WO2013162039A1 - ダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム及びダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法 - Google Patents

ダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム及びダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法 Download PDF

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WO2013162039A1
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WO
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torque
life
dump truck
gear
traveling motor
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Application number
PCT/JP2013/062512
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄大 板井
柳生 隆
隆雄 黒沢
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/02Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021Gearings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40Electrical machine applications
    • B60L2220/46Wheel motors, i.e. motor connected to only one wheel

Definitions

  • the present invention relates to a system for predicting the life of a gear in a reduction gear of a dump truck equipped with an electric traveling motor and a method for predicting the life of a reduction gear.
  • an electric travel motor is widely adopted as a drive source for the dump truck.
  • the electric traveling motor for example, as shown in Patent Document 2, V / F control using an inverter or the like is used.
  • Supply of electric power to the traveling motor, which is an AC motor, may be supplied by using an external power source or by a generator that generates electric power by rotating the engine.
  • a speed reducer that decelerates the rotation of the rotating shaft of the electric travel motor, which is a drive source, and transmits the rotational force to the wheel.
  • Patent Document 1 discloses a speed reducer.
  • the reduction gear mechanism in the reduction gear of this Patent Document 1 is composed of a two-stage planetary gear mechanism.
  • the planetary gear mechanism surrounds the sun gear located at the center thereof and the sun gear from the radially outer side to the inner peripheral surface.
  • a carrier that supports it.
  • each planetary gear rotates or revolves around the sun gear via the support pin to rotate the ring gear.
  • this reduction gear mechanism decelerates the rotation of the rotating shaft of the motor and transmits it to the wheel mounting cylinder (wheel).
  • the dump truck actually travels in various road environments, if the road surface is flat and the speed reducer load is mild, it may be replaced because it is still usable but still has a life. is there. Also, in places where road loads are severe due to many steep slopes etc., even if the predetermined replacement time is not reached, the speed reducer will be broken, leading to unexpected situations such as running stoppage. Is also envisaged.
  • the present invention provides a life prediction system for a reduction gear of a dump truck and a reduction gear that can accurately and easily grasp the life of each gear of the reduction gear and inform the appropriate replacement timing of the reduction gear and the reduction gear.
  • An object is to provide a life prediction method.
  • the life expectancy prediction system for a reduction gear of a dump truck is a dump truck provided with an inverter-controlled traveling motor and a speed reducer that decelerates rotation of a rotating shaft of the traveling motor and transmits power to wheels.
  • a rotational speed grasping unit for calculating or measuring the rotational speed of the rotating shaft of the traveling motor, the gear of the speed reducer or the wheel; and
  • a torque calculation unit for calculating the torque of the traveling motor;
  • a data storage unit for storing the rotational speed and the torque of the traveling motor;
  • a life calculating unit that calculates the life of the reduction gear using a minor rule with reference to the rotation speed and the torque of the traveling motor stored in the data storage unit.
  • the life prediction system for the reduction gear of the dump truck according to claim 2 is: In the system for predicting the life of the reduction gear of the dump truck according to claim 1, The torque calculation unit, the data storage unit, and the life calculation unit further include torque calculation, storage, and life prediction including torque generated in the traveling motor by electric braking of the dump truck.
  • the life prediction system for the reduction gear of the dump truck according to claim 3 is: In the reduction gear gear life prediction system according to claim 1 or 2, The data storage unit excludes the torque range that does not affect the life calculation for the entire range of the output torque of the traveling motor so as not to include it, and divides the torque range that was not excluded into a plurality of ranges. A division is provided, and the rotational speed is accumulated and stored for each division.
  • the life prediction system for the reduction gear of the dump truck according to claim 4 is: In the life prediction system of the reduction gear of the dump truck according to claim 3,
  • the rotation number grasping unit grasps the rotation number of the wheel in a small number unit,
  • the data storage unit stores the number of revolutions divided into a fractional part and an integer part for each of the sections, adds the decimal part according to the recognized number of revolutions, and the value of the fractional part corresponds to an integer. When the value is reached, the integer part is incremented and stored,
  • the life calculation unit includes only the integer part in the life calculation.
  • the life prediction system for the reduction gear of the dump truck according to claim 5 is the life prediction system for the reduction gear of the dump truck according to any one of claims 1 to 4,
  • the present invention includes a display device that displays a cumulative damage degree with respect to operation time in a table or graph for a life prediction target gear.
  • the life prediction method of the reduction gear of the dump truck according to claim 6 is: Rotating shaft of the traveling motor, gear of the speed reducer, or wheel in a dump truck provided with an inverter-controlled traveling motor and a speed reducer that decelerates rotation of the rotating shaft of the traveling motor and transmits power to the wheels
  • a rotational speed grasping step for grasping the rotational speed obtained by calculating or measuring the rotational speed of
  • a torque calculating step for calculating a torque of the traveling motor
  • a data accumulation step for storing the rotational speed and the torque of the traveling motor
  • the life prediction method of the reduction gear of the dump truck according to claim 7 is: In the method for predicting the life of the reduction gear of the dump truck according to claim 6,
  • the data accumulation step excludes the torque range that does not affect the life calculation from the total range of the output torque of the traveling motor so as not to be included, and divides the range of torque that is not excluded into a plurality of ranges. The number of revolutions is provided, and the number of rotations is accumulated and stored for each division.
  • the life prediction method of the reduction gear of the dump truck according to claim 8 is: In the method for predicting the life of the reduction gear of the dump truck according to claim 7,
  • the rotational speed grasping step grasps the rotational speed of the wheel in a small number unit,
  • the data accumulation step stores, for each of the sections, the number of revolutions divided into a fractional part and an integer part, adds the fractional part according to the recognized number of revolutions, and the value of the fractional part corresponds to an integer. When the value is reached, the integer part is incremented and stored, In the life calculation step, only the integer part is included in the life calculation.
  • the appropriate replacement time can be known, so that the gear can still be used without reaching its life. It is possible to prevent a situation in which a reduction gear in a different state is replaced. In addition, it is possible to prevent a situation in which the gear has a lifetime and breaks during operation earlier than the replacement time set for the reduction gear. In addition, because the life can be predicted for each gear, it is possible to replace only some of the gears that have reached the end of their life without replacing the entire reducer. It becomes possible.
  • the calculation data of the life prediction system is reduced, and the torque range is divided into a plurality of ranges, Since the rotation speed is calculated for each torque category to which the minor rule is applied, it is possible to reduce the data processing load of the arithmetic device.
  • the rotational speed of the wheel is stored at a high precision because the integer part and the decimal part are provided at the stage of storing the data. Since only the integer part is included, even if it is cut, the decimal part that does not give a large error to the life calculation can be cut to reduce the data amount of the rotational speed that is included in the calculation. It is possible to reduce the data processing load of the arithmetic device. In addition, since it is possible to store the rotational speed of the rotating part according to the rotational speed of the wheel, the numerical value becomes smaller than when grasped by the motor rotational speed, the amount of data processed by the arithmetic device is reduced, and the processing load is reduced. Is possible.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining an example of a dump truck to which a reduction gear gear life prediction system according to the present invention is applied.
  • 1 is a main body of the dump truck
  • 2 is a front wheel
  • 3 is a rear wheel.
  • a main generator 5 that generates power by the power of the engine 4
  • an electric control device 13 that converts electricity generated by the main generator 5 into driving for a traveling motor 15 that is an AC electric motor
  • a travel control controller 12 that transmits a control signal to the electric control device 13 is provided.
  • the travel control controller 12 uses the battery 11 supplied with power from the sub-generator 10 that generates power using the engine 4 as a power source, and transmits a control signal to the electric control device 13 to perform travel control.
  • the left and right traveling motors 15 are respectively subjected to feedback control by transmitting the rotational speed and driving current to the traveling control controller 12.
  • the travel drive device 18 is a travel drive device including a travel motor 15 provided at the rear of the dump truck.
  • the travel drive device 18 includes left and right travel motors 15, a motor housing cylinder 14 that houses the left and right travel motors 15, a rotating shaft 16 that is rotationally driven by the left and right travel motors 15, and a speed reducer 17 (FIG. 2). , See FIG. 3).
  • a rear wheel 3 that is a driving wheel and a front wheel 2 that is a driven wheel are attached to the main body 1.
  • FIG. 2 is a sectional view showing an example of a reduction gear mechanism of a dump truck to which the reduction gear life prediction system according to the present invention is applied.
  • the travel drive device 18 includes a motor housing cylinder 14 that houses a travel motor provided at the rear of the vehicle body, a travel motor 15 that is housed on the left and right sides of the motor housing cylinder 14, and this travel A rotary shaft 16 that is rotationally driven by the motor 15 is provided.
  • the rotary shaft 16 is provided with a speed reducer 17 including a first stage speed reduction mechanism 17a and a second stage speed reduction mechanism 17b, and a brake device 45.
  • the speed reducer 17 decelerates the rotation of the rotary shaft 16 and transmits it to the wheel mounting cylinder 24 of the rear wheel 3.
  • a carrier 25 serving as a housing of the first stage reduction mechanism 17 a is attached to the inner peripheral side of the cylindrical spindle 20 by a bolt 26.
  • the carrier 25 supports the front end of the rotating shaft 16 of the traveling motor 15 by a bearing 27 at the center thereof.
  • a sun gear 30 is attached to the rotating shaft 16, and a plurality of planetary gears 31 attached to the carrier 25 mesh with the sun gear 30.
  • a ring gear 32 rotatably accommodated in the cylindrical spindle 20 meshes with the plurality of planetary gears 31.
  • a carrier 34 serving as a housing of the second stage reduction mechanism 17b is attached to the outer end side in the axial direction of the cylindrical spindle 20 by a bolt 35.
  • Reference numeral 36 denotes a sun gear having a cylindrical shape at the center of the second speed reduction mechanism 17b.
  • the sun gear 36 is coupled to the ring gear 32 of the first speed reduction mechanism 17a by a conical cylindrical connecting body 37.
  • the sun gear 36 is supported by a bearing 39 provided on the carrier 34.
  • a plurality of planetary gears 40 attached to the carrier 34 mesh with the sun gear 36.
  • a ring gear 42 attached to the wheel mounting cylinder 24 by a bolt 41 meshes with the plurality of planetary gears 40.
  • the rotation of the rotating shaft 16 of the traveling motor 15 is reduced and transmitted to the ring gear 32 via the sun gear 30 and the planetary gear 31 of the first-stage reduction mechanism 17a.
  • the rotation of the ring gear 32 is transmitted to the sun gear 36 of the second stage reduction mechanism 17b via the coupling body 37, and the rotation of the sun gear 36 is decelerated via the planetary gear 40 and transmitted to the ring gear 42 and the wheel mounting cylinder 24.
  • the wheel mounting cylinder 24 rotates together with the rear wheel 3.
  • the planetary gear mechanism has a two-stage configuration, but it may be a single-stage planetary gear mechanism.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a reduction gear life prediction system according to the present invention.
  • the traveling control controller 12, the data storage unit 60, and the life calculation unit 61 constitute a reduction gear life prediction system of the present invention.
  • the travel control controller 12 controls travel of the dump truck. That is, the travel control controller 12 in this travel control system sends control signals to the engine 4, the chopper 53 and the inverter 55, and the travel controller 12 informs the AC side frequency information of the inverter 55, the current sensor 56, and the rear wheels.
  • Information from various sensors such as a rotation sensor provided at a rotating portion such as 3 is collected in real time, and feedback control is performed.
  • V / F control etc. are employ
  • the rectifier 52, the chopper 53, and the inverter 55 in FIG. 3 constitute the electric control device 13 in FIG.
  • the rectifier 52 rectifies the current supplied from the main generator into a direct current
  • the inverter 55 converts the direct current rectified by the rectifier 52 and passed through the chopper 53 into an alternating current for driving the traveling motor 15.
  • the chopper 53 is provided to switch the current path during electric braking.
  • the travel controller 12 when the electric accelerator pedal 50 is depressed, the travel controller 12 generates an engine speed command so as to obtain electric power necessary for accelerating the dump truck, and the engine 4 increases the rotational speed so that the main generator 5
  • the rectifier 52 converts the current generated by the power generation into a direct current by rectification, and the direct current from the rectifier 52 is input to the inverter 55 via the chopper 53.
  • the traveling motor 15 when the electric brake pedal 51 is stepped on, the traveling motor 15 generates torque in a direction to stop the rotation and acts in the same manner as the generator, and the current generated by the traveling motor 15 is Electric braking is performed by being supplied to the grid resistor 57 via the inverter 55 and the chopper 53 and converting the electric energy into heat energy and consuming it.
  • the dump truck has a vehicle-mounted controller (not shown) mounted in the vehicle, and this vehicle-mounted controller can incorporate various controllers including the travel control controller 12.
  • the data accumulating unit 60 is a part that accumulates information related to travel collected by the travel control controller 12.
  • the data storage unit 60 may be added to the in-vehicle controller as a data storage controller unit (additional unit of the in-vehicle controller), or the data storage unit 60 can store data using a program function, an arithmetic function, and a memory function provided in the in-vehicle controller.
  • the data storage unit 60 may be provided in the in-vehicle controller by mounting a program for providing a function.
  • the data storage unit 60 may be provided with a data storage controller as a device separate from the in-vehicle controller. Information collected by the travel control controller 12 is sequentially transmitted to the data storage unit 60, and the data storage unit 60 stores the transmitted data.
  • the life calculation unit 61 is a part that inputs the information stored by the data storage unit 60 and calculates the life prediction result of the reduction gear.
  • the life calculation unit 61 is a device for life calculation that can be usually arranged outside the vehicle. When an operator mainly wants to predict the life, the life calculation unit 61 is connected to the device provided with the data storage unit 60. To calculate the life.
  • the life calculation unit 61 may be a dedicated device having a life calculation function, or may be a computer such as a general-purpose computer or a portable terminal having a program for providing the function of the life calculation unit 61.
  • the life calculation unit 61 may be provided in the in-vehicle controller by implementing a program for providing the in-vehicle controller with the life calculation function using the program function, the calculation function, and the memory function provided in the in-vehicle controller. .
  • FIG. 4 is a functional block diagram of a gear life prediction system for a dump truck speed reducer according to the present invention.
  • the travel control controller 12 includes a current grasping unit 63 for grasping the current value by the current sensor 56 and a torque computation unit for computing the torque of the traveling motor 15 based on the current value grasped by the current grasping unit 63. 64 and a rotational speed grasping unit 65 for obtaining the rotational speed of the traveling motor 15 are provided.
  • the data storage unit 60 stores the calculated rotation speed and torque of the traveling motor 15 in real time.
  • the life calculation unit 61 inputs the information accumulated by the data accumulation unit 60 and calculates the life prediction result of the reduction gear.
  • Reference numeral 62 denotes a display device that expresses a life calculation result in a graph or a table.
  • the current grasping unit 63 only needs to be able to grasp the current that can be used to calculate the torque of the traveling motor 15. If the traveling motor 15 includes a current sensor, the current sensor 63 may be used. Good. Further, when a current sensor is provided on the AC side of the inverter, the current sensor may be used.
  • the torque calculation unit 64 calculates the output torque of the traveling motor 15 based on the current value grasped by the current grasping unit 63.
  • a known estimation method for example, a torque estimation method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-131043
  • the torque may be estimated from the current value grasped by the current sensor, the output frequency of the inverter, or the rotational speed of the traveling motor 15.
  • the output of the traveling motor 15 is proportional to the output power of the inverter, it is determined from the product of the direct current and the direct current voltage input to the inverter 55 and the rotational speed detected by the angle sensor of the rear wheel 3.
  • the current value measured by the current sensor 56 such as estimating the torque of the motor 15, other information may be collected to estimate the torque.
  • the rotational speed grasping unit 65 calculates the rotational speed of the wheel in the rear wheel 3.
  • the wheel rotational speed obtained by the rotational speed grasping unit 65 is calculated by referring to the output frequency on the AC side of the inverter 55 to calculate the rotational speed of the traveling motor 15.
  • the number of rotations of the rear wheel 3 is calculated using the reduction ratio.
  • an angle sensor or a rotational speed sensor may be attached to the traveling motor 15 or the rear wheel 3 and the rotational speed may be grasped using information of these sensors.
  • the data storage unit 60 reads the torque obtained by the torque calculation unit 64 and the rotation number obtained by the rotation number grasping unit 65, and accumulates the rotation number of the motor for each torque range as shown in Table 1. Create and store recorded cumulative data.
  • a number i for identifying each section is assigned, and the range of torque T (torque range) indicates the range of torque T [Nm] of the traveling motor 15 in each section, and the rotation speed N [rev] indicates the number of rotations of the rear wheel 3 driven by the traveling motor 15 for each section, the resolution is below the decimal point, and m1 to m10 are decimal values and M1 to M10 Is the integer part number.
  • the torque of 3/4 or more from the maximum value is excluded from the calculation, and the value from the output 0 to 3/4 of the maximum value is included.
  • the rotational speed is accumulated in the range from 0 [Nm] to 21000 [Nm], which is three-fourths of the entire motor torque output range (0 [Nm] to 28000 [Nm]).
  • the torque of more than three quarters of the output range is less affected even if it is excluded from the inclusion because the number of revolutions at that torque is small.
  • the torque exceeding three quarters of the output range is excluded because the torque in the excluded range is generated by acceleration or electric braking when the electric accelerator pedal 50 is stepped on. This is because there is almost no chance to occur, and it occurs only in a sudden case such as overcoming a step or at the time of starting, and the rotational speed is low when a torque larger than three-fourths of the output range is generated.
  • the range of the motor torque excluded from the inclusion is not limited to the range shown in Table 1 in the present embodiment.
  • the number of motor torques to be included is divided into 10 and the torque resolution is 2100.
  • the number is not limited to the number of sections and torque resolution, and other numbers may be used.
  • the life calculation unit 61 calls the data stored by the data storage unit 60 and predicts the life of the gears in the reduction gear according to the minor rule.
  • the minor rule linear cumulative damage rule
  • the damage degree D is expressed by the following formula (1),
  • FIG. 5 shows an SN curve, where S is the Hertz surface pressure, which is the surface pressure applied to the gear surface of the gear of the reduction gear, and S is the rotational speed N of the wheel 3.
  • S is the Hertz surface pressure
  • S is the rotational speed N of the wheel 3.
  • This SN curve means that when the wheel is rotated Ni by applying Hertz surface pressure Si to the gear teeth, this gear has a life due to fatigue, and this SN curve is obtained by actual measurement. Note that an SN curve can be created for each gear that is a life prediction target.
  • this SN curve is drawn as a semi-logarithmic graph (the vertical axis is logarithmic).
  • the gear is serviced, and the wheel is rotated N2 times by applying a Hertz surface pressure S2 to the gear teeth.
  • the gears have a life span.
  • the straight line a of the SN curve when the Hertz surface pressure S is actually applied, N changes according to the logarithm of the Hertz surface pressure S.
  • the straight line b means that when the Hertz surface pressure S is smaller than a certain value (S3), there is actually a region (non-destructive region) that does not affect the life due to fatigue even if the rotational speed N is considerably large.
  • a straight line c represented by a broken line below the straight line b is an extension of the straight line a in a region that does not actually affect the lifetime.
  • the term “minor rule” includes both.
  • the SN curve is assumed to be a straight line in the torque range from section 1 to section 20.
  • Equation (2) The value of P in equation (2) can be obtained by experiment.
  • the reference motor torque Tst, and the rotation speed Nst of the wheel (rear wheel 3 in this example) that has a fatigue life at the motor torque Tst, the torque of any traveling motor is Ti
  • the equation (2) is derived from the equation (2).
  • Equation (4) is derived by transforming equation (3) above.
  • the lifetime is estimated assuming that the lifetime is reached when D is 100 [%] in the equation (6).
  • the life calculation unit 61 refers to the accumulated data in Table 1 stored in the data storage unit 60 and applies the formula (6) for each torque range with respect to the sections 1 to 10 which are the torque ranges in the positive direction. [I] is determined to determine the cumulative damage degree D. Then, the relation between the engine operating time and the cumulative damage degree D is obtained as an approximate expression of a linear expression by the least square method, and the engine operating time at which the cumulative damage degree D is 100 in the approximate expression is estimated and the time is predicted. Calculated as lifetime.
  • the display device 62 is a device that displays the result of the life prediction so that a human can easily grasp it, and is a device having a display screen such as a display.
  • the display device includes a printing unit such as a printer.
  • the predicted life time is displayed for each gear constituting the reduction gear.
  • the predicted life time of the gear 40 and the ring gear 42 is displayed by the display device 62.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the process of creating the accumulated data in Table 1 by the travel control controller 12 and the data storage unit 60.
  • the process 70 calls the accumulated data in Table 1 stored from before the start.
  • the cumulative data is called for the first time, the initial cumulative data in which the initial value 0 is described in the integer part and the decimal part of the rotational speed for each section is used.
  • the travel control controller 12 takes in data such as sensor information necessary for motor torque estimation.
  • the information to be captured is the current value of the current sensor 56 in the current grasping unit 63.
  • other sensor information may be taken in according to the motor torque estimation method described above.
  • condition 72 it is checked whether or not the data acquired by the travel control controller 12 in the process 71 is a normal value. If the data is an abnormal value, the process 71 is repeated, and if it is a normal value, the process proceeds to the next process 73. The check process is performed in comparison with a normal value range defined in advance in the travel control controller 12.
  • the torque T is calculated from the acquired sensor information by the torque calculation unit 64 of the controller 12 for traveling control.
  • the torque range in this example, the value obtained by multiplying the classification resolution by i ⁇ the torque ⁇ the value obtained by multiplying the classification resolution by (i + 1)).
  • the value of the section i is incremented by 1 in the process 76 and the process returns to the condition 74.
  • the condition 75 it is compared whether the torque T corresponds to the added torque range of the section i. If the torque T does not apply, the value of the section i is further incremented by 1 in the process 76, and the process passes through the condition 74 and goes to the condition 75, so that the section i reaches the maximum value of 11. In some cases, the torque T is greater than 21000 and is excluded from inclusion, so the condition 74 is shifted to the condition 81 by the condition 74, and the process returns to the process 71 when the engine is in the operating state where the key switch is not turned off.
  • the rotation speed of the wheel at the torque T is calculated.
  • the resolution of the number of revolutions is below the decimal point, and in processing 78, the cumulative number of revolutions is added to the decimal part storing the decimal places for each section in processing 78, and the number of decimals corresponding to the integer 1 is obtained by processing 79 (decimal number If the least significant digit of the part exceeds 100), it is moved up to the integer part for each division by processing 80 and stored, and then the condition 81 is passed and the processing returns to processing 71. .
  • the process advances to the condition 81 without performing the process 80.
  • step 82 the information storage medium that can hold the information of the accumulated value of the number of revolutions for each torque range without a power source such as a flash memory. Save to. The stored cumulative value information is read in the next cumulative data reading process 70.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the processing procedure of the life calculation unit 61. As shown in this flowchart, the life calculation unit 61 first reads the accumulated data in Table 1 stored by the data storage unit 60 in processing 91.
  • the process 91 it is determined whether the acquired data called in the process 91 is a normal value. If the acquired data is a normal value, the process proceeds to the process 93. If the data is not normal, the process proceeds to the error output process 106.
  • the initial value of section i is set to 1, and the information of section 1 is called to obtain the torque average value T [i] of the torque range of section 1.
  • T [i] ⁇ partition resolution ⁇ i + partition resolution ⁇ (i + 1) ⁇ / 2
  • process 98 1 is added to i, and in process 93, the torque category i is referred to in process 93, and the cumulative damage degree D [for each category is obtained by processes 95, 96 and 97. i] is obtained and added to the cumulative damage degree D.
  • the cumulative damage degree D obtained in the above is stored in a storage area such as a memory.
  • condition 100 it is determined whether or not there is a cumulative damage degree D separately for the gear that is the target of life prediction based on information collected in the past rather than the cumulative damage degree D stored in process 99. If past data exists, in process 101, the past cumulative damage degree D data is called and summed with the cumulative damage degree D stored in process 99, and the past cumulative damage degree D and the operation at that time Using the accumulated damage degree D stored in the time and processing 99 and the current operation time, the operation time is assumed to be a variable X, and a first-order approximate expression by the least square method is calculated in a graph when the accumulated damage degree and the variable Y are used. .
  • the operation time is set as the variable X, and the cumulative damage degree stored by the origin 0 and the process 99 in the graph when the cumulative damage degree and the variable Y are used.
  • a linear expression including D is calculated.
  • the operation time when the value of the cumulative damage degree D is 100 is calculated. This determined operation time becomes the predicted lifetime.
  • the life prediction result is displayed on the display device 62.
  • the display contents include all the predicted lifespans of the sun gear 30, the planetary gear 31 and the ring gear 32 of the first stage reduction mechanism 17a, and the sun gear 36, the planetary gear 40 and the ring gear 42 of the second reduction mechanism 17b.
  • List and display time The predicted life time may be displayed as a graph of the record and prediction of the cumulative damage degree D with respect to the operation time as shown in FIG. 8, or the record of the cumulative damage degree D with respect to the operation time as shown in Table 2 An expectation may be displayed.
  • FIG. 8 the cumulative damage degree D for the sun gear of the first stage reduction mechanism is shown, and the points plotted with squares are the cumulative damage degrees D obtained by actual measurement, and the values of the points plotted with the squares
  • a first-order approximation line obtained by the least square method using the above is displayed on the graph, and the point where the approximate damage reaches the cumulative damage degree D of 100 [%] is the expected life time, and is plotted with a circle
  • the expected life time is displayed on the graph.
  • the top of FIG. 8 explains that this graph shows the life prediction for the sun gear of the first-stage reduction mechanism, but the life prediction graphs for other gears are not shown. To do.
  • the first stage means the gear of the first-stage reduction mechanism
  • the second stage means the gear of the second-stage reduction mechanism.
  • the first line of the operating time shown on the left side shows the cumulative damage degree of each gear at the present time (when the cumulative damage degree is calculated)
  • the second and subsequent lines show the expected cumulative damage degree.
  • the expected life time at which the first stage sun gear has an accumulated damage degree of 100% is 53714 hours. You may display until the engine operation time when the cumulative damage degree becomes 100% for all other gears.
  • the present embodiment it is possible to know an appropriate replacement time by accurately predicting the life of the reduction gear according to the minor rule, so that the reduction gear in a state where the gear can still be used without reaching the life. It is possible to prevent a situation where the battery is exchanged. In addition, it is possible to prevent a situation in which the gear has a lifetime and breaks during operation earlier than the replacement time set for the reduction gear. In addition, because the life can be predicted for each gear, it is possible to replace only some of the gears that have reached the end of their life without replacing the entire reducer. It becomes possible.
  • the amount of calculation data of the life prediction system is reduced, and by dividing the torque range into multiple parts, the number of revolutions can be set for each torque category to which the minor law is applied. Since the calculation is performed, the amount of data processed by the arithmetic device is reduced, and the data processing load of the arithmetic device can be reduced.
  • the rotational speed of the rotating portion can be stored by the rotational speed of the wheel such as the rear wheel 3, the numerical value is smaller than the case of grasping by the motor rotational speed, and the amount of data processed by the arithmetic device is small.
  • the processing load can be reduced.
  • the in-vehicle controller functions as the life calculation unit 61 or the data storage unit 60. Can be incorporated.
  • the processing data can be reduced and the processing load on the arithmetic unit can be reduced.
  • the life of the reduction gear can be easily grasped.
  • the torque having a positive value means a torque direction for accelerating forward (hereinafter sometimes referred to as “positive torque”), and the torque value is a negative value.
  • This range is a torque in the direction opposite to the forward direction torque (hereinafter sometimes referred to as “reverse direction torque”) generated in the traveling motor 15 by electric braking or acceleration during reverse travel.
  • the motor torque T at the time of electric braking is estimated from the current generated by the power generation of the traveling motor 15 at the time of electric braking.
  • the torque may be estimated using other sensor information such as estimating the torque of the motor during electric braking from the product of the DC current on the DC side of the inverter and the DC voltage of the inverter and the rotational speed of the wheels.
  • the time when the fatigue life is caused by the torque in the positive direction is earlier than the time when the fatigue life is caused by the torque in the reverse direction. It is often sufficient to use it for time calculations.
  • the torque in the reverse direction is included in addition to the torque in the forward direction and the torque in the sections 11 to 20 is stored and used for the calculation of the expected life time, there will be many steep downward slopes.
  • Driving under severe road conditions even if the cumulative fatigue due to the torque in the reverse direction is greater than the cumulative fatigue due to the torque in the positive direction, It is possible to prevent the gear from being broken, and to know the replacement timing of the gear more reliably.
  • the absolute value of the motor torque output range is not less than 3/4 of the maximum value (the reverse rotation torque is more than 3/4 of the maximum value). Is excluded from the count. That is, in the absolute value of the entire output range of the motor torque, the torque having an absolute value of 21000 [Nm] or more, which is 3/4 from the maximum value of 28000 [Nm], is excluded from the calculation. As shown in Table 3, the rotational speed is accumulated in the range of 0 [Nm] to 21000 [Nm] and 0 [Nm] to -21000 [Nm]. This is because in the present embodiment, a torque larger than three-fourths of the output range has a low rotation frequency and has little influence on the result of life prediction in life calculation.
  • the excluded torque output range is not limited to this range.
  • the storage unit 60 and the life calculation unit 61 can be appropriately determined according to the processing capability of the device that calculates the storage unit 60 and the life calculation unit 61. Also, if you monitor the motor torque of the dump truck and find that a large torque above a certain value occurs only suddenly, such as when passing a steep step or starting, A large torque range that exceeds a certain value may be excluded from the calculation.
  • the cumulative damage degree due to the forward torque and the cumulative damage degree due to the reverse torque are separately processed and calculated.
  • FIG. 9 shows a part of a flow for explaining processing for creating cumulative data by the travel control controller 12 and the data storage unit 60 in the present embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the processes and conditions indicating the same processes as those in FIG.
  • the flow from the start to the process before the process 73 and the flow from the condition 81 to the end are the same as those in FIG.
  • this flow is added with a flow of processing for the sections 12 to 22 in which the torque T in Table 3 has a negative value.
  • condition 85 the torque range is set to “classification resolution (i ⁇ 10) ⁇ T ⁇ classification resolution (i ⁇ 9)”, and the torque T is compared in the same manner as in FIG.
  • i reaches 22 which is the maximum value of the number of torque divisions in process 74
  • the process proceeds to condition 81, and returns to the sensor information fetch process 71 unless the key switch is turned off. If it falls within the torque range of condition 85, the process proceeds to process 77a, and the cumulative value of the number of revolutions for each torque range is added to the decimal part and integer part by process 78a, condition 79a, and process 80a as in FIG. And remember.
  • the number of revolutions can be accumulated for the torque ranges from 11 to 20 except for the case where the torque T is ⁇ 21000 or less.
  • the flowchart for explaining the processing procedure of the life calculation unit 61 in the present embodiment is the same as FIG.
  • the cumulative damage degree due to the torque in the forward direction and the cumulative damage degree due to the torque in the reverse direction are processed and calculated separately. That is, the torque D [i] is obtained by applying the formula (7) for each of the torque ranges in each of the categories 1 to 10 in Table 3 which is the torque range in the positive direction, and is obtained by the equation (8). D [i] is summed to determine the cumulative damage degree D due to the torque in the positive direction.
  • the torque D [i] is obtained by applying the formula (7) for each torque range of the sections 12 to 21 in Table 3 which are the torque ranges in the reverse direction, and the formula (8)
  • the obtained D [i] is summed to obtain the cumulative damage degree D due to the torque in the reverse direction.
  • the initial value of the torque section i is set to 12 in the process 93 of the flowchart of FIG. 7, and the maximum value of the number of torque sections is set to 22 in the process 94 to accumulate by reverse torque.
  • the damage degree D is obtained.
  • the life calculation for the forward torque and the life calculation for the reverse torque are separately performed, the life calculation for the forward torque in the direction from the process 99 to the end, and the life by the reverse torque. Calculation is performed to calculate the expected life time due to the forward torque and the expected life time due to the reverse torque.
  • the data processing of the device that performs further calculations is excluded if the reverse torque during reverse is excluded from the calculation and only electric braking during forward is included It is possible to reduce the load.
  • the vehicle controller 12, the data storage unit 60, the life calculation unit 61, and the display device 62 may be integrally provided in the in-vehicle controller.
  • the controller 12 for driving control and the data storage unit 60 are provided in the in-vehicle controller, and the life calculation unit 61 and the display device 62 are provided in the portable terminal or the notebook personal computer outside the vehicle. Alternatively, it may be connected to a notebook computer.
  • the travel control controller 12 and the data storage unit 60 are configured as an in-vehicle controller, the life calculation unit 61 and the display device 62 are provided in a calculation device outside the vehicle, and the in-vehicle controller and the calculation device outside the vehicle are connected by a wireless system.
  • the life may be predicted at a remote location.
  • only the controller 12 for running control is provided in the in-vehicle controller, the data storage unit 60, the life calculation unit 61, and the display device 62 are provided in a calculation device outside the vehicle, and the in-vehicle controller and the calculation device provided outside the vehicle are connected by a wireless system.
  • the vehicle body data accumulation and life prediction may be performed remotely.
  • the calculation of the reduction gear life prediction is performed based on the motor torque and the rotation speed of the wheel.
  • the motor torque is calculated as follows.
  • the load torque applied to each gear may be obtained from the motor torque, and the load torque may be stored in accumulated data to perform life prediction, or may be proportional to the rotation speed of the wheel instead of the rotation speed of the wheel.
  • the number of rotations of each gear may be obtained, and the number of rotations of each gear may be stored in accumulated data to perform life prediction.

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Abstract

 減速機の歯車ごとの寿命を正確かつ簡易に把握して減速機及び減速機歯車の適切な交換時期を知らせることができるダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム及び減速機歯車の寿命予測方法を提供する。 回転数把握部65により、走行用モータの回転軸、歯車又は車輪の回転数を算出又は計測により求める。電流把握部63により検出された電流の電流値から、トルク演算部64により走行用モータのトルクを算出する。回転数及び走行用モータのトルクをデータ蓄積部60により記憶する。データ蓄積部60に記憶された回転数及び走行用モータのトルクを参照して寿命演算部61により減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する。演算結果を表示装置62により表示する。

Description

ダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム及びダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法
 本発明は、電動の走行用モータを備えたダンプトラックの減速機における歯車の寿命を予測するシステム及び減速機歯車の寿命を予測する方法に関する。
 一般にダンプトラックと呼ばれる大型の運搬車は、車体のフレーム上に起伏可能なベッセル(荷台)を備え、このベッセルに砕石物等の重い荷物を多量に積載し運搬する。
 このように積載重量が大きいダンプトラックにおいては、ダンプトラックの駆動源として電動の走行用モータが広く採用されている。その電動の走行用モータには、例えば特許文献2に示すように、インバータを用いたV/F制御等が用いられている。交流モータである走行用モータへの電力の供給は、外部電源を用いる場合やエンジンの回転により発電を行う発電機により供給される場合がある。
 また、大きなトルクを車輪に与えるために、駆動源である電動の走行用モータの回転軸の回転を減速させて車輪に回転力を伝達させる減速機が設けられている。
 そのようなダンプトラックにおける減速機の一例として、特許文献1に減速機が開示されている。この特許文献1の減速機における減速歯車機構は、二段のプラネタリギア機構からなり、そのプラネタリギア機構は、その中心に位置するサンギアと、そのサンギアを径方向外側から取囲み内周面に内歯が形成されたリングギヤと、そのリングギヤの内歯と前記サンギアに噛合して前記サンギアの回転を前記リングギアに伝達する複数のプラネタリギアとが設けられ、前記プラネタリギアを支持ピンを介して回転可能に支持するキャリアとにより構成されている。
 そして、この減速歯車機構においては、それぞれのプラネタリギアがサンギアの周囲で前記支持ピンを介して自転又は公転することによりリングギアを回転させる。この結果、この減速歯車機構はモータの回転軸の回転を減速して車輪取付筒(車輪)に伝達する。
 このようなダンプトラックにおける減速機は歯車の疲労により交換の必要が生じる。そのため、エンジン稼働時間が一定の時間(例えば20,000時間)経過したときを交換時期としてあらかじめ設定し、その一定の時間が経過したら減速機の交換をするようにしている。このような減速機の交換時期は、作業時に減速機が故障をして走行不能により作業が中断をすると損害が生じる場合もあるため、そのような事態を回避するため、即ち、予防保全の観点により設定されているものである。
特開2006-264394号公報 再公表2008-026269号公報
 しかしながら、実際にはダンプトラックは様々な路面環境を走行するため、走行路面が平坦で減速機の負荷が穏やかな場合には、まだ使用可能なのに寿命であると判断されて交換されてしまう場合がある。また、急な勾配が多数存在する等により路面負荷が厳しい場所では、あらかじめ定めておいた交換時間に達しない場合であっても、減速機が壊れてしまい、走行停止など不測の事態につながることも想定される。
 本発明は、減速機の歯車ごとの寿命を正確かつ簡易に把握して減速機及び減速機歯車の適切な交換時期を知らせることができるダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム及び減速機歯車の寿命予測方法を提供することを目的とする。
 請求項1のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握部と、
 前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算部と、
 前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積部と、
 前記データ蓄積部に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算部とを備えることを特徴とする。
 請求項2のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
 請求項1に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
 前記トルク演算部、前記データ蓄積部及び前記寿命演算部は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものであることを特徴とする。
 請求項3のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
 請求項1又は請求項2記載の減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
 前記データ蓄積部は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものであることを特徴とする。
 請求項4のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、
 請求項3に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
 前記回転数把握部は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
 前記データ蓄積部は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
 前記寿命演算部は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものであることを特徴とする。
 請求項5のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムは、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
 寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示装置を備えたことを特徴とする。
 請求項6のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法は、
 インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数を把握する回転数把握ステップと、
 前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算ステップと、
 前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積ステップと、
 前記データ蓄積ステップにより記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算ステップと
 を含むことを特徴とする。
 請求項7のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法は、
 請求項6に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法において、
 前記データ蓄積ステップは、前記前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶する
 ことを特徴とする。
 請求項8のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法は、
 請求項7に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法において、
 前記回転数把握ステップは、前記車輪の回転数を少数単位で把握し、
 前記データ蓄積ステップは、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶し、
 前記寿命演算ステップは、前記整数部のみを寿命演算に算入する
 ことを特徴とする。
 請求項1及び請求項6の発明によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。
 請求項2の発明によれば、電気制動による歯車へのトルクを算入して寿命予測を行うことが可能であるため、下り勾配が多くて走行方向と逆回転の方向に歯車の負荷が多くかかる現場であっても、より正確に寿命予測をすることが可能となる。
 請求項3及び請求項7の発明によれば、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入から除外することで、寿命予測システムの計算データを減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。
 請求項4及び請求項8の発明によれば、車輪の回転数について、データを記憶する段階では整数部と小数部を設けるため高い精度で回転数を記憶し、その一方で、寿命演算においては整数部のみ算入するため、カットしても寿命演算に大きな誤差を与えない小数部をカットして、演算に算入する回転数のデータ量を少なくすることができるため、演算結果の誤差を抑えつつ演算装置のデータ処理負荷を軽減することが可能となる。また、車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
 請求項5の発明によれば、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。 本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。 本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態の全体構成を示す構成図である。 本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示す機能ブロック図である。 歯車のヘルツ面圧Sと車輪回転数Nの寿命に至る関係を示す片対数S-N曲線図である。 本実施の形態におけるトルク区分ごとの回転数の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。 本実施の形態の寿命予測演算を行なう処理を説明するフローチャートである。 本実施の形態の予測寿命表示の例を示す図である。 本発明の他の実施の形態を説明するフローチャートである。
 図1は本発明における減速機歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの一例を説明する平面図である。図1において、1はダンプトラックの本体、2は前輪、3は後輪である。本体1の内部には、エンジン4の動力により発電を行う主発電機5と、主発電機5が発電した電気を交流電動モータである走行用モータ15の駆動用に変換する電気制御装置13と、電気制御装置13に制御信号を送信する走行制御用コントローラ12を備える。走行制御用コントローラ12は、エンジン4を動力源として発電を行う副発電機10により電力を供給されたバッテリー11を電源とし、コントロール信号を電気制御装置13へ送信して走行制御を行うものである。また、左右の走行用モータ15は、夫々にその回転数及び駆動電流が走行制御用コントローラ12へ送信されフィードバック制御されるものである。
 18はこのダンプトラックの後部に設けられた走行用モータ15を含む走行駆動装置である。その走行駆動装置18は、左右の走行用モータ15、左右の走行用モータ15を収容するモータ収容筒14、左右の走行用モータ15により回転駆動される回転軸16、及び減速機17(図2,図3参照)により構成される。また、本体1には、駆動輪である後輪3と従動輪である前輪2が取付けられる。
 図2は、本発明における減速歯車の寿命予測システムを適用するダンプトラックの減速機歯車機構の一例を示す断面図である。図2において、走行駆動装置18には、車体の後部に設けられた走行用モータを収容するモータ収容筒14と、このモータ収容筒14内の左右に収容された走行用モータ15と、この走行用モータ15により回転駆動される回転軸16が設けられ、回転軸16には、第1段減速機構17aおよび第2段減速機構17bからなる減速機17と、ブレーキ装置45が設けられている。この減速機17は、回転軸16の回転を減速して後輪3の車輪取付け筒24へ伝達する。
 図2に示すように、筒状スピンドル20の内周側には、第1段減速機構17aのハウジングとなるキャリア25がボルト26により結合して取付けられる。キャリア25は、その中心部において、軸受27により走行用モータ15の回転軸16の先端を支持する。この回転軸16にはサンギア30が取付けられ、このサンギア30に、キャリア25に取付けた複数個のプラネタリギア31が噛合する。この複数のプラネタリギア31に、筒状スピンドル20内に回転可能に収容したリングギア32が噛合する。
 筒状スピンドル20の軸方向外端側には、第2段減速機構17bのハウジングとなるキャリア34がボルト35により取付けられる。36は第2段減速機構17bの中心の筒型をなすサンギアであり、このサンギア36は、前記第1段減速機構17aのリングギア32に円錐筒形の連結体37により結合される。またサンギア36はキャリア34に設けた軸受39により支持される。サンギア36に、キャリア34に取付けた複数個のプラネタリギア40が噛合する。この複数のプラネタリギア40に、車輪取付け筒24にボルト41により取付けたリングギア42が噛合する。
 このような2段減速機構17a,17bにより、走行用モータ15の回転軸16の回転が第1段減速機構17aのサンギア30およびプラネタリギア31を介して減速してリングギア32に伝達され、このリングギア32の回転が連結体37を介して第2段減速機構17bのサンギア36に伝達され、このサンギア36の回転がプラネタリギア40を介して減速してリングギア42および車輪取付け筒24に伝達され、車輪取付け筒24は後輪3と共に回転する。尚、本実施の形態においては、2段構成のプラネタリギア機構であるが、1段のみのプラネタリギア機構でもよい。
 図3は、本発明の減速歯車の寿命予測システムの一実施の形態を示すブロック図である。図3に示すように、走行制御用コントローラ12、データ蓄積部60及び寿命演算部61は、本発明の減速歯車の寿命予測システムを構成する。また、走行制御用コントローラ12は、ダンプトラックの走行を制御するものである。すなわち、この走行制御システムにおける走行制御用コントローラ12は、エンジン4、チョッパ53及びインバータ55へ制御信号を送るとともに、走行用制御コントローラ12がインバータ55の交流側周波数の情報及び電流センサ56並びに後輪3等の回転部分に設けられる回転センサ等の各種センサ(不図示)からの情報をリアルタイムに収集し、フィードバック制御を行う。走行用モータ15の制御形式は、V/F制御等が採用される。
 図3における整流器52、チョッパ53及びインバータ55は、図1における電気制御装置13を構成するものである。整流器52は主発電機から供給される電流を直流に整流するものであり、インバータ55は、整流器52により整流されてチョッパ53を通過した直流電流を、走行用モータ15駆動用の交流電流に変換するものである。この走行制御システムにおいて、チョッパ53は電気制動の際に電流の経路を切り替えるために設けられる。すなわち、電気アクセルペダル50が踏込まれた場合には、走行コントローラ12がダンプトラックの加速に必要な電力を得るようにエンジン速度指令を生成し、エンジン4が回転数を上げて主発電機5によって発電を行い、その発電によって生じた電流を整流器52が整流により直流電流に変換し、整流器52からの直流電流はチョッパ53を介してインバータ55へ入力される。一方、電気ブレーキペダル51が踏まれた場合には、走行用モータ15が回転を止める方向にトルクを発生させて発電機と同様の働きをして、その走行用モータ15が発電した電流は、インバータ55及びチョッパ53を経てグリッド抵抗57へ供給されて、電気エネルギーを熱エネルギーへ変換して消費させることにより電気制動を行う。
 ダンプトラックには、車内に搭載される車載コントローラ(不図示)があり、この車載コントローラは走行制御用コントローラ12をはじめとして各種コントローラを組み込み可能である。
 データ蓄積部60は、走行制御用コントローラ12が収集した走行に関する情報を蓄積する部分である。このデータ蓄積部60は、データ蓄積コントローラユニット(車載コントローラの追加ユニット)として車載コントローラに追加してもよいし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、データ蓄積の機能を持たせるプログラムを実装することにより、その車載コントローラにデータ蓄積部60を設けてもよい。更に、データ蓄積部60は、車載コントローラとは別個の装置としてデータ蓄積コントローラを設けてもよい。走行制御用コントローラ12が収集した情報は、逐次データ蓄積部60に送信され、データ蓄積部60は、送信されたデータを記憶する。
 寿命演算部61は、データ蓄積部60により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する部分である。この寿命演算部61は、普段は車外に配置することも可能な寿命演算のための装置であり、主に作業員が寿命を予測したい場合に、データ蓄積部60が備えられた装置に接続して、寿命演算を行う。ここで、寿命演算部61は、寿命演算の機能を有する専用の装置でもよいし、寿命演算部61の機能を持たせるプログラムを備えた汎用コンピュータや携帯端末などの計算機でもよい。ただし、車載コントローラに備えられたプログラム機能、演算機能及びメモリ機能を使って、その車載コントローラに寿命演算機能を持たせるプログラムを実装することにより、その車載コントローラに寿命演算部61を設けてもよい。
 図4は、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムの機能ブロック図である。この機能ブロック図において、走行制御用コントローラ12には電流センサ56により電流値を把握する電流把握部63と、電流把握部63により把握した電流値により走行用モータ15のトルクを演算するトルク演算部64と、走行モータ15の回転数を求める回転数把握部65が備えられている。そして、データ蓄積部60は、その算出された走行用モータ15の回転数とトルクをリアルタイムに記憶する。寿命演算部61は、データ蓄積部60により蓄積された情報を入力して、減速機歯車の寿命予測結果を算出する。62は寿命演算結果をグラフや表等で表現する表示装置である。
 電流把握部63は、走行用モータ15のトルクが算出可能な電流を把握することができれば良いため、走行用モータ15に電流センサが備えられている場合にはそれらの電流センサを使用してもよい。また、インバータの交流側に電流センサが備えられている場合にはその電流センサを使用してもよい。
 トルク演算部64は、電流把握部63によって把握された電流値に基づいて、走行用モータ15の出力トルクを算出する。電流からトルクを算出する手法は、公知(例えば特開2009-131043号公報に開示されているトルク推定手法)の推定手法を用いることができる。また、電流センサによって把握された電流値及びインバータの出力周波数若しくは走行用モータ15の回転速度からトルクを推定してもよい。また、例えば、走行用モータ15の出力はインバータの出力電力に比例することから、インバータ55に入力される直流電流と直流電圧の積と、後輪3の角度センサによって検出した回転速度から走行用モータ15のトルクを推定するなど、電流センサ56の測定する電流値に代えて、他の情報を収集してトルクを推定してもよい。
 回転数把握部65は、後輪3における車輪の回転数を算出する。この回転数把握部65により求められる車輪回転数は、インバータ55の交流側の出力周波数を参照することで走行用モータ15の回転数を計算し、走行用モータ15の回転数から減速機17の減速比を用いて後輪3の回転数を算出する。また、走行モータ15や後輪3に角度センサや回転速度センサを取付けてこれらセンサの情報を用いて回転数を把握してもよい。
 データ蓄積部60は、トルク演算部64によって把握されたトルク及び回転数把握部65によって求められた回転数を読込み、表1に示すように、トルクのレンジごとにモータの回転数を積算して記録した累積データの作成と記憶を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
この表1においては、各区分を特定するための番号iが付番され、トルクTのレンジ(トルク範囲)は、各区分における走行用モータ15のトルクT[Nm]の範囲を示し、回転数N[rev]は各区分ごとに、走行用モータ15で駆動される後輪3が何回転したかを示す、その分解能は小数点以下であって、m1~m10は小数部の数値、M1~M10は整数部の数値である。
 本実施の形態においては、モータトルクの全出力範囲うち、最大値から4分の3以上のトルクを算入から除外し、出力0から最大値の4分の3までの値を算入する。例えば表1のようにモータトルクの全出力範囲(0[Nm]から28000[Nm])の4分の3である0[Nm]から21000[Nm]の範囲で回転数を累積する。本実施の形態におけるダンプトラックの場合は、出力範囲の4分の3以上のトルクは、そのトルクの際の回転数が少ないため算入から除外しても影響が少ないためである。すなわち、本実施の形態におけるダンプトラックでは、その出力範囲の4分の3以上のトルクを除外したのは、その除外した範囲のトルクが電気アクセルペダル50を踏んだときの加速や電気制動で発生する機会がほとんどなく、段差を乗り越えた際や始動の際など突発的な場合のみ発生し、その出力範囲の4分の3より大きいトルクが生じているときの回転数が少ないためである。
 本発明において、算入から除外するモータトルクの範囲は、本実施の形態における表1に示す範囲に限定されない。また、本実施の形態においては、算入するモータトルクを区分した数は10個にして、トルク分解能は2100にしているが、これらの区分数やトルク分解能に限らず、他の数でもよい。
 寿命演算部61は、データ蓄積部60によって蓄積されたデータを呼出し、マイナー則によって減速機における歯車の寿命を予測する。
 ここで、マイナー則による寿命演算について説明する。マイナー則(線形累積損傷則)は、寿命予測対象となる材料が応力σiを受けてNi回繰り返された場合には疲労寿命となる場合に、その材料が応力σiをni回受けた場合に累積損傷度Dは以下の式(1)ようになり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 この累積損傷度Dが1となった場合は、その材料が疲労により寿命となるとして寿命予測を行う寿命予測方法である。
 ここで、本発明のダンプトラックの減速機における歯車の寿命予測システムを適用する場合について説明する。減速機の歯車の歯面に回転時にかかる面圧であるヘルツ面圧をS、車輪3の回転数Nとして、S-N曲線を描くと図5のようになる。このS-N曲線は、ヘルツ面圧Siを歯車の歯にかけて車輪をNi回転させた場合、この歯車は疲労により寿命となることを意味しており、このS-N曲線は実測により求められる。尚、S-N曲線は寿命予測対象である歯車ごとに作成することができる。
 またこのS-N曲線は片対数グラフ(縦軸が対数)で描かれている。図5において、例えば、歯車の歯にヘルツ面圧S1をかけて車輪をN1回だけ回転させたときに歯車が寿命となり、また歯車の歯にヘルツ面圧S2をかけて車輪をN2回だけ回転させたときに歯車が寿命となる関係である。S-N曲線の直線aは、実際にヘルツ面圧Sをかけるとヘルツ面圧Sの対数をとった値に応じてNが変化する。直線bは、ヘルツ面圧Sが一定値(S3)より小さくなると、回転数Nを相当数多くしても疲労により寿命に影響しない領域(非破壊領域)が実際にあることを意味する。直線bより下方において破線で表した直線cは、実際には寿命に影響しない領域において、直線aを延長したものである。狭義には、直線aと直線bに基づいて累積損傷度Dを算出するものをマイナー則、直線aと直線cに基づいて累積損傷度Dを算出するものを修正マイナー則と呼ぶ場合があるが、本発明においては、マイナー則の用語は両者を含む意味である。また、本実施の形態では、区分1から区分20までのトルク範囲においては、S-N曲線は一直線となっているものとして説明する。
 次に、本実施の形態のマイナー則を適用する式について説明する。ここで、歯車にかかるトルク面圧SはモータトルクTに比例することから、図5のS-N曲線から下記の式が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 式(2)のPの値は実験により求めることができる。ここで、基準とするモータトルクTst、そのモータトルクTstのときに疲労寿命となる車輪(本例では後輪3)の回転数Nstとし、任意の走行用モータのトルクをTi、走行用モータのトルクTiでの車輪回転数をNiとすると、式(2)から式(3)が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 上式(3)を変形して式(4)が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 上式(4)は下記のように置き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 上式(5)を変形して下記式(6)が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 本実施の形態においては、この式(6)においてDが100[%]となるときに寿命となるとして、寿命予測を行う。
 寿命演算部61は、データ蓄積部60に記憶された表1の累積データを参照して、正方向のトルク範囲である区分1から10についてトルク範囲ごとに式(6)を適用してトルクT[i]を求めて累積損傷度Dを求める。そして、エンジン稼働時間と累積損傷度Dの関係を最少二乗法によって一次式の近似式として求めて、その近似式において累積損傷度Dが100となるエンジン稼働時間を推測して、その時間を予測寿命時間として算出する。
 ここで、表1の累積データにおいて、各区分iにおけるトルクTのレンジごとに、トルクレンジの上限値と下限値の平均値T[i]を算出して、そのトルクT[i]と各区分における回転数N[i]を用いて区分ごとに累積損傷度D[i]を算出して、そのD[i]を回転トルクの方向が同じ区分のすべてについて合算することで累積損傷度Dを算出する。
 次に、表示装置62について説明する。表示装置62は、寿命予測の結果を人間が把握しやすいように表示する装置であり、ディスプレイ等の表示画面を有する装置である。これに加えて、表示装置にはプリンタなどによる印刷部も含まれる。予測寿命時間は、減速機を構成する歯車ごとに表示される。本実施の形態においては、図2の減速機構17を構成する第1段減速機構17aのサンギア30、プラネタリギア31並びにリングギア32の予測寿命時間、及び第2段減速機構17bのサンギア36、プラネタリギア40並びにリングギア42の予測寿命時間を表示装置62によって表示する。
 図6は、走行制御用コントローラ12及びデータ蓄積部60によって表1の累積データを作成する処理を説明するフローチャートである。まず、処理70は、開始前から保存されている表1の累積データを呼び出す。初めて累積データを呼び出す場合には、区分ごとの回転数の整数部及び小数部に初期値0が記述された初期の累積データを使用する。
 処理71においては、走行制御用コントローラ12がモータトルク推定のために必要なセンサ情報などのデータを取込む。取込む情報は、電流把握部63における電流センサ56の電流値である。この電流センサ56の電流値の代わりに、前述したモータトルクの推定方法に応じて、他のセンサ情報を取り込んでもよい。
 条件72においては、走行制御用コントローラ12が処理71によって取得したデータが正常な値であるかをチェックし、異常値であれば処理71をやり直し、正常値であれば次の処理73へ進む。チェック処理はあらかじめ走行制御用コントローラ12に規定してある正常値の範囲と比較して行う。
 処理73においては、走行制御用コントローラ12のトルク演算部64によって、取込んだセンサ情報からトルクTを算出する。算出されたトルクTが該当するトルク範囲に区分されるように、条件74では、初期値i=1が設定されている状態で、条件75に進み、処理73において把握されたトルクTと、i=1の区分のときのトルクレンジ(本例では、区分け分解能にiを乗じた値≦トルク<区分け分解能に(i+1)を乗じた値としている。)に該当するかを比較する。ここで、本実施の形態においては、表1のとおり、区分i=1のトルクレンジは、「0<T≦2100」であり、区分け分解能は2100であり、トルク区分け数(最大値)は11である。
 条件75においてトルクTが区分iのトルクレンジに該当しない場合には、処理76において区分iの値を1加算して条件74に戻る。条件75において、加算された区分iのトルクレンジについて、トルクTが該当するか比較する。トルクTが該当しない場合には、さらに同様に処理76において区分iの値を1加算して、条件74を通過して条件75にゆくことを繰り返し、区分iが最大値である11となったときには、トルクTは21000より大きく、算入除外対象となるため、条件74により条件81に移行し、キースイッチがオフされていないエンジン稼働状態である場合には、処理71に戻る。
 一方、条件75においてトルクTが区分iのトルクレンジに該当した場合には、トルクTにおける車輪の回転数を算出する。回転数の分解能は小数点以下であり、処理78において区分ごとに累積回転数が小数点以下の位を記憶する小数部に加算され、処理79により小数部の合計が整数の1に相当する数(小数部の最下位の位が小数点以下第2位であれば100)を超えた場合には、処理80によって区分ごとに整数部に繰り上げて記憶したうえで、条件81を経過して処理71へ戻る。一方、区分における小数部の合計が整数の1に相当する数を超えていない場合には、処理80を行わず条件81へ進む。
 条件81において、キースイッチがオフとなっていて稼働していない場合には、処理82において、トルクレンジごとの回転数の累積値の情報をフラッシュメモリなど電源がなくとも記憶を保持できる情報記憶媒体に保存する。この保存した累積値の情報は、次回累積データ読込み処理70において読込まれる。
 図7は寿命演算部61の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示すように寿命演算部61は、まず処理91において、データ蓄積部60によって記憶された表1の累積のデータを読込む。
 次に条件92において、処理91で呼出した取得データが正常値であるか判定し、正常値である場合のみ処理93に進み、データが正常でない場合にはエラー出力処理106に進む。
 処理93において、区分iの初期値は1に設定しておいて、区分1の情報を呼出し、区分1のトルクレンジのトルク平均値T[i]を求める。区分1のトルク平均値T[1]は、表1に示す値から、
T[1]=(0+2100)/2=1050
となる。また、この例では、
T[i]={区分け分解能×i+区分け分解能×(i+1)}/2
としているので、区分2についてのトルク平均値T[2]は、
T[2]={2100×1+2100×(1+1)}/2=3150[Nm]
となる。
 式(6)により、処理96において、区分[i]におけるトルク平均値T[i]及び区分iにおける車輪回転数の累積値N[i]を用いて、下記の(7)式によって区分iにおける区分ごとの累積損傷度D[i]を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここで、区分車輪回転数累積値N[i]は、その整数部M[i](表1参照)のみ算入し、少数部m[i](表1参照)を算入から除外して処理データ量を減らすようにする。
また、式(6)から、下記の式(8)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 すなわち、処理97において、式(8)により、処理96で求めた区分ごとの累積損傷度D[i]を、算入区分の全部について合計する歯車についての累積損傷度Dに加算する。尚、区分iが1のとき、Dの初期値は0であるので、D=D[1]である。
 次に処理98において、iに1を加算して、その加算されたiについて、処理93において、トルク区分iを参照し、処理95、処理96及び処理97により、区分ごとの累積損傷度D[i]を求めて累積損傷度Dに加算する。
 処理98によりiに1を加算してゆき、条件94によってiが最大値である11に達したら、トルクレンジ区分の1から区分10について計算が終了したので、次の処理99に進み、これまでに求めた累積損傷度Dをメモリなど記憶領域に保存する。
 条件100において、寿命予測の対象である歯車について、処理99で保存した累積損傷度Dよりも過去に収集した情報により累積損傷度Dが別途存在するか条件判定を行う。過去のデータが存在する場合には、処理101において、過去の累積損傷度Dのデータを呼出して処理99で保存した累積損傷度Dと合計するとともに、過去の累積損傷度Dとその際の稼働時間及び処理99で保存した累積損傷度Dと現在の稼働時間を用いて、稼働時間を変数Xとし、累積損傷度と変数Yしたときのグラフにおいて、最小二乗法による一次の近似式を算出する。
 一方、条件100において過去の累積損傷度Dのデータが存在しない場合には、稼働時間を変数Xとし、累積損傷度と変数Yしたときのグラフにおいて、原点0と処理99により保存した累積損傷度Dを含む一次式を算出する。
 処理102又は処理103により求めた一次式において、累積損傷度Dの値が100となる稼働時間を算出する。この求められた稼働時間が予測寿命時間となる。
 処理105において、表示装置62によって寿命予測結果を表示する。例えば、表示内容は、前述のとおり、第1段減速機構17aのサンギア30、プラネタリギア31並びにリングギア32、及び第2減速機構17bのサンギア36、プラネタリギア40並びにリングギア42のすべての予測寿命時間を列記して表示する。この予測寿命時間は、図8のように稼働時間に対して累積損傷度Dの記録及び予想をグラフにして表示してもよいし、表2のように稼働時間に対する累積損傷度Dの記録や予想を表示してもよい。
 図8においては、第1段目の減速機構のサンギアについての累積損傷度Dを示しており、四角でプロットした点が実測により求めた累積損傷度Dであり、その四角でプロットした点の値を用いて最小二乗法によって求められた一次近似線がグラフに表示され、その近似線が累積損傷度Dが100[%]に達する点が、予想寿命時間となる点であり、丸印でプロットされるとともに、グラフの上に予想寿命時間を表示している。図8の最上部は、このグラフが第一段目の減速機構のサンギアを対象として寿命予測を示していることを説明しているが、その他の歯車についての寿命予測のグラフについては図示を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表2において、1段目とあるのは、第1段目の減速機構の歯車であることを意味し、2段目とあるのは、第2段目の減速機構の歯車であることを意味する。また、左側に示されている稼働時間の1行目は現在(累積損傷度算出時点)の各歯車の累積損傷度を示し、2行目以降は予想される累積損傷度である。図8において、1段目のサンギアが累積損傷度が100[%]となる予想寿命時間が53714時間であることが表示されている。他のすべての歯車について累積損傷度が100[%]となるエンジン稼働時間まで表示してもよい。
 表2のように表によって稼働時間に対する累積損傷度を表示した場合、一見して累積損傷度を把握しやすくなるため、あとどれだけ稼働させるとどの歯車が交換の必要が生じるのか容易に把握できるようになる。また、歯車のローテーションを行う場合には便利である。
 本実施の形態によれば、マイナー則によって減速機歯車の寿命を正確に予測することにより、適切な交換時期を知ることができるため、まだ歯車が寿命とならずに使用可能な状態の減速機を交換してしまう事態を防止することが可能となる。また、減速機について設定された交換時期よりも早く歯車が寿命となって稼働中に壊れてしまう事態を防止することが可能となる。また、歯車ごとに寿命予測を行うことができるため、減速機全体の交換をせずとも寿命が近づいた一部の歯車だけを交換することも可能になるため、コストダウンや歯車の有効利用が可能となる。
 また、寿命計算に影響の少ないトルク範囲を算入しないことで、寿命予測システムの計算データ量を減少させるとともに、トルク範囲を複数に区分することで、マイナー則を適用するトルク区分ごとに回転数を計算するため、演算装置が処理するデータ量が少なくなり演算装置のデータ処理負荷の軽減が可能になる。
 また、後輪3などの車輪の回転数によって回転部の回転数を記憶することが可能となるので、モータ回転数で把握する場合よりも数値が小さくなり、演算装置が処理するデータ量が少なくなり処理負荷の軽減が可能になる。
 また、データ処理負荷の軽減することにより、例えば車載のコントローラが演算装置として処理能力が高くない場合あっても、その車載コントローラに寿命演算部61として機能させるプログラム又はデータ蓄積部60として機能させるプログラムを組込むことが可能になる。
 また、累積回転数Nについて整数部のみを演算に用いるため、処理データを少なくし演算装置における処理負荷を軽減することができる。
 また、稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示するため、減速機歯車の寿命を容易に把握することが可能となる。
 次に本発明の他の実施の形態を表3により説明する。この表3の累積データにおいては、表1で記録したトルクとは逆方向のトルクをトルク演算部64が算出した場合には、その逆方向のトルクにマイナスをつけて記録する。データ蓄積部60において、表3のようにマイナスのトルクについてもトルクレンジを区分分けしたデータを記憶しておく。表3において、m12~m21は後輪3の回転数の小数部、M12~M21は整数部を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 ここで、数値が正の値をとるトルクは前方に加速するためのトルクの方向(以下「正方向のトルク」と呼ぶことがある。)であることを意味し、トルクの数値が負の値となっている範囲は、電気制動や後進時の加速によって走行用モータ15に発生する、正方向のトルクと逆の向きのトルク(以下「逆方向のトルク」とよぶことがある。)であることを意味する。尚、電気制動の際のモータトルクTは、電気制動時に走行用モータ15の発電により生じた電流から推定する。また、インバータの直流側の直流電流とインバータの直流電圧の積と、車輪の回転速度から電気制動時のモータのトルクを推定する等、他のセンサ情報を用いてトルクを推定してもよい。
 ここで、通常の路面では、正方向のトルクによって疲労寿命となる時期が逆の方向のトルクによる疲労寿命となる時期よりも早いため、通常は区分1から区分10のみデータを記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば足りることも多い。しかしながら、正方向のトルクに加えて、逆の方向のトルクを算入して区分11から区分20のトルクをデータ記憶して予想寿命時間の計算に使用すれば、急な下り勾配が多く存在するような過酷な路面条件での走行であって、逆の方向のトルクによる累積疲労度が正方向のトルクによる累積疲労度よりも大きくなる場合であっても、逆方向のトルクに起因する寿命によって走行中に歯車が故障することを防止することができるとともに、より確実に歯車の交換時期を知ることができる。
 本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、モータトルク出力範囲の絶対値において最大値4分の3以上の(逆回転のトルクについては最大値の4分の3超の)トルクを算入から除外する。即ち、モータトルクの全出力範囲の絶対値において、最大値である28000[Nm]から4分の3の大きさとなる21000[Nm]以上の絶対値のトルクを算入から除外する。表3に示すように、0[Nm]から21000[Nm]及び0[Nm]から-21000[Nm]の範囲で回転数を累積する。本実施の形態においては出力範囲の4分の3より大きいトルクは回転の頻度が少なく寿命計算において寿命予測の結果に影響が少ないためである。
 尚、本実施の形態においては、トルク出力範囲の4分の3以上を除外したが、本発明において、除外するトルク出力範囲をこの範囲に限定するものではなく、ダンプトラックの路面状況や、データ蓄積部60及び寿命演算部61を演算する装置の処理能力に応じて適宜定めることができる。また、ダンプトラックのモータトルクをモニタリングして、一定値以上の大きなトルクは、急な段差を通過する際や始動の際など突発的にしか発生しないようなことがわかった場合には、そのような一定値以上の大きなトルク範囲を算入から除外するようにしてもよい。
 本実施の形態において、寿命演算部61においては、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、それぞれ別箇に処理及び計算をする。
 本実施の形態において、走行制御用コントローラ12及びデータ蓄積部60によって累積データを作成する処理を説明するフローの一部を図9に示す。ここで、図9は、図6と同じ処理を示す処理及び条件には同じ符号を付番している。また開始から処理73より前のフロー及び条件81から終了までのフローは図6と同じなので省略する。このフローは、図6のフローと比較して表3におけるトルクTが負の値である区分12から区分22についての処理のフローが追加されている。
 この図9に示すフローにおいては、図6と同様に処理73にトルクTを算定したのち、トルクTが正の値の場合には、条件88により、図6と同様に条件74に進む。一方トルクTが負の値の場合には、条件88により条件84に進む。条件84及び条件85においては、iの初期値を12(トルク範囲を-2100≦T<0)と設定し、区分け分解能を-2100、トルク区分け数(最大値)を22に設定する。
 そして、条件85において、トルクレンジを「区分け分解能(i-10)≦T<区分け分解能(i-9)」とし、図6と同様にトルクTの比較をし、処理76においてiを1加算し、処理74においてiがトルク区分け数の最大値である22となった時には、条件81に進み、キースイッチがオフになっていない限りセンサ情報取り込み処理71へ戻る。条件85のトルク範囲に該当する場合には、処理77aに進み、図6と同様に、処理78a、条件79a、処理80aにより、トルクレンジごとの回転数の累積値を小数部及び整数部に加算して記憶してゆく。
 このようにして、トルクTが-21000以下の場合を算入に除外して、区分11から20までのトルクレンジについて回転数を累積してゆくことができる。
 本実施の形態における寿命演算部61の処理手順を説明するフローチャートは、図7と同様である。ここで、前述のとおり、正方向のトルクによる累積損傷度と、逆方向のトルクによる累積損傷度は、別箇に処理及び計算する。すなわち、正方向のトルク範囲である表3の区分1から区分10について各区分のトルク範囲ごとに式(7)を適用してトルクD[i]を求めて、式(8)によりその求めたD[i]を合計して正方向のトルクによる累積損傷度Dを求める。一方別途に、逆方向のトルク範囲である表3の区分12から区分21について各区分のトルク範囲ごとに式(7)を適用してトルクD[i]を求めて、式(8)によりその求めたD[i]を合計して逆方向のトルクによる累積損傷度Dを求める。ここで、区分12から区分21については、図7のフローチャートの処理93においてトルク区分iの初期値を12として、処理94においてトルク区分け数の最大値を22に設定して逆方向のトルクによる累積損傷度Dを求める。
 このように正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を別箇に行って、処理99から終了まで方向の正方向のトルクについての寿命算出と、逆方向のトルクによる寿命算出を行い、正方向のトルクによる予想寿命時間と、逆方向のトルクによる予想寿命時間が算出される。
 また、逆方向のトルクについて、ダンプトラックは後進することが少ないため、後進時の逆方向のトルクについて算入から除外して、前進時の電気制動のみ算入すれば、さらに演算を行う装置のデータ処理負荷を軽減することが可能である。
 本発明のシステムにおける図4の機能ブロック図における走行制御用コントローラ12、データ蓄積部60、寿命演算部61、及び表示装置62については種々の態様の変更が可能である。例えば、走行制御用コントローラ12、データ蓄積部60、寿命演算部61及び表示装置62を一体として車載コントローラに設けてもよい。また、走行制御用コントローラ12及びデータ蓄積部60を車載コントローラに設け、車外において寿命演算部61及び表示装置62を携帯端末又はノートパソコンに設けて、寿命演算を行う時だけ車載コントローラとその携帯端末又はノートパソコンに接続する態様としてもよい。また、走行制御用コントローラ12及びデータ蓄積部60を車載コントローラとして構成し、寿命演算部61及び表示装置62を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外の計算装置を無線システムで接続して遠隔の場所で寿命予測を行うようにしてもよい。また、走行制御用コントローラ12のみ車載コントローラに備え、データ蓄積部60、寿命演算部61及び表示装置62を車外の計算装置に設けて、車載コントローラとその車外に設けた演算装置を無線システムで接続して、遠隔で車体のデータ蓄積及び寿命予測を行うようにしてもよい。
 また、上記実施の形態においては、減速機歯車の寿命予測の計算をモータトルク及び車輪の回転数によって行ったが、他の実施の形態として、表1又は表2の累積データにおいて、モータトルクに代えて、モータトルクから各歯車にかかる負荷トルクを求め、その負荷トルクを累積データに記憶して寿命予測を行ってもよいし、また車輪の回転数に代えて、車輪の回転数に比例する各歯車の回転数を求め、その各歯車の回転数を累積データに記憶して寿命予測を行ってもよい。
 以上本発明を実施の形態により説明したが、本発明は上記実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更、付加が可能である。
1:ダンプトラックの本体、2:前輪、3:後輪、10:副発電機、12:走行制御用コントローラ、14:モータ収容筒、15:走行用モータ、16:回転軸、17:減速機、17a:第1段減速機構、17b:第2段減速機構、18:走行駆動装置、20:筒状スピンドル、25:キャリア、27:軸受、30:サンギア、31:プラネタリギア、32:リングギア、34:キャリア、36:サンギア、37:連結体、39:軸受、40:プラネタリギア、42:リングギア、60:データ蓄積部、61:寿命演算部、62:表示装置、63:電流把握部、64:トルク演算部、65:回転数把握部

Claims (8)

  1.  インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数把握部と、
    前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算部と、
     前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積部と、
     前記データ蓄積部に記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算部とを備える
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
  2.  請求項1に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
     前記トルク演算部、前記データ蓄積部及び前記寿命演算部は、それぞれ更にダンプトラックの電気制動によって走行用モータに生じるトルクを含めてトルク算出、記憶及び寿命予測するものである
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
  3.  請求項1又は請求項2記載の減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
     前記データ蓄積部は、前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶するものである
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
  4.  請求項3に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
     前記回転数把握部は、前記車輪の回転数を少数単位で把握するものであり、
     前記データ蓄積部は、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶するものであり、
     前記寿命演算部は、前記整数部のみを寿命演算に算入するものである
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
  5.  請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システムにおいて、
     寿命予測対象の歯車について稼働時間に対する累積損傷度を表又はグラフにして表示する表示装置を備えた
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測システム。
  6.  インバータ制御の走行用モータ及び前記走行用モータの回転軸の回転を減速して車輪に動力を伝達する減速機を備えたダンプトラックにおける前記走行用モータの回転軸、前記減速機の歯車又は前記車輪の回転数を算出又は計測により求める回転数を把握する回転数把握ステップと、
    前記走行用モータのトルクを算出するトルク演算ステップと、
     前記回転数及び前記走行用モータのトルクを記憶するデータ蓄積ステップと、
     前記データ蓄積ステップにより記憶された、前記回転数及び前記走行用モータのトルクを参照して前記減速機歯車の寿命をマイナー則を用いて演算する寿命演算ステップと
     を含むことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法。
  7.  請求項6に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法において、
     前記データ蓄積ステップは、前記前記走行用モータの出力トルクの全レンジに対して、寿命計算に影響が少ないトルク範囲を算入しないように除外し、その除外をしなかったトルクの範囲を複数に分けた区分を設けて、その区分ごとに前記回転数を積算して記憶する
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法。
  8.  請求項7に記載のダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法において、
     前記回転数把握ステップは、前記車輪の回転数を少数単位で把握し、
     前記データ蓄積ステップは、前記区分ごとに、前記回転数を小数部と整数部に分けて記憶し、把握された前記回転数により小数部を加算して、その小数部の値が整数に相当する値に達したら前記整数部に値を繰り上げて加算して記憶し、
     前記寿命演算ステップは、前記整数部のみを寿命演算に算入する
     ことを特徴とするダンプトラックの減速機歯車の寿命予測方法。
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