專利名稱：監(jiān)視物料運輸車輛上液壓泵的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液壓泵，具體來說，涉及探測液壓泵磨損的技術。
背景技術：
液壓泵用于許多種用以提供加壓液壓流體源的設備中，然后，控制液壓流體來操 作液壓致動器，諸如液壓馬達和液壓缸錘頭組件。隨著時間的過去，泵內(nèi)部部件會磨損，由 此造成流體泄漏，這減少了泵所產(chǎn)生流體流動的量。如此的泄漏不僅減慢液壓致動器的運 動，它還浪費功率和升高液壓流體的溫度，這些也都是缺點。隨著時間的過去，致動器的運 行變劣到這樣的程度泵必須進行維護或更換。因此，希望能夠探測到泵是否有過度磨損并能采取補救措施。確定泵過度磨損的現(xiàn)有技術包括檢測流體流過泵殼排放出口的流量。因為泵磨損 將金屬顆粒引入液壓流體內(nèi)，所以，另一方法是定期測量流體中固體顆粒的大小和濃度。泵 產(chǎn)生的噪音也已經(jīng)被用來探測過度的泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
泵連接到液壓致動器，該致動器移動物料運輸車輛上的構件。通過操作泵來驅(qū)動 液壓致動器而移動該構件，可估計泵的磨損。例如，通過一個或多個傳感器，確定構件的實 際速度，還探測泵的速度。檢測從泵傳送到液壓致動器的流體壓力。泵速度和流體壓力被用來計算預測速度。選項地，流體溫度也可用來計算預測速 度。將該預測速度與構件實際速度相比較。當泵磨損增大時，預測速度和實際速度之間的 差值也增大。響應于兩速度的比較，就產(chǎn)生了泵磨損程度的指示。


圖1是本發(fā)明物料運輸車輛的立體圖；圖2是物料運輸車輛的控制系統(tǒng)的示意圖；以及圖3是用于監(jiān)視控制系統(tǒng)內(nèi)液壓泵特性的方法的流程圖。
具體實施例方式首先參照圖1，諸如鏟車那樣的物料運輸車輛10包括安裝在輪子16和17上的主 體14，以便例如在倉庫或工廠的地板上運動。主體包括操作者隔間18，隔間18具有開口 20 以便于操作者進出。操作者隔間18裝有多功能的控制手柄22和定位在地板沈上的剎車 開關M。在物料運輸車輛上的任何電動機可操作之前，操作者的腳必須使剎車開關M閉 合，這可防止車輛失控操作。方向盤觀也設置在操作者隔間18內(nèi)。盡管物料運輸車輛10 舉例顯示為具有站立的、操作者前后立腳的構造，但本發(fā)明不局限于該類型的車輛，并還可 用于其它類型的物料運輸車輛，包括但不限于碼垛車、平臺車、物料運輸鏟車、平衡提升鏟 車，以及用于倉庫或工廠內(nèi)以運輸、儲存和取貨的其它動力車輛。
物料運輸車輛10包括固定在主體14上的垂直柱30，滑架32可滑動地安裝在垂直 柱上，使其在不同位置之間作垂直運動。一對鏟叉34從滑架32伸出，用來支承被物料運輸 車輛運輸?shù)呢浳?0(圖幻。通過操縱多功能的控制手柄22，操作者控制滑架32在垂直柱 30上的升降。參照圖2，多功能的控制手柄22和方向盤28是物料運輸車輛10的控制系統(tǒng)40的 部分。該控制系統(tǒng)40包括車輛控制器42，控制器是基于微機的裝置，其執(zhí)行控制車輛上其 它部件運行的軟件。傳統(tǒng)的信息顯示器41和鍵盤43能使操作者與車輛控制器42接口。車 輛控制器42還從多功能的控制手柄22、方向盤觀、鍵開關45和剎車開關M接受操作者的 輸入信號。響應于這些接受的信號，車輛控制器對提升電動機控制器44和驅(qū)動系統(tǒng)47提 供指令信號，驅(qū)動系統(tǒng)47包括牽引電動機控制器46和轉向電動機控制器48。驅(qū)動系統(tǒng)47 提供原動力來沿選定方向驅(qū)動和轉向物料運輸車輛10，同時，提升電動機控制器44控制滑 架32沿垂直柱30的運動以升降貨物50，這將在下文中描述。物料運輸車輛10和其控制系 統(tǒng)40由一個或多個電池38供電，電池38連接到車輛控制器42、驅(qū)動系統(tǒng)47，以及通過熔 絲或斷路器52連接到提升電動機控制器44。盡管在本公開中使用了電池供電的物料運輸 車輛，但本發(fā)明也可用于由內(nèi)燃機或燃料電池提供動力的車輛。牽引電動機控制器46致動牽引電動機54，該牽引電動機M連接到輪子16，以對 物料運輸車輛10提供原動力。通過操作多功能的控制手柄22來選擇牽引電動機M的速 度和方向。輪子16還通過牽引電動機M連接到摩擦制動器56，以對物料運輸車輛10提供 維修和停車制動的功能。連接轉向電動機控制器48，以便響應于操作者轉動方向盤觀而操 作轉向電動機58和相關的轉向輪59。轉向輪59的轉動方向和來自多功能的控制手柄22 的行車控制指令，確定了物料運輸車輛的運動方向。本發(fā)明特別重要之處在于，提升電動機控制器44控制著施加到連接在液壓回路 62的液壓提升馬達60的電流。液壓回路62推進滑架32和鏟叉34沿垂直柱30運動，由 此，上下地移動貨物50，根據(jù)多功能的控制手柄22上所選定的方向而定。液壓提升馬達60 驅(qū)動固定的正排量泵64，該泵產(chǎn)生流體從容器66到液壓缸錘頭組件68的流動，液壓缸錘頭 組件68連接在物料運輸車輛的主體14和滑架32之間。螺線管操作的、雙向控制閥67將 液壓泵64的輸出連接到液壓缸錘頭組件68。在泵出口管線內(nèi)存在過大壓力的情形下，卸壓 閥65提供了通向容器66的釋放路徑。液壓回路62包括壓力傳感器70和溫度傳感器72，它們分別檢測液壓泵64和液壓 缸錘頭組件68之間流動的流體壓力和溫度。壓力傳感器70和溫度傳感器72產(chǎn)生電信號， 電信號施加到車輛控制器42的輸入端。速度傳感器74連接到液壓提升馬達60并向車輛 控制器42提供泵速度的測量值。因為泵64直接連接到液壓提升馬達60，所以，兩個裝置的 轉速相同。對于將馬達連接到泵的其它傳動裝置來說，情形就不是這樣，在此情形中，速度 傳感器74直接附連到液壓泵64。沿著滑架32在垂直柱30上的行程路徑定位有下垂直柱開關76和上垂直柱開關 78，當滑架處于開關的相應位置時，下垂直柱開關76和上垂直柱開關78閉合。下垂直柱開 關76在滑架32處于沿垂直柱行程的最下極端處閉合。下垂直柱開關76和上垂直柱開關 78之間的距離是已知的和固定的。如下文中將會描述的，垂直柱開關76和78提供一種裝 置，車輛控制器42借助于該裝置可測量滑架32行程的實際速度。
如上所述，車輛控制器42響應于操作者經(jīng)由裝置22和觀輸入的輸入信號，它們 指明物料運輸車輛10所要執(zhí)行的功能。這些功能之一是按照操縱多功能的控制手柄22的 操作者的指令，通過滑架32沿垂直柱30的運動來升降貨物50。通過合適地操作提升電動 機控制器44和螺線管操作的、雙向控制閥67，車輛控制器可響應于操作者的指令。為了提 升滑架32，將控制閥67打開，指令提升電動機控制器44對液壓提升馬達60施加電流，液壓 提升馬達60驅(qū)動泵64，通過控制閥67從容器66將流體送到液壓缸錘頭組件68。為了下 降滑架32，將控制閥67打開，其借助于作用在滑架和任何已裝載的貨物上的重力，允許流 體強制地從液壓缸錘頭組件68流出。流體通過泵回流到容器66。或者，可使用一種三位三 向的控制閥，提供從液壓缸錘頭組件68到容器66的分開的直通路徑。除了控制泵64之外，車輛控制器42執(zhí)行泵監(jiān)視程序，其檢查液壓系統(tǒng)的特性以 確定泵是否經(jīng)歷了過度的磨損量，由此而需要維護或更換。參照圖3，根據(jù)車輛控制器的實 時時鐘定時地執(zhí)行泵監(jiān)視程序100。該執(zhí)行開始于步驟101處，其時，車輛控制器42等待， 直到發(fā)生下垂直柱開關76的閉合，這表明滑架32位于垂直柱30的底部。然后在步驟102 處，車輛控制器42等待來自操作者的指令以便提升滑架32。一旦這種情況發(fā)生，在步驟103 處，車輛控制器42就清空和啟動軟件執(zhí)行的定時器，以測量垂直柱30上滑架的行程時間。 接下來在步驟104處，車輛控制器42讀取和記錄取自壓力傳感器70、流體溫度傳感器72和 提升電動機速度傳感器74的測量值。在步驟105處，車輛控制器42讀取來自上垂直柱開關78的輸入信號，確定該開關 是否閉合，而當滑架32到達該開關位置時該開關閉合。應該理解到，上垂直柱開關78位于 垂直柱上的某一位置處，滑架32經(jīng)常提升到該位置。如果發(fā)現(xiàn)該開關未被閉合，則程序執(zhí) 行分叉到步驟106以確定定時器的值是否大于預定的時間量T。該時間量T長于將滑架32 提升到上垂直柱開關78位置所化的最大時間，滑架的提升是在最重許可載荷作用下以及 液壓系統(tǒng)預計最壞的一般運行條件下進行。當滑架32沒有被提升到足夠高而達到上垂直 柱開關78時，則在步驟106處的該試驗重置泵監(jiān)視程序100。在該情形中，過程返回到步驟 101以等待下垂直柱開關76閉合，而當滑架32已經(jīng)下降到垂直柱30底部時下垂直柱開關 76閉合。此時起，當接受到另一操作者要提升滑架的指令時，則過程將再恢復開始。然而，如果定時器未到達步驟106處的值T，則程序的執(zhí)行返回到步驟105以檢查 上垂直柱開關78的狀態(tài)。因此，當垂直柱正在提升時，泵監(jiān)視程序100繼續(xù)循環(huán)通過步驟 105和106，直到探測到上垂直柱開關78閉合或直到定時器到時間，即，到達值T。假定滑架32繼續(xù)向上提升，最終到達上垂直柱開關78，則該開關的閉合致使泵監(jiān) 視程序從步驟105分叉到步驟108，那里，定時器停止并記錄下所經(jīng)過的時間。盡管泵監(jiān)視程序100的其余步驟可由車輛控制器42執(zhí)行，但變通的做法是可將記 錄的時間加載到物料運輸車輛10正在運行的工廠內(nèi)的計算機中。在后一情形中，計算機執(zhí) 行剩余的這些步驟。監(jiān)視泵磨損是基于如下的概念滑架32的提升速度是泵輸出流量減去任何的泄 漏的函數(shù)，其可表達為提升速度=泵輸出-泄漏。對于某些泵來說，泄漏可以模擬為通過 小孔的流量。在此情形中，預測的提升速度值在步驟110處根據(jù)以下公式計算
預測的提升速度=K * RPM - M * ^/壓力/溫反(1)
其中，K是泵排量，RPM是傳感器74測得的泵64的速度，M是常數(shù)，“壓力”是傳感 器70測得的泵64出口處的壓力，“溫度”是傳感器72測得的泵出口處的流體溫度。對于特 殊類型的泵，根據(jù)物料運輸車輛的特殊模型可導出值K和M,并儲存在該模型的各個物料運 輸車輛10的車輛控制器42的存儲器內(nèi)?；蛘?，值K和M可對于各個物料運輸車輛10在制 造時得出。對于其它泵的設計，泄漏流可模擬為流過窄管而不是流過通孔。在此情形中，預測 的提升速度值在步驟110處根據(jù)以下另一公式計算
權利要求
1.一種用于估計連接到液壓致動器上的泵的磨損的方法，所述液壓致動器移動物料運 輸車輛上的構件，所述方法包括操作所述泵而驅(qū)動所述液壓致動器以移動所述物料運輸車輛上的所述構件； 確定所述構件的實際速度；檢測所述泵的運行參數(shù)和所述泵產(chǎn)生的流體流動特征； 響應于所述檢測，計算所述構件的預測速度； 比較所述預測速度與所述實際速度；以及 響應于所述比較，提供所述泵磨損程度的指示。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，計算預測速度包括計算預測的泵輸出，計 算預測的泵泄漏，以及從所述預測的泵輸出中減去所述預測的泵泄漏。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述檢測包括檢測所述泵的速度，以及檢 測從所述泵傳送到所述液壓致動器的流體壓力；以及其中，基于所述泵的速度和所述流體 的壓力來計算所述預測速度。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述檢測還包括檢測所述流體的溫度；以及 其中，還基于所述流體的溫度來計算所述預測速度。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，比較所述預測速度與所述實際速度包括計 算所述預測速度與所述實際速度之間的差值，并計算所述預測速度與所述實際速度之間的 平均差值；以及其中，響應于所述平均差值來提供磨損程度的指示。
6.一種用于估計連接到液壓致動器上的泵的磨損的方法，所述液壓致動器移動物料運 輸車輛上的構件，所述方法包括操作所述泵而驅(qū)動所述液壓致動器以移動所述物料運輸車輛上的所述構件； 確定所述構件的實際速度； 檢測所述泵的速度；檢測從所述泵傳送到所述液壓致動器的流體壓力； 基于所述泵的速度和所述流體壓力來計算預測速度； 比較所述預測速度與所述實際速度；以及 響應于所述比較，提供所述泵磨損程度的指示。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，計算預測速度包括根據(jù)所述泵的速度來計 算預測的泵輸出，根據(jù)所述壓力來計算預測的泵泄漏，以及從所述預測的泵輸出中減去所 述預測的泵泄漏。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括檢測流體溫度，以及其中，還基于所 述溫度來計算所述預測速度。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計算所述預測速度預測速度=K * RPM - M * ^/壓力/溫度其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常數(shù)，壓力是流體的壓力，溫度是流體的溫度。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計算所述預測速度 預測提升速度=K * RPM - M *溫度* ^JbJj其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常數(shù)，溫度是流體的溫度，壓力是流體的壓力。
11.如權利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計算所述預測速度預測速度=κ * RPM - Μ * VIOJ其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常數(shù)，壓力是流體的壓力。
12.如權利要求6所述的方法，其特征在于，比較所述預測速度與所述實際速度包括 計算所述預測速度和所述實際速度之間的差值。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，還包括計算所述預測速度與所述實際速 度之間的平均差值；以及其中，響應于所述平均差值來提供磨損程度的指示。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，還包括確定閾值差值，以及響應于超過所 述閾值差值的平均差值來提供磨損程度的指示。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于，還包括確定閾值；以及根據(jù)所述預測速度 與所述實際速度之間的差值導出一值，以及響應于超過所述閾值的值來提供磨損程度的指7J\ ο
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于，響應于所述差值的變化率來提供磨損程 度的指示。
17.一種用于估計連接到液壓致動器上的泵的磨損的裝置，所述液壓致動器移動物料 運輸車輛上的構件，所述裝置包括至少一個檢測裝置，所述至少一個檢測裝置產(chǎn)生信號，根據(jù)所述信號來確定所述構件 的實際速度；第一傳感器，所述第一傳感器用于檢測所述泵的速度；第二傳感器，所述第二傳感器用于檢測從所述泵傳送到所述液壓致動器的流體壓力；以及控制器，所述控制器連接到所述至少一個檢測裝置、所述第一傳感器和所述第二傳感 器，所述控制器用于根據(jù)所述泵的速度和所述流體壓力計算預測速度，比較所述預測速度 與所述實際速度，以及響應于所述比較來提供所述泵的磨損程度的指示。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括第三傳感器，所述第三傳感器用于 檢測所述流體的溫度；以及其中，所述控制器還根據(jù)所述溫度來計算所述預測速度。
19.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述至少一個檢測裝置包括一對沿著所 述構件運動路徑位于兩個不同位置處的傳感器，以及該對傳感器中的每個傳感器在所述構 件靠近這兩個位置中的相應一個位置時被操作。
20.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述控制器通過計算所述預測速度與所 述實際速度之間的差值，來比較所述預測速度與所述實際速度。
21.如權利要求20所述的裝置，其特征在于，所述控制器還計算所述預測速度與所述 實際速度之間的平均差值；以及響應于所述平均差值來提供磨損程度的指示。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述控制器響應于超過閾值的平均差值 來提供磨損程度的指示。
23.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括確定閾值差值；以及響應于所述閾 值差值的變化率提供磨損程度的指示。
全文摘要
一種監(jiān)視物料運輸車輛上液壓泵的裝置和方法。使用一種方法來估計泵的磨損，該方法包括運行泵來驅(qū)動使構件運動的液壓致動器。確定構件的實際速度并檢測泵的速度。還檢測從泵傳送到液壓致動器的流體壓力。根據(jù)泵的速度和流體的壓力來計算構件的預測速度。將預測速度與實際速度相比較，利用比較結果提供泵磨損程度的指示。預測速度與實際速度之間的差值隨泵磨損的增大而增大。
文檔編號F04B51/00GK102116285SQ201110021599
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權日2010年1月5日
發(fā)明者J·B·柯克, J·格林, P·P·麥克卡比 申請人:雷蒙德股份有限公司