SE517970C2 - Förfarande för att uppskatta en livslängdsreducerande skada på ett i drift belastat objekt,jämte datorprogramprodukt - Google Patents

Description

20 25 30 517 970 2 Med nämnda första parameter, som motsvarar ett driftsläge för objektet, avses en parameter som ensam åstadkommer skada på objektet. Med skada avses en försvagning av objektet, eller med andra ord en reduktion av livslängden. Ett exempel på sådant driftsläge utgörs av ett till objektet överfört moment under ett antal varv. Andra exempel pà sådant driftsläge utgörs av olika typer av krafter som verkar pà objektet.

Med nämnda andra som motsvarar ett förhållande vid nämnda driftslâge, parameter, avses en parameter som ensam inte skulle medföra någon skada pà objektet.

Det är först i kombination med den första parametern, som motsvarar ett driftsläge för objektet, som den kan förstärka skadan på objektet. Exempel på sådana förhållanden utgörs av miljön kring objektet, exempelvis i en till objektet halt av partiklar, såsom metallspàn, tillförd olja.

TIDIGARE TEKNIK Det är sedan tidigare känt att beräkna inverkan på ett kugghjuls livslängd av ett pàlagt moment under ett antal varv. Det är dessutom känt att specifika parametrar som motsvarar driftsförhållanden för kugghjulet under pàlagt moment påverkar dess skadetålighet, dvs har en effekt på den skada som momentet under nämnda antal varv medför pà kugghjulet.

Ett exempel pà ett sådant driftsförhállande är temperaturen hos oljan som kyler kugghjulet. Det föreligger emellertid problem att i kända beräkningsmodeller på ett noggrant sätt ta hänsyn till inverkan av sàdana driftsförhållanden. 10 15 20 25 30 517 970 3 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett primärt syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för att förutsäga ett flertal parametrars inverkan pá ett objekts livslängd, vilket förhållande till tidigare teknik högre objektets medför en i noggranhet vid beräkning av kvarvarande livslängd efter en tids användning. Ett sekundärt syfte med uppfinningen är att àstadkomma ett förfarande som genererar värden pá last och/eller skada som pá ett utrymmesbesparande sätt kan lagras i ett minne med begränsad minneskapacitet. genom att en total last, som Dessa syften uppnås definieras av nämnda första och andra parametrars sammanlagda inverkan pà objektets livslängd, beräknas. totala sàledes ett mätt pä en simulativ inverkan av både driftsläget och det aktuella driftsförhàllandet(-na), för en hög noggranhet eftersom det i verkligheten finns Den lasten utgör vilket skapar förutsättningar en interaktion mellan driftsläget och driftsförhällandet.

De andra parametrarna, såsom exempelvis temperatur, partikel- och vattenhalt hos ett medel för kylning av objektet har stor inverkan pá den skada som en specifik belastning medför pà objektet. En beräkning av kvarvarande livslängd baserad pä sáväl lasten, vilken definieras av den första parametern, som förhållandet, vilket definieras av den andra parametern, skapar resultatet. till de förutsättningar för en hög noggranhet i bestämt hänsyn skadetálighet Uppfinningen tar närmare variationer i objektets som de andra parametrarna ger. ~ v -vv- ..._ v 10 15 20 25 30 517 970 4 Härigenom skapas även förutsättningar för lagring av ett resultat av beräkningen baserad pä den första parametern, vilken motsvarar en last, och ett flertal andra parametrar, vilka påverkar objektets skadetälighet, i en position (cell) i en minnesenhet.

Detta ger ett reducerat minnesbehov.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas den totala lasten ett flertal gánger under tiden dà nämnda mätningar utförs. Detta medför ett ytterligare reducerat minnesbehov eftersom ett reducerat antal uppmätta värden behöver lagras. Detta ger även en förhöjd noggranhet i skadeuppskattningen. Företrädesvis utförs beräkningen av den totala lasten kontinuerligt under tiden dä nämnda mätningar utförs.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas den totala lasten efter varje bestämning av den första parametern. En sàdan bestämning kan i praktiken utgöras av en mätning av den första parametern. Enbart ett värde, nämligen det beräknade värdet för den totala lasten, sparas härvid för varje tidssteg. Härigenom skapas förutsättningar för en beträffande minnesutrymme ytterligare effektiv minnesenhet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen summeras beräknade värden för den totala lasten och resultatet lagras i ett första fält i en minnesenhet.

Härigenom skapas förutsättningar för att kontinuerligt, eller on-line, kontrollera inverkan av bäde driftslägen och driftsförhàllanden. Detta särdrag är inte begränsat till att enbart resultatet lagras, men åtminstone resultatet av summeringen lagras. 10 15 20 25 30 517 976 5 Enligt en vidareutveckling av föregående utföringsform av uppfinningen antas i en ytterligare beräkning av den totala lasten den andra parametern vara konstant för ett flertal mätningar av den första parametern, den totala lasten. beräknas med nämnda andra parameter pà nämnda konstanta värde, beräknade värden summeras och resultatet lagras i ett andra fält i nämnda minnesenhet.

Vid denna utföringsform sätts lämpligtvis den andra parametern till ett värde som är uppmätt vid reella prov. Exempelvis kan denna utföringsform utnyttjas som underlag för framtida dimensionering av objektet/ en objektet. Utföringsformen anordning innefattande utnyttjas vid fall med smà variationer i driftsförhállandena.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen mäts antalet belastningscykler för den första parametern, och att i en matris i en minnesenhet, vilken matris innefattar ett flertal olika positioner som var och en svarar mot ett specifikt driftsläge och åtminstone ett specifikt förhållande, adderas antalet belastningscykler i respektive position. Lämpligtvis utnyttjas en matris med ett flertal förbestämda nivàer för nämnda driftsläge pá en första axel och ett antal förbestämda nivàer för nämnda driftsförhállande pà en andra axel. Matrisen kan byggas ut för ytterligare driftslägen till en n-dimensionell matris. Vid det fall att en första parameter och tvá andra parametrar mäts utnyttjas en tredimensionell matris.

Med denna utföringsform kan de uppmätta värdena lagras i en minnesenhet, exempelvis i ett fordon som innefattar objektet, för att vid ett senare tillfälle tankas eller sändas över till en enhet för beräkning av den totala 10 15 20 25 30 S17 970 6 lasten. Denna utföringsform medför en besparing av beräkningen hos fordonet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs ätminstone en av den första och den andra Detta skapar beträffande potensfunktion. ett enkelt parametern som en förutsättningar för och minneskapacitet effektivt sätt att med relativt hög precision uttrycka den totala lasten. Vidare skapas förutsättningar för att utnyttja Palmgren-Miners delskadeteori.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas efter en specifik tid en total livslângdspàverkande skada hos objektet som summan av var och en av de före denna tidpunkt beräknade totala livslängdspáverkande skada kan lasterna. Denna utnyttjas pá ett flertal olika sätt. Exempelvis kan information beträffande kvarvarande skada presenteras direkt för föraren av fordonet för att han skall veta status pä objektet. Detta kan leda till en skonsammare drift av fordonet/objektet. Han kan vidare ta beslut om fortsatt drift av fordonet, utbyte eller reparation av objektet etc. Informationen presenteras lämpligtvis pà en bildskärm för föraren. Enligt ett alternativ ansluts till fordonet för en elektrisk apparat, såsom en dator, presentation för servicepersonal, ägare eller annan.

Enligt ett annat exempel sänds denna information till en basstation eller central terminal. Man kan härigenom kontrollera statusen pà ett flertal fordon och planera fortsatt drift av dessa. Vid uthyrning av fordonet kan debitering ske per ástadkommen skada. 10 15 20 25 30 517 970 7 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen mäts den första parametern med högre frekvens än den andra parametern. Med andra ord mäts den första parametern med kortare tidsintervall än den andra parametern gör. Ett uppmätt värde för den andra härvid för beräkningen av den flertal i parametern utnyttjas totala lasten för ett tidsordning efter varandra följande uppmätta värden för den första parametern. På sä sätt reduceras antalet mätningar.

Detta är speciellt föredraget i de fall då den andra parametern åtminstone periodvis varierar inom ett relativt litet intervall.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett system för kommunikation mellan en basstation och åtminstone en avlägset belägen stationärt eller mobilt anordnad maskin via sändnings- och mottagningsorgan för kontroll av maskinens driftstatus, varvid maskinen innefattar ett objekt som är mottagligt för skada, vilket system skapar förutsättningar för en kontroll av objektets driftsstatus från en position avlägsen frán objektet.

Speciellt avses ett system för prediktering av fel eller haveri hos objektet och vidtagande av åtgärd innan sådant fel uppstår.

Detta syfte uppnås genom att systemet innefattar en styrenhet, organ för mätning av ett antal driftsparametrar hos objektet och organ för beräkning av en åstadkommen skada på objektet baserat på de uppmätta driftsparametrarna. 10 15 20 25 30 sf? evo 8 Ytterligare föredragna utföringsformer av och fördelar med uppfinningen framgår av resterande krav och den efterföljande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till det utförande som visas på de bifogade ritningarna.

I fig. 1-4 illustrerar last-styrke-funktioner. visas fyra grafer, vilka var och en I fig. 5 visas schematiskt det uppfinningsenliga systemet.

I fig. 6 visas 5. ett blockschema en specifik del av systemet enligt ett föredraget utförande.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN Med skada avses nedan en försvagning av ett objekt, eller med andra ord en reduktion av dess livslängd. Med driftsläge avses en last som ensam kan åstadkomma sådan skada på objektet. även kallad skadetálighet, av detsamma. Styrkan är vid varje tidpunkt beroende dels Med andra ord reduceras en styrka, hos objektet vid belastning av objektets inre struktur, såsom ingående material, och driftsförhállande objektet Nämnda driftsförhållande åstadkommer av det eller den miljö befinner sig i. alltsá inte ensamt någon skada på objektet. utförande av Objektet första förfarandet exemplifieras i ett av en komponent i fordonets drivlina.

Speciellt avses ytutmattning av kuggar på ett kugghjul i (nedan benämnt den första en växellåda. Driftsläget parametern) utgörs av det moment som kuggväxeln överför under ett antal varv. 10 15 20 25 30 517 970 9 Objektets styrka beror av kuggflankernas bärförmàga.

Styrkan pâverkas av flera driftsförhállanden (nedan benämnda andra parametrar), såsom; - temperatur: reducerar oljans viskositet och därmed oljefilmens bärförmàga, - partikelmängd i oljan: i första hand partiklar i storlekar som är lika stora som eller större än oljefilmens tjocklek. Dessa pressas vid drift mellan kuggytorna och reducerar utmattningshállfastheten, - vattenmängd i oljan.

Nedan förklaras beräkningsförfarandet för det första utförandet och teorin bakom detta i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna. I detta utförande mäts den första och andra parametern upprepade gánger.

Det för nämnda belastningar utsatta objektet har enligt beskrivningen ovan en sä kallad varierande styrka.

Först förklaras nedan ett i och för sig känt sätt att behandla en sä kallad konstant styrka. Med konstant styrka hos objektet avses att objektets skadetálighet inte påverkas av den miljö eller det förhållande det förklaras den varierande befinner sig i. Därefter styrkan hos objektet enligt ett föredraget utförande.

Konstant styrka Många livslängdsfunktioner kan beskrivas med potensfunktioner. Wöhler-kurvan, även benämnd SN-kurvan är ett välkänt exempel pà beskrivning av utmattning vid belastning med konstant amplitud, se formel (1) och fig. 1 (med logaritmiska skalor).

Sm*N = C (1) 10 15 20 25 30 517 970 10 U) ll signalnivá, t ex spänning, moment antal cykler till brott konstant för en viss kurva Ö II Konstanten C kan uppfattas som ett mätt pä objektets skadetálighet, absorbera innan brott inträffar. det vill säga den skada som det förmár Det är med andra ord ett mätt pá styrka.

Verklig last appliceras ofta med variabel amplitud, så kallad spektrumlast. Den kan beskrivas med hjälp av Palmgren-Miners delskadehypotes, se formel (2) och fig. 1.

Delskadevârdet = 2(ni/Ni) = p (2) där Ni = antalet cykler till brott pä signalniván Si ni = antalet lastcykler i spektrat pá samma nivä Si p = delskadevârde = 1 vid brott, ofta används istället värdet 0,7 eller annat värde.

Summeringen sker över hela spektrat. Utmattningsgränsen försummas eftersom den är ett fenomen som uppträder vid belastning med konstant amplitud.

Formel (1) införs i formel (2): p = E(Sim*ni/C) = (1/C)*Z(Sim*ni) (3) 10 15 20 25 30 5.17 979 11 eftersom styrkan C är konstant i detta fall.

Begreppet last (D) införs, där D = Z(Sim*ni) (4) Av formel (3) och (4) framgàr att p = D/C D/C således hur stor andel av skadetàligheten som förbrukats av lasten D Kvoten anger fall Styrkan kan närmare bestämt variera utan att successivt Såsom ovan nämnts varierar i många styrkan. minska. Ett exempel pà detta är' vid ytutmattning av kuggar och lager. En loggning av skada i form av enbart t ex moment och antal utan att belastningen, varv, korrigera för variationen i styrka, ger därför en relativt dálig noggrannhet.

Det är därför önskvärt att skapa ett förfarande som även tar hänsyn till variationen i styrka.

Varierande styrka Det föreligger ett samspel mellan last och styrka.

Exempelvis ger en viss momentnivà större skada vid hög temperatur (vilket medför làg viskositet) hos kyloljan än vid làg temperatur. Det duger inte att logga moment och temperatur var för sig för att sedan korrigera för temperaturen. Därför görs detta enligt uppfinningen i varje litet tidsintervall, det vill säga kontinuerligt eller "on-line".

Enligt formel (1) ovan kan sambandet mellan lasten, signalnivàn, t ex momentet M, livslängden och antalet varv N, till brott beskrivas med 10 15 20 25 30 517 970 12 Mim*Ni = Ci (5) Den avgörande skillnaden vid varierande styrka är att skadetàligheten Ci inte är konstant, den beror av t ex temperaturen, partikelmängden, vattenhalten, etc.

En annan temperatur ger ett annat värde pá styrkan Ci.

Se Fig. 2. 3 motsvarar riggprov körda pà samma lastnivá vid Det att Fig. olika temperaturer. visar sig utmattningsfunktionen kan beskrivas med Tik=~Ni=K1 (6) där T är temperatur, N antalet cykler till brott samt k och Kl konstanter. vilket innebär att vilket Proven är körda vid samma lastnivà, styrkan (2 är proportionell mot livslängden N, sáledes enligt fig. 4 medför att Tik*ci = K2 (7) ci = K2/ Tik (7), införs i formel (3) och härigenom erhàlls ett delskadevärde p: löses ut ur formel p = z (8) En referenstemperatur To, lämpligen den vid vilken riggprovet är kört, väljs. Dà är styrkan C = Co.

Sàledes; 10 15 20 25 30 517 970 13 K2=Tok*Co (9) Formel (9) förs in i (8), vilket ger p = <1/c0> *z(s1m*n1*(fr1/1~0)k> <1o> eftersom Co är konstant. Uttrycket nkorr = 2(s1m*ni*(T1/To)k) (11) är således ett lastvärde som är korrigerat för variation i styrka till ett referensvàrde.

Formel (10) kan således skrivas p = Dkorr/Co Kvoten Dkorr/Co ger således ett bra mátt pà den skadeandel som förbrukats. fler varierande styrkeparametrar är Att utöka till trivialt. Om partikelhalten är p, vattenhalten v , q och r är respektive exponent och referensvärden gäller vid Co erhålls formel (12): nkorr = msimni*(Ti/Tcnk*q*r> (12) I utförandet ovan har styrkefunktionen beskrivits med en potensfunktion. Härigenom erhàlls enkla uttryck för last och styrka. Det ligger emellertid inom ramen för de följande patentkraven att styrkefunktionen beskrivs pá annat sätt. 10 15 20 25 30 517 970 14 Ovan förutsättes vidare att lastens och styrkeparametrarnas inverkan pä livslängden var för sig flera potensfunktioner, kan beskrivas med en eller vilket i allmänhet làter sig göras med acceptabel noggrannhet.

Företrädesvis summeras D-värdet successivt. Detta innebär att resultatet kan läggas i enbart en cell oavsett hur många parametrar det tas hänsyn till.

Minnesbehovet blir därför relativt litet trots den samlas. Enligt en ett stora mängd information som applikation av uppfinningen lagras resultat av beräkningen av den totala lasten i en position i en minnesenhet hos fordonet. Det begränsade minnesbehovet är särskilt fördelaktigt vid applikation hos ett transportmedel, sàsom ett fordon.

Ett annat exempel pà applikation av uppfinningen är vid kardanaxlar, vilkas styrka minskar i takt med ökad vinkel i knutkors.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan. beskrivna iutföringsexemplenq utan en rad. ytter- ligare varianter och modifikationer år tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Vid beräkningen av den totala lasten relateras den första parametern till förhållandet mellan en uppmätt andra parameter och ett referensvärde för den andra parametern. Nämnda referensvärde för den andra parametern baseras pá reella prov av objektet. Med andra sásom ord görs en normering av driftsförhállandena, temperaturen, mot vid reella prov framtagna värden för dessa. 10 15 20 25 30 517 970 15 Enligt ett ytterligare utförande mäts ett flertal första parametrar vid varje mätning och den totala lasten beskrivs som en funktion där livslängdspáverkan av var och en av de första parametrarna summeras. Det är exempelvis fördelaktigt vid flera verkande moment eller flera verkande krafter.

En skada pà objektet som resulterar av nämnda totala last definieras av den totala lasten relativt en initiell skadetälighet hos objektet. Med andra ord har man vetskap om objektets livslängd eller tàlighet mot belastningar under specifika driftsbetingelser. Denna vetskap kan exempelvis erhållas genom utmattningsprov.

Ett flertal sätt att utnyttja resultatet av beräkningen av total last/påverkan av livslängd är möjliga. Nedan anges ett antal exempel pá föredragna sådana sätt.

En användare av objektet kan debiteras för àstadkommen skada pä objektet. uthyrning av fordon.

Detta kan exempelvis utnyttjas vid Ett annat applikationsomráde för debiteringen är “vid försäljning. Vid försäljning' kan säljaren sälja ett system inkluderande underhàll, utbyte etc. Med andra ord kan man debitera för en utnyttjandegrad, såsom beräknad orsakad skada pá objektet. Debiteringen kan givetvis ske även baserad pà ytterligare parametrar.

Enligt kvarvarande livslängd baserat pá den beräknade skadan och baserat ett annat exempel predikteras pà denna prediktering tas beslut om framtida drift av objektet. Med framtida drift avses exempelvis ätgärder som underhàll, utbyte, restaurering etc. Inom begreppet nu 10 15 20 25 30 517 970 16 framtida drift ryms även ändring av arbetsuppgift.

Vidare inbegrips inom begreppet framtida drift en direkt ändring av driftsförhàllendet med en så kallad aktuator, se nedan.

Arbetsuppgiften för en maskin som innefattar ett flertal för skador mottagliga objekt kan härvid ändras efter en viss tids drift sà att den inbyggda skadetáligheten för samtliga dessa objekt i hög grad är förbrukad vid slutet av maskinens livstid. Vidare kan objektet sä att arbetsuppgiften ändras om ett haveri hos predikteras uppkomma inom en nära framtid objektet belastas mindre. Arbetsuppgiften för en maskin som innefattar tvä objekt som är mottagliga för skada objekt applikationer, kan därmed ändras dä ett haveri hos ett ,vilka belastas olika mycket i olika första av dessa objekt predikteras inom en nära framtid pä sådant sätt att det första objektet avlastas och det andra objektet belastas mer i den andra applikationen.

Dessa tvá objekt exemplifieras av ett kugghjul i ett fordons drivlina och en balk i fordonets bärande struktur (ram). Ett exempel pà ett fordon som kan utnyttjas i applikationer med sådana olika belastningar är ett midje- eller ramstyrt fordon, en sä kallad dumper. Dumpern kan utnyttjas i en gruva, i vilken applikation framför allt dess drivlina belastas vid drift, såväl som pà en byggarbetsplats med ojämn mark, i vilken applikation dess bärande struktur belastas i högre utsträckning. prediktering kan fordon i en Tack nämnda fordonsflotta med ökad säkerhet utnyttjas optimalt, med Vare 10 15 20 25 30 51,7 970 17 avseende pà de ingäende komponenternas livslängd, inom olika användningsområden.

Enligt ett annat exempel predikteras kvarvarande livslängd baserat pá den beräknade skadan och objektet värderas baserat pá predikterad kvarvarande livslängd hos objektet. Alternativt görs värderingen av en maskin eller ett fordon innehållande objektet.

Enligt ett annat exempel sänds en signal innefattande information om nämnda driftsparametrar, àstadkommen skada eller kvarvarande livslängd frán en sändare som anslutning till objektet till en fràn objektet basstation för beslut om åtgärder för objektet. är anordnad i avlägset belägen Detta mottagare hos en medför möjlighet att kontrollera status pà ett flertal objekt/maskiner innefattande objektet. Det är speciellt användbart i det fall att objektet är anordnat hos ett fordon, varvid statusen hos en hel fordonsflotta kan kontrolleras från nämnda basstation. Frän basstationen till reparationsverkstäder, kan signaler sändas ut underhàllspersonal, áterförsäljare, lager, produktionsenheter etc för åtgärder baserat pá beräknad kvarvarande livslängd hos fordonet.

Enligt ett annat exempel utnyttjas resultatet av beräkningen för konstruktionsändamàl. Den beräknade validering av en drift. skadan kan utnyttjas för simuleringsmodell av objektet i Alternativt utnyttjas skadan som underlag för dimensionering av framtida objekt som avses utsättas för liknande drift.

Uppfinningen avser vidare en datorprogramprodukt innefattande dataprogramsegment för att utföra stegen 10 15 20 25 30 517" 970 18 enligt det ovan beskrivna förfarandet dä programmet körs i en dator. Med dataprogramsegment avses med andra ord mjukvarudelar. Enligt en vidareutveckling av uppfinningen är nämnda dataprogramsegment lagrade pä Med datorläsbart medel avses CD-ROM-skiva ett datorläsbart medel. exempelvis en diskett, en eller en hårddisk.

Uppfinningen avser vidare ett system 1, se Fig. 5 och 6, för kommunikation mellan en basstation 2 och ätminstone en avlägset belägen stationärt eller mobilt anordnad maskin 3 via sändnings- och mottagningsorgan 4, 5 för kontroll av maskinens driftstatus. Maskinen 3 är här anordnad hos ett fordon 12. Maskinen 3 utgörs närmare bestämt av fordonets 12 framdrivningsorgan.

Nämnda sändnings- och mottagningsorgan är inrättade för överföring av information via radiovàgor via antenner 5.

Maskinen 3 innefattar ett objekt 6 som är mottagligt för skada. Objektet 6 är i fig.6 exemplifierat med ett kugghjul hos fordonets transmission. Systemet 1 innefattar organ 7 för mätning av ett antal driftsparametrar hos objektet 6, en till nämnda mätorgan (CPU) nämnda mätorgan 7 och styrenheten operativt kopplad A/D- till operativt kopplad styrenhet 14 och en mellan omvandlare 15. Systemet innefattar vidare ett styrenheten operativt kopplat organ 8 för beräkning av en àstadkommen skada pà objektet baserat pä de uppmätta driftsparametrarna och organ 9 (ndnne) för lagring av ett resultat av nämnda skadeberäkning. Styrenheten 14 är inrättad att ta emot en signal frän A/D-omvandlaren 15, kommunicera med nämnda beräkningsorgan 8 och minne 9, sändningsorganet 4 för och leverera en signal till vidarebefordran till antennen 5 hos basstationen 2. 10 15 20 25 30 517 970 19 Nämnda mätorgan 7 utgörs av ett flertal sensorer för mätning av de ovan nämnda driftslägena och driftsförhällandena.

Systemets beräkningsorgan 8 utgörs av en sä kallad prediktor, vilken är inrättad att prediktera fel eller haveri hos objektet 6. Nämnda beräkningsorgan 8 är närmare bestämt inrättat att utföra skadeberäkningen beskrivits ovan. enligt beräkningsförfarandet som Värderingen av uppmätta värden inkluderande predikteringen görs säledes direkt i fordonet och ett resultat av denna värdering sänds till basstationen 2.

Alternativt är beräkningsorganet 8 anordnat hos basstationen. I sådant fall lagras de uppmätta värdena direkt i minnesorganet 9 för att senare sändas/tankas över till basstationen 14 för vidare behandling.

Enligt ett beräkningsorganet 8 som minnesorganet 9 anordnat hos ytterligare alternativ är säväl basstationen.

Systemet innefattar vidare en aktuator 11 som är operativt kopplad till styrenheten 14 och objektet 6.

Aktuatorn 11 är inrättad att påverka nämnda driftsförhällande och/eller driftsláge baserat pä av nämnda mätorgan 7 uppmätta värden. Aktuatorn utgörs här av ett kylaggregat för kylning av kyloljan som tillförs kugghjulet 6. Alternativt kan aktuatorn utgöras av en filtreringsenhet för filtrering av oönskade partiklar i Enligt ett aktuatorn av' en avvattnare för avlägsning av 'vatten oljan. ytterligare alternativ utgörs fràn oljan. Aktuatorn ll inbegrips i de följande patentkraven inom benämningen ätgärdsenhet. 10 15 20 25 30 5117 970 20 Systemet innefattar vidare en enhet 10 inrättad att vidtaga åtgärder för maskinens/objektets framtida drift baserat på nämnda beräkning. Denna átgärdsenhet 10 utgörs exempelvis av en reservdels-, restaurerings- eller underhållsstation. Med vidtagande av åtgärder avses exempelvis ställande i beredskap för att åtgärda ett predikterat fel eller utbyte av nämnda objekt.

Enligt ett alternativ utgörs nämnda átgärdsenhet av en anläggning för produktion av nya objekt. Den ovan utnyttjade satsen "vidtagande av åtgärder” hos åtgärdsenheten 10 skall alltså betraktas i vid mening. Åtgärdsenheten 10 och innefattar sändnings- mottagningsorgan för kommunikation med basstationen 2.

Enligt det föredragna exemplet är maskinen anordnad hos ett fordon 12, farkost eller ett rälsgående transportmedel. men kan alternativt vara anordnat hos en Det är i synnerhet fördelaktigt att kunna övervaka/kontrollera statusen hos sådana mobila medel.

Nedan förklaras systemet i det fall att objektet är anordnat hos ett fordon i form av en entreprenadmaskin, Detta skall sätt såsom ett ram- eller midjestyrt fordon 12. betraktas som en föredragen, men på intet begränsande applikation av uppfinningen. Basstationen 2 kan utgöras av en central enhet vid en anläggning i form av en byggarbetsplats. Arbetsledningen kan från den centrala enheten via trådlös kommunikation kontrollera driftstatus hos samtliga entreprenadfordon 12 inom byggarbetsplatsen. Genom att utföra nämnda mätningar och beräkningar med relativt korta tidsintervall kan driftstatusen hos byggarbetsplatsens fordonsflotta kontrolleras väsentligen kontinuerligt. Efter en sådan kontroll kan beslut fattas om underhåll, reparation etc. 10 15 20 25 30 5127 970 21 Enligt ett alternativt exempel är basstationen inrättad att kontrollera fordon belägna över ett större geografiskt område, såsom ett land, eller hela jorden.

Nämnda sändnings- och mottagningsorgan är inrättade för överföring av information avseende maskinens status via en fortplantningssignal i form av radiovàgor eller via Således kommunikation. satellitkommunikation. utnyttjas åtminstone delvis trådlös Nämnda sändnings- och inrättade för (vid kabel mottagningsorgan kan alternativt vara optisk förbindning eller förbindning via hårdvara stationärt anordnat objekt), säsonl via ledning, eller tråd. Överföringen av information sker antingen periodiskt eller vid efterfrågan frän basstationen. Ett satellitpositioneringssystem, företrädesvis GPS- systemet, utnyttjas för detektering av fordonens positioner. I fig.5 illustreras detta med satelliter 13.

Vid världsomspännande system innefattar systemet lämpligtvis ett flertal av nämnda ätgärdsenheter 10 lokaliserade pä olika ställen i världen i syfte att försörja ett antal fordon inom ett specifikt område med service.

Enligt ett alternativt utnyttjande av ovannämnda aktuator är styrenheten inrättad att direkt aktivera denna då det uppmätta driftsförhällandet över- respektive understiger ett max- respektive minvärde för driftsförhållandet. Med skadeberäkningen enligt detta utnyttjande. andra ord utnyttjas inte 10 15 20 25 30 517 970 22 Nämnda maskin kan inom ramen för de följande patentkraven utgöras av ett flertal olika stationärt och/eller mobilt anordnade apparater, säsom förbränningsmotorer.

Ett andra utförande av det uppfinningsenliga förfarandet avser inverkan av spänningsbelastning pä ett objekt. Speciellt avses spänningsbelastning av en del av en bärande struktur, såsom en ram, hos ett fordon. Uppfinningen kan givetvis även utnyttjas vid en bärande struktur hos en stationär anordning.

Det är väl känt att spänningsamplituden, Sa, även formulerad som spänningsvidd, AS, (AS=2*Sa) är den parameter som driver spricktillväxten hos ett belastat objekt, dvs styr utmattningsförloppet, och att medelspänningen, Sm, påverkar spänningsamplitudens inverkan. En hög medelspänning accelererar utmattningsförloppet. Däremot kan inte en konstant medelspänning ensam driva spricktillväxten. Detta andra utförande är således analogt med det första utförandet.

Det är väl känt att mäta spänning pà ett belastat objekt genom töjningsmätning, exempelvis med hjälp av trädtöjningsgivare. Med hjälp av tràdtöjningsgivaren erhälls Enligt förfarandet som beskrivs nedan delas en mätsignal fràn enbart en parameter (spänning). tràdtöjningsgivaren upp i en första parameter (spänningsamplitud) och en andra parameter (medelspänning). Den första parametern orsakar, sàsom nämnts ovan, skada pä objektet. Den andra parametern orskar för sig själv ingen skada, men påverkar den första parameterns skadeinverkan. ut-v . -.... ~.-.. -.-. w. a-v. 10 15 20 25 30 517 970 23 Uttrycket att den första parametern och den andra parameter bestäms genom átminstone en operation, nämligen mätning, skall således tolkas att inte enbart innefatta en direkt bestämning genom mätning utan även innefatta en mätning följt av en annan operation eller behandling av den uppmätta parametern för att bestämma dessa.

En materialoberoende ansats utnyttjas för att beskriva medelspänningens inverkan vid utmattning eftersom man i saknar kännedom om aktuellt material. En (SWT) allmänhet ekvation föreslagen av Smith, Watson, Topper uppfyller detta krav. SWT är ett specialfall (AS(R=-1), g=0,5) av den mer generella Walker's ekvation: As(n=o) = Aso = smaxU-gh Asg (13) där g är en konstant <1 och R=Smin/Smax. Smax = Sm+Sa, Smin= Sm-Sa, AS=Smax-Smin=2*Sa, ASo för R=0, ASl för R=-l. Omformning av denna ekvation ger: Asl/As = sa1/sa = (nsm/safil-g) = <2/(1-R>)<1-<2> (14) Vid en utvärdering med Rainflow-metoden av en uppmätt erhålls Ett skadevärde vid växlande belastning insignal av spänningen spánningsvidd och medelspänning.

(R=-l) blir: Dl = E(AS1im*ni) (15) Uttrycket pà AS1 fràn ekvation (14) sätts in i ekvation (15), vilket ger: 10 15 20 25 30 517 970 24 m1 = zwlsimfni)*<1+smi/sai>m*(1-9) ) (16) Ekvation (16) utgör därmed ett mätt pä den totala lasten.

Rainflow-metoden kombineras säledes med ett specialfall (SWT-ekvationen) av Walker's ekvation för att man skall komma fram till ett uttryck för den totala lasten.

Uppfinningen är emellertid inte begränsad till Walker's funktion för ekvation utan som korrigerar lämplig medelspänningens inverkan pà spänningsamplitudens effekt kan utnyttjas.

Nämnda beräkning utförs successivt och det korrigerade skadevärdet (den totala lasten) adderas successivt till samma cell i en minnesenhet. Därmed erhàlls ett förfarande för att ”on~line" korrigera för medelspänningens inverkan. Det är pà analogt sätt möjligt att istället korrigera till annat R-värde (till exempel R=0 istället för som här R=-1).

Fenomenet medelspänningens, eller annorlunda formulerat, R-värdets inverkan, kan även formuleras i brottmekaniska termer. Förfarandet är säledes inte begränsat till Walkers funktion. Detta utgör ett tredje utförande av uppfinningen. Den maximala nivå där en föreliggande spricka inte växer definieras som ett tröskelvärde. Tröskelvärdet är starkt beroende av R- värdet för de flesta material.

AKth=AKtho*(1-R)^g (Klesnil och Lukas) eller AKth= a+b*U-R) 10 15 20 25 30 517 970 25 AKth är späningsintensitetens tröskelvärde, index o för R=0. a och b konstanter.

Ett annat fenomen, sprickslutning, ”Crack Closure” kan beskrivas med AKeff/AK = U = c+d*R (Elber) I báda fallen erhälls korrektion av livslängden beroende av R-värdet, vilket lätt láter sig beskrivas av amplitud och medelspänning.

Vidare är utvärdering av signalen inte begränsad till Rain-flow. En kombination av ”Range Pair" och ”Level crossing” eller enbart det senare kan ge approximativ information om R-värdet.

Enligt en vidareutveckling av det andra utförandet adderas i en annan cell den icke korrigerade skadan.

Kvoten mellan korrigerad och icke korrigerad skada ger inverkan av medelspänning pà skadan i tidplanet.

Givetvis kan man göra motsvarande utvärdering' av en Det kräver dock större det eftersom antalet intervall är begränsat. loggad Rainflow-matris. minnesutrymme. Dessutom ger sämre noggrannhet, Det är viktigt att parametern g kan väljas. Vid svetskonstruktioner förutsätter man att restspänningar är så stora att medelspänningen kan försummas. Vid spektrumlast, vilket i allmänhet är fallet, kommer dock de höga lasterna att successivt lösa ut 10 15 20 25 30 517 970 26 restspänningarna, vilket leder till att medelspänningen kommer att pàverka utmattningsskadan. Genom att ta fram lämpliga värden pä konstanten g kan man pä ett adekvat sätt beskriva detta fenomen.

Nedan följer tvâ exempel pà applikationer av det andra utförandet.

Exempel 1: Flygplan I luften. varierar spänningsbelastningen av' en 'vinge, det vill säga spänningsamplituden, kring en medelspänning som pà vingens undersida är positiv, dragspänning. Pà marken kommer medelspänningen pä vingens undersida däremot att vara negativ, tryckspänning. Dessa olika medelspänningar kommer att öka resp. minska skadeeffekterna av spänningsamplituden. Däremot ger medelspänningen separat ingen eller mycket liten skadeinverkan.

Exempel 2: Lastfordon Medelspänningen i bärande delar, t ex ramar, är beroende av om fordonet är lastat eller olastat. Detta spänning, vidd. En päverkar skadeeffekten av variationen i vilken beskrivs med sin amplitud eller konstant medelspänning ger ingen skadeinverkan vid utmattning. Däremot kommer växlingarna mellan t ex tvá medelspänningsnivàer att sä småningom bidra till skada.

Men växlingarna kommer vid utvärderingen att hanteras som amplituder. det uppfinningsenliga till Det andra utförandet av förfarandet är givetvis inte begränsat uppskattning av skada/slitage pá ett objekt beroende av spänningsbelastning. Den mätsignal som utvärderas kan 517 970 27 vara vilken signal som. helst, kraft, etc. som kan relateras till spänning. moment, tryck,

Claims (35)

10 15 20 25 30 u. ..,¿¿; ;a.: :usa .;.¿ 4 ZI....--~-°".'. n. u. .. »z z-j ;"2' . - : 1:? 'u u" n H u. na 28 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att uppskatta en livslängdsreducerande skada på ett i drift belastat objekt, varvid åtminstone en första parameter, som motsvarar ett sådant driftsläge som genererar nämnda skada på objektet, och åtminstone en andra parameter, som motsvarar ett sådant förhållande för eller kring objektet att det inte ensamt förmår att generera skadan, men som förstärker den av driftsläget genererade skadan, bestäms genom åtminstone en operation, nämligen nàtning, och varvid sådan nätning utförs upprepade gånger k ä n n e t e c k n a t därav, att en total last, driftsförhållandets som definieras av driftslägets och sammanlagda inverkan på objektets livslängd, beräknas på sådant sätt att variationer i objektets' skadetålighet som driftsförhållandet ger upphov till korrigeras för, och att den totala lasten uttrycks som en produkt av en funktion för driftsläget och en funktion för driftsförhållandet.

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att den totala lasten beräknas ett flertal gånger under tiden då nämnda mätningar utförs.

3. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den totala lasten beräknas efter varje bestämning av den första parametern.

4. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, 10 15 20 25 30 . u n . . .u . . -- g .". .". .. . . 5 q | u I n z '. . c u o ~ . n n ' ' ' 1,' 2 . - . - n in . f .w 1 u . I" 1 o I: '"' If, °,,' n' .zu u u o 1 29 att beräknade värden för den totala lasten summeras och resultatet lagras i ett första fält i en minnesenhet.

5. Förfarande enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att summeringen utförs efter varje bestämning av den första parametern.

6. Förfarande enligt kravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att i en ytterligare beräkning av den totala lasten antas den andra parametern vara konstant för ett flertal mätningar av den första parametern, att den totala lasten beräknas med nämnda andra parameter på nämnda konstanta värde, att beräknade värden för den totala lasten summeras och att resultatet lagras i ett andra fält i nämnda minnesenhet.

7. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att antalet belastningscykler för den första parametern mäts, och att i en matris i en minnesenhet, vilken matris innefattar ett flertal olika positioner som var och en svarar mot ett specifikt driftsläge och åtminstone ett specifikt förhållande adderas antalet belastningscykler i respektive position.

8. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att åtminstone en av den första och den andra parametern beskrivs som en potensfunktion. 10 15 20 25 30 517 970 nu-con ao 30

9. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid beräkningen av den totala lasten relateras den första parametern. till förhållandet. mellan. en uppmätt andra parameter och ett referensvärde för den andra parametern.

10. Förfarande enligt kravet 9 k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda referensvärde baseras på reella prov av objektet.

11. ll. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett flertal första parametrar mäts parallellt och den totala lasten beskrivs som en funktion där livslängdspåverkan av var och en av de första parametrarna vid nämnda förhållanden summeras.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att skadan på objektet som resulterar av nämnda totala last definieras av den totala lasten relativt en initiell skadetålighet hos objektet.

13. Förfarande enligt något av de tidigare kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att efter en specifik tid beräknas en total livslängdspåverkande skada hos objektet som summan av var och en av de före denna tidpunkt beräknade totala lasterna. 10 15 20 25 30 31

14. Förfarande enligt kravet 13 k ä n n e t e c k n a t därav, att ett värde på kvarvarande livslängd. hos produkten beräknas baserat på nämnda totala livslängdspåverkande skada.

15. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att den totala lasten beräknas med hjälp av linjär delskadeteori.

16. Förfarande enligt något av de tidigare kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att den totala lasten beräknas med hjälp av Palmgren- Miners delskadeteori.

17. Förfarande enligt något av de tidigare kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att den första parametern mäts med högre frekvens än den andra parametern.

18. Förfarande enligt något av de föregående kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att objektet utgörs av ett roterande organ.

19. Förfarande enligt något av de tidigare kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att objektet är anordnat hos ett fordon.

20. Förfarande enligt kravet 19 k ä n n e t e c k n a t därav, 10 15 20 25 30 517 970 32 att objektet utgörs av en komponent i fordonets växellåda.

21. Förfarande enligt kravet 19 k ä n n e t e c k n a t därav, av en kardanaxel, att objektet utgörs av ett parti vilket definierar en vinkeländring av axelns längdriktning.

22. Förfarande enligt något av kraven 19-21, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett resultat av beräkningen av den totala lasten lagras i en position i en minnesenhet hos fordonet.

23. Förfarande enligt något av kraven 1-14, k ä n n e t e c k n a t därav, att den första och andra parametern tas fram från enbart ett uppmätt värde med. hjälp av en. matematisk algoritm.

24. Förfarande enligt kravet 23, k ä n n e t e c k n a t därav, att den matematiska algoritmen utgörs av Rainflow- metoden.

25. Förfarande enligt kravet 23 eller 24, k ä n n e t e c k n a t därav, att den totala lasten beräknas med hjälp av en funktion som för inverkan på korrigerar medelspänningens spänningsamplitudens effekt.

26. Förfarande enligt något av kraven 23-25, p »nu nu 10 U 20 25 30 517 970 33 k ä n n e t e c k n a t därav, att objektet utgörs av en del av en bärande struktur, såsom ett fordon såsom en ram, i en mekanisk anordning, eller en farkost.

27. Förfarande enligt något av de föregående kraven k ä n n e t e c k n a t därav, att en användare av objektet debiteras för åstadkommen skada på objektet.

28. Förfarande enligt något av kraven 1-26 k ä n n e t e c k n a t därav, att kvarvarande livslängd. predikteras baserat på den beräknade skadan och att baserat på denna prediktering tas beslut om framtida drift av objektet.

29. Förfarande enligt något av kraven 1-26 k ä n n e t e c k n a t därav, att kvarvarande livslängd predikteras baserat på den beräknade skadan och att objektet värderas baserat på predikterad kvarvarande livslängd hos objektet.

30. Förfarande enligt något av kraven l-26 k ä n n e t e c k n a t därav, att skadan utnyttjas som underlag för dimensionering av framtida objekt som avses utsättas för liknande drift.

31. Förfarande enligt något av kraven 1-26 k ä n n e t e c k n a t därav, att den beräknade skadan utnyttjas för validering av en simuleringsmodell av objektet i drift. 10 15 20 51 7 9 70 34

32. Förfarande enligt något kraven 27-31 k ä n n e t e c k n a t därav, att en signal innefattande information om nämnda driftsparametrar, åstadkommen skada eller kvarvarande livslängd sänds från en sändare som är anordnad i anslutning till objektet till en mottagare hos en från objektet avlägset belägen basstation för beslut om åtgärder för objektet.

33. Förfarande enligt något av kraven 1-26 k ä n n e t e c k n a t därav, att information avseende åstadkommen skada på objektet presenteras för en förare av fordonet.

34. Datorprogramprodukt innefattande dataprogramsegment för att utföra samtliga steg enligt något av kraven l-33 då programmet körs i en dator.

35. Datorprogramprodukt innefattande dataprogramsegment som är lagrade på ett datorläsbart medel för att utföra förfarandet enligt något av kraven l-33 då programmet körs i en dator. :oo oo