JP2023034526A - 軌道作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道整備の作業効率と軌道作業装置の信頼性とを両立することができる軌道作業装置を提供する。【解決手段】油圧ショベル１のアーム１２の先端部に回動軸１９を介して揺動可能に支持されたアタッチメント２０において、アーム１２に支持され且つ回転可能な回転駆動軸２２と、第１支持部材２７を介して回転駆動軸２２に固定されると共に道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材３１を備えたタイタンパー機構３０と、第２支持部材２８を介して回転駆動軸２２に固定されると共に対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材４１，４２を備えたグリッパ機構４０とを有し、タイタンパー機構３０が作業位置のとき、グリッパ機構４０を退避位置に移動すると共に、グリッパ機構４０が作業位置のとき、タイタンパー機構３０を退避位置に移動する。【選択図】 図１

Description

本発明は、軌道作業装置に関し、特にショベル系掘削機のアームの先端部に回動軸を介して揺動可能に支持された軌道作業装置に関する。

従来より、鉄道用軌道は、路盤上に砕石や砂利からなるバラストを用いて道床を形成し、その上に枕木を一定の間隔で並べた後、これら枕木の上に１対のレールを敷設する。
１対のレール上を走行する車両の荷重は、枕木を介して道床に伝達され、路盤に分散される。車両に生じる振動は、バラスト（砕石、砂利）の位置変位により吸収緩和される。
それ故、軌道のメインテナンスとして、劣化した枕木を交換する枕木交換作業、枕木交換に伴って枕木の下側にバラストを突き固めるバラスト突き固め作業等の軌道整備が定期的に行われている。

特許文献１の軌道整備装置は、ショベル系掘削機のアームの先端部に回動軸を介して揺動可能に支持された取付ブラケットと、道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材を備えたタイタンパー機構と、対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材を備えたグリッパ機構とを有し、１対の爪部材は、途中部に先端部を回動可能に支持する回動部を備えると共に、途中部が回動部回りに屈折されて先端部が上方に向いた退避位置と、伸長されて先端部が下方に向いた作業位置とに切替可能に構成されている。
これら１対の爪部材は、ロック機構により退避位置と作業位置のうち選択された位置にてロックされる。

特開２０２０－０８４４３９号公報

特許文献１の軌道整備装置は、枕木交換作業終了後バラスト突き固め作業に移行する際、爪部材の向きを変更するのみで良く、アタッチメント自体の交換を必要としない。
しかし、特許文献１の技術では、爪部材の向きを変更するに当り、例えば、作業者が手作業で爪部材の先端側部分を下方に向かう作業位置から上方に向かう退避位置に変更する必要があり、爪部材の数に相当する切替作業が必要になるため、作業性の向上が十分とは言えない。特に、アタッチメントは大型の重量物であるため、爪部材の先端部に係る部分的な位置変更であっても、時間と手間が掛かることから、作業者の作業負荷は大きい。

また、特許文献１では、軌道整備装置自体の信頼性を十分に確保できない虞がある。
枕木交換作業時、１対の爪部材は、これらの爪部材を揺動可能に支持するグリッパ取付部に対して先端部を下方に向けた状態でロック機構を用いて位置がロックされている。
そして、１対の爪部材が下方に向けられた状態において、グリッパ取付部を駆動部によって近接或いは離隔させることにより、１対の爪部材が枕木を把持する。
それ故、各々の爪部材の途中部に屈曲用回動部が形成されていることから、この回動部に大きな力が局所的に集中し、最終的に、回動部やロック機構が破損する虞がある。
即ち、軌道整備の作業効率と軌道作業装置の信頼性の両立は容易ではない。

本発明の目的は、軌道整備の作業効率と軌道作業装置の信頼性とを両立可能な軌道作業装置等を提供することである。

請求項１の軌道作業装置は、ショベル系掘削機のアームの先端部に回動軸を介して揺動可能に支持された軌道作業装置において、前記アームに支持され且つ回転可能な回転駆動軸と、第１支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材を備えたタイタンパー機構と、第２支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材を備えたグリッパ機構とを有し、前記タイタンパー機構が作業位置のとき、前記グリッパ機構を退避位置に移動すると共に、前記グリッパ機構が作業位置のとき、前記タイタンパー機構を退避位置に移動することを特徴としている。

この軌道作業装置では、前記アームに支持され且つ回転可能な回転駆動軸と、第１支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材を備えたタイタンパー機構と、第２支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材を備えたグリッパ機構とを有するため、枕木交換作業とバラスト突き固め作業とが混在する現場であっても、アーム先端に装着されたアタッチメントを交換することなく作業することができる。
前記タイタンパー機構が作業位置のとき、前記グリッパ機構を退避位置に移動すると共に、前記グリッパ機構が作業位置のとき、前記タイタンパー機構を退避位置に移動するため、タイタンパー機構及びグリッパ機構の構造的信頼性を確保しつつ、人手を介することなく回転駆動軸の回動操作で使用する機構を任意に選択することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記作業位置のタイタンパー機構は、前記退避位置のグリッパ機構に対して前記回転駆動軸回りに略９０°の弧度差を形成することを特徴としている。この構成によれば、機構を支持する回転駆動軸を共通化するに当たり、タイタンパー機構とグリッパ機構との周方向間隔を確保することができ、両者の干渉を回避することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１，第２支持部材は夫々１対の板材からなり、前記第１支持部材の１対の板材が、前記第２支持部材の１対の板材を挟み込むように前記回転駆動軸に固定されたことを特徴としている。
この構成によれば、タイタンパー機構とグリッパ機構の軸方向幅を確保して両者の機能を維持しつつ、回転駆動軸の大型化を回避することができる。

請求項４の発明は、請求項１～３の何れか１項の発明において、前記回転駆動軸は前記ショベル系掘削機の油圧により回転駆動されることを特徴としている。
この構成によれば、駆動源をショベル系掘削機以外に別途準備することなく、タイタンパー機構とグリッパ機構を夫々作動させることができる。

本発明の軌道作業装置によれば、タイタンパー機構とグリッパ機構を共通の回転駆動軸に対して弧度差を形成するように支持させることにより、軌道整備の作業効率と軌道作業装置の信頼性とを両立することができる。

実施例１に係る油圧ショベルの外観側面図である。 タイタンパー機構が作業位置のときの軌道作業装置の側面図である。 正面図である。 グリッパ機構が作業位置のときの軌道作業装置の側面図である。 後面図である。 タイタンパー機構の説明図であって、（ａ）は、開作動時の側面図、（ｂ）は、閉作動時の側面図である。 グリッパ機構の説明図であって、（ａ）は、開作動時の側面図、（ｂ）は、閉作動時の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明をショベル系掘削機である油圧ショベルに適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
尚、ショベル系掘削機の操縦者（作業者）から視た前後方向を前後方向とし、操縦者から視た左右方向を左右方向とし、図における上下方向を上下方向として説明する。

以下、実施例１に係る軌道作業装置について図１～図７に基づいて説明する。
図１に示すように、レールＲ上を走行可能なショベル系掘削機である油圧ショベル１は、アーム１２の先端部に取付けられたアタッチメント２０（軌道作業装置）を有している。
軌道は、図示しない路盤上に、砕石や砂利からなるバラストを敷込んで道床とし、その上に枕木Ｓを前後方向に一定の間隔に並べ、その枕木Ｓの上に左右１対のレールＲを定められた幅（軌間）に締結して構成されている。

ショベル系掘削機である油圧ショベル１は、下部走行体２と、この下部走行体２の上部に旋回自在に装備され操縦者が乗り込む運転室を備えた上部旋回体３とを有している。
下部走行体２は、左右１対のクローラ４と、下部走行体２に対して昇降可能に支持された前側及び後側車輪５と、前後１対のアウトリガー６とを備えている。
軌道を構成するレールＲ上を移動するとき、クローラ４をレールＲから離隔させるために下降された車輪５で走行し、一般道路上を移動するとき、車輪５を上昇させてクローラ４で走行する。アウトリガー６は、油圧ショベル１によって支持可能な作業反力を増加している。

図１に示すように、上部旋回体３の後部には、油圧供給源として油圧ポンプ（図示略）と、この油圧ポンプを駆動する油圧発生用エンジン（図示略）等が配置されている。
油圧ショベル１は、後端を上部旋回体３によって回転可能に軸支されたブーム１１と、このブーム１１を前後方向に傾動させる油圧式のブームシリンダ１３と、ブーム１１の前端部に後部が回転可能に軸支されたアーム１２と、このアーム１２を傾動可能な油圧式のアームシリンダ１４等を備えている。

アーム１２は、ブーム１１の前端部にアーム揺動軸１２ａによって揺動可能に軸支されている。アームシリンダ１４のシリンダ本体の基端部がブーム１１の途中部に回転可能に連結され、アームシリンダ１４のピストンロッドの先端部がアーム１２の後端部に回動可能に連結されている。アームシリンダ１４のピストンロッドが伸長又は収縮したとき、アーム１２はアーム揺動軸１２ａを揺動中心として前後方向に揺動する。

図１に示すように、アーム１２には、油圧式のバケットシリンダ１５と、バケット（図示略）の代わりにアーム１２の先端部に取付けられたアタッチメント２０と、バケットシリンダ１５とアタッチメント２０とを連結する４節リンク機構１６等が設けられている。

４節リンク機構１６は、バケットシリンダ１５の駆動力をアタッチメント２０に伝達すると共に、この駆動力の作用方向を変換してアタッチメント２０を前後方向に揺動させるリンク機構である。この４節リンク機構１６は、アタッチメント２０の取付ブラケット２１と、第１，第２リンク部材１７，１８と、回動軸１９と、ビンＡ１～Ａ３等により構成されている。

図１に示すように、第１リンク部材１７は、先端部が取付ブラケット２１の駆動用穴２１ａ（図２，図４参照）にピンＡ１を介して回動可能に連結され、基端部がバケットシリンダ１５のピストンロッドの先端部にピンＡ２を介して回動可能に連結されている。
第２リンク部材１８は、一側端部が第１リンク部材１７の基端部と同様にバケットシリンダ１５のピストンロッドの先端部にピンＡ２を介して回動可能に連結され、他側端部がアーム１２の先端側部分にピンＡ３を介して回動可能に連結されている。

ピンＡ３は、回動軸１９よりも基端側に配置されている。これにより、バケットシリンダ１５のピストンロッドが伸長又は収縮したとき、取付ブラケット２１（アタッチメント２０）は穴２１ｂに挿通された回動軸１９を回転中心として回動する。

次に、アタッチメント２０について説明する。
アタッチメント２０は、軌道のメインテナンスとして、複数の軌道整備のうち劣化した枕木Ｓを交換する枕木交換作業、及び敷設された新規枕木Ｓの下側にバラストを押し込むバラスト突き固め作業を実行可能に構成されている。

図１～図５に示すように、アタッチメント２０は、道床を突き固めるタイタンパー機構３０と、枕木Ｓ等の対象物を把持するグリッパ機構４０を主な構成要素としている。
このアタッチメント２０は、タイタンパー機構３０が下向きである作業位置のとき、グリッパ機構４０は下向き以外の位置、例えば、後向きである退避位置に移動する一方、グリッパ機構４０が下向きである作業位置のとき、タイタンパー機構３０は下向き以外の位置、例えば、前向きである退避位置に移動するように形成されている。
本実施形態において、下向きが作業位置とされ、下向き以外の向き、例えば、前向き、後向き、上向き等の位置は何れも退避位置である。

タイタンパー機構３０とグリッパ機構４０は、回転駆動軸２２に対して第１，第２支持部材２７，２８を介して夫々連結されている。この回転駆動軸２２は、１対の鋼板製支持板２３の間を掛け渡すように配設され、１対の支持板２３に回転可能に支持されている。
回転駆動軸２２の一方の端部には、回転駆動軸２２を正方向或いは逆方向に回転可能な油圧モータ２４が設置されている。１対の支持板２３は、基準位置のとき、左右方向に直交する状態で略平行に配置されている。

側面視にて略三角形状の１対の支持板２３と取付ブラケット２１との間には、回転機構２５が配設されている。この回転機構２５は、取付ブラケット２１に連結されたリング台と、このリング台の内周にボールベアリングを介して回転可能に配設されたサークルギヤ（図示略）と、このサークルギヤに噛み合う油圧モータ２５ａと、サークルギヤを支持すると共に流体貫通孔を備えた取付軸（図示略）と、流体貫通孔に連なるスイベルジョイント２６等を有している。１対の支持板２３は、サークルギヤに連結されている。

これにより、１対の支持板２３（１対の支持板２３に支持された回転駆動軸２２）は、取付軸の軸心回りに回動可能である。尚、回転駆動軸２２は、回動軸１９に対して平行になる位置が基準（初期）位置であり、特段の説明がない限り本実施形態では基準位置のときを前提として説明する。

図２，図３，図６に示すように、第１支持部材２７は、１対の三角形状の鋼板製板材により形成され、これら１対の板材を連結する連結板部２７ａを備えている。
図７に示すように、第２支持部材２８は、１対の矩形状の鋼板製板材により形成されている。第２支持部材２８の１対の板材は、回転駆動軸２２に貫通状態で溶接接合され、第１支持部材２７の１対の板材は、第２支持部材２８の１対の板材を間に挟み込むと共に回転駆動軸２２に貫通状態で溶接接合されている。尚、第１支持部材２７の１対の板材と第２支持部材２８の１対の板材は、１対の支持板２３の間に配置されている。

次に、タイタンパー機構３０について説明する。
図２，図３，図６に示すように、タイタンパー機構３０を作業位置に配置する場合、油圧モータ２４は、タイタンパー機構３０をピンＡ１（穴２１ａ）と油圧モータ２４（回転駆動軸２２）とを結ぶ線の延長線上に位置するように回動する。
これにより、側面視にて、グリッパ機構４０は、ピンＡ１と油圧モータ２４とを結ぶ延長線に対して略９０°の交差角を形成している。換言すれば、タイタンパー機構３０は、グリッパ機構４０に対して回転駆動軸２２回りに略９０°の弧度差を有している。

タイタンパー機構３０は、２組の前後１対のロッド部材３１と、これら１対のロッド部材３１を開閉可能な油圧シリンダ３２と、加振部材３３と、この加振部材３３の回転軸を駆動する油圧モータ３４と、前後１対の振動減衰部材３５等を備えている。
１対の振動減衰部材３５の間に加振部材３３が介装され、これら加振部材３３と１対の振動減衰部材３５の上壁部が連結板部２７ａに連結固定されている。

１対のロッド部材３１は、中段部が加振部材３３のケーシングの下端部にピン３１ａを介して前後方向に揺動可能に夫々支持されている。シリンダ３２の基端部が一方のロッド部材３１の基端部に回動可能に連結され、シリンダ３２のシリンダロッドの先端部が他方のロッド部材３１の基端部に回動可能に連結されている。
図６（ａ）に示すように、シリンダ３２のシリンダロッドが短縮したとき、１対のロッド部材３１の先端部は離隔動作する。図６（ｂ）に示すように、シリンダ３２のシリンダロッドが伸長したとき、１対のロッド部材３１の先端部は接近動作する。

加振部材３３は、偏心錘を備えた回転軸を有している。油圧モータ３４が加振部材３３の回転軸を回転駆動させることにより、タイタンパー機構３０に振動を発生させている。
１対の振動減衰部材３５は、例えば、左右に延びるゴム製の振動吸収部材を備え、加振部材３３が発生した振動がタイタンパー機構３０以外の部分、例えば、グリッパ機構４０や取付ブラケット２１に伝達されることを抑制している。
シリンダ３２と油圧モータ３４には、スイベルジョイント２６から油圧が供給される。

次に、グリッパ機構４０について説明する。
図４，図５，図７に示すように、グリッパ機構４０を作業位置に配置する場合、油圧モータ２４は、グリッパ機構４０をピンＡ１（穴２１ａ）と油圧モータ２４（回転駆動軸２２）とを結ぶ線の延長線上に位置するように回動する。これにより、側面視にて、タイタンパー機構３０は、ピンＡ１と油圧モータ２４とを結ぶ延長線に対して略９０°の交差角を形成している。換言すれば、グリッパ機構４０は、タイタンパー機構３０に対して回転駆動軸２２回りに略９０°の弧度差を有している。

グリッパ機構４０は、固定爪部材４１と、可動爪部材４２と、この可動爪部材４２を開閉可能な油圧シリンダ４３と、第１，第２リンク部材４４，４５等を備えている。
固定爪部材４１は、第２支持部材２８の１対の板材に対して連結固定されている。
可動爪部材４２は、第１，第２リンク部材４４，４５を介して第２支持部材２８の１対の板材に対して揺動可能に連結されている。

第１リンク部材４４は、基端部が第２支持部材２８の後側縁部にピン４４ａを介して回転自在に支持され、先端部が可動爪部材４２の後側上部にピン４４ｂを介して回転自在に支持されている。この第１リンク部材４４は、軸方向に長さ調整可能なアジャスタ機能を備えている。第２リンク部材４５は、基端側途中部が第２支持部材２８の後側縁部にピン４５ａを介して回転自在に支持され、先端部が可動爪部材４２の前側上部にピン４５ｂを介して回転自在に支持されている。

シリンダ４３は、基端部が第２支持部材２８の前側縁部にピン４３ａを介して回転自在に支持され、シリンダ４３のシリンダロッドの先端部が第２リンク部材４５の基端部にピン４５ｃを介して回転自在に支持されている。
図７（ａ）に示すように、シリンダ４３のシリンダロッドが短縮したとき、可動爪部材４２は、固定爪部材４１との平行状態を維持したまま固定爪部材４１から離隔動作する。図７（ｂ）に示すように、シリンダ４３のシリンダロッドが伸長したとき、可動爪部材４２は、固定爪部材４１と協働して対象物を把持するように接近動作する。シリンダ４３には、スイベルジョイント２６から油圧が供給される。

次に、アタッチメント２０の使用方法について説明する。
劣化した枕木Ｓを撤去する場合、油圧モータ２４の作動により回転駆動軸２２を回動してグリッパ機構４０を下向きの作業位置に配置する。アーム１２を動作させて枕木Ｓを挟持可能な位置にグリッパ機構４０を移動し、シリンダ４３を伸長して固定爪部材４１と可動爪部材４２とにより枕木Ｓを把持して移動する。
このとき、タイタンパー機構３０は前方に向かうようにグリッパ機構４０に対して弧度角９０°の姿勢になっているため、作業を阻害することはない。劣化した枕木Ｓを撤去した後、同じ要領で代わりの新規枕木Ｓを配置して枕木交換作業を行う。

次に、油圧モータ２４の作動により回転駆動軸２２を回動してタイタンパー機構３０を下向きの作業位置に配置する。加振部材３３等により１対のロッド部材３１を所定周波数で振動させた状態で、１対のロッド部材３１の間に新規枕木Ｓが位置するように１対のロッド部材３１をバラスト内に差し込む。そして、シリンダ３２のロッドを伸長させて１対のロッド部材３１を接近させることによりバラストを枕木Ｓの下方に押し込む。
次の枕木Ｓに移動し、作業を繰り返す。

次に、上記アタッチメント２０の作用、効果について説明する。
本アタッチメント２０によれば、アーム１２に支持され且つ回転可能な回転駆動軸２２と、第１支持部材２７を介して回転駆動軸２２に固定されると共に道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材３１を備えたタイタンパー機構３０と、第２支持部材２８を介して回転駆動軸２２に固定されると共に対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材４１。４２を備えたグリッパ機構４０とを有するため、枕木交換作業とバラスト突き固め作業とが混在する現場であっても、アーム１２先端に装着されたアタッチメントを交換することなく作業することができる。タイタンパー機構３０が作業位置のとき、グリッパ機構４０を退避位置に移動すると共に、グリッパ機構４０が作業位置のとき、タイタンパー機構３０を退避位置に移動するため、タイタンパー機構３０及びグリッパ機構４０の構造的信頼性を確保しつつ、人手を介することなく回転駆動軸２２の回動操作で使用する機構を任意に選択することができる。

作業位置のタイタンパー機構３０は、退避位置のグリッパ機構４０に対して回転駆動軸２２回りに略９０°の弧度差を形成するため、機構３０，４０を支持する回転駆動軸２２を共通化するに当たり、タイタンパー機構３０とグリッパ機構４０との周方向間隔を確保することができ、両者の干渉を回避することができる。

第１，第２支持部材２７，２８は夫々１対の板材からなり、第１支持部材２７の１対の板材が、第２支持部材２８の１対の板材を挟み込むように回転駆動軸２２に固定されたため、タイタンパー機構３０とグリッパ機構４０の軸方向幅を確保して両者の機能を維持しつつ、回転駆動軸２２の大型化を回避することができる。

回転駆動軸２２はショベル系掘削機の油圧により回転駆動されるため、駆動源をショベル系掘削機以外に別途準備することなく、タイタンパー機構３０とグリッパ機構４０を夫々作動させることができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、グリッパ機構４０がタイタンパー機構３０に対して回転駆動軸２２回りに略９０°の弧度差を有する例を説明したが、少なくともグリッパ機構４０とタイタンパー機構３０の干渉及び作業支障を回避できれば良く、３０°の弧度差であっても良い。切替時間を考慮したとき、弧度差が小さいほうが効率的である。

２〕前記実施形態においては、回転駆動軸２２回りに枕木交換作業用グリッパ機構４０とバラスト突き固め作業用タイタンパー機構３０とを設けた例を説明したが、グリッパ機構４０とタイタンパー機構３０に加えてバラスト押し固め作業用ランマー機構を同じ回転駆動軸２２回りに設置しても良い。この場合、隣り合う機構の弧度差は、６０°未満に設定する。

３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ 油圧ショベル
１２ アーム
１９ 回動軸
２０ アタッチメント
２２ 回転駆動軸
２７ 第１支持部材
２８ 第２支持部材
３０ タイタンパー機構
３１ ロッド部材
４０ グリッパ機構
４１ 固定爪部材
４２ 可動爪部材

Claims (4)

1. ショベル系掘削機のアームの先端部に回動軸を介して揺動可能に支持された軌道作業装置において、
   前記アームに支持され且つ回転可能な回転駆動軸と、
   第１支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に道床を突き固めるために開閉可能な１対のロッド部材を備えたタイタンパー機構と、
   第２支持部材を介して前記回転駆動軸に固定されると共に対象物を把持するために開閉可能な１対の爪部材を備えたグリッパ機構とを有し、
   前記タイタンパー機構が作業位置のとき、前記グリッパ機構を退避位置に移動すると共に、前記グリッパ機構が作業位置のとき、前記タイタンパー機構を退避位置に移動することを特徴とする軌道作業装置。
2. 前記作業位置のタイタンパー機構は、前記退避位置のグリッパ機構に対して前記回転駆動軸回りに略９０°の弧度差を形成することを特徴とする請求項１に記載の軌道作業装置。
3. 前記第１，第２支持部材は夫々１対の板材からなり、
   前記第１支持部材の１対の板材が、前記第２支持部材の１対の板材を挟み込むように前記回転駆動軸に固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軌道作業装置。
4. 前記回転駆動軸は前記ショベル系掘削機の油圧により回転駆動されることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の軌道作業装置。

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