un mensaje de advertencia se puede emitir en 430 cuando se determina en 432 que la temperatura instantánea 424 ha excedido la temperatura máxima especificada de la manguera 407.

La incorporación del algoritmo 201 descrito en la Figura 4 se puede describir generalmente que abarca los pasos 441-426, para emitir una advertencia en 430. Como se mostró, la presión instantánea medida 422 y la presión umbral de entrada 403 se usan en 441 para detectar picos de presión relativos significativos. Los picos de presión relativos significativos detectados se usan en 442. para calcular el daño a la manguera, para cada pico relativo, usando una curva P-N para la manguera en cuestión. En 433, este cálculo del daño se puede modificar con base en la temperatura instantánea 424, aplicada al cálculo de acuerdo con la curva de respuesta de temperatura 409. Opcionalmente, en 444, el cálculo modificado se puede modificar adicionalmente mediante otra entrada de .datos, como, un factor de aplicación 411 (es. decir, la flexión) y/o las condiciones ambientes, como la temperatura o niveles de ozono. El daño calculado modificado se suma con el daño calculado anteriormente para una manguera particular en 445, y se almacena. En 446 este daño sumado se compara con el disparador de advertencia 413. Si el daño sumado para una manguera particular excede el disparador de advertencia entonces se emite un mensaje de advertencia en 430.

En 450 se hace una determinación de si se ha excedido el limite de edad 415 para la manguera particular. Si es el caso, se emite un mensaje de advertencia. Si no se ha excedido el umbral del disparador de advertencia de daño 413, ni el limite de vida de instalación 415, en 446 y 450, respectivamente, en 455 se puede emitir un mensaje normal que reporta daño acumulativo y las lecturas del sensor y los cálculos de daño acumulativo pueden regresar al paso 441.

La Figura 5 es un diagrama más detallado del flujo de datos en incorporaciones de este sistema para su uso por varias incorporaciones del presente algoritmo. En 501 los datos de entrada del usuario, como información de la curva P-N, información de la manguera, umbral pico, etc. son datos de entrada al ECU para su empleo en los cálculos del daño acumulativo en 503. También de preferencia, estos datos de entrada del usuario se envían a 505 a un depósito central de datos, como un servidor central 220. Los datos de entrada del usuario se pueden enviar al servidor central en 505 al inicio, o como parte de una actualización de la información, como una actualización periódica o cuando se reemplaza una manguera.

En 510 se mide la presión, por medio de los sensores 211-214. En 512 se hace .una... determinación, de preferencia po.r el ECU que . usa una presión muestreada de la medición en 510, con respecto a si se detecta una presión pico. Si se ha detectado una presión pico en 512, este pico de presión, y posiblemente su duración, se provee como un dato de entrada al cálculo de daño acumulativo que se llevó a cabo en 503. Independientemente de si se detecta o no un pico en 512, la medición de la presión en 510 continúa. Adicionalmente, la medición de presión en 510 se usa en 515 para evaluar si la presión en una manguera es sobrepresión, o presión baja lo que puede indicar una fuga. Si la presión es suficiente o se detecta una fuga en 515, se puede emitir una advertencia en 520. Sin embargo, si se determina en 515 que la presión se encuentra dentro de los parámetros normales, la medición solamente se almacena en 517 para transmisión como parte de un mensaje periódico de operación normal en 525, el cual se puede transmitir con base en 1 tiempo transcurrido rastreado en 518. Los cálculos de daño acumulativo por presión se llevan a cabo en 503 usando los picos relativos detectados en 512 y la información de la curva P-N proporcionada en 501. Los resultados de estos cálculos en 503 se proporcionan como datos de entrada para un cálculo global de daño acumulativo en 530.

Los sensores 211-214 miden la temperatura del fluido en 535. Esta medición de la temperatura se puede emplear en 540 como dato de entrada para un factor de compensación a ser aplicado en el cálculo del daño acumulativo 530. Las mediciones de la temperatura del fluido en 535 también se pueden evaluar en 537 para determinar si esta temperatura se encuentra debajo o por encima del umbral, en cuyo caso en 520 se pueda emitir una advertencia. Sin embargo, si se determina que la temperatura se encuentra dentro de los parámetros normales en 537, las mediciones se pueden almacenar en 517 para transmisión como parte de un mensaje periódico de operación normal en 525. . . ..

En forma similar, se puede medir la temperatura ambiente del aire en 542. Esta medición de se puede emplear alternativamente en 540 como dato de entrada para un factor de compensación de la temperatura a ser aplicado en el cálculo de daño acumulativo 530. Las mediciones de temperatura del aire en 542 también se pueden evaluar en 544 para determinar si la temperatura ambiente se encuentra debajo o por encima del umbral, en cuyo caso se puede emitir una advertencia en 520. Sin embargo, si se determina que la temperatura se encuentra dentro de los parámetros normales en 544, las mediciones se pueden almacenar en 517 para transmisión como parte de un mensaje periódico de operación normal en 525.

El cálculo de daño acumulativo en 530 modifica los resultados del cálculo de daño acumulativo debido a la presión 503 aplicando un factor de compensación derivado de la temperatura -del fluido medida en 535, multiplicando el resultado del cálculo de daño acumulativo debido a la presión por un número que refleje el daño relativo adicional, o daño reducido, impartido por la temperatura que está manejando el fluido de la manguera particular. Este número, por ejemplo, puede ser mayor de uno para temperaturas del fluido arriba de la temperatura máxima especificada para esa manguera y menos de uno para temperaturas debajo de la temperatura mínima especificada para esa manguera.

Otros datos de entrada posibles, 545-547 para el cálculo de daño acumulativo 530, podrían incluir los factores de movimiento de la manguera, como la flexión (545) o deformación por torsión y/o las condiciones externas de calor, ozono, etc., a las cuales está sometida una manguera. Por ejemplo, se puede aplicar el factor de flexión 545, u otros factores, al cálculo de daño acumulativo por presión, multiplicando además el resultado de ..este .cálculo por otro número (usualmente mayor que uno) que refleje el daño relativo adicional impartido por la flexión de la manguera particular o condición similar.

El resultado de estas modificaciones al daño acumulativo por presión para una manguera particular se suma a los resultados anteriores para proporcionar un daño acumulativo total. En 550 se evalúa el cálculo de daño acumulativo total para una manguera particular para determinar si la manguera ha alcanzado el umbral que indicaría que ha llegado al final de su vida útil. Si la manguera ha llegado al final de su vida útil prevista, entonces se puede emitir un mensaje de advertencia en 520, si no fuera el caso, se puede almacenar el daño acumulativo total para esa manguera particular en 517 para transmisión como parte de un mensaje periódico de operación normal en 525.

Adicionalmente , en 560 se puede monitorear la edad de una manguera, el sistema hidráulico, un sensor particular del sistema de diagnóstico, el propio sistema de diagnóstico y/o condiciones similares. Si en 562 se determina que la edad de uno de estos componentes o sistemas ha alcanzado un umbral predeterminado aplicable al componente o sistema particular, entonces se puede emitir una advertencia en 520.

Como se observó, la Figura 6 es un diagrama de flujo del método 600 para diagnóstico y respuesta del sistema hidráulico de acuerdo con esta invención, que puede ser implementado por el sistema de respuesta 100, que se ilustra en la Figura 1. En 601 los datos de temperatura y presión pico son adquiridos de los sensores (211-214) colocados a lo largo de un sistema hidráulico. El análisis de los datos en 604 en un algoritmo de falla, como se discutió anteriormente, . se usa .para crear un historial del daño acumulativo y para determinar cuando un componente del sistema hidráulico está cerca del final de su vida útil, o que ha fallado. La información de que el componente está cerca del final de su vida útil, ha fallado, o que la falla es inminente, se transmite en 607, junto con la información y ubicación del sistema hidráulico a un lugar central, como al servidor 105 ilustrado en la Figura 1. De preferencia, se analiza (610) la información en el lugar central para determinar una respuesta apropiada, incluyendo el reemplazo de partes que requieren abordar cualquier falla potencial y los procedimientos para mantener el sistema hidráulico y/o las partes de reemplazo. En 612 se emplea una red de respuesta para transmitir información acerca del sistema hidráulico, incluyendo su ubicación y la identificación de las partes de reemplazo y los procedimientos, a una unidad de respuesta, como un camión de servicio 115 que se muestra en la Figura. Por ejemplo, dependiendo del tipo de información recibida del sistema de diagnóstico se puede generar automáticamente una respuesta de servicio adecuada. Una respuesta típica podría ser transmitir la información a un distribuidor local o agente de servicio que pueden visitar el sitio de la máquina y efectuar un mantenimiento preventivo antes de que efectivamente ocurra la falla. Otra respuesta podría ser para que un proveedor fabricara y despachara las partes de repuesto directamente al agente de servicio o al sitio de aplicación. En 615 la unidad de respuesta responde al lugar del sistema hidráulico con las partes de repuesto y en 620 se lleva a cabo la reparación y/o mantenimiento del sistema hidráulico, reemplazando los componentes indicados antes de la falla del componente, por consiguiente evitando la falla del sistema hidráulico. De preferencia, después del reemplazo de la manguera el ECU se vuelve a restaurar de tal manera que el daño acumulativo de la nueva manguera se calcule de nuevo.

Claims (15)

Reivindicaciones : Lo que se reivindica es:

1. Un método que consta de: monitorear picos y valles de la presión en un sistema hidráulico; medir la temperatura en dicho sistema hidráulico; calcular el daño de una o más mangueras en dicho sistema hidráulico provocado por cada presión pico con base en la magnitud del pico de presión y la temperatura del fluido en cada una de dichas mangueras; continuar dicho monitoreo y medición para estimar cuánta vida de la manguera se ha utilizado; y advertir una condición de servicio o fuera de especificación para dicho sistema hidráulico o un componente de dicho sistema.

2. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo comprende calcular dicho daño a una manguera provocado por cada pico de presión, sobre la base por lo menos en parte de un pico relativo de la presión y la temperatura del fluido en la manguera al momento del pico de la presión.

3. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo toma en cuenta el grado de flexión de dicha manguera.

4. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo toma en cuenta el tiempo en servicio de dicha manguera.

5. El método de la reivindicación 1, que además comprende acumular el daño calculado para estimar cuánta vida se ha utilizado de la manguera.

6. El método de la reivindicación 1, en donde dicha advertencia además comprende advertir acerca de una falla de la unidad de control que realiza dicho cálculo o falla de uno o más sensores que proporcionan dicho monitoreo y medición.

7. El método de la reivindicación 1, en donde dicha condición de fuera de especificación comprende sobrepresión, sobre-temperatura y/o final de vida útil.

8. El método de la reivindicación 1, que además comprende: conectar un dispositivo de uso general basado en un procesador a una unidad de control que realiza dicho cálculo y dicha advertencia para recabar información respecto de una advertencia .

9. El método de la reivindicación 1, que además comprende: comunicar dicha advertencia a un lugar central distante de dicho sistema hidráulico.

10. El método de la reivindicación 1, que además comprende: desplegar una pluralidad de unidades de detección de la presión y temperatura para que lleven a cabo dicho monitoreo y medición, cada una de dichas unidades desplegadas en un área diferente de dicho sistema hidráulico, cada uno de dichos sensores monitoreando y midiendo la presión y temperatura en cada pluralidad de mangueras en el área en que están colocadas; e identificar cada una de las mangueras que están siendo monitoreadas por dichos sensores.

11. El método de la reivindicación 10, en donde dicho cálculo varia de acuerdo con la manguera que se está monitoreando.

12. El método de la reivindicación 11, en donde dicha advertencia comprende una indicación de una o más de dichas condiciones de servicio particulares o condiciones de fuera de especificación para dicho sistema hidráulico o un componente de dicho sistema.

13. Un sistema que consta de: una pluralidad de unidades de detección de la presión y temperatura, cada una de dichas unidades colocadas en un área diferente de un sistema hidráulico, cada una de dichas unidades monitoreando las mangueras en el área en que están colocadas; y una unidad de control programada con información para identificar cada manguera que se está monitoreando, dicha unidad de control aplicando un algoritmo para el daño de las mangueras identificadas y proporcionando una alerta con base por lo menos en parte en dicho algoritmo.

14. El sistema de la reivindicación 13, en donde dicho algoritmo comprende un algoritmo de daño de la manguera.

15. El sistema de la reivindicación 13, que además comprende: un dispositivo de uso general basado en un procesador conectado a dicho sistema para recabar información respecto a dicho sistema.