JP4088149B2 - Abnormality monitoring method for hydraulic system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧装置を構成する油圧ポンプやサーボバルブのリーク、配管等の油漏れ、バルブスティックやバルブの閉塞といった油圧装置の異常を検出する油圧装置の異常監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平２−１４１６３６号公報
【０００３】
油圧装置は油圧ポンプ、サーボバルブ、アクチュエータ等の油圧機器とこれらを接続する油圧配管から構成されており、油圧ポンプ、サーボバルブ、アクチュエータ等の内部リーク、サーボバルブのバルブスティックや閉塞、油圧配管からの油漏れといった異常が生ずることがある。こうした異常が生ずると油圧装置の機能が低下してついには停止するに到るため、早期に異常を検出して対策することが求められ、この異常検出方法として油圧ポンプに流量計を取り付け、油圧ポンプの流量の変化から検出する方法が考えられた。ところが、油圧ポンプには脈動があり、油圧サーボ系の流量計で検出する流量には変動が大きく、設備の稼働率によって流量が変化することにより適正な流量との比較ができないためこの方法は実用化に到っていない状況である。
【０００４】
これに対し、油圧ポンプに流量計を取り付けることなく異常を検出する方法が特開平２−１４１６３６号公報に示されている。この特開平２−１４１６３６号公報に開示されているのは、油圧ポンプがオンロード状態であるかアンロード状態であるかを検出し、油圧ポンプがオンロード状態である時間及びアンロード状態である時間の少なくとも一方の時間を単位時間毎に累積し、オンロード状態の時間が基準時間を超えた場合若しくはアンロード時間が基準時間に達しない場合に油圧システムに内部リークが発生していると判断するものである。従って、この方法ではリーク箇所の特定や発生原因の推定をすることができないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決し、リーク箇所の特定や発生原因の推定をすることができる油圧装置の異常監視方法を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の油圧装置の異常監視方法は、アクチュエータとサーボバルブとから構成される油圧サーボ系と、該油圧サーボ系に油を供給する複数の油圧ポンプとからなり、油圧サーボ系の作動状態によって前記油圧ポンプをオンロード状態又はアンロード状態に切り替えるアンロードバルブを備える油圧装置の異常を検出する油圧装置の異常監視方法であって、各油圧ポンプがオンロードである時間の比率と各油圧ポンプの流量により油圧サーボ系に供給される油の流量を前記数１の式にてオンロードとアンロードの１サイクル毎に脈動による流量変動の少ない平均的な流量として算出し、算出された流量に基づいて油圧装置の異常を検出することを特徴とするものである。
上記油圧装置の異常監視方法において、算出された油の流量が予め設定された値を超えたことで異常と診断することができ、算出された油の流量の経時的変化のパターンに基づいて異常要因を診断することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図を参照しながら説明する。
図１は油圧装置の一例を示すもので、アクチュエータ１とアクチュエータ１に供給する油を制御するサーボバルブ２及びパイロットサーボバルブ３からなる油圧サーボ系４に油圧ポンプ５の吐出側から油を供給するように配管してある。サーボバルブ２には前段にパイロットサーボバルブ３が設けてあり、サーボアンプ１３からの制御信号はパイロットサーボバルブ３に与えてある。油圧ポンプ５には駆動用の電動機６が設けてあり、油圧ポンプ５の吸入側は油タンク７に配管してある。サーボバルブ２及びパイロットサーボバルブ３からの戻り配管は油タンク７に配管してある。
【０００８】
また、油圧ポンプ５の吐出側にはアキュムレータ８と圧力センサ９が接続してあり、さらに、油圧ポンプ５の吐出側と油タンク７との間にはアンロードバルブ１０が設けてある。アンロードバルブ１０は圧力センサ９の信号により開閉させるようにしてある。圧力センサ９の信号は監視装置１１にも与えてあり、監視装置１１は圧力センサ９の信号から油圧ポンプ５がオンロード、アンロードの何れの状態であるか認識し、油圧サーボ系４に供給されている油の流量を計算するようにしてある。監視装置１１で算出された油の流量データは診断装置１２に送るようにしてあり、診断装置１２は油の流量の変化から油圧装置の異常を判定するようにしてある。また、必要に応じて油の流量の変化を示すチャートを表示するようにしてある。オンロードとは油圧ポンプ５が油圧サーボ系４を負荷として油を供給する状態であり、アンロードとは油圧ポンプ５が油圧サーボ系４を負荷として油を供給していない状態である。
【０００９】
監視装置１１はオンロードとアンロードの１サイクル毎に以下の数２の式のような演算を行うようにしてあり、油圧サーボ系４に供給される油の流量が算出される。ここで、Ｑは油圧サーボ系４に供給される油の流量、ｔ１はオンロードの時間、ｔ２はアンロードの時間、ｑは油圧ポンプ５の流量である。
【数２】

Figure 0004088149
なお、油圧装置では、複数の油圧ポンプを同時並列に運転される場合があるが、そのような場合には上記のような演算を各ポンプ毎に行い、総和を求めることで総流量を得ることができ、下記の数３の式により算出できる。ここでｉは各油圧ポンプを示し、Ｎは油圧ポンプの台数である。
【数３】
Figure 0004088149
【００１０】
このようにして算出される流量は、オンロードとアンロードの１サイクルの間の流量に基づいたものであり、オンロードとアンロードの１サイクル毎という周期で得られるので流量の変動が少ない平均的な流量を表しており、傾向管理を行うためのデータとして適したものである。図２は油圧サーボ系４の往きと戻りの配管にそれぞれ流量計を取り付けて動作させた時の、流量計により実測された測定値と上記のように算出された計算値との関係の一例を示すものである。往き流量測定、戻り流量測定はそれぞれ往きと戻りの配管に取り付けた流量計による実測測定値で横軸にとってあり、その各実測測定値のときの算出された流量が縦軸にとってある。流量計による実測値の変動を避けるためには一定の時間の平均を取るようにしており、図２では両者がよく一致することが示されている。
【００１１】
前記のように構成された油圧装置においてはサーボアンプ１３からパイロットサーボバルブ３に制御信号が与えられ、サーボバルブ２はパイロットサーボバルブ３により制御されてアクチュエータ１である油圧シリンダの何れかの側に油を供給し、油圧シリンダの逆の側の油はサーボバルブ２を通って油タンク７に戻ることになる。このようにしてアクチュエータ１は位置決め等の動作を行い、油圧サーボ系４は動作を終わると中立状態となる。油圧サーボ系４が中立状態となると油ポンプ４から吐出される油は油圧サーボ系４に供給されなくなり、油圧ポンプ５の吐出側の圧力が高くなる。高くなった油圧ポンプ５の吐出側圧力は圧力計９により検知され、アンロードバルブ１０が開放されて油圧ポンプ５から吐出される油はアンロードバルブ１０を通って油タンク７に戻ることになる。
【００１２】
このように油圧サーボ系４に油が供給されるのはアンロードバルブ１０が閉になっているオンロードの状態のときであり、油圧ポンプ５の流量自体には細かい脈動を除けば変動がないので油圧サーボ系４に供給される油の流量は前記の式のように油圧ポンプ５の流量にオンロード時間の比率を乗じたものとなり、監視装置１１により算出される。この演算はオンロードとアンロードの１サイクル毎に行われるので、脈動により流量が変動しても変動のない流量計測値が得られる。監視装置１１により算出された流量計測値は診断装置１２に与えられ、油圧装置の状態が診断される。
【００１３】
図１に示すような油圧装置において異常が発生した場合には、その異常の要因によって算出された油圧サーボ系４に供給される油の流量に図３乃至図６に示すようなパターンの変化が現れる。図３は油圧ポンプ５のリークが増大する場合であり、時間と共に極めて緩慢な流量の増加が見られる。図４はサーボバルブのリークが増大する場合であり、時間と共に緩慢な流量の増加ではあるが、経時的な増大が見られる。図５は配管等から油漏れする場合であり、急激な流量の増加が見られる。図６はバルブスティックやバルブ閉塞を生じた場合であり、流量の低下が見られる。
【００１４】
診断装置１２は監視装置１１から与えられる流量計測値の経時的変化のパターンをこのような異常のパターンと比較し、異常があると診断した場合にはその推定要因とともに警報を発信する。また、バルブスティックやバルブ閉塞といった異常の場合には流量の減少があるが、多くの異常は油圧装置を構成する油圧機器内部でのリークや配管等の油漏れであり、流量は図７に示すように徐々に増加する傾向を示す。従って、注意レベルと危険レベルの基準値を設定しておき、流量が基準値に達したときにそれぞれの信号を出力するような傾向管理行うことができる。また、診断装置に油の流量の変化を示すチャートを表示する機能を設けた場合には、前もって異常の発生が近いことを知ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は前記実施の形態によっても明らかなように、オンロードとアンロードの１サイクル毎にオンロードの時間の比率から油圧サーボ系に供給される油の流量を算出し、算出された流量に基づいて油圧装置の異常を検出するものであり、算出された流量計測値には変動がなく、傾向管理により的確な異常検出ができる利点がある。また、算出された油の流量の経時的変化のパターンに基づいて異常の要因も知ることができ、配管等からの油漏れやサーボバルブの閉塞も検出することができる利点がある。したがって、油圧装置の異常監視方法を提供するものとして、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧装置の構成の一例を示す図である。
【図２】流量の実測値と計算値の関係を示す図である。
【図３】油圧装置が異常になった場合の流量の変化の例を示す図である。
【図４】油圧装置が異常になった場合の流量の変化の別の例を示す図である。
【図５】油圧装置が異常になった場合の流量の変化の別の例を示す図である。
【図６】油圧装置が異常になった場合の流量の変化の別の例を示す図である。
【図７】異常の診断を行う方法を示す図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ
２ サーボバルブ
３ パイロットサーボバルブ
４ 油圧サーボ系
５ 油圧ポンプ
６ 電動機
７ 油タンク
８ アキュムレータ
９ 圧力センサ
１０ アンロードバルブ
１１ 監視装置
１２ 診断装置
１３ サーボアンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality monitoring method for a hydraulic device that detects an abnormality of the hydraulic device such as leakage of a hydraulic pump or a servo valve constituting the hydraulic device, oil leakage of a pipe or the like, blockage of a valve stick or a valve.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-141636
The hydraulic equipment consists of hydraulic equipment such as hydraulic pumps, servo valves and actuators and hydraulic piping connecting them, and internal leakage of hydraulic pumps, servo valves and actuators, valve sticks and blockages of servo valves, and hydraulic piping An abnormality such as oil leakage may occur. If such an abnormality occurs, the function of the hydraulic device will decline and eventually stop, so it is necessary to detect the abnormality early and take countermeasures. As this abnormality detection method, a flow meter is attached to the hydraulic pump. A method of detecting from the change of the flow rate of the pump was considered. However, there is pulsation in the hydraulic pump, and the flow detected by the flow meter of the hydraulic servo system fluctuates so much that it cannot be compared with the appropriate flow because the flow varies depending on the operating rate of the equipment. It is a situation that has not yet been achieved.
[0004]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-141636 discloses a method for detecting an abnormality without attaching a flow meter to a hydraulic pump. JP-A-2-141636 discloses whether the hydraulic pump is in an on-load state or an unload state, and the time during which the hydraulic pump is in an on-load state and the unload state. Accumulate at least one of the times per unit time, and determine that an internal leak has occurred in the hydraulic system when the on-load time exceeds the reference time or the unload time does not reach the reference time To do. Therefore, this method has a problem that it is not possible to specify a leak location or estimate the cause of occurrence.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems and to provide a hydraulic apparatus abnormality monitoring method capable of specifying a leak location and estimating the cause of occurrence.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An abnormality monitoring method for a hydraulic device according to the present invention made to solve the above problems includes a hydraulic servo system including an actuator and a servo valve, and a plurality of hydraulic pumps for supplying oil to the hydraulic servo system. An abnormality monitoring method for a hydraulic device that detects an abnormality of a hydraulic device having an unload valve that switches the hydraulic pump to an on-load state or an unload state according to an operating state of a hydraulic servo system, wherein each hydraulic pump is on-load Based on the ratio of time and the flow rate of each hydraulic pump, the flow rate of oil supplied to the hydraulic servo system is an average flow rate with little flow rate fluctuation due to pulsation for each cycle of on-load and unload in the above equation 1 And detecting an abnormality of the hydraulic system based on the calculated flow rate.
Oite the abnormality monitoring method of the hydraulic device, it is possible to flow the calculated oil is diagnosed by abnormal to exceed a preset value, based on the pattern of change over time in the flow rate of the calculated oil Can diagnose abnormal factors.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a hydraulic apparatus. Oil is supplied from a discharge side of a hydraulic pump 5 to a hydraulic servo system 4 including an actuator 1 and a servo valve 2 that controls oil supplied to the actuator 1 and a pilot servo valve 3. It is plumbed like this. The servo valve 2 is provided with a pilot servo valve 3 in the preceding stage, and a control signal from the servo amplifier 13 is given to the pilot servo valve 3. The hydraulic pump 5 is provided with a driving electric motor 6, and the suction side of the hydraulic pump 5 is connected to an oil tank 7. The return piping from the servo valve 2 and the pilot servo valve 3 is connected to the oil tank 7.
[0008]
An accumulator 8 and a pressure sensor 9 are connected to the discharge side of the hydraulic pump 5, and an unload valve 10 is provided between the discharge side of the hydraulic pump 5 and the oil tank 7. The unload valve 10 is opened and closed by a signal from the pressure sensor 9. The signal of the pressure sensor 9 is also given to the monitoring device 11, and the monitoring device 11 recognizes whether the hydraulic pump 5 is on-load or unload from the signal of the pressure sensor 9 and supplies it to the hydraulic servo system 4. The flow rate of the oil is calculated. The flow rate data of the oil calculated by the monitoring device 11 is sent to the diagnosis device 12, and the diagnosis device 12 determines the abnormality of the hydraulic device from the change in the flow rate of the oil. In addition, a chart showing changes in the oil flow rate is displayed as necessary. On-load is a state in which the hydraulic pump 5 supplies oil with the hydraulic servo system 4 as a load, and unloading is a state in which the hydraulic pump 5 does not supply oil with the hydraulic servo system 4 as a load.
[0009]
The monitoring device 11 performs an operation such as the following equation 2 for each cycle of on-loading and unloading, and the flow rate of oil supplied to the hydraulic servo system 4 is calculated. Here, Q is a flow rate of oil supplied to the hydraulic servo system 4, t 1 is an on-load time, t 2 is an unload time, and q is a flow rate of the hydraulic pump 5.
[Expression 2]
Figure 0004088149
In a hydraulic system, a plurality of hydraulic pumps may be operated simultaneously in parallel. In such a case, the above calculation is performed for each pump, and the total flow is obtained by calculating the sum. And can be calculated by the following equation ( 3) . Here, i indicates each hydraulic pump, and N is the number of hydraulic pumps.
[Equation 3]
Figure 0004088149
[0010]
The flow rate calculated in this way is based on the flow rate during one cycle of on-load and unload, and is obtained at a cycle of every cycle of on-load and unload, so the average of the flow rate fluctuation is small It represents a typical flow rate and is suitable as data for trend management. FIG. 2 shows an example of the relationship between the measured value measured by the flow meter and the calculated value calculated as described above when a flow meter is attached to the forward and return pipes of the hydraulic servo system 4 and operated. It is shown. The forward flow rate measurement and the return flow rate measurement are actually measured values by flow meters attached to the forward and return pipes, respectively, and the horizontal axis represents the flow rate calculated at each actual measured value. In order to avoid the fluctuation of the actual measurement value by the flow meter, an average of a certain time is taken, and FIG. 2 shows that both agree well.
[0011]
In the hydraulic apparatus configured as described above, a control signal is given from the servo amplifier 13 to the pilot servo valve 3, and the servo valve 2 is controlled by the pilot servo valve 3 to either side of the hydraulic cylinder as the actuator 1. The oil is supplied, and the oil on the opposite side of the hydraulic cylinder returns to the oil tank 7 through the servo valve 2. In this way, the actuator 1 performs operations such as positioning, and the hydraulic servo system 4 becomes neutral when the operation is finished. When the hydraulic servo system 4 is in a neutral state, the oil discharged from the oil pump 4 is not supplied to the hydraulic servo system 4, and the pressure on the discharge side of the hydraulic pump 5 increases. The increased discharge pressure of the hydraulic pump 5 is detected by the pressure gauge 9, the unload valve 10 is opened, and the oil discharged from the hydraulic pump 5 returns to the oil tank 7 through the unload valve 10. .
[0012]
The oil is supplied to the hydraulic servo system 4 in this way when the unload valve 10 is closed, and the flow rate of the hydraulic pump 5 does not vary except for fine pulsations. Therefore, the flow rate of oil supplied to the hydraulic servo system 4 is obtained by multiplying the flow rate of the hydraulic pump 5 by the ratio of the on-load time as shown in the above formula, and is calculated by the monitoring device 11. Since this calculation is performed for each cycle of on-loading and unloading, a flow rate measurement value that does not vary is obtained even if the flow rate varies due to pulsation. The flow rate measurement value calculated by the monitoring device 11 is given to the diagnosis device 12, and the state of the hydraulic device is diagnosed.
[0013]
When an abnormality occurs in the hydraulic apparatus as shown in FIG. 1, the pattern changes as shown in FIGS. 3 to 6 occur in the flow rate of the oil supplied to the hydraulic servo system 4 calculated based on the cause of the abnormality. appear. FIG. 3 shows a case where the leakage of the hydraulic pump 5 increases, and an extremely slow increase in flow rate is observed with time. FIG. 4 shows a case where the leakage of the servo valve increases. Although the flow rate slowly increases with time, it increases over time. FIG. 5 shows a case where oil leaks from a pipe or the like, and a rapid increase in flow rate is observed. FIG. 6 shows a case where a valve stick or valve blockage occurs, and a decrease in the flow rate is observed.
[0014]
The diagnostic device 12 compares the pattern of change over time of the flow rate measurement value given from the monitoring device 11 with such an abnormal pattern, and when it is diagnosed that there is an abnormality, it issues an alarm together with the estimated factor. In addition, there is a decrease in the flow rate in the case of an abnormality such as a valve stick or valve blockage, but many abnormalities are leaks in the hydraulic equipment constituting the hydraulic device or oil leaks in piping, etc. The flow rate is shown in FIG. It shows a tendency to increase gradually. Accordingly, it is possible to perform trend management in which reference values for the attention level and the danger level are set and respective signals are output when the flow rate reaches the reference value. In addition, when the diagnosis device is provided with a function for displaying a chart indicating a change in the oil flow rate, it is possible to know in advance that an abnormality has occurred.
[0015]
【The invention's effect】
As is clear from the above-described embodiment, the present invention calculates the flow rate of oil supplied to the hydraulic servo system from the ratio of onload time for each cycle of onload and unload, and calculates the calculated flow rate. The abnormality of the hydraulic device is detected based on this, and the calculated flow rate measurement value has no variation, and there is an advantage that accurate abnormality detection can be performed by trend management. Further, the cause of the abnormality can be known based on the calculated pattern of change in the flow rate of the oil over time, and there is an advantage that oil leakage from the piping or the clogging of the servo valve can be detected. Therefore, the industrial value of the apparatus for monitoring the abnormality of the hydraulic apparatus is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a hydraulic device.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an actual measurement value of a flow rate and a calculated value.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in flow rate when the hydraulic apparatus becomes abnormal.
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of a change in flow rate when the hydraulic apparatus becomes abnormal.
FIG. 5 is a diagram showing another example of a change in flow rate when the hydraulic apparatus becomes abnormal.
FIG. 6 is a diagram showing another example of a change in flow rate when the hydraulic apparatus becomes abnormal.
FIG. 7 is a diagram showing a method for diagnosing an abnormality.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator 2 Servo valve 3 Pilot servo valve 4 Hydraulic servo system 5 Hydraulic pump 6 Electric motor 7 Oil tank 8 Accumulator 9 Pressure sensor 10 Unload valve 11 Monitoring device 12 Diagnosis device 13 Servo amplifier

Claims (3)

アクチュエータとサーボバルブとから構成される油圧サーボ系と、該油圧サーボ系に油を供給する複数の油圧ポンプとからなり、油圧サーボ系の作動状態によって前記油圧ポンプをオンロード状態又はアンロード状態に切り替えるアンロードバルブを備える油圧装置の異常を検出する油圧装置の異常監視方法であって、各油圧ポンプがオンロードである時間の比率と各油圧ポンプの流量により油圧サーボ系に供給される油の流量を下記数１の式にてオンロードとアンロードの１サイクル毎に脈動による流量変動が少ない平均的な流量として算出し、算出された流量に基づいて油圧装置の異常を検出することを特徴とする油圧装置の異常監視方法。
Figure 0004088149
 ここで、Ｑは油圧サーボ系４に供給される油の流量、ｔ １ はオンロードの時間、ｔ ２ はアンロードの時間、ｉは同時並列運転される各油圧ポンプ、ｑは各油圧ポンプの流量、Ｎは油圧ポンプの台数。 It consists of a hydraulic servo system composed of an actuator and a servo valve, and a plurality of hydraulic pumps that supply oil to the hydraulic servo system, and the hydraulic pump is brought into an on-load state or an unload state depending on the operating state of the hydraulic servo system. An abnormality monitoring method for a hydraulic system that detects an abnormality of a hydraulic system that includes an unloading valve to be switched, wherein the ratio of time during which each hydraulic pump is on-load and the flow rate of each hydraulic pump The flow rate is calculated as an average flow rate with little fluctuation due to pulsation for each cycle of on-load and unload by the following formula 1, and abnormality of the hydraulic system is detected based on the calculated flow rate An abnormality monitoring method for a hydraulic system.
Figure 0004088149
 Here, Q is the oil supplied to the hydraulic servo system 4 flow rate, t 1 is the on-load time, t 2 is the time of unloading, i is the hydraulic pumps are simultaneously operated in parallel, q is each hydraulic pump Flow rate, N is the number of hydraulic pumps. 算出された油の流量が予め設定された値を超えたことで異常と診断することを特徴とする請求項１に記載の油圧装置の異常監視方法。The abnormality monitoring method for a hydraulic device according to claim 1, wherein an abnormality is diagnosed when the calculated flow rate of oil exceeds a preset value. 算出された油の流量の経時的変化のパターンに基づいて異常要因を診断することを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧装置の異常監視方法。The abnormality monitoring method for a hydraulic device according to claim 1 or 2, wherein an abnormality factor is diagnosed based on a calculated pattern of change in the flow rate of oil over time.
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