WO2016035526A1 - 液圧ポンプの故障診断装置 - Google Patents

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WO2016035526A1 PCT/JP2015/072801 JP2015072801W WO2016035526A1 WO 2016035526 A1 WO2016035526 A1 WO 2016035526A1 JP 2015072801 W JP2015072801 W JP 2015072801W WO 2016035526 A1 WO2016035526 A1 WO 2016035526A1
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hydraulic pump
pressure
unit
hydraulic
rotation
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PCT/JP2015/072801
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友近　信行
英喜 吉原
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株式会社神戸製鋼所
コベルコ建機株式会社
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement

Definitions

  • the present invention relates to a failure diagnosis device for a hydraulic pump.
  • Patent Document 1 describes an abnormality detection device that detects an abnormality of a hydraulic pump.
  • the abnormality detection device of Patent Document 1 includes a pressure detection unit that detects the pressure of hydraulic fluid flowing out from a rotating hydraulic pump, and hydraulic fluid that flows out from the hydraulic pump using the pressure detected by the pressure detection unit.
  • Frequency analysis means for analyzing the pulsation frequency of the pressure. This frequency analysis means analyzes the pulsation frequency of the pressure of the hydraulic oil flowing out from the hydraulic pump on the time axis.
  • a component of the rotational frequency of the hydraulic pump is extracted using the analysis result of the pulsation frequency by the frequency analyzing unit, and whether or not the extracted component of the rotational frequency is a normal value is determined. By determining, it is determined whether an abnormality has occurred in the hydraulic pump.
  • the frequency analysis unit analyzes the pulsation frequency of the pressure of the hydraulic oil flowing out from the hydraulic pump on the time axis, and using this analysis result, an abnormality occurs in the hydraulic pump. Judge whether or not.
  • the abnormality detection device of Patent Document 1 may not be able to accurately determine the occurrence of an abnormality in the hydraulic pump.
  • the rotational speed of the hydraulic pump when the hydraulic pressure is detected by the pressure detector is not always constant, the hydraulic oil pulsation and time Deviation occurs in the relationship with the shaft. That is, in the abnormality detection device of Patent Document 1, the analysis result of the pulsation frequency by the frequency analysis means changes in accordance with the change in the rotational speed of the hydraulic pump, so there is a possibility that the occurrence of abnormality in the hydraulic pump cannot be accurately determined. is there.
  • An object of the present invention is to provide a failure diagnosis apparatus capable of diagnosing a failure of the hydraulic pump without being affected by variations in the rotational speed of the hydraulic pump.
  • the present invention is an apparatus for diagnosing a failure of a hydraulic pump that has a plurality of pistons arranged in the circumferential direction and discharges liquid along with the rotation in the circumferential direction, and is discharged from the rotating hydraulic pump.
  • a pressure detector that detects the pressure value of the liquid
  • a rotation phase detector that detects the rotation phase of the hydraulic pump when the pressure value of the liquid is detected by the pressure detector
  • the pressure detector A modeling unit that extracts pulsation waveform data by modeling the relationship between the pressure value of the liquid that has been detected and the rotational phase of the hydraulic pump detected by the rotational phase detection unit.
  • each drawing referred to below is a simplified illustration of the main parts necessary for explaining the present embodiment, out of the components of the embodiment of the present invention, for convenience of explanation. Therefore, the failure diagnosis device for a hydraulic pump according to the present invention can include any component not shown in each drawing referred to in this specification.
  • FIG. 1 shows a hydraulic pump failure diagnosis apparatus X1 according to this embodiment. This failure diagnosis device X1 is applied to failure diagnosis of the hydraulic pump 2 included in the hydraulic circuit Y1.
  • the hydraulic circuit Y1 is mounted on a construction machine such as a hydraulic excavator.
  • the hydraulic circuit Y1 plays a role of operating the components of the construction machine with hydraulic oil.
  • the hydraulic circuit Y1 includes a hydraulic pump 2, a drive source 3, first and second hydraulic pipes 41 to 43, a hydraulic cylinder 6, and a control valve 7.
  • the hydraulic pump 2 discharges hydraulic oil.
  • the drive source 3 drives the hydraulic pump 2.
  • the drive source 3 is, for example, an engine.
  • the first to third hydraulic pipes 41 to 43 are hydraulic oil circulation paths.
  • the oil tank 5 stores hydraulic oil.
  • the hydraulic cylinder 6 expands and contracts when supplied with hydraulic oil.
  • the hydraulic pump 2 has a role of discharging hydraulic oil to the hydraulic cylinder 6. Specifically, the hydraulic pump 2 is connected to the oil tank 5 via the first hydraulic pipe 41. Further, the hydraulic pump 2 is connected to the hydraulic cylinder 6 through the second hydraulic pipe 42. The hydraulic pump 2 is connected to the output shaft of the drive source 3, and the drive source 3 drives the hydraulic pump 2.
  • the hydraulic oil sucked into the hydraulic pump 2 from the oil tank 5 through the first hydraulic pipe 41 is discharged from the hydraulic pump 2 driven by the drive source 3 to the second hydraulic pipe 42. Then, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 to the second hydraulic pipe 42 is supplied to the hydraulic cylinder 6 via the control valve 7.
  • the hydraulic pump 2 is a piston type pump.
  • the hydraulic pump 2 has nine pistons M1 to M9 as shown in FIG.
  • the pistons M1 to M9 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the hydraulic pump 2.
  • the hydraulic pump 2 rotates in the circumferential direction according to a drive signal from the drive source 3. Then, when the hydraulic pump 2 rotates in the circumferential direction, the pistons M1 to M9 sequentially perform piston movement, so that hydraulic oil is discharged from the hydraulic pump 2.
  • the hydraulic pump 2 has nine pistons M1 to M9.
  • the present invention is not limited to this, and the number of pistons the hydraulic pump 2 has is arbitrary, and the hydraulic pump 2 It can change suitably according to the usage condition of 2.
  • the hydraulic cylinder 6 has a role of operating, for example, components of a construction machine.
  • the hydraulic cylinder 6 has a piston part and a cylinder part.
  • the hydraulic cylinder 6 is connected to the second hydraulic pipe 42 and the third hydraulic pipe 43 via the control valve 7.
  • the hydraulic oil is sent to the oil tank 5 via the control valve 7 and the third hydraulic pipe 43.
  • the fault diagnosis device X1 includes a pressure sensor 30, a speed sensor 40, a calculation unit 100, and a determination unit 90.
  • the pressure sensor 30 detects the pressure value of the hydraulic oil.
  • the speed sensor 4 detects the rotational speed of the hydraulic pump 2.
  • the calculation unit 100 performs various calculations from the detection values of the sensors 30 and 40.
  • the determination unit 90 determines a failure from the calculation result of the calculation unit 100.
  • the pressure sensor 30 is a member corresponding to the pressure detection unit according to the present invention.
  • the pressure sensor 30 has a role of detecting the pressure value of the hydraulic oil discharged by the hydraulic pump 2.
  • the pressure sensor 30 is connected to a second hydraulic pipe 42 located on the downstream side of the hydraulic pump 2 in the hydraulic oil circulation path, and detects the pressure value of the hydraulic oil in the second hydraulic pipe 42.
  • the pressure sensor 30 sends the hydraulic oil pressure value detected by the pressure sensor 30 to the computing unit 100.
  • the speed sensor 40 has a role of detecting the rotational speed of the hydraulic pump 2.
  • the speed sensor 40 is connected to, for example, a connection point between the hydraulic pump 2 and the drive source 3 that rotates the hydraulic pump 2.
  • the speed sensor 40 sends the rotational speed of the hydraulic pump 2 detected by the speed sensor 40 to the calculation unit 100.
  • the arithmetic unit 100 Based on the hydraulic oil pressure value detected by the pressure sensor 30 and the rotational speed of the hydraulic pump 2 detected by the speed sensor 40, the arithmetic unit 100 performs various tests for diagnosing a failure of the hydraulic pump 2. Has the role of performing calculations.
  • the arithmetic unit 100 is constituted by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, or an EEPROM.
  • the calculation unit 100 functionally includes a phase calculation unit 50, a modeling unit 60, a separation unit 70, and a feature amount calculation unit 80.
  • the phase calculation unit 50 calculates the rotational phase of the hydraulic pump 2 at the time when the pressure sensor 30 detects the pressure value.
  • a pressure value detection signal is sent from the pressure sensor 30 to the phase calculation unit 50, and rotational speed information of the hydraulic pump 2 is sent from the speed sensor 40.
  • the phase calculation unit 50 Upon receiving the pressure value detection signal from the pressure sensor 30, the phase calculation unit 50 integrates the rotational speed of the hydraulic pump 2 until the detection signal is received, and multiplies the integrated value by a predetermined correction coefficient. Thereby, the rotational phase of the hydraulic pump 2 at the time when the pressure sensor 30 detects the pressure value is calculated.
  • the speed sensor 40 and the phase calculation unit 50 correspond to the rotational phase detection unit according to the present invention.
  • a rotation phase sensor that directly detects the rotation phase of the hydraulic pump 2 at the time when the pressure sensor 30 detects the pressure value may be provided.
  • the modeling unit 60 corresponds to a modeling unit according to the present invention.
  • the modeling unit 60 models the relationship between the pressure value detected by the pressure sensor 30 and the rotational phase of the hydraulic pump 2 at the point in time when the pressure value calculated by the phase calculation unit 50 is detected. Then, pulsation waveform data having a fundamental frequency of one rotation of the hydraulic pump 2 is extracted.
  • the separation unit 70 corresponds to a separation unit according to the present invention.
  • the separation unit 70 separates the pulsation waveform data extracted by the modeling unit 60 into components common to the pistons M1 to M9 and components specific to the pistons M1 to M9. Note that the separation unit 70 may separate only components unique to the pistons M1 to M9 from the pulsation waveform data extracted by the modeling unit 60.
  • the feature amount calculation unit 80 calculates the feature amount of the specific component from the components specific to the pistons M1 to M9 separated from the pulsation waveform data by the separation unit 70.
  • each of the phase calculation unit 50, the modeling unit 60, the separation unit 70, and the feature amount calculation unit 80 may be realized by software or may be realized by hardware. Further, the functions corresponding to each of the phase calculation unit 50, the modeling unit 60, the separation unit 70, and the feature amount calculation unit 80 may be realized by individual functional parts or by a common functional part. Also good.
  • the determination unit 90 has a role of determining whether or not the hydraulic pump 2 has failed from the feature amount calculated by the feature amount calculation unit 80. Specifically, the determination unit 90 determines whether or not the hydraulic pump 2 has failed by comparing the feature amount sent from the feature amount calculation unit 80 with a predetermined threshold value.
  • the determination unit 90 is configured by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an EEPROM, or the like, like the calculation unit 100. In the present embodiment, the calculation unit 100 and the determination unit 90 are shown in different blocks in FIG. 1, but the determination unit 90 may be realized by a functional component common to the calculation unit 100.
  • the pressure sensor 30 detects the pressure value of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 to the second hydraulic pipe 42 (Op1), and sends information on the pressure value to the calculation unit 100.
  • the speed sensor 40 detects the rotational speed of the hydraulic pump 2 over time after the drive of the hydraulic pump 2 is started by the drive source 3 (Op2), and calculates information about the rotational speed. Send to 100.
  • the phase calculation unit 50 integrates the rotation speed up to the point when the pressure sensor 30 detects the pressure value of the hydraulic oil from the rotation speed information of the hydraulic pump 2 sent to the calculation unit 100, and the integrated value Is multiplied by a predetermined correction factor. Thereby, the phase calculation part 50 calculates the rotation phase of the hydraulic pump 2 at the time of the pressure sensor 30 detecting a pressure value (Op3). A method for calculating the correction coefficient will be described later.
  • the pressure sensor 30 detects the pressure value of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 to the second hydraulic pipe 42 at a predetermined sampling interval.
  • the number of times of sampling of the pressure value by the pressure sensor 30 is N
  • the following data is obtained as time series data of the pressure value at the N point and the rotation phase corresponding to each pressure value by the above Op1 to Op3. .
  • the hydraulic circuit Y1 includes the single hydraulic pump 2, but when the hydraulic circuit Y1 includes a plurality of hydraulic pumps, the pressure values of the sensors 30, 40 and It is preferable that the rotation speed is detected individually for each of the plurality of hydraulic pumps. Specifically, when the pressure value and the rotational speed of one hydraulic pump in the plurality of hydraulic pumps are detected, the hydraulic pumps other than the one hydraulic pump are not tilted and have no load. It is preferable to make it.
  • the modeling unit 60 models the relationship between the pressure value of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 and the rotational phase of the hydraulic pump 2 from the time series data (Op4).
  • the modeling unit 60 first sets the points shown in FIG. 4 to the hydraulic pressure by superimposing the phases by the number of rotations of the hydraulic pump 2 while the pressure sensor 30 detects the pressure value N times. It maps to the space which makes 1 rotation of pump 2 a fundamental frequency.
  • FIG. 5 shows a graph of the time-series data mapped in the space having the fundamental frequency of one rotation of the hydraulic pump 2 in this way.
  • the modeling unit 60 superimposes the time-series data mapped on a space having one rotation of the hydraulic pump 2 as a fundamental frequency with a wave having an L-fold frequency that is an integer multiple of the rotation speed of the hydraulic pump 2. Model together. Specifically, the modeling unit 60 models the time series data mapped to a space having one rotation of the hydraulic pump 2 as a fundamental frequency according to the following mathematical formula.
  • the value of L in the above model formula is set to a value of about (M ⁇ 5) to (M ⁇ 10) when the number of pistons of the hydraulic pump 2 is M, for example.
  • the value of L is set to a value of about 45 to 90.
  • the value of L may be set smaller than the above value as long as the relationship between the pressure value and the rotation phase can be accurately modeled. If N, which is the number of times of sampling of the pressure value, is a sufficiently large value, the value of L may be set larger than the above value.
  • the value of the coefficient in the above model formula can be obtained by applying the time series data to the following formula.
  • the modeling unit 60 calculates the pulsation waveform data by modeling the time-series data mapped in a space having one rotation of the hydraulic pump 2 as a fundamental frequency by the model formula.
  • FIG. 6 shows a graph of the pulsation waveform data.
  • the number of pulsation peaks per revolution of the hydraulic pump 2 is nine. This is because the hydraulic pump 2 has nine pistons M1 to M9.
  • nine pulsation peaks correspond to the pistons M1 to M9 in order from the smaller phase.
  • the modeling unit 60 models the graph shown in FIG. 5 into the graph shown in FIG. 6 after converting the graph shown in FIG. 4 into the graph shown in FIG. Not limited to this, the graph shown in FIG. 4 may be directly modeled into the graph shown in FIG.
  • the predetermined correction coefficient by which the phase calculation unit 50 multiplies the integrated value of the rotational speed of the hydraulic pump 2 can be obtained as follows, for example. First, the coefficient ⁇ of the above model equation is obtained using the rotational phase ⁇ and the pressure value P. Then, the calculated value p ( ⁇ ) in the mathematical expression representing the pulse rate waveform data is compared with the actual measurement value P, and a correction coefficient that minimizes the modeling error is obtained by optimization calculation.
  • the modeling error can be the sum of squares of errors between the calculated value p ( ⁇ ) and the actually measured value P. For the optimization calculation, a technique such as PSO may be used. When the correction coefficient is discretely assigned in units of 0.00001 from 0.99 to 1.01, the modeling error is minimized.
  • the correction coefficient may be regarded as an optimal solution and adopted.
  • the separation unit 70 separates the pulsation waveform data into components common to the pistons M1 to M9 and components unique to the pistons M1 to M9.
  • the separation unit 70 separates the pulsation waveform data derived by the modeling unit 60 into the following two expressions.
  • Formula A represents components common to the pistons M1 to M9.
  • Formula B represents components specific to each of the pistons M1 to M9.
  • coefficients in Formula B are classified according to the following conditions.
  • the above value M corresponds to the number of pistons M1 to M9 that the hydraulic pump 2 has.
  • M 9
  • the separation unit 70 is common to the pistons M1 to M9 by separating the pulsation waveform data derived by the modeling unit 60 into a wave component of 9 times frequency and a wave component other than that. Components and components unique to each of the pistons M1 to M9 are extracted.
  • components common to the pistons M1 to M9 are shown in the graph of FIG. 7, and components unique to the pistons M1 to M9 are shown in the graph of FIG. .
  • the graph shown in FIG. 7 shows components common to each of the pistons M1 to M9, and nine pulsation peaks having the same amplitude when the hydraulic pump 2 makes one rotation are formed.
  • the graph shown in FIG. 8 shows components unique to the pistons M1 to M9.
  • the pulsation waveform data is formed only from components common to the pistons M1 to M9. For this reason, when the pistons M1 to M9 are in a normal state, the pulsation waveforms of the pistons M1 to M9 only have a small difference due to manufacturing variations. No matter which phase of 0 to 2.0 ⁇ , the numerical value should be close to 0.
  • the feature quantity calculation unit 80 is capable of determining a failure of the hydraulic pump 2 by the judgment unit 90 from components unique to the pistons M1 to M9 separated by the separation unit 70 from the pulsation waveform data. Is calculated (Op6).
  • This feature amount J is calculated by the following mathematical formula corresponding to the square area of the component specific to each piston M1 to M9, for example.
  • the separation unit 70 determines the pistons M1 to M9 from the pulsation waveform data. It is not necessary to separate the common components.
  • the feature quantity J may be calculated by the following mathematical formula corresponding to the ratio of the component unique to each piston M1 to M9 and the component common to each piston M1 to M9, for example.
  • the unit of pressure is made dimensionless by dividing the numerator by the denominator, so that it is not necessary to adjust the discrimination threshold according to the magnitude of the liquid discharge pressure in the hydraulic pump 2. .
  • the feature amount J may be calculated by, for example, the following mathematical formula corresponding to the ratio of the component unique to each piston M1 to M9 and the total component of the pulsation waveform data. Also by this feature quantity J, the unit of pressure is made dimensionless by dividing the numerator by the denominator, so that it is not necessary to adjust the discrimination threshold according to the magnitude of the liquid discharge pressure in the hydraulic pump 2.
  • the feature amount J may be calculated by, for example, the following mathematical formula corresponding to the maximum amplitude of each frequency of the component unique to each of the pistons M1 to M9.
  • the feature amount J may be calculated by, for example, the following mathematical formula corresponding to the maximum amplitude of the vibration waveform obtained by adding the components unique to the pistons M1 to M9.
  • the maximum amplitude calculated by the above equation may be obtained by substituting, for example, the absolute value of Equation B for each of the divided rotation phases 0 to 2 ⁇ sufficiently finely, and substituting the maximum value. Good.
  • the feature amount J may be calculated by the following equation corresponding to the maximum amplitude of the differential value of the component unique to each of the pistons M1 to M9, for example.
  • a malfunction such as looseness of the pistons M1 to M9 may appear as a sudden pressure change of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2.
  • the feature quantity J is calculated by differentiating the mathematical formula B with the rotational phase axis. Therefore, it is possible to accurately determine the presence or absence of defects such as play of the pistons M1 to M9 from the feature quantity J.
  • the method for calculating the feature quantity J is arbitrary, and can be appropriately changed according to the usage mode of the failure diagnosis apparatus X1. For this reason, the various calculation methods of the feature amount J described above can be used in combination with each other, for example. Further, the feature amount J may be calculated by a method other than the above-described various feature amount J calculation methods.
  • the feature amount calculation unit 80 sends information on the feature amount J calculated by the feature amount calculation unit 80 to the determination unit 90.
  • the determination unit 90 determines whether or not the feature amount J is equal to or greater than the threshold stored in the determination unit 90 based on the feature amount J information received from the feature amount calculation unit 80. (Op7).
  • the determination unit 90 determines the threshold value based on, for example, the average value of the pressure values of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2. Then, the determined threshold value is compared with the feature amount J. Further, when the feature amount J is calculated based on the ratio of the component unique to each piston M1 to M9 and the component common to each piston M1 to M9, the determination unit 90 is a threshold value that is a predetermined fixed value. And feature quantity J are compared.
  • the determination unit 90 determines that the feature amount J is equal to or greater than the threshold (YES at Op7), the determination unit 90 determines that the hydraulic pump 2 has a failure (Op8), and displays the determination result as, for example, a liquid crystal Display on a monitor. If the determination unit 90 determines that the feature amount J is not equal to or greater than the threshold (NO at Op7), the determination unit 90 determines that there is no failure in the hydraulic pump 2 (Op9), and the determination result is, for example, Display on the LCD monitor. The user refers to, for example, the determination result displayed on the liquid crystal monitor or the like, and confirms whether or not the hydraulic pump 2 has failed.
  • the failure diagnosis device X1 can diagnose the failure of the hydraulic pump 2 without being affected by the change in the rotational speed of the hydraulic pump 2.
  • the pulsation waveform data for diagnosing a failure of the hydraulic pump 2 is extracted by modeling the relationship between the pressure value and the rotation phase. For this reason, even when the rotational speed of the hydraulic pump 2 varies with respect to a constant speed, the pulsation waveform data is not affected by the variation and accurately diagnoses the failure of the hydraulic pump. Can do.
  • the failure diagnosis apparatus X1 since the pulsation waveform data is extracted by modeling the relationship between the pressure value and the rotation phase, it is possible to prevent the cost of the pressure sensor 30 from increasing. . Specifically, in the failure diagnosis apparatus X1, even when the sampling interval by the pressure sensor 30 is long, the hydraulic pressure pump 2 is repeatedly rotated, and the sampling data is overlapped at each rotation speed to obtain the pressure value. The relationship with the rotational phase can be extracted. For this reason, it is not necessary to employ
  • the failure diagnosis device X1 by separating the components specific to each piston from the pulsation waveform data, the failure of the hydraulic pump 2 can be diagnosed from the separated data, and a highly accurate diagnosis is possible. Obtain. Specifically, when the component common to each piston M1 to M9 in the pulsation waveform data is sufficiently larger than the component unique to each piston M1 to M9, the pulsation waveform data is inherent to each piston M1 to M9. It is difficult to determine whether or not any of the components appear. Therefore, in the failure diagnosis device X1, it is possible to make a highly accurate diagnosis by separating components inherent to the pistons M1 to M9 from the pulsation waveform data and diagnosing a failure of the hydraulic pump 2 from the separated data. Become.
  • the determination unit 90 determines whether or not the feature amount J including the component unique to each piston M1 to M9 calculated by the feature amount calculation unit 80 exceeds a predetermined threshold value. From the determination result, it can be determined whether or not the hydraulic pump 2 has failed.
  • the phase calculation unit 50 calculates the rotation phase of the hydraulic pump 2 by multiplying the integrated value of the rotation speed of the hydraulic pump 2 by a predetermined correction coefficient. Can be calculated.
  • the failure diagnosis device X1 can capture the malfunctions of the pistons M1 to M9 with high sensitivity by extracting all pressure pulsation components not common to the pistons M1 to M9.
  • the failure diagnosis device X1 can detect the malfunctions of the pistons M1 to M9 with high sensitivity by extracting all the pressure pulsation components not common to the pistons M1 to M9.
  • the failure diagnosis device X1 can detect the malfunctions of the pistons M1 to M9 with high sensitivity by extracting all the pressure pulsation components not common to the pistons M1 to M9.
  • the pressure pulsation components that are not common to the pistons M1 to M9 do not necessarily have to be taken out, and it is sufficient that the troubles of the pistons M1 to M9 can be detected with high sensitivity by taking out almost all of them.
  • the pressure of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is obtained by paying attention to the size of the component unique to each piston M1 to M9 with respect to the size of the component common to each piston M1 to M9. Even if the threshold value corresponding to the value is not set, it is possible to catch the malfunctions of the pistons M1 to M9. That is, in the failure diagnosis device X1, since it is possible to save the trouble of adjusting the threshold value according to the pressure value of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2, it is possible to easily diagnose the presence or absence of the failure of the hydraulic pump 2. be able to.
  • the failure diagnosis apparatus X1 can determine which of the modeled pulsation waveform data or data separated from the pulsation waveform data indicates which waveform peak corresponding to each of the pistons M1 to M9 is abnormal. it can. As a result, it is possible to identify a piston that actually has a problem, or to select a candidate for a piston that actually has a problem.
  • the presence or absence of a failure of the hydraulic pump 2 is determined from the determination result by the determination unit 90.
  • the present invention is not limited to this, and the determination unit 90 may not be provided.
  • the feature amount J calculated by the feature amount calculation unit 80 is displayed on a display unit such as a liquid crystal monitor, for example, and it is determined whether or not the hydraulic pump 2 has failed by the user viewing the displayed feature amount J. Is done.
  • the feature amount calculation unit 80 calculates the feature amount J from the components unique to each of the pistons M1 to M9, thereby determining whether or not the hydraulic pump 2 has failed from the feature amount J.
  • the present invention is not limited to this, and the feature amount calculation unit 80 may be omitted.
  • the graph of FIG. 8 showing the components unique to each of the pistons M1 to M9 is displayed on a display unit such as a liquid crystal monitor, and the hydraulic pump 2 is broken by the user who visually recognizes the displayed graph of FIG. The presence or absence of is determined.
  • the graph of FIG. 7 showing the components common to the pistons M1 to M9 may be displayed together with the graph of FIG. In this case, the user can confirm which of the nine pulsation peaks in the graph shown in FIG. 7 corresponds to the peak in the graph shown in FIG. Thereby, it is possible to determine which of the pistons M1 to M9 has a failure.
  • the separation unit 70 separates components common to the pistons M1 to M9 and components specific to the pistons M1 to M9 from the pulsation waveform data, and the hydraulic pump 2 uses the separated data.
  • the present invention is not limited to this, and the separation unit 70 may not be provided.
  • the graph of FIG. 6 showing the pulsation waveform data is displayed on a display unit such as a liquid crystal monitor, and the presence or absence of a failure of the hydraulic pump 2 is determined by the user who visually recognizes the displayed graph of FIG.
  • a waveform obtained by differentiating the graph shown in FIG. 6 with the rotation phase axis, or a waveform obtained by differentiating the graph shown in FIG. 8 with the rotation phase axis is displayed on a display unit such as a liquid crystal monitor, and the displayed waveform is visually recognized.
  • the user may determine whether or not the hydraulic pump 2 has failed.
  • the difference is taken from the graph shown in FIG. 5, the influence of disturbance and noise is amplified and the feature is difficult to grasp, and the interval between adjacent data points is not constant, so that the calculation of the difference is complicated. Therefore, as in the present embodiment, by modeling the graph shown in FIG. 5 and differentiating the mathematical formulas corresponding to the graphs shown in FIGS. The amount can be captured prominently.
  • the feature amount calculation unit 80 calculates the feature amount J from the pulsation waveform data, and the determination unit 90 compares the feature amount J with a threshold value, whether or not the hydraulic pump 2 has failed is determined. Good.
  • the feature amount calculation unit 80 calculates the feature amount J from the pulsation waveform data using, for example, the following formula.
  • the failure diagnosis device X1 can also diagnose failure of a hydraulic pump that discharges a liquid such as warm water in addition to the hydraulic oil.
  • the above-described embodiment includes an invention having the following configuration.
  • the present invention is an apparatus for diagnosing a failure of a hydraulic pump that has a plurality of pistons arranged in the circumferential direction and discharges liquid along with the rotation in the circumferential direction, and is discharged from the rotating hydraulic pump.
  • a pressure detector that detects the pressure value of the liquid
  • a rotation phase detector that detects the rotation phase of the hydraulic pump when the pressure value of the liquid is detected by the pressure detector
  • the pressure detector A modeling unit that extracts pulsation waveform data by modeling the relationship between the pressure value of the liquid that has been detected and the rotational phase of the hydraulic pump detected by the rotational phase detection unit.
  • the above-described hydraulic pump failure diagnosis device can diagnose the failure of the hydraulic pump without being affected by changes in the rotational speed of the hydraulic pump.
  • pulsation waveform data for diagnosing a hydraulic pump failure is extracted by modeling the relationship between the pressure value and the rotation phase. . For this reason, even when the rotational speed of the hydraulic pump varies with respect to a constant speed, the pulsation waveform data is not affected by the variation and can accurately diagnose the failure of the hydraulic pump. .
  • the modeling unit includes a pressure value of the liquid detected by the pressure detection unit by overlapping phases by the number of rotations of the hydraulic pump, and a rotation phase of the hydraulic pump detected by the rotation phase detection unit. And the extracted relationship is mapped to a space having one rotation of the hydraulic pump as a fundamental frequency, and is modeled by superimposing waves having an integral multiple of the number of rotations of the hydraulic pump. It is preferable to extract the pulsation waveform data by doing so.
  • the sampling interval for detecting the hydraulic oil pressure in the pressure detection unit is set to be short enough to capture the pulsation waveform of the hydraulic oil pressure on the time axis. There is a need. For this reason, the pressure detection part which can detect the pressure of hydraulic fluid with a short sampling interval is required, and cost will become high.
  • the pulsation waveform data is extracted by modeling the relationship between the pressure value and the rotation phase, which increases the cost of the pressure detection unit. Can be suppressed.
  • the hydraulic pump is repeatedly rotated and the sampling data is superimposed at each rotation speed. The relationship between the pressure value and the rotation phase can be extracted. For this reason, it is not necessary to use a pressure detection unit that can detect the pressure of the liquid at a short sampling interval, and it is possible to prevent the cost of the pressure detection unit from increasing.
  • the apparatus further includes a separation unit that separates a component specific to each piston from the pulsation waveform data extracted by the modeling unit.
  • the pulsation waveform data is expressed by superposition of a component common to each piston and a component unique to each piston.
  • the component unique to each piston is a component that appears when a failure occurs in any of the pistons.
  • the above-described hydraulic pump failure diagnosis device separates components unique to each piston from the pulsation waveform data, and diagnoses the failure of the hydraulic pump from the separated data, thereby enabling highly accurate diagnosis. Become.
  • the apparatus further includes a determination unit that determines whether or not a feature amount relating to a component unique to each piston separated by the separation unit exceeds a predetermined threshold value.
  • the characteristic amount relating to the component unique to each piston exceeds a predetermined threshold, and the presence or absence of a failure of the hydraulic pump is determined from the determination result. it can.
  • the rotation phase detection unit is configured to multiply the integrated value obtained by integrating the rotation speed of the hydraulic pump by a predetermined correction coefficient, thereby detecting the liquid pressure value when the pressure detection unit detects the liquid pressure value.
  • the rotational phase of the hydraulic pump may be calculated.
  • the rotational phase detection unit sets a predetermined value for the integrated value of the rotational speed of the hydraulic pump. By multiplying the correction coefficient, the rotational phase can be calculated with high accuracy.

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Abstract

　周方向に並ぶピストンＭ１～Ｍ９を有するとともに当該周方向における回転に伴って油を吐出する故障診断装置Ｘ１は、回転中の液圧ポンプ２から吐出される油の圧力値を検出する圧力センサ３０と、圧力センサ３０によって油の圧力値が検出された際の液圧ポンプ２の回転位相を検出する速度センサ４０および位相演算部５０と、圧力センサ３０によって検出された油の圧力値と速度センサ４０および位相演算部５０によって検出された液圧ポンプ２の回転位相との関係をモデル化することにより脈動波形データを抽出するモデル化部６０と、を備えるため、液圧ポンプ２の回転速度の変化の影響を受けることなく当該液圧ポンプ２の故障を診断することができる。

Description

液圧ポンプの故障診断装置
　本発明は、液圧ポンプの故障診断装置に関する。
　特許文献１には、液圧ポンプの異常を検出する異常検出装置が記載されている。特許文献１の異常検出装置は、回転中の液圧ポンプから流出する作動油の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって検出された圧力を用いて液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を解析する周波数解析手段と、を備えている。この周波数解析手段は、液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を時間軸で解析している。特許文献１の異常検出装置では、前記周波数解析手段による脈動周波数の解析結果を用いて、液圧ポンプの回転周波数の成分を抽出し、当該抽出された回転周波数の成分が正常値か否かを判定することにより、液圧ポンプに異常か発生しているか否かを判断する。
　特許文献１の異常検出装置は、上記のとおり、周波数解析手段が液圧ポンプから流出する作動油の圧力の脈動周波数を時間軸で解析し、この解析結果を用いて液圧ポンプに異常か発生しているか否かを判断する。
　しかしながら、作動油の圧力の脈動は、液圧ポンプの回転位相に依存して変化するため、特許文献１の異常検出装置では液圧ポンプにおける異常発生を正確に判断できない可能性がある。作動油の圧力の脈動周波数を時間軸で解析する場合、圧力検出部にて作動油の圧力を検出する際の液圧ポンプの回転速度が常に一定でなければ、作動油の圧力の脈動と時間軸との関係にずれが生じてしまう。すなわち、特許文献１の異常検出装置では、液圧ポンプの回転速度の変化に応じて周波数解析手段による脈動周波数の解析結果が変化するため、液圧ポンプにおける異常発生を正確に判断できない可能性がある。
特開２０１３－１７０５０９号公報
　本発明の目的は、液圧ポンプの回転速度のばらつきの影響を受けることなく当該液圧ポンプの故障を診断可能な故障診断装置を提供することである。
　本発明は、周方向に並ぶ複数のピストンを有するとともに当該周方向における回転に伴って液体を吐出する液圧ポンプの故障を診断する装置であって、回転中の前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって前記液体の圧力値が検出された際の前記液圧ポンプの回転位相を検出する回転位相検出部と、前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力値と前記回転位相検出部によって検出された前記液圧ポンプの回転位相との関係をモデル化することにより脈動波形データを抽出するモデル化部と、を備える。
本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置を示す概略構成図である。 本実施形態に係る液圧ポンプを示す概略正面図である。 本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置の動作手順を示すフローチャート図である。 圧力センサによって検出した作動油の圧力値に対応する複数の点を時間軸上にプロットしたグラフである。 液圧ポンプの回転数だけ位相を重ねることにより作動油の圧力値と液圧ポンプの回転位相との関係を抽出し、液圧ポンプの１回転を基本周波数とする空間に写像したグラフである。 図５にて抽出されたグラフを液圧ポンプの回転数の整数倍周波数の波の重ね合わせにてモデル化したグラフである。 図６にてモデル化されたグラフのうち９本のピストンに共通する成分を分離したグラフである。 図６にてモデル化されたグラフのうち９本のピストンに固有の成分を分離したグラフである。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
　また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部のうち、本実施形態を説明するために必要な主要部を簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る液圧ポンプの故障診断装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部を備え得る。
　図１は、本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置Ｘ１を示す。この故障診断装置Ｘ１は、油圧回路Ｙ１に含まれる液圧ポンプ２の故障診断に適用される。
　油圧回路Ｙ１は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載される。油圧回路Ｙ１は、作動油によって当該建設機械の構成部材を作動させる役割を果たす。油圧回路Ｙ１は、液圧ポンプ２と、駆動源３と、第１～第２油圧配管４１～４３と、液圧シリンダ６と、コントロールバルブ７と、を有している。液圧ポンプ２は、作動油を吐出する。駆動源３は、液圧ポンプ２を駆動する。駆動源３は、例えばエンジン等である。の第１～第３油圧配管４１～４３は、作動油の循環路である。油タンク５は、作動油を貯留する。液圧シリンダ６は、作動油の供給を受けて伸縮する。
　液圧ポンプ２は、作動油を液圧シリンダ６へと吐出する役割を有する。具体的には、液圧ポンプ２は、第１油圧配管４１を介して油タンク５に繋がっている。また、液圧ポンプ２は、第２油圧配管４２を介して液圧シリンダ６に繋がっている。そして、液圧ポンプ２は、駆動源３の出力軸に接続されており、当該駆動源３が液圧ポンプ２を駆動する。
　油タンク５から第１油圧配管４１を通じて液圧ポンプ２に吸入された作動油は、駆動源３によって駆動された当該液圧ポンプ２から第２油圧配管４２へ吐出される。そして、液圧ポンプ２から第２油圧配管４２へ吐出された作動油は、コントロールバルブ７を介して液圧シリンダ６に供給される。
　前記液圧ポンプ２は、ピストン型のポンプである。液圧ポンプ２は、図２に示すように９本のピストンＭ１～Ｍ９を有している。各ピストンＭ１～Ｍ９は、液圧ポンプ２の周方向に等間隔に並んで配置されている。液圧ポンプ２は、駆動源３からの駆動信号に応じて周方向に回転する。そして、液圧ポンプ２が周方向に回転するに際して、各ピストンＭ１～Ｍ９が順次ピストン運動することにより、液圧ポンプ２から作動油が吐出される。
　なお、本実施形態では、液圧ポンプ２が９本のピストンＭ１～Ｍ９を有しているが、これに限らず、液圧ポンプ２が有するピストンの数は任意であって、当該液圧ポンプ２の使用態様に応じて適宜変更することができる。
　液圧シリンダ６は、例えば建設機械の構成部材を作動させる役割を有する。液圧シリンダ６は、ピストン部とシリンダ部とを有している。液圧シリンダ６は、コントロールバルブ７を介して第２油圧配管４２および第３油圧配管４３に接続されている。第２油圧配管４２から液圧シリンダ６に作動油が供給された場合、当該作動油は、コントロールバルブ７および第３油圧配管４３を介して油タンク５に送られる。
　次に、図１を参照しながら、本実施形態に係る故障診断装置Ｘ１の構成について説明する。
　故障診断装置Ｘ１は、圧力センサ３０と、速度センサ４０と、演算部１００と、判定部９０と、を有している。圧力センサ３０は、作動油の圧力値を検出する。速度センサ４は、液圧ポンプ２の回転速度を検出する。演算部１００は、各センサ３０，４０の検出値から各種の演算を行う。判定部９０は、演算部１００の演算結果から故障の判定を行う。
　圧力センサ３０は、本発明に係る圧力検出部に相当する部材である。圧力センサ３０は、液圧ポンプ２によって吐出される作動油の圧力値を検出する役割を有する。圧力センサ３０は、作動油の循環路のうち液圧ポンプ２の下流側に位置する第２油圧配管４２に接続されており、当該第２油圧配管４２における作動油の圧力値を検出する。圧力センサ３０は、当該圧力センサ３０によって検出された作動油の圧力値を演算部１００に送る。
　速度センサ４０は、液圧ポンプ２の回転速度を検出する役割を有する。速度センサ４０は、例えば液圧ポンプ２と当該液圧ポンプ２を回転させる駆動源３との接続点に接続される。速度センサ４０は、当該速度センサ４０によって検出された液圧ポンプ２の回転速度を演算部１００に送る。
　演算部１００は、圧力センサ３０によって検出された作動油の圧力値および速度センサ４０によって検出された液圧ポンプ２の回転速度に基づいて、当該液圧ポンプ２の故障を診断するための各種の演算を行う役割を有する。演算部１００は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、あるいはＥＥＰＲＯＭ 等によって構成される。
　演算部１００は、位相演算部５０と、モデル化部６０と、分離部７０と、特徴量演算部８０と、を機能的に有している。
　位相演算部５０は、圧力センサ３０が圧力値を検出した時点における液圧ポンプ２の回転位相を演算する。位相演算部５０には、圧力センサ３０から圧力値の検出信号が送られるとともに、速度センサ４０から液圧ポンプ２の回転速度情報が送られる。圧力センサ３０から前記圧力値の検出信号を受けた位相演算部５０は、当該検出信号を受けるまでの液圧ポンプ２の回転速度を積算し、当該積算値に所定の補正係数を乗じる。これにより、圧力センサ３０が圧力値を検出した時点における液圧ポンプ２の回転位相が算出される。
　本実施形態では、上記のとおり速度センサ４０および位相演算部５０によって液圧ポンプ２の回転位相が算出されるため、当該速度センサ４０および位相演算部５０が本発明に係る回転位相検出部に相当する。なお、速度センサ４０および位相演算部５０に代えて、圧力センサ３０が圧力値を検出した時点における液圧ポンプ２の回転位相を直接検出する回転位相センサを設けてもよい。
　モデル化部６０は、本発明に係るモデル化部に相当する。モデル化部６０は、圧力センサ３０によって検出された圧力値と位相演算部５０によって算出された前記圧力値が検出された時点における液圧ポンプ２の回転位相との関係を後述するようにモデル化し、液圧ポンプ２の一回転を基本周波数とする脈動波形データを抽出する。
　分離部７０は、本発明に係る分離部に相当する。分離部７０は、モデル化部６０によって抽出された脈動波形データを各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分とに分離する。なお、分離部７０は、モデル化部６０によって抽出された脈動波形データから各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分のみを分離するものであってもよい。
　特徴量演算部８０は、分離部７０によって脈動波形データから分離された各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分から、当該固有の成分の特徴量を演算する。
　なお、位相演算部５０、モデル化部６０、分離部７０、および特徴量演算部８０のそれぞれに相当する機能は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、ハードウェアによって実現されてもよい。また、位相演算部５０、モデル化部６０、分離部７０、および特徴量演算部８０のそれぞれに相当する機能は、個別の機能部品によって実現されてもよいし、共通の機能部品によって実現されてもよい。
　判定部９０は、特徴量演算部８０によって演算された特徴量から液圧ポンプ２の故障の有無を判定する役割を有する。具体的には、判定部９０は、特徴量演算部８０から送られた特徴量を所定の閾値と比較することにより、液圧ポンプ２の故障の有無を判定する。判定部９０は、演算部１００と同じく例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、あるいはＥＥＰＲＯＭ 等によって構成される。本実施形態では、図１において演算部１００と判定部９０とを異なるブロックにて示しているが、判定部９０は、演算部１００と共通の機能部品によって実現されてもよい。
　ここで、図３を参照しながら、故障診断装置Ｘ１の動作手順について詳細に説明する。
　駆動源３によって液圧ポンプ２の駆動が開始されると、液圧ポンプ２の回転に応じて当該液圧ポンプ２から第２油圧配管４２へと作動油が吐出される。圧力センサ３０は、液圧ポンプ２から第２油圧配管４２へと吐出された作動油の圧力値を検出し（Ｏｐ１）、当該圧力値の情報を演算部１００へ送る。また、速度センサ４０は、駆動源３のよって液圧ポンプ２の駆動が開始されてからの当該液圧ポンプ２の回転速度を経時的に検出し（Ｏｐ２）、当該回転速度の情報を演算部１００へ送る。そして、位相演算部５０は、演算部１００に送られた液圧ポンプ２の回転速度の情報から、圧力センサ３０が作動油の圧力値を検出した時点までの回転速度を積算し、当該積算値に所定の補正係数を乗じる。これにより、位相演算部５０は、圧力センサ３０が圧力値を検出した時点における液圧ポンプ２の回転位相を算出する（Ｏｐ３）。なお、前記補正係数の算出方法については後述する。
　圧力センサ３０は、図４に示すように液圧ポンプ２から第２油圧配管４２へと吐出された作動油の圧力値を所定のサンプリング間隔で検出している。ここで、圧力センサ３０による圧力値のサンプリング回数をＮとすると、上記のＯｐ１～Ｏｐ３によりＮ点の圧力値と当該各圧力値に対応する回転位相との時系列データとして下記のデータが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、本実施形態では、油圧回路Ｙ１には単一の液圧ポンプ２が含まれているが、当該油圧回路Ｙ１に複数の液圧ポンプが含まれる場合、各センサ３０，４０による圧力値および回転速度の検出は、前記複数の液圧ポンプのそれぞれに対して個別に行われることが好ましい。具体的には、前記複数の液圧ポンプにおける一の液圧ポンプの圧力値および回転速度の検出が行われる際には、当該一の液圧ポンプ以外の液圧ポンプは、傾倒最小で無負荷にすることが好ましい。
　モデル化部６０は、前記時系列データから、液圧ポンプ２から吐出された作動油の圧力値と当該液圧ポンプ２の回転位相との関係をモデル化する（Ｏｐ４）。
　具体的には、まず、モデル化部６０は、圧力センサ３０がＮ回圧力値を検出する間における液圧ポンプ２の回転数だけ位相を重ねることにより、図４に示す各点を、液圧ポンプ２の１回転を基本周波数とする空間に写像する。このようにして、液圧ポンプ２の１回転を基本周波数とする空間に写像された前記時系列データのグラフを図５に示す。
　次に、モデル化部６０は、液圧ポンプ２の１回転を基本周波数とする空間に写像された前記時系列データを液圧ポンプ２の回転数の整数倍であるＬ倍周波数の波の重ね合わせにてモデル化する。具体的には、モデル化部６０は、モデル式となる下記の数式によって液圧ポンプ２の１回転を基本周波数とする空間に写像された前記時系列データをモデル化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、上記のモデル式におけるＬの値は、例えば液圧ポンプ２が有するピストンの数をＭとする場合に（Ｍ×５）～（Ｍ×１０）程度の値に設定される。本実施形態では、液圧ポンプ２は、９つのピストンＭ１～Ｍ９を有しているため、Ｌの値は、４５～９０程度の値に設定される。なお、圧力値と回転位相との関係を精度よくモデル化することができるのであれば、Ｌの値は上記の値よりも小さく設定されてもよい。また、圧力値のサンプリング回数であるＮが十分に大きい値であれば、Ｌの値は上記の値よりも大きく設定されてもよい。
　上記のモデル式における係数の値は、下記の数式に対して前記時系列データを適用することによって求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　そして、上記の数式によって求めた係数を前記モデル式に適用することにより、下記の脈動波形データを表す数式を導くことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このように、モデル化部６０は、液圧ポンプ２の１回転を基本周波数とする空間に写像された前記時系列データを前記モデル式によってモデル化することにより、前記脈動波形データを算出する。
　図６では、前記脈動波形データのグラフを示す。図６に示すグラフは、液圧ポンプ２の一回転あたりの脈動の山の数が９つとなっている。これは、液圧ポンプ２が９本のピストンＭ１～Ｍ９を有しているためである。本実施形態では、９つの脈動の山は、位相の小さい方から順に各ピストンＭ１～Ｍ９に対応している。
　なお、本実施形態では、モデル化部６０は、図４に示すグラフを図５に示すグラフに変換した後に、当該図５に示すグラフを図６に示すグラフにモデル化しているが、これに限らず、図４に示すグラフを図６に示すグラフに直接モデル化してもよい。
　ここで、位相演算部５０において液圧ポンプ２の回転速度の積算値に乗じる所定の補正係数は、例えば以下のとおり求めることができる。まず、回転位相Φと圧力値Ｐを使って上記のモデル式の係数Θを求める。そして、上記の脈度波形データを表す数式における計算値ｐ（φ）と実測値Ｐとを比較し、そのモデル化誤差が最も小さくなるような補正係数を最適化計算によって求める。なお、前記モデル化誤差は、計算値ｐ（φ）と実測値Ｐとの誤差の二乗和とすることができる。前記最適化計算には、ＰＳＯのような手法を使用してもよいし、補正係数を０．９９～１．０１まで０．００００１単位で離散的に振り、最もモデル化誤差が小さくなったときの補正係数を最適解と見なして採用してもよい。
　次に、分離部７０は、前記脈動波形データを各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分とに分離する。
　具体的には、分離部７０は、モデル化部６０によって導き出された前記脈動波形データを、下記の２つの式に分離する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　数式Ａは、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を表す。数式Ｂは、各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を表す。
　数式Ａにおける係数は、下記のような条件にて場合分けされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　また、数式Ｂにおける係数は、下記のような条件にて場合分けされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上記のＭの値は、液圧ポンプ２が有するピストンＭ１～Ｍ９の数に相当する。本実施形態では、液圧ポンプ２が９つのピストンＭ１～Ｍ９を有しているため、Ｍ＝９となる。すなわち、分離部７０は、モデル化部６０によって導き出された前記脈動波形データを、９倍周波数の波の成分とそれ以外の波の成分とに分離することにより、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分とを抽出している。
　ここで、前記脈動波形データから分離された各成分のうち、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を図７のグラフに示すとともに、各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を図８のグラフに示す。図７に示すグラフは、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を示しており、液圧ポンプ２が一回転するにあたって振幅が同じくする脈動の山が９つ形成されている。図８に示すグラフは、各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を示している。
　各ピストンＭ１～Ｍ９が同じ挙動を示す正常状態にある場合、前記脈動波形データは、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分のみから形成される。このため、各ピストンＭ１～Ｍ９が正常状態にある場合、各ピストンＭ１～Ｍ９の脈動波形には製造時のばらつきによる小さな差しか生じないので、各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分は、ポンプ２の回転位相が０～２．０πのいずれの位相であっても０に近い数値となるはずである。
　これに対し、図８の各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を示すグラフでは、図７に示す９つの脈動の山うち回転位相の小さい順における１番目の山に対応する回転位相の範囲内で中程度の波の変化が見られる。この中程度の波の変化は、ピストンＭ１に起因するものである。また、図８の各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を示すグラフでは、図７に示す９つの脈動の山うち回転位相の小さい順における７番目の山に対応する回転位相の範囲内で大きな波の変化が見られる。７番目の山に対応する回転位相の範囲内で大きな波の変化が見られる。この中程度の波の変化は、ピストンＭ７に起因するものである。
　次に、特徴量演算部８０は、分離部７０が前記脈動波形データから分離した各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分から、判定部９０によって液圧ポンプ２の故障の判定が可能な特徴量Ｊを算出する（Ｏｐ６）。この特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分の２乗の面積に相当する下記の数式によって算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　上記の数式により特徴量Ｊを算出する場合、当該特徴量を算出するに際して各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を用いる必要がないため、分離部７０は、前記脈動波形データから各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を分離しなくともよい。
　なお、特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分との比率に相当する下記の数式によって算出されてもよい。本特徴量Ｊによれば、分子を分母で割ることにより圧力の単位が無次元化されるので、液圧ポンプ２における液体の吐出圧力の大きさに応じて判別の閾値を調整する必要がなくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分と前記脈動波形データの全成分との比率に相当する下記の数式によって算出されてもよい。本特徴量Ｊによっても、分子を分母で割ることにより圧力の単位が無次元化されるので、液圧ポンプ２における液体の吐出圧力の大きさに応じて判別の閾値を調整する必要がなくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　また、特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分の個々の周波数の最大振幅に相当する下記の数式によって算出されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　また、特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分の合計した振動波形の最大振幅に相当する下記の数式によって算出されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　なお、上記の数式によって算出される最大振幅は、例えば回転位相０～２πを十分に細かく分割した上で当該分割したそれぞれに対して数式Ｂの絶対値を求め、その最大値で代用してもよい。
　また、特徴量Ｊは、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分の微分値の最大振幅に相当する下記の式によって算出されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ピストンＭ１～Ｍ９のガタ等の不具合は、液圧ポンプ２から吐出される作動油の急峻な圧力変化として現れることがある。上記の数式では、数式Ｂを回転位相軸で微分することにより特徴量Ｊを算出するため、当該特徴量ＪからピストンＭ１～Ｍ９のガタ等の不具合の有無を精度良く判定することができる。
　このように、特徴量Ｊの算出方法は任意であって、故障診断装置Ｘ１の使用態様に応じて適宜変更することができる。このため、上述した各種の特徴量Ｊの算出方法は、例えば互いに組み合わせて使用することができる。また、上述した各種の特徴量Ｊの算出方法以外の方法にて特徴量Ｊを算出してもよい。
　特徴量演算部８０は、当該特徴量演算部８０において算出した特徴量Ｊの情報を判定部９０に送る。
　図３に示すように、判定部９０は、特徴量演算部８０から受けた特徴量Ｊの情報に基づいて、特徴量Ｊが判定部９０に記憶された閾値以上であるか否かを判定する（Ｏｐ７）。判定部９０は、特徴量Ｊが各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分のみから算出される場合には、例えば液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値の平均値に基づいて閾値を決定し、当該決定された閾値と特徴量Ｊとを比較する。また、判定部９０は、特徴量Ｊが各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分との比率により算出される場合には、予め定められた固定値である閾値と特徴量Ｊとを比較する。
　判定部９０において特徴量Ｊが閾値以上であると判定された場合（Ｏｐ７にてＹＥＳ）、当該判定部９０は、液圧ポンプ２に故障有りと判定し（Ｏｐ８）、当該判定結果を例えば液晶モニター等に表示する。また、判定部９０において特徴量Ｊが閾値以上でないと判定された場合（Ｏｐ７にてＮＯ）、当該判定部９０は、液圧ポンプ２に故障無しと判定し（Ｏｐ９）、当該判定結果を例えば液晶モニター等に表示する。使用者は、例えば前記液晶モニター等に表示された判定結果を参照し、液圧ポンプ２の故障の有無を確認する。
　このようにして、故障診断装置Ｘ１による液圧ポンプ２の故障診断が完了する。
　以上のとおり、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２の回転速度の変化の影響を受けることなく当該液圧ポンプ２の故障を診断可能である。具体的には、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２の故障を診断するための前記脈動波形データが圧力値と回転位相との関係をモデル化することにより抽出されるものである。このため、前記脈動波形データは、液圧ポンプ２の回転速度が一定速度に対してばらつく場合であっても、当該ばらつきによる影響を受けることがなく、液圧ポンプの故障を正確に診断することができる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、前記脈動波形データが圧力値と回転位相との関係をモデル化することにより抽出されるものであるため、圧力センサ３０のコストが高くなることを抑止することができる。具体的には、故障診断装置Ｘ１では、圧力センサ３０によるサンプリング間隔が長い場合であっても、液圧ポンプ２を繰り返し回転させ、当該回転数ごとにサンプリングデータを重ね合わせることによって、圧力値と回転位相との関係を抽出することができる。このため、圧力センサ３０として短いサンプリング間隔で液体の圧力を検出可能な圧力センサを採用する必要がなく、コストが高くなることを抑止することができる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、前記脈動波形データから各ピストンに固有の成分を分離することにより、当該分離したデータから液圧ポンプ２の故障を診断することができ、精度の高い診断が可能となる。具体的には、前記脈動波形データにおいて各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分が各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分に比して十分に大きい場合、当該脈動波形データから各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分が表れているか否かを判断することが困難である。そこで、故障診断装置Ｘ１では、前記脈動波形データから各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を分離し、当該分離したデータから液圧ポンプ２の故障を診断することにより、精度の高い診断が可能となる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、判定部９０が特徴量演算部８０において算出された各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を含む特徴量Ｊが所定の閾値を超えているか否かを判定し、当該判定結果から液圧ポンプ２の故障の有無を判断することができる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、位相演算部５０が液圧ポンプ２の回転速度の積算値に所定の補正係数を乗じることによって液圧ポンプ２の回転位相を算出するため、当該回転位相を精度良く算出することができる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通しない圧力脈動成分を全て取り出すことにより、感度よく当該各ピストンＭ１～Ｍ９の不具合を捉えることができる。
　具体的には、各ピストンＭ１～Ｍ９のうち１本のピストンに不具合が生じた場合、回転周期の圧力脈動成分のみならず、他の周期の圧力脈動成分にも影響が生じる。このため、前記回転周期の圧力脈動波形成分のみを取り出す場合、他の周期の圧力脈動成分における影響が考慮されないため、前記ピストンの不具合の検出感度が低下する可能性がある。これに対して、故障診断装置Ｘ１では、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通しない圧力脈動成分をすべて取り出すことにより、感度よく当該各ピストンＭ１～Ｍ９の不具合を捉えることができる。
　また、液圧ポンプ２の１回転に１回変化する特徴量を捉えようとする場合、当該液圧ポンプ２の回転軸に対して点対称に位置するピストンが同時に劣化すると、当該各ピストンの不具合を感度よく捉えることができない可能性がある。これに対して、故障診断装置Ｘ１では、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通しない圧力脈動成分をすべて取り出すことにより、感度よく当該各ピストンＭ１～Ｍ９の不具合を捉えることができる。
　なお、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通しない圧力脈動成分は、必ずしも全て取り出さなくともよく、略全て取り出すことにより感度よく各ピストンＭ１～Ｍ９の不具合を捉えることができればよい。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分の大きさに対する各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分の大きさに着目することによって、液圧ポンプ２が吐出する作動油の圧力値に応じた閾値を設定しなくとも、各ピストンＭ１～Ｍ９の不具合を捉えることができる。すなわち、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２が吐出する作動油の圧力値に応じて閾値を調整するような手間を省くことができるため、液圧ポンプ２の故障の有無を容易に診断することができる。
　さらに、故障診断装置Ｘ１では、モデル化した前記脈動波形データあるいは当該脈動波形データから分離したデータにおいて、各ピストンＭ１～Ｍ９のいずれに対応する波形の山が異常を示しているかを判断することができる。これにより、実際に不具合が生じているピストンを特定すること、あるいは実際に不具合が生じているピストンの候補を選定することが可能とある。
　なお、本実施形態では、判定部９０による判定結果から液圧ポンプ２の故障の有無が判断されるが、これに限らず、判定部９０はなくともよい。この場合、特徴量演算部８０によって演算された特徴量Ｊを例えば液晶モニター等の表示部に表示し、当該表示された特徴量Ｊを視認した使用者によって液圧ポンプ２の故障の有無が判断される。
　また、本実施形態では、特徴量演算部８０が各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分から特徴量Ｊを算出することにより当該特徴量Ｊから液圧ポンプ２の故障の有無が判断されたが、これに限らず、特徴量演算部８０はなくともよい。この場合、例えば各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分を示す図８のグラフを液晶モニター等の表示部に表示し、当該表示された図８のグラフを視認した使用者によって液圧ポンプ２の故障の有無が判断される。このとき、液晶モニター等の表示部には、例えば図８のグラフとともに各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分を示す図７のグラフが表示されてもよい。この場合、使用者は、図８に示すグラフにおいて波の変化が大きい部分が図７に示すグラフにおける９つの脈動の山うちいずれの山に対応するものであるかを確認することができる。これにより、各ピストンＭ１～Ｍ９のうちいずれのピストンに故障が生じているのかを判断することができる。
　また、本実施形態では、分離部７０が前記脈動波形データから各ピストンＭ１～Ｍ９に共通する成分と各ピストンＭ１～Ｍ９に固有の成分とを分離し、当該分離したデータから液圧ポンプ２の故障の有無が判断されたが、これに限らず、分離部７０はなくともよい。この場合、例えば前記脈動波形データを示す図６のグラフを液晶モニター等の表示部に表示し、当該表示された図６のグラフを視認した使用者によって液圧ポンプ２の故障の有無が判断される。
　また、図６に示すグラフを回転位相軸で微分した波形、あるいは、図８に示すグラフを回転位相軸で微分した波形を液晶モニター等の表示部に表示し、当該表示された波形を視認した使用者によって液圧ポンプ２の故障の有無が判断されてもよい。図５に示すグラフから差分をとる場合、外乱やノイズの影響が増幅され特徴が捉えにくくなる上に、隣り合うデータ点の間隔が一定でないので差分の計算が複雑となる。そこで、本実施形態のように、図５に示すグラフをモデル化し、当該モデル化後の図６および図８に示すグラフに対応する数式を微分することによって、簡易な計算により波形の乱れに関する特徴量を顕著に捉えることができる。
　また、特徴量演算部８０が前記脈動波形データから特徴量Ｊを算出し、判定部９０が当該特徴量Ｊと閾値とを比較することによって、液圧ポンプ２の故障の有無が判定されてもよい。この場合、特徴量演算部８０は、例えば以下の数式から前記脈動波形データから特徴量Ｊを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　また、本実施形態では、故障診断装置Ｘ１によって作動油を吐出する液圧ポンプ２の故障を診断する例について説明したが、これに限らない。故障診断装置Ｘ１は、作動油以外にも例えば温水等の液体を吐出する液圧ポンプの故障を診断することもできる。
　以上説明した本実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、本実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　上述した実施形態には、以下の構成を有する発明が含まれている。
　本発明は、周方向に並ぶ複数のピストンを有するとともに当該周方向における回転に伴って液体を吐出する液圧ポンプの故障を診断する装置であって、回転中の前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって前記液体の圧力値が検出された際の前記液圧ポンプの回転位相を検出する回転位相検出部と、前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力値と前記回転位相検出部によって検出された前記液圧ポンプの回転位相との関係をモデル化することにより脈動波形データを抽出するモデル化部と、を備える。
　上記の液圧ポンプの故障診断装置では、液圧ポンプの回転速度の変化の影響を受けることなく当該液圧ポンプの故障を診断可能である。具体的には、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、液圧ポンプの故障を診断するための脈動波形データが圧力値と回転位相との関係をモデル化することにより抽出されるものである。このため、脈動波形データは、液圧ポンプの回転速度が一定速度に対してばらつく場合であっても、当該ばらつきによる影響を受けることがなく、液圧ポンプの故障を正確に診断することができる。
　前記モデル化部は、前記液圧ポンプの回転数だけ位相を重ねることにより前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力値と前記回転位相検出部によって検出された前記液圧ポンプの回転位相との関係を抽出するとともに、当該抽出した関係を前記液圧ポンプの１回転を基本周波数とする空間に写像し、前記液圧ポンプの前記回転数の整数倍周波数の波の重ね合わせにてモデル化することにより前記脈動波形データを抽出することが好ましい。
　作動油の圧力の脈動周波数を時間軸で解析する場合、圧力検出部における作動油の圧力検出のサンプリング間隔は、前記時間軸において作動油の圧力の脈動波形を捉えることができる程度に短く設定する必要がある。このため、短いサンプリング間隔で作動油の圧力を検出可能な圧力検出部が必要であり、コストが高くなってしまう。
　これに対し、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、脈動波形データが圧力値と回転位相との関係をモデル化することにより抽出されるものであるため、圧力検出部のコストが高くなることを抑止することができる。具体的には、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、圧力検出部によるサンプリング間隔が長い場合であっても、液圧ポンプを繰り返し回転させ、当該回転数ごとにサンプリングデータを重ね合わせることによって、圧力値と回転位相との関係を抽出することができる。このため、短いサンプリング間隔で液体の圧力を検出可能な圧力検出部を用いる必要がなく、当該圧力検出部のコストが高くなることを抑止することができる。
　前記モデル化部によって抽出された脈動波形データから前記各ピストンに固有の成分を分離する分離部をさらに備えることが好ましい。
　上記の液圧ポンプの故障診断装置では、脈動波形データから各ピストンに固有の成分を分離することにより、当該分離したデータから液圧ポンプの故障を診断することができ、精度の高い診断が可能となる。前記脈動波形データは、各ピストンに共通する成分と各ピストンに固有の成分との重ね合わせによって表現される。各ピストンに固有の成分は、各ピストンのいずれかに故障が発生した場合に表れる成分である。ここで、脈動波形データにおいて各ピストンに共通する成分が各ピストンに固有の成分に比して十分に大きい場合、当該脈動波形データから各ピストンに固有の成分が表れているか否かを判断することが困難である。そこで、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、脈動波形データから各ピストンに固有の成分を分離し、当該分離したデータから液圧ポンプの故障を診断することにより、精度の高い診断が可能となる。
　前記分離部によって分離された前記各ピストンに固有の成分に関する特徴量が所定の閾値を超えているか否かを判定する判定部をさらに備えることが好ましい。
　上記の液圧ポンプの故障診断装置では、各ピストンに固有の成分に関する特徴量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、当該判定結果から液圧ポンプの故障の有無を判断することができる。
　前記回転位相検出部は、前記液圧ポンプの回転速度を積算することで得られた積算値に所定の補正係数を乗じることにより、前記圧力検出部によって液体の圧力値が検出された際の前記液圧ポンプの回転位相を算出するものであってもよい。
　上記の液圧ポンプの故障診断装置では、回転位相検出部が液圧ポンプの回転位相を直接検出しない場合であっても、当該回転位相検出部が液圧ポンプの回転速度の積算値に所定の補正係数を乗じることにより、回転位相を精度良く算出することができる。

Claims (5)

  1. 　周方向に並ぶ複数のピストンを有するとともに当該周方向における回転に伴って液体を吐出する液圧ポンプの故障を診断する装置であって、
    　回転中の前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値を検出する圧力検出部と、
    　前記圧力検出部によって前記液体の圧力値が検出された際の前記液圧ポンプの回転位相を検出する回転位相検出部と、
    　前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力値と前記回転位相検出部によって検出された前記液圧ポンプの回転位相との関係をモデル化することにより脈動波形データを抽出するモデル化部と、を備える液圧ポンプの故障診断装置。
  2. 　前記モデル化部は、前記液圧ポンプの回転数だけ位相を重ねることにより前記圧力検出部によって検出された前記液体の圧力値と前記回転位相検出部によって検出された前記液圧ポンプの回転位相との関係を抽出するとともに、当該抽出した関係を前記液圧ポンプの１回転を基本周波数とする空間に写像し、前記液圧ポンプの前記回転数の整数倍周波数の波の重ね合わせにてモデル化することにより前記脈動波形データを抽出する、請求項１に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
  3. 　前記モデル化部によって抽出された脈動波形データから前記各ピストンに固有の成分を分離する分離部をさらに備える、請求項１または２に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
  4. 　前記分離部によって分離された前記各ピストンに固有の成分に関する特徴量が所定の閾値を超えているか否かを判定する判定部をさらに備える、請求項３に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
  5. 　前記回転位相検出部は、前記液圧ポンプの回転速度を積算することで得られた積算値に所定の補正係数を乗じることにより、前記圧力検出部によって液体の圧力値が検出された際の前記液圧ポンプの回転位相を算出する、請求項１～４のいずれか一項に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
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