JPS6260990A - 油圧ポンプの故障診断装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は油圧ショベル、クレーン等の油圧機械および油
圧装置の動力源として人混に用いられろ油圧ポンプの故
障診断装置に関ｆ石。

〔発明の背景〕

油圧ショベル、クレーン等の油圧機械および油圧装置に
おけろ油田ポンプは、油田エネルギーな発生させる最重
要な機械である。このため、油圧ポンプの故障や経年変
化等に工ろ性能低下１１、これな使用する機械および装
置に重太な障害な与えろことになる。このため、油圧ポ
ンプの性能低下あるいは故障の検出な行なうことが要求
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
表てろ。）を判定する故障診断装置の油圧回路図をｖＪ
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、１３％！
可変容量油圧ポンプ１のおしのけ容積可変機構（以下、
こｔｌな斜板で代表する。）、２は可変容量油圧ポンプ
１の吐出圧に応じて斜板１ａを操作するレギュレータ％
３は油圧テスタで、油圧な測定する圧力計３３、油の流
量を測定ｆろ流量計３ｂ、および可変容量油圧ポンプ１
の吐出管路を絞り、吐出圧馨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Ｒ，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の回転数を測定ずろ回転計な示す
。

定常状態で、油田配管４ａ、４ｂお裏び油圧テスタ３は
なく、油圧配管の部分ａと部分す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と部分すとで切り離し、その切り離した部分ａ、ｂ間
に配管４・ａ、・４ｂお工び油圧テスタ３を接続１６０
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。この状態で可変絞つ３ＣＹ操作し、圧力計３ａの
圧力が設定値Ｐｒｅｆになろまで管路を絞り、そのとき
の可変容量油圧ポンプ１の吐出量Ｑ乞流量計３ｂに工り
計測でろ。この場合、吐出量は吐出圧に応じてレギュレ
ータ２により制御されろ斜板１　ａ　ノ位置により決定
されろ。次に、先の回転数Ｎと設定圧力Ｐ　ｒ　ｅ　ｆ
とに基づいて、可変容量油圧ホ７−１１の理論的な吐出
量Ｑｒｅｆな算出する。最後に、吐出ｉ−Ｑ　ｒ　ｅ　
ｆと吐出ｉＱとを比較し、その差が許容値な超えたとぎ
可変容量油圧ポンプ１は故障していると判断てる。

このような故障診断装置ｔは、油圧配管の一部な切り離
し配管４ａ、４ｂおよび油圧テスタ３ヶ接続しなげれば
ならず、多くの作業時間を必要とし、また油圧配管の切
り離し時に配管内に塵埃等の異物が混入でる恐れがあっ
た。更に診断に際して可変絞つ３Ｃを操作して圧力計３
ａお工び流量計３ｂの指示値な読み取らねばならず、こ
の点でも多くの時間を要し、面倒な診断となっていた。

〔発明の目的〕

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な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ろ油圧ポンプ
の故障診断装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的な達成ｆろため、本発明は、油圧ポンプのお
しのけ容積可変機構を所定量変位させる指令値とこの指
令値によって変位したおしのけ容積可変機構との差の絶
対値と、予め定めた許容値とケ比較し、絶対値が許容値
？超え１こ状態が、おしのけ容積可変機構を駆動するパ
イロット圧力により設定された所定時間以上継続された
とき故障信号な出力するようにしたことを特徴とてる。

〔発明の実施例〕

以下本発明な図示の実施例によって説明する。

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の斜板まに
は斜軸のおしのけ容積可変機構（以下、これを斜板で代
表子ろ。）、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
な供給してこれな駆動さセロパイロットポンプ、１１は
パイロット圧力に応じた信号Ｐ。を出力する圧力計、１
２は斜板ボ動装［７に接続したタンク、２０は発光ダイ
オード、２１はマイクロコンビュータケ用いて構成した
制御装置であり、操作信号Ｘ、変位信号Ｙ、パイロット
圧力Ｐ。を入力し、斜板駆動装ｆＩＬ７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
信号な出力する。２２は操作信号Ｘと変位信号Ｙとパイ
ロット圧力Ｐ。とを切換えて入力ずろマルチプレクサ、
２３は操作信号Ｘと変位信号Ｙとパイロット圧力Ｐ。な
ディ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、パイロット圧力Ｐ。に基づいて所定の演算
および制御を行な５ＣＰＵ、２５はＣＰＵ２４の演算お
よび制御の手順等な記憶てるＲＯＭ。

２６は入力したデータや演算された値等を一時記ｉ−ｆ
ｂＲＡＭ、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および発光ダイオード２０へ出力でろ出
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７エ内な往復動するピストン、７３
ａ、７３ｂ、７３Ｃ，７３ｃＮ！電磁弁で、この電磁弁
７３ａ、７３ｂＫＯＮ信号を受けろことにより、パイロ
ットポンプ１０の圧油なシリンダ７１のＡ室に導き、Ｂ
室の油なタンク１２へ逃がし、ピストン７２な斜板６ａ
の変位信号Ｙが増大″ｆろ方向へ動かで。電磁弁７３Ｃ
１７３ｄがＯＮ信号を受けろとシリンダ７１０Ｂ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６ａｌ動かで。また電磁弁７３ａ、７３ｄがＯ
Ｎ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
図に示すフローチャート、ならびに第７図に示す補正係
数特性図な参照しながら説明’する。

操作償号Ｘ、変位信号Ｙ、パイロット圧力Ｐ。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図のブロックａ）。

次いで、斜板６ａ７駆動する制御を行なう（第３図のブ
ロックｂ）。この制御の詳細な手順を第４図に示す。ブ
ロックｂでは、先ず操作信号Ｘと変位信号Ｙの偏差ΔＸ
（ΔＸ＝Ｘ−Ｙ）な演算１−（ブロックｂ１）、偏差Δ
Ｘが正か負かＯか？判断″する（ブロック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から出力しくブロックｂ３）、
偏差ΔＸが０であれば斜板６ａを停止させる信号、つま
り！＠弁７３ａ、７３ｄのＯＮ信号を出力しくブロック
ｂ４）、また偏差ΔＸが正であれば斜板６ａの変位？増
加させる信号、つまり電磁弁７３　ａ、　　７３　ｄの
ＯＮ信号を出力する（ブロックｂ５）。このようにして
、第３図のブロックａ。

ｂＫより通常の斜板制御を行なう。

次いで、ブロックＣにおけろ処理で油圧ポンプ６の故障
判定を行なう。ブロックＣの手順の詳細を第５図に示し
ている。ブロック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ＸＩ（Ｘ１＝Ｘ−Δ）を求め、これｖＲＡＭ２６に
記憶する（ブロックｃｌ）。次にブロックＣ２で示すよ
うに操作信号Ｘと許容値Δ乞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
。次いでブロック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以上であるか否かな判断する。変位
信号Ｙが判定値Ｘ１以上であるならばブロック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、処理はブロックＣ５へ移ｂ０ブロックｃ５では
、予めＬＬＡＭ２６の所定のアドレスに記憶されるよう
になっているエラーフラグデータな「０」Ｋτる。この
場合、エラーフラグデータの「０」は、ブロック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、ブロックＣ３で変位信号Ｙが判定値Ｘ１未
満であると判断された場合、あるいはブロックｃ４で変
位信号Ｙが判定値Ｘ２を超えろと判断された場合には、
処理はブロックｃ６に移る。ブロックｃ６では、前記エ
ラーフラグデータなｒｌＪ　、つまり変位信号Ｙが所定
の範囲外にあり油田ポンプ６が故障であることを示す。

ここで、許容値Δについて説明でる。通常、油圧ポンプ
の斜板等の構造物にあっては、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
とは完全九一致せず差が生ずる。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
に同等支障なく、これを故障とみろ必要はない。そこで
、ある範囲内にある機構的ながた等によって生ず７：Ｉ
操作信号Ｘと変位信号Ｙの差な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
各油圧ポンプによってそれぞれ定めることができろ。

次に第３図に示すブロックｄに示すエラーカウンタ設定
値Ｃ，の補正処理を行なう。その詳細を第６図によって
説明てろ。エラーカウンタ設定値Ｃ２は、誤った故障表
示な防止するだめの次のブロックｅの故障表示遅延処理
において、遅延時間を計算１石ために使用される。処理
は第６図のブロックｄ１でパイロット圧力Ｐ。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。を読み出て。次にブロックｄ
２でパイロット圧力Ｐ。０の時のカウント設定値ＣＥＤ
　に、読出した補正係数Ｋｃを乗じ、エラーカウンタ設
定値Ｃ１，、す求めろ。

このようなブロック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、ブロック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
時間遅れをもって行われる。しかも、この遅れの時間１
１、パイロットポンプ１０から斜板駆動装置７に供給さ
れろ油の油圧により異なる（この点については後述でろ
。）。

ところで、ブロック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Ｘ、、Ｘ２の範囲から外れて
いる時間が存在し、この時間の間１１故障ありの判定が
なされろ。したがって、ブロック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ろことになる。これを防止するた
め、ブロックｅでは上記時間遅れを見込んで故障表示の
遅見を行うものであり、ブロックｄではこの遅延時間を
決定する処理を行うものである。ブロックｄにおいては
、ある基準となるパイロット圧力ＰＯＯ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ＣＥ
Ｄ　　）に対して補正係数Ｋｃを乗じることにより、パ
イロット圧力Ｐ。のときの遅延時間（エラーカウンタ設
定値Ｃ８）が求められ、このエラーカウンタ設定値Ｃ８
がブロックＣの表示遅延に用いられる。

次に、パイロッ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７１のＢ室に流
入する油の流′ＨｋｔＱｌｌｌＩＢ室の圧力１ｐ、、パ
イロットポンプ１ｏのパイロット圧力なＰ。、パイロッ
トポンプ１ｏからＢ室に至る油送の流量係数を”Ｉｍ　
　とし、又、シリンダ７１のＡ室から流出する流ｉなＱ
、ｕ、、Ａ室の圧力ｔｆ：ＰＡ、　　タンク１２の圧力
なＰ、、Ａ室からタンク１２に至る油送の流量係数なＲ
ｏ、とすると、Ｂ室に流入する流量Ｑｌ！１　　とＡ室
から流出する流量ＱＩ、ｕｔは次式で表わされる。

Ｑｌ　ｎ＝”Ｉ　ｎ　（”０−ＰＲ）２Ｑｏ　ｕ　ｔ　
””ｏ　ｕ　ｔ　（ＰＡ−ＰＴ　）２ところで、シリン
ダ７１とピストン７２０間の粘性力は極めて小さいので
、ピストン７２でのカのつり合いは、ピストン７２の受
圧面積（室Ａ、室Ｂとも等しい）なＡ１とすると、ＰＢ
１１Ａ１＝Ｐム・Ａ１となり、したがって、 ＰＡ：Ｐ。

となる。又、流量Ｑ　ｌ　！ｌ　　と流量Ｑ　Ｏ！Ｉ　
ｔとは等しいので、これらＹＱで表わすと、 Ｑ＝Ｑ、ユ＝Ｑ６．．ｔ である。さらに、パイロットポンプ１ｏからシリンダ７
１のＢ室に至る油送の流量係数Ｒ１およびシリンダ７１
のＡ室からタンク１２に至る油送の流量係数Ｒ，ａ、　
　は、それら油送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＝　Ｒ１ｖｓ　＝　”　ｏ　ｔ＋
　Ｌ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
ｆＱは次式で表わされる。

Ｑ＝Ｒ・（２（Ｐｏ−ＰＴ　）　）　２ここで、タンク
１２の圧力ＰＴを０とすると、ピストン７２の移動速度
Ｖは となろ。

以上のように、ピストン７２の移動速度Ｖ、即ち斜板６
ａの変位速度はパイロット圧力Ｐ。０２乗に比例丁さ。

したがって、パイロット圧力Ｐ０が低い場合は上記時間
遅れが大きくなり、パイロット圧力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ＣＥは、パイロ
ット圧力Ｐ０による時間遅れを調整し、故障表示の遅延
時間な最適の時間とするだめの値である。

なお、第７図に示す％性曲線は、油圧ポンプ。

油圧シリンダ、電磁弁９作動油等により異なる。

次（、第３図に示すブロックｅｖｃおける故障表示遅延
の処理の詳細を第８図によって説明てる。

第８図のブロックｅ１では、ＲＡＭ２６からブロックＣ
で判定したエラーフラグデータな取り出し。

その値が「０」であるか否か判断する。もしエラー７ラ
グデータが「０」であれば、几ＡＭ２６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（ブロッ
クｅ２）。

ここで、エラーカウンタとは、設定された遅延時間なカ
ウントするものであり、ブロックａ　’％　ｅの処理を
一回繰り返す毎に一回ずつ加算される。

ブロック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
。

ブロックｅ１でエラーフラグデータが「ｏＪ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、この値がブロックｄにおいて予め設定された
設定値ｃＥになって（するか否かをブロックｅ３で判断
−ｆ″る。設定値ｃＥに達していなげれば、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
ウンタの値に工な加算しくブロックｅ４）、再び第３図
のブロックａからの処理な行なう。一方、ブロックｅ３
で、エラーカウンタの値が設定値Ｃ８Ｉｃなっているな
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、出方部２７から信号を出方しくブＯツ／ｅ５）、発
光ダイオード２ｏ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ット圧力も低下し、斜板
６ａが追従できない場合があるが、この場合には、第５
図のブロックｃ６の処理が行なわれてエラー７ラグデー
タが「１」となり、ブロックｅｌ、ｅ３．ｅ４の処理が
行なわれろ。しかし、エラーカウンタ設定値Ｃ２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
間が得られろ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
た時点でブロックｃ５．ｅｌ。

ｅ２の処理が行なわれ、発光ダイオード２ｏに対して故
障信号が出方されることはない。一方、継続的な故障の
場合には、ブロックｃ５．ｅ１．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００に達
してブロックｅ５による処理が行なわれ、故障信号が出
方される。

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丁必要はなく、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なう
ことができろ。又、パイロット圧力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、パイロット圧力が
変化しても誤った故障表示な防止でろことができ、正確
な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ろ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−ｆ′る最終的
な斜板位置の指令信号を用いてもよい。又、パイロット
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ｔらを併用したものケ用いることがで
き、更に出方部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ろ。そし
て、出方部２７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、このパイロッ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ろ
ことができ、特疋有効である。

〔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
許容値な超えた状態が、パイロット圧力により設定され
た所定時間以上継続したとぎ、故障を指示すろ故障信号
を出力するようにしたので、油圧配管の切離しや油圧テ
スタの取付を行うことなく、油圧ポンプの故障診断な自
動的かつ迅速に行うことができる。又、パイロット圧力
が変化しても誤作動なく正確な故障診断を行うことがで
きろ。

【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？：説明するフローチャート、第
４図、第５図および第６図は第３図の各ブロックの詳細
フローチャート、第７図はパイロッ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ャー
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、１ｏ・・・・・・圧力計、２１・・・・・・制御
装置、Ｘ・・・・・・操作信号、Ｙ・・・・・・変位信
号、Ｐｏ・・・・・・パイロット圧力信号。 代理人　弁理士　武　顕次部（ほか１名）第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 ）でイロット圧力ＰＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。