JP7282142B2 - 遊星歯車減速機の異常診断装置及び建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械向けの遊星歯車減速機の異常診断装置及びこの減速機を備えた建設機械に関するものである。

遊星歯車減速機は、複数の歯車により構成される遊星歯車機構により、入力軸に入力される回転を減速してトルクを増幅して出力軸から出力する装置である。遊星歯車減速機の異常診断に関しては、遊星歯車機構近傍で発生する振動を検出し、その振動の周波数から損傷の種類、部位及び程度を判定する手法が知られている（例えば、特許文献１）。

この異常診断方法では、まず振動検出手段により得られた遊星歯車機構近傍の振動データを周波数分析処理し、スペクトル波形に変換する。遊星歯車機構の或る歯車の歯の一部が損傷した場合、それに起因した周期的な振動が発生することが知られており、その周波数は各歯車諸元や回転数から求まる。これを特徴周波数と言う。特徴周波数における振幅を、スペクトル波形から抽出し、それがしきい値を超えていた場合、特徴周波数に紐づく歯車が損傷したと判定される。

特開平８－０４３２５７号公報

特許文献１は、一定の回転数を減速機に入力する機械を対象としたものであり、既知の回転数の値を設備諸元として入力可能であり、異常診断に際して実際の回転数をセンサ等で計測する必要が無い。しかしながら、建設機械の油圧モータに連結される遊星歯車減速機では、油圧モータから入力される回転数が変化し得るため、実際の回転数の計測（実際の回転数データの取得）を行うことが正確な診断を行う点で必須となる。しかし、建設機械用の遊星歯車減速機は、油圧モータで駆動されるため、電動モータと違いインバータから回転数データを得られない場合が多い。また、油圧モータの回転部は、土砂等の侵入を防ぐために露出が少なく、回転数センサの設置も容易ではないなど、実回転数を計測することが難しい場合が多い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転数データの直接的な取得が難しい建設機械の油圧モータに連結される遊星歯車減速機の異常診断を容易に行うことができる建設機械用の遊星歯車減速機の異常診断装置及び建設機械を提供することができる。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、油圧モータ及び前記油圧モータの出力軸に結合された遊星歯車減速機によって駆動される建設機械における遊星歯車減速機の異常診断装置であって、前記遊星歯車減速機のハウジングである減速機ハウジングに取り付けられ、前記減速機ハウジングの振動を検出する第１振動センサと、前記油圧モータのハウジングであるモータハウジングに取り付けられ、前記モータハウジングの振動を検出する第２振動センサと、前記第１振動センサ及び前記第２振動センサによる検出結果に基づいて前記遊星歯車減速機に含まれる複数の歯車の異常の有無を判定するプロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記第２振動センサによって取得される第２振動データから前記油圧モータの振動のピーク周期に対応するピーク周波数及び前記油圧モータの回転数を演算し、前記油圧モータの回転数と、前記複数の歯車の数及び当該複数の歯車の各々の歯数と、に基づいて、前記複数の歯車の回転周期に対応する特徴周波数をそれぞれ演算し、前記油圧モータの前記ピーク周波数と、前記第１振動センサによって取得される第１振動データの前記特徴周波数における振幅と、に基づいて、前記複数の歯車の異常の有無を判定することとする。

本発明によれば、回転数データの直接的な取得が難しい建設機械の油圧モータに連結される遊星歯車減速機の異常診断を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの側面図を模式的に表す図。 図１の油圧ショベルに搭載された油圧モータ１及び遊星歯車減速機１０の軸断面を模式的に表す図。 図２の遊星歯車減速機１０の横断面を模式的に表す図。 コントローラ９による異常診断処理のフローチャートの一例を示す図。 油圧モータ１に取り付けた振動センサで検出された振動のスペクトル波形の一例を示す図。 遊星歯車減速機１０に取り付けた振動センサで検出された振動のスペクトル波形（異常時）の一例を示す図。 遊星歯車減速機１０に取り付けた振動センサで検出された振動のスペクトル波形（正常時）の一例を示す図。 コントローラ９による異常診断処理のフローチャートの一例を示す図。 本発明の実施形態に用いられる振動センサの取り付け治具の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は，本実施形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。なお，以下ではフロント作業装置の先端に位置するアタッチメントとしてバケットを備える油圧ショベルについて説明するが，アタッチメントはバケットの他にグラップル，ブレーカ，リフティングマグネットなど種々のものに付け替え可能である。

図１の油圧ショベル１００は，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム３１，アーム３３，バケット３５）を直列的に連結した多関節型のフロント作業装置（作業装置）３０と，車両本体を構成する上部旋回体６０及び下部走行体７０とを備えている。上部旋回体６０は下部走行体７０に対して旋回可能に設けられている。上部旋回体６０は，旋回フレーム６１上に各部材を配置して構成されており，上部旋回体６０を構成する旋回フレーム６１が下部走行体７０に対して旋回可能となっている。また，フロント作業装置３０の基端部であるブーム３１の基端は車両本体を構成する上部旋回体６０の前部に回動可能に取り付けられており，アーム３３の基端はブーム３１の先端に回動可能に支持されており，アーム３３の先端にはバケット３５が回動可能に支持されている。

下部走行体７０は，左右一対のクローラフレーム７２ａ（７２ｂ）にそれぞれ掛け回された一対のクローラ７１ａ（７１ｂ）と，クローラ７１ａ（７１ｂ）をそれぞれ駆動する走行油圧モータ７３ａ（７３ｂ）とを備えている。なお，下部走行体７０の各構成については，左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し，他方の構成については図中に括弧書きの符号のみを示して図示を省略する。

ブーム３１，アーム３３，バケット３５，及び下部走行体７０は，油圧アクチュエータであるブームシリンダ３２，アームシリンダ３４，バケットシリンダ３６，及び左右の走行油圧モータ７３ａ（７３ｂ）によりそれぞれ駆動される。

上部旋回体６０は、旋回油圧モータ２により遊星歯車減速機１０を介して駆動され，下部走行体７０に対して回転移動（旋回動作）を行う。遊星歯車減速機１０は、旋回油圧モータ２の出力軸１６（図２参照）から入力される回転を減速しつつトルクを増幅して出力軸４（図２参照）から出力する。

上部旋回体６０を構成する旋回フレーム６１上には，フロント作業装置３０（複数のフロント部材３１，３２，３５），上部旋回体６０および下部走行体７０を操作するための操作装置４５が搭載されたキャブ（運転室）６５と、遊星歯車減速機１０の異常診断を行うことができるコントローラ９等が配置されている。この他にも旋回フレーム６１上には，原動機であるエンジン６２とともに，ブームシリンダ３２，アームシリンダ３４，バケットシリンダ３６，旋回油圧モータ２及び左右の走行油圧モータ７３ａ（７３ｂ）などの複数の油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプを含む油圧回路システム４１が搭載されている。

図２は、本実施形態に係る異常診断装置３００、油圧モータ（旋回油圧モータ）２及び遊星歯車減速機１０の模式的な軸断面図である。図示した遊星歯車減速機１０は、軸方向に連結された２段の遊星歯車機構（第１遊星歯車機構３Ａ，第２遊星歯車機構３Ｂ）により構成されており、油圧モータ２の出力軸（回転軸）１６は遊星歯車減速機１０（具体的には第１遊星歯車機構３Ａの太陽歯車１１ａ）と機械的に連結されている。

図３は第１遊星歯車機構３Ａが位置する部分における遊星歯車減速機１０の横断面図である。第１遊星歯車機構３Ａは、油圧モータ２の出力軸（回転軸）１６に固定された第１太陽歯車１１ａと、第１太陽歯車１１ａと噛み合って第１太陽歯車１１ａの周囲を公転及び自転しながら回転し得る複数の第１遊星歯車１２ａ（図示の例では遊星歯車１２ａは３つ）と、複数の第１遊星歯車１２ａと噛み合い、遊星歯車減速機１０のハウジング（減速機ハウジング）６に固定された第１内歯車１３ａと、第１遊星歯車１２ａの回転中心部に挿入された複数の第１遊星歯車ピン１４ａと、複数の第１遊星歯車ピン１４ａに固定され、第１遊星歯車１２ａの公転速度で回転し得る第１キャリア１５ａとを備えている。

第２遊星歯車機構３Ｂは、第１キャリア１５ａに固定された第２太陽歯車１１ｂと、第２太陽歯車１１ｂと噛み合って第２太陽歯車１１ｂの周囲を公転及び自転しながら回転し得る複数の第２遊星歯車１２ｂと、複数の第２遊星歯車１２ｂと噛み合い、ハウジング６に固定された第２内歯車１３ｂと、第２遊星歯車１２ｂの回転中心部に挿入された複数の第２遊星歯車ピン１４ｂと、複数の第２遊星歯車ピン１４ｂに固定され、第２遊星歯車１２ｂの公転速度で回転し得る第２キャリア１５ｂとを備えている。

第２キャリア１５ｂは遊星歯車減速機１０の出力軸４に連結されている。出力軸４の周囲には出力軸４の回転を支持する複数の軸受５が設けられている。出力軸４の下端には、下部走行体７０に設けられた旋回ベアリング内歯１８と噛み合うピニオン１７が設けられている。油圧モータ２の駆動力によってピニオン１７を回転させることで上部旋回体６０が旋回（回転）する。

本実施形態においては、ハウジング６は複数の遊星歯車機構３Ａ，３Ｂと出力軸４を覆う筒状の部品であり、ハウジング６と出力軸４の間には複数の軸受５が固定されている。

ハウジング６の上部には、油圧モータ２のハウジング（モータハウジング）１が固定されている。油圧モータ２としては、例えばラジアル型やアキシャル型のピストンモータが利用できる。本実施形態においては、ハウジング１は、ピストンモータの構成部品であるピストンやシリンダブロックなどを覆う筒状の部品である。

遊星歯車減速機１０のハウジング６における第１遊星歯車機構３Ａの近傍（例えば第１内歯車１３ａの外周側の位置）には、第１振動センサ８が取り付けられている。第１振動センサ８は、遊星歯車減速機１０のハウジング６に生じる振動を検出するセンサであり、例えば、加速度センサ、速度センサ、接触式変位センサが利用可能である。本実施形態においては、第１振動センサ８は、ハウジング６の外壁、より具体的にはハウジング６の側面（側壁の外側）に接触して設けられている。例えば、ハウジング８は鋳物部品であり、第１振動センサ８は、ハウジング８に第１振動センサ８を固定可能なマグネット（図示せず）を含む。

第１振動センサ８の取り付け位置は、好ましくは遊星歯車減速機１０の軸方向において内部に歯車が位置する範囲とし、さらに好ましくは診断対象の遊星歯車機構のできるだけ近傍とする。図２の例では第１遊星歯車機構３Ａの近傍に取り付けている。

油圧モータ２のハウジング１には、第２振動センサ７が取り付けられている。第２振動センサ７は、油圧モータ２のハウジング１に生じる振動を検出するセンサであり、例えば、加速度センサ、速度センサ、接触式変位センサが利用可能である。本実施形態においては、第２振動センサ７は、ハウジング１の外壁、より具体的にはハウジング１の側面（側壁の外側）に接触して設けられている。例えば、ハウジング１は鋳物部品であり、第２振動センサ７は、ハウジング１に第２振動センサ７を固定可能なマグネット（図示せず）を含む。

第２振動センサ７の取り付け位置は、遊星歯車減速機１０の発生する振動の影響をできるだけ受けないように、ハウジング１の表面において第１振動センサ８からできるだけ離れた位置に設定することが好ましい。ハウジング１の上面（天面）に第２振動センサ７を取り付けても良い。

なお、上記した第１振動センサ８及び第２振動センサ７の取付位置及び取付態様は一例に過ぎない。例えば、第１振動センサ８又は第２振動センサ７は、ハウジング６又は１にネジによって締結されることもできるし、接着剤などによって貼りつけられることもできる。例えば、第１振動センサ８はハウジング６に取り付けられていればよく、第２振動センサ７はハウジング１に取り付けられていればよい。

第１振動センサ８と第２振動センサ７は、プロセッサ（例えばＣＰＵ）及び記憶装置（例えばＲＯＭ，ＲＡＭ）を備えるコントローラ９と通信可能に接続されている。コントローラ９は、第１振動センサ８及び第２振動センサ７を介して取得される振動データに基づいて、遊星歯車減速機１０に含まれる複数の歯車の異常の有無を判定する処理を行う。本実施形態においては、第１振動センサ８、第２振動センサ７及びコントローラ９は、遊星歯車減速機１０の異常の有無を判定する異常診断装置３００を構成する。

なお、第１振動センサ８及び第２振動センサ７のそれぞれとコントローラ９との接続は通信ケーブルなどを利用した有線接続でも良いし、無線接続でも良い。コントローラ９はコンピュータやマイクロコンピュータで構成しても良いし、コントローラ９に振動データの波形や診断結果を表示するモニタを接続しても良い。第１振動センサ８と第２振動センサ７からの入力がアナログ信号の場合には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータをコントローラ９に搭載しても良い。すなわち、異常診断装置３００は、例えば、診断結果や診断内容を表示するモニタを有していてもよい。

コントローラ９が異常診断に利用する振動データは、第１振動センサ８及び第２振動センサ７のそれぞれで同時に計測されたデータである。すなわち、異常診断に利用される各センサ８，７の振動データの計測開始時刻と計測終了時刻は一致する。例えば、振動データは数kHzから数十kHzで数秒間から数十秒間サンプリングしたデータである。

図４はコントローラ９によって実行される異常診断処理のフローチャートの一例を示す図である。コントローラ９は記憶装置に記憶されたプログラムと第１振動センサ８及び第２振動センサ７を介して取得された振動データとに基づいて図４に示した処理を実行する。

コントローラ９は、ステップ２０１にて第２振動センサ７を介して取得される油圧モータ２に係る第２振動データを取得し、ステップ２０２にて当該第２振動データを高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）によりスペクトル波形に変換する。図５に油圧モータ２に係る第２振動データから得られるスペクトル波形の一例を示す。この図に示すようにスペクトル波形は周波数（Frequency）と振幅（Amplitude）によって表される。なお、ステップ２０２で第２振動データを高速フーリエ変換する前の処理として、第２振動データにおける或る周波数領域を除去するフィルタ処理や、第２振動データをエンベロープ波形に変換する包絡線処理等を行っても良い。

ステップ２０３において、コントローラ９は、ステップ２０２で取得したスペクトル波形に基づいて油圧モータ２の振動のピーク周期に対応するピーク周波数Fmを算出する。油圧モータ２のピーク周波数Fmの算出方法としては、ステップ２０２で取得したスペクトル波形において振幅が最大のピークに係る周波数をピーク周波数Fmと特定する方法がある。油圧モータ２の回転時には、図５に示すように或る周波数Fmにおいてピークが確認でき、これを油圧モータ２のピーク周波数と算出できる。算出したピーク周波数Fmはコントローラ９内の記憶装置に記憶する。

ステップ２０４において、コントローラ９は、ステップ２０３で算出した油圧モータ２のピーク周波数に基づいて油圧モータ２の回転数を算出する。油圧モータ２の回転数はピーク周波数Fmを油圧モータ２のピストン数で除した値として算出できる。

ステップ２０５において、コントローラ９は、ステップ２０４で算出した油圧モータ２の回転数と、第１振動センサ８の近傍に位置する遊星歯車機構３を構成する複数の歯車の数ｎ及び歯数Ｔとに基づいて、当該複数の歯車の特徴周波数ｆｄ、すなわち当該複数の歯車の各々の回転周期をそれぞれ算出する。ここでは第１振動センサ８の近傍に位置するのは第１遊星歯車機構３Ａであるため、第１太陽歯車１１ａ、第１遊星歯車１２ａ及び第１内歯車１３ａの特徴周波数ｆｄｓ，ｆｄｐ，ｆｄｒを算出する。

或る歯車の歯の一部が損傷すると、或る周波数（特徴周波数ｆｄ）において振動が発生する。特徴周波数ｆｄは回転数に依存するため、ステップ２０４で算出した油圧モータ２の回転数から各歯車の特徴周波数を計算する。各歯車１１ａ，１２ａ，１３ａの特徴周波数ｆｄｓ，ｆｄｐ，ｆｄｒは下記式（１）－（３）により演算できる。ここで、ｆは回転周波数、Ｔは各歯車の歯数、ｎは遊星歯車機構３を構成する複数の歯車の数であり、添え字ｓ，ｐ，ｒはそれぞれ太陽歯車、遊星歯車、内歯車を意味する。第１太陽歯車１１ａの回転周波数ｆｓはステップ２０４で算出した油圧モータ２の回転数から演算できる。

なお、特徴周波数ｆｄの代わりに、噛み合い周波数ｆｚを算出しても良い。噛み合い周波数ｆｚは、１秒間に歯車の歯が噛み合う回数を示し、遊星歯車減速機１０の場合には下記式（４）により演算できる。

また、コントローラ９は、ステップ２０６にて第１振動センサ８を介して取得される遊星歯車減速機１０に係る第１振動データを取得し、ステップ２０７にて当該第１振動データを高速フーリエ変換（FFT）によりスペクトル波形に変換する。図６に遊星歯車減速機１０に係る第１振動データから得られるスペクトル波形の一例を示す。なお、ステップ２０７で第１振動データを高速フーリエ変換する前の処理として、第１振動データにおける或る周波数領域を除去するフィルタ処理や、第１振動データをエンベロープ波形に変換する包絡線処理等を行っても良い。

図６のスペクトル波形は、第１太陽歯車１１ａが損傷した場合の例を示しており、ステップ２０３で算出した油圧モータ２のピーク周波数Fmにおけるピークと、第１太陽歯車１１ａの損傷により特徴周波数ｆｄｓ及びその整数倍の周波数２ｆｄｓに発生した２つのピークが確認できる。なお、各歯車に損傷の無い場合（つまり正常時）には、特徴周波数ｆｄ及びその整数倍の周波数ｎｆｄにピークは観測されない。また、歯車の損傷が酷く、発生する振動が大きい場合には、油圧モータ２のスペクトル波形においても特徴周波数にピークが観測されることがある。この点に関して本実施形態の第１太陽歯車１１ａの損傷による振動は微少であるため、図５の油圧モータ２のスペクトル波形において特徴周波数ｆｄｓのピークはほぼ観測されない。

ステップ２０８において、コントローラ９は、ステップ２０７で第１振動データを変換して得たスペクトル波形から、ステップ２０３で演算した油圧モータ２のピーク周波数Fmにおけるピークを探索し、ピークが発見された場合には当該ピークを除去する。すなわち図６の例では破線で囲んだ周波数Fmにおける振幅をゼロにしてピークを除去する。特徴周波数ｆｄと油圧モータ２のピーク周波数Fmが接近している場合、後続するステップ２０９で算出（抽出）する特徴周波数振幅にピーク周波数Fmの振幅が含まれて診断を誤る可能性がある。しかし、本実施形態のようにピーク周波数Fmにおけるピークを除去すれば、残ったスペクトル波形において各歯車の特徴周波数ｆｄでのピークの発生の有無を容易に判別できるので、油圧モータ２の回転により生じるノイズの影響を低減でき、結果的に異常診断の精度が向上する。なお、ピークを除去する周波数はピーク周波数Fmのみに限らず、ピーク周波数Fmの前後の所定の範囲の周波数を対象にしても良い。また、各歯車に損傷が無い正常時における、遊星歯車減速機１０の振動のスペクトル波形（但し、油圧モータ２のピーク周波数Fmは除去済み）の一例を図７に示す。

ステップ２０９において、コントローラ９は、ステップ２０８でピーク除去したスペクトル波形からステップ２０５で算出した各特徴周波数ｆｄｓ，ｆｄｐ，ｆｄｒにおける振幅を抽出する。このとき各特徴周波数ｆｄｓ，ｆｄｐ，ｆｄｒの整数倍の周波数における振幅をさらに抽出しても良い。振幅の抽出に際しては、算出した油圧モータ２の回転数の誤差を考慮して、抽出対象の周波数±数Hzの範囲において最大のピークを探索し、当該最大のピークの振幅を当該抽出対象の周波数における振幅としても良い。

ステップ２１０において、コントローラ９は、ステップ２０９で抽出した各特徴周波数ｆｄｓ，ｆｄｐ，ｆｄｒにおける振幅を各特徴周波数に紐付くしきい値Ａｔｓ，Ａｔｐ，Ａｔｒと比較する。この比較の結果、コントローラ９は、振幅がしきい値Ａｔ以下であれば異常なしと診断し（ステップ２１２）、振幅がしきい値Ａｔより大きければその特徴周波数ｆｄに紐づく歯車が損傷した（異常あり）と診断する（ステップ２１１）。しきい値Ａｔは予め設定された値である。しきい値Ａｔは、実験から求める方法、正常時の振幅値またはその整数倍とする方法、機械学習により求める方法などが考えられる。しきい値Ａｔは特徴周波数ごとに異なることもある。

図６の減速機１０のスペクトル波形の例では、ステップ２０９で第１太陽歯車１１ａの特徴周波数ｆｄｓ及びその２倍の周波数２ｆｄｓにおける振幅にピークが発見される。発見された各ピークの振幅としきい値Ａｔｓとの比較がステップ２１０で行われ、発見された各ピークの振幅がしきい値Ａｔｓよりも大きいので第１太陽歯車１１ａが損傷しているという診断が下される（ステップ２１１）。

（効果）
以上のように本実施形態では、油圧モータ２及び油圧モータ２の出力軸４に結合された遊星歯車減速機３によって駆動される油圧ショベル１００における遊星歯車減速機３の異常診断装置３００に、遊星歯車減速機３のハウジングである減速機ハウジング６に取り付けられ、減速機ハウジング６の振動を検出する第１振動センサ８と、油圧モータ２のハウジングであるモータハウジング１に取り付けられ、モータハウジング１の振動を検出する第２振動センサ７と、第１振動センサ８及び第２振動センサ７による検出結果に基づいて遊星歯車減速機３に含まれる複数の歯車１１，１２，１３の異常の有無を判定するプロセッサ（コントローラ９）とを備えた。そして当該プロセッサ（コントローラ９）が、第２振動センサ７によって取得される第２振動データから油圧モータ２の振動のピーク周期に対応するピーク周波数Fm及び油圧モータ２の回転数を演算し、油圧モータ２の回転数と、複数の歯車１１，１２，１３の数及び当該複数の歯車１１，１２，１３の各々の歯数と、に基づいて、複数の歯車１１，１２，１３の回転周期に対応する特徴周波数ｆｄをそれぞれ演算し、油圧モータ２のピーク周波数Fmと、第１振動センサ８によって取得される第１振動データの特徴周波数における振幅と、に基づいて、複数の歯車１１，１２，１３の異常の有無を判定することとした。

つまり、本実施形態の異常診断装置３００及びこれを含む油圧ショベル（建設機械）１００では、油圧モータ２のハウジング１に第２振動センサ７を取り付け、この第２振動センサ７を利用して取得される第２振動データを利用することで油圧モータ２のピーク周波数Fmを演算し、演算したピーク周波数Fmから油圧モータ２の回転数を演算することを実現した。すなわち油圧モータ２の回転数を回転数センサ等で直接的に取得することなく第２振動データを利用することで算出した。そして、演算した油圧モータ２の回転数を利用して各歯車の特徴周波数ｆｄを演算し、第１振動センサ８を利用して取得されるスペクトル波形において油圧モータ２のピーク周波数における振幅を除去することで、油圧モータ２に連結された遊星歯車減速機１０の特徴周波数ｆｄに基づく歯車の異常診断を実現した。すなわち、本実施形態の異常診断装置は、回転数データの直接的な取得が難しい建設機械の油圧モータに連結される遊星歯車減速機において、第２振動センサ７を利用して油圧モータ２の回転数を演算することができるので、建設機械向けの遊星歯車減速機の異常診断を容易に行うことができる。

（変形例１）
上記の図４のフローチャートのステップ２０８では、第１振動データに係るスペクトル波形（例えば図６）においてピーク周波数Fmにおける振幅（ピーク）を除去する処理を行った。しかし、ピーク周波数Fmが算出できていれば、このピーク周波数Fmにおけるピークの除去処理は異常診断に必須な処理ではない。すなわち、このピーク除去処理を省略した図８のフローチャートをコントローラ９に実行させて異常診断を行っても良い。

すなわち、本変形例においては、コントローラ９は、油圧モータ２の回転数と、遊星歯車減速機１０の複数の歯車の数及び当該歯車の各々の歯数と、に基づいて、当該複数の歯車の回転周期に対応する特徴周波数ｆｄをそれぞれ演算し、油圧モータ２のピーク周波数Fmと、第１振動センサ８によって取得される第１振動データの特徴周波数ｆｄにおける振幅と、に基づいて、複数の歯車の異常の有無を判定する。

図８はコントローラ９によって実行される異常診断処理のフローチャートの変形例の１つを示す図である。この図のフローチャートは図４のフローチャートからステップ２０８に係るピーク除去処理を省略したものである。このような処理を行っても、回転数データの直接的な取得が難しい建設機械の油圧モータに連結される遊星歯車減速機の異常診断を容易に行うことができる。

（変形例２）
上記の図４及び図８のフローチャートのステップ２１０では、各歯車の特徴周波数ｆｄにおける振幅を抽出してそれらを各しきい値Ａｔと比較する処理を行った。しかし、このステップ２１０の処理に代えて、各歯車について特徴周波数ｆｄにおける振幅と当該特徴周波数ｆｄを整数倍した周波数における振幅を合算し（すなわちステップ２０９で抽出された複数の振幅を歯車ごとに合算し）、その合算値をしきい値と比較する処理を行っても良い。このような処理に変更すると、異常時と正常時の振幅の差がより明確に現れるため、歯車の異常診断精度が向上し得る。なお、この場合のしきい値はステップ２１０のしきい値と異なっても良い。

（変形例３）
第１振動センサ８及び第２振動センサ７をハウジング６，１に取り付ける際に用いる治具について説明する。図９は第１振動センサ８及び第２振動センサ７の取り付け治具であるマグネットベース７５の概略構成図である。

マグネットベース７５は、概略直方体状の本体部７８から突出し外周にねじが切られた雄ねじ部７６を有している。この雄ねじ部７６に振動センサ７，８に設けられた雌ねじ部７９を締結すると、マグネットベース７５に振動センサ７，８が固定される。

マグネットベース７５には、本体部７８から突出した２つの吸着部７７に磁力を発生するためのレバーやダイヤルなどの切換スイッチ（図示せず）が設けられており、当該切換スイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えると吸着部７７に強力な磁力が発生する。

マグネットベース７５にねじ部７６，６９を介して振動センサ８，７を固定し、強磁性体から成るハウジング６，１上の所望の位置に吸着部７７を接触させた状態で切換スイッチをＯＮに切り替えると、吸着部７７から発生した磁力によりマグネットベース７５はハウジング６，１の表面に吸着固定される。このような取り付け治具（マグネットベース７５）を利用すると、振動センサ８，７をハウジング６，１に容易かつ強固に固定することができ、振動センサ８，７による振動データの取得が容易になる。

（変形例４）
上記の実施形態では、油圧モータ２及び減速機１０を備える建設機械（油圧ショベル１００）に搭載したコントローラ９にて減速機１０（歯車）の異常診断を行ったが、異常診断は当該建設機械の外部で行っても良い。すなわち、異常診断装置３００は、その全体が油圧ショベルの構成要素である必要はない。例えば、異常診断装置３００のコントローラ９として、異常診断装置３００は、油圧ショベル１００の外部に設けられた情報処理装置を有し、この情報処理装置が第１振動センサ８及び第２振動センサ７と通信可能な構成を有していてもよい。

より具体的には、例えば、第１振動センサ８及び第２振動センサ７を介して取得された振動データを通信機器（例えば無線通信装置）を介して外部のコンピュータ（例えばインターネットに接続されたサーバ）に送信し、当該コンピュータで異常診断を行う構成を採用しても良い。また、コントローラ９に代えて、第１振動センサ８及び第２振動センサ７を介して取得された振動データを記憶する記憶装置を搭載する構成を採用し、当該記憶装置に記憶した振動データを他の端末（コンピュータ等）に移動・送信して異常診断は当該他の端末で行うようにしても良い。さらに、当該記憶装置に加えて通信機器（例えば無線通信装置）を追加し、当該記憶装置に記憶された振動データを当該通信装置を介して外部のコンピュータ（例えばインターネットに接続されたサーバ）に送信し、当該コンピュータで異常診断を行う構成を採用しても良い。

（その他）
なお、上記では第１遊星歯車機構３Ａの近傍に第１振動センサ８を取り付けた場合について説明したが、第２遊星歯車機構３Ｂの近傍に第１振動センサ８を取り付けて第２遊星歯車機構３Ｂに含まれる歯車の異常診断を行っても良いことは言うまでも無い。

また、図４等ではステップ２０５で各歯車の特徴周波数ｆｄを演算したが、特定の歯車の特徴周波数ｆｄのみを演算しても良い。この場合、ステップ２０９では当該特定の歯車の特徴周波数ｆｄの振幅と当該特徴周波数ｆｄの整数倍の周波数の振幅を抽出し、ステップ２１０では抽出した振幅としきい値の比較を行うことで当該特定の歯車の異常の有無を判断しても良い。

また、上記では油圧モータ２と遊星歯車減速機１０のハウジング１，６に２つの振動センサ７，８が取り付けられた図２を用いて説明したが、この２つの振動センサ７，８はハウジング１，６に常時取り付けておく必要はない。すなわちメンテナンスのときにだけ２つの振動センサ７，８をハウジング１，６に取り付けるようにしても良い。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

また、上記のコントローラ９に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、コントローラ９に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ９の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…ハウジング（モータハウジング），２…油圧モータ（旋回油圧モータ），３…遊星歯車機構，４…出力軸，５…軸受，６…ハウジング（減速機ハウジング），７…第２振動センサ，８…第１振動センサ，９…コントローラ，１０…遊星歯車減速機，１１ａ…第１太陽歯車，１１ｂ…第２太陽歯車，１２ａ…第１遊星歯車，１２ｂ…第２遊星歯車，１３ａ…第１内歯車，１３ｂ…第２内歯車，１４ａ…第１遊星歯車ピン，１４ｂ…第２遊星歯車ピン，１５ａ…第１キャリア，１５ｂ…第２キャリア，１６…出力軸（回転軸），１７…ピニオン，１８…旋回ベアリング内歯，３０…フロント作業装置（作業装置），６０…上部旋回体，６１…旋回フレーム，７５…マグネットベース，７６…雄ねじ部，７７…吸着部，７８…本体部，７９…雌ねじ部，１００…油圧ショベル，３００…異常診断装置

Claims (5)

1. 油圧モータ及び前記油圧モータの出力軸に結合された遊星歯車減速機によって駆動される建設機械における遊星歯車減速機の異常診断装置であって、
   前記遊星歯車減速機のハウジングである減速機ハウジングに取り付けられ、前記減速機ハウジングの振動を検出する第１振動センサと、
   前記油圧モータのハウジングであるモータハウジングに取り付けられ、前記モータハウジングの振動を検出する第２振動センサと、
   前記第１振動センサ及び前記第２振動センサによる検出結果に基づいて前記遊星歯車減速機に含まれる複数の歯車の異常の有無を判定するプロセッサとを備え、
   前記プロセッサは、
   前記第２振動センサによって取得される第２振動データから前記油圧モータの振動のピーク周期に対応するピーク周波数及び前記油圧モータの回転数を演算し、
   前記油圧モータの回転数と、前記複数の歯車の数及び当該複数の歯車の各々の歯数と、に基づいて、前記複数の歯車の回転周期に対応する特徴周波数をそれぞれ演算し、
   前記油圧モータの前記ピーク周波数と、前記第１振動センサによって取得される第１振動データの前記特徴周波数における振幅と、に基づいて、前記複数の歯車の異常の有無を判定する
   ことを特徴とする遊星歯車減速機の異常診断装置。
2. 請求項１の遊星歯車減速機の異常診断装置において、
   前記プロセッサは、前記第２振動データをスペクトル波形に変換し、当該スペクトル波形に基づいて前記油圧モータのピーク周波数を演算し、前記油圧モータのピーク周波数を前記油圧モータのピストン数で除した値を前記油圧モータの回転数とすることを特徴とする遊星歯車減速機の異常診断装置。
3. 請求項２の遊星歯車減速機の異常診断装置において、
   前記プロセッサは、前記第２振動データをスペクトル波形に変換し、当該スペクトル波形において振幅が最大のピークに係る周波数を前記油圧モータのピーク周波数として演算することを特徴とする遊星歯車減速機の異常診断装置。
4. 請求項１の遊星歯車減速機の異常診断装置において、
   前記プロセッサは、前記第１振動データをスペクトル波形に変換し、当該スペクトル波形から前記油圧モータのピーク周波数におけるピークを除去し、当該ピーク周波数におけるピークを除去したスペクトル波形から前記複数の歯車のうち１つの歯車の特徴周波数における振幅を抽出し、抽出した前記１つの歯車の特徴周波数における振幅が前記１つの歯車の特徴周波数に紐付くしきい値を超える場合に前記１つの歯車に異常があると診断することを特徴とする遊星歯車減速機の異常診断装置。
5. 旋回体を駆動する油圧モータと、
   前記油圧モータの出力軸に連結された遊星歯車減速機と、
   前記遊星歯車減速機を覆う減速機ハウジングに取り付けられた第１振動センサと、
   前記遊星歯車減速機に含まれる複数の歯車の異常の有無を判定するコントローラとを備えた建設機械において、
   前記油圧モータを覆うモータハウジングに取り付けられた第２振動センサを備え、
   前記コントローラは、
   前記第２振動センサによって取得される第２振動データに基づいて前記油圧モータの振動のピーク周期に対応するピーク周波数及び前記油圧モータの回転数を演算し、
   前記油圧モータの回転数と、前記複数の歯車の数及び当該複数の歯車の各々の歯数と、に基づいて、前記複数の歯車の回転周期に対応する特徴周波数をそれぞれ演算し、
   前記油圧モータのピーク周波数と、前記第１振動センサによって取得される第１振動データの前記特徴周波数における振幅とに基づいて、前記複数の歯車の異常の有無を判定する
   ことを特徴とする建設機械。

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