(57)【要約】【課題】減速機の歯車ごとの寿命を正確かつ簡易に把握して減速機及び減速機歯車の適切な交換時期を知らせることができるダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムを提供する。【解決手段】回転数把握手段６５により、走行用モータの回転軸、歯車又は車輪の回転数を算出又は計測により求める。電流把握手段６３により検出された電流の電流値から、トルク演算手段６４により走行用モータのトルクを算出する。回転数及び走行用モータのトルクをデータ蓄積手段６０により記憶する。データ蓄積手段６０に記憶された回転数及び走行用モータのトルクを参照して寿命演算手段６１により減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する。演算結果を表示手段６２により表示する。【選択図】図４
2013231673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握手段と、
前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算手段と、
前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積手段と、
前記データ蓄積手段に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算手段とを備える
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記トルク演算手段、前記データ蓄積手段及び前記寿命演算手段は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記データ蓄積手段は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項４】
請求項３に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記回転数把握手段は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
前記データ蓄積手段は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
前記寿命演算手段は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示手段を備えた
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動の走行用モータを備えたダンプトラックの減速機における歯車の寿命を予測するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にダンプトラックと呼ばれる大型の運搬車は、車体のフレーム上に起伏可能なベッセル（荷台）を備え、このベッセルに砕石物等の重い荷物を多量に積載し運搬する。
【０００３】
このように積載重量が大きいダンプトラックにおいては、ダンプトラックの駆動源として電動の走行用モータが広く採用されている。その電動の走行用モータには、例えば特許文献２に示すように、インバータを用いたＶ／Ｆ制御等が用いられている。交流モータである走行用モータへの電力の供給は、外部電源を用いる場合やエンジンの回転により発電を行う発電機により供給される場合がある。
【０００４】
また、大きなトルクを車輪に与えるために、駆動源である電動の走行用モータの回転軸の回転を減速させて車輪に回転力を伝達させる減速機が設けられている。
【０００５】
そのようなダンプトラックにおける減速機の一例として、特許文献１に減速機が開示されている。この特許文献１の減速機における減速歯車機構は、二段のプラネタリギア機構からなり、そのプラネタリギア機構は、その中心に位置するサンギアと、そのサンギアを径方向から外側から取囲み内周面に内歯が形成されたリングギヤと、そのリングギヤの内歯と前記サンギアに噛合して前記サンギアの回転を前記リングギアに伝達する複数のプラネタリギアとが設けられ、前記プラネタリギアを支持ピンを介して回転可能に支持するキャリアとにより構成されている。
【０００６】
そして、この減速歯車機構においては、それぞれのプラネタリギアがサンギアの周囲で前記支持ピンを介して自転又は公転することによりリングギアを回転させる。この結果、この減速歯車機構はモータの回転軸の回転を減速して車輪取付筒（車輪）に伝達する。
【０００７】
このようなダンプトラックにおける減速機は歯車の疲労により交換の必要が生じる。そのため、エンジン稼働時間が一定の時間（例えば２０，０００時間）経過したときを交換時期としてあらかじめ設定し、その一定の時間が経過したら減速機の交換をするようにしている。このような減速機の交換時期は、作業時に減速機が故障をして走行不能により作業が中断をすると損害が生じる場合もあるため、そのような事態を回避するため、即ち、予防保全の観点により設定されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２６４３９４号公報
【特許文献２】再公表２００８−０２６２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、実際にはダンプトラックは様々な路面環境を走行するため、走行路面が平坦で減速機の負荷が穏やかな場合には、まだ使用可能なのに寿命であると判断されて交換されてしまう場合がある。また、急な勾配が多数存在する等により路面負荷が厳しい場所では、あらかじめ定めておいた交換時間に達しない場合であっても、減速機が壊れてしまい、走行停止など不測の事態につながることも想定される。
【００１０】
本発明は、減速機の歯車ごとの寿命を正確かつ簡易に把握して減速機及び減速機歯車の適切な交換時期を知らせることができるダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握手段と、
前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算手段と、
前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積手段と、
前記データ蓄積手段に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
請求項１に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記トルク演算手段、前記データ蓄積手段及び前記寿命演算手段は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
請求項１又は請求項２記載の減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記データ蓄積手段は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
請求項３に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記回転数把握手段は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
前記データ蓄積手段は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
前記寿命演算手段は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、電気制動による歯車へのトルクを算入して寿命予測を行うことが可能であるため、下り勾配が多くて走行方向と逆回転の方向に歯車の負荷が多くかかる現場であっても、より正確に寿命予測をすることが可能となる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入から除外することで、寿命予測システムの計算データを減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、車輪の回転数について、データを記憶する段階では整数部と小数部を設けるため高い精度で回転数を記憶し、その一方で、寿命演算においては整数部のみ算入するため、カットしても寿命演算に大きな誤差を与えない小数部をカットして、演算に算入する回転数のデータ量を少なくすることができるため、演算結果の誤差を抑えつつ演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。また、車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。
【図２】本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態の全体構成を示す構成図である。
【図４】本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図５】歯車のヘルツ面圧Ｓと車輪回転数Ｎの寿命に至る関係を示す片対数Ｓ−Ｎ曲線図である。
【図６】本実施の形態におけるトルク区分ごとの回転数の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。
【図７】本実施の形態の寿命予測演算を行なう処理を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態の予測寿命表示の例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。図１において、１はダンプトラックの本体、２は前輪、３は後輪である。本体１の内部には、エンジン４の動力により発電を行う主発電機５と、主発電機５が発電した電気を交流電動モータである走行用モータ１５の駆動用に変換する電気制御装置１３と、電気制御装置１３に制御信号を送信する走行制御用コントローラ１２を備える。走行制御用コントローラ１２は、エンジン４を動力源として発電を行う副発電機１０により電力を供給されたバッテリー１１を電源とし、コントロール信号を電気制御装置１３へ送信して走行制御を行うものである。また、左右の走行用モータ１５は、夫々にその回転数及び駆動電流が走行制御用コントローラ１２へ送信されフィードバック制御されるものである。
【００２３】
１８はこのダンプトラックの後部に設けられた走行用モータ１５を含む走行駆動装置である。その走行駆動装置１８は、左右の走行用モータ１５、左右の走行用モータ１５を収容するモータ収容筒１４、左右の走行用モータ１５により回転駆動される回転軸１６、及び減速機１７（図２，図３参照）により構成される。また、本体１には、駆動輪である後輪３と従動輪である前輪２が取付けられる。
【００２４】
図２は、本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。図２において、走行駆動装置１８には、車体の後部に設けられた走行用モータを収容するモータ収容筒１４と、このモータ収容筒１４内の左右に収容された走行用モータ１５と、この走行用モータ１５により回転駆動される回転軸１６が設けられ、回転軸１６には、第１段減速機構１７ａおよび第２段減速機構１７ｂからなる減速機１７と、ブレーキ装置４５が設けられている。この減速機１７は、回転軸１６の回転を減速して後輪３の車輪取付け筒２４へ伝達する。
【００２５】
図２に示すように、筒状スピンドル２０の内周側には、第１段減速機構１７ａのハウジングとなるキャリア２５がボルト２６により結合して取付けられる。キャリア２５は、その中心部において、軸受２７により走行用モータ１５の回転軸１６の先端を支持する。この回転軸１６にはサンギア３０が取付けられ、このサンギア３０に、キャリア２５に取付けた複数個のプラネタリギア３１が噛合する。この複数のプラネタリギア３１に、筒状スピンドル２０内に回転可能に収容したリングギア３２が噛合する。
【００２６】
筒状スピンドル２０の軸方向外端側には、第２段減速機構１７ｂのハウジングとなるキャリア３４がボルト３５により取付けられる。３６は第２段減速機構１７ｂの中心の筒型をなすサンギアであり、このサンギア３６は、前記第１段減速機構１７ａのリングギア３２に円錐筒形の連結体３７により結合される。またサンギア３６はキャリア３４に設けた軸受３９により支持される。サンギア３６に、キャリア３４に取付けた複数個のプラネタリギア４０が噛合する。この複数のプラネタリギア４０に、車輪取付け筒２４にボルト４１により取付けたリングギア４２が噛合する。
【００２７】
このような２段減速機構１７ａ，１７ｂにより、走行用モータ１５の回転軸１６の回転が第１段減速機構１７ａのサンギア３０およびプラネタリギア３１を介して減速してリングギア３２に伝達され、このリングギア３２の回転が連結体３７を介して第２段減速機構１７ｂのサンギア３６に伝達され、このサンギア３６の回転がプラネタリギア４０を介して減速してリングギア４２および車輪取付け筒２４に伝達され、車輪取付け筒２４は後輪３と共に回転する。尚、本実施の形態においては、２段構成のプラネタリギア機構であるが、１段のみのプラネタリギア機構でもよい。
【００２８】
図３は、本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示すブロック図である。図３に示すように、走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０及び寿命演算手段６１は、本発明の減速歯車の寿命予測システムを構成する。また、走行制御用コントローラ１２は、ダンプトラックの走行を制御するものである。すなわち、この走行制御システムにおける走行制御用コントローラ１２は、エンジン４、チョッパ５３及びインバータ５５へ制御信号を送るとともに、走行用制御コントローラ１２がインバータ５５の交流側周波数の情報及び電流センサ５６並びに後輪３等の回転部分に設けられる回転センサ等の各種センサ（不図示）からの情報をリアルタイムに収集し、フィードバック制御を行う。走行用モータ１５の制御形式は、Ｖ／Ｆ制御等が採用される。
【００２９】
図３における整流器５２、チョッパ５３及びインバータ５５は、図１における電気制御装置１３を構成するものである。整流器５２は主発電機から供給される電流を直流に整流するものであり、インバータ５５は、整流器５２により整流されてチョッパ５３を通過した直流電流を、走行用モータ１５駆動用の交流電流に変換するものである。この走行制御システムにおいて、チョッパ５３は電気制動の際に電流の経路を切り替えるために設けられる。すなわち、電気アクセルペダル５０が踏込まれた場合には、走行コントローラ１２がダンプトラックの加速に必要な電力を得るようにエンジン速度指令を生成し、エンジン４が回転数を上げて主発電機５によって発電を行い、その発電によって生じた電流を整流器５２が整流により直流電流に変換し、整流器５２からの直流電流はチョッパ５３を介してインバータ５５へ入力される。一方、電気ブレーキペダル５１が踏まれた場合には、走行用モータ１５が回転を止める方向にトルクを発生させて発電機と同様の働きをして、その走行用モータ１５が発電した電流は、インバータ５５及びチョッパ５３を経てグリッド抵抗５７へ供給されて、電気エネルギーを熱エネルギーへ変換して消費させることにより電気制動を行う。
【００３０】
ダンプトラックには、車内に搭載される車載コントローラ（不図示）があり、この車載コントローラは走行制御用コントローラ１２をはじめとして各種コントローラを組み込み可能である。
【００３１】
データ蓄積手段６０は、走行制御用コントローラ１２が収集した走行に関する情報を蓄積する手段である。このデータ蓄積手段６０は、データ蓄積コントローラユニット（車載コントローラの追加ユニット）として車載コントローラに追加してもよいし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、データ蓄積の機能を持たせるプログラムを実装させて、そのプログラムをデータ蓄積手段６０としてもよい。更に、データ蓄積手段６０は、車載コントローラとは別箇の装置としてデータ蓄積コントローラを設けてもよい。走行制御用コントローラ１２が収集した情報は、逐次データ蓄積手段６０に送信され、データ蓄積手段６０は、送信されたデータを記憶する。
【００３２】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する手段である。この寿命演算手段６１は、普段は車外に配置することも可能な寿命演算のための装置であり、主に作業員が寿命を予測したい場合に、データ蓄積手段６０が備えられた装置に接続して、寿命演算を行う。ここで、寿命演算手段６１は、寿命演算の機能を有する専用の装置でもよいし、寿命演算手段６１の機能を持たせるプログラムを備えた汎用コンピュータや携帯端末などの計算機でもよい。ただし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、その車載コントローラに寿命演算機能を持たせるプログラムを実装して、そのプログラムを寿命演算手段６１としてもよい。
【００３３】
図４は、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムの機能ブロック図である。この機能ブロック図において、走行制御用コントローラ１２には電流センサ５６により電流値を把握する電流把握手段６３と、電流把握手段６３により把握した電流値により走行用モータ１５のトルクを演算するトルク演算手段６４と、走行モータ１５の回転数を求める回転数把握手段６５が備えられている。そして、データ蓄積手段６０は、その算出された走行用モータ１５の回転数とトルクをリアルタイムに記憶する。寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する。６２は寿命演算結果をグラフや表等で表現する表示手段である。
【００３４】
電流把握手段６３は、走行用モータ１５のトルクが算出可能な電流を把握することができれば良いため、走行用モータ１５に電流センサが備えられている場合にはそれらの電流センサを使用してもよい。また、インバータの交流側に電流センサが備えられている場合にはその電流センサを使用してもよい。
【００３５】
トルク演算手段６４は、電流把握手段６３によって把握された電流値に基づいて、走行用モータ１５の出力トルクを算出する。電流からトルクを算出する手法は、公知（例えば特開２００９−１３１０４３号公報に開示されているトルク推定手法）の推定手法を用いることができる。また、電流センサによって把握された電流値及びインバータの出力周波数若しくは走行用モータ１５の回転速度からトルクを推定してもよい。また、例えば、走行用モータ１５の出力はインバータの出力電力に比例することから、インバータ５５に入力される直流電流と直流電圧の積と、後輪３の角度センサによって検出した回転速度から走行用モータ１５のトルクを推定するなど、電流センサ５６の測定する電流値に代えて、他の情報を収集してトルクを推定してもよい。
【００３６】
回転数把握手段６５は、後輪３における車輪の回転数を算出する。この回転数把握手段６５により求められる車輪回転数は、インバータ５５の交流側の出力周波数を参照することで走行用モータ１５の回転数を計算し、走行用モータ１５の回転数から減速機１７の減速比を用いて後輪３の回転数を算出する。また、走行モータ１５や後輪３に角度センサや回転速度センサを取付けてこれらセンサの情報を用いて回転数を把握してもよい。
【００３７】
データ蓄積手段６０は、トルク演算手段６４によって把握されたトルク及び回転数把握手段６５によって求められた回転数を読込み、表１に示すように、トルクのレンジごとにモータの回転数を積算して記録した累積データの作成と記憶を行う。
【００３８】
【表１】
2013231673.tif 000003
【００３９】
この表１においては、各区分を特定するための番号ｉが付番され、トルクＴのレンジ（トルク範囲）は、各区分における走行用モータ１５のトルクＴ［Ｎｍ］の範囲を示し、回転数Ｎ[rev]は各区分ごとに、走行用モータ１５で駆動される後輪３が何回転したかを示す、その分解能は小数点以下であって、ｍ１〜ｍ１０は小数部の数値、Ｍ１〜Ｍ１０は整数部の数値である。
【００４０】
本実施の形態においては、モータトルクの全出力範囲うち、最大値から４分の３以上のトルクを算入から除外し、出力０から最大値の４分の３までの値を算入する。例えば表１のようにモータトルクの全出力範囲（０［Ｎｍ］から２８０００［Ｎｍ］）の４分の３である０［Ｎｍ］から２１０００［Ｎｍ］の範囲で回転数を累積する。本実施の形態におけるダンプトラックの場合は、出力範囲の４分の３以上のトルクは、そのトルクの際の回転数が少ないため算入から除外しても影響が少ないためである。すなわち、本実施の形態におけるダンプトラックでは、その出力範囲の４分の３以上のトルクを除外したのは、その除外した範囲のトルクが電気アクセルペダル５０を踏んだときの加速や電気制動で発生する機会がほとんどなく、段差を乗り越えた際や始動の際など突発的な場合のみ発生し、その出力範囲の４分の３より大きいトルクが生じているときの回転数が少ないためである。
【００４１】
本発明において、算入から除外するモータトルクの範囲は、本実施の形態における表１に示す範囲に限定されない。また、本実施の形態においては、算入するモータトルクを区分した数は１０個にして、トルク分解能は２１００にしているが、これらの区分数やトルク分解能に限らず、他の数でもよい。
【００４２】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０によって蓄積されたデータを呼出し、マイナー則によって減速機における歯車の寿命を予測する。
【００４３】
ここで、マイナー則による寿命演算について説明する。マイナー則（線形累積損傷則）は、寿命予測対象となる材料が応力σｉを受けてＮｉ回繰り返された場合には疲労寿命となる場合に、その材料が応力σｉをｎｉ回受けた場合に累積損傷度Ｄは以下の式（１）ようになり、
【００４４】
【数１】
2013231673.tif 000004
【００４５】
この累積損傷度Ｄが１となった場合は、その材料が疲労により寿命となるとして寿命予測を行う寿命予測方法である。
【００４６】
ここで、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムを適用する場合について説明する。減速機の歯車の歯面に回転時にかかる面圧であるヘルツ面圧をＳ、車輪３の回転数Ｎとして、Ｓ−Ｎ曲線を描くと図５のようになる。このＳ−Ｎ曲線は、ヘルツ面圧Ｓｉを歯車の歯にかけて車輪をＮｉ回転させた場合、この歯車は疲労により寿命となることを意味しており、このＳ−Ｎ曲線は実測により求められる。尚、Ｓ−Ｎ曲線は寿命予測対象である歯車ごとに作成することができる。
【００４７】
またこのＳ−Ｎ曲線は片対数グラフ（縦軸が対数）で描かれている。図５において、例えば、歯車の歯にヘルツ面圧Ｓ１をかけて車輪をＮ１回だけ回転させたときに歯車が寿命となり、また歯車の歯にヘルツ面圧Ｓ２をかけて車輪をＮ２回だけ回転させたときに歯車が寿命となる関係である。Ｓ−Ｎ曲線の直線ａは、実際にヘルツ面圧Ｓをかけるとヘルツ面圧Ｓの対数をとった値に応じてＮが変化する。直線ｂは、ヘルツ面圧Ｓが一定値（Ｓ３）より小さくなると、回転数Ｎを相当数多くしても疲労により寿命に影響しない領域（非破壊領域）が実際にあることを意味する。直線ｂより下方において破線で表した直線ｃは、実際には寿命に影響しない領域において、直線ａを延長したものである。狭義には、直線ａと直線ｂに基づいて累積損傷度Ｄを算出するものをマイナー則、直線ａと直線ｃに基づいて累積損傷度Ｄを算出するものを修正マイナー則と呼ぶ場合があるが、本発明においては、マイナー則の用語は両者を含む意味である。また、本実施の形態では、区分１から区分２０までのトルク範囲においては、Ｓ−Ｎ曲線は一直線となっているものとして説明する。
【００４８】
次に、本実施の形態のマイナー則を適用する式について説明する。ここで、歯車にかかるトルク面圧ＳはモータトルクＴに比例することから、図５のＳ−Ｎ曲線から下記の式が導かれる。
【００４９】
【数２】
2013231673.tif 000005
【００５０】
式（２）のＰの値は実験により求めることができる。ここで、基準とするモータトルクＴｓｔ、そのモータトルクＴｓｔのときに疲労寿命となる車輪（本例では後輪３）の回転数Ｎｓｔとし、任意の走行用モータのトルクをＴｉ、走行用モータのトルクＴｉでの車輪回転数をＮｉとすると、式（２）から式（３）が導かれる。
【００５１】
【数３】
2013231673.tif 000006
【００５２】
上式（３）を変形して式（４）が導かれる。
【００５３】
【数４】
2013231673.tif 000007
【００５４】
上式（４）は下記のように置き換えることができる。
【００５５】
【数５】
2013231673.tif 000008
【００５６】
上式（５）を変形して下記式（６）が導かれる。
【００５７】
【数６】
2013231673.tif 000009
【００５８】
本実施の形態においては、この式（６）においてＤが１００［％］となるときに寿命となるとして、寿命予測を行う。
【００５９】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０に記憶された表１の累積データを参照して、正方向のトルク範囲である区分１から１０についてトルク範囲ごとに式（６）を適用してトルクＴ［ｉ］を求めて累積損傷度Ｄを求める。そして、エンジン稼働時間と累積損傷度Ｄの関係を最少二乗法によって一次式の近似式として求めて、その近似式において累積損傷度Ｄが１００となるエンジン稼働時間を推測して、その時間を予測寿命時間として算出する。
【００６０】
ここで、表１の累積データにおいて、各区分ｉにおけるトルクＴのレンジごとに、トルクレンジの上限値と下限値の平均値Ｔ[ｉ]を算出して、そのトルクＴ[ｉ]と各区分における回転数Ｎ[ｉ]を用いて区分ごとに累積損傷度Ｄ[ｉ]を算出して、そのＤ[ｉ]を回転トルクの方向が同じ区分のすべてについて合算することで累積損傷度Ｄを算出する。
【００６１】
次に、表示手段６２について説明する。表示手段６２は、寿命予測の結果を人間が把握しやすいように表示する手段であり、ディスプレイ等である。表示手段にはプリンタなどによる印刷手段も含まれる。予測寿命時間は、減速機を構成する歯車ごとに表示される。本実施の形態においては、図２の減速機構１７を構成する第１段減速機構１７ａのサンギア３０、プラネタリギア３１並びにリングギア３２の予測寿命時間、及び第２段減速機構１７ｂのサンギア３６、プラネタリギア４０並びにリングギア４２の予測寿命時間を表示手段６２によって表示する。
【００６２】
図６は、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０によって表１の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。まず、処理７０は、開始前から保存されている表1の累積データを呼び出す。初めて累積データを呼び出す場合には、区分ごとの回転数の整数部及び小数部に初期値０が記述された初期の累積データを使用する。
【００６３】
処理７１においては、走行制御用コントローラ１２がモータトルク推定のために必要なセンサ情報などのデータを取込む。取込む情報は、電流把握手段６３における電流センサ５６の電流値である。この電流センサ５６の電流値の代わりに、前述したモータトルクの推定方法に応じて、他のセンサ情報を取り込んでもよい。
【００６４】
条件７２においては、走行制御用コントローラ１２が処理７１によって取得したデータが正常な値であるかをチェックし、異常値であれば処理７１をやり直し、正常値であれば次の処理７３へ進む。チェック処理はあらかじめ走行制御用コントローラ１２に規定してある正常値の範囲と比較して行う。
【００６５】
処理７３においては、走行制御用コントローラ１２のトルク演算手段６４によって、取込んだセンサ情報からトルクＴを算出する。算出されたトルクＴが該当するトルク範囲に区分されるように、条件７４では、初期値ｉ＝１が設定されている状態で、条件７５に進み、処理７３において把握されたトルクＴと、ｉ＝１の区分のときのトルクレンジ（本例では、区分け分解能にｉを乗じた値≦トルク＜区分け分解能に（ｉ+１）を乗じた値としている。）に該当するかを比較する。ここで、本実施の形態においては、表１のとおり、区分ｉ＝１のトルクレンジは、「０＜Ｔ≦２１００」であり、区分け分解能は２１００であり、トルク区分け数（最大値）は１１である。
【００６６】
条件７５においてトルクＴが区分ｉのトルクレンジに該当しない場合には、処理７６において区分ｉの値を１加算して条件７４に戻る。条件７５において、加算された区分ｉのトルクレンジについて、トルクＴが該当するか比較する。トルクＴが該当しない場合には、さらに同様に処理７６において区分ｉの値を１加算して、条件７４を通過して条件７５にゆくことを繰り返し、区分ｉが最大値である１１となったときには、トルクＴは２１０００より大きく、算入除外対象となるため、条件７４により条件８１に移行し、キースイッチがオフされていないエンジン稼働状態である場合には、処理７１に戻る。
【００６７】
一方、条件７５においてトルクＴが区分ｉのトルクレンジに該当した場合には、トルクＴにおける車輪の回転数を算出する。回転数の分解能は小数点以下であり、処理７８において区分ごとに累積回転数が小数点以下の位を記憶する小数部に加算され、処理７９により小数部の合計が整数の１に相当する数（小数部の最下位の位が小数点以下第２位であれば１００）を超えた場合には、処理８０によって区分ごとに整数部に繰り上げて記憶したうえで、条件８１を経過して処理７１へ戻る。一方、区分における小数部の合計が整数の１に相当する数を超えていない場合には、処理８０を行わず条件８１へ進む。
【００６８】
条件８１において、キースイッチがオフとなっていて稼働していない場合には、処理８２において、トルクレンジごとの回転数の累積値の情報をフラッシュメモリなど電源がなくとも記憶を保持できる情報記憶媒体に保存する。この保存した累積値の情報は、次回累積データ読込み処理７０において読込まれる。
【００６９】
図７は寿命演算手段６１の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示すように寿命演算手段６１は、まず処理９１において、データ蓄積手段６０によって記憶された表１の累積のデータを読込む。
【００７０】
次に条件９２において、処理９１で呼出した取得データが正常値であるか判定し、正常値である場合のみ処理９３に進み、データが正常でない場合にはエラー出力処理１０６に進む。
【００７１】
処理９３において、区分ｉの初期値は１に設定しておいて、区分１の情報を呼出し、区分１のトルクレンジのトルク平均値Ｔ[ｉ]を求める。区分１のトルク平均値Ｔ[１]は、表１に示す値から、
Ｔ[１]＝（０＋２１００）／２＝１０５０
となる。また、この例では、
Ｔ［ｉ］＝｛区分け分解能×ｉ+区分け分解能×（ｉ+１）｝／２
としているので、区分２についてのトルク平均値Ｔ[２]は、
Ｔ[２]＝｛２１００×１+２１００×（１+１）｝／２＝３１５０[Ｎｍ]
となる。
【００７２】
式（６）により、処理９６において、区分[ｉ]におけるトルク平均値Ｔ[ｉ]及び区分ｉにおける車輪回転数の累積値Ｎ[ｉ]を用いて、下記の（７）式によって区分ｉにおける区分ごとの累積損傷度Ｄ[ｉ]を算出する。
【００７３】
【数７】
2013231673.tif 000010
【００７４】
ここで、区分車輪回転数累積値Ｎ［ｉ］は、その整数部Ｍ［ｉ］（表１参照）のみ算入し、少数部ｍ［ｉ］（表１参照）を算入から除外して処理データ量を減らすようにする。
【００７５】
また、式（６）から、下記の式（８）が得られる。
【００７６】
【数８】
2013231673.tif 000011
【００７７】
すなわち、処理９７において、式（８）により、処理９６で求めた区分ごとの累積損傷度Ｄ［ｉ］を、算入区分の全部について合計する歯車についての累積損傷度Ｄに加算する。尚、区分ｉが１のとき、Ｄの初期値は０であるので、Ｄ＝Ｄ［１］である。
【００７８】
次に処理９８において、ｉに１を加算して、その加算されたｉについて、処理９３において、トルク区分ｉを参照し、処理９５、処理９６及び処理９７により、区分ごとの累積損傷度Ｄ［ｉ］を求めて累積損傷度Ｄに加算する。
【００７９】
処理９８によりｉに１を加算してゆき、条件９４によってｉが最大値である１１に達したら、トルクレンジ区分の１から区分１０について計算が終了したので、次の処理９９に進み、これまでに求めた累積損傷度Ｄをメモリなど記憶領域に保存する。
【００８０】
条件１００において、寿命予測の対象である歯車について、処理９９で保存した累積損傷度Ｄよりも過去に収集した情報により累積損傷度Ｄが別途存在するか条件判定を行う。過去のデータが存在する場合には、処理１０１において、過去の累積損傷度Ｄのデータを呼出して処理９９で保存した累積損傷度Ｄと合計するとともに、過去の累積損傷度Ｄとその際の稼働時間及び処理９９で保存した累積損傷度Ｄと現在の稼働時間を用いて、稼働時間を変数Ｘとし、累積損傷度と変数Ｙしたときのグラフにおいて、最小二乗法による一次の近似式を算出する。
【００８１】
一方、条件１００において過去の累積損傷度Ｄのデータが存在しない場合には、稼働時間を変数Ｘとし、累積損傷度と変数Ｙしたときのグラフにおいて、原点０と処理９９により保存した累積損傷度Ｄを含む一次式を算出する。
【００８２】
処理１０２又は処理１０３により求めた一次式において、累積損傷度Ｄの値が１００となる稼働時間を算出する。この求められた稼働時間が予測寿命時間となる。
【００８３】
処理１０５において、表示手段６２によって寿命予測結果を表示する。例えば、表示内容は、前述のとおり、第１段減速機構１７ａのサンギア３０、プラネタリギア３１並びにリングギア３２、及び第２減速機構１７ｂのサンギア３６、プラネタリギア４０並びにリングギア４２のすべての予測寿命時間を列記して表示する。この予測寿命時間は、図８のように稼働時間に対して累積損傷度Ｄの記録及び予想をグラフにして表示してもよいし、表２のように稼働時間に対する累積損傷度Ｄの記録や予想を表示してもよい。
【００８４】
図８においては、第１段目の減速機構のサンギアについての累積損傷度Ｄを示しており、四角でプロットした点が実測により求めた累積損傷度Ｄであり、その四角でプロットした点の値を用いて最小二乗法によって求められた一次近似線がグラフに表示され、その近似線が累積損傷度Ｄが１００［％］に達する点が、予想寿命時間となる点であり、丸印でプロットされるとともに、グラフの上に予想寿命時間を表示している。図８の最上部は、このグラフが第一段目の減速機構のサンギアを対象として寿命予測を示していることを説明しているが、その他の歯車についての寿命予測のグラフについては図示を省略する。
【００８５】
【表２】
2013231673.tif 000012
【００８６】
表２において、１段目とあるのは、第１段目の減速機構の歯車であることを意味し、２段目とあるのは、第２段目の減速機構の歯車であることを意味する。また、左側に示されている稼働時間の１行目は現在（累積損傷度算出時点）の各歯車の累積損傷度を示し、２行目以降は予想される累積損傷度である。図８において、１段目のサンギアが累積損傷度が１００［％］となる予想寿命時間が５３７１４時間であることが表示されている。他のすべての歯車について累積損傷度が１００［％］となるエンジン稼働時間まで表示してもよい。
【００８７】
表２のように表によって稼働時間に対する累積損傷度を表示した場合、一見して累積損傷度を把握しやすくなるため、あとどれだけ稼働させるとどの歯車が交換の必要が生じるのか容易に把握できるようになる。また、歯車のローテーションを行う場合には便利である。
【００８８】
本実施の形態によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。
【００８９】
また、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入しないことで、寿命予測システムの計算データ量を減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置が処理するデータ量が少なくなり演算装置のデータ処理負荷の軽減が可能になる。
【００９０】
また、後輪３などの車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
【００９１】
また、データ処理負荷の軽減することにより、例えば車載のコントローラが演算装置として処理能力が高くない場合あっても、その車載コントローラに寿命演算手段６１として機能させるプログラム又はデータ蓄積手段６０として機能させるプログラムを組込むことが可能になる。
【００９２】
また、累積回転数Ｎについて整数部のみを演算に用いるため、処理データを少なくし演算装置における処理負荷を軽減することができる。
【００９３】
また、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
【００９４】
次に本発明の他の実施の形態を表３により説明する。この表３の累積データにおいては、表１で記録したトルクとは逆方向のトルクをトルク演算手段６４が算出した場合には、その逆方向のトルクにマイナスをつけて記録する。データ蓄積手段６０において、表３のようにマイナスのトルクについてもトルクレンジを区分分けしたデータを記憶しておく。表３において、ｍ１２〜ｍ２１は後輪３の回転数の小数部、Ｍ１２〜Ｍ２１は整数部を示す。
【００９５】
【表３】
2013231673.tif 000013
【００９６】
ここで、数値が正の値をとるトルクは前方に加速するためのトルクの方向（以下「正方向のトルク」と呼ぶことがある。）であることを意味し、トルクの数値が負の値となっている範囲は、電気制動や後進時の加速によって走行用モータ１５に発生する、正方向のトルクと逆の向きのトルク（以下「逆方向のトルク」とよぶことがある。）であることを意味する。尚、電気制動の際のモータトルクＴは、電気制動時に走行用モータ１５の発電により生じた電流から推定する。また、インバータの直流側の直流電流とインバータの直流電圧の積と、車輪の回転速度から電気制動時のモータのトルクを推定する等、他のセンサ情報を用いてトルクを推定してもよい。
【００９７】
ここで、通常の路面では、正方向のトルクによって疲労寿命となる時期が逆の方向のトルクによる疲労寿命となる時期よりも早いため、通常は区分１から区分１０のみデータを記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば足りることも多い。しかしながら、正方向のトルクに加えて、逆の方向のトルクを算入して区分１１から区分２０のトルクをデータ記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば、急な下り勾配が多く存在するような過酷な路面条件での走行であって、逆の方向のトルクによる累積疲労度が正方向のトルクによる累積疲労度よりも大きくなる場合であっても、逆方向のトルクに起因する寿命によって走行中に歯車が故障することを防止することができるとともに、より確実に歯車の交換時期を知ることができる。
【００９８】
本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、モータトルク出力範囲の絶対値において最大値４分の３以上の（逆回転のトルクについては最大値の4分の３超の）トルクを算入から除外する。即ち、モータトルクの全出力範囲の絶対値において、最大値である２８０００［Ｎｍ］から４分の３の大きさとなる２１０００［Ｎｍ］以上の絶対値のトルクを算入から除外する。表３に示すように、０［Ｎｍ］から２１０００［Ｎｍ］及び０［Ｎｍ］から−２１０００［Ｎｍ］の範囲で回転数を累積する。本実施の形態においては出力範囲の４分の３より大きいトルクは回転の頻度が少なく寿命計算において寿命予測の結果に影響が少ないためである。
【００９９】
尚、本実施の形態においては、トルク出力範囲の４分の３以上を除外したが、本発明において、除外するトルク出力範囲をこの範囲に限定するものではなく、ダンプトラックの路面状況や、データ蓄積手段６０及び寿命演算手段６１を演算する装置の処理能力に応じて適宜定めることができる。また、ダンプトラックのモータトルクをモニタリングして、一定値以上の大きなトルクは、急な段差を通過する際や始動の際など突発的にしか発生しないようなことがわかった場合には、そのような一定値以上の大きなトルク範囲を算入から除外するようにしてもよい。
【０１００】
本実施の形態において、寿命演算手段６１においては、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、それぞれ別箇に処理及び計算をする。
【０１０１】
本実施の形態において、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０によって累積データを作成する処理を説明するフローの一部を図９に示す。ここで、図９は、図６と同じ処理を示す処理及び条件には同じ符号を付番している。また開始から処理７３より前のフロー及び条件８１から終了までのフローは図６と同じなので省略する。このフローは、図６のフローと比較して表３におけるトルクＴが負の値である区分１２から区分２２についての処理のフローが追加されている。
【０１０２】
この図９に示すフローにおいては、図６と同様に処理７３にトルクＴを算定したのち、トルクＴが正の値の場合には、条件８８により、図６と同様に条件７４に進む。一方トルクＴが負の値の場合には、条件８８により条件８４に進む。条件８４及び条件８５においては、ｉの初期値を１２（トルク範囲を−２１００≦Ｔ＜０）と設定し、区分け分解能を−２１００、トルク区分け数（最大値）を２２に設定する。
【０１０３】
そして、条件８５において、トルクレンジを「区分け分解能（ｉ−１０）≦Ｔ＜区分け分解能（ｉ−９）」とし、図６と同様にトルクＴの比較をし、処理７６においてｉを１加算し、処理７４においてｉがトルク区分け数の最大値である２２となった時には、条件８１に進み、キースイッチがオフになっていない限りセンサ情報取り込み処理７１へ戻る。条件８５のトルク範囲に該当する場合には、処理７７ａに進み、図６と同様に、処理７８ａ、条件７９ａ、処理８０ａにより、トルクレンジごとの回転数の累積値を小数部及び整数部に加算して記憶してゆく。
【０１０４】
このようにして、トルクＴが−２１０００以下の場合を算入に除外して、区分１１から２０までのトルクレンジについて回転数を累積してゆくことができる。
【０１０５】
本実施の形態における寿命演算手段６１の処理手順を説明するフローチャートは、図７と同様である。ここで、前述のとおり、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、別箇に処理及び計算する。すなわち、正方向のトルク範囲である表３の区分１から区分１０について各区分のトルク範囲ごとに式（７）を適用してトルクＤ［ｉ］を求めて、式（８）によりその求めたＤ［ｉ］を合計して正方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。一方別途に、逆方向のトルク範囲である表３の区分１２から区分２１について各区分のトルク範囲ごとに式（７）を適用してトルクＤ［ｉ］を求めて、式（８）によりその求めたＤ［ｉ］を合計して逆方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。ここで、区分１２から区分２１については、図７のフローチャートの処理９３においてトルク区分ｉの初期値を１２として、処理９４においてトルク区分け数の最大値を２２に設定して逆方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。
【０１０６】
このように正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を別箇に行って、処理９９から終了まで方向の正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を行い、正方向のトルクによる予想寿命時間と、逆方向のトルクによる予想寿命時間が算出される。
【０１０７】
また、逆方向のトルクについて、ダンプトラックは後進することが少ないため、後進時の逆方向のトルクについて算入から除外して、前進時の電気制動のみ算入すれば、さらに演算を行う装置のデータ処理負荷を軽減することが可能である。
【０１０８】
本発明のシステムにおける図４の機能ブロック図における走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１、及び表示手段６２については種々の態様の変更が可能である。例えば、走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１及び表示手段６２を一体として車載コントローラに設けてもよい。また、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０を車載コントローラに設け、車外において寿命演算手段６１及び表示手段６２を携帯端末又はノートパソコンに設けて、寿命演算を行う時だけ車載コントローラとその携帯端末又はノートパソコンに接続する態様としてもよい。また、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０を車載コントローラとして構成し、寿命演算手段６１及び表示手段６２を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外の計算装置を無線システムで接続して遠隔の場所で寿命予測を行うようにしてもよい。また、走行制御用コントローラ１２のみ車載コントローラに備え、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１及び表示手段６２を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外に設けた演算装置を無線システムで接続して、遠隔で車体のデータ蓄積及び寿命予測を行うようにしてもよい。
【０１０９】
また、上記実施の形態においては、減速機歯車の寿命予測の計算をモータトルク及び車輪の回転数によって行ったが、他の実施の形態として、表１又は表２の累積データにおいて、モータトルクに代えて、モータトルクから各歯車にかかる負荷トルクを求め、その負荷トルクを累積データに記憶して寿命予測を行ってもよいし、また車輪の回転数に代えて、車輪の回転数に比例する各歯車の回転数を求め、その各歯車の回転数を累積データに記憶して寿命予測を行ってもよい。
【０１１０】
以上本発明を実施の形態により説明したが、本発明は上記実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更、付加が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１：ダンプトラックの本体、２：前輪、３：後輪、１０：副発電機、１２：走行制御用コントローラ、１４：モータ収容筒、１５：走行用モータ、１６：回転軸、１７：減速機、１７ａ：第１段減速機構、１７ｂ：第２段減速機構、１８：走行駆動装置、２０：筒状スピンドル、２５：キャリア、２７：軸受、３０：サンギア、３１：プラネタリギア、３２：リングギア、３４：キャリア、３６：サンギア、３７：連結体、３９：軸受、４０：プラネタリギア、４２：リングギア、６０：データ蓄積手段、６１：寿命演算手段、６２：表示手段、６３：電流把握手段、６４：トルク演算手段、６５：回転数把握手段
【図１】
2013231673.tif 000014
【図２】
2013231673.tif 000015
【図３】
2013231673.tif 000016
【図４】
2013231673.tif 000017
【図５】
2013231673.tif 000018
【図６】
2013231673.tif 000019
【図７】
2013231673.tif 000020
【図８】
2013231673.tif 000021
【図９】
2013231673.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月16日(2013.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動の走行用モータを備えたダンプトラックの減速機における歯車の寿命を予測するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にダンプトラックと呼ばれる大型の運搬車は、車体のフレーム上に起伏可能なベッセル（荷台）を備え、このベッセルに砕石物等の重い荷物を多量に積載し運搬する。
【０００３】
このように積載重量が大きいダンプトラックにおいては、ダンプトラックの駆動源として電動の走行用モータが広く採用されている。その電動の走行用モータには、例えば特許文献２に示すように、インバータを用いたＶ／Ｆ制御等が用いられている。交流モータである走行用モータへの電力の供給は、外部電源を用いる場合やエンジンの回転により発電を行う発電機により供給される場合がある。
【０００４】
また、大きなトルクを車輪に与えるために、駆動源である電動の走行用モータの回転軸の回転を減速させて車輪に回転力を伝達させる減速機が設けられている。
【０００５】
そのようなダンプトラックにおける減速機の一例として、特許文献１に減速機が開示されている。この特許文献１の減速機における減速歯車機構は、二段のプラネタリギア機構からなり、そのプラネタリギア機構は、その中心に位置するサンギアと、そのサンギアを径方向外側から取囲み内周面に内歯が形成されたリングギアと、そのリングギアの内歯と前記サンギアに噛合して前記サンギアの回転を前記リングギアに伝達する複数のプラネタリギアとが設けられ、前記プラネタリギアを支持ピンを介して回転可能に支持するキャリアとにより構成されている。
【０００６】
そして、この減速歯車機構においては、それぞれのプラネタリギアがサンギアの周囲で前記支持ピンを介して自転又は公転することによりリングギアを回転させる。この結果、この減速歯車機構はモータの回転軸の回転を減速して車輪取付筒（車輪）に伝達する。
【０００７】
このようなダンプトラックにおける減速機は歯車の疲労により交換の必要が生じる。そのため、エンジン稼働時間が一定の時間（例えば２０，０００時間）経過したときを交換時期としてあらかじめ設定し、その一定の時間が経過したら減速機の交換をするようにしている。このような減速機の交換時期は、作業時に減速機が故障をして走行不能により作業が中断をすると損害が生じる場合もあるため、そのような事態を回避するため、即ち、予防保全の観点により設定されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２６４３９４号公報
【特許文献２】再公表２００８−０２６２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、実際にはダンプトラックは様々な路面環境を走行するため、走行路面が平坦で減速機の負荷が穏やかな場合には、まだ使用可能なのに寿命であると判断されて交換されてしまう場合がある。また、急な勾配が多数存在する等により路面負荷が厳しい場所では、あらかじめ定めておいた交換時間に達しない場合であっても、減速機が壊れてしまい、走行停止など不測の事態につながることも想定される。
【００１０】
本発明は、減速機の歯車ごとの寿命を正確かつ簡易に把握して減速機及び減速機歯車の適切な交換時期を知らせることができるダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握手段と、
前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算手段と、
前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積手段と、
前記データ蓄積手段に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算手段とを備え、
前記データ蓄積手段は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものであることを特徴とする
【００１２】
請求項２のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
請求項１に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記トルク演算手段、前記データ蓄積手段及び前記寿命演算手段は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
請求項１又は請求項２に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記回転数把握手段は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
前記データ蓄積手段は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
前記寿命演算手段は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。また、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入から除外することで、寿命予測システムの計算データを減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、電気制動による歯車へのトルクを算入して寿命予測を行うことが可能であるため、下り勾配が多くて走行方向と逆回転の方向に歯車の負荷が多くかかる現場であっても、より正確に寿命予測をすることが可能となる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、車輪の回転数について、データを記憶する段階では整数部と小数部を設けるため高い精度で回転数を記憶し、その一方で、寿命演算においては整数部のみ算入するため、カットしても寿命演算に大きな誤差を与えない小数部をカットして、演算に算入する回転数のデータ量を少なくすることができるため、演算結果の誤差を抑えつつ演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。また、車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。
【図２】本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態の全体構成を示す構成図である。
【図４】本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図５】歯車のヘルツ面圧Ｓと車輪回転数Ｎの寿命に至る関係を示す片対数Ｓ−Ｎ曲線図である。
【図６】本実施の形態におけるトルク区分ごとの回転数の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。
【図７】本実施の形態の寿命予測演算を行なう処理を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態の予測寿命表示の例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。図１において、１はダンプトラックの本体、２は前輪、３は後輪である。本体１の内部には、エンジン４の動力により発電を行う主発電機５と、主発電機５が発電した電気を交流電動モータである走行用モータ１５の駆動用に変換する電気制御装置１３と、電気制御装置１３に制御信号を送信する走行制御用コントローラ１２を備える。走行制御用コントローラ１２は、エンジン４を動力源として発電を行う副発電機１０により電力を供給されたバッテリー１１を電源とし、コントロール信号を電気制御装置１３へ送信して走行制御を行うものである。また、左右の走行用モータ１５は、夫々にその回転数及び駆動電流が走行制御用コントローラ１２へ送信されフィードバック制御されるものである。
【００２１】
１８はこのダンプトラックの後部に設けられた走行用モータ１５を含む走行駆動装置である。その走行駆動装置１８は、左右の走行用モータ１５、左右の走行用モータ１５を収容するモータ収容筒１４、左右の走行用モータ１５により回転駆動される回転軸１６、及び減速機１７（図２，図３参照）により構成される。また、本体１には、駆動輪である後輪３と従動輪である前輪２が取付けられる。
【００２２】
図２は、本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。図２において、走行駆動装置１８には、車体の後部に設けられた走行用モータを収容するモータ収容筒１４と、このモータ収容筒１４内の左右に収容された走行用モータ１５と、この走行用モータ１５により回転駆動される回転軸１６が設けられ、回転軸１６には、第１段減速機構１７ａおよび第２段減速機構１７ｂからなる減速機１７と、ブレーキ装置４５が設けられている。この減速機１７は、回転軸１６の回転を減速して後輪３の車輪取付け筒２４へ伝達する。
【００２３】
図２に示すように、筒状スピンドル２０の内周側には、第１段減速機構１７ａのハウジングとなるキャリア２５がボルト２６により結合して取付けられる。キャリア２５は、その中心部において、軸受２７により走行用モータ１５の回転軸１６の先端を支持する。この回転軸１６にはサンギア３０が取付けられ、このサンギア３０に、キャリア２５に取付けた複数個のプラネタリギア３１が噛合する。この複数のプラネタリギア３１に、筒状スピンドル２０内に回転可能に収容したリングギア３２が噛合する。
【００２４】
筒状スピンドル２０の軸方向外端側には、第２段減速機構１７ｂのハウジングとなるキャリア３４がボルト３５により取付けられる。３６は第２段減速機構１７ｂの中心の筒型をなすサンギアであり、このサンギア３６は、前記第１段減速機構１７ａのリングギア３２に円錐筒形の連結体３７により結合される。またサンギア３６はキャリア３４に設けた軸受３９により支持される。サンギア３６に、キャリア３４に取付けた複数個のプラネタリギア４０が噛合する。この複数のプラネタリギア４０に、車輪取付け筒２４にボルト４１により取付けたリングギア４２が噛合する。
【００２５】
このような２段減速機構１７ａ，１７ｂにより、走行用モータ１５の回転軸１６の回転が第１段減速機構１７ａのサンギア３０およびプラネタリギア３１を介して減速してリングギア３２に伝達され、このリングギア３２の回転が連結体３７を介して第２段減速機構１７ｂのサンギア３６に伝達され、このサンギア３６の回転がプラネタリギア４０を介して減速してリングギア４２および車輪取付け筒２４に伝達され、車輪取付け筒２４は後輪３と共に回転する。尚、本実施の形態においては、２段構成のプラネタリギア機構であるが、１段のみのプラネタリギア機構でもよい。
【００２６】
図３は、本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示すブロック図である。図３に示すように、走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０及び寿命演算手段６１は、本発明の減速歯車の寿命予測システムを構成する。また、走行制御用コントローラ１２は、ダンプトラックの走行を制御するものである。すなわち、この走行制御システムにおける走行制御用コントローラ１２は、エンジン４、チョッパ５３及びインバータ５５へ制御信号を送るとともに、走行用制御コントローラ１２がインバータ５５の交流側周波数の情報及び電流センサ５６並びに後輪３等の回転部分に設けられる回転センサ等の各種センサ（不図示）からの情報をリアルタイムに収集し、フィードバック制御を行う。走行用モータ１５の制御形式は、Ｖ／Ｆ制御等が採用される。
【００２７】
図３における整流器５２、チョッパ５３及びインバータ５５は、図１における電気制御装置１３を構成するものである。整流器５２は主発電機から供給される電流を直流に整流するものであり、インバータ５５は、整流器５２により整流されてチョッパ５３を通過した直流電流を、走行用モータ１５駆動用の交流電流に変換するものである。この走行制御システムにおいて、チョッパ５３は電気制動の際に電流の経路を切り替えるために設けられる。すなわち、電気アクセルペダル５０が踏込まれた場合には、走行コントローラ１２がダンプトラックの加速に必要な電力を得るようにエンジン速度指令を生成し、エンジン４が回転数を上げて主発電機５によって発電を行い、その発電によって生じた電流を整流器５２が整流により直流電流に変換し、整流器５２からの直流電流はチョッパ５３を介してインバータ５５へ入力される。一方、電気ブレーキペダル５１が踏まれた場合には、走行用モータ１５が回転を止める方向にトルクを発生させて発電機と同様の働きをして、その走行用モータ１５が発電した電流は、インバータ５５及びチョッパ５３を経てグリッド抵抗５７へ供給されて、電気エネルギーを熱エネルギーへ変換して消費させることにより電気制動を行う。
【００２８】
ダンプトラックには、車内に搭載される車載コントローラ（不図示）があり、この車載コントローラは走行制御用コントローラ１２をはじめとして各種コントローラを組み込み可能である。
【００２９】
データ蓄積手段６０は、走行制御用コントローラ１２が収集した走行に関する情報を蓄積する手段である。このデータ蓄積手段６０は、データ蓄積コントローラユニット（車載コントローラの追加ユニット）として車載コントローラに追加してもよいし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、データ蓄積の機能を持たせるプログラムを実装させて、そのプログラムをデータ蓄積手段６０としてもよい。更に、データ蓄積手段６０は、車載コントローラとは別個の装置としてデータ蓄積コントローラを設けてもよい。走行制御用コントローラ１２が収集した情報は、逐次データ蓄積手段６０に送信され、データ蓄積手段６０は、送信されたデータを記憶する。
【００３０】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する手段である。この寿命演算手段６１は、普段は車外に配置することも可能な寿命演算のための装置であり、主に作業員が寿命を予測したい場合に、データ蓄積手段６０が備えられた装置に接続して、寿命演算を行う。ここで、寿命演算手段６１は、寿命演算の機能を有する専用の装置でもよいし、寿命演算手段６１の機能を持たせるプログラムを備えた汎用コンピュータや携帯端末などの計算機でもよい。ただし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、その車載コントローラに寿命演算機能を持たせるプログラムを実装して、そのプログラムを寿命演算手段６１としてもよい。
【００３１】
図４は、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムの機能ブロック図である。この機能ブロック図において、走行制御用コントローラ１２には電流センサ５６により電流値を把握する電流把握手段６３と、電流把握手段６３により把握した電流値により走行用モータ１５のトルクを演算するトルク演算手段６４と、走行モータ１５の回転数を求める回転数把握手段６５が備えられている。そして、データ蓄積手段６０は、その算出された走行用モータ１５の回転数とトルクをリアルタイムに記憶する。寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する。６２は寿命演算結果をグラフや表等で表現する表示手段である。
【００３２】
電流把握手段６３は、走行用モータ１５のトルクが算出可能な電流を把握することができれば良いため、走行用モータ１５に電流センサが備えられている場合にはそれらの電流センサを使用してもよい。また、インバータの交流側に電流センサが備えられている場合にはその電流センサを使用してもよい。
【００３３】
トルク演算手段６４は、電流把握手段６３によって把握された電流値に基づいて、走行用モータ１５の出力トルクを算出する。電流からトルクを算出する手法は、公知（例えば特開２００９−１３１０４３号公報に開示されているトルク推定手法）の推定手法を用いることができる。また、電流センサによって把握された電流値及びインバータの出力周波数若しくは走行用モータ１５の回転速度からトルクを推定してもよい。また、例えば、走行用モータ１５の出力はインバータの出力電力に比例することから、インバータ５５に入力される直流電流と直流電圧の積と、後輪３の角度センサによって検出した回転速度から走行用モータ１５のトルクを推定するなど、電流センサ５６の測定する電流値に代えて、他の情報を収集してトルクを推定してもよい。
【００３４】
回転数把握手段６５は、後輪３における車輪の回転数を算出する。この回転数把握手段６５により求められる車輪回転数は、インバータ５５の交流側の出力周波数を参照することで走行用モータ１５の回転数を計算し、走行用モータ１５の回転数から減速機１７の減速比を用いて後輪３の回転数を算出する。また、走行モータ１５や後輪３に角度センサや回転速度センサを取付けてこれらセンサの情報を用いて回転数を把握してもよい。
【００３５】
データ蓄積手段６０は、トルク演算手段６４によって把握されたトルク及び回転数把握手段６５によって求められた回転数を読込み、表１に示すように、トルクのレンジごとにモータの回転数を積算して記録した累積データの作成と記憶を行う。
【００３６】
【表１】
2013231673.tif 000023
【００３７】
この表１においては、各区分を特定するための番号ｉが付番され、トルクＴのレンジ（トルク範囲）は、各区分における走行用モータ１５のトルクＴ［Ｎｍ］の範囲を示し、回転数Ｎ[rev]は各区分ごとに、走行用モータ１５で駆動される後輪３が何回転したかを示す、その分解能は小数点以下であって、ｍ１〜ｍ１０は小数部の数値、Ｍ１〜Ｍ１０は整数部の数値である。
【００３８】
本実施の形態においては、モータトルクの全出力範囲うち、最大値から４分の３以上のトルクを算入から除外し、出力０から最大値の４分の３までの値を算入する。例えば表１のようにモータトルクの全出力範囲（０［Ｎｍ］から２８０００［Ｎｍ］）の４分の３である０［Ｎｍ］から２１０００［Ｎｍ］の範囲で回転数を累積する。本実施の形態におけるダンプトラックの場合は、出力範囲の４分の３以上のトルクは、そのトルクの際の回転数が少ないため算入から除外しても影響が少ないためである。すなわち、本実施の形態におけるダンプトラックでは、その出力範囲の４分の３以上のトルクを除外したのは、その除外した範囲のトルクが電気アクセルペダル５０を踏んだときの加速や電気制動で発生する機会がほとんどなく、段差を乗り越えた際や始動の際など突発的な場合のみ発生し、その出力範囲の４分の３より大きいトルクが生じているときの回転数が少ないためである。
【００３９】
本発明において、算入から除外するモータトルクの範囲は、本実施の形態における表１に示す範囲に限定されない。また、本実施の形態においては、算入するモータトルクを区分した数は１０個にして、トルク分解能は２１００にしているが、これらの区分数やトルク分解能に限らず、他の数でもよい。
【００４０】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０によって蓄積されたデータを呼出し、マイナー則によって減速機における歯車の寿命を予測する。
【００４１】
ここで、マイナー則による寿命演算について説明する。マイナー則（線形累積損傷則）は、寿命予測対象となる材料が応力σｉを受けてＮｉ回繰り返された場合には疲労寿命となる場合に、その材料が応力σｉをｎｉ回受けた場合に累積損傷度Ｄは以下の式（１）ようになり、
【００４２】
【数１】
2013231673.tif 000024
【００４３】
この累積損傷度Ｄが１となった場合は、その材料が疲労により寿命となるとして寿命予測を行う寿命予測方法である。
【００４４】
ここで、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムを適用する場合について説明する。減速機の歯車の歯面に回転時にかかる面圧であるヘルツ面圧をＳ、車輪３の回転数Ｎとして、Ｓ−Ｎ曲線を描くと図５のようになる。このＳ−Ｎ曲線は、ヘルツ面圧Ｓｉを歯車の歯にかけて車輪をＮｉ回転させた場合、この歯車は疲労により寿命となることを意味しており、このＳ−Ｎ曲線は実測により求められる。尚、Ｓ−Ｎ曲線は寿命予測対象である歯車ごとに作成することができる。
【００４５】
またこのＳ−Ｎ曲線は片対数グラフ（縦軸が対数）で描かれている。図５において、例えば、歯車の歯にヘルツ面圧Ｓ１をかけて車輪をＮ１回だけ回転させたときに歯車が寿命となり、また歯車の歯にヘルツ面圧Ｓ２をかけて車輪をＮ２回だけ回転させたときに歯車が寿命となる関係である。Ｓ−Ｎ曲線の直線ａは、実際にヘルツ面圧Ｓをかけるとヘルツ面圧Ｓの対数をとった値に応じてＮが変化する。直線ｂは、ヘルツ面圧Ｓが一定値（Ｓ３）より小さくなると、回転数Ｎを相当数多くしても疲労により寿命に影響しない領域（非破壊領域）が実際にあることを意味する。直線ｂより下方において破線で表した直線ｃは、実際には寿命に影響しない領域において、直線ａを延長したものである。狭義には、直線ａと直線ｂに基づいて累積損傷度Ｄを算出するものをマイナー則、直線ａと直線ｃに基づいて累積損傷度Ｄを算出するものを修正マイナー則と呼ぶ場合があるが、本発明においては、マイナー則の用語は両者を含む意味である。また、本実施の形態では、区分１から区分２０までのトルク範囲においては、Ｓ−Ｎ曲線は一直線となっているものとして説明する。
【００４６】
次に、本実施の形態のマイナー則を適用する式について説明する。ここで、歯車にかかるトルク面圧ＳはモータトルクＴに比例することから、図５のＳ−Ｎ曲線から下記の式が導かれる。
【００４７】
【数２】
2013231673.tif 000025
【００４８】
式（２）のＰの値は実験により求めることができる。ここで、基準とするモータトルクＴｓｔ、そのモータトルクＴｓｔのときに疲労寿命となる車輪（本例では後輪３）の回転数Ｎｓｔとし、任意の走行用モータのトルクをＴｉ、走行用モータのトルクＴｉでの車輪回転数をＮｉとすると、式（２）から式（３）が導かれる。
【００４９】
【数３】
2013231673.tif 000026
【００５０】
上式（３）を変形して式（４）が導かれる。
【００５１】
【数４】
2013231673.tif 000027
【００５２】
上式（４）は下記のように置き換えることができる。
【００５３】
【数５】
2013231673.tif 000028
【００５４】
上式（５）を変形して下記式（６）が導かれる。
【００５５】
【数６】
2013231673.tif 000029
【００５６】
本実施の形態においては、この式（６）においてＤが１００［％］となるときに寿命となるとして、寿命予測を行う。
【００５７】
寿命演算手段６１は、データ蓄積手段６０に記憶された表１の累積データを参照して、正方向のトルク範囲である区分１から１０についてトルク範囲ごとに式（６）を適用してトルクＴ［ｉ］を求めて累積損傷度Ｄを求める。そして、エンジン稼働時間と累積損傷度Ｄの関係を最少二乗法によって一次式の近似式として求めて、その近似式において累積損傷度Ｄが１００となるエンジン稼働時間を推測して、その時間を予測寿命時間として算出する。
【００５８】
ここで、表１の累積データにおいて、各区分ｉにおけるトルクＴのレンジごとに、トルクレンジの上限値と下限値の平均値Ｔ[ｉ]を算出して、そのトルクＴ[ｉ]と各区分における回転数Ｎ[ｉ]を用いて区分ごとに累積損傷度Ｄ[ｉ]を算出して、そのＤ[ｉ]を回転トルクの方向が同じ区分のすべてについて合算することで累積損傷度Ｄを算出する。
【００５９】
次に、表示手段６２について説明する。表示手段６２は、寿命予測の結果を人間が把握しやすいように表示する手段であり、ディスプレイ等である。表示手段にはプリンタなどによる印刷手段も含まれる。予測寿命時間は、減速機を構成する歯車ごとに表示される。本実施の形態においては、図２の減速機構１７を構成する第１段減速機構１７ａのサンギア３０、プラネタリギア３１並びにリングギア３２の予測寿命時間、及び第２段減速機構１７ｂのサンギア３６、プラネタリギア４０並びにリングギア４２の予測寿命時間を表示手段６２によって表示する。
【００６０】
図６は、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０によって表１の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。まず、処理７０は、開始前から保存されている表1の累積データを呼び出す。初めて累積データを呼び出す場合には、区分ごとの回転数の整数部及び小数部に初期値０が記述された初期の累積データを使用する。
【００６１】
処理７１においては、走行制御用コントローラ１２がモータトルク推定のために必要なセンサ情報などのデータを取込む。取込む情報は、電流把握手段６３における電流センサ５６の電流値である。この電流センサ５６の電流値の代わりに、前述したモータトルクの推定方法に応じて、他のセンサ情報を取り込んでもよい。
【００６２】
条件７２においては、走行制御用コントローラ１２が処理７１によって取得したデータが正常な値であるかをチェックし、異常値であれば処理７１をやり直し、正常値であれば次の処理７３へ進む。チェック処理はあらかじめ走行制御用コントローラ１２に規定してある正常値の範囲と比較して行う。
【００６３】
処理７３においては、走行制御用コントローラ１２のトルク演算手段６４によって、取込んだセンサ情報からトルクＴを算出する。算出されたトルクＴが該当するトルク範囲に区分されるように、条件７４では、初期値ｉ＝１が設定されている状態で、条件７５に進み、処理７３において把握されたトルクＴと、ｉ＝１の区分のときのトルクレンジ（本例では、区分け分解能にｉを乗じた値≦トルク＜区分け分解能に（ｉ+１）を乗じた値としている。）に該当するかを比較する。ここで、本実施の形態においては、表１のとおり、区分ｉ＝１のトルクレンジは、「０＜Ｔ≦２１００」であり、区分け分解能は２１００であり、トルク区分け数（最大値）は１１である。
【００６４】
条件７５においてトルクＴが区分ｉのトルクレンジに該当しない場合には、処理７６において区分ｉの値を１加算して条件７４に戻る。条件７５において、加算された区分ｉのトルクレンジについて、トルクＴが該当するか比較する。トルクＴが該当しない場合には、さらに同様に処理７６において区分ｉの値を１加算して、条件７４を通過して条件７５にゆくことを繰り返し、区分ｉが最大値である１１となったときには、トルクＴは２１０００より大きく、算入除外対象となるため、条件７４により条件８１に移行し、キースイッチがオフされていないエンジン稼働状態である場合には、処理７１に戻る。
【００６５】
一方、条件７５においてトルクＴが区分ｉのトルクレンジに該当した場合には、トルクＴにおける車輪の回転数を算出する。回転数の分解能は小数点以下であり、処理７８において区分ごとに累積回転数が小数点以下の位を記憶する小数部に加算され、処理７９により小数部の合計が整数の１に相当する数（小数部の最下位の位が小数点以下第２位であれば１００）を超えた場合には、処理８０によって区分ごとに整数部に繰り上げて記憶したうえで、条件８１を経過して処理７１へ戻る。一方、区分における小数部の合計が整数の１に相当する数を超えていない場合には、処理８０を行わず条件８１へ進む。
【００６６】
条件８１において、キースイッチがオフとなっていて稼働していない場合には、処理８２において、トルクレンジごとの回転数の累積値の情報をフラッシュメモリなど電源がなくとも記憶を保持できる情報記憶媒体に保存する。この保存した累積値の情報は、次回累積データ読込み処理７０において読込まれる。
【００６７】
図７は寿命演算手段６１の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示すように寿命演算手段６１は、まず処理９１において、データ蓄積手段６０によって記憶された表１の累積のデータを読込む。
【００６８】
次に条件９２において、処理９１で呼出した取得データが正常値であるか判定し、正常値である場合のみ処理９３に進み、データが正常でない場合にはエラー出力処理１０６に進む。
【００６９】
処理９３において、区分ｉの初期値は１に設定しておいて、区分１の情報を呼出し、区分１のトルクレンジのトルク平均値Ｔ[ｉ]を求める。区分１のトルク平均値Ｔ[１]は、表１に示す値から、
Ｔ[１]＝（０＋２１００）／２＝１０５０
となる。また、この例では、
Ｔ［ｉ］＝｛区分け分解能×ｉ+区分け分解能×（ｉ+１）｝／２
としているので、区分２についてのトルク平均値Ｔ[２]は、
Ｔ[２]＝｛２１００×１+２１００×（１+１）｝／２＝３１５０[Ｎｍ]
となる。
【００７０】
式（６）により、処理９６において、区分[ｉ]におけるトルク平均値Ｔ[ｉ]及び区分ｉにおける車輪回転数の累積値Ｎ[ｉ]を用いて、下記の（７）式によって区分ｉにおける区分ごとの累積損傷度Ｄ[ｉ]を算出する。
【００７１】
【数７】
2013231673.tif 000030
【００７２】
ここで、区分車輪回転数累積値Ｎ［ｉ］は、その整数部Ｍ［ｉ］（表１参照）のみ算入し、少数部ｍ［ｉ］（表１参照）を算入から除外して処理データ量を減らすようにする。
【００７３】
また、式（６）から、下記の式（８）が得られる。
【００７４】
【数８】
2013231673.tif 000031
【００７５】
すなわち、処理９７において、式（８）により、処理９６で求めた区分ごとの累積損傷度Ｄ［ｉ］を、算入区分の全部について合計する歯車についての累積損傷度Ｄに加算する。尚、区分ｉが１のとき、Ｄの初期値は０であるので、Ｄ＝Ｄ［１］である。
【００７６】
次に処理９８において、ｉに１を加算して、その加算されたｉについて、処理９３において、トルク区分ｉを参照し、処理９５、処理９６及び処理９７により、区分ごとの累積損傷度Ｄ［ｉ］を求めて累積損傷度Ｄに加算する。
【００７７】
処理９８によりｉに１を加算してゆき、条件９４によってｉが最大値である１１に達したら、トルクレンジ区分の１から区分１０について計算が終了したので、次の処理９９に進み、これまでに求めた累積損傷度Ｄをメモリなど記憶領域に保存する。
【００７８】
条件１００において、寿命予測の対象である歯車について、処理９９で保存した累積損傷度Ｄよりも過去に収集した情報により累積損傷度Ｄが別途存在するか条件判定を行う。過去のデータが存在する場合には、処理１０１において、過去の累積損傷度Ｄのデータを呼出して処理９９で保存した累積損傷度Ｄと合計するとともに、過去の累積損傷度Ｄとその際の稼働時間及び処理９９で保存した累積損傷度Ｄと現在の稼働時間を用いて、稼働時間を変数Ｘとし、累積損傷度と変数Ｙしたときのグラフにおいて、最小二乗法による一次の近似式を算出する。
【００７９】
一方、条件１００において過去の累積損傷度Ｄのデータが存在しない場合には、稼働時間を変数Ｘとし、累積損傷度と変数Ｙしたときのグラフにおいて、原点０と処理９９により保存した累積損傷度Ｄを含む一次式を算出する。
【００８０】
処理１０２又は処理１０３により求めた一次式において、累積損傷度Ｄの値が１００となる稼働時間を算出する。この求められた稼働時間が予測寿命時間となる。
【００８１】
処理１０５において、表示手段６２によって寿命予測結果を表示する。例えば、表示内容は、前述のとおり、第１段減速機構１７ａのサンギア３０、プラネタリギア３１並びにリングギア３２、及び第２減速機構１７ｂのサンギア３６、プラネタリギア４０並びにリングギア４２のすべての予測寿命時間を列記して表示する。この予測寿命時間は、図８のように稼働時間に対して累積損傷度Ｄの記録及び予想をグラフにして表示してもよいし、表２のように稼働時間に対する累積損傷度Ｄの記録や予想を表示してもよい。
【００８２】
図８においては、第１段目の減速機構のサンギアについての累積損傷度Ｄを示しており、四角でプロットした点が実測により求めた累積損傷度Ｄであり、その四角でプロットした点の値を用いて最小二乗法によって求められた一次近似線がグラフに表示され、その近似線が累積損傷度Ｄが１００［％］に達する点が、予想寿命時間となる点であり、丸印でプロットされるとともに、グラフの上に予想寿命時間を表示している。図８の最上部は、このグラフが第一段目の減速機構のサンギアを対象として寿命予測を示していることを説明しているが、その他の歯車についての寿命予測のグラフについては図示を省略する。
【００８３】
【表２】
2013231673.tif 000032
【００８４】
表２において、１段目とあるのは、第１段目の減速機構の歯車であることを意味し、２段目とあるのは、第２段目の減速機構の歯車であることを意味する。また、左側に示されている稼働時間の１行目は現在（累積損傷度算出時点）の各歯車の累積損傷度を示し、２行目以降は予想される累積損傷度である。図８において、１段目のサンギアが累積損傷度が１００［％］となる予想寿命時間が５３７１４時間であることが表示されている。他のすべての歯車について累積損傷度が１００［％］となるエンジン稼働時間まで表示してもよい。
【００８５】
表２のように表によって稼働時間に対する累積損傷度を表示した場合、一見して累積損傷度を把握しやすくなるため、あとどれだけ稼働させるとどの歯車が交換の必要が生じるのか容易に把握できるようになる。また、歯車のローテーションを行う場合には便利である。
【００８６】
本実施の形態によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。
【００８７】
また、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入しないことで、寿命予測システムの計算データ量を減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置が処理するデータ量が少なくなり演算装置のデータ処理負荷の軽減が可能になる。
【００８８】
また、後輪３などの車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
【００８９】
また、データ処理負荷の軽減することにより、例えば車載のコントローラが演算装置として処理能力が高くない場合あっても、その車載コントローラに寿命演算手段６１として機能させるプログラム又はデータ蓄積手段６０として機能させるプログラムを組込むことが可能になる。
【００９０】
また、累積回転数Ｎについて整数部のみを演算に用いるため、処理データを少なくし演算装置における処理負荷を軽減することができる。
【００９１】
また、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
【００９２】
次に本発明の他の実施の形態を表３により説明する。この表３の累積データにおいては、表１で記録したトルクとは逆方向のトルクをトルク演算手段６４が算出した場合には、その逆方向のトルクにマイナスをつけて記録する。データ蓄積手段６０において、表３のようにマイナスのトルクについてもトルクレンジを区分分けしたデータを記憶しておく。表３において、ｍ１２〜ｍ２１は後輪３の回転数の小数部、Ｍ１２〜Ｍ２１は整数部を示す。
【００９３】
【表３】
2013231673.tif 000033
【００９４】
ここで、数値が正の値をとるトルクは前方に加速するためのトルクの方向（以下「正方向のトルク」と呼ぶことがある。）であることを意味し、トルクの数値が負の値となっている範囲は、電気制動や後進時の加速によって走行用モータ１５に発生する、正方向のトルクと逆の向きのトルク（以下「逆方向のトルク」とよぶことがある。）であることを意味する。尚、電気制動の際のモータトルクＴは、電気制動時に走行用モータ１５の発電により生じた電流から推定する。また、インバータの直流側の直流電流とインバータの直流電圧の積と、車輪の回転速度から電気制動時のモータのトルクを推定する等、他のセンサ情報を用いてトルクを推定してもよい。
【００９５】
ここで、通常の路面では、正方向のトルクによって疲労寿命となる時期が逆の方向のトルクによる疲労寿命となる時期よりも早いため、通常は区分１から区分１０のみデータを記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば足りることも多い。しかしながら、正方向のトルクに加えて、逆の方向のトルクを算入して区分１１から区分２０のトルクをデータ記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば、急な下り勾配が多く存在するような過酷な路面条件での走行であって、逆の方向のトルクによる累積疲労度が正方向のトルクによる累積疲労度よりも大きくなる場合であっても、逆方向のトルクに起因する寿命によって走行中に歯車が故障することを防止することができるとともに、より確実に歯車の交換時期を知ることができる。
【００９６】
本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、モータトルク出力範囲の絶対値において最大値４分の３以上の（逆回転のトルクについては最大値の4分の３超の）トルクを算入から除外する。即ち、モータトルクの全出力範囲の絶対値において、最大値である２８０００［Ｎｍ］から４分の３の大きさとなる２１０００［Ｎｍ］以上の絶対値のトルクを算入から除外する。表３に示すように、０［Ｎｍ］から２１０００［Ｎｍ］及び０［Ｎｍ］から−２１０００［Ｎｍ］の範囲で回転数を累積する。本実施の形態においては出力範囲の４分の３より大きいトルクは回転の頻度が少なく寿命計算において寿命予測の結果に影響が少ないためである。
【００９７】
尚、本実施の形態においては、トルク出力範囲の４分の３以上を除外したが、本発明において、除外するトルク出力範囲をこの範囲に限定するものではなく、ダンプトラックの路面状況や、データ蓄積手段６０及び寿命演算手段６１を演算する装置の処理能力に応じて適宜定めることができる。また、ダンプトラックのモータトルクをモニタリングして、一定値以上の大きなトルクは、急な段差を通過する際や始動の際など突発的にしか発生しないようなことがわかった場合には、そのような一定値以上の大きなトルク範囲を算入から除外するようにしてもよい。
【００９８】
本実施の形態において、寿命演算手段６１においては、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、それぞれ別箇に処理及び計算をする。
【００９９】
本実施の形態において、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０によって累積データを作成する処理を説明するフローの一部を図９に示す。ここで、図９は、図６と同じ処理を示す処理及び条件には同じ符号を付番している。また開始から処理７３より前のフロー及び条件８１から終了までのフローは図６と同じなので省略する。このフローは、図６のフローと比較して表３におけるトルクＴが負の値である区分１２から区分２２についての処理のフローが追加されている。
【０１００】
この図９に示すフローにおいては、図６と同様に処理７３にトルクＴを算定したのち、トルクＴが正の値の場合には、条件８８により、図６と同様に条件７４に進む。一方トルクＴが負の値の場合には、条件８８により条件８４に進む。条件８４及び条件８５においては、ｉの初期値を１２（トルク範囲を−２１００≦Ｔ＜０）と設定し、区分け分解能を−２１００、トルク区分け数（最大値）を２２に設定する。
【０１０１】
そして、条件８５において、トルクレンジを「区分け分解能（ｉ−１０）≦Ｔ＜区分け分解能（ｉ−９）」とし、図６と同様にトルクＴの比較をし、処理７６においてｉを１加算し、処理７４においてｉがトルク区分け数の最大値である２２となった時には、条件８１に進み、キースイッチがオフになっていない限りセンサ情報取り込み処理７１へ戻る。条件８５のトルク範囲に該当する場合には、処理７７ａに進み、図６と同様に、処理７８ａ、条件７９ａ、処理８０ａにより、トルクレンジごとの回転数の累積値を小数部及び整数部に加算して記憶してゆく。
【０１０２】
このようにして、トルクＴが−２１０００以下の場合を算入に除外して、区分１１から２０までのトルクレンジについて回転数を累積してゆくことができる。
【０１０３】
本実施の形態における寿命演算手段６１の処理手順を説明するフローチャートは、図７と同様である。ここで、前述のとおり、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、別箇に処理及び計算する。すなわち、正方向のトルク範囲である表３の区分１から区分１０について各区分のトルク範囲ごとに式（７）を適用してトルクＤ［ｉ］を求めて、式（８）によりその求めたＤ［ｉ］を合計して正方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。一方別途に、逆方向のトルク範囲である表３の区分１２から区分２１について各区分のトルク範囲ごとに式（７）を適用してトルクＤ［ｉ］を求めて、式（８）によりその求めたＤ［ｉ］を合計して逆方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。ここで、区分１２から区分２１については、図７のフローチャートの処理９３においてトルク区分ｉの初期値を１２として、処理９４においてトルク区分け数の最大値を２２に設定して逆方向のトルクによる累積損傷度Ｄを求める。
【０１０４】
このように正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を別箇に行って、処理９９から終了まで方向の正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を行い、正方向のトルクによる予想寿命時間と、逆方向のトルクによる予想寿命時間が算出される。
【０１０５】
また、逆方向のトルクについて、ダンプトラックは後進することが少ないため、後進時の逆方向のトルクについて算入から除外して、前進時の電気制動のみ算入すれば、さらに演算を行う装置のデータ処理負荷を軽減することが可能である。
【０１０６】
本発明のシステムにおける図４の機能ブロック図における走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１、及び表示手段６２については種々の態様の変更が可能である。例えば、走行制御用コントローラ１２、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１及び表示手段６２を一体として車載コントローラに設けてもよい。また、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０を車載コントローラに設け、車外において寿命演算手段６１及び表示手段６２を携帯端末又はノートパソコンに設けて、寿命演算を行う時だけ車載コントローラとその携帯端末又はノートパソコンに接続する態様としてもよい。また、走行制御用コントローラ１２及びデータ蓄積手段６０を車載コントローラとして構成し、寿命演算手段６１及び表示手段６２を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外の計算装置を無線システムで接続して遠隔の場所で寿命予測を行うようにしてもよい。また、走行制御用コントローラ１２のみ車載コントローラに備え、データ蓄積手段６０、寿命演算手段６１及び表示手段６２を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外に設けた演算装置を無線システムで接続して、遠隔で車体のデータ蓄積及び寿命予測を行うようにしてもよい。
【０１０７】
また、上記実施の形態においては、減速機歯車の寿命予測の計算をモータトルク及び車輪の回転数によって行ったが、他の実施の形態として、表１又は表２の累積データにおいて、モータトルクに代えて、モータトルクから各歯車にかかる負荷トルクを求め、その負荷トルクを累積データに記憶して寿命予測を行ってもよいし、また車輪の回転数に代えて、車輪の回転数に比例する各歯車の回転数を求め、その各歯車の回転数を累積データに記憶して寿命予測を行ってもよい。
【０１０８】
以上本発明を実施の形態により説明したが、本発明は上記実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更、付加が可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１：ダンプトラックの本体、２：前輪、３：後輪、１０：副発電機、１２：走行制御用コントローラ、１４：モータ収容筒、１５：走行用モータ、１６：回転軸、１７：減速機、１７ａ：第１段減速機構、１７ｂ：第２段減速機構、１８：走行駆動装置、２０：筒状スピンドル、２５：キャリア、２７：軸受、３０：サンギア、３１：プラネタリギア、３２：リングギア、３４：キャリア、３６：サンギア、３７：連結体、３９：軸受、４０：プラネタリギア、４２：リングギア、６０：データ蓄積手段、６１：寿命演算手段、６２：表示手段、６３：電流把握手段、６４：トルク演算手段、６５：回転数把握手段
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握手段と、
前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算手段と、
前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積手段と、
前記データ蓄積手段に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算手段とを備え、
前記データ蓄積手段は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記トルク演算手段、前記データ蓄積手段及び前記寿命演算手段は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
前記回転数把握手段は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
前記データ蓄積手段は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
前記寿命演算手段は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものである
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示手段を備えた
ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。