JP2015175215A - 掘削機械 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に伸縮ブームのメンテナンスが可能となる掘削機械の提供。
【解決手段】テレスコピック構造の伸縮ブーム１６と、伸縮ブーム１６の先端よりケリーバ４４と掘削装置となる掘削バケット４５を吊るし、掘削作業を行うアースドリル機１００において、伸縮ブーム１６には、伸縮ブーム１６が伸びた状態を保持するロック機構１１５を備え、ロック機構１１５として、一面が平らに形成された上平面１２１ａを有するロックピン１２１と、伸縮ブーム１６に設けられ、ロックピン１２１が挿入されるロックピン孔１６１と、ロックピン１２１を進退させる推進機構にあたるロックピンシリンダ１２０と、を備え、上平面１２１ａが、伸縮ブーム１６が起立した状態で上面を向く。
【選択図】図４

Description

本発明は、伸縮ブームを備えた掘削機械の構造に関し、詳しくは伸縮ブームを有するアースドリルなどの掘削機械において、伸縮ブームを伸ばした際に伸縮ブームをロックする技術に関する。

例えば伸縮ブームを有するアースドリル機等の地面に穴を掘る掘削機械は、ラチスブームを有する掘削機械と比べ、狭い場所でもブームを起伏できる利点を有している。しかし伸縮ブームを有するアースドリル機は、アースドリル機に備えられるケリーバや拡底バケットの鉛直度を確保する為には、伸縮ブームをロックする必要がある。これは、ケリーバや拡底バケットが、ブーム先端よりケリーロープで吊られてケリードライブによってケリーバに回転トルクを与える構造であるためである。仮に、ブームの長さが変化すると、ケリーバの鉛直性が変わり、掘削穴が傾く虞がある。

特許文献１には、クレーンのブーム伸縮装置に関する技術が開示されている。クレーンに採用される多段伸縮式ブームに、ロック部材を係脱可能に操作する係脱操作装置をブーム内部に備えている。また、ロック部材によるロック状態解除の際にロック部材により移動させられる第１インターロック部材と、グリップ部材によるグリップ状態を解除する際にグリップ部材により移動させられる第２インターロック部材とを、ブーム内部に備えている。これによりブーム同士を連結するロック部材と、ブームを伸縮するグリップ機構のグリップ部材とがインターロック機能によって両方とも外れる状態となることを防ぐことができる。

特開２０１２−９６９２８号公報

しかしながら、特許文献１に示される伸縮ブームを有する掘削機械は、次のような問題があると考えられる。多段伸縮式ブームに内蔵された係脱操作装置やインターロック機構またはグリップ機構は、構造的に強化されていたとしても故障する虞がある。その場合、多段伸縮式ブームを取り外して分解、修理しなければならずコストがかかる。特にロック部材のように直接大きな負荷がかかる部材は、頻繁にメンテナンスが必要になると考えられ、内蔵式は必ずしも好ましくないと考えられる。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、容易に伸縮ブームのメンテナンスが可能となる掘削機械を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による掘削機械は、以下のような特徴を有する。

（１）テレスコピック構造の伸縮ブームと、前記伸縮ブームの先端よりケリーバと掘削装置を吊るし、掘削作業を行う掘削機械において、前記伸縮ブームには、前記伸縮ブームが伸びた状態を保持するロック機構を備え、前記ロック機構として、一面が平らに形成されたロックピンと、前記伸縮ブームに設けられ、前記ロックピンが挿入されるロックピン孔と、前記ロックピンを進退させる推進機構と、を備え、前記一面が、前記伸縮ブームが起立した状態で前記伸縮ブームが伸びる方向に配置されること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、ロックピンの一面が伸縮ブームにかかる荷重を受ける構成となる。このため、ロックピンにかかる荷重の分散効果が得られてロックピンの消耗の低減効果などが得られる。これは、ロックピンに形成された平面が、伸縮ブームが伸びる方向に配置されることで、伸縮ブームが縮む方向にかかる接触面圧を分散できるためである。これはヘルツの式などに示される様に、応力がロックピンの一点に集中する場合に比べて、面接触にした場合の方が、荷重を分散させることができる為である。この結果、ロックピンの寿命を延ばし、延いては伸縮ブームの寿命を延ばすことが可能となる。

（２）請求項１に記載の掘削機械において、前記伸縮ブームは、第１ブームと該第１ブーム内に配置される第２ブームを有し、前記第１ブームに外側ストッパを備え、前記第２ブームに内側ストッパを備え、前記外側ストッパと前記内側ストッパとは、前記伸縮ブームの伸縮方向に重なるよう配置され、前記伸縮ブームが伸び、前記外側ストッパに前記内側ストッパが当接した際に、前記ロックピン孔の内面に対して前記ロックピンの前記一面が当接しないように隙間が設けられること、が好ましい。

上記（２）に記載の態様により、第１ブームから第２ブームが伸び、外側ストッパに内側ストッパが当接した際に、ロックピン孔の内面に対してロックピンの一面が当接しないように隙間が設けられている。即ち、この状況でロックピンはロックピン孔に対してスムーズに挿入することが可能である。したがって、伸縮ブームやロック機構の消耗を抑制することができ、伸縮ブームの寿命を延ばすことが可能となる。

（３）（１）または（２）に記載の掘削機械において、前記ロック機構が、前記伸縮ブームの車体前面側と、該車体前面側と対向する後面側に配置されること、が好ましい。

上記（３）に記載に態様によって、ロック機構が伸縮ブームの伸縮方向の前面と背面に用意されているので、より伸縮ブームの縮みシロを少なくすることが期待出来る。アースドリル機などの掘削機械には、ケリーバと掘削装置が備えられ、伸縮ブームの先端から吊されて使用される。この際に鉛直度が出ないと掘削する穴が傾く虞がある。そして、伸縮ブームは車両より伸縮ブームの伸縮方向の前面に傾けて保持された状態で使用されるため、伸縮ブームは、前面により伸縮しやすい傾向にある。したがって、ロック機構が伸縮ブームの伸縮方向の前面と背面に用意されることで、伸縮ブームの縮み量をより少なくする効果が期待出来る。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の掘削機械において、前記ロック機構は、前記伸縮ブームの外面に保持され、前記ロックピンが前記伸縮ブームの外側から挿入し、前記伸縮ブームが伸びた状態で保持すること、が好ましい。

上記（４）に記載の態様により、ロック機構が伸縮ブームの外面に取り付けられているため、ロック機構のメンテナンス及び交換などの作業をスムーズに行えるというメリットが得られる。伸縮ブームはケリーバや拡底バケットを吊るし、これを回転させて地面を掘削する為に、大きな力が作用する。この為、ロック機構に有するロックピンにも大きな負荷がかかるため、（１）に示したような態様によってロックピンの接触面圧を分散させ、ロックピンの寿命が長くなるとしても、整備や交換といった作業は定期的に必要となる。この場合に、伸縮ブーム外側にロック機構が取り付けられれば、メンテナンス性が高まり、スムーズなメンテナンスが行える。その結果、ロック機構や伸縮ブームの寿命を延ばすことに貢献できる。

本実施形態の、アースドリル機の側面図である。 本実施形態の、アースドリル機の移動（搬送）状態を示す側面図である。 本実施形態の、アースドリル機の伸縮ブームを起した状態を示す側面図である。 本実施形態の、伸縮ブームの部分側面図である。 本実施形態の、伸縮ブームのストッパに未当接状態の部分正面図である。 本実施形態の、伸縮ブームのストッパに当接状態の部分正面図である。 本実施形態の、ロックピンシリンダの拡大断面図である。 本実施形態の、ロックピンが挿入された状態を示す断面図である。 本実施形態の、ロックピンが挿入された後の状態を示す断面図である。

まず、本発明の実施形態であるテレスコピック構造の伸縮ブームを有するアースドリル機について、図面を用いて説明する。

図１に、本実施形態のアースドリル機１００の側面図を示す。アースドリル機１００は、杭施工を行うために掘削作業を行う建設機械であり、クローラ１３ａを備える下部走行体１３と、操縦室１５を備える上部旋回体１２と、テレスコピック構造の伸縮ブーム１６とを備える。無限軌道とも呼ばれるクローラ１３ａは、下部走行体１３の両側に備えられる。下部走行体１３の上には、旋回可能に上部旋回体１２が備えられる。上部旋回体１２にはアースドリル機１００の操作を行うオペレータが乗る操縦室１５と、伸縮ブーム１６が備えられる。

図２に、アースドリル機１００の移動（搬送）状態を側面図に示す。図３に、アースドリル機１００の伸縮ブーム１６を起した状態を側面図に示す。伸縮ブーム１６は、四角管状のブームが３段伸縮する構造になっており、ロアブーム１６ａ、ミドルブーム１６ｂ、アッパーブーム１６ｃが、テレスコピック構造で配置され、ロアブーム１６ａの中にミドルブーム１６ｂが、ミドルブーム１６ｂの中にアッパーブーム１６ｃが収納される。図２及び図３に示すような伸縮ブーム１６を縮めた状態で、アースドリル機１００を搬送移動し、図１に示すような伸縮ブーム１６を伸ばした状態で、掘削作業を行う。

上部旋回体１２の後方には、折りたたみ可能なガントリ４１が備えられ、ガントリ４１には起伏ロープ２２が巻き掛けられている。そして、起伏ロープ２２とペンダントロープ２２１とが、ミドルシーブ集合体４０を介して接続され、伸縮ブーム１６の起伏を行う。伸縮ブーム１６には、伸縮ブーム１６の先端に用意したシーブ２７に掛けられるケリーロープ１８によって、バケット回転掘削用動力伝達軸であるケリーバ４４が吊される。ケリーバ４４の下端には掘削バケット４５のような掘削装置が取り付けられる。なお、掘削バケット４５以外の掘削装置も取り付け可能だが、本発明の本質には関係無いので説明を省略する。

図４に、伸縮ブーム１６の部分側面図を示す。図５に、伸縮ブーム１６のストッパ１６５にインナーストッパ１６６が未当接状態の部分正面図を示す。図６に、伸縮ブーム１６のストッパ１６５にインナーストッパ１６６が当接状態の部分正面図を示す。伸縮ブーム１６にはロック機構１１５としてロックピンシリンダ１２０が備えられている。ロアブーム１６ａとミドルブーム１６ｂとが当接する際に、ロアブーム１６ａの内側に取り付けられた当板１８１とミドルブーム１６ｂの外側に取り付けられた当板１８２とが当接するようになっている。

本実施形態のアースドリル機１００は、ロックピンシリンダ１２０がアースドリル機１００の正面側、つまり前面１６Ａ側に２つと背面１６Ｂ側に２つ、それぞれ伸縮ブーム１６の外周面であって、ロアブーム１６ａとミドルブーム１６ｂの上端側に備えられている。つまり、ロアブーム１６ａの外周上端に計４つ、ミドルブーム１６ｂの外周上端に計４つ、合計８つが備えられている。ロックピン１２１（図７参照）は、ストッパ１６５にインナーストッパ１６６が当接したときにロックピン孔１６１と位置が合う様に配設されている。

図７に、ロックピンシリンダ１２０の拡大断面図を示す。ロックピンシリンダ１２０には、ロックピン１２１が図示しない油圧機構によって進退可能に設けられており、ミドルブーム１６ｂに設けられた当板１８２にあけられたロックピン孔１６１に、ロアブーム１６ａのロックピンシリンダ１２０より突出するロックピン１２１が挿入される構成となっている。また、同様にアッパーブーム１６ｃに設けられたロックピン孔１６１に、ミドルブーム１６ｂのロックピンシリンダ１２０より突出するロックピン１２１が挿入される構成となっている。何れも同じ構造であるので、このうちの１つについて説明をする。

図８に、ロックピン１２１が挿入された状態の断面図を示す。図９に、ロックピン１２１が挿入された後の状態の断面図を示す。ロアブーム１６ａとミドルブーム１６ｂとは、ストッパ１６５をロアブーム１６ａ側に備え、インナーストッパ１６６をミドルブーム１６ｂ側に備えることで、ロックピン孔１６１に対してロックピン１２１を適切な位置に挿入可能な構成となっている。ロックピン１２１は、図８に示す通り略Ｄ形断面を有し、上平面１２１ａを備えている。上平面１２１ａはロックピンシリンダ１２０が伸縮ブーム１６に取り付けられる際に、伸縮ブーム１６の伸び方向、つまり、アースドリル機１００の上側に向いて配置される。

本実施形態のアースドリル機１００は上記構成の伸縮ブーム１６を有しているので、以下に示すような作用及び効果を奏する。

本実施形態のアースドリル機１００により、伸縮ブーム１６のメンテナンス性の向上を図ることが可能となる。これは、テレスコピック構造の伸縮ブーム１６と、伸縮ブーム１６の先端よりケリーバ４４と掘削装置となる拡底バケット４５を吊るし、掘削作業を行う伸縮ブーム１６を有する掘削機械であるアースドリル機１００において、伸縮ブーム１６には、伸縮ブーム１６が伸びた状態を保持するロック機構１１５を備え、ロック機構１１５として、一面が平らに形成された上平面１２１ａを有するロックピン１２１と、伸縮ブーム１６に設けられ、ロックピン１２１が挿入されるロックピン孔１６１と、ロックピン１２１を進退させる推進機構にあたるロックピンシリンダ１２０と、を備え、上平面１２１ａが、伸縮ブーム１６が起立した状態で上面を向くからである。

図９に、荷重負荷時のロックピン１２１とロックピン孔１６１との関係を示す断面図を示す。図９では、図８の状態から、ロックピン孔１６１の当接面１６１ａがロックピン１２１の上平面１２１ａに当接する様子を示している。これは、伸縮ブーム１６に例えばケリーバ４４や掘削バケット４５等がケリーロープ１８で吊される、或いは、ミドルブーム１６ｂ及びアッパーブーム１６ｃの自重によって、ミドルブーム１６ｂまたはアッパーブーム１６ｃが縮む方向に力が作用するためである。

つまり、伸縮ブーム１６は、ロックピン孔１６１よりロックピン１２１にかかる加重を、上平面１２１ａで受ける構成となっている。図９に示される様に、上平面１２１ａでロックピン孔１６１よりかかる荷重を受けると、ロックピン１２１が丸ピンである場合に比べて荷重が分散される結果となる。接触面圧はヘルツの式により求められ、本実施形態の構成の場合は、ロックピン１２１の高さと同じ径の丸ピンに比べて接触面圧は半分以下に抑えることが可能となる。このことで、ロックピン１２１の寿命を延ばすことが可能となる。

また、伸縮ブーム１６にストッパ１６５とインナーストッパ１６６を備えることで、ロックピン１２１の摩耗や変形を抑えることができる。これは、ストッパ１６５に、インナーストッパ１６６が当接した状態で、ロックピンシリンダ１２０を作動させてロックピン１２１をロックピン孔１６１に前進させることで、図８に示す位置にロックピン１２１が挿入される。つまり、ロックピン１２１の上下に第１隙間ｘ１と第２隙間ｘ２が設けられた状態となる。その後、図９に示された状態となり、上平面１２１ａと当接面１６１ａが当接し、ロックピン１２１の下側には（ｘ１＋ｘ２）の隙間ができる結果となる。

つまり、ストッパ１６５に、インナーストッパ１６６が当接した状態で、図８に示す状況を作り出し、ロックピン１２１をロックピン孔１６１に挿入する際に、ある程度の隙間があればスムーズに挿入が可能となる。また、アースドリル機１００の運用時には、図９に示すような状況で、上平面１２１ａと当接面１６１ａが当接するので、前述通り接触面圧の分散が可能となる。

また、図４乃至図６に示される様に、伸縮ブーム１６の外周面にロックピンシリンダ１２０が取り付けられることで、ロックピンシリンダ１２０のメンテナンス性を向上させることが可能である。ロックピンシリンダ１２０には図示しない油圧機構が接続されてロックピン１２１を進退可能に保持している。ロックピン１２１は前述したように接触面圧の分散がなされることで、摩耗や損傷を抑えることができるが、定期的なメンテナンスは必要である。この為、分解、補修が容易であることが望ましい。よって、ロックピンシリンダ１２０が外周面に設けられていることで、アースドリル機１００が有する伸縮ブーム１６のメンテナンス性が向上し、メンテナンスコストやメンテナンス作業時間の短縮に貢献することができる。

また、伸縮ブーム１６はロアブーム１６ａ、ミドルブーム１６ｂ、及びアッパーブーム１６ｃよりなり、伸縮ブーム１６を図１に示す状態にまで伸ばした段階で、ロックピン孔１６１にロックピン１２１が挿入されてロックされる。この際に、ロックピンシリンダ１２０を伸縮ブーム１６の前面１６Ａ、即ち伸縮ブーム１６の伏せる方向に２つ、そして、その対向面となる後面１６Ｂにも２つ配置されたロックピンシリンダ１２０よりロックピン１２１が挿入される。伸縮ブーム１６は、アースドリル機１００の運用上、図１に示したような角度で運用される。

アースドリル機１００は、伸縮ブーム１６からケリーバ４４を吊り下げて掘削バケット４５等で鉛直方向に掘り進める機械である。鉛直方向に数十ｍ掘り下げる為に、ケリーバ４４が傾いてしまうと穴が傾く虞がある。この為に、伸縮ブーム１６の伸び縮みは可能な限り抑えられることが好ましく、ロックピンシリンダ１２０が前面１６Ａ及び後面１６Ｂに設けられることで、伸縮ブーム１６がロックされた状態から伸縮ブーム１６の長さが変化することを避けられる。この為、正確な掘削作業を行うことができる。

また、副次的な効果として、伸縮ブーム１６の前面１６Ａ及び後面１６Ｂにロックピンシリンダ１２０を設けることで、ロックピン１２１の上平面１２１ａに対して、伸縮ブーム１６の傾きに影響されず、当接面１６１ａからの接触面圧を分散できる。これは、伸縮ブーム１６が可倒式であり、前面１６Ａ側に倒れ後面１６Ｂ側に起きる構造となっているためである。仮にロックピン１２１を側面から挿入する場合、伸縮ブーム１６の傾きによっては、ロックピン１２１に対して線接触の荷重をかけるケースが出てきてしまい、発明の効果が期待出来ない。尤も、多くの場合、伸縮ブーム１６は図１の状態まで起してから伸縮する為に、基本的にこうした心配は不要だが、図３の状態のように角度θだけ伸縮ブーム１６を起した状態でも伸縮ブーム１６を伸ばすといったケースにも対応しうるため、よりロックピン１２１の寿命を延ばす効果が期待出来る。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、実施形態中、ロックピンシリンダ１２０での伸縮ブーム１６のロック手順は、ロアブーム１６ａ、ミドルブーム１６ｂ、アッパーブーム１６ｃを全て伸ばした状態でロックすると説明しているが、別々に伸ばしてロックしても良い。また、ロックピンシリンダ１２０の形状や配置数を増やすことを妨げない。また、伸縮ブーム１６の構造なども、テレスコピック構造であれば、段数の増減などに影響されずに採用が可能である。

１２ 上部旋回体
１３ 下部走行体
１５ 操縦室
１６ 伸縮ブーム
１６Ａ 前面
１６Ｂ 後面
１６ａ ロアブーム
１６ｂ ミドルブーム
１６ｃ アッパーブーム
１００ アースドリル機
１１５ ロック機構
１２０ ロックピンシリンダ
１２１ ロックピン
１２１ａ 上平面
１６１ ロックピン孔
１６１ａ 当接面
１６５ ストッパ
１６６ インナーストッパ

Claims (4)

1. テレスコピック構造の伸縮ブームと、前記伸縮ブームの先端よりケリーバと掘削装置を吊るし、掘削作業を行う掘削機械において、
   前記伸縮ブームには、前記伸縮ブームが伸びた状態を保持するロック機構を備え、
   前記ロック機構として、
   一面が平らに形成されたロックピンと、
   前記伸縮ブームに設けられ、前記ロックピンが挿入されるロックピン孔と、
   前記ロックピンを進退させる推進機構と、
   を備え、
   前記一面が、前記伸縮ブームが起立した状態で前記伸縮ブームが伸びる方向に配置されること、
   を特徴とする掘削機械。
2. 請求項１に記載の掘削機械において、
   前記伸縮ブームは、第１ブームと該第１ブーム内に配置される第２ブームを有し、
   前記第１ブームに外側ストッパを備え、前記第２ブームに内側ストッパを備え、前記外側ストッパと前記内側ストッパとは、前記伸縮ブームの伸縮方向に重なるよう配置され、
   前記伸縮ブームが伸び、前記外側ストッパに前記内側ストッパが当接した際に、前記ロックピン孔の内面に対して前記ロックピンの前記一面が当接しないように隙間が設けられること、
   を特徴とする掘削機械。
3. 請求項１または請求項２に記載の掘削機械において、
   前記ロック機構が、前記伸縮ブームの車体前面側と、該車体前面側と対向する後面側に配置されること、
   を特徴とする掘削機械。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の掘削機械において、
   前記ロック機構は、前記伸縮ブームの外面に保持され、
   前記ロックピンが前記伸縮ブームの外側から挿入し、前記伸縮ブームが伸びた状態で保持すること、
   を特徴とする掘削機械。

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