背景技術：

本發(fā)明涉及一種用于確定壓力介質(zhì)操作的設備的操作狀況的監(jiān)測設備。

本發(fā)明進一步涉及一種用于確定壓力介質(zhì)操作的設備的操作狀況的方法。

本發(fā)明領域更確切地在獨立權利要求的前序部分進行限定。

液壓系統(tǒng)可以配備有不同的液壓設備(比如用于引起期望的移動(比如旋轉(zhuǎn)移動和線性移動)的液壓致動器)。液壓設備在其使用過程中受到磨損并且其最終可能故障。進一步地，設備的部件或結構故障可能損害設備的操作，并且還可能對連接至液壓系統(tǒng)的其他設備造成損壞。因此，研發(fā)了不同的系統(tǒng)和監(jiān)測設備以用于確定和指示液壓設備的操作狀況。文獻us-2009/0019938-a1公開了一種配備有診斷系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機器。為了確定操作狀況，將監(jiān)測結果與實際臺架測試的結果進行比較。然而，已知的解決方案已示出為包含一些缺點。

發(fā)明概述

本發(fā)明的目的是提供一種用于確定壓力介質(zhì)操作的設備的操作狀況的新穎且改進的監(jiān)測設備和方法。

根據(jù)本發(fā)明的所述監(jiān)測設備的特征在于：用針對所述壓力介質(zhì)操作的設備的設計模型執(zhí)行的強度分析來計算所述輸入的參考數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的所述方法的特征在于：通過用針對所述壓力介質(zhì)操作的設備的設計模型執(zhí)行的強度分析來確定所述輸入的參考數(shù)據(jù)。

所公開的解決方案的理念是借助于監(jiān)測設備來確定一個或多個壓力介質(zhì)操作的設備的操作狀態(tài)值。借助于測量裝置來測量所述被監(jiān)測設備的操作并且將所述測量數(shù)據(jù)輸入監(jiān)測設備中以進一步對其進行處理。所述監(jiān)測設備基于所述接收到的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個或多個操作狀態(tài)值。為了確定所述被監(jiān)測設備的當前操作狀況，所述監(jiān)測設備將所述確定的操作狀態(tài)值和參考數(shù)據(jù)進行比較。所述參考數(shù)據(jù)是基于所述被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備的設計數(shù)據(jù)或模型的并且通過利用對所述設計數(shù)據(jù)的強度分析來產(chǎn)生。

優(yōu)點是所公開的解決方案提供針對壓力介質(zhì)操作的設備的狀況監(jiān)測的改進。所述參考數(shù)據(jù)可以容易且快速地產(chǎn)生，因為其基于設計數(shù)據(jù)和強度分析。所述參考數(shù)據(jù)在設計工作期間可能已經(jīng)產(chǎn)生并且不需要大量單獨的處理。所述設計數(shù)據(jù)已是可用的并且可以例如借助于合適的計算機程序而被分析。此外，可以容易地將對設計數(shù)據(jù)的修改考慮在內(nèi)。由于所公開的解決方案，壓力介質(zhì)操作的設備的實際物理測試并非確定參考數(shù)據(jù)所必需的。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備配備有至少一個數(shù)據(jù)集，所述至少一個數(shù)據(jù)集包括基于疲勞分析計算的參考數(shù)據(jù)。因此，所述監(jiān)測設備被配置用于將所述經(jīng)處理的當前操作狀態(tài)值與所述疲勞分析計算的所述參考數(shù)據(jù)進行比較。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備包括至少一個處理器，以用于執(zhí)行所述處理器中的至少一個監(jiān)測程序。所述處理器然后可以處理所述接收到的測量數(shù)據(jù)并且執(zhí)行與所述輸入的參考數(shù)據(jù)的所述比較。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備包括用于對所述接收到的測量數(shù)據(jù)進行篩選的裝置以便識別對負載和操作狀況而言重要的測量值，并且另一方面，以便檢測對操作狀況而言較不重要的測量結果。所述監(jiān)測設備可以包括配備有至少一個篩選程序的控制單元，所述程序的執(zhí)行被配置用于分析所述測量數(shù)據(jù)。所述篩選程序可以被安排成用于對所述接收到的測量值和結果進行分類。因此，所述篩選步驟可以提供針對操作狀況具有不同影響和重要性的兩個或更多個測量數(shù)據(jù)種類。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備包括用于根據(jù)預定原理對所述接收到的測量數(shù)據(jù)進行篩選的篩選裝置。因此，所述監(jiān)測設備可以被配置用于僅收集相關的測量數(shù)據(jù)并且對其進行處理。所述經(jīng)篩選的數(shù)據(jù)可以包括針對所述被監(jiān)測設備的重要壓力脈沖數(shù)據(jù)以及所述被監(jiān)測設備的應變歷史，由此所述經(jīng)篩選的數(shù)據(jù)可以僅包括對疲勞而言重要的數(shù)據(jù)。所述篩選原理可以限定所述被監(jiān)測特征并且限制其值和范圍。

根據(jù)實施例，所述參考數(shù)據(jù)是借助于有限元分析(被稱為fe分析)來確定的。

根據(jù)實施例，輸入所述監(jiān)測設備中的所述參考數(shù)據(jù)包括參考值或參考值集。所述參考值可以因此包括一個或多個數(shù)值。所述參考值可以確定所確定的物理特性的最大允許數(shù)值。

根據(jù)實施例，所述參考值可以包括作用在所述壓力介質(zhì)操作的設備的壓力室中的壓力超過預定的壓力極限情況的最大數(shù)量。這樣的高壓狀態(tài)可能對壓力介質(zhì)操作的設備的磨損和機械負載具有重大影響。

根據(jù)實施例，所述輸入的參考數(shù)據(jù)可以包括操作周期的最大總量，所述最大總量是針對所述相關聯(lián)的壓力介質(zhì)操作的設備或所述設備的關鍵單個部件進行限定的。替代性地，所述參考值可以包括重要操作周期的最大數(shù)量、包括超過預定負載并且被認為對設備的結構造成損害或可能造成大量磨損的負載。在對所述被監(jiān)測設備的操作周期進行計數(shù)時，可以對測量結果執(zhí)行篩選以識別重要的操作周期。因此，借助于篩選，可以忽略對操作狀況具有正常或較小影響的操作周期。

根據(jù)實施例，參考值可以包括最大機械負載值。替代性地，參考值可以包括機械負載的最大累積值。可以確定壓力介質(zhì)操作的設備的期望部件或結構件的機械負載值。例如，系統(tǒng)可以監(jiān)測關鍵部件的狀態(tài)。

根據(jù)實施例，參考值可以包括壓力介質(zhì)操作的設備的最大移動量。因此，可以確定設備的可移動構件的允許總行程。設計數(shù)據(jù)可以包括密封的機器元件及其密封件的信息，由此強度分析可以確定例如密封件的最大總行程。

根據(jù)實施例，輸入監(jiān)測設備中的參考數(shù)據(jù)包括參考模型，所述參考模型可以是與疲勞確定有關的數(shù)學模型。參考模型可以包括算法或計算機程序產(chǎn)品并且其可以在監(jiān)測設備的處理器中被執(zhí)行。參考模型還可以是自適應的，由此可以將改變操作狀態(tài)和用法考慮在內(nèi)。參考模型可以從借助于強度分析工具或軟件產(chǎn)生的模型中推導出來。

根據(jù)實施例，所述設備被配置用于通過監(jiān)測所述被監(jiān)測設備的一個單個關鍵部件的工作壽命來確定所述被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備的所述操作狀況。可以基于設計工作和強度分析來預先確定所選取的關鍵部件。因此，例如，輸入監(jiān)測設備中的參考數(shù)據(jù)可以通過疲勞分析來確定并且可以包括關鍵部件的疲勞極限。由于此實施例，監(jiān)測可以集中在部件上，所述部件對被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備的安全和操作而言可能至關重要。所選取的被監(jiān)測物體還可以是已知為脆弱的部件。

根據(jù)實施例，被監(jiān)測設備為被安排成用于產(chǎn)生線性移動的液壓缸。

根據(jù)實施例，被監(jiān)測設備為被安排成用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)移動的液壓電動機。

根據(jù)實施例，被監(jiān)測設備為被安排成用于生成用于液壓系統(tǒng)的液壓動力的液壓泵。

根據(jù)實施例，被監(jiān)測設備為被安排成用于存儲壓能的液壓儲壓器。

根據(jù)實施例，被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備為氣動設備(比如氣壓缸、電動機、泵或蓄壓器)。因此，本專利申請中所公開的解決方案還可以用于借助于加壓氣體或任何其他加壓液體來操作的監(jiān)測設備。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備位于所述被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備處。因此，監(jiān)測設備可以集成為壓力介質(zhì)操作的設備的結構的一部分。替代性地，監(jiān)測設備可以包括本體和緊固元件，所述緊固元件允許將監(jiān)測設備安裝至被監(jiān)測的液壓設備或氣壓設備或者將所述監(jiān)測設備從被監(jiān)測的液壓設備或氣壓設備上卸下。進一步地，監(jiān)測設備可以是至少包括集成在一個單元中的控制單元、至少一個測量設備和數(shù)據(jù)連接單元的模塊。監(jiān)測設備還可以配備有剛性聯(lián)接裝置，由此具有所述模塊配置的監(jiān)測設備可以緊固到一個單元中的液壓設備或氣壓設備并且可以相應地從中卸下。數(shù)據(jù)連接單元可以包括允許監(jiān)測設備與至少一個外部計算機、服務器或電氣終端設備之間的數(shù)據(jù)通信的有線或無線數(shù)據(jù)通信裝置。

根據(jù)實施例，所述監(jiān)測設備位于所述被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備外部。然后，測量數(shù)據(jù)可以經(jīng)由無線或有線數(shù)據(jù)通信裝置從一個或多個測量設備傳輸至監(jiān)測設備。測量數(shù)據(jù)可以周期性地、連續(xù)地或根據(jù)請求被發(fā)送至監(jiān)測設備。監(jiān)測設備可以是移動電氣終端設備(比如膝上型計算機、平板計算機、掌上計算機、智能電話或針對服務人員設計的特殊移動計算機)。替代性地，監(jiān)測設備可以是個人計算機、服務器、若干服務器或計算機組成的集合、或若干計算機組成的網(wǎng)(比如云服務)。監(jiān)測設備可以包括用于為用戶呈現(xiàn)信息的顯示設備或指示設備。

根據(jù)實施例，基于設計模型確定的參考數(shù)據(jù)在將其輸入監(jiān)測設備之前得以驗證。因此，將計算得到的參考數(shù)據(jù)與在試驗臺進行的實驗性實驗室測試的結果進行比較。由于此實施例，因為可以基于比較結果來調(diào)整參考數(shù)據(jù)，所以可以進一步提高參考數(shù)據(jù)的準確性。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備包括至少一個狀況指示設備。因此，監(jiān)測設備可以包括一個或多個顯示設備、視覺指示器或任何其他合適的指示設備，以用于通知操作員或維護人員已確定的操作狀況。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備包括允許存儲與已確定的操作狀況、操作狀態(tài)值和測量結果有關的數(shù)據(jù)的至少一個狀況數(shù)據(jù)庫或存儲器設備。每當需要的時候可以對存儲的數(shù)據(jù)進行分析并且可以產(chǎn)生期望的報告和文獻。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備被配置用于識別包括被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備的機器的操作員的操作風格。監(jiān)測設備被配置用于分析測量數(shù)據(jù)并且基于其確定操作員的操作風格。監(jiān)測設備可以包括不同操作風格的預定表征性特征，以對被監(jiān)測的使用狀態(tài)進行分類。由于此實施例，在確定操作狀況時可以將操作員相關的操作風格差異考慮在內(nèi)。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備被配置用于識別操作員的操作風格。監(jiān)測設備可以基于所識別的操作風格來確定故障概率。如果繼續(xù)同一操作風格，則監(jiān)測設備還可以估算被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備將發(fā)生故障的時刻。所述估算可以基于概率計算。在監(jiān)測設備檢測操作員的個人操作風格時，設備可以針對操作員執(zhí)行警告信號或消息以通知操作員當前使用的操作風格是有害的并且將在估算的時間段之后導致故障。由于此實施例，向操作員提供反饋，所述反饋激勵操作員改變當前操作風格。實施例還可以用于操作員的訓練。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備配備有針對被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備確定的預定的或估算的工作壽命。設定的工作壽命可以基于計算和分析，其中，根據(jù)操作參數(shù)的預定范圍來使用被監(jiān)測設備。因此，為了實現(xiàn)期望的或最佳的工作壽命，壓力操作的設備需要被使用成使得避免造成附加負載和疲勞的狀態(tài)。設定的工作壽命可以是一類理想的工作壽命并且可以借助于強度分析來確定。然而，操作員的操作風格變化，由此被監(jiān)測設備可以經(jīng)受由于非期望的或意外的使用方式而造成的負載。監(jiān)測設備可以記錄造成附加負載和疲勞的狀態(tài)、可以通知操作員檢測到的有害使用方式、并且可以確定預期的工作壽命。監(jiān)測設備可以基于所收集的數(shù)據(jù)來指示相對于設定的期望工作壽命的預期工作壽命，所述設定的期望工作壽命基于被監(jiān)測設備的最佳使用方式。由于此實施例，向操作員提供反饋，所述反饋激勵操作員改變當前操作風格，以便避免造成額外負載的狀態(tài)并且還以便使用限定的操作參數(shù)。

根據(jù)實施例，監(jiān)測設備配備有針對被監(jiān)測的壓力介質(zhì)操作的設備確定的預定的或估算的工作壽命。監(jiān)測設備可以被安排成用于在有限的時間段內(nèi)監(jiān)測壓力介質(zhì)設備并且可以根據(jù)收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)來估算被監(jiān)測設備的預期工作壽命將是多久?？梢栽诮M成了新的裝置并且壓力介質(zhì)操作的設備的之前負載歷史不可用的狀態(tài)下實施所公開的解決方案。進一步地，當在新的不同的使用或應用中使用配備有壓力介質(zhì)設備的裝置時，可以利用預期的使用位置或應用中的短期測試時段來產(chǎn)生對預期工作壽命的估算。短期監(jiān)測或測試時段可以足以指示被監(jiān)測設備針對預期的使用和應用的可行性?？赡艿?，在工作壽命期間不需要進一步的測量和監(jiān)測。由于此實施例，壓力介質(zhì)設備針對預期目的的可行性可以在操作早期得以驗證。在注意到被測試設備將使設定的目標值失效時，所述被測試設備可以被另一設備代替。

可以組合以上公開的實施例以形成配備有所公開的必需特征的合適的解決方案。

附圖說明

在附圖中對一些實施例進行了更加詳細的描述，在附圖中

圖1是監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖，

圖2是處理測量數(shù)據(jù)的示意圖，

圖3是配備有監(jiān)測設備的液壓設備的示意性側(cè)視圖，并且

圖4是另一監(jiān)測系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，其中，液壓設備配備有測量設備并且借助于外部監(jiān)測設備被監(jiān)測。

為了清楚起見，附圖以簡化的方式示出了所公開的解決方案的一些實施例。在附圖中，相同的參考標號標識相同的要素。

具體實施方式

圖1示出了一種用于監(jiān)測液壓設備1的操作狀況的系統(tǒng)，所述液壓設備可以是液壓致動器(比如液壓缸或液壓電動機)。進一步地，液壓設備可以是例如液壓泵或液壓蓄能器。液壓設備1配備有一個或多個測量設備2，用于在使用液壓設備1的過程中測量一個或多個物理特征。所收集和產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)3借助于輸入裝置5被輸入監(jiān)測設備4中。監(jiān)測設備4的位置可以與被監(jiān)測的液壓設備1相連接，或者其可以位于液壓設備1外部。監(jiān)測設備4可以包括一個或多個處理器6，用于執(zhí)行一個或多個監(jiān)測程序7。監(jiān)測設備4還可以包括篩選程序或其他類型的篩選裝置8，以確定所輸入的測量數(shù)據(jù)3的重要性。替代性地，測量設備2可以配備有合適的篩選裝置，由此被輸入監(jiān)測設備4中的測量數(shù)據(jù)3已被篩選并且被分類為相關的。

進一步地，至少一個參考數(shù)據(jù)9也借助于輸入裝置5被輸入監(jiān)測設備2中。參考數(shù)據(jù)9可以包括一個或多個參考值9a或若干數(shù)值的集合，或替代性地，或另外地，一個或多個參考模型9b，所述一個或多個參考模型可以是數(shù)學模型或算法。參考數(shù)據(jù)9在被監(jiān)測的液壓設備1的設計過程中可能已被確定。為了確定參考數(shù)據(jù)9，僅需要液壓設備1的設計數(shù)據(jù)或設計模型10。參考數(shù)據(jù)9可以通過對設計數(shù)據(jù)執(zhí)行強度分析11來生成。通常，利用強度分析程序和計算機。

監(jiān)測設備4可以分析輸入的測量數(shù)據(jù)3并且可以對指示液壓設備1的當前狀態(tài)的操作狀態(tài)值12進行處理。操作狀態(tài)值12可以指示例如累積的負載、磨損或操作周期。為了確定液壓設備1的操作狀況，監(jiān)測設備2將所確定的當前操作狀態(tài)值12與輸入的參考數(shù)據(jù)9進行比較13并且指示液壓設備1的當前操作狀況14。所產(chǎn)生的操作狀況14可以指示剩余的操作周期或機械負載，或者其可以指示例如磨損程度。監(jiān)測設備4還可以包括用于向服務人員指示操作狀況14的顯示設備15或其他裝置。替代性地，或除顯示設備15之外，監(jiān)測設備4可以包括用于允許監(jiān)測設備4與至少一個外部設備之間的數(shù)據(jù)連接的數(shù)據(jù)通信設備16。因此，可以直觀地指示操作狀況14，或者其可被傳輸至例如便攜式終端設備。

圖2展示了可以對測量數(shù)據(jù)進行篩選從而使得在確定液壓設備的操作狀況時僅將重要的測量結果考慮在內(nèi)。

如其在圖3中所示的，液壓設備1可以是液壓缸。液壓缸包括框架17，所述框架內(nèi)部為至少一個壓力室18a、18b，所述壓力室借助于饋送裝置連接至液壓系統(tǒng)19。液壓缸進一步包括安排在框架17的缸室內(nèi)部的活塞20并且借助于密封件21針對缸室的內(nèi)表面進行密封。活塞20被安排成用于根據(jù)壓力室18a、18b之間的壓力差線性地移動。所生成的線性移動可以借助于活塞桿22進行傳輸以用于期望的用途。

液壓缸可以配備有一個或多個測量設備。壓力傳感器2a或換能器可以被安排成與通向壓力室18a、18b的壓力輸送管相連接，或者壓力感測設備可以被安排成用于直接從壓力室18a、18b測量壓力。壓力傳感器2a的測量數(shù)據(jù)可以用于確定壓力室的壓力和對構造造成的機械負載。液壓缸還可以包括一個或多個位置測量設備2b，由此可以檢測液壓缸的操作周期數(shù)以及活塞20和密封件21的移動量。操作周期還可以通過分析壓力數(shù)據(jù)和壓力變化來進行識別。液壓缸的機械負載還可以借助于一個或多個負載傳感器2c(比如應變儀、壓電傳感器或允許測量機械負載的任何其他類型的傳感器)進行測量。除了提到的傳感器2a-2c之外，其他類型的測量設備也可以用于測量液壓缸的物理特征。測量數(shù)據(jù)可以從傳感器2a-2c傳輸至安裝在液壓缸上的監(jiān)測設備4。替代性地，一個或多個傳感器可以集成至監(jiān)測設備4，由此其可以形成模塊。

監(jiān)測設備4可以包括用于將監(jiān)測設備4緊固到液壓缸的框架17的外表面上的安裝裝置23。安裝裝置23可以包括允許監(jiān)測設備4的便易安裝和拆卸的剛性聯(lián)接裝置。監(jiān)測設備可以包括由兩個半件或若干本體件組成的本體，所述本體可被置于液壓缸的外表面上并且所述半件或本體件可通過緊固裝置(比如螺釘)與彼此連接。替代性地，安裝裝置23可以包括緊固帶，所述緊固帶可被置于液壓缸的框架17周圍。安裝裝置23可以被設計成使得容易安裝至現(xiàn)有的液壓設備并且不需要對其基本構造進行修改。監(jiān)測設備4可被定位成使得指示設備15可見。監(jiān)測設備4可以借助于數(shù)據(jù)通信單元16將監(jiān)測數(shù)據(jù)和結果傳輸至電氣終端設備24或傳輸至包括一個或多個服務器或計算機的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。

在圖3中，測量數(shù)據(jù)可以通過有線或無線數(shù)據(jù)傳輸從測量設備2a-2c傳輸至監(jiān)測設備4。進一步地，監(jiān)測設備4與外部設備24之間的數(shù)據(jù)通信也可以是有線或無線的。無線數(shù)據(jù)通信裝置可以利用例如藍牙、無線電信號、wifi或rfid。

圖4公開了位于被監(jiān)測的液壓設備1外部的另一監(jiān)測設備4。液壓設備1可以與圖3的液壓缸相對應并且可以配備有一個或多個若干測量設備2a-2c。測量設備2a-2c的測量數(shù)據(jù)可被傳輸至數(shù)據(jù)通信設備16，所述數(shù)據(jù)通信設備可以將數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測設備4。替代性地，測量設備2a-2c可以配備有其自己的數(shù)據(jù)傳輸裝置，由此測量數(shù)據(jù)可被直接地從測量設備2a-2c傳輸至監(jiān)測設備4。數(shù)據(jù)通信可以是有線的或無線的。無線數(shù)據(jù)通信裝置可以利用例如藍牙、無線電信號、wifi或rfid。測量數(shù)據(jù)的傳輸可以周期性地、連續(xù)地或根據(jù)單獨的請求來完成。

在圖4中，監(jiān)測設備4可以例如是移動電氣終端設備(比如膝上型計算機、平板計算機、智能電話)。替代性地，監(jiān)測設備為服務器或者若干服務器或計算機組成的集合。監(jiān)測設備還可以基于云服務。監(jiān)測設備4可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)和結果傳輸至電氣終端設備24或傳輸至包括一個或多個服務器或計算機的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。

替代性地，以上公開的被監(jiān)測設備可以是可借助于加壓氣體或其他合適的流體進行操作的設備。

可以至少以下面的方式來利用所公開的監(jiān)測和所確定的操作狀況：

a)記錄被監(jiān)測設備的負載歷史，

b)確定或者估算直至被監(jiān)測部件故障的負載周期數(shù)，

c)定義被監(jiān)測設備的預防性維護時間表，

d)提供對壓力介質(zhì)操作致動器或特定的被監(jiān)測部件的剩余工作壽命的估算(即，估算使用期限)，

e)指示超過預定疲勞極限，

f)標識特定部件的劣化，以及

g)預測服務時間以及所需服務的擴展。

附圖和相關說明僅旨在展示本發(fā)明的理念。在其細節(jié)上，本發(fā)明可以在權利要求書的范圍內(nèi)變化。