【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械の旋回駆動装置に関するものであり、特に、油圧モータの駆動の外に電動モータの駆動にて上部旋回体を旋回させるように構成した建設機械の旋回駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械では、下部走行体の上に上部旋回体を旋回可能に載置し、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプからの圧油により駆動される油圧モータとを備え、該油圧モータの駆動により減速装置を介して上部旋回体を旋回させるように構成されている。そして、軽負荷から重負荷までの種々の作業に対応できるように、最大負荷の作業を見込んだ大出力容量のエンジンが搭載されている。
【０００３】
しかし、軽負荷や中負荷の作業に対しては過大な出力容量のエンジンが搭載されていることになり、燃費、騒音、生産コスト等の点で不利である。また、コントロール弁を介して油圧ポンプの圧油を油圧モータに供給するのでエネルギーロスが発生し、油圧配管が長くなるために圧力損失が大となって、エンジンにかかる負荷が大きく燃費が悪いという不具合がある。
【０００４】
そこで、エンジンの出力軸にモータ・ジェネレータとクラッチを接続するとともに、該クラッチを介して電動モータと油圧ポンプを接続し、クラッチのオン・オフ並びにバッテリからの電力供給等を組み合わせて、エンジン動力または電動モータ動力だけではなく、エンジン及び電動モータの複合動力を選択して油圧ポンプを駆動するように構成した建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、エンジンにより駆動される発電機またはバッテリにて電動モータを回転し、該電動モータにて油圧ポンプを駆動するように構成するとともに、電動モータの回転を走行または旋回用の減速機に伝達するように構成した建設機械も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０４００１号公報（第１〜６頁、図１）。
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２８３１０７号公報（第１〜５頁、図３）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の建設機械は、負荷状態に応じて動力源を選択することができるが、コントロール弁を介して油圧ポンプの圧油を各油圧アクチュエータに供給するので、エネルギーロスが大きいという不具合は解消しきれない。
【０００９】
また、特許文献２記載の建設機械は、走行及び旋回は電動モータの駆動により行うが、重負荷の作業では電動モータだけではトルクが不足して駆動困難の虞がある。
【００１０】
そこで、エンジン及び油圧機器の小型化を図りつつ、軽負荷から重負荷までの種々の作業に対応できる旋回駆動装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、下部走行体の上に上部旋回体を旋回可能に載置し、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプからの圧油により駆動される油圧モータとを備え、該油圧モータの駆動により減速装置を介して上部旋回体を旋回させるように構成した建設機械の旋回駆動装置に於いて、前記油圧モータと同軸に電動モータを連結し、該電動モータにて油圧モータをアシスト駆動できるように構成した建設機械の旋回駆動装置を提供する。
【００１２】
作業中に大きな負荷がかかった場合は、エンジンで駆動される発電機やバッテリの電力にて電動モータを駆動すれば、油圧モータと電動モータの双方の駆動力にて旋回することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、旋回レバーの操作方向及び操作量を検出するセンサを設け、該センサの検出信号に基づいて電動モータの回転方向及び回転速度を制御するコントローラを備えた建設機械の旋回駆動装置を提供する。
【００１４】
旋回レバーの操作に対応してコントローラが電動モータの回転を制御するので、作業状況に応じて最適なアシスト駆動を行うことができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、油圧モータの回転方向及び旋回圧を検出するセンサを設け、該センサの検出信号に基づいて電動モータの回転方向及び回転速度を制御するコントローラを備えた建設機械の旋回駆動装置を提供する。
【００１６】
油圧モータの回転方向及び旋回圧に対応してコントローラが電動モータの回転を制御するので、作業状況に応じて最適なアシスト駆動を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１は建設機械の一例として油圧ショベル１０を示し、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３にはその前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。
【００１８】
図２は旋回駆動装置の構成図であり、エンジン２０の出力軸２０ａに発電機２１と油圧ポンプ２２を接続してあり、エンジン２０の回転によって発電機２１と油圧ポンプ２２が駆動される。油圧ポンプ２２はコントロール弁２３を介して主管路２４及び２５に接続され、この主管路２４及び２５が油圧モータ２６に接続されている。油圧モータ２６の出力軸２６ａは減速装置２７を介して上部旋回体１３に接続されている。
【００１９】
旋回レバー２８を中立位置から左右何れかの方向へ傾倒操作すれば、その操作方向及び操作量に応じて、リモコン弁２９からパイロット油路３０または３１にパイロット圧が導出されて前記コントロール弁２３が切り換わり、油圧ポンプ２２から吐出された圧油が主管路２４または２５に導出されて前記油圧モータ２６が正転駆動または逆転駆動される。油圧モータ２６が回転すれば、その回転が減速装置２７により減速されて上部旋回体１３に伝達され、上部旋回体１３が左右何れかの方向へ旋回する。
【００２０】
ここで、前記油圧モータ２６と同軸に電動モータ３３を連結し、前記発電機２１にて発電された電力がコントローラ４０に制御されて電動モータ３３を駆動するように構成してある。また、発電機２１で作られた電力のうち、余剰電力はコントローラ４０を介してバッテリ３４に蓄えられる。該バッテリ３４に蓄電された電力は、コントローラ４０の制御により、必要に応じて電動モータ３３に供給される。
【００２１】
また、旋回レバー２８には、その操作方向及び操作量を検出するセンサ３２が設けられており、該センサ３２の検出信号がコントローラ４０に入力されると旋回レバー２８の操作方向と操作量が演算され、コントローラ４０はこの演算結果に基づいて電動モータ３３の回転方向及び回転速度を制御する。
【００２２】
該センサ３２の構造としては、例えば左右二つの可変抵抗を設けて旋回レバー２８の傾倒に応じて抵抗値を変化させ、出力電圧の変化により旋回レバー２８の操作方向及び操作量を検出する電気式のものがあげられる。
【００２３】
或いは、円板に複数のスリットを設けて旋回レバー２８の傾倒に応じて回転させ、回転する円板のスリットを通過する光をカウントして旋回レバー２８の操作方向及び操作量を検出する光学式のものや、この外に磁気式のもの等、特にセンサ３２の検出方式は問わない。
【００２４】
或いは、図３に示すように、前記主管路２４，２５に圧力を検出するセンサ３５，３６を設け、該センサ３５，３６の検出信号がコントローラ４０に入力されると油圧モータ２６の回転方向及び旋回圧を演算し、コントローラ４０はこの演算結果に基づいて電動モータ３３の回転方向及び回転速度を制御するように構成してもよい。
【００２５】
このように、前記センサ３２、或いは、センサ３５，３６の検出信号に基づくコントローラ４０の制御により、発電機２１またはバッテリ３４から電動モータ３３に電力を供給して電動モータ３３を回転すれば、作業中に大きな負荷がかかった場合、油圧モータ２６をアシスト駆動することができる。
【００２６】
いま、前記油圧モータ２６の駆動に加えてコントローラ４０の制御により電動モータ３３を駆動すれば、旋回時に上部旋回体１３の加減速を微調整することが可能である。また、旋回停止時にコントロール弁２３を中立位置に戻したときに、上部旋回体１３の慣性力により油圧モータ２６が回転を継続しようとするが、コントローラ４０の制御にて電動モータ２６により減衰力を付与すれば、戻り側主管路の急激な油圧上昇を抑止して旋回ハンチングを防止することができる。
【００２７】
尚、本発明の旋回駆動装置は、構成が簡単でコンパクトであるため、既存の機械に追加装着すれば、安価な費用で操作性を向上させることが可能である。
【００２８】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、請求項１記載の発明は、旋回用の油圧モータと同軸に電動モータを連結し、該電動モータにより油圧モータをアシスト駆動できるように構成したので、作業中に大きな負荷がかかった場合、油圧ポンプ及び油圧モータの容量不足を補うことができる。従って、軽負荷から重負荷までの種々の作業に対応しつつ、エンジン及び油圧機器の小型化を図ることができ、燃費の向上、騒音の低下、生産コストの低減が可能となる等、正に諸種の効果を奏する発明である。
【００３０】
請求項２記載の発明は、旋回レバーの操作方向及び操作量を検出するセンサを設け、該センサの検出信号に基づいて電動モータの回転方向及び回転速度を制御するコントローラを備えたことにより、請求項１記載の発明の効果に加えて、作業状況に応じて最適なアシスト駆動を行うことができる。
【００３１】
請求項３記載の発明は、油圧モータの回転方向及び旋回圧を検出するセンサを設け、該センサの検出信号に基づいて電動モータの回転方向及び回転速度を制御するコントローラを備えたことにより、請求項２記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】油圧ショベルの側面図。
【図２】旋回駆動装置の一例を示す構成図。
【図３】旋回駆動装置の他の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１０ 油圧ショベル
１１ 下部走行体
１３ 上部旋回体
２０ エンジン
２１ 発電機
２２ 油圧ポンプ
２３ コントロール弁
２６ 油圧モータ
２７ 減速装置
２８ 旋回レバー
２９ リモコン弁
３２ センサ
３３ 電動モータ
３４ バッテリ
３５ センサ
３６ センサ
４０ コントローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a swing drive device for a construction machine, and more particularly to a swing drive device for a construction machine configured to swing an upper swing body by driving an electric motor in addition to driving a hydraulic motor.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a construction machine such as a hydraulic shovel, an upper revolving unit is pivotably mounted on a lower traveling unit, and a hydraulic pump driven by an engine and a hydraulic motor driven by pressure oil from the hydraulic pump are provided. And the upper revolving unit is configured to rotate through the reduction gear by driving the hydraulic motor. In order to cope with various tasks from a light load to a heavy load, an engine having a large output capacity that allows for a work with a maximum load is mounted.
[0003]
However, an engine having an excessive output capacity is installed for light or medium load work, which is disadvantageous in terms of fuel efficiency, noise, production cost, and the like. In addition, since the hydraulic oil of the hydraulic pump is supplied to the hydraulic motor via the control valve, energy loss occurs, and the pressure loss increases due to the length of the hydraulic piping, resulting in a large load on the engine and poor fuel economy. There is a defect.
[0004]
Therefore, a motor-generator and a clutch are connected to the output shaft of the engine, and an electric motor and a hydraulic pump are connected via the clutch. There is known a construction machine configured to drive a hydraulic pump by selecting not only electric motor power but also a combined power of an engine and an electric motor (for example, see Patent Document 1).
[0005]
In addition, the electric motor is rotated by a generator or a battery driven by the engine, and the hydraulic pump is driven by the electric motor, and the rotation of the electric motor is transmitted to a traveling or turning speed reducer. A construction machine configured as described above is also known (for example, see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-304001 A (pages 1 to 6, FIG. 1).
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-2000-283107 (pages 1 to 5, FIG. 3).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The construction machine described in Patent Literature 1 can select a power source according to the load state. However, since the hydraulic oil of the hydraulic pump is supplied to each hydraulic actuator via the control valve, the problem of large energy loss is caused. It cannot be eliminated.
[0009]
In the construction machine described in Patent Document 2, running and turning are performed by driving an electric motor. However, in heavy-load work, there is a possibility that the electric motor alone will not have enough torque to make driving difficult.
[0010]
Therefore, technical problems to be solved arise in order to provide a turning drive device that can cope with various operations from a light load to a heavy load while reducing the size of an engine and a hydraulic device. The purpose is to solve this problem.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 has a hydraulic pump driven by an engine, in which an upper revolving unit is pivotably mounted on a lower traveling unit. A hydraulic motor driven by pressurized oil from the hydraulic pump, wherein the hydraulic motor drives the upper revolving unit via a reduction gear to rotate the upper revolving unit. Provided is a turning drive device for a construction machine in which an electric motor is connected coaxially with a hydraulic motor, and the electric motor can be used to assist the hydraulic motor.
[0012]
If a large load is applied during the work, the electric motor can be driven by the electric power of the generator or the battery driven by the engine, and the turning can be performed by the driving force of both the hydraulic motor and the electric motor.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a construction machine is provided with a sensor for detecting an operation direction and an operation amount of a swing lever, and a controller for controlling a rotation direction and a rotation speed of the electric motor based on a detection signal of the sensor. A drive is provided.
[0014]
Since the controller controls the rotation of the electric motor in accordance with the operation of the turning lever, it is possible to perform the optimal assist drive according to the work situation.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, a construction machine includes a sensor for detecting a rotation direction and a turning pressure of a hydraulic motor, and a controller for controlling a rotation direction and a rotation speed of the electric motor based on a detection signal of the sensor. A drive is provided.
[0016]
Since the controller controls the rotation of the electric motor in accordance with the rotation direction and the turning pressure of the hydraulic motor, it is possible to perform the optimal assist drive according to the work situation.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a hydraulic excavator 10 as an example of a construction machine, and an upper revolving unit 13 is mounted on a lower traveling unit 11 via a revolving mechanism 12 so as to be freely rotatable. The upper revolving unit 13 is provided with a cab 14 on one front side thereof, and a boom 15 is attached to a front central portion of the upper revolving unit 13 so that the boom 15 can be raised. Further, an arm 16 is attached to the tip of the boom 15 so as to be vertically rotatable, and a bucket 17 is attached to the tip of the arm 16.
[0018]
FIG. 2 is a configuration diagram of the turning drive device. A generator 21 and a hydraulic pump 22 are connected to an output shaft 20 a of the engine 20. The generator 21 and the hydraulic pump 22 are driven by rotation of the engine 20. The hydraulic pump 22 is connected to main lines 24 and 25 via a control valve 23, and the main lines 24 and 25 are connected to a hydraulic motor 26. The output shaft 26a of the hydraulic motor 26 is connected to the upper swing body 13 via a speed reducer 27.
[0019]
When the turning lever 28 is tilted from the neutral position to the left or right direction, the pilot pressure is derived from the remote control valve 29 to the pilot oil passage 30 or 31 according to the operation direction and the operation amount, and the control valve 23 is operated. Then, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 22 is led out to the main pipeline 24 or 25, and the hydraulic motor 26 is driven forward or reverse. When the hydraulic motor 26 rotates, the rotation thereof is reduced by the speed reduction device 27 and transmitted to the upper revolving unit 13, and the upper revolving unit 13 turns left or right.
[0020]
Here, an electric motor 33 is connected coaxially with the hydraulic motor 26, and the electric power generated by the generator 21 is controlled by a controller 40 to drive the electric motor 33. In addition, of the electric power generated by the generator 21, surplus electric power is stored in the battery 34 via the controller 40. The electric power stored in the battery 34 is supplied to the electric motor 33 as needed under the control of the controller 40.
[0021]
The turning lever 28 is provided with a sensor 32 for detecting the operation direction and the operation amount of the turning lever 28. When a detection signal of the sensor 32 is input to the controller 40, the operation direction and the operation amount of the turning lever 28 are calculated. The controller 40 controls the rotation direction and the rotation speed of the electric motor 33 based on the calculation result.
[0022]
The structure of the sensor 32 is, for example, an electric type in which two variable resistors on the left and right sides are provided to change the resistance value according to the tilt of the turning lever 28, and the operation direction and the operation amount of the turning lever 28 are detected by a change in output voltage. Are given.
[0023]
Alternatively, an optical system is provided in which a plurality of slits are provided in a disk and rotated in accordance with the tilt of the swivel lever 28, and the light passing through the slits of the rotating disk is counted to detect the operation direction and amount of operation of the swivel lever 28. In particular, the detection method of the sensor 32 does not matter.
[0024]
Alternatively, as shown in FIG. 3, sensors 35 and 36 for detecting pressure are provided in the main pipelines 24 and 25, and when the detection signals of the sensors 35 and 36 are input to the controller 40, the rotation direction of the hydraulic motor 26 and The swing pressure may be calculated, and the controller 40 may be configured to control the rotation direction and the rotation speed of the electric motor 33 based on the calculation result.
[0025]
As described above, if the electric power is supplied from the generator 21 or the battery 34 to the electric motor 33 and the electric motor 33 is rotated by the control of the controller 40 based on the detection signal of the sensor 32 or the sensors 35 and 36, When a large load is applied inside, the hydraulic motor 26 can be driven by assist.
[0026]
Now, by driving the electric motor 33 under the control of the controller 40 in addition to the driving of the hydraulic motor 26, it is possible to finely adjust the acceleration and deceleration of the upper swing body 13 during turning. Further, when the control valve 23 is returned to the neutral position at the time of turning stop, the hydraulic motor 26 tries to continue rotation by the inertia force of the upper turning body 13, but the damping force is reduced by the electric motor 26 under the control of the controller 40. If provided, it is possible to prevent a sudden increase in hydraulic pressure in the return-side main pipeline and prevent turning hunting.
[0027]
The turning drive device of the present invention has a simple structure and is compact. Therefore, if the turning drive device is additionally mounted on an existing machine, operability can be improved at low cost.
[0028]
Therefore, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and it is natural that the present invention extends to the modified ones.
[0029]
【The invention's effect】
As described in detail in the above embodiment, the invention according to claim 1 is configured such that an electric motor is connected coaxially with a turning hydraulic motor and the hydraulic motor can be assist-driven by the electric motor. Therefore, when a large load is applied during the operation, it is possible to compensate for the capacity shortage of the hydraulic pump and the hydraulic motor. Therefore, it is possible to reduce the size of the engine and the hydraulic equipment while responding to various operations from a light load to a heavy load, and to improve fuel efficiency, reduce noise, and reduce production costs. This is an invention that provides various effects.
[0030]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor for detecting an operation direction and an operation amount of the turning lever, and a controller for controlling a rotation direction and a rotation speed of the electric motor based on a detection signal of the sensor. In addition to the effects of the invention described in Item 1, optimal assist driving can be performed according to the work situation.
[0031]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor for detecting a rotation direction and a turning pressure of the hydraulic motor, and a controller for controlling the rotation direction and the rotation speed of the electric motor based on a detection signal of the sensor. The same effect as the invention described in Item 2 can be obtained.
[Brief description of the drawings]
The figure shows an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a turning drive device.
FIG. 3 is a configuration diagram showing another example of the turning drive device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydraulic excavator 11 Lower traveling body 13 Upper revolving superstructure 20 Engine 21 Generator 22 Hydraulic pump 23 Control valve 26 Hydraulic motor 27 Reduction gear 28 Revolving lever 29 Remote control valve 32 Sensor 33 Electric motor 34 Battery 35 Sensor 36 Sensor 40 Controller
