JP3597790B2

JP3597790B2 - 建設機械の伸縮腕

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Publication number: JP3597790B2
Application number: JP2001099298A
Authority: JP
Inventors: 幸雄小泉; 洋一吉川; 秀樹藤本; 映次新子谷; 隆之奥西
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002294737A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は深穴掘削機の伸縮アームやクレーンの伸縮ブーム等の建設機械の伸縮腕に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深穴掘削機を例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
深穴掘削機は、図７に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に掘削装置Ａが取付けられて構成される。
【０００４】
掘削装置Ａは、上部旋回体２に取付けられたブーム３と、このブーム３の先端に水平軸４まわりに上下方向に回動可能に取付けられた伸縮式のアーム（伸縮腕）５と、このアーム５の先端に取付けられたクラムセル式のバケット６とを具備し、かつ、上部旋回体２とブーム３との間にブーム３を起伏させるブームシリンダ７、ブーム３とアーム５との間にアーム５を回動させるアーム回動シリンダ８、アーム５とバケット６との間にバケット６を開閉させるバケットシリンダ９がそれぞれ設けられて成っている。
【０００５】
アーム５は、複数段の筒体としてのアーム体によってテレスコープ状に伸縮自在に構成されている。ここでは、基端側から順に第１、第２、第３の各アーム体１０，１１，１２から成る三段式の場合を例示しており、以下、この三段式の場合で説明する。
【０００６】
この掘削機においては、
（イ）図７の二点鎖線で示すようにアーム５を鉛直に立てた状態でバケット６で掘削し、
（ロ）同図実線で示すようにブーム３及びアーム５を起こした状態で、バケット６にすくい取った土砂をダンプする
という動作を、必要に応じてアーム５を伸縮させながら繰り返すことにより深穴を掘削する。
【０００７】
アーム５は、基端側から順に第１、第２、第３各アーム体１０，１１，１２が、第１アーム体１０を最も外側にしてスライド自在に相嵌合されることによって伸縮自在に構成され、図８に示す伸縮機構によって伸縮駆動される。
【０００８】
図８において、１３は第２アーム体１１を第１アーム体１０に対して伸縮させるための油圧伸縮式の第１シリンダで、ロッド側が第１アーム体１０に、シリンダチューブ側が第２アーム体１１にそれぞれ取付けられている。
【０００９】
１４は第３アーム体１２を第２アーム体１１に対して伸縮させるための油圧伸縮式の第２シリンダで、シリンダチューブ側が第２アーム体１１に、ロッド側が第３アーム体１２にそれぞれ取付けられている。
【００１０】
この両シリンダ１３，１４は同調して伸縮作動するように油圧回路が構成され（互いのヘッド側油室同士及びロッド側油室同士が接続されている）、この両シリンダ１３，１４の同調作動によって第２及び第３両アーム体１１，１２が同調して（同時に同量ずつ）伸縮するように構成されている。
【００１１】
ただし、両シリンダ１３，１４の油圧回路の負加圧の違い等によって両シリンダ１３，１４の同調作動が崩れる可能性がある。
【００１２】
この同調崩れが生じると、第２、第３両アーム体１１，１２の伸縮ストロークに差が生じるため、たとえば両アーム体１１，１２に跨って設けられた油圧ホース（図示しない）に過大な張力が作用してこれが損傷する等のトラブルが起こる。
【００１３】
そこで、両アーム体１１，１２の同調作動を補償する手段としてロープ式伸縮機構１５が設けられている。
【００１４】
このロープ式伸縮機構は伸長用及び縮小用両ロープ１６，１７を有する。
【００１５】
伸長用ロープ１６は、第２アーム体１１の先端部に設けられた伸長用シーブ１８で折り返されて一端が第１アーム体１０の先端部に、他端が第３アーム体１２の基端部にそれぞれ止め付けられ、この伸長用ロープ１６及びシーブ１８（伸長機構）により第２、第３両アーム体１１，１２が確実に同調して伸長作動する。
【００１６】
縮小用ロープ１７は、第２アーム体１１の基端部に設けられた縮小用シーブ１９で折り返されて一端が第１アーム体１０の先端部に、他端が第３アーム体１２の基端部にそれぞれ止め付けられ、この縮小用ロープ１７及びシーブ１９（縮小機構）により第２、第３両アーム体１１，１２が確実に同調して縮小作動する。
【００１７】
この伸縮機構において、前記した第１、第２両シリンダ１３，１４の負荷圧の違いを説明すると、たとえば図７の二点鎖線で示すようにアーム５を立てた状態で、基端側に位置する第１シリンダ１３は、先端側に位置する第２シリンダ１４よりも大きな負荷（第２シリンダ１４が支える負荷に第２アーム体重量その他を加えた負荷）を支える。
【００１８】
従って、第１シリンダ１３には第２シリンダ１４よりも大きな負荷圧が作用するため、この負荷圧の差により、高圧側である第１シリンダ１３の負荷側（ロッド側）油室の油が低圧側である第２シリンダ１４のロッド側油室に流入して第１シリンダ１３が伸長しようとする。
【００１９】
この第１シリンダ１３の伸長力は、第２アーム体１１にそのまま伸長力として作用し、この伸長力がロープ式伸縮機構１５の伸長用ロープ１６で支えられる。
【００２０】
これにより、ロープ式伸縮機構１５の伸長用ロープ１６には常に張力が作用し、長期間の使用によって疲労するため、この疲労による破損を防止するために寿命前の適切な時期にロープ交換を行う必要がある。
【００２１】
なお、アーム５の姿勢によっては、上記とは逆に第１シリンダ１３の縮小しようとする力が縮小用ロープ１７で支えられる場合もあるが、深穴掘削機の場合、アーム５を立てて作業するケースが大半であるため、伸長用ロープ１６の疲労・寿命が問題となる。
【００２２】
この場合、この伸長用ロープ１６の疲労状況は同ロープ１６の伸びにあらわれ、このロープ１６の伸び具合でロープ寿命を判断することができるため、伸びがある長さ以上に達すると交換する手法をとることができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ロープ１６はアーム５内にあって外部から見えないため、その伸び具合を外部から確認することはできない。
【００２４】
そこで従来、ロープの伸び具合を検出する技術として、特開２０００−２１２９８７に示されているように、検出対象である一対のロープをシーブを介してアーム外に導出してその導出端にイコライザを取付け、ロープの伸びの差によるこのイコライザの傾き具合でロープ寿命を判断するようにした技術が提案された。
【００２５】
しかし、この公知技術によると、一対のロープとシーブ、それにイコライザを組み合わせて構成されるため、設備としてが大がかりで大重量となり、かつ、大きなスペースを要し、さらにアーム外面に露出して設けるため外部構造物との干渉のおそれもある等の欠点があった。
【００２６】
なお、別の技術として、特開平５−５１９３９号に示されているように、ロープ伸縮機構におけるシーブの回転数をカウントし、所定の回転数に達するとロープ寿命を判断する技術も提案されているが、ロープ寿命は現実の負荷等によって大きく変動するにもかかわらず、これらの要因が加味されないため、検出が不正確となる。
【００２７】
本発明は上記の点に鑑み、設備が簡単・小形でありながらロープの伸びを正確に検出することができる建設機械の伸縮腕を提供するものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
ロープ式伸縮機構の伸長用ロープに伸びが生じると、このロープで支えられる筒体（前記例ではアーム体）の伸長量が正常時よりも大きくなる。
【００２９】
そこで本発明は、ロープの伸びをこの筒体の伸長量の変化としてとらえ、検出するようにしたものである。
【００３０】
すなわち、請求項１の発明は、次の要件を具備するものである。
【００３１】
（Ａ）三段以上の筒体が、隣り合うもの同士スライド自在に相嵌合されてテレスコープ状に伸縮自在に構成されていること。
【００３２】
（Ｂ）相隣接する三つの筒体のうちの中間筒体に設けられたシーブと、このシーブで折り返されて基端側及び先端側両筒体間に掛け渡されたロープを備えたロープ式伸縮機構が設けられていること。
【００３３】
（Ｃ）隣り合う二つの筒体間に設けられた伸縮駆動源としてのシリンダの伸縮力が上記ロープ式伸縮機構によって他の筒体に伝達されるように構成されていること。
【００３４】
（Ｄ）上記ロープ式伸縮機構のロープの伸びを、筒体の伸長量の変化として検出するロープ伸び検出手段として、検出対象である筒体の外面に、伸長量変化分が設定値を越えたときにのみ外部から視認し得る位置に露出する検出マークが設けられていること。
【００３５】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、シリンダとして、中間筒体を基端側筒体に対して伸縮させる第１シリンダと、この第１シリンダに対し同調作動して先端側筒体を中間筒体に対して伸縮させる第２シリンダとが設けられ、ロープ式伸縮機構は、シリンダ負荷を分担して上記両シリンダの同調を補償するように構成されたものである。
【００３６】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、シリンダとして、中間筒体を基端側筒体に対して伸縮させるシリンダのみが設けられ、このシリンダによる中間筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構により先端側筒体に伝達することによってこの先端側筒体を中間筒体と同調して伸縮させるように構成されたものである。
【００３７】
請求項４の発明は、請求項１の構成において、シリンダとして、先端側筒体を中間筒体に対して伸縮させるシリンダのみが設けられ、このシリンダによる先端側筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構により中間筒体に伝達することによってこの中間筒体を先端側筒体と同調して伸縮させるように構成されたものである。
【００３８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、中間、先端側両筒体のうち、少なくとも検出対象でない筒体の外面に、検出対象である筒体の伸長量の変化を見る基準となる基準マークが外部から視認可能に設けられたものである。
【００３９】
請求項６の発明は、請求項５の構成において、基準マークと検出マークが異なる色で表示されたものである。
【００４０】
このように、ロープの伸びに直結する筒体の伸長量の変化を検出する構成であり、この筒体伸長量の変化は外部に現れる検出マークによって容易に検出することができる。
【００４１】
すなわち、ロープの伸びを検出するためにロープを外部に導出してその伸びの変化をイコライザの動きに変える（特開２０００−２１２９８７）方式の場合のような大がかりな別設備が不要となり、ロープの伸び具合を簡単・小形の設備で、しかも正確に検出することができる。
【００４２】
この場合、筒体の外面にマークを付すだけでよいため、コストがきわめて安くてすむ。加えて、請求項６の構成によると、基準マークと検出マークをその色で明確に区別できるため、筒体の伸びを肉眼でもより明確に検出することができる。
【００４３】
ところで、従来技術の説明の項では、伸びを検出すべきロープとして図８に示す第１、第２両シリンダ１３，１４の同調を補償するロープ式伸縮機構１５の伸長用ロープ１６を例示しており、この例でのロープの伸びは、請求項２の構成によって検出することができる。
【００４４】
一方、他の例として、たとえば三段式アームにおいて、
（１）中間筒体のみをシリンダで伸縮させ、この中間筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構によって先端側筒体に伝達する構成
（２）先端側筒体のみをシリンダで伸縮させ、この先端側筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構によって中間筒体に伝達する構成
をとる場合があり、上記（１）の構成をとる場合は請求項３の構成によって、また（２）の構成をとる場合は請求項４の構成によってそれぞれ請求項２の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。
【００４６】
なお、以下の実施形態では、従来技術の説明の項に合わせて、深穴掘削機に用いられる三段式のアームを適用対象として例示している。
【００４７】
第１実施形態（図１，２参照）
第１実施形態は、図８に示す同調補償方式、すなわち、基端側から順に第１、第２、第３の各アーム体１０，１１，１２が嵌合されてテレスコープ状に伸縮自在に構成され、かつ、ロープ式伸縮機構１５（図１，２では図示を省略している）によって第２、第３両アーム体１１，１２の同調作動を補償する構成をとるアーム５を例にとっている。
【００４８】
図１（イ）はアーム全縮状態、（ロ）はロープの伸びがない状態でこの全縮状態から第２、第３両アーム体１１，１２を同じ基準伸長量（たとえば１０ｃｍ）だけ伸ばした状態をそれぞれ示している。
【００４９】
図８のロープ式伸縮機構１５に使用されるロープ（ワイヤロープ）１６，１７は、ロープ芯のまわりに、多数本の素線を束ねて成る複数本のストランドを撚って構成されている。
【００５０】
この種のロープの伸びは、ロープ芯及びストランドの素線が健在なときは小さいが、素線が折損し始めるとその伸びが大きくなることが知られている。ここで、素線の初期断線が発生したときの伸びが２％程度であって、ロープ全長が６ｍの場合では１２０ｍｍ伸び、この時点がロープ寿命（ロープ交換すべき時期）とされているとする。
【００５１】
これを図８のロープ式伸縮機構１５に当てはめると、伸長用シーブ１８は動滑車構成となっているため、伸長用ロープ１６の１２０ｍｍの伸びによって第２アーム体１１の伸長量が６０ｍｍだけ増えることになる。
【００５２】
そこでこの第１実施形態においては、第２アーム体１１の伸びが、ロープ寿命を表す値になったときにこれをマークで外部に表示する構成をとっている。
【００５３】
すなわち、第２、第３両アーム体１１，１２の外面に、第２アーム体１１の伸長量の変化を見る基準となるマークとして、図１（ロ）のようにこれらを全縮状態から同じ基準長さａ（たとえば１００ｍｍ）だけ伸ばしたときに外部（第２アーム体１１の場合は第１アーム体１０外、第３アーム体１２の場合は第２アーム体１１外）に現れて視認し得る基準マーク２１，２２を設けている。
【００５４】
さらに、第２アーム体１１の外面における基準マーク２１から基端側にある間隔ｘを置いた位置に検出マーク２３を設けている。
【００５５】
上記間隔ｘは、ロープ寿命を示すロープ伸び量（たとえば前記した例に合わせて６０ｍｍ）に設定され、ロープが１２０ｍｍ伸びたときに、図１（ハ）及び図２に示すようにこの検出マーク２３が第１アーム体１０外に露出する。
【００５６】
従って、定期的または適当時期に、第２、第３両アーム体１１，１２を基準長さａだけ伸ばしたときに、ロープ寿命を監視すべきオペレータ等によってこの検出マーク２３が視認されれば、それがロープ寿命（交換時期）として検出されたこととなる。
【００５７】
こうして、ロープ寿命が一目で分かり、しかも、基準、検出両マーク２１，２２，２３をアーム体１１，１２の外面に表示するだけでよく、公知技術のイコライザ機構のような大がかりな別設備が不要となる。
【００５８】
なお、基準、検出両マーク２１，２２，２３は、アーム体外面に塗料で線状等に表示してもよいし、マークとしてのプレートを貼り付けてもよい。
【００５９】
この場合、基準マーク２１，２２と検出マーク２３をより明確に識別できるように別の色で着色するのが望ましい。
【００６０】
第２実施形態（図３，４参照）
以下の実施形態では第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００６１】
第２実施形態におけるアーム５は、第２アーム体１１のみをシリンダ２４で伸縮させ、この第２アーム体１１の伸縮力をロープ式伸縮機構により第３アーム体１２に伝達して、第３アーム体１２を第２アーム体１１と同調して伸縮させる構成がとられている。
【００６２】
ロープ式伸縮機構は、伸長機構２５と縮小機構２６から成り、両機構２５，２６ともロープ２７，２８とロープ折り返し用のシーブ２９，３０によって構成される。
【００６３】
このうち、伸長機構２５のシーブ２９は第２アーム体１１の先端部に、縮小機構２６のシーブ３０は同アーム体１１の基端部にそれぞれ取付けられ、両ロープ２７，２８はこのシーブ２９，３０で折り返されて一端が第１アーム体１０の先端部に、他端が第３アーム体１２の基端部にそれぞれ止め付けられる。
【００６４】
このアーム構成の場合、図７のようにアーム５を立てた状態で第３アーム体１２の重量と負荷が縮小用ロープ２８で支えられ、同ロープ２８の伸びが第３アーム体１２の伸長量の変化として表れる。
【００６５】
そこで、図４に示すように第２アーム体１１の外面に基準マーク２２、第３アーム体１２の外面に基準マーク２１と検出マーク２３をそれぞれ第１実施形態の場合と同様の位置関係で設け、図４（ロ）に示すように第３アーム体１２の伸長量の増加によって検出マーク２３が外部に露出したときにロープ寿命を検出する構成としている。
【００６６】
第３実施形態（図５参照）
第３実施形態におけるアーム５は、第３アーム体１２のみをシリンダ３１で伸縮させ、この第３アーム体１２の伸縮力をロープ式伸縮機構（伸長、縮小両機構２５，２６）により第２アーム体１１に伝達して、第２アーム体１１を第３アーム体１２と同調して伸縮させる構成がとられている。
【００６７】
このアーム構成をとる場合、縮小用ロープ２８が負荷を支え、同ロープ２８の伸びが第２アーム体１１の伸長量の変化として表れるため、第１実施形態同様、第２アーム体１１の外面に基準マークと検出マーク、第３アーム体１２に基準マーク（図１，２と同じでよいためここでは図示しない）を設ければよい。
【００６８】
第４実施形態（図６参照）
第４実施形態においては、たとえば第１実施形態のアーム構成において、第２、第３アーム体１１，１２の伸長量をそれぞれ長さ計３２，３３により検出してコントローラ３４に入力し、その検出値の差が、予めロープ寿命を示すものとして設定された値（たとえば６０ｍｍ。第１実施形態において検出マーク２３が外部に露出する値）に達したときに、コントローラ３４から報知部３５に信号を送って報知作動（たとえば警報を発生）させる構成をとっている。
【００６９】
ところで、上記第１〜第３各実施形態においては、第２、第３両アーム体１１，１２に基準マーク２１，２２を設けたが、この基準マークは、検出対象でない方のアーム体のみに設けてもよい。
【００７０】
一方、上記実施形態では三段式のアームを例にとったが、本発明は四段以上のアーム体から成るアームにも適用することができる。この場合、相隣接する三段のアーム体を一つの単位として上記各実施形態のように構成すればよい。
【００７１】
また、本発明は、上記実施形態で挙げた深穴掘削機のアームに限らず、クレーンのブームを含めて、ロープ式伸縮機構をとる建設機械の伸縮腕に広く適用することができる。
【００７２】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、ロープの伸びを、伸縮腕を構成する筒体の伸長量の変化として、外部に現れる検出マークによって容易に検出することができる。
【００７３】
すなわち、ロープの伸びを検出するためにロープを外部に導出してその伸びの変化をイコライザの動きに変える（特開２０００−２１２９８７）方式の場合のような大がかりな別設備が不要となり、ロープの伸び具合を簡単・小形の設備で、しかも正確に検出することができる。
【００７４】
この場合、筒体の外面にマークを付すだけでよいため、コストがきわめて安くてすむ。加えて、請求項６の構成によると、基準マークと検出マークをその色で明確に区別できるため、筒体の伸びを肉眼でもより明確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーム構成を示すもので、（イ）はアーム全縮状態、（ロ）はアーム全縮状態から基準長さだけ伸長させた状態、（ハ）はロープの伸びによって第２アーム体の伸長量が増加した状態の各概略断面図である。
【図２】図１（ハ）の状態のアームの側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるアーム構成を示す概略断面図である。
【図４】（イ）は第２実施形態におけるアーム全縮状態、（ロ）はロープの伸びによって第３アーム体の伸長量が増加した状態の各アーム側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態におけるアーム構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態においてアーム体の伸長量の増加を検出する構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の適用対象例である深穴掘削機の概略側面図である。
【図８】同掘削機におけるアーム構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
５伸縮腕としてのアーム
１０アームを構成する第１アーム体（基端側筒体）
１１同第２アーム体（中間筒体）
１２同第３アーム体（先端側筒体）
１３第１シリンダ
１４第２シリンダ
２４，３１シリンダ
１５ロープ式伸縮機構
１６，１７ロープ式伸縮機構を構成するロープ
１８，１９同シーブ
２５ロープ式伸長機構
２７同機構を構成するロープ
２９同シーブ
２６ロープ式縮小機構
２８同機構を構成するロープ
３０同シーブ
２１，２２ロープ伸び検出手段を構成する基準マーク
２３同検出マーク
３２，３３ロープ伸び検出手段を構成する長さ計
３４同コントローラ
３５同報知部

Claims

次の要件を具備することを特徴とする建設機械の伸縮腕。
（Ａ）三段以上の筒体が、隣り合うもの同士スライド自在に相嵌合されてテレスコープ状に伸縮自在に構成されていること。
（Ｂ）相隣接する三つの筒体のうちの中間筒体に設けられたシーブと、このシーブで折り返されて基端側及び先端側両筒体間に掛け渡されたロープを備えたロープ式伸縮機構が設けられていること。
（Ｃ）隣り合う二つの筒体間に設けられた伸縮駆動源としてのシリンダの伸縮力が上記ロープ式伸縮機構によって他の筒体に伝達されるように構成されていること。
（Ｄ）上記ロープ式伸縮機構のロープの伸びを、筒体の伸長量の変化として検出するロープ伸び検出手段として、検出対象である筒体の外面に、伸長量変化分が設定値を越えたときにのみ外部から視認し得る位置に露出する検出マークが設けられていること。
請求項１記載の建設機械の伸縮腕において、シリンダとして、中間筒体を基端側筒体に対して伸縮させる第１シリンダと、この第１シリンダに対し同調作動して先端側筒体を中間筒体に対して伸縮させる第２シリンダとが設けられ、ロープ式伸縮機構は、シリンダ負荷を分担して上記両シリンダの同調を補償するように構成されたことを特徴とする建設機械の伸縮腕。
請求項１記載の建設機械の伸縮腕において、シリンダとして、中間筒体を基端側筒体に対して伸縮させるシリンダのみが設けられ、このシリンダによる中間筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構により先端側筒体に伝達することによってこの先端側筒体を中間筒体と同調して伸縮させるように構成されたことを特徴とする建設機械の伸縮腕。
請求項１記載の建設機械の伸縮腕において、シリンダとして、先端側筒体を中間筒体に対して伸縮させるシリンダのみが設けられ、このシリンダによる先端側筒体の伸縮力をロープ式伸縮機構により中間筒体に伝達することによってこの中間筒体を先端側筒体と同調して伸縮させるように構成されたことを特徴とする建設機械の伸縮腕。
請求項１乃至４のいずれか１項に建設機械の伸縮腕において、中間、先端側両筒体のうち、少なくとも検出対象でない筒体の外面に、検出対象である筒体の伸長量の変化を見る基準となる基準マークが外部から視認可能に設けられたことを特徴とする建設機械の伸縮腕。
基準マークと検出マークが異なる色で表示されたことを特徴とする請求項５記載の建設機械の伸縮腕。