JP2682722B2 - アーム部材の回動装置 - Google Patents

アーム部材の回動装置

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JP2682722B2 JP7469790A JP7469790A JP2682722B2 JP 2682722 B2 JP2682722 B2 JP 2682722B2 JP 7469790 A JP7469790 A JP 7469790A JP 7469790 A JP7469790 A JP 7469790A JP 2682722 B2 JP2682722 B2 JP 2682722B2
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勝介 粟野
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は油圧ショベルやクレーン等に設備されるフロ
ント構造物のような多関節機構の駆動装置、特に該多関
節機構の腕を構成するブーム、アーム、バケット等の部
材(本明細書中ではこれ等の各部材を総称してアーム部
材と称する)を回動する装置に関する。
「従来の技術」 第9図は従来周知の油圧ショベルの外観図であり、下
部走行体1の上に上部旋回体2が自由に旋回可能に搭載
されており、上部旋回体2にフロント部3が取り付けら
れている。フロント部3は回動自在に連結されたブーム
4、アーム5、バケット6と、これ等のアーム部材の各
々を回動せしめる油圧シリンダ7,8,9のリンクで構成さ
れている。この油圧ショベルは矢印で示す5つの動作が
可能である。即ち、下部走行体1の前進・後進、上部旋
回体2の右旋回・左旋回、ブーム用油圧シリンダ7によ
るブーム4の上げ・下げ、アーム用油圧シリンダ8によ
るアーム5の伸び・引き、バケット用油圧シリンダ9に
よるバケット6の排土・すくいの動作である。なお下部
走行体1の前進・後進動作、上部旋回体2の旋回動作は
図示しない油圧モータで行われる。
また上記ブーム4、アーム5およびバケット6の回動
にも直線的に運動する油圧シリンダの代りに油圧回転モ
ータを使用するものが本発明者等により特願平1-49798
号において提案されている。
「発明が解決しようとする課題」 第9図に示すような構造においては、ブーム4、アー
ム5、バケット6の回動動作は油圧シリンダ7,8,9の直
線的な伸縮運動により行われるのでその回転範囲は構造
的に最大でも180°を越えることができず、その運動範
囲が狭いため、狭隘地での作業に支障があるという問題
があった。これに対し前述の特願平1-49798号に示すよ
うな油圧モータを採用した構造によれば、運動範囲の制
約は少なくなるものの、油圧モータは油圧シリンダと比
較してトルクが小さく、また油洩れなどが多いためにブ
ーム、アーム、バケット等の滞留性が悪くなる恐れがあ
るという問題があった。
本発明は上記従来の問題を解決するためになされたも
ので、直線運動型シリンダを用いてブーム、アーム、バ
ケット等のアーム部材を360°以上回動することが可能
なアーム部材の回動装置を提供することを目的とするも
のである。
「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するために本発明によれば、回動自在
に支持されたアーム部材に一端を枢着せしめた液圧シリ
ンダの伸縮作用によりアーム部材を回動せしめるアーム
部材の回動装置において、前記液圧シリンダの他端を所
定の経路に沿って移動できるように支持すると共に、該
液圧シリンダの他端を該経路に沿って移動せしめる駆動
装置を設け、前記液圧シリンダと駆動装置との共同作用
によりアーム部材を360°以上回転駆動できるようにし
たことを特徴とするアーム部材の回動装置が提供され
る。
「作用」 本発明は上記の如く、一端をアーム部材に枢着しアー
ム部材を回動せしめる液圧シリンダの他端を駆動装置に
よって所定の経路に沿って移動せしめるようにしたため
に、アーム部材の回転中心と液圧シリンダが一直線にな
るデッドポイントを積極的に避けることができ、アーム
部材を180°を越えて360°以上にわたり回動せしめるこ
とが可能となる。
好ましい実施例においては、液圧シリンダの他端は円
弧運動するように枢動可能に支持されたロッドの先端に
支持され、第2の液圧シリンダによって駆動される。
「実施例」 第1図は本発明の一実施例の側面図、第2図はその正
面図である。第1図および第2図において、アーム部材
50はピン57に回動自在に支持されている。アーム部材回
動用液圧シリンダ(以下アームシリンダと略称する)51
はその先端をピン58を介してアーム部材50に回動自在に
取り付けており、その他端は、第1ピン53に回動自在に
支持されたロッド56の先端に第3ピン55を介して回動自
在に支持されている。又第3ピン55には基端部を第2ピ
ン54に回動自在に取り付けたアームシリンダ支持部移動
用液圧シリンダ(以下移動シリンダと略称する)52の先
端が回動自在に取り付けられている。
第3図は本発明のアーム部材回動装置によりアーム部
材を反時計方向に360°回動させる模様を示す説明図で
ある。(A)はアーム部材50が真上を向き移動シリンダ
52が最縮長の場合であり、ここからスタートするものと
する。(B)は移動シリンダ52を伸び操作し、アームシ
リンダ51を縮操作してアーム部材50が90°回動してロッ
ド56が真下を向く位置まで円弧移動した状態である。
(C)は更に移動シリンダ52を伸び操作して最伸長に達
しアーム部材50が180°回動して真下を向いた状態であ
る。(D)は移動シリンダ52を縮み操作に切換え、ロッ
ド56を真下を向く位置まで円弧移動し、アームシリンダ
51を伸び操作してアーム部材50が270°回動した状態で
ある。(E)は更に移動シリンダ52を縮み操作しアーム
シリンダ51を伸/縮操作することによりアーム部材50が
360°回動した状態を示す。
上述の回動過程で示したように本実施例の回動装置
は、ロッド56に支持されたアームシリンダ51の基端部を
移動シリンダ52で円弧移動させながらアームシリンダ51
を伸縮操作することによりアーム部材50を360°にわた
り回動させることができる。アーム部材50とロッド56の
回動角の関係はアーム部材が(A)〜(C)あるいは
(C)〜(E)間で180°回動する間にロッド56は最大
角θ2max回動する。ただしロッド56の回動方向は(A)
〜(C),(C)〜(E)間で異なる。
第4図および第5図は上記回動機構の原理を示したも
のであり、第4図はアーム部材50が0°〜180°回動す
る場合(第3図の(A)→(C))、第5図は180°〜3
60°回動する場合(第3図の(C)→(E))である。
図中P1はピン57、P0は第1ピン53、P2は第2ピン54
に相当し、γ1はピン57とピン58間の長さ、γ2はロッド
56の長さ、H0はP0〜P1間の長さ、S0はP0〜P2間の
長さ、X1はアームシリンダ51の長さ、X2は移動シリン
ダ52の長さ、θ1はピン58の回動角(アーム部材回動
角)、θ2はロッド56の回動角を示す。第4図はアーム
部材のピン58が初期位置Q10からQ11まで回動しロッド
の第3ピン55が初期位置Q20からQ21まで回動した場合
を示している。なおロッド56の最大回動角はθ2maxであ
る。
前述の如く、アーム部材50の回動角θ1の変化0°≦
θ1≦180°はロッド56の回動角θ2の変化0°≦θ2≦θ
2maxに対応しているため次式の関係が成立する。
このときアームシリンダ51および移動シリンダ52の長さ
1,X2は次式の通りとなる。
(2)式および(3)式に(1)式を代入すると以下の
ようになる。
即ち(2)′式、(3)′式より入力をθ1とするとシ
リンダ長さX1,X2は一意的に決定されることがわかる。
第5図はθ1が180°以上の場合であるが、このとき回
動角θ1とθ2の関係は次式で表わされる。
(4)式を(2)式および(3)式に代入することによ
り同様にシリンダ長さX1,X2を求めることができる。
以上のように本実施例の回動装置はアーム回動角θ1
に対しロッド回動角θ2が0°≦θ1≦180°のとき
(1)式の関係を、180°≦θ1≦360°のとき(4)式
の関係を満足させながらアームシリンダ51および移動用
シリンダ52を伸縮駆動する。以上の実施例はアームシリ
ンダ51の基端部が円弧運動するロッド56の先端に支持さ
れるものであるが、本発明はこのような実施例に限ら
ず、アームシリンダの基端部が適当な経路に沿って往復
移動するように構成すれば実施可能である。例えばアー
ムシリンダの基端部が移動シリンダによって直線的な経
路に沿って往復移動するように構成することもできる。
従来のアーム部材回動装置はアームシリンダの基端部
が固定点に枢着され、シリンダの最伸/最縮長のみによ
ってアーム部材を回動させる構造であるため回動角が制
限されていたが、本発明の回動装置によりアーム部材を
360°以上回動させることができるので作業機械に適用
することにより作業範囲を広くすることができる。
次に第6図、第7図および第8図を参照して本発明を
油圧ショベルに適用した例について説明する。第6図、
第7図において、本油圧ショベルのフロント部はロアブ
ーム11、アッパブーム12、アーム5、バケット6と、こ
れ等を駆動する油圧シリンダで構成されている。ロアブ
ーム11は門型形状をなし上部旋回体2上のピン15に回動
自在に取り付けられており、ロアブーム11を駆動するロ
アブームシリンダ13は上部旋回体2上のピン17およびロ
アブームのピン18の間に取り付けられている。アッパブ
ーム12はロアブーム11の内側にピン16によりロアブーム
11に対し回動自在に取り付けられており、アッパブーム
12を駆動するアッパブームシリンダ14は一端をロアブー
ム11の内側でアッパブーム12に取り付けたピン19で回動
自在に支持され、他端を第3ピン22で支持されている。
第3ピン22は、上部旋回体上の第1支持部24に取り付け
た第1ピン20を中心に回動するロッド23の先端に支持さ
れている。第3ピン22には移動シリンダ25の一端が回動
自在に支持されており、移動シリンダ25の他端基端部は
上部旋回体2に取り付けた第2支持部26に支持された第
2ピン21で回動自在に支持されている。アーム5はピン
10でアッパブーム12に回動自在に取り付けられており、
アーム5の他端にはバケット6が回動自在に取り付けら
れている。アーム5およびバケット6の駆動方法は従来
のものと同様である。なお油圧ショベルの駆動源となる
エンジン、ポンプ、バルブ、配管等は図示を省略する。
以上の構造から明らかなように本実施例においてはアッ
パブーム12、アッパブームシリンダ14、ロッド23、移動
シリンダ25が第1図の夫々アーム部材50、アームシリン
ダ51、ロッド56、移動シリンダ52に相当しており、アッ
パブーム12はロアブーム11に対し360°以上回動が可能
である。
次に本実施例の作用を第8図について説明する。第8
図は第6図、第7図に示す油圧ショベルを使用して掘削
からダンプトラック27への排土までの作業過程を示すも
のである。第8図中Aは掘削状態、Bは掘削後バケット
6を上部旋回体2の上部および門型ロアブーム11の内側
を通過させている状態、Cはダンプトラック27へ土砂を
排土させている状態である。このように本発明の回動装
置を適用すると掘削からダンプトラックへの排土まで上
部旋回体2の旋回動作が不要となる。第8図において
は、第4図あるいは第5図のアーム部材回動角θ1に対
応する角度はロアブーム11に対するアッパブーム12の相
対角である。第6図、第7図および第8図を第3図と対
応させると、Aでは移動シリンダ25は伸び操作、即ち第
3ピン22は時計回りに回動し、角度θ1,θ2の関係が
(1)式となるようにアッパブームシリンダ14を操作す
る。Bは第3図の(C)→に相当し移動シリンダ25は
縮み操作されアッパブームシリンダ14を(4)式の関係
を満たすように操作する。
このようにアッパブーム14を回転駆動することによ
り、アッパブーム12をロアブーム11の背後に移動させる
ことができるので、旋回のできない狭い現場ではダンプ
トラック27を油圧ショベルの背後に配置させ上部旋回体
2を旋回させることなくバケット内の土砂を積込むこと
が可能となる。
「発明の効果」 従来のアーム部材の回動装置においては回動角がシリ
ンダの最伸長および最縮長により制限されていたが、本
発明によればアーム部材を360°以上回動させることが
できるので、本発明を油圧ショベル等の作業機械に適用
することにより作業範囲を広くすることができる。また
折り畳んでコンパクトにすることができるため輸送が便
利になる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のアーム部材の回動装置の一実施例の側
面図、第2図は同正面図、第3図(A),(B),
(C),(D),(E)は第1図のアーム部材の回動装
置によりアーム部材が回動する過程を示す説明図、第4
図および第5図は第1図のアーム部材の回動装置の作動
原理を示した図、第6図は本発明のアーム部材の回動装
置を油圧ショベルに適用した実施例の側面図、第7図は
同正面図、第8図は第6図の油圧ショベルの作業過程を
示す図、第9図は従来の油圧ショベルの外観図である。 11……ロアブーム、12……アッパブーム、13……ロアブ
ームシリンダ、14……アッパブームシリンダ、15,16,1
7,18,19……ピン、20……第1ピン、21……第2ピン、2
2……第3ピン、23……ロッド、25……移動シリンダ、5
0……アーム部材、51……アームシリンダ、52……移動
シリンダ、53……第1ピン、54……第2ピン、55……第
3ピン、56……ロッド、57……ピン、58……ピン。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回動自在に支持されたアーム部材に一端を
    枢着せしめた液圧シリンダの伸縮作用によりアーム部材
    を回動せしめるアーム部材の回動装置において、前記液
    圧シリンダの他端を所定の経路に沿って移動できるよう
    に支持すると共に、該液圧シリンダの他端を該経路に沿
    って移動せしめる駆動装置を設け、前記液圧シリンダと
    駆動装置との共同作用によりアーム部材を360°以上回
    転駆動できるようにしたことを特徴とするアーム部材の
    回動装置。
  2. 【請求項2】枢動可能に支持したロッドの先端に前記液
    圧シリンダの他端を支持し、前記駆動装置は一端を前記
    ロッドの先端に枢着せしめた第2の液圧シリンダで構成
    され、前記第2の液圧シリンダの伸縮作用により第1の
    前記液圧シリンダの他端を円弧に沿って往復運動せしめ
    るようにしたことを特徴とする請求項(1)に記載のア
    ーム部材の回動装置。
  3. 【請求項3】上部旋回体上にロアブーム、アッパブー
    ム、アーム、バケットから成るフロント構造物を有する
    油圧ショベルにおいて、ロアブームに対してアッパブー
    ムを回動せしめる油圧シリンダの基端部を、上部旋回体
    上に枢動可能に支持されたロッドの先端に円弧運動可能
    に支持し、更に先端を前記ロッドの先端に枢着し基端部
    を上部旋回体上に枢着した第2の油圧シリンダを設け、
    前記アッパブーム回動用油圧シリンダと第2の油圧シリ
    ンダとの共同作用によりアッパブームをロアブームに対
    し360°以上回転駆動できるようにしたことを特徴とす
    る油圧ショベルにおけるアッパブームの回動装置。
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