WO2025187111A1 - 液圧回転機械の異常検出システム - Google Patents

液圧回転機械の異常検出システム

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WO2025187111A1
WO2025187111A1 PCT/JP2024/037487 JP2024037487W WO2025187111A1 WO 2025187111 A1 WO2025187111 A1 WO 2025187111A1 JP 2024037487 W JP2024037487 W JP 2024037487W WO 2025187111 A1 WO2025187111 A1 WO 2025187111A1
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WO
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rotating machine
hydraulic rotating
pressure
frequency
hydraulic
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PCT/JP2024/037487
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和也 長宗
英紀 田中
貴行 増田
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, 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
    • F04B49/10—Other safety measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations

Definitions

  • This disclosure relates to an abnormality detection system for hydraulic rotating machinery.
  • Patent Document 1 discloses an abnormality detection device that detects abnormalities in a hydraulic pump using the discharge pressure or drain pressure of the hydraulic pump.
  • the abnormality detection device in Patent Document 1 measures the discharge pressure or drain pressure of a hydraulic pump using a pressure gauge, performs frequency analysis on the pressure waveform measured by the pressure gauge to create a frequency spectrum, and compares the pressure amplitude of the rotational frequency in the frequency spectrum with a threshold value to determine whether or not an abnormality exists.
  • the rotational frequency is N/60 [Hz], where N [rpm] is the rotational speed of the hydraulic pump.
  • Disturbances include the influence of individual differences in hydraulic rotating machinery, the influence of noise specific to the construction machinery or industrial machinery in which the hydraulic rotating machinery is installed, and the influence of the operating location of the construction machinery or industrial machinery in which the hydraulic rotating machinery is installed.
  • the present disclosure therefore aims to provide an abnormality detection system for hydraulic rotating machinery that can accurately determine whether or not an abnormality exists in the hydraulic rotating machinery.
  • an abnormality detection system for hydraulic rotating machinery comprising: a pressure gauge that measures pressure related to hydraulic rotating machinery; and a processing circuit that performs frequency analysis on the pressure waveform resulting from measurements by the pressure gauge over multiple times to create a frequency spectrum, records the pressure amplitude of a specific order component that is an integer multiple of the rotational frequency in the frequency spectrum, calculates the occurrence frequency for each recorded pressure amplitude value, and determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machinery based on changes over time in the frequency curve on a graph relating the pressure amplitude and the occurrence frequency.
  • an abnormality detection system for hydraulic rotating machinery comprising: a pressure gauge that measures pressure related to hydraulic rotating machinery; and a processing circuit that performs frequency analysis on the pressure waveform resulting from measurements by the pressure gauge over multiple times to create a frequency spectrum, records the pressure amplitude of a specific order component that is an integer multiple of the rotational frequency in the frequency spectrum, uses at least one of the average value and dispersion of the recorded pressure amplitude as an index value, and determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machinery based on changes in the index value over time.
  • This disclosure provides a hydraulic rotating machine abnormality detection system that can accurately determine whether or not an abnormality exists in the hydraulic rotating machine.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a hydraulic circuit including an axial piston pump, which is a hydraulic rotary machine, and an abnormality detection system according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an axial piston pump. 1 is a graph showing a frequency spectrum created by frequency analysis of a pressure waveform.
  • 4A to 4C are graphs relating to pressure amplitude and occurrence frequency, where FIG. 4A shows a case where the hydraulic rotating machine is normal, FIG. 4B shows a case where an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine, and FIG. 4C shows a case where the abnormal condition of the hydraulic rotating machine has worsened.
  • FIG. 1 shows an abnormality detection system 7 for a hydraulic rotating machine 1 according to the first embodiment.
  • the hydraulic rotating machine 1 is an axial piston pump 1A mounted on construction machinery such as a hydraulic excavator, or industrial machinery such as a press machine.
  • the hydraulic rotating machine 1 may also be an axial piston motor.
  • the axial piston pump 1A together with a tank 81 and at least one hydraulic actuator 83, constitutes a hydraulic circuit 8 of a construction machine or industrial machine. While FIG. 1 shows two hydraulic actuators 83, the number of hydraulic actuators 83 may be one, or three or more.
  • the hydraulic fluid used in the hydraulic circuit 8 is typically oil.
  • a control valve 82 is interposed between the axial piston pump 1A and each hydraulic actuator 83.
  • Each control valve 82 is connected to the corresponding hydraulic actuator 83 by a pair of supply and discharge lines 95.
  • Each hydraulic actuator 83 may be a hydraulic cylinder or a hydraulic motor.
  • the axial piston pump 1A is connected to the tank 81 via a suction line 91, and to all control valves 82 via a discharge line 93. All control valves 82 are connected to the tank 81 via tank lines 94. The axial piston pump 1A is also connected to the tank 81 via a drain line 92.
  • the axial piston pump 1A is driven by a prime mover 10, which is an engine or an electric motor.
  • the axial piston pump 1A is a variable displacement swash plate pump.
  • the axial piston pump 1A may also be a bent-axis pump.
  • the prime mover 10 is an electric motor or depending on the hydraulic circuit 8, the axial piston pump 1A may also be a fixed displacement pump.
  • the tilt angle, i.e., the capacity, of the axial piston pump 1A is changed by the regulator 15.
  • a tilt command pressure is introduced to the regulator 15 via a command pressure line 16.
  • the regulator 15 may include a servo piston connected to a swash plate 61 (described below) of the axial piston pump 1A, and the hydraulic pressure acting on the servo piston may be changed in accordance with the tilt command pressure.
  • the regulator 15 may be an electric actuator connected to the swash plate 61.
  • the axial piston pump 1A includes a hollow casing 2 and a rotating shaft 11 extending from the inside to the outside of the casing 2.
  • the rotating shaft 11 is rotated by the prime mover 10 described above.
  • a valve plate 3 Arranged within the casing 2 are a valve plate 3, a cylinder block 4, a swash plate 61, and a support base 62.
  • the axial direction of the rotating shaft 11 will be referred to as the front-to-rear direction (one end located outside the casing 2 will be referred to as the front, and the other end will be referred to as the rear), and the two directions perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 11 will be referred to as the up-down direction (the upper side in Figure 2 will be referred to as the upside, and the lower side will be referred to as the downside) and the left-to-right direction.
  • the casing 2 includes a container-shaped casing body 21 that opens toward the rear, and a valve cover 22 that closes the opening of the casing body 21.
  • the rotating shaft 11 passes through the bottom of the casing body 21.
  • the bottom of the casing body 21 and the valve cover 22 each hold bearings 12, 13 that rotatably support the rotating shaft 11.
  • the valve plate 3 is attached to the front surface of the valve cover 22.
  • the valve plate 3 has a first port 31 and a second port 32, which are arc-shaped and face opposite each other.
  • the first port 31 is drawn at the top dead center on the upper side, and the second port 32 at the bottom dead center on the lower side, but the actual positions of the first port 31 and the second port 32 are on both sides of the rotation shaft 11 in the left-right direction perpendicular to the direction of separation between the top dead center and the bottom dead center.
  • the top dead center is the position where the piston 51, described below, is at its farthest retraction
  • the bottom dead center is the position where the piston 51 is at its farthest advancement.
  • the rotating shaft 11 rotates in one direction. Therefore, the first port 31 is the intake port, and the second port 32 is the discharge port.
  • the first port 31, which is the intake port is located downstream of the top dead center and upstream of the bottom dead center
  • the second port 32, which is the discharge port is located downstream of the bottom dead center and upstream of the top dead center.
  • the rotating shaft 11 may be rotated in both directions.
  • the first port 31 becomes the suction port and the second port 32 becomes the discharge port
  • the second port 32 becomes the suction port and the first port 31 becomes the discharge port.
  • the hydraulic rotating machine 1 is an axial piston motor
  • the first port 31 becomes the inlet port and the second port 32 becomes the outlet port
  • the second port 32 becomes the inlet port and the first port 31 becomes the outlet port.
  • the valve cover 22 is provided with a first flow path 2a that communicates with the first port 31 and a second flow path 2b that communicates with the second port 32.
  • the first flow path 2a and the second flow path 2b open to the outer peripheral surface or rear surface of the valve cover 22, and these openings form external connection ports.
  • the rotating shaft 11 rotates in one direction, so the first flow path 2a is the intake path and the second flow path 2b is the discharge path.
  • the cylinder block 4 is fixed to the rotary shaft 11 and rotates together with the rotary shaft 11, sliding against the valve plate 3.
  • the cylinder block 4 has multiple cylinder bores 41 that open forward around the rotary shaft 11. Multiple pistons 51 are inserted into each of these cylinder bores 41.
  • the cylinder block 4 also has cylinder ports 42 that extend from each cylinder bore 41 to the valve plate 3. Some of these cylinder ports 42 communicate with the first port 31, and some communicate with the second port 32.
  • a number of shoes 52 are attached to the heads of the pistons 51.
  • the shoes 52 slide against the swash plate 61 via an annular shoe plate 53 attached to the swash plate 61.
  • the shoe plate 53 may be omitted, and the shoes 52 may slide directly against the swash plate 61.
  • the shoes 52 are held down by a retaining plate 54 so that they remain in contact with the shoe plate 53.
  • the swash plate 61 is supported by a support base 62 provided at the bottom of the casing body 21 so that it can swing about a swing axis extending in the left-right direction. As described above, if the regulator 15 includes a servo piston, the angle of the swash plate 61 is changed by the servo piston.
  • the interior of the casing 2 is filled with hydraulic fluid that has leaked from between the valve plate 3 and the cylinder block 4, and between the piston 51 and the inner surface of the cylinder bore 41.
  • a drain port 23 is provided in the casing body 21, and the drain port 23 is connected to the tank 81 by a drain pipe 14.
  • the interior of the casing 2 and the drain pipe 14 constitute the drain line 92 described above.
  • the abnormality detection system 7 includes a first pressure gauge 71 that measures the pressure related to the hydraulic rotating machine 1, which is an axial piston pump 1A, and a processing circuit 73 electrically connected to the first pressure gauge 71.
  • the first pressure gauge 71 is provided in the drain line 92 and measures the drain pressure of the axial piston pump 1A.
  • the first pressure gauge 71 may be provided in the casing main body 21 as shown in FIG. 2, or in the drain piping 14.
  • the processing circuit 73 is also electrically connected to the second pressure gauge 72.
  • the second pressure gauge 72 is provided in the command pressure line 16 and measures the tilt command pressure introduced into the regulator 15.
  • the processing circuit 73 is also electrically connected to the display 74.
  • the display is provided, for example, in the driver's cab.
  • the processing circuit 73 may not be electrically connected to the display 74, but may be connected to the display 74 via a network. In this case, the display 74 may be installed anywhere.
  • circuits or processing circuits including general-purpose processors, special-purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and/or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions.
  • a processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuitry.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. Where the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or processor.
  • the processing circuit 73 determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotary machine 1, which is the axial piston pump 1A. This determination method is explained in detail below.
  • the processing circuit 73 performs frequency analysis on the pressure waveform measured by the first pressure gauge 71 multiple times to create the frequency spectrum shown in Figure 3.
  • the rotation speed of the hydraulic rotating machine 1 is N [rpm]
  • the rotation frequency f0 is N/60 [Hz].
  • the processing circuit 73 performs frequency analysis on the pressure waveform measured by the first pressure gauge 71 when the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is maintained at a predetermined value ⁇ greater than the minimum value, to create a frequency spectrum. Therefore, even when construction machinery or industrial machinery is in operation, the pressure related to the hydraulic rotating machine 1 can be measured under the same conditions. For example, if the minimum value of the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is 0% and the maximum value of the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is 100%, the predetermined value ⁇ may be 50% or more and 100% or less, or 70% or more and 100% or less.
  • the processing circuit 73 performs frequency analysis on the pressure waveform that is the measurement result of the first pressure gauge 71 when the tilt command pressure measured by the second pressure gauge 72 is at its maximum, to create a frequency spectrum.
  • the processing circuit 73 may create a frequency spectrum each time the tilt command pressure measured by the second pressure gauge reaches its maximum.
  • the processing circuit 73 may create a frequency spectrum at predetermined intervals.
  • the measurement time of the pressure waveform used to create the frequency spectrum is, for example, 0.5 to 3 seconds.
  • the processing circuit 73 perform frequency analysis on the pressure waveform measured by the first pressure gauge 71 when the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is maintained at a predetermined value ⁇ and the discharge pressure of the axial piston pump 1A, which is the hydraulic rotating machine 1, is maintained at a predetermined value ⁇ to create a frequency spectrum.
  • the predetermined value ⁇ may be 1 MPa or more and 20 MPa or less, or 1 MPa or more and 10 MPa or less.
  • the frequency spectrum includes multiple rotational order components that are integer multiples of the rotational frequency f0.
  • the rotational order components include the first rotational order component f1 to the ninth rotational order component f9, which are 1 to 9 times the rotational frequency f0.
  • the pressure amplitude of the rotational M-th order component which is M times the rotational frequency f0, will be large regardless of whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1.
  • the pressure amplitude of rotational order components less than the rotational M-th order component will be small.
  • Figure 3 shows the frequency spectrum when the hydraulic rotating machine 1 is abnormal.
  • the processing circuit 73 records the pressure amplitude of a specific order component among multiple rotational order components in the frequency spectrum. If the hydraulic rotating machine 1 is an axial piston pump 1A, it is desirable that the specific order component be less than the rotational M-th order component described above. In this embodiment, the processing circuit 73 records the pressure amplitude P1 of the rotational first order component f1.
  • the processing circuit 73 calculates the occurrence frequency for each recorded value of pressure amplitude P1, and creates a graph of pressure amplitude and occurrence frequency, with the horizontal axis representing pressure amplitude and the vertical axis representing occurrence frequency, as shown in Figures 4A to 4C, which is displayed on the display 74.
  • Figure 4A shows when the hydraulic rotating machine is normal
  • Figure 4B shows when an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine
  • Figure 4C shows when the abnormal condition of the hydraulic rotating machine has worsened.
  • the frequency curve on the graph relating pressure amplitude and occurrence frequency changes depending on whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 and the degree of the abnormality.
  • the frequency curve will have a narrow, high mountain shape
  • Figures 4B and 4C when the hydraulic rotating machine 1 is abnormal, the frequency curve will have a wide, low mountain shape.
  • the processing circuit 73 determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 based on changes over time in the frequency curve on the graph relating pressure amplitude and occurrence frequency. In this embodiment, the processing circuit 73 determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 by comparing the current frequency curve with the frequency curve at the beginning of installation. Here, “at the beginning of installation” refers to within one month after the construction or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine 1 is mounted begins operation. However, the processing circuit 73 may also determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 by comparing frequency curves before and after a predetermined period.
  • the processing circuit 73 may determine that an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine 1 when the height of the current frequency curve becomes lower than the height of the frequency curve at the beginning of installation by a predetermined value or more. Alternatively, the processing circuit 73 may determine that an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine 1 when the width of the current frequency curve becomes wider than the width of the frequency curve at the beginning of installation by a predetermined value or more. Alternatively, the processing circuit 73 may determine whether or not an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine 1 based on the similarity of the current frequency curve to the initial frequency curve.
  • the processing circuit 73 statistically determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 using the results of multiple measurements. Furthermore, the frequency curve used to determine whether or not there is an abnormality changes depending on the presence or absence of an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 and the degree of the abnormality. Therefore, by making a determination based on changes in the frequency curve over time, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1.
  • the processing circuit 73 compares the current frequency curve with the frequency curve at the time of initial installation.
  • the effects of individual differences in the hydraulic rotating machine 1 and the effects of noise specific to the construction machinery or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine 1 is installed are included in both the frequency curve at the time of initial installation and the current frequency curve. Therefore, by comparing the current frequency curve with the frequency curve at the time of initial installation, these effects can be offset.
  • the processing circuit 73 displays a graph of pressure amplitude and occurrence frequency on the display 74, allowing a person looking at the graph to visually determine whether the hydraulic rotating machine 1 is normal or abnormal.
  • an abnormality detection system for a hydraulic rotating machine 1 differs from the abnormality detection system 7 of the first embodiment only in the determination method of the processing circuit 73.
  • the processing circuit 73 first performs frequency analysis on the pressure waveform, which is the measurement result of the first pressure gauge 71, over multiple times to create the frequency spectrum shown in Figure 3.
  • the processing circuit 73 performs frequency analysis on the pressure waveform measured by the first pressure gauge 71 when the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is maintained at a predetermined value ⁇ greater than the minimum value, to create a frequency spectrum. Therefore, even when construction machinery or industrial machinery is in operation, the pressure related to the hydraulic rotating machine 1 can be measured under the same conditions. For example, if the minimum value of the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is 0% and the maximum value of the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is 100%, the predetermined value ⁇ may be 50% or more and 100% or less, or 70% or more and 100% or less.
  • the processing circuit 73 performs frequency analysis on the pressure waveform that is the measurement result of the first pressure gauge 71 when the tilt command pressure measured by the second pressure gauge 72 is at its maximum, to create a frequency spectrum.
  • the processing circuit 73 may create a frequency spectrum each time the tilt command pressure measured by the second pressure gauge reaches its maximum.
  • the processing circuit 73 may create a frequency spectrum at predetermined intervals.
  • the measurement time of the pressure waveform used to create the frequency spectrum is, for example, 0.5 to 3 seconds.
  • the processing circuit 73 perform frequency analysis on the pressure waveform measured by the first pressure gauge 71 when the capacity of the hydraulic rotating machine 1 is maintained at a predetermined value ⁇ and the discharge pressure of the axial piston pump 1A, which is the hydraulic rotating machine 1, is maintained at a predetermined value ⁇ to create a frequency spectrum.
  • the predetermined value ⁇ may be 1 MPa or more and 30 MPa or less, or 1 MPa or more and 10 MPa or less.
  • the processing circuit 73 records the pressure amplitude of a specific order component among multiple rotational order components in the frequency spectrum. If the hydraulic rotating machine 1 is an axial piston pump 1A, it is desirable that the specific order component be less than the rotational M-th order component described above. In this embodiment, the processing circuit 73 records the pressure amplitude P1 of the rotational first order component f1.
  • the processing circuit 73 uses at least one of the recorded average value Pa of the pressure amplitude P1 and the dispersion rate S as an index value, and determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 based on changes in the index value over time. In this embodiment, the processing circuit 73 determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 by comparing the current index value with the index value at the beginning of installation.
  • “at the beginning of installation” refers to within one month after the construction or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine 1 is installed begins operation.
  • the processing circuit 73 may also determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 by comparing index values before and after a predetermined period.
  • Both the mean value Pa and the dispersion S of the pressure amplitude P1 change depending on whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 and the degree of the abnormality.
  • the mean value Pa is low when the hydraulic rotating machine 1 is normal, as shown in Figure 4A, and high when the hydraulic rotating machine 1 is abnormal, as shown in Figures 4B and 4C.
  • the dispersion S is low when the hydraulic rotating machine 1 is normal, as shown in Figure 4A, and high when the hydraulic rotating machine 1 is abnormal, as shown in Figures 4B and 4C.
  • the dispersion S may be either a variance or a standard deviation.
  • the processing circuit 73 may determine that an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine 1 when the average value Pa of the current pressure amplitude P1 becomes higher by a predetermined value or more than the average value Pa of the pressure amplitude P1 at the time of initial installation.
  • the processing circuit 73 may determine that an abnormality has occurred in the hydraulic rotating machine 1 when the dispersion degree S of the current pressure amplitude P1 becomes higher by a predetermined value or more than the dispersion degree S of the pressure amplitude P1 at the time of initial installation.
  • the processing circuit 73 may make a determination based on a combination of both conditions.
  • the processing circuit 73 may determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 based on the amount or rate of change in the index value before and after a specified period. For example, if the index value before the specified period is A and the index value after the specified period is B, the amount of change is B-A, and the rate of change is (B-A)/A.
  • the processing circuit 73 statistically determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 using the results of multiple measurements. Furthermore, the index value used to determine whether or not there is an abnormality, which is at least one of the average value Pa and dispersion S of the pressure amplitude P1, changes depending on whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1 and the degree of the abnormality. Therefore, by making a determination based on changes in the index value over time, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1.
  • the processing circuit 73 compares the current index value with the index value at the time of initial installation.
  • the effects of individual differences in the hydraulic rotating machine 1 and the effects of noise specific to the construction machinery or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine 1 is installed are included in both the index value at the time of initial installation and the current index value. Therefore, by comparing the current index value with the index value at the time of initial installation, these effects can be offset.
  • the processing circuit 73 may calculate the occurrence frequency for each recorded value of pressure amplitude P1 and create a graph relating pressure amplitude and occurrence frequency to display on the display 74. In this case, a person looking at the graph can visually determine whether the hydraulic rotating machine 1 is normal or abnormal.
  • the processing circuit 73 when the processing circuit 73 creates a frequency spectrum, it may use the measurement result of the first pressure gauge 71 when the hydraulic actuator 83 is not operating, instead of the measurement result of the first pressure gauge 71 when the tilt command pressure detected by the second pressure gauge 72 is at its maximum. In this case, the second pressure gauge 72 is not necessary.
  • the first pressure gauge 71 may measure the discharge pressure of the axial piston pump 1A as the pressure related to the hydraulic rotating machine 1. Even in this case, if the processing circuit 73 performs processing similar to that in the above embodiment, it can accurately determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine 1.
  • the hydraulic rotating machine 1 may be a hydraulic pump other than the axial piston pump 1A, such as a vane pump or gear pump.
  • the first pressure gauge 71 may measure either the drain pressure or the discharge pressure.
  • the hydraulic rotating machine 1 may be a hydraulic motor other than an axial piston motor. If the hydraulic rotating machine 1 is an axial piston motor or a hydraulic motor other than an axial piston motor, the first pressure gauge 71 may measure either the drain pressure or the inflow pressure.
  • the present disclosure provides an abnormality detection system for a hydraulic rotating machine, comprising: a pressure gauge that measures pressure related to a hydraulic rotating machine; and a processing circuit that performs frequency analysis on a pressure waveform that is a measurement result of the pressure gauge over a plurality of times to create a frequency spectrum, records pressure amplitudes of specific order components that are integer multiples of the rotational frequency in the frequency spectrum, calculates an occurrence frequency for each value of the recorded pressure amplitude, and determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine based on changes over time in a frequency curve on a graph relating to the pressure amplitude and the occurrence frequency.
  • the processing circuit statistically determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine using the results of multiple measurements. Furthermore, the frequency curve used to determine whether or not there is an abnormality changes depending on whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine and the severity of the abnormality. Therefore, by making a determination based on changes in the frequency curve over time, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine.
  • the hydraulic rotating machine may be mounted on construction or industrial machinery, and the processing circuit may determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine by comparing the current frequency curve with the frequency curve at the time of installation.
  • the effects of individual differences in hydraulic rotating machines and the effects of noise specific to the construction or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine is mounted are included in both the frequency curve at the time of installation and the current frequency curve. Therefore, by comparing the current frequency curve with the frequency curve at the time of installation, these effects can be offset.
  • the processing circuit may display a graph relating to the pressure amplitude and the occurrence frequency on a display.
  • the frequency curve will have a narrow, high peak shape when the hydraulic rotating machine is normal, and a wide, low peak shape when the hydraulic rotating machine is abnormal. Therefore, if a graph including the frequency curve is displayed on a display, a person looking at the graph can visually determine whether the hydraulic rotating machine is normal or abnormal.
  • an abnormality detection system for hydraulic rotating machinery comprising: a pressure gauge that measures pressure related to the hydraulic rotating machinery; and a processing circuit that performs frequency analysis on the pressure waveform that is the measurement result of the pressure gauge over multiple times to create a frequency spectrum, records the pressure amplitude of a specific order component that is an integer multiple of the rotation frequency in the frequency spectrum, uses at least one of the average value and dispersion of the recorded pressure amplitude as an index value, and determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machinery based on changes in the index value over time.
  • the processing circuit statistically determines whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine using the results of multiple measurements. Furthermore, the index value used to determine whether or not there is an abnormality, which is at least one of the average pressure amplitude and dispersion, changes depending on whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine and the degree of the abnormality. Therefore, by making a determination based on changes in the index value over time, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine.
  • the hydraulic rotating machine may be mounted on construction or industrial machinery, and the processing circuit may determine whether or not there is an abnormality in the hydraulic rotating machine by comparing the current index value with the index value at the time of installation.
  • the influence of individual differences in hydraulic rotating machines and the influence of noise specific to the construction or industrial machinery on which the hydraulic rotating machine is mounted are included in both the index value at the time of installation and the current index value. Therefore, by comparing the current index value with the index value at the time of installation, these influences can be offset.
  • the processing circuit may calculate the occurrence frequency for each recorded pressure amplitude value, and display a graph relating the pressure amplitude and occurrence frequency on a display.
  • the frequency curve will have a narrow, tall mountain shape when the hydraulic rotating machine is normal, and a wide, short mountain shape when the hydraulic rotating machine is abnormal. Therefore, if a graph including the frequency curve is displayed on a display, a person looking at the graph can visually determine whether the hydraulic rotating machine is normal or abnormal.
  • the hydraulic rotary machine may be, for example, an axial piston pump or an axial piston motor.
  • the hydraulic rotating machine is a variable displacement axial piston pump mounted on construction or industrial machinery and which, together with at least one hydraulic actuator, constitutes the hydraulic circuit of the construction or industrial machinery, and the displacement of the hydraulic rotating machine is changed by a regulator, and the processing circuit may create a frequency spectrum by frequency analyzing the pressure waveform measured by the first pressure gauge when the displacement of the hydraulic rotating machine is maintained at a predetermined value greater than the minimum value.
  • the predetermined value when the minimum capacity of the hydraulic rotating machine is 0% and the maximum capacity of the hydraulic rotating machine is 100%, the predetermined value may be between 50% and 100%.

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Abstract

一実施形態に係る液圧回転機械（１）の異常検出システム（７）は、液圧回転機械（１）に関する圧力を計測する圧力計（７１）と、処理回路（７３）を含む。処理回路（７３）は、複数回に亘って圧力計（７１）の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線の経時変化に基づいて液圧回転機械（１）の異常の有無を判定する。

Description

液圧回転機械の異常検出システム
　本開示は、液圧回転機械の異常検出システムに関する。
　液圧ポンプや液圧モータなどの液圧回転機に対しては、種々の方法で異常を検出することが行われている。例えば、特許文献１には、液圧ポンプの吐出圧またはドレン圧を用いて液圧ポンプの異常を検出する異常検出装置が開示されている。
　具体的に、特許文献１の異常検出装置は、液圧ポンプの吐出圧またはドレン圧を圧力計で計測し、圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の圧力振幅を閾値と比較して異常の有無を判定している。なお、回転周波数は、液圧ポンプの回転数をＮ［ｒｐｍ］としたとき、Ｎ／６０［Ｈｚ］である。
特開２０１３－１７０５０９号公報
　しかしながら、特許文献１の異常検出装置のように、周波数スペクトラムにおける回転周波数の圧力振幅を閾値と比較する場合には、外乱に対して脆弱であり、異常の有無が誤って判定されることがある。なお、外乱としては、液圧回転機械の個体差の影響、液圧回転機械が搭載される建設機械または産業機械に特有のノイズの影響、液圧回転機械が搭載される建設機械または産業機械の稼働地による影響などがある。
　そこで、本開示は、液圧回転機械の異常の有無を正確に判定することができる液圧回転機械の異常検出システムを提供することを目的とする。
　本開示は、第１の側面から、液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、を備える、液圧回転機械の異常検出システムを提供する。
　本開示は、第２の側面から、液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の平均値と散布度の少なくとも一方を指標値とし、前記指標値の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、を備える、液圧回転機械の異常検出システムを提供する。
　本開示によれば、液圧回転機械の異常の有無を正確に判定することができる液圧回転機械の異常検出システムが提供される。
液圧回転機械であるアキシャルピストンポンプを含む液圧回路および第１実施形態に係る異常検出システムを示す図である。 アキシャルピストンポンプの断面図である。 圧力波形の周波数分析により作成される周波数スペクトラムを示すグラフである。 図４Ａ乃至４Ｃは圧力振幅と発生頻度に関するグラフであり、図４Ａは液圧回転機械が正常であるときを示し、図４Ｂは液圧回転機械に異常が発生したときを示し、図４Ｃは液圧回転機械の異常状態が悪化したときを示す。
　＜第１実施形態＞
　図１に、第１実施形態に係る液圧回転機械１の異常検出システム７を示す。本実施形態では、液圧回転機械１が油圧ショベルなどの建設機械、またはプレス機械などの産業機械に搭載されるアキシャルピストンポンプ１Ａである。ただし、液圧回転機械１はアキシャルピストンモータであってもよい。
　アキシャルピストンポンプ１Ａは、タンク８１および少なくとも１つの液圧アクチュエータ８３と共に建設機械または産業機械の液圧回路８を構成する。図１では液圧アクチュエータ８３の数が２つであるが、液圧アクチュエータ８３の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。液圧回路８に用いられる作動液は典型的に油である。
　液圧回路８において、アキシャルピストンポンプ１Ａと各液圧アクチュエータ８３との間には制御弁８２が介在している。各制御弁８２は対応する液圧アクチュエータ８３と一対の給排ライン９５により接続されている。各液圧アクチュエータ８３は、液圧シリンダであってもよいし液圧モータであってもよい。
　アキシャルピストンポンプ１Ａは吸入ライン９１によりタンク８１と接続されるとともに、吐出ライン９３により全ての制御弁８２と接続されている。また、全ての制御弁８２はタンクライン９４によりタンク８１と接続されている。さらに、アキシャルピストンポンプ１Ａはドレンライン９２によりタンク８１と接続されている。
　アキシャルピストンポンプ１Ａは、エンジンまたは電動機である原動機１０により駆動される。本実施形態では、アキシャルピストンポンプ１Ａが可変容量型の斜板ポンプである。ただし、アキシャルピストンポンプ１Ａは斜軸ポンプであってもよい。また、原動機１０が電動機である場合や液圧回路８によっては、アキシャルピストンポンプ１Ａは固定容量型ポンプであってもよい。
　アキシャルピストンポンプ１Ａの傾転角、すなわち容量はレギュレータ１５によって変更される。本実施形態では、レギュレータ１５へ指令圧ライン１６を通じて傾転指令圧が導入される。例えば、レギュレータ１５は、アキシャルピストンポンプ１Ａの後述する斜板６１と連結されたサーボピストンを含み、前記サーボピストンに作用する油圧を前記傾転指令圧に応じて変更してもよい。あるいは、レギュレータ１５は、斜板６１と連結された電動アクチュエータであってもよい。
　図２に示すように、アキシャルピストンポンプ１Ａは、中空のケーシング２と、ケーシング２の内部から外部まで延びる回転軸１１を含む。回転軸１１は上述した原動機１０により回転される。ケーシング２内にはバルブプレート３、シリンダブロック４、斜板６１および支持台６２が配置されている。
　以下、説明の便宜上、回転軸１１の軸方向を前後方向（ケーシング２の外部に位置する一端側を前方、他端側を後方）というとともに、回転軸１１の軸方向と直交する二方向を上下方向（図２の上側を上方、下側を下方）および左右方向という。
　ケーシング２は、後ろ向きに開口する容器状のケーシング本体２１と、ケーシング本体２１の開口を閉塞するバルブカバー２２を含む。回転軸１１はケーシング本体２１の底部を貫通している。ケーシング本体２１の底部およびバルブカバー２２には、回転軸１１を回転可能に支持する軸受１２，１３がそれぞれ保持されている。
　バルブプレート３はバルブカバー２２の前面に取り付けられている。バルブプレート３には、互いに反対向きの円弧状の第１ポート３１および第２ポート３２が設けられている。図２では、第１ポート３１を上側の上死点、第２ポート３２を下側の下死点に描いているが、実際の第１ポート３１と第２ポート３２の位置は、前記上死点と前記下死点の離間方向と直交する左右方向において回転軸１１の両側である。なお、上死点は後述するピストン５１が最も後退する位置であり、下死点はピストン５１が最も前進する位置である。
　本実施形態では、回転軸１１が一方向に回転される。このため、第１ポート３１が吸入ポート、第２ポート３２が吐出ポートである。すなわち、回転軸１１の回転方向において、吸入ポートである第１ポート３１は前記上死点の下流側であって前記下死点の上流側に位置し、吐出ポートである第２ポート３２は前記下死点の下流側であって前記上死点の上流側に位置する。
　ただし、液圧回路８によっては回転軸１１は両方向に回転されてもよい。この場合、回転軸１１が一方向に回転するときに第１ポート３１が吸入ポート、第２ポート３２が吐出ポートとなり、回転軸１１が逆方向に回転するときに、第２ポート３２が吸入ポート、第１ポート３１が吐出ポートとなる。あるいは、液圧回転機械１がアキシャルピストンモータであるとき、回転軸１１が一方向に回転するときに第１ポート３１が流入ポート、第２ポート３２が流出ポートとなり、回転軸１１が逆方向に回転するときに、第２ポート３２が流入ポート、第１ポート３１が流出ポートとなる。
　バルブカバー２２には、第１ポート３１と連通する第１流路２ａと、第２ポート３２と連通する第２流路２ｂが設けられている。第１流路２ａおよび第２流路２ｂはバルブカバー２２の外周面または後面に開口し、これらの開口が外部接続ポートを形成する。上述したように本実施形態では回転軸１１が一方向に回転されるため、第１流路２ａが吸入路であり、第２流路２ｂが吐出路である。
　シリンダブロック４は、回転軸１１に固定されており、回転軸１１と共に回転することでバルブプレート３と摺動する。シリンダブロック４には、回転軸１１の周囲に、前向きに開口する複数のシリンダボア４１が設けられている。これらのシリンダボア４１には、複数のピストン５１がそれぞれ挿入されている。
　また、シリンダブロック４には、各シリンダボア４１からバルブプレート３に至るシリンダポート４２が設けられている。これらのシリンダポート４２のうちのいくつかが第１ポート３１と連通し、別のいくつかが第２ポート３２と連通する。
　ピストン５１の頭部には、複数のシュー５２がそれぞれ取り付けられている。本実施形態では、シュー５２が、斜板６１に取り付けられた環状のシュープレート５３を介して斜板６１と摺動する。ただし、シュープレート５３が省略されて、シュー５２が斜板６１と直接的に摺動してもよい。シュー５２は、シュープレート５３に接触した状態が維持されるように、押え板５４によって押えられている。
　斜板６１は、ケーシング本体２１の底部に設けられた支持台６２によって、左右方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に支持されている。上述したようにレギュレータ１５がサーボピストンを含む場合、サーボピストンによって斜板６１の角度が変更される。
　ケーシング２の内部は、バルブプレート３とシリンダブロック４の間や、ピストン５１とシリンダボア４１の内周面の間などから漏れ出した作動液で満たされる。ケーシング本体２１にはドレンポート２３が設けられており、ドレンポート２３はドレン配管１４によってタンク８１と接続される。つまり、ケーシング２の内部およびドレン配管１４が上述したドレンライン９２を構成する。
　図１に戻って、異常検出システム７は、アキシャルピストンポンプ１Ａである液圧回転機械１に関する圧力を計測する第１圧力計７１と、第１圧力計７１と電気的に接続された処理回路７３を含む。本実施形態では、第１圧力計７１がドレンライン９２に設けられており、アキシャルピストンポンプ１Ａのドレン圧を計測する。第１圧力計７１は図２に示すようにケーシング本体２１に設けられてもよいし、ドレン配管１４に設けられてもよい。
　本実施形態では、処理回路７３が第２圧力計７２とも電気的に接続されている。第２圧力計７２は、指令圧ライン１６に設けられており、レギュレータ１５へ導入される傾転指令圧を計測する。
　さらに、処理回路７３は表示器７４とも電気的に接続されている。液圧回転機械１が建設機械に搭載される場合、表示器は例えば運転室に設けられる。なお、処理回路７３は表示器７４と電気的に接続されず、ネットワークを介して表示器７４と接続されてもよい。この場合、表示器７４の設置場所はどこであってもよい。
　処理回路７３に関し、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。
　処理回路７３は、アキシャルピストンポンプ１Ａである液圧回転機械１の異常の有無を判定する。以下、この判定方法を詳しく説明する。
　まず、処理回路７３は、複数回に亘って、第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して、図３に示す周波数スペクトラムを作成する。液圧回転機械１の回転数をＮ［ｒｐｍ］としたとき、Ｎ／６０［Ｈｚ］が回転周波数ｆ０である。
　本実施形態では、処理回路７３が、液圧回転機械１の容量が最小値よりも大きな所定値αに保たれるときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成する。このため、建設機械または産業機械が稼働中であっても、同一の条件下で液圧回転機械１に関する圧力を計測することができる。例えば、液圧回転機械１の容量の最小値を０％、液圧回転機械１の容量の最大値を１００％としたとき、所定値αは、５０％以上１００％以下であってもよいし、７０％以上１００％以下であってもよい。
　本実施形態では、処理回路７３が、第２圧力計７２で計測される傾転指令圧が最大のときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成する。例えば、処理回路７３は、第２圧力計で計測される傾転指令圧が最大となる度に周波数スペクトラムを作成してもよい。あるいは、処理回路７３は、第２圧力計で計測される傾転指令圧が最大に維持される期間が長い場合は所定のインターバルで周波数スペクトラムを作成してもよい。周波数スペクトラムの作成に使用される圧力波形の計測時間は例えば０．５～３秒である。
　なお、処理回路７３は、液圧回転機械１の容量が所定値αに保たれるときであって液圧回転機械１であるアキシャルピストンポンプ１Ａの吐出圧が所定値βに保たれるときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成することが望ましい。例えば、所定値βは、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であってもよいし、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であってもよい。
　周波数スペクトラムは、回転周波数ｆ０の整数倍である複数の回転次数成分を含む。例えば、回転次数成分は、回転周波数ｆ０の１倍乃至９倍である回転１次成分ｆ１乃至回転９次成分ｆ９を含む。
　本実施形態のように液圧回転機械１がアキシャルピストンポンプ１Ａである場合、ピストン５１の本数をＭ本としたとき、回転周波数ｆ０のＭ倍の回転Ｍ次成分の圧力振幅は、液圧回転機械１の異常の有無に拘わらずに大きくなる。一方、液圧回転機械１が正常の場合には、回転Ｍ次成分未満の回転次数成分の圧力振幅は小さくなる。図３は、液圧回転機械１が異常である場合の周波数スペクトラムである。
　処理回路７３は、周波数スペクトラムにおける複数の回転次数成分のうちの特定次数成分の圧力振幅を記録する。液圧回転機械１がアキシャルピストンポンプ１Ａである場合、特定次数成分は上述した回転Ｍ次成分未満であることが望ましい。本実施形態では、処理回路７３が回転１次成分ｆ１の圧力振幅Ｐ１を記録する。
　その後、処理回路７３は、記録した圧力振幅Ｐ１の値ごとに発生頻度を算出し、図４Ａ乃至４Ｃに示すような、横軸が圧力振幅、縦軸が発生頻度である圧力振幅と発生頻度に関するグラフを作成して表示器７４に表示する。図４Ａは液圧回転機械が正常であるときを示し、図４Ｂは液圧回転機械に異常が発生したときを示し、図４Ｃは液圧回転機械の異常状態が悪化したときを示す。
　圧力振幅と発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線は、液圧回転機械１の異常の有無や異常の程度によって変化する。図４Ａに示すように液圧回転機械１が正常の場合、頻度曲線は幅が狭くて高さの高い山形となり、図４Ｂおよび４Ｃに示すように液圧回転機械１が異常の場合、頻度曲線は幅が広くて高さの低い山形となる。
　そのため、処理回路７３は、圧力振幅と発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線の経時変化に基づいて液圧回転機械１の異常の有無を判定する。本実施形態では、処理回路７３が、現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較することで液圧回転機械１の異常の有無を判定する。ここで、「搭載初期」とは、液圧回転機械１が搭載された建設機械または産業機械が稼働を開始してから一月以内をいう。ただし、処理回路７３は、所定期間の前後の頻度曲線同士を比較することで液圧回転機械１の異常の有無を判定してもよい。
　例えば、処理回路７３は、現在の頻度曲線の高さが搭載初期の頻度曲線の高さよりも所定値以上低くなったときに液圧回転機械１に異常が発生したと判定してもよい。または、処理回路７３は、現在の頻度曲線の幅が搭載初期の頻度曲線の幅よりも所定値以上広くなったときに液圧回転機械１に異常が発生したと判定してもよい。あるいは、処理回路７３は、初期の頻度曲線に対する現在の頻度曲線の類似度に基づいて液圧回転機械１の異常の有無を判定してもよい。
　以上説明したように、本実施形態の異常検出システム７では、処理回路７３が複数回の測定結果を用いて統計的に液圧回転機械１の異常の有無を判定する。しかも、異常の有無の判定に使用される頻度曲線は、液圧回転機械１の異常の有無や異常の程度によって変化する。従って、頻度曲線の経時変化に基づいた判定を行うことで、液圧回転機械１の異常の有無を正確に判定することができる。
　また、本実施形態では、処理回路７３が現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較する。液圧回転機械１の個体差の影響、および液圧回転機械１が搭載される建設機械または産業機械に特有のノイズの影響は、搭載初期の頻度曲線と現在の頻度曲線の双方に含まれる。従って、現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較することで、それらの影響を相殺することができる。
　さらに、処理回路７３は圧力振幅と発生頻度に関するグラフを表示器７４に表示するので、グラフを見た者が、液圧回転機械１が正常か異常かを視覚的に把握することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係る液圧回転機械１の異常検出システムを説明する。本実施形態の異常検出システムが第１実施形態の異常検出システム７と異なる点は、処理回路７３の判定方法のみである。
　第１実施形態と同様に、まず、処理回路７３は、複数回に亘って、第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して、図３に示す周波数スペクトラムを作成する。
　本実施形態では、処理回路７３が、第１実施形態と同様に、液圧回転機械１の容量が最小値よりも大きな所定値αに保たれるときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成する。このため、建設機械または産業機械が稼働中であっても、同一の条件下で液圧回転機械１に関する圧力を計測することができる。例えば、液圧回転機械１の容量の最小値を０％、液圧回転機械１の容量の最大値を１００％としたとき、所定値αは、５０％以上１００％以下であってもよいし、７０％以上１００％以下であってもよい。
　本実施形態では、処理回路７３が、第２圧力計７２で計測される傾転指令圧が最大のときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成する。例えば、処理回路７３は、第２圧力計で計測される傾転指令圧が最大となる度に周波数スペクトラムを作成してもよい。あるいは、処理回路７３は、第２圧力計で計測される傾転指令圧が最大に維持される期間が長い場合は所定のインターバルで周波数スペクトラムを作成してもよい。周波数スペクトラムの作成に使用される圧力波形の計測時間は例えば０．５～３秒である。
　なお、処理回路７３は、液圧回転機械１の容量が所定値αに保たれるときであって液圧回転機械１であるアキシャルピストンポンプ１Ａの吐出圧が所定値βに保たれるときの第１圧力計７１の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成することが望ましい。例えば、所定値βは、１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であってもよいし、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であってもよい。
　処理回路７３は、周波数スペクトラムにおける複数の回転次数成分のうちの特定次数成分の圧力振幅を記録する。液圧回転機械１がアキシャルピストンポンプ１Ａである場合、特定次数成分は上述した回転Ｍ次成分未満であることが望ましい。本実施形態では、処理回路７３が回転１次成分ｆ１の圧力振幅Ｐ１を記録する。
　その後、処理回路７３は、記録した圧力振幅Ｐ１の平均値Ｐａと散布度Ｓの少なくとも一方を指標値とし、指標値の経時変化に基づいて液圧回転機械１の異常の有無を判定する。本実施形態では、処理回路７３が、現在の指標値を搭載初期の指標値と比較することで液圧回転機械１の異常の有無を判定する。ここで、「搭載初期」とは、液圧回転機械１が搭載された建設機械または産業機械が稼働を開始してから一月以内をいう。ただし、処理回路７３は、所定期間の前後の指標値同士を比較することで液圧回転機械１の異常の有無を判定してもよい。
　圧力振幅Ｐ１の平均値Ｐａと散布度Ｓの双方は、液圧回転機械１の異常の有無や異常の程度によって変化する。平均値Ｐａは、図４Ａに示すように液圧回転機械１が正常の場合は低くなり、図４Ｂおよび４Ｃに示すように液圧回転機械１が異常の場合は高くなる。一方、散布度Ｓは、図４Ａに示すように液圧回転機械１が正常の場合は小さくなり、図４Ｂおよび４Ｃに示すように液圧回転機械１が異常の場合は大きくなる。なお、散布度Ｓは分散と標準偏差のどちらであってもよい。
　例えば、処理回路７３は、現在の圧力振幅Ｐ１の平均値Ｐａが搭載初期の圧力振幅Ｐ１の平均値Ｐａよりも所定値以上高くなったときに液圧回転機械１に異常が発生したと判定してもよい。または、処理回路７３は、現在の圧力振幅Ｐ１の散布度Ｓが搭載初期の圧力振幅Ｐ１の散布度Ｓよりも所定値以上大きくなったときに液圧回転機械１に異常が発生したと判定してもよい。さらには、処理回路７３は、双方の条件を組み合わせて判定してもよい。
　あるいは、処理回路７３は、所定期間の前後の指標値の変化量または変化率に基づいて液圧回転機械１の異常の有無を判定してもよい。例えば、所定期間の前の指標値をＡ、後の指標値をＢとしたとき、変化量はＢ－Ａであり、変化率は（Ｂ－Ａ）／Ａである。
　以上説明したように、本実施形態の異常検出システム７では、処理回路７３が複数回の測定結果を用いて統計的に液圧回転機械１の異常の有無を判定する。しかも、異常の有無の判定に使用される、圧力振幅Ｐ１の平均値Ｐａと散布度Ｓの少なくとも一方である指標値は、液圧回転機械１の異常の有無や異常の程度によって変化する。従って、指標値の経時変化に基づいた判定を行うことで、液圧回転機械１の異常の有無を正確に判定することができる。
　また、本実施形態では、処理回路７３が現在の指標値を搭載初期の指標値と比較する。液圧回転機械１の個体差の影響、および液圧回転機械１が搭載される建設機械または産業機械に特有のノイズの影響は、搭載初期の指標値と現在の指標値の双方に含まれる。従って、現在の指標値を搭載初期の指標値と比較することで、それらの影響を相殺することができる。
　処理回路７３は、第１実施形態と同様に、記録した圧力振幅Ｐ１の値ごとに発生頻度を算出し、圧力振幅と発生頻度に関するグラフを作成して表示器７４に表示してもよい。この場合、グラフを見た者が、液圧回転機械１が正常か異常かを視覚的に把握することができる。
　＜その他の実施形態＞
　本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、第１実施形態と第２実施形態のどちらでも、処理回路７３が、周波数スペクトラムを作成する際に、第２圧力計７２で検出される傾転指令圧が最大のときの第１圧力計７１の計測結果の代わりに、液圧アクチュエータ８３が作動していないときの第１圧力計７１の計測結果を使用してもよい。この場合、第２圧力計７２は不要である。
　第１圧力計７１は、液圧回転機械１に関する圧力としてアキシャルピストンポンプ１Ａの吐出圧を計測してもよい。この場合でも、処理回路７３が前記実施形態と同様の処理を行えば、液圧回転機械１の異常の有無を正確に判定することができる。
　また、液圧回転機械１は、ベーンポンプやギヤポンプなどのアキシャルピストンポンプ１Ａ以外の液圧ポンプであってもよい。この場合も、第１圧力計７１はドレン圧を計測してもよいし、吐出圧を計測してもよい。
　さらに、液圧回転機械１は、アキシャルピストンモータ以外の液圧モータであってもよい。液圧回転機械１がアキシャルピストンモータまたはアキシャルピストンモータ以外の液圧モータである場合、第１圧力計７１はドレン圧を計測してもよいし、流入圧を計測してもよい。
　＜総括＞
　第１の態様として、本開示は、第１の側面から、液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、を備える、液圧回転機械の異常検出システムを提供する。
　上記の構成によれば、処理回路が複数回の測定結果を用いて統計的に液圧回転機械の異常の有無を判定する。しかも、異常の有無の判定に使用される頻度曲線は、液圧回転機械の異常の有無や異常の程度によって変化する。従って、頻度曲線の経時変化に基づいた判定を行うことで、液圧回転機械の異常の有無を正確に判定することができる。
　第２の態様として、第１の態様において、前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、前記処理回路は、現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較することで前記液圧回転機械の異常の有無を判定してもよい。液圧回転機械の個体差の影響、および液圧回転機械が搭載される建設機械または産業機械に特有のノイズの影響は、搭載初期の頻度曲線と現在の頻度曲線の双方に含まれる。従って、現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較することで、それらの影響を相殺することができる。
　第３の態様として、第１または第２の態様において、前記処理回路は、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフを表示器に表示してもよい。頻度曲線は、液圧回転機械が正常の場合は幅が狭くて高さの高い山形となり、液圧回転機械が異常の場合は幅が広くて高さの低い山形となる。従って、頻度曲線を含むグラフが表示器に表示されれば、グラフを見た者が、液圧回転機械が正常か異常かを視覚的に把握することができる。
　第４の態様として、本開示は、第２の側面から、液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の平均値と散布度の少なくとも一方を指標値とし、前記指標値の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、を備える、液圧回転機械の異常検出システムを提供する。
　上記の構成によれば、処理回路が複数回の測定結果を用いて統計的に液圧回転機械の異常の有無を判定する。しかも、異常の有無の判定に使用される、圧力振幅の平均値と散布度の少なくとも一方である指標値は、液圧回転機械の異常の有無や異常の程度によって変化する。従って、指標値の経時変化に基づいた判定を行うことで、液圧回転機械の異常の有無を正確に判定することができる。
　第５の態様として、第４の態様において、前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、前記処理回路は、現在の指標値を搭載初期の指標値と比較することで前記液圧回転機械の異常の有無を判定してもよい。液圧回転機械の個体差の影響、および液圧回転機械が搭載される建設機械または産業機械に特有のノイズの影響は、搭載初期の指標値と現在の指標値の双方に含まれる。従って、現在の指標値を搭載初期の指標値と比較することで、それらの影響を相殺することができる。
　第６の態様として、第４または第５の態様において、前記処理回路は、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフを表示器に表示してもよい。頻度曲線は、液圧回転機械が正常の場合は幅が狭くて高さの高い山形となり、液圧回転機械が異常の場合は幅が広くて高さの低い山形となる。従って、頻度曲線を含むグラフが表示器に表示されれば、グラフを見た者が、液圧回転機械が正常か異常かを視覚的に把握することができる。
　第７の態様として、第１乃至第６の態様の何れかにおいて、例えば、前記液圧回転機械は、アキシャルピストンポンプまたはアキシャルピストンモータであってもよい。
　第８の態様として、第１乃至第７の態様の何れかにおいて、前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、少なくとも１つの液圧アクチュエータと共に建設機械または産業機械の液圧回路を構成する可変容量型のアキシャルピストンポンプであり、前記液圧回転機械の容量はレギュレータによって変更され、前記処理回路は、前記液圧回転機械の容量が最小値よりも大きな所定値に保たれるときの前記第１圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成してもよい。この構成によれば、建設機械または産業機械が稼働中であっても、同一の条件下で液圧回転機械に関する圧力を計測することができる。
　第９の態様として、第８の態様において、例えば、前記液圧回転機械の容量の最小値を０％、前記液圧回転機械の容量の最大値を１００％としたとき、前記所定値は５０％以上１００％以下であってもよい。

Claims (9)

  1. 　液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、
    　複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフ上の頻度曲線の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、
    を備える、液圧回転機械の異常検出システム。
  2. 　前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、
    　前記処理回路は、現在の頻度曲線を搭載初期の頻度曲線と比較することで前記液圧回転機械の異常の有無を判定する、請求項１に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  3. 　前記処理回路は、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフを表示器に表示する、請求項１または２に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  4. 　液圧回転機械に関する圧力を計測する圧力計と、
    　複数回に亘って前記圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成し、前記周波数スペクトラムにおける回転周波数の整数倍である特定次数成分の圧力振幅を記録し、記録した圧力振幅の平均値と散布度の少なくとも一方を指標値とし、前記指標値の経時変化に基づいて前記液圧回転機械の異常の有無を判定する処理回路と、
    を備える、液圧回転機械の異常検出システム。
  5. 　前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、
    　前記処理回路は、現在の指標値を搭載初期の指標値と比較することで前記液圧回転機械の異常の有無を判定する、請求項４に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  6. 　前記処理回路は、記録した圧力振幅の値ごとに発生頻度を算出し、前記圧力振幅と前記発生頻度に関するグラフを表示器に表示する、請求項４または５に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  7. 　前記液圧回転機械は、アキシャルピストンポンプまたはアキシャルピストンモータである、請求項１，２，４，５の何れか一項に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  8. 　前記液圧回転機械は、建設機械または産業機械に搭載され、少なくとも１つの液圧アクチュエータと共に建設機械または産業機械の液圧回路を構成する可変容量型のアキシャルピストンポンプであり、
    　前記液圧回転機械の容量はレギュレータによって変更され、
    　前記処理回路は、前記液圧回転機械の容量が最小値よりも大きな所定値に保たれるときの前記第１圧力計の計測結果である圧力波形を周波数分析して周波数スペクトラムを作成する、請求項１，２，４，５の何れか一項に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
  9. 　前記液圧回転機械の容量の最小値を０％、前記液圧回転機械の容量の最大値を１００％としたとき、前記所定値は５０％以上１００％以下である、請求項８に記載の液圧回転機械の異常検出システム。
     
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