用于測量機器運轉(zhuǎn)狀況的無線系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于測量機器運轉(zhuǎn)狀況的無線系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請案的交叉引用
[0002]本申請案要求2012年8月22日提交的第61/692,230號美國臨時專利申請案的權(quán)益,該申請案以全文引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本說明書描述的主題的一個或多個實施例大體涉及系統(tǒng)和方法,所述系統(tǒng)和方法用于檢測機器或具有可活動件(movable parts)的機器部件的運轉(zhuǎn)狀況。
【背景技術(shù)】
[0004]許多工業(yè)機器(例如,機車、卡車、運土設(shè)備、風(fēng)車等)包括在困難環(huán)境內(nèi)運轉(zhuǎn)和/或忍受大量熱應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及沖擊和振動的元件或組件(例如,機器傳動系(drivetrains))。通常期望監(jiān)控元件或組件的情況,以使得在機器承受嚴重的永久損壞之前可對元件或組件進行替換或修理。通常,使用流體潤滑劑來提供潤滑和冷卻,以便增強機器的性能和/或增加機器的操作壽命。潤滑劑減少在彼此接合的兩個零件之間的摩擦,并且也可驅(qū)散由兩個零件之間的摩擦產(chǎn)生的熱量。如一個具體實例,可用齒輪系或傳動系來完成來自牽引電動機或其他機械動力提供者的速度控制。齒輪系一般包括至少兩個彼此接合的齒輪。例如,第一齒輪(如小齒輪)的齒可在齒輪嚙合處接合更大齒輪的齒。齒輪通常由潤滑劑(例如,油)潤滑,以便減少齒輪之間的摩擦,并且促進在操作期間產(chǎn)生的熱的耗散。為了讓齒輪被適當(dāng)潤滑,指定量的潤滑劑可用于由齒輪使用。
[0005]齒輪系可包括包圍齒輪系的一個或多個零件的齒輪箱。齒輪箱具有用于保持潤滑劑的儲液器。齒輪中的至少一個可移動通過儲液器,以便潤滑齒輪并因此潤滑齒輪嚙合。齒輪中的至少一個可連接至從齒輪箱伸出的軸。為防止從儲液器或齒輪箱泄露,將軸與齒輪箱之間的接口密封。
[0006]然而密封接口通常暴露于苛刻的條件。例如,機車的齒輪系經(jīng)常暴露于大的溫差、潮濕環(huán)境、干燥環(huán)境、粗糙的灰塵或塵垢和/或復(fù)雜的振動狀態(tài)。這些條件可造成密封接口的失效,從而導(dǎo)致潤滑劑泄露。當(dāng)可用于齒輪的潤滑劑供應(yīng)不足時,機器可容易發(fā)生齒輪系或滾動元件軸承損壞,從而導(dǎo)致鎖定的輪軸狀態(tài)。在機車情況下,鎖定的輪軸可能需要機車從服務(wù)中移除并且被送往修理設(shè)施。機車的移除和修理都會是耗時且成本高昂的。此外,機車損失的生產(chǎn)力也是成本高昂的。
[0007]除具有足夠量的潤滑劑之外,還期望潤滑劑在操作期間具有足夠的質(zhì)量。例如,在儲液器中的潤滑劑可變成由水、金屬顆粒和非金屬顆粒污染的。被污染的流體可導(dǎo)致機器的零件受損或性能降低。此外,潤滑劑可由于重復(fù)的熱循環(huán)和粘性循環(huán)而老化,導(dǎo)致諸如粘性的流體性能損失。
[0008]檢查機器流體的常規(guī)方法包括流體的視覺檢查(例如,量油尺)或直接連線至系統(tǒng)的傳感器。然而,這些方法可能是不實用的和/或可能具有有限的能力。例如,由于一些機器的配置,可能難以視覺檢查流體。另外,硬連線的傳感器可不適合用于頻繁移動和/或暴露于苛刻條件的機器。
[0009]除檢測機器所用液體的數(shù)量和/或質(zhì)量之外,可期望獲得關(guān)于機器運轉(zhuǎn)狀況的其他信息。例如,當(dāng)工業(yè)機器正適當(dāng)運轉(zhuǎn)時,機器可具有已知的或期望的振動狀態(tài)。然而,當(dāng)機器的零件被損壞或以其他方式不正常運轉(zhuǎn)時,機器的振動會改變。因此,可期望檢測機器中某些元件的振動,以便監(jiān)控這些元件、機器的其他部件或機器整體的健康狀況。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]根據(jù)實施例,提供一種包括被配置成設(shè)置在機器的儲液器內(nèi)的傳感器的系統(tǒng)(例如,監(jiān)控系統(tǒng)),所述機器具有由儲液器中的液體潤滑的活動件。傳感器被配置成獲得代表儲液器中液體的數(shù)量或質(zhì)量中的至少一種的液體測量值。所述系統(tǒng)還可包括可操作地連接至傳感器的裝置主體。裝置主體具有可操作地連接至傳感器并且被配置成產(chǎn)生代表液體測量值的第一數(shù)據(jù)信號的處理單元。裝置主體還包括被配置成將第一數(shù)據(jù)信號無線傳送至遠程讀取器的發(fā)射器。
[0011]在一個實施例中,提供一種包括傳感器的系統(tǒng)(例如,監(jiān)控系統(tǒng)),所述傳感器被配置成接合至傳動系的機械元件,以獲得機械元件的振動狀態(tài)的測量值。測量值代表傳動系的運轉(zhuǎn)狀況。系統(tǒng)包括具有可操作地連接至傳感器的處理單元的裝置主體。處理單元被配置成產(chǎn)生代表測量值的第一數(shù)據(jù)信號。裝置主體還包括被配置成將第一數(shù)據(jù)信號無線傳遞至遠程讀取器的發(fā)射器。
[0012]在一個實施例中,一種方法(例如,用于監(jiān)控機器運轉(zhuǎn)狀況的方法)包括從具有傳動系的機器的無線裝置接收數(shù)據(jù)信號。無線裝置包括直接連接至傳動系的裝置主體。裝置主體包括用于無線發(fā)射數(shù)據(jù)信號的發(fā)射器(transmitter)。數(shù)據(jù)信號可基于傳動系的運轉(zhuǎn)狀況的測量值。所述方法還包括響應(yīng)于確定傳動系正不當(dāng)?shù)剡\轉(zhuǎn),產(chǎn)生信號以安排傳動系的維護或傳動系元件的替換中的至少一個。
[0013]在實施例中,一種系統(tǒng)(例如,監(jiān)控系統(tǒng))包括被配置成從具有傳動系的機器的無線裝置接收數(shù)據(jù)信號的信號處理模塊。數(shù)據(jù)信號是基于傳動系的運轉(zhuǎn)狀況的測量值。信號處理模塊被配置成基于數(shù)據(jù)信號來確定傳動系是否正不當(dāng)?shù)剡\轉(zhuǎn)。任選地,所述系統(tǒng)還包括被配置成產(chǎn)生基于運轉(zhuǎn)狀況的操作計劃的計劃模塊。
[0014]盡管多個實施例被公開,但所描述的主題的其他實施例將從以下詳細描述中變得明顯,所述以下詳細描述示出且描述了公開的發(fā)明主題的示例性實施例。如將被理解的,發(fā)明主題能夠在各種方面進行修改,而均不偏離所描述的主體的精神和范圍。因此,附圖和詳細描述被認為本質(zhì)上是示意性的且非限制性的。
【附圖說明】
[0015]圖1為根據(jù)實施例的系統(tǒng)的示意圖。
[0016]圖2為根據(jù)實施例的傳動系的側(cè)視圖。
[0017]圖3為可由圖2的傳動系使用的齒輪箱的局部分解圖。
[0018]圖4為根據(jù)實施例的電容型傳感器的側(cè)視圖。
[0019]圖5為根據(jù)實施例的磁力浮子/簧片開關(guān)傳感器的示意圖。
[0020]圖6為根據(jù)實施例的加速度計的示意圖。
[0021]圖7為根據(jù)實施例形成的無線裝置的示意圖。
[0022]圖8為根據(jù)實施例形成的無線裝置的示意圖。
[0023]圖9為根據(jù)實施例的利用圖4所示傳感器的無線裝置的一部分的橫截面圖。
[0024]圖10為根據(jù)實施例的利用圖4所示傳感器的無線裝置的一部分的橫截面圖。
[0025]圖11為根據(jù)實施例的利用圖5所示傳感器的無線裝置的橫截面圖。
[0026]圖12為根據(jù)實施例形成的無線裝置的一部分的橫截面圖。
[0027]圖13為圖13的無線裝置的前視圖。
[0028]圖14為根據(jù)實施例的機車的示意圖,并且示出多個機車部件。
[0029]圖15示出根據(jù)實施例的用于從一個或多個無線裝置獲得數(shù)據(jù)信號的系統(tǒng)。
[0030]圖16為根據(jù)實施例示出一種方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]本說明書描述的實施例包括可結(jié)合獲得機器的一個或多個測量值而使用的各種系統(tǒng)、組件、裝置、設(shè)備和方法。所述測量值可代表或指示機器的運轉(zhuǎn)狀況。如本說明書使用的,“機器的運轉(zhuǎn)狀況”可指作為整體的機器的運轉(zhuǎn)狀況,或機器部件(例如,元件、組件或子系統(tǒng))的運轉(zhuǎn)狀況。如本說明使用的,術(shù)語“運轉(zhuǎn)狀況”涉及部件的當(dāng)前狀態(tài)或能力,和/或未來狀態(tài)或能力。例如,測量值可指示:部件未以充分的方式在運轉(zhuǎn)、被損壞、如果它繼續(xù)以指定方式運轉(zhuǎn)可能被損壞、不可能在指定環(huán)境下適當(dāng)?shù)貓?zhí)行,和/或可能對機器其他部件造成損壞。
[0032]如關(guān)于機車或其他軌道車輛的實例,從機車或其他軌道車輛獲得的一個或多個測量值可指示部件(例如,傳動系(drive train)、齒輪箱、發(fā)動機等)中的潤滑劑為低的或具有不足的質(zhì)量。本說明書提出的實施例可產(chǎn)生基于測量值的操作計劃。例如,操作計劃可包括指令,所述指令用于停用輪軸或限制輪軸的牽引和/或制動作用。操作計劃可指示齒輪箱的哪個元件應(yīng)被替換和/或機器如何操作直到齒輪箱被替換。以下更詳細描述所述操作計劃。
[0033]所述測量值可為根據(jù)本發(fā)明書描述的實施例分析的多個測量值中的一個。例如,實施例可包括分析從單個傳感器在不同時間獲得的多個測量值,以確定機器的運轉(zhuǎn)狀況。舉例而言,來自齒輪箱中單個傳感器的一系列測量值可指示潤滑劑液位已顯著改變,并且因此齒輪箱發(fā)生泄漏。實施例還可包括分析來自相同類型的多個傳感器的測量值。例如,機器可包括多個齒輪箱。來自齒輪箱的振動測量值可指示齒輪箱中的一個正與其他齒輪箱不同地運轉(zhuǎn),并且因此可被損壞或需要維護。實施例還可包括分析不同類型的測量值,以確定機器的運轉(zhuǎn)狀況。例如,可鑒于齒輪被驅(qū)動的速度和/或當(dāng)前環(huán)境條件來分析振動測量值。以下提出附加測量值或因素。
[0034]所述測量值可從裝置無線發(fā)射至讀取器,所述讀取器也被稱為接收器。例如,代表測量值的無線電波可從無線裝置的發(fā)射器(例如,天線)發(fā)射至遠程讀取器。讀取器可為手持讀取器(例如,能夠由技術(shù)人員以單手攜帶)或以其他方式可移動的讀取器。在一些實施例中,讀取器可具有固定位置。例如,對于機器為車輛的實施例,讀取器可具有沿車輛穿過的指定路徑(例如,鐵路軌道、稱重站、收費站)的固定位置。當(dāng)車輛經(jīng)過讀取器時,讀取器可詢問一個或多個無線裝置以獲得測量值。遠程讀取器也可定位在車輛上(on-board)。例如,機車或其他鐵路車輛可具有從多個源接收數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng),所述源包括將測量值傳送至控制系統(tǒng)的一個或多個無線裝置。
[0035]當(dāng)具有傳感器的裝置被讀取器詢問時,可由所述傳感器檢測或獲得測量值。可選擇地或另外,傳感器可以指定間隔(例如,一次測量/小時、一次測量/分鐘等)和/或當(dāng)指定事件發(fā)生時獲得數(shù)據(jù)。例如,可僅在車輛已經(jīng)被詢問后或在車輛已經(jīng)保持固定持續(xù)一定的時間量(例如,10分鐘)后,獲得測量值。在一些實施例中,無線裝置包括可存儲或記錄多個測量值的存儲單元(例如,存儲器)。無線裝置還可包括與裝置成一體的電源。電源實例包括電池和能量采集裝置。能量采集裝置轉(zhuǎn)化周圍環(huán)境中的能量,諸如動能(例如,振動)、熱能和電磁能。在特定實施例中,無線裝置可包括或連接至將動能轉(zhuǎn)化成電能的振動能量采集裝置。
[0036]當(dāng)結(jié)合附圖一起閱讀時,本發(fā)明主題的某些實施例的前述描述將更好理解。對于示出多個實施例的功能塊的附圖,功能塊并不必需指示硬件與電路之間的分割。因此,例如,一個或多個功能塊(例如,控制器或存儲器)可在單件硬件(例如,通用信號處理器、微控制器、隨機存取存儲器、硬盤等)中實現(xiàn)。類似地,程序可以是獨立程序,可作為子例程并入操作系統(tǒng)中,可以是已安裝軟件包中的功能等。各種實施例并不限于附圖中示出的布置和手段。
[0037]圖1為根據(jù)一個實施例形成的系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100被配置成獲得代表機器102或機器102的部件(例如,機器102的元件、組件或子系統(tǒng))的運轉(zhuǎn)狀況的一個或多個測量值。僅舉例而言,機器102可為動力機或車輛,如非公路車輛(例如,不被設(shè)計或不被法律或法規(guī)允許在公路、高速公路等上行駛的車輛)。非公路車輛包括機車、采礦車輛、建筑設(shè)備、農(nóng)業(yè)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、海運船只等。在一些情況下,所述車輛可為存在于直接或間接地彼此連接在共同車輛系統(tǒng)(例如,列車)中的多個車輛中的車輛的部分。在一些實施例中,機器為汽車。在其他實施例中,機器不被配置成行進