JP4081457B2 - 建設機械における旋回体ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械における旋回体のブレーキ装置に関するもので、特に、作業の状態に対応してブレーキ保持する建設機械の旋回体ブレーキ装置に係る。

建設機械においては多くのアクチュエータが使用されている。例えば、ショベルを例にして説明すると、上部旋回体の旋回用油圧モータ（以下旋回モータとする）、左走行用の油圧モータ（以下左走行用モータとする）、右走行用の油圧モータ（以下右走行用モータとする）、ショベル作業を行うフロントアタッチメント（以下アタッチメントとする）におけるブームを作動する油圧シリンダ（以下ブーム用シリンダとする）、同じくアームを作動する油圧シリンダ（以下アーム用シリンダとする）、同じくバケットを作動する油圧シリンダ（以下バケット用シリンダとする）などを有している。

そして、これらのアクチュエータを作動させるための圧油を送給する油圧ポンプ（以下主ポンプとする）と、アクチュエータを操作するため圧油を給排する操作用方向切換弁（以下方向切換弁とする）を備えており、前記旋回モータには旋回体ブレーキ装置が備えられている。

従来の旋回体ブレーキ装置としては、バネを内蔵し、バネ力によりブレーキ部材を旋回モータに押し当ててブレーキを保持し、圧油の供給によりバネ力に抗してブレーキ部材を旋回モータから離接してブレーキを解除するブレーキ解除シリンダを備え、旋回やアタッチメント操作など何らかの操作を行ったときはブレーキ解除し、全ての操作が終了したときにはブレーキ保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

旋回体には、アタッチメント作業、つまり、ブームやアームあるいはバケットを作動したとき、旋回体を回転させようとする負荷が掛かることがある。このとき旋回体ブレーキを保持していると、旋回モータやブレーキ部材を損傷したり、油漏れを起こす危険性があるので、旋回操作をしていなくても、ブームやアームあるいはバケットの何れかの作動操作を行ったときは、旋回体ブレーキを解除するようになっている。

特許文献１に示される構成のものは、ブレーキ解除シリンダに圧油を給排する管路に、並設してチェック弁と絞りを設けており、圧油を供給するときは素早く、排出するときは徐々に行うようになっている。
これは、旋回モータは操作を終了しても、すぐに停止するものではないことから、操作終了後、旋回モータが完全に停止するまでの所定時間経過後にブレーキ保持するようにしたものである。しかし、この構成では旋回操作ばかりでなく、ブームやアームあるいはバケットを操作した場合でも、操作終了後、前記の所定時間を経過してからブレーキ保持することになる。

ところで、傾斜地で作業を行う場合、旋回体には自重によって旋回体を傾斜地の下方に旋回させようとする負荷が生じる。このような状態のとき、作業を終了しても、所定時間経過しないとブレーキが保持されないのでは、旋回体がかってに動く恐れがあって危険であるし、オペレータには操作の煩わしさを与えることになる。
例えば、傾斜地で掘削や吊作業を行っていて、作業を中断した場合、旋回体が傾斜地の下方に向かって旋回すると危険であるし、また、作業再開時にはオペレータが改めて位置決めし直すなどの煩わしさを生ずる。

このような不都合を解決するため、旋回操作終了後には、旋回モータが停止するまでの所定時間経過後にブレーキを保持するが、アタッチメントの操作終了後に、旋回操作をしていないときは直ちにブレーキを保持するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
この構成は、２室のパイロット室を有する開閉弁を備え、一方のパイロット室に、アタッチメントの操作により遮蔽されるパイロット制御管路を連通し、他方のパイロット室には、旋回用の操作装置により遮蔽されるパイロット制御管路を連通し、この旋回用の操作装置により遮蔽されるパイロット管路にチェック弁と絞りを並設している。

この構成によれば、旋回終了後には上記開閉弁の圧油は、絞りを介して徐々に排出されるので、所定時間経過後にブレーキ保持され、アタッチメント用の方向切換弁の操作を終了したときは、上記開閉弁の圧油が迅速に排出されて、ブレーキ保持されることになる。

しかし、旋回を終了した時点で、アタッチメント操作をしていたときには、上記開閉弁の旋回用の操作装置により遮蔽されるパイロット制御管路に連通するパイロット室の圧油もアタッチメント操作を終了するまで排出されない。つまり、この場合、アタッチメント操作終了の時点で、先に旋回操作を終了していても、アタッチメント操作終了後、それから旋回モータが完全に停止する所定時間経過後でないとブレーキ保持しない。
また、この構成ではパイロット室を２室有する開閉弁を備えた制御管路を設け、旋回用の操作装置により遮蔽されるパイロット制御管路にはチェック弁と絞りを設けるなど複雑な構造となるし、コストが嵩むものであった。

また、図１に示すような構成で、アタッチメント操作検出用のパイロット管路の管路圧と、旋回操作検出用のパイロット管路の管路圧とを圧力センサで検出し、これらの検出信号をコントローラに入力し、コントローラでそのときの作業状態を認識して、ブレーキ解除シリンダを作動する電磁弁を操作制御するようにしたものも知られている。

この構成について説明すると、１、２は各アクチュエータに圧油を供給する主ポンプであり、３は旋回体の旋回モータである。４は左走行用モータ、５は右走行用モータ、６はブーム用シリンダ、７はバケット用シリンダ、８はアーム用シリンダである。
また、９は左走行用モータ４へ圧油を給排する方向切換弁、１０はブーム用シリンダ６へ圧油を給排する方向切換弁、１１はバケット用シリンダ７へ圧油を給排する方向切換弁
、１２は右走行用モータ５へ圧油を給排する方向切換弁、１３は旋回用モータ３に圧油を給排する方向切換弁、１４はアーム用シリンダ８に圧油を給排する方向切換弁である。

１５は主ポンプ１の吐出側に連結され、方向切換弁９、１０、１１を縦列接続する主管路であり、１６は主管路１５が連通されるタンクである。
また、１７は主ポンプ２の吐出側に連結され、方向切換弁１２、１３、１４を縦列接続する主管路であり、該主管路１７もタンク１６に連通されている。
図１に示すごとく、各方向切換弁１０、１１、１３、１４には、夫々一体にパイロット弁１０’、１１’、１３’、１４’が設けられている。

１８はパイロットポンプであり、１９はパイロットポンプ１８の吐出側に連結され、前記パイロット弁１０’、１１’、１３’、１４’を縦列接続するアタッチメント操作検出用パイロット管路である。２０はパイロット管路１９が連通されるタンクである。
２１はパイロットポンプ１８の吐出側に連結された方向切換弁操作用パイロット管路であり、該パイロット管路２１は方向切換弁操作レバー装置２２の入力側に接続されており
、一方、方向切換弁操作レバー装置２２の左右の出力側には、方向切換弁の左右に接続される方向切換弁操作用パイロット管路２３が接続されている。図では、代表して旋回用方向切換弁１３の操作レバー装置２２だけを示している。

方向切換弁操作レバー装置２２の操作レバーが中立位置にあるときは、パイロット管路２１から送給されるパイロット圧油は装置内をバイパスしてタンク２０に戻される。
操作レバーを左右何れかに傾けると、パイロット管路２１からのパイロット圧油は操作レバーを傾けた側のパイロット管路２３に流れ、方向切換弁をその方向に作動するようになっている。このような方向切換弁操作レバー装置は建設機械に多く使用されている。
旋回用方向切換弁１３の操作レバー装置２２には、その左右の出力側に接続されたパイロット管路２３間にシャトル弁２４が設けられている。

２５は旋回体ブレーキ装置であって、ブレーキ解除シリンダ２６と、ブレーキ解除シリンダ２６のピストンロッドに装着され、旋回モータ３の出力軸に押し当てられるブレーキ部材２７と、ブレーキ解除シリンダ２６に内蔵され、ブレーキ部材２７を押し圧するバネ２８とより構成されている。
２９はパイロットポンプであり、３０は旋回体ブレーキ装置２５とパイロットポンプ２９とに接続して設けられた電磁弁である。該電磁弁３０はコントローラ３１からの信号によって操作され、パイロットポンプ２９の圧油をブレーキ解除シリンダ２６に給排する。

３２はパイロットポンプ１８の吐出側で、アタッチメント操作検出用パイロット管路１９に接続されたアタッチメント操作検出用の圧力センサであり、その検出信号はコントローラ３１に入力される。
３３は、旋回用の方向切換弁１３の操作レバー装置２２の、左右の出力側に接続された方向切換弁操作パイロット管路２３間に設けられたシャトル弁２４に接続された旋回操作検出用圧力センサであり、その検出信号はコントローラ３１に入力される。

このような構成により、アタッチメント操作検出用パイロット管路１９の圧力と、旋回用方向切換弁操作用パイロット管路２３の圧力を検出して、コントローラ３１で作業の状態を認識し、コントローラ３１から電磁弁３０を操作して旋回体ブレーキ２５を解除、保持するようになっている。
しかし、この構成のものも、アタッチメントの操作終了後に、旋回操作がなされていないときでも、旋回モータ３が完全に停止するのに相当する時間経過後に旋回体ブレーキ２５が保持されるように制御されている。

特公平４−４４６５０号公報（第1図、第２〜５頁） 特開２００３−５６５０９号公報（図１、図３，第１〜９頁）

本発明は、旋回操作あるいはアタッチメントの操作を行うときにブレーキ解除する旋回体ブレーキ装置において、簡単な構成で、旋回操作を行っていないときに、アタッチメントの操作を終了したときは、直ちにブレーキ保持し、旋回操作を終了したときは、旋回モータが完全に停止する所定時間経過後にブレーキ保持し、また、旋回操作を終了して旋回モータの減速中に、旋回操作終了よりある時間遅れてアタッチメント操作を終了したときは、旋回モータが停止する所定の時間から前記の遅れた時間を引いた時間後にブレーキ保持するようにした建設機械における旋回体のブレーキ装置を得ることを目的とする。

パイロットポンプを設け、その吐出側に、アタッチメントの各方向切換弁に夫々一体に設けたパイロット弁を縦列接続するアタッチメント操作検出用パイロット管路を接続し、同じくパイロットポンプの吐出側に、旋回操作切換弁用の操作レバー装置に接続され、該操作レバー装置の左右の出力側から旋回操作切換弁の両側に接続される旋回操作用パイロット管路を設け、該旋回操作レバー装置の左右出力側に接続される旋回操作用パイロット管路間にシャトル弁を設け、前記パイロットポンプの吐出側で、アタッチメント操作検出用パイロット管路にアタッチメント操作検出用圧力センサを接続し、前記旋回操作用パイロット管路間に設けたシャトル弁に、旋回操作検出用圧力センサを接続して、これらアタッチメント操作検出用圧力センサ、旋回操作検出用圧力センサからの検出信号をコントローラに入力し、旋回またはアタッチメントの何れかの操作を行ったときは旋回モータのブレーキ解除し、旋回およびアタッチメントの操作を終了したときには旋回モータが完全に停止する時間経過後に旋回モータのブレーキ保持する旋回体のブレーキ装置において、

アタッチメント操作検出用圧力センサが、検出状態から非検出状態になったとき、旋回操作検出用圧力センサが非検出状態になって、旋回モータが停止する所定時間経過後であるときは、直ちにコントローラから電磁弁を操作して旋回モータのブレーキ保持するようにした。

また、旋回操作終了により、旋回操作検出用圧力センサが検出状態から非検出状態になって、旋回モータが減速中に、旋回操作終了よりある時間遅れて、アタッチメント操作検出用圧力センサが検出状態から非検出状態になったときは、コントローラは旋回モータが停止する所定時間から前記遅れた時間を引いた時間後に、電磁弁を操作してブレーキ保持するようにした。

さらに、この電磁弁の操作制御は、コントローラに入力される旋回操作検出用圧力センサからの信号と、アタッチメント操作検出用圧力センサからの信号によって、作業状態を認識し、コントローラから電磁弁を操作する信号を発するシーケンスを組んでブレーキ制御している。

アタッチメント操作が終了したとき、旋回モータが停止しているときは、直ちに旋回体ブレーキを保持するようにしたので、傾斜地などで作業を中断した場合でも、旋回体が傾斜地の下方に向かって旋回する危険を防止できるし、また、作業再開時にはオペレータが改めて位置決めし直すなどの煩わしさを排除できる。
また、ブレーキ解除シリンダを電磁弁で操作する構成であり、その操作を旋回操作制御用圧力センサ、アタッチメント操作検出用圧力センサからの入力信号により、コントローラで作業状態を認識して、操作信号を発するシーケンスを組んで行うもので、極めて簡単な制御構成が得られた。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明は図１に示す旋回体のブレーキ装置に、ブレーキ保持の操作条件を付け加えたものである。図１の構成において、アタッチメント操作を行った場合、例えば、ブーム用シリンダ１０を操作したとすると、アタッチメント操作検出用パイロット管路１９はパイロット弁１０’の位置で遮断されるので、その位置までの管路圧が上がり、アタッチメント操作検出用圧力センサ３２は通常圧（操作がなされず、パイロットポンプ１８からの圧油がパイロット管路１９を素通りしてタンク２０に戻されるときの圧）より高くなって、コントローラ３１ではアタッチメントの操作がなされたことを検出する。

また、旋回操作がなされた場合、つまり、旋回用操作レバー装置２２が操作された場合には、方向切換弁操作用パイロット管路２３の何れか一方に圧が立ち、シャトル弁２４が作動して旋回操作検出用圧力センサ３３が通常圧より高くなって、コントローラ３１では、旋回操作が行われたことを検出する。

以上のように、アタッチメント操作検出用の圧力センサ３２または旋回操作検出用圧力センサ３３が通常圧より高い所定の圧力を検出したときは、旋回あるいはアタッチメントの何れかの操作が行われたことを検出し、コントローラ３１は即座に電磁弁３０を図示（Ａ）の位置になるように切り換え、パイロットポンプ２９からの圧油をブレーキ解除シリンダ２６に供給して旋回体ブレーキ２５をブレーキ解除する。

さて、アタッチメント操作が終了し、アタッチメント操作検出用圧力センサ３２が検出状態から非検出状態になったときは、そのとき、旋回操作検出用圧力センサ３３が非検出状態、つまり、旋回操作検出用圧力センサ３３が所定圧以下であり、通常時の圧である場合には、何らの操作も行われていないと認識し、コントローラ３１は即座に電磁弁３０を（Ｂ）の位置に切り換え、パイロットポンプ２９からの圧油をタンクに戻し、バネ２８の作用によりブレーキ部材２７を旋回モータ３に押し当ててブレーキ保持する。

また、旋回操作が終了した場合、すなわち、旋回操作検出用圧力センサ３３が検出状態から非検出状態になったときは、そのとき、アタッチメント操作検出用圧力センサ３２が非検出状態であれば、旋回モータ３が完全に停止するだけの所定時間を経過後に、コントローラ３１は電磁弁３０を（Ｂ）の位置になるように切り替え、ブレーキ解除シリンダ２５をブレーキ保持する。

さらに、旋回操作検出用圧力センサ３３が検出状態から非検出状態になって、旋回モータ３が減速中に、旋回操作終了よりある時間遅れて、アタッチメント操作検出用圧力センサ３２が検出状態から非検出状態になったときは、コントローラ３１は旋回モータ３が完全に停止する所定時間から前記遅れた時間を引いた時間後に、電磁弁３０を（Ｂ）の位置になるように切り替え、ブレーキ保持するようにした。

このような操作は、全てアタッチメント操作検出用圧力センサ３２、旋回操作検出用圧力センサ３３からの信号をコントローラ３１に入力して、該入力された信号により作業の状態を認識して、コントローラ３１から電磁弁３０を操作するようにシーケンスを組んで行っている。

なお、アタッチメント操作検出用および旋回操作検出用に圧力センサ３２、３３を使用したが、圧力スイッチを使用してもよい。
また、図中符号を付していない方向切換弁は、ブームシリンダ２速用、アームシリンダ2速用あるいは予備の方向切換弁であるが、図が複雑になるので、アクチュエータへの配管などは省略している。

本発明の旋回体ブレーキ装置の回路図。

符号の説明

１、２ 主ポンプ ３ 旋回モータ
４ 左走行モータ ５ 右走行モータ
６ ブーム用シリンダ ７ バケット用シリンダ
８ アーム用シリンダ
９、１０、１１、１２、１３、１４ 方向切換弁
１５、１７ 主管路 １６、２０ タンク
１８ パイロットポンプ
１９、２１，２３ パイロット管路 ２２ 操作レバー装置
２４ シャトル弁 ２５ 旋回体ブレーキ装置
２６ ブレーキ解除シリンダ ２７ ブレーキ部材
２８ バネ ２９ パイロットポンプ
３０ 電磁弁 ３１ コントローラ
３２、３３ 圧力センサ

Claims (3)

1. パイロットポンプを設け、その吐出側に、アタッチメントの各方向切換弁に夫々一体に設けたパイロット弁を縦列接続するアタッチメント操作検出用パイロット管路を接続し、同じくパイロットポンプの吐出側に、旋回操作切換弁用の操作レバー装置に接続され、該操作レバー装置の左右の出力側から旋回操作切換弁の両側に接続される旋回操作用パイロット管路を設け、該旋回操作レバー装置の左右出力側に接続される旋回操作用パイロット管路間にシャトル弁を設け、前記パイロットポンプの吐出側で、アタッチメント操作検出用パイロット管路にアタッチメント操作検出用圧力センサを接続し、前記旋回操作用パイロット管路間に設けたシャトル弁に、旋回操作検出用圧力センサを接続して、これらアタッチメント操作検出用圧力センサ、旋回操作検出用圧力センサからの検出信号をコントローラに入力し、旋回またはアタッチメントの何れかの操作を行ったときは旋回モータのブレーキを解除し、旋回およびアタッチメントの操作を終了したときには旋回モータが完全に停止する時間経過後に旋回モータのブレーキを保持する旋回体のブレーキ装置において、
   アタッチメント操作検出用圧力センサが、検出状態から非検出状態になったとき、旋回操作検出用圧力センサが非検出状態になって、旋回モータが停止する所定時間経過後であるときは、直ちにコントローラから電磁弁を操作して旋回モータのブレーキを保持するようにしたことを特徴とする建設機械における旋回体ブレーキ装置。
2. 旋回操作終了により、旋回操作検出用圧力センサが検出状態から非検出状態になって、旋回モータが減速中に、旋回操作終了よりある時間遅れて、アタッチメント操作検出用圧力センサが検出状態から非検出状態になったときは、コントローラは旋回モータが停止する所定時間から前記遅れた時間を引いた時間後に、電磁弁を操作してブレーキ保持するようにしたことを特徴とする請求項１記載の建設機械における旋回体ブレーキ装置。
3. コントローラに入力される、旋回操作検出用圧力センサからの信号と、アタッチメント操作検出用圧力センサからの信号によって、コントローラで作業状態を認識し、コントローラから電磁弁を操作する信号を発するシーケンスを組んでブレーキ制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の建設機械における旋回体ブレーキ装置。
   

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