JPH0551069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は油圧シヨベル、クレーン等の油圧機械
および油圧装置の動力源として広汎に用いられる
油圧ポンプの故障診断装置に関する。

［従来の技術］ 油圧シヨベル、クレーン等の油圧機械および油
圧装置における油圧ポンプは、油圧エネルギーを
発生させる最重要な機械である。このため、油圧
ポンプの故障や経年変化等による性能低下は、こ
れを使用する機械および装置に重大な障害を与え
ることになる。このため、油圧ポンプの性能低下
あるいは故障の検出を行なうことが要求されてい
る。

従来の油圧ポンプの故障および性能低下（以下
故障で代表する。）を判定する故障診断装置の油
圧回路図を第９図に示す。

第９図は従来の故障診断装置の油圧回路図であ
る。図で、１は診断の対象となる可変容量油圧ポ
ンプ、１ａは可変容量油圧ポンプ１のおしのけ容
積可変機構（以下、これを斜板で代表する。）、２
は可変容量油圧ポンプ１の吐出圧に応じて斜板１
ａを操作するレギユレータ、３は油圧テスタで、
油圧を測定する圧力計３ａ、油の流量を測定する
流量計３ｂ、および可変容量油圧ポンプ１の吐出
管路を絞り、吐出圧を上昇させる手動の可変絞り
３ｃで構成されている。４ａは可変流量油圧ポン
プ１と油圧テスタとを接続する油圧配管、４ｂは
油圧テスタ３と作動油タンクへの管路とを接続す
る油圧配管、５は可変容量油圧ポンプ１の回転数
を測定する回転計を示す。

定常状態で、油圧配管４ａ，４ｂおよび油圧テ
スタ３はなく、油圧配管の部分ａと部分ｂとが接
続されている。

可変容量油圧ポンプ１の故障を診断するには、
先ず可変容量油圧ポンプ１の吐出側に接続されて
いる配管を部分ａと部分ｂとで切り離し、その切
り離した部分ａ，ｂ間に配管４ａ，４ｂおよび油
圧テスタ３を接続する。次に、可変容量油圧ポン
プ１を原動機で駆動し、そのときの可変容量油圧
ポンプ１の回転数Ｎを回転計５で計測する。この
状態で可変絞り３ｃを操作し、圧力計３ａの圧力
が設定値Prefになるまで管路を絞り、そのときの
可変容量油圧ポンプ１の吐出量Ｑを流量計３ｂに
より計測する。この場合、吐出量は吐出圧に応じ
てレギユレータ２により制御される斜板１ａの位
置により決定される。次に、先の回転数Ｎと設定
圧力Prefとに基づいて、可変容量油圧ポンプ１の
理論的な吐出量Qrefを算出する。最後に、吐出
量Qrefと吐出量Ｑとを比較し、その差が許容値
を超えたとき可変容量油圧ポンプ１は故障してい
ると判断する。

［発明が解決しようとする課題］ このような故障診断装置は、油圧配管の一部を
切り離し配管４ａ，４ｂおよび油圧テスタ３を接
続しなければならず、多くの作業時間を必要と
し、また油圧配管の切り離し配管内に塵埃等の異
物が混入する恐れがあつた。更に診断に際して可
変絞り３ｃを操作して圧力計３ａおよび流量計３
ｂの指示値を読み取らねばならず、この点でも多
くの時間を要し、面倒な診断となつていた。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、油圧配管の切り離しや油圧テスタの取付を行
うことなく、自動的かつ迅速に故障診断を行うこ
とができ、しかも、油圧ポンプのおしのけ容積可
変機構を駆動する油圧の変化に関係なく正確に故
障診断を行うことができる油圧ポンプの故障診断
装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、おしの
け容積可変機構を備えた油圧ポンプにおいて、上
記おしのけ容積可変機構を所定量変位させる操作
信号を発生する操作信号発生手段と、上記おしの
け容積可変機構の変位信号を検出する変位信号検
出手段と、上記操作信号発生手段の操作信号と上
記変位信号検出手段の変位信号との差の絶対値を
所定の許容値と比較する比較手段と、この比較手
段における上記絶対値が上記許容値を超えた状態
が上記おしのけ容積可変機構の駆動装置に供給す
る油圧に応じて設定した所定時間以上継続したと
き故障信号を出力する遅延手段とを設けたことを
特徴とする。

［作用］ おしのけ容積可変機構の変位信号と操作信号と
の差の絶対値が所定の許容値と比較手段により比
較される。前者の値が後者の値を超えている状態
にある時間が、おしのけ容積可変機構の変位が操
作信号に対応した位置に達するまでの時間を考慮
した所定時間継続した場合、故障信号を出力す
る。この場合、上記所定時間は、おしのけ容積可
変機構の駆動装置に供給される油圧に応じて設定
され、これにより、油圧ポンプが正常であるにも
かかわらず故障信号を出力してしまう状態を防止
することができる。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図示の実施例によつて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る油圧ポンプの
故障診断装置の制御回路図である。同図におい
て、６は両傾転形の可変容量油圧ポンプ、６ａは
油圧ポンプ６の斜板または斜軸のおしのけ容積可
変機構（以下、これを斜板で代表する。）、７は入
力信号に応じて斜板６ａを駆動する斜板駆動装置
である。斜板駆動装置７の構成については後述す
る。８は斜板６ａの変位量を検出する変位計で、
検出した斜板６ａの変位量に応じた変位信号Ｙを
出力する。９は油圧ポンプ６を操作する操作レバ
ーで、操作した量に応じた操作信号Ｘを出力す
る。１０は斜板駆動装置７に圧油を供給してこれ
を駆動させるパイロツトポンプ、１１はパイロツ
ト圧力に応じた信号P₀を出力する圧力計、１２
は斜板駆動装置７に接続したタンク、２０は発光
ダイオード、２１はマイクロコンピユータを用い
て構成した制御装置であり、操作信号Ｘ、変位信
号Ｙ、パイロツト圧力P₀を入力し、斜板駆動装
置７に対して斜板制御信号を出力し、また発光ダ
イオード２０に対して故障信号を出力する。２２
は操作信号Ｘと変位信号Ｙとパイロツト圧力P₀
とを切換えて入力するマルチプレクサ、２３は操
作信号Ｘと変位信号Ｙとパイロツト圧力P₀をデ
イジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、２４は操作
信号Ｘ、変位信号Ｙ、パイロツト圧力P₀に基づ
いて所定の演算および制御を行なうCPU、２５
はCPU２４の演算および制御の手順等を記憶す
るROM、２６は入力したデータや演算された値
等を一時記憶するRAM、２７は演算および制御
により得られた信号を斜板駆動装置７および発行
ダイオード２０へ出力する出力部である。

第２図は斜板駆動装置７の油圧回路図で、７１
はシリンダ、７２はシリンダ７１内を往復動する
ピストン、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄは電
磁弁で、この電磁弁７３ａ，７３ｂにON信号を
受けることにより、パイロツトポンプ１０の圧油
をシリンダ７１のＡ室に導き、Ｂ室の油をタンク
１２へ逃がし、ピストン７２を斜板６ａの変位信
号Ｙが増大する方向へ動かす。電磁弁７３ｃ，７
３ｄがON信号を受けるとシリンダ７１のＢ室に
圧油を導き、変位信号Ｙが減少する方向へピスト
ン７２および斜板６ａを動かす。また電磁弁７３
ａ，７３ｄがON信号を受けるとシリンダ７１の
Ａ室およびＢ室の油の出入りを停止して斜板６ａ
を停止させる。

次に故障診断装置の動作を第３図乃至第６図お
よび第８図に示すフローチヤート、ならびに第７
図に示す補正係数特性図を参照しながら説明す
る。操作信号Ｘ、変位信号Ｙ、パイロツト圧力
P₀をマルチプレクサ２２、Ａ／Ｄ変換器２３を
介してRAM２６に記憶する（第３図のブロツク
ａ）。次いで、斜板６ａを駆動する制御を行なう
（第３図のブロツクｂ）。この制御の詳細な手順を
第４図に示す。ブロツクｂでは、先ず操作信号Ｘ
と変位信号Ｙの偏差ΔX（ΔX＝Ｘ−Ｙ）を演算し
（ブロツクｂ１）、偏差ΔXが正か負か０かを判断
する（ブロツクｂ２）。もし偏差ΔXが負であれ
ば斜板駆動装置７に対して斜板６ａの変位を減少
させる信号、つまり電磁弁７３ｃ，７３ｄのON
信号を出力部２２から出力し（ブロツクｂ３）、
偏差ΔXが０であれば斜板６ａを停止させる信
号、つまり電磁弁７３ａ，７３ｄのON信号を出
力し（ブロツクｂ４）、また偏差ΔXが正であれ
ば斜板６ａの変位を増加させる信号、つまり電磁
弁７３ａ，７３ｄのON信号を出力する（ブロツ
クｂ５）。このようにして、第３図のブロツクａ，
ｂにより通常の斜板制御を行なう。

次いで、ブロツクｃにおける処理で油圧ポンプ
６の故障判定を行なう。ブロツクｃの手順の詳細
を第５図に示している。ブロツクｃでは、先ず操
作信号Ｘから許容値Δ（許容値Δについては後述
する。）を減算して下限の判定値X₁（X₁＝Ｘ−Δ）
を求め、これをRAM２６に記憶する（ブロツク
ｃ１）。次にブロツクｃ２で示すように操作信号
Ｘと許容値Δを加算して上限の判定値X₂（X₂＝Ｘ
＋Δ）を求め、これをRAM２６に記憶する。次
いでブロツクｃ３で示すように、RAM２６に記
憶された変位信号Ｙと下限の判定値X₁を取り出
し、変位信号Ｙが判定値X₁以上であるか否かを
判断する。変位信号Ｙが判定値X₁以上であるな
らばブロツクｃ４の処理に移り、今度は変位信号
Ｙと上限の判定値X₂以下であるか否かを判定す
る。変位信号Ｙが判定値X₂以下であれば、処理
はブロツクｃ５へ移る。ブロツクｃ５では、予め
RAM２６の所定のアドレスに記憶されるように
なつているエラーフラグデータを「０」にする。
この場合、エラーフラグデータの「０」は、ブロ
ツクｃ３，ｃ４で変位信号Ｙが所定の範囲以内に
あると判定されたことであるから、油圧ポンプ６
に故障がないことを意味する。一方、ブロツクｃ
３で変位信号Ｙが判定値X₁未満であると判断さ
れた場合、あるいはブロツクｃ４で変位信号Ｙが
判定値X₂を超えると判断された場合には、処理
はブロツクｃ６に移る。ブロツクｃ６では、前記
エラーフラグデータを「１」、つまり変位信号Ｙ
が所定の範囲外にあり油圧ポンプ６が故障である
ことを示す。

ここで、許容値Δについて説明する。通常、油
圧ポンプの斜板等の構造物にあつては、機構的な
がたあるいは斜板駆動機構７の精度等により、操
作信号Ｘと変位信号Ｙとは完全に一致せず差が生
ずる。しかし、このような機構的ながた等が、あ
る範囲内であれば油圧ポンプの運転に何等支障な
く、これを故障とみる必要はない。そこで、ある
範囲内にある機構的ながた等によつて生ずる操作
信号Ｘと変位信号Ｙの差を故障から除外するた
め、この差を許容値Δとして処理している。許容
値Δの値は各油圧ポンプによつてそれぞれ定める
ことができる。

次に第３図に示すブロツクｄに示すエラーカウ
ンタ設定値C_Eの補正処理を行なう。その詳細を
第６図によつて説明する。エラーカウンタ設定値
C_Eは、誤つた故障表示を防止するための次のブ
ロツクｅの故障表示遅延処理において、遅延時間
を計算するために使用される。処理は第６図のブ
ロツクｄ１でパイロツト圧力P₀により第７図に
その特性が示されているエラーカウント補正係数
テーブルから補正係数K_Cを読み出す。次にブロ
ツクｄ２でパイロツト圧力P₀₀の時のカウント設
定値C_EDに、読出した補正係数K_Cを乗じ、エラー
カウンタ設定値C_Eを求める。

このようなブロツクｄにおける処理は次のよう
な意味を有する。即ち、斜板６ａは、操作レバー
９からの操作信号Ｘに応じて、ブロツクｂに示す
処理により変位するのであるが、この変位は瞬間
に行われるのではなく、ある時間遅れをもつて行
われる。しかも、この遅れの時間は、パイロツト
ポンプ１０から斜板駆動装置７に供給される油の
油圧により異なる（この点については後述す
る。）。ところで、ブロツクｃの処理において、上
記時間遅れのため、変位信号Ｙは判定値X₁、X₂
の範囲から外れている時間が存在し、この時間の
間は故障ありの判定がなされる。したがつて、ブ
ロツクｃの処理後、直ちに表示を行なうと、多く
の場合、故障が存在しないにもかかわらず故障が
表示されることになる。これを防止するため、ブ
ロツクｅでは上記時間遅れを見込んで故障表示の
遅延を行うものであり、ブロツクｄではこの遅延
時間を決定する処理を行うものである。ブロツク
ｄにおいては、ある基準となるパイロツト圧力
P₀₀のときに生じる上記時間遅れを考慮した遅延
時間（カウント設定値C_ED）に対して補正係数K_C
を乗じることにより、パイロツト圧力P₀のとき
の遅延時間（エラーカウンタ設定値C_E）が求め
られ、このエラーカウンタ設定値C_Eがブロツク
ｅの表示遅延に用いられる。

次に、パイロツト圧力により斜板の変位速度、
即ちピストン７２の移動速度が変化する理由を説
明する。例えば、電磁弁７３ａ，７３ｂをOFF、
電磁弁７３ｃ，７３ｄをONとしてピストン７２
を右行させる場合を考える。ここで、シリンダ７
１のＢ室に流入する油の流量をQ_io、Ｂ室の圧力
をP_B、パイロツトポンプ１０のパイロツト圧力
をP₀、パイロツトポンプ１０からＢ室に至る油
道の流量係数をR_ioとし、又、シリンダ７１のＡ
室から流出する流量をQ_put、Ａ室の圧力をP_A、タ
ンク１２の圧力をP_T、Ａ室からタンク１２に至
る油道の流量係数をR_putとすると、Ｂ室に流入す
る流量Q_ioとＡ室から流出する流量Q_putは次式で
表わされる。

Q_io＝R_io（P_O−P_B）^1/2 Q_OUT＝R_OUT（P_A−P_T）^1/2 ところで、シリンダ７１とピストン７２の間の
粘性力は極めて小さいので、ピストン７２での力
のつり合いは、ピストン７２の受圧面積（室Ａ、
室Ｂとも等しい）をA₁とすると、P_B・A₁＝P_A・
A₁となり、したがつて、 P_A＝P_B となる。又、流量Q_ioと流量Q_putとは等しいので、
これらをＱで表わすと、 Ｑ＝Q_io＝Q_put である。さらに、パイロツトポンプ１０からシリ
ンダ７１のＢ室に至る油道の流量係数R_ioおよび
シリンダ７１のＡ室からタンク１２に至る油道の
流量係数R_putは、それら油道の中で断面積が最小
の電磁弁の流量係数Ｒにほぼ等しく、 Ｒ＝R_io＝R_put である。

これらの式を整理すると、斜板駆動装置７の油
圧系の流量Ｑは次式で表わされる。

Ｑ＝Ｒ・｛１／２（P_O−P_T）｝^1/2 ここで、タンク１２の圧力P_Tを０とすると、
ピストン７２の移動速度ｖは ｖ＝Ｒ／A₁（１／２P_O）^1/2 となる。

以上のように、ピストン７２の移動速度ｖ、即
ち斜板６ａの変位速度はパイロツト圧力P₀の1/2
乗に比例する。したがつて、パイロツト圧力P₀
が低い場合は上記時間遅れが大きくなり、パイロ
ツト圧力P₀が高い場合は小さくなる。上記のエ
ラーカウンタ設定値C_Eは、パイロツト圧力P₀に
よる時間遅れを調整し、故障表示の遅延時間を最
適の時間とするための値である。

なお、第７図に示す特性曲線は、油圧ポンプ、
油圧シリンダ、電磁弁、作動油等により異なる。

次に、第３図に示すブロツクｅにおける故障表
示遅延の処理の詳細を第８図によつて説明する。
第８図のブロツクｅ１では、RAM２６からブロ
ツクｃで判定したエラーフラグデータを取り出
し、その値が「０」であるか否か判断する。もし
エラーフラグデータが「０」であれば、RAM２
６の所定のアドレスに設定されたエラーカウンタ
の値を０にする（ブロツクｅ２）。

ここで、エラーカウンタとは、設定された遅延
時間をカウントするものであり、ブロツクａ〜ｅ
の処理を一回繰り返す毎に一回ずつ加算される。
ブロツクｅ２の処理は、故障がない場合の処理で
あり遅延が必要ないのでエラーカウンタを０にす
るものである。

ブロツクｅ１でエラーフラグデータが「０」で
ないと判断されると、次にRAM２６内のエラー
カウンタの値を取り出し、この値がブロツクｄに
おいて予め設定された設定値C_Eになつているか
否かをブロツクｅ３で判断する。設定値C_Eに達
していなければ、つまり所定の遅延時間に達して
いなければ、RAM２６のエラーカウンタの値に
１を加算し（ブロツクｅ４）、再び第３図のブロ
ツクａからの処理を行なう。一方、ブロツクｅ３
で、エラーカウンタの値が設定値C_Eになつてい
るならば、つまり所定の遅延時間に達したと判断
されるならば、出力部２７から信号を出力し（ブ
ロツクｅ５）、発光ダイオード２０を発光させる。

以上の処理において、操作レバー９を急速に操
作して、フロントを駆動すると、油圧ポンプの負
荷が増大し、エンジンの回転が低下してパイロツ
ト圧力も低下し、斜板６ａが追従できない場合が
あるが、この場合には、第５図のブロツクｃ６の
処理が行なわれてエラーフラグデータが「１」と
なり、ブロツクｅ１，ｅ３，ｅ４の処理が行なわ
れる。しかし、エラーカウンタ設定値C_Eは斜板
６が操作レバー９の急激な操作に追いつく時間以
上の時間が得られるように設定されているので、
斜板６ａは設定値以内で操作レバー９に追従する
ことになり、追従した時点でブロツクｃ５，ｅ
１，ｅ２の処理が行なわれ、発光ダイオード２０
に対して故障信号が出力されることはない。一
方、継続的な故障の場合には、ブロツクｃ６，ｅ
１，ｅ３，ｅ４を経過する処理が繰り返されるの
で、エラーカウンタの値は繰り返しの度毎に１ず
つ増加して行き、遂には設定値C_Eに達してブロ
ツクｅ５による処理が行なわれ、故障信号が出力
される。

このように、本実施例によれば、油圧ポンプの
故障診断のために油圧配管を切り離す必要はな
く、油圧回路への異物の混入を防止して自動的に
迅速に故障診断を行うことができる。さらに、前
述のようにエンジンの回転が低下したり、又は、
パイロツトポンプが斜板駆動装置以外の他の装置
の油圧源、例えば操作系のパイロツト圧の油圧源
として用いられ、当該他の装置が使用された場
合、パイロツト圧力が変化して斜板駆動装置の動
作に遅速を生じるが、本実施例では、パイロツト
圧に応じて故障表示の遅延時間を補正するように
したので、パイロツト圧が変化して斜板駆動装置
の動作に遅速を生じても、油圧ポンプが正常であ
るにもかかわらず故障信号を出力してしまう状態
を防止することができ、誤つた故障表示を防止
し、ひいては正確で信頼性のある故障診断を行う
ことができる。

なお、上記実施例の説明では、操作信号を操作
レバー９から取出した信号を用いる例について説
明したが、これに限ることはなく、斜板駆動装置
７に対する最終的な斜板位置の指令信号を用いて
もよい。又、パイロツト圧力に応じた補正は遅延
時間の設定の処理において行うようにしたが、許
容偏差Δに対して行うようにすることもできる。

さらに、発光ダイオード２０に代えて他の表示
器または警報器あるいはこれらを併用したものを
用いることができ、更に出力部２７の出力を表示
器、警報器と併用したり、単独で油圧ポンプの非
常停止機構の駆動に用いたり、あるいは故障モニ
タ操作に用いることもできる。そして、出力部２
７の出力を油圧ポンプの非常停止機構の駆動に用
いた場合、このパイロツト圧力により補正された
遅延時間の設定は、油圧ポンプの不必要な停止を
避けることができ、特に有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、操作信号と変
位信号の差の絶対値を所定の許容値と比較し、こ
の差の絶対値が許容値を超えた状態が、パイロツ
ト圧力により設定された所定時間以上継続したと
き、故障を指示する故障信号を出力するようにし
たので、油圧配管の切離しや油圧テストの取付を
行うことなく、油圧ポンプの故障診断を自動的か
つ迅速に行うことができる。又、パイロツト圧力
が変化しても誤作動なく正確で信頼性のある故障
診断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る故障診断装置
の制御回路図、第２図は斜板駆動装置の油圧回路
図、第３図は第１図に示す要部の動作を説明する
フローチヤート、第４図、第５図および第６図は
第３図の各ブロツクの詳細フローチヤート、第７
図はパイロツト圧力に対する補正係数の特性図、
第８図は第３図の部分詳細フローチヤート、第９
図は従来の故障診断装置の油圧回路図である。 ６……可変容量油圧ポンプ、６ａ……斜板、７
……斜板駆動装置、８……変位計、１０……圧力
計、２１……制御装置、Ｘ……操作信号、Ｙ……
変位信号、P₀……パイロツト圧力信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ おしのけ容積可変機構を備えた油圧ポンプに
   おいて、上記おしのけ容積可変機構を所定量変位
   させる操作信号を発生する操作信号発生手段と、
   上記おしのけ容積可変機構の変位信号を検出する
   変位信号検出手段と、上記操作信号発生手段の操
   作信号と上記変位信号検出手段の変位信号との差
   の絶対値を所定の許容値と比較する比較手段と、
   この比較手段における上記絶対値が上記許容値を
   超えた状態が上記おしのけ容積可変機構の駆動装
   置に供給する油圧に応じて設定した所定時間以上
   継続したとき故障信号を出力する遅延手段とを設
   けたことを特徴とする油圧ポンプの故障診断装
   置。