JP4690012B2

JP4690012B2 - リッパ装置

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Publication number: JP4690012B2
Application number: JP2004314943A
Authority: JP
Inventors: 典久松本; 荒川　　和也
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: FR2862675A1; US7445053B2; US20050189125A1; JP2005171751A; FR2862675B1

Description

この発明は、リッパ装置に関するもので、詳しくは、ブルドーザ等の後方アタッチメントとして硬土、及び軟岩の掘削用に使用されるリッパ装置に関するものである。

従来から使用されてきたリッパ装置は、ブルドーザの車体後部に設けたブラケット下部と、シャンクを備えたビーム下部との間にアームを結合し、ブラケット上部とビーム上部との間にチルトシリンダを装着する四節リンク式のリッパ装置が主流であった。このリッパ装置においては、アームとチルトシリンダの間に、ブラケットとビームを結合するリフトシリンダを装着していた。チルトシリンダは主としてシャンクを前後に動かし、リフトシリンダはシャンクを上下方向に動かすのに用いられる。ブラケットは、車体後方に左右対称に２ヶ所設けられ、上記のようにシリンダとアームによってブラケットとビームを結合し、合計４本のシリンダでシャンクを駆動させていた。しかし、従来型のリッパ装置では、リフト力を確保するためにリフトシリンダの基端部を高めに設定する必要があるため、ブラケットの上端位置も車体後部より高く設定されていた。そのため、ブラケット上部や、シリンダなどがオペレータの視界を遮り、後方作業を困難にさせていた。また、ブラケットにより車体後部の燃料タンクの取り外しが困難になるなど、修理性も悪化していた。また、車体上方から見て進行方向に向かって同一垂直面内に２本のシリンダとアームが存在するため、シリンダ同士、及びシリンダとアーム同士の動作の干渉が発生し、干渉を防止するためシャンク先端に装着したリッパポイントの作動範囲が拡張できなかった。

そこで、従来では、視界性を向上させたものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のリッパ装置は、ブラケットの高さをブルドーザの車体後部の高さより低くすると共に、上記チルトシリンダのボトム側基端に、上記リフトシリンダのボトム側基端を並列させて、ブラケットに同一のピンで枢着するリッパ装置の構造を開示している。チルトシリンダのロッド先端はビーム上部に枢着され、リフトシリンダのロッド先端はビーム下部のアーム枢着箇所のやや上方に枢着される。上記特許文献１においては、ブラケットの高さをブルドーザの車体後部の高さより低くすることにより、後方視界性や修理作業性を向上し、さらにチルトシリンダの基端とリフトシリンダ基端を同軸にして同一のピンで枢着することにより、部品コストを低下させている。
実用新案登録第２５４４７３１号公報

ところで、上記特許文献１の従来例においては、チルトシリンダとアームとで四節リンクを形成し、車体の進行方向に対する側面から見て、四節リンク内部にリフトシリンダを装着する構造が採用されている。そのため、リッパの動作の中でもシリンダ推力が最も要求されるリッパポイントのリフト動作時に、リフトシリンダの推力が非常に大きくなるため、シリンダの推力スペックを大きく設定する必要が生じ、そのため装置全体が大形化してしまうという問題がある。また、上記特許文献１の構造ではチルトシリンダのボトム側基端とリフトシリンダのボトム側基端が同軸のため、各シリンダの干渉を避ける必要上、リッパポイントの作業範囲が制限されるという欠点もある。さらに、シリンダの配置を左右対称にして、合計４本のシリンダを使用するため、依然として後方の視界性が悪化していた。

この発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、従来のリッパ装置よりも小形化することが可能であり、しかもリッパポイントの作業範囲を拡大することが可能なリッパ装置を提供することである。また、後方視界性を向上することが可能なリッパ装置を提供することもこの発明の目的である。

そこで、請求項１のリッパ装置は、車体にアーム６の一端を枢着し、アーム６の他端にシャンク８を備えたビーム７を枢着し、このアーム６上方位置において、車体とビーム７との間にチルトシリンダ４とリフトシリンダ５とをそれぞれ介設したリッパ装置において、上記チルトシリンダ４と上記リフトシリンダ５をそれぞれ一本ずつ上記車体の走行方向に平行な中心線から左右に分かれて装着し、上記リフトシリンダ５の一端側は車体側において、上記チルトシリンダ４の車体側の枢支部２１よりも上方の位置に、また上記リフトシリンダ５の他端側はビーム７側において、チルトシリンダ４のビーム側の枢支部２２よりも下方の位置にそれぞれ枢着したことを特徴としている。

請求項２のリッパ装置は、上記チルトシリンダ４は上記ビーム７から上記車体に向かって上記中心線より左方に、上記リフトシリンダ５は上記ビーム７から上記車体に向かって上記中心線より右方に装着されることを特徴としている。

請求項３のリッパ装置は、車体にアーム６の一端を枢着し、アーム６の他端にシャンク８を備えたビーム７を枢着し、このアーム６上方位置において、車体とビーム７との間に固定長のロッド２５とリフトシリンダ５とをそれぞれ介設したリッパ装置２であって、上記ロッド２５と上記リフトシリンダ５をそれぞれ一本ずつ上記車体の走行方向に平行な中心線から左右に分かれて装着し、上記リフトシリンダ５の一端側は車体側において、上記ロッド２５の車体側支持部２９よりも上方の位置に、またリフトシリンダ５の他端側はビーム７側において、ロッド２５のビーム側支持部３０よりも下方の位置にそれぞれ枢着したことを特徴としている。

請求項４のリッパ装置は、上記ロッド２５は上記ビーム７から上記車体に向かって上記中心線より左方に、上記リフトシリンダ５は上記ビーム７から上記車体に向かって上記中心線より右方に装着されることを特徴としている。

請求項１のリッパ装置によれば、例えばブルドーザを例にすると、その進行方向に対する側面から見て、チルトシリンダの軸心線とリフトシリンダの軸心線が交差するように各シリンダを装着したため、両シリンダの動作の内で、最もシリンダ推力を要するリッパポイントのリフト時において、リフトシリンダの推力ベクトルの垂直方向成分が大きくなり、そのためシリンダの合力ベクトルの垂直方向成分が大きくなる。すなわち、最もシリンダ推力を要するリッパポイントリフト時において、主として荷重を負担するリフトシリンダの推力ベクトルの垂直方向成分が大きくなり、そのためシリンダの合力ベクトルの垂直方向成分が大きくなる。従って、リフト時に要するリフトシリンダ推力を小さくすることができ、リフトシリンダの負担する荷重の最大値を小さくすることができる。これによって、シリンダの最大設計推力を小さくすることができ、リフトシリンダの小形化が可能である。従って、従来と同じく２本のチルトシリンダと２本のリフトシリンダを装着した場合であっても、各シリンダを従来に比較して小形化することができるので、後方視界性が改善される。

また、上記請求項１のリッパ装置によれば、チルトシリンダとリフトシリンダとを、車体上面から見てシリンダ同士が重ならないように並列に配置している。従って、各シリンダが伸縮して上下方向に回転しても、シリンダ同士が互いに干渉するのを防止することができ、リッパポイントの作業範囲を広くすることが可能である。

請求項１のリッパ装置によれば、装着するシリンダの本数をシャンクの駆動に最低限必要な合計２本としたことにより、後方の視界を広くすることができると共に、部品点数も削減することができる。このため、リッピング作業性が向上すると共に、製造コストも抑えることができる。

請求項３のリッパ装置によれば、例えばブルドーザを例にすると、その進行方向に対する側面から見て、ロッドの軸心線とリフトシリンダの軸心線が交差するようにリフトシリンダ等を装着したため、最もシリンダ推力を要するリッパポイントのリフト時において、リフトシリンダの推力ベクトルの垂直方向成分が大きくなり、そのためロッドとリフトシリンダの合力ベクトルの垂直方向成分が大きくなる。従って、リフト時に要するリフトシリンダ推力を小さくすることができ、リフトシリンダの負担する荷重の最大値を小さくすることができる。これによって、シリンダの最大設計推力を小さくすることができ、リフトシリンダの小形化が可能である。従って、リフトシリンダを従来に比較して小形化することができるので、後方視界性が改善される。しかも。リッパポイントがリフトシリンダの伸縮にともなって地表に対する姿勢を変えずに上下に平行移動する。従って、リッパポイントの掘削角は掘削深さにかかわりなく常に一定である。そして、強力かつ安定したリフト（リッパ）作業を行うことができる。

請求項３のリッパ装置によれば、リフトシリンダが１本であり、ロッドが１本であるので、部品点数も削減することができて、後方の視界を広くすることができる。このため、作業性が向上すると共に、製造コストも抑えることができる。

次に、この発明のリッパ装置の具体的な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、この発明の実施形態を図１、及び図２に示す。図１は、リッパ装置２が装着されたブルドーザ１の側面図であり、図２はブルドーザ１の平面図である。図１、及び図２に示すように、ブルドーザ１の車体後部３に、ブラケット１１を介してアーム６の一端を枢着し、アーム６の他端を３体のシャンク８を備えたビーム７の下部１４に枢着する。このアーム６上方に、車体後部３とビーム７間とを車体上面から見て進行方向に平行にチルトシリンダ４、及びリフトシリンダ５を装着して結合する。

上記チルトシリンダ４のボトム側基端１７はブラケット１２を介して車体後部３に枢着し、またチルトシリンダ４のロッド先端１９はビーム上部１５に枢着する。一方、リフトシリンダ５のボトム側基端１８はブラケット１３を介して車体後部３上方に枢着し、リフトシリンダ５のロッド先端２０をビーム中間部１６に枢着する。ここで特徴的な点は、リフトシリンダ５のボトム側基端１８を、車体後部３に対し、チルトシリンダ４のボトム側基端１７の斜め上部に枢着していることである。また、リッパ装置２のビーム７側においては、チルトシリンダ４のロッド先端１９はビーム上部１５に枢着し、リフトシリンダ５のロッド先端２０はチルトシリンダ４のロッド先端１９よりも斜め下部でかつアーム６端部よりも上方のビーム中間部１６に枢着していることである。すなわち、リフトシリンダ５の一端側は車体側（つまり車体側の枢支部２３側）において、チルトシリンダ４の車体側の枢支部２１よりも上方の位置に、また上記リフトシリンダ５の他端側はビーム側（つまりビーム側の枢支部２４側）において、チルトシリンダ４のビーム側の枢支部２２よりも下方の位置にそれぞれ枢着している。この結果、図１に示すように車体の進行方向に対する側面から見て、チルトシリンダ４の軸心線とリフトシリンダ５の軸心線が交差するように各シリンダを装着する。上記チルトシリンダ４は１本、またリフトシリンダ５も１本であり、図２に示すように、それぞれのボトム側基端が、走行方向に平行な車体中心線から左右等距離になるよう装着されている。すなわち、チルトシリンダ４とリフトシリンダ５とを、車体上面から見てシリンダ同士が重ならないように並列に配置している。

上記リッパ装置２を動作させる際に、リッパポイント９の刃先力を生じさせるために必要な各シリンダの推力と、アーム６に作用する反力を、従来の４節リンク構造のリッパ装置と比較して検討する。検討するリッパポイント９の動作としては、最もリフトシリンダ５の負荷の大きいリッパポイント９のリフト動作と、最もチルトシリンダ４の負荷の大きいリッパポイント９の牽引時の動作を対象とした。

まず、リッパポイント９のリフト動作時について検討する。リッパポイント９のリフト動作時の各部材に作用する力のベクトル図を、上記実施形態の場合を図３に、従来の場合を図４に示す。図３、及び図４のいずれの場合も、アーム６の反力ベクトルＶ４とシリンダ合力ベクトルＶ５との和が、リッパポイント９の刃先力ベクトルＶ１と釣り合っている。シリンダ合力ベクトルＶ５は、チルトシリンダ４の反力ベクトルＶ２とリフトシリンダ５の推力ベクトルＶ３とによって与えられる。リッパポイント９のリフト動作時に必要な刃先力を荷重１００％として、アーム６の反力ベクトルＶ４と、チルトシリンダ４の反力ベクトルＶ２と、リフトシリンダ５に必要な推力ベクトルＶ３とを検討した。図３、及び図４に示すように、リフト動作時にはリフトシリンダ５に必要とされる力が最も大きく、リフトシリンダ５が主要な役割を果たす。図４に示すように、従来の構造のリッパ装置では、リッパポイント９のリフト動作時には、チルトシリンダ４にはほとんど力は作用しない。また、チルトシリンダ４の反力ベクトルＶ２とリフトシリンダ５の推力ベクトルＶ３のなす角が小さく、リフトシリンダ５の推力ベクトルＶ３の垂直方向成分が小さいため、シリンダの合力ベクトルＶ５の垂直方向成分が小さくなる。従って、１００％の刃先力を発生させるために、リフトシリンダ５には２５８％の推力、チルトシリンダ４には４１％の反力が必要とされる。この場合のアーム反力は２０８％であった。一方、図３に示すこの発明の実施形態では、チルトシリンダ４の反力ベクトルＶ２とリフトシリンダ５の推力ベクトルＶ３のなす角が、従来の場合と比較して大きくなると共に、リフトシリンダ５の推力ベクトルＶ３の垂直方向成分が大きくなり、そのためシリンダの合力ベクトルＶ５の垂直方向成分が大きくなる。従って、必要とされるリフトシリンダの推力は２２９％となり、従来の場合と比較して１２％少ない推力で同一の刃先力Ｖ１を発生することが可能となる。なお、この実施形態の場合、チルトシリンダ４の反力は８３％となっており、従来の場合と比較して倍増し、チルトシリンダ４を有効に使用している。逆にアーム反力は１３５％と大きく減少して、リフト動作への寄与は低下した。

次に、リッパポイント９の牽引動作時について検討する。リッパポイント９の牽引動作時のベクトル図を上記実施形態の場合を図５に、従来の場合を図６に示す。図５、及び図６のいずれの場合も、アーム６の反力ベクトルＶ４とシリンダ合力ベクトルＶ５との和が、リッパポイント９の刃先力ベクトルＶ１と釣り合っている。シリンダ合力ベクトルＶ５は、チルトシリンダ４に必要な推力ベクトルＶ２とリフトシリンダ５の反力ベクトルＶ３とによって与えられる。リッパポイント９の牽引動作時に必要な刃先力を荷重１００％として、アーム６の反力ベクトルＶ４と、チルトシリンダ４の推力ベクトルＶ２と、リフトシリンダ５の反力ベクトルＶ３とを検討した。図５、及び図６に示すように、牽引動作時にはアーム反力Ｖ４が最も大きくなる。従って、図５に示すこの発明の実施形態と、図６に示す従来構造のリッパ装置は共に、チルトシリンダ４、及びリフトシリンダ５の負担する力がリフト動作時に比較して小さくなる。図６の従来構造のリッパ装置では、リフトシリンダ５の反力が５５％であるのに対し、図５のこの発明の実施形態では、リフトシリンダ５の反力が１９％となり、ほとんど牽引動作に寄与していない。そのため、チルトシリンダ４に必要な推力は、図６の従来のリッパ装置では１１６％であるのに対して、図５のこの発明の実施形態では１７６％となり、チルトシリンダ４の負担する荷重が大きくなった。ただし、アーム反力は従来が２６１％であるのに対して、この発明の実施形態では２８５％となりやや増加した。すなわち、チルトシリンダ４の反力は１７６％まで増加するものの、アーム反力が増加（９％）するので、車体重心に近いところで荷重を受けることができる。

上記図３から図６より明らかになったように、最もシリンダに推力を要するリッパポイント９の動作は、リッパポイント９のリフト時であり、リフトシリンダ５には２００％以上の推力を要する。この発明の実施形態では、リフト動作時にはリフトシリンダ５の推力を２２９％まで減少させることができた。すなわち、リッパポイント９のリフト時のシリンダ最大推力を減少させたため、シリンダの設計能力を小さくして、これによって、シリンダの最大設計推力を小さくすることができ、シリンダの小形化が可能となり、また部品コストを低減することができる。また、この実施形態ではリッパポイント９の牽引動作時に、アーム反力が９％増加するが、車体重心に近いところで荷重を受けることができるので、安定した牽引動作を行うことができる。

次に、図７にリッパポイント９の動作範囲を示すリッパ装置２の側面図を示す。図７の実線はこの発明の実施形態におけるリッパポイント９の動作可能範囲Ａを示し、破線は従来の構造のリッパ装置におけるリッパポイント９の動作可能範囲Ｂを示す。図より明らかなように、この発明の実施形態ではリッパポイント９の動作範囲が拡張された。これは、図２に示すように、チルトシリンダ４とリフトシリンダ５を、各１本ずつ計２本とし、それぞれのボトム側基端を車体後部３の走行方向中心線から左右等距離に装着したため、各シリンダがそれぞれのボトム側基端を中心として上下方向に回転動作しても、シリンダ同士が干渉するおそれが無いため、シリンダ動作の自由度が大きくなったためである。従って、この発明の実施形態ではリッパ装置の作業性を大幅に高めることができる。また、チルトシリンダ４とリフトシリンダ５を、各１本ずつ計２本のシリンダを左右非対称に配置することによりリッパリンクを成立させているので、後方視界を確保することができる。

次に、図８は他の実施の形態を示し、この場合、チルトシリンダ４に使用せずに、固定長のロッド（リンク）２５を使用している。すなわち、車体後部３のブラケット２６、２６の上端部にロッド２５の一端部を枢着すると共に、ビーム上部１５（ビーム本体７ａから突設された支持片部７ｂの上部）にロッド２５の他端部を枢着する。この場合も、ロッド２５とアーム６等で四節リンクを構成する。また、リフトシリンダ５のボトム側基端１８をブラケット２７、２７の上端部に枢着し、リフトシリンダ５のリフトシリンダロッド先端２０をビーム中間部１６（図外）に枢着している。なお、アーム６は一対の連結片部６ａ、６ｂを有し、このアーム６の一方の連結片部６ａとブラケット２６、２６の下端部とが枢支軸３１を介して枢着され、アーム６の他方の連結片部６ｂとブラケット２７、２７の下端部とが枢支軸３２を介して枢着されている。

この際、上記リフトシリンダ５の一端側は車体側（車体側の枢支部２３側）において、上記ロッド２５の一端部側の車体側支持部２９よりも上方の位置に、またリフトシリンダ５の他端側はビーム７側（ビーム側の図外の枢支部２４側）において、ロッド２５の他端部側のビーム側支持部３０よりも下方の位置にそれぞれ枢着した。また、ロッド２５とリフトシリンダ５とを、車体上面から見てシリンダ同士が重ならないように並列に配置している。

この図８に示すリッパ装置では、リッパポイント９がリフトシリンダ５の伸縮にともなって地表に対する姿勢を変えずに上下に平行移動する。従って、リッパポイント９の掘削角は掘削深さにかかわりなく常に一定である。そして、強力かつ安定したリフト（リッパ）作業を行うことができる。しかも、この場合も、最もシリンダ推力を要するリッパポイント９のリフト時において、リフトシリンダ５の推力ベクトルの垂直方向成分が大きくなり、そのためロッド２５とリフトシリンダ５の合力ベクトルの垂直方向成分が大きくなる。従って、リフト時に要するリフトシリンダ推力を小さくすることができ、リフトシリンダ５の負担する荷重の最大値を小さくすることができる。これによって、リフトシリンダ５の最大設計推力を小さくすることができ、リフトシリンダ５の小形化が可能である。従って、リフトシリンダ５を従来に比較して小形化することができるので、後方視界性が改善される。

また、ロッド２５とリフトシリンダ５とを、車体上面から見てシリンダ同士が重ならないように並列に配置することになっているので、シリンダ５が伸縮しても、ロッド２５にシリンダ５が干渉せず、安定したリフト動作が可能である。しかも、リフトシリンダ５が１本であり、ロッド２５が１本であるので、部品点数も削減することができて、後方の視界を広くすることができる。このため、作業性が向上すると共に、製造コストも抑えることができる。

以上にこの発明のリッパ装置２の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記図１等に示す実施形態では、ブルドーザに適用した例を示しているが、これは他の種類の建設車両等であってもよい。

この発明のリッパ装置の実施形態を装着したブルドーザの側面図である。上記ブルドーザの平面図である。上記リッパ装置の実施形態のリフト時に各部材に作用する力を表すベクトル図である。従来のリッパ装置のリフト時に各部材に作用する力を表すベクトル図である。上記リッパ装置の実施形態の牽引時に各部材に作用する力を表すベクトル図である。従来のリッパ装置の牽引時に各部材に作用する力を表すベクトル図である。リッパポイントの作動範囲を示す側面図である。この発明のリッパ装置の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

４・・チルトシリンダ、５・・リフトシリンダ、６・・アーム、７・・ビーム、８・・シャンク、２１、２２・・枢支部、２５・・ロッド、２９・・車体側支持部、３０・・ビーム側支持部

Claims

車体にアーム（６）の一端を枢着し、アーム（６）の他端にシャンク（８）を備えたビーム（７）を枢着し、このアーム（６）上方位置において、車体とビーム（７）との間にチルトシリンダ（４）とリフトシリンダ（５）とをそれぞれ介設したリッパ装置において、上記チルトシリンダ（４）と上記リフトシリンダ（５）をそれぞれ一本ずつ上記車体の走行方向に平行な中心線から左右に分かれて装着し、上記リフトシリンダ（５）の一端側は車体側において、上記チルトシリンダ（４）の車体側の枢支部（２１）よりも上方の位置に、またリフトシリンダ（５）の他端側はビーム（７）側において、チルトシリンダ（４）のビーム側の枢支部（２２）よりも下方の位置にそれぞれ枢着したことを特徴とするリッパ装置。
上記チルトシリンダ（４）は上記ビーム（７）から上記車体に向かって上記中心線より左方に、上記リフトシリンダ（５）は上記ビーム（７）から上記車体に向かって上記中心線より右方に装着されることを特徴とする請求項１のリッパ装置。
車体にアーム（６）の一端を枢着し、アーム（６）の他端にシャンク（８）を備えたビーム（７）を枢着し、このアーム（６）上方位置において、車体とビーム（７）との間に固定長のロッド（２５）とリフトシリンダ（５）とをそれぞれ介設したリッパ装置であって、上記ロッド（２５）と上記リフトシリンダ（５）をそれぞれ一本ずつ上記車体の走行方向に平行な中心線から左右に分かれて装着し、上記リフトシリンダ（５）の一端側は車体側において、上記ロッド（２５）の車体側支持部（２９）よりも上方の位置に、またリフトシリンダ（５）の他端側はビーム（７）側において、ロッド（２５）のビーム側支持部（３０）よりも下方の位置にそれぞれ枢着したことを特徴とするリッパ装置。
上記ロッド（２５）は上記ビーム（７）から上記車体に向かって上記中心線より左方に、上記リフトシリンダ（５）は上記ビーム（７）から上記車体に向かって上記中心線より右方に装着されることを特徴とする請求項３のリッパ装置。