JP2016035149A - 建設機械のキャブ支持構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】アッパーフレームに対するキャブの浮き上がり規制作用を確保しながら、機械転倒時の外側ピラーの倒れを抑制する。
【解決手段】キャブ１２の骨格を構成する左後ピラー１５の根元右側に箱状の補強部材１８を一体に取付け、機械転倒時の側方荷重をこの補強部材１８で分担する。また、補強部材１８とキャブ下枠１６とアッパーフレーム１１に亘って規制ボルト２０を貫挿するとともに、補強部材１８の上面壁１８ａとボルト頭部２０ａの間にワッシャ２２と弾性体から成るシール部材２３を嵌装し、上面壁１８の上面とワッシャ２２の下面が、キャブ下枠１６に対する左後ピラー１５の下端接合部分よりも上方で、シール部材２３を介して間接的に接触してキャブ２の浮き上がり変位量を規制する規制手段を構成した。
【選択図】図５

Description

本発明はショベル等の建設機械において、オペレータが搭乗するキャブをアッパーフレーム上に支持するキャブ支持構造に関するものである。
ショベル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旋回自在に搭載され、この上部旋回体にブーム等を備えた作業アタッチメントが装着されて構成される。
上部旋回体は、図９に示すアッパーフレーム１を備え、このアッパーフレーム１の左右片側(一般的には左側)にキャブ２が設置される。
以下、実施形態を含めて、このキャブ２の位置を左前部として各部についての「前後」「左右」の方向性をいうものとする。
アッパーフレーム１は、その一部として左サイドデッキ３を有し、キャブ２がこの左サイドデッキ３の前部において、乗降口２ａがアッパーフレーム１の幅方向外側を向く状態で、底部四隅に配置された防振マウント４を介して搭載される。
この防振マウント４は、特許文献１に示されるように、弾性体(通常は防振ゴム)によってキャブ２を一定ストローク(常用ストローク)範囲で上下及び水平方向に変位可能に弾性支持し、これによってキャブ２の振動が緩和される。
また、防振マウント４は、キャブ２をアッパーフレーム１(左サイドデッキ３)から浮き上がらせる方向の荷重に対して弾性体が伸びることによって抗力を発揮する。
但し、機械の転倒時に、キャブ２の変位量が防振マウント４の常用ストロークを超えると、防振マウント４の弾性体が伸びきって破壊されるおそれがあるため、防振マウント４を保護するためにキャブ２の変位量を抑える規制手段が設けられる。
この規制手段として、たとえば特許文献１には、図１０に示すようにアッパーフレーム１(具体的には左サイドデッキ３)と、キャブ底部の周縁に設けられたキャブ下枠５とに亘ってボルト６を貫挿し、キャブ２の浮き上がり変位時に、ボルト６の上端にねじ込んだナット７とキャブ下枠５の上面を当接させてキャブ２の変位量を規制する構造が開示されている。
図１０中、９はキャブ下枠５とともにキャブ底壁を構成するフロアプレート、ｃはナット７とキャブ下枠５の間に設けられた、防振マウント４の常用ストロークに相当するクリアランスである。
なお、キャブ２には、骨格としてのキャブフレームを構成する複数本のピラー(中空の角柱。図１０中に一本のみを示す)８が、たとえば右側は前後二個所に、左側(乗降口２ａ)側は前後と中間の三個所にそれぞれ設けられる。
ピラー８は、下端がキャブ下枠５の上面に接合(通常は溶接)された状態で立設され、機械転倒時に、乗降口側のピラー(以下、「外側ピラー」という)８が側方荷重、すなわち、左右方向または前後方向の荷重を受ける。
また、規制手段の他の構造として、特許文献２に示されているようにアッパーフレーム１に穴付きのプレートを上向きに取付け、キャブ側から水平に突出させた軸体をこのプレートの穴に防振マウント４の常用ストローク分の余裕をもって貫通させ、常用ストロークを超える領域で軸体とプレートを当接させてキャブ２の浮き上がり変位を止める構造も公知である。
特開２００１−１９３１０３号公報 特開２００９−１３３１１９号公報
上記公知技術は、いずれもアッパーフレーム１に対するキャブ２の浮き上がり変位量を防振マウント４の常用ストローク範囲内に規制することを主眼としており、外側ピラー８が受ける側方荷重(左右方向または前後方向荷重)に対しては抗力を発揮しない。
このため、機械転倒時に、キャブ下枠５に対するピラー下端の接合部分(以下、「下端接合部分」という)に大荷重が作用して同部分が破壊され、ピラー８が倒れてキャブ２が変形し易くなっていた。
そこで本発明は、アッパーフレームに対するキャブの浮き上がり規制作用を確保しながら、機械転倒時の外側ピラーの倒れを抑制することができる建設機械のキャブ支持構造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、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体を構成するアッパーフレームの左右片側に配置されたキャブと、このキャブの振動を抑制する防振マウントと、上記アッパーフレームから浮き上がる方向のキャブの変位量を一定以下に規制する規制手段を備え、上記キャブは、キャブ底壁を構成する下枠と、下端がこの下枠の上面に接合された状態でキャブ周囲に立設された複数本のピラーと、上記アッパーフレームの外側を向く乗降口とを有する建設機械のキャブ支持構造において、上記各ピラーのうち上記乗降口側に位置する外側ピラーの上記下枠に対する接合部分を補強する補強部材をピラー下端部に取付け、上記規制手段として、上記補強部材及び上記下枠を上下方向に貫通する状態で上記アッパーフレームに軸体を取付けるとともに、この軸体と上記補強部材に、上記キャブの浮き上がり方向の変位時に、上記下枠に対する上記外側ピラーの取付位置よりも上方で上記軸体の軸方向に相接触して荷重の伝達作用を行う接触面を設けたものである。
この構成によれば、外側ピラーの下端部(根元)に取付けた補強部材によって同ピラーの下端接合部分を補強できるため、いいかえればピラーに作用する側方荷重を補強部材によって分散させ、ピラーの下端接合部分にかかる荷重を低減することができる。
しかも、補強部材と軸体を、外側ピラーの下端接合部分よりも上方で接触させて規制手段を構成し、機械転倒時の側方荷重をピラー下端接合部分よりも上方で補強部材を介して軸体(アッパーフレーム)に伝達する構成としているため、下端接合部分が受ける荷重をさらに低減することができる。
この二点の作用により、機械転倒時のピラーの倒れを効果的に抑制することができる。
この場合、上記補強部材に、上記軸体が貫通する軸体通し穴を備えた水平壁を設ける一方、上記軸体にワッシャを嵌装し、上記水平壁の上面を上記補強部材側の接触面、上記ワッシャの下面を上記軸体側の接触面とするのが望ましい(請求項２)。
このように、補強部材を規制手段の一部として機能させる構成とすることにより、公知技術のようにキャブ下枠等のキャブの構成要素そのものに補強を加えて規制手段の一部とする場合と比較して、キャブ構造が簡単ですむ。
この請求項２の構成をとる場合、上記補強部材側及び軸体側の両接触面間に弾性体から成るシール部材を介在させ、このシール部材は、上記防振マウントの常用ストローク領域で上記軸体貫通部分をシールし、常用ストロークを超える領域で上記接触面の荷重伝達作用を行うように構成するのが望ましい(請求項３)。
この構成によれば、シール部材により、軸体貫通部分でのキャブ内外の通気を遮断してキャブ内の気密性を保ちながら、防振マウントの常用ストロークを超える領域での両接触面間の荷重伝達作用を確保することができる。
また、請求項２または３の構成において、上記補強部材を、前後左右の各側面及び上下両面が閉じ、かつ、上面壁の上面が上記補強部材側の接触面となる箱体として形成し、一側面が上記外側ピラーの一側面に対し面接触する状態で取付けるのが望ましい(請求項４，５)。
こうすれば、
(Ｉ) 補強部材そのものを箱構造によって高強度に構成できること、
(ＩＩ) 補強部材と外側ピラーの接触面積を広くとり易いこと
により、ピラー補強効果及び荷重分散効果の点で有利となる。
この場合、上記外側ピラーに面接触する上記補強部材の一側面の平面視寸法をＡ、上記外側ピラーの一側面の平面視寸法をＢとして、Ａ≧Ｂに設定するのが望ましい(請求項５)。
こうすれば、外側ピラーと補強部材の接触面積を大きくとり、より高い荷重分散効果を得ることができる。
また、補強部材を外側ピラーに溶接で取付ける場合に、溶接範囲を広くとって両者の接合強度を高くとることができる。
一方、本発明において、上記補強部材を、複数本の外側ピラーのうち上記キャブ後部に配置された後部ピラーに対して設けるのが望ましい(請求項６)。
外側ピラーのうち後部ピラー(左後ピラー)は、運転席に近く、乗員保護の観点から、転倒時に変形しにくいように元々剛性が高くとられる。
従って、荷重が逃げにくい分、下端接合部分の破壊が起こり易い状況にあるため、この左後ピラーに補強部材を設けることで倒れ防止の実効が高いものとなる。
また、本発明において、上記補強部材を、キャブ内で上記外側ピラーに対して設けるのが望ましい(請求項７)。
こうすれば、キャブ内に元々あるデッドスペースを利用できるため、補強部材をキャブの外側に設ける場合のようにキャブ外側に余分なスペースを作り出す必要も、そのためにキャブ外の構造物の配置を変える必要もなく、キャブまわりのレイアウトの点で有利となる。
本発明によると、アッパーフレームに対するキャブの浮き上がり規制作用を確保しながら、機械転倒時の外側ピラーの倒れを抑制することができる。
本発明の実施形態を示すアッパーフレーム及びキャブの斜視図である。 図１の破線丸囲い部分の拡大図である。 同部分の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。 図３のＶ−Ｖ線拡大断面図である。 補強部材の単独斜視図である。 補強部材の他の形状例を示す斜視図である。 (ａ)〜(ｃ)は補強部材の配置に関するバリエーションを示す模式的平面図である。 本発明が適用されるショベルのアッパーフレームとキャブの斜視図である。 従来のキャブ支持構造を示す断面図である。
本発明の実施形態を図１〜図８によって説明する。
実施形態はショベルを適用対象としている。
実施形態において、次の点は図９，１０に示す従来技術と同じである。
(ｉ) クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が旋回自在に搭載され、この上部旋回体にブーム等を備えた作業アタッチメントが装着されてショベルが構成される点。
(ｉｉ) 上部旋回体は、図１に示すアッパーフレーム１１を備え、このアッパーフレーム１１の左側前部にキャブ１２が設置される点。
(ｉｉｉ) アッパーフレーム１１は、その一部として左サイドデッキ１３を有し、キャブ１２がこの左サイドデッキ１３の前部において、乗降口(図示しない)がアッパーフレーム１の幅方向外側を向く状態で、底部四隅に配置された防振マウント１４を介して搭載される点。
(ｉｖ) 防振マウント１４は、弾性体(通常は防振ゴム)によってキャブ１２を一定ストローク(常用ストローク)範囲で上下及び水平方向に変位可能に弾性支持し、これによってキャブ１２の振動が緩和される点。
(ｖ) また、防振マウント１４は、キャブ１２をアッパーフレーム１１(左サイドデッキ１３)から浮き上がらせる方向の荷重に対して弾性体が伸びることによって抗力を発揮する点。
(ｖｉ) 機械の転倒時に、キャブ１２の変位量が防振マウント１４の常用ストロークを超えると、防振マウント１４の弾性体が伸びきって破壊されるおそれがあるため、防振マウント１４を保護するためにキャブ１２の変位量を抑える規制手段(後述)が設けられる点。
(ｖｉｉ) キャブ１２には、骨格としてのキャブフレームを構成する複数本のピラーが、たとえば右側は前後二個所に、左側(乗降口)側は前後と中間の三個所にそれぞれ設けられる点。
実施形態においては、外側ピラーのうちの後部ピラー(左後ピラー)１５について、次のような倒れを抑制する構造が付加されている。以下、他のピラーと区別する必要がある場合を除き、左後ピラー１５を単に「ピラー」という。
ピラー１５は、下端が、キャブ底部の周縁に設けられたキャブ下枠１６の上面に接合(通常は溶接)された状態で立設され、機械転倒時に側方荷重(左右または前後方向の荷重)を受ける。
図４，５中、１７はキャブ下枠１６とともにキャブ底壁を構成するフロアプレートである。
ピラー１５の下端部右側に補強部材１８が設けられている。
この補強部材１８は、前後左右の各側面及び上下両面が閉じた箱体として形成され、左側面がピラー１５の右側面に、底面がキャブ下枠１６の上面にそれぞれ面接触する状態で、ピラー１５及びキャブ下枠１６にそれぞれ溶接(ボルト止め等の他の接合構造でもよい)によって取付けられている。
ここで、図３に示すように、補強部材１８の左側面の平面視寸法をＡ、ピラー１５の右側面の平面視寸法をＢとして、Ａ≧Ｂに設定され、補強部材１８がピラー１５よりも前方にはみ出す状態で取付けられている。
一方、図５等に示すように、補強部材１８の底壁及び上面壁１８ａ、キャブ下枠１６、フロアプレート１７、アッパーフレーム１１(左サイドデッキ１３)に、それぞれ上下方向に貫通する軸体通し穴としてのボルト通し穴(共通符号「１９」を付している)が設けられ、軸体としての頭付きの規制ボルト２０がこのボルト通し穴１９に上から貫挿されている。
この規制ボルト２０は、下端部が、アッパーフレーム１１(左サイドデッキ１３)に固着されたタップドブロック(雌ねじ部材)２１にねじ込まれることによってアッパーフレーム１１に固定されている。
ここで、規制ボルト２０の頭部２０ａと補強部材１８の上面壁１８ａの間に、ワッシャ２２と、弾性体から成るシール部材２３がワッシャ２２を上にして嵌装されている。
シール部材２３は、防振マウント１４の常用ストローク領域では弾性変形して補強部材上面壁１８ａのボルト貫通部分をシールする一方、常用ストロークを超える領域で弾性限界に達して、ワッシャ２２と補強部材１８の間の荷重伝達作用を行うように構成されている。
すなわち、規制ボルト２０と、ワッシャ２２と、補強部材上面壁１８ａと、シール部材２３によって規制手段が構成され、キャブ１２の浮き上がり変位時に、ワッシャ２２の下面と補強部材上面壁１８ａの上面がシール部材２３を介して間接的に接触して浮き上がり変位量を一定以下に規制する。
なお、アッパーフレーム上面とワッシャ２２の下面の間において規制ボルト２０に円筒状のカラー２４が外嵌され、このカラー２４によってアッパーフレーム上面とワッシャ下面の間の最小間隔、つまりシール部材２３の最大圧縮量が規制される。
こうして、機械の転倒によってピラー１５に側方荷重(とくに左右方向の荷重)が作用すると、この荷重が補強部材１８で受けられるとともに、補強部材１８及び規制手段を介してアッパーフレーム１１に伝達されるように構成されている。
このキャブ支持構造によると、次の効果を得ることができる。
(Ｉ) ピラー１５の下端部(根元)に取付けた補強部材１８によってピラー１５の下端接合部分を補強できるため、いいかえればピラーに作用する側方荷重を補強部材１８によって分散させ、ピラー１５の下端接合部分にかかる荷重を低減することができる。
しかも、補強部材１８と規制ボルト２０をピラー１５の下端接合部分よりも上方で接触させて規制手段を構成し、機械転倒時の側方荷重をピラー下端接合部分よりも上方で補強部材１８を介して規制ボルト２０(アッパーフレーム１１)に伝達する構成としているため、下端接合部分が受ける荷重をさらに低減することができる。
この二点の作用により、機械転倒時のピラー１５の倒れを効果的に抑制することができる。
(ＩＩ) 補強部材１８に、規制ボルト２０が貫通するボルト通し穴１９を備えた水平壁(上面壁１８ａ)を設ける一方、規制ボルト２０にワッシャ２２を嵌装し、上面壁１８ａの上面を補強部材１８側の接触面、ワッシャ２２の下面をボルト側の接触面としているため、いいかえれば、補強部材１８を規制手段の一部として機能させる構成としているため、公知技術のようにキャブ下枠等のキャブの構成要素そのものに補強を加えて規制手段の一部とする場合と比較して、キャブ構造が簡単ですむ。
(ＩＩＩ) 補強部材１８側及び規制ボルト２０側の両接触面間に弾性体から成るシール部材２３を介在させ、このシール部材２３により、防振マウント１４の常用ストローク領域でボルト貫通部分をシールし、常用ストロークを超える領域で接触面の荷重伝達作用を行うように構成しているため、シール部材２３により、ボルト貫通部分でのキャブ１２内外の通気を遮断してキャブ１２内の気密性を保ちながら、防振マウント１４の常用ストロークを超える領域での両接触面間の荷重伝達作用を確保することができる。
(ＩＶ) 補強部材１８を、前後左右の各側面及び上下両面が閉じ、かつ、上面壁１８ａの上面が補強部材１８側の接触面となる箱体として形成し、一側面がピラー１５の右側面に対し面接触する状態で取付けているため、
１) 補強部材１８そのものを箱構造によって高強度に構成できること、
２) 補強部材１８とピラー１５の接触面積を広くとり易いこと
により、ピラー補強効果及び荷重分散効果の点で有利となる。
(Ｖ) ピラー１５に面接触する補強部材１８の左側面の平面視寸法Ａを、ピラー１５の右側面の平面視寸法Ｂに対して同等以上に設定しているため、ピラー１５と補強部材１８の接触面積を大きくとり、より高い荷重分散効果を得ることができる。
また、補強部材１８をピラー１５に溶接で取付ける場合に、溶接範囲を広くとって両者の接合強度を高くとることができる。
(ＶＩ) 補強部材１８を、複数本の外側ピラーのうちキャブ後部に配置されたピラー１５、すなわち、転倒時に変形しにくいように元々剛性が高くとられ、荷重が逃げにくい分、下端接合部分の破壊が起こり易い状況にある左後ピラー１５に対して設けているため、倒れ防止の実効が高いものとなる。
(ＶＩＩ) 補強部材１８をキャブ１２内に、元々あるデッドスペースを利用して設けているため、補強部材１８をキャブ１２の外側に設ける場合のようにキャブ外側に余分なスペースを作り出す必要も、そのためにキャブ外の構造物の配置を変える必要もなく、キャブまわりのレイアウトの点で有利となる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、シール部材２３をワッシャ２２と補強部材１８の上面壁１８ａの間に設け、防振マウント１４の常用ストロークを超える領域で荷重伝達機能を果たす構成をとったが、シール機能のみを果たすように、たとえば補強部材１８の上面壁１８ａの下面側や、下面壁の上面側または下面側、あるいはこれら複数個所に設けてもよい。
(２) 補強部材１８は、上記実施形態で挙げた箱形に限らず、機械転倒時の側方荷重を受け、かつ、規制手段を構成し得ることを条件として種々変更することができる。
図７にはその変更例として、前後一対の大略三角形のプレート１８ｂ，１８ｂ間に水平壁１８ｃが設けられた側面視Ｈ形の補強部材１８を示す。
この場合、水平壁１８ｃにボルト通し穴１９が設けられる。
(３) 補強部材１８の設置位置に関するバリエーションを図８に示す。
同図(ａ)〜(ｃ)中、太線の実線もしくは破線または一点鎖線で補強部材１８を示す。
(ａ)に示すように、上記実施形態では補強部材１８を左後ピラー１５の右側に設けたのに対し、一点鎖線で示すように同ピラー１５の前側、またはキャブ１２外で同ピラー後側に設けてもよい。
あるいは、(ｂ)に示すように左中間ピラー２５の左側または後側に設けてもよいし、(ｃ)に示すように前ピラー２６の右側に設けてよい。
ピラー後側または前側に補強部材１８を設ければ、側方荷重のうちとくに前後方向の荷重に対するピラー保護効果が高いものとなる。
また、補強部材１８を一本のピラーの複数の面に設けてもよいし、左側複数本のピラーに対して設けてもよい。
図８中、２７は右後ピラー、２８は右前ピラーである。
１１ アッパーフレーム
１２ キャブ
１３ 左サイドデッキ
１４ 防振マウント
１５ 左後ピラー
１６ キャブ下枠
１７ フロアプレート
１８ 補強部材
１８ａ 補強部材の上面壁
１８ｃ 補強部材の水平壁
１９ 軸体通し穴としてのボルト通し穴
２０ 規制ボルト
２２ ワッシャ
２３ シール部材
Ａ 補強部材左側面の平面視寸法
Ｂ ピラー右側面の平面視寸法

Claims (7)

  1. 下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体を構成するアッパーフレームの左右片側に配置されたキャブと、このキャブの振動を抑制する防振マウントと、上記アッパーフレームから浮き上がる方向のキャブの変位量を一定以下に規制する規制手段を備え、上記キャブは、キャブ底壁を構成する下枠と、下端がこの下枠の上面に接合された状態でキャブ周囲に立設された複数本のピラーと、上記アッパーフレームの外側を向く乗降口とを有する建設機械のキャブ支持構造において、上記各ピラーのうち上記乗降口側に位置する外側ピラーの上記下枠に対する接合部分を補強する補強部材をピラー下端部に取付け、上記規制手段として、上記補強部材及び上記下枠を上下方向に貫通する状態で上記アッパーフレームに軸体を取付けるとともに、この軸体と上記補強部材に、上記キャブの浮き上がり方向の変位時に、上記下枠に対する上記外側ピラーの取付位置よりも上方で上記軸体の軸方向に相接触して荷重の伝達作用を行う接触面を設けたことを特徴とする建設機械のキャブ支持構造。
  2. 上記補強部材に、上記軸体が貫通する軸体通し穴を備えた水平壁を設ける一方、上記軸体にワッシャを嵌装し、上記水平壁の上面を上記補強部材側の接触面、上記ワッシャの下面を上記軸体側の接触面としたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のキャブ支持構造。
  3. 上記補強部材側及び軸体側の両接触面間に弾性体から成るシール部材を介在させ、このシール部材は、上記防振マウントの常用ストローク領域で上記軸体貫通部分をシールし、常用ストロークを超える領域で上記接触面の荷重伝達作用を行うように構成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械のキャブ支持構造。
  4. 上記補強部材を、前後左右の各側面及び上下両面が閉じ、かつ、上面壁の上面が上記補強部材側の接触面となる箱体として形成し、一側面が上記外側ピラーの一側面に対し面接触状態で取付けたことを特徴とする請求項２または３記載の建設機械のキャブ支持構造。
  5. 上記外側ピラーに面接触する上記補強部材の一側面の平面視寸法をＡ、上記外側ピラーの一側面の平面視寸法をＢとして、Ａ≧Ｂに設定したことを特徴とする請求項４記載の建設機械のキャブ支持構造。
  6. 上記補強部材を、複数本の外側ピラーのうち上記キャブ後部に配置された後部ピラーに対して設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械のキャブ支持構造。
  7. 上記補強部材を、キャブ内で上記外側ピラーに対して設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械のキャブ支持構造。
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