JP3607814B2 - Device for increasing torque at startup of fluid pressure motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧モータ、特に油圧モータの起動時におけるトルク不足を補う装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
たとえば油圧ショベルのように大きなトルクを必要とするような建設土木機械では、回転式又は往復式の油圧モータが旋回用又は走行用として用いられている。かかる油圧モータの一例として、油圧の作用によりリング状の内歯部材内でスター(星)状の外歯部材が遊星運動(自公転運動)を行うようになった内接形歯車モータ部(「ジロータ機構部」と呼ばれることもある)を備えるものがある。
一般に、流体圧モータの起動時のトルク効率は、起動時における種々の要因、例えば構成部材相互間の摩擦によるエネルギ損失、圧油の漏れ等に起因して運転時のトルク効率よりも約10〜25%低い。かかる油圧モータを搭載した油圧ショベルは、登り坂や極悪路、例えば泥路上で走行を開始しようとする場合、大きなトルクを必要とするが、起動時トルク効率が低いことに起因して負荷に見合った出力トルクが得られず、油圧モータが起動しない場合がある。また、例えば油圧ショベルの坂道走行中に旋回体を旋回しようとしても、上記と同様な理由で油圧モータを起動させるに足るトルクが得られない場合がある。
【0003】
従来、油圧モータの起動時トルク効率を向上させるために構成部品の加工精度を向上させるなどの試みがなされている。特にジロータ型油圧モータでは、リングとスターの形状を最適化させたり、加工精度を向上させてリング内でのスターのスムーズな自公転を達成しようとしていた。
【0004】
本発明は、かかる従来の取り組み方とは異なるやり方で油圧モータの運転時トルク効率と起動時トルク効率の差を補償することに関する。
【0005】
かくして、本発明の目的は、流体圧モータの起動時トルクを増大させて運転時トルク効率と起動時トルク効率の差を補償し、かくして流体圧モータを確実に起動できる装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転自在な伝動シャフトを介して負荷に作動的に連結されていて、運転時トルクモード及び起動時トルクモードで作動するようになった流体圧モータと組み合わされて使用される流体圧モータ起動時トルク増大装置を提供する。本発明の起動時トルク増大装置は、伝動シャフトに対し全体として横方向に配置されていて、流体圧の作用で往復動できる駆動ピストンロッド部材を含む流体圧シリンダユニットと、伝動シャフトと駆動ピストンロッド部材との間に設けられていて、起動時において流体圧モータを作動させるには起動時トルクが十分でない場合、駆動ピストンロッド部材の駆動力を伝動シャフトに伝達して追加の起動時トルクをもたらし、それにより流体圧モータを作動できるようにする駆動力伝達手段とを有し、流体圧モータの起動後には流体圧モータが運転時トルクモードで作動すると共にピストンロッド部材と伝動シャフトとの間の動力伝達関係が解除されるようになっている。
【0007】
好ましくは、起動時トルク増大装置の駆動力伝達手段は、伝動シャフトの長さの少なくとも一部についてその外周部にぐるりと設けられた互いに平行な複数条の長手方向ピニオン歯と、駆動ピストンロッド部材の選択された長さ部分に設けられていて、該ピニオン歯と噛み合う複数条のラック歯とから成り、流体圧モータが運転時トルクモードで作動すると、伝動シャフトにより駆動ピストンロッド部材が所定距離、運動して駆動ピストンロッド部材のラック歯と伝動シャフトのピニオン歯が外れるようになっている。
【0008】
本発明の起動時トルク増大装置の駆動ピストンロッド部材は、負荷、例えばミニショベルのクローラと走行用油圧モータとの間に位置する適当なトルク伝動シャフトと連携でき、かかる伝動シャフトは、油圧モータの出力軸であるのがよいが、減速機が、負荷と流体圧モータとの間に介在している場合には、減速機の出力軸であってもよい。また、本発明の起動時トルク増大装置の駆動ピストンロッド部材は、ジロータ型油圧モータの公転出力部と連携して油圧モータの起動時トルクを増大させることも可能である。
【0009】
本発明の起動時トルク増大装置は、油圧モータのハウジング内に組み込まれた状態でその出力軸と連携するのが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の基本構成及びその動作原理を説明するための略図である。流体圧モータ10が、軸受12a,12bにより回転自在に支承された伝動シャフト14を介して負荷(図1には示していない)に作動的に連結されている。図示のモータは、任意形式の流体圧モータ、たとえばジロータ型油圧モータのような回転式油圧モータ、アキシアルピストンモータのような往復式油圧モータであり、さらに水圧又は空気圧モータとして考えてもよい。
【0011】
モータ10は代表的には、少なくとも2つの作動油出入口を有している。当業者には理解されるように、圧油の導入を2つの作動油出入口間で切り換えることによりモータの回転方向を逆にすることができる。いま、モータの一方の作動油出入口(例えば16)がライン24を経て高圧作動油源18に連結され、他方の出入口20がライン26を経て戻り油リザーバのような低圧作動油源22に連結されているものとする。
【0012】
一般にモータは、起動時トルクモード及び運転時トルクモードで動作し、起動時におけるトルク効率は運転時におけるトルク効率よりも低い。というのは、起動の際におけるモータ部品相互間の摩擦、動力伝達系統中でのエネルギ損失、モータ部品の製造公差に起因するモータ内部の油漏れ等が不可避的に生じるからである。一例として、内接形歯車モータ部又はジロータ機構部を有する形式の油圧モータでは、運転時トルク効率が約85%であるのに対して起動時トルク効率は約70%である。
【0013】
本発明は、起動時のみ追加の出力トルクを発生し、運転時トルクと起動時トルクの差を補償するものとして構成された起動時トルク増大装置に関し、その一実施形態としての基本構成が全体を符号30で示されている。本発明の油圧モータ用起動時トルク増大装置30は、油圧シリンダユニット32から成り、その駆動ピストンロッド部材34が、伝動シャフト14に対して全体として横方向に配置されている。ピストンロッド34の互いに反対側のピストン36a,36bはそれぞれ固定シリンダブロック38a,38bと連携して油圧室40a,40bが構成されており、図示の好ましい例では、これらはそれぞれ、孔42a,42b及びライン24,26を経て、油圧モータの圧油系統及び戻り油系統と並列した状態で源16,22と流体連通している。かくして、圧油源16からの高圧作動油をライン24を経て室40aに導入すると、ピストンロッド34が図1で見て左側に移動し、室40b内の作動油はライン26を経てリザーバ22に戻り、圧油を室40bに導入すると上記と逆の動作が得られることは理解されよう。
【0014】
図1だけでなく、本発明の起動時トルク増大装置をジロータ型油圧モータに組み込んだ形態で示す図2及び図2の3−3線断面の要部を示す図3を参照すると一層良く分かるように、起動時トルク増大装置30は、油圧シリンダユニットのピストンロッド部材34と油圧モータと関連した伝動シャフト14との間に設けられた駆動力伝達手段44を更に有している。駆動力伝達手段44は、図示の実施形態では、伝動シャフト14の長さの少なくとも一部についてその外周部にぐるりと設けられた互いに平行な複数条の長手方向ピニオン歯46と、駆動ピストンロッド部材34の選択された長さ部分に設けられていて、該ピニオン歯と噛み合う複数条のラック歯48で構成されている。より詳細には、図3で最も良く分かるように、好ましくはピストンロッド34の長さのほぼ中央でその側部に、伝動シャフトのピニオン歯46と噛み合って長手方向の歯付きラック状部材50が取り付けられている。図1及び図3で分かるように、油圧シリンダユニット32のピストンロッド34が、左右いずれの方向においても所定距離移動すると、換言すると、ピストン36a又は36bがそのストロークエンドに達すると、ラック歯48が伝動シャフト14のピニオン歯46から外れて油圧シリンダユニットのピストンロッドと伝動シャフトとの間の動力伝達関係が解除されるようになることは注目されるべきである。
【0015】
なお、伝動シャフト14は、油圧モータ10の出力軸又はその延長部であるのが良く、変形例として、負荷と油圧モータ10との間に設けられた減速機(図示せず)の出力軸であってもよく、或いは、後述するようにジロータ型油圧モータの星形外歯部材の公転出力軸部であってもよい。
【0016】
図1に示す本発明の動作原理を説明すると、起動時、油圧モータを作動させるには起動時トルクが十分でない場合であっても、源16からの圧油がライン24を経て油圧シリンダ室40aに流入し、ピストンロッド34を左側へ直線状に駆動推進する。すると、ピストンロッドのラック歯48と伝動シャフトのピニオン歯46の噛み合いにより駆動力が伝動シャフトに伝達されて伝動シャフトに追加の起動時トルクが生じることになる。この追加の起動時トルクは、油圧モータ10自体の起動時出力トルクに加えられ、かくして油圧モータを起動させると共に負荷を動作させることができる。いったん油圧モータが起動して運転時トルクモードに切り替わると、伝動シャフトが運転時トルクで回転駆動されると同時にピストンロッドが更に直線運動を続け、ついには伝動シャフトのピニオン歯とピストンロッドのラック歯が外れることになる。
【0017】
油圧モータを上述とは逆方向に回転させようとする場合、圧油を右側の油圧シリンダ室40bに導入すればよいことは理解されよう。なお、上記の構成では、油圧モータをいったん起動させた後、停止し、さらに油圧モータを同一回転方向に起動させたい場合には、油圧モータをいったん逆方向に起動させた後、油圧モータの回転方向をレバー操作により逆転させる必要があることは当業者には認識されよう。
【0018】
図2は、本発明の起動時トルク増大装置をジロータ機構部を備えたミニショベル用油圧モータに組み込んだ構成例を示している。かかる形式の油圧モータの構造及び動作原理は周知なので、ごく簡単に説明するに止める。なお、必要ならば、本出願人の特開平6−294373号公報及び特開平9−177656号公報を参照されたい。
【0019】
油圧モータ100は、ミニショベルの走行用モータとして固定ハウジング部分52がショベルフレーム54に取り付けられ、回転ハウジング部分56がスプロケット58を介してクローラ60に取り付けられた状態で示されている。油圧モータは、高圧作動油と低圧作動油源に選択的に連結できる油入口及び油出口を有している。油圧モータは又、固定ハウジング内に納められたジロータ機構部62を有し、このジロータ機構部は、複数の内歯付きのリング状部材64、リング状部材に対して自公転自在にリング状部材内に設けられていて、内歯よりも一つ少ない外歯を備えるスター状部材66及び内歯と外歯の間に形成された複数の体積室を有している。さらに、油入口と油出口との間に配置されていて、スター状部材がリング状部材に対して自公転することができるよう体積室に順次、高圧作動油源と低圧作動油源を通じさせる弁装置68が設けられている。図示のように、スター状部材66には、メインドライブ70の一端がスプライン連結されている。メインドライブの他端には、歯車機構72を介して回転ハウジングに連結された出力軸74が動力伝達関係をなして配置されている。本発明の起動時トルク増大装置30は図示のように、この出力軸74に関連して配置されるのが好ましい。なお、本発明の起動時トルク増大装置をスター状部材66の公転出力延長部76に対して追加の起動時トルクを与えるように配置してもよい。しかしながら、この場合、起動時トルク増大装置を配置するための構造的な設計変更により、油圧モータ全体のサイズが大きくなる場合がある。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の起動時トルク増大装置の原理を説明する略図である。
【図2】本発明の起動時トルク増大装置をジロータ型油圧モータに組み込んだ状態で示す側面図であり、油圧モータはミニショベルに取り付けられた状態で示されている。
【図3】図2の3−3線断面における要部の略図であり、本発明の駆動力伝達手段の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 油圧モータ
14 伝動シャフト
30 起動時トルク増大装置
32 油圧シリンダユニット
34 駆動ピストンロッド部材
44 駆動力伝達手段
46 ピニオン歯
48 ラック歯[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid pressure motor, and more particularly to a device that compensates for torque shortage at the time of starting a hydraulic motor.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
For example, in a construction civil machine such as a hydraulic excavator that requires a large torque, a rotary or reciprocating hydraulic motor is used for turning or traveling. As an example of such a hydraulic motor, an inscribed gear motor unit ("" revolving motion) in which a star (star) -shaped outer tooth member performs a planetary motion (spinning and revolving motion) in a ring-shaped inner tooth member by the action of hydraulic pressure. Some may also be referred to as a “gerotor mechanism”.
Generally, the torque efficiency at the start of the fluid pressure motor is about 10 to 10 times higher than the torque efficiency at the time of operation due to various factors at the start, for example, energy loss due to friction between components, leakage of pressure oil, etc. 25% lower. A hydraulic excavator equipped with such a hydraulic motor requires a large torque when starting to run on an uphill or a rough road, such as a mud road, but it is commensurate with the load due to low torque efficiency at start-up. Output torque may not be obtained and the hydraulic motor may not start. Further, for example, even if an attempt is made to turn the turning body while the hydraulic excavator is traveling on a hill, there may be a case where a torque sufficient to start the hydraulic motor may not be obtained for the same reason as described above.
[0003]
Conventionally, attempts have been made to improve the machining accuracy of components in order to improve the torque efficiency at the start of the hydraulic motor. In particular, in the gerotor type hydraulic motor, the shape of the ring and star was optimized, and the processing accuracy was improved to achieve smooth rotation of the star in the ring.
[0004]
The present invention relates to compensating for the difference between the operating torque efficiency and the starting torque efficiency of the hydraulic motor in a manner different from such conventional approaches.
[0005]
Thus, an object of the present invention is to provide a device capable of reliably starting a fluid pressure motor by increasing the starting torque of the fluid pressure motor to compensate for the difference between the operating torque efficiency and the starting torque efficiency. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a fluid pressure used in combination with a fluid pressure motor operatively connected to a load via a rotatable transmission shaft and adapted to operate in an operating torque mode and a starting torque mode. Provided is a motor starting torque increasing device. The start-up torque increasing device according to the present invention includes a fluid pressure cylinder unit including a drive piston rod member that is disposed laterally as a whole with respect to the transmission shaft and can reciprocate by the action of fluid pressure, and the transmission shaft and the drive piston rod. If the start-up torque is not sufficient to operate the hydraulic motor during start-up, the drive force of the drive piston rod member is transmitted to the transmission shaft to provide additional start-up torque. Driving force transmitting means for enabling the fluid pressure motor to operate, and after the fluid pressure motor is started, the fluid pressure motor operates in a torque mode during operation and between the piston rod member and the transmission shaft. The power transmission relationship is released.
[0007]
Preferably, the driving force transmitting means of the starting torque increasing device includes a plurality of parallel longitudinal pinion teeth provided around the outer periphery of at least a part of the length of the transmission shaft, and a driving piston rod member. A plurality of rack teeth meshing with the pinion teeth, and when the fluid pressure motor operates in the torque mode during operation, the drive piston rod member is moved a predetermined distance by the transmission shaft, The rack teeth of the drive piston rod member and the pinion teeth of the transmission shaft are disengaged by movement.
[0008]
The drive piston rod member of the start-up torque increasing device of the present invention can be linked with a load, for example, an appropriate torque transmission shaft located between a crawler of a mini excavator and a traveling hydraulic motor, and the transmission shaft is connected to the hydraulic motor. The output shaft may be an output shaft. However, when the speed reducer is interposed between the load and the fluid pressure motor, it may be the output shaft of the speed reducer. Further, the drive piston rod member of the start-up torque increasing device of the present invention can increase the start-up torque of the hydraulic motor in cooperation with the revolution output portion of the gerotor hydraulic motor.
[0009]
The start-up torque increasing device of the present invention is preferably associated with its output shaft in a state of being incorporated in the housing of the hydraulic motor.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the basic configuration and the operating principle of the present invention. A
[0011]
The
[0012]
In general, a motor operates in a torque mode during start-up and a torque mode during operation, and the torque efficiency during start-up is lower than the torque efficiency during operation. This is because friction between motor parts at the time of start-up, energy loss in the power transmission system, oil leakage inside the motor due to manufacturing tolerances of the motor parts, etc. inevitably occur. As an example, in a hydraulic motor of the type having an inscribed gear motor part or a gerotor mechanism part, the torque efficiency during operation is about 85%, whereas the torque efficiency during start-up is about 70%.
[0013]
The present invention relates to a start-up torque increasing device configured to generate an additional output torque only at start-up and compensate for a difference between the start-up torque and the start-up torque.
[0014]
As well as FIG. 1, it will be better understood with reference to FIG. 2 showing a main part of the cross section taken along line 3-3 of FIG. 2 and FIG. In addition, the starting
[0015]
The
[0016]
The operation principle of the present invention shown in FIG. 1 will be described. Even when the start-up torque is not sufficient for operating the hydraulic motor at the time of start-up, the pressure oil from the
[0017]
It will be understood that when the hydraulic motor is to be rotated in the direction opposite to that described above, the pressure oil may be introduced into the right
[0018]
FIG. 2 shows a configuration example in which the startup torque increasing device of the present invention is incorporated into a mini-excavator hydraulic motor having a gerotor mechanism. The structure and operating principle of this type of hydraulic motor are well known and will be described only briefly. If necessary, please refer to JP-A-6-294373 and JP-A-9-177656 of the present applicant.
[0019]
The
[0020]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of a startup torque increasing device according to the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a state where the starting torque increasing device of the present invention is incorporated in a gerotor-type hydraulic motor, and the hydraulic motor is shown attached to a mini excavator.
3 is a schematic diagram of a main part in a cross section taken along line 3-3 in FIG. 2, and is a diagram showing a configuration of a driving force transmitting means of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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