专利名称：油压机器、监视油压机器健康状态的系统及方法
技术领域：
本发明涉及油压机器，特别是与油压机器中监视油压泵健康状态的系统及方法有关。
背景技术：
作为油压泵之类流体泵的异常检测装置，已知有例如特开昭59-194215号、特开平7-280688号公报、特开2000-241306号公报及特开平8-114183号公报中所记载的检测装置。
特开昭59-194215号中所公开的油压系统的故障预知装置，首先检测减少油压系统构成部件寿命的主要原因(如油压、工作油温等)，然后根据检测的油压及工作油温等求出现在瞬间的寿命减少度，通过累计这个减少度，求出寿命减少量。另外，此装置还具有故障发生后动作的警报器。
特开平7-280688号中所记载的判定泵磨损的装置，首先计量箱式排泄管的流量或流量的变化量。当计量出的流量或流量的变化量超过一定的阈值时，就判定为故障。
特开2000-241306号中所公开的泵故障诊断装置，具有设置在排泄通路里的金属传感器和设置在排出通路或排泄通路里的流量传感器。将其中一个传感器的检测值作为参数，来修正另一个传感器的检测值。例如由流量传感器检测出流量下降时，就判断泵的故障有发展，再以比金属传感器的检测值大的倍率进行修正，由此，就更容易从金属传感器的检测值中检测出异常。通常的工作还另外设置了故障诊断模式，在此模式中，将泵的输出变化因素，如斜板角(倾斜角)、引擎转速度及泵的负载固定为一定，根据金属传感器的检测值，进行故障诊断。
特开平8-114183号中所记载的泵的润滑系统警报装置，首先计量出在泵的润滑系统的过滤器中流通的润滑水的流量和过滤器的前后差压，当实际的计量值比由润滑水流量推算出的差压预想值大时，就判定过滤器堵塞并发出警报。
如特开昭59-194215号中所示，广泛进行着通过记录温度等寿命减少的主要原因的履历\参照过去的实验结果等，预测部件的消耗度。但是，即使寿命减少主要原因的履历相同，部件消耗度的偏差也会很大。因此，利用寿命减少主要原因的履历的方法，即使能调整大修的时间，也不能精确地预测泵的故障的发生，防泵的破损于未然。
因此，提出了更加直接地计量泵破损的前兆的方法。例如特开平7-280688号中的装置，通过计量箱式排泄管的流量或流量的变化量来判定故障。另外，专利文献3特开2000-241306号中的装置，由设置在排泄通路的金属传感器检测通过排泄管的金属粉量，并由此来判定故障。这些方法，在根据更直接的现象得到泵破损的前兆这一点上，与检测温度、工作油温等间接原因相比，能够更精确地检测泵破损的前兆。但是，在油压机器的工作中，泵的排出流量、排出压力以及工作油温等泵的工作状态在变化，而且伴随着这些工作状态的变化，上述传感器的输出也在变化。因此，如果要检测油压机器的运作中的异常，就有必要将大的变化幅度包含在适用于传感器输出的异常判断的阈值内。结果，因为异常检测的可信度变低，也不能期待能准确地提前觉察和防泵的破损于未然的功能。
另外，为了得到正确的检测，特开2000-241306号的装置中设置了将泵的排出流量、排出压力等工作状态固定为一定的故障诊断模式。但是，定期地停止油压机器的运行实施故障诊断，会给油压机器的管理者造成很大负担，因此不受好评。而且，工业用的油压机器，例如油压掘土机等建设机器是作为矿山、建设现场的工作中心使用的机器，停止油压机器的运行，就等于中止采矿作业或建设作业，因此，经济损失也是很大的。
另外，特开平8-114183号中的装置不是预测泵的破损，而是通过比较过滤器前后差压与阈值来检测过滤器的异常。但是，由于油的粘度随着油温而变化，所以只利用前后差压，油压泵不能精确地检测出异常。
发明内容
本发明的目的在于，为了防泵的破损于未然，能够检测出泵破损的前兆。
本发明的另外的目的在于，能够在诊断时不中断油压机器的工作并能够在运行中的油压泵的排出流量和排出压力变化的情况下检测出泵破损的前兆。
本发明的另外的目的在于，能够在工作油温变化的情况下检测出泵破损的前兆。
本发明还有一个目的在于，能够防泵的破损于未然并能以更高的可信度预测泵破损的时期。
按照本发明的一个方面的油压机器具有油压负载装置；将加压的工作油排出并提供给上述油压负载装置的油压泵；将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器；检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器；检测上述油压泵中规定的工作状态的工作状态传感器；从上述差压传感器及上述工作状态传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和工作状态的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部所收集的上述工作状态的时序数据)和过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的上述过滤器差压的有代表性的值即代表差压值，并将决定的上述代表差压值输出的代表差压决定部。
根据此油压机器，即使运行中的油压泵的排出流量或排出压等工作状态在变化，因为能输出满足一定条件的工作状态下的代表差压，所以使用这个代表差压能够检测出泵破损的前兆。而且不必为了诊断而中断油压机器的运行。
在此油压机器中，还可以设置根据上述代表差压决定部输出的上述代表差压值来诊断上述油压泵健康状态的诊断部。
在适宜的实施方式中，上述工作状态传感器检测作为上述工作状态的、由上述油压泵提供给上述油压负载装置的上述加压的工作油的压力或流量。
另外，在适宜的实施方式中，上述代表差压决定部首先根据上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定上述工作状态和上述过滤器差压间的相关关系；再根据决定的上述相关关系求出与满足上述一定条件的规定的一个有代表性的上述工作状态值相对应的上述过滤器差压的相关值；然后将求出的上述相关值作为上述代表差压值采用。
另外，作为变形例，上述代表差压决定部也可以从上述过滤器差压的时序数据中抽出满足上述一定条件的上述工作状态下的数据，再求出抽出的上述过滤器差压数据的平均值或中间值，然后可以将求出的上述平均值或中间值作为上述代表差压值采用。
在适宜的实施方式中，上述油压泵是可变容量型泵，并设置了输出与上述油压泵容量相关的容量信息的容量信息输出装置。上述代表差压决定部首先根据上述容量信息，获得在上述油压泵的容量满足规定的一定条件时检测的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，再根据得到的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据来决定上述代表差压值。由此，即使泵的容量在变化，也不会受到很大影响，能够根据代表差压诊断泵的健康状态。
在适宜的实施方式中，还设置了检测上述工作油温度的温度传感器。而且，上述数据收集部还从上述温度传感器中收集上述油温的时序数据；上述代表差压决定部利用上述油温时序数据来修正上述代表差压值，以减少上述代表差压值中所含的由上述油温引起的变化成分，然后输出修正后的上述代表差压值。由此，即使油温在变化，也不会受到很大影响，从而能够根据代表差压诊断泵的健康状态。
按照本发明另一个方面的系统是在具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述油压泵中规定的工作状态的工作状态传感器的油压机器中，用于监视上述油压泵健康状态的系统。此系统具有从上述差压传感器及上述工作状态传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和上述工作状态的时序数据的数据收集部；以及，根据上述数据收集部收集的上述工作状态的时序数据及上述过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的上述过滤器的差压的有代表性的值即代表差压值，并将决定的上述代表差压值输出的代表差压决定部。
在适宜的实施方式中，此系统还具有，根据由上述代表差压决定部决定的上述代表差压值，诊断上述油压泵健康状态的诊断部。
在适宜的实施方式中，上述诊断部具有首先从上述代表差压决定部中收集上述代表差压值的时序数据，然后根据收集的上述代表差压值的时序数据，决定经过时间与上述代表差压增加间的相关关系，再根据决定的上述相关关系来预测上述油压泵的寿命的寿命预测部。由此，能够以更高的可信度预测泵破损的时期。
在适宜的实施方式中，上述诊断部(60)还具有首先从上述代表差压决定部(106、108、110、112)中收集上述代表差压值的时序数据(220)，然后根据收集的上述代表差压值的时序数据，决定经过规定长时间的经过时间和上述代表差压间的相关关系(222)，再求出已决定的上述经过长时间的相关关系与规定的最近短时间内的上述代表差压的数据(224)间的背离程度，根据求出的上述背离程度来判断上述油压泵的异常的异常判断部(212)。由此，能够在泵的破损发生前，检测出泵破损的前兆。
按照本发明其他的方面的监视排出加压的工作油并提供给油压负载装置的油压泵的健康状态的方法具有收集上述油压泵的排泄管过滤器中过滤器差压的时序数据的步骤；收集上述油压泵的规定工作状态的时序数据的步骤；根据收集到的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的上述过滤器的差压有代表性的值即代表差压值的步骤；根据决定的上述代表差压值，诊断上述油压泵健康状态的步骤。
按照本发明其他方面的系统是在具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述油压泵的规定的工作状态的工作状态传感器的油压机器中，用于监视上述油压泵健康状态的系统，具有与油压机器结合的局部控制器和设置在与上述油压机器分离的地方、能与上述局部控制器通信的中央服务器。而且上述局部控制器具有从上述油压机器中上述差压传感器及上述工作状态传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和上述工作状态的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的有代表性的上述过滤器差压的值即代表差压值的代表差压决定部；将上述代表差压决定部所决定的上述代表差压值发送给上述服务器的发送部。另外，上述中央服务器具有从上述局部控制器中接收上述代表差压值的接收部和根据接收的上述代表差压值诊断上述油压机器健康状态的诊断部。
按照本发明另外的其他方面的系统是在具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述工作油温度的温度传感器的油压机器中，用于监视上述油压泵健康状态的系统，具有从上述差压传感器及上述温度传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和上述油温的时序数据的数据收集部；利用上述数据收集部所收集的上述油温时序数据，修正上述过滤器差压的时序数据，以减少上述过滤器差压的时序数据中所含的由上述油温引起的变化成分的修正部；根据上述修正部修正的上述过滤器差压的时序数据来诊断上述油压泵健康状态的诊断部。根据此系统，即使油温变化，也不会受很大影响，能够根据代表差压诊断出泵的健康状态。
按照本发明另外的其他方面的系统是在具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器的油压机器中，用于监视上述油压泵健康状态的系统，具有从上述差压传感器中收集上述过滤器差压的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述过滤器差压的时序数据，决定经过时间与上述过滤器差压增加间相关关系的相关关系决定部，根据上述相关关系决定部决定的上述相关关系，预测上述油压泵寿命的寿命预测部。根据此系统，能够防泵的破损于未然，并能够以很高的可信度预测泵破损的时期，按照本发明另外的其他方面的系统是在具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器的油压机器中，用于监视上述油压泵健康状态的系统，具有从上述差压传感器中收集上述过滤器差压的时序数据的数据收集部；根据数据收集部收集的上述过滤器差压的时序数据，决定经过规定长时间的经过时间与上述过滤器差压间相关关系的相关关系决定部；求出上述相关关系决定部所决定的上述经过长时间的相关关系与规定的最近短时间内的上述过滤器差压的数据间的背离程度，根据求出的上述背离程度来判断上述油压泵异常或预测寿命的判断部。根据此系统，能够以很高的可信度在泵破损前检测出破损的前兆，或预测泵破损的时刻。
图1是表示涉及本发明的油压机器及油压泵健康监视系统的一个实施方式的全体结构的框线图。
图2是表示此实施方式中使用的排泄管过滤器26的构造例的剖面图。
图3是表示PHMS控制器18的结构和功能的框线图。
图4是表示PHMS服务器60的结构和功能的框线图。
图5是PHMS控制器18进行处理的内容的具体说明图。
图6是PHMS服务器60进行处理的内容的具体说明图。
具体实施例方式
图1所示的是涉及本发明的油压机器及油压泵健康状态监视系统的一个实施方式的全体结构。
如图1所示，建设机器之类的油压机器10具有利用油压工作的各种油压负载装置(如油压电动机、汽缸等的传动装置类)12；向油压负载装置12提供加压的工作油的油压泵14；向油压负载装置12和油压泵14发送使其工作及控制的指令的工作控制器16。油压泵14既可以是定容量型，也可以是可变容量型。在此实施方式中，油压泵14是可变容量型泵之一的斜板泵。工作控制器16向油压泵14发出作为工作及控制的指令之一的、为了将油压泵14的容量控制为所期望目标值的容量指令40。在此实施方式中，这个容量指令是为了将斜板泵14的斜板角度控制为所期望的目标角度的斜板角指令。
另外，油压机器10中还搭载了用于收集处理油压泵14状态数据的局部控制器18。此局部控制器18，通过如使用人工通信卫星50的无线移动体通信网50，能够与设置在远距离的中央服务器60通信。局部控制器18将油压泵14的状态数据收集处理的结果定期(如每隔20小时)发送给中央服务器60。中央服务器60积存从局部控制器18的接收到的数据，并根据积存的数据诊断远距离的油压机器10中油压泵14的健康状态(如是否有破损的前兆、寿命的程度如何等)。局部控制器18和中央服务器60相互结合构成监视油压泵14健康状态的系统70。下面，此系统70将简称为“PHMS(Pump Health MonitoringSystem)”，局部控制器18和中央服务器60分别称为“PHMS控制器”和“PHMS服务器”。
如图1所示，存在着位于不同地方的多台油压机器10、10......，每一个油压机器10上，都能搭载上述PHMS控制器18。PHMS服务器60能够分别与多台油压器10、10的PHMS控制器18通信，并能诊断每一个油压机器10中油压泵14的健康状态。PHMS服务器60通过因特网等计算机间通信网62，能够与每个油压机器10、10的各个用户使用的终端计算机(以下称“用户终端”)64、64......进行通信。PHMS服务器60能够始终向各用户的用户终端64实时提供其用户的油压机器10中油压泵14的健康诊断的结果(如发出表示油压泵14有破损前兆的意思的警告数据和表示预测的寿命的寿命数据等)。因此，无论各用户所管理的油压机器10在何处，各用户都能在办公室或家里得知其油压机器10中油压泵14的健康诊断结果。并且，PHMS70除了油压泵18的健康诊断结果，还能将油压机器10的各种状态(如现在位置、累计工作时间(服务测量记录值)、引擎温度、燃料余量、电池状态等)实时地收集在PHMS服务器60中，提供给用户终端64。这一点的详细说明将省略。
在每一个油压机器10中，用于将油压泵14排出的加压的工作油提供给油压负载装置12的加压工作油路径20内，设置了用于测定此加压工作油油压的压力传感器22。在本发明中，用压力传感器22测定加压工作油油压的目的如后面所述，是为了在PHMS控制器18中进行从作为油压泵14健康状态标志的排泄管过滤器差压的检测值中除去由排泄管流量变化引起的差压变化成分(即误差成分)的修正处理时，使用这个检测的油压。在此实施方式中，压力传感器22设置在油压泵14排出口的附近，检测来自油压泵14的排出压。从上述目的中可以看出，与排出压相比，检测排出流量反而更合适，因为排泄管的流量直接受到排出流量的影响。但是，像本实施方式这样检测排出压而不是排出流量有以下优点第一，因为测量排出压的压力传感器22一般是以其他的目的设置在油压泵14中的，可将其挪用于本发明的目的。第二，与流量传感器相比，压力传感器更廉价。第三，根据发明者的实验，因为排出压与排泄管的过滤器差压间有近似直线的相关关系，所以能利用近似直线的排出压—过滤器差压相关关系，简单进行上述的修正处理。基于以上优点，在本实施方式中，利用压力传感器22检测排出压。将压力传感器22输出的排出压的检测值34，输入到PHMS控制器18中。并且从上述目的中可以看出，不一定非要检测排出压，因为只要影响检测排泄管中工作油流量的油压泵的某些工作状态就可以，所以可以检测排出口以外的地方的油压(如在规定的油压负载装置(如油压电动机)12中设置压力传感器22，检测提供给油压负载装置12的供给油压)或检测排出流量、排泄管流量等。
油压泵14的排泄管24中设置了用过滤网捕捉流通在排泄管24内的工作油中所含异物的排泄管过滤器26。排泄管过滤器26中结合了检测排泄管过滤器26前后间(过滤网前后间)的工作油压差压(以下称为“过滤器差压”)的差压传感器28。将差压传感器28中输出的过滤器差压的检测值36输入到PHMS控制器18中。排泄管过滤器26中的过滤器差压能够作为用于诊断油压泵14健康状态的主要标志使用。其理由为，油压泵如为斜板泵时，破损的直接原因是导轨磨损的发展，而导轨磨损产生的金属粉被排泄管过滤器26捕获并蓄积，所以，过滤器差压会随着导轨磨损的发展而增加。
但是，过滤器差压不只因为捕获的金属粉量，还因为其他原因而变化。这些原因主要有，排泄管24中工作油的流量、工作油的温度及油压泵14的容量。因为从过滤器差压的检测值34中除去依存于上述原因的变化成分，所以能够抽出依存于捕获的金属粉量的差压成分。为了进行除去依存于排泄管24的流量差压的变化成分的修正处理，如上所述，将来自压力传感器22的排出压检测值34输入到PHMS控制器18中。另外，为了进行除去依存于工作油温度的差压的变化成分的修正处理，油箱30中设置了温度传感器32，将从温度传感器32输出的油温检测值38输入到PHMS控制器18。进而，为了进行除去依存于油压泵14容量差压变化成分的修正处理，将工作控制器16输出的斜板角指令(表示油压泵斜板角即容量)40输入到PHMS控制器18。
PHMS控制器18分别从压力传感器22、差压传感器28、温度传感器32和工作控制器16中输入排出压检测值34、过滤器差压检测值36、油温检测值38和斜板角指令40，并将这些输入值转换为数字数据存储。此检测值的输入和存储的操作，至少在油压泵14工作期间，以规定的短时间间隔持续进行。因此，PHMS控制器18中积存了从过去到现在的大量的时刻检测的排出压、过滤器差压、油温及斜板角的时序数据。PHMS控制器18利用这些数据，如后面详述的方法，计算出当上述差压变化的主要原因满足规定的一定条件时有可能得到的过滤器差压的期待值(实质上可以视为除去由上述原因引起的变化成分，只依存于捕获到的金属粉量的差压成分)，并将计算出的差压的期待值发送给PHMS服务器60。这个过滤器差压的期待值的计算和发送，定期(如每隔20小时)持续进行。因此，PHMS服务器60中积存了上述过滤器差压的期待值的时序数据。PHMS服务器60根据这个过滤器差压的期待值的时序数据，诊断油压泵14故障前兆的有无和寿命等健康状态。
图2为表示本实施方式中使用的排泄管过滤器26的构造例的剖面图。
此排泄管过滤器26如图所示，图中上部为实际的上部，图中的下部为实际的下部配置。排泄管过滤器26中设置的流动导向器80和82，如图中箭头所示，将由排泄管24流向排泄管过滤器26的工作油流，首先导向圆筒状的过滤网84内侧的底部，再从底部上升到上方，并从过滤网84的内侧通向外侧。像这样，工作油的上升流由过滤网84的内部通向外部，使得大部分包含在工作油中的金属粉被过滤网84捕获，而不是落到排泄管过滤器26的底部堆积。而且过滤网84捕获到的金属粉量均匀分布在过滤网84的所有区域。结果，由差压传感器28检测的过滤网84前后的过滤器差压与捕获到的金属粉量(即油压泵14的磨损进行程度)间的相关度很高。因此，作为油压泵14健康状态标志的过滤器差压的可信度就很高。
下面详细说明PHMS控制器18和PHMS服务器60。
图3表示的是PHMS控制器18的结构和功能。图4表示的是PHMS服务器60的结构和功能。图5具体说明了PHMS控制器18进行处理的内容。图6具体说明了PHMS服务器60进行处理的内容。
如图3所示，PHMS控制器18具有处理装置100和存储装置102。处理装置100具有数据收集部104、合理数据选定部106、代表差压运算部108、油温变化修正部110及数据发送部112。如图4所示，PHMS服务器60具有处理装置200和存储装置202。处理装置具有数据接收部204、长期趋势运算部206、短期趋势运算部208、寿命预测部210、异常判断部212及报告部214。PHMS控制器18和PHMS服务器60都能由程序化的计算机、硬件接线电路或他们的组合构成。
下面参照图3和图5来说明PHMS控制器18的功能和操作。
如图3所示，数据收集部104以规定的短时间间隔持续收集来自差压过滤器28的过滤器差压检测值36、来自压力传感器22的排出压检测值34、来自工作控制器16的斜板角指令值40及来自温度传感器32的油温检测值38，并将这些收集到的检测值转换为数字数据存储在存储装置102中。由此，在从过去到现在的大量的时刻检测的过滤器差压、排出压、斜板角及油温的各自的时序数据120、122、124、126都积存在存储装置102中。图5A中例示了过滤器差压时序数据120、排出压时序数据122、斜板角时序数据124及油温时序数据126。这些时序数据120、122、124、126中包含了各自的检测值数据和表示检测时刻的时刻数据。这些时序数据120、122、124、126中包含的过滤器差压、排出压、斜板角及油温的检测值数据与表示其时刻数据的检测时刻是相互对应的。
再参照图3，合理数据选定部106根据斜板角时序数据124，掌握了在过去到现在的规定区间内，斜板角满足规定的一定条件的时间区间，并从过滤器差压时序数据120和排出压时序数据122中只抽出其时间区间内检测的排出压数据和过滤器差压数据。这里所说的斜板角的规定的一定条件，例如是斜板角为规定的一个角度或者在以这个规定的一个角度为中心的规定的很窄的角度范围内。上述规定的一个角度，例如可以采用油压机器10中最频繁使用的有代表性的斜板角度。
图5A和图5B表示了合理数据选定部106的处理的具体例子。图5A所示的斜板角时序数据124中虚线所包围的区域表示的是上述规定期间中斜板角满足一定条件的情况。图5B中，将过滤器差压时序数据120和排出压时序数据122中各自包含的上述规定期间内的所有过滤器差压和排出压的检测值数据图示在过滤器查压—排出压坐标平面上。各图示都表示了检测时刻相同的相互对应的过滤器差压和排出压。合理数据选定部106从图5B所示的规定期间内过滤器差压和排出压的所有数据中，抽出斜板角满足一定条件时的数据，即只抽出虚线包围的区域内的图示部分。由此，通过只抽出斜板角(即泵容量)满足一定条件时的检测值数据，能够从抽出后的数据中除去或减少依存于泵容量的过滤器差压的变化因素。
再参照图3。代表差压运算部108接收从合理数据选定部106中抽出的过滤器差压和排出压的检测值数据，再根据这些检测值数据，计算出排出压在满足规定的一定条件时的过滤器差压(以下称为“代表差压”)。这里所说的关于排出压的规定的一定条件，例如排出压为规定的一个压力值，或者在以这个规定的压力值为中心的窄小范围内。上述规定的一个压力值例如可以采用油压机器10中最频繁使用的有代表性的排出压值(如150千克/平方厘米)。
代表差压的运算方法有多种，但在此实施方式中，代表差压运算部108求出排出压和过滤器差压的相关函数128，再根据此相关函数决定代表差压。图5C具体表示了这种方法。如图5C所示，代表差压运算部108首先根据合理数据选定部106抽出的过滤器差压和排出压的检测值数据(图5B中虚线所含区域的图示)，计算出过滤器差压和排出压间的相关函数128。这里相关函数可以使用一次函数(直线函数)。一次函数能够由两个系数决定，因此运算很简单。另外，根据发明者的研究，由于过滤器差压和排出压间存在着直线性的明显的相关函数，所以作为相关函数采用一次函数是很合理的。然后代表差压运算部108根据决定的相关函数128，如图5所示，计算出与上述有代表性的排出压值(规定的一定条件)相对应的过滤器差压值即代表差压值。此代表差压值中，不包含或减少了依存于排泄管流量的过滤器差压变化成份。
而且，可以使用下面的简单方法求代表差压值，以代替上述求排出压—过滤器差压相关函数128的方法来。即，只抽出与满足上述一定条件的排出压检测值相对应的过滤器差压检测值，再计算抽出的过滤器差压检测值数据的平均值或中间值，并以此作为代表差压值。此方法适用于排出压变化少的泵。而使用上述排出压—过滤器差压相关函数128决定代表差压的方法适用于排出压变化多的泵。
如图3所示，代表差压运算部108将运算过的代表差压存储在存储装置102中。上述合理数据选定部106和代表差压运算部108的处理以短时间的间隔重复持续进行。因此，存储装置102中积存了从过去到现在的大量的时刻的代表差压的时序数据130。
如图3所示，油温变化修正部110输入从过去到现在的规定期间内的油温时序数据126和代表差压时序数据130，并使用油温时序数据126修正代表差压时序数据130，然后从代表差压时序数据130中除去或减少依存于油温的过滤器差压变化成份。为了进行该修正，在本实施方式中，油温变化修正部110使用提前准备好的油温—理想差压相关函数132，通过从代表差压时序数据130所含的代表差压值数据中减去基于油温—理想差压相关函数132的对应油温的理想差压，来修正代表差压值数据。这里所说的油温—理想差压相关函数132是表示排泄管过滤器26中金属粉一点也没有积存情况下的理想的过滤器差压(理想差压)与油温间相关关系的函数，例如是根据实验决定的函数。
图5D具体表示了油温变化修正部110进行的油温修正处理。图5D中所示的横轴为代表差压时序数据130期间内每个规定单位时间(如一分钟)的平均油温。油温变化修正部110根据油温时序数据126计算这些平均油温。油温变化修正部110使用提前准备好的排出压—理想差压相关函数132计算与算出的平均油温相对应的理想差压。然后，油温变化修正部110通过从代表差压时序数据130所含的所有代表差压值数据中减去与相同油温对应的理想差压，来修正代表差压值数据。即，修正过的代表差压值(修正差压)的数据表示的是原来的代表差压值和与之对应的理想差压的差。图5D中，修正差压是用排出压—理想差压相关函数132的线指向代表差压值图示的箭头来表示的。从以上说明可知，因为修正差压数据中不含有或减少了依存于其泵容量、排泄管流量和油温的过滤器差压的变化成份，所以修正差压数据与排泄管过滤器26捕获的金属粉量(即油压泵14的磨损进行程度)间有很强的相关关系。因此，通过将修正油压数据作为油压泵健康状态的标志使用，就能以很高的可信度进行健康诊断。
如图3所示，油温变化修正部110将计算的修正差压存储在存储装置102中。上述油温变化修正部110的处理以短时间的间隔重复持续进行。因此，存储装置102中积存了从过去到现在的大量的时刻的修正差压的时序数据134。
如图3和图5E所示，数据发送部112计算出修正差压的时序数据134中所含的、最近规定时间区间(如20小时)里修正差压值数据的平均值(平均差压)，并将这个平均差压数据136定期(如每20小时)向PHMS服务器60发送。
下面参照图4和图6来说明PHMS服务器60的功能和操作。
如图4所示。PHMS服务器60的数据接收部204，定期(如每20小时)地接收来自PHMS控制器18的平均差压数据136，并存储在存储装置202中。因此，存储装置202中收集了到从过去到现在的如每20小时的大量的时刻的平均差压时序数据220。图6中平均差压时序数据220由平均差压—时间坐标平面上的大量图示表示。
如图4所示，长期趋势运算部206根据平均差压时序数据220计算出规定长时间(如最近的几个月、一年、或者更长的时间)内，表示随着平均差压时序数据220时间的推移增长趋势的长期趋势数据222。这个长期趋势数据222例如是一次函数。此长期趋势数据222表示的是，由于长时间的机器的松动、活动等引起的，即使排出压相同，排泄管流量慢慢增加、从而使过滤器差压上升的现象。这部分应当从用于判断油压泵14的磨损进行程度时使用的过滤器差压中除去。
如图4所示，短期趋势运算部208，根据平均差压时序数据220，计算在规定的短时间(如最近的10天)内，表示随着平均差压时序数据220时间的推移增加趋势的短期趋势数据224。此短期趋势数据224例如为一次函数。通过短期趋势数据224与长期趋势数据222的背离程度，能够判断油压泵14的磨损进行程度。
如图4所示，寿命预测部210首先计算短期趋势数据224与长期趋势数据222的背离程度，再根据这个背离程度，预测油压泵14的寿命。例如，如图6所示，提前用实验求出油压泵14破损(如斜板泵的导轨100％磨损)时的背离量，然后将其作为100％阈值提前设定在PHMS服务器60中。寿命预测部210，如图6所示，将短期趋势数据224和长期趋势数据222的线延长到以后，求出两者间背离量达到上述100％阈值的时刻，再将求出的时刻作为表示油压泵14的以后的破损时的寿命数据226。或者如图6所示，提前用实验求出油压泵14的磨损达到规定程度(如斜板泵的导轨磨损25％)时的背离量，然后例如将其作为25％阈值，提前设定在PHMS服务器60中。寿命预测部210将在短期趋势数据224与长期趋势数据222的背离量到达上述25％阈值的时刻，加上提前通过实验求出的剩余寿命的时间(如50天)所得的时刻作为寿命数据226。
如图4所示，异常判断部212计算短期趋势数据224与长期趋势数据222的背离程度，再根据背离程度判断油压泵14破损前兆的有无，并在检测出有前兆时输出警报数据228。例如短期趋势数据224与长期趋势数据222的的背离量在达到破损前的某个程度水平，如上述的25％阈值时，异常判断部212就会发出表示破损临近的警报数据228。
如图4所示，报告部228向用户终端64发送包含寿命数据226和警报数据228的报告数据230。
以上说明了本发明的实施方式。此实施方式只是说明本发明的例示，本发明的范围并不只限于此实施方式。只要不脱离其要点，本发明还可以实施其它各种方式。
例如，上述实施方式中，PHMS控制器18和PHMS服务器60具有的监视并诊断油压泵的健康状态的全部功能，既能够安装在每个油压机器10中，也可以将PHMS控制器18的功能搭载在PHMS服务器60等油压机器10的外部装置上。
权利要求
1.一种油压机器，具有油压负载装置；将加压的工作油排出并提供给上述油压负载装置的油压泵；将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器；检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器；检测上述油压泵中规定的工作状态的工作状态传感器；从上述差压传感器及上述工作状态传感器收集上述过滤器差压的时序数据和工作状态的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部所收集的上述工作状态的时序数据和过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的上述过滤器差压的有代表性的值即代表差压值，并将决定的上述代表差压值输出的的代表差压决定部。
2.根据权利要求1所述的油压机器，其中还具有根据上述代表差压决定部输出的上述代表差压值来诊断上述油压泵健康状态的诊断部。
3.根据权利要求1所述的油压机器，其中，上述工作状态传感器检测由上述油压泵提供给上述油压负载装置的上述加压的工作油的压力或流量来作为上述工作状态。
4.根据权利要求1所述的油压机器，其中，上述代表差压决定部根据上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定上述工作状态和上述过滤器差压之间的相关关系；并根据决定的相关关系求出与满足上述一定条件的规定的一个有代表性的上述工作状态值相对应的上述过滤器差压的相关值；然后将求出的上述相关值作为上述代表差压值采用。
5.根据权利要求1所述的油压机器，其中，上述代表差压决定部从上述过滤器差压的时序数据中抽出满足上述一定条件的上述工作状态下的数据，并求出抽出的上述过滤器差压数据的平均值或中间值，然后将求出的上述平均值或中间值作为上述代表差压值采用。
6.根据权利要求1中所述的油压机器，其中，上述油压泵是可变容量型泵，还设置了输出与上述油压泵容量相关的容量信息的容量信息输出装置；上述代表差压决定部根据上述容量信息，获得在上述油压泵的容量满足规定的一定条件时检测出的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，并根据得到的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据来决定上述代表差压值。
7.根据权利要求1中所述的油压机器，其中，还设置了检测上述工作油温度的温度传感器；上述数据收集部还从上述温度传感器收集上述油温的时序数据；上述代表差压决定部利用上述油温时序数据来修正上述代表差压值，以减少其中所含的由上述油温引起的变化成分，然后输出修正后的上述代表差压值。
8.一种监视油压机器的油压泵的健康状态的系统，该油压机器具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述油压泵中规定的工作状态的工作状态传感器，该系统具有从上述差压传感器及上述工作状态传感器收集上述过滤器差压的时序数据和上述工作状态的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的上述过滤器差压的有代表性的值即代表差压值，并将决定的上述代表差压值输出的代表差压决定部。
9.根据权利要求8所述的系统，其中还具有根据由上述代表差压决定部决定的上述代表差压值，诊断上述油压泵健康状态的诊断部。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，上述诊断部具有从上述代表差压决定部收集上述代表差压值的时序数据，然后根据收集的上述代表差压值的时序数据，决定经过时间与上述代表差压增加之间的相关关系，再根据决定的上述相关关系来预测上述油压泵的寿命的寿命预测部。
11.根据权利要求9中所述的系统，其中，上述诊断部具有首先从上述代表差压决定部中收集上述代表差压值的时序数据，然后根据收集的上述代表差压值的时序数据，决定经过规定长时间的经过时间和上述代表差压之间的相关关系，再求出已决定的上述经过长时间的相关关系与规定的最近短时间内的上述代表差压的数据之间的背离程度，根据求出的上述背离程度来判断上述油压泵的异常的异常判断部。
12.一种监视油压泵的健康状态的方法，该油压泵排出加压的工作油并提供给油压负载装置，该方法具有收集上述油压泵的排泄管过滤器中过滤器差压的时序数据的步骤；收集上述油压泵的规定工作状态的时序数据的步骤；根据收集到的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定满足一定条件的上述工作状态下的上述过滤器的差压有代表性的值即代表差压值的步骤；根据决定的上述代表差压值，诊断上述油压泵健康状态的步骤。
13.一种监视油压机器的油压泵的健康状态的系统，该油压机器具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述油压泵的规定的工作状态的工作状态传感器，该系统具有与油压机器结合的局部控制器；设置在与上述油压机器分离的地方、能与上述局部控制器通信的中央服务器；上述油压机器的上述局部控制器具有从上述油压机器的上述差压传感器及上述工作状态传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和上述工作状态的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述工作状态的时序数据和上述过滤器差压的时序数据，决定满足规定的一定条件的上述工作状态下的有代表性的上述过滤器差压的值即代表差压值的代表差压决定部；将上述代表差压决定部决定的上述代表差压值发送给上述服务器的发送部，上述中央服务器具有从上述局部控制器中接收上述代表差压值的接收部；根据接收的上述代表差压值诊断上述油压机器健康状态的诊断部。
14.一种权利要求13所述的系统中的上述局部控制器。
15.一种权利要求13所述的系统中的上述中央服务器。
16.一种监视油压机器的油压泵的健康状态的系统，该油压机器具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器和检测上述工作油温度的温度传感器，该系统具有从上述差压传感器及上述温度传感器中收集上述过滤器差压的时序数据和上述油温的时序数据的数据收集部；利用上述数据收集部所收集的上述油温时序数据来修正上述过滤器差压的时序数据，以减少上述过滤器差压的时序数据中所含的由上述油温引起的变化成分的修正部；根据上述修正部修正的上述过滤器差压的时序数据来诊断上述油压泵健康状态的诊断部。
17.一种监视油压机器的油压泵的健康状态的系统，该油压机器具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器，该系统具有从上述差压传感器中收集上述过滤器差压的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述过滤器差压的时序数据，决定经过时间与上述过滤器差压增加的相关关系的相关关系决定部；根据上述相关关系决定部决定的上述相关关系，预测上述油压泵寿命的寿命预测部。
18.一种监视油压机器的油压泵的健康状态的系统，该油压机器具有油压泵、将在上述油压泵的排泄管中流动的工作油中所含异物捕获的排泄管过滤器、检测上述排泄管过滤器中过滤器差压的差压传感器，该系统具有从上述差压传感器中收集上述过滤器差压的时序数据的数据收集部；根据上述数据收集部收集的上述过滤器差压的时序数据，决定经过规定长时间的经过时间与上述过滤器差压之间相关关系的相关关系决定部；求出上述相关关系决定部所决定的上述经过长时间的相关关系与规定的最近短时间内的上述过滤器差压的数据之间的背离程度，根据求出的上述背离程度来判断上述油压泵异常或预测其寿命的判断部。
全文摘要
目的为，在油压泵的破损发生前，检测泵破损的前兆，预测泵的寿命。首先检测油压泵的排出压122、油温126和排泄管的过滤器差压120，然后求出过滤器差压与排出压的相关关系128，再根据相关关系，计算一定的有代表性的排出压下的有代表性的过滤器差压130。通过用油温—差压相关函数来修正这个代表差压值，得到除去由油温126引起的变化成分132后的修正差压。计算出这个修正差压的时间增加的长期趋势和短期趋势，然后根据长期趋势和短期趋势的背离程度，检测泵破损的前兆、预测泵的寿命。
文档编号G01M99/00GK1699950SQ20051006769
公开日2005年11月23日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年5月21日
发明者影山雅人, 庄司幸夫, 吉田伸实 申请人:株式会社小松制作所