JP5232441B2 - クラッチ装置の警報装置 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ油圧の給排によりクラッチ板と相手板とを連結あるいは遮断して、入力軸と出力軸とを連結あるいは遮断するクラッチ装置において、クラッチの寿命についての警報手段を備えたクラッチ装置の警報装置に関する。

エンジンとフォークリフト等の被駆動機械との間に介装されて、クラッチ油圧の給排によりクラッチ板と相手板とを連結あるいは遮断して、入力軸と出力軸とを連結あるいは遮断する湿式クラッチ装置において、該クラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）を決定する手段の１つとして特許文献１（特開平５−１６４１４９号公報）が提供されている。

特許文献１の技術においては、クラッチをアクチュエータを介して制御するクラッチ制御手段と、クラッチ入力回転数を検出する入力回転数検出手段と、クラッチ出力回転数を検出する出力回転数検出手段と、アクチュエータをフリーにしたときのアクチュエータ最終位置より所定の距離だけ変位した所定の位置を検出するアクチュエータ位置検出手段と、上記所定の位置にアクチュエータ位置が達したときにクラッチ入力回転数と出力回転数とに基づきクラッチのすべりを演算し、このすべりの演算が、予め定められた設定値に達したときにクラッチが磨耗していると判定するクラッチ摩耗判定手段とを備えていて、前記アクチュエータ位置検出手段で求められる所定にアクチュエータが達したときに、前記すべりを検出してクラッチ摩耗判定をするように、構成されている。

また、特許文献２（特許３３４８５９０号公報）においては、湿式クラッチの差動回転数ΔＮ、制御油圧Ｐｃ、油温Ｔ０、差動回転数発生時間ｔに基づいて、湿式クラッチのクラッチ板の温度Ｔｐを演算し、求めたクラッチ板の温度Ｔｐを、所定温度範囲毎に区分し、各区分ごとの積算時間を計測し、予め判明しているクラッチ板の耐力線図（寿命線図）によりマイナー則を使って残存寿命即ち走行可能な残り時間を求めて表示装置に表示することにより、湿式クラッチの故障の発生を事前検知可能としている。

特開平５−１６４１４９号公報 特許３３４８５９０号公報

エンジンとフォークリフト等との間に介装されて、クラッチ油圧の給排によりクラッチ板と相手板とを連結あるいは遮断して、入力軸と出力軸とを連結あるいは遮断する湿式クラッチ装置においては、クラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）を決定する手段には、クラッチの寿命を決める要因であるクラッチの使用頻度、クラッチの吸収エネルギーのレベル、クラッチ板の表面温度等の諸因子にて判断し、これらが基準となる許容値に達しないように制御している。

特許文献１の技術においては、かかるクラッチの寿命を決める因子として、クラッチの入力回転数と出力回転数との間のすべりを検出して、このすべりの演算値が、予め定められた設定値に達したときにクラッチが磨耗していると判定するクラッチ摩耗判定手段を備えていて、アクチュエータ位置検出手段で求められる所定位置にアクチュエータが達したときに、すべりを検出してクラッチ摩耗判定を判定するように構成されている。

即ち特許文献１の技術においては、クラッチの寿命を決める因子としてクラッチのすべりを用いているが、前記ようにクラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）を決定する手段には、クラッチの寿命を決める要因であるクラッチの使用頻度、クラッチの吸収エネルギーのレベル、クラッチ板の表面温度等の諸因子があり、これらの諸因子が、どのようにクラッチの寿命に係っているのか、またクラッチの寿命到達前に警報を発信してクラッチの寿命到達を事前に通知するとともに、その防護処置を行う手段については明記されていない。

また、特許文献２の技術においては、湿式クラッチのクラッチ板の温度Ｔｐを演算し、所定温度範囲毎に区分し、各区分ごとの積算時間を計測し、予め判明しているクラッチ板の耐力線図（寿命線図）によりマイナー則を使って残存寿命を求めて表示することにより、湿式クラッチの故障の発生を事前検知可能としているが、クラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）をどのようにして決定するのかは明示されていない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、クラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）を決定する手段について、クラッチの寿命到達前に警報を発信してクラッチの寿命到達を事前に通知するとともに、その防護処置を行うクラッチ装置の警報装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、入力軸に接続される相手板と出力軸に接続されるクラッチ板とを、クラッチ油圧の給排により前記クラッチ板と相手板とを連結あるいは遮断して、前記入力軸と出力軸とを連結あるいは遮断、更に前記クラッチ油圧を半クラッチ状態に保持して前記クラッチ板と相手板との間でクラッチのすべり操作が可能に構成されたクラッチ装置において、
クラッチの入力軸回転数検出値と出力軸回転数の差であるすべり回転数と半クラッチによるすべり時間をパラメータとして求めたすべり熱量から、前記クラッチ板のすべり熱量（Ｑ）のしきい値レベル設定するすべり熱量しきい値設定手段と、
前記すべり熱量しきい値設定手段で設定されたしきい値レベル毎に、夫々前記クラッチ板損傷までの繰り返し回数Ｎを求めた関係特性（以下Ｑ−Ｎ線図という）を記憶させたテーブルと、
実際のエンジン（以下実機という）の運転作業区間において、前記入力軸と出力軸の回転数Ｎの差であるすべり回転数と前記半クラッチ状態におけるすべり操作時間をパラメータとして、前記実機の、クラッチ板のすべり熱量（Ｑｓ）を一定時間刻みで逐次算出するすべり熱量算出手段と、
前記すべり熱量算出手段で逐次算出した、前記実機の、クラッチ板のすべり熱量（Ｑｓ）を、前記しきい値レベル毎にカウント値としてカウントし、該カウント値を、対応する各しきい値レベル毎に制御装置のマップに記憶する手段と、
該マップに記憶させた前記しきい値レベル毎の累積カウント値と、前記テーブルのＱ−Ｎ線図より求めたクラッチが破損するまでの繰り返し回数（Ｎ１…Ｎｉ）とを対比してマイナー則(線形累積損傷則)に基づいてクラッチ寿命の判定を行うクラッチ寿命判定手段と、
該判定手段の判定結果に基づいて警報を行う警報手段と、を備えたことを特徴とする

また、かかる発明においては、好ましくは、前記クラッチの実際の運転において前記クラッチ油圧が、半クラッチ状態の油圧である予め設定されたクラッチ油圧範囲に保持されている期間のみのすべり熱量を算出することを特徴とする。

好ましくは前記警報手段による警報信号の発信がなされたとき、該警報信号の発信に伴い前記クラッチのすべり操作を阻止するクラッチ油圧調整装置を備える。

本発明によれば、すべり熱量しきい値設定手段によって、予めクラッチの所定時間に亘る半クラッチ状態のすべり操作を、繰り返し行い破損に至る繰り返し回数を測定し、前記所定時間を変化させた発生熱量ごとの前記繰り返し回数の関係を予め設定しておき、すべり熱量算出手段により、前記クラッチの実際の運転時にクラッチ油圧、クラッチの相対回転の周速度に基づきクラッチの作動におけるすべり熱量を算出し、前記すべり熱量算出手段の算出値と前記すべり熱量しきい値設定手段による設定値に基づいて警報手段によって警報するので、すなわち、クラッチ寿命に直接的に影響するすべり熱量の発生量を算出してその発生量に基づいてクラッチの損傷のおそれや寿命が算出されるため、クラッチの消耗状態を的確に把握でき常時安全に運転することができる。
また、本発明によれば、クラッチ板温度センサが無くても、入出力の回転数差、とクラッチ油圧検出値からクラッチの吸収エネルギーを算出できるので、高価なクラッチ板温度センサは不要となる。

また、本発明によれば、すべり熱量算出手段は、前記クラッチの実際の運転において前記クラッチ油圧が、予め設定されたクラッチ警報油圧範囲に保持されている期間のみのすべり熱量を算出するので、半クラッチのすべり状態にない直結している状態では熱量算出は行わないことから、クラッチ寿命に直接影響するすべり熱量を効果的に算出して判定することができるため、判定の信頼性が向上する。
また、本発明によれば、一定の作業時間内において発熱レベルごとの発生回数をカウントして、このカウント数とすべり熱量しきい値設定手段によって設定された繰り返し回数とを対比してカウント数がカウント数許容値に近くなるとその時点でクラッチ部品の交換時期を通知ことが可能となるので、クラッチを交換時期寸前まで安定して運転できる。

また、本発明によれば、一定の作業時間内において発熱レベルごとの発生回数をカウントして、このカウト数とすべり熱量しきい値設定手段によって設定された繰り返し回数とに基づいて、その一定の作業時間内の作業パターンを継続した場合の寿命時間をマイナー則を用いて算出するので、単に損傷警報の発信ではなく寿命を含めた警報を発することができ、作業パターンを継続した場合に、寿命時間、寿命日数をしることができ、湿式クラッチの磨耗状態が把握でき、クラッチの交換時期を予め運転者に知らせることができる。

さらに、警報手段による警報信号の発信がなされたときは、該警報信号の発信に伴い前記すべり操作を阻止することにより、自動的にクラッチ油圧を下げ、クラッチのすべりを強制的に停止してクラッチを保護できる。
また、自動的でなくても、オペレータは警報によってすべり操作を止め、クラッチを保護できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係るフォークリフト用湿式クラッチの警報装置の全体構成図、図２は前記実施例に係る湿式クラッチの警報装置の制御ブロック図、図３は警報装置の警報回数テーブル、図４は湿式クラッチのすべり繰り返し運転回数と損傷との特性図、図５はクラッチ油圧線図である。
図１において、６はエンジン、５はトランスミッション、１はエンジン６と出力側のフォークリフトと接断する湿式クラッチであり、トランスミッション５の内部に設けられている。また、エンジン６と湿式クラッチとの間にはトルクコンバータやギヤ列が介在されていてもよい。
前記湿式クラッチ１は入力軸１ａに接続される相手板１ｄと出力軸１ｂに接続されるクラッチ板１ｃとを、クラッチ油室１ｅに導入されるクラッチ油圧の給排により、前記クラッチ板１ｃと相手板１ｄとを連結あるいは遮断して、前記入力軸１ａと出力軸１ｂとを連結あるいは遮断するものであり、かかる湿式クラッチ１の構成は公知である。

２は前記入力軸１ａの回転数を検出する入力軸回転数検出器、３は前記出力軸１ｂの回転数を検出する出力軸回転数検出器、４は前記クラッチ油室１ｅに通ずるコントロール弁４ａのクラッチ油圧を検出するクラッチ油圧検出器、これら入力軸回転数検出器からの入力軸１ａの回転数検出値、出力軸回転数検出器３からの出力軸１ｂの回転数検出値、クラッチ油圧検出器４からのクラッチ油圧の検出値は、それぞれ制御装置１０に入力される。

前記制御装置１０は、前記各検出器の検出値に基づき後述する演算を行って、その結果を、警報装置１１、オペレータ操作状態出力部１４に出力する。７はクラッチ油圧を制御するクラッチ油圧調整装置である。

次に、図２に基づきこの実施例に係る湿式クラッチの警報装置の制御方法について説明する。
先ず、湿式クラッチ１について、入力軸１ａと出力軸１ｂとを摺り合わせてインチング操作（クラッチ油圧を半クラッチとなるように保持して強制的に滑らせる操作）を行う。
ここで、クラッチの熱量ｑ_ｉは
ｑ_ｉ＝μＰ_ｉＶ_ｉ＝μＰ_ｉ（２πＲ／６０）ΔＮ_ｉ
・・・・ （１）
ここで、Ｐ_ｉ＝クラッチ面圧
Ｖ_ｉ＝クラッチ相対周速度
Ｒ＝クラッチ当接の半径
μ＝クラッチ当接部の摩擦係数
ΔＮ_ｉ＝すべり回転数
前記クラッチ面圧Ｐ_ｉは、クラッチ油圧Ｐｃ_ｉのときのクラッチ板の面圧である。
即ちすべり回転数検出器１０１では、入力軸回転数検出器２からの入力軸回転数検出値Ｎ_１ｉ、及び出力軸回転数検出器３からの出力軸回転数検出値Ｎ_２ｉを用いて、すべり回転数ΔＮ_ｉを算出する。
ΔＮ_ｉ＝Ｎ_１ｉ−Ｎ_２ｉ （２）
前記すべり回転数ΔＮ_ｉで、Ｔ_１秒滑らせたときの熱量Ｑ１は、
Ｑ１＝∫_０ ^Ｔ１ｑ_ｉｄＴ （３）
また、すべり回転数ΔＮで、Ｔ２秒滑らせたときの熱量Ｑ２は、
Ｑ２＝∫_０ ^Ｔ２ｑ_ｉｄＴ （４）
また、すべり回転数ΔＮで、Ｔｎ秒滑らせたときの熱量Ｑｎは、
Ｑｉ＝∫_０ ^Ｔｉｑ_ｉｄＴ （５）

前記（２）〜（５）式により、すべり熱量しきい値設定手段１０４にて、入力軸回転数検出値Ｎ_１ｉ及び出力軸回転数Ｎ_２ｉの差であるすべり回転数ΔＮ_ｉ、連続インチング時間（半クラッチによるすべり時間）Ｔ１、Ｔ２、…Ｔｉをパラメータとして、Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｉを求める。
そして、この連続インチングを、すなわち所定時間滑らせることを、複数回繰り返して、クラッチが破損するまでの繰り返し回数Ｎ１、Ｎ２、…Ｎｉを測定する。
実際の算出においては、前記連続インチング状態において、連続して所定の秒きざみで逐次計算して算出する。
トランスミッション台上ベンチにおいて、Ｑをパラメータとして、前記クラッチ板損傷までの回数Ｎを求めて、図４に示す関係特性（Ｑ−Ｎ線図という）を得て、制御装置１０のテーブルに記憶しておく。すなわち、すべり熱量しきい値設定手段１０４にてＱ−Ｎ線図を作成しておく。

次に、すべり熱量算出器（すべり熱量算出手段）１０５で、実機で湿式クラッチ１の運転時におけるすべり熱量即ちクラッチ作動負荷を算出する。
即ち、クラッチ油圧検出器４からのクラッチ油圧の検出値Ｐｃを積算開始油圧検出器１０２に入力し、該積算開始油圧検出器１０２においては、図５のように該クラッチ油圧の検出値Ｐｃが実用のクラッチ油圧Ｐａ〜Ｐｂの範囲つまり、図５のｂに示すようにクラッチ油圧がクラッチ油圧Ｐａ〜Ｐｂの範囲で保持するものについて、実際のすべり熱量Ｑｓを算出して行く。図５のａ、ｃのように閾値Ｐａ〜Ｐｂ間の油圧を保持しない場合は無視する。
区間毎の値を以下の式で算出して行く。
Ｑｓ_ｉ＝∫_０ ^ＴμＰ_ｉＶ_ｉｄＴ （９）
但し、μは摩擦係数
Ｖ_ｉは時刻Ｔにおけるクラッチ相対周速度
Ｐ_ｉは時刻Ｔにおけるクラッチ面圧

そして、すべり熱量レベル判定器（すべり熱量レベル判定手段）１０６で、ある一定の作業時間（例えばエンジン始動からエンジン停止まで、または１日の作業時間）において、クラッチ油圧検出器４に基づくクラッチ油圧の検出値Ｐｃが実用のクラッチ警報油圧Ｐａ〜Ｐｂの範囲内に入ったとき（図５のｂの範囲）、そのｂの範囲での熱量の算出値Ｑｓがどの熱量レベル（Ｑｓ_１〜Ｑｓ_２、…）の範囲内にあるかを算出する。
図５のａ、ｃに示すように一定時間にわたってクラッチ警報油圧Ｐａ〜Ｐｂの範囲内を超えているものは、すべり状態にはないため、寿命や警報の判定には使用せずに、ｂの範囲内に油圧を保持している場合のみを計算してカウントする。

さらに、すべり熱量カウント数算出器（すべり熱量カウント数算出部）１０７において、前記の一定の作業時間内（例えばエンジン始動からエンジン停止まで、または１日の作業時間）に、各熱量レベルに入った回数をカウント（ｎｉ）して制御装置１０のマップに記憶していく。また、そのカウント値（ｎｉ）を１時間当たりの回数（ｎｈｉ）に換算して記憶する。

すべり熱量カウント数設定器１０８では、さらに、各熱量レベルでの代表値（例えば、最大熱量を代表値Ｑｓｎ）の熱量を基に、すべり熱量しきい値設定手段１０４によって設定したＱ−Ｎ線図から、その最大値Ｑでの損傷回数Ｎｉをデータとして保存しておく（図３参照）

そして、寿命判定器（寿命判定部）１０９によって、前記の一定作業時間が終了すると、そのエンジン始動から停止までの一定作業について、その作業パターンを継続した場合の寿命時間（Ｌ_Ｈ）をマイナー則を用いて式（９）によって求められる。

すなわち、すべり熱量カウント数算出器１０７において、算出記憶された１時間当たりの回数（ｎｈｉ）と、すべり熱量カウント数設定器１０８で算出記憶された損傷回数Ｎｉを基に算出される。
また、作業はパターンを１日の作業とした場合には、その１日作業パターンを継続した場合に、寿命時間、寿命日数を求めることができる。
即ち、本発明においては、クラッチ板温度センサが無くても、入出力の回転数差ΔＮ＝Ｎ１−Ｎ２、とクラッチ油圧検出値Ｐｃからクラッチの吸収エネルギーＱｉと算出できる。これにより、高価なクラッチ板温度センサは不要となる。

警報装置１１にこの算出した寿命時間を出力することで、現作業を続けた場合のクラッチの寿命を運転者に知らしめることができ、湿式クラッチの磨耗状態が把握でき、クラッチの交換時期を予め運転者に知らせることができる。

また、前記マイナー則を用いて寿命を予測するのに加えて、または、寿命を予測するのとは別に、すべり熱量カウント数算出器１０７において算出した一定の作業時間内（例えばエンジン始動からエンジン停止まで）における、各熱量レベルに入った回数をカウント値（ｎｉ）が、損傷回数Ｎｉを超えた場合に警報装置１１に警報を発する信号を出力するようにしてもよい。

この場合には、実際のすべり熱量のカウント数Ｎｉが前記すべり熱量のカウント数のしきい値Ｎｉ以下になるようにし、これがｎｉ＞Ｎｉとなる寸前に、安全率を見越して設定した警報回数の設定値を超えることで警報装置１１により、クラッチ部品の交換時期を通知するようにすればクラッチ損傷に対する安全を見越した警報を出すことも可能である。
さらに、クラッチ警報油圧Ｐａ〜Ｐｂの範囲内におけるすべり熱量の算出値が最大しきい値として設定されたＱｍａｘを超えた場合に、カウント数とは別に警報装置１１を作動させて運転者に知らせるようにしてもよい。

このようにすることより、実際のすべり熱量のカウント数ｎ_ｉがすべり熱量のカウント数のしきい値Ｎｉに近くなると、その時点でクラッチ部品の交換時期を通知するので、クラッチを交換時期寸前まで安定して運転できる。

また、前記警報装置（警報手段）１１により警報信号の発信がなされたときは、前記湿式クラッチ１のクラッチ油圧制御装置７に伝達され、該クラッチ油圧制御装置７は、自動的に前記クラッチ油室１ｅのクラッチ油圧を下げ、前記湿式クラッチ１のインチング操作を阻止し、湿式クラッチ１のすべりを強制的に停止することにより、湿式クラッチ１を破損から保護できる。

また、前記制御装置１０においては、警報装置１１により警報信号の発信がなされた後は、その警報信号の発信をオペレータ操作状態出力部１４に伝達し、オペレータ操作状態出力部１４に保留しておき、運転実績として保持する。

本実施の形態においては、クラッチの損傷にいたるまでの熱量に基づいて警報の基準値が設定され、それに基づいて、寿命の予測および警報を発するようにしているため、クラッチの損傷にいたる状況を確実に把握することができ、その結果警報の信頼性を高めることができる。

本発明によれば、クラッチの寿命を決めるクライテリア（クラッチの使用臨界点）を決定する手段について、クラッチの寿命を予測し、寿命到達前に警報を発信してクラッチの寿命到達を事前に通知するとともに、その防護処置を行うクラッチ装置の警報装置を提供できる。

本発明の実施例に係るフォークリフト用湿式クラッチの警報装置の全体構成図である。 前記実施例に係る湿式クラッチの警報装置の制御ブロック図である。 警報装置の警報回数テーブルである。 湿式クラッチのすべり繰り返し運転回数と損傷との特性図である。 クラッチ油圧線図である。

符号の説明

１ 湿式クラッチ
１ａ 入力軸
１ｂ 出力軸
１ｃ クラッチ板
１ｄ 相手板
１ｅ クラッチ油室
２ 入力軸回転数検出器
３ 出力軸回転数検出器
４ クラッチ油圧検出器
４ａ コントロール弁
５ トランスミッション
６ エンジン
７ クラッチ油圧調整装置
１０ 制御装置
１１ 警報装置（警報手段）
１４ オペレータ操作状態出力部
１０４ すべり熱量しきい値設定手段
１０５ すべり熱量算出器（すべり熱量算出手段）
１０６ すべり熱量レベル判定器（すべり熱量レベル判定手段）
１０７ すべり熱量カウント数算出器（すべり熱量カウント数算出部）
１０８ すべり熱量カウント数設定器
１０９ 寿命判定器（寿命判定部）

Claims (3)

1. 入力軸に接続される相手板と出力軸に接続されるクラッチ板とを、クラッチ油圧の給排により前記クラッチ板と相手板とを連結あるいは遮断して、前記入力軸と出力軸とを連結あるいは遮断、更に前記クラッチ油圧を半クラッチ状態に保持して前記クラッチ板と相手板との間でクラッチのすべり操作が可能に構成されたクラッチ装置において、
   クラッチの入力軸回転数検出値と出力軸回転数の差であるすべり回転数と半クラッチによるすべり時間をパラメータとして求めたすべり熱量から、前記クラッチ板のすべり熱量（Ｑ）のしきい値レベル設定するすべり熱量しきい値設定手段と、
   前記すべり熱量しきい値設定手段で設定されたしきい値レベル毎に、夫々前記クラッチ板損傷までの繰り返し回数Ｎを求めた関係特性（以下Ｑ−Ｎ線図という）を記憶させたテーブルと、
   実際のエンジン（以下実機という）の運転作業区間において、前記入力軸と出力軸の回転数Ｎの差であるすべり回転数と前記半クラッチ状態におけるすべり操作時間をパラメータとして、前記実機の、クラッチ板のすべり熱量（Ｑｓ）を一定時間刻みで逐次算出するすべり熱量算出手段と、
   前記すべり熱量算出手段で逐次算出した、前記実機の、クラッチ板のすべり熱量（Ｑｓ）を、前記しきい値レベル毎にカウント値としてカウントし、該カウント値を、対応する各しきい値レベル毎に制御装置のマップに記憶する手段と、
   該マップに記憶させた前記しきい値レベル毎の累積カウント値と、前記テーブルのＱ−Ｎ線図より求めたクラッチが破損するまでの繰り返し回数（Ｎ１…Ｎｉ）とを対比してマイナー則(線形累積損傷則)に基づいてクラッチ寿命の判定を行うクラッチ寿命判定手段と、
   該判定手段の判定結果に基づいて警報を行う警報手段と、を備えたことを特徴とするクラッチ装置の警報装置。
2. 前記クラッチの実際の運転において前記クラッチ油圧が、半クラッチ状態の油圧である予め設定されたクラッチ油圧範囲に保持されている期間のみのすべり熱量を算出することを特徴とする請求項１記載のクラッチ装置の警報装置。
3. 前記警報手段による警報信号の発信がなされたとき、該警報信号の発信に伴い前記クラッチの半クラッチ状態であるすべり操作を阻止するクラッチ油圧調整装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のクラッチ装置の警報装置。

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