JPS59194215A - 油圧システムの故障予知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作機械、建設機械等の油圧システムにおい
て、油圧システムを構成する部材の疲労、摩耗、劣化等
の程度を知シ、油圧゛システムの故障を予知する油圧シ
ステムの故障子知装置に関する。

工作機械、建設機械等の油圧システムにおいては、その
油圧システムを構成している油圧シリンダ、油圧モータ
、各種油圧弁、こｎらの部品、油圧配管等（以下、と１
らを構成部材と称する０）の疲労、摩耗、劣化等により
、破損や使用不能等の故障が発生する。そして、このよ
・うな故障の発生は、しばしば人身事故を惹起し、又は
近辺に存在する他の構造物を破壊し、極めて危険である
。

又、このような人身事故や破壊を避けることかで１！た
としても、故障の原因となった構成部材の取換えには多
大の時間を要し、その間、その油圧システムが関与する
作業はすべて中止しなければならず、作業能率を著るし
く低下させてしまうという欠点を生じ、この欠点は、故
障発生場所が僻地や海外の場合、より一層大きなものと
なる。

このため、油圧システムの各構成部材の疲労、摩耗、劣
化等の程度を予め知ることは極めて重要な課題であシ、
その程度を予知することによシ、寿命の限界に近づいた
構成部材を取換え、人身事故、破壊、作業能率の低下等
を未然に防止し、油圧システムを支障なく運用すること
ができるのである。

従来、このような故障子知装置は知らｎておらず、故障
子知は専ら人間が各構成部材を目でみて推定するか又は
その油圧システムの使用時間を計測して推定するのみで
あった。この手段によっては、当然ながら正確な故障子
知は不可能であるので、次善の策として一定の期間毎に
製造者側又は使用者側が油圧システムのオーバーホール
を行なうようになっている。ところで、油圧システムの
各構成部材の疲労、摩耗、劣化等は油圧システムの使用
頻度や操作の仕方等によシその進行の程度が大きく異な
るものであるが、油圧システムの製造者がその実際の使
用態様を把握するのは困難であるので、製造者は油圧シ
ステムの製造に際し、苛酷な使用を前提として安全度の
大きな設計を行なっている。ところが、油圧システムが
製造者の想定以上に苛酷に使用さｆ′Ｌ大場合、オーバ
ーホール前に故障を発生するおそれがあり、又、これと
は逆に油圧システムの使用頻度が少ないか又は軽負荷の
使用が続くと各構成部材の疲労、摩耗、劣化等の程度は
小さ、く、この場合、オーバーホール時に、取換える必
要がないのに取換えを行なうことになってきわめて不経
済となシ、かつ、その構成部材の耐久性を充分に発揮さ
せることができないという不都合が生じていた。しかし
ながら、適切な故障子知装置がないため、故障の防止は
上述のような欠点をもつオーバーホールに頼らざるを得
なかった。

なお、故障が発生した場合、とｆｉ’にランプ等により
表示し、又はブザーを吹鳴して警報を発する装置は知ら
れているが、このような装置は故障が発生したとき作動
するものであシ、故障を予知することはできず、上記従
来の欠点を解消することは不可能である。

本発明は、このような事情に鑑みて々さねたものであシ
、その目的は、故障発生を予測することができ、この予
測によシ人身事故、近辺に存在する構造物の破壊、作業
能率の低下を未然に防止することができる油圧システム
の故障子知装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、油圧システムを構
成する構成部材について、その構成部材の寿命を減少さ
せる要因、例えば油圧、作動油温度、摺動速度等を検出
し、その検出値に応じてその構成部材の瞬間的寿命減少
度を求め、この瞬間的寿命減少度＠に基づいてそのＳ成
部材の寿命減少度を演算し、この演算さｆＬｋ値を出力
できるようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の英施例に係る油圧シリンダにおけるオ
イルシールの故障子知装置の系統図である。油圧シリン
ダには、ピストンとシリンダ壁間の油の漏洩を防止する
ため、オイルシールが設けられている。このオイルシー
ルけ、油圧シリンダの作動により、疲労、摩耗、材質劣
化等の被害を受けてその寿命を減少せしめらｎる。そし
て、その被害の程反、即ち寿命の減少の程度（以下、寿
命減少度という。）は、油圧シリンダに加わる圧力、作
動油の温度、ピストンの摺動速度等にょシ大きく影響テ
ハる。本実施例では、オイルシールに被害を与えてその
寿命を減少させる要因として、油圧、作動油温度、ピス
トンの摺動速度を検出し、こｔらの要因に基づいてオイ
ルシールの寿命減少度を知多、故障を予知しようとする
ものである。

第１図で、１は油圧システムの油圧源となる油圧ポンプ
、２は油圧シリンダ３の駆動方向等を制御する制御弁、
３ａは油圧シリンダ３のピストン、３ｂはピストンロッ
ド、３ｃはオイルシール、４は作動油タンクである。５
は制御弁２と油圧シリンダ３０ロンド側とを接続する管
路に設けら１てその油圧を検出する油圧検出器、６は同
じく制御弁２と油圧シリンダ３のボトム側とを接続する
管路に設けられてその油圧を検出する油圧検出器である
。これら油圧検出器５．６により油圧シリンダ３へ加え
られる圧力、ひいてはオイルシール３ｃに加わる圧力が
検知さｉる。７は制御弁２と作動油タンク４とを接続す
る管路に設けられた温度検出器であシ、この温度検出器
７により油圧シリンダ３へ供給さｎる作動油の温度が検
出さｎる。８は油圧シリンダ３のピストンロッド３ｂＫ
対して設けられた速度検出器であり、この速度検出器８
によりシリンダ壁に対するピストン３ａの、ひいてはオ
イルシール３ｃの摺動速度が検出される。

９はこの油圧システムに関連する釉々の目的に使用され
る制御装置であシ、油圧検出器５，６、温度検出器７、
速度検出器８によ）検出さｎ＊値が入力され、とｊらの
値に基づいてオイルシール３Ｃの寿命減少度が演算さハ
、この値がある設定値と比較され、その結果が出力端＋
９ａから出方される。この制御装置９の動作の説明は後
述する。１゜は制御装置９においてなされた前記比較の
結果を入力端子１０ａｉ経て入力し、こｎｙ表示する表
示装置である。１１はクリアスイッチであル、その機能
については後述する。

ここで、図に示す油圧システムにおいて、油圧シリンダ
３のオイルシール３ｃが油圧、作動油温度、摺動速度に
よシ受ける影響について説明する。

一般に、油圧シリンダは、その作動中ストロークエンド
において作動油の排出の量が絞られ、これによシシリン
ダ室内に存在する油がクッションとなシ、ピストンとシ
リンダ前、後壁との衝突を防ぐようになっている。この
ような構造は、例えば特開昭５０−９６７８１号公報に
記載されていて公知である。今、例えば油圧シリンダ３
のピストンロッド３ｂが伸びてストロークエンドに近づ
くと、前述のように作動油の排出量が絞られるので、ロ
ッド側の室の圧力は急激に上昇するとともにこの圧力の
上昇により作動油の温度も上昇する。この場合、ピスト
ンはほぼ停止に近い状態となるのでヘッド側の作動油の
圧力も上昇し、この圧力の上昇はヘッド側に接続さまた
管路に設けらｔ′Ｌ六圧カ検出器６によシ検出される。

一方、上昇した作動油の温度は、ロッド側の室が制御弁
２を介して油タンク４に接続されているので、温度検出
器７によシ検出さする。このような圧力の上昇にょジオ
イルシール３ｃはその分疲労の程度を増し、又、温度の
上昇によシ材料の劣化の程度を増す。さらに、このオイ
ルシール３ｃにはピストンの移動によシ摺動が生じるの
で、ロッドの伸縮にょる摺動によジオイルシール３ｃは
その分摩耗を生じる。

そして、この摩耗はロッドの伸縮の速度によって左右さ
れ、速度が大きければ当然摩耗の程度も大きくなる。

以上述べたように、このオイルシール３ｃｌｄピストン
ロツド３ｂの伸縮動作にょシ、疲労ばがシでなく同時に
摩耗および材料劣化も生じる。そして、このオイルシー
ル３ｃの寿命減少度は、これら疲労、摩耗、材料劣化を
総合して判断することによシ、正確に把握し得るもので
ある。

次に、このオイルシール３ｃの寿命減少度を得るための
制御装置９の構成について説明する。第１θ図は第１図
に示す制御装置のシステム構成を示す図である。図で、
９ｂは各検出器、５．６゜７．８で検出された値を切換
えて入力するマルチプレクサ、９ｃは入力されたアナロ
グ量の検出値をディジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器、
９ｄはマイクロコンピュータのマイクロプロセッサユニ
ット（ＭＰＵ）、９ｅはＭＰＵ９ｄの動作の手順が記憶
されているリード、ｌＩオンリ・メモリ（ＲＯＭ）であ
る。ＲＯＭ　９　ｅには、この手順の他に前記オイルシ
ール３ｃに関する定められた数にしたがった、入力され
た値に対応する瞬′面的寿命減少度の値も記憶さｎてい
る。９ｆは入力さｆ′した値、読出された値、演算の結
果得られた値等を記憶するランダム・アクセス・メそり
（ＲＡＭ）　、９ｇは演算さ１、又は記憶さｆＬ７’（
値を出方する出方回路である。Ｍ　Ｐ　Ｕ　９　ｄ　、
　ＲＯＭ　９　ｅ　、　ＲＡ　Ｍ　９　ｆおよび出力回
路９ｇでマイク四コンビュータカ構成さｉている。９ｈ
はこのマイクロコンピュータに割シ込み金貸なうための
タイマ、９１はＲＡＭ９ｆの所定番地の内容をクリアす
るクリア指令スイッチ１１とＭＰＵ９ｄとの間のインタ
ーフェースである。

ここで、ＲＯＭ　９　ｅに記憶さまた瞬間的寿命減少度
について説明する０第３図（ａ）は作動油の温度θとこ
の温度によジオイルシール３ｃの材料が劣化する程度と
の相関関係を示す特性図であシ、各温度に対応した材料
劣化の程度を表わす値が得らｎる。同じく、第３図（ｂ
）は圧力ｐａ又は圧力ｐｂ（以下、圧力ｐで代表させる
。）とこの圧力によジオイルシールが疲労する程度との
相関関係を示す特性図で、各圧力に対応した疲労度が得
られる。又、第３図（ｃ）はピストンロッド３ｂの速度
とこの速度における摺動よりオイルシール３ｃが摩耗す
る程度との相関関係を示す特性図で、各速度に対応した
摩耗度が得られる。これらの材料劣化の程度、疲労度、
摩耗度がそｎぞれオイルシール３ｅの瞬間的な寿命減少
度になる。

次に、本実施例の動作を第４図に示すフローチャート管
参照して説明する。捷ず、このオイルシールの使用開始
時、クリア指令スイッチ１１（ｃ−操作するとクリア指
令信号がインターフェース９　ｉ−を介してＭＰＵ９ｄ
へ入力さする。ＭＰＵ９ｄはクリア指令が入力されたこ
とを判断して（Ｓｌ）、所定番地（後述）の数値りをク
リアしてＤ＝０とする（Ｓ２）。次に、タイマ９ｈから
所定時間△を毎に発生する割込信号が入力されているか
否かを判断する（Ｓ３）。前述・したように、制御装置
９は他の制御をも行なっているので、オイルシール３ｃ
についての所要の演算、制御を行なわせるための割込み
を行なうのである。割込信号が入力さｎていない場合は
ステップＳ工の動作に戻る。なお、オイルシールの使用
開始後はクリア指令信号の入力はないので、ステップＳ
２の動作を経ることなく、直ちにステップＳ３の判断が
行なわする。タイマ９ｈから割込信号が入力されている
場合、一方の圧力検出器の検出値ｐ１温度検出器７の検
出値θ、速度検出器８の検出値Ｖがマルチプレクサ９ｂ
によシ順次切換えら打て入力される（Ｓ４）。次いで、
こｉら入力’ｇ　ｎ　ｉ値に応じて、第３図（ａ）乃至
（Ｃ）に示す特性にしたがい、その入力された値に対応
する材料劣゛化の程度ｆ（θ）・、疲労度ｇ　（ｐ）、
摩耗度ｈ　（ｖ）をそれぞれＲＯＭ　９　ｅから読み当
て（Ｓ５）。次に、こハら各位ｆ（θ）　、ｇ　（ｐ）
、ｈ　（ｖ）を乗算して値Ｈｋ求める。この値Ｈが各位
が検出さｔ′した瞬間におけるオイルシール３ｃの寿命
減少度となる。次に、割込の時間△ｔを値Ｈに乗算して
、△Ｄ＝ＨＸ△ｔｉ求める（Ｓ６）。値△Ｄ・は時間△
を内におけるオイルシール３ｃの寿命減少度である。こ
のようにして得らｎた値△ＤはＲＡＭ９ｆの定められた
番地に記憶さむている値ＤＫ順次加算てれてゆき、新し
い値りとして当該番地に記憶さｎる（Ｓ７）。この値り
はオイルシール３ｃの使用開始からの寿命減少度と力る
。ここで、オイルシール３ｃの寿命減少度の限界、即ち
、オイルシール３ｃをこのまま使用するとオイルシール
３ｃの破損を惹起し又はオイルシール３ｃからの油の漏
洩が多量とカシ、油圧シリンダ３の動作が不能となるお
それが生じる寿命減少度の限界を予め定め、この値より
小さい値を限界値として設定しておき、この限界値’＆
ＲＡＭ、９ｆの適当な番地に記憶させておく。そして、
ステップＳ７で演算された値りがこの設定さハた限界値
に達したか否かを常に判断する（Ｓ８）。１＠Ｄが限界
値に達していないと判断さｉる、と、動作は再びステッ
プＳ□に戻る。値Ｄ゛が限界値に達したと判断されたと
き、こむに応じて、出力回路９ｇ１端子９ａ、表示装置
１０の端子１０ａｆｆｉ経て、制御装置９から表示装置
１０へ信号が出力さする（Ｓ、）。この信号により、表
示装置１０にはオイルシール３Ｃの使用が限界近くに達
したことが表示さハ、この油圧システムの使用者等はオ
イルシール３ｃＫ関連した故障を予知することができる
。

なお、表示装置の表示には、ランプの点灯表示、その他
称々の表示形態が考えらねるし、又、これをブザー等の
警報装置によ多置き換えることもできる。又、温度、油
圧、速度それぞ１について第３図（ａ）乃至（Ｑ）に示
す関数値を記憶する代シに、温度、油圧、速度の積に対
する関数を定め、この関数値を記憶することもできる。

さらに、ピストンロッドの速度はロッドの変位を検出し
て求めることもできる。

このように、本実施例では、油圧、作動油温度、摺動速
度を検出し、この検出値に基づいてオイルシールの寿命
減少度を演算し、演算された値と寿命減少度の限界値と
を比較し、寿命減少度が設定された限界値に達したとき
信号を出力して表示又は警報するようにし六ので、オイ
ルシールが原因とがる故障を予測することができ、人身
事故、構造物の破壊、作業能率の低下を未然に防止する
ことができる。

なお、故障子知の対象となる構成部材はオイルシールに
限定されないのは当然であシ、油圧システムのあらゆる
構成部材がその対象となり得るものである。そして、故
障子知の対象となった構成部材については、その寿命を
減少させる要因として、油圧、作動油温度、速度その他
の要因の中から１つ又はいくつかを適宜選択して採用す
ることができる。又、寿命減少度を決定する関数は、構
成部材自体により定められるばかシでなく、油圧システ
ム内の設置個所、機能、採用される要因等に応じて論理
的又は経験的に定められるものである。さらに、上記実
施例では、寿命減少度と限界値との比較を行なうように
構成されているが、このような比較は必ずしも必要では
なく、寿命減少度を直接表示するように構成することも
できる。

この場合、予め限界値が判っておｎば、その構成部材の
使用期間とそのときの寿命減少度から、あとどの程度の
期間使用可能か、換言−ｊｔｌばいつ頃故障が発生する
かを予知することができる。又、表示装置はその油圧シ
ステムのアフターサービスをする係員が持ち運びを行な
い、必要時にその入力端子を制御装置の出力端子に接続
するようにしてもよい。

以上述べたように、本発明では、油圧システムを構成す
る構成部材について、その構成部材の寿命を減少させる
要因となる値を検出し、この値に基づいて寿命減少度を
演算し、これを出力するようにしたので、その＃ｌ成部
材に関連する故障発生を予知することができ、これによ
シ、人身事故、構造物の破壊、作業能率の低下を未然に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るオイルシールの故障予
知装置の系統図、第２図は第１図に示す制御装置のシス
テム構成図、第３図（ａ）、（ｂ）。 、（Ｃ）はオイルシールの瞬間的寿命減少度の特性図、
第４図は第２図に示す制御装置の動作を示すフローチャ
ートである。 １・・・・・・油圧ポンプ、２・・・・・・制御弁、３
・・・・・・油圧シリンダ、３ａ・・・・・・ピストン
、３ｂ・・・・・・ピストンロッド、３ｃ＝・・・オイ
ルシール、５，６・・・・・・油圧検出器、７・・・・
・・温度検出器、８・・・・・・速度検出器、９・・・
・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを
   駆動する駆動回路とを備え大油圧システムにおいて、こ
   の油圧システムを構成する構成部材のうちの少なくとも
   １つについてその構成部材の寿命を減少させる要因とが
   る値を検出する検出装置と、この検出装置によシ検出さ
   ｔ′した値に応じて予め設定さｒｔ　４関数からその構
   成部材の瞬間的得手段と、この演算手段によシ演算きれ
   た値を出力する出力手段とを設けたこｋを特徴とする油
   圧システムの故障子知装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、構成部材の寿命を
   減少させる要因は、その構成部材に加えられる油圧、そ
   の構成部材を通る作動油の温度およびその構成部材の摺
   動速度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする
   油圧システムの故障子知装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記予め設定さｎ
   た関数は、前記検出装置によシ検出される値に対してそ
   の構成部材に特有の所定の相関関係にあることを特徴と
   する油圧システムの故障子知装置。