JP3487741B2 - 作業機械の異常／故障診断・予知装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械の異常／
故障診断・予知装置及び方法に関し、特に、油圧ショベ
ルやブルドーザなどの建設機械の異常や故障を予知する
のに用いて好適な、異常／故障診断・予知装置及び方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は一般的な作業機械としての油圧
ショベルの一例を示す模式図で、この図１０に示すよう
に、通常、油圧ショベルは、無限軌条部５００Ａを有す
る下部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６０
０付きの上部旋回体１００をそなえており、さらにこの
上部旋回体１００に、ブーム２００，スティック３０
０，バケット４００からなる関節式アーム機構を装備し
た構成となっている。

【０００３】そして、この油圧ショベルには、ブーム２
００のための油圧シリンダ１２０，スティック３００の
ための油圧シリンダ１２１，バケット４００のための油
圧シリンダ１２２が装備されるとともに、少なくとも、
これらの各油圧シリンダ１２０〜１２２のための油圧回
路（図示略）が設けられており、この油圧回路内の油圧
ポンプの吐出量や油圧シリンダ１２０〜１２２用の制御
弁をオペレータの操作（キャビン６００内の操作レバー
の操作）に応じて電子制御して油圧シリンダ１２０〜１
２２への作動油の供給量（油圧）を適宜変更することに
より、油圧シリンダ１２０〜１２２の伸縮変位量が変化
してブーム２００，スティック３００，バケット４００
がそれぞれ駆動されるようになっている。

【０００４】ところで、このような建設機械は、通常、
建設現場や災害復旧現場などをはじめ、非常に過酷な状
況で使用されることが多いため、その異常や故障に対し
て適切な処置が行なわれる必要がある。そこで、従来
は、上記の油圧ポンプや制御弁，シリンダ１２０〜１２
２などの動作部分（動的要素）にセンサを取り付け、そ
のセンサで得られた電気的な信号（以下、センサ信号と
いう）が予め求めておいた適正値になっているかどうか
を比較・判定することによって、建設機械の異常や故障
の診断を行なうようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
故障診断手法では、建設機械（作業機械）の動的要素の
現状での異常や故障は診断できても、あとどのくらいの
期間で動的要素に異常や故障が生じるであろうという異
常／故障予知を行なうことはほぼ不可能であり、作業機
械の異常や故障の発生を未然に防ぐことは極めて困難で
ある。

【０００６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、建設機械などの作業機械（特に、作業機械の
動的要素）の異常や故障を診断・予知できるようにする
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の作業機械の異常／故障診断・予知装置は、操
作レバー付きの作業機械の動的要素についての異常／故
障診断・予知装置であって、前記動的要素の特性に応じ
た入出力応答データを検出すべく、該操作レバーの操作
に応じて前記の動的要素への入力信号としての制御信号
がステップ的に変化する場合に、当該動的要素からの出
力信号の該制御信号に対する過渡応答データを動的要素
に対する入出力応答データとして検出し、該操作レバー
が中立位置にあり該動的要素への入力信号としての制御
信号の変化量が所定の変化量以下の場合に、該操作レバ
ーが中立位置にある前記の動的要素の非動作時にその動
的要素に試験信号を入力したときの動的要素の動特性デ
ータを前記動的要素に対する入出力応答データとして検
出する検出手段と、この検出手段で得られた過渡応答デ
ータが予め求めておいた適正範囲内にあるかどうかを判
定する判定手段、及び、この判定手段で、上記入出力応
答データが上記適正範囲内にないと判定されると、前記
動的要素が異常もしくは故障であると診断する異常／故
障診断手段をそなえた異常／故障診断装置と、上記の検
出手段で得られた動特性データと予め求めておいた経年
変化特性データとを比較する比較手段、及び、この比較
手段での比較結果に応じて、上記動的要素が異常もしく
は故障に至るまでの時間を推定して、この時間に基づい
て、上記動的要素についての異常／故障予知を行なう異
常／故障予知手段をそなえた異常／故障予知装置とをそ
なえて構成されたことを特徴としている。

【０００８】 また、請求項２記載の本発明の作業機械
の異常／故障診断・予知方法は、操作レバー付きの作業
機械の動的要素についての異常／故障診断・予知方法で
あって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データを
検出すべく、該操作レバーの操作に応じて前記動的要素
への入力信号としての制御信号がステップ的に変化する
場合に、当該動的要素からの出力信号の該制御信号に対
する過渡応答データを前記動的要素に対する入出力応答
データとして検出し、該操作レバーが中立位置にあり該
動的要素への入力信号としての制御信号の変化量が所定
の変化量以下の場合に、該操作レバーが中立位置にある
前記の動的要素の非動作時にその動的要素に試験信号を
入力して動的要素の動特性データを該動的要素に対する
入出力応答データとして検出する検出ステップと、この
検出ステップで得られた過渡応答データが予め求めてお
いた適正範囲内にあるかどうかを判定する判定し、上記
入出力応答データが上記適正範囲内にないと判定される
と、前記動的要素が異常もしくは故障であると診断する
異常／故障診断ステップと、上記の検出ステップで得ら
れた動特性データと予め求めておいた経年変化特性デー
タとを比較し、その比較結果に応じて、上記動的要素が
異常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、この時
間に基づいて、上記動的要素についての異常／故障予知
を行なう異常／故障予知ステップとをそなえて構成され
たことを特徴としている。

【０００９】 さらに、請求項３記載の本発明の作業機
械の異常／故障診断・予知方法は、操作レバー付きの作
業機械の動的要素についての異常／故障診断・予知方法
であって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データ
を検出すべく、該操作レバーに応じて前記の動的要素へ
の入力信号としての制御信号がステップ的に変化する場
合に、当該動的要素からの出力信号の該制御信号に対す
る過渡応答データを前記動的要素に対する入出力応答デ
ータとして検出し、該操作レバーが中立位置にあり前記
の動的要素が非動作状態にあることを条件として、所要
の時間間隔で、上記動的要素に試験信号を入力してその
動的要素の動特性データを該動的要素に対する入出力応
答データとして検出する検出ステップと、この検出ステ
ップで得られた動特性データを記憶する記憶ステップ
と、上記の検出ステップで得られた過渡応答データが予
め求めておいた適正範囲内にあるかどうかを判定し、過
渡応答データが適正範囲内にないと判定されると、前記
動的要素が異常もしくは故障であると診断する異常／故
障診断ステップと、上記の記憶ステップで記憶されてい
る上記動特性データと予め求めておいた経年変化特性デ
ータとを比較する比較し、その比較結果に応じて、上記
動的要素が異常もしくは故障に至るまでの時間を推定し
て、この時間に基づいて、上記動的要素についての異常
／故障予知を行なう異常／故障予知ステップとをそなえ
て構成されたことを特徴としている。

【００１０】また、請求項４記載の本発明の作業機械の
異常／故障診断・予知方法は、請求項２又は請求項３に
記載の方法において、上記の検出ステップが、上記動的
要素の非動作時において、試験信号としてホワイトノイ
ズを該動的要素に入力し、その時の周波数応答データを
上記の動特性データとして検出するように構成され、上
記の異常／故障予知ステップが、この検出ステップで得
られた周波数応答データと上記の経年変化特性データと
を比較するとともに、その比較結果に応じて、上記動的
要素が異常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、
この時間に基づいて、上記の動的要素についての異常／
故障予知を行なうように構成されたことを特徴としてい
る。

【００１１】 さらに、請求項５記載の本発明の作業機
械の異常／故障診断・予知方法は、請求項２又は請求項
３に記載の方法において、上記の検出ステップが、上記
動的要素の非動作時において、試験信号として、インパ
ルス信号を該動的要素に入力しその時のインパルス応答
データを上記動特性データとして検出するように構成さ
れ、上記の異常／故障予知ステップが、この検出ステッ
プで得られたインパルス応答データと上記の経年変化特
性データとを比較するとともに、その比較結果に応じ
て、上記動的要素が異常もしくは故障に至るまでの時間
を推定して、この時間に基づいて、上記の動的要素につ
いての異常／故障予知を行なうように構成されたことを
特徴としている。また、請求項６記載の本発明の作業機
械の異常／故障診断・予知装置は、機械本体に一端部を
枢着され他端側に作業部材を有するとともに、関節部を
介して相互に接続された一対のアーム部材を有する関節
式アーム機構と、伸縮動作を行なうことにより該アーム
機構を駆動する複数の油圧シリンダと、該機械本体に設
けられた操作レバーと、該操作レバーの操作情報に基づ
いて該油圧シリンダの該伸縮動作を作動油の流量制御に
より制御するための油圧回路とをそなえた、作業機械と
しての油圧式建設機械の動的要素についての異常／故障
診断装置であって、該動的要素の特性に応じた入出力応
答データを検出すべく、該操作レバーの操作に応じて該
動的要素への入力信号としての制御信号がステップ的に
変化する場合に、当該動的要素からの出力信号の該制御
信号に対する過渡応答データを該動的要素に対する入出
力応答データとして検出し、該操作レバーが中立位置に
あり該動的要素への入力信号としての制御信号の変化量
が所定の変化量以下の場合に、該操作レバーが中立位置
にある該動的要素の非動作時に該動的要素に試験信号を
入力したときの該動的要素の動特性データを該入出力応
答データとして検出する検出手段と、該検出手段で得ら
れた該過渡応答データが予め求めておいた適正範囲内に
あるかどうかを判定する判定手段、及び、該判定手段
で、該過渡応答データが該適正範囲内にないと判定され
ると、該動的要素が異常もしくは故障であると診断する
異常／故障診断手段をそなえた異常／故障診断装置と、
該検出手段で得られた該動特性データと予め求めておい
た経年変化特性データとを比較する比較手段、及び、該
比較手段での比較結果に応じて、該動的要素が異常もし
くは故障に至るまでの時間を推定して、この時間に基づ
いて、該動的要素についての異常／故障予知を行なう異
常／故障予知手段をそなえた異常／故障予知装置とをそ
なえて構成されたことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
にかかる作業機械としての油圧ショベルを模式的に示す
図で、この図１に示すように、本実施形態にかかる油圧
ショベルは、進行方向に対して左右に無限軌条部５００
Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付
き上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転
自在に設けられた構成となっている。

【００１３】そして、この上部旋回体１００に対して、
一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２０
０が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節
部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部
材）３００が設けられている。さらに、スティック３０
０に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続さ
れ、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケッ
ト（作業部材）４００がが設けられている。なお、図１
において符号１１２で示すものはバケット４００の歯先
である。

【００１４】また、この図１に示すように、本油圧ショ
ベルには、上記のブーム２００，スティック３００，バ
ケット４００に対して、ブーム油圧シリンダ１２０，ス
ティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１
２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリン
ダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、ス
ティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２
１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット
油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単に
シリンダ１２２ということがある）が設けられている。

【００１５】ここで、ブームシリンダ１２０は、上部旋
回体１００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、ブーム２００に対して他の一端が回動可能に接続さ
れ、即ち上部旋回体１００とブーム２００との間に介装
されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２
００を上部旋回体１００に対して回動させることができ
るものである。

【００１６】また、スティックシリンダ１２１は、ブー
ム２００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、スティック３００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちブーム２００とスティック３００との間に
介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ステ
ィック３００をブーム２００に対して回動させることが
できるものである。

【００１７】さらに、バケットシリンダ１２２は、ステ
ィック３００に対して一端が回動可能に接続されるとと
もに、バケット４００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちスティック３００とバケット４００との間
に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バ
ケット４００をスティック３００に対して回動させるこ
とができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１
２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられてい
る。

【００１８】また、図示しないが、左右の無限軌条部５
００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１
００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。そし
て、図１，図２にそれぞれ示すように、上述の油圧ショ
ベルには、少なくとも、シリンダ１２０〜１２２や上記
の旋回モータ１２３のための油圧回路２が設けられてお
り、さらに、この油圧回路２には、図２に示すように、
作動油タンク１１，エンジン（ディーゼルエンジン）Ｅ
によって駆動される油圧ポンプ１２，コントロールバル
ブ（３方切り替え弁）１３Ａ〜１３Ｄ等が介装されてい
る。

【００１９】ここで、作動油タンク１１は、作動油を貯
溜するものであり、油圧ポンプ１２は、この作動油タン
ク１１内の作動油を所定の圧油として吐出供給するもの
で、ここでは、ピストン型可変容量ポンプとして構成さ
れており、ポンプ１２内に設けられたピストン（図示
略）のストローク量を変更することで作動油の流量制御
が可能になっている。即ち、上記ピストンの一端を斜板
（クリーププレート：図示略）に当接するように構成
し、この斜板の傾き（傾転角）を傾転角制御装置１２ａ
により変更することでピストンのストローク量を変更し
てポンプ１２の吐出量を変更するようになっている。

【００２０】また、コントロールバルブ１３Ａ〜１３Ｄ
は、シリンダ１２０〜１２２，旋回モータ１２３への作
動油の供給方向を切り替えてシリンダ１２０〜１２２の
伸縮、旋回モータ１２３の回転方向を制御するためのも
ので、ここでは、それぞれ中立位置から図２中に示す矢
印Ｂ方向に切り替えられると、シリンダ１２０〜１２２
については、内室１２４に作動油が供給されるとともに
内室１２５から作動油が抜かれてシリンダ１２０が伸び
る一方、矢印Ａ方向に切り替えられると、内室１２５に
作動油が供給されるとともに内室１２４から作動油が抜
かれてシリンダ１２０が縮むようになっており、旋回モ
ータ１２３については、矢印Ａ，Ｂ方向の切り替えに応
じてその回転方向が逆転するようになっている。

【００２１】なお、これらの各コントロールバルブ１３
Ａ〜１３Ｄの切り替え制御は、いずれも、上部旋回体１
００内に設けられたコントローラ１によって行なわれる
が、このコントローラ１では、オペレータが運転操作室
６００内のブーム／バケット操作レバー６，スティック
／旋回操作レバー８を操作することにより得られる操作
情報に基づいてコントロールバルブ１３Ａ〜１３Ｄのた
めの切り替え制御信号を生成して、各コントロールバル
ブ１３Ａ〜１３Ｄにそれぞれ切り替え制御信号を供給す
るようになっている。

【００２２】さらに、図２に示すように、この油圧回路
２には、作動油タンク１１へのリターンライン１５Ａと
連通可能なリリーフバルブ１４が油圧ポンプ１２の吐出
口側に設けられており、油圧ポンプ１２の吐出圧が所定
圧力よりも高くなると、このリリーフバルブ２０が開い
てポンプ１２により加圧された作動油がタンク１１に戻
されるようになっている。

【００２３】そして、上記のコントローラ１は、本実施
形態では、上記油圧ショベル（作業機械）の異常／故障
診断装置と異常／故障予知装置としての機能を有してお
り、このために、例えば図３に示すように、試験信号出
力部２１，メモリ２２，検出部２３，判定部２４，異常
／故障診断部２５，比較部２６及び異常／故障予知部２
７を有して構成されている。なお、この図３において、
符号２８で示すものはモニタやプリンタなどの外部装置
で、異常／故障診断部２５での診断結果や異常／故障予
知部２７での予知結果を表示もしくはプリントアウトで
きるようになっている。

【００２４】ここで、上記の試験信号出力部２１は、後
述するインパルス信号やホワイトノイズなどの試験信号
を油圧ショベルの動的要素（油圧ポンプ１２やコントロ
ールバルブ１３Ａ〜１３Ｄなど）に出力するものであ
る。ただし、この試験信号は、システム（油圧ショベ
ル）の性能に影響を与えない程度の大きさ，時間で出力
される（例えば、上記の操作レバー６，８が中立位置に
あり上記の動的要素が動作していないときなど）。

【００２５】また、メモリ２２は、適正範囲データとし
て予め求めておいた上記動的要素の正常動作時の入出力
応答データ（遅れ時間応答データ：出力信号が目標値の
６３．２％に達するまでの時間応答データ，振幅減衰応
答データ：出力信号に対するオーバシュート量／アンダ
ーシュート量）や経年変化特性データ，後述する異常／
故障予知処理時に検出された経年変化特性データなどを
記憶しておくものであり、検出部２３は、上記動的要素
に対する入出力応答データを検出するもので、本実施形
態では、下記項目（１），（２）に示すように、診断対
象の動的要素の特性に応じたデータを検出するようにな
っている。

【００２６】（１）動的要素への入力信号（制御信号）
がステップ的に変化する場合は、その動的要素からの出
力信号の入力信号に対する遅れ時間応答データや前記出
力信号の振幅減衰応答データなどの過渡応答データを、
上記の入出力応答データとして検出する。 （２）動的要素への入力信号の変化がなだらかもしくは
一定（変化量が所定の変化量以下）な場合は、上記の操
作レバー６，８が中立位置にあり動的要素の非動作時に
その動的要素に試験信号出力部２１から試験信号（イン
パルス信号もしくはホワイトノイズ）を入力したときの
インパルス応答データもしくは周波数応答データなどの
動特性データを、上記の入出力応答データとして検出す
る。

【００２７】ただし、この項目（２）に示すように操作
レバー６，８が中立位置にあり動的要素の非動作状態で
あるときには、本実施形態では、所要の時間間隔で、試
験信号出力部２１から上記動的要素に試験信号を入力す
ることにより、その動的要素の動特性データを時間的に
複数分検出するようになっている。なお、このようにし
て得られた動特性データはメモリ２２に一時的に記憶さ
れる。

【００２８】さらに、上記の判定部２４は、この検出部
２３で得られた入出力応答データ〔過渡応答データ（遅
れ時間応答データ，振幅減衰応答データ），インパルス
応答データもしくは周波数応答データ〕とメモリ２２内
の対応する適正範囲データとを比較して、上記入出力応
答データが予め求めておいた適正範囲内にあるかどうか
を判定するものであり、異常／故障診断部２５は、この
判定部２４で、上記の入出力応答データが適正範囲内に
ないと判定されると、診断対象の上記動的要素が異常も
しくは故障であると診断するものである。

【００２９】また、比較部２６は、上述の検出部２３で
得られた動特性データ（インパルス応答データもしくは
周波数応答データ）とメモリ２２内の対応する適正範囲
データ（予め求めておいた経年変化特性データ）とを比
較するものであり、異常／故障予知部２７は、この比較
部２６での比較結果に応じて、診断対象の動的要素が異
常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、この時間
に基づいて、上記動的要素についての異常／故障予知を
行なうものである。

【００３０】以下、上述のごとく構成された本実施形態
におけるコントローラ１の動作について詳述する。 （ａ）異常／故障診断 まず、ここでは、コントローラ１による油圧ショベル
（動的要素）の異常／故障診断について説明する。

【００３１】（ａ１）動的要素へステップ的に変化する
信号が入力される場合の異常／故障診断 図４に示すように、コントローラ１は、油圧ポンプ１２
やコントロールバルブ１３Ａ〜１３Ｄなどの動的要素
に、操作レバー６，８の操作に応じて、例えば図５に示
すようなステップ信号３１を入力して（ステップＡ
１）、入力したステップ信号３１に対するステップ応答
データ（遅れ時間応答データ，振幅減衰応答データ）を
検出部２３において検出する（ステップＡ２）。

【００３２】すると、コントローラ１では、判定部２４
がメモリ２２から適正範囲の判断基準となるステップ応
答データを読み出し（ステップＡ３）、検出部２３で検
出された上記のステップ応答データがメモリ２２内の予
め求めておいた適正範囲内にあるかどうかを判定する
（ステップＡ４）。例えば、図５に示すような油圧ポン
プ１２の基準ステップ応答特性３２に基づき、出力信号
の遅れ時間は最大で０．５秒、出力信号に対するオーバ
シュート量／アンダーシュート量は５％以内というデー
タがメモリ２２記憶されているとすると、判定部２４
は、図５中に破線で示すようなステップ応答特性３３に
ついては出力信号の遅れ時間が０．７秒であるために適
正範囲外であると判定し、図５中に一点鎖線で示すよう
なステップ応答特性３４についてはオーバシュート量が
５％以上であるために適正範囲外であると判定する。

【００３３】そして、このように、判定部２４において
検出部２３で検出されたデータが適正範囲外であると判
定されると、異常／故障診断部２５が、上記の動的要素
（油圧ポンプ１２やコントロールバルブ１３Ａ〜１３Ｄ
など）に異常もしくは故障が発生していると診断し（ス
テップＡ４のＮＯルートからステップＡ５）、その診断
結果を外部装置２８へ出力する（ステップＡ７）。

【００３４】なお、判定部２４において検出部２３で検
出されたデータが適正範囲内であると判定された場合、
異常／故障診断部２５は、上記の動的要素が正常である
と診断し（ステップＡ４のＹＥＳルートからステップＡ
６）、その旨を外部装置２８へ出力する（ステップＡ
７）。 （ａ２）動的要素への入力信号の変化がなだらかもしく
は一定の場合異常／故障診断 図６に示すように、まず、コントローラ１は、例えば、
操作レバー６，８が中立位置にあるときに、試験信号出
力部２１から油圧ポンプ１２へインパルス信号もしくは
ホワイトノイズなどの試験信号を入力する（ステップＢ
１）。そして、コントローラ１は、入力した試験信号に
対する応答（インパルス応答データや周波数応答データ
などの動特性データ）を検出部２３において検出する
（ステップＢ２）。

【００３５】すると、コントローラ１では、判定部２４
がメモリ２２から適正範囲の判断基準となる動特性デー
タを読み出し（ステップＢ３）、検出部２３で検出され
た上記の動特性データがメモリ２２内の予め求めておい
た適正範囲内にあるかどうかを判定する（ステップＢ
４）。例えば、上記試験信号としてホワイトノイズを油
圧ポンプ１２に入力し、図７に示すようなＢＯＤＥ線図
における基準動特性３５に基づき、ピークゲインもしく
は出力信号の位相が９０度のときの周波数は約１．５〜
２．５Ｈｚの範囲内というデータが適正範囲データとし
てメモリ２２に記憶されているものとすると、判定部２
４は、図７中に破線で示すような動特性３６については
ピークゲイン（位相９０度）時の周波数が約１．６Ｈｚ
であるので適正範囲内であると判定し、図７中に一点鎖
線で示すような動特性３７についてはピークゲイン（位
相９０度）時の周波数が１．５Ｈｚよりも小さいので適
正範囲外であると判定する。

【００３６】そして、判定部２４において検出部２３で
検出されたデータが適正範囲外であると判定された場合
は、異常／故障診断部２５が、油圧ポンプ１２に異常も
しくは故障が発生していると診断し（ステップＢ４のＮ
ＯルートからステップＢ５）、その診断結果を外部装置
２８へ出力する（ステップＢ７）。一方、判定部２４に
おいて検出部２３で検出されたデータが適正範囲内であ
ると判定された場合、異常／故障診断部２５は、油圧ポ
ンプ１２が正常に動作していると診断し（ステップＢ４
のＹＥＳルートからステップＢ６）、その旨を外部装置
２８へ出力する（ステップＢ７）。

【００３７】以上のように本実施形態のコントローラ
（作業機械の異常／故障診断装置）１によれば、油圧シ
ョベルの油圧ポンプ１２やコントロールバルブ１３Ａ〜
１３Ｄなどの動的要素に対する入出力応答データを検出
して、その入出力応答データが予め求めておいた適正範
囲内にないと、上記の動的要素が異常もしくは故障であ
ると診断するので、従来のように動的要素の動作変位の
大小や動的要素の稼働条件によって適正範囲を変更する
必要がなく、常に正確に、油圧ショベルの異常や故障を
認識してその異常や故障に対して適切な処置を施すこと
ができる。

【００３８】（ｂ）異常／故障予知 次に、以下では、コントローラ１による油圧ショベル
（動的要素）の異常／故障予知について、図８に示すフ
ローチャート（ステップＣ１〜Ｃ７）を参照しながら説
明する。図８に示すように、まず、コントローラ１は、
操作レバー６，８が中立位置にあり動的要素の非動作状
態であるときに、試験信号出力部２１から例えば油圧ポ
ンプ１２にホワイトノイズを試験信号として入力し（ス
テップＣ１）、検出部２３により油圧ポンプ１２の動特
性データ（例えば、周波数応答データ：１次共振点の周
波数）を検出する（ステップＣ２）。

【００３９】なお、このとき、コントローラ１は、上述
のように動的要素が非動作状態にあることを条件とし
て、所要の時間間隔（例えば、１時間おき）で、油圧ポ
ンプ１２に上記の試験信号を入力して、油圧ポンプの周
波数応答データを複数分検出し得られたデータをメモリ
２２に記憶しておく（ステップＣ３）。そして、コント
ローラ１は、比較部２６により、メモリ２２から予め求
めておいた経年変化特性データを読み出して（ステップ
Ｃ４）、この経年変化特性データと上述のごとく複数分
検出された周波数応答データがなす経年変化特性とを比
較部２６により比較し（ステップＣ５）、その比較結果
に応じて、異常／故障予知部２７により、油圧ポンプ１
２が異常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、こ
の時間に基づいて、油圧ポンプ１２についての異常／故
障予知を行なう（ステップＣ６）。

【００４０】例えば、予め求めておいた正常な油圧ポン
プ１２の基準経年変化特性が図９中に実線（符号３８参
照）で示すようになっており、周波数１．５〜２．５Ｈ
ｚが油圧ポンプ１２の周波数応答の適正範囲であったと
する。この場合、比較部２６は、この図９に示す経年変
化特性３８（例えば、或る時間における特性３８の傾
き）と、検出部２３により検出された複数分の周波数応
答データを結んだときの傾きとを比較する。

【００４１】そして、この比較の結果、例えば図９中に
破線（符号３９参照）で示すように、検出部２３により
検出された複数分の周波数応答データを結んだときの傾
きの方が経年変化特性３８の傾きよりも異常に大きい場
合、異常／故障予知部２７は、油圧ポンプ１２の周波数
応答が上記の適正範囲を外れるまでの時間が非常に短い
と判断して、正常な油圧ポンプ１２よりも早い時期に異
常や故障が生じるであろうと油圧ポンプ１２の異常／故
障を予知する。

【００４２】なお、図８に示すように、この異常／故障
予知結果（例えば、油圧ポンプ１２が異常／故障に至る
までの時間など）は、外部装置２８へ出力される（ステ
ップＣ７）。以上のように、本実施形態のコントローラ
（作業機械の異常／故障予知装置）１によれば、油圧ポ
ンプ１２の周波数特性３９を検出し、得られた周波数特
性３９と予め求めておいた基準経年変化特性３８とを比
較し、その比較結果に応じて、油圧ポンプ１２が異常も
しくは故障に至るまでの時間を推定して、この時間に基
づいて、油圧ポンプ１２についての異常／故障予知を行
なうので、油圧ポンプ１２があとどのくらいもつかを極
めて容易に認識することができる。

【００４３】従って、油圧ポンプ１２に異常や故障が発
生することを未然に防ぐことが可能になり、油圧ショベ
ルの使用効率を大幅に向上させることができる。また、
油圧ポンプ１２に対する無駄な交換や修理などを大幅に
削減することができ、油圧ポンプ１２自体の使用効率を
大幅に向上させることもできる。なお、上述した異常／
故障予知処理では、試験信号としてホワイトノイズを油
圧ポンプ１２に入力しその時の周波数応答特性を動特性
データとして検出しているが、インパルス信号を入力し
その時のインパルス応答データを動特性データとして検
出するようにしてもよい。この場合、比較部２６は、得
られたインパルス応答データと予め求めておいた経年変
化特性データとを比較するようになる。

【００４４】また、上述した異常／故障予知処理では、
試験信号を入力する動的要素として油圧ポンプ１２を例
にしたが、少なくとも、操作レバー６，８が中立位置に
あり油圧ショベルの動的要素が非動作状態であれば、他
の動的要素についても同様に異常／故障予知を行なうこ
とが可能であり、上記と同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００４５】さらに、上述した実施形態では、本発明を
油圧ショベルに適用した場合について説明しているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、トラクタ，ロ
ーダ，ブルドーザ等の建設機械をはじめ、少なくとも動
的要素を有する作業機械であれば同様に適用され、いず
れの場合においても上述と同様の作用効果を得ることが
できる。

【００４６】そして、本発明は上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
作業機械の動的要素に対する入出力応答データを検出し
て、その入出力応答データが予め求めておいた適正範囲
内にないと、上記の動的要素が異常もしくは故障である
と診断するとともに、動的要素の動特性データを検出
し、得られた動特性データと予め求めておいた経年変化
特性データとを比較し、その比較結果に応じて、動的要
素が異常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、こ
の時間に基づいて、その動的要素についての異常／故障
予知を行なうので、動的要素があとどのくらいもつかを
極めて容易に認識することができる。 従って、従来のよ
うに動的要素の動作変位の大小や動的要素の稼働条件に
よって適正範囲を変更する必要がなく、常に正確に、作
業機械の異常や故障を認識してその異常や故障に対して
適切な処置を施すことができるとともに、動的要素に異
常や故障が発生することを未然に防ぐことが可能にな
り、作業機械の使用効率を大幅に向上させることができ
る。また、動的要素に対する無駄な交換や修理などを大
幅に削減することができ、動的要素自体の使用効率を大
幅に向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる作業機械としての
油圧ショベルを模式的に示す図である。

【図２】本実施形態の油圧ショベルにおける油圧回路の
要部の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラの要部の構成を示すブロック図である。

【図４】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障診断）の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図５】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障診断）の動作を説明するためのステップ
応答特性の一例を示す図である。

【図６】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障診断）の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図７】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障診断）の動作を説明するための周波数応
答特性の一例を示すＢＯＤＥ線図である。

【図８】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障予知）の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図９】本実施形態の油圧ショベルにおけるコントロー
ラ（異常／故障予知）の動作を説明するための周波数応
答特性の一例を示す図である。

【図１０】一般的な作業機械としての油圧ショベルの一
例を示す模式図である。

【符号の説明】

１ コントローラ（異常／故障診断装置，異常／故障予
知装置） ２ 油圧回路 ６ ブーム／バケット操作レバー ８ スティック／旋回操作レバー １０ モニタ １０Ａ モニタパネル １１ 作動油タンク １２ 油圧ポンプ １２ａ 傾転角制御装置 １３Ａ〜１３Ｄ コントロールバルブ（３方切り替え
弁） １４ リリーフバルブ １５Ａ リターンライン ２１ 試験信号出力部 ２２ メモリ ２３ 検出部 ２４ 判定部 ２５ 異常／故障診断部 ２６ 比較部 ２７ 異常／故障予知部 ２８ 外部装置 ３２ 基準ステップ応答特性 ３３，３４ ステップ応答特性 ３５ 基準動特性 ３６，３７ 動特性 ３８ 基準経年変化特性 ３９ 経年変化特性 １００ 上部旋回体（建設機械本体） １１２ 歯先 １２０ ブーム油圧シリンダ １２１ スティック油圧シリンダ １２２ バケット油圧シリンダ １２３ 旋回モータ １２４，１２５ 内室 １３０ リンク機構 ２００ ブーム ３００ スティック ４００ バケット ５００ 下部走行体 ５００Ａ 無限軌条部 ６００ 運転操作室 Ｅ エンジン（ディーゼルエンジン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−281736（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−282718（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−291115（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−225266（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−152429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32104（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−325614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 23/00 - 23/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作レバー付きの作業機械の動的要素に
   ついての異常／故障診断・予知装置であって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データを検出すべ
   く、該操作レバーの操作に応じて 該動的要素への入力信
   号としての制御信号がステップ的に変化する場合に、当
   該動的要素からの出力信号の該制御信号に対する過渡応
   答データを該動的要素に対する入出力応答データとして
   検出し、該操作レバーが中立位置にあり該動的要素への
   入力信号としての制御信号の変化量が所定の変化量以下
   の場合は、該操作レバーが中立位置にある該動的要素の
   非動作時に該動的要素に試験信号を入力したときの該動
   的要素の動特性データを該動的要素に対する入出力応答
   データとして検出する検出手段と、 該検出手段で得られた該過渡応答データが予め求めてお
   いた適正範囲内にあるかどうかを判定する判定手段、及
   び、該判定手段で、該入出力応答データが該適正範囲内
   にないと判定されると、該動的要素が異常もしくは故障
   であると診断する異常／故障診断手段をそなえた異常／
   故障診断装置と、 該検出手段で得られた該動特性データと予め求めておい
   た経年変化特性データとを比較する比較手段、及び、該
   比較手段での比較結果に応じて、該動的要素が異常もし
   くは故障に至るまでの時間を推定して、この時間に基づ
   いて、該動的要素についての異常／故障予知を行なう異
   常／故障予知手段をそなえた異常／故障予知装置とをそ
   なえて構成されたことを特徴とする、作業機械の異常／
   故障診断・予知装置。
2. 【請求項２】 操作レバー付きの作業機械の動的要素に
   ついての異常／故障診断・予知方法であって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データを検出すべ
   く、該操作レバーの操作に応じて 該動的要素への入力信
   号としての制御信号がステップ的に変化する場合に、当
   該動的要素からの出力信号の該制御信号に対する過渡応
   答データを該動的要素に対する入出力応答データとして
   検出し、該操作レバーが中立位置にあり該動的要素への
   入力信号としての制御信号の変化量が所定の変化量以下
   の場合は、該操作レバーが中立位置にある該動的要素の
   非動作時に該動的要素に試験信号を入力したときの該動
   的要素の動特性データを該動的要素に対する入出力応答
   データとして検出する検出ステップと、 該検出ステップで得られた該過渡応答データが予め求め
   ておいた適正範囲内にあるかどうかを判定し、該入出力
   応答データが該適正範囲内にないと判定されると、該動
   的要素が異常もしくは故障であると診断する異常／故障
   診断ステップと、 該検出ステップで得られた該動特性データと予め求めて
   おいた経年変化特性データとを比較し、その比較結果に
   応じて、該動的要素が異常もしくは故障に至るまでの時
   間を推定して、この時間に基づいて、該動的要素につい
   ての異常／故障予知を行なう異常／故障予知ステップと
   をそなえて構成されたことを特徴とする、作業機械の異
   常／故障診断・予知方法。
3. 【請求項３】 操作レバー付きの作業機械の動的要素に
   ついての異常／故障診断・予知方法であって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データを検出すべ
   く、該操作レバーの操作に応じて 該動的要素への入力信
   号としての制御信号がステップ的に変化する場合に、当
   該動的要素からの出力信号の該制御信号に対する過渡応
   答データを該動的要素に対する入出力応答データとして
   検出し、該操作レバーが中立位置にあり該動的要素が非
   動作状態にあることを条件として、所要の時間間隔で、
   該動的要素に試験信号を入力して、該動的要素の動特性
   データを該動的要素に対する入出力応答データとして検
   出する検出ステップと、 該検出ステップで得られた該動特性データを記憶する記
   憶ステップと、 該検出ステップで得られた該過渡応答データが予め求め
   ておいた適正範囲内にあるかどうかを判定し、該過渡応
   答データが該適正範囲内にないと判定されると、該動的
   要素が異常もしくは故障であると診断する異常／故障診
   断ステップと、 該記憶ステップで記憶されている該動特性データと予め
   求めておいた経年変化特性データとを比較し、その比較
   結果に応じて、該動的要素が異常もしくは故障に至るま
   での時間を推定して、この時間に基づいて、該動的要素
   についての異常／故障予知を行なう異常／故障予知ステ
   ップとをそなえて構成されたことを特徴とする、作業機
   械の異常／故障診断・予知方法。
4. 【請求項４】 該検出ステップは、該動的要素の非動作
   時において、該試験信号として、ホワイトノイズを該動
   的要素に入力し、その時の周波数応答データを該動特性
   データとして検出するように構成され、 該異常／故障予知ステップは、該検出ステップで得られ
   た該周波数応答データと該経年変化特性データとを比較
   するとともに、その比較結果に応じて、該動的要素が異
   常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、この時間
   に基づいて、該動的要素についての異常／故障予知を行
   なうように構成されたことを特徴とする、請求項２又は
   請求項３に記載の作業機械の異常／故障診断・予知方
   法。
5. 【請求項５】 該検出ステップは、該動的要素の非動作
   時において、該試験信号として、インパルス信号を該動
   的要素に入力し、その時のインパルス応答データを該動
   特性データとして検出するように構成され、 該異常／故障予知ステップは、該検出ステップで得られ
   た該インパルス応答データと該経年変化特性データとを
   比較するとともに、その比較結果に応じて、該動的要素
   が異常もしくは故障に至るまでの時間を推定して、この
   時間に基づいて、該動的要素についての異常／故障予知
   を行なうように構成されたことを特徴とする、請求項２
   又は請求項３に記載の作業機械の異常／故障診断・予知
   方法。
6. 【請求項６】 機械本体に一端部を枢着され他端側に作
   業部材を有するとともに、関節部を介して相互に接続さ
   れた一対のアーム部材を有する関節式アーム機構と、伸
   縮動作を行なうことにより該アーム機構を駆動する複数
   の油圧シリンダと、該機械本体に設けられた操作レバー
   と、該操作レバーの操作情報に基づいて該油圧シリンダ
   の該伸縮動作を作動油の流量制御により制御するための
   油圧回路とをそなえた、作業機械としての油圧式建設機
   械の動的要素についての異常／故障診断装置であって、該動的要素の特性に応じた入出力応答データを検出すべ
   く、 該操作レバーの操作に応じて該動的要素への入力信
   号としての制御信号がステップ的に変化する場合に、当
   該動的要素からの出力信号の該制御信号に対する過渡応
   答データを該動的要素に対する入出力応答データとして
   検出し、該操作レバーが中立位置にあり該動的要素への
   入力信号としての制御信号の変化量が所定の変化量以下
   の場合に、該操作レバーが中立位置にある該動的要素の
   非動作時に該動的要素に試験信号を入力したときの該動
   的要素の動特性データを該入出力応答データとして検出
   する検出手段と、 該検出手段で得られた該過渡応答データが予め求めてお
   いた適正範囲内にあるかどうかを判定する判定手段、及
   び、該判定手段で、該過渡応答データが該適正範囲内に
   ないと判定されると、該動的要素が異常もしくは故障で
   あると診断する異常／故障診断手段をそなえた異常／故
   障診断装置と、 該検出手段で得られた該動特性データと予め求めておい
   た経年変化特性データとを比較する比較手段、及び、該
   比較手段での比較結果に応じて、該動的要素が異常もし
   くは故障に至るまでの時間を推定して、この時間に基づ
   いて、該動的要素についての異常／故障予知を行なう異
   常／故障予知手段をそなえた異常／故障予知装置とをそ
   なえて構成されたことを特徴とする、作業機械の異常／
   故障診断・予知装置。