JP2004060505A - Hydraulic working machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルや、油圧ショベルを母体にアタッチメントを一部変更して構成される解体機等の油圧式作業機械に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
油圧ショベルを例にとって従来の技術を説明する。
【0003】
油圧ショベルは、図3に示すように、クローラ式の下部走行体1上に、キャビン2を備えた上部旋回体3が縦軸Oまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体3に、ブーム4とアーム5とバケット6を備えた掘削アタッチメント7が装着されて構成される。
【0004】
また、油圧アクチュエータとして、図示しない走行用及び旋回用の油圧モータのほか、ブーム用、アーム用、バケット用の各油圧シリンダ8,9,10等が装備されている。
【0005】
これら各アクチュエータに圧油を供給する油圧源としての油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する駆動源としてのエンジンを含むパワーユニット11は、上部旋回体2の後部に設けられた機械室12内に左右方向(機械幅方向)に設置される。
【0006】
このパワーユニット11における機器配置を図4に示す。
【0007】
同図において、13はエンジンで、このエンジン13から左右(背面から見た左右、以下にいう左右の方向性について同じ)両側に出力軸14,15が突出し、右側出力軸15にカップリング16を介して可変容量型の油圧ポンプ17の入力軸17aが連結される。
【0008】
エンジン13の左側には、エンジン13から遠い順に作動油冷却用のオイルクーラー18、エンジン冷却用のラジエータ19及びこれらに冷却風を送るファン20が配置され、左側出力軸14に歯車伝動機構21を介して連動連結されたファン駆動軸22によってファン20が駆動される。
【0009】
なお、左側出力軸14にはプーリ23が取付けられ、同出力軸14の回転力がこのプーリ23を含むベルト伝動機構を介して空調用のコンプレッサまたはオルタネータ(図示しない)に伝達される。
【0010】
ところで、トンネル内や建物内のように換気が悪い場所、またはエンジン騒音が問題となる場所等で使用される油圧ショベルの場合、上記エンジン13に代えて、商用電源で駆動される電動機が駆動源として設置され、電動機駆動式油圧ショベルとして改装される場合がある。
【0011】
この電動機駆動方式においては、エンジン駆動式と同様に電動機の左右一方の出力軸に油圧ポンプが連結される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、駆動源がエンジン13から電動機に置換されることに伴い、次の問題が生じていた。
【0013】
エンジン13は、普通、2000rpm以上の回転数で使用されるが、電動機の場合、電源周波数との関係から、たとえば4極の場合、出力回転数が50Hz地域では1500rpm、60Hz地域では1800rpmとエンジン回転数よりも格段に低いものとなる。
【0014】
このため、油圧ポンプ17の最大吐出量が著しく減少するため、そのままではショベル本来の作業能力が得られない。
【0015】
そこで従来、電動機駆動方式への転換に伴って、インバータ(周波数変換器)を用いて電動機回転数をエンジン回転数と同等まで増速するインバータ方式がとられている。
【0016】
また、電動機出力軸とポンプ入力軸との間に増速機構(たとえば遊星歯車機構)を設ける増速機構方式をとることも考えられる。
【0017】
ところが、いずれの方式によっても、設備コストが高くなる(とくにインバータ方式ではインバータそのものが高価である上に、インバータ用の制御盤、及び高調波に対するノイズ対策が必要となる等の理由から設備コストが高騰する)ことに加えて、インバータ及びその制御盤、または増速機構を付加することでパワーユニットが大形化する。
【0018】
このため、いずれの方式によっても、同じサイズの機械ではとくに機械幅方向のスペースが不足し、機械室12内の幅W内に収めることが困難となる。
【0019】
この場合、パワーユニットの一部(たとえばオイルクーラー)を機械室12の外部に別置きする等のレイアウト変更を行うか、機械室12を改造すること等で対処はできるが、コストがさらに高くなる。
【0020】
この問題は、油圧ショベルだけでなく、油圧ショベルを母体として、そのアタッチメントを変更して構成される解体機や深穴掘削機等の油圧式作業機械においてエンジン駆動方式を電動機駆動方式に置換する場合に共通して生じ、この点の解決が望まれていた。
【0021】
そこで本発明は、駆動源をエンジンから電動機に転換しながら、パワーユニットの設備コストを安くし、かつ、大形化を抑えて既存の機械室に容易に収めることができる油圧式作業機械を提供するものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、駆動源としてのエンジンと、このエンジンにより駆動されて油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプとが設置された機械室に、駆動源として上記エンジンに代えて電動機を設置するとともに、上記油圧ポンプに代えて、下記条件を満足する油圧ポンプを設置したものである。
【0023】
条件
上記エンジンの定格回転数をA1、このエンジンを駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をB1、上記電動機の定格回転数をA2、この電動機を駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をB2として、
B1/B2≒A2/A1
とする。
【0024】
このように、エンジンに代えて電動機を用い、この電動機によって駆動される油圧ポンプの最大吐出容量B2を、エンジン駆動方式における油圧ポンプの最大吐出容量B1に対して、
B2=B1・(A1/A2)
の関係に設定、すなわち、ポンプ駆動源の定格回転数が減少する分、ポンプ吐出容量を大きくしたから、エンジン駆動方式の場合とほぼ同じポンプ最大吐出量が得られ、機械本来の作業能力をそのまま確保することができる。
【0025】
しかも、ポンプ容量を大きくすることによるポンプの大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【0026】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への置換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えて、既存の機械室に容易に収めることが可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1,2によって説明する。
【0028】
この作業機械(油圧ショベルの場合で説明する)においては、図3,4に示すショベルの機械室12内に、エンジン13に代えて電動機31を駆動源とするパワーユニット32が設置されている。
【0029】
図1に示すように、この電動機31は、エンジン13同様、機械幅方向に長い横長姿勢で機械室12内に設けられ、その左右両側に突出した出力軸33,34のうち、左側の出力軸33に、オイルクーラー35を冷却するためのファン36が取付けられている。
【0030】
37は同出力軸33に取付けられたプーリで、このプーリ37を含むベルト伝動機構によって電動機31の回転力が空調用のコンプレッサまたはオルタネータ(図示しない)に伝達される。
【0031】
なお、電動機駆動方式の場合、両側出力軸33,34は電動機中心線上に並ぶため、図4のエンジン駆動方式における歯車伝動機構21は不要となる。また、エンジン冷却用のラジエータ19も不要となる。
【0032】
右側の出力軸34には、カップリング38を介して可変容量型の油圧ポンプ39の入力軸39aが連結され、電動機31によってこの油圧ポンプ39が駆動される。
【0033】
ここで、油圧ポンプ39は、図4に示すエンジン駆動方式における油圧ポンプ17よりも吐出容量が大きいものが用いられ、駆動源の定格回転数の減少分がこのポンプ吐出容量の増加により補われてほぼ同等のポンプ最大吐出量が得られるように構成されている。
【0034】
すなわち、図4のエンジン13の定格回転数をA1、このエンジン13を駆動源とする油圧ポンプ17の最大吐出容量をB1、電動機31の定格回転数をA2、この電動機31を駆動源とする油圧ポンプ39の最大吐出容量をB2とすると、
B1/B2≒A2/A1
に設定されている。
【0035】
なお、電動機31の定格回転数は電源周波数(50Hz、60Hz)によって変化するため、この定格回転数の変化に関係なく同じポンプ最大吐出量が得られるように電源周波数に応じてポンプ39の最大傾転位置が調整される。
【0036】
この構成により、両ポンプ17,39の最大吐出量はほぼ同等となり、電動機駆動方式をとるこのショベルにおいても、図4のエンジン駆動方式をとるショベルとほぼ同等の作業能力を確保することができる。
【0037】
しかも、このようにポンプ最大吐出容量を増加させても、それによるポンプ39の大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【0038】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への転換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えることができる。
【0039】
エンジン駆動方式とこの電動機駆動方式によるパワーユニット11,32の比較例を次表に示す。
【0040】
【表1】
【0041】
このように、両パワーユニット11,32は全長において大差はなく、電動機駆動方式におけるパワーユニット32の全長寸法を機械室12の幅寸法W以下に抑えて、機械室12内に容易に収めることが可能となる。
【0042】
なお、標準的な電動機は、ストール時に定格トルクの5〜6倍のトルクが作用することから、出力軸もこのような大トルクに耐えうるように直径寸法が定められる。
【0043】
一方、図2に示すように、電動機右側出力軸34はカップリング38に対してキー結合されるが、このキー結合部分40にも大トルクが作用することを考慮して、標準ではこのキー結合部分40の長さを長くとるために、その分、出力軸34が長く設計される。
【0044】
しかし、油圧ショベルの場合、リリーフ弁の作用によって油圧ポンプ39には定格トルク以上のトルクは作用しないのが現実である。
【0045】
そこで、この油圧ショベルにおいては、上記現実に基づき、キー結合のための出力軸34の長さ寸法Lを、結合に必要な最小限の大きさとしている。
【0046】
これにより、パワーユニット32の全長がさらに短く抑えられるため、同ユニット32を機械室12内に一層容易に収容することができる。
【0047】
ところで、上記実施形態では油圧ショベルを適用対象として例示したが、本発明は、油圧ショベルを母体として構成される他の作業機械、たとえば図3のアタッチメント7におけるバケット6に代えてクランプを装着した解体機や、アーム5に代えて伸縮腕を装着し、先端にクラムシェルバケットを取付けた深穴掘削機にも上記同様に適用することができる。
【0048】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、駆動源としてエンジンに代えて電動機を用い、この電動機によって駆動される油圧ポンプの最大吐出容量B2を、エンジン駆動方式における油圧ポンプの最大吐出容量B1に対して、
B2=B1・(A1/A2)
A1:エンジン定格回転数
A2:電動機定格回転数
の関係に設定したから、駆動源をエンジンから電動機に転換しながら、エンジン駆動方式の場合とほぼ同じポンプ最大吐出量が得られ、機械本来の作業能力をそのまま確保することができる。
【0049】
しかも、ポンプ最大吐出容量を大きくすることによるポンプの大形化及びコストアップは、インバータや増速機構という別設備を追加する場合よりも格段に小さくてすむ。
【0050】
従って、パワーユニットの電動機駆動方式への転換に伴う設備コストの高騰を抑え、かつ、占有スペースの増加を最小限に抑えて、既存の機械室に容易に収めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる油圧ショベルにおけるパワーユニットの背面図である。
【図2】図1の一部拡大断面図である。
【図3】油圧ショベルの全体側面図である。
【図4】従来のエンジン駆動方式によるパワーユニットの背面図である。
【符号の説明】
12 機械室
32 パワーユニット
31 駆動源としての電動機
39 油圧ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic work machine such as a hydraulic shovel or a dismantling machine configured by partially changing an attachment with a hydraulic shovel as a base.
[0002]
[Prior art]
A conventional technique will be described using a hydraulic excavator as an example.
[0003]
As shown in FIG. 3, the hydraulic excavator has an upper revolving unit 3 having a cabin 2 mounted on a crawler-type
[0004]
As the hydraulic actuator,
[0005]
A hydraulic pump serving as a hydraulic source for supplying pressure oil to each of the actuators and a
[0006]
FIG. 4 shows a device arrangement in the
[0007]
In the figure,
[0008]
On the left side of the
[0009]
A
[0010]
By the way, in the case of a hydraulic excavator used in a place with poor ventilation, such as in a tunnel or a building, or in a place where engine noise is a problem, an electric motor driven by a commercial power supply is used instead of the
[0011]
In this electric motor drive system, a hydraulic pump is connected to one of the left and right output shafts of the electric motor, similarly to the engine drive system.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In this case, the following problem has occurred due to the drive source being replaced with the electric motor from the
[0013]
The
[0014]
For this reason, the maximum discharge amount of the
[0015]
Therefore, conventionally, with the conversion to the motor drive system, an inverter system has been adopted in which the speed of the motor is increased to the same level as the engine speed by using an inverter (frequency converter).
[0016]
It is also conceivable to adopt a speed increasing mechanism system in which a speed increasing mechanism (for example, a planetary gear mechanism) is provided between the motor output shaft and the pump input shaft.
[0017]
However, all of these methods increase equipment costs (especially because the inverter itself is expensive in the inverter method, and the control panel for the inverter and noise countermeasures against harmonics are required). In addition to that, the power unit becomes larger by adding an inverter and its control panel or a speed increasing mechanism.
[0018]
For this reason, according to any of the methods, a machine of the same size lacks space particularly in the machine width direction, and it is difficult to fit the machine in the width W in the
[0019]
In this case, a layout change such as placing a part of the power unit (eg, an oil cooler) outside the
[0020]
This problem arises when replacing the engine drive system with an electric motor drive system in a hydraulic work machine such as a dismantling machine or a deep hole excavator, which is constructed by changing the attachment of not only a hydraulic shovel but also a hydraulic shovel as a base. It has arisen in common, and a solution to this point has been desired.
[0021]
Therefore, the present invention provides a hydraulic working machine that can reduce the equipment cost of a power unit and can be easily housed in an existing machine room while reducing the size of the power unit while changing the drive source from an engine to an electric motor. Things.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, an electric motor is installed instead of the engine as a drive source in a machine room in which an engine as a drive source and a hydraulic pump driven by the engine and supplying hydraulic oil to a hydraulic actuator are installed. In addition, a hydraulic pump that satisfies the following conditions is installed instead of the hydraulic pump.
[0023]
Conditions The rated speed of the engine is A1, the maximum discharge capacity of the hydraulic pump using the engine as a drive source is B1, the rated speed of the electric motor is A2, and the maximum discharge capacity of the hydraulic pump using the electric motor as the drive source is B2. As
B1 / B2 ≒ A2 / A1
And
[0024]
As described above, the electric motor is used in place of the engine, and the maximum discharge capacity B2 of the hydraulic pump driven by the electric motor is set to the maximum discharge capacity B1 of the hydraulic pump in the engine drive system.
B2 = B1 · (A1 / A2)
In other words, the pump discharge capacity was increased by the amount corresponding to the decrease in the rated rotation speed of the pump drive source, so that the same pump maximum discharge rate as in the case of the engine drive system was obtained, and the original working capacity of the machine was maintained. Can be secured.
[0025]
Moreover, the increase in size and cost of the pump due to the increase in pump capacity can be significantly smaller than when additional equipment such as an inverter and a speed increasing mechanism is added.
[0026]
Accordingly, it is possible to easily accommodate the existing machine room while suppressing an increase in equipment costs due to the replacement of the power unit with the electric motor drive system and minimizing an increase in occupied space.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0028]
In this work machine (explained in the case of a hydraulic shovel), a
[0029]
As shown in FIG. 1, the
[0030]
[0031]
In the case of the motor drive system, the
[0032]
An
[0033]
Here, a
[0034]
That is, the rated rotation speed of the
B1 / B2 ≒ A2 / A1
Is set to
[0035]
Since the rated rotation speed of the
[0036]
With this configuration, the maximum discharge rates of the two
[0037]
Moreover, even if the pump maximum discharge capacity is increased in this way, the size and cost of the
[0038]
Therefore, it is possible to suppress an increase in equipment costs accompanying the conversion of the power unit to the electric motor drive system, and to minimize an increase in occupied space.
[0039]
The following table shows comparative examples of the
[0040]
[Table 1]
[0041]
As described above, there is no great difference in the total length between the
[0042]
In a standard electric motor, a torque of 5 to 6 times the rated torque acts during a stall, so that the diameter of the output shaft is determined so as to withstand such a large torque.
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the motor
[0044]
However, in the case of a hydraulic shovel, the torque of the rated torque or more does not actually act on the
[0045]
Therefore, in this excavator, the length L of the
[0046]
As a result, the overall length of the
[0047]
By the way, in the above embodiment, the excavator is exemplified as an application object. However, the present invention is applied to a disassembly in which a clamp is mounted instead of the bucket 6 in the attachment 7 in FIG. The present invention can be similarly applied to a deep hole excavator in which a telescopic arm is mounted in place of the drill or the
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an electric motor is used instead of the engine as a drive source, and the maximum discharge capacity B2 of the hydraulic pump driven by the electric motor is set to the maximum discharge capacity B1 of the hydraulic pump in the engine drive system.
B2 = B1 · (A1 / A2)
A1: Engine rated speed A2: Motor rated speed The relationship is set so that the pump source is switched from the engine to the motor, and the same pump maximum discharge rate as in the case of the engine drive system is obtained. The ability can be secured as it is.
[0049]
In addition, the increase in size and cost of the pump due to the increase in the maximum discharge capacity of the pump is much smaller than when additional equipment such as an inverter and a speed increasing mechanism is added.
[0050]
Accordingly, it is possible to easily accommodate the existing machine room while suppressing an increase in equipment costs due to the conversion of the power unit to the electric motor drive system and minimizing an increase in occupied space.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a rear view of a power unit in a hydraulic shovel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of FIG.
FIG. 3 is an overall side view of the hydraulic excavator.
FIG. 4 is a rear view of a power unit according to a conventional engine drive system.
[Explanation of symbols]
12
Claims (1)
条件
上記エンジンの定格回転数をA1、このエンジンを駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をB1、上記電動機の定格回転数をA2、この電動機を駆動源とする油圧ポンプの最大吐出容量をB2として、
B1/B2≒A2/A1
とする。In a machine room where an engine as a drive source and a hydraulic pump driven by the engine to supply hydraulic oil to a hydraulic actuator are installed, an electric motor is installed instead of the engine as a drive source, and the hydraulic pump is Instead, a hydraulic working machine is provided with a hydraulic pump satisfying the following conditions.
Conditions The rated speed of the engine is A1, the maximum discharge capacity of the hydraulic pump using the engine as a drive source is B1, the rated speed of the electric motor is A2, and the maximum discharge capacity of the hydraulic pump using the electric motor as a drive source is B2. As
B1 / B2 ≒ A2 / A1
And
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002218725A JP2004060505A (en) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | Hydraulic working machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=31939836
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021042255A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | Guangxi Liugong Machinery Co., Ltd. | Driving arrangement for construction machine |
-
2002
- 2002-07-26 JP JP2002218725A patent/JP2004060505A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021042255A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | Guangxi Liugong Machinery Co., Ltd. | Driving arrangement for construction machine |
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