JP2010216209A

JP2010216209A - 旋回制御装置

Info

Publication number: JP2010216209A
Application number: JP2009067693A
Authority: JP
Inventors: Takaya Terakawa; 貴也寺川; Seiichi Akiyama; 征一秋山; Atsushi Wada; 篤志和田; Shigeo Kajita; 重夫梶田; Masato Yahiro; 誠人八尋
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】メカニカルブレーキが作動する際に発生する衝撃を防止できる旋回制御装置を提供する。
【解決手段】旋回用の操作レバーを中立位置に戻して、旋回用制御弁33を中立位置に戻し、かつロッカースイッチ26のオフ操作により旋回用回路連通電磁弁54をオフ（閉状態）としてから、一定時間経過後に、機体コントローラ59はメカニカルブレーキ41を作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋回モータのメカニカルブレーキを制御する旋回制御装置に関する。

油圧ショベルなどの旋回型の作業機械では、旋回微操作性を向上させるために、旋回モータの旋回用回路間に旋回モータをバイパスして短絡可能に通路を設け、この通路中に、旋回用回路連通電磁弁を開閉制御可能に設置し、この旋回用回路連通電磁弁を絞りを介し開制御することで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除するようにし、旋回停止時のショックの緩和を図っている（例えば、特許文献１、２参照）。

図６は上記旋回用回路連通電磁弁の制御回路を示し、旋回用回路連通電磁弁１のオン・オフ（開閉）を、作業機械のキャブ内のスイッチパネルに設けられた専用のロッカースイッチ２をオン・オフ操作することにより、オペレータの意思によって制御できる場合である。

このロッカースイッチ２がオンの間は、旋回用回路連通電磁弁１はオン動作して旋回用回路間の通路を開放し、旋回用回路は継続的な連通状態となる。

この種の旋回型の作業機械には、機体が傾斜地にある場合は、回転駆動力が発生していなくても下部走行体に対して上部旋回体が旋回してしまうおそれがあるので、このようなオペレータの意図しない旋回を確実に防止するために、旋回モータに対してメカニカルブレーキ（駐車ブレーキ）が設けられている（例えば、特許文献３参照）。

このメカニカルブレーキとしては、スプリングなどの付勢力によりモータ軸を機械的に制動するとともに、旋回操作圧などを圧力スイッチ３により検知してメカニカルブレーキ解除電磁弁４をオンに制御することで、このメカニカルブレーキ解除電磁弁４より供給される油圧によりメカニカルブレーキの制動を解除するものがある。

図７は、これらの動作タイミングを示すタイムチャートであり、ロッカースイッチ２のオンまたはオフによる旋回用回路連通電磁弁１のオンまたはオフにより旋回用回路間が連通状態であっても連通状態でなくても、操作レバーを中立にして旋回操作圧がなくなってから一定時間Ｔが経過すると、メカニカルブレーキ解除電磁弁４が、メカニカルブレーキ・オンとなるように作動する。

特開平１０−２１９７４９号公報（第１頁、図２）実開平５−４０６０１号ＣＤ−ＲＯＭ（第１頁、図１）特開２００６−１９３９０５号公報（第７頁、図２）

このとき、図７に示されるように、ロッカースイッチ２のオンによる旋回用回路連通電磁弁１のオンにより旋回用回路間が連通状態であっても、操作レバーを中立にして旋回操作圧がなくなってから一定時間Ｔが経過すると、メカニカルブレーキ解除電磁弁４が、メカニカルブレーキ・オンとなるように作動する場合（４番目のＴ）がある。

このような動作が傾斜地で起こると、傾斜地において自重旋回しているときに、すなわち旋回用回路連通電磁弁１を通して旋回流れが続いている途中で、メカニカルブレーキが作動する事態が生じる。このとき、メカニカルブレーキによって旋回動作が急停止され、大きな衝撃を生ずるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、メカニカルブレーキが作動する際に発生する衝撃を防止できる旋回制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、旋回用の操作レバーと、この旋回用の操作レバーからの信号により操作される旋回用制御弁と、この旋回用制御弁の出力側に接続された旋回用回路と、この旋回用回路に接続され、この旋回用回路を経て供給される流体圧により旋回駆動される旋回モータと、この旋回モータを機械的に制動するメカニカルブレーキと、旋回モータをバイパスして旋回用回路間に短絡可能に設けられた通路中にあって開閉制御可能に設置され、開制御されることで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除する旋回用回路連通電磁弁と、この旋回用回路連通電磁弁をオン・オフ操作により開閉制御可能の旋回ブレーキ解除スイッチと、旋回用の操作レバーが中立位置に戻された状態にあり、かつ旋回ブレーキ解除スイッチのオフ操作により旋回ブレーキがオン状態にある２条件が成立してから、一定時間経過後にメカニカルブレーキを作動させるコントローラとを具備した旋回制御装置である。

本発明によれば、旋回用の操作レバーが中立位置に戻され、かつ旋回ブレーキ解除スイッチのオフ操作により旋回ブレーキがオン状態となる２条件が成立してから、一定時間経過後にメカニカルブレーキを作動させるので、傾斜地においても旋回流れを確実に停止させてからメカニカルブレーキを作動させることができ、旋回流れ中にメカニカルブレーキが作動する際に発生する衝撃を防止できる。

本発明に係る旋回制御装置の一実施の形態を示す回路図である。同上制御装置の制御フローを示すフローチャートである。同上制御装置の一制御例を示すタイムチャートである。同上制御装置が搭載された油圧ショベルの側面図である。同上制御装置を操作するレバー・スイッチ類の設置箇所を示すキャブ内の斜視図である。従来の旋回制御装置に用いられる電気回路の回路図である。従来の旋回制御装置の制御例を示すタイムチャートである。

以下、本発明を、図１乃至図５に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図４に示されるように、作業機械としての油圧ショベル11は、下部走行体12に対し上部旋回体13が旋回可能に設けられ、この上部旋回体13上に、エンジンおよび油圧ポンプなどの動力部14と、オペレータを保護するキャブ15と、油圧シリンダにより駆動される作業装置16とが搭載されている。下部走行体12に対し上部旋回体13は、旋回モータ17により減速機構を介して双方向に旋回駆動される。

図５に示されるように、キャブ15内には、オペレータが座るシート21を中心に、このシート21の左右両側にコンソール22が配置され、これらの左右のコンソール22上には、オペレータにより手動操作される操作レバー23，24がそれぞれ取付けられている。

オペレータから見て左の操作レバー23は、上部旋回体13の旋回モータ17と、作業装置16のスティックシリンダとを操作し、右の操作レバー24は、作業装置16のブームシリンダおよびバケットシリンダを操作する。操作レバー23が旋回用の操作レバーである。

一側のコンソール22とキャブ側板との間にはスイッチパネル25が配置され、このスイッチパネル25上には、車載バッテリなどから電装品などに供給される電気を制御する種々のスイッチ類が配置されている。その中には、旋回ブレーキ機能をオン・オフする旋回ブレーキ解除スイッチとしてのロッカースイッチ26も設けられている。

シート21の右前方には、設定値などの入力機能を有する表示用のモニタ27が配置され、シート21の中央前方には、下部走行体12の左右走行モータをそれぞれ制御操作する左右１対のペダル28が配置されている。

図１は、その旋回ブレーキ機能を備えた旋回油圧回路の旋回制御装置を示し、油圧ポンプ31から作動流体としての作動油の供給を受けるコントロール弁32は、各油圧アクチュエータに対応するスプール型の制御弁を集合させたもので、その１つに、旋回用の操作レバー23からのパイロット圧信号により操作されて、旋回モータ17に供給される作動油を方向制御および流量制御する旋回用制御弁33がある。

旋回モータユニット34は、旋回用制御弁33の出力側に接続され、この旋回用制御弁33を経て供給された流体圧としての油圧を旋回モータ17に導いてこの旋回モータ17を旋回駆動する旋回用回路35，36を備えている。

一方、旋回用の操作レバー23から出力された旋回用パイロット圧を旋回用制御弁33に導く２つのパイロット通路37には、シャトル弁38を介して圧力スイッチ39が接続され、この圧力スイッチ39により、いずれの旋回用パイロット圧も検知して、旋回用制御弁33から旋回用回路35，36に作動油が出力されたことを検知できる。

旋回モータユニット34は、旋回モータ17を機械的に制動するメカニカルブレーキ（駐車ブレーキ）41を備えている。

このメカニカルブレーキ41は、フェイルセーフの設計思想に基づき、シリンダ42内に、ブレーキ荷重をかけるスプリング43と、このスプリング43のブレーキ荷重を旋回モータ軸に伝えるピストン44とが設けられ、スプリング43が内蔵されたスプリング室は、ドレン通路45によりタンク46に連通され、ピストン44が嵌合されたピストン室は、ブレーキ解除圧導入通路47およびメカニカルブレーキ解除電磁弁48を経てパイロットポンプ49に連通可能となっている。

メカニカルブレーキ解除電磁弁48は、ソレノイド48sの励磁・非励磁により開閉制御される弁であり、このメカニカルブレーキ解除電磁弁48が、図１に示されたスプリングリターン位置にあると、メカニカルブレーキ41のピストン室はタンクに連通されるので、スプリング43のブレーキ荷重が旋回モータ軸に作用して、メカニカルブレーキ41が働き、一方、メカニカルブレーキ解除電磁弁48が、ソレノイド48sの励磁により切換わると、パイロットポンプ49からメカニカルブレーキ41のピストン室にブレーキ解除圧が供給されて、メカニカルブレーキ41の働きを解除できる。

旋回モータユニット34内の旋回用回路35，36間には、作動油を相手回路または外部タンクから補充するためのメイクアップ用のチェック弁51と、設定圧以上の作動油を相手回路または外部タンクに排出するリリーフ弁52と、旋回モータ17をバイパスして旋回用回路35，36間に短絡可能に設けられた通路53と、この通路53中に設けられた旋回用回路連通電磁弁54と、旋回停止時に旋回モータ排出側で発生する閉込み圧により旋回モータ17が反転することを防止する旋回反転防止弁55とが設けられている。

旋回用回路連通電磁弁54は、ソレノイド54sの励磁・非励磁により開閉制御される弁であり、旋回用制御弁33が、図１に示された中立位置にパイロット操作された場合は、旋回用回路35，36内に閉込められた作動油が旋回モータ17を停止させる旋回ブレーキ機能を有しているが、このような作用が急激に行なわれると、衝撃が大きく操作性も低下するので、旋回用回路連通電磁弁54をソレノイド54sの励磁により切換えて旋回用回路35，36間を連通状態に制御することで、閉込作動油による旋回ブレーキ機能を解除する。

図１に示されるように、バッテリ57に旋回ブレーキ解除スイッチとしてのロッカースイッチ26の一方の端子が接続され、この一方の端子に対して常開の接点が接離自在に設けられ、この常開の接点に接続された他方の端子は、旋回用回路連通電磁弁54のソレノイド54sおよびスイッチモジュール58に接続されている。

スイッチモジュール58は、コントローラ・エリア・ネットワークCANを介して、油圧ショベル11に搭載された、油圧ショベル11の機体（下部走行体12、上部旋回体13および作業装置16）を制御するコントローラとしての機体コントローラ59に接続されている。この機体コントローラ59の入力部には、旋回操作用のパイロット圧を検出する圧力スイッチ39が接続され、出力部には、メカニカルブレーキ解除電磁弁48のソレノイド48sが接続されている。

この機体コントローラ59は、旋回用の操作レバーが中立位置に戻された状態にあり、かつ旋回ブレーキ解除スイッチのオフ操作により旋回ブレーキがオン状態にある２条件が成立してから、一定時間経過後にメカニカルブレーキ解除電磁弁48のソレノイド48sへの通電を停止することでメカニカルブレーキ41を作動させる機能を備えている。

次に、図１に示された実施の形態の作用を、図２に示されたフローチャート、図３に示されたタイムチャートなどに基いて説明する。なお、図２中の丸数字は、ステップ番号を表わす。

（ステップ１）
ロッカースイッチ26をオンにする。

（ステップ２）
リレー65のコイル65cが励磁されて接点65aがオンとなり、旋回用回路連通電磁弁54は、ソレノイド54sが励磁されてオン（絞り開状態）となる。この状態で旋回微操作を行なうことができる。

（ステップ３）
ロッカースイッチ26はオフか否かが判断される。

（ステップ４）
ロッカースイッチ26がオフに操作されると、旋回用回路連通電磁弁54は非励磁となって、図１に示されたオフ（閉状態）となる。

（ステップ５）
旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されて、圧力スイッチ39からの信号がオフとなってからの経過時間をＴ1とする。

（ステップ６）
旋回用回路連通電磁弁54が非励磁となって、オフ（閉状態）となってからの経過時間をＴ2とする。

（ステップ７）
Ｔ1およびＴ2のうち、大きい方の経過時間をＴ3とする。

（ステップ８）
Ｔ3が、図３に示されるように設定された一定時間Ｔ以上であるか否かを判定し、Ｔ3が設定時間Ｔ未満のうちは、ステップ５〜８を繰り返す。

（ステップ９）
Ｔ3が、一定時間Ｔ以上の場合は、メカニカルブレーキ解除電磁弁48を図１に示された非励磁状態に制御し、スプリング43のブレーキ荷重を旋回モータ軸に作用させて、メカニカルブレーキ41をオンにする。

このように、旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されて、旋回用制御弁33が中立位置に戻され、かつ、ロッカースイッチ26のオフ操作により旋回用回路連通電磁弁54がオフ（閉状態）となって、旋回ブレーキがオン状態となる２条件が成立した場合は、油圧ショベルが傾斜地に位置する場合でも旋回流れが発生し得ない状況を確保でき、すなわちロッカースイッチ26のオフ操作を強制して確実に旋回を停止させた上でメカニカルブレーキ41を作動させるので、傾斜地における旋回流れ中のメカニカルブレーキ作動を防止でき、メカニカルブレーキ41が旋回動作を急停止する際に発生する衝撃を防止できる。

本発明は、油圧ショベル、クレーン車などの旋回体を備えた車両の旋回制御装置にも利用可能である。

17 旋回モータ
23 操作レバー
26 旋回ブレーキ解除スイッチとしてのロッカースイッチ
33 旋回用制御弁
35，36 旋回用回路
41 メカニカルブレーキ
53 通路
54 旋回用回路連通電磁弁
59 コントローラとしての機体コントローラ

Claims

旋回用の操作レバーと、
この旋回用の操作レバーからの信号により操作される旋回用制御弁と、
この旋回用制御弁の出力側に接続された旋回用回路と、
この旋回用回路に接続され、この旋回用回路を経て供給される流体圧により旋回駆動される旋回モータと、
この旋回モータを機械的に制動するメカニカルブレーキと、
旋回モータをバイパスして旋回用回路間に短絡可能に設けられた通路中にあって開閉制御可能に設置され、開制御されることで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除する旋回用回路連通電磁弁と、
この旋回用回路連通電磁弁をオン・オフ操作により開閉制御可能の旋回ブレーキ解除スイッチと、
旋回用の操作レバーが中立位置に戻された状態にあり、かつ旋回ブレーキ解除スイッチのオフ操作により旋回ブレーキがオン状態にある２条件が成立してから、一定時間経過後にメカニカルブレーキを作動させるコントローラと
を具備したことを特徴とする旋回制御装置。