液压马达的故障检测装置和液压驱动车辆 【技术领域】
本发明涉及一种检测轮式液压挖掘机等液压驱动车辆上装载的液压马达的故障的装置。
背景技术
通常，轮式液压挖掘机等液压驱动车辆具有液压泵和由从液压泵排出的油驱动的行驶用液压马达。该液压马达的输出轴连结在传动装置的输入轴上，液压马达的旋转经由传动装置传递到车轮上。在液压马达上设置有排放室，从液压马达排放的油经由排放室回收到油箱中。在马达的排放室和传动装置的变速箱室之间设有密封部件，阻止排放的油从排放室流入变速箱室。
在上述的液压驱动车辆中，当液压马达中混入异物时，液压马达的正常工作受到妨碍，液压马达有可能破损。如果液压马达破损，则从液压泵排放出的油大量流入排放室，穿过密封部件而流入变速箱室。其结果，变速箱室中被排放的油充满，将在传动装置上作用很大的阻力，行驶性能将变差。而且，当变速箱油中混入排放油，则变速箱油的性能将变差，有可能对传动装置地驱动带来恶劣的影响。
发明的公开
本发明的目的在于提供一种液压马达的故障检测装置，能够检测出液压马达的异常动作，对异常事态采取适当对策。
本发明的其他目的在于提供一种装载了上述液压马达的故障检测装置的液压驱动车辆。
为了达到上述目的，本发明的液压马达的故障检测装置具备：由原动机驱动的液压泵，由该液压泵排出的油驱动的行驶用液压马达，连结在行驶用液压马达的输出轴上的传动装置，检测行驶车辆停止的停止检测装置，检测传动装置内的油液面的液面检测装置，和在通过停止检测装置检测出行驶车辆的停止、并且通过液面检测装置检测出油液面达到指定值时发出警报的报警装置。
而且，本发明的液压驱动车辆具备：由原动机驱动的液压泵，由该液压泵排出的油驱动的行驶用液压马达，连结在行驶用液压马达的输出轴上的传动装置，检测行驶车辆停止的停止检测装置，检测传动装置内的油液面的液面检测装置，和在通过停止检测装置检测出行驶车辆的停止、并且通过液面检测装置检测出油液面达到指定值时发出警报的报警装置。
因此，操作者可尽早识别出液压马达的异常动作，能够对异常事态采取适当对策。
也可以通过限制行驶用液压马达的驱动来取代发出警报。
在检测出液压马达的异常动作时，最好是降低原动机的转速。而且，也可以使行驶停止。另外，也可以禁止原动机的再次发动。而且，还可以同时发出警报。
当检测出为作业状态时，也可以使报警的动作或车辆的行驶限制无效。
这些控制最好可通过复位指令复位。复位指令也可以通过点火钥匙开关的操作产生。
附图的简单说明
图1为表示装载有本发明第一实施方式所涉及的液压马达的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图。
图2为适用本发明的行驶马达的剖视图。
图3为详细说明构成本发明第一实施方式所涉及的故障检测装置的控制器的示意图。
图4为表示控制器的处理的一例的流程图。
图5为表示装载有本发明第二实施方式所涉及的液压马达的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图。
图6为详细说明构成本发明第二实施方式所涉及的故障检测装置的控制器的示意图。
图7为表示装载有本发明第三实施方式所涉及的液压马达的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图。
图8为详细说明构成本发明第三实施方式所涉及的故障检测装置的控制器的示意图。
图9为表示装载有本发明第四实施方式所涉及的液压马达的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图。
图10为详细说明构成本发明第四实施方式所涉及的故障检测装置的控制器的示意图。
实施发明的优选方式
第一实施方式
以下，采用图1～图4对装载有本发明第一实施方式所涉及的故障检测装置的轮式液压挖掘机加以说明。轮式液压挖掘机是在轮式(轮胎式)的行驶体上可旋转地装载旋转体，在该旋转体上安装作业用的附属装置。在行驶体上设置有由图1所示的行驶用液压回路驱动的行驶用液压马达1。
如图1所示，从发动机2驱动的主泵3排出的油通过控制阀4控制其方向和流量，经由内置背压阀5的制动阀6供应到行驶马达1上。在行驶马达1的输出轴1a上连结有传动装置7。行驶马达1的旋转通过传动装置7被变速，经由驱动轴8、轮轴9传递到轮胎10上。因此，轮式液压挖掘机行驶。另外，来自主泵3的压力油也供应到未图示的作业用液压回路上，驱动作业用促动器。
控制阀4通过来自液压控制回路的控制压力控制其切换方向和行程量。通过控制行程量可控制车辆的行驶速度。液压控制回路具有液控泵21，与油门踏板22的踩下量对应地产生液控2次压力P1的行驶导阀23，延迟向导阀23回油的单向节流阀24，选择车辆前进、后退、中立的前进后退切换阀25。前进后退切换阀25由电磁切换阀构成，通过未图示的开关操作切换其位置。
图1为前进后退切换阀25位于中立位置(N位置)，并且表示行驶导阀23未被操作的状态。因此，控制阀4位于中立位置，来自主泵3的压力油返回油箱，车辆停止。当通过开关操作将前进后退切换阀25切换到前进(F位置)或后退(R位置)，踩下油门踏板22时，与踩下量相对应的液控2次压力P1作用在控制阀4的导入口上，控制阀4以对应于液控2次压力P1的行程量被切换。因此，来自主泵3的排出油经由控制阀4，中缝12，制动阀6被导向行驶马达1，驱动行驶马达1。此时，从行驶马达1泄漏的油经由排放管道(排放室)11回收到油箱中。
当行驶中松开踏板22时，行驶导阀23切断来自液控泵21的压力油，其出口端与油箱连通。其结果，作用在控制阀4的导入口上的压力油经由前进后退切换阀25，单向节流阀24，行驶导阀23返回油箱。此时，由于通过单向节流阀24的节流作用回油被节流，所以控制阀4被逐渐切换到中立位置。当控制阀4被切换到中立位置时，从主泵3至行驶马达1的压力油(驱动压力)的供应被切断，背压阀5也被切换到图的中立位置。
在这种情况下，车体在车体惯性的作用下继续行驶，行驶马达1从马达作用变成泵作用，图中B口一侧吸入，A口一侧排出。来自行驶马达1的压力油在背压阀5的节流(中立节流)的作用下被节流，所以背压阀5和行驶马达1之间的压力上升，作为制动压力作用在行驶马达1上。因此，行驶马达1产生制动力矩，使车体制动。当泵作用中吸入量不足时，通过补充口13将油量补充到行驶马达1中。制动压力通过溢流阀14、15限制其最高压力。
发动机2的调节器2a经由连杆机构31连接在脉冲马达32上，通过脉冲马达32的旋转控制发动机2的转速。即，脉冲马达32正转则转速上升，反转则降低。调节器2a上经由连杆机构31连接有电位差计33，通过电位差计33检测对应于发动机2的转速的调节杆的角度。该检测值作为控制转速Nθ输入控制器30。
控制器30上还分别连接有检测车速的车速传感器26，检测对应于行驶导阀23的踩下操作的液控2次压力P1的压力传感器34，检测传动装置7内的油液面的液面传感器35，复位开关36，和通过点火钥匙的操作而接通/断开的点火钥匙开关37。液面传感器35为限位开关，当油液面达到预先设定的指定值La时，开关35通过浮子35a被接通。
钥匙开关37与电源38相连接，通过钥匙开关37的接通向控制器30供应电源。因而在控制器30中进行后述的计算，将控制信号输出到脉冲马达32上，控制脉冲马达32的旋转，同时将控制信号输出到蜂鸣器39和蜂鸣灯40(同为报警装置)上，控制其动作。
在此，对行驶马达1的结构加以说明。图2为变容式行驶马达1的剖视图。如图2所示，在行驶马达1的输出轴1a的凸缘41上沿周向连结有多个活塞42(仅图示出一个)。这些活塞42可经由活塞环42a滑动地插入在缸体43上形成的油室43a中。缸体43的前端抵接在斜板44上，其抵接面相互形成圆锥状。斜板44可和缸体43一起向箭头方向摆动，马达容量与该摆动量相对应地变化。
斜板44和连接在斜板44上的马达罩45上，分别在半个相位上设置有未图示的油的流入口和流出口。这样，来自主泵3的压力油经由流入口流入油室43a中，油室43a的油经由流出口流入油箱。因此，活塞42在油室43a内滑动，在确保斜板44和缸体43抵接的状态下，与缸体43、活塞42为一体的马达1的输出轴1a旋转，马达输出轴1a上结合有传动装置7的输入轴7a，行驶马达1的旋转传递到传动装置7上。
此时，从主泵3供应到油室43a中的压力油的一部分从斜板44和缸体43的抵接面的间隙或活塞42和油室43a的滑动面的间隙漏到排放室11。漏出的油经由马达壳体46的底部上开口的排放孔11a返回油箱，通过密封环SR阻止油从排放室11流入变速箱室7b。
此时，当例如异物混入活塞42的滑动面上，活塞42固接(卡住)在缸体43上时，缸体43边被活塞42拉伸边旋转，缸体43和斜板44的间隙局部增大。而且，在某些情况下，活塞环42a破损，滑动面的间隙增大。其结果，来自主泵3的压力油经由这一间隙大量地流入排放室11中，排放室11中的油有可能穿过密封环SR流入变速箱室7b中。因此，不仅变速箱室7a中的油液面上升，作用在传动装置7的驱动轴上的阻力增大，而且变速箱油的性能恶化，对传动装置7的驱动产生不良影响。
在本实施方式中，通过车速传感器26和液面传感器35检测这种行驶马达1的异常动作，对这种异常情况采用下述对策。
图3为详细说明控制器30的示意图。通过接通点火钥匙开关37向控制器30供应电源，开始进行处理。函数发生器301在液面传感器35的开关接通、即变速箱室7b中的油液面达到指定值La以上时，向RS型触发器302的置位端子S上输出置位信号。在此，指定值La与上述的马达1的故障引起的油液面的上升相对应，当油液面达到指定值La时判定行驶马达1故障。
当触发器302的置位端子S上输入有置位信号时，触发器302从端子Q输出高电位信号，将切换回路303切换到接点a一侧。函数发生器308在通过车速传感器26检测出的车速为指定值(＝0)以下时、即车辆停止时向切换开关309输出闭合信号，将切换开关309闭合。因此，向蜂鸣器39和蜂鸣灯40供应电源，发出蜂鸣音，蜂鸣灯40点亮。
复位开关36接通时，复位开关36向触发器302的复位端子R输出复位信号。根据该复位信号，触发器302使端子Q为低电位，将切换回路303切换到接点b一侧。因此，断开向蜂鸣器39和蜂鸣灯40的供电，蜂鸣音停止，蜂鸣灯40熄灭。而且，通过车速传感器26检测出车辆行驶时，向切换开关309输出打开信号，打开切换开关309。因此也可以使蜂鸣音停止，使蜂鸣灯40熄灭。
在函数发生器304中预先设定了随着图示的行驶液控压力的增加发动机的转速增加的关系。函数发生器304采用这一关系设定与压力传感器34的检测值P1相对应的转速N，将其设定值N向切换回路305输出。切换回路305将切换回路303切换到接点a一侧，并且在切换开关309为闭合时切换到接点a一侧，切换回路303切换到接点b一侧，而且，在切换开关309为打开时切换到接点b一侧。因此，切换回路305选择由函数发生器304设定的转速N或预先设定在转速设定器306中的怠速Ni的任一种，作为目标转速Ny向伺服控制部307输出。在伺服控制器307中与由电位差计33检测出的调节杆的变位量相当的控制转速Nθ进行比较，按照图4所示的顺序控制脉冲马达32，使两者相一致。
图4中，首先在步骤S21中分别读入转速指令值Ny和控制转速Nθ，然后进入步骤S22。在步骤S22中，将Nθ-Ny的结果作为转速差A存入存储器中，在步骤S23中，采用预先确定的基准转速差K判定是否|A|≥K。肯定时则进入步骤S24，判定是否转速差A＞0，若A＞0，由于控制转速Nθ大于转速指令值Ny，即控制转速大于目标转速，所以为了降低发动机转速，在步骤S25中向脉冲马达32输出指令马达逆转的信号。因此脉冲马达32逆转，发动机2的转速降低。
另一方面，若A≤0，由于控制转速Nθ小于转速指令值Ny，即控制转速低于目标转速，为了增加发动机的转速，在步骤S26中输出指令马达正转的信号。因此，脉冲马达32正转，发动机转速增加。当步骤S23为否定时，进入步骤S27，输出马达停止信号，因此，发动机2的转速保持在一定值。当执行了步骤S25～S27后则返回开始处。
对上述构成的液压驱动车辆的故障检测装置特征的动作加以具体说明。
(1)行驶马达正常时
在行驶马达1处于正常状态下，油不会从排放室11流向入变速箱室7，车辆停止时的变速箱室7的油液面保持在指定值La以下。因此，控制器30的切换回路303和切换回路305均被切换到接点b一侧。当在该状态下将前进后退切换阀25切换到前进或后退，操作油门踏板22时，与其操作量对应地产生行驶液控压力P1。在伺服控制器307中，将与该行驶液控压力P1相对应的目标转速Ny和相当于电位差计33的检测值的控制转速Nθ进行比较，控制脉冲马达32，使两者相一致。因此，随着踏板操作量的增加，发动机的转速增加，车辆开始行驶。
此时，通过传动装置7的驱动轴的旋转变速箱室7的油被搅拌，油液面发生变化，液面传感器35的开关有可能接通。因此，切换回路303切换到接点a一侧，但切换开关309打开，报警装置39、40不动作。
(2)行驶马达异常时
当马达活塞42的滑动部中混入杂物，产生卡住时，如上所述，从液压泵3排出的油大量流入排放室11中。然后，排放油经由密封环SR流入变速箱室7，当变速箱室7中的油液面达到指定值La时，函数发生器301向触发器302的置位端子输出置位信号，通过来自触发器302的Q端子的高电位信号将切换回路303切换到接点a一侧。当在这种状态下车辆停止时，切换开关309闭合，产生蜂鸣音，同时蜂鸣灯40点亮。因此，操作员可识别出行驶马达1的异常状态。可进行发动机停止等对应于马达1异常时的操作。
此时，切换回路305也切换到接点a一侧。因此，发动机转速降低到怠速Ni，由于泵排出量的降低马达转速也降低。其结果，流向排放室11的油量减少，可抑制油从排放室11向变速箱室7b泄漏。而且可防止浪费燃料。另外，滞留在变速箱室7b中的油可从传动装置7上设置的未图示的排放孔排出，因此，可以使变速箱室7b的油液面为指定值以下。
当在使变速箱室7b的油液面为指定值La以下的状态下操作复位开关36时，触发器302的Q端子成为低电位，切换回路303、305切换到接点b一侧。因此，蜂鸣音停止，同时蜂鸣灯40熄灭。而且，可将发动机转速控制在与再次操作踏板相对应的值。其结果，在为了修理行驶马达1而用拖车运送车辆时，可使车辆自行装载在拖车上。另外，也可以将点火钥匙开关37断开以取代复位开关306的操作。在行驶马达1损伤严重，难以自行的情况下，将液压挖掘机的铲斗前端挂在拖车上，通过起重臂或杠杆用液压缸的驱动上提车辆即可。
根据第一实施方式，由于在车辆行驶停止的状态下变速箱室7b的油液面达到指定值La时检测出行驶马达1的故障，使报警装置39、40动作，所以操作者可尽早识别出行驶马达1的异常动作，能够适当地对异常事态采取对策。在这种情况下，若到油液面稳定为止需要一定时间的话，则根据该一定时间后的液面传感器35的检测值检测出行驶马达1的故障即可。
而且，由于在检测出马达1的故障时将发动机转速降低到怠速值Ni，限制行驶马达1的驱动，所以，无论是否进行油门踏板22的操作，流向排放室11的油量均减少，可防止向变速箱室7b漏油。另外，在变速箱室7b的油液面达到指定值La以下的状态下到操作复位开关36，或者使点火钥匙开关37从断开变成接通之前报警装置39、40的动作和车辆的行驶限制不解除，所以操作者能够可靠地识别行驶马达1的异常状态。然后，当解除车辆的行驶限制时，可通过踏板操作使发动机转速上升，能够容易地进行将车辆装载到拖车上的作业。
第二实施方式
在第一实施方式中，在行驶马达1故障时是将发动机转速降低到怠速值Ni，限制车速，而在第二实施方式中是禁止车辆行驶。以下，根据图5、6对本发明的第二实施方式加以说明。图5为表示装载了第二实施方式的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图。图6为详细说明第二实施方式的控制器30A的示意图。另外，在与图1、3相同的部位赋予相同的附图标记，在以下主要对其不同之处加以说明。
如图5所示，行驶导阀23和单向节流阀24之间的管路经由电磁阀47可连接到油箱上。电磁阀47根据来自控制器30A的控制信号开闭。如图6所示，电磁阀47的螺线管47a连接在切换开关309上。
车辆停止时，即切换开关309闭合时，由于行驶马达1的故障而将切换回路303切换到接点a一侧，因此螺线管47a被励磁，电磁阀47被切换到位置甲。因此，控制阀4的导入口上作用的压力油经由前进后退切换阀25、单向节流阀24和电磁阀47返回到油箱中，控制阀4被切换到中立位置。其结果，切断压力油向行驶马达1的供应，即使操作油门踏板22车辆也维持在停止的状态，同时报警装置39、40动作，发动机的转速被限制在怠速值Ni。
当在这种状态下操作复位开关36时，切换回路303、305被切换到接点b一侧。因此，螺线管47a被消磁，电磁阀47被切换到位置乙。其结果，可使与踏板操作相对应的行驶液控压力作用在控制阀4的导入口上，可向行驶马达1供油。
根据第二实施方式，当检测出行驶马达1的故障时，由于通过电磁阀47的打开动作将行驶液控压力返回到油箱，所以即使操作油门踏板22，行驶马达1也停止旋转，可防止之后向排放室11漏油。
另外，此时也可以同时使制动器(停车制动器)动作。因此，即使是在坡道上也可以使车辆稳定地保持停止状态。而且，不将发动机转速限制在怠速值Ni，而是为与行驶液控压力相对应的值即可。因此，不需要切换回路305。
第三实施方式
在第一实施方式中，在行驶马达1故障时是将发动机的转速降低到怠速值Ni，限制车速，而在第三实施方式中，除此之外还禁止发动机2再次启动。以下，根据图7、8对本发明的第三实施方式加以说明。图7为表示装载了第三实施方式的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图，图8为表示第三实施方式控制器30B结构的示意图。另外，对与图1、3相同的部位赋予相同的附图标记，以下，主要对不同之处加以说明。
如图7所示，控制器30B上连接有起动马达48，起动马达48的驱动被控制。如图8所示，点火钥匙开关37经由继电器310连接在起动马达48上，切换开关309的输出端子连接在继电器310的线圈上。因此，在车辆停止时，由于行驶马达1的故障将切换回路303切换到接点a一侧时，继电器310的线圈通电，继电器接点切换到接点R1一侧。其结果，断开电源向起动马达48的供应，即使接通点火钥匙开关37发动机2也不会发动。
当在这种状态下操作复位开关36时，切换回路303切换到接点b一侧，继电器310的线圈通电停止。因此，继电器接点切换到接点R2一侧，发动机可再次发动。另外，也可以使发动机的再次发动不是通过复位开关36的操作，而是通过服务人员等用何种道具从外部外加信号。这样一来，操作者将不能够通过自己的判断使发动机再次发动。
根据第三实施方式，由于在检测出行驶马达1的故障时禁止发动机2的再次发动，所以不会因操作者的不经意将发动机2再次发动而使车辆移动，可在行驶马达1故障时进行正确的处理。
第四实施方式
在第一实施方式中，当检测出行驶马达1故障时，无论是在行驶或作业时均将发动机转速限制在怠速值，而在第四实施方式中，在作业时不限制发动机的转速。以下，根据图9、10对本发明的第四实施方式加以说明。图9为表示装载了本发明第四实施方式的故障检测装置的轮式液压挖掘机结构的回路图，图10为表示第四实施方式的控制器30C结构的示意图。另外，对与图1、3相同的部位赋予相同的附图标记，以下，主要对不同之处加以说明。
如图9所示，控制器30C上新连接有向前进后退切换阀25输出切换指令的前进后退切换开关49，和向未图示的作业用制动器输出动作指令的制动器开关50。如图10所示，触发器302的Q端子上连接有切换回路311，切换回路311根据来自作业判定部312的信号切换。作业判定部312中输入来自前进后退切换开关49和制动器开关50的信号，前进后退切换阀25为中立，并且作业用制动器动作时，将切换回路311切换到接点a一侧，在其他条件下切换到接点b一侧。
因此，在作业时以外，切换回路311被切换到接点b一侧，根据行驶马达1的故障，将切换回路303、305切换到接点a一侧，将发动机的转速限制在怠速值Ni。当在该状态下通过前进后退切换开关49的操作使前进后退切换阀25为中立状态，并且通过制动器开关50的操作使作业用制动器动作时，切换回路311切换到接点a一侧。因此切换回路303、305也同时切换到接点b一侧，解除发动机转速的限制。
根据第四实施方式，由于根据前进后退切换开关49和制动器开关50的操作判定是否开始作业，在作业时使发动机转速的限制无效，所以即使在行驶马达1发生故障的情况下也可以进行通常的作业。另外，在第四实施方式中，行驶马达1故障时不仅限制发动机的转速，而且还适用于通过停止车辆行驶，禁止发动机2再次发动，或者使停车制动器动作等其他方法进行行驶限制。即，可以使作业时这些行驶限制无效。
另外，还可以是，液面传感器35不是由开关、而是由连续检测油液面的传感器构成，在油液面为指定值La以上时，使置位信号输出到触发器302上。而且，在上述的实施方式中，是在行驶马达1故障时产生蜂鸣音，同时使蜂鸣灯40点亮，但也可以仅是其中之一。另外，为了提醒周围注意，也可以使设置在车辆周围的示警灯闪灭。虽然可在行驶马达1故障时使报警动作和车辆的行驶限制同时进行，但也可以是只进行其中之一。而且，虽然在行驶马达1故障时限制行驶马达1的驱动，但也可以同时限制其他促动器(例如旋转马达)的驱动。
工业上的应用性
以上，对液压马达的故障检测装置适用于轮式液压挖掘机上的例子进行了说明，但本发明的液压马达的故障检测装置也可以适用于履带式液压挖掘机等其他液压驱动车辆。