説明

産業車両の回転体故障診断方法及び装置

【課題】フォークリフト等の産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体に対して、運転状況に応じた回転体寿命や回転体残存寿命を求めることができる産業車両の回転体故障診断方法及び装置を提供する。
【解決手段】検出した応力振幅σi(i=1,2,・・・m)と応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図24に基づいて前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定し、この寿命限界の負荷頻度Niと検出した前記の各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)とに基づいて回転体寿命LHを計算する構成とする。更に、回転体寿命LHと検出した車両稼動時間tNとに基づいて回転体残存寿命LRを計算する構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は産業車両の回転体故障診断方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
フォークリフトなどの産業車両の故障診断装置では、従来、リアルタイムで前記産業車両の各部材の状態を検出する各センサからの検出信号を監視し、この検出信号の値としきい値とを比較することによって、前記各部材の正常/異常の判断を行っている。
【0003】
なお、関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献1】特開2002−92137号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特にフォークリフト等の産業車両では、その運転状況(運転の頻度や負荷の大きさなどの状況)がユーザの作業内容などに応じて実に様々である。従って、フォークリフトに備えたギヤ・シャフト類などの各部材の故障時期(寿命)も、前記運転状況に応じて実に様々であるため、前記部材のメンテナンス時期を一律に設定することはできない。このため、例えば事前に交換部品の準備など行って効率的にメンテナンスを行おうとする場合、前記運転状況に応じた前記部材の寿命を求めることによって、前記部材のメンテナンス時期を推定する必要がある。
【0005】
しかしながら、上記の如く従来の故障診断装置では、リアルタイムで各センサからの検出信号を監視して正常/異常の判断を行っているだけであるため、ギヤ・シャフト類などの部材がどれくらいの稼働時間で故障するのか(どれくらい寿命があるのか)を判断することができず、前記部材のメンテナンス時期を推定することができなかった。
【0006】
従って本発明は上記の事情に鑑み、フォークリフト等の産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体に対して、運転状況に応じた回転体寿命や回転体残存寿命を求めることができる産業車両の回転体故障診断方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決する第1発明の産業車両の回転体故障診断方法は、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、
検出した応力振幅σi(i=1,2,・・・m)と、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて、前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定し、
この寿命限界の負荷頻度Niと、検出した前記の各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)とに基づいて、次の[数5]式から、回転体寿命LHを計算すること、
【数5】

を特徴とする。
【0008】
また、第2発明の産業車両の回転体故障診断方法は、第1発明の産業車両の回転体故障診断方法において、
前記回転体寿命LHと、検出した車両稼動時間tNとに基づいて、次の[数6]式から、回転体残存寿命LRを計算すること、
【数6】

を特徴とする。
【0009】
また、第3発明の産業車両の回転体故障診断装置は、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、
応力振幅σi(i=1,2,・・・m)を検出する応力振幅検出手段と、
この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)を検出する負荷頻度検出手段と、
前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σiと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて、前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、
この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Niと、前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σiの負荷頻度niとに基づいて、次の[数7]式から、回転体寿命LHを計算する回転体寿命計算手段と、
【数7】

を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、第4発明の産業車両の回転体故障診断装置は、第3発明の産業車両の回転体故障診断装置において、
産業車両の稼働時間tNを検出する車両稼働時間検出手段と、
前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命LHと、前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間tNとに基づいて、次の[数8]式から、回転体残存寿命LRを計算する回転体残存寿命計算手段と、
【数8】

を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
第1発明の産業車両の回転体故障診断方法によれば、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、検出した応力振幅σi(i=1,2,・・・m)と応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定し、この寿命限界の負荷頻度Niと、検出した前記の各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)とに基づいて[数5]式から回転体寿命LHを計算することを特徴としているため、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命LHを求めることができる。
【0012】
第2発明の産業車両の回転体故障診断方法によれば、第1発明の産業車両の回転体故障診断方法において、前記回転体寿命LHと検出した車両稼動時間tNとに基づいて[数6]式から回転体残存寿命LRを計算することを特徴としているため、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体残存寿命LRを求めることができる。従って、この回転体残存寿命LRに基づいて、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。
【0013】
第3発明の産業車両の回転体故障診断装置によれば、産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、応力振幅σi(i=1,2,・・・m)を検出する応力振幅検出手段と、この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)を検出する負荷頻度検出手段と、前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σiと応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Niと前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σiの負荷頻度niとに基づいて[数7]式から回転体寿命LHを計算する回転体寿命計算手段とを備えたことを特徴としているため、上記第1発明と同様、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命LHを求めることができる。
【0014】
第4発明の産業車両の回転体故障診断装置によれば、第3発明の産業車両の回転体故障診断装置において、産業車両の稼働時間tNを検出する車両稼働時間検出手段と、前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命LHと前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間tNとに基づいて[数8]式から回転体残存寿命LRを計算する回転体残存寿命計算手段とを備えたことを特徴としているため、上記第2発明と同様、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体残存寿命LRを求めることができる。従って、この回転体残存寿命LRに基づいて、産業車両の運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
図1(a)は本発明の実施の形態例に係るフォークリフトの動力伝達系と回転体故障診断装置の概要図、図1(b)は前記動力伝達系のトランスミッションにおけるギヤとシャフトの概要図、図1(c)は図1(b)のA部(前記ギヤ)のB方向矢視図、図1(d)は前記シャフトの応力変形の様子を示す説明図である。また、図2は前記回転体故障診断装置の機能を説明するブロック図である。
【0017】
図1(a)に示すように、フォークリフトの動力伝達系ではエンジン1の動力を、トルクコンバータ2、トランスミッション3を介して駆動輪5(実際には2輪であるが、図1(a)では簡略的に1輪のみを図示している)へ伝達する。その結果、エンジン1の動力によって駆動輪5が、矢印Cの如く回転駆動される。
【0018】
このとき、トランスミッション3では、例えば図1(b)及び図1(c)に例示するような歯数の異なる第1のギヤ6と第2のギヤ7とが、矢印D,Eの如く回転して噛合することにより変速を行う。そして、この第1及び第2のギヤ6,7や、第1のギヤ6の回転軸である第1のシャフト8や、第2のギヤ7の回転軸である第2のシャフト9には、これらの回転数に応じた頻度の応力が繰り返し生じる。
【0019】
例えば、図1(b)及び図1(c)に例示するように第1のギヤ6の各歯6aには、これらの各歯6aが1回転して第2のギヤ7の各歯7aと噛合する度に繰り返し応力が生じる。また、例えば、図1(d)に例示するように第1のシャフト8は第1のギヤ6と第2のギヤ7とが噛合したときの応力によって図示のように反った状態となるため、第1のシャフト8には第1のシャフト8が1回転する度に例えば図示のF点に対して矢印Gのような引張り応力と矢印Hのような圧縮応力とが繰り返し生じる。そして、ついにはこれらのギヤ6,7やシャフト8,9が破損する虞がある。
【0020】
このため、ギヤ6,7やシャフト8,9などのエンジン1の動力を駆動輪5へ伝達するための回転体は適宜メンテナンスする必要がある。しかし、ギヤ6,7やシャフト8,9などの回転体がどれくらいの稼働時間で故障(破断)するのか(どれくらいの寿命を有しているのか)は、フォークリフトの運転状況に応じて様々である。
【0021】
従って、本実施の形態例ではフォークリフトに備えた回転体故障診断装置11によって、フォークリフトの運転状況に応じたギヤやシャフトなどの回転体寿命LHと回転体残存寿命LRとを求める。
【0022】
図1及び図2に基づき、この回転体故障診断装置11の各手段について詳述する。なお、回転体故障診断装置11はマイクロコンピュータを備えたものであり、各手段の計算処理などはソフトウエアによって実施される。
【0023】
図2に示すように、回転体故障診断装置11では、まず、応力振幅検出手段21によって、故障診断対象の回転体(例えば第1のギヤ6や第1のシャフト8)に生じる応力振幅σi(i=1,2,・・・m)を検出する。また、負荷頻度検出手段22によって、応力振幅検出手段21で検出した各応力振幅σiの単位時間t当たりの負荷頻度を検出し、これを1時間当たりの頻度ni(i=1,2,・・・,m)に換算する。即ち、、n1,n2,n3などの応力振幅σiが、それぞれ単位時間t当たりに何回生じるのかを検出する。なお、単位時間tの具体的な値については任意に設定することができるが、例えば8時間や24時間などに設定する。
【0024】
応力振幅検出手段21としては、例えば、回転体(図示例では第1のシャフト8)に生じるトルクTを検出するトルク検出手段21A(例えば歪ゲージなどのトルクセンサ)と、このトルク検出手段21Aによって検出したトルクTの変化を応力振幅σiに換算する応力振幅換算手段とを備えた構成とすることができる。
【0025】
負荷頻度検出手段22としては、例えば、第2のギヤ7(第2のシャフト9)の回転数NRを検出する回転数検出手段22A(例えば第2のシャフト9が1回転する度にパルス信号を出力する回転数センサなど)と、この回転数検出手段22Aで検出した回転数NRを第1のギヤ6(第1のシャフト8)の回転数に換算し、この換算した回転数を負荷頻度niとして用いる負荷頻度換算手段とを備えた構成とすることができる。例えば、第1のギヤ6の歯数が第2のギヤ7の歯数の2倍であれば、負荷頻度換算手段では回転数NRをNR/2に換算する。なお、回転数検出手段22Aで直接第1のギヤ6(第1のシャフト8)の回転数を検出する場合には、この検出した回転数を負荷頻度niとして用いることもできる。
【0026】
続いて、寿命限界負荷頻度設定手段23では、応力振幅検出手段21で検出した応力振幅σiと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図24に基づいて、前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定する。寿命限界の負荷頻度Niは回転体が破損する限界の負荷頻度である。S−N線図24は、故障診断対象の回転体(例えば第1のギヤ6や第1のシャフト8)の材料に関するS−N線図を予め実験や机上計算などによって求めておき、回転体故障診断装置11に備えたICメモリなどの記憶手段(図示省略)に記憶させておく。また、応力振幅σi、負荷頻度ni及び寿命限界の負荷頻度Niも、前記記億手段に記憶させる。
【0027】
そして、回転体寿命計算手段25では、寿命限界負荷頻度設定手段23で設定した寿命限界の負荷頻度Niと、負荷頻度検出手段22で検出した各応力振幅σiの負荷頻度niとに基づいて、次の[数9]式から、回転体寿命LHを計算する。なお、[数9]式はマイナー則に基づいた式である。
【数9】

【0028】
車両稼働時間検出手段26では、フォークリフトが稼働した時間の積算値である車両稼働時間tNを検出する。車両稼働時間検出手段26としては、例えば図1(a)に示すようなアワメータ26Aを用いることができる。アワメータ26Aはフォークリフトのコンソールボックスに装備されており、エンジン1のスタータスイッチをONにしてからOFFにするまでの時間を積算するものである。
【0029】
そして、回転体残存寿命計算手段27では、回転体寿命計算手段25で計算した回転体寿命LHと、車両稼働時間検出手段26で検出した車両稼動時間tNとに基づいて、次の[数10]式から、回転体残存寿命LRを計算する。
【数10】

【0030】
かくして、回転体故障診断装置11では回転体(例えば第1のギヤ6や第1のシャフト8)の故障診断、即ち、フォークリフトの運転状況に応じた回転体寿命LHの診断(推定)と回転体残存寿命LRの診断(推定)とが行われる。
【0031】
また、図1(a)に示すように、回転体故障診断装置11にはランプやブザーなどの警報装置12と、液晶ディスプレイなどの表示装置13とが接続されている。図2に示すように、警報装置12では回転体残存寿命LHの時間が所定時間以内になると警報を発し、表示装置13では回転体残存寿命LHの時間を表示する。
【0032】
以上のように、本実施の形態例に係るフォークリフトの回転体故障診断装置11によれば、フォークリフトに装備された動力を伝達する回転体(例えば第1のギヤ6や第1のシャフト8)の故障診断装置であって、応力振幅σi(i=1,2,・・・m)を検出する応力振幅検出手段21と、この応力振幅検出手段21で検出した各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)を検出する負荷頻度検出手段22と、応力振幅検出手段21で検出した応力振幅σiと応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図24に基づいて前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定する寿命限界負荷頻度設定手段23と、この寿命限界負荷頻度設定手段23で設定した寿命限界の負荷頻度Niと負荷頻度検出手段22で検出した各応力振幅σiの負荷頻度niとに基づいて[数9]式から回転体寿命LHを計算する回転体寿命計算手段25とを備えたことを特徴としているため、フォークリフトの運転状況に応じた第1のギヤ6や第1のシャフト8などの回転体寿命LHを求めることができる。
【0033】
更に、本実施の形態例のフォークリフトの回転体故障診断装置11によれば、フォークリフトの稼働時間tNを検出する車両稼働時間検出手段26と、回転体寿命計算手段25で計算した回転体寿命LHと車両稼働時間検出手段26で検出した車両稼動時間tNとに基づいて[数10]式から回転体残存寿命LRを計算する回転体残存寿命計算手段27とを備えたことを特徴としているため、フォークリフトの運転状況に応じた第1のギヤ6や第1のシャフト8などの回転体残存寿命LRを求めることができる。従って、この回転体残存寿命LRに基づいて、フォークリフトの運転状況に応じた第1のギヤ6や第1のシャフト8などの回転体のメンテナンス時期を推定することもできる。
【0034】
なお、上記では本発明をフォークリフトに適用した場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明はフォークリフト以外の産業車両にも適用することができる

また、本発明の回転体故障診断装置はギヤやシャフトなど全て又は何れか複数の回転体に対してそれぞれ故障診断を行うようにしてもよく、動力伝達系で最も強度が弱い部位のギヤやシャフトなどの回転体を実験や机上計算で把握し、当該回転体に対してだけ故障診断を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明は産業車両の回転体故障診断方法及び装置に関するものであり、産業車両に装備された動力を伝達するギヤやシャフトなどの回転体の故障診断(回転体寿命や回転体残存寿命の推定)を行う場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】(a)は本発明の実施の形態例に係るフォークリフトの動力伝達系と回転体故障診断装置の概要図、(b)は前記動力伝達系のトランスミッションにおけるギヤとシャフトの概要図、(c)は(b)のA部(前記ギヤ)のB方向矢視図、(d)は前記シャフトの応力変形の様子を示す説明図である。
【図2】前記回転体故障診断装置の機能を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【0037】
1 エンジン
2 トルクコンバータ
3 トランスミッション
5 駆動輪
6 第1のギヤ
7 第2のギヤ
8 第1のシャフト
9 第2のシャフト
11 回転体故障診断装置
12 警報装置
13 表示装置
21 応力振幅検出手段
21A トルク検出手段
22 負荷頻度検出手段
22A 回転数検出手段
23 寿命限界負荷頻度設定手段
24 S−N線図
25 回転体寿命計算手段
26 車両稼働時間検出手段
26A アワメータ
27 回転体残存寿命計算手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断方法であって、
検出した応力振幅σi(i=1,2,・・・m)と、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて、前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定し、
この寿命限界の負荷頻度Niと、検出した前記の各応力振幅σiの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)とに基づいて、次の[数1]式から、回転体寿命LHを計算すること、
【数1】

を特徴とする産業車両の回転体故障診断方法。
【請求項2】
請求項1に記載する産業車両の回転体故障診断方法において、
前記回転体寿命LHと、検出した車両稼動時間tNとに基づいて、次の[数2]式から、回転体残存寿命LRを計算すること、
【数2】

を特徴とする産業車両の回転体故障診断方法。
【請求項3】
産業車両に装備された動力を伝達する回転体の故障診断装置であって、
応力振幅σi(i=1,2,・・・m)を検出する応力振幅検出手段と、
この応力振幅検出手段で検出した各応力振幅σiの単位時間当たりの負荷頻度ni(i=1,2,・・・,m)を検出する負荷頻度検出手段と、
前記応力振幅検出手段で検出した応力振幅σiと、応力振幅と寿命限界の負荷頻度の関係を表すS−N線図に基づいて、前記の各応力振幅σiに対応する寿命限界の負荷頻度Ni(i=1,2,・・・,m)を設定する寿命限界負荷頻度設定手段と、
この寿命限界負荷頻度設定手段で設定した寿命限界の負荷頻度Niと、前記負荷頻度検出手段で検出した各応力振幅σiの負荷頻度niとに基づいて、次の[数1]式から、回転体寿命LHを計算する回転体寿命計算手段と、
【数3】

を備えたことを特徴とする産業車両の回転体故障診断装置。
【請求項4】
請求項3に記載する産業車両の回転体故障診断装置において、
産業車両の稼働時間tNを検出する車両稼働時間検出手段と、
前記回転体寿命計算手段で計算した回転体寿命LHと、前記車両稼働時間検出手段で検出した車両稼動時間tNとに基づいて、次の[数4]式から、回転体残存寿命LRを計算する回転体残存寿命計算手段と、
【数4】

を備えたことを特徴とする産業車両の回転体故障診断装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2010−66188(P2010−66188A)
【公開日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−234290(P2008−234290)
【出願日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【出願人】(000006208)三菱重工業株式会社 (10,378)
【Fターム(参考)】