JPH0633775B2 - 油圧ポンプの故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工作機械・建設機械等に備えられた油圧シス
テムにおいて、その油圧源である油圧ポンプの故障診断
を行なう油圧ポンプの故障診断装置に関する。

［従来の技術］ 油圧ポンプに故障が発生している場合、これを知らずに
そのまま運転を継続していると、やがてはその故障が拡
大して急激な運転停止等の事態を生じ、油圧ポンプによ
り駆動されていた油圧システムが作動不能に陥り、危険
状態が発生するおそれがあるし、又、その油圧システム
に関連する作業はすべて中止しなければならず、作業能
率を著るしく損うおそれもある。このような状態を避け
るためには、油圧ポンプの故障をそれが軽度であるうち
に見出し、適宜の対策を実施することが必要である。

従来、油圧ポンプの故障を見出す装置、即ち油圧ポンプ
の故障診断装置としては、油圧ポンプから生じる振動周
波数を検出し、この振動周波数に基づいて故障の有無を
判断する手段が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この手段では、予め各油圧ポンプについ
て実験等を行ない、その油圧ポンプに故障が生じた場合
の振動周波数特性を把握しておかねばならず、その作業
には多くの時間と労力を費さねばならず、極めて不経済
かつ面倒であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は。上記従来の欠点を除き、油圧ポンプの
故障の有無を極めて容易に判定することができる油圧ポ
ンプの故障診断装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、油圧アクチユエ
ータを駆動する油圧ポンプにおいて、前記油圧ポンプの
回転数を検出する回転数検出装置と、この回転数検出装
置により検出された回転数に基づいて前記油圧ポンプの
理論吐出量を求める第１の演算手段と、前記油圧ポンプ
から前記油圧アクチユエータへ供給された実際の吐出量
を求める第２の演算手段と、前記理論吐出量と前記実際
の吐出量との偏差を演算する第２の演算手段と、この第
３の演算手段で演算された偏差と予め定められた設定値
とを比較する比較手段と、この比較手段による比較の結
果前記偏差が前記設定値以上のとき異常信号を出力する
異常信号出力手段とを設けたことを特徴とする。

［作用］ 第１の演算手段により油圧ポンプの回転数から得られる
当該油圧ポンプの理論吐出量を求め、又、第２の演算手
段により油圧ポンプから油圧アクチユエータへ供給され
た実際の吐出量を求め、理論吐出量と実際の吐出量との
偏差が設定値以上か否かを比較し、設定値以上である場
合に、油圧ポンプの異常を知らせる異常信号を出力す
る。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る故障診断装置の系
統図である。図で、１は油圧ポンプ、２は油圧ポンプ１
を回転駆動する内燃機関等の駆動源、３は油圧ポンプ１
によ駆動される油圧シリンダ、４は油圧ポンプ１と油圧
シリンダ３との間に介在し油圧シリンダ３の駆動を制御
する切換弁である。５は油圧シリンダ３の変位量を検出
してそれに応じた変位量信号ｘを出力する変位計、６は
切換弁４のストロークを検出して操作信号ｅを出力する
リミットスイッチである。このリミットスイッチ６の操
作信号ｅは、切換弁４のストロークが最大ストロークで
あるときのみ所定の値となり、その他のストロークの場
合は０である。７は油圧ポンプ１の回転数を検出する回
転計であり、回転数に応じた回転数信号ｎを出力する。
８は信号ｘ、ｅ、ｎを入力して所要の演算、制御を行な
うマイクロコンピュータを使用した制御装置、９は制御
装置８の出力信号により作動する表示装置である。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフローチャートを
参照しながら説明する。一般に、油圧ポンプに故障が発
生すると、その故障は前述の振動周波数の変化となって
現われるばかりでなく、効率の低下となっても現われ
る。本実施例では、この効率低下の現象をとらえ、これ
を、回転数信号ｎに基づく油圧ポンプの理論吐出量と、
変位量信号ｘに基づく油圧ポンプの実際の吐出量との差
を求めることにより観察し、故障診断を実行しようとす
るものである。

まず、制御装置８を構成するマイクロコンピュータは操
作信号ｅを読込み（手順Ｓ_１）、この信号ｅが０である
か否か判断する（手順Ｓ_２）。信号ｅが０である場合、
切換弁４がフルストロークにないので、手順Ｓ_１，Ｓ_２
が繰返えされる。ここで、フルストロークを検出する理
由について述べる。第１図に示すように、本実施例の故
障診断装置は油圧開回路に適用される。したがって、フ
ルストローク以外の場合、油圧ポンプ１からの圧油は、
その一部が絞り捨てられ、すべての圧油が油圧シリンダ
３に入らず、その結果、実際の吐出量の演算（後述）が
不正確になるのである。このため、フルストロークの検
出が必要となる。

手順Ｓ_２で信号ｅが０でなく、切換弁４がフルストロー
ク操作されたと判断されると、次に回転数信号ｎが読込
まれ（手順Ｓ_３）、この信号ｎに基づいて理論吐出量Ｑ
_０が演算される（手順Ｓ_４）。この演算は次式により実
行される。

Ｑ_０＝Ｄ・ｎ ただし、値Ｄは油圧ポンプ１のおしのけ容積であり、油
圧ポンプ１がギヤポンプの場合には定数として与えられ
る。

次に、油圧ポンプ１の実際の吐出量が演算される。この
演算は次のように実行される。まず、変位量信号ｘが読
込まれる（手順Ｓ_５）。次に、手順Ｓ_６のタイマルーチ
ンにより所定の微小時間経過後、再び当該時間経過後の
変位量信号x′が読込まれる（手順Ｓ_７）。次いで、今
回読込まれた信号x′とさきに読込まれた信号ｘとの差
Δｘ（Δｘ＝x′−ｘ）が演算され（手順Ｓ_８）、差Δ
ｘと前記タイマルーチンにおける微小時間とに基づいて
油圧シリンダ３の変位速度Δが求められる（手順
Ｓ_９）。この速度Δに基づき、油圧ポンプ１の実際の
吐出量Q₁が次式により演算される（手順Ｓ₁₀）。

Ｑ_１＝Ａ・Δ ただし、値Ａは油圧シリンダ２のボトム側の受圧面積で
ある。

このようにして求められた油圧ポンプ１の理論吐出量Q₀
と実際の吐出量Q₁とに基づいて、手順Ｓ₁₁では油圧ポン
プ１の効率低下の程度ΔＱ（ΔＱ＝Ｑ_０−Ｑ_１）が演算
される。この値ΔＱが小さい程効率が大であり、逆に値
ΔＱが大きければ効率低下が著しいということになる。
次に、値ΔＱは予め定められた設定値ΔＱ_５と比較され
る（手順Ｓ₁₂）。設定値ΔＱ_５は油圧ポンプ１身体の構
造、油圧システムの使用態様等、種々の条件によって決
定される。手順Ｓ₁₂において、値ΔＱが設定値ΔＱ_ｓ未
満であるときは、油圧ポンプ１が正常であると判定し、
表示装置９に正常判定信号を出力する（Ｓ₁₃）。又、値
ΔＱが設定値ΔQ_s以上であるときは、油圧ポンプ１に故
障が発生していると判定し、表示装置９に異常判定信号
を出力する。手順Ｓ₁₃又は手順Ｓ₁₄における処理が終了
すると、手順は再びＳ_１に戻り、同一手順が繰返えされ
る。この結果、係員は表示装置９をみることにより油圧
ポンプ１に故障が発生しているか否かを知ることがで
き、所要の処置をとって事故を未然に防止することがで
きる。

このように、本実施例では、切換弁が最大ストロークと
なったとき、油圧ポンプの回転数からその理論吐出量
を、又、油圧シリンダの変位量から実際の吐出量を求
め、両者の差が設定値未満のとき正常、設定値以上のと
き故障を表示するようにしたので、油圧ポンプの故障の
判定を極めて容易に行なうことができる。さらに、変位
計、回転計、表示装置は多くの場合油圧システムに備え
られているので、この場合にはこれらを兼用すれば安価
に構成することができ、又、マイクロコンピュータを備
えた油圧システムにおいては、これを利用することもで
きる。さらに又、設定値を小さくすれば故障発生が近い
ことを予知することができる。

第３図は本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルにお
ける油圧ポンプの故障診断装置の系統図である。図で、
10は油圧ショベルに搭載された可変容量形油圧ポンプ、
11は油圧ショベルの下部走行体、11Ｍは走行油圧モー
タ、12は上部旋回体、12Ｍは旋回油圧モータ、13は上部
旋回体12に可回動に支持されたブーム、14はブーム13に
可回動に支持されたアーム、15はアーム14に可回駆に支
持されたバケット、16はブームシリンダ、17はアームシ
リンダ、18はバケットシリンダである。19Ｌ_０はアーム
シリンダ17を駆動してアーム14を操作するアームレバ
ー、19L₁は旋回油圧モータ12Ｍを駆動して上部旋回体12
を旋回操作する旋回レバー、19Ｌ_２は走行モータ11Ｍを
駆動して下部走行体11を走行操作する走行レバーであ
る。なお、他の操作レバーについては図示および説明を
省略する。20L₀、20L₁、20L₂はレバーストローク計であ
り、それぞれアームレバー19L₀、旋回レバー19L₁、走行
レバー19L₂の操作量に応じた操作信号l₀，l₁，l₂を出力
する。21は油圧ポンプ10の回転数を検出しそれに応じた
回転数信号ｎを出力する回転計、22は油圧ポンプ10の傾
転角を検出しそれに応じた傾転角信号αを出力する傾転
角度計、23はブーム13とアーム14の相対角を検出しそれ
に応じた角度信号θを出力するフロント角度計である。
24は各信号l₀，l₁，l₂，ｎ，α，θを入力して故障診断
を行なう制御装置であり、マイクロコンピュータを用い
て構成される。25は制御装置24の出力信号により作動す
る表示装置である。

次に、本実施例の動作を第４図に示すフローチャートお
よび第５図に示すアームシリンダの変位線図を参照しな
がら説明する。今、仮に、油圧ポンプ10の圧油を供給す
るアクチュエータが走行モータ11Ｍ、旋回モータ12Ｍお
よびアームシリンダ17の３つであるとする。このよう
に、油圧ポンプ10の圧油供給対象となるアクチュエータ
が複数ある場合、油圧ポンプ10の実際の吐出量を求める
ためには、そのうちの１つのアクチュエータのみ使用さ
れている状態でそのアクチュエータの変位を検出する必
要がある。本実施例では、この１つのアクチェエータと
してアームシリンダ17が選定されている。

まず、旋回レバー19L₁の操作信号l₁が読込まれ（手順Ｓ
₂₁）、信号l₁が０であるか否か判断される（手順
Ｓ₂₂）。油圧ポンプ10の圧油が旋回モータ12Ｍに供給さ
れているときには信号l₁は０にならず、アームシリンダ
17による実際の吐出量の演算は不可能であるから、処理
は再び最初の手順Ｓ₂₁に戻る。旋回モータ12Ｍに圧油が
供給されておらず、信号l₁が０であるときには、走行レ
バー19L₂の操作信号l₂が読込まれ（手順Ｓ₂₃）、信号l₂
が０であるか否か判断される（手順Ｓ₂₄）。走行モータ
11Ｍに圧油が供給されているときには、処理は手順Ｓ₂₁
に戻り、圧油が供給されていないときには、アームレバ
ー19L₀の操作信号l₀が読込まれる（手順Ｓ₂₅）。読込ま
れた信号l₀は、予め設定されているアームレバー19L₀の
最大操作信号と比較される（手順Ｓ₂₆）。この最大操作
信号は、さきの実施例における切換弁４のフルストロー
クの信号ｅと同じ理由で設定されるものである。信号l₀
が最大操作量信号に達していないときには、処理は手順
Ｓ₂₁に戻る。一方、信号l₀が最大操作量信号に達してい
るときには、処理は手順Ｓ₂₇に移り、回転数信号ｎと傾
転角信号αとが読込まれる。次いで、信号ｎ，αに基づ
いて油圧ポンプ10の理論吐出量Ｑ_０が演算される（手順
Ｓ₂₃）。この演算はさきの実施例における手順S₄におけ
る処理と同じく、Ｑ_０＝Ｄ・ｎにより行なわれるが、可
変容量形油圧ポンプの場合、おしのけ容積Ｄは次のよう
になる。

アキシャル斜軸式のとき アキシャル斜板式のとき ただし、 D₁……斜軸式のコネクティングロッド取付端ピッチ円直
径 D₂……斜板式のシリンダブロックのシリンダ穴ピッチ円
直径 ｄ……シリンダブロックに設けられたシリンダの直径 ｚ……シリンダブロックに設けられたシリンダの数 α₁，α₂……斜軸、斜板の傾転角 このように、手順Ｓ₂₃において理論吐出量Q₀が算出され
ると、次に、角度信号θが読込まれ（手順Ｓ₂₀）、タイ
マルーチン（手順Ｓ₃₀）による所定の微小時間経過後、
再び角度信号（この時の角度信号をθ′とする）が読込
まれる。手順Ｓ₃₂ではこれら２つの角度信号θ，θ′に
基づいて変位量Δｘが演算される。この変位量Δｘの演
算を、第５図に示す線図により説明する。第３図におい
て、ブーム13におけるアームシリンダ17の結合点をＢ、
アーム14におけるアームシリンダ17の結合点をＣ、ブー
ム13とアーム14との結合点をＤとし、結合点Ｂと結合点
Ｄ間の距離をｃ、結合点Ｃと結合点Ｄ間の距離をｂとす
る。結合点Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ線分が第５図に示されてい
る。今、タイマルーチンによる時間経過の間、アームシ
リンダ17のロッドが伸長し、結合点Ｃが位置C′に移行
したとする。このとき読込まれる角度信号が信号θ′で
あるので、変位角度Δθは角度（θ′−θ）となる。こ
こで、変位前の結合点Ｂ、Ｃ間の距離をｘとすると、ｘ
は次式で表わされる。

又、アームシリンダ17の伸長分をΔｘとすると、結合点
Ｂと位置C′間の距離は次式で表わされる。

したがって、アームシリンダ17の変位量Δｘは、 となる。

手順Ｓ₃₂において変位量Δｘが求められると、それ以降
の手順Ｓ₃₃〜Ｓ₃₃の処理は、さきに実施例における手順
Ｓ_９〜Ｓ₁₄の処理と全く同じく、速度Δの演算、実際
の吐出量Q₁の演算、偏差ΔＱの演算、偏差ΔＱと設定値
ΔＱ_ｓとの比較、表示装置25への出力となる。これらの
処理の詳細はさきの実施例における説明に準じる。

このように、本実施例では、アームシリンダのみが操作
されており、かつ、その操作量が最大操作量であるとき
のみ、油圧ポンプの回転数からその理論吐出量を、又、
アームシリンダの変位量から実際の吐出量を求め、両者
の差が設定値未満のとき正常、設定値以上のとき故障を
表示するようにし、さらに、制御装置をマイクロコンピ
ュータにより構成するとともに、レバーストローク計、
回転計、傾転角度計、フロント角度計が設置されておれ
ば、これを用いることによりさきの実施例と同じ効果を
奏する。

なお、上記実施例の説明では、油圧開回路に用いられる
油圧ポンプの故障診断装置について説明したが、油圧閉
回路に適用できるのは当然である。又、実際の吐出量を
求める場合に用いるアクチュエータとして、油圧シリン
ダを例示したが油圧モータを用いれば演算がより容易と
なる。さらに、制御装置はマイクロコンピュータではな
く、アナログ回路により構成することもできる。さらに
又、故障診断は常時実行する必要はなく、適宜の開閉器
等を設置することにより任意のときのみ実行するように
することがきる。又、設定値ΔQ_sを定数とせず、吐出圧
力や油圧ポンプ回転数をパラメータとする変数とすれば
より一層精度を向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、油圧ポンプの回転数に
基づいて理論吐出量を求め、アクチュエータの変位量に
基づいて実際の吐出量を求め、両者の偏差を設定値と比
較して故障判定を行なうようにしたので、油圧ポンプの
故障の有無を極めて容易に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る故障診断装置の系
統図、第２図は第１図に示す制御装置の動作を説明する
フローチャート、第３図は本発明の第２の実施例に係る
油圧ショベルにおける油圧ポンプの故障診断装置、第４
図は第３図に示す制御装置の動作を説明するフローチャ
ート、第５図は第３図に示すアームシリンダ変位量の演
算を説明する線図である。 １、10……油圧ポンプ、３……油圧シリンダ、４……切
換弁、５……変位計、６……リミットスイッチ、７、21
……回転計、８、24……制御装置、９、25……表示装
置、17……アームシリンダ、19L₀……アームレバー、19
L₁……旋回レバー、19L₂……走行レバー、20L₀、20L₁、
20L₂……レバーストローク計、22……傾転角度計、23…
…フロント角度計。

フロントページの続き (72)発明者 金原 正起 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 安田 知彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭59−162395（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプ
   において、前記油圧ポンプの回転数を検出する回転数検
   出装置と、この回転数検出装置により検出された回転数
   に基づいて前記油圧ポンプの理論吐出量を求める第１の
   演算手段と、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエー
   タへ供給された実際の吐出量を求める第２の演算手段
   と、前記理論吐出量と前記実際の吐出量との偏差を演算
   する第３の演算手段と、この第３の演算手段で演算され
   た偏差と予め定められた設定値とを比較する比較手段
   と、この比較手段による比較の結果前記偏差が前記設定
   値以上のとき異常信号を出力する異常信号出力手段とを
   設けたことを特徴とする油圧ポンプの故障診断装置。