JP2009115157A - 油圧モーターの多段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧モーターの出力を、１：２：３や１：２：４などの多段且つ高変速比を汎用の油圧モーターと油圧回路で得られるようにする。
【解決手段】３個以上の同容量の油圧モーターＭが同一減速比で出力軸に接続され、制御用切替バルブｅが中立であると、切替バルブａ、ｂ、ｃは中立で、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、直列に接続される。制御用切替バルブｅを２ＮＤとすると切替バルブｂを正転方向に切り替え、油量Ｑは油圧モーターＭ１と油圧モーターＭ３に送られるので、２個ずつの油圧モーターを並列接続とし、出力は、回転数がＱ／２／Ｖ、トルクが油圧モーター２個分である。制御用切替バルブｅをＬＯＷの位置に切り替えると、切替バルブａ、ｂ、ｃ全てが切り替えられ、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は全て並列に配管された状態となり、出力は、回転数がＱ／４／Ｖ、トルクが油圧モーター４個分となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の油圧モーターを切替バルブで連結することにより、出力を多段に変速する多段変速装置に関するものであり、油圧モーター駆動のドリルビット等の種々の装置に適用できるものである。

近年、掘削機は作業効率の向上のためドリルヘッドの上下ストロークが長くなる傾向にあり、これに伴いドリルヘッドの駆動源も機械式の駆動から油圧式、電気式の駆動源に移行してきている。これは上下移動するドリルヘッドに駆動源を搭載した方が機械構造が簡素化されるためである。
ドリルヘッドは、掘削する地層及びビットの種類によって回転数を変える必要があり、油圧源の効率化のためドリルヘッド側で変速することが求められている。

油圧モーター駆動のドリルヘッドの変速方法に関しては油圧モーター自体を二速モーターとするものや、同容量モーター２個を直列・並列に切り替える方法で変速することが行われているが、この方法では１：２の変速比は得ることができるが、１：３や１：４の変速比を得るには困難な点が多く、できたとしてもコストがかかり、非常に高価な装置となっていた。また、ギヤーによる変速方式ではドリルヘッドの重量が重くなる問題がある。

また、特殊な１：３の出力可変油圧モーターを使用するか、無段階可変油圧モーターを使用して油圧的に実現する方法がある。ただし、特殊油圧モーターであることから油圧モーターの価格が高価であり装置全体が高価となり、汎用機械には使用できない欠点があり、必要とする変速比が得られない場合もあった。
その他には容量の異なる油圧モーター（容量比１：２）２ヶを一つのギヤーにギヤー連結し、両方のモーター（１+２＝３）で運転するＬＯＷ、大容量のモーターだけで運転する２ＮＤ、小容量のモーターで運転するＴＯＰとする方法がある。この場合２ＮＤとＴＯＰで運転する場合、使用しないモーターを油圧回路の中で空転させる必要があり、その分油圧効率を減少させ、油圧力を有効に使用できない面があった。
使用しないモーターを伝動ラインから切り離し空転させないためには、油圧モーターの伝達ラインを機械的に切り離すことが必要となり、そのための機構やレバー等の装置が必要であると同時に、切替操作時に、油圧操作と機械装置の操作を行わなければならず煩雑となり、同時に操作ミスの危険もあった。

特開２００４−０９２３０２号公報 特開２００５−１２１０７４号公報

本発明は、油圧モーターの出力を、１：２：３や１：２：４などの多段且つ高変速比を油圧モーター自体の機構・構造を変更することなく、複数の油圧モーターを使用し、油圧回路によって得られるようにすることである。

駆動源である３個以上の同容量の油圧モーターが同一減速比で接続され、出力軸に伝達する構造を持つ減速機の機械部分と、油圧モーター間に配置された切替バルブを含む駆動油圧回路と、その切替バルブを操作する制御回路により構成されている。

複数の油圧モーターを単一の出力軸に接続し、油圧回路によって任意の油圧モーターを並列接続とすることによって回転数と出力トルクを変更するものであり、任意の変速比を低コストで得ることができるので、地層に応じてビットの回転速度を変更する必要がある掘削機に適用することができ、且つ、低コストである。

実施例
図１に示すように、駆動源である同一性能（同容量）の複数の油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が同一減速比となるギヤーＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を解して一つのギヤーＧ５に連結され、出力軸Ｄに伝達する構造を有する機械部分と、図２に示す油圧モーター間に配置された切替バルブを含む駆動油圧回路と、その切替バルブを操作する制御回路により構成されている。

４つの油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４には、同じ歯数のギヤーＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４がそれぞれ固定され、中央のギヤーＧ５に噛み合わされており、４つの油圧モーターは同一回転数で回転する。

図２の油圧回路に示すように、各モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の間にＰ−Ｔオープンでタンクラインに作動圧が掛けられる汎用切替バルブａ、ｂ、ｃが設けてある。油圧ポンプＰ１からの作動油は、切替バルブｄを介してモーターＭ１に供給され、モーターＭ２、Ｍ３、Ｍ４にはそれぞれ切替バルブａ、ｂ、ｃを介して油圧が供給される。
油圧ポンプＰ１からの作動油をオン・オフする切替バルブｄを正転方向に切り替えると、作動油は油圧モーターＭ１に供給され、更に切替バルブａのＰ−Ｔを経て油圧モーターＭ２に、油圧モーターＭ２を出た作動油は切替バルブｂを経由して油圧モーターＭ３へ、更に切替バルブｃを経て油圧モーターＭ４へ順に供給されるので、油圧ポンプＰ１から送られてくる油量Ｑに対しモーターの1回転当たりの吸収量をＶとすれば、Ｑ／Ｖだけ全ての油圧モーターは回転することになる。
駆動トルクは、４つのモーターで作動圧分の圧力しか得られないためモーター１ヶ分である。この状態を初期状態とする。

ここで、油圧モーターＭ１とＭ２を連結する切替バルブａを正転方向に切り替えると、油量Ｑは切替バルブａを経て油圧モーターＭ１と油圧モーターＭ２に送られる。油圧モーターＭ１を作動させた作動油は直ちにタンクラインに戻るが、油圧モーターＭ２に送られた作動油は切替バルブｂを経由して油圧モーターＭ３へ、その後切替バルブｃを経由して油圧モーターＭ４へ送られる。このため油圧モーターの回転数はＱ／２／Ｖとなり、初期状態の半分となる。出力トルクは、油圧モーターＭ１が作動圧を有効に使用でき、油圧モーターＭ２、Ｍ３、Ｍ４は３つの油圧モーターで作動圧を使用するため１個分が得られ、トータルでは油圧モーター２個分の出力トルクが得られる。

次に切替バルブａとｂを正転方向に切り替えると、油量Ｑは油圧モーターＭ１とＭ２とＭ３に送られる。この場合、油圧モーターＭ１とＭ２に送られた作動油は直ちにタンクラインに戻る。油圧モーターＭ３に送られた作動油は切替バルブｃを経由し油圧モーターＭ４に送られる。このため油圧モーターの回転数はＱ／３／Ｖとなり初期状体の１／３回転となる。出力トルクは、油圧モーターＭ１とＭ２が作動圧を有効に使用できる、油圧モーターＭ３とＭ４は２台で作動圧を使用するため１ヶ分の出力しか得られない。この結果、トータルでは油圧モーター３ヶ分の出力トルクが得られる。

最後に切替バルブａ、ｂ、ｃ全てを切り替えると、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は全て並列に連結されることとなる。このため油量Ｑは４つの油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に均等に送られることとなり、油圧モーターの回転数はＱ／４／Ｖとなって初期状態の１／４となる。出力トルクは、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４全てが作動圧を有効に使用できるため油圧モーター４ヶ分の出力トルクが得られる。
以上のように、油圧モーターとその間に設ける切替バルブを増やしていけば理論的には無限の変速比を得ることが可能である。しかし、油圧モーターの接続方法に関しては油圧モーターのドレン量に個体差が考えられるため、並列にする油圧モーターに差が出ないように配慮する必要があり、また、油圧モーターをコンパクトに配置しなければならないので、実用的には数個が限度であるといえる。

油圧モーター間に設けた切替バルブを操作するための制御回路は、図２の油圧回路図では、油圧パイロットによる制御回路であり、１：２：４の３段階の変速を行う例を示している。図２の油圧回路図の制御用切替バルブｅが中立であれば、切替バルブａ、ｂ、ｃを切り替える指示圧ラインはタンクラインに繋がっており、指示圧は低圧となっている。この結果、切替バルブａ、ｂ、ｃは中立となり、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、直列に接続された状態であり、回転数はＱ／Ｖ、出力トルクは油圧モーター１ヶ分である。

制御用切替バルブｅを２ＮＤの位置に切り替えると、指示圧が制御用切替バルブｅからシャトル弁ｆを経由して切替バルブｂを正転方向に切り替える。切替バルブａ、ｃの指示圧ラインはタンクラインに繋がっているため中立のままであり、油量Ｑは油圧モーターＭ１と油圧モーターＭ３に送られる。油圧モーターＭ１に送られた作動油は切替バルブａを経由して油圧モーターＭ２に、油圧モーターＭ３に送られた作動油は切替バルブｃを経由して油圧モーターＭ４に送られてタンクラインに戻る。こうすることにより２個ずつの油圧モーターを並列に配管することができ、出力は、回転数がＱ／２／Ｖ、トルクが油圧モーター２個分である。

制御用切替バルブｅをＬＯＷの位置に切り替えると、切替バルブａ、ｃは直接指示圧で切り替えられる。切替バルブｂも指示圧がシャトル弁ｆを経由して加わるため切り替えられ、切替バルブａ、ｂ、ｃ全てが切り替えられるため、油圧モーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は全て並列に配管された状態となり、出力は、回転数がＱ／４／Ｖ、トルクが油圧モーター４個分となる。
切替バルブａ、ｂ、ｃを電磁バルブに交換すれば電気的制御回路とすることができる。切替バルブａ、ｂ、ｃ、をマニュアルバルブにすれば、手動での切り替えとなる。

本発明の変速装置の平面図及び正面図。 本発明の変速装置の油圧回路図。

符号の説明

Ｍ 油圧モーター
Ｐ 油圧ポンプ
Ｇ ギヤー
Ｄ 出力軸
ａ 切替バルブ
ｅ 制御用切替バルブ
ｆ シャトル弁

Claims (1)

1. 同容量の３個以上の油圧モーターが同一減速比で一つの出力軸に連結されており、各油圧モーターは切替バルブを介して相互に連結してあり、切替バルブが中立の場合には各モーターが直列接続であり、切替バルブの切り替えによって任意の油圧モーターを並列接続とすることにより、同入力の油量、作動圧に対する出力軸の回転数及びトルクを多段に切り替える油圧モーターの多段変速装置。

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