JP2015169146A - 作業機械の後処理装置支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体振動によって生じる後処理装置の振動を抑え、さらに振動により後処理装置支持脚に生じる負荷に対する強度が確保された、作業機械の後処理装置支持構造の提供。
【解決手段】本発明は、エンジン９と、エンジン９からの出力により駆動する油圧ポンプ１０と、エンジン９から排出される排ガスを浄化する後処理装置１１と、後処理装置１１を設置する支持部材１２と、支持部材１２を設置するフレーム５とを備えた作業機械の後処理装置支持構造において、支持部材１２は、後処理装置１１を設置する支持台１２ａと、支持台１２ａに固定された複数の支持脚１２ｂ〜ｅとを有し、その内少なくとも２本以上は、フレーム５に設置された側における各支持脚１２ｂ〜ｅでなす最も近い部位間の距離と比較し、支持台１２ａに固定された側における各支持脚１２ｂ〜ｅでなす最も近い部位間の距離が短くなることを特徴とする作業機械の後処理装置支持構造。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の後処理装置支持構造に関する。

近年、油圧ショベル、ホイールローダなどの建設機械において、排気ガスに含まれるＰＭやＮＯｘの環境への悪影響を懸念し、排ガス規制が年々厳しくなっている。そのため従来機と比較し、例えばＮＯｘ低減の為尿素水を利用したＮＯｘ還元装置を追加搭載する等といった措置をとる必要がでてきてしまい、部品増加に伴い後処理装置自身の拡大化が進んでいる。

そのため従来機ではエンジン上に置かれていた後処理装置が、近年では、後処理装置の拡大化に伴い、車体自体の拡大化や、後処理装置の質量増加によるエンジン支持部の負荷の増大等を低減すべく、エンジンとは別置きに配置されている。

後処理装置がエンジンとは別置きに配置される従来技術として特許文献１に示される技術がある。この特許文献１では後処理装置を支持する部材を設け、その部材をフレームに固定することでエンジンとの別置きを図っている。

別置きされた後処理装置と支持部材は、この支持脚の脚元を中心としてエンジン側へ回動自在な構造となっている。このためエンジンと後処理装置間の組付け誤差を吸収することが出来る。

特開２０１０‐１２１５６２号公報

従来のように、後処理装置がエンジンと一体となる場合はエンジンマウントに取り付けられた防振ゴムの効果が影響し、後処理装置の振動を抑えることが出来るが、後処理装置をエンジンと別置きをし、支持部材によって後処理装置を支持した場合、エンジン一体型の配置とは異なり、車体走行時などで生じる後処理装置の振動が直接支持部材に影響してしまう。その際特許文献１に示される技術では支持脚の足元がフレームに対し垂直方向に支持されていることから、支持脚の足元に曲げの負荷が集中し、破損につながる可能性がある。

また車体振動によって、後処理装置が振動するため、エンジンと後処理装置間に前後左右上下の変位が生じる。これにより後処理装置自体、及び後処理装置につながる配管等に負荷が集中し、損傷にいたる可能性がある。

そこで、本発明は上記の問題を考慮したものであり、その目的は、車体振動によって生じる後処理装置の振動を抑え、さらに前記振動により後処理装置支持脚に生じる負荷に対する強度が確保された、作業機械の後処理装置支持構造を提供することにある。

この目的を達成するための本発明は、エンジンと、前記エンジンからの出力により駆動する油圧ポンプと、前記エンジンから排出される排ガスを浄化する後処理装置と、前記後処理装置を設置する支持部材と、前記支持部材を設置するフレームとを備えた作業機械の後処理装置支持構造において、前記支持部材は、前記後処理装置を設置する支持台と、前記支持台に固定された複数の支持脚とを有し、前記支持脚の内、少なくとも２本以上は、前記フレームに設置された側における各支持脚でなす最も近い部位間の距離と比較し、前記支持台に固定された側における各支持脚でなす最も近い部位間の距離が短くなることを特徴としている。

このように構成された本発明は、後処理装置の支持部材が斜めに取り付くことによって、後処理装置の振動によって生じる負荷を、支持脚の曲げ方向だけでなく、支持脚の軸方向に受けることが出来る。

本発明は前記発明において、前記支持部材の支持台は、上面部、下面部、および側面部を有し、前記フレームに設置された側における各前記支持脚でなす最も近い部位間の距離の中心と前記支持台の前記エンジンに近い側面部との距離が、前記フレームに設置された側における各前記支持脚でなす最も近い部位間の距離の中心と前記支持台の前記エンジンに近い側面部と対向する側面部との距離よりも長いことを特徴としている。

このように構成された本発明は、後処理装置を極力エンジン側に近づけることが出来、かつエンジンに近い側面部に対向する側面部周辺のスペースを広く取ることが出来る。

本発明は前記発明において、前記後処理装置と第１後処理装置と第２後処理装置からなり、前記第１後処理装置は、前記支持台の上面部に取り付けられ、前記第２後処理装置の下部が、前記油圧ポンプの上部より高い位置にあることを特徴としている。

このように構成された本発明は、前記後処理装置が前記油圧ポンプより高い位置に配置されることで、前記油圧ポンプを側面部から見た際、前記後処理装置と前記油圧ポンプの干渉をなくすことが出来る。

本発明は前記発明において、前記作業機械は、前記エンジン上部を覆う第１カバーと前記後処理装置を覆う第２カバーとを備え、前記第２カバーは、第１後処理装置の内、前記第１カバーより高く位置する部位のみを覆う第１カバー部位と、第１カバー部位より下部にある第２カバー部位とを含むことを特徴としている。

このように構成された本発明は、前記第１カバーより上方へ張り出す部分を最小限に抑えることが出来る。

本発明は、従来困難であった、車体振動によって生じる後処理装置の振動を抑え、さらに前記振動により後処理装置支持脚に生じる負荷に対する強度を確保することができる。その結果、従来に比べ後処理装置支持脚、後処理装置、及び後処理装置につながる配管等の損傷を防ぐことができる。

本発明に係る作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態を含む油圧ショベルを示す側面図である。 図１に示す油圧ショベルに備えられるエンジンと、油圧ポンプ、後処理装置を備えた作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の要部を示す油圧ショベル上面図である。 図１に示す油圧ショベルに備えられるエンジンと、油圧ポンプ、後処理装置を備えた作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の要部を示す油圧ショベル背面図である。 図３に示す作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の後処理装置支持部材を示す立体図である。 図４に示す支持部材のＡ矢視図である。 図４に示す支持部材のＢ矢視図である。 本発明に係る作業機械後処理装置支持構造の第１実施形態に対する、振動による力の作用を示す概念図である。 従来技術に対する、振動による力の作用を示す概念図である。 本発明に係る作業機械の後処理装置支持構造の第２実施形態を示す支持部材の要部を示す立体図である。

以下、本発明に係る作業機械の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態を含む油圧ショベルを示す側面図である。

図１に示すように、作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルは、走行体１を備え、走行体１の上には旋回体２を設けてある。旋回体２は図示していないが走行体１との間に介在するベアリング機構により走行体１に対し旋回可能となっている。また旋回体２はフレーム５に、前部に作業装置３、後部にカウンタウェイト８、左前部に運転室４を搭載し、さらにカウンタウェイト８の前にエンジンルーム６が位置し、油圧ショベルの駆動源であるエンジンユニット７を備えている。

図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられるエンジンと、油圧ポンプ、後処理装置を備えた作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の要部を示す油圧ショベル上面図である。

図２に示すように、作業機械の第１実施形態を構成する油圧ショベルは、カウンタウェイト８の前にエンジンルーム６が位置し、油圧ショベルの駆動源であるエンジンユニット７を備えている。エンジンユニット７ではエンジン９がフレーム５上に配置され、エンジン９の左部には油圧ポンプが搭載される。エンジン９の図示しない駆動軸は、油圧ポンプ１０の図示しない駆動軸と、図示しないカップリング等で結合し、駆動力を伝える。油圧ポンプ１０は伝えられた駆動力により、油圧を発生させる。また、エンジン９が駆動することで発生する排気ガスは、後述する第１配管１６ａを通り後処理装置１１へ送られる。

油圧ポンプ１２で発生した油圧は、オペレータが運転室４に設置された図示しない操作装置を操作することにより発生した操作信号に応じて、図示しない油圧制御弁が制御され、走行体１、旋回体２、作業装置３に対し分配され、各々を駆動する。

図３は、図１に示す油圧ショベルに備えられるエンジンと、油圧ポンプ、後処理装置を備えた作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の要部を示す油圧ショベル背面図である。

後処理装置１１は第１後処理装置１１ａと第２後処理装置１１ｂに分けられ、両者はフレーム５に設置された支持部材１２中の支持台１２ａによって支持されている。また支持台１２ａは、フレーム５に設置された複数の支持脚１２ｂ〜１２ｅによって支持される。第１後処理装置１１ａは、支持台１２ａの上面部に取り付けられ、第２後処理装置１１ｂは支持台１２ａの側面部に取り付けられ、第２後処理装置１１ｂの下部が、油圧ポンプ１０の上部より高い位置に配置される。

エンジン９の上部には第１カバー１３を備え、後処理装置１１の上部には第２カバー１４を備えており、第２カバー１４は、第１後処理装置１１ａの内、第１カバー１３より高く位置する部位のみを覆う第１カバー部位１４ａと、第１カバー部位１４ａより下部にある第２カバー部位１４ｂとを含み、第２カバー１４はフレーム５に設置されたサポート１５によって支持される。

後処理装置１１のうち、第１後処理装置１１ａは、エンジン９から排出され第１配管１６ａを通過してくる排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を除去する。また第２後処理装置１１ｂは第１後処理装置１１ａ及び第２配管１６ｂを通過してくる排ガスに尿所触媒を付加し、排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素化合物）を低減させる。第２後処理装置１１ｂを通過した排ガスはマフラー１７を通じて外気中へ放出される。

図４は、図３に示す作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の後処理装置支持部材を示す立体図である。また図５は、図４に示す支持部材のＡ矢視図であり、図６は、図４に示す支持部材のＢ矢視図である。

図４に示すように、作業機械の後処理装置支持構造の第１実施形態の支持部材１２は後処理装置１１を設置する支持台１２ａと、支持台１２ａに固定された複数の支持脚１２ｂ〜ｅとを有し、支持脚１２ｂ〜ｅは、フレーム５を構成している第１フレーム５ａ及び第２フレーム５ｂへ、例えばボルトなどを用いて設置される。

ここで支持脚１２ｅ及び支持脚１２ｃは、図５に示すように、互いの距離が上部と下部で異なるように配置されており、楕円１２ｇに示す、支持台１２ａ側の支持脚１２ｅ及び支持脚１２ｃ間の距離に比べ、楕円１２ｆに示す、フレーム５側の支持脚１２ｅ及び支持脚１２ｃ間の距離は広くなるよう設置されている。すなわち、支持脚１２ｂ〜ｅは車体垂直方向に対し、斜めに設置されている。またこれは、支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｄとにおいても同様のことがいえる。

楕円１２ｇに示すように、支持脚１２ｅ（１２ｄ）と支持脚１２ｃ（１２ｂ）との上部の距離が短くなる構造をとることで、支持台１２ａを小さくすることができ、支持台１２ａの質量を最小限に抑えることが出来る。

また支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃは、図６に示すように、互いの距離が上部と下部で異なるように配置されており、楕円１２ｉに示す、支持台１２ａ側の支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃ間の距離に比べ、楕円１２ｈに示す、フレーム５側の支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃ間の距離は広くなるよう設置されている。すなわち、斜めに設置されている。またこれは、支持脚１２ｄ及び支持脚１２ｅとにおいても同様のことがいえる。

楕円１２ｇに示すように、支持脚１２ｅ（１２ｄ）と支持脚１２ｃ（１２ｂ）との上部の距離が短くなる構造をとることで、支持台１２ａを小さくすることができ、支持台１２ａの質量を最小限に抑えることが出来る。

図５に示されるように、支持台１２ａは、上面部、下面部、および側面部を有し、フレーム５に設置された側における支持脚１２ｅ及び支持脚１２ｃ間の距離の中心である支持脚中心１８と、支持台１２ａの前記エンジン９に近い側面部との距離である第１寸法１９ａが、支持脚中心１８と、支持台１２ａの前記エンジン９に近い側面部と対抗する側面部との距離である第２寸法１９ｂよりも大きくなるように配置されている。

次に第１実施形態の作用について説明する。

図４に示す各支持脚１２ｂ〜ｅは前述の通り、それぞれの上部の距離よりも下部の距離が大きくなるように配置されており、各支持脚１２ｂ〜ｅは車体垂直方向に対して斜めに設置される。

こうすることによって、各支持脚１２ｂ〜ｅは車体走行時等に発生する振動を、曲げ方向だけでなく、軸方向でも受けることが出来る。

図７は、本発明に係る作業機械後処理装置支持構造の第１実施形態に対する、振動による力の作用を示す概念図、図８は、従来技術に対する振動による力の作用を示す概念図である。

図７には第１実施形態の支持部材１２における力の作用を示し、図８では、従来技術における支持部材２２の構造を簡易的に示し、その支持部材２２における力の作用を示している。なお図８に示す従来技術は、前記支持部材２２は支持台２２ａと支持脚２２ｂ〜ｅからなり、支持台２２ａに対し、それを支持する支持脚２２ｂ〜ｅが垂直に伸びる。また、変形形状２３は支持部材２２に対し、車体前方方向荷重２１ａが働いた際の、支持部材２２の変形形状を示す。

図８に示すとおり、従来機を模擬した支持部材２２は、車体振動によって生じた車体前方方向荷重２１ａにより、変形形状２３の様に変形する。その結果支持脚２２ｂ〜ｅの脚元には、曲げモーメント２１ｄ、ｅが働くため、支持脚２２ｂ〜ｅの脚元が損傷する恐れがある。

一方、図７に示すとおり、第１実施形態の支持部材２２では、車体振動によって生じた車体前方方向荷重２１ａが、支持脚１２ｃ（１２ｂ）の軸方向成分荷重２１ｂと支持脚１２ｅ（１２ｂ）の軸方向荷重成分２１ｃに分割される。これにより強度の低い曲げ方向への荷重の負担がなくなるため、従来技術よりも脚部の損傷を低減させることが出来る。

また、各支持脚１２ｂ〜ｅ同士の距離が、支持台１２ａ側に向かうにつれ小さくなるように配置されることで、支持台１２ａを最小限のサイズに抑え、支持台１２ａ周辺の作業スペースを広く取ることが出来る。

さらに、支持台１２ａが小さくなることで、支持台１２ａの質量を最小限に抑えられる。これにより、支持部材１２及び後処理装置１１一体の持つ固有振動数が上がり、車体振動が含む、低周波振動との共振を避けることが出来る。その結果、支持部材１２及び後処理装置１１の振幅が小さくなるため、後処理装置１１に接続される第１配管１６ａや第２配管１６ｂ等の損傷を抑えることが出来る。

図５では、前述の通り第１寸法１９ａ＞第２寸法１９ｂとなっており、支持台１２ａはエンジンよりに配置されている。これにより、エンジン９と後処理装置１１とを含む空間がコンパクトになり、それらをつなぐ第１配管１６ａを最小限の長さに抑えられ、従来よりも製造コストを低く抑えることが出来る。

図３では、前述の通り、第１後処理装置１１ａは、支持台１２ａの上面部に取り付けられ、第２後処理装置１１ｂは支持台１２ａの側面部に取り付けられ、第２後処理装置１１ｂの下部が、油圧ポンプ１０の上部より高い位置に配置されているため、油圧ポンプ１０のメンテナンスの為の作業空間を十分に確保することが出来る。

また、第１後処理装置１１ａと第２後処理装置１１ｂの双方を支持台１２ａの上に載せる場合と異なり、一方が支持台１２ａの側面部に取り付くことで、極力エンジン９の上面より上部に突き出る領域を少なくしている。それに伴い、後処理装置１１上部を覆う第２カバー１４に関しても、第１カバー部位１４ａのみエンジン９上部を覆う第１カバー１３よりも上方へ突き出し、第２カバー部位１４ｂは第１カバー部位１４ａより低く位置する。これによりエンジンルーム６の上部への拡大化を最小限に抑えることで、例えば運転室４からの後方の視野を確保することが出来る。

図８は、本発明に係る作業機械の後処理装置支持構造の第２実施形態を示す支持部材の要部を示す立体図である。

第１実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。

支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃは、互いの距離が上部と下部で等しくなるよう配置されており、支持台１２ａ側の支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃ間の距離と、フレーム５側の支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃ間の距離は等しくなる。またこれは、支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｄとの関係性においても同様のことがいえる。

図８に示すように、フレーム５を構成する第１フレーム５ａと第２フレーム５ｂに対し垂直に橋渡すように第３フレーム５ｃが取り付く。さらに支持脚１２ｂから第３フレーム５ｃへ向かいリブ１８ａが設置される。同様に支持脚１２ｃからも第３フレーム５ｃへ向かいリブ１８ｂが設置される。

次に第２実施形態の作用について説明する。

図９に示す、支持脚１２ｂ〜ｅの形態は、油圧ポンプ１０等との干渉などにより、第１実施形態のように支持脚１２ｃ（１２ｅ）及び支持脚１２ｂ（１２ｄ）との距離を支持台１２ａ側とフレーム５側とで異なる幅にすることが出来ない場合を想定したものである。

支持台１２ａ側の支持脚１２ｂ（１２ｄ）及び支持脚１２ｃ（１２ｅ）間の距離と、フレーム５側の支持脚１２ｂ（１２ｄ）及び支持脚１２ｃ（１２ｅ）間の距離は等しくなることで、支持脚１２ｂ〜ｅは車体前後方向の振動による負荷を支持脚１２ｂ〜ｅの軸方向に逃がすことが出来なくなり、強度の低い曲げ方向への荷重の負担が大きくなり、脚部を損傷させてしまう可能性がある。

そこで、図９に示すように、リブ１８ａ及びリブ１８ｂを支持脚１２ｂ及び支持脚１２ｃに取り付けることで、車体前後方向の荷重を、リブ１８ａ及びリブ１８ｂが軸方向で受け止めるように働く為、支持脚１２ｂ〜ｅの曲げ方向への荷重の負担を軽くすることが出来、脚部の損傷を低減させることが出来る。

１ 走行体
２ 旋回体
３ 作業装置
４ 運転室
５ フレーム
５ａ 第１フレーム
５ｂ 第２フレーム
５ｃ 第３フレーム
６ エンジンルーム
７ エンジンユニット
８ カウンタウェイト
９ エンジン
１０ 油圧ポンプ
１１ 後処理装置
１１ａ 後処理装置１
１１ｂ 後処理装置２
１２ 支持部材
１２ａ 支持台
１２ｂ 支持脚
１２ｃ 支持脚
１２ｄ 支持脚
１２ｅ 支持脚
１２ｆ 楕円
１２ｇ 楕円
１２ｈ 楕円
１２ｉ 楕円
１３ 第１カバー
１４ 第２カバー
１４ａ 第１カバー部位
１４ｂ 第２カバー部位
１５ サポート
１６ａ 第１配管
１６ｂ 第２配管
１７ マフラー
１８ 支持脚中心
１９ａ 第１寸法
１９ｂ 第２寸法
２０ａ リブ
２０ｂ リブ
２１ａ 車体前方方向荷重
２１ｂ 軸方向成分荷重
２１ｃ 軸方向成分荷重
２１ｄ 曲げモーメント
２１ｅ 曲げモーメント
２２ 支持部材
２２ａ 支持台
２２ｂ 支持脚
２２ｃ 支持脚
２２ｄ 支持脚
２２ｅ 支持脚
２３ 変形形状

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンからの出力により駆動する油圧ポンプと、
   前記エンジンから排出される排ガスを浄化する後処理装置と、
   前記後処理装置を設置する支持部材と、前記支持部材を設置するフレームとを備えた作業機械の後処理装置支持構造において、
   前記支持部材は、前記後処理装置を設置する支持台と、前記支持台に固定された複数の支持脚とを有し、
   前記支持脚の内、少なくとも２本以上は、前記フレームに設置された側における各支持脚でなす最も近い部位間の距離と比較し、前記支持台に固定された側における各支持脚でなす最も近い部位間の距離が短くなることを特徴とする作業機械の後処理装置支持構造。
2. 請求項１記載の作業機械の後処理装置支持構造において、
   前記支持部材の支持台は、上面部、下面部、および側面部を有し、
   前記フレームに設置された側における各前記支持脚でなす最も近い部位間の距離の中心と前記支持台の前記エンジンに近い側面部との距離が、前記フレームに設置された側における各前記支持脚でなす最も近い部位間の距離の中心と前記支持台の前記エンジンに近い側面部と対向する側面部との距離よりも長いことを特徴とする作業機械の後処理装置支持構造。
3. 請求項１記載の作業機械の後処理装置支持構造において、
   前記後処理装置と第１後処理装置と第２後処理装置からなり、
   前記第１後処理装置は、前記支持台の上面部に取り付けられ、
   前記第２後処理装置の下部が、前記油圧ポンプの上部より高い位置にあることを特徴とする作業機械の後処理装置支持構造。
4. 請求項１記載の作業機械の後処理装置支持構造において、
   前記作業機械は、前記エンジン上部を覆う第１カバーと前記後処理装置を覆う第２カバーとを備え、
   前記第２カバーは、第１後処理装置の内、前記第１カバーより高く位置する部位のみを覆う第１カバー部位と、第１カバー部位より下部にある第２カバー部位とを含むことを特徴とする作業機械の後処理装置支持構造。