(57)【要約】【課題】油圧ポンプの異常を精度よく判定する。【解決手段】油圧ポンプ２の異常動作と相関関係のある物理量Ｐｄを検出する物理量検出手段１２と、物理量検出手段１２により検出された物理量Ｐｄに基づき、正常に動作する油圧ポンプ２の運転時間と物理量Ｐｄとの関係である基準特性Ｌを設定する設定手段１０Ａと、設定手段１０Ａにより設定された基準特性Ｌと、基準特性Ｌの設定後に物理量検出手段１２により検出された物理量Ｐｄとに基づき、油圧ポンプ２の異常を判定する異常判定手段１０Ｂとを備える。【選択図】図１
2008196403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプの異常動作と相関関係のある物理量を検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段により検出された物理量に基づき、正常に動作する油圧ポンプの運転時間と前記物理量との関係である基準特性を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された基準特性と、前記基準特性の設定後に前記物理量検出手段により検出された物理量とに基づき、油圧ポンプの異常を判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする油圧ポンプの異常判別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧ポンプの異常判別装置において、
前記設定手段は、油圧ポンプの新品状態から少なくとも所定時間経過後に検出された前記物理量に基づき、前記基準特性を設定することを特徴とする油圧ポンプの異常判別装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の油圧ポンプの異常判別装置において、
油圧ポンプの運転条件を検出する運転条件検出手段を有し、
前記設定手段は、前記運転条件検出手段により検出された各運転条件毎に基準特性を設定し、
前記異常判定手段は、前記各運転条件に対応した基準特性に基づき油圧ポンプの異常を判定することを特徴とする油圧ポンプの異常判別装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ポンプの異常判別装置において、
前記異常判定手段は、前記設定手段により設定された基準特性に基づき前記物理量の正常範囲を設定し、前記物理量検出手段により検出された物理量がこの正常範囲内にあるときは油圧ポンプが正常であると判定し、正常範囲内にないときは油圧ポンプが異常であると判定することを特徴とする油圧ポンプの異常判別装置。
【請求項５】
請求項４に記載の油圧ポンプの異常判別装置において、
前記正常範囲の上限は、油圧ポンプの運転時間の経過に伴い徐々に増加するように設定されることを特徴とする油圧ポンプの異常判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプの異常を判別する異常判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の異常判別装置として、従来、油圧ポンプの作動特性値をセンサで検出し、この検出値を予め記憶している故障判定基準値と比較して、油圧機器の異常を判別するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２７４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、油圧ポンプの個体差による検出値のばらつきを考慮して異常を判別するものではないため、油圧ポンプの異常を精度よく判別することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による油圧ポンプの異常判別装置は、油圧ポンプの異常動作と相関関係のある物理量を検出する物理量検出手段と、物理量検出手段により検出された物理量に基づき、正常に動作する油圧ポンプの運転時間と物理量との関係である基準特性を設定する設定手段と、設定手段により設定された基準特性と、基準特性の設定後に物理量検出手段により検出された物理量とに基づき、油圧ポンプの異常を判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする。
設定手段が、油圧ポンプの新品状態から少なくとも所定時間経過後に検出された物理量に基づき、基準特性を設定するようにしてもよい。
油圧ポンプの運転条件を検出する運転条件検出手段を有し、設定手段が、運転条件検出手段により検出された各運転条件毎に基準特性を設定し、異常判定手段が、各運転条件に対応した基準特性に基づき油圧ポンプの異常を判定するようにしてもよい。
設定手段により設定された基準特性に基づき物理量の正常範囲を設定し、物理量検出手段により検出された物理量がこの正常範囲内にあるときは油圧ポンプが正常であると判定し、正常範囲内にないときは油圧ポンプが異常であると判定することもできる。
この場合、正常範囲の上限を、油圧ポンプの運転時間の経過に伴い徐々に増加するように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、油圧ポンプの異常動作と相関関係のある物理量に基づき、正常に動作する油圧ポンプの基準特性を設定し、この基準特性と基準特性の設定後に検出された物理量とに基づき、油圧ポンプの異常を判定するようにしたので、油圧ポンプの個体差による検出値のばらつきを考慮し、油圧ポンプの異常を精度よく判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図８を参照して本発明による油圧ポンプの異常判別装置の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る異常判別装置の構成を示す図である。この異常判別装置は例えば図２に示すようなクレーンに搭載される。クレーンは、走行体６１と、走行体６１上に旋回可能に搭載された旋回体６２と、旋回体６２に俯仰動可能に支持されたブーム６３とを有する。旋回体６２にはウインチドラム６４Ａ，６４Ｂが搭載され、ウインチドラム６４Ａの駆動によりウインチロープ６７が巻き取りまたは繰り出され、フック６５を介して吊り荷６６が昇降する。また、ウインチドラム６４Ｂの駆動によりウインチロープ６８が巻き取りまたは繰り出され、ブーム６３が起伏する。
【０００８】
図１において、エンジン１により駆動される可変容量型油圧ポンプ２からの圧油は、コントロールバルブ３を介してウインチドラム駆動用の油圧モータ４に供給される。なお、図示は省略するが、ウインチドラム駆動用の油圧モータ４は各ウインチドラム６４Ａ，６４Ｂに対応して複数設けられ、そのそれぞれに油圧ポンプ２からの圧油が供給される。コントロールバルブ３は図示しない操作レバーの操作量に応じて駆動され、操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプ２から油圧モータ４への圧油の流れが制御される。
【０００９】
コントローラ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ１０には、油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐを検出する圧力検出器１１と、油圧ポンプ２のドレン圧Ｐｄを検出する圧力検出器１２と、油圧ポンプ２の吐出流量を検出する流量検出器１３と、油圧ポンプ２から吐出される作動油の温度Ｔを検出する温度検出器１４からの信号が入力される。これらの信号に基づきコントローラ１０は後述の処理を行い、運転室の表示装置１５に制御信号を出力する。
【００１０】
コントローラ１０は、ポンプ異常判定の基準となる基準特性Ｌを設定する基準特性設定部１０Ａと、この基準特性Ｌに基づき油圧ポンプ２の異常を判定する異常判定部１０Ｂとを有する。
【００１１】
基準特性設定部１０Ａで設定される基準特性Ｌの一例を図３に示す。なお、図にはドレン圧Ｐｄの実測値の特性Ｐ１（点線）を併せて示している。基準特性Ｌは、ポンプ異常判定の基準となる閾値の基準となる特性であり、油圧ポンプ２の運転時間とドレン圧Ｐｄとの関係により表される。この基準特性Ｌは、各ポンプ毎の個体差を考慮して設定されたポンプ固有の特性である。すなわち、各油圧ポンプ２には個体差があり、ポンプ性能に多少のばらつきがあるため、同一の運転条件の下で油圧ポンプ２を駆動したとしても、ドレン圧Ｐｄは各油圧ポンプ毎に異なった値となる。そこで、本実施の形態では、各ポンプ毎に基準特性Ｌを設定し、この基準特性Ｌを基準にして設定した正常範囲内にドレン圧の実測値Ｐｄがあるか否かにより、油圧ポンプ２の異常を判定する。
【００１２】
具体的には、図３に示すように基準特性Ｌから現在の運転時間（例えばｔａ）に対応したドレン圧Ｐｄａ（基準ドレン圧と呼ぶ）を算出する。そして、この基準ドレン圧Ｐｄａに所定値ΔＰｄ１を加算した値（Ｐｄａ＋ΔＰｄ１）を正常範囲の上限値、所定値ΔＰｄ２を減算した値（Ｐｄａ−ΔＰｄ２）を正常範囲の下限値として設定し、ドレン圧の実測値Ｐｄが正常範囲内にあるか否か、つまりＰｄａ−ΔＰｄ２≦Ｐｄ≦Ｐｄａ＋ΔＰｄ１が成立するか否かを判定する。図示のように運転時間ｔａでドレン圧Ｐｄが正常範囲を超えると、その時点でポンプ２の異常と判定する。
【００１３】
ところで、油圧ポンプ２を長時間使用するとポンプピストン等の磨耗が進行し、実際のドレン圧Ｐｄは、特性Ｐ１に示すように油圧ポンプ２が正常状態であっても運転時間の経過に伴い少しずつ増加する。この点を考慮し、本実施の形態では、基準特性Ｌを時間経過に伴いドレン圧が上昇するような右上がりの直線に設定する。また、ドレン圧Ｐｄは、ポンプ吐出圧Ｐｐ、ポンプ吐出流量Ｑ、作動油温Ｔ等、運転条件に応じて変化するため、基準特性Ｌを運転条件に応じて複数設定する。
【００１４】
図４は、基準特性設定部１０Ａで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。ステップＳ１では、油圧ポンプ２の運転時間をカウントする。例えばエンジン１の駆動に連動して油圧ポンプ２が運転されるのであれば、エンジン１の駆動時間をカウントし、これを油圧ポンプ２の運転時間とすればよい。この運転時間はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶され、エンジンキースイッチがオンされると、前回までの運転時間に今回の運転時間が加算してカウントされる。運転時間のカウント値は異常判定部１０Ｂに出力される。
【００１５】
ステップＳ２では、運転時間が所定時間ｔ０に達したか否かを判定する。図３の特性Ｐ１に示すように、運転時間が所定時間ｔ０（例えば５０時間）より短い初期状態（新品状態）では、時間経過に伴いドレン圧Ｐｄが大きく変化する。したがって、初期状態では基準特性Ｌの設定を行わないようにするため、ステップＳ２で所定時間ｔ０の経過を判定する。ステップＳ２が否定されるとステップＳ１に戻り、肯定されるとステップＳ３に進む。
【００１６】
ステップＳ３では、各運転条件に対応した基準特性Ｌが全て設定されているか否かを判定する。ここでは、例えば条件１〜条件１０の１０種類の運転条件を設定し、各条件に対応した基準特性Ｌ１〜Ｌ１０が全て設定済みであれば、ステップＳ３が肯定され、リターンする。一方、基準特性Ｌ１〜Ｌ１０のうち、未だ設定されていないものがあれば、ステップＳ３が否定され、ステップＳ４に進む。
【００１７】
ステップＳ４では、圧力検出器１１により検出されたポンプ吐出圧Ｐｐ、流量検出器１３により検出されたポンプ吐出量Ｑ、および温度検出器１４により検出された作動油温Ｔをそれぞれ読み込む。
【００１８】
ステップＳ５では、ステップＳ３で読み込んだ各検出値Ｐｐ，Ｑ，Ｔに基づき運転条件を判定する。例えば各検出値Ｐｐ，Ｑ，Ｔの大きさをそれぞれ大中小の３段階に分け、これらの組み合わせによって条件１〜条件１０のどの運転条件が成立しているかを判定する。一例として、Ｐｑが小、Ｑが小、Ｔが大のときは条件１が成立、Ｐｑが大、Ｑが大、Ｔが小のときは条件２が成立とする。ここで、示した条件１はドレン圧Ｐｄが最も高圧となる運転条件であり、条件２はドレン圧Ｐｄが最も低圧となる運転条件である。
【００１９】
ステップＳ６では、ステップＳ５の運転条件に対応した基準特性Ｌが既に設定されているか否かを判定する。例えばステップＳ５で条件１と判定された場合、ステップＳ６では条件１に対応した基準特性Ｌ１が既に設定されているか否かを判定する。ステップＳ６が肯定されるとリターンし、否定されるとステップＳ７に進む。
【００２０】
ステップＳ７では、判定された運転条件が所定時間Δｔ（例えば１分間）継続しているか否かを判定する。すなわち運転条件が変化した後、ドレン圧Ｐｄが安定するのに時間がかかるため、この点を考慮してステップＳ７では所定時間Δｔの経過を判定する。なお、ドレン圧Ｐｄの変化を見て、ドレン圧Ｐｄが安定したか否かを判定してもよい。ステップＳ７が否定されるとステップＳ５に戻り、肯定されるとステップＳ８に進む。
【００２１】
ステップＳ８では、圧力検出器１２により検出されたドレン圧Ｐｄを読み込む。ステップＳ９では、このドレン圧Ｐｄを用いて所定の運転条件に対応した基準特性Ｌを設定し、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶する。ここでは、各運転条件における基準特性Ｌ１〜Ｌ１０の傾きをそれぞれ等しく設定する。基準特性Ｌの一例として、ドレン圧Ｐｄが最大の条件１に対応した基準特性Ｌ１と、ドレン圧Ｐｄが最小の条件２に対応した基準特性Ｌ２を図５に示す。このように各基準特性Ｌの傾きを等しく設定すれば、その運転条件が成立した際のポンプ２の総運転時間ｔ（例えばｔ１，ｔ２）とドレン圧Ｐｄ（例えばＰｄ１，Ｐｄ２）とが決まるだけで、基準特性Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を設定できる。なお、特性Ｌ１およびＬ２は基準特性Ｌの上限および下限であるため、他の基準特性Ｌ３〜Ｌ１０は、特性Ｌ１とＬ２の間に設定される。
【００２２】
図５（ａ）では、横軸をポンプ２の総運転時間ｔとして基準特性Ｌを設定しているが、図５（ｂ）に示すように横軸を各運転条件毎のポンプ２の運転時間ｔ’として基準特性Ｌ’を設定してもよい。この場合は、ステップＳ５で運転条件を判定した後に、各運転条件毎の運転時間ｔ’をカウントし、ドレン圧の検出値Ｐｄ（Ｐｄ１，Ｐｄ２）を通る傾き一定の直線を、ステップＳ９で基準特性Ｌ’（Ｌ１’，Ｌ２’）として設定すればよい。
【００２３】
図６は、異常判定部１０Ｂにおける処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。ステップＳ１１では、圧力検出器１１により検出されたポンプ吐出圧Ｐｐ、流量検出器１３により検出されたポンプ吐出量Ｑ、および温度検出器１４により検出された作動油温Ｔを読み込む。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で読み込んだ各検出値Ｐｐ，Ｑ，Ｔに基づき運転条件を判定する。運転条件は図４のステップＳ５と同様にして判定する。
【００２４】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２の運転条件に対応した基準特性Ｌが既に設定されているか否かを判定する。ステップＳ１３が肯定されるとステップＳ１４に進み、否定されるとリターンする。ステップＳ１４では、圧力検出器１２により検出されたドレン圧Ｐｄを読み込む。
【００２５】
ステップＳ１５では、各運転条件に対応した基準特性Ｌ（図５（ａ））から運転時間ｔの下でのドレン圧Ｐｄａ（基準ドレン圧）を算出し、ドレン圧の実測値Ｐｄが正常範囲内にあるか否か、つまりＰｄａ−ΔＰｄ２≦Ｐｄ≦Ｐｄａ＋ΔＰｄ１が成立するか否かにより油圧ポンプ２の異常を判定する。ここで、ΔＰｄ１，ΔＰｄ２は固定値であり、予めコントローラ１０に記憶されている。なお、ΔＰｄ１，ΔＰｄ２を可変値としてもよく、その場合には、例えば図７に示すように運転時間ｔの経過に伴いΔＰｄ１，ΔＰｄ２を徐々に大きくすればよい。これにより正常範囲が徐々に拡大し、経年変化によりドレン圧Ｐｄがばらついた場合にも、ポンプ２の異常を精度よく判定できる。
【００２６】
なお、図５（ｂ）の基準特性Ｌ’を用いて油圧ポンプ２の異常を判定するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１２で運転条件を判定した後に、初期時間ｔ０経過後の各運転条件毎の運転時間ｔ’（条件１は○○時間、条件２は××時間、条件３は□□時間、・・・等）をカウントする。そして、ステップＳ１５で、運転時間ｔ’に対応した基準ドレン圧Ｐｄａを図５（ｂ）の基準特性Ｌ’から算出し、ドレン圧Ｐｄが正常範囲内にあるか否かを判定すればよい。
【００２７】
ステップＳ１５でドレン圧Ｐｄが正常範囲内にある場合は、油圧ポンプ２が正常であると判定され、リターンする。ドレン圧Ｐｄが正常範囲内にない場合は、油圧ポンプ２が異常であると判定され、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、表示装置１５に制御信号を出力し、油圧ポンプ２に異常が発生した旨をオペレータに報知するよう表示装置１５を制御する。
【００２８】
以上の本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。油圧ポンプ２の運転時間が所定時間ｔ０以上になると、ポンプ吐出圧Ｐｐとポンプ吐出流量Ｑと作動油温Ｔとに基づき運転条件が判定される（ステップＳ５）。そして、例えば初めて条件１の運転条件が成立すると、そのときのドレン圧Ｐｄと運転時間ｔとを通る直線が基準特性Ｌ１として設定される（ステップＳ９）。なお、クレーンの組立完了後、工場内で所定時間ｔ０以上油圧ポンプを駆動し、基準特性Ｌの一部または全部を工場出荷前に設定するようにしてもよい。
【００２９】
基準特性Ｌ１の設定後、クレーン作業時等において条件１が成立すると、その度にドレン圧Ｐｄが特性Ｌ１を基準にした正常範囲内にあるか否か、つまり油圧ポンプ２の異常の有無が判定される（ステップＳ１５）。基準特性Ｌ１は油圧ポンプ２の使用による経年変化を考慮して設定されるため、経年変化によりドレン圧Ｐｄが増加しただけでは、ドレン圧Ｐｄは正常範囲内にあり、ポンプ２は正常と判定される。一方、油圧ポンプ２の異常磨耗等が発生すると、ドレン圧Ｐｄが急激に増加し、正常範囲を超える。この場合は、油圧ポンプ２は異常と判定され、表示装置１５に油圧ポンプ２が異常である旨が表示される（ステップＳ１６）。このため、オペレータは油圧ポンプ２の異常を早期に認識することができ、油圧機器の損傷を最小限に抑えることができる。
【００３０】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）油圧ポンプ２の駆動時のドレン圧Ｐｄを検出し、その検出値Ｐｄを用いてポンプ固有の基準特性Ｌを設定するとともに、ドレン圧の検出値Ｐｄが基準特性Ｌを基準とした正常範囲内にあるか否かによってポンプ２の異常を判定するようにした。これにより油圧ポンプ２の個体差による検出値Ｐｄのばらつきを考慮し、油圧ポンプ２の異常を精度よく判別できる。
【００３１】
（２）油圧ポンプ２の運転時間が所定時間ｔ０以上となったときのドレン圧Ｐｄを検出し、基準特性Ｌを設定するので、ドレン圧Ｐｄが安定した状態で基準特性Ｌが設定され、ポンプ異常判定の精度が高まる。
（３）ポンプ吐出圧Ｐｐとポンプ吐出量Ｑと作動油温Ｔに基づき運転条件を判定し、運転条件毎に基準特性Ｌを設定するので、運転条件によってドレン圧Ｐｄが増減する場合が考慮され、この点でも異常判定の精度がよい。
（４）基準特性Ｌを基準として正常範囲を設定し、ドレン圧Ｐｄがこの正常範囲内にないときに油圧ポンプ２が異常であると判定するので、ポンプ異常判定を的確に行うことができる。
（５）基準特性Ｌを運転時間ｔの経過に伴いドレン圧Ｐｄが増加するような右上がりの特性に設定し、運転時間の増加に伴い正常範囲の上限を徐々に増加するようにしたので、経年変化によりドレン圧Ｐｄの上昇と、油圧ポンプ２の異常磨耗等によるドレン圧Ｐｄの上昇を区別して判定できる。
（６）ドレン圧Ｐｄによりポンプ異常を判定するので、異常判定時の誤差が少ない。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、ドレン圧Ｐｄが正常範囲内にあるか否かによりポンプ異常を判定するようにしたが、所定の単位時間におけるドレン圧Ｐｄの変化量が所定値以上であるか否かにより、ポンプ異常を判定するようにしてもよく、異常判定手段としての異常判定部１０Ｂにおける処理は上述したものに限らない。
【００３３】
コントローラ１０に送受信機を接続し、各検出器１１〜１４からのデータを送受信機を介して基地局地に送信し、基地局で油圧ポンプ２の異常判定を行うようにしてもよく、その判定結果を基地局からクレーンに送信し、表示装置１５に表示するようにしてもよい。表示装置１５に異常判定結果を表示するのではなく、警報ランプを点灯させたり、警報音を発生させることで、オペレータに異常発生を報知するようにしてもよい。
【００３４】
上記実施の形態では、運転時間ｔの経過に伴いドレン圧Ｐｄが増加するような右上がりの特性に基準特性Ｌを設定し、正常範囲の上限も右上がりの特性としたが、基準特性Ｌの設定はこれに限らない。例えば図８に示すように基準特性ＬをＰｄ＝Ｐｄａに設定し、この基準特性Ｌに対し、正常範囲の上限および下限が右上がりとなるようにΔＰｄ１、ΔＰｄ２を設定するようにしてもよく、設定手段としての基準特性設定部１０Ａにおける処理はい。
【００３５】
圧力検出器１１と流量検出器１３と温度検出器１４の検出値Ｐｐ，Ｑ，Ｔに基づき油圧ポンプ２の運転条件を検出したが、このいずれか１つの検出値のみ、あるいは他の検出値を用いて運転条件を検出してもよく、運転条件検出手段の構成はこれに限らない。上記実施の形態では、物理量検出手段としての圧力検出器によりドレン圧Ｐｄを検出し、運転時間とドレン圧Ｐｄとの関係に基づいてポンプ異常判定を行うようにしたが、油圧ポンプ２の異常動作と相関関係のある他の物理量に基づきポンプ異常判定を行うようにしてもよい。
【００３６】
以上では、クレーンの油圧ポンプ２の異常判定について説明したが、油圧ショベル等、他の建設機械に設けられた油圧ポンプ２の異常判定も同様にして行うことができ、本発明は油圧ポンプを有する種々の作業機械に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の異常判別装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係る異常判別装置の構成を示す図。
【図２】本実施の形態に係る異常判別装置を有するクレーンの側面図。
【図３】ポンプの運転時間とドレン圧との関係を示す図。
【図４】図１の基準特性設定部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図５】運転条件毎の基準特性を示す図。
【図６】図１の異常測定部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図７】図３の変形例を示す図。
【図８】図３の別の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
２  油圧ポンプ
１０  コントローラ
１０Ａ  基準特性設定部
１０Ｂ  異常判定部
１１  圧力検出器
１２  圧力検出器
１３  流量計
１４  温度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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