JP2013170509A

JP2013170509A - 液圧ポンプの異常検出装置および油圧作業機械

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Publication number: JP2013170509A
Application number: JP2012035128A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Yamamoto; 慎二郎山本; Yuji Suzuki; 佑司鈴木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】液圧ポンプの回転周波数の成分に基づき液圧ポンプの異常を検出できる液圧ポンプの異常検出装置、および、この異常検出装置を備える油圧作業機械を提供すること。
【解決手段】異常検出装置５０は、ポンプ２１（液圧ポンプ）の吐出圧力を検出する圧力検出器５１と、検出された吐出圧力の脈動周波数を解析する周波数解析装置５３と、ポンプ２１の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出器５２と、検出された回転数と、脈動周波数の解析結果とを用いて、ポンプ２１の回転周波数の成分を抽出する手段５４ａと、抽出された回転周波数の成分が正常値か否かの判定を行う手段５４ｂと、手段５４ｂにより回転周波数の成分が正常値でないと判定されたことを、ポンプ２１の異常を検出したこととして報知する報知装置５５と、を備える。油圧作業機械はポンプ２１を備えるとともに、このポンプ２１の異常を検出するために異常検出装置５０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液圧ポンプの異常を検出する液圧ポンプの異常検出装置、および、この異常検出装置を備える油圧作業機械に関する。

油圧作業機械は油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給される作動油を吐出するピストンポンプ（液圧ポンプ）とを備える。

ピストンポンプは、作動油の吸入するための吸入ポートと、吸入された作動油を吐出するための吐出ポートとが形成されたケーシングと、このケーシングに回転可能に設けられた入力軸（駆動軸）と、この入力軸と一体的に回転可能に設けられたシリンダブロック（シリンダ筒）と、このシリンダブロックに設けられた複数のシリンダボアのそれぞれに摺動可能に挿入されたピストンと、シリンダボアから突出して位置するピストンの端部側で、入力軸の外周側に位置する斜板と、各ピストンの端部が挿入されて摺接する球面状の凹部を有し、斜板に摺接して位置するするシュー（スリッパー）と、シリンダボアのボトム側でシリンダブロックの端面に摺接して位置し、シリンダブロックの回転に伴いシリンダボアを吸入ポートまたは吐出ポートに連通させるバルブプレートとを備える。

ピストンはシューの凹部に挿入されて摺接しているため、ピストンの端部とシューの凹部の内壁面との少なくとも一方が摩耗すると、それらピストンとシューの間にガタが生じる。ピストンとシューの間の摩耗状態は、ピストンとシューがケーシングに格納されているため、ピストンポンプを分解しなければ見ることができない。

そこで、ピストンとシューの間のガタが大きくなってピストンポンプのオーバーホールが必要な時期に達した否かを、ピストンポンプを分解することなく、ピストンポンプの吐出圧力の脈動スペクトラムに基づいて診断する方法が提案された。この方法は、具体的には、吐出圧力の複数種類の脈動周波数（２５０、７５０、１０００、１２５０［ヘルツ］）において脈動スペクトラムを検知し、それら脈動スペクトラムのピークが、脈動周波数の高い側で得られたものほど大きくなった場合（右上がりになった場合）に、オーバーホールが必要な時期に達したと判定する、というものである（例えば特許文献１参照）。

特許第３０１４５６０号公報

ピストンポンプの動作不良は、ピストンポンプとシューとの摺接部での摩耗に起因するものに限らず、斜板とシューとの摺接部での摩耗に起因するもの、ピストンとシリンダボアの内壁との摺接部での摩耗に起因するものがある。それらの摺接部での摩耗に起因したピストンポンプの動作不良は、吐出圧力の脈動スペクトラムのピークを脈動周波数の高い側で得られるものほど大きくするとは限らない。このため、特許文献１に開示された診断方法を、ピストンポンプの診断に採用した場合、斜板とシューとの摺接部での摩耗に起因するピストンの動作不良、および、ピストンとシリンダボアの内壁との摺接部での摩耗に起因するピストンの動作不良を発見できないおそれがある。

ところで、本願発明者の研究によると、ピストンに動作不良が生じた場合、そのピストンの動作不良により生成されるピストンポンプの回転周波数の成分が異常値となることが分かった。このことについて次に詳細に説明する。

ピストンポンプに、第１〜第Ｍのピストンの合計Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のピストンが備えられる場合、ピストンポンプの入力軸が１回転する間に第１のピストンから第Ｍのピストンのそれぞれにより順次作動油が吐出されるため、すなわち、ピストンポンプは１回転する間に連続的にＭ回の作動油の吐出を行うため、ピストンポンプの吐出圧力の脈動周波数は、ピストンポンプの単位時間当たりの回転数をＮ［ｒｐｍ］とすると、Ｍ×Ｎ／６０［Ｈｚ］となる。このＭ×Ｎ／６０［Ｈｚ］の脈動周波数は、ピストンポンプの単位時間当たりの回転数がＮ［ｒｐｍ］である場合に、第１〜第Ｍのピストンのそれぞれの動作に伴って生成されるＭ個の位相の異なる回転周波数が合成されたものである。

ピストンポンプの回転中に第１〜第Ｍのピストンの全てが正常な動作を行い続けた場合、それら第１〜第Ｍのピストンの動作により生成されるＭ×Ｎ／６０［Ｈｚ］の脈動周波数の成分は正常値となり、これに伴い、ピストンポンプの回転周波数の成分も正常値となる。一方、第１〜第Ｍのピストンのいずれかに動作不良が生じた場合、例えば第１のピストンに動作不良が生じ、第１のピストン以外のピストン（第２〜第Ｍのピストン）が正常な動作を続けた場合には、その第１のピストンの動作不良によりピストンポンプの回転周波数の成分が異常値となる。したがって、ピストンポンプの回転周波数の成分が正常値であるか否かを判定することによって、第１〜第Ｍのピストンのいずれかの動作不良を検出することが可能である。

本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、液圧ポンプの回転周波数の成分に基づいて液圧ポンプの異常を検出できる液圧ポンプの異常検出装置、および、この異常検出装置を備える油圧作業機械を提供することにある。

前述の目的を達成するために本発明の異常検出装置および油圧作業機械は次のように構成されている。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置は、回転中の液圧ポンプから流出する作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、回転中の前記液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を、前記圧力検出手段により検出された圧力を用いて解析する周波数解析手段と、前記液圧ポンプの単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段により検出された回転数、および、前記周波数解析手段による脈動周波数の解析結果を用いて、前記液圧ポンプの回転周波数の成分を抽出する周波数成分抽出手段と、この周波数成分抽出手段により抽出された回転周波数の成分が正常値か否かの判定を行う判定手段と、前記判定手段により回転周波数の成分が正常値でないと判定されたことを、前記液圧ポンプの異常を検出したこととして報知する報知手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置は、前述の本発明の液圧ポンプの異常検出装置において、前記圧力検出手段は、前記液圧ポンプの吐出圧力を検出するものであり、前記判定手段で用いられる判定の閾値は、前記吐出圧力を変数とする関数であることを特徴とするものであってもよい。

また、本発明の液圧ポンプの異常検出装置は、前述の本発明の液圧ポンプの異常検出装置において、前記圧力検出手段は、前記液圧ポンプの吐出圧力およびドレン圧力を検出するものであり、前記周波数解析手段は、前記圧力検出手段により検出される前記ドレン圧力を用いて前記液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を解析するものであり、前記判定手段で用いられる判定の閾値は、前記吐出圧力を変数とする関数であることを特徴とするものであってもよい。

液圧ポンプの種類には、ピストンポンプ、ギアポンプ、ベーンポンプがある。これらの液圧ポンプは、１回転する間に連続的に一定回数（例えばＭ回）の作動油の吐出を行うため、回転中の液圧ポンプから流出する作動油の圧力、すなわち吐出圧力およびドレン圧力は脈動する。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置において、前述のように吐出圧力またはドレン圧力は脈動するため、圧力検出手段により検出される圧力（吐出圧力またはドレン圧力）は、その脈動に伴って変動する。周波数解析手段は、圧力検出手段により検出される圧力を用いて、その圧力の脈動周波数を解析する。このとき、液圧ポンプの回転数がＮ［ｒｐｍ］であった場合、周波数解析手段により解析される脈動周波数はＭ×Ｎ／６０［Ｈｚ］となる。

次に、周波数成分抽出手段は、回転数検出手段により検出された液圧ポンプの単位時間当たりの回転数と、周波数解析手段による脈動周波数の解析結果とを用いて、液圧ポンプの回転周波数（Ｎ／６０［Ｈｚ］）の成分を抽出する。

次に、判定手段は、その回転周波数の成分が正常値か否かの判定を行う。このとき、回転周波数の成分が異常値であった場合に、判定手段は、その成分が正常でないと判定し、これにより、液圧ポンプの異常が検出されたことになる。そして、報知手段は、液圧ポンプの異常が検出されたことを、使用者に報知する。なお、判定手段での判定対象となる回転周波数の成分は、吐出圧力またはドレン圧力の脈動から解析できるものであればよく、その成分としては振幅、パワースペクトル、パワースペクトル密度がある。

本発明の油圧作業機械は、前述した本発明の液圧ポンプの異常検出装置を備えることを特徴とする。

一般に、油圧作業機械は、油圧アクチュエータを駆動して動作するものであり、その油圧アクチュエータの駆動制御のために、液圧ポンプである油圧ポンプを備える。本発明の油圧作業機械は、前述した液圧ポンプの異常検出装置を備えるので、油圧ポンプの異常をオペレータに報知できる。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置は、液圧ポンプの回転周波数の成分に基づいて液圧ポンプの異常を検出できる。

本発明の油圧作業機械は、この油圧作業機械に備えられる油圧ポンプの異常を検出して報知することができる。

本発明の油圧作業機械の実施形態である油圧ショベルを示す側面図である。本発明の液圧ポンプの異常検出装置の第１の実施形態を示す図である。図２に示した油圧ポンプの構造の詳細を示す断面図である。判定手段での判定対象となる回転周波数の成分の正常値の一例を示す図である。判定手段での判定対象となる回転周波数の成分の異常値の一例を示す図である。油圧ポンプの吐出圧力と回転周波数の成分（振幅）との関係、および、判定手段での判定で用いられる閾値を示す図である。図６に示した閾値と判定手段による判定の対応関係を示す図である。図２に示した第１の実施形態により行われる処理の流れを示すフローチャートである。本発明の液圧ポンプの異常検出装置の第２の実施形態を示す図である。図９に示した第２の実施形態により行われる処理の流れを示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置の第１の実施形態は、例えば図１に示す油圧ショベル１に適用されるものである。この油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２に旋回ベアリング１６を介して旋回可能に結合した旋回体３と、この旋回体３に俯仰可能に設けられたフロント作業装置７とを備える。

旋回体３は、フロント作業装置７の左側方に位置するキャブ４と、このキャブ４の後方に設けられた機械室５と、この機械室５の後方に設けられたカウンタウェイト６とを備える。フロント作業装置７は、旋回体３に俯仰可能に結合したブーム８、このブーム８に回動可能に結合したアーム９、このアーム９に回動可能に結合したバケット１０と備える。

走行体２および旋回体３のそれぞれの駆動には、走行モータ１１（油圧モータ）および旋回モータ１２（油圧モータ）のそれぞれが用いられ、ブーム８、アーム９およびバケット１０のそれぞれの駆動には、ブームシリンダ１３(油圧シリンダ)、アームシリンダ１４（油圧シリンダ）およびバケットシリンダ１５（油圧シリンダ）のそれぞれが用いられる。

油圧ショベル１は、図２に示す油圧駆動装置４０により駆動される。この油圧駆動装置４０は、前述の走行モータ１１、旋回モータ１２、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５（以下「油圧アクチュエータ１１〜１５」という）に供給される作動油を吐出するメインポンプ２１（油圧ポンプ）と、このメインポンプ２１から油圧アクチュエータ１１〜１５のそれぞれに供給される作動油の流れを制御する油圧制御回路４５とを備える。

メインポンプ２１はディーゼルエンジン４１の出力を入力軸２４（図３に示す）に伝達されて駆動されるようになっている。メインポンプ２１は、作動油を吸入するための吸入ポート２１ａと、吸入された作動油を吐出するための吐出ポート２１ｂと、ケーシング２２（後述）内部で潤滑油として機能した作動油を作動油タンク４２に排出するためのドレンポート２１ｃとを備える。吸入ポート２１ａは吸入配管４３を介して作動油タンク４２に接続されている。吐出ポート２１ｂは吐出配管４４を介して油圧制御回路４５に接続されている。ドレンポート２１ｃは、ドレン配管４６を介して作動油タンク４２に接続されている。

油圧制御回路４５は、メインポンプ２１から油圧アクチュエータ１１〜１５に供給される作動油の流れを、例えば油圧パイロット式の制御弁によって制御するものであり、その制御弁に与えるパイロット圧の油圧源として、ディーゼルエンジン４１の出力を伝達されて駆動されるパイロットポンプ（図示省略）を備える。

メインポンプ２１の構造の詳細について図３を用いて説明する。

図３に示すように、メインポンプ２１はピストンポンプであり、ケーシング２２と、カバー２３と、入力軸２４と、軸受２４ａ，２４ｂと、シリンダブロック２５と、ピストン２７と、シュー２８と、斜板２９と、バルブプレート３０とを備える。

ケーシング２２は、メインポンプ２１を構成する部品を収容する有底の筒状の部材であり、底部２２ａに前述の吸入ポート２１ａおよび吐出ポート２１ｂを備え、側壁部２２ｂにドレンポート２１ｃを備える。カバー２３は、ケーシング２２の開口部２２ｃを閉鎖してケーシング２２に固定されている。カバー２３とケーシング２２の底部２２ａのそれぞれには軸受２４ａ，２４ｂのそれぞれが固定されており、これらの軸受２４ａ，２４ｂによって、入力軸２４がケーシング２２に対して回転可能に支持されている。

シリンダブロック２５は入力軸２４の外周側に位置し、入力軸２４と一体的に回転可能に設けられている。このシリンダブロック２５には、複数のシリンダボア２６が入力軸２４の周方向に並んで設けられている。それらのシリンダボア２６のそれぞれには、ピストン２７が摺動可能に挿入されている。シリンダボア２６から突出して位置するピストン２７の端部は、シュー２８に形成された球面状の凹部に摺動可能に挿入されている。シュー２８は斜板２９に摺接して位置する。斜板２９は入力軸２４の外周側に傾転可能に設けられている。

バルブプレート３０は、ケーシング２２の底部２２ａに固定されてシリンダブロック２５の端面に摺接して位置する。このバルブプレート３０は、シリンダブロック２５の回転に伴いシリンダボア２６を吸入ポート２１ａまたは吐出ポート２１ｂに連通させる連通ポート３０ａ，３０ｂを備える。

本発明の液圧ポンプの異常検出装置の第１の実施形態は、図２に示す異常検出装置５０である。この異常検出装置５０は、圧力検出器５１（圧力検出手段）と、回転数検出器５２（回転数検出手段）と、周波数解析装置５３（周波数解析手段）と、診断装置５４（周波数成分抽出手段、判定手段）と、報知装置５５とを備える。

圧力検出器５１は、回転中のメインポンプ２１から流出する作動油の圧力である吐出圧力Ｐｖを検出して、その吐出圧力Ｐｖに相応する圧力検出信号を出力するものである。

回転数検出器５２は、メインポンプ２１の単位時間当たりの回転数Ｎ［ｒｐｍ］を検出して、その回転数Ｎに相応する回転数検出信号を出力するものである。

周波数解析装置５３は、マイクロコンピュータを内蔵する装置であって、圧力検出器５１から出力される圧力検出信号を、ＣＰＵのクロック周波数に基づき所定周期で入力し、その圧力検出信号から得られる吐出圧力Ｐｖの検出値を用いて、吐出圧力の脈動周波数を解析するものである。

診断装置５４は、マイクロコンピュータを内蔵する装置であって、コンピュータプログラムにより設定された手段である周波数成分抽出手段５４ａと判定手段５４ｂとを備える。

周波数成分抽出手段５４ａは、回転数検出器５２から出力される回転数検出信号を、ＣＰＵのクロック周波数に基づき所定周期で入力し、その回転数検出信号から得られる回転数Ｎの検出値を用いて「Ｆｒ＝Ｎ／６０［Ｈｚ］」を計算することにより回転周波数Ｆｒを算出し、さらに、算出された回転周波数Ｆｒと、周波数解析装置５３による脈動周波数の解析結果とを用いて、メインポンプ２１の回転周波数Ｆｒの成分である振幅Ａを抽出するものである。

判定手段５４ｂは、周波数成分抽出手段５４ａにより抽出された回転周波数Ｆｒの振幅Ａが正常値か否かの判定を行うものである。

報知装置５５は、キャブ４内に設けられた表示装置（図示省略）を備え、診断装置５４による診断の結果を、その表示装置により報知するものである。

吐出圧力Ｐｖの脈動周波数の解析結果、回転周波数Ｆｒと、判定手段５４ｂによる判定との関係について詳細に説明する。

メインポンプ２１（ピストンポンプ）に備えられるピストン２７が、第１〜第ＭまでのＭ個（Ｍは２以上の整数）のピストンであるとすると、メインポンプ２１の入力軸２４が１回転する間に第１〜第Ｍのピストンのそれぞれにより順次作動油を吐出させるため、すなわち、メインポンプ２１は１回転する間に連続的にＭ回の作動油の吐出を行うため、メインポンプ２１が回転数Ｎ［ｒｐｍ］で回転している間、吐出圧力Ｐｖは脈動する。その吐出圧力Ｐｖの脈動周波数はＭ×Ｎ／６０［Ｈｚ］である。このＭ×Ｎ／６０［Ｈｚ］の脈動周波数は、メインポンプの単位時間当たりの回転数がＮ［ｒｐｍ］である場合に、第１〜第Ｍのピストンのそれぞれの動作に伴って生成されるＭ個の位相の異なる回転周波数が合成されたものである。

メインポンプ２１の回転中に第１〜第Ｍのピストンの全てが正常な動作を行い続けた場合、それら第１〜第Ｍのピストンの動作により生成される回転周波数Ｆｒの成分である振幅Ａは、例えば図４に示す正常値Ａｎとなる。

一方、第１〜第Ｍのピストンのいずれかに動作不良が生じた場合、例えば第１のピストンに損傷による動作不良が生じ、第１のピストン以外のピストン（第２〜第Ｍのピストン）が正常な動作を続けた場合には、その第１のピストンの動作不良により生成される回転周波数Ｆｒの振幅Ａが、例えば図５に示す異常値Ａｄ（＞Ａｎ）となる。

吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの正常値Ａｎと、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの異常値Ａｄは、図６に示すように分布する。つまり、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの正常値Ａｎ、および、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの異常値Ａｄはいずれも、吐出圧力Ｐｖが高いほど大きな値となり、吐出圧力Ｐｖの全ての範囲において異常値Ａｎは正常値Ａｄよりも大きな値となる。そして、第１の実施形態において、判定手段５４ｂによる判定で用いられる閾値Ａｓは、吐出圧力Ｐｖを変数とする１次関数によって、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの正常値Ａｎの分布と、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの異常値Ａｄの分布との中間に分布するよう設定されている。そして、判定手段５４ｂは「Ａ＞Ａｓ」の判定を行い、図７に示すように、振幅Ａが閾値Ａｓ以下の値である場合にメインポンプ２１を正常と判定し、振幅Ａが閾値Ａｓを超えた値である場合にメインポンプ２１を異常と判定する。

なお、振幅Ａが図６に示すように異常値Ａｄとなる場合のピストン２７の動作不良は、ピストン２７によりシリンダボア２６から吐出される圧力が、ピストン２７が正常な動作を行った場合よりも低くなる動作不良である。この動作不良の原因としては、斜板２９とシュー２８との摺接部での摩耗、および、ピストン２７とシリンダボア２６の内壁との摺接部での摩耗がある。

異常検出装置５０はメインポンプ２１の異常の検出に係る処理を、図８に示す流れで行う。

油圧ショベル１が稼働している状態において、メインポンプ２１はディーゼルエンジン４１の出力を入力軸２４に伝達されて回転し、作動油を吐出し続けている。この状態において、圧力検出器５１はメインポンプ２１の吐出圧力Ｐｖを検出し、回転数検出器５２は単位時間当たりのメインポンプ２１の回転数Ｎ［ｒｐｍ］を検出する（ステップＳ１）。これに伴い、圧力検出器５１は吐出圧力Ｐｖに相応する圧力検出信号を周波数解析装置５３に出力し続け、回転数検出器５２は回転数Ｎに相応する圧力検出信号を診断装置５４に出力し続ける。

次に、周波数解析装置５３は、ＣＰＵのクロック周波数に基づいて、圧力検出器５１から出力される圧力検出信号を所定周期で入力し、その圧力検出信号から得られる吐出圧力Ｐｖの検出値を用いて、吐出圧力Ｐｖの脈動周波数を解析する（ステップＳ２）。

次に、診断装置５４の周波数成分抽出手段５４ａは、回転数検出器５２から出力される回転数検出信号を所定周期で入力し、その回転数検出信号から得られる回転数Ｎ［ｒｐｍ］の検出値に基づいて「Ｆｒ＝Ｎ／６０」を計算することにより、メインポンプ２１の回転周波数Ｆｒ［Ｈｚ］を算出し、さらに、算出された回転周波数Ｆｒと、周波数解析装置５３による脈動周波数の解析結果とを用いて、回転周波数Ｆｒの振幅Ａを抽出する（ステップＳ３）。

次に、診断装置５４の判定手段５４ｂは、圧力検出器５１から出力される圧力検出信号を所定周期で入力し、その圧力検出信号から得られる吐出圧力Ｐｖの検出値に基づいて、ステップＳ３において抽出された回転周波数Ｆｒの振幅Ａに対して「Ａ＞Ａｓ」であるか否かの判定、すなわち、振幅Ａが閾値Ａｓを超えているか否かの判定を行う（ステップＳ４）。この判定の結果、回転周波数Ｆｒの振幅Ａが「Ａ＞Ａｓ」であった場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、報知装置５５は表示装置によって、キャブ４内のオペレータに「異常」を報知し（ステップＳ５）、メインポンプ２１の検出の検出に係る処理は終了する。

一方、ステップＳ４における判定の結果、回転周波数Ｆｒの振幅Ａが「Ａ＞Ａｓ」ではなかった場合に、すなわち「Ａ≦Ａｓ」であった場合に、報知装置５５は表示装置によってキャブ４内のオペレータに「正常」を報知し（ステップＳ６）、メインポンプ２１の異常の検出に係る処理は終了する。

異常検出装置５０によれば次の効果を得られる。

異常検出装置５０は、圧力検出器５１、回転数検出器５２、周波数解析装置５３および診断装置５４（周波数成分抽出手段５４ａ、判定手段５４ｂ）によって、メインポンプ２１の回転周波数Ｆｒの成分である振幅Ａに基づいてメインポンプ２１の異常、すなわち、メインポンプ２１においてピストン２７によりシリンダボア２６から吐出される圧力が、ピストン２７の正常な動作時よりも低くなる動作不良を検出できる。

異常検出装置５０は、メインポンプ２１が正常であるか否かをメインポンプ２１の１種類の回転周波数Ｆｒを用いて判定することができる。これにより、周波数解析装置５３は、従来よりも狭い範囲の脈動周波数の解析を行うことができるものであればよく、したがって、異常検出装置５０は、周波数解析装置５３を従来よりも安価なもので済ませることができる。

異常検出装置５０を備えた油圧ショベル１は、この油圧ショベル１に搭載されたメインポンプ２１の異常を検出して、すなわち、メインポンプ２１においてピストン２７によりシリンダボア２６から吐出される圧力が、ピストン２７の正常な動作時よりも低くなる動作不良を検出して、オペレータに報知できる。

［第２の実施形態］
本発明の液圧ポンプの異常検出装置の第２の実施形態について、図９，図１０を用いて説明する。図９に示すものにおいて、図２に示すものと同等のものに対しては、図２に付した符号と同じ符号を付してある。

本発明の異常検出装置の第２の実施形態は、図９に示す異常検出装置１５０である。この異常検出装置１５０は、前述の異常検出装置５０において用いられる吐出圧力Ｐｖの代わりに、吐出圧力Ｐｖに連動して脈動するドレン圧力Ｐｄを用いることによって、前述の異常検出装置５０と同様にメインポンプ２１の異常を検出するものである。

具体的には、異常検出装置１５０は、圧力検出器１５１（圧力検出手段）および判定手段１５２を備える。

圧力検出器１５１は、ドレン圧力Ｐｄを検出して、そのドレン圧力Ｐｄに相応する圧力検出信号を、周波数解析装置５３に出力するものである。

圧力検出器１５１がドレン圧力Ｐｄに相応する圧力検出信号を出力することに伴い、周波数解析装置５３は、圧力検出信号から得られるドレン圧力Ｐｄの検出値を用いて、ドレン圧力Ｐｄの脈動周波数を解析する。ドレン圧力Ｐｄの脈動周波数の振幅Ａ’は、ドレン圧力Ｐｄが吐出圧力Ｐｖよりも小さいため、吐出圧力Ｐｖの脈動周波数の振幅Ａよりも小さい値となる。

また、診断装置５４の周波数成分抽出手段５４ａは、周波数解析装置５３がドレン圧力Ｐｄの脈動周波数を解析することに伴い、回転周波数Ｆｒの成分として振幅Ａ’を抽出する。ドレン圧力Ｐｄに対する振幅Ａ’の異常値Ａｄ’および正常値Ａｎ’の分布は、図示省略したが、吐出圧力Ｐｖに対する振幅Ａの異常値Ａｄおよび正常値Ａｎの分布と同様の傾向のものとなる。つまり、ドレン圧力Ｐｄに対する振幅Ａ’の異常値、および、ドレン圧力Ｐｄに対する振幅Ａ’の正常値は、いずれも、ドレン圧力Ｐｄが高いほど大きな値となり、ドレン圧力Ｐｄの全ての範囲において異常値は正常値よりも大きな値となる。

診断装置５４の判定手段１５２は、第１の実施形態における判定手段５４ｂの代わりに備えられるものであり、ドレン圧力Ｐｄの脈動周波数に基づく回転周波数Ｆｒの振幅Ａ’が正常値か否かの判定を行うための閾値として閾値Ａｓ’を用いる。この閾値Ａｓ’は、吐出圧力Ｐｖを変数とする１次関数（図示省略）により、ドレン圧力Ｐｄに対する振幅Ａ’の正常値Ａｎ’の分布と、ドレン圧力Ｐｄに対する振幅Ａ’の異常値Ａｄ’の分布との中間に分布するよう設定されている。つまり、判定手段１５２は「Ａ’＞Ａｓ’」の判定を行い、振幅Ａ’が閾値Ａｓ’以下の値である場合にメインポンプ２１を正常と判定し、振幅Ａ’が閾値Ａｓ’を超えた値である場合にメインポンプ２１を異常と判定する。

異常検出装置１５０はメインポンプ２１の異常の検出に係る処理を、図１０に示す流れで行う。

油圧ショベル１が稼働している状態において、メインポンプ２１はディーゼルエンジン４１の出力を入力軸２４に伝達されて回転し、作動油を吐出し続けている。この状態において、圧力検出器５１はメインポンプ２１の吐出圧力Ｐｖを検出し、圧力検出器１５１はメインポンプ２１のドレン圧力Ｐｄを検出し、回転数検出器５２は単位時間当たりのメインポンプ２１の回転数Ｎ［ｒｐｍ］を検出する（ステップＳ２１）。これに伴い、圧力検出器５１は吐出圧力Ｐｖに相応する圧力検出信号を周波数解析装置５３に出力し続け、圧力検出器１５１はドレン圧力Ｐｄに相応する圧力検出信号を周波数解析装置５３に出力し続け、回転数検出器５２は回転数Ｎに相応する圧力検出信号を診断装置５４に出力し続ける。

次に、周波数解析装置５３は、ＣＰＵのクロック周波数に基づいて、圧力検出器１５１から出力される圧力検出信号を所定周期で入力し、その圧力検出信号から得られるドレン圧力Ｐｄの検出値を用いて、ドレン圧力Ｐｄの脈動周波数を解析する（ステップＳ２２）。

次に、診断装置５４の周波数成分抽出手段５４ａは、回転数検出器５２から出力される回転数検出信号を所定周期で入力し、その回転数検出信号から得られる回転数Ｎの検出値に基づいて「Ｆｒ＝Ｎ／６０」を計算することにより、メインポンプ２１の回転周波数Ｆｒ［Ｈｚ］を算出し、さらに、算出された回転周波数Ｆｒと、周波数解析装置５３による脈動周波数の解析結果とを用いて、回転周波数Ｆｒの振幅Ａ’を抽出する（ステップＳ２３）。

次に、診断装置５４の判定手段１５２は、圧力検出器５１から出力される圧力検出信号を所定周期で入力し、その圧力検出信号から得られる吐出圧力Ｐｖの検出値に基づいて、
ステップＳ２３において抽出された回転周波数Ｆｒの振幅Ａ’に対して「Ａ’＞Ａｓ’」であるか否かの判定、すなわち、振幅Ａ’が閾値Ａｓ’を超えているか否かの判定を行う（ステップＳ２４）。この判定の結果、回転周波数Ｆｒの振幅Ａ’が「Ａ’＞Ａｓ’」であった場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、報知装置５５は表示装置によって、キャブ４内のオペレータに「異常」を報知し（ステップＳ２５）、メインポンプ２１の検出の検出に係る処理は終了する。

一方、ステップＳ２４における判定の結果、回転周波数Ｆｒの振幅Ａが「Ａ’＞Ａｓ’」ではなかった場合に、すなわち「Ａ’≦Ａｓ’」であった場合に、報知装置５５は表示装置によってキャブ４内のオペレータに「正常」を報知し（ステップＳ２６）、メインポンプ２１の異常の検出に係る処理は終了する。

異常検出装置１５０によれば次の効果を得られる。

異常検出装置１５０は、圧力検出器５１，１５１、回転数検出器５２、周波数解析装置５３および診断装置５４（周波数成分抽出手段５４ａ、判定手段１５２）によって、メインポンプ２１の回転周波数の成分である振幅Ａ’に基づいてメインポンプ２１の異常、すなわち、メインポンプ２１においてシリンダボア２６からケーシング２２に漏れるドレン圧力Ｐｄが、ピストン２７の正常な動作時よりも高くなる動作不良を検出できる。

異常検出装置１５０は、メインポンプ２１が正常であるか否かをメインポンプ２１の１種類の回転周波数Ｆｒを用いて判定することができる。これにより、周波数解析装置５３は、従来よりも狭い範囲の周波数解析を行うことができるものであればよく、したがって、異常検出装置１５０は、周波数解析装置５３を従来よりも安価なもので済ませることができる。

異常検出装置１５０を備えた油圧ショベル１は、この油圧ショベル１に搭載されたメインポンプ２１の異常を検出して、すなわち、メインポンプ２１においてシリンダボア２６からケーシング２２に漏れるドレン圧力Ｐｄが、ピストン２７の正常な動作時よりも高くなる動作不良を検出して、オペレータに報知できる。

前述の異常検出装置５０，１５０はピストンポンプに適用されたが、ギアポンプ、ベーンポンプに適用されてもよい。つまり、異常検出装置５０，１５０は、１回転する間に連続的に一定回数（例えばＭ回）の作動油の吐出を行うために、回転中の液圧ポンプから流出する作動油の圧力、すなわち吐出圧力およびドレン圧力が脈動する液圧ポンプであれば適用可能である。

前述の異常検出装置５０，１５０は油圧ショベルに適用されたが、吐出圧力が脈動する油圧ポンプを備えるものであれば、ホイールローダ、クレーンなど油圧ショベル以外の油圧作業機械に適用されもよい。

前述の異常検出装置５０，１５０は、メインポンプに適用されたが、パイロットポンプに対して適用されてもよく、また、メインポンプとパイロットポンプの両方に適用されてもよい。

前述の異常検出装置５０，１５０において、判定手段５４ｂまたは１５２での判定に用いられる回転周波数Ｆｒの成分は振幅ＡまたはＡ’であったが、吐出圧力Ｐｖまたはドレン圧力Ｐｄの脈動から解析できる成分であれものであればよく、したがって、パワースペクトル、パワースペクトル密度であってもよい。

前述の異常検出装置５０において、判定手段５４ｂによる判定で用いられる閾値Ａｓは、１次関数により設定されたものであったが、閾値Ａｓを関数で設定する場合には、その関数は閾値Ａｓを正常値Ａｎの分布と異常値Ａｄの分布との中間に分布させる関数であればよく、１次関数に限定されるものではない。また、閾値Ａｓは関数で設定されるものではなく、正常値Ａｎと一致するものに設定されてもよい。

同様に、前述の異常検出装置１５０において、判定手段１５２による判定で用いられる閾値Ａｓ’は、１次関数により設定されたものであったが、閾値Ａｓ’を関数で設定する場合には、その関数は閾値Ａｓ’を正常値Ａｎ’の分布と異常値Ａｄ’の分布との中間に分布させる関数であればよく、１次関数に限定されるものではない。また、閾値Ａｓ’は関数で設定されるものではなく、正常値Ａｎ’と一致するものに設定されてもよい。

１油圧ショベル（油圧作業機械）
２１メインポンプ（液圧ポンプ）
５０異常検出装置
５１圧力検出器（圧力検出手段）
５２回転数検出器（回転数検出手段）
５３周波数解析装置（周波数解析手段）
５４診断装置
５４ａ周波数成分抽出手段
５４ｂ判定手段
５５報知装置（報知手段）
１５０異常検出装置
１５１圧力検出器（圧力検出手段）
１５２判定手段

Claims

回転中の液圧ポンプから流出する作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、
回転中の前記液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を、前記圧力検出手段により検出された圧力を用いて解析する周波数解析手段と、
前記液圧ポンプの単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出手段と、
この回転数検出手段により検出された回転数、および、前記周波数解析手段による脈動周波数の解析結果を用いて、前記液圧ポンプの回転周波数の成分を抽出する周波数成分抽出手段と、
この周波数成分抽出手段により抽出された回転周波数の成分が正常値か否かの判定を行う判定手段と、
前記判定手段により回転周波数の成分が正常値でないと判定されたことを、前記液圧ポンプの異常を検出したこととして報知する報知手段と、
を備える
ことを特徴とする液圧ポンプの異常検出装置。
請求項２に記載の液圧ポンプの異常検出装置において、
前記圧力検出手段は、前記液圧ポンプの吐出圧力を検出するものであり、
前記判定手段で用いられる判定の閾値は、前記吐出圧力を変数とする関数である
ことを特徴とする液圧ポンプの異常検出装置。
請求項１に記載の液圧ポンプの異常検出装置に発明において、
前記圧力検出手段は、前記液圧ポンプの吐出圧力およびドレン圧力を検出するものであり、
前記周波数解析手段は、前記圧力検出手段により検出される前記ドレン圧力を用いて前記液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を解析するものであり、
前記判定手段で用いられる判定の閾値は、前記吐出圧力を変数とする関数である
ことを特徴とする液圧ポンプの異常検出装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧ポンプの異常検出装置を備える
ことを特徴とする油圧作業機械。