JP2010043412A - 作業機械のキャブ補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく補強でき、十分な視野が確保できるキャブ補強構造を提供する。
【解決手段】キャブ３と、このキャブ３の側方に配設されたブーム５と、キャブ３に設けられる補強部材６とを備える。キャブ３は、前部ピラー７ａ、７ｂや、上部ピラー８ａ、８ｂ、後部ピラー９ａ、９ｂを備える。補強部材６は、キャブ３のブーム５側の前部ピラー７ａ及び後部ピラー９ａの上端間にわたる範囲を前後に延びて上部ピラー８ａに固定される第１部材６１と、この第１部材６１の中間に一端が固定され、他端が他方の上部ピラー８ｂに固定される第２部材６２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械のキャブ補強構造に関する。

従来より、この種の作業機械においては、できるだけ作業時の視野を確保したいという要望があるため、箱型の運転室（キャブ）には比較的大きな開口が形成されている。その一方で、大型の作業機械の場合には重量が数１０トンにも達するため、キャブは、仮にそのような大型の作業機械が倒れるようなことがあっても支障のない剛性を確保しておく必要がある。

そこで、視野を確保しながらキャブの剛性を強化するために様々な補強構造が提案されている（特許文献１、２）。

例えば、特許文献１には、キャブの骨格を構成している各ピラーに沿って枠状の補強部材を配設した補強構造が開示されている。

特許文献２には、天窓の前縁部を補強する第１補強部材と、天窓の後方から後窓にわたる部分を補強する第２補強部材とを、油圧ショベルの重量に併せて選択して組み合わすことができる補強構造が開示されている。
特開２００４−３４５４８６号公報 特開２００７−６９８２２号公報

しかし、数１０トンもの大型の作業機械を想定した場合には、補強されてはいても、上記各特許文献の補強構造のようにキャブの骨格を付加的に補強するだけでは十分とはいえず剛性に不安が残る。

補強部材を大きくすれば更に強化できるものの、材料コストや重量が増加するし、補強部材が視野に入ってきて視界が悪くなる。特に、キャブ上部の前縁に配設される補強部材は作業中に視野に入るため邪魔になり易い。

部材点数を増やして強化することも考えられるが、同じように材料コストや重量の点で不利になるため、部材点数の少ない簡素な補強構造を構成するのが好ましい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造が簡単で部材点数も比較的少なく済み、大型の作業機械であっても効率よく補強して乗員をより確実に保護することができ、しかも、十分な視野が確保できるキャブ補強構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、キャブの側方に加わる荷重を直接的に受け止めてその荷重を支えるとともに、キャブの前部ピラー、上部ピラー及び後部ピラーに効率よくその荷重を分散して伝えることができる補強部材をキャブに設けた。

具体的には、オペレータの作業空間を区画する箱状のキャブと、このキャブの側方に配設され、前後に傾動制御可能に支持された作業装置と、上記キャブに設けられる補強部材とを備えた作業機械のキャブ補強構造であって、上記キャブは、その前面側の左右両側を上下に延びる一対の前部ピラーと、これら前部ピラーのそれぞれの上端に連なって左右両側を前後に延びる一対の上部ピラーと、これら上部ピラーの後端に連なって左右両側を上下に延びる一対の後部ピラーと、を備え、上記補強部材は、上記キャブの作業装置側の前部ピラー及び後部ピラーの上端間にわたる範囲を前後に延びて上部ピラーに固定される第１部材と、この第１部材の中間に一端が固定され、左右に延びて他端が他方の上部ピラーに固定される第２部材と、を備える構成とする。

この構成によれば、まず、主要部材が第１部材及び第２部材の２つの部材で構成されているので、補強部材は部材点数の比較的少ない簡素な構造となっている。

そして、その第２部材は、第１部材の中間に一端が固定され、左右、つまりキャブの幅方向に延びて他端が他方の上部ピラーに固定されているので、仮に作業機械が倒れて左右側方からキャブに荷重が加わるような場合には、第２部材はその荷重を支える支柱のように作用する。

一方、第１部材は、キャブの作業装置側の前部ピラー及び後部ピラーの上端間にわたる範囲を前後に延びて上部ピラーに固定されているので、作業機械が比較的大きく傾動しても、作業機械とキャブとが接触するときには、第１部材がその荷重を確りと受け止めることができるし、第１部材は第２部材を支える梁のように作用して、第２部材に加わる荷重をキャブの各ピラーに効率よく分散して伝えることができる。

しかも、第１部材は、作業時には比較的視野に入り難いキャブの作業装置側の上部ピラーに沿うように固定されているため、ほとんど作業の邪魔にならないし、第２部材もキャブの上面の中間に位置していて、キャブの前方及び上部前方の視野を妨げるものがないため、作業時の邪魔にならないようになっている。

このとき、上記第２部材は、上記キャブ内で着席するオペレータの上方に配設しておくのが好ましい。このように、オペレータの上方に支柱のように作用する第２部材を配置することで、キャブの中でも、オペレータの周辺の部分の強度が最も強化されるため、安全性に万全を期すことができる。

更に、上記第１部材の前側に保護部が延設され、上記作業装置が前方へ最も傾動した時に、上記保護部が作業装置と上記キャブとの間に位置するようにしておくとよい。

作業機械は、一般に作業装置が前方に最も傾動している時に倒れ易い傾向がある。従って、その状態において、作業装置とキャブとの間に補強部材に連なる保護部を位置させることで、仮に油圧ショベルが倒れるようなこととなった場合には、作業装置はキャブに当たる前に保護部に当たり、その荷重は補強部材に受け止められることとなる。従って、比較的剛性の低いキャブの前部に作業装置が直接当たらなくなり、キャブをより効率よく保護することができる。

また、上記補強部材は、上記キャブに着脱可能に締結されていて、上記補強部材の締結部位は、第１部材の両端の部分と、第２部材の両端の部分とに位置しているものとすることができる。

そうすれば、まず、作業機械のサイズに合わせて補強部材を取り替えることができるため、汎用性に優れる。そして、その締結部位を第１部材及び第２部材の両端の部分に位置させたことで、剛性が低くなり易い締結部位を比較的少ない箇所で確りと固定することができる。

この場合、上記締結部位の近傍にずれ止め部を設けておくとよい。

ボルトはせん断され易い傾向があるため、このように締結部位の近傍にずれ止め部を設けておけば、補強部材とキャブとに荷重が加わって、締結部位にせん断力が作用するようになっても、ずれ止め部によってその締結部位の過度なずれが規制されるため、ボルトのせん断を効果的に阻止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、仮に作業機械が倒れるようなことがあっても、補強部材で荷重を効率よく受け止めてキャブに分散させることができるので、安全性が向上する。しかも、キャブの前方の視野を遮るものがないため作業性に優れる。比較的少ない部材点数で構成でき、構造も簡単であるため生産性にも優れる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

｛補強構造の構成｝
図１〜図６に本発明のキャブ補強構造を適用した油圧ショベル（作業機械）を示す。

図１は、油圧ショベルの上部旋回体１の部分を示しており、そのアッパーフレーム２の上面には、前側の左隅部に箱状のキャブ３が設けられている。このキャブ３の右側方には、一対のサイドスタンド４，４で前後に傾動制御可能に支持されたブーム５（作業装置）が配設されている。そして、キャブ３の上部に設けられているのが本発明のポイントとなる補強部材６である。

尚、図示しないが、キャブ３の後方にはエンジン等を搭載した機械本体が配設され、上部旋回体１の下側には、下部走行体が配設されている。また、前後や左右、上下等の方向は、特に言及しない限り、この油圧ショベルの前後や左右、上下等の方向に従うものとする。

（キャブ３）
図２は、キャブ３を右斜め前方から見た斜視図を示している。このキャブ３は、断面異形の鋼管からなるピラーやクロスメンバーで骨格が形成されている（図３、図４参照）。

すなわち、キャブ３は、その前面側の左右両側を上下に延びる左右一対の前部ピラー（Ａピラー）７ａ、７ｂと、これら前部ピラー７ａ、７ｂのそれぞれの上端に連なって左右両側を前後に延びる左右一対の上部ピラー８ａ、８ｂと、これら上部ピラー８ａ、８ｂのそれぞれの後端に連なって左右両側を上下に延びる左右一対の後部ピラー（Ｃピラー）９ａ、９ｂと、一対の前部ピラー７ａ、７ｂのそれぞれの上端間に連なって左右に延びる前クロスメンバー１０と、一対の後部ピラー９ａ、９ｂの上端間に連なって左右に延びる後クロスメンバー１１と、を備えている。

また、図１に示すように、キャブ３の左側には、左側の上部ピラー８ｂの前後方向の中間に連なって上下に延びるドアピラー１２（Ｂピラー）が備えられている。

そうして、キャブ３の左側面において、ドアピラー１２と前ピラー７ｂとで区画される開口には、上側にドアウインドを有するドア１４が開閉自在に取り付けられている。一方、ドアピラー１２と後ピラー９ｂとで区画される開口には、左サイドウインド１５と左サイドパネル１６とが上下に取り付けられている。

キャブ３の前面の開口には、フロントウインド１７が取り付けられている。右側面の開口には、その下側に右サイドパネル１８が取り付けられ、その上部に右サイドウインド１９が取り付けられている。一方、キャブ３の後面の開口には、リアウインド２０とリアパネル２１とが上下に取り付けられている。

キャブ３の上面の開口には、その前側にルーフウインド（天窓）２２と、このルーフウインド２２の後側に位置するルーフパネル２３とが設けられている。本実施形態のルーフウインド２２の外面側は、開閉自在に支持された窓カバー２４で覆われている。

このように構成されたキャブ３は、オペレータＳの作業空間を区画していて、その内部には、図３に示すように、側面視でキャブ３の前後方向の略中央部にオペレータＳが位置するようにシート３ａが配置されている。そして、オペレータＳは、そのシート３ａに着席した状態でレバー等を操作し、ブーム５や上部旋回体１、下部走行体などが操作できるようになっている。

（補強部材６）
上述したように、キャブ３には作業時の良好な視界を確保するためにウインドが多数設けられていて剛性を強化し難い構造となっている。その一方で、重量が数１０トンにも達する大型の油圧ショベルが仮に倒れるようなことがあっても、キャブ３の中で作業するオペレータＳの安全性を確保する必要がある。また、一般にキャブ３の基本的な構造については油圧ショベルのサイズの大小にかかわらず大差はないため、その大小に合わせてキャブ３を補強することができれば部材の共有化を図ることができる。

そこで、本発明らは検討を重ね、キャブ３に取り付ける補強部材６を大きく改良した。

図５にその補強部材６を示す。本実施形態の補強部材６は、複数の鋼材を組み合わせて溶接固定した一体構造物であり、平面視では略Ｔ字形状をしている。この補強部材６は、図６に示すように、キャブ３のブーム５側（右側）に取り付けられていて、前部ピラー７ａ及び後部ピラー９ａの上端間にわたる範囲を前後に延びて上部ピラー８ａに固定される第１部材６１と、この第１部材６１の略中央部に一端が固定され、ルーフパネル２３上を左右（幅方向）に延びて他端が左側の上部ピラー８ｂに固定される第２部材６２とを備えている。

第２部材６２は、支柱のように機能してキャブ３の側方に加わる荷重を受け止め、第１部材６１は、梁のように機能して第２部材６２を支えるとともに、前部ピラー７ａ、上部ピラー８ａ及び後部ピラー９ａに第２部材６２に加わる荷重を分散して伝えるように構成されている。

すなわち、第１部材６１は、図４にも示すように、複数の鋼板を溶接によって繋ぎ合わせることにより、比較的幅広の細長い中空容器形状に形成されていて、上部ピラー８ａに沿って延びる上壁部６１ａ及び下壁部６１ｂと、これら上壁部６１ａ及び下壁部６１ｂに連なるように溶接された外壁部６１ｃ及び内壁部６１ｄと、詳細は後述する保護部２５とを有している。尚、図中、符号Ｗが溶接部位を示している。

一方、第２部材６２は、多用されている断面矩形の中空鋼管で構成されている。このように支柱として機能する第２部材６２に一体物の汎用品を用いることで、剛性や、品質の安定性、入手の容易性、材料コストなどに利点がある。

上壁部６１ａの第２部材６２側には、平面視で略三角形状の支持フランジ部６３が張り出していて、その支持フランジ部６３が第２部材６２の上面に溶接されている。第２部材６２の第１部材６１側の端部は外壁部６１ｃの内面に溶接されている。

また、第１部材６１における第２部材６２の反対側には、その長手方向に沿って弓状に膨出した補強アーチ部６４が設けられている。これら支持フランジ部６３及び補強アーチ部６４は、第１部材６１と第２部材６２とを確りと固定するとともに、第２部材６２に加わる荷重を第１部材６１の全体に分散して伝えるために設けられている。

例えば、図５に示すように、本実施形態の補強部材６では、第２部材６２の突き出た先端に矢印のように１７トンの荷重が作用した場合には、局所に荷重が偏ることなく第１部材６１の前端側に７トン、後端側に１０トンの割合でその荷重が分散して伝わるように設定されている。

補強部材６の所定の５箇所に、キャブ３に着脱自在に取り付けるための締結部位６５が設けられている。

具体的には、第１部材６１の長手方向の前端部に１箇所、後端部に２箇所、そして中央部に１箇所、ボルト孔６５ｂが上下に貫通形成されている。第２部材６２の長手方向の両端部にもそれぞれ同様にボルト孔６５ｂが上下に貫通形成されている。第２部材６２の第１部材６１側のボルト孔６５ｂは、第１部材６１の中央部のボルト孔６５ｂと重なるように配設されていて、両者を一度に締結できるようになっている。

そして、右側の上部ピラー８ａにおいて、前部ピラー７ａ近傍の部位と、中央部位、後部ピラー９ａ近傍の部位、及び左側の上部ピラー８ｂの中央部位とに、上記各ボルト孔６５ｂに対応してそれぞれボス部６５ｃが設けられている（図４参照）。そうして、各ボルト孔６５ｂに挿通したボルト６５ａが各ボス部６５ｃに取り外し可能に締結固定されている。

図６に示すように、キャブ６に取り付けられた状態の補強部材６では、平面視において、その外壁部６１ｃはキャブ３の右側の側面よりも間隙を空けて外側に位置しており、また、その第２部材６２の突き出た先端はキャブ３の左側の側面と重なるか僅かにその内側に位置する程度のキャブ３の左側側面近傍に位置している。

このように補強部材６を取り外し可能にしておけば、油圧ショベルのサイズの大小に合わせて補強部材６を取り替えることができるようになり、生産性に優れる。そして、第１部材６１及び第２部材６２の各両端部を締結することで、ボルト孔６５の形成による補強部材６の強度低下を抑制しながら、確りと固定することができ、作業性にも優れる。尚、第１部材６１の後端部の２箇所に締結部位６５を設けたのは、キャブ３の構造上、後部ピラー９ａ周辺は相対的に剛性が強くなっているため、そこにより荷重が伝わるようにするためである。

（保護部２５）
第１部材６１の前側には、ブーム５がキャブ３に直接接触するの確実に阻止してその荷重を補強部材６で受け止めるために、保護部２５が延設されている。

具体的には、保護部２５は、上部ピラー８ａの前端部から前部ピラー７ａの上端にわたる範囲を覆うように設けられていて、外壁部６１ｃに連なって延びる荷重受面２５ａと、この荷重受面２５ａに連なるとともに、上壁部６１ａに連なって延びる荷重支持面２５ｂとを有している。

荷重受面２５ａは、図３に示すように、油圧ショベルが最も倒れ易い傾向にある、ブーム５が前方へ最も傾動した時に、そのブーム５とキャブ３との間に位置するように配設されている。

従って、ブーム５がいずれの傾動位置にあっても、キャブ３との間には第１部材６１の外壁部６１ｃ及び荷重受面２５ａが位置しているため、ブーム５が直接キャブ３には当たらないようになっている。

（ずれ止め部２６）
図４、図６に示すように、締結部位６５の近傍には、ずれ止め部２６が設けられている。ずれ止め部２６は、ブロック状の鋼材片などからなり、例えば、第１部材６１の中央部に位置するずれ止め部２６であれば下壁部６１ｂの下面に溶接されていて、その一端がボス部６５ｃの作業装置側の周面に近接する凸状構造となっている。また、第２部材６２の突き出た先端側に位置するずれ止め部２６は、ボス部６５ｃにおける作業装置とは反対側の周面に近接するように配設されている。ずれ止め部２６は、各締結部位６５のいずれか片側に設けてあってもよいし、両側に設けてあってもよい。

｛補強構造の作用｝
油圧ショベルは、例えば、図１に示すように、そのブーム５を前方に最も傾動した時に倒れ易い傾向がある。そして、その状態では図３に示すように、ブーム５は側面視でキャブ３の前部ピラー７ａの上部近くに位置している。従って、仮に油圧ショベルがその状態から倒れてブーム５とキャブ３とが接触するときには、ブーム５はキャブ３の上部前側に当たることとなるが、図６の矢印が示すように、ブーム５とキャブ３との間には保護部２５の荷重受面２５ａが存在しているため、この荷重受面２５ａに当たって比較的剛性の低いキャブ３の前部にブーム５が直接当たらないようになっている。

一方、キャブ３の左側の側面は、通常その上部側から地面に接触するようになるが、図６の矢印が示すように、特にその荷重は支柱として機能する第２部材６２の突き出た先端で受け止められることとなる。

そうなると、キャブ３の左右両側から加わる荷重は、キャブ３に大きく作用する前に補強部材６によって受け止められ、その荷重も第２部材６２及び第１部材６１を伝わってキャブ３の右側の前部ピラー７ａ、上部ピラー８ａ、後部ピラー９ａに効率よく分散されるため、キャブ３の片寄った変形が抑制され、キャブ３の剛性が向上する。

特に、支柱として機能する第２部材６２がオペレータＳが着席している位置の上方に位置するとともに、梁として機能する第１部材６１でその第２部材６２が確りと支持されているので、図６に示すように、オペレータＳの周囲は特に剛性が強化されていて、キャブ３の内部に確実に空間Ｒが確保されるようになっている。

更に、例えば、ブーム５が第１部材６１に当たって荷重が加わる場合には、各締結部位６５には、ブーム５側からボルト６５ａにせん断力が作用するが、そのブーム５側（右側）の近傍にずれ止め部２６を設けてあるので、ボルト６５ａに過剰なせん断力が作用するのが規制され、締結部位６５が破損して補強部材６がキャブ３から外れるのを効果的に防止することができる。

同様に、ずれ止め部２６を締結部位６５の左側にも設けることで、地面と第２部材６２との接触によるボルト６５ａへの過剰なせん断作用も規制できる。

本実施形態の補強部材６はキャブ３に着脱可能に締結されているので、キャブ３にボス部６５ｃを設けるだけで補強部材６を取り付けて補強することができる。従って、大型の油圧ショベルと小型の油圧ショベルとでキャブ３の共用が可能になり、汎用性に優れる。

また、急斜面などの倒れる危険性の高い作業現場では補強部材６を取り付けて安全性を向上させ、倒れる危険性の低い平坦な作業現場では補強部材６を取り外して作業性や燃費を向上させるなど、必要に応じて利用することもできる。

以上、説明したように、本発明のキャブ補強構造によれば、仮に油圧ショベル等の作業機械が倒れるようなことがあっても、補強部材６で荷重を効率よく受け止めてキャブ３に負荷を分配させることができるので、安全性をより向上させることができる。しかも、キャブ３の前方の視野を遮るものがないため作業性に優れるし、構造も簡単であるため生産性にも優れる。

なお、本発明にかかるキャブ補強構造は、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

すなわち、上記実施形態では、フロントウインド１７とルーフウインド２２との間に前クロスメンバー１０が設けられているが、前クロスメンバー１０を設けずに、フロントウインド１７とルーフウインド２２とを一体に設けてあってもよい。そうすれば、オペレータＳの前方からその上部にわたる範囲に視界を遮るものがなくなるため、更に作業性に優れたものとなる。

また、補強部材６はキャブ３に溶接するなど、キャブ３と一体に設けてあってもよい。その場合、第１部材６１の後部側を大きくして、第１部材６１がルーフパネル２３を兼ねるようにしてあってもよい。

本発明を適用した油圧ショベルの要部を示す斜視図である。 キャブの斜視図である。 キャブの右側面図である。 図３におけるＸ−Ｘ線断面図である。 補強部材を示す斜視図である。 キャブの平面図である。

符号の説明

１ 上部旋回体
２ アッパーフレーム
３ キャブ
３ａ シート
５ ブーム（作業装置）
６ 補強部材
７ａ、７ｂ 前部ピラー
８ａ、８ｂ 上部ピラー
９ａ、９ｂ 後部ピラー
１０ 前クロスメンバー
１１ 後クロスメンバー
２２ ルーフウインド
２３ ルーフパネル
２５ 保護部
２５ａ 荷重受面
２５ｂ 荷重支持面
２６ ずれ止め部
６１ 第１部材
６２ 第２部材
６５ 締結部位
Ｓ オペレータ

Claims (5)

1. オペレータの作業空間を区画する箱状のキャブと、このキャブの側方に配設され、前後に傾動制御可能に支持された作業装置と、上記キャブに設けられる補強部材とを備えた作業機械のキャブ補強構造であって、
   上記キャブは、その前面側の左右両側を上下に延びる一対の前部ピラーと、これら前部ピラーのそれぞれの上端に連なって左右両側を前後に延びる一対の上部ピラーと、これら上部ピラーの後端に連なって左右両側を上下に延びる一対の後部ピラーと、を備え、
   上記補強部材は、上記キャブの作業装置側の前部ピラー及び後部ピラーの上端間にわたる範囲を前後に延びて上部ピラーに固定される第１部材と、この第１部材の中間に一端が固定され、左右に延びて他端が他方の上部ピラーに固定される第２部材と、を備えることを特徴とする作業機械のキャブ補強構造。
2. 請求項１に記載の作業機械のキャブ補強構造において、
   上記第２部材が、上記キャブ内で着席するオペレータの上方に配設されていることを特徴とする作業機械のキャブ補強構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の作業機械のキャブ補強構造において、
   上記第１部材の前側に保護部が延設され、
   上記作業装置が前方へ最も傾動した時に、上記保護部が作業装置と上記キャブとの間に位置することを特徴とする作業機械のキャブ補強構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の作業機械のキャブ補強構造において、
   上記補強部材は、上記キャブに着脱可能に締結されていて、
   上記補強部材の締結部位は、第１部材の両端の部分と、第２部材の両端の部分とに位置していることを特徴とする作業機械のキャブ補強構造。
5. 請求項４に記載の作業機械のキャブ補強構造において、
   上記締結部位の近傍にずれ止め部が設けられていることを特徴とする作業機械のキャブ補強構造。

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