JP5103141B2 - 建設機械のブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧モータの回転を制動する建設機械のブレーキ装置に関する。

従来、クレーン等の建設機械において、ブレーキ操作に応じて油圧モータの回転を制動するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、ブレーキ操作によりブレーキバンドを駆動してブレーキドラムに摩擦力を付与し、油圧モータの回転を制動するようにしている。

特開平１１−３１０３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、ブレーキドラムに摩擦力を付与して油圧モータの回転を制動するため、バンドの磨耗や摩擦熱の発生が問題となる。バンドブレーキの代わりにディスクブレーキを用いた場合にも、同様の問題がある。

本発明による建設機械のブレーキ装置は、油圧ポンプからの圧油により回転する油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、方向制御弁を操作する制御弁操作手段と、オペレータが操作するブレーキ操作部材と、ブレーキ操作部材の操作量に応じて油圧モータのブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力手段と、ブレーキ操作部材の操作量に応じて油圧モータの戻り側の圧油の流れを制限する流れ制限手段とを備え、流れ制限手段は、ブレーキ操作部材の操作量に応じて油圧モータの戻り側の流路面積を減少させる弁装置を有し、弁装置は、ブレーキ操作部材の操作量に応じて油圧モータの戻り側の流路面積を減少させる第１のパイロット圧が作用する第１のパイロット部と、第１のパイロット圧に対抗し、油圧モータの戻り側の圧油の圧力に応じて油圧モータの戻り側の流路面積を増大させる第２のパイロット圧が作用する第２のパイロット部とを有し、油圧モータの戻り側の圧油の圧力に応じた反力をブレーキ操作部材に作用させることを特徴とする。
弁装置を油圧モータの供給側および戻り側にそれぞれ設け、これら各弁装置にそれぞれ並列に、油圧モータの供給側の流れを許容し、戻り側の流れを阻止する逆止弁を設けることもできる。
弁装置を油圧モータのハウジングに着脱可能に設けるようにしてもよい。

本発明によれば、ブレーキ操作量に応じて油圧モータの戻り側の圧油の流れを制限するようにしたので、ブレーキ装置としてバンドブレーキやディスクブレーキを用いる必要がなく、バンドの磨耗や摩擦熱の問題を解消できる。

以下、図１〜図４を参照して本発明による建設機械のブレーキ装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るブレーキ装置が適用される建設機械の一例であるクレーンの外観側面図である。クレーンは、走行体１と、旋回輪２を介して走行体上に旋回可能に設けられた旋回体３と、旋回体３に回動可能に軸支されたブーム４とを有する。旋回体３には巻上ドラム５と起伏ドラム６が搭載されている。巻上ドラム５には巻上ロープ５ａが巻回され、巻上ドラム５の駆動により巻上ロープ５ａが巻き取りまたは繰り出され、フック７が昇降する。起伏ドラム６には起伏ロープ６ａが巻回され、起伏ドラム６の駆動により起伏ロープ６ａが巻き取りまたは繰り出され、ブーム４が起伏する。

旋回輪２は旋回用油圧モータにより駆動され、巻上ドラム５は巻上用油圧モータにより駆動され、起伏ドラム６は起伏用油圧モータにより駆動される。これら油圧モータの回転はブレーキ装置によって制動可能である。以下では、とくに旋回用油圧モータのブレーキ装置について説明する。

図２は、旋回用油圧モータの駆動用油圧回路図である。この油圧回路は、エンジン１０により駆動される可変容量型油圧ポンプ１１と、油圧ポンプ１１からの圧油により回転する旋回用油圧モータ１２と、油圧ポンプ１１から油圧モータ１２への圧油の流れを制御する方向制御弁１３と、方向制御弁１３を操作する操作レバー１４と、操作レバー１４の操作に応じたパイロット圧を発生するパイロット弁１５と、油圧モータ１２の回転を制動するブレーキ装置２０とを有する。

油圧モータ１２の出力軸１２ｓは遊星減速機構１６を介してピニオン１７に連結されている。旋回輪２は、略リング状に形成された内輪２ａと、転動体２ｃを介して内輪２ａの外周側に相対回転可能に設けられた外輪２ｂとを有する。内輪２ａは走行体１から支持され、外輪２ｂは旋回体３から支持されている。内輪２ａの内周面にはリングギヤ１８が形成され、ピニオン１７はリングギヤ１８に噛合している。これによりピニオン１７が回転すると、外輪２ｂに対し内輪２ａが相対回転し、旋回体３が旋回する。

ブレーキ装置２０は、油圧ポンプ２１と、ブレーキペダル２２の操作量に応じたパイロット圧Ｐｉを発生するパイロット弁２３と、方向制御弁１３と油圧モータ１２の間のメイン回路Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ介装された一対のブレーキ制御弁２４，２５と、ブレーキ制御弁２４，２５に対してそれぞれ並列に設けられたチェック弁２６，２７とを有する。

パイロット弁２３は、ブレーキペダル２２の操作量の増加に伴いパイロット圧Ｐｉを増加させ、ブレーキペダル２２の非操作時にパイロット圧Ｐｉは最小となる。ブレーキ制御弁２４，２５は、パイロットポート２４ａ，２５ａに作用するパイロット弁２３からのパイロット圧Ｐｉと、パイロットポート２４ｂ，２５ｂに作用する油圧モータ１２の戻り側圧力およびばね２４ｃ，２５ｃの付勢力とに応じて駆動する。これにより油圧モータ１２の戻り側の流路Ｌ１，Ｌ２が絞られ、油圧モータ１２の戻り側の圧油の流量と圧力Ｐａ，Ｐｂが制御される。

図３は、ブレーキ制御弁２４，２５に作用するパイロット圧Ｐｉと油圧モータ１２の戻り側圧力ＰＡ，ＰＢとの関係を示す図である。戻り側圧力Ｐａ，Ｐｂは、パイロット圧Ｐｉの増加に伴い比例的に増加している。このように戻り側圧力Ｐａ，Ｐｂが増加することで、油圧モータ１２に作用する油圧ブレーキ力が増大し、油圧モータ１２の回転が制限される。なお、図３の戻り側圧力Ｐａ，Ｐｂの特性は、ばね２４Ｃ，２５Ｃの設定変更等により適宜調整可能である。

ブレーキ制御弁２４，２５とチェック弁２６，２７はブレーキハウジング３０内に一体に組み込まれている。図４（ａ），（ｂ）は、ブレーキハウジング３０の取付構造を示す平面図および正面図である。油圧モータ１２のハウジング１２０の側端面には油圧モータ１２へ圧油を供給、排出するためのＡポート１２ａ，Ｂポート１２ｂが設けられ、これらＡ，Ｂポート１２ａ，１２ｂに面してブレーキハウジング３０がモータハウジング１２０にボルト等により着脱可能に取り付けられている。

図示は省略するが、ハウジングブロック３０の端面には、方向制御弁１３に接続された一対の配管と、パイロット弁２３に接続された配管がそれぞれ接続されている。なお、油圧モータ１２の下方には減速機１６が設けられ、減速機１６は不図示の旋回体フレームの上面に固定されている。減速機１６の底面から突出した出力軸にピニオン１７が支持され、ピニオン１７にリングギヤ１８が噛合している。

本実施の形態に係るブレーキ装置の主要な動作を説明する。例えば操作レバー１４をＡ方向に操作すると、パイロット弁１５からのパイロット圧により方向制御弁１３はＡ位置に切り換わり、油圧ポンプ１１からの圧油が管路Ｌ１を介して油圧モータ１２に供給される。これにより油圧モータ１２が回転し、油圧モータ１２の回転は減速機１６、ピニオン１７をリングギヤ１８に伝達され、旋回体３が旋回する。このとき、ブレーキペダル２２が非操作であれば、ブレーキ制御弁２４，２５は開放弁となり、油圧モータ１２からの戻り油の流れはブレーキ制御弁２５によっては制限されない。

この状態で、ブレーキペダル２２を踏み込み操作すると、その操作量に応じたパイロット圧Ｐｉがそれぞれブレーキ制御弁２４，２５のパイロットポート２４ａ，２５ａに作用する。このパイロット圧Ｐｉによりブレーキ制御弁２４，２５が絞り側に駆動され、ブレーキ制御弁２４，２５の流路面積が減少する。これにより油圧モータ１２にはチェック弁２６を介して油圧ポンプ１１から圧油が供給されるが、油圧モータ１２の戻り油はブレーキ制御弁２５で制限される。このため、油圧モータ１２の戻り側圧力Ｐａが上昇し、油圧モータ１２に油圧ブレーキ力が作用する。

油圧モータ１２の戻り側圧力Ｐａはブレーキ制御弁２５のパイロットポート２５ｂに作用し、パイロットポート２５ａのパイロット圧Ｐｉに対抗する。このため、戻り側圧力Ｐａが上昇すると、ブレーキ制御弁２５が開き側に駆動され、油圧ブレーキ力の増加が抑えられる。ブレーキ力を増加させる場合には、オペレータがブレーキペダル２２の踏み込み量を増やす。これによりブレーキ制御弁２５の流路面積が小さくなり、戻り側圧力Ｐａが上昇して、ブレーキ力が増加する。

この際、ブレーキペダル２２には戻り側圧力Ｐａに応じた反力が作用するため、オペレータはブレーキペダル２２の操作を通じてブレーキ力の大きさを体感でき、ブレーキ力の調整が容易である。ブレーキペダル２２の操作により油圧モータ１２の回転を停止した後、その回転停止状態を長時間継続する場合には、図示しないネガブレーキ装置を作動する。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）油圧モータ１２と方向制御弁１３を接続する管路Ｌ１，Ｌ２にブレーキ制御弁２４，２５を設け、ブレーキ操作に応じてブレーキ制御弁２４，２５の流路面積を絞るようにしたので、油圧モータ１２に油圧ブレーキ力を付与できる。このため、ディスクブレーキのように回転体にブレーキディスクを接触させて摩擦力を付与するという必要がないので、ブレーキディスクの磨耗や摩擦熱が問題とならず、油圧モータ１２に良好にブレーキ力を付与できる。

（２）ブレーキ制御弁２４，２５に対して並列にチェック弁２６，２７を設けるので、油圧モータ１２の供給側の圧油の流れは制限されず、キャビテーションの発生を防止できる。
（３）ブレーキ制御弁２４，２５とチェック弁２６，２７によりブレーキ装置２０を構成するので、電気的な制御が不要であり、構成を簡素化できる。
（４）ブレーキペダル２２の操作によるパイロット圧Ｐｉに対抗して、ブレーキ制御弁２４，２５のパイロットポート２４ｂ，２５ｂに油圧モータ１２の戻り側圧力Ｐａ，Ｐｂが作用するので、油圧モータ１２に過大な油圧力が作用することを防止でき、油圧モータ１２を保護できる。

（５）ブレーキ制御弁２４，２５とチェック弁２６，２７が組み込まれたブレーキハウジング３０を、モータハウジング１２０に着脱可能に取り付けるようにしたので、ブレーキ装置２０の後付けが容易である。すなわちブレーキ装置２０を有しない仕様では、モータハウジング１２０のＡ，Ｂポート１２ａ，１２ｂに、方向制御弁１３に接続された一対の配管が接続されている。この状態から、Ａ，Ｂポート１２ａ，１２ｂに面してブレーキハウジング３０をモータハウジング１２０に取り付けるだけでよいので、ブレーキ装置２０を後付けが容易である。

なお、上記実施の形態では、ブレーキ制御弁２４，２５により油圧モータ１２の戻り側の流路面積を減少させるようにしたが、ブレーキペダル２２の操作量に応じて油圧モータ１２の戻り側の圧油の流れを制限するのであれば、流れ制限手段はこれに限らない。ブレーキ制御弁２４，２５に、ブレーキペダル２２の操作によるパイロット圧Ｐｉ（第１のパイロット圧）が作用するパイロットポート２４ａ，２５ａ（第１のパイロット部）と、油圧モータ１２の戻り側圧力Ｐａ，Ｐｂ（第２のパイロット圧）が作用するパイロットポート２４ｂ、２５ｂ（第２のパイロット部）とを設けた。そして、これらパイロット圧Ｐｉ，Ｐａ，Ｐｂに応じて流路面積が減少し、戻り側の流量と圧力が同時に制御される圧力流量制御弁としてブレーキ制御弁２４，２５を構成したが、ブレーキ制御弁２４，２５を単なる可変絞り弁として構成してもよい。すなわち戻り側の流路面積を減少させる弁装置の構成はいかなるものでもよい。

弁装置を電磁比例弁として構成してもよい。この場合、油圧モータ１２の供給側と戻り側の流路面積を同時に絞るのではなく、油圧モータ１２の回転方向を検出し、戻り側の流路面積のみ絞るようにしてもよい。これにより、油圧モータ１２の供給側の流れを許容し、戻り側の流れを阻止する逆止弁としてのチェック弁２６，２７を省略できる。ブレーキ制御弁２４，２５とチェック弁２６，２７が組み込まれたブレーキハウジング３０をモータハウジング１２０に着脱可能に設けたが、ブレーキハウジング３０の取付構造は図４に示したものに限らない。

操作レバー１４の操作により方向制御弁１３を操作するようにしたが、制御弁操作手段の構成はこれに限らない。ブレーキペダル２２の操作により油圧モータ１２のブレーキ指令を出力するようにしたが、ブレーキ操作手段の構成はこれに限らない。例えばレバー操作によりブレーキ指令を出力するものであっってもよい。上記実施の形態では、旋回用油圧モータ１２にブレーキ装置２０を適用したが、ウインチ用油圧モータにも同様に適用可能である。この場合、巻下げ側の戻り管路にのみブレーキ制御弁を設けるようにしてもよい。

上記実施の形態は、クレーン（図１）に適用したが、油圧モータを有する他の建設機械にも適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の建設機械のブレーキ装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係るブレーキ装置が適用されるクレーンの外観側面図。 本実施の形態に係る旋回用油圧モータの駆動用油圧回路図。 ブレーキ操作によるパイロット圧と油圧モータの戻り側圧力との関係を示す図。 本発明の実施の形態に係るブレーキ装置を構成するブレーキハウジングの取付構造を示す図。

符号の説明

１２ 旋回用油圧モータ
１３ 方向制御弁
１４ 操作レバー
２１ 油圧ポンプ
２２ ブレーキペダル
２３ パイロット弁
２４，２５ ブレーキ制御弁
２４ａ，２５ａ パイロットポート
２４ｂ，２５ｂ パイロットポート
２６，２７ チェック弁
３０ ブレーキハウジング
１２０ モータハウジング

Claims (3)

1. 油圧ポンプからの圧油により回転する油圧モータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、
   前記方向制御弁を操作する制御弁操作手段と、
   オペレータが操作するブレーキ操作部材と、
   前記ブレーキ操作部材の操作量に応じて前記油圧モータのブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力手段と、
   前記ブレーキ操作部材の操作量に応じて前記油圧モータの戻り側の圧油の流れを制限する流れ制限手段とを備え、
   前記流れ制限手段は、前記ブレーキ操作部材の操作量に応じて前記油圧モータの戻り側の流路面積を減少させる弁装置を有し、
   前記弁装置は、
   前記ブレーキ操作部材の操作量に応じて前記油圧モータの戻り側の流路面積を減少させる第１のパイロット圧が作用する第１のパイロット部と、
   前記第１のパイロット圧に対抗し、前記油圧モータの戻り側の圧油の圧力に応じて前記油圧モータの戻り側の流路面積を増大させる第２のパイロット圧が作用する第２のパイロット部とを有し、
   前記油圧モータの戻り側の圧油の圧力に応じた反力を前記ブレーキ操作部材に作用させることを特徴とする建設機械のブレーキ装置。
2. 請求項１に記載の建設機械のブレーキ装置において、
   前記弁装置は、前記油圧モータの供給側および戻り側にそれぞれ設けられ、
   これら各弁装置にそれぞれ並列に設けられ、前記油圧モータの供給側の流れを許容し、戻り側の流れを阻止する逆止弁をさらに有することを特徴とする建設機械のブレーキ装置。
3. 請求項１または２に記載の建設機械のブレーキ装置において、
   前記弁装置は、前記油圧モータのハウジングに着脱可能に設けられることを特徴とする建設機械のブレーキ装置。

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