一种用于监控液压系统泄漏的方法及装置
技术领域
本发明涉及液压系统技术领域，特别涉及一种用于监控液压系统泄漏的方法及装置。
背景技术
对于液压系统，尤其是大型液压系统，如果因为管路裂口，而系统没有及时的停止液压油泵，会导致大面积大规模液压油外泄露，造成环境污染及后续清洁处理和重新装填液压油等后续工作，也会造成比较长时间的停机事故。
虽然，常规的液压系统的油箱内配置有底油位开关，但是，当系统尤其是油泵出油口软管爆裂后导致大量油液向外泄露时，只有当底油位开关动作后，才停止油泵运行，这时已经损失了很多液压油。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中液压系统中油液泄漏无法及时监控的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种用于监控液压系统泄漏的方法，包括如下步骤：
获取油箱内油液初始高度HL0和液压系统运行时油箱内的实际油液高度HL；
获取油缸的行程D和油箱内油液高度变化量ΔH，并通过公式：ΔH＝α*D，计算行程D与油箱内油液高度变化量ΔH之间的比例因子α；
计算油箱内油液高度HLC＝HL0-ΔH＝HL0-α*D；
液压系统内设有警报值S，当|HL-HLC|>S时，液压系统报警。
采用上述技术方案，通过使用特定的公式将油箱内油液液位的变化与油缸内活塞的位移变化建立联系，通过获取油缸的行程和公式计算出液压系统运行时油箱内油液高度，并将计算出的油液高度与油箱内实际油液高度作比较，通过比较的结果监控液压系统是否出现油液泄漏的情况，能够对液压系统进行有效可靠的实时监控，避免出现油液泄漏的问题，确保液压系统能够稳定可靠的运行。
可选地，警报值S包括第一警报值S1和第二警报值S2，当|HL-HLC|>S1时，液位故障，液压系统报警，当|HL-HLC|>S2时，液压系统中所有油泵停止，液压系统复位。
可选地，在液压系统中，油缸上均设有位移传感器，用于获取行程D。
可选地，液压系统中共有N个类型油缸，第i个类型油缸的比例因子为αi，行程为Di，则
可选地，N为3。
可选地，在对第i个类型油缸的比例因子αi采集时，其他N-1个类型油缸的行程均为0。
本发明的实施方式还公开了一种用于监控液压系统泄漏的装置，其特征在于，包括：信息获取模块，用于获取油箱内油液高度信息和油缸的行程D；信息处理模块，用计算和处理信息获取模块采集的信息；报警模块，用于根据信息处理模块的计算和处理结果进行报警。
可选地，信息获取模块包括液位传感器和位移传感器，液位传感器设于油箱内，用于获取油箱内油液高度信息，位移传感器设于油缸上，用于获取油缸的行程D。
可选地，液位传感器为线性液位传感器，输出信号范围为4-20mA，测量油液的高度行程为80-1200mm。
可选地，液位传感器设置有超低油位报警值和超高油位报警值。
附图说明
图1是本发明实施例一种用于监控液压系统泄漏的方法的流程图；
图2是本发明实施例液压系统的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例一种用于监控液压系统泄漏的方法的流程图，图2是本发明实施例液压系统的结构示意图，参见图1-2所示，在液压系统1中，油液的总体积不变，也即油箱10内的油量和油缸13内的油量及管路100内油量的总体积不变。在液压系统1运行时，因为油箱10的截面积不变，油缸13的截面积不变，管路100的容积不变，如果油缸13内活塞130的位移变化，相应的油箱10内的液位也将变化，即油缸13内活塞130的运动速度同油箱10的液面变化速度有一定的比例关系，通过监控这个比例关系，就能够防止意外喷油事故的发生，即如果液压系统1检测到这个比例关系误差大于一定的量，就可以判定有油量损失，需要停止油泵的运转，从而最大限度的降低油量的泄露和损失。
具体的，参见图1-2所示，在本实施例中，如果油缸13内活塞130内缩，油箱10的液位将升高，液位升高的速率将同油缸13的尺寸和油箱10的尺寸有关；如果油缸13内活塞130外伸，油箱10的液位将降低，液位降低的量同油缸13内活塞130向外伸长的变化量有一定的比例关系。
参见图1-2所示，基于上述分析的内容，本发明的实施例提供了一种用于监控液压系统泄漏的方法，包括如下步骤：
S1：获取油箱10内油液初始高度HL0和液压系统1运行时油箱10内的实际油液高度HL；
S2：获取油缸13的行程D和油箱10内油液高度变化量ΔH，并通过公式：ΔH＝α*D，计算行程D与油箱10内油液高度变化量ΔH之间的比例因子α；
S3：计算油箱10内油液高度HLC＝HL0-ΔH＝HL0-α*D；
S4：液压系统1内设有警报值S，当|HL-HLC|>S时，液压系统1报警。
也就是说，在步骤S1中，通过获取油箱10内油液初始高度HL0和液压系统1运行时油箱10内的实际油液高度HL，能够实时准确的获得油箱10内油液液面的变化量，其中，油箱10内油液初始高度HL0是指液压系统1内各部件已完全排完空气并充满油液且油缸13处于完全收缩状态时油箱10内油液的高度，也即油箱10内油液液位的变化仅与油缸13内活塞130的位移变化有关，使得两者之间的变化具有对应的比例关系。
在步骤S2中，包括了两个流程S20和S21，其中，流程S20为获取油缸13的行程D和油箱10内油液高度变化量ΔH，流程S21为通过公式：ΔH＝α*D，计算行程D与油箱10内油液高度变化量ΔH之间的比例因子α。
参见图1-2所示，在本实施例中，油缸13上设有位移传感器111，用于获取油缸13的行程D。即，通过在油缸13上设置位移传感器111实时监测油缸13内活塞130的行程D。具体的，位移传感器111可以是磁致伸缩位移传感器，能够直接获得油缸13内活塞130的行程D，也可以是机构位置或者角度传感器，能够测得油缸13的运行角度值进行折算，间接获得油缸13内活塞130的行程D。在其他实施例中，位移传感器还可以是其他结构和类型，本发明对此不做限定，可以根据实际需要进行合理的选择和设置，只要能够准确可靠的实时监测油缸的行程即可。
另外，如果液压系统1内除了油缸13作为执行元件以外，还包括液压马达，那么因为液压马达运行没有容积差，不会改变油箱10内的油液高度，因此，本发明提供的一种用于监控液压系统泄漏的方法也适用于包括有液压马达的液压系统1。
参见图1-2所示，在本实施例中，油箱10内安装有液位传感器110，用于获取油箱10内油液高度信息，即液位传感器110能够实时获取油箱10内实际的油液高度信息，对油箱10内油液高度进行实时连续监测，防止液压系统1向外界喷油。具体的，在本实施例中，液位传感器110为线性液位传感器，输出信号范围为4-20mA，测量油液的高度行程为80-1200mm。由此可知，液位传感器110的信号每变化1mA，油箱10内油液的高度就会变化(1200-80)/(20-4)mm＝70mm，即液位传感器110的输出信号为I mA时，对应的油箱10内油液高度变化量ΔH＝70*(I-4)+80＝70I-200。
在本实施例中，油箱10内油液初始高度HL0＝950mm，当液位传感器110的输出信号为10mA时，则油箱10内油液高度变化量ΔH＝70*(10-4)+80＝500mm，油箱10内的实际油液高度HL＝HL0-ΔH＝950mm-500mm＝450mm；当液位传感器110的输出信号为5mA时，则油液高度变化量ΔH＝70*(5-4)+80＝150mm，油箱10内实际油液高度HL＝HL0-ΔH＝950mm-150mm＝800mm。因此，可以通过液位传感器110实时监测油箱10内油液的实际高度信息，并在液压系统1的显示模块16中显示，便于操作人员实时连接油箱10内油液的实际高度信息和剩余油液的量。为了避免油箱10内油液太少或者太多，液位传感器110设置有超低油位报警值和超高油位报警值，液位传感器110能够在油液低于超低油位报警值时或者高于超高油位报警值时发出警报，提醒操作人员进行相应的处理，确保液压系统1能够稳定有效进行工作。
在其他实施例中，液位传感器也可以为其他结构和类型，本发明对此不做限定，可以根据实际需要进行合理的选择和设置，只要确保液位传感器能够准确可靠的测量油箱内油液高度变化量或者油箱内油液的实际高度信息即可。
需要说明的是，本发明提供的一种用于监控液压系统泄漏的方法的总的原则是液压系统的总油量不变，对于横截面不相等但横截面具有函数关系的非规则油箱，只需要在油箱内油液高度和油液变化量之间建立对应的函数关系即可；对于横截面不相等且横截面不能用函数表达的油箱，如果液压系统内油缸的结构简单且类型单一，液压系统可以让油缸在全程内连续运行一次，每一个小的时间间隔获取油箱内的液位高度变化量与油缸行程或者位置相对应的值，制作成数据表格的形式，并将数据表格输入液压系统的信息处理模块。
在通过上述过程获取油缸13的行程D和油箱10内油液高度变化量ΔH之后，只需要通过公式：ΔH＝α*D，就能够计算出行程D与油箱10内油液高度变化量ΔH之间的比例因子α。将比例因子α设置在液压系统1的信息处理模块12中，信息处理模块12能够计算和处理液位传感器110和位移传感器111采集的信息。
具体的，在步骤S3中，当液压系统1运行过程时，信息处理模块12功能够根据预先采集的比例因子α和位移传感器111采集的油缸13的行程D，根据公式ΔH＝α*D，计算出油箱10内油液高度变化量ΔH，并根据公式HLC＝HL0-ΔH＝HL0-α*D，计算油箱10内油液高度HLC，也即通过液压系统1的信息处理模块12能够计算出油箱10内油液高度HLC。
在步骤S4中，信息处理模块12会将计算取得的油箱10内油液高度HLC和油箱10内的实际油液高度HL进行比较。具体的，在本实施例中，信息处理模块12通过求差的形式对HLC和HL进行比较，即求取|HL-HLC|的值。本实施例的液压系统1内设有警报值S，当|HL-HLC|>S时，液压系统1报警。
具体的，当HL-HLC>S时，即油箱10内的实际油液高度HL大于信息处理模块12计算取得的油箱10内油液高度HLC，这说明液压系统1内的油液总量在增加，工作人员正在给油箱加油。
具体的，当HLC-HL>S时，即信息处理模块12计算取得的油箱10内油液高度HLC大于油箱10内的实际油液高度HL，这说明液压系统1内的油液总量在减少，液压系统1出现了油液泄漏故障，如管道爆裂、接头松脱、油箱喷油等故障，需要工作人员进行检查和维护。
进一步的，在本实施例中，警报值S包括第一警报值S1和第二警报值S2，当|HL-HLC|>S1时，液位故障，液压系统1报警，当|HL-HLC|>S2时，液压系统1中所有油泵停止，液压系统1复位。
也就是说，根据计算取得的油箱10内油液高度HLC与油箱10内实际油液高度HL之间的差值来判定和识别液压系统1存在的故障严重程度，并根据故障的严重程度将警报值S分为两个等级，即警报值S包括第一警报值S1和第二警报值S2，其中，第一警报值S1对应较小的故障，工作人员对设备进行检查后，如果没有实质性的故障问题，通过对液压系统进行复位，还可以继续作业，第二警报值S2对应较大的故障，达到第二警报值S2时，液压系统1应立即停止油泵，不能继续作业，工作人员需要对设备进行检测和维修，将故障进行排除，并对液压系统1进行复位。
需要说明的是，本发明对第一警报值S1和第二警报值S2的具体数值不做限定，可以根据液压系统的具体情况进行合理的设置和选择。具体的，在本实施例中，第一警报值S1为10mm，第二警报值S2为20mm。在其他实施例中，第一警报值S1和第二警报值S2还可以为其他数值，本发明对此不做限定。
进一步的，在本实施例中，液压系统1中共有N个类型油缸13，第i个类型油缸13的比例因子为αi，行程为Di，则
即，液压系统1中具有多个类型油缸13，每个类型油缸13具有对应的比例因子α和行程D，在液压系统1工作前，需要启动液压系统1采集比例因子α和油缸13的行程D。为了避免不同类型油缸13在进行参数采集时出现相互干扰，因此，在对第i个类型油缸13的比例因子αi采集时，其他N-1个类型油缸13的行程均为0。
具体的，在本实施例中，N为3，也就是说，本实施例的液压系统1中设置有3个类型油缸13，分别为A类油缸、B类油缸和C类油缸，每个油缸13上均安装有位移传感器111，用来采集各个油缸13的行程D。在本实施例中，A类油缸、B类油缸和C类油缸代表了三种不同规格的油缸13，即A类油缸、B类油缸和C类油缸具有不同的缸径和杆径，相同缸径和杆径但行程不同的油缸13归为一类，各类油缸13的参数详见下表1：
当液压系统1内油箱10加油完成后，每个油缸13的活塞130作几次全行程的伸缩动作，进行排气，保证管路100和油缸13内充满油液。然后，每个油缸13的活塞130均收缩到底，即各油缸13的行程D为0。在管路100和油缸13内充满油液后，记录油箱10内油液的液位作为油液初始高度HL0。之后，再按照每类油缸13有顺序的进行比例因子采集。
另外，在液压系统1中，每类油缸可能具有多油缸13，在采集比例因子时需要将同一类型的多个油缸13的行程进行求和，得出同一类型各油缸13的行程总和。
例如，对A类油缸进行比例因子采集，那么其它类油缸就不动作，只有A类油缸动作，液压系统1的液位传感器110会记录油缸A动作前的油箱10内油液初始高度HL0，A类油缸上的位移传感器111能够将各个A类油缸的行程D1输送给信息处理模块12，信息处理模块12进行求和，得出A类油缸的行程总和ΣD1，同时液位传感器110会记录油缸13动作后的油箱10内实际油液高度HLA，并将HL0和HLA输送给信息处理模块12，信息处理模块12会根据公式：ΔH＝α*D计算出A类油缸的比例因子α1，即α1＝(HL0-HLA)/ΣD1，各参数单位均为mm。
为了确保比例因子α1的准确性和可靠性，可以对A类油缸进行多次比例因子采集，然后取平均值，也即使得A类油缸进行多次动作，每动作一次采集一次比例因子α1，然后取平均值，增加比例因子α1的准确性和可靠性。
对于B类油缸和C类油缸可以参照A类油缸的比例因子α1采集过程进行比例因子α2、α3采集，本文在此不做赘述。
另外，因为油箱10内油液液位的变化仅与油缸13内活塞130的位移变化有关，如果能够知晓每类油缸13内活塞130的径直，在采集完成某一类油缸13的比例因子后，则可以按照各类油缸13内活塞130的径直之比计算出其他各类油缸13的比例因子。例如，已知A类油缸、B类油缸和C类油缸的活塞直径分别为DA、DB和DC以及A类油缸的比例因子α1，那么可以根据比例式：α1：α2：α3＝DA：DB：DC，计算出α2和α3。
各类油缸的比例因子采集完成后，各类油缸的比例因子会存储在信息处理模块12中，液压系统1进行正常的作业时，信息处理模块12能够接收到各个油缸13上位移传感器111采集的行程D和油箱10内液位传感器110实时采集的实际油液高度HL，同时能够根据公式：HLC＝HL0-ΔH＝HL0-α*D计算出液压系统1进行作业时的油箱10内油液高度HLC。在本实施例中，计算公式为HLC＝HL0-α1*ΣD1-α2*ΣD2-α3*ΣD3。之后，信息处理模块12会将计算取得的油箱10内油液高度HLC和油箱10内的实际油液高度HL进行比较。具体的，在本实施例中，信息处理模块12通过求差的形式对HLC和HL进行比较，即求取|HL-HLC|的值。本实施例的液压系统1内设有警报值S，当|HL-HLC|>S时，液压系统1报警。
本发明的实施方式还公开了一种用于监控液压系统泄漏的装置，包括：信息获取模块11，用于获取油箱10内油液高度信息和油缸13的行程D；信息处理模块12，用计算和处理信息获取模块11采集的信息；报警模块15，用于根据信息处理模块12的计算和处理结果进行报警。
也就是说，该装置主要包括信息获取模块11、信息处理模块12和报警模块15，其中，信息获取模块11用于获取油箱10内油液高度信息和油缸13的行程D，包括液位传感器110和位移传感器111，液位传感器110设于油箱10内，用于获取油箱10内油液高度信息，位移传感器111设于油缸13上，用于获取油缸13的行程D。信息处理模块12可以是上位机，也可以是智能处理器(如工控机、智能芯片等)，只要能够满足液压系统1的信息处理需求即可，本发明对此不做限定，可以根据实际需要进行适当的选择。报警模块15可以是报警灯，也可以是警报器，本发明对此也不做限定，只要能够根据需要进行警报即可。
另外，液压系统1内还设置有液压控制模块14和显示模块16，其中，液压控制模块14用于控制管路100等液压元件中油液的运行和流动，显示模块16用于显示液压系统1中的各类信息。
进一步地，在本实施例中，液位传感器110为线性液位传感器，输出信号范围为4-20mA，测量油液的高度行程为80-1200mm。液位传感器110设置有超低油位报警值和超高油位报警值。
如上，应用于本发明的技术方案，本发明提供的一种用于监控液压系统泄漏的方法通过使用特定的公式将油箱内油液液位的变化与油缸内活塞的位移变化建立联系，通过获取油缸的行程和公式计算出液压系统运行时油箱内油液高度，并将计算出的油液高度与油箱内实际油液高度作比较，通过比较的结果监控液压系统是否出现油液泄漏的情况，能够对液压系统进行有效可靠的实时监控，避免出现油液泄漏的问题，确保液压系统能够稳定可靠的运行。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。
