JP2015197155A - Swing driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、旋回駆動装置に関する。 The present disclosure relates to a turning drive device.
従来、旋回モータと、このモータの駆動軸に歯車機構を取り付けて構成した減速機を有する旋回駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a turning drive device having a turning motor and a speed reducer configured by attaching a gear mechanism to a drive shaft of the motor (see, for example, Patent Document 1).
また、この種の減速機の内部には、歯車機構を構成する歯車同士の摩擦を低減する潤滑油が供給可能にされている。そして、該潤滑油のオイル点検を行うために、検油管を設けた旋回駆動装置も知られている。 In addition, lubricating oil that reduces friction between gears constituting the gear mechanism can be supplied into this type of reduction gear. A swivel drive device provided with an oil inspection pipe is also known in order to check the lubricating oil.
このような減速機において、旋回モータが回転することにより、減速機の内部の潤滑油は温度が上昇するため体積膨張を起こし、減速機室内の上部の領域にある空気室の圧力が上昇する。 In such a speed reducer, when the turning motor rotates, the temperature of the lubricating oil inside the speed reducer increases, so that volume expansion occurs, and the pressure of the air chamber in the upper region in the speed reducer chamber increases.
上述した検油管を設けた減速機を備えたショベルにおいて、旋回駆動装置の運転終了後、直ちにオイル点検を行うことがある。しかし、旋回モータを静止させても、減速機内部の温度は直ちに下がるわけではないため熱の影響で減速機内の圧力が高い状態がしばらく維持される。そのために、減速機室内の空気室の高い圧力により減速機室内の油面が押し下がり、その分、検油管側に潤滑油が移動し、検油管側の油面は上昇した状態になる。空気室の温度低下に伴い減速機室内の油面が上昇し、検油管側の油面は元に戻る。 In the excavator provided with the speed reducer provided with the above-described oil inspection pipe, an oil check may be performed immediately after the operation of the swing drive device is completed. However, even if the turning motor is stopped, the temperature inside the speed reducer does not drop immediately, so that the high pressure in the speed reducer is maintained for a while under the influence of heat. For this reason, the oil level in the reducer chamber is pushed down by the high pressure in the air chamber in the reducer chamber, and accordingly, the lubricating oil moves to the oil test tube side, and the oil surface on the oil test tube side rises. As the temperature of the air chamber decreases, the oil level in the reduction gear chamber rises, and the oil level on the oil inspection pipe side returns to the original level.
このように、運転終了後、適当な時間を経過させないとオイル点検を行えないとすると、オペレータの作業性が悪化してしまう。 Thus, if the oil check cannot be performed unless an appropriate time has passed after the operation is completed, the workability of the operator is deteriorated.
また、検油管内の潤滑油の油面上昇による検油管上端からの潤滑油の吹きこぼれを防止するため、減速機の外部にバッファタンクを配置することも考えられるが、装置が全体として大型化してしまう。 In order to prevent the lubricating oil from spilling from the upper end of the inspection pipe due to the rise of the lubricating oil level in the inspection pipe, it may be possible to arrange a buffer tank outside the reducer. End up.
さらに、オイルレベルゲージの高さを高く構成した装置も提案されているが（例えば、特許文献２参照）、装置の大きさや運転状況にかかわらず、一律に、オイルレベルゲージの高さを高くすると、上記同様に装置が全体として大型化してしまう。 Furthermore, although a device having a high oil level gauge has been proposed (see, for example, Patent Document 2), regardless of the size of the device and the operating conditions, the oil level gauge is uniformly increased. As described above, the overall size of the apparatus is increased.
上述の点に鑑み、検油管からの潤滑油の吹きこぼれを防止することができる旋回駆動装置を提供することが望ましい。 In view of the above, it is desirable to provide a swivel drive device that can prevent the lubricating oil from spilling from the oil inspection tube.
本開示の一局面によれば、旋回減速機と、該旋回減速機内の潤滑油の油量を検出する検油管と、前記旋回減速機と前記検油管とを接続する接続部と、を備え、前記検油管は、運転状況によって変化する前記検油管の油面より高い高さを有する、旋回駆動装置が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, it comprises a turning speed reducer, an oil detection pipe that detects the amount of lubricating oil in the turning speed reducer, and a connecting portion that connects the turning speed reducer and the oil detection pipe, A swivel drive device is provided in which the oil inspection pipe has a height higher than the oil level of the oil inspection pipe, which varies depending on operating conditions.
本開示によれば、検油管からの潤滑油の吹きこぼれを防止することができる旋回駆動装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a turning drive device that can prevent the lubricating oil from spilling out from the oil inspection pipe.
以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
まず、本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る旋回駆動装置が搭載されるショベルの側面図である。本発明の一実施形態による旋回駆動装置は、縦置きタイプであって、旋回体を旋回する機構を有するショベルに組み込まれる。 First, an overall configuration of a shovel incorporating a turning drive device according to an embodiment of the present invention and a configuration of a drive system will be described. FIG. 1 is a side view of an excavator on which the turning drive device according to the present embodiment is mounted. A turning drive device according to an embodiment of the present invention is a vertical type, and is incorporated in an excavator having a mechanism for turning a turning body.
図１に示すショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、バケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
An
本実施形態に係るショベルには、電動機を用いた電動旋回用の旋回駆動装置及び油圧モータを用いた油圧旋回用の旋回駆動装置を用いることができる。 For the shovel according to the present embodiment, a turning drive device for electric turning using an electric motor and a turning drive device for hydraulic turning using a hydraulic motor can be used.
図２は、図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。図２は、ショベルに電動旋回の旋回駆動装置が搭載されている場合のブロック図を示す。以下、ショベルに電動旋回の旋回駆動装置が搭載される場合について説明する。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a thin solid line. FIG. 2 is a block diagram in the case where the excavator is equipped with a turning drive device for electric turning. Hereinafter, a case where a swing drive device for electric swing is mounted on an excavator will be described.
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。
An engine 11 as a mechanical drive unit and a
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
The
電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂには、レゾルバ２２、及び旋回減速機２４が接続される。旋回減速機２４の出力軸２４Ａにはメカニカルブレーキ２３が接続される。旋回用電動機２１と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回減速機２４とにより、負荷駆動系として旋回駆動装置４０が構成される。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。
A power storage system (power storage device) 120 including a capacitor as a power storage is connected to the
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
The
コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
The
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
The
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うと共に、蓄電系１２０の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタの充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、蓄電系１２０の昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御を行う。、これにより、コントローラ３０はキャパシタの充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、後述のようにキャパシタに充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行う。
The
上述のような構成のショベルによる作業では、上部旋回体３を旋回駆動するために、インバータ２０を介して供給される電力により旋回用電動機２１が駆動される。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転力は、旋回減速機２４とメカニカルブレーキ２３を介して旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａに伝達される。
In the work by the excavator having the above-described configuration, the turning
次に、図３を参照しながら、旋回駆動装置４０の具体的な構成について説明する。なお、図３は、本実施形態に係る旋回駆動装置の内部構造図である。
Next, a specific configuration of the turning
また、図３は旋回駆動装置４０のうち、第１旋回減速機２４−１及びメカニカルブレーキ２３を構成する部分の断面図である。本実施形態では、第１旋回減速機２４―１を構成する遊星減速機の太陽歯車４２が、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂに固定されている。太陽歯車４２は３つの遊星歯車４４のそれぞれに係合している。遊星歯車４４のそれぞれは、ピン４４ａを介して第１旋回減速機２４−１の出力軸を構成する遊星キャリア４６に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車４４は、第１ギヤケース５０の内面に形成された内歯歯車４８に係合している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of the turning
内歯歯車４８が形成された第１ギヤケース５０は、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａに固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸を構成する遊星キャリア４６は、第１ギヤケース５０に対して、ベアリング５６を介して回転可能に支えられている。第２ギヤケース５２は、変換アダプタ１１０を介して第１ギヤケース５０に固定されている。
The
なお、上述の第１旋回減速機２４−１は、各歯車を潤滑するための潤滑油が、密閉される構造を有する。この密閉は、エンドプレート２１ａ、本体部５０ａ、歯車連結部材５０ｂ、スプリング押さえ部材９０によって行われる。本体部５０ａ、歯車連結部材５０ｂ及びスプリング押さえ部材９０は第１ギヤケース５０を構成する。
In addition, the above-mentioned first turning speed reducer 24-1 has a structure in which lubricating oil for lubricating each gear is sealed. This sealing is performed by the
以上のような構成の第１旋回減速機２４−１において、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転して太陽歯車４２が回転すると、遊星歯車４４が回転（自転）する。遊星歯車４４は、第１ギヤケース５０を構成する歯車連結部材５０ｂの内面に形成された内歯歯車４８に係合されている。そして、遊星歯車４４の回転力で内歯歯車４８が形成された歯車連結部材５０ｂが回転しようとする。ところが、歯車連結部材５０ｂはスプリング押え部材９０に固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車４４を支持しながら自ら回転可能に支持されている遊星キャリア４６の方が回転する。以上のような歯車作用により、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転が減速されて遊星キャリア４６から出力される。
In the first turning speed reducer 24-1 configured as described above, when the
次に、メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキディスクの構造について説明する。ブレーキディスク６０は、固定部である第１ギヤケース５０を構成する本体部５０ａと出力軸である遊星キャリア４６との間に形成される。遊星キャリア４６の外周から遊星キャリア４６の回転半径方向外側に向けてブレーキディスク６０が延在する。ブレーキディスク６０は、遊星キャリア４６に対して回転はできないが、遊星キャリア４６の軸方向には移動可能である。具体的には、ブレーキディスク６０は、例えばスプライン接続のような接続構造を介して遊星キャリア４６に接続されている。
Next, the structure of the brake disc constituting the
ブレーキディスク６０の上下両側には、ブレーキプレート６２が配置されている。ブレーキプレート６２は、固定部である本体部５０ａに対して回転はできないが、遊星キャリア４６の軸方向には移動可能である。具体的には、ブレーキプレート６２は、例えばスプライン接続のような接続構造を介して第２ギヤケース５２の内面側に接続されている。上側のブレーキプレート６２の上には、ピストン６４が、遊星キャリア４６の軸方向に移動可能な状態で配置されている。ピストン６４はスプリング６６により押圧されて常に上側のブレーキプレート６２に押し付けられている。本実施形態は、スプリング６６としてコイルスプリングを用いているが、小さな変位で高出力を得ることのできる多段重ねの皿バネを用いることもできる。
ブレーキプレート６２とブレーキディスク６０とは、遊星キャリア４６の軸方向に移動可能である。そのため、上側のブレーキプレート６２がピストン６４により押圧されると、ブレーキディスク６０は上下のブレーキプレート６２により挟まれて押圧される。ブレーキプレート６２とブレーキディスク６０の表面は摩擦係数の大きな被膜に覆われている。そして、ブレーキディスク６０が上下のブレーキプレート６２により挟まれて押圧されることで、ブレーキディスク６０の回転を阻止しようとするブレーキ力がブレーキディスク６０に作用する。また、ブレーキディスク６０は遊星キャリア４６に対して回転できないように接続されている。そのため、ブレーキディスク６０に作用するブレーキ力が遊星キャリア４６に加わるブレーキ力となる。
The
ピストン６４と本体部５０ａとの間には、作動油を供給可能な油圧空間６８が形成され、油圧空間６８にブレーキ解除ポート６９が接続されている。また、ピストン６４と本体部５０ａとの間にはＯリング等のシール部材９１が配置され、油圧空間６８内の作動油が漏れ出ないようにシールしている。パイロットポンプ１５から操作装置２６、油圧ライン２７ａ（図２参照）及びブレーキ解除ポート６９を介して油圧空間６８に油圧を供給すると、ピストン６４が油圧により押し上げられて、ブレーキプレート６２を押圧する力が無くなり、ブレーキは解除される。
A
以上のような構成の第１旋回減速機２４−１において、本実施形態では、歯車連結部材５０ｂの上面に凹部が形成され、該凹部の底面に複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔のそれぞれに上述のスプリング６６が挿入されている。各スプリング６６の下端は、歯車連結部材５０ｂの貫通孔から突出し、ピストン６４に形成された穴の底面に当接している。そして、歯車連結部材５０ｂの凹部には、スプリング押え部材９０が嵌合している。スプリング押え部材９０は、複数のボルト９２により歯車連結部材５０ｂに締め付けられて固定されている。
In the first turning speed reducer 24-1 having the above-described configuration, in the present embodiment, a recess is formed on the upper surface of the
スプリング押え部材９０が歯車連結部材５０ｂの凹部内に固定される前は、各スプリング６６の上端は凹部の底面から上方に突出している。したがって、スプリング押え部材９０を歯車連結部材５０ｂの凹部内に固定する際に、各スプリング６６はスプリング押え部材９０により押圧されて圧縮される。スプリング押え部材９０を歯車連結部材５０ｂの上面に固定すると、各スプリング６６は、スプリング押え部材９０とピストン６４との間に挟まれて圧縮された状態となっている。このときの各スプリング６６の復元力（スプリング力）が、ピストン６４（すなわち、ブレーキプレート６２）をブレーキディスク６０に押し付ける力となり、遊星キャリア４６に加わるブレーキ力となる。
Before the
スプリング押え部材９０が歯車連結部材５０ｂの凹部内に固定された状態では、スプリング押え部材９０全体が凹部内に収容される。そのため、スプリング押え部材９０は、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａ（フランジとも称する）に当接する歯車連結部材５０ｂの合わせ面から突出することはない。したがって、歯車連結部材５０ｂの合わせ面のみが旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａに当接する。ただし、スプリング押え部材９０の上面にはＯリング等のシール部材９３が配置され、歯車連結部材５０ｂ内の遊星歯車４４を潤滑・冷却する潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。また、スプリング押え部材９０の下面にもＯリング等のシール部材９４が配置され、スプリング６６が収容された部分に充填された潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。同様に、本体部５０ａと歯車連結部材５０ｂとの間にもＯリング等のシール部材９５が配置され、スプリング６６が収容された部分に充填された潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。
In a state where the
次に、図４を参照しながら、旋回駆動装置４０における回転駆動系の構成について説明する。なお、図４は、図３に示す旋回駆動装置における、旋回電動機が静止しているときの状態を示す、要部を拡大した断面図である。
Next, the configuration of the rotation drive system in the turning
図４に示すように、第１旋回減速機２４−１は、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、及び内歯歯車４８を含む遊星歯車機構で構成される。また、第２旋回減速機２４−２は、太陽歯車８２、遊星歯車８４、遊星キャリア８６、及び内歯歯車８８を含む遊星歯車機構で構成される。
As shown in FIG. 4, the first turning speed reducer 24-1 is constituted by a planetary gear mechanism including a
第１旋回減速機２４−１において、太陽歯車４２は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂに固定され、遊星歯車４４と係合する。遊星歯車４４は、第１ギヤケース５０を構成する歯車連結部材５０ｂの内壁に形成された内歯歯車４８と太陽歯車４２との間で自転しながら公転する。本実施形態では、第１旋回減速機２４−１は、３つの遊星歯車４４を有する。３つの遊星歯車４４のそれぞれは、自転しながら公転することによって遊星キャリア４６を回転させる。なお、遊星キャリア４６は、第１旋回減速機２４−１の出力軸を構成する。
In the first turning speed reducer 24-1, the
また、本実施形態では、太陽歯車４２及び３つの遊星歯車４４のそれぞれは、はすば歯車で構成され、内歯歯車４８は、はすば内歯車（不図示）で構成される。
In the present embodiment, each of the
第２旋回減速機２４−２を構成する第２歯車機構のうち、太陽歯車８２は、第１旋回減速機２４−１の出力軸としての遊星キャリア４６に固定され、遊星歯車８４と係合する。遊星歯車８４は、第２ギヤケース５２の内壁に形成された内歯歯車８８と太陽歯車８２との間で自転しながら公転する。本実施形態では、第２旋回減速機２４−２は、３つの遊星歯車８４を有する。３つの遊星歯車８４のそれぞれは、ピン８４ａを介して遊星キャリア８６に回転可能に支持され、自転しながら公転することによって遊星キャリア８６を回転させる。なお、遊星キャリア８６は、第２旋回減速機２４−２の出力軸を構成する。
Of the second gear mechanism constituting the second turning speed reducer 24-2, the
また、本実施形態では、太陽歯車８２及び３つの遊星歯車８４のそれぞれは、平歯車で構成され、内歯歯車８８は、内歯平歯車で構成される。
In the present embodiment, each of the
具体的には、旋回駆動装置４０は、図４に示すように、出力軸２１ｂの時計回りの高速・低トルクの回転に応じて、遊星歯車４４を反時計回りに自転させながら時計回りに公転させ、遊星キャリア４６を時計回りに回転させる。そして、旋回駆動装置４０は、遊星キャリア４６の時計回りの回転に応じて、遊星歯車８４を反時計回りに自転させながら時計回りに公転させ、遊星キャリア８６、すなわち、出力軸４０Ａを時計回りに低速・高トルクで回転させる。出力軸２１ｂが反時計回りに回転する場合も、各歯車の回転方向が逆になることを除き、同様である。
Specifically, as shown in FIG. 4, the turning
旋回駆動装置４０は、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａ、本体部５０ａ、歯車連結部材５０ｂ、スプリング押さえ部材９０で密閉される空間ＳＰ１を有する。そして、出力軸２１ｂには、図示しないオイルシールが装着され、遊星キャリア４６にはオイルシール５７が装着される。空間ＳＰ１は、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、ブレーキディスク６０、ブレーキプレート６２、及びピストン６４を収容し、細かいドットパターンで表される第１潤滑油ＬＢ１が供給されている。
The turning
具体的には、第１検油管７０ａは、接続部７２ａ、本体部５０ａに形成される連通路を介して、空間ＳＰ１の下部領域と連通されている。以下、接続部７２ａが接続されている位置を接続位置という。第１検油管７０ａは、第１旋回減速機２４−１内の第１潤滑油の油量の検出等オイル点検を行うために、第１旋回減速機２４−１内の空間ＳＰ１の下部領域に接続されている。
Specifically, the first
また、遊星キャリア４６には、ブレーキディスク６０の半径方向内側から第１潤滑油ＬＢ１を供給できるように油路７４が設けられる。油路７４により、旋回駆動装置４０は、ブレーキディスク６０の表面に沿った第１潤滑油ＬＢ１の流れを形成でき、ブレーキディスク６０を効率的に冷却できる。
Further, the
また、旋回駆動装置４０は、第２ギヤケース５２で密閉される空間ＳＰ２を有する。遊星キャリア８６には、図示しないオイルシールが装着される。空間ＳＰ２は、太陽歯車８２、遊星歯車８４、及び、遊星キャリア８６を収容し、粗いドットパターンで表される第２潤滑油ＬＢ２が供給されている。なお、第２潤滑油ＬＢ２は、オイルシール５７によって第１潤滑油ＬＢ１から隔離されている。
Further, the turning
なお、図４には図示していないが、接続部７２ａの接続位置より高い位置に設けられ、第１検油管７０ａの高い位置で第１旋回減速機２４−１と接続される連通部７２ｂ（バイパス管）が備えられていてもよい。これによって、空間ＳＰ１の内圧の上昇を抑制することができる。第１検油管７０ａは上部が密閉されているか否かは問わないが、上部が大気圧に開放されている方が、第１検油管７０ａ内の過渡な圧力上昇を抑制できるため好ましい。第２旋回減速機２４−２についても同様である。
Although not shown in FIG. 4, a
次に、潤滑油の吹きこぼれを阻止する検油管の構造について図面を参照しながら説明する。図５は、図３に示す旋回駆動装置における、旋回用電動機が回転しているときの状態を示す、模式図である。なお、図５では理解を容易にするため、遊星歯車機構等、第１ギヤケース５０の内部に収容される構成部品を省略して図示している。図５は、バイパス管７２ｂを有さない場合の第１旋回減速機２４−１の模式図である。第２旋回減速機２４−2に接続される第２検油管７０ｂの構造及び接続関係は、第１旋回減速機２４−１の場合と基本的に同じである。第２旋回減速機２４−2については説明を省略する。
Next, the structure of the oil inspection pipe that prevents the lubricating oil from spilling will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic diagram showing a state when the turning electric motor is rotating in the turning drive device shown in FIG. 3. In FIG. 5, for easy understanding, components such as a planetary gear mechanism and the like housed in the
旋回用電動機２１静止時の潤滑油面を破線で示す。旋回用電動機２１の回転により形成されるすり鉢状の潤滑油面を実線で示す。また、Ｈは第１検油管７０ａの高さ、Ｈｇは第１検油管７０ａ内の第１潤滑油ＬＢ１の油面高さ、Ｐ１は第１旋回減速機２４−１（第１ギヤケース５０）の内の圧力（内圧）、Ｐｇは接続位置Ａに作用する圧力、ｒは第１ギヤケース５０内の断面の半径、ωは角速度、をそれぞれ示す。また、ｈｒは第１ギヤケース５０の底面からすり鉢状の油面の凸部Ｏまでの高さ、ｈｇは第１ギヤケース５０の底面から接続位置Ａまでの高さ、ρは第１潤滑油ＬＢ１の密度をそれぞれ示す。ここで、角速度ωは、第１検油管７０ａの油面の高さＨｇに影響する角速度、具体的には、旋回用電動機２１の回転に伴う遊星キャリア４６又は第１潤滑油ＬＢ１の角速度のことをいう。
The lubricating oil surface when the turning
まず、旋回用電動機２１が回転すると、図５に示すように、第１旋回減速機２４−１用の歯車（図５において不図示）の遠心力により第１ギヤケース５０内の第１潤滑油ＬＢ１がすり鉢状の油面（図５中実線参照）を形成する。また、旋回用電動機２１が回転することにより、第１ギヤケース５０内の第１潤滑油ＬＢ１は温度が上昇するため体積膨張を起こし、第１ギヤケース５０の上部領域の内圧Ｐ１が上昇する。上昇した内圧Ｐ１により第１ギヤケース５０内の油面が押し下がり、その分、第１検油管７０ａ側に第１潤滑油ＬＢ１が移動し、第１検油管７０ａ内の油面が上昇する。図５は油面上昇後の状態を図示している。
First, when the turning
接続位置Ａに作用する圧力Ｐｇは、下式（１）で表される。 The pressure Pg acting on the connection position A is expressed by the following formula (1).
Ｐｇ＝ρ・ｇ・Ｈｇ・・・・・・（１）
よって、第１検油管７０ａ内の第１潤滑油ＬＢ１における第１潤滑油ＬＢ１の油面高さＨｇは、式（１）に基づき下式（２）で表される。
Pg = ρ · g · Hg (1)
Therefore, the oil level height Hg of the first lubricating oil LB1 in the first lubricating oil LB1 in the first
すなわち、接続位置Ａに作用する圧力Ｐｇは、第１ギヤケース５０の内圧Ｐ１（静圧）と、動圧による圧力上昇と、すり鉢用の油面形成による圧力上昇と、の和として算出される。
That is, the pressure Pg acting on the connection position A is calculated as the sum of the internal pressure P1 (static pressure) of the
したがって、式（２）に式（３）を代入すると、第１検油管７０ａ内の第１潤滑油ＬＢ１の油面の高さＨｇは、下式（４）で表すことができる。
Therefore, when the formula (3) is substituted into the formula (2), the height Hg of the oil level of the first lubricating oil LB1 in the first
Ｈ＞Ｈｇ・・・・・（５）
すなわち、第１検油管７０ａの高さＨは、接続位置Ａに作用する圧力Ｐｇに応じて定まる第１検油管７０ａ内の第１潤滑油ＬＢ１の油面の高さＨｇ（式（４）参照）よりも高くなるように定める。
H> Hg (5)
That is, the height H of the first
このように、第１検油管７０ａの油面の高さＨｇを算出することにより、第１検油管７０ａの高さＨを決定する。これによって、第１検油管７０ａから第１潤滑油ＬＢ１が吹きこぼれるのを防止することができる旋回駆動装置４０を提供することができる。
Thus, the height H of the first
次に、上記構造とは異なり、第１検油管７０ａにバイパス管７２ｂを設けた場合における、旋回用電動機２１が回転しているときの状態を説明する。図６は、図５と異なる旋回駆動装置における、旋回用電動機が回転しているときの状態を示す、模式図である。なお、図６では、図５と同様に理解を容易にするため、遊星歯車機構等、第１ギヤケース５０の内部に収容される構成部品を省略して図示している。
Next, the state when the turning
第１旋回減速機２４−１（第１ギヤケース５０）の内の圧力（内圧）Ｐ１は、第１潤滑油ＬＢ１の温度上昇に伴い上昇する。本実施形態では、第１ギヤケース５０にバイパス管７２ｂを接続しているため、このバイパス管７２ｂから上昇した圧力を外部に排出することが可能となり、内圧Ｐ１の過渡の圧力上昇を防止している。
The pressure (internal pressure) P1 in the first turning speed reducer 24-1 (first gear case 50) increases as the temperature of the first lubricating oil LB1 increases. In the present embodiment, since the
第１潤滑油ＬＢ１の吹きこぼれを防止するには、第１検油管７０ａの高さＨが、運転状況によって変化する第１検油管７０ａの油面の高さＨｇより高い高さを有していればよい。すなわち、内圧Ｐ１の上昇に伴う第１検油管７０ａ内の上昇油面よりも、第１検油管７０ａの高さＨが高ければよい。このように、第１検油管７０ａの高さＨを、第１潤滑油ＬＢ１の温度上昇に伴う第１検油管７０ａの上昇油面の高さＨｇよりも高くなるように決定する。
In order to prevent the first lubricating oil LB1 from being spilled, the height H of the first
本構造において、Ｈｇは、下式（７）で表される。 In this structure, Hg is represented by the following formula (7).
Ｈｇ＝ｈ０'＋ΔＨｇ・・・・・・（７）
ここで、ｈ０'は旋回駆動装置４０の運転開始直後の第１検油管７０ａの油面の高さを示す。旋回駆動装置４０の運転開始直後においては、ｈ０'は、第１ギヤケース５０の底面からすり鉢状の油面の凸部Ｏまでの高さと一致する。ΔＨｇは温度上昇に伴い、すり鉢状の油面の上端ｂ１がバイパス管７２ｂの連結位置ｂ２まで低下したことによる第１検油管７０ａ内の油面の上昇高さを示す。上述したように、旋回駆動装置４０の運転に伴い、第１旋回減速機２４−１の内部の第１潤滑油ＬＢ１は温度が上昇するため体積膨張を起こし、第１ギヤケース５０の上部領域の内圧Ｐ１が上昇する。すり鉢状の油面の上端ｂ１がバイパス管７２ｂの連結位置ｂ２まで低下するまで内圧Ｐ１は上昇する。すなわち、このときの第１検油管７０ａ側の油面上昇高さΔＨｇよりも高くなるように、第１検油管７０ａの高さＨを決定する。
Hg = h0 ′ + ΔHg (7)
Here, h0 ′ indicates the height of the oil level of the first
第１潤滑油ＬＢ１の油面の上昇による第１検油管７０ａ内の増加油量をΔＶとし、第１ギヤケース５０内の断面積をＡ、すり鉢状の油面の上端ｂ１からバイパス管７２ｂの連結位置ｂ２までの高さをｈｂとすると、増加油量ΔＶは、下式（８）で表される。
ΔＶ＝ｈｂ×Ａ・・・・・・（８）
また、ｈｂは下式（９）で表される。
ｈｂ＝ｈｒ＋ｈ２−ｈ１・・・・・・（９）
ここで、ｈ１は、第１ギヤケース５０の底面からバイパス管７２ｂの連結位置ｂ２までの高さを示す。ｈ２は、すり鉢状の油面の凸部Ｏからすり鉢状の油面の上端ｂ１までの高さを示す。ｈｒは、第１ギヤケース５０の底面からすり鉢状の油面の凸部Ｏまでの高さを示す。
The increased oil amount in the first
ΔV = hb × A (8)
Hb is represented by the following formula (9).
hb = hr + h2-h1 (9)
Here, h1 indicates the height from the bottom surface of the
そして、ｈ２は下式（１０）で表される。 And h2 is represented by the following Formula (10).
また、第１検油管７０ａ内の断面積をａとすると、油面上昇高さΔＨｇは、下式（１２）で表される。
Further, when the sectional area in the first
したがって、バイパス管７２ｂを有する場合は、式（５）、（１４）により、第１検油管７０ａの高さＨは、下式（１５）を満たすように決定する。
Therefore, when the
ΔＰ＝ρ・ｇ・ｈｂ・・・・・（１６）
所定の圧力を超えると、第１旋回減速機２４−１内の内圧Ｐ１が第１検油管７０ａを介して外部に排出される位置に、バイパス管７２ｂを設ける。ｈｂはこのように、第１旋回減速機２４−１内の内圧Ｐ１の上昇も考慮に入れて決定する。
ΔP = ρ · g · hb (16)
When a predetermined pressure is exceeded, a
したがって、式（８）、（１２）、（１６）により、ΔＨｇは、下式（１７）で表される。 Therefore, ΔHg is expressed by the following equation (17) according to equations (8), (12), and (16).
式（１９）は、要求仕様や運転状況により内圧Ｐ１の許容値が定められている場合に、第１ギヤケース５０内の上昇圧力ΔＰを変更することによって、第１検油管７０ａの高さＨを決定するために用いる。
When the allowable value of the internal pressure P1 is determined according to the required specifications and the operating condition, the equation (19) is obtained by changing the rising pressure ΔP in the
以上のように、バイパス管７２ｂを有さない場合は、Ｈを上記不等式（６）により表すことができる。そして、不等式（６）を満たすように、旋回駆動装置４０の体格や仕様条件に基づき、旋回駆動装置４０の運転状況に応じて定められる第１パラメータを変更する。ここで、旋回駆動装置４０の体格とは、旋回駆動装置４０の大きさのことをいい、第１ギヤケース５０内の断面の半径ｒをパラメータとして算出することができる。第１パラメータは、要求仕様を勘案し、不等式（６）を満たすように決定する。また、第１パラメータを定めるに際しては、ショベルの使用状況、使用環境、使用頻度等の等の運転状況をも勘案し、不等式（６）を満たすように決定することもできる。第１パラメータとは、運転状況によって変動する第１ギヤケース５０の底面からすり鉢状の油面の凸部Ｏまでの高さｈｒや接続位置Ａに作用する圧力Ｐｇや第１ギヤケース５０内の温度上昇値等が含まれる。また、第１パラメータは、仕様条件に基づき定められる第１ギヤケース５０の底面から接続位置Ａまでの高さｈｇ、第１ギヤケース５０内の断面の半径ｒ、角速度ω及び第１潤滑油ＬＢ１の密度ρ等が含まれる。ここで、角速度ωは、要求仕様の条件における許容角速度のことをいう。
As described above, when the
さらに、バイパス管７２ｂを有する場合は、Ｈを上記不等式（１５）、（１９）により表すことができる。バイパス管７２ｂを有する場合は、第１パラメータに加え第２パラメータも加味して、第１検油管７０ａの高さＨを決定する。第２パラメータには、第１旋回減速機２４−１及び第１検油管７０ａの各仕様が含まれる。第１旋回減速機２４−１の仕様には、第１ギヤケース５０内の断面の半径ｒに加え、すり鉢状の油面の上端ｂ１からバイパス管７２ｂの連結位置ｂ２までの高さｈｂ等が含まれる。第１検油管７０ａの仕様には、第１検油管７０ａ内の断面積ａ、旋回駆動装置４０の運転開始直後の第１検油管７０ａの油面の高さｈ０'、温度上昇に伴う第１検油管７０ａ内の油面の上昇高さΔＨｇ等が含まれる。
Further, when the
なお、バイパス管７２ｂを有する場合は、運転状況によって変動する第１ギヤケース５０内において上昇する上昇圧力ΔＰを加味して、第１検油管７０ａの高さＨを決定することもできる。温度上昇を考慮に入れて、上昇圧力ΔＰを決定する。温度上昇は、要求仕様によって定まる許容温度上昇値のことをいう。
In the case where the
このように、バイパス管７２ｂを有する場合も、バイパス管７２ｂを有さない場合と同様に、旋回駆動装置４０の運転状況に応じて変動するパラメータをも考慮して、第１検油管７０ａの高さＨを決定することができる。
As described above, even when the
以上のように、パラメータを定めて第１検油管７０ａの高さＨを決定することにより、第１検油管７０ａからの第１潤滑油ＬＢ１の吹きこぼれるのを防止することができる旋回駆動装置４０を提供することができる。
As described above, by determining the parameter H and determining the height H of the first
なお、本実施形態において、第１パラメータ及び第２パラメータは、上記の通り定めたが、本発明はこれに限定されるものではない。仕様条件や使用状況、使用環境、使用頻度等の運転状況に応じて、上記以外のパラメータを定めて、第１検油管７０ａの高さＨを決定してもよい。また、第１検油管７０ａの高さＨを定めるに際して、上記パラメータのうち、全てのパラメータを使用する必要はなく、仕様条件や運転状況に応じて、任意にパラメータを選択して、第１検油管７０ａの高さＨを決定することができる。
In the present embodiment, the first parameter and the second parameter are determined as described above, but the present invention is not limited to this. The height H of the first
本実施形態は以上のように構成されているため、運転終了後、旋回減速機内の油温が低下するまで適当な時間の経過を待つ必要がない。そのため、オペレータは旋回駆動装置の運転終了後直ちにオイル点検を行うことが可能となり、オペレータの作業性の向上に繋がる。 Since the present embodiment is configured as described above, it is not necessary to wait for an appropriate time until the oil temperature in the swivel reducer decreases after the operation ends. Therefore, the operator can check the oil immediately after the operation of the turning drive device is completed, which leads to improvement of the operator's workability.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
旋回駆動装置４０は、第１旋回減速機２４−１及び第２旋回減速機２４−２の２段構成を有する場合を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、高速段、中速段及び低速段の３段により構成されていてもよいし、３段以上の構成であってもよい。
The turning
また、本実施形態に係る旋回減速機は、遊星減速機を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、旋回減速機は、サイクロ減速機により構成されていてもよい。 Moreover, although the swivel reducer according to the present embodiment has been described by exemplifying a planetary reducer, the present invention is not limited to this configuration. For example, the turning speed reducer may be constituted by a cyclo speed reducer.
また、本実施形態に係る旋回駆動装置４０は、旋回モータの一例として旋回用電動機により駆動される、電動駆動の電動旋回形の旋回駆動装置を例示して説明したが（図２参照）、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、油圧モータにより駆動する油圧駆動形の旋回駆動装置であってもよい。
In addition, the turning
１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン（操縦室） １１・・・エンジン １２・・・電動発電機 １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ １８、２０・・・インバータ ２１・・・旋回用電動機 ２１ａ・・・エンドプレート ２１ｂ・・・出力軸 ２２・・・レゾルバ ２３・・・メカニカルブレーキ ２４・・・旋回減速機 ２４−１・・・第１旋回減速機 ２４−２・・・第２旋回減速機 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７、２７ａ、２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ４０・・・旋回駆動装置 ４０Ａ・・・出力軸 ４２、８２・・・太陽歯車 ４４、８４・・・遊星歯車 ４４ａ、８４ａ・・・ピン ４６、８６・・・遊星キャリア ４８、８８・・・内歯歯車 ５０・・・第１ギヤケース ５０ａ・・・本体部 ５０ｂ・・・歯車連結部材 ５２・・・第２ギヤケース ５６・・・ベアリング ５７・・・オイルシール ６０・・・ブレーキディスク ６２・・・ブレーキプレート ６４・・・ピストン ６６・・・スプリング ６８・・・油圧空間 ６９・・・ブレーキ解除ポート ７０ａ・・・第１検油管 ７０ｂ・・・第２検油管 ７２ａ・・・接続部 ７２ｂ・・・連通部（バイパス管） ７４・・・油路 ９０・・・スプリング押え部材 ９１、９３、９４、９５・・・シール部材 ９２・・・ボルト １１０・・・変換アダプタ １２０・・・蓄電系
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記検油管は、
運転状況によって変化する前記検油管の油面より高い高さを有する、旋回駆動装置。 A swivel reducer, an oil inspection pipe for detecting the amount of lubricating oil in the swivel reducer, and a connecting portion for connecting the swivel reducer and the oil inspection pipe,
The oil test tube is
A swivel drive device having a height that is higher than the oil level of the oil inspection pipe, which varies depending on operating conditions.
前記検油管は、
運転状況によって変化する前記検油管の油面より高い高さを有する、旋回駆動装置。 A swivel reducer, an oil detection pipe for detecting the amount of lubricating oil in the swivel reducer, a connecting part for connecting the swivel reducer and the oil detecting pipe, and the swivel reducer at a position higher than the connecting part A communication part connected to
The oil test tube is
A swivel drive device having a height that is higher than the oil level of the oil inspection pipe, which varies depending on operating conditions.
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