JPS6088883A - 回転油圧機の故障予知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、建設機械、工作機械等の油圧システムにおい
て使用される油圧ポンプ、油圧モータ等の故障を予め知
るための回転油圧機の故障子知装憤に関する。

油圧システムを構成している構成部材には、・疲労、摩
耗、劣化等により破損、使用不能等の故障が発生する。

そして、このような故障の発生は、しはしは人身事故を
惹起し、又は近辺に存在する他の構造物を破壊し、極め
て危険である。鉤に。

油圧ポンプ、油圧モータ等の回転油圧機においてこの危
険の反合いが看るしい。したがって、回転油圧機の故障
を防止することは、上記のような危険発生を阻止するた
めに重要なことである。又、たとえこのような人身事故
や破壊を避けることができたとしても、故障の原因とな
った回転油圧機の部品の取換えＫは多大の時間を要し、
その間、その油圧システムによる作業およびその油圧シ
ステムが関与する作業はすべて中止しなけれはならず、
作業能率を著るしく低下させてしまうと（・う欠点を生
じ、この欠点は、故障軸生湯Ｆｙｒが僻地や海外の場合
、より一層大きなものとなる。

ところで１回転油圧機の故障でその回転に直接関連する
重大な故障は、回転軸および軸受の破損、使用不能によ
るものである。このため、回転油圧機の回転軸および軸
受の疲労、摩耗、劣化等の程度を予め知ることは極めて
重要な課題であり、その程度を予知することによって、
寿命の暉界に近づいた回転軸および軸受を取換え、前述
の人身事故、破壊、作業能率の低下等を未然に防止し、
油圧システムを支障なく運用することができるのである
。

従来、このような故障予知装置は知られ℃おらず、故障
子知は専ら人間が回転軸や軸受自体を目でみて推定する
か又はその回転油圧機の使用時間を計測して推定するの
みであった。この手段によっては、当然ながら正確な故
障子知は不ＯＪ能であるので、次善の策として一定の期
間毎に製造者側又は使用者側が油圧システムのオーバー
ホールを行なうようになっている。ところで、回転油圧
機の回転軸および軸受の疲労、摩耗、劣化等はその回転
油圧機の使用頻度、使用態様、負荷の大きさ等によりそ
の進行の程度が大きく異なる。即ち、回転油圧機のトル
ク、回転数が一定であればその故障発生は割合容易に推
定することができるが、実際の使用態様は極めて複雑に
変化するので、正確に故障を予知するのは到底不可能で
ある。特Ｋ、可変容量形の油圧ポンプ又は油圧モータに
おし・ては、トルクラ丁圧力と吐出し容量ニより変化″
′４−るσ〕で、故障の予知＆！−１−困難である。こ
のように、この回転油圧機を含む油圧システムの製造者
力ｔその実際の使用態様を把握するのは困難であるので
。

製造者は回転油圧機の製造に際し、苛酷な使用をｍｌ提
として回転軸および軸受に対して強度の大きな設計を行
なっている。ところが、回転柚ＪＥ機カー製造者の想定
以上に苛酷に使用された場合、回転油圧機がオーバーホ
ール前に故障を発生し、前述の危険や作業能率の低下を
生じるおそれカーあり、又、これと（丁逆に回転油圧機
の使用頬度力ζ少な（・か又は軽負荷の使用が続くと回
転軸および軸受の疲労、摩耗、劣化等の程度は小さく、
この場合。

オーバーホール時に、取換える必要がな（・のに取換え
を行なうことになってきわめて不経済となり、かつ、回
転軸および軸受の耐久性を充分に発揮させることができ
ないという不都合が生じて（・た。

しかしながら、適切な故障予知装置がなし・ため、故障
の防止は上述のような欠点をもつオーバーホールに頼ら
ざるを得なかった。

なお、故障が発生した場合、これをランプ等により表示
し、又はブザーを吹鳴して警報を発する装置は知られて
いるが、このような装置は故障が発生したとき作動する
ものであり、故障を予知することはできず、上記従来の
欠点を解消すること（２不可能である。

本発明は、このような事情Ｋｍみてなされたものであり
、その目的は、故障発生を予測することができ、この予
測により人身事故、近辺に存在する構造物の破壊１作業
能率の低下を未然に防止することができる回転油圧機の
故障子知装’＋＆を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、回転油圧機の油圧
、流量および回転数を検出し、これら検出した値に基づ
いて回転油圧機の回転軸および軸受のうちの少なくとも
一方の寿命減少度を演算し、この演算により得られた値
に基づいて寿命減少度に関連する報知を行なうことを特
徴とする。

以下、本発明を第１図および第２図に示す実施例に基づ
いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る油圧ポンプの軸受の故障
予知装置の系統図である。図で、１はエンジン等の原動
機、２は原３１１ＩＩ機ＩＫより駆動されて圧油を吐出
する油圧ポンプ、２ａは油圧ポンプ２の吐出し容量を制
御するおしのけ容積Ｏ３変機構、３は油圧ポンプ２の圧
油により駆動される油圧モータ、４は油圧ポンプ２と油
圧モータ３との間に介在し、油圧ポンプ２からの圧油を
切換える切換弁である。５は油圧ポンプ２の吐出し圧力
を検出する圧力検出器、６は油圧ポンプ２の吐出し容量
を検出する吐出し容量検出器、７は油圧ポンプ２０回転
数を検出する回転検出器である。８はクリヤスイッチ（
後述する）、９は圧力検出器５．吐出し容量検出器６．
回転検出器７で検出された値を入力し、これらの値に基
づいて油圧ポンプ２の軸受の疲労、摩耗劣化等の程度、
即ち寿命の減少の種度（以下、寿命減少度という。）を
演算し。

演算により得られた値を所足の値と比較し、七の結果を
出力する演算制御装置、９ａは演算制御装置の出力端子
、１０は演算制御装置９における比較の結果を表示する
表示装置１．ｌｏｇは表示装置の入力端子である。

第２図はｍｌ！！ＪＫ示す演算制御装置のシステム構成
図である。図で、９ｂは圧力検出器５で検出された圧力
ｐおよび吐出し容量検出器６で検出された吐出し容量ｑ
を順次切換えて入力するマルチプレクサ、９ｃ＆１人力
された圧力ｐ、吐出し容量ｑをディジタル値に変換する
Ａ／Ｌ）変換器、９ｄはマイクロコンピュータのＣＰＵ
　（中央処理装置）、９ｅ＆２ＣＰＵ９ｄにおける定め
られた演算、制御の手ＪＩＮが記憶されているｌ（ＯＭ
（リード・オンリ・メモリ）、９ｆは入力された値、演
算の結果得られた値等を記憶するＲＡＭ（ランダム・ア
クセス命メモリ）、９ｇは演算処理された値、比較結果
等を出力する出力回路、　９ｈ１．９ｈ、はそれぞれ回
転検出器７、クリヤスイッチ８の出力をＣＰＵ９　ｄＫ
大入力るためのインターフェース回路である。

さて、原動機１により駆動された油圧ポンプ２は、その
おしのけ容積可変機構２ａの傾転量に応じた油量ｑを吐
出し、これＫより油圧ｐが発生する。吐出し容量検出器
６はおしのけ容積可変機構２ａの傾転量を検出し、これ
に応じた値を出力する。一方、回転検出器７は、油圧ポ
ンプ２が１回転する毎に１つのパルスを発生する。この
ようＫして油圧ポンプ２が回転すると、その回転軸を支
持する軸受には負荷トルクに比例した＃重が作用し、こ
れＫより軸受の寿命は逐次減少してゆく。

ここで、軸受の寿命減少度について説明する。

一般に、ボールベアリング、ローラベアリング等のベア
リング寿命は、 Ｌ・・・・・・寿命（破損するまでの総回転数）Ｃ・・
・・・・基本動定格荷重（ベアリングの種類、サイズに
より定まる定数） Ｆ・・・・・・ベアリングに加わる荷重ｎ・・・・・・
ベアリングのｆｆＩ類により定まる定数とすると、次式
で表わされる。

Ｌ＝（Ｃ／Ｆ）”　リ・・・・・　°（１）ベアリング
に加わる荷ｊｉＦが段階的に変化するものとし、各段階
的変化毎の荷重をＦ、　、　Ｆ、・・・ｋ”Ｉとし、又
、その荷重が加えられていた期ＩＨノの（ロ）転数をＮ
１．　Ｎ、・・−Ｎ＋とし、さらに当該期間の寿命なＬ
ｌ、　Ｌ、拳・・Ｌｔとすると、 となり、さらＫ。

Ｌ、　：＝　（Ｃ／Ｆ、　）、Ｌ、　＝　（Ｃ／Ｆｔ　
）″・・・・・Ｌｔ　＝　（Ｃ／Ｆす３　であるから、
Ｎ、・Ｆ、”　＋Ｎ、・ｌ””−）−＃１１１１＋些”
”　＝ｌ　＊　ｍ　ａ　ｍ　ａ　１３）Ｃ″　Ｃ″　ｃ
ｎ となる。（３）式の両辺ＫＣ″／Ｌを乗じると、となり
、　Ｃ”／Ｌ＝Ｆ”であるから、このときの値Ｆを等側
荷重Ｆｍと考え、かつ、寿命りを破壊までの総回転数　
Ｎ＝ΣＮ１　と置き換えると、となる。この等側荷重Ｆ
ｍが所定の値に達するとベアリングの破壊が生じる。

一方、（３）式をより判り易く忽形すると次のようにな
る。

ＮＨ”　ＦＩ”　十Ｎ　２　”　ｋ　２”　＋　”　’
−−＋Ｉ’ｌｌ　ＩＩＪ’　Ｉ”　＝Ｃ″そして、寿命
減少度をＤで表わすと、 Ｄ＝Σ（Ｎ＋＠Ｆ＋”） となり、この寿命減少度りがＨ［定の値に達したときに
寿命であると判断するうしたがって、荷ＪｉＬＰｒに代
えて、これを圧力ｐとそのときの吐出し′４鷺ｑの積、
即ちトルクＴ（Ｔ＝ｐＸｑ）で表わせは寿命減少度を得
ることができる。

次に、本実施例の動作を第３図に示すフローチャートを
参照しながら説明する。まず、この軸受をｌＩｔらたに
使用開始するとき、クリヤスイッチ８を操作すると、ク
リヤ指令４６号がインターフェース回路９ｈ、を介して
ＣＰＵ９　ｄＫ人力される。ＣＰＵ９　ｄはクリヤ指令
信号が入力されたことを判断しくステップＳ、）、凡Ａ
ＩＶＩ９ｆＫおける軸受の寿命減少度りを記憶すべき番
地の値を０にクリャする（Ｓ、）。次Ｋ、回転検出器７
からインターフェース回路９ｈ、を経た信号（割込信号
）が入力されているか否かを判断しくＳ３）、割込信号
が入力されていない場合はステップＳ１の動作に戻る。

なお、一旦軸受が使用開始された後はクリヤ指令信号の
入力はないので、ステップＳ２の動作を経ることなく直
ちにステップＳ、の判断が行なわれる。

油圧ポンプ２が回転していて、回転検出器７かう割込信
号が入力されている場合、Ｃ１’Ｕ９ｄはマルチプレク
サ９ｂを切換えて順次圧力ｐおよび吐出し容量ｑを入力
し、Ａ／Ｄ変換器９Ｃによりこれらをディジタル埴とし
て読込む（Ｓ４）。次に、読込まれた値ｐ＋ｑと定数の
乗算な何ない、そのときの荷重ＦＩ　を算出する。そし
て算出した値杓を所定番地に記憶する。（ｓｓ　）。前
述のように１回転検出器７は油圧ポンプ２０１回転毎に
１つのパルスを出力するものであり、このパルスが割込
信号となり、次のパルスが入力されるまでの１回転の間
の寿命減少度　Ｄ＝ＩＸＦ＋　が演算されこの演算され
た値はそれまでの寿命減少度ＤＫ２１０＄されて几Ａ〜
１９　ｆＫおける軸受の寿命減少度を記憶すべき所定の
蕾地に記憶される（Ｓ６）。

一方、寿命の限界に達する以前の適宜の寿命減少度がそ
の軸受について予め設定されており、ステップＳ６で演
算された値りは当該番地から読出されて、この予め設定
されている所定の寿命減少度と比較される（Ｓ７）。値
ＤＩＪ′−ル［厘の寿命減少度未満である場合には、動
作はステップＳ、の動作に戻る。値りが所定の寿命減少
度未満のとき、信号が出力回路９ｆを介して表示装置１
０に出力され（Ｓ６）、表示装置ＩＯはこの毎号に基づ
き、軸受の使用が限界近くに達したことを表示−「る。

この表示により、軸受が原因となる油圧ポンプ２の故障
を予知することができる。

なお、表示装置の表示には、ランプの点灯表示、文字に
よる表示、その他捕々の表示形感が考えられるし、又、
これをブザー等の誉報装置により置換えることもできる
。

このように１本実施例では、油圧ポンプの圧力、吐出し
容重、回転数を検出し、これら検出値に基づいて軸受の
寿命減少度を演算し、演算された値と寿命減少度の限界
値とを比較し、寿命減少度が設定された限界値に達した
とき信号を出力して表示又は警報するようにしたので、
軸受が原因となる油圧ポンプの故障を予測することがで
き、人身事故、構造物の破壊、作業能率の低下を未然Ｋ
ｖＪ止することができ、又、無駄のない計画的な保全が
可能となる。さらに、実際の軸受の使用状態のデータを
得ることができ、次に軸受を設計するときの参考となり
、まり合理的な設計をなすことかできる。

以上、油圧ポンプの軸受について述べたが、軸受ではな
く油圧ポンプの回転軸についてもその寿命減少度を濱葬
することができる。即ち、軸受の場合と同じく、割込信
号が入ったとぎ圧力ｐおよび吐出し容量ｑを読込み、ト
ルクＴを演算する。

そして、このトルク１１を一旦几ＡＭのＨ１定番地に記
憶し、レインフロー法その他の公知の手法によりトルク
の変動分およびその回数ｎを算出する。

この算出された震動分に基づき、所定の数式から回転軸
の捩り応力を演算する。この伽り応力に対する破壊繰返
し数Ｎ＋を所与のデータからめて盃の積算がＮ命減少度
になる。このような演算を行なうための装置は＠１図お
よび第２図に示す・装置と同じであり、ただ、ＲＣＪ　
Ｍ　Ｋ記１雇されるＣＰ　Ｕの動作子／ＩＩ　Ｋ相違が
あるのみである。そして。

回転＋１；＋ｉの寿節減少度が設定された限界領罠達し
たことを表示又は皆報することにより、さきの＠受にお
ける効果と同一の効果を委′１−るものである。

なお、以上は油圧ポンプの軸受、回転軸の寿命減少度の
算出、設定値との比軟、その結果の表示について述べた
が、油圧モータの軸受１回転軸についても全く同じであ
る。又１．上記夾施例では。

寿命減少度と限界値との比較を行なうように構成されて
いるが、このような比較は必ずしも必要ではなく、寿命
減少度を直接表がするよ５に構成することもできる。こ
の場合、予め限界値が判っておれば、その構成部材の使
用期間とそのときの符命減少度から、あとどの程吸の期
間使用ｉｊＪ能か、僕言すればいつ頃故障が発生するか
を予知することができる。又、表示装置はその油圧シス
テムのアフターサービスをする係員が持ち運びを行ない
。

必要時にその入力端子を制御装置の出力端子に接続する
ようにしてもよい。

以上述べたように、本発明では、回転油圧機の圧力、流
量、（ロ）転数を検出し、これら検出した値に基づいて
回転軸および軸受の少なくとも一方の寿命減少度を演算
し、この演算により得られた値に基づいて寿命減少度に
関連する報知を行なうようにしたので、回転軸、軸受が
原因となる故障を予測することができ、人身事故、構漬
物の破壊、作業能率の低下を未然に防止することができ
、又、無駄のない計画的な保全が可能となる。さらに、
実際の回転軸、軸受の使用状態のデータを得ることがで
き、次に回転軸、軸受を設計するときの参考となり、よ
り合理的な設計をなすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る油圧ポンプの故障子知装
首の系統図、第２−は第１６図に示す演算制御装置のシ
ステム構成図、第３図は第２図に示す演算制御装置の動
作を説明するフローチャートである。 ２・・・・・・油圧ポンプ、２ａ・・・・・・おしのけ
容積可変機構、５・・・・・・圧力検出器、６・・・・
・・吐出し容積検出器、７・・・・・・回転検出器、８
・・・・・・クリヤスイッチ、９・・・・・・演算制御
装置。１０・・・・・・表示装鍮。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 油圧システムにおける回転油圧機の油圧を検出する圧力
   検出装置と、前記回転油圧機の流量を検出する流°敞検
   出装置と、前記回転油圧機の回転数を検出する回転数検
   出装置と、これら各検出装置により検出された値に基づ
   いて前記回転油圧機の゛回転軸および軸受のうちの少な
   くとも一方の寿命減少度を演算する演算手段と、この演
   算手段により演算された値に基づいて前記寿命減少度に
   関連する報知を行なう報知手段とを設けたことを特徴と
   する回転油圧機の故障予知装置。