JP2021147782A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】背板とカウンタウェイトとを左右方向に位置合わせ可能な作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、先細り形状のボス、または上下方向の長さがボスの直径より長く且つカウンタウェイトが背板に装着される過程でボスが進入するガイド穴のいずれか一方が形成された背板と、ボスまたはガイド穴のいずれか他方が形成されたカウンタウェイトと、背板の下部に取り付けられたブラケット、カウンタウェイトに取り付けられて左右方向に延設された支持軸、一端が支持軸に回動可能に連結され、他端が支持軸より前方でブラケットに回動可能に連結されて、作動油の給排によって伸縮する油圧シリンダ、及び一端が支持軸に回動可能に連結され、他端が支持軸より後方でブラケットに回動可能に支持された回動アームを有する着脱装置とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、着脱可能なカウンタウェイトを搭載した作業機械に関する。

一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等の作業機械では、車体の前側にショベル、クレーン等のフロント作業機を設け、車体の後側にフロント作業機とバランスさせるためにカウンタウェイトを着脱可能に設けている。また、車体の背板に対してカウンタウェイトを着脱する着脱装置を備えた作業機械も知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

着脱装置は、例えば、カウンタウェイトの上端に取り付けられて左右方向に延設された支持軸と、一端が支持軸に回動可能に連結され、他端が車体のブラケットに回動可能に連結されたリンク機構とを含む。

特開２０１６−４４５１２号公報 特開平０８−３１９６３７号公報 特開２００７−１６２４５４号公報

上記構成の着脱装置は、リンク機構の遊び等によって、装着作業時に背板とカウンタウェイトとの間に左右方向の位置ずれが生じる。そして、カウンタウェイトは非常に重いので、左右方向の位置合わせが非常に難しい。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、背板に対してカウンタウェイトを着脱する着脱装置を備えた作業機械において、容易に背板とカウンタウェイトとの左右方向の位置合わせをする技術を提供することになる。

上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体に支持されて前方に延びるフロント作業機と、前記上部旋回体の後部に設けられた背板に着脱可能に取り付けられるカウンタウェイトと、前記上部旋回体に支持されて、前記背板に対して前記カウンタウェイトを着脱する着脱装置とを備える作業機械であって、前記カウンタウェイトに対面する前記背板の背面には、先細り形状のボス、または上下方向の長さが前記ボスの直径より長く且つ前記カウンタウェイトが前記背板に装着される過程で前記ボスが進入するガイド穴のいずれか一方が形成され、前記背板に対面する前記カウンタウェイトの腹面には、前記ボスまたは前記ガイド穴のいずれか他方が形成され、前記着脱装置は、前記背板の下部に取り付けられたブラケットと、前記カウンタウェイトに取り付けられて左右方向に延設された支持軸と、前記カウンタウェイトが前記背板に取り付けられた状態で、一端が前記支持軸に回動可能に連結され、他端が前記支持軸より前方で前記ブラケットに回動可能に連結されて、作動油の給排によって伸縮する油圧シリンダと、前記カウンタウェイトが前記背板に取り付けられた状態で、一端が前記支持軸に回動可能に連結され、他端が前記支持軸より後方で前記ブラケットに回動可能に支持された回動アームとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、背板に対してカウンタウェイトを着脱する着脱装置を備えた作業機械において、背板とカウンタウェイトとの左右方向の位置合わせを容易にすることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る作業機械の代表例である油圧ショベルの側面図である。 上部旋回体の後部の要部拡大図である。 背板の斜視図である。 カウンタウェイトの斜視図である。 着脱装置によって着脱されるカウンタウェイトの移動軌跡を示す図である。 カウンタウェイトが背板に装着される過程におけるガイド穴及びボスの位置関係を示す図である。

本発明に係る作業機械の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る作業機械の代表例である油圧ショベル１の側面図である。なお、作業機械の具体例は油圧ショベル１に限定されず、下部走行体、上部旋回体、フロント作業機、及びカウンタウェイトを備えるあらゆる機械（例えば、クレーン、解体作業機、アースドリル等）であってもよい。また、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。

油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に支持された上部旋回体３とを備える。下部走行体２は、左右一対のクローラ８を備える。そして、走行モータ（図示省略）の回転が伝達されて左右一対のクローラ８が回転すると、油圧ショベル１が走行する。但し、下部走行体２は、クローラ８に代えて、装輪式であってもよい。

上部旋回体３は、下部走行体２に旋回可能に支持されている。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム５と、旋回フレーム５の前端中央に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業機４と、旋回フレーム５の前方左側に配置されたキャブ（運転席）７と、旋回フレーム５の後部に配置された背板１０（図２及び図３参照）と、背板１０に着脱可能に取り付けられるカウンタウェイト２０と、背板１０に対してカウンタウェイト２０を着脱する着脱装置３０（図２参照）とを主に備える。

フロント作業機４は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム４ａと、ブーム４ａの先端に揺動可能に支持されたアーム４ｂと、アーム４ｂの先端に揺動可能に支持されたバケット４ｃと、ブーム４ａ、アーム４ｂ、及びバケット４ｃを駆動させる油圧シリンダ４ｄ、４ｅ、４ｆとを含む。

キャブ７には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。キャブ７の内部には、オペレータが着席するシート（図示省略）と、シートに着席したオペレータが操作する操作装置（ステアリング、ペダル、レバー、スイッチなど）が配置されている。そして、キャブ７に搭乗したオペレータが操作装置を操作することによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機４が動作する。

次に、図２〜図４を参照して、背板１０、カウンタウェイト２０、及び着脱装置３０の構成を説明する。図２は、上部旋回体３の後部の要部拡大図である。図３は、背板１０の斜視図である。図４は、カウンタウェイト２０の斜視図である。

図２に示すように、背板１０は、上部旋回体３の後部において、上下方向及び左右方向に延設された平板形状の部材である。以下、背板１０の表面のうち、後方を向く面（装着されたカウンタウェイト２０に対面する面）を「背面１１」と表記する。図３に示すように、背板１０は、一対のガイド穴１２、１３と、一対のボルト穴１４、１５とを有する。

一対のガイド穴１２、１３は、背板１０の下部において、左右方向に離間して形成されている。ガイド穴１２、１３は、背板１０の背面１１から前方に向かって延びている。ガイド穴１２、１３は、背板１０の背面１１側に開口していれば、背板１０を貫通していなくてもよい。一対のボルト穴１４、１５は、ガイド穴１２、１３より上方において、左右方向に離間して形成されている。ボルト穴１４、１５は、背板１０を厚み方向に貫通する。

カウンタウェイト２０は、フロント作業機４との重量バランスを取るための重量物である。以下、カウンタウェイト２０の表面のうち、上方を向く面を「上面２１」と表記し、前方を向く面（装着されたときに背板１０に対面する面）を「腹面２２」と表記する。図４に示すように、カウンタウェイト２０は、凹部２３と、一対の取付ブラケット２４、２５と、一対のボス２６、２７と、一対のボルト穴２８、２９とを有する。

凹部２３は、カウンタウェイト２０の左右方向に中央部において、腹面２２から後方に延びる凹みである。凹部２３は、カウンタウェイト２０が背板１０に装着されたときに、着脱装置３０が収容される空間である。一対の取付ブラケット２４、２５、一対のボス２６、２７、及び一対のボルト穴２８、２９は、左右方向において、凹部２３を挟んで反対側に配置されている。

一対の取付ブラケット２４、２５は、カウンタウェイト２０の上面２１から上方に突出している。取付ブラケット２４、２５には、左右方向に貫通する貫通孔２４ａ、２５ａが形成されている。取付ブラケット２４、２５は、貫通孔２４ａ、２５ａに挿入された支持軸（図２参照）３２を、回動可能に支持する。

一対のボス２６、２７は、カウンタウェイト２０の腹面２２から前方に突出している。ボス２６、２７は、基端部の直径ｄ（図６（Ａ）参照）より先端部の直径の方が小さい。すなわち、ボス２６、２７は、先細り形状である。ボス２６、２７は、カウンタウェイト２０が背板１０に装着される過程において、背板１０のガイド穴１２、１３に進入する。また、ボス２６、２７は、カウンタウェイト２０が背板１０に装着されたときに、ガイド穴１２、１３の底壁に当接する。

ここで、図６（Ａ）に示すように、背面１１側におけるガイド穴１２、１３の左右方向の幅（以下、「開口幅」と表記する。）は、上方ほど広くなっている。換言すれば、ガイド穴１２、１３の開口幅は、下方に向かって徐々に狭まっている。さらに、換言すれば、ガイド穴１２、１３の左右を画定する一対の側壁の間隔は、下方に向かって徐々に狭くなっている。そして、ガイド穴１２、１３の上端の開口幅Ｗは、ボス２６、２７の基端部の直径ｄより大きい。また、ガイド穴１２、１３の上下方向の長さＨは、ボス２６、２７の基端部の直径ｄより大きい。

一対のボルト穴２８、２９は、カウンタウェイト２０を前後方向に貫通する。ボルト穴２８、２９は、カウンタウェイト２０が背板１０に装着されたときに、背板１０のボルト穴１４、１５に連通する位置に形成されている。そして、連通したボルト穴１４、２８及びボルト穴１５、２９には、カウンタウェイト２０を背板１０に固定するためのボルト（図示省略）が螺合される。

着脱装置３０は、背板１０に対してカウンタウェイト２０を着脱する装置である。着脱装置３０は、背板１０の左右方向の中央において、背面１１に固定されている。図２に示すように、着脱装置３０は、支持ブラケット（ブラケット）３１と、支持軸３２と、油圧シリンダ３３と、回動アーム３４とを主に備える。

支持ブラケット３１は、背板１０の背面１１から後方に突出している。支持ブラケット３１は、左右方向において、背板１０の中央部（より詳細には、一対のガイド穴１２、１３及び一対のボルト穴１４、１５の間）に配置されている。支持ブラケット３１は、油圧シリンダ３３及び回動アーム３４の他端を支持する。

支持軸３２は、カウンタウェイト２０の上端に取り付けられて、左右方向に延設されている。より詳細には、支持軸３２は、貫通孔２４ａ、２５ａに挿入されることによって、取付ブラケット２４、２５に回転可能に支持される。

油圧シリンダ３３は、ボトム室及びロッド室を有するシリンダチューブ３５と、シリンダチューブ３５から出没するシリンダロッド３６とで構成される。油圧シリンダ３３は、作動油が給排されることによって伸縮する。より詳細には、ボトム室に作動油が供給され且つロッド室から作動油が排出されることによって、油圧シリンダ３３が伸長する。また、ロッド室に作動油が供給され且つボトム室から作動油が排出されることによって、油圧シリンダ３３が伸長する。

シリンダロッド３６（油圧シリンダ３３の一端）は、支持軸３２に回動可能に連結されている。シリンダチューブ３５（油圧シリンダ３３の他端）は、左右方向に延設された支持軸３７周りに回動可能に支持ブラケット３１に連結されている。回動アーム３４の一端は、支持軸３２に回動可能に連結されている。また、回動アーム３４の他端は、左右方向に延設された支持軸３８周りに回動可能に支持ブラケット３１に連結されている。なお、図示は省略するが、回動アーム３４は、油圧シリンダ３３の左右方向の両側に１つずつ設けられている。

支持軸３７は、支持軸３２より前方に位置している。また、支持軸３８は、油圧シリンダ３３が最大限縮小した状態（すなわち、カウンタウェイト２０が背板１０に取り付けられた状態）において、支持軸３２より後方に位置している。すなわち、前後方向において、支持軸３２は、支持軸３７、３８の間に位置している。但し、図５に示すように、油圧シリンダ３３を伸長すると、前後方向における支持軸３２、３８の位置が逆転する。そして、支持軸３２の中心を通って鉛直方向に延びる仮想線Ｌ_１と、支持軸３２、３８の中心を結ぶ仮想線Ｌ_２とのなす角を、角度αと定義する。

また、支持軸３２と支持軸３７（すなわち、油圧シリンダ３３の基端）との前後方向の距離ａより、支持軸３２と支持軸３８（すなわち、回動アーム３４の基端）との前後方向の距離ｂの方が長い。そして、距離ｂを長くするほど、前述の角度αを大きくすることができる。さらに、支持軸３８は、支持軸３７より下方に位置している。

図５は、着脱装置３０によって着脱されるカウンタウェイト２０の移動軌跡を示す図である。図６は、カウンタウェイト２０が背板１０に装着される過程におけるガイド穴１２、１３及びボス２６、２７の位置関係を示す図である。

カウンタウェイト２０は、油圧シリンダ３３を伸縮させることによって、図５に破線で示す軌跡に沿って移動する。図５に破線で示すように、カウンタウェイト２０の移動軌跡は、支持軸３８を中心とし、回動アーム３４の長さ（支持軸３２、３８の距離）を半径とする円弧形状である。

図５に示すように、油圧シリンダ３３を伸長させると、油圧シリンダ３３及び回動アーム３４が支持軸３７、３８を中心に後方側に回動して、カウンタウェイト２０が背板１０から取り外される。そして、油圧シリンダ３３が最大限伸長すると、カウンタウェイト２０が油圧ショベル１の後方の地面Ｇに載置される。

このとき、油圧シリンダ３３は後方に向かって下向きに延設され、回動アーム３４は概ね水平に延設される。すなわち、支持軸３２は、支持軸３７より下方で、支持軸３８とほぼ同じ高さに位置する。但し、支持軸３２は、油圧シリンダ３３の伸縮状態（換言すれば、カウンタウェイト２０の位置）に拘わらず、常に支持軸３７、３８の中心を結ぶ仮想線Ｌ_３より上方に位置している。

一方、油圧シリンダ３３を縮小させると、油圧シリンダ３３及び回動アーム３４が支持軸３７、３８を中心に前方側に回動する。このとき、カウンタウェイト２０は、円弧形状の軌跡に沿って背板１０に近づく。そして、油圧シリンダ３３が最大限縮小すると、カウンタウェイト２０が背板１０の背面に当接する。

ここで、背板１０に装着されるカウンタウェイト２０の移動軌跡は、カウンタウェイト２０が地面Ｇに載置された状態から支持軸３２が仮想線Ｌ_４に重なる位置までの上昇区間と、支持軸３２が仮想線Ｌ_４に重なる位置からカウンタウェイト２０が背板１０に当接するまでの下降区間とに分けることができる。仮想線Ｌ_４は、支持軸３８の中心を通って鉛直方向に延びる直線である。換言すれば、仮想線Ｌ_４は、支持軸３２が最も上方に位置する点を通って鉛直方向に延びる直線である。

カウンタウェイト２０は、上昇区間において、上昇しながら背板１０に向かって前進する。上昇区間では、支持軸３８が支持軸３２より前方に位置する。そして、支持軸３２が仮想線Ｌ_４に重なったとき、カウンタウェイト２０が最も高い位置に到達する。また、カウンタウェイト２０は、下降区間において、下降しながら背板１０に向かって前進する。下降区間では、支持軸３８が支持軸３２より後方に位置する。

ここで、シリンダチューブ３５と支持軸３７との間、シリンダロッド３６と支持軸３２との間、回動アーム３４と支持軸３２、３８との間には、遊びが設けられている。そのため、カウンタウェイト２０は、背板１０に装着される過程において、予め定められた位置から左右方向にずれている可能性がある。そこで図６に示すように、本実施形態では、ガイド穴１２、１３及びボス２６、２７によって、背板１０にカウンタウェイト２０を装着する過程において、背板１０及びカウンタウェイト２０を左右方向に位置合わせする。

まず、カウンタウェイト２０が下降区間を移動する過程において、ボス２６、２７の先端がガイド穴１２、１３の上端に進入する。このとき、図６（Ａ）に示すように、ボス２６、２７の先端の位置は、ガイド穴１２、１３の左右方向の中心からずれている可能性がある。しかしながら、カウンタウェイト２０の左右方向の位置ずれが（Ｗ−ｄ）／２以下であれば、ボス２６、２７はガイド穴１２、１３の上端に進入することができる。

また、カウンタウェイト２０が背板１０に近づくにつれて、ボス２６、２７は、ガイド穴１２、１３の奥に進入すると共に、ガイド穴１２、１３の下方に移動する。このとき、ボス２６、２７は、開口幅が下方に向かって徐々に狭くなるガイド穴１２、１３の側壁に当接して、ガイド穴１２、１３の左右方向の中心に近づく。

そして、油圧シリンダ３３が最大限縮小すると、ボス２６、２７は、ガイド穴１２、１３の一対の側壁に当接して、ガイド穴１２、１３の左右方向の中心に位置合わせされる。また、ボス２６、２７は、ガイド穴１２、１３の底壁に当接する。さらに、ボルト穴１４、２８及びボルト穴１５、２９が連通する。

そして、連通するボルト穴１４、２８及びボルト穴１５、１９にボルトを螺合させることによって、背板１０にカウンタウェイト２０が装着される。さらに、油圧シリンダ３３のボトム室及びロッド室を作動油タンクに連通させると、カウンタウェイト２０の重量がガイド穴１２、１３の底壁によって支持される。

上記の実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

上記の実施形態によれば、油圧シリンダ３３を最大限縮小した状態で、油圧シリンダ３３の他端（すなわち、支持軸３７）を支持軸３２より前方に位置させ、回動アーム３４の他端（すなわち、支持軸３８）を支持軸３２より後方に位置させることによって、カウンタウェイト２０が上昇区間及び下降区間を経て背板１０に装着される。

そして、カウンタウェイト２０が下降区間を移動する過程において、ボス２６、２７がガイド穴１２、１３の上端に進入し、ガイド穴１２、１３に沿って下方に移動する。ここで、カウンタウェイト２０が左右方向にずれていると、ボス２６、２７がガイド穴１２、１３の側壁に当接しながら下方に移動する。

そして、ガイド穴１２、１３の開口幅は下方に向かって狭くなっているので、ボス２６、２７が下方に移動する過程で、背板１０とカウンタウェイト２０とが左右方向に自動的に位置合わせされる。また、ボス２６、２７を先細り形状としたことによって、ボス２６、２７がガイド穴１２、１３にさらに進入しやすくなる。

なお、上記の実施形態では、背板１０にガイド穴１２、１３を形成し、カウンタウェイト２０にボス２６、２７を形成した例を説明したが、ガイド穴及びボスの配置は前述の例に限定されない。すなわち、背板１０の背面１１にボスまたはガイド穴のいずれか一方が形成され、カウンタウェイト２０の腹面２２にボスまたはガイド穴のいずれか他方が形成されていればよい。

なお、カウンタウェイト２０の腹面２２に形成されるガイド穴の開口幅は、下端においてボスの基端の直径より大きく、且つ上方に向かって徐々に狭くなっている。また、背板１０の背面から後方に突出するボスは、カウンタウェイト２０が背板１０に装着されたときに、ガイド穴の天壁に当接して、カウンタウェイト２０の重量を支持する。

また、上記の実施形態によれば、ａ＜ｂとなるように、支持軸３２、３７、３８をレイアウトすることによって、角度αを大きくすることができる。これにより、下降区間が長くなるので、ボス２６、２７がガイド穴１２、１３に進入してから底壁に当接するまでの移動距離を長くすることができる。その結果、カウンタウェイト２０の左右方向の位置ずれを徐々に補正することができる。

また、上記の実施形態によれば、支持軸３２が仮想線Ｌ_３より常に上方に位置する。これにより、着脱装置３０は、油圧シリンダ３３の伸長のみによってカウンタウェイト２０を背板１０から取外し、油圧シリンダ３３の縮小のみによってカウンタウェイト２０を背板１０に装着することができる。換言すれば、カウンタウェイト２０を背板１０から取り外す（または、装着する）過程において、油圧シリンダ３３の伸長及び縮小を組み合わせる必要がない。その結果、着脱装置３０の構成をシンプルにすることができる。

また、上記の実施形態によれば、ボス２６、２７をガイド穴１２、１３の底壁に当接させることによって、カウンタウェイト２０の重量を、ボルト穴１４、１５、２８、２９に螺合したボルトと、ガイド穴１２、１３の底壁に当接したボス２６、２７とで支持することができる。これにより、同一重量のカウンタウェイト２０を支持するのに、より細いボルトを用いることができる。また、同一径のボルトで、より重量の大きいカウンタウェイト２０を支持することができる。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ バケット
４ｄ，４ｅ，４ｆ，３３ 油圧シリンダ
５ 旋回フレーム
７ キャブ（運転席）
８ クローラ
１０ 背板
１１ 背面
１２，１３ ガイド穴
１４，１５，２８，２９ ボルト穴
２０ カウンタウェイト
２１ 上面
２２ 腹面
２３ 凹部
２４，２５ 取付ブラケット
２４ａ，２５ａ 貫通孔
２６，２７ ボス
３０ 着脱装置
３１ 支持ブラケット
３２，３７，３８ 支持軸
３４ 回動アーム
３５ シリンダチューブ
３６ シリンダロッド

Claims (5)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、
   前記上部旋回体に支持されて前方に延びるフロント作業機と、
   前記上部旋回体の後部に設けられた背板に着脱可能に取り付けられるカウンタウェイトと、
   前記上部旋回体に支持されて、前記背板に対して前記カウンタウェイトを着脱する着脱装置とを備える作業機械であって、
   前記カウンタウェイトに対面する前記背板の背面には、先細り形状のボス、または上下方向の長さが前記ボスの直径より長く且つ前記カウンタウェイトが前記背板に装着される過程で前記ボスが進入するガイド穴のいずれか一方が形成され、
   前記背板に対面する前記カウンタウェイトの腹面には、前記ボスまたは前記ガイド穴のいずれか他方が形成され、
   前記着脱装置は、
   前記背板の下部に取り付けられたブラケットと、
   前記カウンタウェイトに取り付けられて左右方向に延設された支持軸と、
   前記カウンタウェイトが前記背板に取り付けられた状態で、一端が前記支持軸に回動可能に連結され、他端が前記支持軸より前方で前記ブラケットに回動可能に連結されて、作動油の給排によって伸縮する油圧シリンダと、
   前記カウンタウェイトが前記背板に取り付けられた状態で、一端が前記支持軸に回動可能に連結され、他端が前記支持軸より後方で前記ブラケットに回動可能に支持された回動アームとを備えることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記支持軸と前記油圧シリンダの他端との間の前後方向の距離ａより、前記支持軸と前記回動アームの他端との間の前後方向の距離ｂの方が長いことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記支持軸は、前記油圧シリンダの他端と前記回動アームの他端とを結ぶ仮想線より上方に位置することを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記ガイド穴は、前記背板の背面に形成され、
   前記ガイド穴の左右方向の開口幅は、上端において前記ボスの直径より大きく、且つ下方に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とする作業機械。
5. 請求項４に記載の作業機械において、
   前記ボスは、前記油圧シリンダが最大限縮小したときに、前記ガイド穴の底面に支持されることを特徴とする作業機械。

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