JP2013224853A - 昇降機の低速回転軸受の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転軸受から発生する振動周波数が回転設備の稼働振動や外来振動の周波数帯域に混在している場合でも、該軸受の異常診断を的確に行うことが可能な昇降機の低速回転軸受の異常診断方法を提供する。
【解決手段】エスカレータの低速回転軸受５が回転時に発生する機械的振動を振動加速度センサ１１で検出し、その検出信号を増幅後に高速フーリエ変換処理した結果に対して、重み付け設定部１４が振動周波数帯域に応じた重み付け設定処理を行う。この重み付け設定処理では、診断対象の軸受５が正常時および異常時に発生する特有の振動周波数の帯域（診断帯域）を予め把握しておくことにより、この診断帯域の重み付けの度合いを最も高めておく。エスカレータの機械振動や外来振動の周波数は診断帯域以外の帯域に含まれるため重み付けの度合いが相対的に低くなり、これによりＳＮ比を向上させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、昇降機の低速回転軸受が回転時に発生する機械的振動を測定した結果に基づいて該軸受の異常の有無を判定する、昇降機の低速回転軸受の異常診断方法に関する。

回転軸受の異常診断方法としては、振動信号レベルの傾向管理による簡易診断や、高速フーリエ変換を用いた特定周波数のスペクトラム監視によって異常の有無を判定する振動法が広く知られている。例えば、回転機構に組み込まれた転がり軸受が損傷すると、回転数に比例した周期を持つ衝撃的振動が発生し、該軸受の固有振動数の振動信号レベルも増大するため、こうした機械的振動を測定して振動法を適用することにより、該軸受の異常の有無を判定することが可能となる。かかる振動法は、一般的に、ファンやポンプ、減速機等１００ｒｐｍ（毎分１００回転）を越える回転設備の軸受の異常診断に適用される。

しかし、エスカレータ等の昇降機に用いられている低速回転軸受の場合、軸受の損傷によって発生する振動の信号レベル（Ｓ）が、回転設備の稼働振動や外来振動の信号レベル（Ｎ）に比べて小さいため、一般的な振動法によって異常の有無を判定することは難しい。つまり、１００ｒｐｍ以下の低速で回転する軸受においてはＳＮ比（Ｓ／Ｎ比）が小さく、損傷した軸受から発生する信号がノイズに埋没してしまう可能性が高い。

低速回転軸受の異常診断方法の従来技術としては、振動加速度センサの測定データにローパスフィルタ処理を行ってから３以上の奇数乗処理を行うことによって、低速回転軸受の異常の有無を判定できるようにした診断方法が、特許文献１に開示されている。この従来技術では、低速回転軸受が回転時に発生する機械的振動を振動加速度センサで測定し、この測定データに１ｋＨｚのローパスフィルタ処理を行うことにより、回転設備の稼働振動や外来振動の影響を排除している。また、ローパスフィルタ処理した振動の信号レベルに３以上の奇数乗処理を行うことにより、軸受の異常信号とノイズ成分等の相対的に低いレベルの信号との差を増大させて、ＳＮ比を大きくしている。

特開平１０−１６０６３８号公報（段落１７〜２３）

特許文献１に開示された上記の従来技術では、車輪に内蔵されている低速回転軸受の固有振動数がほぼ１ｋＨｚ以下に限定されるという観点から、１ｋＨｚのローパスフィルタ処理を行って不要な周波数帯域の振動データを取り除いているが、エスカレータ等の昇降機に用いられている低速回転軸受で発生する振動周波数は１ｋＨｚ以上の周波数帯域で顕著であり、回転設備の稼働振動や外来振動の周波数と混在している。そのため、ローパスフィルタ処理によって振動データの周波数帯域を限定してしまうと、昇降機の低速回転軸受の異常診断を的確に行うことは困難になる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、低速回転軸受から発生する振動周波数が回転設備の稼働振動や外来振動の周波数帯域に混在している場合でも、該軸受の異常診断を的確に行うことが可能な昇降機の低速回転軸受の異常診断方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、昇降機の低速回転軸受が回転時に発生する機械的振動を振動加速度センサにて測定し、この振動加速度センサの測定データに基づいて前記軸受の異常の有無を判定する異常診断方法において、診断対象の低速回転軸受が正常時および異常時に発生する特有の振動周波数の帯域を予め把握しておくと共に、前記振動加速度センサから出力される測定データを高速フーリエ変換処理した結果に対して、振動周波数帯域に応じた重み付け設定処理を行い、この重み付け設定処理で、前記特有の振動周波数の帯域の重み付けの度合いを最も高めておくこととした。

このように診断対象の低速回転軸受に特有の振動周波数が際立つように重み付け設定処理を行えば、回転設備の稼働振動や外来振動の周波数帯域に混在している振動データを排除するフィルタ処理を行わなくても、低速回転軸受から発生する振動の信号レベル（Ｓ）と、回転設備の稼働振動や外来振動の信号レベル（Ｎ）との差を増大させることができるため、ＳＮ比が向上する。したがって、振動加速度センサの測定データに基づき、低速回転軸受の異常の有無を的確に診断できるようになる。

上記の異常診断方法において、重み付け設定処理では低速回転軸受に特有の振動周波数の帯域に正の重み付けがなされ、且つ、それ以外の振動周波数帯域に負の重み付けがなされるようにしてあると、異常診断のターゲット信号を著しく際立たせることができるため、低速回転軸受の異常の有無を一層的確に診断できるようになる。

本発明の異常診断方法によれば、診断対象の低速回転軸受に特有の振動周波数が際立つように重み付け設定処理を行うため、フィルタ処理によって振動データの周波数帯域を限定しなくてもＳＮ比を向上させることができる。それゆえ、昇降機の低速回転軸受から発生する振動周波数が回転設備の稼働振動や外来振動の周波数と混在している場合でも、振動加速度センサの測定データに基づいて該軸受の異常診断を的確に行うことができる。

診断対象の低速回転軸受を備えたエスカレータの概略構成を示す説明図である。 低速回転軸受における回転数と振動信号レベルとの一般的な関係を示す特性図である。 本発明の実施形態例に係る異常診断システムの構成図である。 該異常診断システムによる低速回転軸受の異常診断方法の一例を示す説明図である。 該異常診断システムによる低速回転軸受の異常診断方法の他の例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態例について図面を参照しながら説明する。本実施形態例において診断対象となる低速回転軸受を備えた昇降機は、図１に示すようなエスカレータである。まず、このエスカレータの概略構成について説明する。

図１に示すエスカレータは、駆動モータ１と、減速機２、ドライビングチェーン３、ターミナルギヤ４、ターミナルギヤ軸受５、踏段６、踏段チェーン７、ハンドレール８、ハンドレール駆動装置９、ハンドレール駆動チェーン１０等によって概略構成されている。

駆動モータ１の駆動軸には駆動プーリが設けられており、この駆動プーリが減速機２を介してドライビングチェーン３に動力を伝達する。ドライビングチェーン３は、エスカレータ上部に設置されたターミナルギヤ４等を介して踏段チェーン７やハンドレール８に動力を伝達する。踏段チェーン７は踏段６に連結されている。この踏段チェーン７は、エスカレータ上部に設置されたターミナルギヤ４と、エスカレータ下部に設置された別のターミナルギヤ４とに巻き掛けられており、上部側のターミナルギヤ４が駆動モータ１に回転駆動されるのに伴い、踏段チェーン７が踏段６と共に循環稼働するようになっている。また、エスカレータ上部に設置されたターミナルギヤ４には、踏段チェーン７だけでなくハンドレール駆動チェーン１０も巻き掛けられており、このハンドレール駆動チェーン１０がハンドレール駆動装置９を介してハンドレール８を駆動する。そして、ターミナルギヤ４が回転駆動されると、ハンドレール８が踏段６と同期して循環稼働するため、踏段６上に乗ってハンドレール８を把持している乗客を安全に搬送できるようになっている。

このエスカレータは、ターミナルギヤ４の回転に伴って毎分３０メートル程度の速度で乗客を搬送するため、ターミナルギヤ軸受５は５０ｒｐｍ以下で低速回転する。このターミナルギヤ軸受５のように低速回転する軸受は、図２に示すように振動信号レベルが低いため、ＳＮ比が小さくなってしまうことが知られている。なお、図２は、低速回転軸受における回転数と振動信号レベルとの一般的な関係を示す特性図である。このように振動信号レベルが低い低速回転軸受の機械的振動を測定して該軸受の異常の有無を判定する手法として、前述したような公知の振動法は適用できない。そのため、本実施形態例では、図３に示すような異常診断システムによってターミナルギヤ軸受５の異常の有無を判定する。

図３に示す異常診断システムは、ターミナルギヤ軸受５の振動加速度信号を検出する振動加速度センサ１１と、振動加速度センサ１１の検出信号（振動加速度信号）を増幅する増幅器１２と、増幅器１２からの信号を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換手段１３と、高速フーリエ変換処理した各周波数の振動信号レベルに重み付けする量を設定する重み付け設定部１４と、高速フーリエ変換処理および重み付け設定処理を実施した結果を診断データとして表示する診断データ生成部１５とによって構成されている。なお、振動加速度センサ１１はターミナルギヤ軸受５のハウジング５１に設置されており、高速フーリエ変換手段１３は、増幅器１２から得た信号を３０ｋＨｚでＡ／Ｄ変換した信号に対して高速フーリエ変換処理を実施する。

次に、図３に示す異常診断システムによる低速回転軸受（ターミナルギヤ軸受５）の異常診断方法の一例を、図４を用いて説明する。図４において、符号１６を付した高速フーリエ変換処理結果１６は、振動加速度センサ１１の検出信号を増幅後に高速フーリエ変換手段１３が高速フーリエ変換処理した結果を示している。この高速フーリエ変換処理結果１６から明らかなように、ターミナルギヤ軸受５においては、異常診断のターゲット信号となる軸受振動周波数の振動信号レベルが、エスカレータの機械振動や外来振動の信号レベルに埋もれてしまうため、高速フーリエ変換処理のみで異常診断が可能な程度にＳＮ比を向上させることは困難である。そのため、高速フーリエ変換処理した結果に対して重み付け設定部１４が重み付け設定処理を実施する。

重み付け設定部１４では、図４に示す重み付けテーブル１７に基づいて、振動周波数帯域に応じた重み付けを行う。この重み付けテーブル１７において、２〜４ｋＨｚと５〜７ｋＨｚは、診断対象の低速回転軸受（ターミナルギヤ軸受５）が正常時および異常時に発生する特有の振動周波数の帯域であり、異常診断のターゲット信号を含む診断帯域に相当する。この診断帯域は予め把握しておくことができる。具体的には、回転数による軸受のキズ周波数や固有振動数、機械仕様特有の軸受の異常周波数等に関するデータに基づいて、ターミナルギヤ軸受５が正常時および異常時に発生する特有の振動周波数の帯域を高精度に特定することができる。そして、重み付け設定部１４が、この診断帯域（２〜４ｋＨｚと５〜７ｋＨｚ）には３倍の重み付けを行い、それ以外の振動周波数帯域には１倍以下の重み付けを行う。つまり、低速回転軸受が発生する振動周波数を含む診断帯域の重み付けの度合いが３倍であるのに対し、エスカレータの機械振動や外来振動の周波数が含まれる不要帯域（診断帯域以外の帯域）の重み付けの度合いが１倍以下に設定されるため、この重み付け設定処理によってＳＮ比を向上させることができる。なお、重み付けテーブル１７では、ターミナルギヤ軸受５が７ｋＨｚ以上の振動周波数を発生する可能性が極めて低いことを予め把握している関係上、７ｋＨｚ以上の振動周波数帯域の重み付けの度合いが０．５倍以下に設定されている。

こうして高速フーリエ変換処理した結果に対して各周波数帯域に応じた重み付け設定処理を実施することにより、図４に示す診断データ生成結果１８が診断データ生成部１５によって表示される。この診断データ生成結果１８を高速フーリエ変換処理結果１６と比較すれば明らかなように、異常診断のターゲット信号を含む診断帯域の振動信号レベルと、それ以外の周波数帯域の振動信号レベルとの差が増大して、ＳＮ比が向上している。

このように診断対象の低速回転軸受（ターミナルギヤ軸受５）に特有の振動周波数が際立つように重み付け設定処理を行えば、回転設備の稼働振動や外来振動の周波数帯域に混在している振動データを排除するフィルタ処理を行わなくても、該軸受５が発生する振動の信号レベル（Ｓ）と、エスカレータの機械振動や外来振動の信号レベル（Ｎ）との差を増大させて、ＳＮ比を向上させることができるため、振動加速度センサ１１の測定データに基づいて該軸受５の異常の有無を的確に診断できるようになる。すなわち、ＯＡ値による閾値判定や初期値との比較等の一般的な診断方法を採用して、ターミナルギヤ軸受５の異常診断を的確に行うことが可能となる。

次に、図３に示す異常診断システムによる低速回転軸受（ターミナルギヤ軸受５）の異常診断方法の他の例を、図５を用いて説明する。図５に示す重み付けテーブル１９は、図４に示す重み付けテーブル１７と異なっている。そのため、図５に示す診断データ生成結果２０は、図４に示す診断データ生成結果１８と大きく異なったものになっている。ただし、高速フーリエ変換手段１３が行う高速フーリエ変換処理結果１６は、図５においても図４の場合と同じである。

この異常診断方法では、図５に示す重み付けテーブル１９に基づく重み付け設定処理によって、異常診断のターゲット信号を含む診断帯域（２〜４ｋＨｚと５〜７ｋＨｚ）に正の重み付けがなされ、それ以外の振動周波数帯域に負の重み付けがなされる。つまり、重み付け設定部１４は、低速回転軸受が発生する振動周波数を含む診断帯域には３倍の重み付けを設定するものの、エスカレータの機械振動や外来振動の周波数が含まれる不要帯域（診断帯域以外の帯域）には−１倍の重み付けを設定する。このような重み付け設定処理を行うと、図５に示す診断データ生成結果２０において、異常診断のターゲット信号が著しく際立った振動信号レベルを示すようになるため、ターミナルギヤ軸受５の異常の有無を一層的確に診断することができる。

なお、図５に示す診断データ生成結果２０から、負の重み付けをした振動周波数帯域に対する評価も可能であり、例えば建家設備の振動状況を把握することができる。

以上説明した本実施形態例における重み付けの値は、診断対象固有の特徴を判断することが可能である特定の領域ごとに決定することで、低速回転する軸上であっても目的に応じて正確な判断を行うことが可能となる。なお、具体的な数値については、上記実施形態例に限定されるものではなく、評価する対象に応じて判断を行うのに適した数値を設定するのが良い。また、フィルタを使用して信号を排除してしまうものと異なり、信号を残したまま判断材料とする特定領域の周波数帯の信号に倍数を掛ける方法によって評価を行いやすくしながら、評価目的とするものとは異なる異常や変化なども発見することなども可能となる。特に、負の重み付けをした場合、目的とする評価を行いやすくしながら、その他の特性や傾向なども検討することがより容易に行うことができる。

１ 駆動モータ
３ ドライビングチェーン
４ ターミナルギヤ
５ ターミナルギヤ軸受（低速回転軸受）
６ 踏段
７ 踏段チェーン
８ ハンドレール
１０ ハンドレール駆動チェーン
１１振動加速度センサ
１２ 増幅器
１３ 高速フーリエ変換手段
１４ 重み付け設定部
１５ 診断データ生成部
１６ 高速フーリエ変換処理結果
１７，Ｓ１９ 重み付けテーブル
１８，Ｓ２０ 診断データ生成結果

Claims (2)

1. 昇降機の低速回転軸受が回転時に発生する機械的振動を振動加速度センサにて測定し、この振動加速度センサの測定データに基づいて前記軸受の異常の有無を判定する異常診断方法において、
   診断対象の低速回転軸受が正常時および異常時に発生する特有の振動周波数の帯域を予め把握しておくと共に、前記振動加速度センサから出力される測定データを高速フーリエ変換処理した結果に対して、振動周波数帯域に応じた重み付け設定処理を行い、この重み付け設定処理で、前記特有の振動周波数の帯域の重み付けの度合いを最も高めておくことを特徴とする昇降機の低速回転軸受の異常診断方法。
2. 請求項１の記載において、前記重み付け設定処理では前記特有の振動周波数の帯域に正の重み付けがなされ、且つ、それ以外の振動周波数帯域に負の重み付けがなされることを特徴とする昇降機の低速回転軸受の異常診断方法。