JP2010209637A - Brake device of electric turning type working machine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a brake device that brakes a turning body with a negative brake in an electric turning work machine such as an excavator that drives the turning body to turn with an electric motor.
ショベルを例にとって説明する。 An explanation will be given using an excavator as an example.
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。
As shown in FIG. 3, the excavator has an
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。 In this excavator, an electric turning method using an electric motor as a turning drive source is known.
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。 In this electric turning method, unlike the hydraulic turning method in which the turning body is driven by a hydraulic motor, a brake device is required because the electric motor itself has no stop holding force.
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。
On the other hand, a negative brake is used as a turning brake device, that is, a brake is turned off when a hydraulic pressure is applied, and a mechanical brake that brakes the upper turning
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。
And the technique which employ | adopted the negative brake in the electric turning system is also well-known as shown in
この公知技術を図4によって説明する。 This known technique will be described with reference to FIG.
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。
In this known technique, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As a means for controlling the
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。
The
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。
Thus, when the lever is operated, the
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。
As another technique related to a turning brake device using a negative brake, as shown in
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。
However, according to the known technique of
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。
In this case, when the
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。
Note that when the known technique disclosed in
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。 However, since the flow rate through the throttle (the time required until the brake is turned on) depends on the viscosity of the oil, it takes time until the brake is turned on at a low temperature where the viscosity of the oil becomes high, and the necessary stop / hold function cannot be obtained. There is a fear.
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。 Therefore, the present invention can quickly and reliably switch the negative brake to the brake-on state even when the brake switching valve does not switch to the brake-off position or the brake-on position due to a failure of the control means. The present invention provides a brake device for a swivel work machine.
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。 According to the first aspect of the present invention, an upper swing body that is swiveled by a swing motor is mounted on a lower traveling body, and the upper swing body is braked by a negative brake that is braked off when hydraulic pressure is applied. The brake switching valve is provided in the brake line connecting the hydraulic pump and the tank and the negative brake. The brake switching valve is controlled by the control means so as to turn off the negative brake when the turning operation is performed. In a brake device for an electric swivel work machine configured to switch between a brake-on position where the negative brake is in a brake-on state when not operated, the hydraulic pressure of the negative brake is drained into the tank at the brake line. A pressure release circuit is connected to turn off the brake. The road, in which a stop, a flow rate adjusting valve opening degree is changed in a direction in which the opening degree large in difference 圧大 according to differential pressure across the diaphragm is provided.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, as the control means, an electric motor controller that controls the turning electric motor via an inverter according to a turning operation and a non-operation, and a turning operation and a non-operation And a switching valve controller for switching the brake switching valve between the brake-off and brake-on positions.
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。 According to the present invention, in the configuration in which the brake switching valve is provided in the brake line connecting the hydraulic pump and the tank and the negative brake (hereinafter referred to as negative brake in accordance with the description of the background art), the hydraulic pressure of the negative brake is applied to the brake line. A pressure release circuit that connects the tank to the brake and puts it in a brake-on state is connected. The pressure release circuit is provided with a throttle and a flow rate adjustment valve that changes its opening according to the differential pressure before and after the throttle. When a situation occurs in which the brake switching valve does not switch from the brake-off position to the brake-on position due to a malfunction or the like, the hydraulic pressure of the negative brake is released to the tank via the pressure release circuit.
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。 As a result, the negative brake automatically switches to the brake-on state, so that the upper-part turning body can be stopped and held.
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。 In addition, a flow control valve is provided that automatically changes the opening according to the differential pressure before and after the throttle, so if the oil viscosity is high at low temperatures, the differential pressure before and after the throttle increases and the flow control valve opens. Increases and the amount of oil drained into the tank increases. That is, the time until the negative brake is activated is constant regardless of the viscosity of the oil.
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。 Thereby, a reliable fail-safe function is obtained, and the upper-part turning body can be reliably stopped and held.
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。
Further, according to the invention of
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。 For this reason, in a situation where the brake system is not switched on due to a failure in the brake system, the motor is controlled to be stopped by the motor control (for example, “in-situ holding control”) until the negative brake is turned on by the pressure release circuit. The turning motion itself can be ensured.
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。 On the other hand, even when the electric motor system fails, it is possible to ensure the stop holding action by the negative brake.
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。 In the following embodiment, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
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。
1st Embodiment (refer FIG. 1)
In the first embodiment, the hydraulic pressure of the
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。
The
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。
The flow
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。
Further, in the conventional apparatus shown in FIG. 4, the
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。
According to this configuration, the
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。
Thereby, since the
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。
In addition, since the opening degree of the flow
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。
Thereby, a reliable fail-safe function is obtained and the upper-
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。
In addition, since the control system is divided into two systems, that is, the motor system by the
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。
Therefore, in a situation where the
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。
On the other hand, even when the motor system is out of order, it is possible to ensure the stop holding action by the
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。
Second embodiment (see FIG. 2)
Only differences from the first embodiment will be described.
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。
In the second embodiment, the same
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。
Even with this configuration, even if the
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。
The control system is divided into an electric motor system by the
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。
In both the first and second embodiments, the
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。
Other Embodiments (1) In both the above embodiments, a means for detecting that an abnormality such as a failure has occurred in both the motor system and the brake system, and an alarm is issued when the abnormality is detected, or the
(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。
(2) When the
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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JP2009059288A JP2010209637A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Brake device of electric turning type working machine |
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