监视物料运输车辆上液压泵的装置和方法

专利名称：监视物料运输车辆上液压泵的装置和方法
技术领域：
本发明涉及液压泵，具体来说，涉及探测液压泵磨损的技术。
背景技术：
液压泵用于许多种用以提供加压液压流体源的设备中，然后，控制液压流体来操 作液压致动器，诸如液压马达和液压缸锤头组件。随着时间的过去，泵内部部件会磨损，由 此造成流体泄漏，这减少了泵所产生流体流动的量。如此的泄漏不仅减慢液压致动器的运 动，它还浪费功率和升高液压流体的温度，这些也都是缺点。随着时间的过去，致动器的运 行变劣到这样的程度泵必须进行维护或更换。因此，希望能够探测到泵是否有过度磨损并能采取补救措施。确定泵过度磨损的现有技术包括检测流体流过泵壳排放出口的流量。因为泵磨损 将金属颗粒引入液压流体内，所以，另一方法是定期测量流体中固体颗粒的大小和浓度。泵 产生的噪音也已经被用来探测过度的泄漏。

发明内容
泵连接到液压致动器，该致动器移动物料运输车辆上的构件。通过操作泵来驱动 液压致动器而移动该构件，可估计泵的磨损。例如，通过一个或多个传感器，确定构件的实 际速度，还探测泵的速度。检测从泵传送到液压致动器的流体压力。泵速度和流体压力被用来计算预测速度。选项地，流体温度也可用来计算预测速 度。将该预测速度与构件实际速度相比较。当泵磨损增大时，预测速度和实际速度之间的 差值也增大。响应于两速度的比较，就产生了泵磨损程度的指示。


图1是本发明物料运输车辆的立体图；图2是物料运输车辆的控制系统的示意图；以及图3是用于监视控制系统内液压泵特性的方法的流程图。
具体实施例方式首先参照图1，诸如铲车那样的物料运输车辆10包括安装在轮子16和17上的主 体14，以便例如在仓库或工厂的地板上运动。主体包括操作者隔间18，隔间18具有开口 20 以便于操作者进出。操作者隔间18装有多功能的控制手柄22和定位在地板沈上的刹车 开关M。在物料运输车辆上的任何电动机可操作之前，操作者的脚必须使刹车开关M闭 合，这可防止车辆失控操作。方向盘观也设置在操作者隔间18内。尽管物料运输车辆10 举例显示为具有站立的、操作者前后立脚的构造，但本发明不局限于该类型的车辆，并还可 用于其它类型的物料运输车辆，包括但不限于码垛车、平台车、物料运输铲车、平衡提升铲 车，以及用于仓库或工厂内以运输、储存和取货的其它动力车辆。
物料运输车辆10包括固定在主体14上的垂直柱30，滑架32可滑动地安装在垂直 柱上，使其在不同位置之间作垂直运动。一对铲叉34从滑架32伸出，用来支承被物料运输 车辆运输的货物50(图幻。通过操纵多功能的控制手柄22，操作者控制滑架32在垂直柱 30上的升降。参照图2，多功能的控制手柄22和方向盘28是物料运输车辆10的控制系统40的 部分。该控制系统40包括车辆控制器42，控制器是基于微机的装置，其执行控制车辆上其 它部件运行的软件。传统的信息显示器41和键盘43能使操作者与车辆控制器42接口。车 辆控制器42还从多功能的控制手柄22、方向盘观、键开关45和刹车开关M接受操作者的 输入信号。响应于这些接受的信号，车辆控制器对提升电动机控制器44和驱动系统47提 供指令信号，驱动系统47包括牵引电动机控制器46和转向电动机控制器48。驱动系统47 提供原动力来沿选定方向驱动和转向物料运输车辆10，同时，提升电动机控制器44控制滑 架32沿垂直柱30的运动以升降货物50，这将在下文中描述。物料运输车辆10和其控制系 统40由一个或多个电池38供电，电池38连接到车辆控制器42、驱动系统47，以及通过熔 丝或断路器52连接到提升电动机控制器44。尽管在本公开中使用了电池供电的物料运输 车辆，但本发明也可用于由内燃机或燃料电池提供动力的车辆。牵引电动机控制器46致动牵引电动机54，该牵引电动机M连接到轮子16，以对 物料运输车辆10提供原动力。通过操作多功能的控制手柄22来选择牵引电动机M的速 度和方向。轮子16还通过牵引电动机M连接到摩擦制动器56，以对物料运输车辆10提供 维修和停车制动的功能。连接转向电动机控制器48，以便响应于操作者转动方向盘观而操 作转向电动机58和相关的转向轮59。转向轮59的转动方向和来自多功能的控制手柄22 的行车控制指令，确定了物料运输车辆的运动方向。本发明特别重要之处在于，提升电动机控制器44控制着施加到连接在液压回路 62的液压提升马达60的电流。液压回路62推进滑架32和铲叉34沿垂直柱30运动，由 此，上下地移动货物50，根据多功能的控制手柄22上所选定的方向而定。液压提升马达60 驱动固定的正排量泵64，该泵产生流体从容器66到液压缸锤头组件68的流动，液压缸锤头 组件68连接在物料运输车辆的主体14和滑架32之间。螺线管操作的、双向控制阀67将 液压泵64的输出连接到液压缸锤头组件68。在泵出口管线内存在过大压力的情形下，卸压 阀65提供了通向容器66的释放路径。液压回路62包括压力传感器70和温度传感器72，它们分别检测液压泵64和液压 缸锤头组件68之间流动的流体压力和温度。压力传感器70和温度传感器72产生电信号， 电信号施加到车辆控制器42的输入端。速度传感器74连接到液压提升马达60并向车辆 控制器42提供泵速度的测量值。因为泵64直接连接到液压提升马达60，所以，两个装置的 转速相同。对于将马达连接到泵的其它传动装置来说，情形就不是这样，在此情形中，速度 传感器74直接附连到液压泵64。沿着滑架32在垂直柱30上的行程路径定位有下垂直柱开关76和上垂直柱开关 78，当滑架处于开关的相应位置时，下垂直柱开关76和上垂直柱开关78闭合。下垂直柱开 关76在滑架32处于沿垂直柱行程的最下极端处闭合。下垂直柱开关76和上垂直柱开关 78之间的距离是已知的和固定的。如下文中将会描述的，垂直柱开关76和78提供一种装 置，车辆控制器42借助于该装置可测量滑架32行程的实际速度。
如上所述，车辆控制器42响应于操作者经由装置22和观输入的输入信号，它们 指明物料运输车辆10所要执行的功能。这些功能之一是按照操纵多功能的控制手柄22的 操作者的指令，通过滑架32沿垂直柱30的运动来升降货物50。通过合适地操作提升电动 机控制器44和螺线管操作的、双向控制阀67，车辆控制器可响应于操作者的指令。为了提 升滑架32，将控制阀67打开，指令提升电动机控制器44对液压提升马达60施加电流，液压 提升马达60驱动泵64，通过控制阀67从容器66将流体送到液压缸锤头组件68。为了下 降滑架32，将控制阀67打开，其借助于作用在滑架和任何已装载的货物上的重力，允许流 体强制地从液压缸锤头组件68流出。流体通过泵回流到容器66。或者，可使用一种三位三 向的控制阀，提供从液压缸锤头组件68到容器66的分开的直通路径。除了控制泵64之外，车辆控制器42执行泵监视程序，其检查液压系统的特性以 确定泵是否经历了过度的磨损量，由此而需要维护或更换。参照图3，根据车辆控制器的实 时时钟定时地执行泵监视程序100。该执行开始于步骤101处，其时，车辆控制器42等待， 直到发生下垂直柱开关76的闭合，这表明滑架32位于垂直柱30的底部。然后在步骤102 处，车辆控制器42等待来自操作者的指令以便提升滑架32。一旦这种情况发生，在步骤103 处，车辆控制器42就清空和启动软件执行的定时器，以测量垂直柱30上滑架的行程时间。 接下来在步骤104处，车辆控制器42读取和记录取自压力传感器70、流体温度传感器72和 提升电动机速度传感器74的测量值。在步骤105处，车辆控制器42读取来自上垂直柱开关78的输入信号，确定该开关 是否闭合，而当滑架32到达该开关位置时该开关闭合。应该理解到，上垂直柱开关78位于 垂直柱上的某一位置处，滑架32经常提升到该位置。如果发现该开关未被闭合，则程序执 行分叉到步骤106以确定定时器的值是否大于预定的时间量T。该时间量T长于将滑架32 提升到上垂直柱开关78位置所化的最大时间，滑架的提升是在最重许可载荷作用下以及 液压系统预计最坏的一般运行条件下进行。当滑架32没有被提升到足够高而达到上垂直 柱开关78时，则在步骤106处的该试验重置泵监视程序100。在该情形中，过程返回到步骤 101以等待下垂直柱开关76闭合，而当滑架32已经下降到垂直柱30底部时下垂直柱开关 76闭合。此时起，当接受到另一操作者要提升滑架的指令时，则过程将再恢复开始。然而，如果定时器未到达步骤106处的值T，则程序的执行返回到步骤105以检查 上垂直柱开关78的状态。因此，当垂直柱正在提升时，泵监视程序100继续循环通过步骤 105和106，直到探测到上垂直柱开关78闭合或直到定时器到时间，即，到达值T。假定滑架32继续向上提升，最终到达上垂直柱开关78，则该开关的闭合致使泵监 视程序从步骤105分叉到步骤108，那里，定时器停止并记录下所经过的时间。尽管泵监视程序100的其余步骤可由车辆控制器42执行，但变通的做法是可将记 录的时间加载到物料运输车辆10正在运行的工厂内的计算机中。在后一情形中，计算机执 行剩余的这些步骤。监视泵磨损是基于如下的概念滑架32的提升速度是泵输出流量减去任何的泄 漏的函数，其可表达为提升速度=泵输出-泄漏。对于某些泵来说，泄漏可以模拟为通过 小孔的流量。在此情形中，预测的提升速度值在步骤110处根据以下公式计算
预测的提升速度=K * RPM - M * ^/压力/温反(1)
其中，K是泵排量，RPM是传感器74测得的泵64的速度，M是常数，“压力”是传感 器70测得的泵64出口处的压力，“温度”是传感器72测得的泵出口处的流体温度。对于特 殊类型的泵，根据物料运输车辆的特殊模型可导出值K和M,并储存在该模型的各个物料运 输车辆10的车辆控制器42的存储器内。或者，值K和M可对于各个物料运输车辆10在制 造时得出。对于其它泵的设计，泄漏流可模拟为流过窄管而不是流过通孔。在此情形中，预测 的提升速度值在步骤110处根据以下另一公式计算
权利要求
1.一种用于估计连接到液压致动器上的泵的磨损的方法，所述液压致动器移动物料运 输车辆上的构件，所述方法包括操作所述泵而驱动所述液压致动器以移动所述物料运输车辆上的所述构件； 确定所述构件的实际速度；检测所述泵的运行参数和所述泵产生的流体流动特征； 响应于所述检测，计算所述构件的预测速度； 比较所述预测速度与所述实际速度；以及 响应于所述比较，提供所述泵磨损程度的指示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算预测速度包括计算预测的泵输出，计 算预测的泵泄漏，以及从所述预测的泵输出中减去所述预测的泵泄漏。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测包括检测所述泵的速度，以及检 测从所述泵传送到所述液压致动器的流体压力；以及其中，基于所述泵的速度和所述流体 的压力来计算所述预测速度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测还包括检测所述流体的温度；以及 其中，还基于所述流体的温度来计算所述预测速度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述预测速度与所述实际速度包括计 算所述预测速度与所述实际速度之间的差值，并计算所述预测速度与所述实际速度之间的 平均差值；以及其中，响应于所述平均差值来提供磨损程度的指示。
6.一种用于估计连接到液压致动器上的泵的磨损的方法，所述液压致动器移动物料运 输车辆上的构件，所述方法包括操作所述泵而驱动所述液压致动器以移动所述物料运输车辆上的所述构件； 确定所述构件的实际速度； 检测所述泵的速度；检测从所述泵传送到所述液压致动器的流体压力； 基于所述泵的速度和所述流体压力来计算预测速度； 比较所述预测速度与所述实际速度；以及 响应于所述比较，提供所述泵磨损程度的指示。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，计算预测速度包括根据所述泵的速度来计 算预测的泵输出，根据所述压力来计算预测的泵泄漏，以及从所述预测的泵输出中减去所 述预测的泵泄漏。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括检测流体温度，以及其中，还基于所 述温度来计算所述预测速度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述预测速度预测速度=K * RPM - M * ^/压力/温度其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常数，压力是流体的压力，温度是流体的温度。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述预测速度 预测提升速度=K * RPM - M *温度* ^JbJj其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常数，温度是流体的温度，压力是流体的压力。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述预测速度预测速度=κ * RPM - Μ * VIOJ其中，K是泵排量，RPM是泵的速度，M是常数，压力是流体的压力。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，比较所述预测速度与所述实际速度包括 计算所述预测速度和所述实际速度之间的差值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括计算所述预测速度与所述实际速 度之间的平均差值；以及其中，响应于所述平均差值来提供磨损程度的指示。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括确定阈值差值，以及响应于超过所 述阈值差值的平均差值来提供磨损程度的指示。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括确定阈值；以及根据所述预测速度 与所述实际速度之间的差值导出一值，以及响应于超过所述阈值的值来提供磨损程度的指7J\ ο
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，响应于所述差值的变化率来提供磨损程 度的指示。
17.一种用于估计连接到液压致动器上的泵的磨损的装置，所述液压致动器移动物料 运输车辆上的构件，所述装置包括至少一个检测装置，所述至少一个检测装置产生信号，根据所述信号来确定所述构件 的实际速度；第一传感器，所述第一传感器用于检测所述泵的速度；第二传感器，所述第二传感器用于检测从所述泵传送到所述液压致动器的流体压力；以及控制器，所述控制器连接到所述至少一个检测装置、所述第一传感器和所述第二传感 器，所述控制器用于根据所述泵的速度和所述流体压力计算预测速度，比较所述预测速度 与所述实际速度，以及响应于所述比较来提供所述泵的磨损程度的指示。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括第三传感器，所述第三传感器用于 检测所述流体的温度；以及其中，所述控制器还根据所述温度来计算所述预测速度。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述至少一个检测装置包括一对沿着所 述构件运动路径位于两个不同位置处的传感器，以及该对传感器中的每个传感器在所述构 件靠近这两个位置中的相应一个位置时被操作。
20.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述控制器通过计算所述预测速度与所 述实际速度之间的差值，来比较所述预测速度与所述实际速度。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述控制器还计算所述预测速度与所述 实际速度之间的平均差值；以及响应于所述平均差值来提供磨损程度的指示。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述控制器响应于超过阈值的平均差值 来提供磨损程度的指示。
23.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括确定阈值差值；以及响应于所述阈 值差值的变化率提供磨损程度的指示。
全文摘要
一种监视物料运输车辆上液压泵的装置和方法。使用一种方法来估计泵的磨损，该方法包括运行泵来驱动使构件运动的液压致动器。确定构件的实际速度并检测泵的速度。还检测从泵传送到液压致动器的流体压力。根据泵的速度和流体的压力来计算构件的预测速度。将预测速度与实际速度相比较，利用比较结果提供泵磨损程度的指示。预测速度与实际速度之间的差值随泵磨损的增大而增大。
文档编号F04B51/00GK102116285SQ201110021599
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年1月5日
发明者J·B·柯克, J·格林, P·P·麦克卡比 申请人:雷蒙德股份有限公司