WO2023112624A1 - ポンプの診断装置及び建設機械 - Google Patents

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WO2023112624A1
WO2023112624A1 PCT/JP2022/043304 JP2022043304W WO2023112624A1 WO 2023112624 A1 WO2023112624 A1 WO 2023112624A1 JP 2022043304 W JP2022043304 W JP 2022043304W WO 2023112624 A1 WO2023112624 A1 WO 2023112624A1
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pump
hydraulic pump
hydraulic
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宏輔 曽我
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日立建機株式会社
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    • E02F9/267Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10Other safety measures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00Testing machines, pumps, or pumping installations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/40Special vehicles
    • B60Y2200/41Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412Excavators

Definitions

  • the present invention relates to a pump diagnostic device and construction machinery including the diagnostic device.
  • Patent Document 1 discloses a technique for diagnosing a hydraulic pump from the frequency component of the pressure that matches the rotation frequency of the hydraulic pump. According to Patent Document 1, when the piston shoe of the hydraulic pump wears, the frequency component of the pressure corresponding to the rotation frequency of the hydraulic pump increases. I am able to make a diagnosis.
  • Patent Literature 1 has room for improvement in terms of accurate diagnosis.
  • a pump diagnostic device is mounted on a construction machine and driven by a prime mover of the construction machine to supply pressure oil to a hydraulic actuator of the construction machine.
  • a pump diagnostic device comprising: an operation instruction unit for outputting an operation instruction for causing a hydraulic actuator to perform a specific operation; and a measurement for setting sampling conditions when measuring the pressure of the pump during the specific operation.
  • a condition setting unit a calculation unit that acquires the pressure measurement values sampled during the specific operation according to the set sampling conditions, and calculates the amplitude of the pressure pulsation of the pump, and the calculated pressure pulsation.
  • an output unit for outputting the determination result of the abnormality determination unit to a display device.
  • a construction machine includes a self-propelled lower traveling body, an upper revolving body rotatably supported with respect to the lower traveling body, a front working device provided on the upper revolving body, A hydraulic actuator that drives the front work device, a pump that supplies pressure oil to the hydraulic actuator, a pressure sensor that measures the pressure of the pump, and a display device that displays various information to an operator.
  • the construction machine comprises a control device for displaying an operation instruction for operating the front work device on the display device and diagnosing the pump; causing the display device to display a screen for instructing the operator to perform an operation for diagnosing the construction machine while showing the operator the difference between the posture and the posture for diagnosis; setting the sampling conditions at the time of measuring the pressure in the set sampling conditions, calculating the amplitude of the pressure pulsation of the pump based on the measured values of the pressure sampled during the diagnostic operation according to the set sampling conditions, and calculating The presence or absence of an abnormality in the pump is determined based on the amplitude of the pressure pulsation thus obtained, and the determination result of the presence or absence of the abnormality is displayed on the display device.
  • FIG. 2 is a view for explaining the configuration of a hydraulic excavator including the hydraulic pump shown in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a diagram for explaining changes in pressure over time when the hydraulic pump shown in FIG. 1 is abnormal;
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the functional configuration of a hydraulic excavator including the hydraulic pump diagnostic device shown in FIG. 1 ;
  • FIG. 5 is a diagram showing a display example of an action instruction output by the action instruction unit shown in FIG. 4; 5 is a diagram for explaining a sampling rate set by a measurement condition setting unit shown in FIG. 4;
  • FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the probability density of the measured values shown in FIG. 6;
  • FIG. 5 is a diagram showing a display example of a judgment result of the abnormality judging unit shown in FIG. 4; 5 is a flowchart of diagnostic processing performed by the diagnostic device shown in FIG. 4; FIG. 10 is a diagram showing a display example of the degree of abnormality of the hydraulic pump specified by the diagnostic processing shown in FIG. 9;
  • the diagnostic device 40 for a hydraulic pump 1 that discharges hydraulic oil for transmitting power to components of a construction machine will be described as an example of a diagnostic device for a pump.
  • a hydraulic excavator 200 as shown in FIG. 5 will be described as an example of a construction machine, and a case where the diagnostic device 40 is mounted on the hydraulic excavator 200 will be described.
  • the diagnostic device according to the present invention can also be applied to hydraulic pumps mounted on construction machines other than the hydraulic excavator 200, such as wheel loaders, dump trucks, road machines, and the like.
  • the diagnostic device according to the present invention can be provided outside the construction machine.
  • the diagnostic device has a configuration capable of communicating with the construction machine or the hydraulic pump.
  • the diagnostic device is configured to receive information necessary for diagnosis from the construction machine or the hydraulic pump, execute diagnostic processing, and transmit instructions necessary for diagnosis and diagnosis results to the construction machine. Just do it.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the hydraulic pump 1.
  • FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the hydraulic pump 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the hydraulic pump 1.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the hydraulic pump 1.
  • the hydraulic pump 1 shown in FIG. 1 is a variable displacement swash plate type axial piston pump.
  • the hydraulic pump 1 may be a bent shaft type piston pump, vane pump or gear pump.
  • a hydraulic pump 1 is used in a construction machine such as a hydraulic excavator 200 and is rotationally driven by a prime mover 30 such as an engine or a motor.
  • Hydraulic pump 1 includes casing 2 , shaft 3 , cylinder block 4 , piston 5 , swash plate 6 and valve plate 7 .
  • the casing 2 includes a bottomed cylindrical casing main body 8 and a lid 9 that closes the opening of the casing main body 8 .
  • the lid body 9 forms a drain oil chamber 10 with the casing body 8 .
  • a drain port 11 is provided in the casing main body 8 .
  • the drain port 11 is connected via a drain pipe 12 to an oil tank 13 that stores hydraulic oil.
  • Shaft 3 is rotatably supported by casing 2 and rotates as motor 30 rotates.
  • the cylinder block 4 is fixed to the outer circumference of the shaft 3 via splines provided on the outer circumference of the shaft 3 .
  • the cylinder block 4 rotates inside the casing body 8 as the shaft 3 rotates.
  • the cylinder block 4 is disposed so that one end face faces the swash plate 6 and the other end face slides on the valve plate 7 .
  • a plurality of cylinder holes 14 are provided in the cylinder block 4 .
  • Each cylinder hole 14 is provided so as to be arranged at regular intervals in the circumferential direction of the cylinder block 4 with the shaft 3 as the center.
  • Each cylinder hole 14 is provided so as to extend parallel to the axial direction of the cylinder block 4 .
  • Each cylinder hole 14 opens toward the valve plate 7 and communicates with the discharge port 15 and the suction port 16 .
  • the piston 5 is slidably arranged inside each cylinder hole 14 .
  • a shoe 18 is provided on the swash plate 6 side of the piston 5 so as to be able to swing relative to the piston 5 .
  • Each piston 5 axially reciprocates within the cylinder hole 14 as the cylinder block 4 rotates.
  • each piston 5 sucks hydraulic oil into the cylinder bore 14 from the suction port 16 , compresses the sucked hydraulic oil, and discharges the pressure oil from the discharge port 15 .
  • the shoe 18 is in slidable contact with the smooth surface of the swash plate 6 .
  • the shoe 18 slides in a circular orbit on the smooth surface of the swash plate 6 .
  • the swash plate 6 is tiltably supported by a swash plate support member 19 provided on the lid 9 of the casing 2 .
  • the surface of the swash plate 6 opposite to the cover 9 is a smooth surface on which the shoe 18 slides. As the cylinder block 4 rotates, the shoes 18 slide on the smooth surface of the swash plate 6 , allowing the pistons 5 to reciprocate within the cylinder bores 14 .
  • the surface of the swash plate 6 facing the lid 9 is provided with a pair of legs (only one is shown) each having a convex curved surface.
  • a pair of legs provided on the swash plate 6 are adapted to a pair of concave curved surfaces (only one is shown) provided on the surface of the swash plate support member 19 opposite to the cover 9 .
  • a minute gap (not shown) is formed between the cylinder hole 14 and the piston 5 in order to improve the sliding characteristics of the piston 5 .
  • This gap communicates with the drain oil chamber 10 of the casing 2 .
  • a part of the pressure oil in the cylinder bore 14 leaks into the drain oil chamber 10 of the casing 2 through this gap.
  • a minute gap (not shown) is formed between the shoe 18 and the swash plate 6 in order to improve the sliding characteristics of the shoe 18 .
  • This gap communicates with the inside of the cylinder bore 14 through a passage provided inside the shoe 18 and the piston 5 .
  • a part of the pressure oil in the cylinder bore 14 leaks into the drain oil chamber 10 of the casing 2 through this gap.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a hydraulic excavator 200 including the hydraulic pump 1 shown in FIG.
  • a drain port 11 of the hydraulic pump 1 is connected to an oil tank 13 via a drain pipe 12 .
  • a suction port 16 of the hydraulic pump 1 is connected to the oil tank 13 via a suction pipe 20 .
  • the hydraulic pump 1 sucks hydraulic oil supplied from the oil tank 13 through the suction pipe 20 .
  • a discharge port 15 of the hydraulic pump 1 is connected to a control valve 22 via a discharge pipe 21 .
  • the hydraulic pump 1 pressure-feeds pressure oil to the control valve 22 via the discharge pipe 21 .
  • the control valve 22 distributes pressure oil to each hydraulic actuator 29 of the excavator 200 .
  • the hydraulic excavator 200 includes a self-propellable lower traveling body 201, an upper revolving body 202 rotatably supported with respect to the lower traveling body 201, and a front working device 203 provided on the upper revolving body 202 ( See Figure 5).
  • the front working device 203 has a boom 204 driven by a boom cylinder, an arm 205 driven by an arm cylinder, and a bucket 206 driven by a bucket cylinder.
  • the hydraulic actuator 29 of the hydraulic excavator 200 is, for example, a boom cylinder, an arm cylinder, a bucket cylinder, a swing motor, a travel motor, or the like. Return oil from the hydraulic actuator 29 is returned to the oil tank 13 via the control valve 22 and return pipe 23 .
  • the discharge pipe 21, the drain pipe 12 and the suction pipe 20 are provided with pressure sensors 24a to 24c for measuring various pressures of the hydraulic pump 1, respectively.
  • the pressure sensor 24 a measures the discharge pressure of the hydraulic pump 1 .
  • a pressure sensor 24 b measures the drain pressure of the hydraulic pump 1 .
  • a pressure sensor 24 c measures the suction pressure of the hydraulic pump 1 .
  • Output signals from the pressure sensors 24a to 24c are input to a control device 25 that controls various operations of the hydraulic excavator 200 (for example, controls the operations of the hydraulic pump 1, the control valve 22 and the prime mover 30).
  • the pressure sensors 24a to 24c are also collectively referred to as the "pressure sensor 24".
  • the control device 25 calculates the measured value of the pressure of the hydraulic pump 1 from the output signal of the pressure sensor 24.
  • the control device 25 also includes a computing unit that computes the amplitude of the pressure waveform of the hydraulic pump 1 from the time-series data of the measured values, and a storage unit that stores a threshold value for determining whether the hydraulic pump 1 is abnormal. have.
  • the control device 25 diagnoses the hydraulic pump 1 by comparing the amplitude of the pressure waveform and the threshold, and outputs the diagnosis result to the notification device 26 . Further, the control device 25 outputs to the notification device 26 an operation instruction for causing the hydraulic excavator 200 to perform a specific operation as a diagnostic condition for diagnosing the hydraulic pump 1 .
  • the notification device 26 notifies the operator of the hydraulic excavator 200, that is, the rider of the hydraulic excavator 200, of the diagnosis result or operation instruction.
  • the notification device 26 may notify users other than the operator, such as the manager of the hydraulic excavator 200 .
  • the operator operates the operation lever 27 and the engine control dial 28 (hereinafter also referred to as the "engine control dial 28") in accordance with the operation instruction notified by the notification device 26, and operates the hydraulic excavator so that the hydraulic pump 1 can be diagnosed. 200 to operate.
  • the control dial 28 is an operating device for operating the number of revolutions of the engine, which is the prime mover 30 .
  • the operation lever 27 is an operation device for operating each device constituting the hydraulic excavator 200 such as the lower travel body 201 , the upper revolving body 202 and the front working device 203 .
  • the control device 25 also controls the operation of the hydraulic excavator 200 in response to the operation of the operating lever 27 and the control dial 28 by the operator. Specifically, operation signals output from the operation lever 27 and the control dial 28 are input to the control device 25 .
  • the control device 25 controls the operations of the control valve 22, the prime mover 30 and the hydraulic pump 1 according to the input operation signal.
  • the control device 25 controls the posture (diagnostic posture) of the hydraulic excavator 200 expected when the operation (the operation corresponding to the diagnostic motion) is performed in accordance with the operation instruction, and the hydraulic pump 1 .
  • the pressure (diagnostic pressure) is monitored, and if the diagnostic conditions are met, the hydraulic pump 1 is diagnosed.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining the change in pressure over time when the hydraulic pump 1 shown in Fig. 1 malfunctions.
  • the horizontal axis in FIG. 3 indicates time, and the vertical axis in FIG. FIG. 3 shows changes over time in the pressure of the hydraulic pump 1 when some of the pistons 5 are damaged.
  • pressure pulsation (broken line in FIG. 3 ) having a period matching an integral multiple of the rotation period of the hydraulic pump 1 may occur in the pipes connected to the respective ports of the hydraulic pump 1 . is assumed. It is possible to diagnose the hydraulic pump 1 by comparing the amplitude of the assumed pressure pulsation with a threshold value.
  • the range of pressure pulsation amplitude that is, the pressure pulsation amplitude range (that is, the hydraulic pressure change width in the time change of the pressure caused by the abnormality of the pump 1). Therefore, in order to diagnose the hydraulic pump 1 accurately, it is important to distinguish whether the time change in the pressure of the hydraulic pump 1 is caused by an abnormality of the hydraulic pump 1 or not.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the functional configuration of the hydraulic excavator 200 including the diagnostic device 40 for the hydraulic pump 1 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a display example of the action instruction output by the action instruction section 42 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the sampling rate set by the measurement condition setting section 44 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the probability density distribution of the measured values shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a display example of the judgment result of the abnormality judging section 47 shown in FIG.
  • the diagnostic device 40 of the hydraulic pump 1 includes a processor and a storage device, and various functions of the diagnostic device 40 are realized by the processor executing a program stored in the storage device.
  • the diagnostic device 40 of the hydraulic pump 1 is mounted inside the control device 25 of the hydraulic excavator 200 .
  • the temperature sensor 31 is a sensor that measures the temperature of hydraulic oil.
  • the attitude sensor 32 is a sensor that measures the attitude of the excavator 200 .
  • the posture sensor 32 includes a boom angle sensor that measures the rotation angle of the boom 204, an arm angle sensor that measures the rotation angle of the arm 205, a bucket angle sensor that measures the rotation angle of the bucket 206, and an upper rotating body. and a turn angle sensor that measures the turn angle of 202 .
  • the rotation speed sensor 33 is a sensor that measures the rotation speed of the prime mover 30 .
  • the operation amount sensor 34 is a sensor that measures each operation amount of the operation lever 27 and the control dial 28 .
  • a display device 35 is connected to the output side of the diagnostic device 40 .
  • the display device 35 is a part of the notification device 26 and is a display provided in the cab of the hydraulic excavator 200 in this embodiment.
  • the display device 35 is, for example, a management system for overall management of construction machines other than the hydraulic excavator 200 located away from the hydraulic excavator 200. It may include a display provided in an information terminal of a user other than the operator of the excavator 200, such as an operator.
  • the diagnostic device 40 has a diagnostic condition setting unit 41, a measurement execution unit 45, a calculation unit 46, an abnormality determination unit 47, and an output unit 48.
  • the diagnostic condition setting unit 41 sets diagnostic conditions for the hydraulic pump 1 .
  • the diagnostic conditions include conditions related to the state or operation of the hydraulic excavator 200 and conditions related to pressure measurement of the hydraulic pump 1 .
  • the diagnostic condition setting section 41 has an operation instructing section 42 , a monitoring section 43 and a measurement condition setting section 44 .
  • the operation instruction unit 42 outputs an operation instruction to the output unit 48 to cause the hydraulic excavator 200 to perform a specific operation so that the hydraulic pump 1 can be diagnosed.
  • the output unit 48 causes the display device 35 to display the operation instruction output by the operation instruction unit 42 .
  • the operation instruction is such that the number of revolutions of the hydraulic pump 1, the temperature of the hydraulic oil, and the state of the hydraulic excavator 200, such as the attitude and load, are suitable for diagnosis of the hydraulic pump 1. This is information for instructing the operator to cause the hydraulic excavator 200 to perform a specific operation.
  • the operation instructing unit 42 performs a predetermined diagnostic operation after the front working device 203 (for example, the boom 204, the boom 204, and the arm 205) of the hydraulic excavator 200 assumes a predetermined diagnostic posture. While showing the operator the difference between the actual posture of the hydraulic excavator 200 and the posture for diagnosis, the display device 35 displays a screen for instructing the operator to operate the hydraulic excavator 200 to perform the operation for diagnosis. Outputs operation instructions.
  • the action instruction output by the action instruction unit 42 may include a first action instruction 53 and a second action instruction 54, as shown in FIG.
  • the first operation instruction 53 is an operation instruction for shifting the hydraulic excavator 200 to a predetermined state.
  • the second operation instruction 54 is an operation instruction for causing the hydraulic excavator 200, which has been shifted to a predetermined state by the first operation instruction 53, to perform a predetermined operation.
  • FIG. 5 shows an example in which a screen 51 including a first action instruction 53 and a second action instruction 54 is displayed on the display device 35.
  • the first operation instruction 53 sets the bucket 206 of the hydraulic excavator 200 to an empty state, and adjusts the measured value (Value) of each item 55 so that it falls within the target range (Target). instructing the operator.
  • 5 is an example of information corresponding to the actual posture of the excavator 200
  • the target range (Target) shown in FIG. 5 is an example of information corresponding to the diagnostic posture. .
  • the operation instruction unit 42 causes the display device 35 to display a screen 51 that displays both the actual measurement value (Value) and the target range (Target), so that the difference between the actual posture of the hydraulic excavator 200 and the posture for diagnosis is displayed. is shown to the operator.
  • the second operation instruction 54 is, after the operation corresponding to the first operation instruction 53, operating the control dial 28 to minimize the number of revolutions of the prime mover 30, and raising the boom raising operation lever of the operation lever 27.
  • the operator is instructed to perform a full stroke operation for 30 seconds of relief.
  • the difference between the actual posture of the excavator 200 and the diagnostic posture for example, two side views of the hydraulic excavator 200 corresponding to the actual posture and the diagnostic posture, or A part of it may be displayed in the image display area 52 of the screen 51 or the difference between the actual measurement value (Value) and the target range (Target) may be displayed on the screen 51 .
  • the diagnostic device 40 measures the pressure of the hydraulic pump 1 during this steady state and diagnoses the hydraulic pump 1 .
  • the diagnostic device 40 measures the pressure of the hydraulic pump 1 while the boom raising operation lever of the operation lever 27 is being fully stroked and relieved for 30 seconds in response to the second operation instruction 54 .
  • the diagnostic device 40 can stably measure the pressure of the hydraulic pump 1 under the same conditions regarding the state or operation of the hydraulic excavator 200 at all times. Therefore, the diagnostic device 40 can clearly distinguish whether or not the change in pressure over time is caused by an abnormality in the hydraulic pump 1 . Therefore, the diagnostic device 40 can diagnose the hydraulic pump 1 accurately and stably.
  • the monitoring unit 43 acquires measurement values of the temperature sensor 31 , the attitude sensor 32 , the number of revolutions sensor 33 , the operation amount sensor 34 and the pressure sensor 24 , and the operator operates the excavator 200 according to the operation instruction from the operation instruction unit 42 . to monitor the operation of The monitoring unit 43 outputs these sensor measurement values and monitoring results to the output unit 48 .
  • the output unit 48 causes the display device 35 to display the monitoring results and the like output by the monitoring unit 43 .
  • the diagnostic device 40 can inform the operator whether or not the operator is operating the excavator 200 according to the operation instruction of the operation instruction unit 42 .
  • the operator can adjust the operation amount of the operating lever 27 or the control dial 28 early. Therefore, the diagnostic device 40 can measure the hydraulic oil pressure under the same conditions regarding the state or operation of the hydraulic excavator 200, so that the diagnosis of the hydraulic pump 1 can be performed more accurately and stably. can.
  • the diagnostic device 40 includes, as described above, the monitoring parameter of the monitoring unit 43 corresponding to the posture for diagnosis, the change mode of the monitoring parameter of the monitoring unit 43 corresponding to the operation for diagnosis, is stored as a monitoring criterion.
  • the diagnostic device 40 determines whether or not the posture for diagnosis instructed by the motion instructing unit 42 is achieved, based on the state of deviation between the parameter serving as the monitoring reference and the actual monitoring result, and determines whether or not the diagnostic motion is performed. determine whether it has been done or not. Then, when the diagnostic posture is not obtained or when the diagnostic motion is not performed, the diagnostic device 40 cannot diagnose under appropriate conditions (recommended posture and recommended motion).
  • the display device 35 is caused to display information (for example, character information "Diagnosis failed") indicating that. Further, in these cases, the diagnostic device 40 instructs the motion instructing unit 42 to perform the diagnostic motion again after the posture for diagnosis is assumed. Even if the diagnosis is performed under appropriate conditions, the diagnostic device 40 displays information indicating that the diagnosis has been performed (for example, character information "Diagnosis was successful") on the display device 35. can be displayed.
  • information for example, character information "Diagnosis failed
  • the measurement condition setting unit 44 sets conditions for measuring the pressure of the hydraulic pump 1 in the measurement execution unit 45 . Specifically, the measurement condition setting unit 44 sets, in the measurement execution unit 45, a sampling condition for pressure measurement during a specific operation of the hydraulic excavator 200 (that is, during diagnostic operation). Specifically, the measurement condition setting unit 44 sets the sampling rate when measuring the pressure of the hydraulic pump 1 . Details of the sampling rate set by the measurement condition setting unit 44 will be described later with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
  • the measurement executing section 45 measures the pressure of the hydraulic pump 1 during a specific operation of the hydraulic excavator 200 according to the conditions set by the measurement condition setting section 44 . Specifically, the measurement executing section 45 samples the pressure of the hydraulic pump 1 at the sampling rate set by the measurement condition setting section 44 . The measurement execution unit 45 samples the pressure of the hydraulic pump 1 by using at least one pressure sensor 24 out of the pressure sensors 24a to 24c over a predetermined sampling time. Through this sampling, the measurement execution unit 45 discretely acquires the measured values of the pressure. The measured value of the pressure acquired by the measurement execution unit 45 is time-series data of the pressure discretely acquired. The measurement execution unit 45 outputs the acquired measurement values to the calculation unit 46 .
  • the calculation unit 46 calculates the amplitude of the pressure pulsation assumed as the time change of the pressure based on the acquired measured value of the pressure. That is, the calculation unit 46 acquires the pressure measurement values of the hydraulic pump 1 sampled during a specific operation of the hydraulic excavator 200 according to the sampling conditions (specifically, the sampling rate) set by the measurement condition setting unit 44. , the amplitude of the pressure pulsation of the hydraulic pump 1 is calculated based on the obtained measured value of the pressure. Specifically, the calculation unit 46 performs statistical processing on the measured pressure values discretely acquired at the sampling rate set by the measurement condition setting unit 44, thereby determining the range of the measured pressure values.
  • the computing unit 46 may compute the variance of the discretely acquired pressure measurement values, and compute the amplitude of the pressure pulsation from the computed variance.
  • the calculation unit 46 outputs the calculated pressure pulsation amplitude to the abnormality determination unit 47 .
  • the abnormality determination unit 47 determines whether or not the hydraulic pump 1 is abnormal based on the pressure pulsation amplitude calculated by the calculation unit 46 . Specifically, the abnormality determination unit 47 stores in advance a threshold value for determining whether or not the hydraulic pump 1 is abnormal. The abnormality determination unit 47 determines that the hydraulic pump 1 has an abnormality when the amplitude of the pressure pulsation calculated by the calculation unit 46 is equal to or greater than a pre-stored threshold value. The abnormality determination unit 47 determines that the hydraulic pump 1 is normal when the amplitude of the pressure pulsation calculated by the calculation unit 46 is less than a pre-stored threshold value. The abnormality determination unit 47 outputs the abnormality determination result of the hydraulic pump 1 to the output unit 48 .
  • the abnormality determination unit 47 may store in advance a plurality of threshold values having different sizes.
  • a plurality of thresholds with different magnitudes are thresholds for specifying the degree of abnormality of the hydraulic pump 1 .
  • the abnormality determination unit 47 identifies the degree of abnormality of the hydraulic pump 1 by comparing the amplitude of the pressure pulsation calculated by the calculation unit 46 with a plurality of threshold values having different magnitudes.
  • the abnormality determination unit 47 outputs the specified abnormality degree of the hydraulic pump 1 to the output unit 48 .
  • the output unit 48 outputs the degree of abnormality of the hydraulic pump 1 specified by the abnormality determination unit 47 to the display device 35 for display.
  • the diagnosis device 40 can quantitatively express how serious the abnormality of the hydraulic pump 1 is, and can notify the user of a sign that a serious abnormality will occur in the hydraulic pump 1 .
  • the user can plan when to repair or replace the hydraulic pump 1 before the hydraulic pump 1 fails. Therefore, the diagnostic device 40 can significantly reduce the downtime of the hydraulic excavator 200 and improve the productivity of the hydraulic excavator 200 .
  • FIG. 6 As described above, if the piston 5, the cylinder hole 14, or the shoe 18 is damaged in some way, it is assumed that the drain pressure, discharge pressure, or suction pressure of the hydraulic pump 1 will experience pressure pulsation. In order to obtain an accurate pressure waveform of this pressure pulsation, generally, the pressure of the hydraulic pump 1 is sampled with a high time resolution of 10 times or more the frequency of the pressure pulsation (hereinafter also referred to as "pulsation frequency"). is required. Further, as a method of diagnosing the hydraulic pump 1 from the pressure waveform, there is a method of frequency analysis of the pressure waveform sampled with high time resolution.
  • the cost of the pressure measuring device and the arithmetic processing unit becomes very high. Furthermore, the number of revolutions of the hydraulic pump 1 is directly affected by the change in the number of revolutions of the prime mover 30, but since the number of revolutions of the prime mover 30 changes moment by moment during operation of the excavator 200, the frequency component of the pressure is stabilized. It may not be possible to obtain Therefore, even if the hydraulic pump 1 is diagnosed using the frequency analysis method, it is difficult to perform an accurate diagnosis.
  • the pressure is sampled at a sampling rate smaller than the frequency (pulsation frequency) of the pressure of the hydraulic pump 1 .
  • the diagnostic device 40 performs statistical processing on the measured values of the pressure discretely acquired at the set sampling rate, thereby calculating the amplitude of the pressure pulsation assumed as the time change of the pressure.
  • the diagnostic device 40 determines whether the hydraulic pump 1 is abnormal based on the calculated amplitude of the pressure pulsation.
  • the diagnostic device 40 diagnoses the hydraulic pump 1 in this manner.
  • the diagnostic device 40 samples the pressure while avoiding a sampling rate near 0.5n times (where n is an integer) the frequency (pulsation frequency) of the pressure of the hydraulic pump 1 .
  • n is an integer
  • the diagnostic device 40 acquires the pressure measurement value 64 at a sampling rate of 0.5 times the frequency of the pressure waveform 63 (that is, the pressure pulsation waveform).
  • the range of the acquired measured values 64 is the amplitude range of the waveform 63 (the range from the positive amplitude peak value to the negative amplitude peak value). is different from As is clear from a comparison between "64" and "63" in FIG. 7, the probability density distribution of the measured value 64 is clearly different from the probability density distribution of the waveform 63.
  • FIG. Such an event is the same when the pressure is measured with a sampling rate near 0.5n times the frequency of the waveform 63 of the pressure.
  • the diagnostic device 40 samples the pressure at a sampling rate in the vicinity of 0.5n times the frequency (pulsation frequency) of the pressure of the hydraulic pump 1, the pressure pulsation amplitude is assumed to change over time. It is difficult to calculate so as to cover
  • the diagnostic device 40 acquires the measured value 65 of the pressure.
  • the range of the acquired measured values 65 (the range from the maximum value to the minimum value of the measured values 65) is the amplitude range of the waveform 63 (the range from the positive amplitude peak value to the negative amplitude peak value). is consistent with As is clear from a comparison between "reference numeral 65" and "reference numeral 63" in FIG.
  • a sampling rate that avoids a sampling rate near 0.5n times the pressure frequency (pulsation frequency) of the hydraulic pump 1 is a sampling rate that can calculate the entire range of pressure pulsation amplitude.
  • the frequency of the pressure of the hydraulic pump 1 can be obtained from the number of revolutions of the hydraulic pump 1, that is, the number of revolutions of the prime mover 30 and the number of pistons 5 of the hydraulic pump 1, as shown in Patent Document 1.
  • a sampling rate around 0.5n times the frequency of the pressure of the hydraulic pump 1 can be obtained from the reciprocal of the sampling time.
  • the measurement condition setting unit 44 sets the sampling rate when measuring the pressure of the hydraulic pump 1 to be smaller than the frequency of the pressure (pulsation frequency), and is capable of calculating the entire range of pressure pulsation amplitude.
  • the measurement executing section 45 samples the pressure of the hydraulic pump 1 at the sampling rate set by the measurement condition setting section 44 .
  • the calculation unit 46 calculates the range of pressure pulsation amplitude by calculating the range of the pressure measurement values discretely acquired at the sampling rate set by the measurement condition setting unit 44 .
  • the abnormality determination unit 47 determines whether or not the hydraulic pump 1 is abnormal based on the amplitude of pressure pulsation calculated by the calculation unit 46 .
  • the diagnostic device 40 can detect the presence or absence of an abnormality in the hydraulic pump 1 with sufficient precision and accuracy.
  • the amplitude of the pressure pulsation with accuracy can be obtained. Therefore, the diagnostic device 40 can easily diagnose the hydraulic pump 1 accurately and stably.
  • the output unit 48 outputs the operation instruction output by the operation instruction unit 42, the monitoring result output by the monitoring unit 43, and the like to the display device 35 for display. Further, the output unit 48 outputs the determination result of the abnormality determination unit 47 to the display device 35 for display. The output unit 48 causes the display device 35 to display the determination result of the abnormality determination unit 47 using numerical values, characters, drawings, colors, and the like.
  • the hydraulic excavator 200 is equipped with a plurality of hydraulic pumps 1 .
  • the calculation unit 46 acquires the pressure measurement value for each of the plurality of hydraulic pumps 1 and calculates the amplitude of pressure pulsation for each of the plurality of hydraulic pumps 1 .
  • the abnormality determination unit 47 determines whether or not each of the plurality of hydraulic pumps 1 has an abnormality.
  • the output unit 48 displays the judgment results of the abnormality judgment unit 47 for each of the plurality of hydraulic pumps 1 together on one screen of the display device 35 .
  • FIG. 8 shows an example in which a screen 81 including an area 82 for displaying the determination result of the abnormality determination unit 47 is displayed on the display device 35.
  • FIG. 8 shows an example in which a screen 81 including an area 82 for displaying the determination result of the abnormality determination unit 47 is displayed on the display device 35.
  • the abnormality determination results 87 for each of the four hydraulic pumps 83 to 86 are also displayed on the screen 81.
  • the display device 35 schematically displays the mounting layout of the hydraulic pumps 83 to 86 in the hydraulic excavator 200, and then the hydraulic pumps 83 to 86 by the abnormality determination unit 47. 86 diagnostic results are displayed superimposed on this.
  • the diagnosis device 40 can display the diagnosis results of the plurality of hydraulic pumps 1 mounted on the same hydraulic excavator 200 on the display device 35 so that the user can easily compare them intuitively.
  • FIG. 9 is a flowchart of diagnostic processing performed by the diagnostic device 40 shown in FIG.
  • the threshold Pa(0) and the threshold Pa(i) may be predetermined values, or may be values calculated when the pressure of the hydraulic pump 1 is measured.
  • the threshold Pa(0) and the threshold Pa(i) may be values calculated from time average values of pressures measured in other hydraulic pumps 1 of the same type mounted on the same hydraulic excavator 200. , may be a value calculated from the amplitude of the pressure pulsation calculated in the other hydraulic pump 1 .
  • the threshold Pa(0) and the threshold Pa(i) may be values empirically obtained from the operating conditions of the hydraulic pump 1 including the number of revolutions of the hydraulic pump 1 .
  • the diagnostic device 40 measures the pressure of the hydraulic pump 1 and acquires the measured value of the pressure.
  • step s2 the diagnostic device 40 calculates the pressure pulsation amplitude Pa based on the acquired measurement values.
  • step s3 the diagnostic device 40 determines whether or not the calculated amplitude Pa of pressure pulsation is equal to or greater than the threshold value Pa(0). If the pressure pulsation amplitude Pa is less than the threshold value Pa(0), the diagnostic device 40 proceeds to step s4. When the pressure pulsation amplitude Pa is equal to or greater than the threshold value Pa(0), the diagnostic device 40 proceeds to step s5.
  • step s4 the diagnostic device 40 determines that the hydraulic pump 1 is normal. After that, the diagnostic device 40 proceeds to step s10.
  • the diagnostic device 40 determines that the hydraulic pump 1 has an abnormality.
  • the diagnostic device 40 sets the argument i of the threshold Pa(i) to its lower limit value of 1.
  • the diagnostic device 40 determines whether the argument i of the threshold Pa(i) is greater than its upper limit value n. Diagnosis device 40 proceeds to step s10 if argument i is greater than its upper limit value n. Diagnosis device 40 proceeds to step s8 if argument i is less than or equal to its upper limit value n.
  • step s8 the diagnostic device 40 determines whether the calculated amplitude Pa of pressure pulsation is equal to or greater than the threshold value Pa(i).
  • the diagnostic device 40 identifies the degree of abnormality of the hydraulic pump 1 corresponding to the threshold Pa(i). After that, the diagnostic device 40 proceeds to step s10.
  • the degree of abnormality of hydraulic pump 1 corresponding to threshold Pa(i) is predetermined.
  • the diagnostic device 40 proceeds to step s9.
  • the diagnostic device 40 increments the argument i of the threshold Pa(i). After that, the diagnostic device 40 proceeds to step s7.
  • the diagnostic device 40 outputs the determination result of the presence or absence of abnormality of the hydraulic pump 1 and the identified degree of abnormality of the hydraulic pump 1 to the display device 35 for display. After that, the diagnostic device 40 ends the diagnostic processing shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a display example of the degree of abnormality of the hydraulic pump 1 identified by the diagnostic processing shown in FIG.
  • FIG. 10 shows an example of a display device 35 displaying a screen 101 including an area 102 displaying changes in the degree of abnormality of two hydraulic pumps 103 and 104 as the plurality of hydraulic pumps 1 .
  • the screen 101 also displays changes in the degree of abnormality of the hydraulic pumps 103 and 104 during a predetermined period from the past to the present.
  • the user can change the display contents of the area 102 by tapping the icon 105 on the screen 101, such as changing the period for displaying the transition of the degree of abnormality.
  • the example of FIG. 10 indicates that the degree of abnormality of the hydraulic pump 104 is generally stable.
  • FIG. 10 shows an example of a display device 35 displaying a screen 101 including an area 102 displaying changes in the degree of abnormality of two hydraulic pumps 103 and 104 as the plurality of hydraulic pumps 1 .
  • the screen 101 also displays changes in the degree of abnormality of the hydraulic pumps 103 and 104 during a predetermined period from the past to the present.
  • the user can change the display contents of the
  • the diagnostic device 40 can notify the user of a sign that a serious abnormality will occur, such as the hydraulic pump 103 shown in FIG.
  • the diagnostic device 40 is mounted on the hydraulic excavator 200 and is driven by the prime mover 30 of the hydraulic excavator 200 to diagnose the hydraulic pump 1 that supplies pressure oil to the hydraulic actuator 29 of the hydraulic excavator 200. It is a device.
  • the diagnostic device 40 includes an operation instructing unit 42 that outputs an operation instruction to the hydraulic actuator 29 to perform a specific operation, and a measurement condition setting that sets sampling conditions for measuring the pressure of the hydraulic pump 1 during the specific operation.
  • unit 44 a calculation unit 46 that acquires the pressure measurement values sampled during a specific operation according to the set sampling conditions and calculates the amplitude of the pressure pulsation of the hydraulic pump 1, and the calculated amplitude of the pressure pulsation. Based on this, it has an abnormality determination unit 47 that determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic pump 1 and an output unit 48 that outputs the determination result of the abnormality determination unit 47 to the display device 35 .
  • the diagnostic device 40 can stably measure the pressure of the hydraulic pump 1 under the same conditions regarding the state or operation of the hydraulic excavator 200 at all times. Therefore, the diagnostic device 40 can clearly distinguish whether the time change in the pressure of the hydraulic pump 1 is caused by the abnormality of the hydraulic pump 1 or not. Therefore, the diagnostic device 40 can diagnose the hydraulic pump 1 accurately and stably. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the diagnostic device 40 for the hydraulic pump 1 that enables accurate diagnosis.
  • the measurement condition setting unit 44 sets the sampling rate at the time of measuring the pressure of the hydraulic pump 1 to the frequency of the pressure (pulsation frequency ) was set smaller.
  • the measurement condition setting unit 44 sets the number of revolutions of the prime mover 30 that drives the hydraulic pump 1 instead of the sampling rate at the time of measuring the pressure of the hydraulic pump 1 so that the entire range of amplitude of pressure pulsation can be calculated. May be set. Specifically, the measurement condition setting unit 44 may set the rotation speed of the prime mover 30 such that the set sampling rate is lower than the pressure frequency (pulsation frequency) of the hydraulic pump 1 . Then, the operation instruction unit 42 may output an operation instruction to rotate the prime mover 30 at the set number of rotations.
  • the diagnostic device 40 can acquire the pressure pulsation amplitude with sufficient precision and accuracy to determine whether there is an abnormality in the hydraulic pump 1. can be done. Therefore, the diagnosis device 40 can easily diagnose the hydraulic pump 1 more accurately and stably than when using the frequency analysis method.
  • the diagnostic device 40 can be applied to the hydraulic excavator 200 .
  • the hydraulic excavator 200 includes a self-propelled lower traveling body 201, an upper revolving body 202 supported so as to be capable of turning with respect to the lower traveling body 201, a front working device 203 provided on the upper revolving body 202, A hydraulic actuator 29 for driving the front working device 203, a hydraulic pump 1 for supplying pressure oil to the hydraulic actuator 29, a pressure sensor 24 for measuring the pressure of the hydraulic pump 1, and a display for displaying various information to the operator.
  • a construction machine including a device 35;
  • the hydraulic excavator 200 includes a control device 25 that causes the display device 35 to display operation instructions for operating the front working device 203 and that diagnoses the hydraulic pump 1 .
  • the control device 25 displays a screen 51 for instructing the operator to operate the hydraulic excavator 200 to perform a diagnostic operation while showing the operator the difference between the actual posture of the excavator 200 and the diagnostic posture. to display.
  • the controller 25 sets the sampling conditions for measuring the pressure during the diagnostic operation.
  • the control device 25 calculates the amplitude of the pressure pulsation of the hydraulic pump 1 based on the pressure measurement values sampled during the diagnostic operation according to the set sampling conditions.
  • the control device 25 determines whether or not the hydraulic pump 1 is abnormal based on the calculated amplitude of the pressure pulsation.
  • the control device 25 causes the display device 35 to display the determination result of the presence or absence of abnormality.
  • the hydraulic excavator 200 can stably measure the pressure of the hydraulic pump 1 under the same conditions regarding the state or operation of the hydraulic excavator 200 . Therefore, the hydraulic excavator 200 can clearly distinguish whether or not the time change in the pressure of the hydraulic pump 1 is caused by the abnormality of the hydraulic pump 1 . Therefore, the hydraulic excavator 200 can accurately and stably diagnose the hydraulic pump 1 . Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the hydraulic excavator 200 capable of accurately diagnosing the hydraulic pump 1 .
  • SYMBOLS 1 Hydraulic pump (pump), 24... Pressure sensor, 25... Control device, 29... Hydraulic actuator, 30... Prime mover, 35... Display device, 40... Diagnosis device, 42... Operation instruction part, 44... Measurement condition setting part, 46... Calculation unit 47... Abnormality determination unit 48... Output unit 200... Hydraulic excavator (construction machine) 201... Lower running body 202... Upper rotating body 203... Front working device 204... Boom 205... Arm , 206 buckets

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Abstract

精確な診断を行うことが可能なポンプの診断装置及び建設機械を提供することを目的とする。油圧ポンプ1の診断装置40は、油圧ショベル200の油圧アクチュエータ29に対して特定の動作を行わせる動作指示を出力する動作指示部42と、特定の動作中における油圧ポンプ1の圧力の測定時のサンプリング条件を設定する測定条件設定部44と、設定されたサンプリング条件によって特定の動作中にサンプリングされた圧力の測定値を取得し、油圧ポンプ1の圧力脈動の振幅を演算する演算部46と、演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する異常判定部47と、異常判定部47の判定結果を出力する出力部48と、を有する。

Description

ポンプの診断装置及び建設機械
 本発明は、ポンプの診断装置、及び、当該診断装置を含む建設機械に関する。
 油圧ショベル等の建設機械に搭載された油圧ポンプにおいて、吐出圧力やドレン圧力といった油圧ポンプの圧力を分析することによって、油圧ポンプを分解することなく、油圧ポンプの診断を行う装置がある(例えば、特許文献1)。
 特許文献1には、油圧ポンプの回転周波数に一致した圧力の周波数成分から、油圧ポンプの診断を行う技術が開示されている。特許文献1によれば、油圧ポンプのピストンシューに摩耗が生じた際、油圧ポンプの回転周波数に一致した圧力の周波数成分が増大するので、この圧力の周波数成分を分析することにより、油圧ポンプの診断を行うことができるとしている。
特開2013-170509号公報
 しかしながら、掘削や旋回等の動作を行う稼働中の建設機械では、油圧ポンプの負荷が刻一刻と変化することから、油圧ポンプの回転数も刻一刻と変化するので、油圧ポンプの圧力の周波数成分を安定して取得できない可能性がある。したがって、特許文献1に開示の技術では、精確な診断を行う点で改善の余地がある。
 上記事情に鑑みて、本発明は、精確な診断を行うことが可能なポンプの診断装置及び建設機械を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明に係るポンプの診断装置は、建設機械に搭載され、且つ、前記建設機械の原動機にて駆動されることによって前記建設機械の油圧アクチュエータに圧油を供給するポンプの診断装置であって、前記油圧アクチュエータに対して特定の動作を行わせる動作指示を出力する動作指示部と、前記特定の動作中における前記ポンプの圧力の測定時のサンプリング条件を設定する測定条件設定部と、設定された前記サンプリング条件によって前記特定の動作中にサンプリングされた前記圧力の測定値を取得し、前記ポンプの圧力脈動の振幅を演算する演算部と、演算された前記圧力脈動の振幅に基づいて、前記ポンプの異常の有無を判定する異常判定部と、前記異常判定部の判定結果を表示装置に出力する出力部と、を有することを特徴とする。
 また、本発明に係る建設機械は、自走可能な下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられたフロント作業装置と、前記フロント作業装置を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに圧油を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を測定する圧力センサと、オペレータに対して種々の情報表示を行う表示装置と、を含む建設機械であって、前記フロント作業装置の動作を行うための操作指示を前記表示装置に表示させ、且つ、前記ポンプの診断を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記建設機械の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異を前記オペレータに示しつつ、前記建設機械に診断用の動作を行わせる操作を前記オペレータに指示する画面を、前記表示装置に表示させ、前記診断用の動作中における前記圧力の測定時のサンプリング条件を設定し、設定された前記サンプリング条件によって前記診断用の動作中にサンプリングされた前記圧力の測定値に基づいて前記ポンプの圧力脈動の振幅を演算し、演算された前記圧力脈動の振幅に基づいて、前記ポンプの異常の有無を判定し、前記異常の有無の判定結果を前記表示装置に表示させることを特徴とする。
 本発明によれば、精確な診断を行うことが可能なポンプの診断装置及び建設機械を提供することができる。
油圧ポンプの構成を示す図。 図1に示す油圧ポンプを含む油圧ショベルの構成を説明する図。 図1に示す油圧ポンプの異常時における圧力の時間変化を説明する図。 図1に示す油圧ポンプの診断装置を含む油圧ショベルの機能的構成を説明するブロック図。 図4に示す動作指示部により出力された動作指示の表示例を示す図。 図4に示す測定条件設定部により設定されるサンプリングレートを説明する図。 図6に示す測定値の確率密度の分布を示す図。 図4に示す異常判定部の判定結果の表示例を示す図。 図4に示す診断装置によって行われる診断処理のフローチャート。 図9に示す診断処理によって特定された油圧ポンプの異常度の表示例を示す図。
 以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。
 本実施形態では、ポンプの診断装置として、建設機械の構成要素に動力を伝達する作動油を吐出する油圧ポンプ1の診断装置40を例に挙げて説明する。本実施形態では、建設機械として、図5に示すような油圧ショベル200を例に挙げて説明し、診断装置40が油圧ショベル200に搭載されている場合について説明する。しかしながら、本発明に係る診断装置は、油圧ショベル200以外の建設機械、例えば、ホイールローダ、ダンプトラック又は道路機械等に搭載された油圧ポンプに対しても適用可能である。
 また、本発明に係る診断装置は、建設機械の外部に設けられることもできる。この場合、例えば、診断装置は、当該建設機械又は当該油圧ポンプと通信可能な構成を有する。そして、診断装置は、当該建設機械又は当該油圧ポンプから診断に必要な情報を受信して診断処理を実行すると共に、診断に必要な指示及び診断結果を建設機械に送信するように構成されていればよい。
 図1は、油圧ポンプ1の構成を示す図である。図1は、油圧ポンプ1の軸方向に沿った模式的な断面図である。
 図1に示す油圧ポンプ1は、可変容量形の斜板式アキシャルピストンポンプである。油圧ポンプ1は、斜軸式のピストンポンプ、ベーンポンプ又は歯車ポンプであってもよい。油圧ポンプ1は、油圧ショベル200等の建設機械に使用され、エンジン又はモータ等の原動機30により回転駆動される。油圧ポンプ1は、ケーシング2と、シャフト3と、シリンダブロック4と、ピストン5と、斜板6と、弁板7と、を含む。
 ケーシング2は、有底筒状のケーシング本体8と、ケーシング本体8の開口部を閉塞する蓋体9とを含む。蓋体9は、ケーシング本体8との間にドレン油室10を形成する。ケーシング本体8には、ドレンポート11が設けられている。ドレンポート11は、ドレン配管12を介して、作動油を貯留する油タンク13に接続されている。シャフト3は、ケーシング2に回転可能に支持されており、原動機30の回転に伴って回転する。
 シリンダブロック4は、シャフト3の外周に設けられたスプラインを介して、シャフト3の外周に固定されている。シリンダブロック4は、ケーシング本体8の内部において、シャフト3の回転に伴って回転する。シリンダブロック4は、その一端面が斜板6に対向し、その他端面が弁板7に摺動するように配置されている。
 シリンダブロック4には、複数のシリンダ穴14が設けられている。各シリンダ穴14は、シャフト3を中心として、シリンダブロック4の周方向に等間隔に配置されるように設けられている。各シリンダ穴14は、シリンダブロック4の軸方向と平行に延びるように設けられている。各シリンダ穴14は、弁板7側に開口しており、吐出ポート15及び吸入ポート16と連通している。
 ピストン5は、各シリンダ穴14の内部において摺動可能にように配置されている。ピストン5の斜板6側には、シュー18がピストン5に対して揺動可能に設けられている。各ピストン5は、シリンダブロック4の回転に伴って、シリンダ穴14内を軸方向に沿って往復運動する。これにより、各ピストン5は、吸入ポート16からシリンダ穴14内に作動油を吸入し、吸入した作動油を圧縮し、圧油を吐出ポート15から吐出する。シュー18は、斜板6の平滑面に対して摺動可能に当接している。シュー18は、シリンダブロック4の回転に伴って、斜板6の平滑面に対して円軌道を描くように摺動する。
 斜板6は、ケーシング2の蓋体9に設けられた斜板支持部材19によって傾転可能に支持されている。斜板6の蓋体9とは反対側の面は、シュー18が摺動する平滑面になっている。シリンダブロック4の回転に伴ってシュー18が斜板6の平滑面を摺動することにより、ピストン5がシリンダ穴14内を往復運動することができる。斜板6の蓋体9側の面には、凸湾曲面からなる一対の脚部(一方のみ図示)が設けられている。斜板6に設けられた一対の脚部は、斜板支持部材19の蓋体9とは反対側の面に設けられた一対の凹湾曲面(一方のみ図示)に適合する。
 ここで、シリンダ穴14とピストン5との間には、ピストン5の摺動特性を高めるために、図示しない微小な間隙が形成されている。この間隙は、ケーシング2のドレン油室10に連通している。シリンダ穴14内の圧油の一部は、この間隙を介して、ケーシング2のドレン油室10へと漏出する。また、シュー18と斜板6との間には、シュー18の摺動特性を高めるために、図示しない微小な間隙が形成されている。この間隙は、シュー18及びピストン5の内部に設けられた通路を介してシリンダ穴14の内部に連通している。シリンダ穴14内の圧油の一部は、この間隙を介して、ケーシング2のドレン油室10へと漏出する。
 図2は、図1に示す油圧ポンプ1を含む油圧ショベル200の構成を説明する図である。
 油圧ポンプ1のドレンポート11は、ドレン配管12を介して油タンク13に接続されている。油圧ポンプ1の吸入ポート16は、吸入配管20を介して油タンク13に接続されている。油圧ポンプ1は、油タンク13から吸入配管20を介して供給された作動油を吸入する。油圧ポンプ1の吐出ポート15は、吐出配管21を介して制御弁22に接続されている。油圧ポンプ1は、圧油を吐出配管21を介して制御弁22に圧送する。制御弁22は、油圧ショベル200の各油圧アクチュエータ29に圧油を分配する。
 油圧ショベル200は、自走可能な下部走行体201と、下部走行体201に対して旋回可能に支持された上部旋回体202と、上部旋回体202に設けられたフロント作業装置203とを含む(図5を参照)。フロント作業装置203は、ブームシリンダにより駆動されるブーム204と、アームシリンダにより駆動されるアーム205と、バケットシリンダにより駆動されるバケット206とを有する。油圧ショベル200の油圧アクチュエータ29は、例えば、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、旋回モータ、又は、走行モータ等である。油圧アクチュエータ29からの戻り油は、制御弁22及びリターン配管23を介して、油タンク13に戻される。
 吐出配管21、ドレン配管12及び吸入配管20には、それぞれ、油圧ポンプ1の種々の圧力を測定する圧力センサ24a~24cが設けられている。圧力センサ24aは、油圧ポンプ1の吐出圧力を測定する。圧力センサ24bは、油圧ポンプ1のドレン圧力を測定する。圧力センサ24cは、油圧ポンプ1の吸入圧力を測定する。圧力センサ24a~24cの各出力信号は、油圧ショベル200の種々の動作を制御(例えば、油圧ポンプ1、制御弁22及び原動機30の動作を制御)する制御装置25に入力される。なお、本実施形態では、圧力センサ24a~24cを纏めて、「圧力センサ24」とも称する。
 制御装置25は、圧力センサ24の出力信号から油圧ポンプ1の圧力の測定値を演算する。また、制御装置25は、この測定値の時系列データから油圧ポンプ1の圧力波形の振幅を演算する演算部と、油圧ポンプ1の異常の有無を判定するための閾値を記憶する記憶部とを有する。制御装置25は、圧力波形の振幅と閾値とを比較することによって油圧ポンプ1の診断を行い、診断結果を報知装置26に出力する。また、制御装置25は、油圧ポンプ1の診断を行うための診断条件として油圧ショベル200に特定の動作を行わせる動作指示を報知装置26に出力する。
 報知装置26は、この診断結果又は動作指示を、油圧ショベル200のオペレータ、すなわち油圧ショベル200の搭乗者に報知する。報知装置26は、油圧ショベル200の管理者を初めとするオペレータ以外のユーザに報知してもよい。オペレータは、報知装置26により報知された動作指示に従って、操作レバー27及びエンジンコントロールダイヤル28(以下「エンコンダイヤル28」とも称する)を操作して、油圧ポンプ1が診断可能な状態になるよう油圧ショベル200を動作させる。なお、エンコンダイヤル28は、原動機30であるエンジンの回転数を操作するための操作装置である。操作レバー27は、下部走行体201、上部旋回体202及びフロント作業装置203のような油圧ショベル200を構成する各装置を操作するための操作装置である。
 また、制御装置25は、オペレータによる操作レバー27及びエンコンダイヤル28の操作を受けて、油圧ショベル200の動作を制御する。具体的には、操作レバー27及びエンコンダイヤル28から出力された操作信号は、制御装置25に入力される。制御装置25は、入力された操作信号に応じて、制御弁22、原動機30及び油圧ポンプ1の動作を制御する。この際、制御装置25は、動作指示に従った操作(診断用の動作に対応する操作)が行われている場合に期待される油圧ショベル200の姿勢(診断用の姿勢)や油圧ポンプ1の圧力(診断用の圧力)になっているかを監視し、診断条件を満たす場合に、油圧ポンプ1の診断を行う。
 図3は、図1に示す油圧ポンプ1の異常時における圧力の時間変化を説明する図である。図3の横軸は時間を示し、図3の縦軸は油圧ポンプ1の圧力を示す。図3は、複数のピストン5のうちの一部に損傷が生じている場合における油圧ポンプ1の圧力の時間変化を示している。
 上記のように、油圧ポンプ1が原動機30により駆動されると、シリンダブロック4が回転し、ピストン5がシリンダ穴14内で往復運動する。この際、シリンダ穴14内の圧油の一部は、シリンダ穴14とピストン5との間隙、及び、シュー18と斜板6との間隙を介して、ケーシング2のドレン油室10へと漏出する。ピストン5、シリンダ穴14又はシュー18に何らかの損傷が生じている場合、これらの間隙が大きくなる。これらの間隙が大きくなると、吐出ポート15、吸入ポート16又はドレンポート11と、ドレン油室10との間の作動油の移動量が増加する。この場合、吐出ポート15、吸入ポート16又はドレンポート11における圧力(吐出圧力、吸入圧力又はドレン圧力)が変化する。
 具体的には、損傷したピストン5、シリンダ穴14又はシュー18が、吐出ポート15を通過する際、ドレン油室10の圧力が上昇する。そして、図3に示すように、油圧ポンプ1の各ポートに接続された配管には、油圧ポンプ1の回転周期の整数倍に一致する周期を有する圧力脈動(図3の破線)が生じることが想定される。想定される圧力脈動の振幅を閾値と比較することにより、油圧ポンプ1の診断を行うことが可能となる。
 しかしながら、通常、例えば斜板6の傾転に起因する圧力の時間変化における変化幅や、油圧ショベル200の稼動に起因する圧力の時間変化における変化幅は、この圧力脈動の振幅の範囲(すなわち油圧ポンプ1の異常に起因する圧力の時間変化における変化幅)よりも大きい。よって、油圧ポンプ1の診断を精確に行うためには、油圧ポンプ1の圧力の時間変化が、油圧ポンプ1の異常に起因する変化であるか否かを区別することが重要である。
 図4は、図1に示す油圧ポンプ1の診断装置40を含む油圧ショベル200の機能的構成を説明するブロック図である。図5は、図4に示す動作指示部42により出力された動作指示の表示例を示す図である。図6は、図4に示す測定条件設定部44により設定されるサンプリングレートを説明する図である。図7は、図6に示す測定値の確率密度の分布を示す図である。図8は、図4に示す異常判定部47の判定結果の表示例を示す図である。
 油圧ポンプ1の診断装置40は、プロセッサ及び記憶装置を含んで構成され、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによって、診断装置40の各種機能を実現する。なお、本実施形態では、油圧ポンプ1の診断装置40は、油圧ショベル200の制御装置25内に実装されている。
 診断装置40の入力側には、図4に示すように、油圧ショベル200に搭載された、温度センサ31と、姿勢センサ32と、回転数センサ33と、操作量センサ34と、圧力センサ24とが接続されている。温度センサ31は、作動油の温度を測定するセンサである。姿勢センサ32は、油圧ショベル200の姿勢を測定するセンサである。姿勢センサ32は、ブーム204の回動角度を測定するブーム角度センサと、アーム205の回動角度を測定するアーム角度センサと、バケット206の回動角度を測定するバケット角度センサと、上部旋回体202の旋回角度を測定する旋回角度センサとを含む。回転数センサ33は、原動機30の回転数を測定するセンサである。操作量センサ34は、操作レバー27及びエンコンダイヤル28の各操作量を測定するセンサである。
 診断装置40の出力側には、表示装置35が接続されている。表示装置35は、報知装置26の一部であって、本実施形態においては油圧ショベル200の運転室に設けられたディスプレイである。なお、診断装置40が油圧ショベル200の外部に設けられている場合、表示装置35は、例えば、油圧ショベル200から離れた位置にある油圧ショベル200以外の他の建設機械を全体的に管理する管理者等、油圧ショベル200のオペレータ以外のユーザの情報端末に設けられたディスプレイを含み得る。
 本実施形態においては、診断装置40は、診断条件設定部41と、測定実行部45と、演算部46と、異常判定部47と、出力部48とを有する。
 診断条件設定部41は、油圧ポンプ1の診断条件を設定する。例えば、診断条件は、油圧ショベル200の状態又は動作に関する条件と、油圧ポンプ1の圧力の測定に関する条件とを含む。具体的には、診断条件設定部41は、動作指示部42と、監視部43と、測定条件設定部44とを有する。
 動作指示部42は、油圧ポンプ1が診断可能な状態になるよう油圧ショベル200に対して特定の動作を行わせる動作指示を、出力部48に出力する。出力部48は、動作指示部42により出力された動作指示を表示装置35に表示させる。本実施形態においては、動作指示は、油圧ポンプ1の回転数、作動油の温度、並びに、油圧ショベル200の姿勢及び積荷等の状態が、油圧ポンプ1の診断に適した状態に移行するよう、油圧ショベル200に対して特定の動作を行わせることを、オペレータに指示するための情報である。
 本実施形態において、動作指示部42は、油圧ショベル200のフロント作業装置203(例えばブーム204、ブーム204及びアーム205)が、所定の診断用の姿勢になった後に所定の診断用の動作を行うように、油圧ショベル200の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異をオペレータに示しつつ、油圧ショベル200に診断用の動作を行わせる操作をオペレータに指示する画面を、表示装置35に表示させる動作指示を出力する。
 より具体的には、動作指示部42により出力される動作指示は、図5に示すように、第1動作指示53及び第2動作指示54を含んでもよい。第1動作指示53は、油圧ショベル200を所定の状態に移行させる動作指示である。第2動作指示54は、第1動作指示53により所定の状態に移行した油圧ショベル200に対して所定の動作を行わせる動作指示である。
 図5は、第1動作指示53及び第2動作指示54を含む画面51が表示装置35に表示された例を示している。図5の例では、第1動作指示53は、油圧ショベル200のバケット206を空荷の状態とし、各項目55の実測値(Value)が目標範囲(Target)に収まるように調整することを、オペレータに指示している。すなわち、図5に示す実測値(Value)が油圧ショベル200の実際の姿勢に対応する情報の一例であり、図5に示す目標範囲(Target)が診断用の姿勢に対応する情報の一例である。動作指示部42は、この実測値(Value)及び目標範囲(Target)の両方を表示する画面51を表示装置35に表示させることによって、油圧ショベル200の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異をオペレータに示している。
 図5の例では、第2動作指示54は、第1動作指示53に応じた操作の後、エンコンダイヤル28を操作して原動機30の回転数を最小とし、操作レバー27のブーム上げ操作レバーをフルストローク操作して30秒間リリーフさせることを、オペレータに指示している。
 なお、油圧ショベル200の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異をオペレータに示す他の方法としては、例えば、実際の姿勢と診断用の姿勢に対応する2つの油圧ショベル200の側面図又はその一部を画面51の画像表示領域52に表示したり、上記の実測値(Value)と目標範囲(Target)との差分を画面51に表示したりすることが挙げられる。
 オペレータが第1動作指示53及び第2動作指示54に応じて油圧ショベル200を操作することにより、油圧ポンプ1の回転数、作動油の温度、並びに、油圧ショベル200の姿勢及び積荷等の状態が、油圧ポンプ1の診断に適した定常状態になる。診断装置40は、この定常状態中に油圧ポンプ1の圧力を測定し、油圧ポンプ1の診断を行う。特に、診断装置40は、第2動作指示54に応じて、操作レバー27のブーム上げ操作レバーをフルストローク操作して30秒間リリーフさせる最中に、油圧ポンプ1の圧力を測定する。
 これにより、診断装置40は、油圧ショベル200の状態又は動作に関する条件を常に同じ条件として、油圧ポンプ1の圧力を安定的に測定することができる。したがって、診断装置40は、当該圧力の時間変化が、油圧ポンプ1の異常に起因する変化であるか否かを明確に区別することができる。よって、診断装置40は、油圧ポンプ1の診断を正確且つ安定的に行うことができる。
 監視部43は、温度センサ31、姿勢センサ32、回転数センサ33、操作量センサ34及び圧力センサ24の各測定値を取得し、オペレータが動作指示部42からの動作指示に応じて油圧ショベル200を操作しているかを監視する。監視部43は、これらのセンサ測定値や監視結果を出力部48に出力する。出力部48は、監視部43により出力された監視結果等を表示装置35に表示させる。
 これにより、診断装置40は、オペレータが動作指示部42の動作指示に応じて油圧ショベル200を操作しているか否かをオペレータに報知することができる。オペレータは、操作レバー27又はエンコンダイヤル28の操作量を早期に調整することができる。したがって、診断装置40は、油圧ショベル200の状態又は動作に関する条件を確実に同じ条件として、作動油の圧力を測定することができるので、油圧ポンプ1の診断を更に正確且つ安定的に行うことができる。
 また、本実施形態においては、診断装置40は、上記したように診断用の姿勢に対応する監視部43の監視パラメータと、診断用の動作に対応する監視部43の監視パラメータの変化態様と、を監視基準として記憶している。診断装置40は、監視基準となるパラメータと実際の監視結果との乖離状況に基づいて、動作指示部42によって指示された診断用の姿勢になったか否かを判定したり、診断用の動作が行われたか否かを判定したり。そして、診断装置40は、当該診断用の姿勢にならなかった場合、又は、診断用の動作が行われなかった場合には、適切な条件(推奨姿勢及び推奨動作)での診断が行えなかったことを示す情報(例えば「診断に失敗しました」という文字情報)を、表示装置35に表示させる。また、これらの場合、診断装置40は、動作指示部42に対し、再度、診断用の姿勢になった後に診断用の動作が行われるような動作指示を行わせる。なお、診断装置40は、適切な条件での診断が行われた場合であっても、当該診断が行われたことを示す情報(例えば「診断に成功しました」という文字情報)を表示装置35に表示させることができる。
 測定条件設定部44は、油圧ポンプ1の圧力の測定に関する条件を、測定実行部45に設定する。具体的には、測定条件設定部44は、油圧ショベル200の特定の動作中(すなわち診断用の動作中)における圧力の測定時のサンプリング条件を、測定実行部45に設定する。詳細には、測定条件設定部44は、油圧ポンプ1の圧力の測定時のサンプリングレートを設定する。測定条件設定部44により設定されるサンプリングレートの詳細については、図6及び図7を用いて後述する。
 測定実行部45は、測定条件設定部44により設定された条件に従って、油圧ショベル200の特定の動作中における油圧ポンプ1の圧力を測定する。具体的には、測定実行部45は、測定条件設定部44により設定されたサンプリングレートによって、油圧ポンプ1の圧力をサンプリングする。測定実行部45は、圧力センサ24a~24cのうちの少なくとも1つの圧力センサ24によって油圧ポンプ1の圧力を、所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングする。このサンプリングにより、測定実行部45は、当該圧力の測定値を離散的に取得する。測定実行部45により取得された当該圧力の測定値は、離散的に取得された当該圧力の時系列データである。測定実行部45は、取得された測定値を、演算部46に出力する。
 演算部46は、取得された当該圧力の測定値に基づいて、当該圧力の時間変化として想定される圧力脈動の振幅を演算する。すなわち、演算部46は、測定条件設定部44により設定されたサンプリング条件(具体的にはサンプリングレート)によって油圧ショベル200の特定の動作中にサンプリングされた油圧ポンプ1の圧力の測定値を取得し、取得された当該圧力の測定値に基づいて、油圧ポンプ1の圧力脈動の振幅を演算する。具体的には、演算部46は、測定条件設定部44により設定されたサンプリングレートによって離散的に取得された当該圧力の測定値に対して統計的処理を行うことにより当該圧力の測定値の範囲を演算することによって、圧力脈動の振幅の範囲(振れ幅)を演算する。演算部46は、離散的に取得された当該圧力の測定値の分散を演算し、演算された分散から、圧力脈動の振幅を演算してもよい。演算部46は、演算された圧力脈動の振幅を、異常判定部47に出力する。
 異常判定部47は、演算部46により演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する。具体的には、異常判定部47は、油圧ポンプ1の異常の有無を判定するための閾値を予め記憶している。異常判定部47は、演算部46により演算された圧力脈動の振幅が、予め記憶された閾値以上である場合、油圧ポンプ1に異常があると判定する。異常判定部47は、演算部46により演算された圧力脈動の振幅が、予め記憶された閾値未満である場合、油圧ポンプ1は正常であると判定する。異常判定部47は、油圧ポンプ1の異常判定結果を出力部48に出力する。
 更に、異常判定部47は、大きさの異なる複数の閾値を予め記憶していてもよい。大きさの異なる複数の閾値は、油圧ポンプ1の異常度を特定するための閾値である。異常判定部47は、演算部46により演算された圧力脈動の振幅を、大きさの異なる複数の閾値と比較することによって、油圧ポンプ1の異常度を特定する。異常判定部47は、特定された油圧ポンプ1の異常度を出力部48に出力する。出力部48は、異常判定部47により特定された油圧ポンプ1の異常度を、表示装置35に出力して表示させる。
 これにより、診断装置40は、油圧ポンプ1の異常がどの程度重大であるかを定量的に表し、油圧ポンプ1に重大な異常が生じる予兆をユーザに報知することができる。ユーザは、油圧ポンプ1が故障する前に油圧ポンプ1の修理又は交換の時期を計画することができる。したがって、診断装置40は、油圧ショベル200のダウンタイムを大幅に短縮することができ、油圧ショベル200の生産性を向上させることができる。
 ここで、図6及び図7を用いて、測定条件設定部44により設定されるサンプリングレートについて説明する。上記のように、ピストン5、シリンダ穴14又はシュー18に何らかの損傷が生じている場合、油圧ポンプ1のドレン圧力、吐出圧力又は吸入圧力には、圧力脈動が生じることが想定される。この圧力脈動の正確な圧力波形を取得するためには、一般的には、圧力脈動の周波数(以下「脈動周波数」とも称する)の10倍以上という高時間分解能で油圧ポンプ1の圧力をサンプリングすることが必要となる。また、圧力波形から油圧ポンプ1の診断を行う手法としては、高時間分解能でサンプリングされた圧力波形を周波数分析する手法がある。
 しかしながら、周波数分析の手法を用いて油圧ポンプ1の診断を行う場合、圧力測定機器及び演算処理装置のコストが非常に高くなる。更に、油圧ポンプ1の回転数は原動機30の回転数の変化の影響を直接受けるが、原動機30の回転数は油圧ショベル200の稼働中に刻一刻と変化するので、圧力の周波数成分を安定して取得できない可能性がある。したがって、周波数分析の手法を用いて油圧ポンプ1の診断を行っても、精確な診断を行うことが困難である。
 そこで、本実施形態の診断装置40では、油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)より小さいサンプリングレートによって当該圧力をサンプリングする。診断装置40は、設定されたサンプリングレートによって離散的に取得された当該圧力の測定値に対して統計的処理を行うことによって、当該圧力の時間変化として想定される圧力脈動の振幅を演算する。診断装置40は、演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する。このようにして診断装置40は、油圧ポンプ1の診断を行う。
 但し、診断装置40は、油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)の0.5n倍(nは整数)近傍のサンプリングレートを避けて、当該圧力をサンプリングする。例えば、図6の上段のグラフ61に示すように、油圧ポンプ1に圧力脈動が生じており、当該圧力の周波数(脈動周波数)の0.5倍のサンプリングレートによって当該圧力をサンプリングする場合を考える。この場合、診断装置40は、当該圧力の波形63(すなわち圧力脈動の波形)の周波数の0.5倍のサンプリングレートによって、当該圧力の測定値64を取得することとなる。取得された測定値64の範囲(測定値64の最大値から最小値までの範囲)は、波形63の振幅の範囲(正方向の振幅のピーク値から負方向の振幅のピーク値までの範囲)とは異なっている。図7の「符号64」と「符号63」とを比較しても明らかなように、測定値64の確率密度の分布は、波形63の確率密度の分布とは明確に異なっている。このような事象は、当該圧力の波形63の周波数の0.5n倍近傍のサンプリングレートによって当該圧力を測定する場合についても同様である。よって、診断装置40は、油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)の0.5n倍近傍のサンプリングレートによって当該圧力をサンプリングすると、当該圧力の時間変化として想定される圧力脈動の振幅の全範囲を網羅するように演算することが困難である。
 一方、例えば、図6の下段のグラフ62に示すように、油圧ポンプ1に圧力脈動が生じており、油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)の周波数の0.5n倍近傍のサンプリングレートを避けて、当該圧力をサンプリングする場合を考える。この場合、診断装置40は、当該圧力の測定値65を取得することとなる。取得された測定値65の範囲(測定値65の最大値から最小値までの範囲)は、波形63の振幅の範囲(正方向の振幅のピーク値から負方向の振幅のピーク値までの範囲)と一致している。図7の「符号65」と「符号63」とを比較しても明らかなように、測定値65の確率密度の分布は、波形63の確率密度の分布とは略一致している。よって、診断装置40は、油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)の0.5n倍近傍のサンプリングレートを避けて当該圧力をサンプリングすると、当該圧力の時間変化として想定される圧力脈動の振幅の全範囲を網羅するように演算することが可能となる。油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)の0.5n倍近傍のサンプリングレートを避けたサンプリングレートは、圧力脈動の振幅の全範囲を演算可能なサンプリングレートである。
 なお、油圧ポンプ1の圧力の周波数は、特許文献1に示すように、油圧ポンプ1の回転数、すなわち原動機30の回転数と、油圧ポンプ1のピストン5の数とから求めることができる。油圧ポンプ1の圧力の周波数の0.5n倍近傍のサンプリングレートは、サンプリング時間の逆数から求めることができる。
 このようなことから、測定条件設定部44は、油圧ポンプ1の圧力を測定時のサンプリングレートを、当該圧力の周波数(脈動周波数)より小さく、且つ、圧力脈動の振幅の全範囲を演算可能なサンプリングレートに設定する。測定実行部45は、測定条件設定部44により設定されたサンプリングレートによって、油圧ポンプ1の圧力をサンプリングする。演算部46は、測定条件設定部44により設定されたサンプリングレートによって離散的に取得された当該圧力の測定値の範囲を演算することよって、圧力脈動の振幅の範囲を演算する。異常判定部47は、演算部46により演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する。
 これにより、診断装置40は、周波数分析の手法を用いる場合よりも大幅に低いサンプリングレートによって油圧ポンプ1の圧力をサンプリングしても、油圧ポンプ1の異常の有無を判定するのに十分な精度及び確度を有する圧力脈動の振幅を取得することができる。よって、診断装置40は、油圧ポンプ1の正確且つ安定的な診断を容易に行うことができる。
 出力部48は、動作指示部42により出力された動作指示や、監視部43により出力された監視結果等を、表示装置35に出力して表示させる。更に、出力部48は、異常判定部47の判定結果を、表示装置35に出力して表示させる。出力部48は、異常判定部47の判定結果を、数値、文字、図、色等を用いて表示装置35に表示させる。
 なお、本実施形態においては、油圧ショベル200には、油圧ポンプ1が複数搭載されている。本実施形態においては、演算部46は、複数の油圧ポンプ1のそれぞれについて当該圧力の測定値を取得して、複数の油圧ポンプ1のそれぞれについて圧力脈動の振幅を演算する。異常判定部47は、複数の油圧ポンプ1のそれぞれについて異常の有無を判定する。出力部48は、複数の油圧ポンプ1のそれぞれに対する異常判定部47の判定結果を併せて表示装置35の一画面に表示させる。
 図8は、異常判定部47の判定結果を表示する領域82を含む画面81が表示装置35に表示された例を示している。図8の例では、複数の油圧ポンプ1として、4つの油圧ポンプ83~86のそれぞれに対する異常判定結果87が併せて画面81に表示されている。また、本実施形態においては、図8に示すように、表示装置35は、油圧ショベル200における油圧ポンプ83~86の搭載レイアウトを模式的に表示した上で、異常判定部47による油圧ポンプ83~86の診断結果をこれに重ねて表示する。
 これにより、診断装置40は、同一の油圧ショベル200に搭載された複数の油圧ポンプ1の診断結果を、ユーザが直感的に比較し易いように表示装置35に表示させることができる。
 図9は、図4に示す診断装置40によって行われる診断処理のフローチャートである。
 診断装置40は、油圧ポンプ1の異常の有無を判定するための閾値Pa(0)と、油圧ポンプ1の異常度を特定するための閾値Pa(i)(i=1~n)とを用いて、図9に示す診断処理を行う。図9の例では、引数iが大きいほど、閾値Pa(i)は小さくなり、油圧ポンプ1の異常度は低くなるように定められている。
 閾値Pa(0)及び閾値Pa(i)は、予め定められた値であってもよいし、油圧ポンプ1の圧力の測定時に演算された値であってもよい。閾値Pa(0)及び閾値Pa(i)は、同一の油圧ショベル200に搭載された同一種類の他の油圧ポンプ1において測定された圧力の時間平均値から演算された値であってもよいし、当該他の油圧ポンプ1において演算された圧力脈動の振幅から演算された値であってもよい。閾値Pa(0)及び閾値Pa(i)は、油圧ポンプ1の回転数を初めとする油圧ポンプ1の動作状況から経験的に求められる値であってもよい。
 ステップs1において、診断装置40は、油圧ポンプ1の圧力を測定し、当該圧力の測定値を取得する。
 ステップs2において、診断装置40は、取得された測定値に基づいて、圧力脈動の振幅Paを演算する。
 ステップs3において、診断装置40は、演算された圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(0)以上であるか否かを判定する。診断装置40は、圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(0)未満である場合、ステップs4に移行する。診断装置40は、圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(0)以上である場合、ステップs5に移行する。
 ステップs4において、診断装置40は、油圧ポンプ1は正常であると判定する。その後、診断装置40は、ステップs10に移行する。
 ステップs5において、診断装置40は、油圧ポンプ1に異常があると判定する。
 ステップs6において、診断装置40は、閾値Pa(i)の引数iをその下限値1に設定する。
 ステップs7において、診断装置40は、閾値Pa(i)の引数iがその上限値nより大きいか否かを判定する。診断装置40は、引数iがその上限値nより大きい場合、ステップs10に移行する。診断装置40は、引数iがその上限値n以下である場合、ステップs8に移行する。
 ステップs8において、診断装置40は、演算された圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(i)以上であるか否かを判定する。診断装置40は、圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(i)以上である場合、閾値Pa(i)に対応する油圧ポンプ1の異常度を特定する。その後、診断装置40は、ステップs10に移行する。閾値Pa(i)に対応する油圧ポンプ1の異常度は予め定められている。一方、診断装置40は、圧力脈動の振幅Paが閾値Pa(i)未満である場合、ステップs9に移行する。
 ステップs9において、診断装置40は、閾値Pa(i)の引数iをインクリメントする。その後、診断装置40は、ステップs7に移行する。
 ステップs10において、診断装置40は、油圧ポンプ1の異常の有無の判定結果、及び、特定された油圧ポンプ1の異常度を、表示装置35に出力して表示させる。その後、診断装置40は、図9に示す診断処理を終了する。
 図10は、図9に示す診断処理によって特定された油圧ポンプ1の異常度の表示例を示す図である。
 図10は、複数の油圧ポンプ1として、2つの油圧ポンプ103,104の各異常度の推移を表示する領域102を含む画面101が表示装置35に表示された例を示している。図10の例では、過去から現在までの所定期間における油圧ポンプ103,104の異常度の推移が併せて画面101に表示されている。図10の例では、ユーザは、画面101のアイコン105をタップすることにより、例えば異常度の推移を表示する期間を変更する等、領域102の表示内容を変更することができる。図10の例では、油圧ポンプ104の異常度は概ね安定していることを示している。図10の例では、油圧ポンプ103の異常度が或る時点から急激に上昇しており、油圧ポンプ103に重大な異常が生じていることを示している。診断装置40は、図10に示す油圧ポンプ103のように重大な異常が生じる予兆を、ユーザに報知することができるので、油圧ポンプ1の修理又は交換を促すことができる。
 以上のように、診断装置40は、油圧ショベル200に搭載され、且つ、油圧ショベル200の原動機30にて駆動されることによって油圧ショベル200の油圧アクチュエータ29に圧油を供給する油圧ポンプ1の診断装置である。診断装置40は、油圧アクチュエータ29に対して特定の動作を行わせる動作指示を出力する動作指示部42と、特定の動作中における油圧ポンプ1の圧力の測定時のサンプリング条件を設定する測定条件設定部44と、設定されたサンプリング条件によって特定の動作中にサンプリングされた圧力の測定値を取得し、油圧ポンプ1の圧力脈動の振幅を演算する演算部46と、演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する異常判定部47と、異常判定部47の判定結果を表示装置35に出力する出力部48と、を有する。
 これにより、診断装置40は、油圧ショベル200の状態又は動作に関する条件を常に同じ条件として、油圧ポンプ1の圧力を安定的に測定することができる。したがって、診断装置40は、油圧ポンプ1の圧力の時間変化が、油圧ポンプ1の異常に起因する変化であるか否かを明確に区別することができる。よって、診断装置40は、油圧ポンプ1の診断を正確且つ安定的に行うことができる。ゆえに、本実施形態によれば、精確な診断を行うことが可能な油圧ポンプ1の診断装置40を提供することができる。
 なお、上記の実施形態では、測定条件設定部44は、圧力脈動の振幅の全範囲を演算可能となるように、油圧ポンプ1の圧力を測定時のサンプリングレートを、当該圧力の周波数(脈動周波数)より小さく設定していた。
 しかしながら、測定条件設定部44は、圧力脈動の振幅の全範囲を演算可能となるように、油圧ポンプ1の圧力を測定時のサンプリングレートではなく、油圧ポンプ1を駆動する原動機30の回転数を設定してもよい。具体的には、測定条件設定部44は、設定されたサンプリングレートが油圧ポンプ1の圧力の周波数(脈動周波数)より小さくなるように、原動機30の回転数を設定してもよい。そして、動作指示部42は、設定された回転数によって原動機30を回転させる動作指示を出力してもよい。
 これにより、診断装置40は、サンプリングレートを適宜設定することが難しい場合であっても、油圧ポンプ1の異常の有無を判定するのに十分な精度及び確度を有する圧力脈動の振幅を取得することができる。よって、診断装置40は、周波数分析の手法を用いる場合よりも、油圧ポンプ1の正確且つ安定的な診断を容易に行うことができる。診断装置40は、油圧ショベル200に適用すること可能となる。
 また、油圧ショベル200は、自走可能な下部走行体201と、下部走行体201に対して旋回可能に支持された上部旋回体202と、上部旋回体202に設けられたフロント作業装置203と、フロント作業装置203を駆動する油圧アクチュエータ29と、油圧アクチュエータ29に圧油を供給する油圧ポンプ1と、油圧ポンプ1の圧力を測定する圧力センサ24と、オペレータに対して種々の情報表示を行う表示装置35と、を含む建設機械である。油圧ショベル200は、フロント作業装置203の動作を行うための操作指示を表示装置35に表示させ、且つ、油圧ポンプ1の診断を行う制御装置25を備える。制御装置25は、油圧ショベル200の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異をオペレータに示しつつ、油圧ショベル200に診断用の動作を行わせる操作をオペレータに指示する画面51を、表示装置35に表示させる。制御装置25は、診断用の動作中における当該圧力の測定時のサンプリング条件を設定する。制御装置25は、設定されたサンプリング条件によって診断用の動作中にサンプリングされた当該圧力の測定値に基づいて油圧ポンプ1の圧力脈動の振幅を演算する。制御装置25は、演算された圧力脈動の振幅に基づいて、油圧ポンプ1の異常の有無を判定する。制御装置25は、異常の有無の判定結果を表示装置35に表示させる。
 これにより、油圧ショベル200は、油圧ショベル200の状態又は動作に関する条件を常に同じ条件として、油圧ポンプ1の圧力を安定的に測定することができる。したがって、油圧ショベル200は、油圧ポンプ1の圧力の時間変化が、油圧ポンプ1の異常に起因する変化であるか否かを明確に区別することができる。よって、油圧ショベル200は、油圧ポンプ1の診断を正確且つ安定的に行うことができる。ゆえに、本実施形態によれば、油圧ポンプ1の精確な診断を行うことが可能な油圧ショベル200を提供することができる。
 以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更を行うことができる。本発明は、或る実施形態の構成を他の実施形態の構成に追加したり、或る実施形態の構成を他の実施形態と置換したり、或る実施形態の構成の一部を削除したりすることができる。
 1…油圧ポンプ(ポンプ)、24…圧力センサ、25…制御装置、29…油圧アクチュエータ、30…原動機、35…表示装置、40…診断装置、42…動作指示部、44…測定条件設定部、46…演算部、47…異常判定部、48…出力部、200…油圧ショベル(建設機械)、201…下部走行体、202…上部旋回体、203…フロント作業装置、204…ブーム、205…アーム、206…バケット

Claims (7)

  1.  建設機械に搭載され、且つ、前記建設機械の原動機にて駆動されることによって前記建設機械の油圧アクチュエータに圧油を供給するポンプの診断装置であって、
     前記油圧アクチュエータに対して特定の動作を行わせる動作指示を出力する動作指示部と、
     前記特定の動作中における前記ポンプの圧力の測定時のサンプリング条件を設定する測定条件設定部と、
     設定された前記サンプリング条件によって前記特定の動作中にサンプリングされた前記圧力の測定値を取得し、前記ポンプの圧力脈動の振幅を演算する演算部と、
     演算された前記圧力脈動の振幅に基づいて、前記ポンプの異常の有無を判定する異常判定部と、
     前記異常判定部の判定結果を表示装置に出力する出力部と、を有する
     ことを特徴とするポンプの診断装置。
  2.  前記測定条件設定部は、前記圧力の測定時のサンプリングレートを、前記圧力の脈動周波数よりも小さく設定し、
     前記演算部は、設定された前記サンプリングレートによってサンプリングされた前記圧力の測定値の範囲を演算することよって、前記圧力脈動の振幅の範囲を演算する
     ことを特徴とする請求項1に記載のポンプの診断装置。
  3.  前記測定条件設定部は、前記圧力の測定時のサンプリングレートが前記圧力の脈動周波数よりも小さくなるように、前記原動機の回転数を設定し、
     前記動作指示部は、設定された前記回転数によって前記原動機を回転させる動作指示を出力する
     ことを特徴とする請求項1に記載のポンプの診断装置。
  4.  前記ポンプは、前記建設機械に複数搭載されており、
     前記演算部は、複数の前記ポンプのそれぞれについて前記圧力の測定値を取得して、複数の前記ポンプのそれぞれについて前記圧力脈動の振幅を演算し、
     前記異常判定部は、複数の前記ポンプのそれぞれについて前記異常の有無を判定し、
     前記出力部は、複数の前記ポンプのそれぞれに対する判定結果を併せて前記表示装置の一画面に表示させる
     ことを特徴とする請求項1に記載のポンプの診断装置。
  5.  前記異常判定部は、演算された前記圧力脈動の振幅を、大きさの異なる複数の閾値と比較することよって、前記ポンプの異常度を特定し、
     前記出力部は、特定された前記ポンプの異常度を前記表示装置に出力する
     ことを特徴とする請求項1に記載のポンプの診断装置。
  6.  前記建設機械は、ブーム、アーム及びバケットを有するフロント作業装置を含む油圧ショベルであり、
     前記動作指示部は、前記油圧ショベルの実際の姿勢と診断用の姿勢との差異を前記油圧ショベルのオペレータに示しつつ、前記油圧ショベルに診断用の動作を行わせる操作を前記オペレータに指示する画面を、前記表示装置に表示させる動作指示を出力する
     ことを特徴とする請求項1に記載のポンプの診断装置。
  7.  自走可能な下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられたフロント作業装置と、前記フロント作業装置を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに圧油を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を測定する圧力センサと、オペレータに対して種々の情報表示を行う表示装置と、を含む建設機械であって、
     前記フロント作業装置の動作を行うための操作指示を前記表示装置に表示させ、且つ、前記ポンプの診断を行う制御装置を備え、
     前記制御装置は、
      前記建設機械の実際の姿勢と診断用の姿勢との差異を前記オペレータに示しつつ、前記建設機械に診断用の動作を行わせる操作を前記オペレータに指示する画面を、前記表示装置に表示させ、
      前記診断用の動作中における前記圧力の測定時のサンプリング条件を設定し、
      設定された前記サンプリング条件によって前記診断用の動作中にサンプリングされた前記圧力の測定値に基づいて前記ポンプの圧力脈動の振幅を演算し、
      演算された前記圧力脈動の振幅に基づいて、前記ポンプの異常の有無を判定し、
      前記異常の有無の判定結果を前記表示装置に表示させる
     ことを特徴とする建設機械。
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