本发明涉及气门机构监测检测技术领域，尤其涉及一种气门机构的磨损监测装置和方法。
背景技术：
对于气门机构，由于磨损引发的问题很多，如果弹簧座或旋阀器进入到急剧磨损期后没有被及时发现，可能会引起弹簧弹力的变化从而影响气阀的正常工作，甚至脱缸。基于此类由于磨损发生的问题，需要一种可实时监测磨损的装置来避免重大问题的发生。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种气门机构的磨损监测装置和方法，以解决对气门机构的磨损监测问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先提供一种气门机构的磨损监测装置，包括压力传感器和控制器，所述压力传感器设置于弹簧的底端受力接触面的下方，所述控制器与所述压力传感器连接以接收所述压力传感器的压力信号；所述控制器设有通讯接口以接收曲轴转角信号，并结合所述压力信号进行信号处理和输出。
可选地，所述压力传感器设于旋阀器或弹簧座内部。
可选地，所述控制器包括a/d转换芯片和处理器，所述a/d转换芯片连接所述压力传感器的输出端以接收所述压力传感器的所述压力信号并将所述压力信号转化为数字信号后输出给所述处理器，所述通讯接口连接于所述处理器。
可选地，所述控制器还包括内置电源，所述内置电源连接所述处理器以对所述处理器提供工作电压。
可选地，所述控制器还包括报警器，所述报警器连接所述处理器，如果所述处理器的输出结果为发生磨损，则通过所述报警器发出报警信号。
可选地，所述气门机构的磨损监测装置还包括外置电源，所述外置电源连接所述内置电源。
本发明还提供一种气门机构的磨损监测方法，根据所述气门机构的磨损监测装置，所述气门机构的磨损监测方法包括如下步骤：
s1，所述控制器采集所述压力传感器的所述压力信号和通过所述通讯接口接收所述曲轴转角信号；
s2，所述控制器绘制所述弹簧的实际弹力随曲轴转角的实际变化曲线；以指定的曲轴转角为基准，计算一个或多个周期内，所述实际弹力与理论弹力的差值，将所述差值与设定值进行比较，以判断所述气门机构是否发生磨损。
可选地，所述理论弹力与所述曲轴转角的变化关系数据预先存储在所述控制器内；在一个或多个所述周期内，选取相同所述曲轴转角下的所述实际弹力和所述理论弹力计算所述差值。
可选地，在指定的所述曲轴转角下，在所述实际变化曲线上连续选取至少五组所述实际弹力计算所述差值，如果存在四个以上的所述差值超过所述设定值则认为所述气门机构发生磨损故障。
可选地，当所述气门机构发生磨损故障时，所述控制器通过所述报警器发出报警信号。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种气门机构的磨损监测装置，通过设置压力传感器和控制器，便于实时接收弹簧的实际弹力和曲轴转角，对弹簧的实际弹力进行实时判断，据此实现根据弹簧实际弹力的变化得到气门机构的磨损状况的实时监测。
本发明提供的一种气门机构的磨损监测方法，通过实时采集压力信号和曲轴转角信号，可以对弹簧的实际弹力进行实时计算，并结合理论弹力进行判断，以实现对气门机构的实时磨损状况的监测。
附图说明
图1是现有技术的气门机构中弹簧、旋阀器和弹簧座的位置关系示意图；
图2是本发明提供一种气门机构的磨损监测装置在气门机构中的安装位置示意图；
图3是本发明提供一种气门机构的磨损监测装置中控制器和压力传感器的结构示意图；
图4是气门机构中气门升程(即为弹簧压缩长度)随曲轴转角周期变化的关系曲线；
图5是弹簧弹力随弹簧压缩的长度(l1-l2的长度)改变的线性变化曲线。
图中：
1.弹簧；2.旋阀器；21.容置槽；3.弹簧座；4.压力传感器；5.控制器；51.通讯接口；52.a/d转换芯片；53.处理器；54.内置电源；55.报警器；6.外置电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
结合图1，气门机构包括弹簧1、旋阀器2和弹簧座3，弹簧1设于旋阀器2和弹簧座3之间，本发明提供的一种气门机构的磨损监测装置包括压力传感器4和控制器5，如图2和图3，压力传感器4设置于弹簧1的底端受力接触面(包括外弹簧受力接触面n1和内弹簧受力接触面n2)的下方，控制器5与压力传感器4连接以接收压力传感器4的压力信号；控制器5设有通讯接口51以接收曲轴转角信号，并结合压力信号进行信号处理和输出。
本发明提供的一种气门机构的磨损监测装置，通过在气门机构中设置压力传感器4和控制器5，便于实时接收弹簧1的实际弹力和曲轴角度，对弹簧1的实际弹力进行判断，尤其是实时判断，据此实现根据弹簧1的实际弹力的变化得到气门机构的磨损状况的实时监测。需要解释说明的是，旋阀器2和弹簧座3之间通常设置两个弹簧1，即外弹簧和内弹簧，此处的弹簧1的实际弹力是指外弹簧和内弹簧的弹力总和。
需要解释说明的是，气门机构内的旋转机构分上置式和下置式(上置式，旋阀器2位于弹簧1上端；下置式，旋阀器2位于弹簧1下端)。用来布置气门机构磨损监测装置的部件内部结构(即旋阀器1或弹簧座2的内部结构)及弹簧1布置方式也会因需而异。图1和图2所示结构仅用来对本发明进行解释说明，图示结构为下置式旋转机构，且包含内弹簧和外弹簧，本发明中总称为弹簧1。弹簧1设在旋阀器2和弹簧座3之间，压力传感器4置于弹簧1的底端受力接触面下方。当气门机构发生磨损时，弹簧1的实际弹力发生变化，以压力改变的形式通过压力传感器4接收并输出给控制器5，同时，气门机构工作时，控制器5实时接收曲轴转角信号，在对压力信号和曲轴转角信号进行信号处理后，判断是否发生磨损。
可选地，压力传感器4设于旋阀器2或弹簧座3的内部。
如图2所示，实施例中是在旋阀器2的内部开设容置槽21，容置槽21的尺寸设置刚好可以容纳压力传感器4，当控制器5需要设置在旋阀器2中时，与压力传感器4一同安装以实现对控制器5的内置设置。如图2所示，外弹簧和内弹簧与旋阀器2的受力接触面分别为n1和n2，压力传感器4紧贴在容置槽21内朝向弹簧1的侧面m上设置，侧面m位于弹簧1底端受力接触面n1和n2的下方，容置槽21的设置需要满足旋阀器2的整体具有足够的结构强度以及保证其自身功能性。压力传感器4可以采集弹簧1的实际弹力变化，并以压力信号的形式发送到控制器5，控制器5经过数据信号的处理，根据实际弹力和理论弹力在同一周期的相同曲轴转角下的差值判断气门机构的磨损情况。
可选地，控制器5包括a/d转换芯片52和处理器53，a/d转换芯片52连接压力传感器4的输出端以接收压力传感器4的压力信号并将压力信号转化为数字信号后输出给处理器53，通讯接口连51接于处理器53。
如图3所示的控制器5的结构图中，压力传感器4输出的压力信号通过a/d转换芯片52可以转换为数字信号并实时发送到处理器53，处理器53能够通过通讯接口51实时接收曲轴转角数据，绘制弹簧1的实际弹力与曲轴转角的实际关系曲线，与已知的理论关系曲线相对比，结合实际弹力变化与磨损之间的关系，就可以对气门机构的实时磨损情况进行判断，当出现磨损影响气门机构正常工作时可以及时发现并处理，保证工作安全性。本实施例中采用的通讯接口51为485通讯口，当然在满足通讯环境条件的情况下也可以采用其他有线或无线输入输出接口。a/d转换芯片52为16位a/d转换芯片。
可选地，控制器5还包括内置电源54，内置电源54连接处理器53以对处理器53提供工作电压。
如图3，设置内置电源54为5v工作电源，可以保证在气门机构工作过程中的持续供电，确保对气门机构磨损的实时监测。
可选地，控制器5还包括报警器55，报警器55连接处理器53，如果处理器53的输出结果为发生磨损，则通过报警器55发出报警信号。
在气门机构工作过程中，压力传感器4为内置，即设置在旋阀器2或弹簧座3内部，当控制器5也内置时，报警器55也设置在旋阀器2或弹簧座3内部，报警器55采用内置声音报警器，在弹簧1的实际弹力发生较大变化提示磨损严重时，可以及时通过声音如蜂鸣方式报警提示，避免发生重大失误。
可选地，气门机构的磨损监测装置还包括外置电源6，外置电源6连接内置电源54。
外置电源6设于旋阀器2和弹簧座3的外部，作用是在特定时间内为内置电源54充电，保证气门机构长期工作过程中对磨损状况的实时监测。外置电源6采用5v电源。
根据上述实施例提供的气门机构的磨损监测装置，本发明还提供一种气门机构的磨损监测方法，包括如下步骤：
s1，控制器5实时采集压力传感器4的压力信号和通过通讯接口51实时接收曲轴转角信号；
s2，控制器5绘制弹簧的实际弹力随曲轴转角的实际变化曲线；以指定的曲轴转角为基准，计算一个或多个周期内，实际弹力与理论弹力的差值，将差值与设定值进行比较，以判断气门机构是否发生磨损。
本发明提供的一种气门机构的磨损监测装置，通过实时采集压力信号和曲轴转角信号，可以对弹簧1的实际弹力进行实时计算，并结合理论弹力进行判断，以实现对气门机构的实时磨损状况的监测。
公知地，从发动机主机系统控制器可以获取实时曲轴转角，在相同时间下，通过压力传感器获得实时实际弹簧力，因此可以绘制压力信号和曲轴转角的关系曲线，而理论上弹簧1的理论弹力与曲轴转角之间是一条有规律的理论关系曲线。如图4所示，在气阀开启之前，气阀升程为零，容置槽21内部的侧面m上承载的力为恒力(弹簧1预紧力)。当气阀开启时，如图5所示，弹簧1弹力是随弹簧1压缩的长度(l1-l2对应的长度即为气阀升程)改变呈线性变化的。且长度(气阀升程)和曲轴转角间呈线性关系(如图4所示)，因此可以将弹簧1作用在侧面m上的理论弹力转化成随曲轴转角变化呈线性分布的曲线。因此本发明实施例中将实际关系曲线与理论关系曲线进行对比，当弹簧1的实际弹力与理论弹力的差值超过设定值时则可以判断气门机构发生磨损或磨损到一定程度需要关机维修或更换，避免事故。
可选地，理论弹力与曲轴转角的变化关系曲线预先存储在控制器5内；在一个或多个周期内，选取相同曲轴转角下的实际弹力和理论弹力计算差值。
可以理解地，对于四冲程气门机构曲轴转两周为一个周期，二冲程气门机构曲轴转一周为一个周期，在一个周期内，弹簧1的理论弹力随曲轴转角的变化形成有规律的变化曲线，本发明中，将理论弹力与曲轴转角之间的理论变化曲线与实际变化曲线进行对比，以便对气门机构的磨损进行检测。
可选地，在指定的曲轴转角下，在实际变化曲线上连续选取至少五组实际弹力计算差值，如果存在四个以上的差值超过设定值则认为气门机构发生磨损故障。
在进行差值计算时，选取一个基准点，如以主机第一缸的上止点对应的曲轴转角为基准，每隔一段时间将一个或多个周期内的实际弹力与理论弹力进行比较，考虑实际情况和理论设计值之间存在差异的必然性，以及可能出现的随机点，确定设定值进行判断，并采集连续的至少五组数据进行判断，如果超出设定值的概率为80％以上则认为气门机构磨损。需要说明的是，连续选取是指同一周期内连续比较若干个数据对，具体是根据数据采样点的时间间隔进行选取。
可选地，当气门机构发生磨损故障时，控制器5通过报警器5发出报警信号。
本实施例中，在一个或多个周期内连续5组以上实力弹力和理论弹力的差值中有80％的数据超出设定值，则判断为磨损，并由报警器55报警提示。当然，根据实际情况需求，也可以将实时压力信号输出到外部控制器或主机再进行处理和判断。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
1.一种气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述气门机构的磨损监测装置包括压力传感器(4)和控制器(5)，所述压力传感器(4)设置于弹簧(1)的底端受力接触面的下方，所述控制器(5)与所述压力传感器(4)连接以接收所述压力传感器(4)的压力信号；所述控制器(5)设有通讯接口(51)以接收曲轴转角信号，并结合所述压力信号进行信号处理和输出。
2.根据权利要求1所述的气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述压力传感器(4)设于旋阀器(2)或弹簧座(3)内部。
3.根据权利要求1所述的气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述控制器(5)包括a/d转换芯片(52)和处理器(53)，所述a/d转换芯片(52)连接所述压力传感器(4)的输出端以接收所述压力传感器(4)的所述压力信号并将所述压力信号转化为数字信号后输出给所述处理器(53)，所述通讯接口(51)连接于所述处理器(53)。
4.根据权利要求3所述的气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述控制器(5)还包括内置电源(54)，所述内置电源(54)连接所述处理器(53)以对所述处理器(53)提供工作电压。
5.根据权利要求3所述的气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述控制器(5)还包括报警器(55)，所述报警器(55)连接所述处理器(53)，如果所述处理器(53)的输出结果为发生磨损，则通过所述报警器(55)发出报警信号。
6.根据权利要求4所述的气门机构的磨损监测装置，其特征在于，所述气门机构的磨损监测装置还包括外置电源(6)，所述外置电源(6)连接所述内置电源(54)。
7.一种气门机构的磨损监测方法，其特征在于，根据权利要求1-6中任意一项所述气门机构的磨损监测装置，所述气门机构的磨损监测方法包括如下步骤：
s1，所述控制器(5)采集所述压力传感器(4)的所述压力信号和通过所述通讯接口(51)接收所述曲轴转角信号；
s2，所述控制器(5)绘制所述弹簧(1)的实际弹力随曲轴转角的实际变化曲线；以指定的所述曲轴转角为基准，计算一个或多个周期内，不同所述曲轴转角下所述实际弹力与理论弹力的差值，将所述差值与设定值进行比较，以判断所述气门机构是否发生磨损。
8.根据权利要求7所述的气门机构的磨损监测方法，其特征在于，所述理论弹力与所述曲轴转角的变化关系数据预先存储在所述控制器(5)内；在一个或多个所述周期内，选取相同所述曲轴转角下的所述实际弹力和所述理论弹力计算所述差值。
9.根据权利要求8所述的气门机构的磨损监测方法，其特征在于，在指定的所述曲轴转角下，在所述实际变化曲线上连续选取至少五组所述实际弹力计算所述差值，如果存在四个以上的所述差值超过所述设定值则认为所述气门机构发生磨损故障。
10.根据权利要求9所述的气门机构的磨损监测方法，其特征在于，当所述气门机构发生磨损故障时，所述控制器(5)通过所述报警器(55)发出报警信号。
技术总结