JP2006089967A - 作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造、作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの前後方向の振動を抑制することで、エンジン、エンジン支持部、油圧ポンプの各部の耐久性を高めて信頼性を向上させる。
【解決手段】 油圧ポンプ３０は、油圧ポンプ３０の振動を弾性的に吸収する支持部２３０によって、エンジン８とは独立して、エンジン８の前方で支持されている。質量の大きい油圧ポンプがエンジン８の左右方向の端部に固定されないので、エンジン８の前後方向の振動が効果的に抑制される。エンジン８と油圧ポンプ３０との間には、動力伝達機構として、プーリ３７、ベルト３６、プーリ３５、ユニバーサルジョイント３４、およびジョイント３３が設けられている。エンジン８と油圧ポンプ３０とが異なった振動をすることにより、エンジン８と油圧ポンプ３０との相対距離が変化しても、その変化がこの動力伝達機構で吸収され、エンジン８の駆動力が油圧ポンプ３０に伝達される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえば油圧ショベルなどの作業機械のエンジン、および、このエンジンで駆動される油圧ポンプを支持する支持構造に関する。

油圧でアクチュエータが駆動される作業機械として、エンジンの駆動力で駆動される油圧ポンプからの圧油によってアクチュエータが駆動される油圧ショベルが知られている。この油圧ショベルでは、ファンが設けられた側面とは反対側のエンジンの側面に油圧ポンプを取り付けるとともに、平面視したときにエンジンのクランクシャフトを挟むように設けられた一対の支持部によって、エンジンのファン側およびエンジンの油圧ポンプ側でそれぞれエンジンを支持している（特許文献１参照）。

実公平７−５２９８４号公報

不整地などの走行時に、カウンタウェイトが作業機械の左右方向に延在する軸回りの回転振動であるピッチング振動や、作業機械の前後方向に延在する軸回りの回転振動であるローリング振動を起こし、その影響を受けてエンジン装置に水平方向の並進振動や回転振動、鉛直方向の並進振動、ピッチング振動、ローリング振動が発生することがある。しかし、油圧ポンプの質量によるエンジン装置の慣性モーメントが大きいため、エンジン装置の振動が油圧ポンプ側で大きくなる。そのため、油圧ポンプ側の支持部のブラケットや振動吸収用の弾性部材に負担が掛かる。

（１） 請求項１の発明による作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造は、フレームと、フレームに搭載されるエンジンと、フレームとエンジンとの間に設けられたエンジン防振支持装置と、エンジンによって駆動される油圧ポンプとを備え、油圧ポンプをエンジンと分離してエンジン防振支持装置とは異なる防振支持装置でフレームに固定することを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造において、駆動軸がエンジンの出力軸と略平行になるようにエンジンおよび油圧ポンプを配設し、エンジンの出力軸と油圧ポンプの駆動軸との相対位置の変化を吸収してエンジンの駆動力を油圧ポンプの駆動軸に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造において、エンジンの出力軸と油圧ポンプの駆動軸とが略同一直線となるようにエンジンおよび油圧ポンプを配設し、エンジンの出力軸と油圧ポンプの駆動軸との相対位置の変化を吸収してエンジンの駆動力を油圧ポンプの駆動軸に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする。
（４） 請求項４の発明による作業機械は、多関節構造の作業腕と、フレームを有し、作業腕が取り付けられる上部旋回体と、旋回体を旋回可能に保持する下部走行体とを備え、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造によってエンジンおよび油圧ポンプを支持することを特徴とする。

本発明によれば、油圧ポンプをエンジンから離間して配設し、フレームに対して、エンジン防振支持装置とは異なる防振支持装置で支持されるように構成した。質量の大きい油圧ポンプがエンジンに固定されないので、エンジンの振動を効果的に抑制できる。したがって、エンジン防振支持装置に掛かる負荷を低減できるため、エンジン防振支持装置およびエンジン防振支持装置が取り付けられるフレームの耐久性を高めて、信頼性を向上できる。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜７を参照して、本発明によるエンジン装置支持構造の第１の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、各図に示すように前後左右および上下の方向を規定して、これらの方向に基づいて説明する。図１は、作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。図１において、１は作業機械の下部走行体であり、２は下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体である。上部旋回体２は、骨格構造をなす本体フレーム３と、本体フレーム３に搭載される各機器から構成されている。

本体フレーム３の前部左側には運転室４が設けられ、本体フレーム３の前部中央には多関節構造の作業腕である作業装置５が設けられ、本体フレーム３の後部にはカウンタウェイト６が設けられる。運転室４とカウンタウェイト６との間の本体フレーム３上には、建屋カバーで囲われた機械室７が設けられている。カウンタウェイト６は、上部旋回体２の前部に設けられた作業装置５に対して上部旋回体２全体をバランスさせるように構成されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ面から見た、上部旋回体２の構成を示す図である。上部旋回体２には、上部旋回体２を旋回させる旋回モータ１２と、燃料タンク１４と、作動油タンク２６とが設けられている。機械室７の内部には、エンジン８と、エンジン８で駆動される油圧ポンプ３０と、作業装置５などを駆動する各アクチュエータへ供給される油圧ポンプ３０からの圧油を制御するコントロールバルブ１１とが設けられている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ面から見た図であり、図４および図５は、図３のＩＶ−ＩＶ面およびＶ−Ｖ面から見た図である。本体フレーム３は、上部旋回体２の左右の下部に配設されたサイドフレーム２５と、サイドフレーム２５よりも内側に配設されたセンターフレーム１５とによって構成されている。センターフレーム１５は、左右方向に離間して前後方向にそれぞれ延在するように設けられた一対のセンタービーム１６と、左右のセンタービーム１６を接続するように左右方向に配設された板状部材である隔壁１７，１８とによって構成されている。センタービーム１６は、縦板１６Ａと、縦板１６Ａの上側にＴ字状に突き合わされて溶接された帯板状の上板１６Ｂと、縦板１６Ａの下側に逆Ｔ字状に突き合わされて溶接された帯板状の下板１６Ｃとによって構成されて、略Ｉ型の断面を有する。なお、縦板１６Ａの高さは、作業車両の前方で高く、作業車両の後方で低い。

本実施の形態の作業機械では、エンジン８と油圧ポンプ３０とが離間して配設され、それぞれがセンターフレーム１５に対して独立して防振支持されている。後述するように、エンジン８の駆動力は、Ｖベルトを利用したベルト伝動によって油圧ポンプ３０に伝達される。エンジン８は、クランクシャフト（出力軸）８Ａが作業機械の左右方向と略平行になるように、いわゆる横置きとなるように設置されている。エンジン８の左側には冷却ファン９が設けられている。出力軸８Ａの軸端８Ｂは、エンジン８の右側側面から突出し、Ｖプーリ（プーリ）３７が取り付けられている。

図２，３に示すように、エンジン８は、平面視したときに出力軸８Ａを挟んで対向するように設けられた一対の支持部２１０，２２０によって、冷却ファン９の近傍および出力軸８Ａの軸端８Ｂ近傍で支持されている。すなわち、エンジン８は、エンジン８の右側および左側でそれぞれ前後１点ずつ、計４点で支持されている。冷却ファン９の近傍でエンジン８を支持する支持部２１０は、隔壁１７，１８から立ち上げられた前後一対のフレーム側ブラケット１９と、エンジン８に取り付けられた一対のエンジン側ブラケット２１と、フレーム側ブラケット１９とエンジン側ブラケット２１との間に設けられたエンジン用防振装置２０とから構成されている（図２）。支持部２１０は、エンジン用防振装置２０によってエンジン８を傾斜支持するように、前方のフレーム側ブラケット１９が前方の隔壁１８からエンジン８に向かって斜め後方に立ち上がり、後方のフレーム側ブラケット１９が後方の隔壁１７からエンジン８に向かって斜め前方に立ち上がるように構成されている。なお、エンジン用防振装置２０は、ゴムなどの弾性体からなる弾性部材であり、エンジン８の振動を弾性的に吸収する。

出力軸８Ａの軸端８Ｂ近傍でエンジン８を支持する支持部２２０は、右側のセンタービーム１６から立ち上げられた前後一対のフレーム側ブラケット２２と、エンジン８に取り付けられた一対のエンジン側ブラケット２４と、フレーム側ブラケット２２とエンジン側ブラケット２４との間に設けられたエンジン用防振装置２３とから構成されている（図３，５）。支持部２２０は、エンジン用防振装置２３によってエンジン８を水平支持するように、すなわち、エンジン用防振装置２３の荷重を受ける方向が鉛直方向となるように、フレーム側ブラケット２２が右側のセンタービーム１６の縦板１６Ａの右側側面から上方に向かって鉛直に立ち上がるように構成されている。なお、エンジン用防振装置２３は、エンジン用防振装置２０と同様にゴムなどの弾性体からなる弾性部材であり、エンジン８の振動を弾性的に吸収する。

図２，５，６に示すように、油圧ポンプ３０は、エンジン８とは独立して、エンジン８の前方で支持部２３０によって支持されている。なお、油圧ポンプ３０は、油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａがエンジン８の出力軸８Ａと略平行になるように配設されている。支持部２３０は、右側のセンタービーム１６から立ち上げられた前後一対のフレーム側ブラケット３２と、フレーム側ブラケット３２と油圧ポンプ３０との間に設けられた油圧ポンプ用防振装置３１とから構成されている。支持部２３０が油圧ポンプ用防振装置３１によって油圧ポンプ３０を水平支持するように、すなわち、油圧ポンプ用防振装置３１の荷重を受ける方向が鉛直方向となるように、フレーム側ブラケット３２は、右側のセンタービーム１６の縦板１６Ａの左側側面から左方に向かって延在し、上面には略水平となる水平面３２Ａが形成されている。油圧ポンプ用防振装置３１は、一対のフレーム側ブラケット３２の水平面３２Ａにそれぞれ２箇所ずつ、計４箇所取り付けられている。油圧ポンプ３０は、油圧ポンプ用防振装置３１の上に載置されて固定されている。なお、油圧ポンプ用防振装置３１は、エンジン用防振装置２０，２３と同様にゴムなどの弾性体からなる弾性部材であり、油圧ポンプ３０の振動を弾性的に吸収する。

図６，７に示すように、油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａの軸端には、ジョイント３３が取り付けられ、ジョイント３３には、ユニバーサルジョイント３４の一端が接続されている。ユニバーサルジョイント３４の他端には、Ｖプーリ（プーリ）３５が取り付けられている。プーリ３５は、本体フレーム３に取り付けられたブラケット３８によって回転可能に支持されている。プーリ３５は、左右方向の配設位置がエンジン８側のプーリ３７の左右方向の配設位置と一致するように支持されている。プーリ３５とプーリ３７にはＶベルト（ベルト）３６が掛け回されている。

エンジン８が駆動されると、出力軸８Ａの駆動力が出力軸８Ａに結合されたプーリ３７からベルト３６によってプーリ３５に伝達される。プーリ３５に伝達されたエンジン８の駆動力は、ユニバーサルジョイント３４およびジョイント３３を介して油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａに伝達される。このようにして、エンジン８の駆動力で油圧ポンプ３０が駆動される。

上述のように、エンジン８および油圧ポンプ３０は、各防振装置２０，２３，３１によってそれぞれ独立して弾性的に支持されているので、 エンジン８および油圧ポンプ３０の振動は、その方向や、振幅、周期、振動モードが異なることがある。このように、エンジン８と油圧ポンプ３０とが異なった振動をすることにより、エンジン８と油圧ポンプ３０との相対位置（相対距離）が変化する。しかし、エンジン８と油圧ポンプ３０との間には、動力伝達機構として、プーリ３７、ベルト３６、プーリ３５、ユニバーサルジョイント３４、およびジョイント３３が設けられているので、エンジン８と油圧ポンプ３０との相対距離の変化がこの動力伝達機構で吸収される。したがって、エンジン８や油圧ポンプ３０の振動の影響を受けることなく、エンジン８の駆動力が油圧ポンプ３０に伝達される。

なお、本実施の形態の作業機械では、従来の作業機械と異なり、横置きのエンジン８の前方に油圧ポンプ３０を配設しているので、コントロールバルブ１１の配設位置や、作動油タンク２６の形状などが従来の作業機械の配設位置および形状から変更されている。

上述した第１の実施の形態のエンジン装置支持構造では、次の作用効果を奏する。
（１） エンジン８と油圧ポンプ３０とを離間して配設し、本体フレーム３に対して、それぞれ独立して防振支持されるように構成した。質量の大きい油圧ポンプがエンジン８の左右方向の端部に固定されないので、エンジン８の前後方向の振動を効果的に抑制できる。また、エンジン８の前後方向以外の振動も抑制できる。これにより、エンジン８を支持する支持部２１０，２２０の各ブラケット１９，２１，２２，２４、およびエンジン用防振装置２０，２４の耐久性を高めるとともに、各ブラケット１９，２２が取り付けられる本体フレーム３の耐久性も高められるので、信頼性を向上できる。

（２） エンジン８とは別に独立して油圧ポンプ３０を防振支持するので、油圧ポンプ３０の耐久性が高まり、油圧ポンプの信頼性を向上できる。
（３） エンジン８を横置きとし、エンジン８の前方に油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａがエンジン８の出力軸８Ａと略平行になるように油圧ポンプ３０を配設した。そして、エンジン８と油圧ポンプ３０との間には、動力伝達機構として、プーリ３７、ベルト３６、プーリ３５、ユニバーサルジョイント３４、およびジョイント３３を設けた。これにより、エンジン８および油圧ポンプ３０の振動が効果的に抑制できるとともに、振動によってエンジン８と油圧ポンプ３０との相対距離が変化しても、エンジン８の駆動力を油圧ポンプ３０に確実に伝達できるので、作業機械の信頼性を高めることができる。

−−−第２の実施の形態−−−
図８〜１１を参照して、本発明によるエンジン装置支持構造の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して相違点を主に説明する。図８は、上部旋回体２の構成を示す図であり、第１の実施の形態の図２に相当する図である。第２の実施の形態では、油圧ポンプ３０は、エンジン８の右側にエンジン８から離間して配設されている。

図９は、図８のＩＸ−ＩＸ面から見た図であり、図１０は、図８のＸ−Ｘ面から見た図である。エンジン８の支持構造は、第１の実施の形態と同様である。油圧ポンプ３０は、エンジン８とは独立して、出力軸８Ａが突出するエンジン８の右方で支持部４１０によって支持されている。なお、油圧ポンプ３０は、油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａの軸線がエンジン８の出力軸８Ａの軸線と略同一になるように配設されている。支持部４１０は、右側のサイドフレーム２５に対して略水平に左側へ突出する前後一対のフレーム側ブラケット４２と、フレーム側ブラケット４２と油圧ポンプ３０との間に設けられた油圧ポンプ用防振装置３１とから構成されている。支持部４１０が油圧ポンプ用防振装置３１によって油圧ポンプ３０を水平支持するように、すなわち、荷重を受ける方向が鉛直方向となるように、フレーム側ブラケット４２は、右側のサイドフレーム２５から左方に向かって延在し、上面には略水平となる水平面４２Ａが形成されている（図１０）。油圧ポンプ用防振装置３１は、一対のフレーム側ブラケット４２の水平面４２Ａにそれぞれ２箇所ずつ、計４箇所取り付けられている。油圧ポンプ３０は、油圧ポンプ用防振装置３１の上に載置されて固定されている。

図８，１０に示すように、油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａの軸端には、ジョイント４５が取り付けられ、エンジン８の出力軸８Ａの軸端８Ｂには、ジョイント４３が取り付けられている。図１１に示すように、ジョイント４３とジョイント４５とは、ユニバーサルジョイント４４によって結合されている。なお、図示はしないが、ユニバーサルジョイント４４は、左右２つに分離した軸にスプラインが設けられて、ユニバーサルジョイント４４の両端の距離の変化を許容しつつ、トルクの伝達が可能となるように構成されている。

エンジン８が駆動されると、出力軸８Ａの駆動力が出力軸８Ａに結合されたジョイント４３からユニバーサルジョイント４４およびジョイント４５を介して油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａに伝達される。

エンジン８と油圧ポンプ３０とが異なった振動をすることにより、エンジン８と油圧ポンプ３０との相対位置（相対距離）が変化しても、エンジン８と油圧ポンプ３０との間には、動力伝達機構として、ジョイント４３、ユニバーサルジョイント４４およびジョイント４５が設けられているので、エンジン８と油圧ポンプ３０との相対距離の変化がこの動力伝達機構で吸収される。したがって、エンジン８や油圧ポンプ３０の振動の影響を受けることなく、エンジン８の駆動力が油圧ポンプ３０に伝達される。

上述した第２の実施の形態のエンジン装置支持構造では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１） 油圧ポンプ３０をエンジン８の右側にエンジン８から離間して配設したので、従来の作業機械におけるエンジン８および油圧ポンプ３０の配設位置と同じような配設位置となる。このため、コントロールバルブ１１の配設位置や、作動油タンク２６の形状などの変更が不要となり、設計が容易で製造コスト増も僅かである。

−−−変形例−−−
（１） 上述の説明では、出力軸８Ａが作業機械の左右方向と略平行となるようにエンジン８を横置きにしたが、エンジン８を縦置きとしてもよい。この場合、油圧ポンプ３０を第１の実施の形態と同様の配設位置とするには、油圧ポンプ３０を縦置きしたエンジン８の右側、もしくは左側に配設すればよい。油圧ポンプ３０を第２の実施の形態と同様の配設位置とするには、油圧ポンプ３０を縦置きしたエンジン８の前側、もしくは後側であって、冷却ファン９が配設された側面とは反対側の側面に配設すればよい。

（２） 上述の説明では、エンジン８の出力軸８Ａの軸端８Ｂにプーリ３７やジョイント４４が取り付けられたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、エンジン８の出力軸８Ａの軸端８Ｂに減速もしくは増速のためのギヤ機構や、他の油圧ポンプを駆動するために複数の出力軸を設けたギヤ機構などを取り付けてもよい。この場合、これらギヤ機構などの出力軸にプーリ３７やジョイント４４を取り付けて、上述の説明と同様に、油圧ポンプ３０を駆動すればよい。

（３） 上述の説明では、ベルト３６にＶベルトを用いたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、細幅Ｖベルトや歯付きベルト、結合ベルトなど、他の種類のベルトであってもよい。この場合、ベルトの種類に適したプーリ３５，３７を用いることは言うまでもない。

（４） 上述の説明では、油圧ポンプ３０をエンジン８の前方に配設した場合、エンジン８の動力をベルト伝動によって油圧ポンプ３０に伝達しているが、本発明はこれに限定されない。エンジン８の振動およびエンジン８とは異なる振動モードで振動する油圧ポンプ３０の振動に起因するエンジン８の出力軸８Ａの軸端８Ｂと油圧ポンプ３０の駆動軸３０Ａの軸端との相対位置の変化を吸収しつつトルクの伝達ができればよい。したがって、偏心、偏角、エンドプレイを吸収するように、各種の軸継手や動力伝達機構を組み合わせることで、ベルト伝動以外の伝達方法でエンジン８の駆動力を油圧ポンプ３０に伝達するように構成してもよい。

（５） 上述の説明では、作業機械の一例として、本発明を油圧ショベルに適用したもので説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、ホイール式の油圧ショベルや、ホイールローダ、油圧式クレーン、ブルドーザなど、エンジンで駆動される油圧ポンプの圧油によってアクチュエータが駆動される作業機械であれば、本発明を適用できる。
（６） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

以上の実施の形態および変形例において、たとえば、フレームは本体フレーム３に、エンジン防振支持装置は支持部２１０，２２０に、防振支持装置は支持部２３０，４１０にそれぞれ対応する。伝達手段は、プーリ３７とベルト３６とプーリ３５とユニバーサルジョイント３４とジョイント３３とによって、または、ジョイント４３とユニバーサルジョイント４４とジョイント４５とによって実現される。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における機器構成に何ら限定されない。

第１の実施の形態の作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ面から見た、上部旋回体２の構成を示す図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ面から見た図である。 図３のＩＶ−ＩＶ面から見た図である。 図３のＶ−Ｖ面から見た図である。 図２のＶＩ−ＶＩ面から見た図である。 ジョイント３３、ユニバーサルジョイント３４、およびＶプーリ（プーリ）３５の詳細を示す図である。 上部旋回体２の構成を示す図であり、第１の実施の形態の図２に相当する図である。 図８のＩＸ−ＩＸ面から見た図である。 図８のＸ−Ｘ面から見た図である。 ジョイント４３、ユニバーサルジョイント４４、およびジョイント４５の詳細を示す図である。

符号の説明

１ 下部走行体 ２ 上部旋回体
３ 本体フレーム ４ 運転室
５ 作業装置 ６ カウンタウェイト
７ 機械室 ８ エンジン
８Ａ クランクシャフト（出力軸） ８Ｂ 軸端
１５ センターフレーム １６ センタービーム
２５ サイドフレーム ３０ 油圧ポンプ
３０Ａ 駆動軸 ３３，４３，４５ ジョイント
３４，４４ ユニバーサルジョイント ３５，３７ Ｖプーリ（プーリ）
３６ Ｖベルト（ベルト） ２１０，２２０，２３０，４１０ 支持部

Claims (4)

1. フレームと、
   前記フレームに搭載されるエンジンと、
   前記フレームと前記エンジンとの間に設けられたエンジン防振支持装置と、
   前記エンジンによって駆動される油圧ポンプとを備え、
   前記油圧ポンプを前記エンジンと分離して前記エンジン防振支持装置とは異なる防振支持装置で前記フレームに固定することを特徴とする作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造。
2. 請求項１に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造において、
   駆動軸が前記エンジンの出力軸と略平行になるように前記エンジンおよび前記油圧ポンプを配設し、
   前記エンジンの出力軸と前記油圧ポンプの駆動軸との相対位置の変化を吸収して前記エンジンの駆動力を前記油圧ポンプの駆動軸に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造。
3. 請求項１に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造において、
   前記エンジンの出力軸と前記油圧ポンプの駆動軸とが略同一直線となるように前記エンジンおよび前記油圧ポンプを配設し、
   前記エンジンの出力軸と前記油圧ポンプの駆動軸との相対位置の変化を吸収して前記エンジンの駆動力を前記油圧ポンプの駆動軸に伝達する伝達手段を備えることを特徴とする作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造。
4. 多関節構造の作業腕と、
   前記フレームを有し、前記作業腕が取り付けられる上部旋回体と、
   前記旋回体を旋回可能に保持する下部走行体とを備え、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の作業機械のエンジンおよび油圧ポンプの支持構造によって前記エンジンおよび前記油圧ポンプを支持することを特徴とする作業機械。

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