JP6119355B2 - Construction machine drive - Google Patents
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Description
本発明は油圧ショベルやハイブリッドショベル等の建設機械において、たとえば旋回駆動装置の減速機を冷却し、または暖める冷却/暖機システムを備えた駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a drive device having a cooling / warming-up system that cools or warms a reduction gear of a swing drive device, for example, in a construction machine such as a hydraulic excavator or a hybrid excavator.
ショベルの旋回駆動装置を例にとって背景技術を説明する。 The background art will be described by taking an excavator turning drive device as an example.
ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。 The excavator is mounted on a crawler-type lower traveling body so that the upper swing body can swing around an axis that is perpendicular to the ground, and a work attachment is attached to the upper swing body.
このショベルにおいて、上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機とによって構成される。 In this excavator, a swing drive device that swings the upper swing body is a hydraulic or electric motor as a drive source, and the rotational force of the motor is reduced by a gear reduction mechanism and transmitted to the upper swing body that is a driven part. It consists of a reducer.
モータと減速機とは、互いの回転軸が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられ、モータが上となる縦置き姿勢でアッパーフレームに取付けられる。 The motor and the speed reducer are provided side by side in the apparatus axis direction in a state where their rotation axes coincide with each other, and are attached to the upper frame in a vertically installed posture with the motor on top.
減速機は、回転軸のまわりにサンギヤと複数のプラネタリギヤとリングギヤとを備えた一〜複数段の遊星歯車式の減速部を設けて構成され、この減速機の出力が、減速機出力軸に設けられたピニオン、及び下部走行体のロワフレームに設けられた旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる。 The reduction gear is configured by providing a one-to-multi-stage planetary gear type reduction gear unit including a sun gear, a plurality of planetary gears, and a ring gear around a rotation shaft, and the output of the reduction gear is provided on the reduction gear output shaft. It is transmitted to the upper swing body through the pinion provided and the swing gear provided in the lower frame of the lower traveling body.
また、特許文献1に示されるように、減速機内にブレーキ機構(ネガティブ式のパーキングブレーキ)が設けられる場合がある。
Further, as disclosed in
このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、ブレーキバネと、圧力室と、回転側及び固定側両ブレーキ板を備え、モータ(旋回)停止時にブレーキバネのバネ力でブレーキピストンを押して両ブレーキ板を圧接させることにより減速機の回転軸に制動力を付与し、旋回作動時に油圧ポンプからの作動油を圧力室に導入してブレーキピストンを反対方向に押すことによりブレーキ力を解除するように構成される。 This brake mechanism includes a brake piston, a brake spring, a pressure chamber, and both the rotation side and fixed side brake plates. When the motor (turning) stops, the brake piston is pressed by the spring force of the brake spring to press the brake plates together. Thus, a braking force is applied to the rotation shaft of the speed reducer, and the hydraulic oil from the hydraulic pump is introduced into the pressure chamber during the turning operation, and the brake force is released by pushing the brake piston in the opposite direction.
このブレーキ機構には、油圧ポンプポンプ及びタンクと圧力室とを結ぶブレーキ回路が接続され、このブレーキ回路に、旋回レバーの操作に連動して作動油の給排を制御するブレーキ切換弁が設けられる。 The brake mechanism is connected to a hydraulic pump pump and a brake circuit that connects the tank and the pressure chamber. The brake circuit is provided with a brake switching valve that controls supply and discharge of hydraulic oil in conjunction with the operation of the turning lever. .
一方、減速機の減速機ハウジング内には潤滑油が封入され、減速部の潤滑作用が行われる。 On the other hand, lubricating oil is enclosed in the reduction gear housing of the reduction gear, and the lubricating action of the reduction portion is performed.
ここで、運転中、減速機が発熱し、これによって潤滑油も高温化するため、潤滑油を含めた減速機を冷却する冷却システムが採用されている。 Here, during operation, the speed reducer generates heat, and the temperature of the lubricating oil also increases, so a cooling system that cools the speed reducer including the lubricating oil is employed.
なお、冷却システムは、低温下では減速機を暖める暖機システムとしても機能するため、実際上は冷却/暖機システムとなる。 The cooling system also functions as a warm-up system that warms the speed reducer at low temperatures, so that it is actually a cooling / warm-up system.
この冷却/暖機システムとして、特許文献1に示されているように減速機ケーシングに媒体通路を設け、水、油等の冷却/暖機媒体をこの媒体通路に流して潤滑油を含めた減速機全体を外周から冷却/暖機する技術が公知である。
As this cooling / warming-up system, as shown in
また、特許文献2に示されているように、熱交換器を潤滑油中に浸して設け、この熱交換器に媒体を通す技術も公知である。
In addition, as shown in
公知技術によると、エンジン運転中、媒体が常時流れ、旋回駆動装置の冷却/暖機の必要のないとき(旋回停止時)も稼働し続けるため、エネルギーロスとなる。 According to the known technology, the medium always flows while the engine is running, and it continues to operate even when cooling / warming-up of the swing drive is not necessary (when the swing is stopped), resulting in energy loss.
また、媒体を循環させるための専用の油圧ポンプ、タンク及び配管を、一から追加しなければならないため、大幅なコストアップとなるとともに配管スペースを含めた余分なスペースが必要となる。 Further, since a dedicated hydraulic pump, tank and piping for circulating the medium have to be added from scratch, the cost is greatly increased and extra space including piping space is required.
なお、上記エネルギーロスを回避するためには、温度管理して、必要時、すなわち旋回作動時にのみ媒体を流すシステムとすればよいが、こうすると温度管理のためのコントローラと専用の切換弁を追加しなければならないため、さらなるコストアップと追加設備のためのスペース増加を招く。 In order to avoid the above energy loss, the temperature should be controlled so that the medium flows only when necessary, that is, during the turning operation. In this case, a controller for temperature management and a dedicated switching valve are added. As a result, the cost is further increased and the space for additional equipment is increased.
そこで本発明は、必要時にのみ冷却/暖機作用を働かせてエネルギーロスを防ぎ、しかも追加設備を最小限に少なくできるとともに温度管理のための設備が不要な建設機械の駆動装置を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides a drive device for a construction machine that prevents energy loss by operating a cooling / warming-up action only when necessary, can minimize the number of additional equipment, and does not require equipment for temperature management. is there.
上記課題を解決する手段として、本発明においては、駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの回転力を被駆動部に減速して伝達する減速機と、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構と、上記減速機内に設けられて当該減速機の冷却/暖機を行う熱交換器を備え、上記ブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力により互いに圧接してブレーキ力を発揮する回転側及び固定側両ブレーキ板と、上記ブレーキピストンをブレーキ作動方向に押圧するブレーキバネと、モータ回転時に作動油が導入されて上記ブレーキピストンをブレーキ解除方向に押圧するブレーキ解除圧を発生させる圧力室を備え、かつ、上記ブレーキ機構の圧力室にブレーキ解除のための作動油を供給する作動油供給管路が設けられ、この作動油供給管路に、上記モータの回転/停止に応じて上記圧力室に対する作動油の供給/停止を切換えるブレーキ切換弁が設けられた建設機械の駆動装置において、上記圧力室に供給される作動油を上記ブレーキ切換弁よりも下流側で分流させて上記熱交換器経由でタンクに戻すことにより上記減速機の冷却/暖機を行う冷却/暖機回路を設け、この冷却/暖機回路に、上記圧力室を上記ブレーキ解除圧に保持する圧力保持弁を設けたものである。 As means for solving the above problems, in the present invention, a hydraulic or electric motor as a drive source, a speed reducer that transmits the rotational force of the motor to the driven part at a reduced speed, and a rotating shaft of the speed reducer comprising a brake mechanism for applying braking force, the heat exchanger provided within the reducer for cooling / warming-up of the reduction gear, the brake mechanism, together with the brake piston, the pressing force of the brake piston Both the rotating and fixed brake plates that exert pressure by pressure contact, the brake spring that presses the brake piston in the brake operation direction, and hydraulic oil is introduced when the motor rotates to press the brake piston in the brake release direction Hydraulic oil supply having a pressure chamber for generating a brake release pressure and supplying hydraulic oil for releasing the brake to the pressure chamber of the brake mechanism In the construction machine driving device, the hydraulic oil supply pipe is provided with a brake switching valve that switches supply / stop of hydraulic oil to the pressure chamber according to rotation / stop of the motor. A cooling / warming circuit for cooling / warming the speed reducer is provided by diverting the hydraulic oil supplied to the chamber downstream from the brake switching valve and returning it to the tank via the heat exchanger. A pressure holding valve for holding the pressure chamber at the brake release pressure is provided in the cooling / warming circuit.
この構成によると、旋回作動時にブレーキ機構の圧力室にブレーキ解除のための作動油が導入されるとともに、この作動油が冷却/暖機回路に分流し、減速機内に設けられた熱交換器を通ってタンクに戻るため、潤滑油を含めた減速機を冷却/暖機することができる。 According to this configuration, the hydraulic oil for releasing the brake is introduced into the pressure chamber of the brake mechanism during the turning operation, and the hydraulic oil is diverted to the cooling / warming circuit, and the heat exchanger provided in the speed reducer is installed. Since it passes through and returns to the tank, the speed reducer including the lubricating oil can be cooled / warmed up.
すなわち、ブレーキ機構とそのための油圧ポンプ及びタンク、切換弁を利用して冷却/暖機システムが構成される。 That is, a cooling / warming-up system is configured using a brake mechanism, a hydraulic pump and tank for the brake mechanism, and a switching valve.
この場合、作動油は旋回作動時のみに供給されて循環し、旋回停止時には供給も循環もしないため、いいかえれば冷却/暖機作用は、冷却/暖機の必要がある旋回作動時にのみ働き、それ以外の、旋回駆動装置の冷却/暖機が必要でない運転時(アイドリング時、走行時、旋回を伴わないアタッチメント作業時)には働かないため、エネルギーの無駄遣いを回避し、省エネルギーとなる。 In this case, the hydraulic oil is supplied and circulated only during the turning operation, and is not supplied or circulated when the turning is stopped. In other words, the cooling / warming-up action works only during the turning operation requiring cooling / warming, Other than that, it does not work during operation that does not require cooling / warming-up of the swivel drive device (during idling, traveling, and attachment work without swiveling), thus avoiding wasted energy and saving energy.
また、圧力保持弁によって圧力室の圧力をブレーキ解除圧に保持できるため、ブレーキ機構に本来必要なブレーキ性能を確保することができる。 Further, since the pressure in the pressure chamber can be held at the brake release pressure by the pressure holding valve, it is possible to ensure the brake performance originally required for the brake mechanism.
さらに、温度管理の必要がないため、温度管理のための設備も制御も不要となり、追加設備は圧力室とタンクとを結ぶ戻り管路と圧力保持弁のみでよいため、専用のポンプ及びタンクが不要となることを含めて追加設備を必要最小限に少なくし、コストアップ及び必要スペースの増加を抑えることができる。 Furthermore, since there is no need for temperature management, neither temperature management equipment nor control is required, and additional equipment is only a return line connecting the pressure chamber and the tank and a pressure holding valve. It is possible to reduce the number of additional facilities to the minimum necessary, including that they are no longer required, and to suppress an increase in cost and an increase in necessary space.
本発明において、上記圧力保持弁として、上記作動油の流量を絞ることによって上記ブレーキ解除圧を発生させる絞りを設けるのが望ましい(請求項2,3)。 In the present invention, it is desirable to provide a throttle that generates the brake release pressure by reducing the flow rate of the hydraulic oil as the pressure holding valve.
この構成によれば、圧力保持弁としての絞りにより、作動油の温度が低いときは油粘度が高くて通過流量(循環流量)が減少する。すなわち、潤滑油も減速機も低温で冷却の必要がなく、むしろ暖機するのが望ましい状況では冷却性能が自然に低下するため、速やかに暖機することができる。 According to this configuration, when the temperature of the hydraulic oil is low, the oil viscosity is high and the passing flow rate (circulation flow rate) is reduced due to the restriction as the pressure holding valve. That is, neither the lubricating oil nor the speed reducer needs to be cooled at a low temperature. Rather, in a situation where it is desirable to warm up, the cooling performance naturally decreases, so that it can be warmed up quickly.
この場合、上記絞りを、上記冷却/暖機回路のうち上記熱交換器の入口側に設けるのが望ましい(請求項3)。 In this case, it is desirable to provide the throttle on the inlet side of the heat exchanger in the cooling / warming circuit (claim 3).
こうすれば、圧力室の圧力をブレーキ解除圧に保持しながら、熱交換器内は低圧に保つことができるため、熱交換器の耐圧仕様を必要以上に高くする必要がない。 In this way, the pressure inside the heat exchanger can be kept at a low pressure while maintaining the pressure in the pressure chamber at the brake release pressure, so that it is not necessary to increase the pressure resistance specification of the heat exchanger more than necessary.
本発明によると、必要時にのみ冷却/暖機作用を働かせてエネルギーロスを防ぎ、しかも追加設備を最小限に少なくできるとともに温度管理のための設備を不要とすることができる。 According to the present invention, the cooling / warming-up action can be performed only when necessary to prevent energy loss, and the additional equipment can be reduced to the minimum, and the equipment for temperature management can be made unnecessary.
実施形態はショベルの旋回駆動装置を適用対象としている。 The embodiment is applied to an excavator turning drive device.
図1に実施形態の、図2に従来のそれぞれ旋回駆動装置の回路構成を示す。 FIG. 1 shows an embodiment, and FIG. 2 shows a circuit configuration of each conventional turning drive device.
まず、これらの共通部分を説明する。 First, these common parts will be described.
両装置は、旋回用の油圧モータ1を含む旋回モータ回路2と、油圧モータ1の回転力を減速して被駆動部である上部旋回体(図示しない)に伝達する減速機3とによって構成される。
Both devices are constituted by a turning
旋回モータ回路2は、旋回用の油圧ポンプ(以下、旋回ポンプという)4と、この旋回ポンプ4とモータ1とを結ぶ両側管路5,6と、図示しないリモコン弁により操作されてモータ1に対する油の給排を制御するコントロールバルブ7と、ブレーキ弁としての一対のリリーフ弁8,9と、キャビテーション防止用の一対のチェック弁10,11とから成っている。12は戻り管路、13は戻り管路12に設けられたオイルクーラである。
The turning
減速機3は、一〜複数段の遊星歯車式減速部(図では一段のみを示す)14を備え、内部に潤滑油が封入されている。
The
減速部14は、サン、プラネタリ、リングの各ギヤS,P,Rから成り、周知のようにプラネタリギヤPが自転しながら公転運動を行うことによってモータ回転を減速し、その出力が、減速機出力軸15、ピニオン16及びこれと噛み合う旋回歯車(図示しない)を介して被駆動部であるアッパーフレーム(上部旋回体)に伝達される。
The
この減速機3内に、上部旋回体を停止保持するためのネガティブ式のブレーキ機構17が設けられている。
A
このブレーキ機構17は、ブレーキバネ18と、このブレーキバネ18によって下向きに押圧されるブレーキピストン19と、旋回作動時に作動油が導入される圧力室20と、ブレーキピストン19の下方において上下に重なり合って配置された回転軸側及び固定側両ブレーキ板21,22から成り、旋回作動時に、圧力室20に作動油が導入されてブレーキ解除圧が立つ。これによりブレーキピストン19が上昇してブレーキ解除される。
The
一方、旋回停止時に、ブレーキ解除圧がタンクTに抜けるとともに、ブレーキバネ18のバネ力によるブレーキピストン19の押し付け力により両側ブレーキ板21,22同士が圧接してブレーキ力を発揮し、このブレーキ力により上部旋回体を停止保持する。
On the other hand, when the turning is stopped, the brake release pressure is released to the tank T, and the
また、旋回作動時に圧力室20に作動油を導入するための油圧ブレーキ回路が設けられている。
Further, a hydraulic brake circuit is provided for introducing hydraulic oil into the
この油圧ブレーキ回路は、旋回ポンプ4ととともにエンジン23によって駆動されるブレーキ解除用の油圧ポンプ24と、この油圧ポンプ24及びタンクTと圧力室20とを結ぶ作動油供給管路25と、この作動油供給管路25に設けられたブレーキ切換弁26によって構成される。
This hydraulic brake circuit includes a
ブレーキ切換弁26は、旋回操作レバーの操作/非操作に基づくコントローラ(図示しない)からの信号によって作動油供給位置イとタンク位置ロの間まで切換わる電磁切換弁として構成され、旋回作動時には作動油供給位置イに、旋回停止時にはタンク位置ロにそれぞれセットされる。
The
上記作動油供給位置イでは、油圧ポンプ24から吐出された作動油が圧力室20に供給され、ブレーキ解除圧が立つことによりブレーキピストン19が上昇してブレーキ解除され、タンク位置ロでは圧力室20の作動油がタンクTに抜けてブレーキピストン19がバネ力で下降し、ブレーキ作動状態となる。
At the hydraulic oil supply position a, the hydraulic oil discharged from the
さらに、減速機3内に、潤滑油を含めた減速機3を冷却/暖機するための熱交換器27が設けられている。
Further, a
この熱交換器27は、独立した扁平な箱体や螺旋管等として減速機3のケーシング内に組み込んでもよいし、減速機ケーシングの周壁一部に媒体通路を設けて構成してもよい。
The
ここで、図2に示す従来装置(たとえば特許文献1,2記載の公知技術)においては、水、油等の媒体を専用のポンプによって熱交換器27を通る経路で循環させる冷却/暖機回路を独立して構成し、エンジン運転中、常に媒体を熱交換器27に流す構成がとられている。
Here, in the conventional apparatus shown in FIG. 2 (for example, known techniques described in
このため、前記のように、旋回駆動装置の冷却/暖機の必要のないとき(旋回停止時)も稼働し続けるため、エネルギーロスとなる等の問題が生じていた。 For this reason, as described above, since there is no need for cooling / warming-up of the turning drive device (when turning is stopped), it continues to operate, causing problems such as energy loss.
これに対し、図1に示す実施形態装置においては、旋回作動時にブレーキ機構17の圧力室20に供給される作動油を分流させ、熱交換器27経由でタンクに戻す冷却/暖機回路28を設けている。
On the other hand, in the embodiment apparatus shown in FIG. 1, a cooling /
すなわち、油圧ブレーキ回路を構成する作動油供給管路25におけるブレーキ切換弁26よりも下流側に冷却/暖機用の作動油導入管路29を分岐接続し、この作動油導入管路29を熱交換器27の入口に接続するとともに、熱交換器27の出口をタンク管路30によってモータ回路2の戻り管路12(タンクT)に接続している。
That is, a cooling / warming-up hydraulic
また、作動油導入管路29(冷却/暖機回路28における熱交換器27の入口側)に圧力保持弁としての絞り(絞り弁と同義)31を設け、作動油の流量をこの絞り31で絞ることによって圧力室20をブレーキ解除圧に保持するように構成している。
In addition, a throttle (synonymous with a throttle valve) 31 as a pressure holding valve is provided in the hydraulic oil introduction conduit 29 (on the inlet side of the
この構成によると、旋回作動時にブレーキ機構17の圧力室20にブレーキ解除のための作動油が導入されるとともに、この作動油が冷却/暖機回路28に分流し、熱交換器27を通ってタンクTに戻ることにより、潤滑油を含めた減速機3を冷却または暖機する。
According to this configuration, the hydraulic oil for releasing the brake is introduced into the
すなわち、旋回作動時(とくに高負荷での旋回作動時)のように潤滑油及び減速機3の温度が作動油温度よりも高い状況では冷却機能が働き、低温下での始動直後や非旋回作業時のように潤滑油や減速機3の温度が作動油温度よりも低い状況では暖機機能が働く。
That is, when the temperature of the lubricating oil and the
こうして、ブレーキ機構17とそのための油圧ポンプ24及びタンクT、ブレーキ切換弁26を利用した冷却/暖機システムが構成される。
Thus, a cooling / warming-up system using the
この場合、作動油は、ブレーキ切換弁26の切換わり作動により旋回作動時のみに供給されて循環し、旋回停止時には供給も循環もしないため、いいかえれば冷却/暖機作用は、冷却/暖機の必要がある旋回作動時にのみ働き、それ以外の、旋回駆動装置の冷却/暖機が必要でない運転時(アイドリング時、走行時、旋回を伴わないアタッチメント作業時)には働かないため、エネルギーの無駄遣いを回避し、省エネルギーとなる。
In this case, the hydraulic oil is supplied and circulated only during the turning operation by the switching operation of the
また、絞り31によって圧力室20の圧力をブレーキ解除圧に保持できるため、ブレーキ機構17に本来必要なブレーキ性能を確保することができる。
Further, since the pressure in the
さらに、温度管理の必要がないため、温度管理のための設備も制御も不要となり、追加設備は分岐させた作動油導入管路29とタンク管路30と絞り31のみでよいため、専用のポンプ及びタンクが不要となることを含めて追加設備を必要最小限に少なくし、コストアップ及び必要スペースの増加を抑えることができる。
Furthermore, since there is no need for temperature management, neither equipment for temperature management nor control is required, and additional equipment is only a branched hydraulic
この場合、圧力保持弁として絞り31を用いているため、作動油の温度が低い(粘度が高い)ときは通過流量(循環流量)が減少する。すなわち、潤滑油も減速機3も低温で冷却の必要がなく、むしろ暖機するのが望ましい状況では冷却性能が自然に低下するため、速やかに暖機することができる。
In this case, since the
しかも、絞り31を、冷却/暖機回路28のうち熱交換器27の入口側に設けているため、圧力室20の圧力をブレーキ解除圧に保持しながら、熱交換器27内は低圧に保つことができるため、熱交換器27の耐圧仕様を必要以上に高くする必要がない。
In addition, since the
他の実施形態
(1) 圧力保持弁は、基本的には圧力室20にブレーキ解除圧を確保できる弁であればよく、上記実施形態で挙げた絞り31に限らず、リリーフ弁(安全弁)等の他の圧力制御弁を用いてもよい。
Other embodiments
(1) The pressure holding valve may basically be a valve that can secure the brake release pressure in the
(2) 本発明は、ショベルの旋回駆動装置に限らず、他の旋回式建設機械の旋回駆動装置、及び旋回駆動装置以外のブレーキ機構付きの駆動装置で冷却/暖機機能を要するものに広く適用することができる。 (2) The present invention is not limited to the shovel drive device for excavators, and is widely applied to other swing-type construction machine swivel drive devices and drive devices with a brake mechanism other than the swivel drive device that require a cooling / warming function. Can be applied.
1 旋回用の油圧モータ
3 減速機
4 旋回用の油圧ポンプ
17 ブレーキ機構
18 ブレーキバネ
19 ブレーキピストン
20 圧力室
21,22 ブレーキ板
24 ブレーキ解除用の油圧ポンプ
25 作動油供給管路
26 ブレーキ切換弁
27 熱交換器
28 冷却/暖機回路
29 作動油導入管路
30 タンク管路
31 圧力保持弁としての絞り
T タンク
DESCRIPTION OF
Claims (3)
The drive device for a construction machine according to claim 2, wherein the throttle is provided on an inlet side of the heat exchanger in the cooling / warming-up circuit.
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