JP2004347013A

JP2004347013A - 油圧設備の異常判定方法及び油圧設備

Info

Publication number: JP2004347013A
Application number: JP2003143995A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ishihara; 昇石原; Tokuji Ushijima; 徳治牛島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】精度よくしかも素早く油漏れを検知する。
【解決手段】タンク１内の油を、制御可能な弁１１を介してポンプ３により油圧シリンダ５に供給する油圧設備である。油面計１３でタンク内１の油面位置を計測する。記憶手段６ａに油圧シリンダ５のデータを記憶する。弁１１の動作状況と油圧シリンダ５の動作位置計測手段５ａにより測定された動作位置及びデータに基づき第１の演算手段６ｂで油圧シリンダ５内の油量変化量を計算する。第１の演算手段６ｂで計算した油量に基づき第２の演算手段６ｃでタンク１内の油面位置を計算する。この計算した油面位置と湯面計１３で計測した油面位置とを比較手段６ｄで比較する。比較結果が所定の範囲を外れた場合には、判定手段６ｅは異常と判定する。
【効果】タンク〜油圧シリンダ間のどのような位置における油漏れをも、油圧シリンダの数に左右されず、素早く検知できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精度よく、しかも、素早く油漏れを検知することが可能な油圧設備の異常判定方法及び油圧設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧シリンダを備えた油圧設備における油漏れを検出する手段として、従来は、油圧シリンダ内の油量を考慮しておらず、油圧シリンダに最も油が供給された状態、すなわち、タンク内の油量が最も少なくなったときを基準として、それよりも所定量油量が少なくなったときに油漏れと判断し、油圧源を停止して警報を出していた。
【０００３】
しかしながら、このような方法では、大量の油が漏れた場合等タンク内の油量が最も少なくなった場合以外は、油漏れの検出ができないという問題がある。
【０００４】
そこで、従来より、▲１▼ダイカストマシーンの運転サイクルに応じて作業工程毎の油面変化量△ｈを求め、この油面変化量△ｈが通常より大きくなった場合に異常と判断する方法（例えば、特許文献１参照。）、▲２▼タンクの過去α時間の油面レベル平均値と現在油面レベルとのずれを比較する装置（例えば、特許文献２参照。）、▲３▼負荷稼働時間とポンプの稼動時間の比率から異常を判断する方法（例えば、特許文献３参照。）、▲４▼方向切替弁の１次側、２次側の油温を計測し油漏れを検出する方法や装置（例えば、特許文献４参照。）、▲５▼ポンプやモータの電流値から得られるオンロード時間とアクチュエータの稼動時間とオンロード時間の割合からオンロード率を求めてオンロード率の変化から異常を判断する方法（例えば、特許文献５参照。）、▲６▼ポンプ出側の送油開始端と送油終了端に流量計を設置し、その偏差から油漏れを検出する装置（例えば、特許文献６参照。）等の各種の異常判定方法や装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３２８２２３号公報（第２頁、図３）
【特許文献２】
特開平７−９８００６号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】
特開平７−２８６６０４号公報（第２頁、図２）
【特許文献４】
特開平１０−１６９６１９号公報（第２頁、図１）
【特許文献５】
特開平１１−２７１１７０号公報（第２頁、図１）
【特許文献６】
実開平６−１２９３６号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１〜６に記載された技術は、何れも以下のような問題を有している。
先ず、特許文献１に記載された技術は、使用用途が工作機械のように一連の決まった動作を行うアクチュエータに限られるので、アクチュエータが所定のサイクルで運転されない場合には適用できない。また、特許文献２に記載された技術は、油圧回路の中に大容量のシリンダが存在する場合は、そのシリンダに使用される油量によって平均レベルも変動するという影響をうける。また、特許文献３に記載された技術は、油圧回路につながるシリンダの数量が多い場合、診断結果が不正確になる。また、特許文献４，６に記載された技術は、油温或いは流量を測定する測定器が必要であり、コスト高になる。最後に、特許文献５に記載された技術は、アクチュエータの稼働時間をどう定義するかによって検出能力が変化するので、稼働時間の定義によっては検出能力が落ちてしまう。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、種々のシリンダが特定のサイクルで運転されない場合においても精度よく、しかも、素早く油漏れを検知することが可能な油圧設備の異常判定方法及び油圧設備を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、タンク内の油面位置等からタンク内の油量を計測する一方、各油圧シリンダの動作位置を検出或いは予測し、この検出或いは予測した動作位置に基づいて求めた各油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を用いて、前記検出或いは予測時点におけるタンク内の油量を演算し、この演算した油量と前記計測した油量とを比較し、比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定するようにしている。
【０００９】
そして、このように、従来、固定レベルで検出していた油漏れの検知を、油圧シリンダ内の油量の変化を考慮した変動レベルで検出することにより、種々のシリンダが特定のサイクルで運転されない場合においても、精度よく、しかも、素早く油漏れを検出することができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
油圧設備においては、油圧回路につながっている各油圧シリンダ及びその動作状況によって全油圧シリンダへ供給される油量が異なり、それによってタンク内の油面レベルが大きく変動する。一方、油圧回路に漏れがない場合、タンク〜油圧シリンダ間の総油量は変動しない。
【００１１】
本発明者は、上記の事柄に注目し、各油圧シリンダの動作位置から各油圧シリンダ内に存在する油量を求め、それからタンク内の油量の変動量を求めて油漏れ検出閾値を変化させる以下の本発明を成立させた。
【００１２】
すなわち、本発明に係る油圧設備の異常判定方法は、タンク内の油を、制御可能な弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備の異常を判定する方法において、前記タンク内の油量を計測する一方、各油圧シリンダの動作位置を検出或いは予測し、この検出或いは予測した動作位置に基づいて求めた各油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を用いて、前記検出或いは予測時点におけるタンク内の油量を演算し、この演算した油量と前記計測した油量とを比較し、比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定するものである。
【００１３】
つまり、本発明に係る油圧設備の異常判定方法では、先ず、各時点での各油圧シリンダの動作位置を検出或いは予測する。この検出或いは予測した位置変化量と、予め分かっている各油圧シリンダの内径、ロッド断面積等の諸元により、各油圧シリンダ内に存在する油量或いは油量の変化量を計算する。これを用いて、各時点でのタンク内の油面位置等の油量を予測することができる。そして、この予測油量に対して計算誤差等を考慮した許容範囲を閾値として設定しておき、この閾値よりも油量が低下した場合に異常と判定する。
【００１４】
ところで、油圧システムに用いられるアキュムレータ内の油量の変動が油圧タンクの計測された油量と演算された油量の差として現れる可能性がある。従って、上記本発明において、油圧タンクの容量に比してアキュムレータの容量が大きい場合、アキュムレータ内の油量或いは油量の変化を計測或いは予測して油圧タンクの演算された油量或いは許容範囲に反映させることが好ましい。
【００１５】
ところで、油圧シリンダには、動作位置検出手段を備えたものと、動作位置検出手段を備えないものがある。また、動作位置検出手段を備えないものには、電磁弁等の開閉弁で開閉制御を行うものと、流量制御弁で油圧シリンダの動作速度を制御するものがある。
【００１６】
従って、上記の本発明方法を実施する装置は、油圧装置に含まれる油圧シリンダの種類に応じて、以下の３つの態様となる。
すなわち、動作位置検出手段を備えた油圧シリンダを有する油圧設備では、直接油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算できるので、タンク内の油を、制御可能な弁を介して前記油圧シリンダに供給する油圧設備において、前記タンク内の油量を計測する計測手段例えば油量計と、前記油圧シリンダのデータを記憶する記憶手段と、前記動作位置計測手段により測定された前記油圧シリンダの動作位置及びデータを用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第１の演算手段と、この第１の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、この第２の演算手段で計算した油量と前記油量計で計測した油量とを比較する比較手段と、この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを備えさせる。これが第１の本発明に係る油圧設備である。
【００１７】
一方、動作位置検出手段を備えない油圧シリンダでは、直接油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算することができない。従って、動作位置検出手段を備えない油圧シリンダのうち、開閉弁で制御を行うものでは、予め開閉による油圧シリンダの動作速度を測定しておき、開又は閉となった時間から油圧シリンダの動作位置を計算すればよい。
【００１８】
すなわち、第２の本発明に係る油圧設備は、タンク内の油を、開閉の制御可能な開閉弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備において、前記タンク内の油量を計測する計測手段例えば油量計と、予め記憶しておいた前記開閉弁の動作による油圧シリンダの動作速度を基に、開閉弁の動作から前記油圧シリンダの動作位置を計算する第３の演算手段と、前記油圧シリンダのデータを記憶する記憶手段と、前記第３の演算手段によって計算した油圧シリンダの動作位置及びデータを用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第１の演算手段と、この第１の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、この第２の演算手段で計算した油量と前記油量計で計測した油量とを比較する比較手段と、この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを有するものである。
【００１９】
また、動作位置検出手段を備えない油圧シリンダのうち、流量制御弁で油圧シリンダの動作速度を制御するものは、流量制御弁に与える流量指令値或いは速度指令値等の制御量の時間積算値より油量或いは油量の変化量を計算すれば良い。
【００２０】
すなわち、第３の本発明に係る油圧設備は、タンク内の油を、流量の制御可能な流量制御弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備において、前記タンク内の油量を計測する例えば油量計と、前記流量制御弁の制御量を用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第４の演算手段と、この第４の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、この第２の演算手段で計算した油量と前記油量計で計測した油量とを比較する比較手段と、この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを有するものである。
【００２１】
本発明では、上記の構成を採用することにより、タンク〜油圧シリンダ間のどのような位置における油漏れをも、油圧シリンダの種類や数に左右されず、素早く検知することができる。そして、この油漏れの検知は、タンク容量に対し大容量のシリンダが配置されている場合に、特に効果を発揮する。
【００２２】
上記第１〜第３の何れか記載の油圧設備において、前記判定手段で異常と判定した場合には警報を出す警報手段を備えさせても良い。
また、１つの油圧装置において、動作位置計測手段を備えた油圧シリンダ、それを備えず開閉弁で制御される油圧シリンダ、或いは、流量制御弁で制御される油圧シリンダの２種以上を有する場合は、それぞれに応じて第１，３，４の演算手段を備えさせれば良い。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。
図１は第１の本発明に係る油圧設備の構成を説明する概略図、図２は第１の本発明に係る油圧設備の異常判定方法のフロー図、図３，４は第２，３の本発明に係る油圧設備の構成を説明する概略図である。
【００２４】
図１において、１はタンクであり、タンク内１の油２を油圧源である例えばポンプ３から配管４を介して動作位置検出器５ａを備えた油圧シリンダ５に供給するようになっている。
【００２５】
６は制御器であり、例えば記憶手段６ａと、第１，第２の演算手段６ｂ，６ｃと、比較手段６ｄと、判定手段６ｅとから構成されている。
このうち、記憶手段６ａには例えば上位コンピュータ７から配線１２ａを介して送られてきた前記油圧シリンダ５の内径、ストローク等のデータが記憶されている。また、油圧システムが立ち上がった時点のタンク油面実測値も記憶されており、後述するタンク１内の油面位置の計算に用いられる（初期値の設定：図２の＃１）。そして、このデータは、第１の演算手段に６ｂに出力される。
【００２６】
第１の演算出段６ｂには、前記油圧シリンダ５の上流に設けられた弁１１からの動作状況の信号と、前記動作位置検出器５ａからの油圧シリンダ５のロッドの動作位置が、夫々配線１２ｂ，１２ｃを介して入力され、前記データとこれら入力信号に基づき、油圧シリンダ５内の油量変化量を計算する（図２の＃２）。
【００２７】
そして、前記第１の演算手段６ｂで計算した油量変化量は第２の演算手段６ｃに出力され、第２の演算手段６ｃでは、この油量変化量に基づきタンク１内の油面位置を計算する（図２の＃３）。本実施例では、この第２の演算手段６ｃには、前記油圧源３に直結されたアキュムレータ８のレベル計９からのレベル信号が配線１２ｄを介して入力され、タンク１内の油面位置の計算精度の向上を図っている。
【００２８】
前記第２の演算手段６ｃで計算した油面位置は比較手段６ｄに出力され、比較手段６ｄでは、第２の演算手段６ｃから出力された計算油面位置と、配線１２ｅを介して送られてきた前記タンク１に設置された例えば油面計１３（例えば超音波レベル計）で測定した油面位置（図２の＃４）とを比較し（図２の＃５）、その結果を判定手段６ｅに出力する。
【００２９】
判定手段６ｅには予め閾値が入力されており、前記比較手段６ｄから出力されてきた比較結果が前記閾値を外れた場合には異常と判定し（図２の＃６）、例えば警報手段１４に信号を出力する（図２の＃７）。なお、比較結果が前記閾値内の場合は、以上の処理を繰返す。以上の処理の流れを図２に示す。
【００３０】
図３は図１の動作位置検出手段５ａを備えた油圧シリンダ５に代えて、動作位置検出手段を備えない油圧シリンダ５を備え、例えば電磁弁１５でＯＮ／ＯＦＦ制御を行う油圧設備を示したものである。この図３に示した油圧設備では、予め電磁弁１５のＯＮ／ＯＦＦによる油圧シリンダ５のロッドの動作速度を測定しておき、ＯＮ／ＯＦＦの時間から油圧シリンダ５（ロッド）の動作位置を計算する。
【００３１】
すなわち、図３に示した油圧設備では、図１で説明した制御器６に、予め測定しておいた前記油圧シリンダ５の動作位置を計算する第３の演算手段６ｆを更に設け、第１の演算手段６ｂでは、前記電磁弁１５の動作状況と前記第３の演算手段６ｆによって計算した油圧シリンダ５の動作位置及び記憶手段６ａから出力された油圧シリンダ５のデータから油圧シリンダ５内の油量変化量を計算するのである。
【００３２】
また、図４は図３と同様、動作位置検出手段を備えない油圧シリンダ５を備えた油圧設備において、電磁弁１５に代えて流量制御弁１６を備えたものである。この流量制御弁１６で油圧シリンダ５のロッドの動作速度を制御するものでは、流量制御弁１６に与える流量指令値の時間積算値、或いは、速度指令値の時間積算値より油圧シリンダ５の油量変化量を計算すれば良い。
【００３３】
すなわち、図４に示した油圧設備では、図１で説明した制御器６の記憶手段６ａ及び第１の演算手段６ｂに代えて、上位コンピュータ７から前記流量制御弁１６に与える、例えば流量指令値或いは速度指令値等の制御量の時間積算値より油圧シリンダ５内の油量変化量を計算する第４の演算手段６ｇを設け、第２の演算手段６ｃでは、この第４の演算手段６ｇで計算した油量変化量からタンク１内の油面位置を計算するのである。
【００３４】
これら図３，４に示した実施例では、油圧シリンダ５のロッド位置に計算誤差が出ることが考えられるので、この期間は前記閾値を拡大する等の配慮をしても良い。また、その場合は、各油圧シリンダ５の大きさに応じて閾値の拡大幅を調整しても良い。そして、ロッドが定位置にきたことを検出した場合に閾値を元に戻しても良い。また、本実施例のように、警報器１４を備えさせた場合には、油圧シリンダ５の動作中は警報を出さない不感時間を設定しても良く、その不感時間は油圧シリンダ５によって変化させても良い。
【００３５】
なお、上記の計算は、コンピュータを用いることによって実現できる。各油圧シリンダ５はこれらの機器を動作させる制御装置によってコントロールされており、この制御装置から所定の時間間隔で、或いは、新たな動作がなされるごとに油圧シリンダ５の動作情報を入手すればよい。また、各油圧シリンダ５の動作状況・ロッド位置を検出するセンサーを別個に設け、直接或いは制御装置を通して入手してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、油圧シリンダ内に存在する油量を考慮し、この油量をタンク内の油面位置に反映させることで、種々のシリンダが特定のサイクルで運転されない場合においても、以下に列挙する効果を奏する。
【００３７】
▲１▼ タンク〜油圧シリンダ間のどのような位置における油漏れをも素早く検知することができる。そして、この油漏れの検知は、タンク容量に比べ大容量のシリンダが配置されている場合に、特に効果を発揮する。
▲２▼ 油圧系統に存在する油圧シリンダの数に左右されず検出できる。
▲３▼ 大規模な測定機器が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の本発明に係る油圧設備の構成を説明する概略図である。
【図２】本発明に係る油圧設備の異常判定方法のフロー図である。
【図３】第２の本発明に係る油圧設備の構成を説明する概略図である。
【図４】第３の本発明に係る油圧設備の構成を説明する概略図である。
【符号の説明】
１タンク
３ポンプ
５油圧シリンダ
５ａ動作位置検出器
６制御器
６ａ記憶手段
６ｂ第１の演算手段
６ｃ第２の演算手段
６ｄ比較手段
６ｅ判定手段
６ｆ第３の演算手段
６ｇ第４の演算手段
７上位コンピュータ
１１弁
１３油面計
１４警報器
１５電磁弁
１６流量制御弁

Claims

タンク内の油を、制御可能な弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備の異常を判定する方法において、
前記タンク内の油量を計測する一方、各油圧シリンダの動作位置を検出或いは予測し、この検出或いは予測した動作位置に基づいて求めた各油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を用いて、前記検出或いは予測時点におけるタンク内の油量を演算し、この演算した油量と前記計測した油量とを比較し、比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定することを特徴とする油圧設備の異常判定方法。
タンク内の油を、制御可能な弁を介して動作位置計測手段を備えた油圧シリンダに供給する油圧設備において、
前記タンク内の油量を計測する計測手段と、
前記油圧シリンダのデータを記憶する記憶手段と、
前記動作位置計測手段により測定された前記油圧シリンダの動作位置及びデータを用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で計算した油量と前記計測手段で計測した油量とを比較する比較手段と、
この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを有することを特徴とする油圧設備。
タンク内の油を、開閉の制御可能な開閉弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備において、
前記タンク内の油量を計測する計測手段と、
予め記憶しておいた前記開閉弁の動作による油圧シリンダの動作速度を基に、開閉弁の動作から前記油圧シリンダの動作位置を計算する第３の演算手段と、
前記油圧シリンダのデータを記憶する記憶手段と、
前記第３の演算手段によって計算した油圧シリンダの動作位置及びデータを用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で計算した油量と前記計測手段で計測した油量とを比較する比較手段と、
この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを有することを特徴とする油圧設備。
タンク内の油を、流量の制御可能な流量制御弁を介して油圧シリンダに供給する油圧設備において、
前記タンク内の油量を計測する計測手段と、
前記流量制御弁の制御量を用いて油圧シリンダ内の油量或いは油量の変化量を計算する第４の演算手段と、
この第４の演算手段で計算した油量或いは油量の変化量を用いてタンク内の油量を計算する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で計算した油量と前記計測手段で計測した油量とを比較する比較手段と、
この比較手段での比較結果が所定の範囲を外れた場合には、異常と判定する判定手段とを有することを特徴とする油圧設備。
請求項２〜４の何れか記載の油圧設備において、前記判定手段で異常と判定した場合には警報を出す警報手段を備えたことを特徴とする油圧設備。
請求項２〜５の何れか記載の油圧設備において、前記計測手段が油量計であることを特徴とする油圧設備。