JP5384718B2 - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械、特に下部走行体上で上部旋回体を電動モータを用いて旋回させる形式の建設機械に用いられる旋回装置に関する。
一般に、建設機械の代表例としての油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回輪を介して旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体の前部側に設けられた作業装置とにより大略構成されている。特に、昨今では、油圧ショベルの駆動効率向上及び燃費向上のため、旋回装置の電動化に関する技術が提案されている。下部走行体と上部旋回体との間には電動式のモータにより駆動する旋回装置が設けられ、この旋回装置を作動させることにより下部走行体上で上部旋回体が旋回する構成となっている(特許文献1)。
ここで、旋回装置は、通常、上部旋回体に取付けられ入力回転を減速して出力する減速装置と、該減速装置の上側に設けられ減速装置にモータ軸の回転を入力する電動式の旋回モータと、減速装置によって減速されたモータ軸の回転を旋回輪に出力する出力軸とを備えて構成されている。
ここで、特許文献1の旋回装置には、旋回モータの回転に対して制動力を付与する湿式多板のブレーキ装置(ブレーキ部)が設けられ、このブレーキ装置は、減速装置(減速部)と旋回モータ(モータ部)との間に配設されている。
また、他の従来技術による旋回装置として、ケーシング内に配置された3段の減速機構のうち、1段目の減速機構(第1減速部)と2段目の減速機構(第2減速部)との間に湿式多板のブレーキ装置(メカニカルブレーキ)を設ける構成となった旋回装置が提案されている(特許文献2)。
特開2006−25580号公報 特開2007−39990号公報
しかし、特許文献1による旋回装置は、減速装置の上側にブレーキ装置を配置し、さらにブレーキ装置の上側に旋回モータを配置する構成となっている。このため、ブレーキ装置に対する保守、点検等のメンテナンス作業を行うときには、ブレーキ装置の上側に配置された旋回モータを取外す必要がある。さらに、メンテナンス作業の終了後には、ブレーキ装置の上側に旋回モータを再び取付ける必要がある。この結果、ブレーキ装置に対するメンテナンス作業の作業性が低下してしまうという問題がある。
一方、特許文献2による旋回装置は、減速装置を構成する1段目の減速部と2段目の減速部との間にブレーキ装置を配置し、さらに、減速機構の上側に旋回モータを配置する構成となっている。このため、ブレーキ装置に対するメンテナンス作業を行うときには、減速装置の上側に配置された旋回モータを取外すだけでなく、1段目の減速部をケーシングから取外す必要がある。この結果、ブレーキ装置に対するメンテナンス作業を行うときの作業性が一層低下してしまうという問題がある。
また、特許文献2による旋回装置は、減速装置を構成する1段目の減速部と2段目の減速部との間にブレーキ装置を配置している。従って、ブレーキ装置は、減速装置を潤滑するためにケーシング内に貯溜された潤滑油を用いて冷却することができる。しかし、ブレーキ装置を用いて上部旋回体の旋回動作を急停止させるような場合には、ブレーキ装置から大量の熱が発生するため、ケーシング内に貯溜された潤滑油だけではブレーキ装置を効率良く冷却することができないという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、ブレーキ装置に対するメンテナンス作業の作業性を向上することができ、かつ、ブレーキ装置を効率良く冷却することができる建設機械の旋回装置を提供することを目的としている。
述した課題を解決するため本発明は、下部走行体上に旋回輪を介して搭載された上部旋回体に上,下方向に伸長して取付けられ入力回転を減速して出力する減速装置と、該減速装置の上側に設けられ前記減速装置にモータ軸の回転を入力する電動モータと、前記減速装置によって減速された前記モータ軸の回転を前記旋回輪に出力する出力軸とを備えてなる建設機械の旋回装置に適用される。
請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記電動モータの上端側には、前記モータ軸の回転に対して制動力を付与する湿式ブレーキ装置を設け、前記湿式ブレーキ装置は、前記電動モータの上端側に取付けられ内部に前記モータ軸の上端部を収容するブレーキケースと、前記ブレーキケース内で前記モータ軸に着脱可能に取付けられたアダプタと、前記ブレーキケース内で該アダプタの外周側に配置された複数の回転側ブレーキ板と、該各回転側ブレーキ板と交互に重り合う状態で前記ブレーキケースの内周側に配置された複数の非回転側ブレーキ板と、ばね部材の付勢力によって前記回転側ブレーキ板と前記非回転側ブレーキ板とを摩擦係合させることにより前記モータ軸に制動力を付与し、外部からブレーキ解除圧が供給されることにより前記ばね部材に抗して前記モータ軸に対する制動を解除するブレーキピストンと、前記ブレーキケース内に供給される潤滑油とにより構成し、前記ブレーキケースの下端側には前記回転側ブレーキ板と前記非回転側ブレーキ板との近傍に位置して前記潤滑油が流入する潤滑油流入口を設け、前記ブレーキケースの上端部には前記回転側ブレーキ板と前記非回転側ブレーキ板との間を通る前記潤滑油が流出する潤滑油流出口を設けたことにある。
この構成によると、電動モータの上端側にブレーキ装置を設けたので、電動モータの上端側からブレーキ装置を単独で取外してメンテナンス作業を行うことができる。一方、メンテナンスが終了したら、ブレーキ装置を電動モータの上端側に取付けるだけで、減速装置、電動モータ、ブレーキ装置からなる旋回装置を迅速に組立てることができる。このように、ブレーキ装置を取外すために電動モータ等の他の部材を取外す必要がないため、ブレーキ装置に対する保守、点検等のメンテナンス作業を行うときの作業性を向上することができる。
また、ブレーキケース内に収容されたモータ軸に対してアダプタを着脱可能に設け、ブレーキ装置を構成する複数の回転側ブレーキ板をアダプタの外周側に取付けることができる。従って、例えばモータ軸の外周側に複数の回転側ブレーキ板を直接的に取付ける場合に比較して、モータ軸のうち回転側ブレーキ板の取付部が部分的に損傷するのを抑えることができ、モータ軸を含む電動モータ全体の寿命を延ばすことができる。
しかも、複数の回転側ブレーキ板をアダプタの外周側に取付けると共に、各回転側ブレーキ板間に複数の非回転側ブレーキ板を重ね合わせることにより、アダプタと、複数の回転側ブレーキ板と、複数の非回転側ブレーキ板とからなる組立体(サブアッセンブリ体)を予め組立てておくことができる。従って、電動モータの上端側にブレーキケースを組付けた状態で、複数の回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板とを取付けたアダプタをブレーキケース内のモータ軸に組付けることにより、各非回転側ブレーキ板を各回転側ブレーキ板と重ね合わせた状態でブレーキケースの内周側に配置することができる。
この結果、例えば複数の回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板とを、モータ軸の外周側とブレーキケースの内周側とに1枚ずつ交互に重ね合わせて配置するといった煩雑な組付け作業を不要にでき、電動モータにブレーキ装置を組付けるときの作業性を大幅に向上することができる。
一方、この構成によれば、ブレーキケースの下端側に設けた潤滑油流入口と上端部に設けた潤滑油流出口とを通じて、ブレーキケース内に潤滑油を循環させることができる。これにより、例えば上部旋回体の旋回動作をブレーキ装置によって急停止させるような場合に、回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板との摩擦係合によって大量の熱が発生したとしても、この熱をブレーキケース内を循環する潤滑油によって効率良く冷却することができる。
しかも、潤滑油流出口をブレーキケースの上端部に設けることにより、ブレーキケース内に流入する潤滑油中に空気が混入した場合でも、この空気を潤滑油流出口を通じてブレーキケースの外部に確実に排出することができる。この結果、ブレーキケース内に空気が滞留するのを防止し、ブレーキケース内を大量の潤滑油で満たすことにより、ブレーキ装置に対する冷却効果を高めることができる。
さらに、ブレーキケース内に流入した潤滑油が、回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板との間を通過した後に潤滑油流出口を通じてブレーキケースの外部に流出する。この結果、回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板との摩擦係合部から発生した摩耗粉等のダストを潤滑油によって洗浄することができ、ブレーキ装置の制動力を長期に亘って適正に保つことができる。
請求項2の発明は、アダプタとブレーキケースとの間にはブレーキケースに対してアダプタを回転可能に支持する軸受を設け、軸受には潤滑油に混入した異物を捕捉するダストシールを設け、モータ軸の外周側には、軸受よりも下側に位置して潤滑油を電動モータに対して封止するオイルシールを設ける構成としたことにある。
この構成によると、アダプタを回転可能に支持する軸受にダストシールを設けることにより、ブレーキ装置の回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板との摩擦係合によって生じた摩耗粉等の異物(ダスト)を、ダストシールによって捕捉することができる。一方、モータ軸の外周側にオイルシールを設けることにより、ブレーキ装置の潤滑油が電動モータ側に流入するのを抑えることができ、電動モータの寿命を延ばすことができる。
この場合、オイルシールは軸受よりも下側に配置されているので、ブレーキ装置からのダストがオイルシールとモータ軸との接触部分に付着するのを、軸受に設けたダストシールによって確実に防止することができ、オイルシールの寿命を延ばすことができる。
請求項3の発明、潤滑油は、上部旋回体および下部走行体に搭載された油圧アクチュエータに供給される作動油の一部を利用する構成としたことにある。この構成によると、上部旋回体および下部走行体に搭載された油圧アクチュエータに給排される作動油を潤滑油として利用することができる。このため、ブレーキ装置を冷却するために格別な潤滑油を用いる必要がなく、この潤滑油を保持するタンク等を不要にできるので、ブレーキ装置全体の部品点数を削減し、コストの低減にも寄与することができる。
請求項4の発明、モータ軸の上端部には雄スプライン部を設ける構成とし、アダプタには、内周側にモータ軸の雄スプライン部が係合する雌スプライン部を設ける構成とし、ブレーキケースは、上側が開口すると共に内部にモータ軸、アダプタ、回転側ブレーキ板、非回転側ブレーキ板、ブレーキピストンおよびばね部材を収容する筒状のケース本体と、該ケース本体の上側を施蓋する蓋体とにより構成し、ケース本体から蓋体を取外した状態で、モータ軸の雄スプライン部に対してアダプタ、回転側ブレーキ板および非回転側ブレーキ板を上,下方向に取付ける構成としたことにある。
この構成によると、ブレーキケースのケース本体を電動モータのモータケースに組付け、このケース本体から蓋体を取外した状態で、アダプタに対し複数の回転側ブレーキ板と非回転側ブレーキ板とを交互に重ね合わせて取付けた組立体を、ブレーキケースのケース本体内に上方から挿入することができる。そして、アダプタの雌スプライン部を、ブレーキケースのケース本体内でモータ軸の雄スプライン部に係合させることにより、各非回転側ブレーキ板を、容易にケース本体内に組付けることができる。
本発明の実施の形態による旋回装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。 本発明の実施の形態による旋回装置を示す断面図である。 図2中のブレーキ装置を示す拡大断面図である。 ブレーキ装置の組付け状態を示す分解図である。 ブレーキ装置に供給される潤滑油、ブレーキ解除圧の供給経路を示す油圧回路図である。
以下、本発明に係る建設機械の旋回装置の実施の形態を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図中、1は建設機械の代表例である油圧ショベルを示し、該油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3とにより大略構成され、上部旋回体3の前部側には作業装置4が俯仰動可能に設けられている。下部走行体2と上部旋回体3との間には後述の旋回輪5が設けられ、上部旋回体3は旋回輪5を介して下部走行体2上に旋回可能に支持されている。
5は下部走行体2と上部旋回体3との間に設けられた旋回輪を示し、該旋回輪5は、図1に示す下部走行体2の丸胴2A上に固定された内輪5Aと、上部旋回体3のベースとなる旋回フレーム3Aの下面側に固定された外輪5Bと、内輪5Aと外輪5Bとの間に設けられた多数の鋼球5C(1個のみ図示)とにより構成されている。内輪5Aの内周側には、全周に亘って内歯5Dが形成されている。そして、後述の旋回装置11が作動して旋回フレーム3Aに固定された外輪5Bが内輪5Aの周囲を回転することにより、上部旋回体3が下部走行体2上で旋回動作を行う構成となっている。
次に、11は本実施の形態による旋回装置を示し、この旋回装置11は、旋回輪5を介して下部走行体2上に支持された上部旋回体3を旋回させるものである。ここで、旋回装置11は、後述の減速装置12、電動モータ21、出力軸27、湿式ブレーキ装置30等により構成されている。
12は上部旋回体3の旋回フレーム3A上に取付けられた減速装置で、該減速装置12は、後述する電動モータ21から入力される入力回転を減速して後述の出力軸27に出力するものである。ここで、減速装置12は、後述のハウジング13と、1段目の遊星歯車減速機構18と、2段目の遊星歯車減速機構19と、3段目の遊星歯車減速機構20とにより大略構成されている。
13は減速装置12の外殻をなすハウジングで、該ハウジング13は、旋回フレーム3Aの上面側に取付けられた円筒状の下側ハウジング14と、該下側ハウジング14の上端側に取付けられた円筒状の上側ハウジング15とにより形成されている。従って、ハウジング13は、旋回フレーム3Aの上面から上方(上,下方向)に延びている。ここで、下側ハウジング14の上,下方向の両端側には、大径な円板状の下フランジ部14A,上フランジ部14Bがそれぞれ設けられている。この下フランジ部14Aは、ボルト16を用いて旋回フレーム3Aに固定され、上フランジ部14Bには、上側ハウジング15が取付けられている。
一方、上側ハウジング15の下端側には、大径な円板状の下フランジ部15Aが設けられ、該下フランジ部15Aは、ボルト17を用いて下側ハウジング14の上フランジ部14Bに固定されている。上側ハウジング15の上端側には、後述の電動モータ21が取付けられている。さらに、上側ハウジング15の内周側には、上,下方向に離間して3つの内歯車15B,15C,15Dが、それぞれ全周に亘って形成されている。
18は上側ハウジング15内に配設された1段目の遊星歯車減速機構で、該遊星歯車減速機構18は、後述する電動モータ21のモータ軸25にスプライン結合された太陽歯車18Aと、該太陽歯車18Aと上側ハウジング15の内歯車15Bとに噛合し、太陽歯車18Aの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車18B(1個のみ図示)と、該各遊星歯車18Bを回転可能に支持するキャリア18Cとにより構成されている。
19は遊星歯車減速機構18の下側に配設された2段目の遊星歯車減速機構で、該遊星歯車減速機構19は、1段目の遊星歯車減速機構18のキャリア18Cにスプライン結合された太陽歯車19Aと、該太陽歯車19Aと上側ハウジング15の内歯車15Cとに噛合し、太陽歯車19Aの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車19Bと、該各遊星歯車19Bを回転可能に支持するキャリア19Cとにより構成されている。
20は遊星歯車減速機構19の下側に配設された3段目(最終段)の遊星歯車減速機構で、該遊星歯車減速機構20は、2段目の遊星歯車減速機構19のキャリア19Cにスプライン結合された太陽歯車20Aと、該太陽歯車20Aと上側ハウジング15の内歯車15Dとに噛合し、太陽歯車20Aの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車20Bと、該各遊星歯車20Bを回転可能に支持するキャリア20Cとにより構成されている。この遊星歯車減速機構20のキャリア20Cは、後述する出力軸27の上端側にスプライン結合される構成となっている。
次に、21は減速装置12の上側に設けられた電動モータを示し、該電動モータ21は、後述の出力軸27を駆動するための回転源となるものである。ここで、電動モータ21は、下端側に大径な下フランジ部22Aが設けられた円筒状のモータケース22と、該モータケース22内に固定して設けられた固定子23、および回転可能に設けられた回転子24と、該回転子24と一体に回転するモータ軸25とにより大略構成されている。
この場合、図3に示すように、モータケース22の中心部には、軸方向(上,下方向)に貫通する軸挿通孔22Bが形成されている。一方、モータケース22の上端側には、軸挿通孔22Bを取囲んで後述のオイルシール48が嵌合する大径穴からなるシール嵌合部22Cが設けられている。モータケース22は、その下フランジ部22Aを、ボルト26を用いて上側ハウジング15の上端部に固定することにより、減速装置12の上端側に電動モータ21が取付けられている。
一方、モータ軸25の両端側は、モータケース22の軸挿通孔22Bを通じて該モータケース22の外部に突出している。そして、モータ軸25の下端側には全周に亘って下側雄スプライン部25Aが形成され、モータ軸25の上端側には全周に亘って上側雄スプライン部25Bが形成されている。従って、減速装置12の上端側に電動モータ21を取付けた状態では、モータ軸25の下側雄スプライン部25Aは、上側ハウジング15内に向けて下側に挿入され、1段目の太陽歯車18Aにスプライン結合される構成となっている。一方、モータ軸25の上端部である上側雄スプライン部25Bは、モータケース22の上面部から突出しており、この上側雄スプライン部25Bは、後述のブレーキケース31内に向けて挿入され、該ブレーキケース31内に収容される構成となっている。
27はハウジング13内に回転可能に設けられた出力軸で、該出力軸27は、下側ハウジング14内に上側軸受28,下側軸受29を介して回転可能に支持され、ハウジング13内を上,下方向(軸方向)に延びている。ここで、出力軸27の上端側には雄スプライン部27Aが形成され、該雄スプライン部27Aは、3段目の遊星歯車減速機構20のキャリア20Cにスプライン結合されている。一方、出力軸27の下端側にはピニオン27Bが一体に設けられ、該ピニオン27Bは、下側ハウジング14の下端部から下方に突出し、旋回輪5の内輪5Aに設けられた内歯5Dに噛合している。
従って、電動モータ21のモータ軸25の回転は、遊星歯車減速機構18,19,20によって3段減速された状態で出力軸27に伝達され、出力軸27は大きな回転力(トルク)をもって低速で回転する。これにより、出力軸27のピニオン27Bは、旋回輪5の内歯5Dに噛合しつつ内輪5Aに沿って公転し、このピニオン27Bの公転力がハウジング13を介して旋回フレーム3Aに伝わることにより、図1に示す上部旋回体3が、下部走行体2上で旋回動作を行う構成となっている。
次に、30は本実施の形態による湿式ブレーキ装置を示し、該湿式ブレーキ装置30は、電動モータ21の上端側に配設されている。ここで、湿式ブレーキ装置30は、電動モータ21のモータ軸25の回転に対して制動力を付与するネガティブ型のブレーキ装置が用いられている。図3および図4に示すように、湿式ブレーキ装置30は、後述のブレーキケース31、アダプタ36、回転側ブレーキ板39、非回転側ブレーキ板40、ブレーキピストン41、潤滑油46等により構成されている。
31は湿式ブレーキ装置30の外殻をなすブレーキケースで、該ブレーキケース31は、上側が開口し下側が底部となった有底筒状体として形成されている。このブレーキケース31は、下端側に大径な円板状の下フランジ部32Aが設けられ、上端側が開口端32Bとなった段付き円筒状をなすケース本体32と、該ケース本体32の上端側にボルト(図示せず)を用いて着脱可能に取付けられ、開口端32Bを施蓋する円板状の蓋体33とにより構成されている。
ここで、ケース本体32の底部側の軸中心位置には、モータ軸25の上側雄スプライン部25Bと後述のアダプタ36とが挿通される軸挿通孔32Cが設けられ、該軸挿通孔32Cの内周側には、後述の軸受37を取付ける環状の軸受取付部32Dが径方向内側に突設されている。一方、ケース本体32の内周側には、軸挿通孔32Cよりも上側に位置して後述の回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とを収容するブレーキ板収容凹部32Eが形成され、該ブレーキ板収容凹部32Eは、軸挿通孔32Cを取囲んだ有底な環状凹部となっている。
図4に示すように、ブレーキ板収容凹部32Eの内周面には、軸方向に延びる複数の係合凹溝32Fが周方向に一定の間隔をもって形成され、該係合凹溝32Fには非回転側ブレーキ板40の外周側が係合する構成となっている。また、ケース本体32の内周側には、ブレーキ板収容凹部32Eよりも上側に位置して段付きのピストン挿嵌孔32Gが形成され、該ピストン挿嵌孔32Gには、後述のブレーキピストン41が摺動可能に挿嵌される構成となっている。
さらに、ケース本体32のうちブレーキ板収容凹部32Eに対応する部位には、後述の回転側ブレーキ板39および非回転側ブレーキ板40の近傍に開口する潤滑油流入口32Hが半径方向に穿設されている。また、ケース本体32のうちピストン挿嵌孔32Gに対応する部位には、後述の油室45に開口するブレーキ解除圧流入口32Jが半径方向に穿設されている。一方、蓋体33の軸中心位置には潤滑油流出口33Aが穿設され、潤滑油流入口32Hを通じてケース本体32内に供給された後述の潤滑油46は、潤滑油流出口33Aを通じてケース本体32から流出する構成となっている。
そして、ケース本体32の下フランジ部32Aは、電動モータ21を構成するモータケース22の上端部に対し、ボルト34を用いて固定される。これにより、湿式ブレーキ装置30は、電動モータ21の上端側に着脱可能に取付けられている。また、ケース本体32の開口端32Bと蓋体33との間には、両者間を液密に封止する環状のシール35が設けられている。
36はブレーキケース31内に挿入されたモータ軸25の上端部に着脱可能に取付けられるアダプタを示している。このアダプタ36は、円筒状に形成され、その内周側には、モータ軸25の上側雄スプライン部25Bにスプライン結合される雌スプライン部36Aが全周にわたって形成されている。一方、アダプタ36の外周側には、軸方向に延びるブレーキ板係合溝36Bが全周に亘って形成され、このブレーキ板係合溝36Bには、後述の各回転側ブレーキ板39の内周側が係合する構成となっている。
37はアダプタ36とブレーキケース31との間に設けられた軸受で、該軸受37は、ブレーキケース31のケース本体32に対してアダプタ36を回転可能に支持するものである。ここで、軸受37は、アダプタ36のブレーキ板係合溝36Bよりも下側の外周に嵌合する内輪37Aと、ケース本体32の軸受取付部32Dに取付けられる外輪37Bと、内輪37Aと外輪37Bとの間に設けられた複数の鋼球37Cとにより構成されている。さらに、内輪37Aの下端側は、アダプタ36の外周側に取付けられた止め輪38によって支持されている。
39はアダプタ36の外周側に配置された複数枚の回転側ブレーキ板を示し、該各回転側ブレーキ板39は、円環状の板体として形成され、後述の非回転側ブレーキ板40と軸方向に交互に重り合う状態で、ケース本体32のブレーキ板収容凹部32E内に収容されている。ここで、回転側ブレーキ板39の内周側は、アダプタ36のブレーキ板係合溝36Bに、軸方向に移動可能に係合している。これにより、各回転側ブレーキ板39は、アダプタ36に対して軸方向に移動可能な状態で、該アダプタ36を介してモータ軸25と一体に回転する構成となっている。
40は各回転側ブレーキ板39と重り合う状態でブレーキケース31の内周側に配置された複数枚の非回転側ブレーキ板を示し、該各非回転側ブレーキ板40は、円環状の板体として形成され、各回転側ブレーキ板39と軸方向に交互に重り合う状態で、ケース本体32のブレーキ板収容凹部32E内に収容されている。非回転側ブレーキ板40の外周側は、ブレーキ板収容凹部32Eの内周面に形成された係合凹溝32Fに係合している。これにより、各非回転側ブレーキ板40は、ブレーキケース31に対して軸方向に移動可能となり、かつブレーキケース31に対して非回転となっている。
41はブレーキケース31(ケース本体32)のピストン挿嵌孔32Gに軸方向に摺動可能に挿嵌されたブレーキピストンで、該ブレーキピストン41は、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とを押圧して摩擦係合させることにより、モータ軸25の回転に制動力を付与するものである。ここで、ブレーキピストン41は、全体として段付き円筒状に形成され、ピストン挿嵌孔32Gの各段部に摺動可能に挿嵌される大径筒部41Aおよび小径筒部41Bと、小径筒部41Bの下側に設けられブレーキ板収容凹部32E内に突出する押圧部41Cとを備えている。
また、ブレーキピストン41の上端側には、軸方向に延びる有底のばね収容穴41Dが、周方向に離間して複数個(1個のみ図示)設けられ、該ばね収容穴41D内には、ばね部材42が配置されている。そして、ブレーキピストン41は、ばね部材42により下方(回転側ブレーキ板39等に接近する方向)に常時付勢され、各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを押圧部41Cによって押圧することにより、両者を摩擦係合させる。これにより、各回転側ブレーキ板39の回転が規制され、アダプタ36を介してモータ軸25に制動力が付与される構成となっている。
43はブレーキピストン41の大径筒部41Aの外周側に設けられた環状の上側シール、44はブレーキピストン41の小径筒部41Bの外周側に設けられた環状の下側シールを示している。これら上側シール43と下側シール44とは、ブレーキピストン41の外周面とブレーキケース31(ピストン挿嵌孔32G)の内周面との間を液密に封止するものである。
45はブレーキケース31のピストン挿嵌孔32Gの内周面とブレーキピストン41の外周面との間に設けられた油室を示している。この油室45は、ブレーキピストン41の大径筒部41Aと小径筒部41Bとの間の角隅部に位置して、ケース本体32のピストン挿嵌孔32Gの全周に亘って環状空間として形成されている。従って、油室45は、上側シール43と下側シール44とによって上,下方向から挟まれ、液密状態に保持されている。そして、油室45には、ケース本体32に設けられたブレーキ解除圧流入口32Jが常時連通している。
従って、ブレーキ解除圧流入口32Jを通じて油室45内に圧油(ブレーキ解除圧)が供給されていないときには、ブレーキピストン41が、ばね部材42の付勢力によって各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを摩擦係合させることにより、アダプタ36を介してモータ軸25に制動力が付与される。一方、ブレーキ解除圧流入口32Jを通じて油室45内に圧油が供給されたときには、ブレーキピストン41がばね部材42に抗して回転側ブレーキ板39等から離間することにより、モータ軸25に対する制動が解除される構成となっている。
この場合、湿式ブレーキ装置30を構成する複数の回転側ブレーキ板39は、モータ軸25にスプライン結合したアダプタ36の外周側に取付けられている。この結果、例えばモータ軸25の外周側に各回転側ブレーキ板39を直接的に取付ける場合に比較して、モータ軸25のうち各回転側ブレーキ板39を取付けた部位が損傷するのを抑え、モータ軸25を含む電動モータ21全体の寿命を延ばすことができる構成となっている。
次に、46はブレーキケース31内に供給される潤滑油である。この潤滑油46は、図5に示すように、ブレーキケース31内に収容された各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを潤滑すると共に、モータ軸25に対する制動時に回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合によって発生する熱を冷却するものである。従って、潤滑油46は、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とに対し潤滑機能と冷却機能とを併せもつものである。
ここで、本実施の形態では、潤滑油46として、下部走行体2に搭載された走行用の油圧モータ(図示せず)や、作業装置4に設けられた油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに供給される作動油を利用している。
47はアダプタ36を回転可能に支持する軸受37の上端側に設けられたダストシールを示し、該ダストシール47は、軸受37の内輪37Aと外輪37Bとの間の隙間に対応する環状の板体により形成され、内輪37Aと外輪37Bとの間の隙間を埋めるものである。そして、ダストシール47は、ブレーキケース31内に供給される潤滑油46中に混入した摩耗粉等の異物(ダスト)を捕捉し、このダストが軸受37を通過して下方に流下するのを抑えるものである。
48は軸受37よりも下側に位置してモータ軸25の外周側をシールするオイルシールを示し、該オイルシール48は、ブレーキケース31内に供給された潤滑油46が電動モータ21に対して封止するものである。ここで、オイルシール48は、その外周側をモータケース22のシール嵌合部22Cに嵌合させた状態で、該モータケース22に取付けられ、内周側のリップ部48Aをモータ軸25の外周面に適度な弾性をもって摺接させることにより、潤滑油46を電動モータ21に対して遮断するものである。
このように、本実施の形態では、モータ軸25の外周側にオイルシール48を設けることにより、ブレーキケース31内の潤滑油46が電動モータ21内に侵入するのを抑えることができる。一方、湿式ブレーキ装置30の回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合によって生じた摩耗粉等のダストを、ダストシール47によって捕捉することにより、オイルシール48のリップ部48Aとモータ軸25との接触部分にダストが付着するのを防止できる構成となっている。
次に、油室45に対する圧油(ブレーキ解除圧)の供給と、ブレーキケース31内への潤滑油46の供給を行う油圧回路について、図5を参照して説明する。
図中、49は上部旋回体3に搭載されたパイロットポンプ、50はメインポンプを示し、これらパイロットポンプ49およびメインポンプ50は、エンジン51によって回転駆動されることにより、作動油タンク52に貯溜された作動油を吐出するものである。
そして、パイロットポンプ49から吐出したパイロット圧油は、パイロット管路53を通じてアクチュエータコントロールバルブ54の油圧パイロット部に導入され、操作レバー、ペダル等の操作機器(図示せず)の操作に応じてアクチュエータコントロールバルブ54を切換制御する。
一方、メインポンプ50から吐出した圧油は、吐出管路55を通じてアクチュエータコントロールバルブ54に導入され、該アクチュエータコントロールバルブ54を介して作業装置4等を構成する所望の油圧アクチュエータ(図示せず)に供給される。一方、油圧アクチュエータからの戻り油は、アクチュエータコントロールバルブ54から戻り管路56を通じて冷却器57(オイルクーラ)に導入され、該冷却器57で冷却された後、作動油タンク52に環流する構成となっている。
58はパイロット管路53の途中部位とブレーキケース31のブレーキ解除圧流入口32Jとの間を連通させるブレーキ解除圧管路を示し、59はブレーキ解除圧管路58の途中に設けられたブレーキ制御弁を示している。ここで、ブレーキ制御弁59は、例えば3ポート2位置の電磁弁からなり、電磁パイロット部59Aに信号が供給されていないときには制動位置(a)を保持し、電磁パイロット部59Aに信号が供給されたときには制動解除位置(b)に切換えられるものである。
従って、例えば油圧ショベル1の停止時において電磁パイロット部59Aに信号が供給されていない状態では、ブレーキ制御弁59が制動位置(a)を保持することにより、湿式ブレーキ装置30の油室45は、作動油タンク52に連通している。これにより、図5に示すように、ブレーキピストン41がばね部材42の付勢力によって各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを摩擦係合させることにより、モータ軸25に対して制動力が付与される。
一方、例えばエンジン51の作動時において電磁パイロット部59Aに信号が供給されると、ブレーキ制御弁59が制動解除位置(b)に切換わる。これにより、パイロットポンプ49から吐出されたパイロット圧油の一部は、パイロット管路53からブレーキケース31のブレーキ解除圧流入口32Jを通じて油室45内に供給される。この結果、図3に示すように、ブレーキピストン41がばね部材42に抗して回転側ブレーキ板39等から離間し、各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40との摩擦係合を解除することにより、モータ軸25に対する制動が解除される構成となっている。
一方、60は戻り管路56とブレーキケース31の潤滑油流入口32Hとの間を連通する潤滑油管路で、該潤滑油管路60の一端側は冷却器57よりも上流側で戻り管路56の途中部位に接続され、他端側はブレーキケース31の潤滑油流入口32Hに接続されている。
従って、油圧ショベル1の作動時において、アクチュエータコントロールバルブ54を通じて油圧アクチュエータから作動油タンク52に環流する戻り油の一部は、潤滑油管路60から潤滑油流入口32Hを通じてブレーキケース31内に潤滑油46として供給される。一方、この潤滑油46は、各回転側ブレーキ板39、各非回転側ブレーキ板40等を潤滑した後、蓋体33の潤滑油流出口33Aを通じて作動油タンク52に環流する。なお、潤滑油管路60の途中には、潤滑油管路60に流れる戻り油を制限する絞り61が設けられている。
このように、本実施の形態では、ケース本体32の潤滑油流入口32Hと蓋体33の潤滑油流出口33Aとを通じて、ブレーキケース31内で潤滑油46が常に循環する構成となっている。これにより、例えば上部旋回体3の旋回動作を湿式ブレーキ装置30によって急停止させるような場合に、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合によって大量の熱が発生したとしても、この熱をブレーキケース31内を循環する潤滑油46によって効率良く冷却することができる構成となっている。
本実施の形態による旋回装置11は上述の如き構成を有するもので、次に、この動作について説明する。
油圧ショベル1の停止時においては、図5に示すように、ブレーキ制御弁59が制動位置(a)を保持することにより、湿式ブレーキ装置30の油室45内への圧油の供給が停止される。これにより、ブレーキピストン41がばね部材42の付勢力によって各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを摩擦係合させる。この結果、モータ軸25に対して制動力が付与され、上部旋回体3は下部走行体2上で静止した状態を保つ。
次に、油圧ショベル1のエンジン51を作動させると、ブレーキ制御弁59の電磁パイロット部59Aに信号が供給され、ブレーキ制御弁59が制動解除位置(b)に切換わる。これにより、パイロットポンプ49から吐出したパイロット圧油の一部は、パイロット管路53、ブレーキ制御弁59、ブレーキ解除圧管路58、およびブレーキケース31のブレーキ解除圧流入口32Jを通じて油室45内に供給される。これにより、図3に示すように、ブレーキピストン41がばね部材42に抗して回転側ブレーキ板39から離間し、各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40との摩擦係合が解除され、この結果、モータ軸25に対する制動が解除される。
この状態で、電動モータ21のモータ軸25が回転すると、このモータ軸25の回転が、減速装置12の各遊星歯車減速機構18,19,20によって3段減速されて出力軸27に伝わり、ピニオン27Bは大きな回転力(トルク)をもって回転する。そして、ピニオン27Bは、旋回輪5の内輪5Aに設けた内歯5Dに噛合しつつ内輪5Aに沿って公転するから、このピニオン27Bの公転力がハウジング13を介して旋回フレーム3Aに伝わる。従って、上部旋回体3は下部走行体2上で旋回動作を行うことができる。
このとき、油圧ショベル1に搭載された各種の油圧アクチュエータから作動油タンク52に環流する戻り油の一部は、潤滑油管路60から潤滑油流入口32Hを通じてブレーキケース31内に潤滑油46として供給される。さらに、この潤滑油46は、各回転側ブレーキ板39、各非回転側ブレーキ板40等を潤滑した後、蓋体33の潤滑油流出口33Aを通じて作動油タンク52に環流する。
この場合、モータ軸25の外周側にはオイルシール48が設けられている。このため、オイルシール48は、ブレーキケース31内の潤滑油46が電動モータ21内に侵入するのを確実に防止することができ、電動モータ21の寿命を延ばすことができる。
また、アダプタ36を回転可能に支持するためにオイルシール48よりも上側に配置された軸受37には、ダストシール47が設けられているので、湿式ブレーキ装置30から発生した摩耗粉等のダストをダストシール47によって捕捉することができる。これにより、オイルシール48のリップ部48Aとモータ軸25との接触部分にダストが付着するのを防止し、オイルシール48の寿命を延ばすことができるので、電動モータ21への潤滑油46の侵入を長期に亘って防止でき、旋回装置11全体の信頼性を高めることができる。
次に、例えば何らかの原因によって上部旋回体3の旋回動作を緊急停止する場合には、ブレーキ制御弁59の電磁パイロット部59Aに対する信号の供給が遮断され、ブレーキ制御弁59は制動解除位置(b)から制動位置(a)に切換る。これにより、湿式ブレーキ装置30の油室45に対する圧油の供給が停止され、ブレーキピストン41が、ばね部材42の付勢力によって各回転側ブレーキ板39と各非回転側ブレーキ板40とを摩擦係合させることにより、モータ軸25に対して制動力が付与されるので、上部旋回体3の旋回動作を停止させることができる。
この場合、本実施の形態では、各種の油圧アクチュエータからの戻り油が、ブレーキケース31内に潤滑油46として供給され、この潤滑油46は、ケース本体32の下端側に設けられた潤滑油流入口32Hと蓋体33に設けられた潤滑油流出口33Aとを通じて、ブレーキケース31内を常に循環する構成となっている。これにより、上部旋回体3の旋回動作を湿式ブレーキ装置30によって急停止させるような場合に、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合によって熱が発生したとしても、この熱をブレーキケース31内を循環する潤滑油46によって効率良く冷却することができる。
しかも、ブレーキケース31の上端部に位置する蓋体33には、潤滑油流出口33Aを設ける構成となっている。従って、ブレーキケース31内に流入する潤滑油46中に空気が混入したとしても、この空気を潤滑油流出口33Aを通じて確実にブレーキケース31の外部に排出することができる。この結果、ブレーキケース31内に空気が滞留するのを防止し、ブレーキケース31内を常に大量の潤滑油46で満たすことができるので、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合によって発生した熱に対する冷却効果を高めることができる。
また、ブレーキケース31内に流入した潤滑油46は、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との間を通過した後に、潤滑油流出口33Aを通じてブレーキケース31の外部に流出する。これにより、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40との摩擦係合部から発生した摩耗粉等のダストは、潤滑油46によって外部に流出し、ブレーキケース31内を洗浄することができる。この結果、湿式ブレーキ装置30の制動力を長期に亘って適正に保つことができ、その信頼性を高めることができる。
さらに、本実施の形態では、下部走行体2に搭載された走行用の油圧モータ(図示せず)や、作業装置4に設けられた油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに供給される作動油を、湿式ブレーキ装置30を冷却するための潤滑油46として利用している。このため、湿式ブレーキ装置30を冷却するためだけに格別な潤滑油を用いる必要がなく、この潤滑油を保持するタンク等を不要にできる。この結果、湿式ブレーキ装置30全体の部品点数を削減し、コストの低減にも寄与することができる。
次に、上述の如き上部旋回体3の旋回動作が長期に亘って繰返されることにより、湿式ブレーキ装置30の回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とは、徐々に摩耗していくため、湿式ブレーキ装置30に対する保守、点検等のメンテナンス作業を定期的に行う必要がある。
この場合、本実施の形態によれば、湿式ブレーキ装置30を電動モータ21の上端側に配設する構成となっている。従って、例えば回転側ブレーキ板39、非回転側ブレーキ板40を交換するといった湿式ブレーキ装置30に対するメンテナンス作業を行う場合に、電動モータ21を減速装置12に組付けたまま、湿式ブレーキ装置30のみを単独で取外してメンテナンス作業を行うことができる。また、メンテナンスが終了した湿式ブレーキ装置30を電動モータ21の上端側に取付けるだけで、旋回装置11を迅速に組立てることができる。このように、湿式ブレーキ装置30を取外すために電動モータ21等の他の部材を取外す必要がないため、湿式ブレーキ装置30に対するメンテナンス作業を行うときの作業性を向上することができる。
しかも、モータ軸25は、上側の一部、即ち上側雄スプライン部25Bがブレーキケース31内に突出した状態で収容され、該モータ軸25の上側雄スプライン部25Bにアダプタ36を着脱可能に取付ける構成となっている。従って、複数の回転側ブレーキ板39は、アダプタ36の外周側に設けたブレーキ板係合溝36Bに係合させて取付けることができる。このため、例えばモータ軸25の外周側に複数の回転側ブレーキ板39を直接的に取付ける場合に比較して、モータ軸25のうち回転側ブレーキ板39との係合部が損傷するといった不具合を回避することができ、モータ軸25を含む電動モータ21の寿命を延ばすことができる。
さらに、図4に示すように、複数の回転側ブレーキ板39をアダプタ36のブレーキ板係合溝36Bに係合させると共に、各回転側ブレーキ板39間に複数の非回転側ブレーキ板40を交互に重ね合わせて配置する構成としている。このため、本実施の形態では、アダプタ36の外周側に複数の回転側ブレーキ板39と複数の非回転側ブレーキ板40とを取付けた組立体(サブアッセンブリ体)を予め組立てておくことができる。
一方、電動モータ21のモータケース22に対し、ブレーキケース31のケース本体32を組付けた状態で、蓋体33とブレーキピストン41を取外しておく。この状態で、アダプタ36の外周に回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とを取付けた組立体(サブアッセンブリ体)を、ケース本体32内に挿入する。さらに、モータ軸25の上側雄スプライン部25Bにアダプタ36の雌スプライン部36Aを係合させると共に、各非回転側ブレーキ板40を、ケース本体32の係合凹溝32Fに係合させる。これにより、回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40を一体として容易に組付けることができる。
この結果、例えば複数の回転側ブレーキ板39と非回転側ブレーキ板40とを、モータ軸25の外周側とケース本体32の内周側とに1枚ずつ交互に重合わせて配置するといった煩雑な組付け作業を不要にでき、電動モータ21に湿式ブレーキ装置30を組付けるときの作業性を大幅に向上することができる。
なお、上述した実施の形態では、旋回フレーム3Aに減速装置12のハウジング13を取付け、このハウジング13の上端側に電動モータ21のモータケース22を取付けた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば旋回フレームに取付けた単一のハウジング内に減速装置と電動モータとを配設し、この単一のハウジングの上端側にブレーキ装置を着脱可能に取付ける構成としてもよい。
また、上述した実施の形態では、回転側ブレーキ板39および非回転側ブレーキ板40を冷却させる冷却手段として、主管路の戻り管路56により供給される潤滑油46を適用する場合を例として説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばパイロット管路53を分岐させ各種制御弁の油圧パイロット部に供給されたパイロット圧油の戻り油を利用することができるものである。さらに言えば、回転側ブレーキ板39および非回転側ブレーキ板40を冷却する冷却油として、既存の戻り管路56、パイロット管路53とは別個に、独立した圧油の供給経路や専用の供給源を用いてもよい。
さらに、上述した実施の形態では、油圧ショベル1に適用される旋回装置11を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば油圧クレーン等の旋回装置を備えた他の建設機械に広く適用することができるものである。
1 油圧ショベル(建設機械)
2 下部走行体
3 上部旋回体
5 旋回輪
11 旋回装置
12 減速装置
21 電動モータ
25 モータ軸
25B 上側雄スプライン部
27 出力軸
30 湿式ブレーキ装置
31 ブレーキケース
32 ケース本体
32C 軸挿通孔
32E ブレーキ板収容凹部
32G ピストン挿嵌孔
32H 潤滑油流入口
32J ブレーキ解除圧流入口
33 蓋体
33A 潤滑油流出口
36 アダプタ
36A 雌スプライン部
36B ブレーキ板係合溝
37 軸受
39 回転側ブレーキ板
40 非回転側ブレーキ板
41 ブレーキピストン
42 ばね部材
45 油室
46 潤滑油
47 ダストシール
48 オイルシール

Claims (4)

  1. 下部走行体(2)上に旋回輪(5)を介して搭載された上部旋回体(3)に上,下方向に伸長して取付けられ入力回転を減速して出力する減速装置(12)と、該減速装置(12)の上側に設けられ前記減速装置(12)にモータ軸(25)の回転を入力する電動モータ(21)と、前記減速装置(12)によって減速された前記モータ軸(25)の回転を前記旋回輪(5)に出力する出力軸(27)とを備えてなる建設機械の旋回装置において、
    前記電動モータ(21)の上端側には、前記モータ軸(25)の回転に対して制動力を付与する湿式ブレーキ装置(30)を設け
    前記湿式ブレーキ装置(30)は、前記電動モータ(21)の上端側に取付けられ内部に前記モータ軸(25)の上端部を収容するブレーキケース(31)と、前記ブレーキケース(31)内で前記モータ軸(25)に着脱可能に取付けられたアダプタ(36)と、前記ブレーキケース(31)内で該アダプタ(36)の外周側に配置された複数の回転側ブレーキ板(39)と、該各回転側ブレーキ板(39)と交互に重り合う状態で前記ブレーキケース(31)の内周側に配置された複数の非回転側ブレーキ板(40)と、ばね部材(42)の付勢力によって前記回転側ブレーキ板(39)と前記非回転側ブレーキ板(40)とを摩擦係合させることにより前記モータ軸(25)に制動力を付与し、外部からブレーキ解除圧が供給されることにより前記ばね部材(42)に抗して前記モータ軸(25)に対する制動を解除するブレーキピストン(41)と、前記ブレーキケース(31)内に供給される潤滑油(46)とにより構成し、
    前記ブレーキケース(31)の下端側には前記回転側ブレーキ板(39)と前記非回転側ブレーキ板(40)との近傍に位置して前記潤滑油(46)が流入する潤滑油流入口(32H)を設け、前記ブレーキケース(31)の上端部には前記回転側ブレーキ板(39)と前記非回転側ブレーキ板(40)との間を通る前記潤滑油(46)が流出する潤滑油流出口(33A)を設ける構成としたことを特徴とする建設機械の旋回装置。
  2. 前記アダプタ(36)と前記ブレーキケース(31)との間には前記ブレーキケース(31)に対して前記アダプタ(36)を回転可能に支持する軸受(37)を設け、前記軸受(37)には前記潤滑油(46)に混入した異物を捕捉するダストシール(47)を設け、前記モータ軸(25)の外周側には、前記軸受(37)よりも下側に位置して前記潤滑油(46)を前記電動モータ(21)に対して封止するオイルシール(48)を設ける構成としてなる請求項に記載の建設機械の旋回装置。
  3. 前記潤滑油(46)は、前記上部旋回体(3)および前記下部走行体(2)に搭載された油圧アクチュエータに供給される作動油の一部を利用する構成としてなる請求項1または2に記載の建設機械の旋回装置。
  4. 前記モータ軸(25)の上端部には雄スプライン部(25B)を設ける構成とし、
    前記アダプタ(36)には、内周側に前記モータ軸(25)の雄スプライン部(25B)が係合する雌スプライン部(36A)を設ける構成とし、
    前記ブレーキケース(31)は、上側が開口すると共に内部に前記モータ軸(25)、アダプタ(36)、回転側ブレーキ板(39)、非回転側ブレーキ板(40)、ブレーキピストン(41)およびばね部材(42)を収容する筒状のケース本体(32)と、該ケース本体(32)の上側を施蓋する蓋体(33)とにより構成し、
    前記ケース本体(32)から前記蓋体(33)を取外した状態で、前記モータ軸(25)の雄スプライン部(25B)に対して前記アダプタ(36)、回転側ブレーキ板(39)および非回転側ブレーキ板(40)を上,下方向に取付ける構成としてなる請求項1,または3に記載の建設機械の旋回装置。
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