JP2010066188A - 産業車両の回転体故障診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォークリフト等の産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体に対して、運転状況に応じた回転体寿命や回転体残存寿命を求めることができる産業車両の回転体故障診断方法及び装置を提供する。
【解決手段】検出した応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）と応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図２４に基づいて前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定し、この寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと検出した前記の各応力振幅σｉの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）とに基づいて回転体寿命Ｌ_Hを計算する構成とする。更に、回転体寿命Ｌ_Hと検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は産業車両の回転体故障診断方法及び装置に関する。

フォークリフトなどの産業車両の故障診断装置では、従来、リアルタイムで前記産業車両の各部材の状態を検出する各センサからの検出信号を監視し、この検出信号の値としきい値とを比較することによって、前記各部材の正常／異常の判断を行っている。

なお、関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００２−９２１３７号公報

特にフォークリフト等の産業車両では、その運転状況（運転の頻度や負荷の大きさなどの状況）がユーザの作業内容などに応じて実に様々である。従って、フォークリフトに備えたギヤ・シャフト類などの各部材の故障時期（寿命）も、前記運転状況に応じて実に様々であるため、前記部材のメンテナンス時期を一律に設定することはできない。このため、例えば事前に交換部品の準備など行って効率的にメンテナンスを行おうとする場合、前記運転状況に応じた前記部材の寿命を求めることによって、前記部材のメンテナンス時期を推定する必要がある。

しかしながら、上記の如く従来の故障診断装置では、リアルタイムで各センサからの検出信号を監視して正常／異常の判断を行っているだけであるため、ギヤ・シャフト類などの部材がどれくらいの稼働時間で故障するのか（どれくらい寿命があるのか）を判断することができず、前記部材のメンテナンス時期を推定することができなかった。

従って本発明は上記の事情に鑑み、フォークリフト等の産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体に対して、運転状況に応じた回転体寿命や回転体残存寿命を求めることができる産業車両の回転体故障診断方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明の産業車両の回転体故障診断方法は、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、
検出した応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）と、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて、前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定し、
この寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、検出した前記の各応力振幅σｉの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）とに基づいて、次の［数５］式から、回転体寿命Ｌ_Hを計算すること、

を特徴とする。

また、第２発明の産業車両の回転体故障診断方法は、第１発明の産業車両の回転体故障診断方法において、
前記回転体寿命Ｌ_Hと、検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて、次の［数６］式から、回転体残存寿命Ｌ_Rを計算すること、

を特徴とする。

また、第３発明の産業車両の回転体故障診断装置は、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、
応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）を検出する応力振幅検出手段と、
この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を検出する負荷頻度検出手段と、
前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σ_iと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて、前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、
この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_iとに基づいて、次の［数７］式から、回転体寿命Ｌ_Hを計算する回転体寿命計算手段と、

を備えたことを特徴とする。

また、第４発明の産業車両の回転体故障診断装置は、第３発明の産業車両の回転体故障診断装置において、
産業車両の稼働時間ｔ_Nを検出する車両稼働時間検出手段と、
前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命Ｌ_Hと、前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて、次の［数８］式から、回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する回転体残存寿命計算手段と、

を備えたことを特徴とする。

第１発明の産業車両の回転体故障診断方法によれば、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、検出した応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）と応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定し、この寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、検出した前記の各応力振幅σｉの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）とに基づいて［数５］式から回転体寿命Ｌ_Hを計算することを特徴としているため、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命Ｌ_Hを求めることができる。

第２発明の産業車両の回転体故障診断方法によれば、第１発明の産業車両の回転体故障診断方法において、前記回転体寿命Ｌ_Hと検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて［数６］式から回転体残存寿命Ｌ_Rを計算することを特徴としているため、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体残存寿命Ｌ_Rを求めることができる。従って、この回転体残存寿命Ｌ_Rに基づいて、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。

第３発明の産業車両の回転体故障診断装置によれば、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）を検出する応力振幅検出手段と、この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を検出する負荷頻度検出手段と、前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σ_iと応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_iとに基づいて［数７］式から回転体寿命Ｌ_Hを計算する回転体寿命計算手段とを備えたことを特徴としているため、上記第１発明と同様、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命Ｌ_Hを求めることができる。

第４発明の産業車両の回転体故障診断装置によれば、第３発明の産業車両の回転体故障診断装置において、産業車両の稼働時間ｔ_Nを検出する車両稼働時間検出手段と、前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命Ｌ_Hと前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて［数８］式から回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する回転体残存寿命計算手段とを備えたことを特徴としているため、上記第２発明と同様、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体残存寿命Ｌ_Rを求めることができる。従って、この回転体残存寿命Ｌ_Rに基づいて、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態例に係るフォークリフトの動力伝達系と回転体故障診断装置の概要図、図１（ｂ）は前記動力伝達系のトランスミッションにおけるギヤとシャフトの概要図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ部（前記ギヤ）のＢ方向矢視図、図１（ｄ）は前記シャフトの応力変形の様子を示す説明図である。また、図２は前記回転体故障診断装置の機能を説明するブロック図である。

図１（ａ）に示すように、フォークリフトの動力伝達系ではエンジン１の動力を、トルクコンバータ２、トランスミッション３を介して駆動輪５（実際には２輪であるが、図１（ａ）では簡略的に１輪のみを図示している）へ伝達する。その結果、エンジン１の動力によって駆動輪５が、矢印Ｃの如く回転駆動される。

このとき、トランスミッション３では、例えば図１（ｂ）及び図１（ｃ）に例示するような歯数の異なる第１のギヤ６と第２のギヤ７とが、矢印Ｄ，Ｅの如く回転して噛合することにより変速を行う。そして、この第１及び第２のギヤ６，７や、第１のギヤ６の回転軸である第１のシャフト８や、第２のギヤ７の回転軸である第２のシャフト９には、これらの回転数に応じた頻度の応力が繰り返し生じる。

例えば、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に例示するように第１のギヤ６の各歯６ａには、これらの各歯６ａが１回転して第２のギヤ７の各歯７ａと噛合する度に繰り返し応力が生じる。また、例えば、図１（ｄ）に例示するように第１のシャフト８は第１のギヤ６と第２のギヤ７とが噛合したときの応力によって図示のように反った状態となるため、第１のシャフト８には第１のシャフト８が１回転する度に例えば図示のＦ点に対して矢印Ｇのような引張り応力と矢印Ｈのような圧縮応力とが繰り返し生じる。そして、ついにはこれらのギヤ６，７やシャフト８，９が破損する虞がある。

このため、ギヤ６，７やシャフト８，９などのエンジン１の動力を駆動輪５へ伝達するための回転体は適宜メンテナンスする必要がある。しかし、ギヤ６，７やシャフト８，９などの回転体がどれくらいの稼働時間で故障（破断）するのか（どれくらいの寿命を有しているのか）は、フォークリフトの運転状況に応じて様々である。

従って、本実施の形態例ではフォークリフトに備えた回転体故障診断装置１１によって、フォークリフトの運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命Ｌ_Hと回転体残存寿命Ｌ_Rとを求める。

図１及び図２に基づき、この回転体故障診断装置１１の各手段について詳述する。なお、回転体故障診断装置１１はマイクロコンピュータを備えたものであり、各手段の計算処理などはソフトウエアによって実施される。

図２に示すように、回転体故障診断装置１１では、まず、応力振幅検出手段２１によって、故障診断対象の回転体（例えば第１のギヤ６や第１のシャフト８）に生じる応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）を検出する。また、負荷頻度検出手段２２によって、応力振幅検出手段２１で検出した各応力振幅σ_iの単位時間ｔ当たりの負荷頻度を検出し、これを１時間当たりの頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）に換算する。即ち、、ｎ１，ｎ２，ｎ３などの応力振幅σ_iが、それぞれ単位時間ｔ当たりに何回生じるのかを検出する。なお、単位時間ｔの具体的な値については任意に設定することができるが、例えば８時間や２４時間などに設定する。

応力振幅検出手段２１としては、例えば、回転体（図示例では第１のシャフト８）に生じるトルクＴを検出するトルク検出手段２１Ａ（例えば歪ゲージなどのトルクセンサ）と、このトルク検出手段２１Ａによって検出したトルクＴの変化を応力振幅σ_iに換算する応力振幅換算手段とを備えた構成とすることができる。

負荷頻度検出手段２２としては、例えば、第２のギヤ７（第２のシャフト９）の回転数Ｎ_Rを検出する回転数検出手段２２Ａ（例えば第２のシャフト９が１回転する度にパルス信号を出力する回転数センサなど）と、この回転数検出手段２２Ａで検出した回転数Ｎ_Rを第１のギヤ６（第１のシャフト８）の回転数に換算し、この換算した回転数を負荷頻度ｎ_iとして用いる負荷頻度換算手段とを備えた構成とすることができる。例えば、第１のギヤ６の歯数が第２のギヤ７の歯数の２倍であれば、負荷頻度換算手段では回転数Ｎ_RをＮ_R／２に換算する。なお、回転数検出手段２２Ａで直接第１のギヤ６（第１のシャフト８）の回転数を検出する場合には、この検出した回転数を負荷頻度ｎ_iとして用いることもできる。

続いて、寿命限界負荷頻度設定手段２３では、応力振幅検出手段２１で検出した応力振幅σ_iと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図２４に基づいて、前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定する。寿命限界の負荷頻度Ｎ_iは回転体が破損する限界の負荷頻度である。Ｓ−Ｎ線図２４は、故障診断対象の回転体（例えば第１のギヤ６や第１のシャフト８）の材料に関するＳ−Ｎ線図を予め実験や机上計算などによって求めておき、回転体故障診断装置１１に備えたＩＣメモリなどの記憶手段（図示省略）に記憶させておく。また、応力振幅σ_i、負荷頻度ｎ_i及び寿命限界の負荷頻度Ｎ_iも、前記記億手段に記憶させる。

そして、回転体寿命計算手段２５では、寿命限界負荷頻度設定手段２３で設定した寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、負荷頻度検出手段２２で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_iとに基づいて、次の［数９］式から、回転体寿命Ｌ_Hを計算する。なお、［数９］式はマイナー則に基づいた式である。

車両稼働時間検出手段２６では、フォークリフトが稼働した時間の積算値である車両稼働時間ｔ_Nを検出する。車両稼働時間検出手段２６としては、例えば図１（ａ）に示すようなアワメータ２６Ａを用いることができる。アワメータ２６Ａはフォークリフトのコンソールボックスに装備されており、エンジン１のスタータスイッチをＯＮにしてからＯＦＦにするまでの時間を積算するものである。

そして、回転体残存寿命計算手段２７では、回転体寿命計算手段２５で計算した回転体寿命Ｌ_Hと、車両稼働時間検出手段２６で検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて、次の［数１０］式から、回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する。

かくして、回転体故障診断装置１１では回転体（例えば第１のギヤ６や第１のシャフト８）の故障診断、即ち、フォークリフトの運転状況に応じた回転体寿命Ｌ_Hの診断（推定）と回転体残存寿命Ｌ_Rの診断（推定）とが行われる。

また、図１（ａ）に示すように、回転体故障診断装置１１にはランプやブザーなどの警報装置１２と、液晶ディスプレイなどの表示装置１３とが接続されている。図２に示すように、警報装置１２では回転体残存寿命Ｌ_Hの時間が所定時間以内になると警報を発し、表示装置１３では回転体残存寿命Ｌ_Hの時間を表示する。

以上のように、本実施の形態例に係るフォークリフトの回転体故障診断装置１１によれば、フォークリフトに装備された動力を伝達する回転体（例えば第１のギヤ６や第１のシャフト８）の故障診断装置であって、応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）を検出する応力振幅検出手段２１と、この応力振幅検出手段２１で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を検出する負荷頻度検出手段２２と、応力振幅検出手段２１で検出した応力振幅σ_iと応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図２４に基づいて前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定する寿命限界負荷頻度設定手段２３と、この寿命限界負荷頻度設定手段２３で設定した寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと負荷頻度検出手段２２で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_iとに基づいて［数９］式から回転体寿命Ｌ_Hを計算する回転体寿命計算手段２５とを備えたことを特徴としているため、フォークリフトの運転状況に応じた第１のギヤ６や第１のシャフト８などの回転体寿命Ｌ_Hを求めることができる。

更に、本実施の形態例のフォークリフトの回転体故障診断装置１１によれば、フォークリフトの稼働時間ｔ_Nを検出する車両稼働時間検出手段２６と、回転体寿命計算手段２５で計算した回転体寿命Ｌ_Hと車両稼働時間検出手段２６で検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて［数１０］式から回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する回転体残存寿命計算手段２７とを備えたことを特徴としているため、フォークリフトの運転状況に応じた第１のギヤ６や第１のシャフト８などの回転体残存寿命Ｌ_Rを求めることができる。従って、この回転体残存寿命Ｌ_Rに基づいて、フォークリフトの運転状況に応じた第１のギヤ６や第１のシャフト８などの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。

なお、上記では本発明をフォークリフトに適用した場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明はフォークリフト以外の産業車両にも適用することができる
。
また、本発明の回転体故障診断装置はギヤやシャフトなど全て又は何れか複数の回転体に対してそれぞれ故障診断を行うようにしてもよく、動力伝達系で最も強度が弱い部位のギヤやシャフトなどの回転体を実験や机上計算で把握し、当該回転体に対してだけ故障診断を行うようにしてもよい。

本発明は産業車両の回転体故障診断方法及び装置に関するものであり、産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体の故障診断（回転体寿命や回転体残存寿命の推定）を行う場合に適用して有用なものである。

（ａ）は本発明の実施の形態例に係るフォークリフトの動力伝達系と回転体故障診断装置の概要図、（ｂ）は前記動力伝達系のトランスミッションにおけるギヤとシャフトの概要図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部（前記ギヤ）のＢ方向矢視図、（ｄ）は前記シャフトの応力変形の様子を示す説明図である。 前記回転体故障診断装置の機能を説明するブロック図である。

符号の説明

１ エンジン
２ トルクコンバータ
３ トランスミッション
５ 駆動輪
６ 第１のギヤ
７ 第２のギヤ
８ 第１のシャフト
９ 第２のシャフト
１１ 回転体故障診断装置
１２ 警報装置
１３ 表示装置
２１ 応力振幅検出手段
２１Ａ トルク検出手段
２２ 負荷頻度検出手段
２２Ａ 回転数検出手段
２３ 寿命限界負荷頻度設定手段
２４ Ｓ−Ｎ線図
２５ 回転体寿命計算手段
２６ 車両稼働時間検出手段
２６Ａ アワメータ
２７ 回転体残存寿命計算手段

Claims (4)

1. 産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、
   検出した応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）と、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて、前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定し、
   この寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、検出した前記の各応力振幅σｉの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）とに基づいて、次の［数１］式から、回転体寿命Ｌ_Hを計算すること、
   

   

   を特徴とする産業車両の回転体故障診断方法。
2. 請求項１に記載する産業車両の回転体故障診断方法において、
   前記回転体寿命Ｌ_Hと、検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて、次の［数２］式から、回転体残存寿命Ｌ_Rを計算すること、
   

   

   を特徴とする産業車両の回転体故障診断方法。
3. 産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、
   応力振幅σ_i（ｉ＝１，２，・・・ｍ）を検出する応力振幅検出手段と、
   この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σ_iの単位時間当たりの負荷頻度ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を検出する負荷頻度検出手段と、
   前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σ_iと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すＳ−Ｎ線図に基づいて、前記の各応力振幅σ_iに対応する寿命限界の負荷頻度Ｎ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、
   この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Ｎ_iと、前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σ_iの負荷頻度ｎ_iとに基づいて、次の［数１］式から、回転体寿命Ｌ_Hを計算する回転体寿命計算手段と、
   

   

   を備えたことを特徴とする産業車両の回転体故障診断装置。
4. 請求項３に記載する産業車両の回転体故障診断装置において、
   産業車両の稼働時間ｔ_Nを検出する車両稼働時間検出手段と、
   前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命Ｌ_Hと、前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間ｔ_Nとに基づいて、次の［数４］式から、回転体残存寿命Ｌ_Rを計算する回転体残存寿命計算手段と、
   

   

   を備えたことを特徴とする産業車両の回転体故障診断装置。

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