KR101580930B1

KR101580930B1 - 쇼벨

Info

Publication number: KR101580930B1
Application number: KR1020140028146A
Authority: KR
Inventors: 타케시 오카다; 아키히코 이나다; 테루카즈 마츠기; 카즈노리 히라누마
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-12-30
Also published as: EP2784226A2; KR20140118752A; US20140296015A1; CN104074224A; EP2784226B1; JP2014199109A; CN104074224B; EP2784226A3; US9062743B2; JP6170321B2

Abstract

마모에 강하고 교환이 용이한 출력축을 가지는 선회감속기를 구비하는 쇼벨을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 선회용 전동기(21)와, 선회감속기(24)와, 메커니컬브레이크(23)를 가지는 선회구동장치(40)를 탑재한다. 제1 선회감속기(24-1)의 유성캐리어(46)는, 출력축을 구성하는 출력축부(46a)와, 유성기어(44)를 회전 가능하게 지지하는 캐리어부(46b)를 포함한다. 출력축부(46a)와 캐리어부(46b)는 볼트(46c)에 의하여 체결된다.

Description

쇼벨{Shovel}

본 출원은, 2013년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2013-074945호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 선회감속기를 구비하는 쇼벨에 관한 것이다.

종래, 선회용 전동기와, 선회용 전동기의 출력축에 접속되는 제1 선회감속기와, 제1 선회감속기의 출력축에 접속되는 제2 선회감속기와, 제2 선회감속기의 출력축에 접속되는 제3 선회감속기와, 제3 선회감속기의 출력축에 접속되는 스윙 써클을 포함하는 선회기구를 구비하는 쇼벨이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이 쇼벨은, 제1 선회감속기의 출력축에 스플라인 결합에 의하여 결합되는 환형상의 브레이크 연결부의 외주부에 설치되는 브레이크디스크를, 정지 부재인 케이싱에 있는 한 쌍의 브레이크패드의 사이에 끼움으로써 출력축의 회전을 제동한다. 또, 이 쇼벨은, 제1 선회감속기의 유성캐리어와 그 출력축을 스플라인 결합에 의하여 결합한다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2008-232270호

그러나, 특허문헌 1은, 제1 선회감속기의 출력축의 회전 중심에 가까운 위치에서 출력축과 브레이크 연결부 및 유성캐리어를 결합하는 것을 개시할 뿐이며, 결합부의 마모, 각 부품의 보수 점검, 및 마모된 부품의 교환에 대해서는 언급하고 있지 않다.

상술한 점을 감안하여, 본 발명은, 마모에 강하고 교환이 용이한 출력축을 가지는 선회감속기를 구비하는 쇼벨을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 선회용 전동기와, 상기 선회용 전동기의 회전구동력을 선회체에 전달하는 선회감속기와, 상기 선회체를 선회정지상태로 유지하는 브레이크장치를 가지는 선회구동장치를 탑재하는 쇼벨로서, 상기 선회감속기는, 유성감속기로 구성되고, 상기 유성감속기의 유성캐리어는, 출력축을 구성하는 출력축부와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하는 캐리어부를 포함하고, 상기 출력축부와 상기 캐리어부는 체결 부재에 의하여 체결된다.

상술한 수단에 의하여, 본 발명은, 마모에 강하고 교환이 용이한 출력축을 가지는 선회감속기를 구비하는 쇼벨을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치가 장착되는 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 선회구동장치의 상면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선 단면도이다.
도 6은 선회용 전동기의 출력축이 정지하고 있을 때의 선회구동장치 상태를 나타내는, 도 4의 VI-VI선 단면도이다.
도 7은 제1 선회감속기의 유성캐리어의 상세도이다.
도 8은 유성캐리어의 분해·조립에 이용하는 아이볼트의 정면도이다.

먼저, 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치가 장착된 쇼벨의 전체 구성 및 구동계의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치가 장착된 쇼벨을 나타내는 측면도이다. 다만, 쇼벨은 건설기계의 일례이며, 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치는, 선회체를 선회하는 기구를 가지는 건설기계에 장착할 수 있다.

도 1에 나타내는 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는, 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는, 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압 구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 설치되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.

다만, 도 1에 나타내는 쇼벨은, 선회구동장치에 공급하는 전력을 축적하는 축전장치를 가지는 쇼벨이다. 그러나, 본 발명은, 전동 선회를 채용한 쇼벨이면, 예를 들면 외부 전원으로부터 충전전력이 공급되는 전기구동식 쇼벨에도 적용될 수 있다.

도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선, 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타나 있다.

기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압 펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속되어 있다.

컨트롤밸브(17)는, 하이브리드식 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 하부주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.

전동발전기(12)에는, 인버터(18)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(축전장치)(120)가 접속된다. 축전계(120)에는, 인버터(20)를 통하여 전동 작업 요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)에는, 리졸버(22), 및 선회감속기(24)가 접속된다. 선회감속기(24)의 출력축(24A)에는 메커니컬브레이크(23)가 접속된다. 선회용 전동기(21)와, 리졸버(22)와, 메커니컬브레이크(23)와, 선회감속기(24)에 의하여, 부하구동계로서 선회구동장치(40)가 구성된다. 여기에서, 선회용 전동기(21)는, 상부선회체(3)를 선회구동하기 위한 선회용 전동모터에 상당하고, 메커니컬브레이크(23)는, 상부선회체(3)를 선회정지상태로 유지하기 위하여 상부선회체(3)에 기계적으로 브레이크를 걸어 두는 브레이크장치에 상당한다.

조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속되어 있다.

컨트롤러(30)는, 하이브리드식 쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되며, CPU가 내부 메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.

컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 속도 지령으로 변환하여, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다. 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다.

컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환)를 행함과 함께, 축전계(120)의 승강압 컨버터를 구동제어함으로써 커패시터의 충방전제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 커패시터의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 축전계(120)의 승강압 컨버터의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하고, 이로써 커패시터의 충방전제어를 행한다. 또, 컨트롤러(30)는, 후술과 같이 커패시터에 충전하는 양(충전전류 또는 충전전력)의 제어도 행한다.

상술과 같은 구성의 쇼벨에 의한 작업에서는, 상부선회체(3)를 선회구동하기 위하여, 인버터(20)를 통하여 공급되는 전력에 의하여 선회용 전동기(21)가 구동된다. 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)의 회전력은, 선회감속기(24)와 메커니컬브레이크(23)를 통하여 선회구동장치(40)의 출력축(40A)에 전달된다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 선회구동장치(40)의 구성을 나타내는 블록도이다. 상술과 같이, 선회구동장치(40)는, 구동원으로서의 전동모터인 선회용 전동기(21)를 포함한다. 선회용 전동기(21)의 출력축측에 선회감속기(24)가 접속된다.

구체적으로는, 선회감속기(24)는, 제1 선회감속기(24-1), 제2 선회감속기(24-2), 및 제3 선회감속기(24-3)의 3단 구성을 가진다. 제1 선회감속기(24-1), 제2 선회감속기(24-2), 및 제3 선회감속기(24-3)는, 각각 유성감속기로 구성된다. 보다 구체적으로는, 제1단의 제1 선회감속기(24-1)는, 선회용 전동기(21)에 장착된다. 또, 제1 선회감속기(24-1)의 출력축이 되는 유성캐리어(46)에는, 메커니컬브레이크(23)로서의 디스크브레이크가 설치된다. 또, 제2단의 제2 선회감속기(24-2)는, 메커니컬브레이크(23)를 사이에 끼워 제1 선회감속기(24-1)에 장착되고, 제3단의 제3 선회감속기(24-3)는 제2 선회감속기(24-2)에 장착된다. 그리고, 제3 선회감속기(24-3)의 출력축이 선회구동장치(40)의 출력축(40A)이 된다. 다만, 도시는 하지 않지만, 선회구동장치(40)의 출력축(40A)은 선회기구(2)에 접속되어, 출력축(40A)의 회전력에 의하여 선회기구(2)가 구동된다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하면서, 선회구동장치(40)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 다만, 도 4는, 선회구동장치(40)의 상면도이며, 도 4 중의 파선은, 제1 선회감속기(24-1)의 주요 구성부품의 숨은선을 나타낸다. 또, 도 5는, 도 4의 V-V선 단면도이다.

또, 도 5는 선회구동장치(40) 중, 제1 선회감속기(24-1) 및 메커니컬브레이크(23)를 구성하는 부분의 단면도이다. 본 실시형태에서는, 제1 선회감속기(24-1)를 구성하는 유성감속기의 태양기어(42)가, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)에 고정되어 있다. 또, 태양기어(42)는, 유성캐리어(46)에 의하여, 베어링(51)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 또, 태양기어(42)는, 3개의 유성기어(44)의 각각에 걸어 맞춰져 있다. 유성기어(44)의 각각은, 핀(44a)을 통하여 제1 선회감속기(24-1)의 출력축을 구성하는 유성캐리어(46)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 각 유성기어(44)는, 제1 기어케이스(50)의 내면에 형성된 내치기어(48)에 걸어 맞춰져 있다.

내치기어(48)가 형성된 제1 기어케이스(50)는, 선회용 전동기(21)의 엔드플레이트(21a)에 고정되어 있으며, 스스로 회전할 수 없다. 한편, 출력축을 구성하는 유성캐리어(46)는, 제1 기어케이스(50)에 고정된 제2 기어케이스(52)에 대해서, 베어링(56)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있다.

다만, 상술한 제1 선회감속기(24-1)는, 각 기어를 윤활하기 위한 윤활유가, 선회용 전동기(21)의 엔드플레이트(21a), 출력축(21b), 제1 기어케이스(50), 제2 기어케이스(52), 및 유성캐리어(46)에 의하여 밀폐되는 구조로 되어 있다.

이상과 같은 구성의 제1 선회감속기(24-1)에 있어서, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)이 회전하여 태양기어(42)가 회전하면, 유성기어(44)가 회전(자전)한다. 유성기어(44)는 제1 기어케이스(50)의 내면에 형성된 내치기어(48)에 걸어 맞춰져 있으며, 유성기어(44)의 회전력으로 내치기어(48)가 형성된 제1 기어케이스(50)가 회전하려고 한다. 그러나, 제1 기어케이스(50)는 선회용 전동기(21)의 엔드플레이트(21a)에 고정되어 있으므로, 회전할 수 없다. 그 결과, 유성기어(44)를 지지하면서 스스로 회전 가능하게 지지되어 있는 유성캐리어(46)가 회전한다. 이상과 같은 기어 작용에 의하여, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)의 회전이 감속되어 유성캐리어(46)로부터 출력된다.

다음으로, 메커니컬브레이크(23)를 구성하는 디스크브레이크의 구조에 대하여 설명한다. 디스크브레이크는 고정부인 제2 기어케이스(52)와 출력축인 유성캐리어(46)와의 사이에 형성된다. 유성캐리어(46)의 외주로부터 유성캐리어(46)의 회전 반경방향 외측을 향하여 브레이크디스크(60)가 뻗어 있다. 브레이크디스크(60)는, 유성캐리어(46)에 대해서 회전은 할 수 없지만, 유성캐리어(46)의 축방향으로는 이동 가능한 상태로, 예를 들면 스플라인 결합과 같은 결합 구조를 통하여 유성캐리어(46)에 결합되어 있다.

브레이크디스크(60)의 상하 양측에는, 브레이크플레이트(62)가 배치되어 있다. 브레이크플레이트(62)는, 고정부인 제2 기어케이스(52)에 대해서 회전은 할 수 없지만, 유성캐리어(46)의 축방향으로는 이동 가능한 상태로, 예를 들면 스플라인 결합과 같은 결합 구조를 통하여 제2 기어케이스(52)의 내면측에 결합되어 있다. 본 실시형태에서는, 3개의 브레이크플레이트(62)의 각각의 사이에 2개의 브레이크디스크(60)가 끼워지는 구성을 채용한다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 2개의 브레이크플레이트(62)의 사이에 1개의 브레이크디스크(60)가 끼워지는 구성이어도 되고, 4개 이상의 브레이크플레이트(62)의 각각의 사이에 3개 이상의 브레이크디스크(60)가 끼워지는 구성이어도 된다.

가장 높은 위치에 있는 브레이크플레이트(62)의 위에는, 피스톤(64)이, 유성캐리어(46)의 축방향으로 이동 가능한 상태로 배치되어 있다. 피스톤(64)은 스프링(66)에 의하여 가압되어 가장 높은 위치에 있는 브레이크플레이트(62)에 눌려 있다. 본 실시형태에서는, 스프링(66)으로서 코일스프링을 사용하고 있지만, 작은 변위로 고출력을 얻을 수 있는 다단 중첩의 접시스프링을 사용할 수도 있다.

브레이크플레이트(62)와 브레이크디스크(60)는, 유성캐리어(46)의 축방향으로 이동 가능하다. 이로 인하여, 상측의 브레이크플레이트(62)가 피스톤(64)에 의하여 가압되면, 브레이크디스크(60)는 상하의 브레이크플레이트(62)에 의하여 끼워져 가압된다. 브레이크플레이트(62)와 브레이크디스크(60)의 표면은 마찰 계수가 큰 피막으로 덮여 있다. 그리고, 브레이크디스크(60)가 브레이크플레이트(62)에 의하여 끼워져 가압됨으로써, 브레이크디스크(60)의 회전을 저지하려는 브레이크력이 브레이크디스크(60)에 작용한다. 또, 브레이크디스크(60)는 유성캐리어(46)에 대해서 회전할 수 없도록 접속되어 있다. 이로 인하여, 브레이크디스크(60)에 작용하는 브레이크력이 유성캐리어(46)에 가해지는 브레이크력이 된다. 이로써, 상부선회체(3)의 선회정지상태의 유지를 안정시킬 수 있다.

피스톤(64)과 제2 기어케이스(52)와의 사이에는, 작동유가 공급 가능한 유압공간(68)이 형성되고, 유압공간(68)에 브레이크해제포트(69)가 접속되어 있다. 또, 피스톤(64)과 제2 기어케이스(52)와의 사이에는 O링 등의 씰부재(91)가 배치되어, 유압공간(68) 내의 작동유가 누출되지 않도록 밀봉하고 있다. 파일럿펌프(15)로부터 조작장치(26), 유압라인(27a)(도 2 참조) 및 브레이크해제포트(69)를 통하여 유압공간(68)에 유압이 공급되면, 피스톤(64)이 유압에 의하여 밀려 올라가 브레이크플레이트(62)를 가압하는 힘이 없어져, 브레이크는 해제된다.

이상과 같은 구성의 제1 선회감속기(24-1)에 있어서, 본 실시형태에서는, 제1 기어케이스(50)의 상면에 링형상의 오목부가 형성되고, 링형상의 오목부의 바닥면에 복수의 관통공이 형성되어 있다. 이 관통공의 각각에 상술한 스프링(66)이 삽입되어 있다. 각 스프링(66)의 하단은, 제1 기어케이스(50)의 관통공으로부터 돌출되어, 피스톤(64)에 형성된 구멍의 바닥면에 맞닿아 있다. 그리고, 제1 기어케이스(50)의 링형상의 오목부에는, 스프링누름부재(90)가 끼워 맞춰져 있다. 스프링누름부재(90)는, 복수의 볼트(92)에 의하여 제1 기어케이스(50)에 조여져 고정되어 있다.

스프링누름부재(90)가 제1 기어케이스(50)의 링형상의 오목부 내에 고정되기 전에는, 각 스프링(66)의 상단은 링형상의 오목부의 바닥면으로부터 상방으로 돌출되어 있다. 따라서, 스프링누름부재(90)를 제1 기어케이스(50)의 링형상의 오목부 내에 고정할 때에, 각 스프링(66)은 스프링누름부재(90)에 의하여 가압되어 압축된다. 스프링누름부재(90)를 제1 기어케이스(50)의 링형상의 오목부 내에 고정하면, 각 스프링(66)은, 스프링누름부재(90)와 피스톤(64)과의 사이에 끼워져 압축된 상태로 되어 있다. 이 때의 각 스프링(66)의 복원력(스프링력)이, 피스톤(64)(즉, 브레이크플레이트(62))를 브레이크디스크(60)에 누르는 힘이 되어, 유성캐리어(46)에 가해지는 브레이크력이 된다.

스프링누름부재(90)가 제1 기어케이스(50)의 링형상의 오목부 내에 고정된 상태에서는, 스프링누름부재(90) 전체가 링형상의 오목부 내에 수용된다. 이로 인하여, 스프링누름부재(90)는, 선회용 전동기(21)의 엔드플레이트(21a)(플랜지라고도 칭하는 경우도 있음)에 맞닿는 제1 기어케이스(50)의 맞춤면으로부터 돌출되는 일은 없다. 따라서, 제1 기어케이스(50)의 맞춤면만이 선회용 전동기(21)의 엔드플레이트(21a)에 맞닿는다. 단, 스프링누름부재(90)의 상면에는 O링 등의 씰부재(93)가 배치되어, 제1 기어케이스(50) 내의 유성기어(44)를 윤활·냉각하는 윤활유가 누출되지 않도록 밀봉하고 있다. 또, 스프링누름부재(90)의 하면에도 O링 등의 씰부재(94)가 배치되어, 스프링(66)이 수용된 부분에 충전된 윤활유가 누출되지 않도록 밀봉하고 있다. 마찬가지로, 제1 기어케이스(50)와 제2 기어케이스(52)와의 사이에도 O링 등의 씰부재(95)가 배치되어, 스프링(66)이 수용된 부분에 충전된 윤활유가 누출되지 않도록 밀봉하고 있다.

다음으로, 도 6을 참조하면서, 선회구동장치(40)에 있어서의 회전구동력의 전달에 대하여 설명한다. 다만, 도 6은 도 4의 VI-VI선 단면도이며, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)이 정지하고 있을 때의 선회구동장치(40)의 상태를 나타낸다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 선회감속기(24-1)는, 태양기어(42), 유성기어(44), 유성캐리어(46), 및 내치기어(48)를 포함하는 유성기어기구로 구성된다. 또, 제2 선회감속기(24-2)는, 태양기어(82), 유성기어(84), 유성캐리어(86), 및 내치기어(88)를 포함하는 유성기어기구로 구성된다. 마찬가지로, 제3 선회감속기(24-3)는, 태양기어(102), 유성기어(104), 유성캐리어(106), 및 내치기어(108)를 포함하는 유성기어기구로 구성된다.

제1 선회감속기(24-1)에 있어서, 태양기어(42)는, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)에 고정되어, 유성기어(44)와 걸어 맞춰진다. 유성기어(44)는, 제1 기어케이스(50)의 내벽에 형성된 내치기어(48)와 태양기어(42)와의 사이에서 자전하면서 공전한다. 본 실시형태에서는, 제1 선회감속기(24-1)는, 3개의 유성기어(44)를 가진다. 3개의 유성기어(44)의 각각은, 자전하면서 공전함으로써 유성캐리어(46)를 회전시킨다. 다만, 유성캐리어(46)는, 제1 선회감속기(24-1)의 출력축을 구성한다.

제2 선회감속기(24-2)에 있어서, 태양기어(82)는, 제1 선회감속기(24-1)의 출력축으로서의 유성캐리어(46)에 고정되어, 유성기어(84)와 걸어 맞춰진다. 유성기어(84)는, 제3 기어케이스(54)의 내벽에 형성된 내치기어(88)와 태양기어(82)와의 사이에서 자전하면서 공전한다. 본 실시형태에서는, 제2 선회감속기(24-2)는, 3개의 유성기어(84)를 가진다. 3개의 유성기어(84)의 각각은, 핀(84a)을 통하여 유성캐리어(86)에 회전 가능하게 지지되어, 자전하면서 공전함으로써 유성캐리어(86)를 회전시킨다. 다만, 유성캐리어(86)는, 제2 선회감속기(24-2)의 출력축을 구성한다.

제3 선회감속기(24-3)에 있어서, 태양기어(102)는, 제2 선회감속기(24-2)의 출력축으로서의 유성캐리어(86)에 고정되어, 유성기어(104)와 걸어 맞춰진다. 유성기어(104)는, 제3 기어케이스(54)의 내벽에 형성된 내치기어(108)와 태양기어(102)와의 사이에서 자전하면서 공전한다. 본 실시형태에서는, 제3 선회감속기(24-3)는, 3개의 유성기어(104)를 가진다. 3개의 유성기어(104)의 각각은, 핀(104a)을 통하여 유성캐리어(106)에 회전 가능하게 지지되어, 자전하면서 공전함으로써 유성캐리어(106)를 회전시킨다. 다만, 유성캐리어(106)는, 선회감속기(24)의 출력축(40A)을 구성한다.

상술한 구성에 의하여, 선회구동장치(40)는, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)의 회전 속도를 줄여 출력축(40A)의 토크를 증대시킨다.

구체적으로는, 선회구동장치(40)는, 출력축(21b)의 시계방향의 고속·저토크의 회전에 따라, 유성기어(44)를 반시계방향으로 자전시키면서 시계방향으로 공전시켜, 유성캐리어(46)를 시계방향으로 회전시킨다. 그리고, 선회구동장치(40)는, 유성캐리어(46)의 시계방향의 회전에 따라, 유성기어(84)를 반시계방향으로 자전시키면서 시계방향으로 공전시켜, 유성캐리어(86)를 시계방향으로 회전시킨다. 또한, 선회구동장치(40)는, 유성캐리어(86)의 시계방향의 회전에 따라, 유성기어(104)를 반시계방향으로 자전시키면서 시계방향으로 공전시켜, 유성캐리어(106), 즉, 출력축(40A)을 시계방향으로 저속·고토크로 회전시킨다. 출력축(21b)이 반시계방향으로 회전하는 경우에도, 각 기어의 회전방향이 반대가 되는 것을 제외하고, 동일하다.

또, 선회구동장치(40)는, 출력축(21b), 엔드플레이트(21a), 제1 기어케이스(50), 제2 기어케이스(52), 및 유성캐리어(46)로 밀폐되는 공간(SP1)을 가진다. 다만, 출력축(21b)에는, 도시하지 않은 오일씰이 장착된다. 또, 유성캐리어(46)에는, 베어링(56) 아래에 2개의 오일씰(57)이 장착된다. 공간(SP1)은, 조밀한 도트 패턴으로 나타나는 윤활유(LB1)로 윤활되는 태양기어(42), 유성기어(44), 유성캐리어(46), 브레이크디스크(60), 브레이크플레이트(62), 및 피스톤(64)을 수용한다.

또, 선회구동장치(40)는, 유성캐리어(46), 제2 기어케이스(52), 제3 기어케이스(54), 및 유성캐리어(106)로 밀폐되는 공간(SP2)을 가진다. 다만, 유성캐리어(106)에는, 도시하지 않은 오일씰이 장착된다. 공간(SP2)은, 성긴 도트 패턴으로 나타나는 윤활유(LB2)로 윤활되는 태양기어(82, 102), 유성기어(84, 104), 및, 유성캐리어(86, 106)를 수용한다. 다만, 윤활유(LB2)는, 오일씰(57)에 의하여 윤활유(LB1)로부터 격리되어 있다. 또, 윤활유(LB2)는, 윤활유(LB1)와 동일한 종류의 윤활유여도 되고, 상이한 종류의 윤활유여도 된다. 예를 들면, 선회구동장치(40)는, 고회전용의 윤활유(LB1)를, 저회전용의 윤활유(LB2)와는 상이한 종류의 윤활유로 해도 된다.

다음으로, 도 7을 참조하면서, 제1 선회감속기(24-1)의 출력축이 되는 유성캐리어(46)의 상세에 대하여 설명한다. 다만, 도 7은, 유성캐리어(46)의 상세도이며, F7A가 정면도를 나타내고, F7B가 상면도를 나타낸다. 또, F7C는, F7B의 일점 쇄선으로 나타내는 지면에 수직인 평면을 X방향으로부터 본 단면도를 나타낸다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 유성캐리어(46)는, 출력축을 구성하는 출력축부(46a), 및, 3개의 유성기어(44-1, 44-2, 44-3)를 회전 가능하게 지지하는 캐리어부(46b)를 가진다.

출력축부(46a)는, 반경방향으로 뻗는 원판부(46a1), 및, 축방향으로 뻗는 원기둥부(46a2)를 가진다.

원판부(46a1)는, 반경방향 외단에, 브레이크디스크(60)를 지지하는 디스크지지부(46a1p)를 가진다. 본 실시예에서는, 디스크지지부(46a1p)는, 2개의 브레이크디스크(60)를 지지하여, 반경방향의 보다 내측에 있는 원판부(46a1)의 다른 부분보다 두꺼워지도록 구성된다. 이 구성에 의하여, 디스크지지부(46a1p)는, 원판부(46a1)의 다른 부분과 동일한 두께(축방향 길이)를 가지는 경우에 비하여, 제동 시에 브레이크디스크(60)로부터 받는 힘에 대한 강성을 높일 수 있다. 또, 디스크지지부(46a1p)는, 장착되는 브레이크디스크(60)의 개수를 증대시킬 수 있다.

캐리어부(46b)는, 출력축부(46a)로부터 탈착 가능하게 구성되는 부재이다. 본 실시예에서는, 캐리어부(46b)는, 선회용 전동기(21)의 출력축(21b)에 고정되는 태양기어(42)와 3개의 유성기어(44-1, 44-2, 44-3)를 수용하는 원기둥형상의 부재이다. 또, 캐리어부(46b)는, 체결 부재인 3개의 볼트(46c-1, 46c-2, 46c-3)(이하, 집합적으로 “볼트(46c)”라고도 칭함)를 이용하여 출력축부(46a)에 체결된다. 또, 캐리어부(46b)는, 3개의 핀(44a-1, 44a-2, 44a-3)(이하, 집합적으로 “핀(46a)”이라고도 칭함)을 이용하여 유성기어(44-1, 44-2, 44-3)(이하, 집합적으로 “유성기어(44)”라고 칭함)를 회전 가능하게 지지한다.

본 실시예에서는, 3개의 볼트(46c)는, 캐리어부(46b)의 중심축의 둘레에 120도 간격으로 형성되는 볼트구멍에 삽입된다. 그리고, 출력축부(46a)의 원판부(46a1)의 상면에 형성되는 탭구멍(도시하지 않음)에 끼워 넣어져, 캐리어부(46b)를 출력축부(46a)에 대해서 조인다. 또, 3개의 핀(44a)은, 캐리어부(46b)의 중심축의 둘레에 120도 간격으로, 3개의 볼트(46c)의 각각과 60도의 간격을 두고 형성되는 핀 구멍에 삽입된다. 그리고, 대응하는 유성기어(44)를 회전 가능하게 지지한 상태로 고정된다.

다만, 본 실시예에서는, 3개의 볼트(46c)의 각각의 중심축은, 캐리어부(46b)의 중심축을 중심으로 하는 동일한 1개의 원의 원주 상에 배치된다. 또, 3개의 핀(44a)의 각각의 중심축은, 캐리어부(46b)의 중심축을 중심으로 하는 동일한 1개의 원의 원주 상에 배치된다. 그리고, 3개의 볼트(46c)의 각각의 중심축과 3개의 핀(44a)의 각각의 중심축은, 캐리어부(46b)의 중심축을 중심으로 하는 동일한 1개의 원의 원주 상에 배치된다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 3개의 볼트(46c)의 각각의 중심축이 통과하는 원은, 3개의 핀(44a)의 각각의 중심축이 통과하는 원과는 상이한 원이어도 된다.

또, 캐리어부(46b)에는, 체결 부재인 3개의 볼트(46c)를 조이거나 혹은 풀 때에 캐리어부(46b)와 출력축부(46a)가 함께 회전하는 것을 방지하는 2개의 탭구멍(46d-1, 46d-2)(이하, 집합적으로 “46d”라고도 칭함)이 형성된다. 본 실시예에서는, 2개의 탭구멍(46d)은, 캐리어부(46b)의 중심축에 대해서 대칭인 위치에 형성된다.

여기에서, 도 7 및 도 8을 참조하여, 작업자가 캐리어부(46b)를 출력축부(46a)로부터 분리하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 작업자는, 2개의 탭구멍(46d)의 각각에, 도 8에 나타내는 아이볼트(eyebolt)(80) 등의 지그(jig)를 장착한다.

그 후, 작업자는, 2개의 탭구멍(46d)의 각각에 장착된 2개의 아이볼트(80)의 링에 1개의 봉형상 부재를 통과시킨다. 봉형상 부재는, 예를 들면, 바 등의 강성 부재이다.

그 후, 작업자는, 봉형상 부재를 고정하면서, 렌치 등의 공구를 이용하여 볼트(46c)를 푼다. 봉형상 부재의 고정은, 볼트(46c)를 풀 때에 캐리어부(46b)가 출력축부(46a)와 함께 회전하는 것을 방지한다.

다만, 상술한 설명은, 작업자가 캐리어부(46b)를 출력축부(46a)로부터 분리하는 방법에 관한 것이지만, 작업자가 캐리어부(46b)를 출력축부(46a)에 장착하는 경우에도 마찬가지로 적용된다.

상술한 바와 같이, 출력축부(46a)는, 브레이크디스크(60)가 결합되는 원판부(46a1)와, 제2 선회감속기(24-2)의 태양기어(82)에 결합되는 원기둥부(46a2)가 일체적으로 형성된다. 이로 인하여, 원판부(46a1)와 원기둥부(46a2)와의 사이에서 마모가 발생하는 일은 없다. 또, 브레이크장치에 의한 제동 시에 발생하는 제동반력에 대한 내력을 높일 수 있다.

또, 캐리어부(46b)는, 스플라인 결합, 세레이션 결합 등을 이용하는 일 없이, 체결 부재인 볼트(46c)를 이용하여 출력축부(46a)에 결합된다. 이로 인하여, 결합 부분에서의 마모를 저감시킬 수 있다.

또, 출력축부(46a)와 캐리어부(46b)는, 별개 독립의 부재이기 때문에, 별개의 재료로 형성될 수 있다. 이로 인하여, 마모되기 쉬운 부분을 가지는 출력축부(46a)는, 캐리어부(46b)보다 내마모성이 우수한 재료로 형성될 수 있다. 다만, 출력축부(46a)의 마모되기 쉬운 부분은, 제2 선회감속기(24-2)의 태양기어(82)에 스플라인 결합되는 부분, 및, 브레이크디스크(60)에 스플라인 결합되는 부분을 포함한다. 한편, 높은 내마모성이 요구되지 않는 캐리어부(46b)는, 비교적 낮은 비용의 재료로 형성될 수 있다. 그 결과, 유성캐리어(46)의 이 구조는, 출력축부(46a)와 캐리어부(46b)를 일체적으로 형성하는 경우에 비하여, 마모되기 쉬운 부분의 내마모성을 높이면서도 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또, 내마모성을 높임으로써 출력축부(46a)의 교환 주기를 연장할 수 있어, 교환 비용을 억제할 수 있다. 또, 출력축부(46a)와 캐리어부(46b)를 별개 독립의 부재로 하기 때문에, 교환 주기가 비교적 짧은 출력축부(46a)의 교환에 맞추어 캐리어부(46b)를 교환할 필요가 없다. 또, 출력축부(46a)를 교환하는 경우에도, 출력축부(46a)와 캐리어부(46b)를 분리하기만 하면 되므로, 유성기어(44)를 캐리어부(46b)로부터 분리할 필요가 없다. 이로 인하여, 출력축부(46a)의 교환 작업을 간략화할 수 있다.

또, 캐리어부(46b)는, 그 상면에 아이볼트(80) 등의 지그를 장착 가능한 탭구멍(46d)을 구비한다. 이로 인하여, 유성캐리어(46)의 분해성·조립성을 향상시킬 수 있다. 다만, 상술한 실시예에서는, 탭구멍(46d)은, 캐리어부(46b)의 상면에 2개 형성되지만, 3개 이상 형성되어도 된다. 이 경우, 1개의 봉형상 부재는, 3개 이상의 탭구멍 중 2개에 장착된 2개의 아이볼트(80)의 링에 통과된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상술했지만, 본 발명은, 상술한 실시형태에 제한되는 일은 없으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상술한 실시형태에 각종 변형 및 치환을 더할 수 있다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는, 캐리어부(46b)는, 체결 부재인 3개의 볼트(46c)를 이용하여 출력축부(46a)에 체결된다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 캐리어부(46b)는, 1개, 2개 또는 4개 이상의 체결 부재를 이용하여 출력축부(46a)에 체결되어도 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 볼트(46c)는, 캐리어부(46b)를 축방향으로 관통하는 볼트구멍에 삽입되어, 출력축부(46a)의 원판부(46a1)의 상면에 형성되는 탭구멍에 끼워 넣어진다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 볼트(46c)는, 원판부(46a1)를 축방향으로 관통하는 볼트구멍에 삽입되어, 캐리어부(46b)의 하면에 형성되는 탭구멍에 끼워 넣어져도 된다. 이 경우, 캐리어부(46b)의 상면에 형성되는 탭구멍(46d)은, 원판부(46a1)의 하면에 형성되어도 된다.

1: 하부주행체 1A, 1B: 유압모터
2: 선회기구 3: 상부선회체
4: 붐 5: 암
6: 버킷 7: 붐실린더
8: 암실린더 9: 버킷실린더
10: 캐빈 11: 엔진
12: 전동발전기 13: 변속기
14: 메인펌프 15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인 17: 컨트롤밸브
18, 20: 인버터 21: 선회용 전동기
21a: 엔드플레이트 21b: 출력축
22: 리졸버 23: 메커니컬브레이크
24: 선회감속기 24-1: 제1 선회감속기
24-2: 제2 선회감속기 24-3: 제3 선회감속기
25: 파일럿라인 26: 조작장치
26A, 26B: 레버 26C: 페달
27, 27a, 28: 유압라인 29: 압력센서
30: 컨트롤러 40: 선회구동장치
40A: 출력축 42, 82, 102: 태양기어
44, 84, 104: 유성기어 44a, 84a, 104a: 핀
46, 86, 106: 유성캐리어 46a: 출력축부
46a1: 원판부 46a1p: 디스크지지부
46a2: 원기둥부 46b: 캐리어부
46c: 볼트 46d: 탭구멍
48, 88, 108: 내치기어 50: 제1 기어케이스
51: 베어링 52: 제2 기어케이스
54: 제3 기어케이스 56: 베어링
57: 오일씰 60: 브레이크디스크
62: 브레이크플레이트 64: 피스톤
66: 스프링 68: 유압공간
69: 브레이크해제포트 80: 아이볼트
90: 스프링누름부재 91, 93, 94, 95: 씰부재
92: 볼트 120: 축전계

Claims

선회용 전동기와, 상기 선회용 전동기의 회전구동력을 선회체에 전달하는 선회감속기와, 상기 선회체를 선회정지상태로 유지하는 브레이크장치를 가지는 선회구동장치를 탑재하는 쇼벨로서,
상기 선회감속기는, 유성감속기로 구성되고,
상기 유성감속기의 유성캐리어는, 출력축을 구성하는 출력축부와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하는 캐리어부를 포함하고,
상기 출력축부와 상기 캐리어부는 체결 부재에 의하여 체결되고,
상기 출력축부는, 반경방향으로 뻗는 원판부를 가지고, 상기 캐리어부는, 상기 원판부의 상면에 상기 캐리어부의 하면이 접하여 위치하고, 상기 캐리어부의 상면측으로부터 상기 하면측을 향하여 삽입되는 체결 부재가 상기 원판부의 상기 상면에 체결되는 것에 의해 상기 출력축부와 상기 캐리어부가 체결되는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크장치는, 상기 출력축부와 함께 회전하는 브레이크디스크를 포함하고,
상기 출력축부는, 반경방향으로 뻗는 원판부를 포함하며,
상기 원판부는, 반경방향 외단에, 상기 브레이크디스크를 지지하는 디스크지지부를 포함하는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 캐리어부에는, 상기 체결 부재를 조이거나 혹은 풀 때에 상기 캐리어부와 상기 출력축부가 함께 회전하는 것을 방지하기 위하여 사용하는 지그가 장착되는 탭구멍이 형성되는 쇼벨.
제 2 항에 있어서,
상기 선회구동장치는, 상기 브레이크디스크에 대해서 브레이크플레이트를 누르는 피스톤을 가압하는 스프링을 구비하는 쇼벨.