JP6262915B1 - ファン駆動システム及び管理システム - Google Patents

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Abstract

ファン駆動システムは、油圧ポンプと、油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、ファンの冷却対象の状態に基づいて、ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、目標回転数と実回転数との差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプの状態又は油圧モータの状態を推測する推測部と、を備える。

Description

本発明は、ファン駆動システム及び管理システムに関する。
建設機械は、エンジンと、エンジンが発生した動力により駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された作動油により駆動する油圧シリンダと、油圧シリンダにより作動する作業機とを備える。エンジンの冷却に水冷式冷却装置が使用される。作動油の冷却にオイルクーラが使用される。水冷式冷却装置は、エンジンに設けられたジャケット及びラジエータを含む循環系において冷却水を循環させることによりエンジンを冷却する。作動油は、オイルクーラを含む循環系において循環されることにより冷却される。ラジエータ及びオイルクーラはそれぞれ、冷却用のファンによって冷却される。ファンが発生する風によってラジエータ及びオイルクーラが冷却されることにより、冷却水及び作動油が冷却される。
油圧によりファンを駆動するファン駆動装置の一例が特許文献1に開示されている。特許文献1において、ファン駆動装置は、エンジンが発生する動力により駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転する油圧モータとを備える。
特開2000−130164号公報
油圧機器であるファン駆動システムにおいて、作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入による油圧ポンプの部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータの部品の摩耗又は劣化のような異常が発生すると、ファン駆動システムの効率が低下する。ファン駆動システムの効率が低下して、ファンの回転数が低下すると、冷却水及び作動油が十分に冷却されず、特にヒートバランスの余裕が少ない建設機械において、予兆なくオーバーヒートが発生する可能性がある。その結果、建設機械は稼働を停止せざるを得ず、施工現場の生産性の低下がもたらされる。そのため、ファンの回転数が低下する前にファン駆動システムの効率の低下を容易に把握することができる技術が要望される。
また、ファン駆動システムについてオーバーホール時間が設定される。オーバーホール時間は、複数のファン駆動システムについて一律に設定される場合が多い。しかし、ファン駆動システムの使用環境はファン駆動システムが搭載される建設機械ごとに異なる。そのため、一律に設定されたオーバーホール時間でファン駆動システムをオーバーホールする場合、例えばファン駆動システムが継続使用可能な状態であるにもかかわらずファン駆動システムのオーバーホールが実施されてしまうケースが発生する。
また、ファン駆動システムの効率の低下の主な要因として作動油の汚染が挙げられる。作動油の汚染を検出可能なコンタミセンサをファン駆動システムに設けたり作動油を分析したりすることによって、作動油の汚染状態を把握することができる。しかし、コンタミセンサを設けることは、ファン駆動システムのコストの増大をもたらす。また、作動油を正確に分析するためには、ファン駆動システムの稼働中に撹拌された作動油を採取することが好ましい。しかし、ファン駆動システムの稼働中に作動油を採取することは容易でなく、作動油を正確に分析することが困難である。
本発明の態様は、効率の低下を容易に把握することができるファン駆動システム及び管理システムを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に従えば、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、前記ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、前記ファンの冷却対象の状態に基づいて、前記ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、前記目標回転数と実回転数との差を示すフィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態を推測する推測部と、を備えるファン駆動システムが提供される。
本発明の第2の態様に従えば、第1の態様のファン駆動システムと通信可能であり、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから前記フィードバック量を取得するサーバを備え、前記サーバは、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから取得した複数の前記フィードバック量を相互に比較して、特定の前記ファン駆動システムを抽出する、管理システムが提供される。
本発明の態様によれば、効率の低下を容易に把握することができるファン駆動システム及び管理システムが提供される。
図1は、第1実施形態に係るファン駆動システムの一例を模式的に示す図である。 図2は、第1実施形態に係るファン駆動システムの一例を示す機能ブロック図である。 図3は、第1実施形態に係るエンジン回転数とファンの目標回転数との関係を示す第1相関データの一例を示す図である。 図4は、第1実施形態に係るエンジン水温とファンの目標回転数との関係を示す第2相関データの一例を示す図である。 図5は、第1実施形態に係る作動油温とファンの目標回転数との関係を示す第3相関データの一例を示す図である。 図6は、第1実施形態に係る外気温とファンの目標回転数との関係を示す第4相関データの一例を示す図である。 図7は、第1実施形態に係る制御装置の一例を示す制御ブロック図である。 図8は、第1実施形態に係る必要流量と制御電流との関係を示す第5相関データの一例を示す図である。 図9は、第1実施形態に係るフィードバック量とシステム効率とファンの実回転数との関係を模式的に示す図である。 図10は、第1実施形態に係るファン駆動システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。 図11は、第2実施形態に係るファン駆動システムの一例を模式的に示す図である。 図12は、第3実施形態に係る相関データの一例を模式的に示す図である。 図13は、第4実施形態に係る管理システムの一例を模式的に示す図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
第1実施形態.
[ファン駆動システムの概要]
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るファン駆動システム100の一例を模式的に示す図である。ファン駆動システム100は、例えば油圧ショベルのようなエンジン1及び油圧シリンダ202を有する建設機械に搭載される。ファン駆動システム100は、ファン10を回転させる。ファン10が回転することにより、ラジエータ及びオイルクーラが冷却される。ラジエータ及びオイルクーラが冷却されることにより、エンジン1の冷却水及び作動油が冷却される。
図1に示すように、ファン駆動システム100は、エンジン1が発生する動力により駆動するファン駆動用の油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2から供給された作動油に基づいてファン10を回転させるファン駆動用の油圧モータ3と、入力装置4と、制御装置5とを備える。ファン10は、油圧モータ3が発生した動力により回転する。
また、ファン駆動システム100は、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ21と、エンジン1の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ22と、作動油の温度を検出する作動油温センサ23と、建設機械の外部の温度である外気温度を検出する外気温センサ24と、ファン10の回転数を検出するファン回転数センサ25と、油圧ポンプ2の吐出圧を検出する吐出圧センサ26と、油圧モータ3の流入ポート圧を検出する流入ポート圧センサ27とを備える。
油圧ポンプ2は、油圧モータ3の動力源である。油圧ポンプ2は、エンジン1の出力軸と接続され、エンジン1が発生する動力により駆動する。油圧ポンプ2は、可変容量型油圧ポンプである。本実施形態において、油圧ポンプ2は、斜板式ピストンポンプである。油圧ポンプ2は、斜板2Aと、斜板2Aを駆動する斜板駆動部2Bとを有する。斜板駆動部2Bは、斜板2Aの角度を調整して、油圧ポンプ2の容量qを調整する。
油圧ポンプ2は、作動油タンク6に貯留されている作動油を吸引して、吐出口から吐出する。油圧ポンプ2から吐出された作動油は、管路7Aを介して、油圧モータ3に供給される。
油圧モータ3は、ファン10の動力源である。油圧モータ3は、固定容量型油圧モータである。油圧モータ3は、管路7Aと接続される流入ポート3Aと、管路7Bと接続される流出ポート3Bと、ファン10が接続される出力軸とを有する。
油圧ポンプ2から吐出された作動油は、管路7Aを介して油圧モータ3の流入ポート3Aに流入する。油圧モータ3の出力軸は、流入ポート3Aに流入した作動油に基づいて回転する。油圧モータ3の出力軸が回転することにより、油圧モータ3の出力軸に接続されているファン10が回転する。油圧モータ3の流出ポート3Bから流出した作動油は、管路7Bを介して作動油タンク6に戻される。
なお、油圧モータ3の流入ポート3Aと作動油タンク6とが管路7Cを介して接続される。作動油タンク6から油圧モータ3の流入ポート3Aへ向かう一方向のみに作動油を導くチェック弁8が管路7Cに設けられる。チェック弁8は、油圧ポンプ2からの作動油の供給が急に減少する場合に発生するポンプ作用により油圧モータ3の圧力が低下したとき、油圧モータ3の流出ポート3Bの作動油及び作動油タンク6の作動油を油圧モータ3の流入ポート3Aに導いて、キャビテーションの発生を抑制する。油圧モータ3が急減速したとき、油圧ポンプ2からの作動油と作動油タンク6からの作動油とが油圧モータ3の流入ポート3Aに供給される。
エンジン回転数センサ21は、単位時間あたりのエンジン1の回転数を検出する。エンジン回転数センサ21は、エンジン1の出力軸の回転数を検出することによって、油圧ポンプ2の入力軸の回転数を検出することができる。エンジン回転数センサ21の検出データは、制御装置5に出力される。
エンジン水温センサ22は、エンジン1を冷却する冷却水の温度を検出する。エンジン水温センサ22は、エンジン1のジャケットの冷却水の温度を検出する。エンジン水温センサ22の検出データは、制御装置5に出力される。
作動油温センサ23は、ファン駆動システム100の作動油の温度を検出する。作動油温センサ23は、作動油タンク6に設けられる。本実施形態において、メイン油圧ポンプ200及び油圧シリンダ202は、作動油タンク6の作動油を使用する。すなわち、ファン駆動システム100の作動油の温度とメイン油圧ポンプ200及び油圧シリンダ202の作動油の温度とは実質的に等しい。作動油温センサ23は、ファン駆動システム100の作動油の温度を検出することによって、メイン油圧ポンプ200及び油圧シリンダ202の作動油の温度を検出することができる。作動油温センサ23の検出データは、制御装置5に出力される。
外気温センサ24は、また、建設機械の外部の温度を検出する。建設機械の外部の温度は、ファン駆動システム100の外部の温度、エンジン1の外部の温度、メイン油圧ポンプ200の外部の温度、及び油圧シリンダ202の外部の温度を意味する。換言すれば、建設機械の外部の温度は、エンジン1の冷却水が使用される環境温度、及び作動油が使用される環境温度を意味する。外気温センサ24の検出データは、制御装置5に出力される。
ファン回転数センサ25は、単位時間あたりのファン10の回転数を検出する。ファン回転数センサ25は、油圧モータ3の出力軸に設けられる。以下の説明においては、ファン回転数センサ25によって検出されるファン10の回転数を適宜、ファン10の実回転数Fs、と称する。ファン回転数センサ25の検出データは、制御装置5に出力される。
吐出圧センサ26は、油圧ポンプ2からの作動油の吐出圧を検出する圧力センサである。流入ポート圧センサ27は、油圧モータ3の流入ポート3Aに流入する作動油の流入ポート圧を検出する圧力センサである。
入力装置4は、操作者により操作される。入力装置4は、例えばコンピュータ用のキーボード、タッチパネル、及び操作ボタンを有する操作盤を含む。入力装置4は、操作されることにより入力データを生成する。入力装置4により生成された入力データは、制御装置5に出力される。
制御装置5は、エンジン回転数センサ21の検出データ、エンジン水温センサ22の検出データ、作動油温センサ23の検出データ、外気温センサ24の検出データ、及びファン回転数センサ25の検出データに基づいて、斜板駆動部2Bを制御する。制御装置5は、斜板駆動部2Bを制御して、油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量Qを調整する。
油圧ポンプ2の1回転あたりの容量q[cc/rev]と、油圧ポンプ2から吐出される作動油の流量Qと、エンジン回転数Nとの間には、以下の(1)式の関係が成立する。なお(1)式において、Kは効率である。
Q = K×q×N …(1)
したがって、エンジン1が一定のエンジン回転数Nで回転している場合、制御装置5は、斜板駆動部2Bを制御して斜板2Aの角度を調整して容量qを調整することにより、油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量Qを調整することができる。
油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量Qに基づいて、ファン10の回転数が調整される。本実施形態において、油圧ポンプ2は、可変容量型油圧ポンプである。流入ポート3Aに流入する作動油の流量Qと、油圧モータ3の出力軸に接続されているファン10の回転数とは比例する。油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量Qが多いほど、ファン10の回転数は高くなる。油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量Qが少ないほど、ファン10の回転数は低くなる。油圧ポンプ2から油圧モータ3に作動油が供給されない場合、ファン10の回転は停止する。
エンジン1は、メイン油圧ポンプ200と接続される。メイン油圧ポンプ200は、エンジン1で発生した動力により駆動する。メイン油圧ポンプ200は、作動油タンク6に貯留されている作動油を吸引して、吐出口から吐出する。メイン油圧ポンプ200から吐出された作動油は、管路201を介して油圧シリンダ202に供給される。油圧シリンダ202は、メイン油圧ポンプ200から供給された作動油に基づいて駆動されるアクチュエータである。また、メイン油圧ポンプ200から供給される作動油が流れる管路201にバルブ203が設けられる。バルブ203は、油圧シリンダ202に供給される作動油の単位時間当たりの供給量を調整する。油圧シリンダ202の駆動により、建設機械の作業機が作動する。油圧シリンダ202から排出された作動油は、作動油タンク6に戻される。
[制御装置]
次に、本実施形態に係るファン駆動システム100の制御システムについて説明する。図2は、本実施形態に係るファン駆動システム100の一例を示す機能ブロック図である。
制御装置5は、コンピュータシステムを含む。制御装置5は、演算処理装置50と、記憶装置60と、入出力インターフェース装置70とを有する。
演算処理装置50は、CPU(Central Processing Unit)のようなマイクロプロセッサを含む。記憶装置60は、ROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)のようなメモリ及びストレージを含む。演算処理装置50は、記憶装置60に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
入出力インターフェース装置70は、演算処理装置50、記憶装置60、入力装置4、エンジン回転数センサ21、エンジン水温センサ22、作動油温センサ23、外気温センサ24、ファン回転数センサ25、吐出圧センサ26、流入ポート圧センサ27、及び斜板駆動部2Bと接続される。入出力インターフェース装置70は、演算処理装置50と記憶装置60と入力装置4とエンジン回転数センサ21とエンジン水温センサ22と作動油温センサ23と外気温センサ24とファン回転数センサ25と吐出圧センサ26と流入ポート圧センサ27と斜板駆動部2Bとの間でデータ通信する。
演算処理装置50は、データ取得部51と、目標量決定部52と、比較部53と、演算部54と、制御部55と、推測部56とを有する。
データ取得部51は、エンジン回転数センサ21から、単位時間あたりのエンジン1の回転数を示すエンジン回転数データを取得する。また、データ取得部51は、エンジン水温センサ22から、エンジン1の冷却水の温度を示すエンジン水温データを取得する。また、データ取得部51は、作動油温センサ23から、作動油の温度を示す作動油温データを取得する。また、データ取得部51は、外気温センサ24から、建設機械の外部の温度を示す外気温データを取得する。また、データ取得部51は、ファン回転数センサ25から、単位時間あたりのファン10の実回転数Fsを示すファン回転数データを取得する。また、データ取得部51は、吐出圧センサ26により検出される油圧ポンプ2の吐出圧を示す圧力データを取得する。また、データ取得部51は、流入ポート圧センサ27により検出される油圧モータ3の流入ポート圧を示す圧力データを取得する。
目標量決定部52は、ファン10の冷却対象の状態に基づいて、ファン10の目標回転数Frを決定する。本実施形態において、ファン10の冷却対象は、冷却水及び作動油である。冷却対象の状態は、冷却水によって冷却されるエンジン1の回転数、冷却水の温度、作動油の温度、及び冷却水と作動油とが使用される環境温度である建設機械の外部の温度の少なくとも一つを含む。すなわち、目標量決定部52は、データ取得部51に取得されたデータに基づいて、ファン10の目標回転数Frを決定する。
ファン10の冷却対象の状態は、建設機械の稼働状態及び環境温度などに基づいて時々刻々と変化する。そのため、目標量決定部52によって決定されるファン10の目標回転数Frは、建設機械の稼働状態及び環境温度などに基づいて時々刻々と変化する。
比較部53は、目標量決定部52で決定されたファン10の目標回転数Frとデータ取得部51に取得されたファン10の実回転数Fsとを比較する。本実施形態において、比較部53は、ファン10の目標回転数Frとファン10の実回転数Fsとの偏差を示すフィードバック量を算出する。
演算部54は、比較部53により算出された目標回転数Frと実回転数Fsとの偏差を示すフィードバック量を目標回転数Frに加算して、指令回転数Ftを算出する。指令回転数Ftは、油圧ポンプ2の斜板駆動部2Bを制御するための回転数である。フィードバック量は、目標回転数Frと指令回転数Ftとの偏差を含む。
制御部55は、指令回転数Ftに基づいて、斜板駆動部2Bを制御する。本実施形態において、制御部55は、指令回転数Ftで回転するように、斜板駆動部2Bの制御電流iを算出する。斜板駆動部2Bは、制御部55により算出された制御電流iに基づいて駆動して、斜板2Aの角度を調整する。
推測部56は、ファン10の目標回転数Frと実回転数Fsとの偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ2の状態又は油圧モータ3の状態を推定する。本実施形態において、油圧ポンプ2の状態又は油圧モータ3の状態は、油圧ポンプ2の容積効率と油圧モータ3の容積効率との積を示すシステム効率を含む。推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率を推測する。
また、推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ202の状態又はバルブ203の状態を推定する。油圧シリンダ202の状態は、長期間の使用により油圧シリンダ202の構成部品が摩耗して構成部品の隙間から油漏れが生じる状態を含む。バルブ203の状態は、長期間の使用によりバルブ203の構成部品が摩耗して構成部品の隙間から油漏れが生じる状態を含む。
記憶装置60は、ファン10の目標回転数Frについての複数の相関データを記憶する。相関データは、実験又はシミュレーションにより予め求められる。
記憶装置60は、エンジン回転数Nと、そのエンジン回転数Nのときに要求されるファン10の目標回転数Fr1との関係を示す第1相関データを記憶する。図3は、本実施形態に係る第1相関データの一例を示す図である。第1相関データは、あるエンジン回転数Nのときに作動油が最適に冷却されるファン10の目標回転数Fr1を示す。あるエンジン回転数Nのときに、第1相関データに基づいて、そのエンジン回転数Nに対応する目標回転数Fr1でファン10が回転されることにより、作動油は最適に冷却される。
また、記憶装置60は、エンジン水温Teと、そのエンジン水温Teのときに要求されるファン10の目標回転数Fr2との関係を示す第2相関データを記憶する。図4は、本実施形態に係る第2相関データの一例を示す図である。第2相関データは、あるエンジン水温Teのときに冷却水が最適に冷却されるファン10の目標回転数Fr2を示す。あるエンジン水温Teのときに、第2相関データに基づいて、そのエンジン水温Teに対応する目標回転数Fr2でファン10が回転されることにより、冷却水は最適に冷却される。
また、記憶装置60は、作動油温Tsと、その作動油温Tsのときに要求されるファン10の目標回転数Fr3との関係を示す第3相関データを記憶する。図5は、本実施形態に係る第3相関データの一例を示す図である。第3相関データは、ある作動油温Tsのときに作動油が最適に冷却されるファン10の目標回転数Fr3を示す。ある作動油温Tsのときに、第3相関データに基づいて、その作動油温Tsに対応する目標回転数Fr3でファン10が回転されることにより、作動油は最適に冷却される。
また、記憶装置60は、外気温Tgと、その外気温Tgのときに要求されるファン10の目標回転数Fr4との関係を示す第4相関データを記憶する。図6は、本実施形態に係る第4相関データの一例を示す図である。第4相関データは、ある外気温Tgのときに作動油及び冷却水が最適に冷却されるファン10の目標回転数Fr4を示す。ある外気温Tgのときに、第4相関データに基づいて、その外気温Tgに対応する目標回転数Fr4でファン10が回転されることにより、作動油及び冷却水は最適に冷却される。
第1相関データ、第2相関データ、第3相関データ、及び第4相関データはそれぞれ、実験又はシミュレーションにより導出され、記憶装置60に記憶される。
目標量決定部52は、エンジン回転数センサ21で検出されデータ取得部51に取得されたエンジン回転数Nと、記憶装置60に記憶されている第1相関データとに基づいて、ファン10の目標回転数Fr1を導出する。また、演算部52は、エンジン水温センサ22で検出されデータ取得部51に取得されたエンジン水温Teと、記憶装置60に記憶されている第2相関データとに基づいて、ファン10の目標回転数Fr2を導出する。また、演算部52は、作動油温センサ23で検出されデータ取得部51に取得された作動油温Tsと、記憶装置60に記憶されている第3相関データとに基づいて、ファン10の目標回転数Fr3を導出する。また、演算部52は、外気温センサ24で検出されデータ取得部51に取得された外気温Tgと、記憶装置60に記憶されている第4相関データとに基づいて、ファン10の目標回転数Fr4を導出する。
目標量決定部52は、目標回転数Fr1、目標回転数Fr2、目標回転数Fr3、及び目標回転数Fr4から、任意の目標回転数を選択して、その選択した目標回転数を、ファン10の最終的な目標回転数Frに決定する。
[フィードバック制御]
図7は、本実施形態に係る制御装置50の制御ブロック図である。図7に示すように、制御装置5は、フィードバック制御により、斜板駆動部2Bを制御する。
上述のように、目標量決定部52は、データ取得部51に取得されたエンジン回転数データ、エンジン水温データ、作動油温データ、及び外気温データと、記憶装置60に記憶されている第1相関データ、第2相関データ、第3相関データ、及び第4相関データとに基づいて、ファン10の目標回転数Frを決定する。また、データ取得部51は、ファン回転数センサ25からファン10の実回転数Fsを取得する。比較部53は、目標回転数Frを実回転数Fsとの差分を算出する。演算部54は、目標回転数Frに目標回転数Frと実回転数Fsとの差分を加算し、指令回転数Ftを決定する。推測部56は、比較部53により算出された指令回転数Ftと実回転数Fsとの差であるフィードバック量をモニタする。
演算部54は、指令回転数Ftを達成するために必要な作動油の流量Qを示す必要流量Qrを算出する。上述のように、油圧モータ3に供給される作動油の流量Qとファン10の回転数とは比例する。したがって、演算部54は、指令回転数Ftを達成するための必要流量Qrを算出することができる。
演算部54は、必要流量Qrを達成するために必要な油圧ポンプ2の容量qを算出する。(1)式で示したように、流量Qは、エンジン回転数Nに基づいて変化する。したがって、演算部52は、データ取得部51に取得された現況のエンジン回転数Nと必要流量Qとに基づいて、必要流量Qを達成するための油圧ポンプ2の容量qを算出することができる。
制御部55は、演算部54により算出された容量qを達成するために斜板駆動部2Bに必要な制御電流iを算出する。制御電流iに基づいて、斜板2Aの角度が調整される。斜板2Aの角度が調整されることにより、油圧ポンプ2の容量qが調整される。
本実施形態において、記憶装置60は、エンジン回転数Nと、必要流量Qrと、制御電流iとの関係を示す第5相関データを記憶する。本実施形態において、制御部55は、記憶装置60に記憶されている第5相関データに基づいて、容量qを達成するための制御電流iを算出する。
図8は、本実施形態に係る第5相関データの一例を示す図である。あるエンジン回転数Nのときに必要流量Qrを達成するための制御電流iを示す第5相関データが記憶装置60に記憶される。必要流量Qと制御電流iとは、例えば比例関係にある。
記憶装置60には、複数のエンジン回転数N(Na,Nb,Nc…)のそれぞれのときに必要流量Qrを達成するための制御電流iを示す多数の第5相関データが記憶される。制御部55は、目標回転数Frと、データ取得部51に取得された現況のエンジン回転数Nと、記憶装置60に記憶されている第5相関データとに基づいて、ファン10の指令回転数Ftを達成するために斜板駆動部2Bに出力すべき制御電流iを算出する。制御部55は、算出した制御電流iを含む制御信号を斜板駆動部2Bに出力する。
[フィードバック量]
油圧機器であるファン駆動システム100において、作動油、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3が正常状態のとき、制御部54から制御電流iが出力されることにより、ファン10は目標回転数Frで回転可能である。作動油の正常状態は、例えば作動油が新品状態であることを含み、作動油が汚染されていない状態、作動油が劣化していない状態、及び作動油に水が混入していない状態を含む。油圧ポンプ2の正常状態は、油圧ポンプ2が新品状態であることを含み、油圧ポンプ2の部品が許容されるべき摩耗レベルの状態、油圧ポンプ2の部品が劣化していない状態、及び油圧ポンプ2に水が侵入していない状態を含む。油圧モータ3の正常状態は、油圧モータ3が新品状態であることを含み、油圧モータ3の部品が許容される摩耗レベルの状態、油圧モータ3の部品が劣化していない状態、及び油圧モータ3に水が侵入していない状態を含む。
作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入による油圧ポンプ2の部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータ3の部品の摩耗又は劣化のような異常が発生すると、ファン駆動システム100の効率が低下する。油圧ポンプ2、及び油圧モータ3の少なくとも一つに異常が発生すると、制御部55から制御電流iが出力されても、ファン10は目標回転数Frで回転することができず、ファン10の実回転数Fsが目標回転数Frよりも低くなってしまう。すなわち、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3の少なくとも一つが異常状態のとき、制御部54から制御電流iが出力されても、ファン10の実回転数Fsと目標回転数Frとの偏差が大きくなる。換言すれば、指令回転数Ftと目標回転数Frとの差が大きくなる。
本実施形態において、推測部56は、ファン10の目標回転数Frと指令回転数Ftとの偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ2の容積効率と油圧モータ3の容積効率との積を示すシステム効率を推測する。
図9は、本実施形態に係るフィードバック量とシステム効率と油圧ポンプ2の容量とファン10の実回転数Fsとの関係を模式的に示す図である。推測部56は、フィードバック量をモニタする。推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率を推測する。
図9に示すように、フィードバック量とシステム効率とは相関する。例えば、新品状態の作動油、新品状態の油圧ポンプ2、及び新品状態の油圧モータ3の使用を開始した時点t0と時点t0から所定時間経過後の時点t1との間の期間P1においては、フィードバック量はほぼ変化せず、実質的に一定である。また、フィードバック量が一定である期間P1においては、推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率は正常であると推測することができる。システム効率が正常であることは、作動油、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3が正常であることを意味する。また、システム効率が正常であることは、ファン10が目標回転数Frに従って回転することを意味する。
時点t1と時点t1から所定時間経過後の時点t2との間の期間P2においては、フィードバック量が増加する。フィードバック量が増加する期間P2においては、推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率が低下していると推測することができる。システム効率が低下していることは、作動油、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3の少なくとも一つに異常が発生している可能性が高いことを意味する。この期間、システム効率が低下しても、フィードバック量の増加により、ファン10は、必要な実回転数Fsを得ることができる。
推測部56は、単位時間あたりのフィードバック量の変化量を示すフィードバック量の変化率に基づいて、作動油、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3の少なくとも一つに異常が発生したか否かを推測することができる。例えば、時点t1においては、フィードバック量が急激に増大する。したがって、推測部56は、時点t1において、作動油、油圧ポンプ2、及び油圧モータ3の少なくとも一つに異常が発生したと推測することができる。
また、推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ2及び油圧モータ3の少なくとも一方の最適なメンテナンス時期を推測する。油圧ポンプ2及び油圧モータ3のメンテナンスは、油圧ポンプ2のオーバーホール、油圧ポンプ2の交換、油圧モータ3のオーバーホール、及び油圧モータ3の交換の少なくとも一つを含む。また、メンテナンスは、作動油の交換を含む。
本実施形態においては、フィードバック量についての閾値SHが規定される。推測部56は、フィードバック量が閾値SHに到達した時点t2が油圧ポンプ2及び油圧モータ3の少なくとも一方の最適なメンテナンス時期であると推測する。
また、推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ202の状態又はバルブ203の状態を推測する。
[制御方法]
次に、本実施形態に係るファン駆動システム100の制御方法について説明する。図10は、本実施形態に係るファン駆動システム100の制御方法の一例を示すフローチャートである。
データ取得部51は、ファン10の実回転数Fsを取得する(ステップS10)。目標量決定部52は、ファン10の冷却対象である冷却水及び作動油の状態に基づいて、ファン10の目標回転数Frを決定する(ステップS20)。比較部53は、目標回転数Frと実回転数Fsとの偏差を示すフィードバック量を算出する(ステップS30)。
フィードバック量は、目標回転数Frと指令回転数Ftとの偏差を含む。推測部56は、フィードバック量をモニタする。推測部56は、フィードバック量の変化に基づいて、ファン駆動システム10のシステム効率を推測する(ステップS40)。
推測部56は、フィードバック量が閾値SHに到達したか否かを判定する(ステップS50)。ステップS50において、フィードバック量が閾値に到達していないと判定されたとき(ステップS50:No)、ファン駆動システム100の稼働が継続される。ステップS50において、フィードバック量が閾値に到達したと判定されたとき(ステップS50:Yes)、油圧ポンプ2及び油圧モータ3の少なくとも一方のメンテナンスが実施される(ステップS60)。
[作用及び効果]
以上説明したように、本実施形態によれば、フィードバック量の変化がモニタされることにより、そのフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ2の状態又は油圧モータ3の状態を推測することができる。本実施形態においては、フィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ2の容積効率と油圧モータ3の容積効率との積を示すファン駆動システム100のシステム効率を推測することができる。
したがって、推測したシステム効率に基づいて、作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入、油圧ポンプの部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータの部品の摩耗又は劣化のような異常が発生しているか否かを推測することができる。異常の有無が推測されることにより、例えば適切なメンテナンス時期で油圧ポンプ2及び油圧モータ3をメンテナンスしたり、作動油を交換したりすることができる。また、本実施形態においては、コンタミセンサを設けたり作動油を分析したりしなくても、フィードバック量の変化をモニタすることで、作動油の汚染状態を簡易に推測することができる。また、本実施形態においては、作動油タンク6を共通で使用するその他の油圧機器についても、ファン駆動用の油圧ポンプ2及び油圧モータ3の耐力差を把握することにより、適切なメンテナンス時期を推測することができる。
また、本実施形態においては、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ202の状態又はバルブ203の状態を推測することができる。本実施形態において、油圧ポンプ2及びメイン油圧ポンプ200は、作動油タンク6を共用する。すなわち、油圧ポンプ2及び油圧モータ3を流れる作動油は、メイン油圧ポンプ200、バルブ200、及び油圧シリンダ200にも流れる。そのため、フィードバック量に基づいて、油圧シリンダ202の状態又はバルブ203の状態を推測することができる。したがって、油圧シリンダ202の適切なメンテナンス時期を推測したり、バルブ203の適切なメンテナンス時期を推測したりすることができる。
第2実施形態.
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図11は、本実施形態に係るファン駆動システム100Bの一例を模式的に示す図である。上述の実施形態においては、ファン駆動用の油圧ポンプ2が可変容量型油圧ポンプであり、斜板2Aの角度が調整されることによって、油圧ポンプ2から油圧モータ3に供給される作動油の流量が調整されることとした。
本実施形態において、油圧ポンプ20は、固定容量型油圧ポンプである。本実施形態において、油圧ポンプ20と油圧モータ3との間の管路7Aに、油圧ポンプ20から油圧モータ3に供給される作動油の流量を調整する流量調整弁9が設けられる。制御装置5は、流量調整弁9を制御して、油圧ポンプ20から油圧モータ3に供給される作動油の流量を調整する。油圧ポンプ20から油圧モータ3に供給される作動油の流量が調整されることにより、ファン10の回転数が調整される。
第3実施形態.
第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
本実施形態においては、油圧ポンプ2の吐出圧又は油圧モータ3の流入ポート圧に基づいて、ファン10の実回転数Fsを推測する例について説明する。本実施形態において、記憶装置60は、ファン10の実回転数Fsと油圧ポンプ2の吐出圧又は油圧モータ3の流入ポート圧との関係を示す相関データを記憶する。
図12は、本実施形態に係る記憶装置60に記憶されている相関データの一例を模式的に示す図である。図12において、横軸は、ファン10の実回転数を示し、縦軸は、油圧ポンプ2の吐出圧又は油圧モータ3の流入ポート圧を示す。図12に示すように、ファン10の実回転数と作動油の圧力(静圧)との関係を示す特性線図は、2次曲線で示すことができる。
データ取得部51は、ファン10の実回転数Fsに代えて、吐出圧センサ26により検出される油圧ポンプ2の吐出圧又は流入ポート圧センサ27により検出される油圧モータ3の流入ポート圧を示す圧力データを取得する。
本実施形態において、推測部56は、記憶装置60に記憶されている相関データと、吐出圧センサ26又は流入ポート圧センサ27により検出された作動油の圧力データとに基づいて、ファン10の実回転数Fsを推測する。
例えば、推測部56は、吐出圧センサ26により検出された吐出圧(圧力)を、記憶装置60に記憶されている相関データに当てはめることにより、ファン10の実回転数Fsを推測することができる。同様に、推測部56は、流入ポート圧センサ27により検出された流入ポート圧(圧力)を、記憶装置60に記憶されている相関データに当てはめることにより、ファン10の実回転数Fsを推測することができる。
第4実施形態.
第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図13は、本実施形態に係る管理システム1000の一例を模式的に示す図である。図13に示すように、複数の建設機械400のそれぞれにファン駆動システム100(100B)が搭載されている。管理システム1000は、複数のファン駆動システム100のそれぞれとデータ通信可能なサーバ300を備える。
本実施形態において、ファン駆動システム100の制御装置5の機能の一部又は全部がサーバ300に設けられる。本実施形態においては、少なくとも、推測部56がサーバ300に設けられる。なお、データ取得部51、目標量決定部52、比較部53、演算部54、及び制御部55の少なくとも一つがサーバ300に設けられてもよい。サーバ300は、ファン駆動システム100とデータ通信可能であるため、建設機械400に設けられているセンサの検出データその他のデータを建設機械400から取得可能である。
サーバ300は、複数のファン駆動システム100のそれぞれからフィードバック量を取得する。サーバ300は、複数のファン駆動システム100のそれぞれから取得した複数のフィードバック量を相互に比較して、特定のファン駆動システム100を抽出する。
サーバ300は、特定のファン駆動システム100として、異常なファン駆動システム100を抽出する。また、サーバ300は、特定のファン駆動システム100として、状態が良好なファン駆動システム100を抽出する。
以上説明したように、サーバ300は、複数の建設機械400のそれぞれからファン駆動システム100についてのフィードバック量を取得して、それら複数のファン駆動システム100のそれぞれについてのフィードバック量の変化をモニタすることができる。また、サーバ300は、フィードバック量の変化に基づいて、複数のファン駆動システム100それぞれのシステム効率を推定することができる。サーバ300は、推定したシステム効率に基づいて、異常が発生している可能性があるファン駆動システム100及び状態が良好なファン駆動システム100を抽出することができる。
なお、本実施形態において、推測部56の機能が建設機械400に搭載されているファン駆動システム100の制御装置5に設けられてもよい。
1…エンジン、2…油圧ポンプ、2A…斜板、2B…斜板駆動部、3…油圧モータ、3A…流入ポート、3B…流出ポート、4…入力装置、5…制御装置、6…作動油タンク、7A…管路、7B…管路、7C…管路、8…チェック弁、9…流量調整弁、10…ファン、20…油圧ポンプ、21…エンジン回転数センサ、22…エンジン水温センサ、23…作動油温センサ、24…外気温センサ、25…ファン回転数センサ、26…吐出圧センサ、27…流入ポート圧センサ、50…演算処理装置、51…データ取得部、52…目標量決定部、53…比較部、54…演算部、55…制御部、56…推定部、60…記憶装置、70…入出力インターフェース装置、100…ファン駆動システム、200…メイン油圧ポンプ、201…管路、202…油圧シリンダ、203…バルブ、300…サーバ、400…建設機械、1000…管理システム。

Claims (8)

  1. 油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、
    前記ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、
    前記ファンの冷却対象の状態に基づいて、前記ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、
    前記目標回転数と前記実回転数との偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態を推測する推測部と、
    を備えるファン駆動システム。
  2. 前記フィードバック量は、前記目標回転数と前記油圧ポンプの斜板駆動部を制御するための指令回転数との差を含む、
    請求項1に記載のファン駆動システム。
  3. 前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態は、前記油圧ポンプの容積効率と前記油圧モータの容積効率との積を示すシステム効率を含む、
    請求項1又は請求項2に記載のファン駆動システム。
  4. 前記推測部は、前記フィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方のメンテナンス時期を推測する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
  5. 前記フィードバック量の変化は、単位時間あたりの前記フィードバック量の変化量を示す変化率を含み、
    前記推測部は、前記変化率に基づいて、前記作動油、前記油圧ポンプ、及び前記油圧モータの少なくとも一つに異常が発生したか否かを推測する、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
  6. 前記作動油に基づいて駆動されるアクチュエータと、
    前記作動油が流れる管路に配置されるバルブと、備え、
    前記推測部は、前記フィードバック量の変化に基づいて、前記アクチュエータの状態又は前記バルブの状態を推測する、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
  7. 前記ファンの実回転数と前記油圧ポンプの吐出圧又は前記油圧モータの流入ポート圧との関係を示す相関データを記憶する記憶装置を備え、
    前記データ取得部は、前記ファンの実回転数に代えて、圧力センサにより検出される前記油圧ポンプの吐出圧又は前記油圧モータの流入ポート圧を示す圧力データを取得し、
    前記推測部は、前記相関データと前記圧力データとに基づいて、前記ファンの実回転数を推測する、
    請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のファン駆動システムと通信可能であり、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから前記フィードバック量を取得するサーバを備え、
    前記サーバは、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから取得した複数の前記フィードバック量を相互に比較して、特定の前記ファン駆動システムを抽出する、
    管理システム。
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