JP2012122552A

JP2012122552A - 建設機械の駆動装置

Info

Publication number: JP2012122552A
Application number: JP2010274465A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Terauchi; 謙一寺内
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-28
Also published as: WO2012077294A1; US20130255416A1; CN103249969A; EP2650566A1

Abstract

【課題】高さ方向及び直径方向ともにコンパクトでありながら、傾斜地での作業時を含めて確実かつ十分なエアブリーザ機能を得る。
【解決手段】油圧または電動のモータ１の下方に潤滑油入りの減速機２を取付けて構成される旋回駆動装置において、モータ１と減速機２との間に乾式のブレーキ１６を設ける。このブレーキ１６のブレーキ室１８を形成するブレーキハウジング１７は、減速機室１２とブレーキ室１８とを仕切る仕切り壁２２を有し、この仕切り壁２２におけるモータ軸５に貫通される部分に軸封装置２３を設け、この軸封装置２３の微小な隙間を、潤滑油の流入を制限しつつ空気の出入りを許容する空気通路としてエアブリーザを構成した。
【選択図】図２

Description

本発明はショベル等の建設機械において、駆動源としての油圧または電動のモータの回転力を減速機で減速して上部旋回体等の被駆動部に伝達する駆動装置に関するものである。

ショベルの旋回駆動装置を例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対し鉛直な軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。

このショベルにおいて、上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの回転力を減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機とによって構成される。

モータと減速機は、互いの中心軸(モータ軸と減速出力軸)が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられ、モータが上となる縦置き姿勢でアッパーフレームに取付けられる。

減速機は、ケーシングで囲まれた減速機室内にたとえばサン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜複数段の遊星歯車機構から成る減速機構が設けられて成り、この減速機の出力が、減速出力軸に設けられたピニオン、及び下部走行体のロワフレームに設けられた旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる。

減速機室には潤滑油が注入され、減速機構の潤滑作用が行われるが、運転中の油温の上昇による潤滑油の体積膨張によって油面が上昇し、この油面の上昇に伴って吹きこぼれが生じるおそれがある。また、減速機室の内圧が上昇してモータ軸のシールを傷めるおそれもある。

そこで、特許文献１，２に示されているように、モータと減速機の連結部分に空気室と、この空気室を外部に連通させて大気圧相当に保持するエアブリーザとを設け、これらによって潤滑油の吹きこぼれ、及び内圧上昇によるシールの損傷を防止する(以下、この機能をエアブリーザ機能という)技術が公知である。

一方、特許文献３には、風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、モータと減速機との間にクラッチ・ブレーキを設け、このクラッチ・ブレーキの外周に空気室とエアブリーザを配置した構成が開示されている。

特開２００８−２３２２７０号公報特開２００２−３５７２６０号公報特開２００４−２３２５００号公報

上記特許文献１，２に記載された、エアブリーザ機能専用の空気室を設ける公知技術では、基本的に、モータと減速機との間に空気室を追加することによって装置全長(全高)寸法が大きくなるため、機械への搭載性が悪くなり、とくにショベルのように装置の占有スペースが高さ方向及び水平方向を問わず制限される機械には設置困難となる。

従って、実機では空気室の高さ寸法が制限されるため、エアブリーザ機能が十分に果たされないおそれがある。

なお、特許文献１に記載された公知技術では、この点をカバーするために、空気室を、減速機外部に設置したブァッファタンクに通路で接続し、このブァッファタンクを第２空気室兼エアブリーザとして兼用する構成がとられている。

ところが、ブァッファタンクは、運転中に潤滑油面がすり鉢状になるように、潤滑油が流入することを前提として減速機の外側に設置されているため、傾斜地での作業時に、機械の傾斜によって潤滑油が同タンク内に流入し、直射日光等によって油温が上昇すると、内部エアが膨張し潤滑油が吹き出すおそれがある。

つまり、エアブリーザ機能が十分に果たされないという問題はこの公知技術では解決できない。

また、ブァッファタンクを外部に設置することで装置直径寸法が大きくなるため、機械への搭載性の点でも不利となる。

一方、特許文献３に記載された、クラッチ・ブレーキの外周に空気室を形成する公知技術によると、十分なエアブリーザ機能が得られるエアボリュームを確保しようとすると、装置の高さ及び直径両方向の寸法が大きくなる。

つまり、寸法制限の殆どない風力発電設備用としては実用可能であるが、寸法制限の厳しいショベル等の建設機械においては搭載困難となる。

そこで本発明は、高さ方向及び直径方向ともにコンパクトでありながら、傾斜地での作業時を含めて確実かつ十分なエアブリーザ機能を得ることができる建設機械の駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、駆動源としての油圧または電動のモータの下方に、このモータの回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いのモータ軸と減速出力軸の中心が一致する状態で装置軸方向に並んで設け、上記減速機は、ケーシングで囲まれた減速機室内に減速機構を収容するとともに潤滑油を注入した建設機械の駆動装置において、上記モータと減速機との間に、ブレーキハウジングで囲まれたブレーキ室内にブレーキ機構を収容して成る乾式のブレーキを設け、上記ブレーキハウジングは、上記減速機室とブレーキ室とを仕切る仕切り壁を有し、この仕切り壁に、上記モータ軸に貫通される部分をシールする軸封装置と、減速機室からブレーキ室への潤滑油の流入を制限しつつ両室間の空気の出入りを許容する空気通路を設け、かつ、上記ブレーキ室に、ブレーキ室内を大気に連通させるエアブリーザを設けたものである。

この構成によると、ブレーキ室をエアブリーザの空気室として兼用するため、基本的にエアブリーザ専用の空気室を追加する必要がない。

また、
(ｉ) ブレーキ室は、ブレーキ機構を収容するのに十分な空間であって、元々、エアブリーザ機能を果たすのに十分なボリュームを備えていること、
(ｉｉ) ブレーキ室を減速機室に対して仕切り壁と軸封装置とによって区画し、潤滑油の流入を制限できるため、ブレーキ室全体を空気室として機能させ得ること
の二点により、ブレーキ室を装置高さ方向にも直径方向にもことさら拡張する必要がない。

従って、高さ方向及び直径方向にコンパクトでありながら、十分なエアブリーザ機能を確保することができる。このため、ショベル等のスペース制約の厳しい建設機械に対する搭載性が良くなる。

また、
(ａ) 仕切り壁のモータ軸貫通部分に軸封装置を設けたこと、
(ｂ) 空気通路は潤滑油の流入を制限するものであること、
(ｃ) 前記のように運転中は潤滑油面がすり鉢状、すなわち、装置外周側の油面が高く、内周側の油面が低くなるため、内周側の空気通路からの潤滑油の流入のリスクが低いこと
により、ブレーキ室が潤滑油で浸されるおそれがない。このため、傾斜地での作業時にもエアブリーザ機能を確保し、潤滑油の吹き出しを確実に防止することができる。

本発明において、上記ブレーキ室の底面を、上記モータ軸の周囲を含む内周部が外周部よりも低くなる凹状に形成し、上記内周部に上記空気通路を設けるのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、もしブレーキ室に潤滑油が入った場合でも、その潤滑油が空気通路を通じて減速機室に戻り易くなる。

また、本発明において、上記軸封装置として、上記モータ軸との間に上記空気通路としての微小な隙間が形成される非接触型の密封装置を設けるのが望ましい(請求項３)。

この構成によれば、運転中、潤滑油面が最も低くなるとともに傾斜状態でも油没するおそれの低いモータ軸貫通部分に空気通路があるため、ブレーキ室内への潤滑油の流入を制限する点、及び空気通路を確保する点の効果が高くなる。

これにより、一層確実なエアブリーザ機能を得ることができる。

本発明によると、高さ方向及び直径方向ともにコンパクトで搭載性にすぐれながら、傾斜地での作業時を含めて確実かつ十分なエアブリーザ機能を得ることができる。

本発明の実施形態に係る旋回駆動装置の断面図である。図１の一部を拡大した図である。図２の一部をさらに拡大した図である。機械が傾斜した状態での潤滑油の状況を示す図２相当図である。

実施形態は、ショベルの旋回駆動装置を適用対象としている。

但し、本発明はショベル以外の建設機械を含めて、旋回駆動装置と同様にモータと潤滑油入りの減速機を、互いのモータ軸と減速出力軸の中心が一致する縦置き状態で装置軸方向に並んで設けられる他の駆動装置にも以下同様に適用することができる。

この旋回駆動装置は、基本的には、図１に示すように駆動源としての油圧または電動のモータ１と、このモータ１の回転力を減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機２とが装置軸方向に並設されて構成される。

モータ１はモータハウジング３、減速機２は筒状のケーシング４をそれぞれ備え、モータ１を上にして、互いのモータ軸５と減速出力軸６の中心が装置軸方向(上下方向)に一致する縦置き状態で、モータハウジング３の下端に設けられたフランジ３ａとケーシング４とが複数本の連結ボルト７で連結される。

減速機２の下端には、減速出力軸６を回転自在に支持する軸受(符号省略)を内部に備えたシャフト支持部８が設けられ、このシャフト支持部８の下部外周に設けられた取付フランジ９が上部旋回体のアッパーフレーム１０に取付ボルト１１…によって取付けられる。

減速機２は、ケーシング４で囲まれた減速機室１２内に、同軸上に並設された一〜複数段の遊星歯車機構(図例では二段、以下、この場合で説明する)１３，１４が収容されるとともに、ほぼ全長範囲に亘り潤滑油Ｏが注入されて構成される。

この潤滑油Ｏの油面は、停止時には水平となり(図１，２中のＯ１)、運転中は遠心力により外周側がせり上がるすり鉢状となる(同、Ｏ２)。

両遊星歯車機構１３，１４は、それぞれサンギヤＳ１，Ｓ２と、キャリアＣ１，Ｃ２を介してこのサンギヤＳ１，Ｓ２の周りに設けられた複数のプラネタリギヤＰ１，Ｐ２と、ケーシング４の内周に設けられたリングギヤＲとから成り、周知のようにプラネタリギヤＰ１，Ｐ２が自転しながら公転運動を行うことによってモータ回転を減速し、その出力が、減速出力軸６の下端に設けられたピニオン１５及びこれと噛み合う旋回歯車(リングギヤ。図示省略)を介して被駆動部であるアッパーフレーム１０(上部旋回体)に伝達される。

モータ１と減速機２との間には、モータ軸５にブレーキ力を加える乾式のブレーキ１６が設けられている。

このブレーキ１６は、図２に拡大して示すように、ブレーキハウジング１７で囲まれたブレーキ室１８内にブレーキ機構が収容されて成る。

ブレーキ機構は、モータ軸５にスプライン結合されたブレーキディスク１９と、バネ２０によりブレーキディスク１９に押し付けられてブレーキ力を発揮させるブレーキパッド２１とを備え、外部からの油圧供給時にブレーキパッド２１がブレーキディスク１９から離れてブレーキ解放するネガティブブレーキとして構成されている。

ブレーキハウジング１７は、減速機室１２とブレーキ室１８とを仕切るリング状の仕切り壁２２を有し、この仕切り壁２２の中央部にモータ軸５の周囲を密封する軸封装置２３が設けられている。

この軸封装置２３は、図３にさらに拡大して示すようにリング状のシールプレート２４の内周に複数の油溝２４ａ…を設けた「油溝シール構造」であって、モータ軸５の外周面との間に微小な隙間２５が形成される非接触型の密封装置として構成され、隙間２５が、減速機室１２からブレーキ室１８への潤滑油Ｏの流入を制限しつつ両室間の空気の出入りを許容する空気通路となる(以下、隙間２５を空気通路という)。

なお、モータ軸５の外周面にも油溝を設けた油溝シール構造としてもよいし、油溝を設けないでモータ軸５との間に隙間のみを形成した「すきまシール構造」としてもよい。

あるいは、ラビリンス通路をラジアル方向に形成した「ラジアルラビリンスシール構造」や、ラビリンス通路を斜めに形成した「調心形ラビリンスシール構造」をとってもよい。

こうして、仕切り壁２２とシールプレート２４とによってブレーキ室１８の底壁が形成され、減速機室１２とブレーキ室１８とが空気通路２５のみによって連通した状態となる。

ここで、シールプレート２４は、仕切り壁２２との間に段差が形成される状態で仕切り壁下面側に取付けられている。

これにより、ブレーキ室底面が、モータ軸周囲を含む内周部が外周部よりも低くなった凹状に形成されている。

一方、ブレーキハウジング１７の側壁部分にトンネル状のエアブリーザ通路２６が水平に設けられるとともに、同ハウジング外部に、同通路２６を外部に連通させるエアブリーザ筒２７が上向き煙突状に設けられている。

また、ブレーキ機構を構成するブレーキディスク１９とブレーキパッド２１の相接する面の一方(または双方)に、ブレーキ室１８をエアブリーザ通路２６に連通させる連通路２８(図２のみに符号を付す)が設けられ、これらにより、ブレーキ室１８を大気に連通させてエアブリーザ機能を果たすエアブリーザが構成されている。

図２，３中、破線矢印はこのエアブリーザによって減速機室１２からブレーキ室１８を通って外部に抜ける空気の流れを示す。

この旋回駆動装置によると、ブレーキ室１８をエアブリーザの空気室として兼用するため、基本的にエアブリーザ専用の空気室を追加する必要がない。

また、
(ｉ) ブレーキ室１８は、ブレーキ機構を収容するのに十分な空間であって、元々、エアブリーザ機能を果たすのに十分なボリュームを備えていること、
(ｉｉ) ブレーキ室１８を減速機室１２に対して仕切り壁２２と軸封装置２３とによって区画し、潤滑油の流入を制限できるため、ブレーキ室１８全体を空気室として機能させ得ること
の二点により、ブレーキ室１８を、装置高さ方向にも直径方向にも本来のブレーキ室として必要な寸法以上に拡張する必要がない。

従って、高さ方向及び直径方向にコンパクトでありながら、十分なエアブリーザ機能を得ることができる。

このため、スペースの制約の厳しいショベルへの搭載性が良くなる。

また、前記のように運転中は潤滑油面がすり鉢状となるため、モータ軸貫通部分からの潤滑油Ｏの流入のリスクが低い上に、このモータ軸貫通部分に軸封装置２３を設けてブレーキ室１８を減速機室１２と区画し、潤滑油Ｏの流入を制限する空気通路２５のみによって両室１２，１８を連通させているため、運転中、ブレーキ室１８が潤滑油Ｏで浸されるおそれがない。

さらに、モータ軸貫通部分に空気通路２５を設けたことにより、図４に示すように傾斜地で機械が傾いた状態での作業時にも空気通路２５及びブレーキ室１８が潤滑油Ｏで浸されるおそれがない。

このため、傾斜地での作業時を含めて常にエアブリーザ機能を確保し、潤滑油の吹き出しを確実に防止することができる。

加えて、ブレーキ室１８の底面を、内周部が外周部よりも低くなる凹状に形成しているため、もしブレーキ室１８に潤滑油Ｏが入った場合でも、その潤滑油Ｏが空気通路２５を通じて減速機室１２に戻り易くなる。

ところで、上記実施形態では、最も望ましい実施形態として非接触型の密封装置である軸封装置２３に元々形成される隙間を空気通路２５として利用する構成をとったが、この空気通路２５に加えて、あるいは代えて、ブレーキ室底壁(仕切り壁２２及びシールプレート２４の一方または双方)に空気通路を設けてもよい。

この場合も、空気通路は、たとえばラビリンス状とし、ストレート穴であれば小径とする等、潤滑油の流入を制限しつつ空気の出入りを許容する状態で設ける必要がある。

また、減速機２の減速機構を一段のみの遊星歯車機構で構成してもよいし、遊星歯車機構以外の歯車機構で構成してもよい。

１モータ
２減速機
４減速機のケーシング
５モータ軸
６減速出力軸
７モータと減速機を連結するボルト
１０被駆動部としてのアッパーフレーム
１２減速機室
１３，１４減速機を構成する遊星歯車機構
Ｏ潤滑油
１６乾式のブレーキ
１７ブレーキハウジング
１８ブレーキ室
１９ブレーキ機構を構成するブレーキディスク
２０同、バネ
２１同、ブレーキパッド
２２仕切り壁
２３軸封装置
２４軸封装置を構成するシールプレート
２４ａ同、油溝
２５軸封装置の隙間である空気通路
２６エアブリーザを構成するエアブリーザ通路
２７同、エアブリーザ筒
２８同、連通路

Claims

駆動源としての油圧または電動のモータの下方に、このモータの回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いのモータ軸と減速出力軸の中心が一致する状態で装置軸方向に並んで設け、上記減速機は、ケーシングで囲まれた減速機室内に減速機構を収容するとともに潤滑油を注入した建設機械の駆動装置において、上記モータと減速機との間に、ブレーキハウジングで囲まれたブレーキ室内にブレーキ機構を収容して成る乾式のブレーキを設け、上記ブレーキハウジングは、上記減速機室とブレーキ室とを仕切る仕切り壁を有し、この仕切り壁に、上記モータ軸に貫通される部分をシールする軸封装置と、減速機室からブレーキ室への潤滑油の流入を制限しつつ両室間の空気の出入りを許容する空気通路を設け、かつ、上記ブレーキ室に、ブレーキ室内を大気に連通させるエアブリーザを設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
上記ブレーキ室の底面を、上記モータ軸の周囲を含む内周部が外周部よりも低くなる凹状に形成し、上記内周部に上記空気通路を設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
上記軸封装置として、上記モータ軸との間に上記空気通路としての微小な隙間が形成される非接触型の密封装置を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。