WO2021053903A1 - 作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法 - Google Patents

作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法 Download PDF

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WO2021053903A1
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裕樹 飯田
貴俊 佐々木
加藤 雅也
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株式会社小松製作所
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    • F16H61/702Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for change-speed gearing in group arrangement, i.e. with separate change-speed gear trains arranged in series, e.g. range or overdrive-type gearing arrangements using electric or electrohydraulic control means

Definitions

  • This disclosure relates to a transmission system of a work machine, a work machine, and a method of predicting the life of the transmission system in the work machine.
  • Some work machines such as trucks and bulldozers are provided with a clutch between the drive source (engine, motor, etc.) and the drive system.
  • the clutch switches between transmission and interruption of power. Deterioration of the clutch includes, for example, wear of the clutch disc and the clutch plate.
  • Patent Document 1 A technique for detecting the amount of wear of a clutch disc is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-280348 (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 the pressure in the clutch piston chamber is measured, and the amount of clutch wear is detected based on the pressure.
  • Patent Document 1 since the friction amount of the clutch is detected based on the pressure of the clutch piston chamber, it is not possible to quantitatively detect the deterioration of the friction performance of the clutch friction plate. Even if the clutch friction plate alone can be taken out from the work machine, the deterioration of the friction performance of the clutch friction plate can be detected only by a dedicated measuring instrument. Therefore, it is desired to measure the deterioration due to the friction of the clutch more accurately.
  • An object of the present disclosure is to provide a transmission system for a work machine, a work machine, and a method for predicting the life of the transmission system in the work machine, which can more accurately detect deterioration due to friction of the clutch.
  • the transmission system of the work machine of the present disclosure includes a drive source, a first clutch, and a controller.
  • the first clutch has a first member that rotates by receiving power from a drive source, and a second member that is switched between an engaged state engaged with the first member and an disengaged state not engaged with the first member.
  • the controller the relative rotation speed of the first member and the second member becomes the first rotation speed in the state in which the transmission of power from the drive source to the rotating first member is cut off and in the engaged state.
  • the coefficient of friction between the first member and the second member is calculated based on the elapsed time from the first time point to the second time point at which the second rotation speed is lower than the first rotation speed.
  • the work machine of the present disclosure includes the above-mentioned transmission system.
  • the method of predicting the life of a transmission system in the work machine of the present disclosure includes the following steps.
  • the first member is based on the elapsed time from the first time point when the relative rotation speeds of the first member and the second member become the first rotation speed to the second time point when the second rotation speed is lower than the first rotation speed. The coefficient of friction between the and the second member is calculated.
  • a dump truck transmission system will be described as an example as a transmission system, but this disclosure is applicable to any transmission system of a work machine other than the dump truck transmission system.
  • the present disclosure is also applicable to transmission systems such as wheel loaders, bulldozers, motor graders and the like.
  • a device using a planetary gear mechanism as an example will be described as an example, but the present disclosure is not limited to a transmission system having a planetary gear mechanism, and is applicable to any transmission system having a clutch. Can be done.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transmission system of a work machine according to an embodiment.
  • the dump truck 100 of this embodiment has a transmission system 80.
  • the transmission system 80 includes an engine 80a (drive source), a transmission device, and a tire 80h (traveling body).
  • the transmission device receives the input of the engine 80a and outputs it to the tire 80h.
  • the transmission device includes a torque converter 80b, a lockup clutch 80c, a transmission 80d, a bevel gear 80e, a differential 80fa, a final gear 80fb, and a brake 80g.
  • the engine 80a generates power.
  • the power generated by the engine 80a is transmitted to the transmission 80d through the torque converter 80b or the lockup clutch 80c.
  • the transmission 80d shifts the rotational speed of the power and transmits it to the bevel gear 80e.
  • the power transmitted to the bevel gear 80e rotationally drives the tire 80h through the differential 80fa and the final gear 80fb.
  • the differential 80fa distributes power to the tires 80h on the left and right.
  • the final gear 80fb decelerates the power transmitted from the transmission 80d and transmits it to the tire 80h.
  • a brake 80g is arranged between the final gear 80fb and the tire 80h.
  • the transmission 80d is, for example, a planetary gear type transmission.
  • the transmission 80d includes a plurality of planetary gear mechanisms 10, 20, 30, 40, 50, a plurality of clutches 1 to 7, an input shaft 61, an intermediate shaft 62, an output shaft 63, and a plurality of carriers 64 to 66. And have.
  • the first planetary gear mechanism 10, the second planetary gear mechanism 20, the third planetary gear mechanism 30, the fourth planetary gear mechanism 40, and the fifth planetary gear mechanism 50 are arranged in this order along the rotation axis direction. There is. From the input side to the output side, the first planetary gear mechanism 10, the second planetary gear mechanism 20, the third planetary gear mechanism 30, the fourth planetary gear mechanism 40, and the fifth planetary gear mechanism 50 are arranged in this order. There is.
  • Each of the input shaft 61, the intermediate shaft 62, and the output shaft 63 extends in the direction of the rotation axis so as to be coaxial with each other.
  • Each of the input shaft 61, the intermediate shaft 62, and the output shaft 63 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the rotation shaft O is the center line of each of the input shaft 61, the intermediate shaft 62, and the output shaft 63.
  • the power from the engine 80a is input to the input shaft 61.
  • the power whose rotation speed is changed by the transmission 80d is output from the output shaft 63.
  • the first planetary gear mechanism 10 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the first planetary gear mechanism 10 has a first sun gear 11, a plurality of first planetary gears 12, a first ring gear 13, and a first carrier 64.
  • the first sun gear 11 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the first sun gear 11 is arranged on the outer side in the radial direction of the input shaft 61.
  • the first sun gear 11 is annular, and the input shaft 61 penetrates the first sun gear 11.
  • the first sun gear 11 and the input shaft 61 can rotate relative to each other.
  • the first sun gear 11 is connected to the clutch 7 so as to brake the rotation.
  • the clutch 7 is, for example, a brake.
  • Each of the plurality of first planetary gears 12 is configured to mesh with the first sun gear 11.
  • Each of the plurality of first planetary gears 12 is arranged on the radial outer side of the first sun gear 11.
  • Each of the plurality of first planetary gears 12 is arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of first planetary gears 12 is configured to revolve around the first sun gear 11.
  • Each of the plurality of first planetary gears 12 is configured to revolve around the rotation axis O. Further, each of the plurality of first planetary gears 12 is configured to rotate on its axis.
  • the first carrier 64 supports each of the plurality of first planetary gears 12. Each of the plurality of first planetary gears 12 can rotate while being supported by the first carrier 64.
  • the first carrier 64 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the first carrier 64 is fixed to the input shaft 61 and is configured to rotate integrally with the input shaft 61.
  • the first carrier 64 and the input shaft 61 may be composed of one member.
  • the first ring gear 13 meshes with each of the plurality of first planetary gears 12.
  • the first ring gear 13 is configured to rotate about a rotation shaft O.
  • the first ring gear 13 is fixed to the intermediate shaft 62 and is configured to rotate integrally with the intermediate shaft 62.
  • the first ring gear 13 and the intermediate shaft 62 may be composed of one member.
  • a clutch 5 (second clutch) is arranged between the input shaft 61 and the intermediate shaft 62 (first ring gear 13).
  • the clutch 5 can be switched between an on (ON) state and an off (OFF) state.
  • the clutch 5 is in the ON state, the clutch 5 is in a transmission state in which the power generated by the engine 80a is transmitted from the input shaft 61 to the intermediate shaft 62.
  • the clutch 5 is in the off state, the clutch 5 is in a cutoff state in which the transmission of power from the engine 80a to the intermediate shaft 62 through the input shaft 61 is cut off.
  • the second planetary gear mechanism 20 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the second planetary gear mechanism 20 has a second sun gear 21, a plurality of second planetary gears 22, a second ring gear 23, and a second carrier 65.
  • the second sun gear 21 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the second sun gear 21 is arranged on the outer side in the radial direction of the intermediate shaft 62.
  • the second sun gear 21 is fixed to the intermediate shaft 62 and is configured to rotate integrally with the intermediate shaft 62.
  • the second sun gear 21 and the intermediate shaft 62 may be composed of one member.
  • Each of the plurality of second planetary gears 22 is configured to mesh with the second sun gear 21.
  • Each of the plurality of second planetary gears 22 is arranged on the radial outer side of the second sun gear 21.
  • Each of the plurality of second planetary gears 22 is arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of second planetary gears 22 is configured to revolve around the second sun gear 21.
  • Each of the plurality of second planetary gears 22 is configured to revolve around the rotation axis O. Further, each of the plurality of second planetary gears 22 is configured to rotate on its axis.
  • the second carrier 65 supports each of the plurality of second planetary gears 22. Each of the plurality of second planetary gears 22 can rotate while being supported by the second carrier 65.
  • the second carrier 65 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • a clutch 6 is arranged between the second carrier 65 and the intermediate shaft 62.
  • the clutch 6 switches between a transmission state in which power is transmitted between the intermediate shaft 62 and the second carrier 65 and a cutoff state in which power transmission between the intermediate shaft 62 and the second carrier 65 is cut off.
  • the second ring gear 23 meshes with each of the plurality of second planetary gears 22.
  • the second ring gear 23 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the second ring gear 23 is connected to the clutch 1 (first clutch) so as to brake the rotation.
  • the clutch 1 is, for example, a brake.
  • the third planetary gear mechanism 30 is a double planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the third planetary gear mechanism 30 has a third sun gear 31, a plurality of sets of double planetary gears 32a and 32b, a third ring gear 33, and a second carrier 65.
  • the third sun gear 31 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the third sun gear 31 is arranged on the outer side in the radial direction of the intermediate shaft 62.
  • the third sun gear 31 is fixed to the intermediate shaft 62 and is configured to rotate integrally with the intermediate shaft 62.
  • the third sun gear 31 and the intermediate shaft 62 may be composed of one member.
  • Each set of a plurality of sets of double planetary gears 32a and 32b has a planetary gear 32a and a planetary gear 32b.
  • the planetary gear 32a is configured to mesh with the third sun gear 31.
  • the planetary gear 32b is configured to mesh with each of the planetary gear 32a and the third ring gear 33.
  • Each set of a plurality of sets of double planetary gears 32a and 32b is arranged on the outer side in the radial direction of the third sun gear 31.
  • Each set of the plurality of sets of double planetary gears 32a and 32b is arranged at intervals in the circumferential direction.
  • Each of the planetary gears 32a and 32b of each set is configured to revolve around the third sun gear 31.
  • Each of the planetary gears 32a and 32b of each set is configured to rotate about the rotation axis O. Further, each of the planetary gears 32a and 32b of each set is configured to rotate on its axis.
  • the second carrier 65 supports each of the planetary gears 32a and 32b of each set. Each of the planetary gears 32a and 32b of each set can rotate while being supported by the second carrier 65.
  • the third ring gear 33 meshes with the planetary gears 32b of each set.
  • the third ring gear 33 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the third ring gear 33 is connected to the clutch 2 so as to brake the rotation.
  • the clutch 2 is, for example, a brake.
  • the fourth planetary gear mechanism 40 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the fourth planetary gear mechanism 40 has a fourth sun gear 41, a plurality of fourth planetary gears 42, a fourth ring gear 43, and a third carrier 66.
  • the fourth sun gear 41 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the fourth sun gear 41 is arranged on the outer side in the radial direction of the intermediate shaft 62.
  • the fourth sun gear 41 is fixed to the intermediate shaft 62 and is configured to rotate integrally with the intermediate shaft 62.
  • the fourth sun gear 41 and the intermediate shaft 62 may be composed of one member.
  • Each of the plurality of fourth planetary gears 42 is configured to mesh with the fourth sun gear 41.
  • Each of the plurality of fourth planetary gears 42 is arranged on the radial outer side of the fourth sun gear 41.
  • Each of the plurality of fourth planetary gears 42 is arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of fourth planetary gears 42 is configured to revolve around the fourth sun gear 41.
  • Each of the plurality of fourth planetary gears 42 is configured to revolve around the rotation axis O. Further, each of the plurality of fourth planetary gears 42 is configured to rotate on its axis.
  • the third carrier 66 supports each of the plurality of fourth planetary gears 42. Each of the plurality of fourth planetary gears 42 can rotate while being supported by the third carrier 66.
  • the third carrier 66 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the fourth ring gear 43 meshes with each of the plurality of fourth planetary gears 42.
  • the fourth ring gear 43 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the fourth ring gear 43 is connected to the clutch 3 so as to brake the rotation.
  • the clutch 3 is, for example, a brake.
  • the fourth ring gear 43 is fixed to the second carrier 65 and is configured to rotate integrally with the second carrier 65.
  • the second carrier 65 and the fourth ring gear 43 may be composed of one member.
  • the fifth planetary gear mechanism 50 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the fifth planetary gear mechanism 50 has a fifth sun gear 51, a plurality of fifth planetary gears 52, a fifth ring gear 53, and a third carrier 66.
  • the fifth sun gear 51 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the fifth sun gear 51 is arranged on the outer side in the radial direction of the intermediate shaft 62.
  • the fifth sun gear 51 is fixed to the intermediate shaft 62 and is configured to rotate integrally with the intermediate shaft 62.
  • the fifth sun gear 51 and the intermediate shaft 62 may be composed of one member.
  • Each of the plurality of fifth planetary gears 52 is configured to mesh with the fifth sun gear 51.
  • Each of the plurality of fifth planetary gears 52 is arranged on the radial outer side of the fifth sun gear 51.
  • Each of the plurality of fifth planetary gears 52 is arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of fifth planetary gears 52 is configured to revolve around the fifth sun gear 51.
  • Each of the plurality of fifth planetary gears 52 is configured to revolve around the rotation axis O. Further, each of the plurality of fifth planetary gears 52 is configured to rotate on its axis.
  • the third carrier 66 supports each of the plurality of fifth planetary gears 52. Each of the plurality of fifth planetary gears 52 can rotate while being supported by the third carrier 66.
  • the fifth ring gear 53 meshes with each of the plurality of fifth planetary gears 52.
  • the fifth ring gear 53 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the fifth ring gear 53 is connected to the clutch 4 so as to brake the rotation.
  • the clutch 3 is, for example, a brake.
  • the third carrier 66 is fixed to the output shaft 63 and is configured to rotate integrally with the output shaft 63.
  • the third carrier 66 and the output shaft 63 may be composed of one member.
  • Each of the plurality of clutches 1 to 7 is, for example, a hydraulic clutch mechanism and can be composed of a plurality of discs. As shown in FIG. 2, each of the plurality of clutches 1 to 7 has, for example, a plurality of clutch discs 1a (first member) and a plurality of clutch plates 1b (second member).
  • Each of the plurality of clutch discs 1a rotates by receiving power from the engine 80a.
  • Each of the plurality of clutch plates 1b is switched between an engaged state in which each of the plurality of clutch discs 1a is engaged and an released state in which the plurality of clutch discs 1a are not engaged with each other.
  • each of the plurality of clutches 1 to 7 When each of the plurality of clutches 1 to 7 is in the on state, the plurality of clutch discs 1a and the plurality of clutch plates 1b are crimped to each other to engage with each other and enter an engaged state. As a result, power is transmitted between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b, and the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b becomes zero. However, since each of the clutches 1 to 4 and 7 is a brake, when the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b becomes 0, the rotation speeds of both the clutch disc 1a and the clutch plate 1b become 0. ..
  • the transmission system 80 of the present embodiment further includes a controller 70 and sensors 71 to 73.
  • the sensor 71 is, for example, a rotation sensor that detects the rotation speed of the input shaft 61.
  • the sensor 72 is, for example, a rotation sensor that detects the rotation speed of the intermediate shaft 62.
  • the sensor 73 is, for example, a rotation sensor that detects the rotation speed of the output shaft 63.
  • the rotation speed of the clutch disc 1a (FIG. 2) in the clutch 1 can be measured by the sensor 71 or the sensor 72 (first sensor).
  • the sensor 73 (second sensor) can measure the rotation speed of the clutch plate 1b (FIG. 2) in the clutch 1.
  • the rotation speed measured by each of the sensors 71 to 73 is output to the controller 70 as a detection signal.
  • the controller 70 calculates the friction coefficient of the clutch 1 based on the rotation speed measured by each of the sensors 71 to 73.
  • the controller 70 detects the on / off state of the clutch 5 by the rotation speed of the input shaft 61 detected by the sensor 71 and the rotation speed of the intermediate shaft 62 detected by the sensor 72.
  • the controller 70 detects the on / off state of the clutch 1 by the rotation speed of the intermediate shaft 62 detected by the sensor 72 and the rotation speed of the output shaft 63 detected by the sensor 73.
  • the controller 70 detects the relative rotation speed between the clutch disk and the clutch plate of the clutch 1 based on the rotation speed of the intermediate shaft 62 detected by the sensor 72 and the rotation speed of the output shaft 63 detected by the sensor 73.
  • the controller 70 detects the relative rotation speed between the clutch disk and the clutch plate of the clutch 1 by the rotation speed of the input shaft 61 detected by the sensor 71 and the rotation speed of the output shaft 63 detected by the sensor 73. May be good.
  • the controller 70 clutches the clutch 1 in a state in which the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a of the clutch 1 is cut off and in an engaged state in which the clutch disc 1a of the clutch 1 and the clutch plate 1b are engaged.
  • the clutch 1 is based on the elapsed time from the first time point when the relative rotation speed between the disc 1a and the clutch plate 1b becomes the first rotation speed to the second time point when the second rotation speed becomes lower than the first rotation speed. Calculate the friction coefficient.
  • the friction coefficient of the clutch 1 is the friction coefficient of the clutch 1 as a whole including all the friction coefficients of the plurality of clutch discs and the plurality of clutch plates of the clutch 1.
  • the first time point is, for example, a time when the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a of the clutch 1 is interrupted by the clutch 5 and the clutch 1 is turned on.
  • the second time point is, for example, a time when the relative rotation speeds of the clutch disc 1a and the clutch plate 1b of the clutch 1 in the engaged state become zero.
  • the controller 70 may be mounted on the work machine 100, or may be arranged apart from the outside of the work machine 100. When the controller 70 is arranged apart from the outside of the work machine 100, the controller 70 is wirelessly connected to the sensors 71 to 74, the clutch control valves 82 and 83, the operation unit 86, the display unit 85, the input unit 84, and the like. You may be.
  • FIG. 2 is a diagram showing a functional block of a controller that calculates a friction coefficient and predicts a life in the transmission system shown in FIG.
  • the controller 70 includes a clutch on / off control unit 70a, a clutch control valve control unit 70b, an on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1, an off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5, and a clutch. It has a disk rotation speed acquisition unit 70d, a clutch plate rotation speed acquisition unit 70e, and a clutch-on switching time acquisition unit 70f.
  • the controller 70 includes a relative rotation speed calculation unit 70g, a relative rotation speed determination unit 70h, a relative rotation speed 0 hour acquisition unit 70i, an elapsed time calculation unit 70j, a storage unit 70k, a friction coefficient calculation unit 70l, and a service life. It further has a prediction unit of 70 m.
  • the clutch on / off control unit 70a receives an operation signal from the operation unit 86 and generates a clutch on / off control signal.
  • the clutch control valve control unit 70b controls the clutch control valves 82 and 83 by receiving a clutch on / off control signal from the clutch on / off control unit 70a.
  • the clutch control valve 82 receives a control signal from the clutch control valve control unit 70b and controls whether or not to supply the hydraulic oil discharged from the pump 81 to the hydraulic chamber 1f of the clutch 1.
  • the hydraulic oil discharged from the pump 81 is not supplied to the hydraulic chamber 1f of the clutch 1, the hydraulic oil of the hydraulic oil does not act on the piston 1e of the clutch 1.
  • the plurality of clutch discs 1a of the clutch 1 and the plurality of clutch plates 1b are separated from each other, and the clutch 1 is in the off state.
  • the clutch disc 1a of the clutch 1 is fixed to the outer circumference of the clutch hub 1c, and the clutch plate 1b is fixed to the inner circumference of the clutch drum 1d.
  • the clutch hub 1c is fixed to the outer circumference of the second ring gear 23 (FIG. 1).
  • the clutch control valve 83 receives a control signal from the clutch control valve control unit 70b and controls whether or not to supply the hydraulic oil discharged from the pump 81 to the hydraulic chamber (not shown) of the clutch 5.
  • the hydraulic oil discharged from the pump 81 is not supplied to the hydraulic chamber of the clutch 5, the plurality of clutch discs and the plurality of clutch plates of the clutch 5 are separated from each other as in the clutch 1, and the clutch 5 is in the off state. It is in.
  • the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 acquires a signal indicating that the clutch 1 is in the on state.
  • the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 determines whether or not the clutch 1 is turned on based on, for example, the rotation speed of the intermediate shaft 62 measured by the sensor 72 and the rotation speed of the output shaft 63 measured by the sensor 73. To determine.
  • the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 may determine whether or not the clutch 1 is in the on state based on the control signal (electric signal) of the clutch 1 generated by the clutch control valve control unit 70b. Further, the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 determines whether or not the clutch 1 is in the ON state based on the hydraulic oil pressure (pressure of the hydraulic oil discharged from the clutch control valve 82) measured by the pressure sensor 74. You may discriminate. Further, the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 may determine whether or not the clutch 1 is in the ON state based on the amount of movement of the piston 1e in the clutch 1 measured by the stroke sensor (not shown).
  • the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 acquires a signal indicating that the clutch 5 is in the off state.
  • the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 determines whether or not the clutch 5 is in the off state based on, for example, the rotation speed of the input shaft 61 measured by the sensor 71 and the rotation speed of the intermediate shaft 62 measured by the sensor 72. To determine.
  • the clutch disc rotation speed acquisition unit 70d acquires the rotation speed of the clutch disc 1a of the clutch 1 based on the rotation speed of the intermediate shaft 62 measured by the sensor 72.
  • the clutch plate rotation speed acquisition unit 70e acquires the rotation speed of the clutch plate 1b of the clutch 1 based on the rotation speed of the output shaft 63 measured by the sensor 73.
  • the clutch on switching time acquisition unit 70f is in a state in which the clutch 1 is turned on based on the off signal of the clutch 5 from the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 and the on signal of the clutch 1 from the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1.
  • the first time point (T0) switched to is acquired.
  • the clutch-on switching time acquisition unit 70f acquires the first time point (T0) when the clutch 1 is switched to the on state after the clutch 5 is switched to the off state.
  • the first time point (T0) acquired by the clutch-on switching time acquisition unit 70f may be stored in the storage unit 70k.
  • the relative rotation speed calculation unit 70g is based on the rotation speed of the clutch disc 1a from the clutch disc rotation speed acquisition unit 70d and the rotation speed of the clutch plate 1b from the clutch plate rotation speed acquisition unit 70e, and the clutch disc 1a and the clutch plate 1b. Calculate the relative rotation speed with.
  • the relative rotation speed determination unit 70h determines whether or not the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b calculated by the relative rotation speed calculation unit 70g has reached a predetermined value.
  • the predetermined value is a second rotation speed lower than the relative rotation speed (first rotation speed) between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b at the first time point (T0).
  • the predetermined value (second rotation speed) is, for example, 0.
  • the predetermined value may be stored in the storage unit 70k. In this case, the relative rotation speed determination unit 70h determines whether or not the relative rotation speed has reached the predetermined value with reference to the predetermined value stored in the storage unit 70k.
  • the relative rotation speed 0 hour acquisition unit 70i acquires the second time point (T1) when the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b reaches a predetermined value.
  • the second time point (T1) acquired by the relative rotation speed 0 hour acquisition unit 70i may be stored in the storage unit 70k.
  • the elapsed time calculation unit 70j is based on the first time point (T0) acquired by the clutch-on switching time acquisition unit 70f and the second time point (T1) acquired by the relative rotation speed 0 hour acquisition unit 70i. Calculate ⁇ t.
  • the elapsed time calculation unit 70j may calculate the elapsed time ⁇ t based on the first time point (T0) and the second time point (T1) stored in the storage unit 70k.
  • the friction coefficient calculation unit 70l calculates the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 based on the elapsed time ⁇ t calculated by the elapsed time calculation unit 70j.
  • the friction coefficient ⁇ calculated by the friction coefficient calculation unit 70l may be stored in the storage unit 70k.
  • the friction coefficient calculation unit 70l calculates a plurality of friction coefficients ⁇ having different measurement time points
  • the plurality of friction coefficient ⁇ s having different measurement time points are stored in the storage unit 70k.
  • the life prediction unit 70m predicts the life of the clutch 1 based on the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 calculated by the friction coefficient calculation unit 70l. At this time, the life of the clutch 1 may be predicted based on a plurality of friction coefficients ⁇ stored in the storage unit 70k at different measurement points.
  • the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 calculated by the friction coefficient calculation unit 70l and the life of the clutch 1 predicted by the life prediction unit 70m may be displayed on the display unit 85.
  • the display unit 85 may be connected to the controller 70 by wire or wirelessly.
  • the storage unit 70k may store other information from the input unit 84 outside the controller 70. From the input unit 84, for example, the predetermined value (second rotation speed) for determining the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b may be stored in the storage unit 70k. Further, from the input unit 84, a calculation formula for calculating the friction coefficient ⁇ may be stored in the storage unit 70k.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method of predicting the life of the transmission system in the work machine according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a time change between the clutch hydraulic oil pressure (A) and the clutch relative rotation speed (B) in the clutches 1 and 5 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cumulative operating time SMR of the engine and the friction coefficient ⁇ .
  • the controller 70 is a clutch control valve so that the clutch 5 is on and the clutch 1 is off. Give commands to 82 and 83.
  • the hydraulic oil discharged from the pump 81 (FIG. 2) is not supplied to the clutch 1.
  • the hydraulic oil discharged from the pump 81 is supplied to the clutch 5.
  • the input shaft 61 and the intermediate shaft 62 are connected via the clutch 5 shown in FIG.
  • the clutch plate 1b of the clutch 1 shown in FIG. 2 is separated from the clutch disc 1a.
  • the engine 80a is driven and controlled so as to have a constant rotation.
  • the power generated by the engine 80a is transmitted to the clutch disc 1a of the clutch 1 via the input shaft 61 and the intermediate shaft 62.
  • the clutch disc 1a rotates.
  • the clutch plate 1b of the clutch 1 does not rotate because it is separated from the clutch disc 1a.
  • the controller 70 shown in FIG. 2 gives a command to the clutch control valve 83 so that the clutch 5 is turned off.
  • the hydraulic oil discharged from the pump 81 is not supplied to the clutch 5.
  • the clutch plate of the clutch 5 shown in FIG. 1 is separated from the clutch disc, and the transmission of power from the input shaft 61 to the intermediate shaft 62 is cut off by the clutch 5. Therefore, the intermediate shaft 62, the clutch disc 1a, and the like rotate due to the inertial force (step S1: FIG. 3).
  • step S2 the controller 70 shown in FIG. 2 gives a command to the clutch control valve 82 so that the clutch 1 is turned on (step S2: FIG. 3).
  • step S2 the controller 70 shown in FIG. 2 gives a command to the clutch control valve 82 so that the clutch 1 is turned on (step S2: FIG. 3).
  • the controller 70 shown in FIG. 2 gives a command to the clutch control valve 82 so that the clutch 1 is turned on (step S2: FIG. 3).
  • the controller 70 shown in FIG. 2 gives a command to the clutch control valve 82 so that the clutch 1 is turned on (step S2: FIG. 3).
  • the start timing at which the clutch 1 is turned on is detected as the first time point (T0) (step S3: FIG. 3).
  • the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 acquires a signal indicating that the clutch 5 is in the off state.
  • the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 determines whether or not the clutch 5 is in the off state based on, for example, the rotation speed of the input shaft 61 measured by the sensor 71 and the rotation speed of the intermediate shaft 62 measured by the sensor 72. To determine.
  • the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 acquires a signal indicating that the clutch 1 is in the on state.
  • the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 determines whether or not the clutch 1 is turned on based on, for example, the rotation speed of the intermediate shaft 62 measured by the sensor 72 and the rotation speed of the output shaft 63 measured by the sensor 73. To determine.
  • the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 may determine whether or not the clutch 1 is in the on state based on the control signal (electric signal) of the clutch 1 generated by the clutch control valve control unit 70b. Further, the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 determines whether or not the clutch 1 is in the ON state based on the hydraulic oil pressure (pressure of the hydraulic oil discharged from the clutch control valve 82) measured by the pressure sensor 74. You may discriminate. Further, the ON signal acquisition unit 70ca of the clutch 1 may determine whether or not the clutch 1 is in the ON state based on the amount of movement of the piston 1e in the clutch 1 measured by the stroke sensor (not shown).
  • the clutch on switching time acquisition unit 70f is in a state in which the clutch 1 is turned on based on the off signal of the clutch 5 from the off signal acquisition unit 70cc of the clutch 5 and the on signal of the clutch 1 from the on signal acquisition unit 70ca of the clutch 1.
  • the first time point (T0) switched to is acquired.
  • the clutch-on switching time acquisition unit 70f acquires the first time point (T0) when the clutch 1 is switched to the on state after the clutch 5 is switched to the off state.
  • step S4 the relative rotation speed between the clutch disc 1a of the clutch 1 and the clutch plate 1b is detected (step S4: FIG. 3).
  • the rotation speed of the clutch disc 1a is first acquired by the clutch disc rotation speed acquisition unit 70d.
  • the rotation speed of the clutch plate 1b is acquired by the clutch plate rotation speed acquisition unit 70e.
  • the relative rotation number calculation unit 70g has Calculate the relative rotation speed of.
  • step S5 it is determined whether or not the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b has reached a predetermined value (for example, 0) (step S5: FIG. 3).
  • the relative rotation speed determination unit 70h determines whether or not the relative rotation speed calculated by the relative rotation speed calculation unit 70g has reached a predetermined value (for example, 0). To do.
  • step S4 the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b is detected again (step S4: FIG. 3).
  • the second time point (T1) when the relative rotation speed between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b reaches a predetermined value is detected (step S6: FIG. 3). ..
  • the detection of the second time point (T1) is performed by the relative rotation speed 0 hour acquisition unit 70i as shown in FIG.
  • step S7 the coefficient of friction of the clutch 1 is calculated (step S7: FIG. 3).
  • the elapsed time calculation unit 70j calculates the elapsed time ⁇ t.
  • the friction coefficient calculation unit 70l calculates the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 based on the elapsed time ⁇ t calculated by the elapsed time calculation unit 70j.
  • the life of the clutch 1 is predicted based on the time change of the friction coefficient (step S8: FIG. 3).
  • the life prediction unit 70m predicts the life of the clutch 1 based on the friction coefficient of the clutch 1 calculated by the friction coefficient calculation unit 70l.
  • the life prediction unit 70m has a friction coefficient ⁇ and a cumulative operating time SMR (Service Meter Reading) based on a plurality of friction coefficients ⁇ stored in the storage unit 70k at different measurement points. ) To create a relationship.
  • the life prediction unit 70m derives a straight line (broken line in FIG. 5) that approximates the change in the friction coefficient ⁇ from the relationship between the friction coefficient ⁇ and the cumulative operating time SMR.
  • the life prediction unit 70m predicts the cumulative operating time TL of the engine 80a at the point PL where the derived straight line intersects the friction coefficient ⁇ 1 which is the usage limit of the clutch 1 as the life of the clutch 1.
  • the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 can be calculated, and the life of the clutch 1 can be predicted based on the calculated friction coefficient ⁇ .
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a transmission system of a work machine according to a modified example.
  • the bulldozer 100A in this modification has a transmission system 80.
  • the transmission system 80 includes an engine 80a (drive source), a transmission device, and a track 80ha (traveling body).
  • the transmission device receives the input of the engine 80a and outputs it to the track 80ha.
  • the transmission device includes a torque converter 80b, a lockup clutch 80c, a transmission 80da, a bevel gear 80e, a final drive 80f, a brake 80g, and a steering clutch 80i.
  • the configuration of this modification is different in the transmission 80da, the steering clutch 80i, the brake 80g, and the final drive 80f, as compared with the configuration of the transmission system 80 in the dump truck 100 shown in FIG.
  • the transmission 80da is, for example, a planetary gear type transmission.
  • the transmission 80da has a plurality of planetary gear mechanisms 110, 120, 130, 140, a plurality of clutches 101 to 105, an input shaft 61, an output shaft 63, and a plurality of carriers 164 to 166.
  • the first planetary gear mechanism 110, the second planetary gear mechanism 120, the third planetary gear mechanism 130, and the fourth planetary gear mechanism 140 are arranged in this order along the rotation axis direction. From the input side to the output side, the first planetary gear mechanism 110, the second planetary gear mechanism 120, the third planetary gear mechanism 130, and the fourth planetary gear mechanism 140 are arranged in this order.
  • Each of the input shaft 61 and the output shaft 63 extends in the direction of the rotation axis so as to be coaxial with each other.
  • Each of the input shaft 61 and the output shaft 63 is configured to rotate about the rotation shaft O.
  • the rotation shaft O is the center line of each of the input shaft 61 and the output shaft 63.
  • the power from the engine 80a is input to the input shaft 61.
  • the power whose rotation speed is changed by the transmission 80da is output from the output shaft 63.
  • the first planetary gear mechanism 110 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the first planetary gear mechanism 110 includes a sun gear 111, a plurality of planetary gears 112, a ring gear 113, and a carrier 164.
  • the sun gear 111 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the sun gear 111 is arranged on the outer side in the radial direction of the input shaft 61.
  • the sun gear 111 is fixed to the input shaft 61 and is configured to rotate integrally with the input shaft 61.
  • Each of the plurality of planetary gears 112 is configured to mesh with the sun gear 111.
  • Each of the plurality of planetary gears 112 is arranged on the outer side in the radial direction of the sun gear 111.
  • Each of the plurality of planetary gears 112 is arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of planetary gears 112 is configured to revolve around the sun gear 111.
  • Each of the plurality of planetary gears 112 is configured to revolve around the rotation axis O. Further, each of the plurality of planetary gears 112 is configured to rotate on its axis.
  • the ring gear 113 meshes with each of the plurality of planetary gears 112.
  • the ring gear 113 is configured to rotate about a rotation shaft O.
  • the second planetary gear mechanism 120 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the second planetary gear mechanism 120 has a sun gear 121, a plurality of planetary gears 122, a ring gear 123, and a carrier 165.
  • Each of the sun gear 121, the plurality of planetary gears 122, and the ring gear 123 of the second planetary gear mechanism 120 has the same configuration as the sun gear 111, the plurality of planetary gears 112, and the ring gear 113 of the first planetary gear mechanism 110.
  • the third planetary gear mechanism 130 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the third planetary gear mechanism 130 has a sun gear 131, a plurality of planetary gears 132, a ring gear 133, and a carrier 166.
  • Each of the sun gear 131 of the third planetary gear mechanism 130, the plurality of planetary gears 132, and the ring gear 133 has the same configuration as the sun gear 111 of the first planetary gear mechanism 110, the plurality of planetary gears 112, and the ring gear 113.
  • the fourth planetary gear mechanism 140 is a single planetary pinion type planetary gear mechanism.
  • the fourth planetary gear mechanism 140 has a sun gear 141, a plurality of planetary gears 142, a ring gear 143, and a carrier 166.
  • Each of the sun gear 141, the plurality of planetary gears 142, and the ring gear 143 of the fourth planetary gear mechanism 140 has the same configuration as the sun gear 111, the plurality of planetary gears 112, and the ring gear 113 of the first planetary gear mechanism 110.
  • the carrier 164 of the first planetary gear mechanism 110 supports each of the plurality of planetary gears 112. Each of the plurality of planetary gears 112 can rotate while being supported by the carrier 164.
  • the carrier 164 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the carrier 164 of the first planetary gear mechanism 110 is connected to the clutch 101 so as to brake the rotation.
  • the clutch 101 is, for example, a brake.
  • the ring gear 113 of the first planetary gear mechanism 110 is fixed to each carrier 165 of the second planetary gear mechanism 120 and the third planetary gear mechanism 130, and is configured to rotate integrally with the carrier 165.
  • the carrier 165 supports each of the plurality of planetary gears 122 and each of the plurality of planetary gears 132. Each of the plurality of planetary gears 122 and each of the plurality of planetary gears 132 can rotate while being supported by the carrier 165.
  • the carrier 165 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the ring gear 123 of the second planetary gear mechanism 120 is connected to the clutch 102 so as to brake the rotation.
  • the clutch 102 is, for example, a brake.
  • the ring gear 133 of the third planetary gear mechanism 130 is connected to the clutch 103 so as to brake the rotation.
  • the clutch 103 is, for example, a brake.
  • the ring gear 123 of the third planetary gear mechanism 130 is fixed to the carrier 166 of the fourth planetary gear mechanism 140, and is configured to rotate integrally with the carrier 166.
  • the carrier 166 of the fourth planetary gear mechanism 140 supports each of the plurality of planetary gears 142. Each of the plurality of planetary gears 142 can rotate while being supported by the carrier 166.
  • the carrier 166 is configured to rotate about the rotation axis O.
  • the ring gear 143 of the fourth planetary gear mechanism 140 is connected to the clutch 104 so as to brake the rotation.
  • the clutch 104 is, for example, a brake.
  • a clutch 105 is arranged between the carrier 166 and the output shaft 63.
  • the steering clutch 80i and the brake 80g are arranged between the bevel gear 80e and the final drive 80f.
  • the brake 80g is arranged between the steering clutch 80i and the final drive 80f.
  • the clutch disc of any of the clutches 103 to 105 can be rotated by inertial force.
  • the relative rotation speed between the clutch disc and the clutch plate can be changed from the first rotation speed to the second rotation speed lower than the first rotation speed.
  • the coefficient of friction can be calculated based on the elapsed time from the first time point, which is the first rotation speed, to the second time point, which is the second rotation speed.
  • the power of the engine 80a is first transmitted to the clutch disc 1a of the clutch 1 when the clutch 5 is in the on state and the clutch 1 is in the off state. From this state, the clutch 5 is turned off and the clutch 1 is turned on. Specifically, the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a is cut off, and the clutch disc 1a and the clutch plate 1b are engaged with each other. When the clutch 5 is turned off, the clutch disc 1a is rotated by the inertial force. When the clutch 1 is turned on, the clutch plate 1b is crimped to the clutch disc 1a that is rotated by the inertial force.
  • the friction coefficient ⁇ between the clutch disc 1a and the clutch plate 1b is calculated based on this elapsed time ⁇ t.
  • the friction coefficient ⁇ can be calculated from the relative rotation speeds of the clutch disc 1a and the clutch plate 1b. Therefore, the frictional performance of the clutch 1 can be measured by an existing sensor (for example, a rotation sensor, a pressure sensor, a stroke sensor, etc.). Therefore, a dedicated measuring instrument for measuring the frictional performance of the clutch 1 becomes unnecessary. Further, it is not necessary to take out the clutch disc 1a, the clutch plate 1b, etc. of the clutch 1 from the work machine 100.
  • an existing sensor for example, a rotation sensor, a pressure sensor, a stroke sensor, etc.
  • the work machine 100 has a transmission state in which power is transmitted from the engine 80a to the clutch disc 1a and a cutoff in which power transmission from the engine 80a to the clutch disc 1a is cut off. It has a clutch 5 that can be switched between states. By using the clutch 5 to block the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a, a state in which the clutch disc 1a is rotated by inertial force can be easily obtained.
  • the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a is interrupted by the clutch 5. And it is T0 when the clutch 1 is turned on.
  • the second time point when the relative rotation speed becomes the second rotation speed is, for example, T1 when the relative rotation speed of the clutch disc 1a and the clutch plate 1b in the engaged state becomes 0.
  • the elapsed time ⁇ t in this case is obtained by T1-T0. This makes it possible to calculate the friction coefficient ⁇ of the clutch 1 more accurately.
  • the work machine 100 has a storage unit 70k that stores the friction coefficient ⁇ calculated by the controller 70.
  • the controller 70 predicts the life of the clutch 1 based on the friction coefficient ⁇ stored in the storage unit 70k. This makes it possible to accurately predict the life of the clutch 1.
  • the friction coefficient of the clutch 1 is calculated to predict the life, but according to the present disclosure, the friction coefficient of the other clutches 2 to 7 is calculated to predict the life in the same manner as the clutch 1. You can also do it.
  • the first time point in the above is not limited to the time point T0 when the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a is interrupted by the clutch 5 and the clutch 1 is turned on.
  • the first time point may be a time point before T0 when the transmission of power from the engine 80a to the clutch disc 1a is interrupted by the clutch 5 and the clutch 1 is turned on, and at a later time point. There may be.
  • the second time point in the above is not limited to the time point T1 when the relative rotation speeds of the clutch disc 1a and the clutch plate 1b in the engaged state become 0.
  • the second time point may be a time point before the time point T1 at which the relative rotation speeds of the clutch disc 1a and the clutch plate 1b in the engaged state become 0.

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Abstract

クラッチ(1)は、エンジン(80a)からの動力を受けて回転するクラッチディスク(1a)と、クラッチディスク(1a)に係合した係合状態と係合しない解放状態との間で切り換えられるクラッチプレート(1b)とを有する。コントローラ(70)は、エンジン(80)からクラッチディスク(1a)への動力の伝達が遮断された状態で、クラッチディスク(1a)が回転する状態でかつ上記係合状態において、クラッチディスク(1a)およびクラッチプレート(1b)の相対回転数が第1回転数となる第1時点(T0)から第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点(T1)に至るまでの経過時間Δtに基づいてクラッチディスク(1a)とクラッチプレート(1b)との間の摩擦係数μを算出する。

Description

作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法
 本開示は、作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法に関する。
 トラック、ブルドーザーなどの作業機械には、駆動源(エンジン、モータなど)と駆動系との間にクラッチが設けられているものがある。クラッチは、動力の伝達および遮断を切り換えるものである。このクラッチの劣化としては、たとえばクラッチディスク、クラッチプレートの摩耗などがある。
 クラッチディスクの摩耗量を検出する技術は、たとえば特開平9-280348号公報(特許文献1参照)に開示されている。特許文献1では、クラッチピストン室の圧力が測定され、その圧力に基づいてクラッチの摩耗量が検出される。
特開平9-280348号公報
 しかしながら特許文献1では、クラッチピストン室の圧力に基づいてクラッチの摩擦量を検出しているため、クラッチ摩擦板の摩擦性能の劣化を定量的に検出することができない。また仮にクラッチ摩擦板単体を作業機械から取り出せたとしても、クラッチ摩擦板の摩擦性能の劣化は専用計測器でなければ検出することができない。このためクラッチの摩擦による劣化をより正確に測定することが望まれている。
 本開示の目的は、クラッチの摩擦による劣化をより正確に検出することが可能な作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法を提供することである。
 本開示の作業機械の伝達システムは、駆動源と、第1クラッチと、コントローラとを備えている。第1クラッチは、駆動源からの動力を受けて回転する第1部材と、第1部材に係合した係合状態と係合しない解放状態との間で切り換えられる第2部材とを有する。コントローラは、回転状態にある第1部材への駆動源からの動力の伝達が遮断された状態でかつ係合状態において、第1部材および第2部材の相対回転数が第1回転数となる第1時点から第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいて第1部材と第2部材との間の摩擦係数を算出する。
 本開示の作業機械は、上記の伝達システムを備えている。
 本開示の作業機械における伝達システムの寿命予測方法は、以下のステップを備えている。
 第1クラッチの第1部材が回転する状態で、駆動源から第1部材への動力伝達の遮断が指令される。駆動源からの第1部材への動力の伝達が遮断された状態で、回転する第1部材に第1クラッチの第2部材の係合が指令される。第1部材および第2部材の相対回転数が第1回転数となる第1時点から第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいて第1部材と第2部材との間の摩擦係数が算出される。
 本開示によれば、クラッチの摩擦による劣化をより正確に検出することが可能な作業機械の伝達システム、作業機械、および作業機械における伝達システムの寿命予測方法を提供することである。
一実施の形態に係る作業機械の伝達システムの構成を示す図である。 図1に示す伝達システムにおける摩擦係数の算出と寿命の予測とを行なうコントローラの機能ブロックを示す図である。 一実施の形態に係る作業機械における伝達システムの寿命予測方法を示すフロー図である。 図1に示されるクラッチ1、5におけるクラッチ作動油圧力(A)とクラッチ相対回転数(B)との時間変化を示す図である。 エンジンの稼働累計時間SMRと摩擦係数μとの関係を示す図である。 変形例に係る作業機械の伝達システムの構成を示す図である。
 以下、本開示の実施の形態について図に基づいて説明する。
 明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、実施の形態と変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。
 本開示では、伝達システムとしてダンプトラックの伝達システムを例に挙げて説明するが、本開示はダンプトラックの伝達システム以外に、作業機械の伝達システムであれば適用可能である。本開示は、たとえばホイールローダ、ブルドーザ、モーターグレーダなどの伝達システムにも適用可能である。
 また本開示では、伝達システムとして遊星歯車機構を用いた装置を例に挙げて説明するが、本開示は遊星歯車機構を有する伝達システムに限定されず、クラッチを有する伝達システムであれば適用することができる。
 <作業機械における伝達システムの構成>
 まず本実施の形態における作業機械の一例としてのダンプトラックに用いられる伝達システムの構成について説明する。
 図1は、一実施の形態に係る作業機械の伝達システムの構成を示す図である。図1に示されるように、本実施の形態のダンプトラック100は伝達システム80を有している。伝達システム80は、エンジン80a(駆動源)と、伝達装置と、タイヤ80h(走行体)とを有している。
 伝達装置は、エンジン80aの入力を受けてタイヤ80hへ出力する。伝達装置は、トルクコンバータ80bと、ロックアップクラッチ80cと、変速機80dと、ベベルギヤ80eと、ディファレンシャル80faと、ファイナルギヤ80fbと、ブレーキ80gとを有している。
 エンジン80aは動力を発生する。エンジン80aにより発生された動力は、トルクコンバータ80bまたはロックアップクラッチ80cを通じて変速機80dに伝えられる。変速機80dは、動力の回転速度を変速してベベルギヤ80eに伝える。ベベルギヤ80eに伝えられた動力はディファレンシャル80faおよびファイナルギヤ80fbを通じてタイヤ80hを回転駆動させる。
 ディファレンシャル80faは、左右にあるタイヤ80hに動力を振り分ける。ファイナルギヤ80fbは、変速機80dから伝わる動力を減速させてタイヤ80hに伝達する。ファイナルギヤ80fbとタイヤ80hとの間には、ブレーキ80gが配置されている。
 変速機80dは、たとえば遊星歯車式変速機である。変速機80dは、複数の遊星歯車機構10、20、30、40、50と、複数のクラッチ1~7と、入力軸61と、中間軸62と、出力軸63と、複数のキャリア64~66とを有している。
 第1遊星歯車機構10、第2遊星歯車機構20、第3遊星歯車機構30、第4遊星歯車機構40、および第5遊星歯車機構50は、回転軸方向に沿って、この順で配置されている。入力側から出力側に向かって、第1遊星歯車機構10、第2遊星歯車機構20、第3遊星歯車機構30、第4遊星歯車機構40、および第5遊星歯車機構50の順で配置されている。
 入力軸61、中間軸62および出力軸63の各々は、互いに同軸となるように回転軸方向に延びている。入力軸61、中間軸62および出力軸63の各々は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。回転軸Oは、入力軸61、中間軸62および出力軸63の各々の中心線である。
 エンジン80aからの動力が、入力軸61に入力される。変速機80dにより回転速度を変速された動力が出力軸63から出力される。
 第1遊星歯車機構10は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第1遊星歯車機構10は、第1サンギヤ11と、複数の第1プラネタリギヤ12と、第1リングギヤ13と、第1キャリア64とを有している。
 第1サンギヤ11は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第1サンギヤ11は、入力軸61の径方向外側に配置されている。第1サンギヤ11は環状であって、入力軸61は第1サンギヤ11を貫通している。第1サンギヤ11と入力軸61とは、相対回転可能である。
 第1サンギヤ11は、回転を制動されるようにクラッチ7に接続されている。クラッチ7はたとえばブレーキである。
 複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、第1サンギヤ11に噛み合うように構成されている。複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、第1サンギヤ11の径方向外側に配置されている。複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。
 複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、第1サンギヤ11の周りを公転するように構成されている。複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、回転軸Oを中心に公転するように構成されている。また、複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、自転するように構成されている。
 第1キャリア64は、複数の第1プラネタリギヤ12の各々を支持している。複数の第1プラネタリギヤ12の各々は、第1キャリア64に支持された状態で、自転可能である。第1キャリア64は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第1キャリア64は、入力軸61に固定されており、入力軸61と一体的に回転するように構成されている。第1キャリア64と入力軸61とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 第1リングギヤ13は、複数の第1プラネタリギヤ12の各々と噛み合っている。第1リングギヤ13は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第1リングギヤ13は、中間軸62に固定されており、中間軸62と一体的に回転するように構成されている。第1リングギヤ13と中間軸62とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 入力軸61と中間軸62(第1リングギヤ13)との間には、クラッチ5(第2クラッチ)が配置されている。クラッチ5はオン(ON)状態とオフ(OFF)状態とを切り換えられる。クラッチ5がオン状態にあるときには、クラッチ5は、エンジン80aで生じた動力を入力軸61から中間軸62へ伝達する伝達状態となっている。またクラッチ5がオフ状態にあるときには、クラッチ5は、エンジン80aから入力軸61を通じた中間軸62への動力の伝達を遮断する遮断状態となっている。
 第2遊星歯車機構20は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第2遊星歯車機構20は、第2サンギヤ21と、複数の第2プラネタリギヤ22と、第2リングギヤ23と、第2キャリア65とを有している。
 第2サンギヤ21は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第2サンギヤ21は、中間軸62の径方向外側に配置されている。第2サンギヤ21は中間軸62に固定されており、中間軸62と一体的に回転するように構成されている。第2サンギヤ21と中間軸62とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、第2サンギヤ21に噛み合うように構成されている。複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、第2サンギヤ21の径方向外側に配置されている。複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。
 複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、第2サンギヤ21の周りを公転するように構成されている。複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、回転軸Oを中心に公転するように構成されている。また、複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、自転するように構成されている。
 第2キャリア65は、複数の第2プラネタリギヤ22の各々を支持している。複数の第2プラネタリギヤ22の各々は、第2キャリア65に支持された状態で、自転可能である。第2キャリア65は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第2キャリア65と中間軸62との間には、クラッチ6が配置されている。クラッチ6により、中間軸62と第2キャリア65との間で動力を伝達する伝達状態と、中間軸62と第2キャリア65との間での動力の伝達を遮断する遮断状態とが切り換えられる。
 第2リングギヤ23は、複数の第2プラネタリギヤ22の各々と噛み合っている。第2リングギヤ23は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第2リングギヤ23は、回転を制動されるようにクラッチ1(第1クラッチ)に接続されている。クラッチ1はたとえばブレーキである。
 第3遊星歯車機構30は、ダブルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第3遊星歯車機構30は、第3サンギヤ31と、複数組のダブルプラネタリギヤ32a、32bと、第3リングギヤ33と、第2キャリア65とを有している。
 第3サンギヤ31は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第3サンギヤ31は、中間軸62の径方向外側に配置されている。第3サンギヤ31は中間軸62に固定されており、中間軸62と一体的に回転するように構成されている。第3サンギヤ31と中間軸62とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 複数組のダブルプラネタリギヤ32a、32bの各組は、プラネタリギヤ32aと、プラネタリギヤ32bとを有している。プラネタリギヤ32aは、第3サンギヤ31と噛み合うように構成されている。プラネタリギヤ32bは、プラネタリギヤ32aおよび第3リングギヤ33の各々と噛み合うように構成されている。
 複数組のダブルプラネタリギヤ32a、32bの各組は、第3サンギヤ31の径方向外側に配置されている。複数組のダブルプラネタリギヤ32a、32bの各組は、周方向に間隔をあけて配置されている。
 各組のプラネタリギヤ32aおよびプラネタリギヤ32bの各々は、第3サンギヤ31の周りを公転するように構成されている。各組のプラネタリギヤ32aおよびプラネタリギヤ32bの各々は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。また、各組のプラネタリギヤ32aおよびプラネタリギヤ32bの各々は、自転するように構成されている。
 第2キャリア65は、各組のプラネタリギヤ32aおよびプラネタリギヤ32bの各々を支持している。各組のプラネタリギヤ32aおよびプラネタリギヤ32bの各々は、第2キャリア65に支持された状態で、自転可能である。
 第3リングギヤ33は、各組のプラネタリギヤ32bと噛み合っている。第3リングギヤ33は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第3リングギヤ33は、回転を制動されるようにクラッチ2に接続されている。クラッチ2はたとえばブレーキである。
 第4遊星歯車機構40は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第4遊星歯車機構40は、第4サンギヤ41と、複数の第4プラネタリギヤ42と、第4リングギヤ43と、第3キャリア66とを有している。
 第4サンギヤ41は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第4サンギヤ41は、中間軸62の径方向外側に配置されている。第4サンギヤ41は中間軸62に固定されており、中間軸62と一体的に回転するように構成されている。第4サンギヤ41と中間軸62とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、第4サンギヤ41に噛み合うように構成されている。複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、第4サンギヤ41の径方向外側に配置されている。複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。
 複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、第4サンギヤ41の周りを公転するように構成されている。複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、回転軸Oを中心に公転するように構成されている。また、複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、自転するように構成されている。
 第3キャリア66は、複数の第4プラネタリギヤ42の各々を支持している。複数の第4プラネタリギヤ42の各々は、第3キャリア66に支持された状態で、自転可能である。第3キャリア66は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第4リングギヤ43は、複数の第4プラネタリギヤ42の各々と噛み合っている。第4リングギヤ43は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第4リングギヤ43は、回転を制動されるようにクラッチ3に接続されている。クラッチ3はたとえばブレーキである。
 第4リングギヤ43は、第2キャリア65に固定されており、第2キャリア65と一体的に回転するように構成されている。第2キャリア65と第4リングギヤ43とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 第5遊星歯車機構50は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第5遊星歯車機構50は、第5サンギヤ51と、複数の第5プラネタリギヤ52と、第5リングギヤ53と、第3キャリア66とを有している。
 第5サンギヤ51は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第5サンギヤ51は、中間軸62の径方向外側に配置されている。第5サンギヤ51は中間軸62に固定されており、中間軸62と一体的に回転するように構成されている。第5サンギヤ51と中間軸62とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、第5サンギヤ51に噛み合うように構成されている。複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、第5サンギヤ51の径方向外側に配置されている。複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。
 複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、第5サンギヤ51の周りを公転するように構成されている。複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、回転軸Oを中心に公転するように構成されている。また、複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、自転するように構成されている。
 第3キャリア66は、複数の第5プラネタリギヤ52の各々を支持している。複数の第5プラネタリギヤ52の各々は、第3キャリア66に支持された状態で、自転可能である。
 第5リングギヤ53は、複数の第5プラネタリギヤ52の各々と噛み合っている。第5リングギヤ53は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。第5リングギヤ53は、回転を制動されるようにクラッチ4に接続されている。クラッチ3はたとえばブレーキである。
 第3キャリア66は、出力軸63に固定されており、出力軸63と一体的に回転するように構成されている。第3キャリア66と出力軸63とは、1つの部材によって構成されていてもよい。
 複数のクラッチ1~7の各々は、たとえば、油圧式のクラッチ機構であって、複数のディスクから構成することができる。複数のクラッチ1~7の各々は、図2に示されるように、たとえば複数のクラッチディスク1a(第1部材)と、複数のクラッチプレート1b(第2部材)とを有している。
 複数のクラッチディスク1aの各々は、エンジン80aからの動力を受けて回転する。複数のクラッチプレート1bの各々は、複数のクラッチディスク1aの各々と係合した係合状態と、複数のクラッチディスク1aの各々と係合しない解放状態との間で切り換えられる。
 複数のクラッチ1~7の各々がオン状態のとき、複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとが互いに圧着されることにより係合して係合状態となる。これによりクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの間で動力が伝達されて、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が0となる。ただしクラッチ1~4、7の各々はブレーキであるため、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が0となるときには、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの双方の回転数は0となる。
 複数のクラッチ1~7の各々がオフ状態のとき、複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとの係合状態が解除されて解放状態となる。これにより複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとは互いに係合せずに分離している。このため複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとの間の動力の伝達は遮断されている。
 本実施の形態の伝達システム80は、コントローラ70と、センサ71~73とをさらに有している。センサ71は、たとえば入力軸61の回転数を検知する回転センサである。センサ72は、たとえば中間軸62の回転数を検知する回転センサである。センサ73は、たとえば出力軸63の回転数を検知する回転センサである。センサ71またはセンサ72(第1センサ)により、クラッチ1におけるクラッチディスク1a(図2)の回転数を計測することができる。センサ73(第2センサ)により、クラッチ1におけるクラッチプレート1b(図2)の回転数を計測することができる。
 センサ71~73の各々によって測定された回転数は、検知信号としてコントローラ70へ出力される。コントローラ70は、センサ71~73の各々によって測定された回転数に基づいて、クラッチ1の摩擦係数を算出する。
 コントローラ70は、センサ71により検知された入力軸61の回転数と、センサ72により検知された中間軸62の回転数とにより、クラッチ5のオン・オフ状態を検知する。
 コントローラ70は、センサ72により検知された中間軸62の回転数と、センサ73により検知された出力軸63の回転数とにより、クラッチ1のオン・オフ状態を検知する。
 コントローラ70は、センサ72により検知された中間軸62の回転数と、センサ73により検知された出力軸63の回転数とにより、クラッチ1のクラッチディスクとクラッチプレートとの相対回転数を検知する。コントローラ70は、センサ71により検知された入力軸61の回転数と、センサ73により検知された出力軸63の回転数とにより、クラッチ1のクラッチディスクとクラッチプレートとの相対回転数を検知してもよい。
 コントローラ70は、エンジン80aからクラッチ1のクラッチディスク1aへの動力の伝達が遮断された状態で、かつクラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとが係合した係合状態において、クラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が第1回転数となる第1時点から第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいてクラッチ1の摩擦係数を算出する。このクラッチ1の摩擦係数は、クラッチ1の複数のクラッチディスクおよび複数のクラッチプレートの全ての摩擦係数を含むクラッチ1の全体としての摩擦係数である。
 上記第1時点は、たとえばエンジン80aからクラッチ1のクラッチディスク1aへの動力の伝達がクラッチ5により遮断され、かつクラッチ1がオン状態となった時点である。第2時点は、たとえば係合状態にあるクラッチ1のクラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数が0になる時点である。
 コントローラ70は、作業機械100に搭載されていてもよく、作業機械100の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ70が作業機械100の外部に離れて配置されている場合、コントローラ70は、センサ71~74、クラッチ制御弁82、83、操作部86、表示部85、入力部84などと無線により接続されていてもよい。
 <コントローラ70の機能ブロック>
 次に、本実施の形態におけるコントローラ70の機能ブロックについて図2を用いて説明する。
 図2は、図1に示す伝達システムにおける摩擦係数の算出と寿命の予測とを行なうコントローラの機能ブロックを示す図である。図2に示されるように、コントローラ70は、クラッチオン・オフ制御部70aと、クラッチ制御弁制御部70bと、クラッチ1のオン信号取得部70caと、クラッチ5のオフ信号取得部70cbと、クラッチディスク回転数取得部70dと、クラッチプレート回転数取得部70eと、クラッチオン切換時間取得部70fとを有している。
 コントローラ70は、相対回転数算出部70gと、相対回転数判定部70hと、相対回転数0時間取得部70iと、経過時間算出部70jと、記憶部70kと、摩擦係数算出部70lと、寿命予測部70mとをさらに有している。
 クラッチオン・オフ制御部70aは、操作部86から操作信号を受けてクラッチオン・オフの制御信号を発生する。クラッチ制御弁制御部70bは、クラッチオン・オフ制御部70aからのクラッチオン・オフの制御信号を受けてクラッチ制御弁82、83を制御する。
 クラッチ制御弁82は、クラッチ制御弁制御部70bからの制御信号を受けて、ポンプ81から吐出された作動油をクラッチ1の油圧室1fへ供給するか否かを制御する。クラッチ1の油圧室1fにポンプ81から吐出された作動油が供給されていない場合、クラッチ1のピストン1eに作動油の油圧は作用しない。この場合、クラッチ1の複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとは互いに離れており、クラッチ1はオフ状態にある。
 一方、クラッチ1の油圧室1fにポンプ81から吐出された作動油が供給される場合、クラッチ1のピストン1eに作動油の油圧が作用する。この場合、クラッチ1の複数のクラッチディスク1aと複数のクラッチプレート1bとが互いに圧着し、クラッチ1はオン状態になる。
 なおクラッチ1のクラッチディスク1aはクラッチハブ1cの外周に固定されており、クラッチプレート1bはクラッチドラム1dの内周に固定されている。クラッチハブ1cは、第2リングギヤ23(図1)の外周に固定されている。
 クラッチ制御弁83は、クラッチ制御弁制御部70bからの制御信号を受けて、ポンプ81から吐出された作動油をクラッチ5の油圧室(図示せず)へ供給するか否かを制御する。クラッチ5の油圧室にポンプ81から吐出された作動油が供給されていない場合、クラッチ1と同様、クラッチ5の複数のクラッチディスクと複数のクラッチプレートとは互いに離れており、クラッチ5はオフ状態にある。
 一方、クラッチ5の油圧室にポンプ81から吐出された作動油が供給される場合、クラッチ1と同様、クラッチ5の複数のクラッチディスクと複数のクラッチプレートとが互いに圧着し、クラッチ5はオン状態になる。
 クラッチ1のオン信号取得部70caは、クラッチ1がオン状態になったことを示す信号を取得する。クラッチ1のオン信号取得部70caは、たとえばセンサ72により測定された中間軸62の回転数とセンサ73により測定された出力軸63の回転数とに基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別する。
 クラッチ1のオン信号取得部70caは、クラッチ制御弁制御部70bにより生ずるクラッチ1の制御信号(電気信号)に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。またクラッチ1のオン信号取得部70caは、圧力センサ74により測定された作動油の圧力(クラッチ制御弁82から吐出された作動油の圧力)に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。またクラッチ1のオン信号取得部70caは、ストロークセンサ(図示せず)により測定されたクラッチ1におけるピストン1eの移動量に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。
 クラッチ5のオフ信号取得部70cbは、クラッチ5がオフ状態になったことを示す信号を取得する。クラッチ5のオフ信号取得部70cbは、たとえばセンサ71により測定された入力軸61の回転数とセンサ72により測定された中間軸62の回転数とに基づいてクラッチ5がオフ状態になったか否かを判別する。
 クラッチディスク回転数取得部70dは、センサ72により測定された中間軸62の回転数に基づいてクラッチ1のクラッチディスク1aの回転数を取得する。
 クラッチプレート回転数取得部70eは、センサ73により測定された出力軸63の回転数に基づいてクラッチ1のクラッチプレート1bの回転数を取得する。
 クラッチオン切換時間取得部70fは、クラッチ5のオフ信号取得部70cbからのクラッチ5のオフ信号とクラッチ1のオン信号取得部70caからのクラッチ1のオン信号とに基づいて、クラッチ1がオン状態に切り換えられた第1時点(T0)を取得する。具体的にはクラッチオン切換時間取得部70fは、クラッチ5がオフ状態に切り換えられた後にクラッチ1がオン状態に切り換えられた第1時点(T0)を取得する。クラッチオン切換時間取得部70fにより取得された第1時点(T0)は記憶部70kに記憶されてもよい。
 相対回転数算出部70gは、クラッチディスク回転数取得部70dからのクラッチディスク1aの回転数とクラッチプレート回転数取得部70eからのクラッチプレート1bの回転数とに基づいてクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数を算出する。
 相対回転数判定部70hは、相対回転数算出部70gにより算出されたクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が所定値になったか否かを判定する。所定値は、第1時点(T0)におけるクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数(第1回転数)よりも低い第2回転数である。所定値(第2回転数)は、たとえば0である。所定値は記憶部70kに記憶されていてもよい。この場合、相対回転数判定部70hは、記憶部70kに記憶された所定値を参照して上記相対回転数が所定値になったか否かを判定する。
 相対回転数0時間取得部70iは、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が所定値になった第2時点(T1)を取得する。相対回転数0時間取得部70iにより取得された第2時点(T1)は記憶部70kに記憶されてもよい。
 経過時間算出部70jは、クラッチオン切換時間取得部70fにより取得された第1時点(T0)と、相対回転数0時間取得部70iにより取得された第2時点(T1)とに基づいて経過時間Δtを算出する。経過時間算出部70jは、記憶部70kに記憶された第1時点(T0)と第2時点(T1)とに基づいて経過時間Δtを算出してもよい。経過時間Δtは、Δt=T1-T0の式から得られる。
 摩擦係数算出部70lは、経過時間算出部70jにより算出された経過時間Δtに基づいてクラッチ1の摩擦係数μを算出する。クラッチ1の摩擦係数μは、μ=k/Δtの式から算出される。上式におけるkは比例定数である。
 摩擦係数算出部70lにより算出された摩擦係数μは、記憶部70kに記憶されてもよい。摩擦係数算出部70lが互いに計測時点の異なる複数の摩擦係数μを算出する場合には、互いに計測時点の異なる複数の摩擦係数μが記憶部70kに記憶される。
 寿命予測部70mは、摩擦係数算出部70lにより算出されたクラッチ1の摩擦係数μに基づいてクラッチ1の寿命を予測する。この際、記憶部70kに記憶された、互いに計測時点の異なる複数の摩擦係数μに基づいてクラッチ1の寿命が予測されてもよい。
 摩擦係数算出部70lにより算出されたクラッチ1の摩擦係数μと、寿命予測部70mにより予測されたクラッチ1の寿命とは、表示部85に表示されてもよい。表示部85は、コントローラ70と有線で接続されていてもよく、また無線で接続されていてもよい。
 記憶部70kは、コントローラ70外部の入力部84から他の情報を記憶されてもよい。入力部84からは、たとえばクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数を判定するための上記所定値(第2回転数)が記憶部70kに記憶されてもよい。また入力部84からは、摩擦係数μを算出するための計算式などが記憶部70kに記憶されてもよい。
 <伝達システムの寿命予測方法>
 次に、本実施の形態に係る作業機械における伝達システムの寿命予測方法について図2~図5を用いて説明する。
 図3は、一実施の形態に係る作業機械における伝達システムの寿命予測方法を示すフロー図である。図4は、図1に示されるクラッチ1、5におけるクラッチ作動油圧力(A)とクラッチ相対回転数(B)との時間変化を示す図である。図5は、エンジンの稼働累計時間SMRと摩擦係数μとの関係を示す図である。
 図1および図2に示されるように、ダンプトラック100の走行停車時(ブレーキ80gがオン状態)に、クラッチ5がオン状態となり、かつクラッチ1がオフ状態となるようにコントローラ70がクラッチ制御弁82、83へ指令を与える。この状態では、図4(A)に示されるように、クラッチ1にはポンプ81(図2)から吐出された作動油は供給されていない。一方、クラッチ5にはポンプ81から吐出された作動油が供給されている。これにより図1に示されるクラッチ5を介在して入力軸61と中間軸62とが連結される。また図2に示されるクラッチ1のクラッチプレート1bはクラッチディスク1aと離れている。
 図2に示されるように、この状態でエンジン80aが一定回転となるように駆動制御される。エンジン80aで生じた動力が入力軸61および中間軸62を介してクラッチ1のクラッチディスク1aに伝達される。これによりクラッチディスク1aが回転する。一方、クラッチ1のクラッチプレート1bは、クラッチディスク1aと離れているため回転しない。
 これにより図4(B)に示されるように、クラッチ5のクラッチディスクとクラッチプレートとの相対回転数は0となる。一方、クラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数は大きくなる。
 この状態で、クラッチ5がオフ状態となるように、図2に示されるコントローラ70がクラッチ制御弁83へ指令を与える。この状態では図4(A)に示されるように、クラッチ5にはポンプ81から吐出された作動油が供給されなくなる。これにより図1に示されるクラッチ5のクラッチプレートはクラッチディスクと離れ、入力軸61から中間軸62への動力の伝達はクラッチ5により遮断される。このため中間軸62、クラッチディスク1aなどが慣性力により回転する(ステップS1:図3)。
 この後、クラッチ1がオン状態となるように、図2に示されるコントローラ70がクラッチ制御弁82へ指令を与える(ステップS2:図3)。この状態では図4(A)に示されるように、クラッチ1にはポンプ81から吐出された作動油が供給される。これによりクラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとが圧着する。このため図4(B)に示されるように、クラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数は小さくなる。
 クラッチ1がオン状態になる開始タイミングが第1時点(T0)として検出される(ステップS3:図3)。第1時点(T0)の検出においては、図2に示されるように、まずクラッチ5のオフ信号取得部70cbが、クラッチ5がオフ状態になったことを示す信号を取得する。クラッチ5のオフ信号取得部70cbは、たとえばセンサ71により測定された入力軸61の回転数とセンサ72により測定された中間軸62の回転数とに基づいてクラッチ5がオフ状態になったか否かを判別する。
 次いで、クラッチ1のオン信号取得部70caが、クラッチ1がオン状態になったことを示す信号を取得する。クラッチ1のオン信号取得部70caは、たとえばセンサ72により測定された中間軸62の回転数とセンサ73により測定された出力軸63の回転数とに基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別する。
 またクラッチ1のオン信号取得部70caは、クラッチ制御弁制御部70bにより生ずるクラッチ1の制御信号(電気信号)に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。またクラッチ1のオン信号取得部70caは、圧力センサ74により測定された作動油の圧力(クラッチ制御弁82から吐出された作動油の圧力)に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。またクラッチ1のオン信号取得部70caは、ストロークセンサ(図示せず)により測定されたクラッチ1におけるピストン1eの移動量に基づいてクラッチ1がオン状態になったか否かを判別してもよい。
 クラッチオン切換時間取得部70fは、クラッチ5のオフ信号取得部70cbからのクラッチ5のオフ信号とクラッチ1のオン信号取得部70caからのクラッチ1のオン信号とに基づいて、クラッチ1がオン状態に切り換えられた第1時点(T0)を取得する。具体的にはクラッチオン切換時間取得部70fは、クラッチ5がオフ状態に切り換えられた後にクラッチ1がオン状態に切り換えられた第1時点(T0)を取得する。
 次に、クラッチ1のクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が検出される(ステップS4:図3)。相対回転数の検出に際して、図2に示されるように、まずクラッチディスク1aの回転数がクラッチディスク回転数取得部70dにより取得される。またクラッチプレート1bの回転数がクラッチプレート回転数取得部70eにより取得される。
 クラッチディスク回転数取得部70dからのクラッチディスク1aの回転数とクラッチプレート回転数取得部70eからのクラッチプレート1bの回転数とに基づいて相対回転数算出部70gがクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数を算出する。
 次に、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が所定値(たとえば0)になったか否かが判定される(ステップS5:図3)。相対回転数の判定に際しては、図2に示されるように、相対回転数算出部70gにより算出された相対回転数が所定値(たとえば0)になったか否かを相対回転数判定部70hが判定する。
 上記の判定により相対回転数が所定値になっていない場合、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が再度検出される(ステップS4:図3)。
 上記の判定により相対回転数が所定値になった場合、クラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの相対回転数が所定値になった第2時点(T1)が検出される(ステップS6:図3)。第2時点(T1)の検出に際しては、図2に示されるように、相対回転数0時間取得部70iにより行なわれる。
 次に、クラッチ1の摩擦係数が算出される(ステップS7:図3)。摩擦係数の算出に際しては、図2に示されるように、まずクラッチオン切換時間取得部70fにより取得された第1時点(T0)と、相対回転数0時間取得部70iにより取得された第2時点(T1)とに基づいて、経過時間算出部70jが経過時間Δtを算出する。経過時間Δtは、Δt=T1-T0の式から得られる。
 経過時間算出部70jにより算出された経過時間Δtに基づいて、摩擦係数算出部70lがクラッチ1の摩擦係数μを算出する。クラッチ1の摩擦係数μは、μ=k/Δtの式から算出される。
 次に、摩擦係数の時間変化に基づいてクラッチ1の寿命が予測される(ステップS8:図3)。クラッチ1の寿命の予測に際しては、図2に示されるように、摩擦係数算出部70lにより算出されたクラッチ1の摩擦係数に基づいて、寿命予測部70mがクラッチ1の寿命を予測する。
 具体的には図5に示されるように、寿命予測部70mは、記憶部70kに記憶された計測時点の異なる複数の摩擦係数μに基づいて、摩擦係数μと稼働累計時間SMR(Service Meter Reading)との関係を作成する。寿命予測部70mは、摩擦係数μと稼働累計時間SMRとの関係から、摩擦係数μの変化に近似した直線(図5中破線)を導き出す。寿命予測部70mは、導き出した直線がクラッチ1の使用限界となる摩擦係数μ1と交わる点PLにおけるエンジン80aの稼働累計時間TLをクラッチ1の寿命と予測する。
 上記によりクラッチ1の摩擦係数μを算出できるとともに、算出された摩擦係数μに基づいてクラッチ1の寿命を予測することができる。
 <変形例>
 次に、作業機械の変形例としてのブルドーザ100Aに用いられる伝達システムの構成について図6を用いて説明する。
 図6は、変形例に係る作業機械の伝達システムの構成を示す図である。図6に示されるように、本変形例におけるブルドーザ100Aは伝達システム80を有している。伝達システム80は、エンジン80a(駆動源)と、伝達装置と、履帯80ha(走行体)とを有している。
 伝達装置は、エンジン80aの入力を受けて履帯80haへ出力する。伝達装置は、トルクコンバータ80bと、ロックアップクラッチ80cと、変速機80daと、ベベルギヤ80eと、ファイナルドライブ80fと、ブレーキ80gと、ステアリングクラッチ80iとを有している。
 本変形例の構成は、図1に示すダンプトラック100における伝達システム80の構成と比較して、変速機80daと、ステアリングクラッチ80iと、ブレーキ80gと、ファイナルドライブ80fとにおいて異なっている。
 変速機80daは、たとえば遊星歯車式変速機である。変速機80daは、複数の遊星歯車機構110、120、130、140と、複数のクラッチ101~105と、入力軸61と、出力軸63と、複数のキャリア164~166とを有している。
 第1遊星歯車機構110、第2遊星歯車機構120、第3遊星歯車機構130、および第4遊星歯車機構140は、回転軸方向に沿って、この順で配置されている。入力側から出力側に向かって、第1遊星歯車機構110、第2遊星歯車機構120、第3遊星歯車機構130、および第4遊星歯車機構140の順で配置されている。
 入力軸61および出力軸63の各々は、互いに同軸となるように回転軸方向に延びている。入力軸61および出力軸63の各々は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。回転軸Oは、入力軸61および出力軸63の各々の中心線である。
 エンジン80aからの動力が、入力軸61に入力される。変速機80daにより回転速度を変速された動力が出力軸63から出力される。
 第1遊星歯車機構110は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第1遊星歯車機構110は、サンギヤ111と、複数のプラネタリギヤ112と、リングギヤ113と、キャリア164とを有している。
 サンギヤ111は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。サンギヤ111は、入力軸61の径方向外側に配置されている。サンギヤ111は入力軸61に固定されており、入力軸61と一体的に回転するように構成されている。
 複数のプラネタリギヤ112の各々は、サンギヤ111に噛み合うように構成されている。複数のプラネタリギヤ112の各々は、サンギヤ111の径方向外側に配置されている。複数のプラネタリギヤ112の各々は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。
 複数のプラネタリギヤ112の各々は、サンギヤ111の周りを公転するように構成されている。複数のプラネタリギヤ112の各々は、回転軸Oを中心に公転するように構成されている。また、複数のプラネタリギヤ112の各々は、自転するように構成されている。
 リングギヤ113は、複数のプラネタリギヤ112の各々と噛み合っている。リングギヤ113は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第2遊星歯車機構120は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第2遊星歯車機構120は、サンギヤ121と、複数のプラネタリギヤ122と、リングギヤ123と、キャリア165とを有している。
 第2遊星歯車機構120のサンギヤ121、複数のプラネタリギヤ122およびリングギヤ123のそれぞれは、第1遊星歯車機構110のサンギヤ111、複数のプラネタリギヤ112およびリングギヤ113と同様の構成を有している。
 第3遊星歯車機構130は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第3遊星歯車機構130は、サンギヤ131と、複数のプラネタリギヤ132と、リングギヤ133と、キャリア166とを有している。
 第3遊星歯車機構130のサンギヤ131、複数のプラネタリギヤ132およびリングギヤ133のそれぞれは、第1遊星歯車機構110のサンギヤ111、複数のプラネタリギヤ112およびリングギヤ113と同様の構成を有している。
 第4遊星歯車機構140は、シングルプラネタリピニオン型の遊星歯車機構である。第4遊星歯車機構140は、サンギヤ141と、複数のプラネタリギヤ142と、リングギヤ143と、キャリア166とを有している。
 第4遊星歯車機構140のサンギヤ141、複数のプラネタリギヤ142およびリングギヤ143のそれぞれは、第1遊星歯車機構110のサンギヤ111、複数のプラネタリギヤ112およびリングギヤ113と同様の構成を有している。
 第1遊星歯車機構110のキャリア164は、複数のプラネタリギヤ112の各々を支持している。複数のプラネタリギヤ112の各々は、キャリア164に支持された状態で、自転可能である。キャリア164は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第1遊星歯車機構110のキャリア164は、回転を制動されるようにクラッチ101に接続されている。クラッチ101はたとえばブレーキである。
 第1遊星歯車機構110のリングギヤ113は、第2遊星歯車機構120および第3遊星歯車機構130の各々のキャリア165に固定されており、キャリア165と一体的に回転するように構成されている。
 キャリア165は、複数のプラネタリギヤ122の各々と複数のプラネタリギヤ132の各々とを支持している。複数のプラネタリギヤ122の各々と複数のプラネタリギヤ132の各々とは、キャリア165に支持された状態で、自転可能である。キャリア165は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第2遊星歯車機構120のリングギヤ123は、回転を制動されるようにクラッチ102に接続されている。クラッチ102はたとえばブレーキである。
 第3遊星歯車機構130のリングギヤ133は、回転を制動されるようにクラッチ103に接続されている。クラッチ103はたとえばブレーキである。
 第3遊星歯車機構130のリングギヤ123は、第4遊星歯車機構140のキャリア166に固定されており、キャリア166と一体的に回転するように構成されている。
 第4遊星歯車機構140のキャリア166は、複数のプラネタリギヤ142の各々を支持している。複数のプラネタリギヤ142の各々は、キャリア166に支持された状態で、自転可能である。キャリア166は、回転軸Oを中心に回転するように構成されている。
 第4遊星歯車機構140のリングギヤ143は、回転を制動されるようにクラッチ104に接続されている。クラッチ104はたとえばブレーキである。
 キャリア166と出力軸63との間には、クラッチ105が配置されている。
 ステアリングクラッチ80iとブレーキ80gとは、ベベルギヤ80eとファイナルドライブ80fとの間に配置されている。ブレーキ80gは、ステアリングクラッチ80iとファイナルドライブ80fとの間に配置されている。
 なお上記以外の本変形例の伝達システム80の構成は、図1に示す伝達システム80の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
 上記の伝達システム80においては、クラッチ101、102をオン・オフ制御することにより、クラッチ103~105のうちのいずれかのクラッチのクラッチディスクを慣性力により回転させることができる。この状態から当該クラッチをオン状態とすることにより、クラッチディスクとクラッチプレートとの相対回転数を第1回転数からその第1回転数よりも低い第2回転数にすることができる。この第1回転数となる第1時点から第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいて摩擦係数を算出することができる。
 <作用効果>
 次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
 本実施の形態によれば図2に示されるように、まずクラッチ5がオン状態、かつクラッチ1がオフ状態で、エンジン80aの動力がクラッチ1のクラッチディスク1aに伝達される。この状態からクラッチ5がオフ状態とされ、かつクラッチ1がオン状態とされる。具体的には、エンジン80aからクラッチディスク1aへの動力の伝達が遮断された状態とされ、かつクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとが係合した状態とされる。クラッチ5がオフ状態とされることにより、クラッチディスク1aは慣性力により回転することになる。クラッチ1がオン状態とされることにより、慣性力により回転するクラッチディスク1aにクラッチプレート1bが圧着されることになる。
 この状態で、クラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数が第1回転数となる第1時点からその第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間Δtが算出される。
 この経過時間Δtに基づいてクラッチディスク1aとクラッチプレート1bとの間の摩擦係数μが算出される。摩擦係数μは、たとえばμ=k/Δtの式から算出することができる。
 このようにクラッチ1の摩擦係数が算出されるため、クラッチ1の摩擦性能の劣化を定量的に検出することが可能となる。これによりクラッチ1の摩擦による劣化をより正確に検出することが可能となる。
 またクラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数から摩擦係数μを算出することができる。このため、クラッチ1の摩擦性能を既存のセンサ(たとえば回転センサ、圧力センサ、ストロークセンサなど)で測定することが可能となる。このためクラッチ1の摩擦性能を測定するための専用計測器は不要となる。またクラッチ1のクラッチディスク1a、クラッチプレート1bなどを作業機械100から取り出す必要もない。
 また本実施の形態によれば図2に示されるように、作業機械100は、エンジン80aからクラッチディスク1aへ動力を伝達する伝達状態と、エンジン80aからクラッチディスク1aへ動力の伝達を遮断する遮断状態との間で切り換えられるクラッチ5を有している。このクラッチ5を用いてエンジン80aからクラッチディスク1aへの動力の伝達を遮断することにより、クラッチディスク1aが慣性力により回転する状態が容易に得られる。
 また本実施の形態によれば図2に示されるように、相対回転数が第1回転数となる第1時点は、たとえばエンジン80aからクラッチディスク1aへの動力の伝達がクラッチ5により遮断され、かつクラッチ1がオン状態となった時点T0である。また相対回転数が第2回転数となる第2時点は、たとえば係合状態にあるクラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数が0になる時点T1である。この場合の経過時間Δtは、T1-T0により求められる。これにより、クラッチ1の摩擦係数μをより正確に算出することが可能となる。
 また本実施の形態によれば図2に示されるように、作業機械100は、コントローラ70により算出された摩擦係数μを記憶する記憶部70kを有している。コントローラ70は、図5に示されるように、記憶部70kに記憶された摩擦係数μに基づいてクラッチ1の寿命を予測する。これによりクラッチ1の寿命を正確に予測することが可能となる。
 上記においてはクラッチ1の摩擦係数を算出して寿命を予測することを説明したが、本開示によればクラッチ1と同様にして、他のクラッチ2~7の摩擦係数を算出して寿命を予測することもできる。
 また上記における第1時点は、エンジン80aからクラッチディスク1aへの動力の伝達がクラッチ5により遮断され、かつクラッチ1がオン状態となった時点T0に限定されない。第1時点は、エンジン80aからクラッチディスク1aへの動力の伝達がクラッチ5により遮断され、かつクラッチ1がオン状態となった時点T0よりも前の時点であってもよく、また後の時点であってもよい。
 また上記における第2時点は、係合状態にあるクラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数が0になる時点T1に限定されない。第2時点は、係合状態にあるクラッチディスク1aおよびクラッチプレート1bの相対回転数が0になる時点T1よりも前の時点であってもよい。
 今回開示された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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
 1,2,3,4,5,6,7,101,102,103,104,105 クラッチ、1a クラッチディスク、1b クラッチプレート、1c クラッチハブ、1d クラッチドラム、1e ピストン、1f 油圧室、10,20,30,40,50,110,120,130,140 遊星歯車機構、11,21,31,41,51,111,121,131,141 サンギヤ、12,22,32a,32b,42,52,112,122,132,142 プラネタリギヤ、13,23,33,43,53,113,123,133,143 リングギヤ、61 入力軸、62 中間軸、63 出力軸、64,65,66,164,165,166 キャリア、70 コントローラ、70a オフ制御部、70b クラッチ制御弁制御部、70ca クラッチ1のオン信号取得部、70cb クラッチ5のオフ信号取得部、70d クラッチディスク回転数取得部、70e クラッチプレート回転数取得部、70f クラッチオン切換時間取得部、70g 相対回転数算出部、70h 相対回転数判定部、70i 相対回転数0時間取得部、70j 経過時間算出部、70k 記憶部、70l 摩擦係数算出部、70m 寿命予測部、71,72,73 センサ、74 圧力センサ、80 伝達システム、80a エンジン、80b トルクコンバータ、80c ロックアップクラッチ、80d,80da 変速機、80e ベベルギヤ、80f ファイナルドライブ、80fa ディファレンシャル、80fb ファイナルギヤ、80g ブレーキ、80h タイヤ、80ha 履帯、80i ステアリングクラッチ、81 ポンプ、82,83 クラッチ制御弁、84 入力部、85 表示部、86 操作部、100,100A 作業機械。

Claims (8)

  1.  駆動源と、
     前記駆動源からの動力を受けて回転する第1部材と、前記第1部材に係合した係合状態と係合しない解放状態との間で切り換えられる第2部材とを有する第1クラッチと、
     回転状態にある前記第1部材への前記駆動源からの動力の伝達が遮断された状態でかつ前記係合状態において、前記第1部材および前記第2部材の相対回転数が第1回転数となる第1時点から前記第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいて前記第1部材と前記第2部材との間の摩擦係数を算出するコントローラと、を備えた、作業機械の伝達システム。
  2.  前記駆動源から前記第1部材へ動力を伝達する伝達状態と、前記駆動源から前記第1部材へ動力の伝達を遮断する遮断状態との間で切り換えられる第2クラッチをさらに備えた、請求項1に記載の作業機械の伝達システム。
  3.  前記第1時点は、前記駆動源から前記第1部材への動力の伝達が前記第2クラッチにより遮断されかつ前記第1クラッチがオン状態となった時点であり、
     前記第2時点は、前記係合状態にある前記第1部材および前記第2部材の前記相対回転数が0になる時点である、請求項2に記載の作業機械の伝達システム。
  4.  前記コントローラにより算出された前記摩擦係数を記憶する記憶部をさらに備え、
     前記コントローラは、前記記憶部に記憶された前記摩擦係数に基づいて前記第1クラッチの寿命を予測する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の作業機械の伝達システム。
  5.  前記第1部材の回転数を計測する第1センサと、
     前記第2部材の回転数を計測する第2センサと、をさらに備えた、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業機械の伝達システム。
  6.  請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の伝達システムを備えた、作業機械。
  7.  第1クラッチの第1部材が回転する状態で、駆動源から前記第1部材への動力伝達の遮断を指令するステップと、
     前記駆動源からの前記第1部材への動力の伝達を遮断した状態で、回転する前記第1部材に前記第1クラッチの第2部材の係合を指令するステップと、
     前記第1部材および前記第2部材の相対回転数が第1回転数となる第1時点から前記第1回転数よりも低い第2回転数となる第2時点に至るまでの経過時間に基づいて前記第1部材と前記第2部材との間の摩擦係数を算出するステップと、を備えた、作業機械における伝達システムの寿命予測方法。
  8.  前記摩擦係数を算出する前記ステップは、互いに計測時点の異なる複数の摩擦係数を算出するステップを含み、
     算出された前記複数の摩擦係数に基づいて前記第1クラッチの寿命を予測するステップをさらに備えた、請求項7に記載の作業機械における伝達システムの寿命予測方法。
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