JP2014201903A - 建設機械の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要で、しかも冷却／暖機(とくに冷却)の効率を高め、かつ、熱交換器を高圧仕様とする必要がない。
【解決手段】エンジン動力を複数の駆動系に分配するパワーデバイダ２のケーシング底壁の内側に媒体通路１７をケーシング幅方向に貫通して設けることによって熱交換器１８を構成し、媒体通路１７の媒体入口を作動油タンク１０の作動油出口に、媒体出口を油圧ポンプ３の吸い込み口にそれぞれ吸い込み管１９，２０によって接続した。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、パワーデバイダや旋回減速機等の歯車伝動機構を冷却し、または暖める冷却／暖機システムを備えた駆動装置に関するものである。

ショベルを例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して垂直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。

このショベルにおける駆動システムの概略を図９によって説明する。

エンジン１にパワーデバイダ(動力分配器)２を介して複数の駆動系(図では一つの油圧ポンプ３のみを示す)が連結され、エンジン出力が各駆動系に分配して伝達される。

パワーデバイダ２は、エンジン１によって駆動される駆動歯車４と、これに噛み合う複数の被動歯車５(一つのみ図示する)から成る歯車伝動機構として構成され、駆動歯車４(エンジン１)の回転力が被動歯車５(油圧ポンプ３)に伝達される。

油圧ポンプ３の吐出側はコントロールバルブ６を介して油圧アクチュエータ７に接続され、油圧アクチュエータ７からの戻り油がコントロールバルブ６、戻り管路８、オイルクーラ９を経て作動油タンク１０に戻る。

図９中、１１は油圧ポンプ３の吸い込み口と作動油タンク１０を結ぶ吸い込み配管である。

一方、ショベルには、上部旋回体を旋回駆動するための旋回駆動装置１２が設けられている。

この旋回駆動装置１２は、旋回用の原動機としての油圧または電動のモータ１３と、このモータ１３の回転力を減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する歯車伝動機構としての旋回減速機１４を備えている。

モータ１３と旋回減速機１４とは、互いの回転軸が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられ、モータ１３が上となる縦置き姿勢でアッパーフレームに取付けられる。

旋回減速機１４は、一〜複数段の遊星歯車式の減速部(図示しない)から成り、この旋回減速機１４の出力が、減速機出力軸に設けられたピニオン１５、及び下部走行体のロワフレームに設けられた図示しない旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる。

パワーデバイダ２及び旋回減速機１４の各ケーシングジング内には潤滑油が封入され、それぞれの歯車伝動機構の潤滑作用が行われる。

ここで、運転中、歯車伝動機構が発熱し、これによって潤滑油も高温化するため、潤滑油を含めた歯車伝動機構(パワーデバイダ２、旋回減速機１４)を冷却する冷却システムを採用するのが望ましい。

なお、冷却システムは、低温下では歯車伝動機構を暖める暖機システムとしても機能するため、実際上は冷却／暖機システムとなる。

この冷却／暖機システムとして、特許文献１に示されているように、たとえば旋回減速機１４のケーシングの周壁に媒体通路を設けて熱交換器を構成し、水、油等の冷却／暖機媒体(以下、単に媒体という)をこの熱交換器に流して潤滑油を含めた減速機全体を外周から冷却／暖機する技術が公知である(公知技術の１)。

また、特許文献２に示されているように、熱交換器を潤滑油中に浸して設け、この熱交換器に媒体を通す技術も公知である(公知技術の２)。

さらに、特許文献３には、ハイブリッド式の建設機械において発電電動機を冷却する技術として、油圧アクチュエータを作動させるために油圧ポンプから吐出された作動油を発電電動機に設けた熱交換器に通す技術が開示されている(公知技術の３)。

なお、パワーデバイダ２の冷却／暖機技術として公知文献は見当たらないが、上記公知技術のいずれかを応用することが考えられる。

特許第４５０４８９９号 特開２０１２−１１２１２２号 特開２０１０−１６８８２５号

上記公知技術の１，２によると、媒体を循環させるための冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が必要となるため、余分なコストとスペースが必要となる。

一方、公知技術の３によると、油圧回路中に熱交換器を組み込むため専用ポンプ及びタンクが不要となり、専用配管も少なくてすむ。

ところが、弊害として、油圧ポンプから吐出された作動油、つまり吐出されることにより発熱して高温化した媒体を冷却回路に流すため、冷却効率が低くなる。

また、油圧ポンプから吐出された高圧油を媒体とするため、熱交換器を高圧仕様としなければならず、コストアップとなる。

そこで本発明は、冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要で、しかも冷却／暖機(とくに冷却)の効率を高め、かつ、熱交換器を高圧仕様とする必要がない建設機械の駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、原動機と、油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプと、この油圧ポンプに対する作動油の供給源としての作動油タンクと、上記原動機の回転力を被駆動部に伝達する歯車伝動機構とを備えた建設機械の駆動装置において、上記歯車伝動機構を冷却／暖機する熱交換器を設け、この熱交換器の媒体入口を上記作動油タンクに、媒体出口を上記油圧ポンプの吸い込み側にそれぞれ配管によって接続したものである。

この構成によると、既存の油圧ポンプと作動油タンクの間に熱交換器を挿入すればよいため、冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要となる。このため、冷却／暖機のための設備コストを最低限に安くできるとともに、省スペースとなる。

しかも、熱交換器を油圧ポンプと作動油タンクの間、つまり、油圧ポンプの吸い込み側に設け、油圧ポンプに吸入される前の作動油を熱交換器に通して冷却／暖機する構成としているため、油圧ポンプの吐出油を熱交換器に通す場合と比べて冷却／暖機(とくに冷却)の効率を格段に高めることができる。

説明を加えると、
(ｉ) 油圧アクチュエータからの戻り油は、オイルクーラで強制的に冷却された上で作動油タンクに入るため、高温の環境下では、同タンク内の作動油が建設機械のどの部分の作動油や潤滑油よりも低温となること、
(ｉｉ) この低温のタンク内作動油を媒体としてそのまま熱交換器に導入すること(加圧による昇温が無いこと)
の二点により、歯車伝動機構を効率良く冷却することができる。

一方、冬季等、低温の環境下では、作動油は潤滑油よりも早く昇温するため、油圧ポンプの吸い込み側であっても歯車伝動機構に対する必要な暖機効果を確保することができる。

また、吸い込み側の低圧の作動油を熱交換器に通すため、熱交換器を高圧仕様とする(肉厚を厚くする等によって耐圧性を確保する)必要がなく、コストが安くなる。

本発明において、上記歯車伝動機構を、潤滑油が封入されたケーシング内に収容し、上記熱交換器を上記潤滑油と接して設けるのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、潤滑油を含めた歯車伝動機構全体を作動油によって冷却／暖機することができる。

ここで、上記原動機として油圧または電動のモータ、上記歯車伝動機構として上記モータの回転力を減速して上部旋回体に伝達する旋回減速機をそれぞれ備えた駆動装置にあっては、上記熱交換器を上記旋回減速機に設ければよい(請求項３)。

また、上記原動機としてエンジン、上記歯車伝動機構として上記エンジンの回転力を複数の駆動系に分配するパワーデバイダを備えた駆動装置にあっては、上記熱交換器を上記パワーデバイダに設ければよい(請求項４〜６)。

この構成により、旋回減速機またはパワーデバイダを作動油によって効率良く冷却／暖機することができる。

ここで、パワーデバイダに熱交換器を設ける場合に、上記媒体通路を、上記パワーデバイダのケーシングに、ケーシングを幅方向に貫通する状態で設け、この媒体通路の一端側に媒体入口、他端側に媒体出口を設けて上記熱交換器を構成するのが望ましい(請求項５)。

あるいは、上記媒体通路を、上記パワーデバイダのケーシングの幅方向の両側に、上記ケーシングを厚み方向に貫通する状態で設けるとともに、この両側媒体通路の一端同士をケーシング外で配管によって接続し、一方の媒体通路の他端に媒体入口、他方の媒体通路の他端に媒体出口を設けて上記熱交換器を構成してもよい(請求項６)。

請求項５の発明によると、熱交換器をケーシング幅方向に縦断して設けているため、パワーデバイダ全体を均等に冷却／暖機することができる。

これに対し請求項６の発明のように、媒体通路をケーシングの厚み方向両側に設け、この両側媒体通路同士を外部配管で接続する構成をとれば、媒体通路の長さが短くてすむため、同通路形成のためのケーシングの加工が簡単ですむ。

本発明によると、冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要で、しかも冷却／暖機(とくに冷却)の効率を高め、かつ、熱交換器を高圧仕様とする必要がなくなる。

本発明の第１実施形態に係るパワーデバイダの冷却／暖機システムを示す図である。 同、パワーデバイダの正断面図である。 同、一部断面側面図である。 同、部分斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るパワーデバイダの正断面図である。 同、一部断面側面図である。 同、部分斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る旋回減速機の冷却／暖機システムを示す図である。 従来のパワーデバイダ及び旋回減速機を含む駆動システムを示す図である。

本発明の第１〜第３各実施形態を図１〜図８によって説明する。

第１実施形態(図１〜図４参照)
第１実施形態においては、パワーデバイダに冷却／暖機システムが設けられている。

図１において、次の点は図９に示す従来の駆動システムと同じである。

(Ａ) 原動機としてのエンジン１にパワーデバイダ(動力分配器)２を介して複数の駆動系(図では一つの油圧ポンプ３のみを示す)が連結され、エンジン出力が各駆動系に分配して伝達される点。

(Ｂ) パワーデバイダ２は、エンジン１によって駆動される駆動歯車４と、これに噛み合う複数の被動歯車５…から成る歯車伝動機構として構成され、駆動歯車４(エンジン１)の回転力が被動歯車５(油圧ポンプ３)に伝達される点。

(Ｃ) 油圧ポンプ３の吐出側はコントロールバルブ６を介して油圧アクチュエータ７に接続され、油圧アクチュエータ７からの戻り油がコントロールバルブ６、戻り管路８、オイルクーラ９を経て作動油タンク１０に戻る点。

第１実施形態においては、パワーデバイダ２のケーシング１６に媒体通路１７が設けられて熱交換器１８が構成され、油圧ポンプ３の吸い込み側の作動油がこの熱交換器１８に通されることによってパワーデバイダ２の冷却／暖機作用が行われるように構成されている。

詳述すると、図２〜図４に示すように、パワーデバイダ２のケーシング１６は側面厚みが正面幅よりも短い扁平な箱状に形成され、このケーシング１６内のほぼ中央部に駆動歯車４、この駆動歯車４の水平方向両隣と下方にそれぞれ被動歯車５…が配置されるとともに、各歯車４，５…を潤滑するための潤滑油Ｏが封入されている。

このケーシング１６の底壁内側に媒体通路１７が、ケーシング正面から見て幅方向に貫通するトンネル状に設けられることにより、熱交換器１８が潤滑油Ｏに接して構成されている。

そして、この熱交換器１８の媒体通路１７の一端１７ａが、媒体入口として入口側吸い込み管(ホースまたは金属管)１９によって作動油タンク１０の作動油出口に、他端１７ｂが媒体出口として出口側吸い込み管２０によって油圧ポンプ３の吸い込み口にそれぞれ接続されている。

こうして、油圧ポンプ３の作動時に、作動油タンク１０内の作動油が熱交換器１８を通って油圧ポンプ３に吸入され、この吸い込み油によってパワーデバイダ２、すなわち、潤滑油Ｏ及び各歯車４，５…が冷却または暖機されるように構成されている。

この構成によると、既存の油圧ポンプ３と作動油タンク１０の間に熱交換器１８を挿入すればよいため、冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要となる。このため、冷却／暖機のための設備コストを最低限に安くできるとともに、省スペースとなる。

しかも、熱交換器１８を油圧ポンプ３と作動油タンク１０の間、つまり、油圧ポンプ３の吸い込み側に設け、油圧ポンプ３に吸入される前の作動油によってパワーデバイダ２を冷却／暖機する構成としているため、油圧ポンプ３の吐出油によって冷却／暖機する場合と比べて、
(ｉ) 油圧アクチュエータ７からの戻り油は、オイルクーラ９で強制的に冷却された上で作動油タンク１０に入るため、高温の環境下では、同タンク１０内の作動油が建設機械のどの部分の作動油や潤滑油よりも低温となること、
(ｉｉ) この低温のタンク内作動油を媒体としてそのまま熱交換器１８に導入すること(加圧による昇温が無いこと)
の二点により、潤滑油Ｏを含めたパワーデバイダ２全体を格段に効率良く冷却することができる。

一方、冬季等、低温の環境下では、作動油は潤滑油Ｏよりも早く昇温するため、油圧ポンプ３の吸い込み側であってもパワーデバイダ２に対する必要な暖機効果を確保することができる。

また、吸い込み側の低圧の作動油を熱交換器１８に通すため、熱交換器１８を高圧仕様とする(熱交換器部分の肉厚を厚くする等によって耐圧性を確保する)必要がなく、コストが安くなる。

さらに、第１実施形態では、熱交換器１８を長手方向であるケーシング幅方向に縦断して設けているため、パワーデバイダ２全体を均等に冷却／暖機することができる。

第２実施形態(図５〜図７参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態においては、媒体通路１７が、ケーシング１６の幅方向両側においてケーシング底壁の内側にケーシング１６を厚み方向に貫通する状態で設けられ、この両側媒体通路１７，１７の一端同士がケーシング外で配管２１によって接続されることによって熱交換器１８が潤滑油Ｏに接して構成されている。

そして、一方の媒体通路１７の他端１７ａが、媒体入口として入口側吸い込み管(ホースまたは金属管)１９によって作動油タンク１０に、他方の媒体通路１７の他端１７ｂが、媒体出口として出口側吸い込み管２０によって油圧ポンプ３の吸い込み口にそれぞれ接続されている。

この構成によっても、基本的に第１実施形態と同じ作用効果を得ることができる。

また、第２実施形態によると、媒体通路１７，１７の長さが短くてすむため、同通路形成のためのケーシング１６の加工が簡単ですむ。

第３実施形態(図８参照)
第３実施形態においては旋回駆動装置の旋回減速機に冷却／暖機システムが設けられている。

すなわち、図８に示すように、旋回駆動装置１２におけるモータ１３と旋回減速機１４の間に、扁平箱状に形成された熱交換器２２が潤滑油Ｏ中に浸って設けられ、この熱交換器２２の媒体入口２２ａが入口側吸い込み管２３によって作動油タンク１０の作動油出口に、媒体出口２２ｂが出口側吸い込み管２４によって油圧ポンプ３の吸い込み口にそれぞれ接続されている。

こうして、第１及び第２両実施形態のパワーデバイダ２の場合と同様に、油圧ポンプ３の作動時に、作動油タンク１０内の作動油が熱交換器２２を通って油圧ポンプ３に吸入され、この吸い込み油によって潤滑油Ｏを含めた旋回減速機１４が冷却または暖機されるように構成されている。

この第３実施形態によっても、第１及び第２実施形態のパワーデバイダ２の冷却／暖機システムと同様に、冷却／暖機専用のポンプ、タンク、配管が不要で、しかも冷却／暖機(とくに冷却)の効率を高め、かつ、熱交換器２２を高圧仕様とする必要がなくなる。

他の実施形態
(１) 第１及び第２両実施形態のバリエーションとして、パワーデバイダ２のケーシング１６の前面壁もしくは後面壁、または前後両面壁に厚肉部を設けて媒体通路を形成してもよい。

あるいは、扁平な箱状や螺旋管状に形成した熱交換器をケーシング１６の内面に取付けてもよい。

(２) 本発明はショベルのパワーデバイダ及び旋回駆動装置に限らず、他の建設機械における歯車伝動機構を備えた駆動装置に広く適用することができる。

１ 原動機としてのエンジン
２ パワーデバイダ
３ 油圧ポンプ
４ 駆動歯車
５ 被動歯車
Ｏ 潤滑油
１０ 作動油タンク
１２ 旋回駆動装置
１３ 原動機としてのモータ
１４ 旋回減速機
１６ パワーデバイダのケーシング
１７ 媒体通路
１７ａ 媒体入口
１７ｂ 媒体出口
１８ 熱交換器
１９ 入口側吸い込み管
２０ 出口側吸い込み管
２１ 外部配管
２２ 熱交換器
２３ 入口側吸い込み管
２４ 出口側吸い込み管

Claims (6)

1. 原動機と、油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプと、この油圧ポンプに対する作動油の供給源としての作動油タンクと、上記原動機の回転力を被駆動部に伝達する歯車伝動機構とを備えた建設機械の駆動装置において、上記歯車伝動機構を冷却／暖機する熱交換器を設け、この熱交換器の媒体入口を上記作動油タンクに、媒体出口を上記油圧ポンプの吸い込み側にそれぞれ配管によって接続したことを特徴とする建設機械の駆動装置。
2. 上記歯車伝動機構を、潤滑油が封入されたケーシング内に収容し、上記熱交換器を上記潤滑油と接して設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
3. 上記原動機として油圧または電動のモータ、上記歯車伝動機構として上記モータの回転力を減速して上部旋回体に伝達する旋回減速機をそれぞれ備え、上記熱交換器を上記旋回減速機に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
4. 上記原動機としてエンジン、上記歯車伝動機構として上記エンジンの回転力を歯車によって複数の駆動系に分配するパワーデバイダを備え、上記熱交換器を上記パワーデバイダに設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
5. 上記媒体通路を、上記パワーデバイダのケーシングに、ケーシングを幅方向に貫通する状態で設け、この媒体通路の一端側に媒体入口、他端側に媒体出口を設けて上記熱交換器を構成したことを特徴とする請求項４記載の建設機械の駆動装置。
6. 上記媒体通路を、上記パワーデバイダのケーシングの幅方向の両側に、上記ケーシングを厚み方向に貫通する状態で設けるとともに、この両側媒体通路の一端同士をケーシング外で配管によって接続し、一方の媒体通路の他端に媒体入口、他方の媒体通路の他端に媒体出口を設けて上記熱交換器を構成したことを特徴とする請求項４記載の建設機械の駆動装置。

Images