[发明专利]故障检测系统和方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及用于检测机器部件失效的系统和方法，更具体地，涉及在操作过程中实时地早期检测机器部件或车辆转向系统中的裂缝和/或其他失效的系统和方法。

背景技术

在采矿、大型工程、采掘和其他应用中通常使用重型机器，例如非公路卡车。这些应用通常使这种机器的多个系统和部件遭受高的应力和加载。这种加载会对多个部件造成裂缝和/或其他类型的结构损害。例如通常会出现这种重型机器在崎岖地形上操作的情形，这会造成机器的转向和悬架系统的部件失效。考虑到与这种系统相关的部件数量很多，诊断这种失效常常成为耗时的任务。

为了改正这种失效，要使机器停止服务，这增加了机器操作者的经营成本。为了避免失效造成的不可预见的机器停工，常常要对多处栓接接头进行定期检查。这种检查通常是视觉的并且包括有限的诊断测试。最典型的诊断测试被称为“敲击”，这需要用锤子或其他装置击打螺栓以引起振动或声音。由进行该测试的技术人员对该声音的品质和音高进行主观评估，以试图确定该螺栓在结构上是否完好。

这种定期测试通常需要使机器停止服务。而且，采用的测试方法对检测被测部件的某些类型的失效，例如发裂并不总是有效的。此外，一些类型的失效可能快速地发生并且不能在定期测试中检测。这种失效通常发生在机器在场地的操作期间，因此需要使机器停止服务以进行维护并将机器拖到维修厂中。这增加了机器的修理成本和停工期。

发明内容

在一个方面，本发明描述一种机器，其具有用于实时检测紧固件的结构失效的故障检测系统。紧固件连接机器的第一部件与机器的第二部件，并且包括设置在紧固件一端处的超声传感器。超声传感器与紧固件成一体并能够发射传播经过紧固件的长度的超声信号。超声传感器还能够接收返回的超声信号。超声反射器设置在紧固件的另一端处并能够反射超声信号，由此将返回的超声信号发送到超声接收器。处理器接收来自超声发射器和超声接收器的表示发射超声信号和接收返回的超声信号之间的传播时间的信号。接着，处理器根据传播时间计算紧固件的实际长度、将实际长度与紧固件的预定长度进行比较、并向机器的电子控制器发射表示紧固件的结构状态的无线信号。

在另一方面，本发明描述一种用于实时检测连接机器的第一部件与机器的第二部件的紧固件的结构失效的故障检测系统。故障检测系统包括与紧固件成一体的超声传感器。与超声传感器成一体的超声发射器发射传播经过紧固件的长度并被超声反射器反射的超声信号。反射的信号返回到与超声传感器成一体并能够接收返回的超声信号的超声接收器。处理器接收来自超声发射器和超声接收器的表示发射超声信号和接收返回的超声信号之间的传播时间的信号。处理器根据传播时间计算紧固件的实际长度、将实际长度与紧固件的预定长度进行比较、并发射无线信号。无线信号表示紧固件的结构状态并被机器的电子控制器接收。

在又一方面，本发明描述用于在机器的操作过程中实时诊断紧固件的结构状况的方法。该方法包括从与紧固件可操作相联并设置在其一端处的超声传感器发射超声信号。超声信号被与紧固件可操作相联并设置在其另一端处的超声反射器反射。反射的超声信号被超声传感器接收，其根据发射和接收超声信号之间的时间计算紧固件的实际长度。超声传感器向机器的电子控制器提供表示紧固件的结构状态的无线信号。电子控制器根据无线信号确定是否已经出现故障状况。

附图说明

图1是根据本发明的机器的侧视图。

图2是用于根据本发明的机器的转向系统的轮廓图。

图3是用在根据本发明的机器的转向系统中的球头螺栓的侧视图。

图4是具有根据本发明的裂缝检测装置的球头螺栓的剖视图。

图5是安装在根据本发明的球头螺栓中的裂缝检测系统的框图。

图6是具有根据本发明的球头螺栓裂缝检测系统的机器的框图。

具体实施方式

本发明涉及对机器的栓接接头的早期失效检测，更具体地涉及使用超声技术的裂缝检测系统，超声技术实时诊断机器的操作过程中运动部件之间的栓接接头中的失效。这里描述的实施方式包括用于诊断转向系统中使用的球头螺栓中的裂缝或过度应变状况的系统和方法。尽管在说明中使用了转向系统中的球头螺栓作为例子，但这里公开的系统和方法能够应用于不同应用中使用的其他类型的紧固件。本发明整体提供实时检测与机器中的在操作过程中受到加载和应力的接头相关联的结构问题。当异常状况被检测时，本发明提供早期警报系统，通知操作者可能到来的失效，使得异常状况可以在造成机器不能使用之前得到修理或纠正。