[發明專利]故障檢測系統和方法

無效

• 申請號: 200980155698.1
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN102300760A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: M·弗瑪;J·W·萊因哈特;J·P·懷特;C·A·波魯姆;R·J·赫勒;D·W·霍爾托斯
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B62D7/16
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟;朱利曉

技術領域

本發明整體涉及用于檢測機器部件失效的系統和方法，更具體地，涉及在操作過程中實時地早期檢測機器部件或車輛轉向系統中的裂縫和/或其他失效的系統和方法。

背景技術

在采礦、大型工程、采掘和其他應用中通常使用重型機器，例如非公路卡車。這些應用通常使這種機器的多個系統和部件遭受高的應力和加載。這種加載會對多個部件造成裂縫和/或其他類型的結構損害。例如通常會出現這種重型機器在崎嶇地形上操作的情形，這會造成機器的轉向和懸架系統的部件失效?？紤]到與這種系統相關的部件數量很多，診斷這種失效常常成為耗時的任務。

為了改正這種失效，要使機器停止服務，這增加了機器操作者的經營成本。為了避免失效造成的不可預見的機器停工，常常要對多處栓接接頭進行定期檢查。這種檢查通常是視覺的并且包括有限的診斷測試。最典型的診斷測試被稱為“敲擊”，這需要用錘子或其他裝置擊打螺栓以引起振動或聲音。由進行該測試的技術人員對該聲音的品質和音高進行主觀評估，以試圖確定該螺栓在結構上是否完好。

這種定期測試通常需要使機器停止服務。而且，采用的測試方法對檢測被測部件的某些類型的失效，例如發裂并不總是有效的。此外，一些類型的失效可能快速地發生并且不能在定期測試中檢測。這種失效通常發生在機器在場地的操作期間，因此需要使機器停止服務以進行維護并將機器拖到維修廠中。這增加了機器的修理成本和停工期。

發明內容

在一個方面，本發明描述一種機器，其具有用于實時檢測緊固件的結構失效的故障檢測系統。緊固件連接機器的第一部件與機器的第二部件，并且包括設置在緊固件一端處的超聲傳感器。超聲傳感器與緊固件成一體并能夠發射傳播經過緊固件的長度的超聲信號。超聲傳感器還能夠接收返回的超聲信號。超聲反射器設置在緊固件的另一端處并能夠反射超聲信號，由此將返回的超聲信號發送到超聲接收器。處理器接收來自超聲發射器和超聲接收器的表示發射超聲信號和接收返回的超聲信號之間的傳播時間的信號。接著，處理器根據傳播時間計算緊固件的實際長度、將實際長度與緊固件的預定長度進行比較、并向機器的電子控制器發射表示緊固件的結構狀態的無線信號。

在另一方面，本發明描述一種用于實時檢測連接機器的第一部件與機器的第二部件的緊固件的結構失效的故障檢測系統。故障檢測系統包括與緊固件成一體的超聲傳感器。與超聲傳感器成一體的超聲發射器發射傳播經過緊固件的長度并被超聲反射器反射的超聲信號。反射的信號返回到與超聲傳感器成一體并能夠接收返回的超聲信號的超聲接收器。處理器接收來自超聲發射器和超聲接收器的表示發射超聲信號和接收返回的超聲信號之間的傳播時間的信號。處理器根據傳播時間計算緊固件的實際長度、將實際長度與緊固件的預定長度進行比較、并發射無線信號。無線信號表示緊固件的結構狀態并被機器的電子控制器接收。

在又一方面，本發明描述用于在機器的操作過程中實時診斷緊固件的結構狀況的方法。該方法包括從與緊固件可操作相聯并設置在其一端處的超聲傳感器發射超聲信號。超聲信號被與緊固件可操作相聯并設置在其另一端處的超聲反射器反射。反射的超聲信號被超聲傳感器接收，其根據發射和接收超聲信號之間的時間計算緊固件的實際長度。超聲傳感器向機器的電子控制器提供表示緊固件的結構狀態的無線信號。電子控制器根據無線信號確定是否已經出現故障狀況。

附圖說明

圖1是根據本發明的機器的側視圖。

圖2是用于根據本發明的機器的轉向系統的輪廓圖。

圖3是用在根據本發明的機器的轉向系統中的球頭螺栓的側視圖。

圖4是具有根據本發明的裂縫檢測裝置的球頭螺栓的剖視圖。

圖5是安裝在根據本發明的球頭螺栓中的裂縫檢測系統的框圖。

圖6是具有根據本發明的球頭螺栓裂縫檢測系統的機器的框圖。

具體實施方式

本發明涉及對機器的栓接接頭的早期失效檢測，更具體地涉及使用超聲技術的裂縫檢測系統，超聲技術實時診斷機器的操作過程中運動部件之間的栓接接頭中的失效。這里描述的實施方式包括用于診斷轉向系統中使用的球頭螺栓中的裂縫或過度應變狀況的系統和方法。盡管在說明中使用了轉向系統中的球頭螺栓作為例子，但這里公開的系統和方法能夠應用于不同應用中使用的其他類型的緊固件。本發明整體提供實時檢測與機器中的在操作過程中受到加載和應力的接頭相關聯的結構問題。當異常狀況被檢測時，本發明提供早期警報系統，通知操作者可能到來的失效，使得異常狀況可以在造成機器不能使用之前得到修理或糾正。