JP5083202B2 - 建設機械の旋回ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は所謂中立流しの旋回停止方式をとる油圧ショベル等の建設機械の旋回ブレーキ装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

図２において、１はクローラ式の下部走行体、２はこの下部走行体１上に縦軸Ｏまわりに旋回自在に搭載された上部旋回体で、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４及びバケット５を備えた作業アタッチメント６が装着される。

この油圧ショベルにおける従来の旋回ブレーキ装置を含む旋回回路の構成を図３に示す。

同図において、７はメイン油圧源としてのメインポンプ、８はこのメインポンプ７からの圧油により回転する旋回モータ（油圧モータ）、９はこの旋回モータ８を駆動源とする旋回駆動装置（図ではモータ軸９ａと旋回ギヤ９ｂのみを示す）で、この旋回駆動装置９によって図２の上部旋回体２が旋回駆動される。

旋回モータ８とメインポンプ７及びタンクＴとの間に、油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ１０が設けられ、このコントロールバルブ１０によって旋回モータ８に対する圧油の給排（旋回モータ８の回転／停止、回転方向、回転速度）が制御される。

一方、コントロールバルブ１０を操作する旋回操作手段としてのリモコン弁１１と、コントロールバルブ１０の中立状態で旋回駆動装置９にブレーキ力を加えて上部旋回体２を機械的に停止、保持するメカニカルブレーキである旋回ブレーキ１２と、この旋回ブレーキ１２の作動を制御するブレーキ切換弁１３と、旋回ブレーキ１２の油圧源（図示省略しているがリモコン弁１１の一次圧源でもある）としてのサブポンプ１４とが設けられている。

リモコン弁１１の二次側は、左右旋回用のパイロットライン１５，１６を介してコントロールバルブ１０の両側パイロットポート１０ａ，１０ｂに接続され、リモコン弁１１の操作量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ１０に加えられて同バルブ１０が中立、左旋回、右旋回各位置イ，ロ，ハ間で作動する。

また、両パイロットライン１５，１６は、シャトル弁１７及び切換弁パイロットライン１８を介してブレーキ切換弁１３のパイロットポート１３ａにも接続されている。

これにより、ブレーキ切換弁１３がリモコン弁１１（コントロールバルブ１０）の操作に連動して、旋回操作時にはサブポンプ１４からの油圧を旋回ブレーキ１２に供給するブレーキ解除位置イに、旋回停止操作時には（リモコン弁１１及びコントロールバルブ１０の中立時）には旋回ブレーキ１２に対する圧油の供給を停止するブレーキ位置ロにそれぞれセットされる。

旋回ブレーキ１２は、伸縮作動によってブレーキ作動及びブレーキ解除作動を行うブレーキシリンダ（油圧シリンダ）１９と、このブレーキシリンダ１９の伸長作動時に旋回駆動装置９に接触してブレーキ力を発揮するブレーキ体２０とを備えている。

ブレーキシリンダ１９は、加圧されないときはバネ力によってブレーキ作動し、加圧時にバネに抗してブレーキ解除するネガティブブレーキとして構成されている。

このブレーキシリンダ１９の油圧室１９ａは、ブレーキ切換弁１３のブレーキ位置ロで開通するタンク通路２１を介して、バネ室１９ｂは直接、それぞれタンクＴに通じるタンクライン２２に接続されている。

図３中、２３，２４はコントロールバルブ１０と旋回モータ８とを結ぶモータ両側管路、２５，２６はこのモータ両側管路２３，２４間に相対向して設けられたブレーキ弁としてのリリーフ弁、２７，２８はキャビテーション防止用のチェック弁である。

この旋回回路において、旋回中にリモコン弁１１を中立復帰させると、コントロールバルブ１０が中立位置イに戻り、旋回モータ８に対する圧油の供給が停止する一方、リリーフ弁２５または２６のリリーフ作動によって減速作用（油圧ブレーキ）が働く。

これにより、上部旋回体２が慣性により回転しながら徐々に停止する所謂「中立流し」による旋回停止作用が行われ、停止後は、理論的にはコントロールバルブ１０での油のブロック作用によって停止保持される。

但し、この旋回停止状態で、旋回モータ８やコントロールバルブ１０での油のリークによって停止保持作用が不確実となり、傾斜地等では動き出すおそれがある。

このため、上記のように旋回駆動装置９に機械的なブレーキ力を付与する旋回ブレーキ１２が併用され、確実な旋回停止及び停止保持作用を得ることとしている。

この場合、「中立流し」に入った直後に旋回ブレーキ１２を作動させると、上部旋回体２が急激に停止し、構造物及び旋回駆動装置９の破損のおそれがある。

そこで、「中立流し」方式をとる油圧ショベルにおいては、一般に、特許文献１に示されるように旋回回路に遅延手段（たとえばタイマと電磁切換弁）を設け、コントロールバルブ１０の中立復帰から一定時間、中立流し状態を確保して減速させた後に旋回ブレーキ１２を作動させて上部旋回体２を停止させかつ停止状態に保持する構成をとっている。
実開昭６０−９１６４８号公報

最近の油圧ショベルでは、本来の掘削作業だけでなく、クレーン作業（吊り作業）を行うことが可能となっている。

たとえば作業モードとしてショベルモードとクレーンモードが用意され、クレーンモードが選択されたときには、通常のクレーンに装備されているＭＬ（モーメントリミッタ）機能を働かせたり、旋回、走行速度をショベルモードよりも低下させたりする制御が行われる。

ここで、クレーン作業では、ショベル（掘削）作業での旋回のように「中立流し」を行わず、むしろ吊荷の位置調整等で僅かに旋回作動させたい場合が多い。

ところが、公知技術では旋回停止操作時に必ず遅延作用が行われ、遅延時間中は旋回ブレーキ１２による停止保持作用が働かないため、吊荷の位置合わせができずに作業能率が悪くなったり、万が一傾斜地でクレーン作業が行われた場合に、吊荷が勝手に動き出したりする等の弊害が生じるおそれがある。

また、遅延時間は一定不変であるため、作業内容やオペレータの好みによってはブレーキ作動が必ずしも適正ではなく、操作性が悪くなるという問題もあった。

そこで本発明は、ショベル作業とクレーン作業といった作業の種類等に応じて適正なブレーキ作動を得ることができる建設機械の旋回ブレーキ装置を提供するものである。

請求項１の発明は、油圧ポンプからの圧油により回転駆動される旋回モータと、旋回操作手段により切換操作されて上記旋回モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、上記旋回モータを駆動源として旋回体を旋回駆動する旋回駆動装置と、上記コントロールバルブの中立状態で上記旋回駆動装置にブレーキ力を加えて上記旋回体を機械的に停止させかつ停止状態に保持するメカニカルブレーキである旋回ブレーキと、上記コントロールバルブの旋回位置からの中立復帰時に上記旋回ブレーキの作動を遅延させる遅延手段と、モード選択手段とを備え、上記モード選択手段は、オペレータの操作により、作業モードを、ショベル作業を行うショベルモードと、クレーン作業を行うクレーンモードを含む複数種類のうちから選択するように構成され、かつ、上記遅延手段による遅延時間内で油圧ブレーキ作用によって減速させるように構成された建設機械の旋回ブレーキ装置において、遅延制御手段により、上記遅延手段による遅延時間を、上記ショベル、クレーン両モードに応じて自動的に、かつ、クレーンモードでショベルモードよりも短く設定するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記遅延制御手段は、上記遅延時間を無段連続的に選択し得るように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記旋回ブレーキは、伸縮作動によってブレーキ作動及びブレーキ解除作動を行うブレーキシリンダを備え、このブレーキシリンダと、同シリンダの油圧源及びタンクとを結ぶブレーキ回路に、遅延制御手段によって開度が制御される遅延手段としての電磁比例減圧弁が設けられたものである。

本発明によると、作業モードを、ショベルモード及びクレーンモードを含む複数種類の作業モードのうちから選択できる油圧ショベルにおいて、遅延制御手段により、遅延手段（請求項３では電磁比例減圧弁）による旋回ブレーキ作動までの遅延時間を、ショベル、クレーン両モードに応じて自動的に、かつ、クレーンモードでショベルモードよりも短く設定するため、たとえばクレーン作業時には速やかにブレーキ作動させて吊荷の位置合わせ作業を可能とするとともに、傾斜地でのクレーン作業時に不測の旋回を防止する等、作業の能率と安全性を向上させることができる。

しかも、遅延時間を手動で変更する場合のように、変更操作忘れや誤操作のおそれがない。

この場合、遅延時間は、請求項２の発明のように無段連続的に、または段階的に選択(調整)することができる。前者によれば、遅延時間を作業内容やオペレータの好みに応じてより細かく、かつ、正確に対応させることができる。

また、請求項３の発明によると、遅延手段として電磁比例減圧弁を用いているため、とくに遅延時間を無段連続的に選択し得る構成をとる場合に適する。

本発明の実施形態を図１によって説明する。

実施形態において、次の基本構成は図３に示す従来技術と同じである。なお、従来技術と異なる要素には図３と異なる符号を付している。

（Ａ）メインポンプ７を油圧源とする旋回モータ８の回転により、旋回駆動装置９を介して図２の上部旋回体２が旋回駆動される点。

（Ｂ）旋回モータ８とメインポンプ７及びタンクＴとの間に、油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ１０が設けられ、このコントロールバルブ１０によって旋回モータ８に対する圧油の給排（旋回モータ８の回転／停止、回転方向、回転速度）が制御される点。

（Ｃ）コントロールバルブ１０を操作する旋回操作手段としてのリモコン弁１１と、コントロールバルブ１０の中立状態で旋回駆動装置９にブレーキ力を加えて上部旋回体２を機械的に停止保持するメカニカルブレーキである旋回ブレーキ１２と、この旋回ブレーキ１２の作動を制御するブレーキ切換弁２９と、旋回ブレーキ１２の油圧源（リモコン弁１１の一次圧源でもある）としてのサブポンプ１４とが設けられている点。

（Ｄ）リモコン弁１１の二次側は、左右旋回用のパイロットライン１５，１６を介してコントロールバルブ１０の両側パイロットポート１０ａ，１０ｂに接続され、リモコン弁１１の操作量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ１０に加えられて同バルブ１０が中立、左旋回、右旋回各位置イ，ロ，ハ間で作動する点。

（Ｅ）両パイロットライン１５，１６は、シャトル弁１７及び切換弁パイロットライン１８を介してブレーキ切換弁２９のパイロットポート２９ａにも接続され、ブレーキ切換弁２９がリモコン弁１１の操作に連動して、リモコン弁１１の操作時にはサブポンプ１４からの油圧を旋回ブレーキ１２に供給するブレーキ解除位置イに、リモコン弁１１の非操作時（中立時）には旋回ブレーキ１２に対する圧油の供給を停止するブレーキ位置ロにそれぞれセットされる点。

（Ｆ）ブレーキシリンダ１９は、加圧されないときはバネ力によってブレーキ作動し、加圧時にバネに抗してブレーキ解除するネガティブブレーキとして構成されている点。

（Ｇ）コントロールバルブ１０と旋回モータ８とを結ぶモータ両側管路２３，２４間に、「中立流し」のためのブレーキ弁としてのリリーフ弁２５，２６とキャビテーション防止用のチェック弁２７，２８とが設けられている点。

以上の構成を前提として、ブレーキ切換弁２９は、図示のように開通位置イとブロック位置ロとを有し、リモコン弁１１の操作時に開通位置イに切換わる。

このブレーキ切換弁２９とブレーキシリンダ１９の油圧室１９ａとを結ぶブレーキ管路３０に、遅延制御手段としてのコントローラ３１によって制御される電磁比例減圧弁（以下、単に比例弁という）３２が設けられている。

コントローラ３１には、シャトル弁１７の出口側でリモコン弁１１のパイロット圧を検出する圧力センサ３３からの圧力信号と、モード選択スイッチ３４からの信号が入力される。

モード選択スイッチ３４は、作業モードをショベルモードとクレーンモードの二種類（またはこの二モードを含む複数種類）のうちから選択し、コントローラ３１、または図示しない別の制御手段により、たとえばクレーンモードで、通常のクレーンに搭載されているのと同様のモーメントリミッタの機能を働かせたり、旋回、走行速度をショベルモードよりも低下させたり、エンジン回転数を低下させたりする等、選択された作業モードに応じた制御を行わせる。

ところで、油圧ショベルには、図２中に示すように運転席３５に通じる乗降口を開閉するゲートレバー３６が設けられ、オペレータの操作によってこのゲートレバー３６が開いた状態で機械の油圧動作を停止させる油圧ロック作用が働くように構成されている。

油圧ロックは、たとえばサブポンプ１４から各油圧アクチュエータ用のリモコン弁にパイロット一次圧を供給するラインを遮断してコントロールバルブの作動を停止させることによって行われる。

この実施形態では、このゲートレバー３６の開閉をたとえばリミットスイッチ等のゲートレバースイッチ３７で検出し、同スイッチ３７からのゲートレバー開き信号をもコントローラ３１に入力するように構成されている。３８は電源である。

次にこれら圧力信号、モード信号、ゲートレバー信号に基づくコントローラ３１の作用を含めたこの旋回ブレーキ装置の作用を説明する。

リモコン弁１１が操作されると、圧力センサ３３からの圧力信号に基づくコントローラ３１からの電気信号によって比例弁３２が励磁され、ブレーキ切換弁２９を介して送られるサブポンプ１４からの圧油がブレーキシリンダ１９の油圧室１９ａに供給される。

これにより、ブレーキシリンダ１９がバネに抗して縮小作動して旋回ブレーキ１２が解除されるため、旋回駆動装置９によって上部旋回体２が旋回する。

一方、リモコン弁１１が中立復帰すると、ブレーキ切換弁２９がブレーキ位置ロに切換わってブレーキシリンダ１９に対する圧油の供給が停止する。

上記作用を前提として、コントローラ３１によりモード信号及びゲートレバー信号に基づいて次の作用が行われる。

（ｉ）モード選択スイッチ３４がショベルモードを選択したとき
比例弁３２の開度が相対的に小さく設定され、ブレーキシリンダ１９の油圧室１９ａの圧力が、ショベルモードについて設定された時間（遅延時間）をかけて、比例弁３２を通じてタンクＴに戻される。

これにより、リモコン弁１１（コントロールバルブ１０）の中立復帰から一定時間、油圧ブレーキにより減速されながら中立流しを行った後に旋回ブレーキ１２が作動し、上部旋回体２が旋回停止、保持される。このため、中立流し状態からの急ブレーキによって構造物や旋回駆動装置９の破損を防止することができる。

（ｉｉ）モード選択スイッチ３４がクレーンモードを選択したとき
比例弁３２が全開状態とされ、ブレーキシリンダ１９の油圧室１９ａの圧力が遅延時間無しでタンクＴに戻される。

これにより、クレーン作業時には、リモコン弁１１の中立復帰後、速やかにブレーキ作動させて吊荷の位置合わせ作業を可能とするとともに、傾斜地でのクレーン作業時に不測の旋回を防止する等、作業の能率と安全性を向上させることができる。

（ｉｉｉ）ゲートレバー３６が開いて油圧ロック作用が働いたとき
ショベルモードが選択されていても、また仮にリモコン弁１１が操作中であっても、コントローラ３１から比例弁３２への励磁電流が停止し、比例弁３２が全開状態となる。

これにより、ブレーキシリンダ１９の圧力が即座にタンクＴに抜けて旋回ブレーキ１２が作動状態となる。

このため、クレーン作業中に危険事態を未然に回避したい場合や、周囲の作業者に緊急の指示を出したい場合等に、油圧ロック操作（ゲートレバー開き操作）を行うことにより、即時に旋回ブレーキ１２が働き、構造物や旋回駆動装置の保護に優先して旋回を緊急停止させることができる。

他の実施形態
（１）上記実施形態では、サブポンプ１４からの圧油をブレーキ切換弁２９と電磁比例減圧弁３２とを介してブレーキシリンダ１９に供給する構成をとったが、ブレーキ切換弁２９を省略し、圧油を電磁比例減圧弁３２のみを介してブレーキシリンダ１９に供給する構成をとってもよい。

但し、電磁比例減圧弁３２及びその電気信号に異常が生じる可能性があるため、安全のため上記実施形態の構成をとるのが望ましい。

（２）上記実施形態では、クレーンモードでブレーキ作動までの遅延時間を０とする構成をとったが、０以上でショベルモードよりも短い時間に設定するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、ショベルモードで比例弁３２の開度を絞ることによってブレーキ作動を遅延させる構成をとったが、比例弁３２を全閉状態から遅延時間経過後に全開させてブレーキ作動させる構成をとってもよい。

この場合、比例弁３２に変えて電磁切換弁を用いてもよい。

（４）ブレーキ作動までの遅延時間を、ショベル、クレーン両モードの一方または双方において、スイッチやダイヤルによって調整できるようにしてもよい。

本発明の実施形態にかかる旋回ブレーキ装置を含む旋回回路図である。 本発明の適用対象例である油圧ショベルの概略側面図である。 従来の旋回回路図である。

２ 上部旋回体
７ 旋回モータの油圧源としてのメインポンプ
８ 旋回モータ
９ 旋回駆動装置
１０ コントロールバルブ
１１ 旋回操作手段としてのリモコン弁
１２ 旋回ブレーキ
１９ 旋回ブレーキを構成するブレーキシリンダ
１９ａ ブレーキシリンダの油圧室
１９ｂ 同バネ室
２０ 旋回ブレーキを構成するブレーキ体
２５ 油圧ブレーキ作用を行うリリーフ弁
２９ ブレーキ切換弁
３１ 遅延制御手段としてのコントローラ
３２ 遅延手段としての電磁比例減圧弁
３３ 圧力センサ
３４ モード選択手段としてのモード選択スイッチ

Claims (3)

1. 油圧ポンプからの圧油により回転駆動される旋回モータと、旋回操作手段により切換操作されて上記旋回モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、上記旋回モータを駆動源として旋回体を旋回駆動する旋回駆動装置と、上記コントロールバルブの中立状態で上記旋回駆動装置にブレーキ力を加えて上記旋回体を機械的に停止させかつ停止状態に保持するメカニカルブレーキである旋回ブレーキと、上記コントロールバルブの旋回位置からの中立復帰時に上記旋回ブレーキの作動を遅延させる遅延手段と、モード選択手段とを備え、上記モード選択手段は、オペレータの操作により、作業モードを、ショベル作業を行うショベルモードと、クレーン作業を行うクレーンモードを含む複数種類のうちから選択するように構成され、かつ、上記遅延手段による遅延時間内で油圧ブレーキ作用によって減速させるように構成された建設機械の旋回ブレーキ装置において、遅延制御手段により、上記遅延手段による遅延時間を、上記ショベル、クレーン両モードに応じて自動的に、かつ、クレーンモードでショベルモードよりも短く設定するように構成されたことを特徴とする建設機械の旋回ブレーキ装置。
2. 上記遅延制御手段は、上記遅延時間を無段連続的に選択し得るように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の旋回ブレーキ装置。
3. 上記旋回ブレーキは、伸縮作動によってブレーキ作動及びブレーキ解除作動を行うブレーキシリンダを備え、このブレーキシリンダと、同シリンダの油圧源及びタンクとを結ぶブレーキ回路に、遅延制御手段によって開度が制御される遅延手段としての電磁比例減圧弁が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の旋回ブレーキ装置。

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