JP2021183767A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アタッチメントに作用する荷重を適切に支持しつつ、アタッチメントを回動させることができる作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、アームの腹面に取り付けられて伸縮する油圧シリンダと、アームの背面に沿って延設された第１リンクロッドと、フロント作業機の幅方向に延びる第１ピンによってアームの側面に回動可能に支持され、一端がアームの背面側に突出し、他端がアームの腹面側に突出した第２リンクロッドとを有し、第１リンクロッドの一端は、アタッチメントに回動可能に連結され、第２リンクロッドの一端は、フロント作業機の幅方向に延びる第２ピンによって、第１リンクロッドの他端に回動可能に連結され、第２リンクロッドの他端は、フロント作業機の幅方向に延びる第３ピンによって、油圧シリンダのシリンダロッドの先端に回動可能に連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、重量の大きいアタッチメントを装着した作業機械に関する。

従来より、上部旋回体に起伏可能に支持されたブームと、ブームの先端に回動可能に支持されたアームと、アームの先端に回動可能に支持されたアタッチメント（例えば、バケット）とを備える油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成の油圧ショベルにおいて、アタッチメントは、アームの背面に支持された油圧シリンダが伸長したときに重力方向に動作し、油圧シリンダが縮小したときに重力方向と逆向きに動作するのが一般的である。

特開２０２０−２６７８２号公報

しかしながら、クラウド動作をするアタッチメントを、ロッドが伸長した状態の油圧シリンダで保持すると、油圧シリンダに大きな負荷がかかる。また、このような課題は、アタッチメントの重量が大きくなるほど顕著になる。

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、アタッチメントに作用する荷重を適切に支持しつつ、アタッチメントを回動させることができる作業機械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、前記上部旋回体に起伏可能に支持されたブーム、前記ブームの先端に回動可能に支持されたアーム、及び前記アームの先端に回動可能に支持されたアタッチメントを有するフロント作業機とを備える作業機械であって、前記アームは、前記フロント作業機の幅方向において互いに対向する一対の側面と、前記フロント作業機の幅方向に直交する方向において互いに対向し、且つ各々が前記一対の側面の端部同士に接続される腹面及び背面とを有し、前記フロント作業機は、前記アームの前記腹面に取り付けられて、作動油が給排されることによって伸縮する油圧シリンダと、前記油圧シリンダが伸長したときに前記アタッチメントをダンプさせ、前記油圧シリンダが縮小したときに前記アタッチメントをクラウドさせるリンク機構とを有し、前記リンク機構は、前記アームの前記背面に沿って延設された第１リンクロッドと、前記フロント作業機の幅方向に延びる第１ピンによって前記アームの前記側面に回動可能に支持され、一端が前記アームの前記背面側に突出し、他端が前記アームの前記腹面側に突出した第２リンクロッドとを有し、前記第１リンクロッドの一端は、前記アタッチメントに回動可能に連結され、前記第２リンクロッドの一端は、前記フロント作業機の幅方向に延びる第２ピンによって、前記第１リンクロッドの他端に回動可能に連結され、前記第２リンクロッドの他端は、前記フロント作業機の幅方向に延びる第３ピンによって、前記油圧シリンダのシリンダロッドの先端に回動可能に連結されていることを特徴とする。

本発明によれば、アタッチメントに作用する荷重を適切に支持しつつ、アタッチメントを回動させることができる。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側面図である。 アーム及びカッターの斜視図である。 油圧シリンダが縮小したときのカッターの姿勢を示す図である。 油圧シリンダが伸長したときのカッターの姿勢を示す図である。

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１の側面図である。なお、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、作業機械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。

作業機械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、作業機械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１０と、旋回フレーム５の後部に配置されてフロント作業機１０との重量バランスを取るカウンタウェイト６とを主に備える。

キャブ７には、作業機械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１０が動作する。

フロント作業機１０は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム１１と、ブーム１１の先端に回動可能に支持されたアーム１２と、アーム１２の先端に回動可能に支持されたカッター（アタッチメント）１３と、ブーム１１、アーム１２、及びカッター１３を駆動させる油圧シリンダ１４、１５、１６と、リンク機構１７と、ストッパ１８（図２参照）とを含む。

アーム１２は、腹面１２ａと、背面１２ｂと、左側面（側面）１２ｃと、右側面（図示省略）とを有する。腹面１２ａ及び背面１２ｂは、左右方向（フロント作業機４の幅方向）に直交する方向において、互いに対向する面である。左側面１２ｃ及び右側面（一対の側面）は、左右方向において、互いに対向する面である。そして、腹面１２ａ及び背面１２ｂそれぞれは、左側面１２ｃ及び右側面の端部同士に接続される。

特に、アーム１２の先端がブーム１１の先端より前方に位置するとき（油圧シリンダ１５をある程度まで収縮させたとき）、腹面１２ａは下方を向き、背面１２ｂは上方を向く。そして、カッター１３を装着した作業機械１は、アーム１２の先端をブーム１１の先端より前方に位置させた状態（すなわち、腹面１２ａを下方に向け、背面１２ｂを上方に向けて）で作業を行うのが一般的である。

カッター１３は、対象物（例えば、建築物など）を把持して解体するための解体用アタッチメントの一例である。カッター１３は、後述するように部品点数が多く、且つ油圧アクチュエータ（旋回モータ１３ｂ、油圧シリンダ１３ｅ、１３ｆ）を備えるので、バケット等のアタッチメントより重量が大きい。カッター１３は、取付ブラケット１３ａと、旋回モータ１３ｂと、一対の刃１３ｃ、１３ｄと、一対の油圧シリンダ１３ｅ、１３ｆとを主に備える。

取付ブラケット１３ａは、左右方向（フロント作業機１０の幅方向）に延びるピン１３ｇによって、アーム１２の先端に回動可能に支持されている。また、取付ブラケット１３ａは、左右方向に延びるピン１３ｈによって、後述するリンクロッド１７ａの一端に回動可能に連結されている。ピン１３ｈは、ピン１３ｇよりアーム１２の背面１２ｂ側に配置されている。換言すれば、フロント作業機１０の作業姿勢において、ピン１３ｈはピン１３ｇより上方に配置されている。

旋回モータ１３ｂは、作動油が給排されることによって取付ブラケット１３ａに対して構成部品１３ｃ〜１３ｆを回動させる。旋回モータ１３ｂは、ピン１３ｇ、１３ｈと直交する方向に延びる回動軸線回りに、構成部品１３ｃ〜１３ｆを回動させる。作動油は、上部旋回体３に搭載された油圧ポンプ（図示省略）から旋回モータ１３ｂに供給され、旋回モータ１３ｂから上部旋回体３に搭載された作動油タンク（図示省略）に還流する。

一対の刃１３ｃ、１３ｄは、一対の油圧シリンダ１３ｅ、１３ｆに作動油が給排されることによって、開閉される。より詳細には、油圧シリンダ１３ｅ、１３ｆのボトム室に作動油が供給され、ロッド室から作動油が排出されることによって、一対の刃１３ｃ、１３ｄが閉じる。一方、油圧シリンダ１３ｅ、１３ｆのロッド室に作動油が供給され、ボトム室から作動油が排出されることによって、一対の刃１３ｃ、１３ｄが開く。

油圧シリンダ１６は、作動油が給排されることによって伸縮する。油圧シリンダ１６は、シリンダチューブ１６ａと、ピストン（図示省略）と、シリンダロッド１６ｂと、キャップ１６ｃとを有する。油圧シリンダ１６は、アーム１２の背面に沿って、アーム１２の長手方向に延設されている。また、油圧シリンダ１６は、シリンダチューブ１６ａの基端がアーム１２の基端側に回動可能に支持され、シリンダロッド１６ｂの先端が後述するリンクロッド１７ｂに回動可能に連結されている。

シリンダチューブ１６ａは、作動油を給排可能な円筒形状の部材である。シリンダチューブ１６ａは、基端側が閉塞され、先端側が開放されている。ピストンは、シリンダチューブ１６ａ内を往復動する。また、ピストンは、シリンダチューブ１６ａの内部空間を、基端側のボトム室と、キャップ１６ｃ側のロッド室とに区画する。

シリンダロッド１６ｂは、一端がピストンに連結され、他端がキャップ１６ｃを通じてシリンダチューブ１６ａの外部に突出している。キャップ１６ｃは、シリンダチューブ１６ａの先端にボルト（図示省略）等によって取り付けられる。キャップ１６ｃには、シリンダロッド１６ｂの突出を許容し、ピストンの突出を阻止する貫通孔が形成されている。

油圧ポンプからボトム室に作動油が供給され、ロッド室から作動油タンクに作動油が還流すると、シリンダチューブ１６ａからシリンダロッド１６ｂを突出させる向きにピストンが移動する（以下、この動作を「油圧シリンダ１６の伸長」と表記する。）。一方、油圧ポンプからロッド室に作動油が供給され、ボトム室から作動油タンクに作動油が還流すると、シリンダチューブ１６ａにシリンダロッド１６ｂを没入させる向きにピストンが移動する（以下、この動作を「油圧シリンダ１６の縮小」と表記する。）。

図２は、アーム１２及びカッター１３の斜視図である。リンク機構１７は、カッター１３と油圧シリンダ１６とに接続されている。リンク機構１７は、油圧シリンダ１６の伸縮によって、アーム１２に対してカッター１３を回動させる。図１及び図２に示すように、リンク機構１７は、長尺棒状のリンクロッド１７ａ（第１リンクロッド）と、長尺棒状の一対のリンクロッド１７ｂ（第２リンクロッド）と、左右方向に延びるピン１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ（第１ピン、第２ピン、第３ピン）とを有する。

リンクロッド１７ａは、アーム１２の背面１２ｂ側に配置されている。リンクロッド１７ａは、アーム１２の背面１２ｂに沿って延設されている。但し、リンクロッド１７ａは、背面１２ｂと平行である必要はない。そして、リンクロッド１７ａの一端は、ピン１３ｈによって取付ブラケット１３ａに回動可能に連結されている。また、リンクロッド１７ａの他端は、ピン１７ｄによって一対のリンクロッド１７ｂの一端に回動可能に連結されている。

一対のリンクロッド１７ｂは、アーム１２の左側面１２ｃ及び右側面に、ピン１７ｃによって回動可能に支持されている。一対のリンクロッド１７ｂは、一端がアーム１２の背面１２ｂ側に突出し、他端がアーム１２の腹面１２ａ側に突出している。そして、一対のリンクロッド１７ｂの一端（背面１２ｂ側の端部）は、ピン１７ｄによってリンクロッド１７ａの他端に回動可能に連結されている。また、一対のリンクロッド１７ｂの他端（腹面１２ａ側の端部）は、ピン１７ｅによってシリンダロッド１６ｂの先端に回動可能に連結されている。さらに、図３に示すように、ピン１７ｃ、１７ｅ間の距離Ａは、ピン１７ｃ、１７ｄ間の距離Ｂ以上に設定される（Ａ≧Ｂ）。

また、図２に示すように、ストッパ１８は、アーム１２の背面１２ｂに固定されている。ストッパ１８は、油圧シリンダ１６が伸長したときに、リンクロッド１７ａの他端が当接する位置において、背面１２ｂに固定されている。また、ストッパ１８の上面は、リンクロッド１７ａの他端に沿う凹形状になっている。

図３は、油圧シリンダ１６が縮小したときのカッター１３の姿勢を示す図である。油圧シリンダ１６を縮小させると、リンクロッド１７ｂがピン１７ｃを中心に図３の反時計回りに回動する。換言すれば、リンクロッド１７ｂは、背面１２ｂ側の端部がアーム１２の先端側に移動し、腹面１２ａ側の端部がアーム１２の基端側に移動するように、ピン１７ｃを中心に回動する。

これにより、リンクロッド１７ａは、ピン１３ｈの位置（すなわち、ピン１３ｇより上方）において、カッター１３を押す向きに移動する。その結果、カッター１３は、図３に矢印で示す方向に回動（すなわち、クラウド動作）する。なお、「クラウド動作」とは、カッター１３をアーム１２の腹面１２ａ側に回動させる動作である。そして、アーム１２の先端がブーム１１の先端より前方に位置しているとき、クラウド動作は、カッター１３を重力方向に回動させる。

図４は、油圧シリンダ１６が伸長したときのカッター１３の姿勢を示す図である。油圧シリンダ１６を伸長させると、リンクロッド１７ｂがピン１７ｃを中心に図３の時計回りに回動する。換言すれば、リンクロッド１７ｂは、背面１２ｂ側の端部がアーム１２の基端側に移動し、腹面１２ａ側の端部がアーム１２の先端側に移動するように、ピン１７ｃを中心に回動する。

これにより、リンクロッド１７ａは、ピン１３ｈの位置（すなわち、ピン１３ｇより上方）において、カッター１３を引く向きに移動する。その結果、カッター１３は、図４に矢印で示す方向に回動（すなわち、ダンプ動作）する。なお、「ダンプ動作」とは、カッター１３をアーム１２の腹面１２ａ側に回動させる動作である。そして、アーム１２の先端がブーム１１の先端より前方に位置しているとき、ダンプ動作は、カッター１３を重力方向と反対方向（以下、「反重力方向」と表記する。）に回動させる。

さらに、リンクロッド１７ａの他端は、油圧シリンダ１６が最大まで伸長したタイミング或いはこの直前のタイミング（すなわち、油圧シリンダ１６が最大まで伸長する以前のタイミング）で、ストッパ１８に当接する。油圧シリンダ１６が最大まで伸長したタイミングとは、例えば、キャップ１６ｃの内面にピストンが当接するタイミングである。これにより、カッター１３が反重力方向にさらに回動するのが阻止される。その結果、油圧シリンダ１６をさらに伸長させる向きの力が、リンク機構１７を通じてカッター１３から油圧シリンダ１６に伝達されるのを遮断する。

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。

上記の実施形態に係る油圧シリンダ１６において、ピストンのボトム側の受圧面積は、シリンダロッド１６ｂが接続されているロッド側の受圧面積より大きい。また、シリンダロッド１６ｂの突出量が少ないときの油圧シリンダ１６は、シリンダロッド１６ｂの突出量が大きいときと比較して、荷重を安定して保持することができる。

そこで上記の実施形態によれば、油圧シリンダ１６は、縮小することによってカッター１３をクラウド動作させるので、油圧シリンダ１６が伸長した状態でカッター１３を保持する場合よりも大きな力でカッター１３を保持することができる。そのため、アーム１２の先端をブーム１１の先端より前方に突出させた状態で作業する場合において、カッター１３に不測の荷重が加わりカッター１３がさらにアーム１２の腹面１２ａ側に回動しようとしても、油圧シリンダ１６は十分に大きな力でカッター１３を安定して支持することができる。

また、リンクロッド１７ａ、１７ｂは、荷重が負荷されることによって弾性変形する。そのため、リンク機構１７は、カッター１３に負荷される荷重を吸収して、油圧シリンダ１６への伝搬を阻止する緩衝材としても機能する。すなわち、上記の実施形態によれば、カッター１３から油圧シリンダ１６に負荷される荷重を軽減することができる。

また、上記の実施形態によれば、ピン１７ｃ、１７ｅ間の距離Ａを、ピン１７ｃ、１７ｄ間の距離Ｂ以上に設定することによって、油圧シリンダ１６が発生させる力を増幅して、カッター１３に伝達することができる。その結果、カッター１３に作用する荷重をさらに適切に支持することができる。

また、上記の実施形態によれば、油圧シリンダ１６が最大まで伸長する以前のタイミングで、リンクロッド１７ａがストッパ１８に当接する。これにより、油圧シリンダ１６をさらに伸長させる向きの力が、リンク機構１７を通じてカッター１３から油圧シリンダ１６に伝達されるのを防止できる。その結果、シリンダロッド１６ｂが必要以上に引き出されて、キャップ１６ｃが外れるのを防止することができる。

なお、上記の実施形態では、アタッチメントの一例としてカッター１３を説明したが、アタッチメントの具体例はこれに限定されない。他の例として、アタッチメントは、吊荷を吊下するフックを備えた吊用アタッチメントでもよい。なお、本発明は、重量の大きいアタッチメントを備える作業機械１に適用することによって、特に有利な作用効果を奏する。

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 作業機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
５ 旋回フレーム
６ カウンタウェイト
７ キャブ
８ クローラ
１０ フロント作業機
１１ ブーム
１２ アーム
１２ａ 腹面
１２ｂ 背面
１２ｃ 左側面（側面）
１３ カッター（アタッチメント）
１３ａ 取付ブラケット
１３ｂ 旋回モータ
１３ｃ，１３ｄ 刃
１３ｇ，１３ｈ ピン
１３ｅ，１３ｆ，１４，１５，１６ 油圧シリンダ
１６ 油圧シリンダ
１６ａ シリンダチューブ
１６ｂ シリンダロッド
１６ｃ キャップ
１７ リンク機構
１７ａ リンクロッド（第１リンクロッド）
１７ｂ リンクロッド（第２リンクロッド）
１７ｃ ピン（第１ピン）
１７ｄ ピン（第２ピン）
１７ｅ ピン（第３ピン）
１８ ストッパ

Claims (3)

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、
   前記上部旋回体に起伏可能に支持されたブーム、前記ブームの先端に回動可能に支持されたアーム、及び前記アームの先端に回動可能に支持されたアタッチメントを有するフロント作業機とを備える作業機械であって、
   前記アームは、
   前記フロント作業機の幅方向において互いに対向する一対の側面と、
   前記フロント作業機の幅方向に直交する方向において互いに対向し、且つ各々が前記一対の側面の端部同士に接続される腹面及び背面とを有し、
   前記フロント作業機は、
   前記アームの前記腹面に取り付けられて、作動油が給排されることによって伸縮する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダが伸長したときに前記アタッチメントをダンプさせ、前記油圧シリンダが縮小したときに前記アタッチメントをクラウドさせるリンク機構とを有し、
   前記リンク機構は、
   前記アームの前記背面に沿って延設された第１リンクロッドと、
   前記フロント作業機の幅方向に延びる第１ピンによって前記アームの前記側面に回動可能に支持され、一端が前記アームの前記背面側に突出し、他端が前記アームの前記腹面側に突出した第２リンクロッドとを有し、
   前記第１リンクロッドの一端は、前記アタッチメントに回動可能に連結され、
   前記第２リンクロッドの一端は、前記フロント作業機の幅方向に延びる第２ピンによって、前記第１リンクロッドの他端に回動可能に連結され、
   前記第２リンクロッドの他端は、前記フロント作業機の幅方向に延びる第３ピンによって、前記油圧シリンダのシリンダロッドの先端に回動可能に連結されてい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、
   前記第１ピン及び前記第３ピンの間の距離は、前記第１ピン及び前記第２ピンの間の距離以上である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、
   前記アームの前記背面に固定され、前記油圧シリンダが最大まで伸長する以前に前記第１リンクロッドが当接して、前記アタッチメントがさらにダンプするのを阻止するストッパを有することを特徴とする作業機械。

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