JP2007512600A - 自動機械の運転要素の予知保全の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、要素（３、１１）のそれぞれの特性量にそれぞれ関する少なくとも２つの値（Ｖ）を取得し、各値（Ｖ）を閾値と比較し、特定の故障を判定し、値（Ｖ）と閾値の比較の関数として、保全をプログラムする、自動機械の運転要素（３、１１）の予知保全の方法に関する。

Description

本発明は、自動機械の運転要素の予知保全の方法に関する。

本発明は、たばこ産業で使用される自動機械に適用されると有利であるが、以下の説明は、たばこ産業で使用される自動機械を単に例として記述する。

自動機械は、多数の運転要素（例えば、軸受、ファン、駆動機、モーター）を備え、これらの要素各々は所定の機能を発揮し、故障を受け易く、これらの要素を調整又は交換するためにしばしば機械の停止を必要とする。機械の停止は、生産の停止を意味し、従って、生産者の側の利益の減少を意味する。

生産の停止にかかるコストを減らすために、定期保全を実施することが普通行なわれ、特に、経験的に決定された所定の時間間隔で各運転要素を調整又は交換することが普通行なわれる。しかし、特に、たばこ産業で使用される自動機械のような、複雑な自動機械の場合には、上述の方法は、選定された保全間隔に依存して、２つの極端な状況、即ち、高い平均故障頻度、従って生産ができないことによるコストの上昇、という結果になるか、又は、極端に頻繁な保全、従って、保全コストの上昇、という結果になることが分かった。

正しい保全間隔を決定することは、各運転要素の構造及び運転特性におけるばらつき及びドリフトのために、常に困難であった。また、故障頻度は、運転環境（例えば、温度や湿度）及び製造される生産物のタイプ（特に、使用される材料のタイプ）に緊密に依存することが分かった。

特許文献１は、１以上の測定値が得られる、ポンプシステムの診断方法を開示する。故障は単一の測定値ともとの基準値との比較の関数として識別することができる。

US 6330525

特許文献１に開示された方法は、様々な欠点を有し、特に、そのような方法は、複雑な故障（即ち、１つの測定値に基づいて判定できない故障）を判定できず、誤った故障（即ち、その故障に対して実際は責任がない何か）が比較的しばしば認定されるので、相対的に信頼性が低い。

本発明の目的は、前述の欠点を除去又は低減するように設計され、特に、安価で、実施が容易な、自動機械の運転要素の予知保全の方法を提供することである。

本発明により、請求項１で請求されるように、また、好ましくは、請求項１に直接的に又は間接的に依存する従属請求項のいずれか１項で請求されるように、自動機械の運転要素の予知保全の方法が提供される。

本発明の多数の限定的でない実施例を、添付図面に関する実施例として以下に説明する。

図１の符号１は、自動機械（図示せず）のファンユニットを全体として示す。ファンユニット１は、電動モーター２、ファン３、及び、モーター２からファン３へ動力を伝達するための接続ユニット４を備える。

接続ユニット４は、モーター２の出力軸６と一体になった駆動プーリー５と、プーリー５の周り、及びファン３の軸９に一体となるように接続されたプーリー８の周りに輪になった、ベルト７とを備える。ファン３はまた、軸９のプーリー８とは反対側の端部に取り付けられた、多数の羽根３ａを備える。

ユニット１はまた、２つのラジアル軸受１１と１２を収納する管状の支持部１０を備え、２つのラジアル軸受１１と１２は、長手方向の回転軸周りを回転するための軸９をそれぞれ支持する。図２に示すように、各軸受１１と１２は、支持部１０に固く接続された外側リング１３と、多数の回転要素１４、特に、外側リング１３と軸９の間に配置されたボール、とを備える。

支持部１０の外面の、軸受１１の位置には、温度センサー１５が取り付けられ、また、支持部１０に関して半径方向に、互いに９０度の関係で配置された、２つのセンサー１６が取り付けられ、２つのセンサーは、異なった振動周波数で振動エネルギーの測定を行なう。温度センサー１５及び２つのセンサー１６は、制御ユニット１７に接続される。センサー１６の特別な配置は、軸９から半径方向に伝わるいかなる振動も検出できることに注意することが重要である。

１実施例では、センサー１６に加え、ユニット１はまた、軸９に関して長手方向に伝わるいかなる振動も検出できる、更なる公知の振動センサー（図示せず）を備える。

実際の使用においては、制御ユニット１７は、センサー１５及び１６により取得された測定値を集め、値Ｖを得るためにそれらを処理し、値Ｖは、基準データと比較され、故障がユニット１の運転を悪化させ始める前に、機械（図示せず）ができるだけ長く運転を続けられるように、特定の故障を判定し、故障を修正する保全をプログラムする。

１実施例では、各測定値は、関連する測定値と直接比例するそれぞれの値Ｖを得るために処理され、各値Ｖは、それぞれの基準データの閾値と比較され、ユニット１の故障は、各値Ｖとそれぞれの閾値との間の差の組み合わせの関数として判定される。

即ち、図３を参照すると、軸受１１を監視するために、軸受１１の以下の特性量、
軸受１１の温度Ｔ、
全振動エネルギーＧ、
６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギーＨ、
振動の尖度Ｋ、
軸受１１の損傷に特有の所定の周波数Ｆでの、振動エネルギー、
が測定される。

軸受１１の損傷に特有の所定の周波数は、特に、外側リング１３の損傷に特有の周波数ＦＥ、回転要素１４の損傷に特有の周波数ＦＲ、及び／又は軸受１１での軸９の損傷に特有の周波数ＦＩ、を意味する。

図５のグラフは、異なった振動周波数の間の関係の１例を示す。

図３を参照すると、温度Ｔ、全振動エネルギーＧ、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギーＨ、及び振動の尖度Ｋ、の値Ｖがそれぞれの閾値を超え、また、所定の周波数Ｆでの振動エネルギーの値Ｖは、それぞれの閾値より下であり、故障Ｌは、軸受１１の潤滑不足により発生したものと判定される。全振動エネルギーＧ、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギーＨ、及び振動の尖度Ｋ、の値Ｖがそれぞれの閾値を超え、所定の周波数Ｆでの振動エネルギー及び温度Ｔの値Ｖが、それぞれの閾値より下である場合には、故障ＬＦは、軸受１１と支持部１０の間の接続がゆるんだことにより発生したものと判定される。全振動エネルギーＧ、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギーＨ、所定の周波数Ｆでの振動エネルギー、及び振動の尖度Ｋ、の値Ｖがそれぞれの閾値を超え、温度Ｔの値Ｖが、それぞれの閾値より下である場合には、故障Ｄは、軸受１１の損傷により発生したものと判定される。

この関係は、図３に図式的に示されており、図３において記号●は、特性量の値Ｖがそれぞれの閾値を超えたことを示す。

言い換えれば、故障は少なくとも２つの比較値、即ち、最初の測定値Ｖと基準データの間の比較値、及び２番目の測定値Ｖと基準データの間の更なる比較値、の組み合わせの関数として識別される。

更なる実施例では、上述の実施例に加えて、又は上述の実施例に代えて、各測定値は、それぞれの値Ｖを得るために処理され、値Ｖは、値Ｖの１以上の組み合わせを得るために組み合わされ、各組み合わせは、それぞれの閾値と比較され、軸受１１の故障は、各組み合わせとそれぞれの閾値との間の差の関数として判定される。

別の実施例では、値Ｖのうち少なくとも１つが、それぞれの測定値に直接比例するのではなく、それぞれの測定値の時間パターンである。

制御ユニット１７はまた、軸受１１の保全をプログラムすることを含む。

１実施例では、経験カーブが決定され、その各々は、それぞれの値Ｖの時間パターンを外挿する。その場合、保全は、１以上の経験カーブがそれぞれの基準カーブを横切る時点の関数としてプログラムされる。即ち、保全は、経験カーブがそれぞれの基準カーブを横切るまさにその時点で実施されるか、又はその時点の前後に所定の時間間隔以内に実施されるようにプログラムできる。

更なる実施例では、上述の実施例に加えて、又は上述の実施例に代えて、値Ｖは、値Ｖの１以上の組み合わせを得るために組み合わされ、組み合わせの経験カーブが決定され、その各々は、それぞれの値の組み合わせの時間パターンを外挿し、保全は、組み合わせの１以上の経験カーブがそれぞれの基準データの基準カーブを横切る時点の関数としてプログラムされる。即ち、保全は、組み合わせの経験カーブがそれぞれの基準カーブを横切るまさにその時点で実施されるか、又はその時点の前後に所定の時間間隔以内に実施されるようにプログラムできる。

単に１例として、図６は、経験カーブのグラフを示し、グラフでは、時間がｘ軸に沿って、値Ｖ又は値Ｖの組み合わせがｙ軸に沿って示され、Ａは経験カーブを示し、Ｂは基準カーブを示す。

図６に示すように、経験カーブは直線で、各基準カーブはそれぞれの一定値を形成するのが好ましい。

軸受１１の故障の判定と保全のプログラミングに関して上述したことはまた、ファン３に適用される。この場合、ファン３の故障はまた、上述のように判定できる軸受１１の故障を含むということを、心に留めておくことが重要である。

この場合（図４）、特性量として、
全振動エネルギーＧ、
１１０ヘルツから１０００ヘルツの周波数での振動エネルギーＩＳ、
機械の基本周波数ＦＦでの、振動エネルギー、
ファン３の吸い込み圧力Ｐ、
軸受１１の温度Ｔ、
６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギーＨ、
振動の尖度Ｋ、
軸受の損傷に特有の所定の周波数Ｆでの、振動エネルギー、
が測定される。

ファン３の吸い込み圧力Ｐは、ファン３に取り付けられ、制御ユニット１７に接続された公知のセンサー（図示せず）により決定される。

軸受１１の故障ＢＦを判定するために、軸受１１の全ての特性量が測定されることに注意することが重要である。

図４に示すように、ファン３のバランス不良により発生した故障ＩＵ、及び／又は、ファン３の磨耗により発生した故障ＩＷもまた、判定することができる。

従って、提案された方法は、比較的簡単な方法で、複雑な故障、即ち、１つの測定値に基づいて判定できない故障、の判定と、同時に保全のプログラミングを提供する。

更に、公知の状態（例えば、US 63305259）と比較して、提案された方法は、より多くの測定値を基準データと比較した組み合わせが、自動機械の運転要素の運転条件について、比較的深い、かつ信頼できる知識を提供するので、比較的高い信頼性を有する。

要素の故障に基づく、又は定期保全に基づく機械の停止時間は、このように低減され、真に保全を必要とする部品の正確な表示が得られる。

本発明による予知保全の方法が適用される、自動機械の多数の運転要素の平面図で、一部を断面で示し、簡明にするために部品を取り外した図。 図１の運転要素の一部の、直線II−IIに沿った断面図。 図１の運転要素に関するデータが、本発明による予知保全の方法にどのように使用されるかを示すダイヤグラム。 図１の運転要素に関するデータが、本発明による予知保全の方法にどのように使用されるかを示すダイヤグラム。 本発明による予知保全の方法を適用して判定された、振動周波数のグラフ。 本発明による予知保全の方法が適用された、自動機械の運転要素の特性量の時間グラフ。

Claims (21)

1. 自動機械の運転要素（３、１１）の予知保全の方法であって、
   前記方法が、運転要素（３、１１）の第１と第２の特性量それぞれに関する第１と第２の測定値を取得し、運転要素（３、１１）の第１と第２の測定値それぞれの関数である第１と第２の値（Ｖ）を取得し、第１と第２の値（Ｖ）を所定の基準データと比較し、
   前記方法が、第１の値（Ｖ）と所定の基準データとの間の比較と、第２の値（Ｖ）と所定の基準データとの間の比較との、組み合わせの関数として、及び／又は、所定の基準データと、前記第１と第２の値（Ｖ）の組み合わせとの間の、比較の関数として、運転要素（３、１１）の特定の故障を判定することにより特徴付けられ、
   更に、第１の値（Ｖ）と所定の基準データとの間の比較と、第２の値（Ｖ）と所定の基準データとの間の比較との、組み合わせの関数として、及び／又は、所定の基準データと、前記第１と第２の値（Ｖ）の組み合わせとの間の、比較の関数として、前記故障を修正するための保全をプログラムする、
   自動機械の運転要素の予知保全の方法。
2. 所定の基準データが、第１と第２の閾値を備え、
   前記第１の値（Ｖ）が第１の閾値と比較され、第２の値（Ｖ）が第２の閾値と比較され、
   運転要素の特定の故障が、第１の値（Ｖ）と第１の閾値との間の差、及び第２の値（Ｖ）と第２の閾値との間の差の関数として判定される、
   請求項１に記載の方法。
3. 所定の基準データが第３の閾値を備え、第１と第２の値（Ｖ）の組み合わせが、第３の閾値と比較され、運転要素の特定の故障が、第３の閾値と、第１と第２の値（Ｖ）の組み合わせとの間の、差の関数として判定される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 第１の値（Ｖ）が第１の測定値の時間パターンの関数であり、第２の値（Ｖ）が第２の測定値の時間パターンの関数である、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第１の値（Ｖ）の時間パターンを外挿する第１の経験カーブが決定され、第２の値（Ｖ）の時間パターンを外挿する第２の経験カーブが決定され、所定の基準データが時間の関数である第１と第２の基準カーブを備え、前記方法が、第１及び／又は第２の経験カーブが第１及び第２の基準カーブをそれぞれ横切る時点の関数として、保全をプログラムする、前記請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第１及び第２の経験カーブが直線カーブである、請求項５に記載の方法。
7. 第１及び第２の各基準カーブがそれぞれ一定値の基準値を定義する、請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 第１と第２の値の組み合わせの時間パターンを外挿する第３の経験カーブが決定され、所定の基準データが時間の関数である第３の基準カーブを備え、前記方法が、第３の経験カーブが第３の基準カーブを横切る時点の関数として、保全をプログラムする、前記請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 第３の経験カーブが直線カーブである、請求項８に記載の方法。
10. 第３の基準カーブが一定値の基準値を定義する、請求項８又は請求項９に記載の方法。
11. 運転要素（３、１１）が軸受（１１）を備え、
    第１と第２の特性量が、軸受（１１）の特性量であり、
    軸受（１１）の温度（Ｔ）、
    全振動エネルギー（Ｇ）、
    ６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、
    振動の尖度（Ｋ）、
    軸受の損傷に特有の所定の周波数（Ｆ）での、振動エネルギー、
    から成るグループから選択される、前記請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 軸受（１１）が回転軸（９）と同軸に取り付けられた外側リング（１３）と、多数の回転要素（１４）、特に、外側リング（１３）と回転軸（９）の間に配置されたボール、とを備え、所定の周波数が、
    外側リング（１３）の損傷に特有の周波数（ＦＥ）、
    回転要素（１４）の損傷に特有の周波数（ＦＲ）、
    軸受での回転軸（９）の損傷に特有の周波数（ＦＩ）、
    から成るグループから選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 軸受（１１）が回転軸（９）と同軸に取り付けられ、
    振動エネルギーが、回転軸（９）に関して半径方向に、互いに９０度の関係で配置された、２つのセンサー（１６）により判定される、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 測定値が、少なくとも、軸受（１１）の温度（Ｔ）、全振動エネルギー（Ｇ）、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、振動の尖度（Ｋ）、所定の周波数（Ｆ）での振動エネルギー、の各量を取得し、前記方法が、それぞれの値（Ｖ）を各測定値の関数として取得する、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 各値（Ｖ）が、それぞれの閾値と比較される、請求項１４に記載の方法。
16. 軸受（１１）の温度（Ｔ）、全振動エネルギー（Ｇ）、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、及び振動の尖度（Ｋ）、に関する値（Ｖ）がそれぞれの閾値を超え、また、所定の周波数（Ｆ）での振動エネルギーに関する値がそれぞれの閾値より下である場合に、潤滑不足により発生する故障（Ｌ）が判定される、請求項１５に記載の方法。
17. 軸受（１１）が支持部（１０）に取り付けられ、全振動エネルギー（Ｇ）、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、及び振動の尖度（Ｋ）、に関する値（Ｖ）がそれぞれの閾値を超え、所定の周波数（Ｆ）での振動エネルギー及び軸受（１１）の温度（Ｔ）に関する値（Ｖ）が、それぞれの閾値より下である場合に、軸受（１１）と支持部（１０）との間の接続がゆるんだことにより発生する故障（ＬＦ）が判定される、請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 全振動エネルギー（Ｇ）、６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、所定の周波数（Ｆ）での振動エネルギー、及び振動の尖度（Ｋ）、に関する値（Ｖ）がそれぞれの閾値を超え、軸受（１１）の温度（Ｔ）に関する値が、それぞれの閾値より下である場合に、軸受（１１）の損傷により発生する故障（Ｄ）が判定される、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 運転要素（３、１１）が、少なくとも１つのラジアル軸受（１１）の上を回転する軸（９）と一体になったファン（３）を備え、前記方法が、
    全振動エネルギー（Ｇ）、
    １１０ヘルツから１０００ヘルツの周波数での振動エネルギー（ＩＳ）、
    機械の基本周波数（ＦＦ）での、振動エネルギー、
    ファンの吸い込み圧力（Ｐ）、
    軸受（１１）の温度（Ｔ）、
    ６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、
    振動の尖度（Ｋ）、
    軸受の損傷に特有の所定の周波数（Ｆ）での、振動エネルギー、
    を備えるグループから選択される少なくとも２つの量の測定値を取得し、
    更に、前記方法が、各測定値の関数としてそれぞれの値（Ｖ）を取得する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
20. 測定値が、少なくとも、
    全振動エネルギー（Ｇ）、
    １１０ヘルツから１０００ヘルツの周波数での振動エネルギー（ＩＳ）、
    機械の基本周波数（ＦＦ）での、振動エネルギー、
    ファンの吸い込み圧力（Ｐ）、
    軸受（１１）の温度（Ｔ）、
    ６キロヘルツから１０キロヘルツの周波数での振動エネルギー（Ｈ）、
    振動の尖度（Ｋ）、
    軸受の損傷に特有の所定の周波数（Ｆ）での、振動エネルギー、
    の量の各々に関して取得され、
    更に、前記方法が、各測定値の関数としてそれぞれの値（Ｖ）を取得する、請求項１９に記載の方法。
21. 各値が、それぞれの閾値と比較される、請求項１９又は請求項２０に記載の方法。

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