JP2010209637A - 電動旋回式作業機械のブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御手段の故障等によってブレーキ切換弁がブレーキオフ位置かブレーキオン位置に切換わらない事態が発生しても、ネガブレーキを速やかにかつ確実にブレーキオン状態に転換させる。
【解決手段】油圧ポンプ１１及びタンクＴとネガティブブレーキ１５のブレーキシリンダ１６とを結ぶブレーキライン１８に、ブレーキオフ位置イとブレーキオン位置ロとの間で切換わるブレーキ切換弁１９を設けた構成を前提として、ブレーキライン１８に、ネガブレーキ１５の油圧をタンクＴに抜いてブレーキオン状態とする圧抜き回路２４を接続し、この圧抜き回路２４に、絞り２５と、この絞り２５の前後の差圧に応じて開度が変化する流量調整弁２６とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機によって旋回体を旋回駆動するショベル等の電動旋回式の作業機械において、ネガティブブレーキによって旋回体を制動するブレーキ装置に関するものである。

ショベルを例にとって説明する。

ショベルは、図３に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸Ｏまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５及びブーム用、アーム用、バケット用各シリンダ６，７，８を備えた掘削アタッチメントＡが装着されて構成される。

このショベルにおいて、旋回駆動源として電動機を用いる電動旋回方式が公知である。

この電動旋回方式では、油圧モータで旋回体を駆動する油圧旋回方式と異なり、電動機そのものに停止保持力はないためブレーキ装置が必要となる。

一方、旋回用ブレーキ装置としてネガティブブレーキ、すなわち、油圧を加えたときにブレーキオフとなり、油圧を抜くとバネ力によりブレーキオンとなって上部旋回体２を制動するメカニカルブレーキ（以下、ネガブレーキという）が公知である。

そして、電動旋回方式においてネガブレーキを採用した技術も特許文献１に示されているように公知である。

この公知技術を図４によって説明する。

この公知技術では、エンジン９でメインポンプ１０、及びブレーキ油圧源としてのブレーキポンプ１１を駆動し、メインポンプ１０によって掘削アタッチメントＡの各油圧シリンダ６〜８をはじめとする油圧アクチュエータを駆動する一方、メインポンプ１０とパラレルに発電機（図示しない）を接続し、この発電機及びバッテリを電源として旋回電動機１２を駆動する油圧−電気併用方式がとられている。

旋回電動機１２は、コントローラ１３からの指令に基づくインバータ１４からの指令電流によって駆動される。

この旋回電動機１２にネガブレーキ１５が設けられ、このネガブレーキ１５がオフ（ブレーキ解除）となった状態で旋回電動機１２の回転力が減速機構経由で上部旋回体２に伝えられて同旋回体２が旋回する。

ネガブレーキ１５は、油圧が加えられたときに縮小作動してブレーキオフ状態とするブレーキシリンダ（油圧シリンダ）１６と、このブレーキシリンダ１６から油圧が抜かれた状態で同シリンダ１６伸長方向に付勢して制動力を発揮するブレーキバネ１７とから成っている。

このネガブレーキ１５を制御する手段として、ブレーキポンプ１１及びタンクＴとブレーキシリンダ１６とを結ぶブレーキライン１８に電磁式のブレーキ切換弁１９が設けられている。

このブレーキ切換弁１９は、コントローラ１３から信号線２０経由で電磁操作部１９ａに入力される指令信号によってブレーキオフ位置イとブレーキオン位置ロとの間で切換えられ、図示のブレーキオフ位置イでブレーキポンプ１１からの油圧がブレーキシリンダ１６に送られてブレーキオフ状態、ブレーキオン位置ロで同シリンダ１６の油圧がタンクＴに抜かれてブレーキオン状態となる。

２１は旋回操作手段としての旋回レバーで、この旋回レバー２１の操作がパイロット弁２２により油圧信号（パイロット圧）に、さらに圧力センサ２３，２３により電気信号にそれぞれ変換されてコントローラ１３に入力される。

こうして、レバー操作時にブレーキ切換弁１９がブレーキオフ位置イに切換わってネガブレーキ１５がオフとなり、旋回作動が行なわれる一方、レバー非操作時（中立時）にはブレーキ切換弁１９がブレーキオン位置ロにセットされてネガブレーキ１５がオンとなり、上部旋回体２が停止保持される。

なお、ネガブレーキを用いた旋回ブレーキ装置に関する他の技術として、特許文献２に示されているように、油圧旋回式でかつ手動式ブレーキ切換弁を用いたブレーキ回路において、ブレーキシリンダとタンクとを結ぶタンクライン中に絞りを設け、旋回中にブレーキ切換弁が誤操作されたときに、ブレーキシリンダからの油の抜けを絞りにより遅延させてブレーキオンへの切換えショックを緩和する技術が公知である。

特開２００４−３６３０３号公報 実開平３−４６５５４号公報

ところが、特許文献１の公知技術によると、コントローラ１３の故障や信号線２０の断線等によってブレーキ切換弁１９がブレーキオフ位置イからブレーキオン位置ロに切換わらない事態が発生すると、ブレーキ機能が失われる。

この場合、エンジン９を停止させるとブレーキポンプ１１からブレーキシリンダ１６への圧油の供給が停止し、時間経過とともに同シリンダ１６内の油がブレーキ切換弁１９等からのリークによってタンクＴに抜けてブレーキオンに転じるが、それまで上部旋回体２を停止及び保持できなくなる。

なお、特許文献２に示された公知技術を電動旋回式に転用した場合、ブレーキ切換弁１９がブレーキオン位置ロに切換わらない事態が発生しても、ブレーキシリンダ１６内の油が絞りを介してタンクＴに抜けるため、やがてブレーキオンに転じる。

しかし、絞りの通過流量（ブレーキオンまでの所要時間）が油の粘度によって左右されるため、油の粘度が高くなる低温下でブレーキオンまで時間がかかり、必要な停止／保持機能が得られなくなるおそれがある。

そこで本発明は、制御手段の故障等によってブレーキ切換弁がブレーキオフ位置かブレーキオン位置に切換わらない事態が発生しても、ネガブレーキを速やかにかつ確実にブレーキオン状態に転換させることができる旋回式作業機械のブレーキ装置を提供するものである。

請求項１の発明は、旋回電動機によって旋回駆動される上部旋回体が下部走行体上に搭載され、この上部旋回体が、油圧が加えられたときにブレーキオフとなるネガティブブレーキによって制動されるとともに、油圧ポンプ及びタンクとこのネガティブブレーキとを結ぶブレーキラインにブレーキ切換弁が設けられ、このブレーキ切換弁は、制御手段により、旋回操作時に上記ネガティブブレーキをブレーキオフ状態とするブレーキオフ位置と、旋回非操作時にネガティブブレーキをブレーキオン状態とするブレーキオン位置との間で切換わるように構成された電動旋回式作業機械のブレーキ装置において、上記ブレーキラインに、上記ネガティブブレーキの油圧をタンクに抜いてブレーキオフ状態とする圧抜き回路が接続され、この圧抜き回路に、絞りと、この絞りの前後の差圧に応じて差圧大で開度大となる方向に開度が変化する流量調整弁とが設けられたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記制御手段として、旋回操作時と非操作時とに応じてインバータ経由で上記旋回電動機を制御する電動機コントローラと、旋回操作時と非操作時とに応じて上記ブレーキ切換弁をブレーキオフ、ブレーキオン両位置間で切換える切換弁コントローラとが設けられたものである。

本発明によると、油圧ポンプ及びタンクとネガティブブレーキ（以下、背景技術の説明に合わせてネガブレーキという）とを結ぶブレーキラインにブレーキ切換弁を設けた構成において、ブレーキラインに、ネガブレーキの油圧をタンクに抜いてブレーキオン状態とする圧抜き回路を接続し、この圧抜き回路に、絞りと、この絞りの前後の差圧に応じて開度が変化する流量調整弁とを設けたから、制御手段の故障等によってブレーキ切換弁がブレーキオフ位置からブレーキオン位置に切換わらない事態が発生した場合に、ネガブレーキの油圧が圧抜き回路を介してタンクに抜かれる。

これにより、ネガブレーキが自動的にブレーキオン状態に転じるため、上部旋回体を停止保持することができる。

しかも、絞りの前後の差圧に応じて開度が自動的に変化する流量調整弁を設けたから、低温下で油の粘度が高ければ絞り前後の差圧が大きくなって流量調整弁の開度が大きくなり、タンクに抜く油量が増加する。つまり、ネガブレーキが作動するまでの時間が油の粘度に関係なく一定となる。

これにより、確実なフェールセーフ機能が得られ、上部旋回体を確実に停止保持することができる。

また、請求項２の発明によると、制御手段として、電動機を制御する電動機コントローラと、ブレーキ切換弁を制御する切換弁コントローラとを設け、制御系をブレーキ系と電動機系の二系統に分けたから、上記ブレーキ系の故障時でも電動機系は健在、電動機系の故障時でもブレーキ系は健在となる。

このため、ブレーキ系の故障によってブレーキオンに切換わらない事態において、上記圧抜き回路によってネガブレーキがブレーキオンに転じるまでの間、電動機系による電動機制御（たとえば「その場保持制御」）によって停止保持することが可能となるし、旋回動作そのものは確保することができる。

一方、電動機系の故障時でも、ネガブレーキによる停止保持作用を確保することができる。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の適用対象例であるショベルの概略側面図である。 従来の回路構成図である。

以下の実施形態において、図４と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

第１実施形態（図１参照）
第１実施形態においては、油圧ポンプ１１及びタンクＴとネガブレーキ１５のブレーキシリンダ１６とを結ぶブレーキライン１８におけるブレーキ切換弁１９よりも下流側（ネガブレーキ１５側）に、ブレーキシリンダ１６の油圧をタンクＴに抜く圧抜き回路２４が接続されている。

この圧抜き回路２４には、絞り２５と流量調整弁２６が直列に設けられている。

流量調整弁２６は、絞り２５の前後の差圧（Ｐ１−Ｐ２）に応じて、差圧大で開度大となる方向に開度が自動的に変化し、この流量調整弁２６の開度に応じて通過流量が変化する。

また、図４に示す従来装置では、一つのコントローラ１３で旋回電動機１２とブレーキ切換弁１９が制御される構成であるのに対し、第１実施形態では、制御手段として旋回レバー２１の操作時と非操作時（中立時）とに応じてインバータ１４経由で旋回電動機１２を制御する電動機コントローラ２７と、同レバー操作時と非操作時とに応じてブレーキ切換弁１９をブレーキオフ、ブレーキオン両位置イ，ロ間で切換えるブレーキコントローラ２８とが設けられている。

この構成によると、旋回レバー２１が中立であるにもかかわらずブレーキコントローラ２８の故障や信号線２０の断線等によってブレーキ切換弁１９がブレーキオフ位置イからブレーキオン位置ロに切換わらない事態が発生した場合に、エンジン９（ブレーキポンプ１１）を停止させれば、ブレーキシリンダ１６の油圧が圧抜き回路２４を介してタンクＴに抜かれる。

これにより、ネガブレーキ１５が自動的にブレーキオン状態に転じるため、上部旋回体２を停止保持することができる。

しかも、絞り２５の前後の差圧に応じて流量調整弁２６の開度が自動的に変化するため、低温下で油の粘度が高ければ絞り前後の差圧が大きくなって流量調整弁２６の開度が大きくなり、通過流量（タンクＴに抜く油量）が増加する。つまり、ネガブレーキ１５が作動するまでの時間が油の粘度に関係なく一定となる。

これにより、確実なフェールセーフ機能が得られ、上部旋回体２を確実に停止保持することができる。

また、制御系を、電動機コントローラ２７による電動機系と、ブレーキコントローラ２８によるブレーキ系の二系統に分けたから、上記ブレーキ系の故障時でも電動機系は健在、電動機系の故障時でもブレーキ系は健在となる。

このため、ブレーキ系の故障によってネガブレーキ１５がブレーキオンに切換わらない事態において、圧抜き回路２４によってネガブレーキ１５がブレーキオンに転じるまでの間、電動機系による電動機制御（たとえば「その場保持制御」）によって停止保持することが可能となるし、旋回動作そのものは確保することができる。

一方、電動機系の故障時でも、ネガブレーキ１５による停止保持作用を確保することができる。

第２実施形態（図２参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態においては、ブレーキライン１８におけるブレーキ切換弁１９よりも上流側（ポンプ１１側）に、絞り２５と流量調整弁２６とを備えた、第１実施形態と同じ圧抜き回路２４が接続されている。

この構成によっても、ブレーキ切換弁１９がブレーキオフ位置イからブレーキオン位置ロに切換わらない事態が発生しても、エンジン９（ブレーキポンプ１１）を停止させればブレーキシリンダ１６の油圧がブレーキ切換弁１９を介して圧抜き回路２４によりタンクＴに抜かれるため、第１実施形態と同様にフェールセーフ機能を果たすことができる。

制御系を電動機コントローラ２７による電動機系と、ブレーキコントローラ２８によるブレーキ系とに分ける点、及びこれによる作用効果は第１実施形態と同じである。

なお、第１及び第２両実施形態において、圧抜き回路２４の絞り２５は、旋回操作時にブレーキシリンダ１６に、ブレーキバネ１７に打ち勝ってブレーキオフ状態とするのに十分な圧力が発生する開度に設定される。

他の実施形態
（１）上記両実施形態において、電動機系及びブレーキ系の両制御系に故障等の異常が発生したことを検出する手段と、異常検出時に警報を出し、あるいはエンジン９を強制的に停止させるようにしてもよい。

（２）上記のように異常発生時にエンジン９を強制停止させる際、または通常運転時にエンジン９を停止させる際に、圧抜き回路２４との二重フェールセーフ機能として、エンジン停止に先立ってブレーキ切換弁１９をブレーキオン位置イに切換えるように構成してもよい。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
９ エンジン
１１ ブレーキポンプ
１２ 旋回電動機
１４ インバータ
１５ ネガティブブレーキ
１６ ブレーキシリンダ
１７ ブレーキバネ
１８ ブレーキライン
１９ ブレーキ切換弁
２１ 旋回レバー
２２ パイロット弁
２３ 圧力センサ
２４ 圧抜き回路
２５ 絞り
２６ 流量調整弁
２７ 電動機コントローラ
２８ ブレーキコントローラ

Claims (2)

1. 旋回電動機によって旋回駆動される上部旋回体が下部走行体上に搭載され、この上部旋回体が、油圧が加えられたときにブレーキオフとなるネガティブブレーキによって制動されるとともに、油圧ポンプ及びタンクとこのネガティブブレーキとを結ぶブレーキラインにブレーキ切換弁が設けられ、このブレーキ切換弁は、制御手段により、旋回操作時に上記ネガティブブレーキをブレーキオフ状態とするブレーキオフ位置と、旋回非操作時にネガティブブレーキをブレーキオン状態とするブレーキオン位置との間で切換わるように構成された電動旋回式作業機械のブレーキ装置において、上記ブレーキラインに、上記ネガティブブレーキの油圧をタンクに抜いてブレーキオフ状態とする圧抜き回路が接続され、この圧抜き回路に、絞りと、この絞りの前後の差圧に応じて差圧大で開度大となる方向に開度が変化する流量調整弁とが設けられたことを特徴とする電動旋回式作業機械のブレーキ装置。
2. 上記制御手段として、旋回操作時と非操作時とに応じてインバータ経由で上記旋回電動機を制御する電動機コントローラと、旋回操作時と非操作時とに応じて上記ブレーキ切換弁をブレーキオフ、ブレーキオン両位置間で切換える切換弁コントローラとが設けられたことを特徴とする請求項１記載の電動旋回式作業機械のブレーキ装置。

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