JP4753309B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業部の有する位置エネルギーをアキュムレータに蓄圧して再利用することができるハイブリッド型の作業機械の技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベル等の作業機械のなかには、機体前部に掘削、積込み等の各種作業を行うフロント作業部を装着する一方、該フロント作業部自体の重量やフロント作業部の行う作業荷重とのバランスをとるべく、機体後部にカウンタウエイトを設けたものがある。このようなカウンタウエイトは、一般的に、鋼板製の中空状の外殻体の内部に、鉄材やセメント等からなる充填物を充填して形成される。
ところで、近年、油圧ショベルのような作業機械においても、環境問題の観点から、作業部の有する位置エネルギーをアキュムレータに蓄圧（蓄積）して再利用できるようにしたハイブリッド方式のものが開発されている。しかるに、このような機種の作業機械とする場合に、アキュムレータを収納するためスペースを確保する必要がある。
そこで、従来、カウンタウエイトの内部スペースに、アキュムレータや、その他の機器を収納するようにした技術が提唱されている（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
特開２００４−１１６６７６号公報 特開２００３−３２８３９２号公報 特開２００１−４０７０５号公報

ところで油圧ショベル等の作業機械は、遠距離走行や高速走行に適していないため、作業現場まで輸送車両で輸送される場合も多いが、この場合に、法規制や輸送の容易性等を考慮してカウンタウエイトを機体から取外して輸送することがある。このようなとき、前記従来のもののようにカウンタウエイトにアキュムレータを収納するようにした場合、アキュムレータには機体本体側の油圧機器に接続される配管が接続されており、この結果、アキュムレータをカウンタウエイトから取り外して機体本体側と一緒に搬送し、現場に到着したら再びアキュムレータをカウンタウエイトに装着する必要があって面倒かつ煩雑で作業性に劣るという問題がある。
そのうえ、アキュムレータを設置する場合、アキュムレータへの圧油の給排制御をしたり、油タンクへの圧油の排出制御をするためのバルブが必要となるが、これらバルブのメンテナンスを、アキュムレータのメンテナンスと共にすることが作業性の観点から要求されるが、従来、これらバルブは機体本体側に設けられていたため、作業性に劣るという問題もあり、これらに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体本体に設けられるカウンタウエイトに、作業部の有する位置エネルギーを再利用すべく蓄圧されるアキュムレータを備えて構成される作業機械において、前記カウンタウエイト内に形成される収納スペースに設置台を設け、該設置台にアキュムレータを設置するにあたり、前記設置台には、アキュムレータに対する圧油の入出力を制御する入出力制御バルブと、油タンクへの圧油の排出制御をする排出制御バルブと、これら制御バルブとアキュムレータとを接続するために必要な油路とを設けると共に、アキュムレータを蓄圧するための圧油が供給される供給配管と、該蓄圧されたアキュムレータから圧油を排出するための排出配管と、油タンクに排油を排出するための排油配管とを設置台に設け、これら配管を、各対応する機器に接続された外部配管を介して着脱自在に接続したことを特徴とする作業機械である。
請求項２の発明は、設置台に設けられる外部接続される配管には、開閉自在な止め弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の作業機械である。

請求項１の発明とすることにより、輸送等のためカウンタウエイトを機体本体から取外す場合に、アキュムレータを、該アキュムレータのメンテナンス性の向上ため近場におきたい制御バルブ共々カウンタウエイト側に設置した形でカウンタウエイトを分離できることになって作業性が向上する。
請求項２の発明とすることにより、カウンタウエイトを分離した場合に、設置台に設けた外部配管接続用の配管から油が漏れてしまうことを防止することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図面において、１は作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３の前部に装着されるフロント作業部４等から構成されると共に、上部旋回体３の後部には、フロント作業部４自体の重量やフロント作業部４の行う作業荷重とのバランスをとるべくカウンタウエイト５が装着されている。

前記フロント作業部４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム６、該ブーム６の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム７、該アーム７の先端部に取付けられるバケット８等から構成されている。そして、フロント作業部４の有する位置エネルギーは、ブーム６の上昇に伴って増加していくが、該位置エネルギーは、ブーム６の下降時に、ブームシリンダ９からの排出油をアキュムレータ１０に導くことで油圧エネルギーとして蓄圧される一方、該アキュムレータ１０に蓄圧された油圧エネルギーは、ブーム６の上昇時にブームシリンダ９に供給されるように構成されており、而して、フロント作業部４の有する位置エネルギーを回収、再利用できるようになっている。

前記アキュムレータ１０としては、本実施の形態では、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが三本用いられているが、これら三本のアキュムレータ１０は、後述するように、カウンタウエイト５の内部に形成される左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａ、１１Ｂに収納されている。尚、アキュムレータ１０としては、前記ブラダ型のものに限らず、ピストン型のものを用いてもよい。

前記カウンタウエイト５は、前述したように上部旋回体３の後部に装着されるが、輸送時等にカウンタウエイト５の着脱作業を容易に行うことができるように、カウンタウエイト５を上下動せしめるためのウエイト移動装置１２が、上部旋回体３の後面部の左右方向中央部位に該後面部から後方に突出する状態で取り付けられている。

前記ウエイト移動装置１２は、油圧シリンダ１３、該油圧シリンダ１３の伸縮作動に基づいて上下動するスプロケット１４、該スプロケット１４に懸回されるチェン１５等の部材を用いて構成されると共に、該チェン１５は、一端側が上部旋回体３の後面部３ａ側に止着される一方、他端側がカウンタウエイト５の左右方向中央部に係脱自在に止着されるようになっている。そして、チェン１５の他端側をカウンタウエイト５に止着せしめた状態で、油圧シリンダ１３を伸縮させてスプロケット１４を上下動させることにより、チェン１５に吊持された状態のカウンタウエイト５を上部旋回体３に対して上下動させることができるように構成されている。尚、カウンタウエイト５は、図示しないボルト等の固定手段により上部旋回体３に着脱自在に固定されるようになっており、前記ウエイト移動装置１２によるカウンタウエイト５の上下動は、固定手段による固定を解除した状態で行われる。

一方、前記カウンタウエイト５は、該カウンタウエイト５の外殻を形成する鋼板製の中空状の外殻体１６の内部に、鉄材、水、セメント等を主成分とする充填物１７を充填することにより形成されるが、該カウンタウエイト５の左右方向中央部には、前記上部旋回体３の後面部から後方に突出するウエイト移動装置１２が収納されるウエイト移動装置収納スペース１８が形成され、さらに該ウエイト移動装置収納スペース１８の左右両側には、前記アキュムレータ１０が収納される左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａ、１１Ｂが形成されている。これらウエイト移動装置収納スペース１８および左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａ、１１Ｂは、前面側（上部旋回体３の後面部と対向する側）が開口する一方、左右側面側および背面側は充填物１７により囲繞されており、而して、各収納スペース１８、１１Ａ、１１Ｂは充填物１７により区隔された状態になっている。また、２０Ａ、２０Ｂは左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａ、１１Ｂを充填物１７から仕切るための仕切板であって、これら仕切板２０Ａ、２０Ｂは、前記外殻体１６に溶接等により一体的に固着されている。

前記左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａ、１１Ｂには、前述したように三本のアキュムレータ１０が収納されるが、本実施の形態では、一方のアキュムレータ収納スペース１１Ａには一本のアキュムレータ１０が、また他方のアキュムレータ収納スペース１１Ｂには二本のアキュムレータ１０が、それぞれ設置台（設置ブロック）２１Ａ、２１Ｂに設置された状態で収納されている。そして、これら左右のアキュムレータ収納スペース１１Ａに収納されるアキュムレータ１０同士は、油圧配管（油圧ホース）２２を介して接続されるが、該油圧配管２２は中空管２３内を通って配設されている。尚、アキュムレータ１０は、設置台２１Ａ、２１Ｂ内に形成される後述する油路を介して油圧配管２２に接続されると共に、他方のアキュムレータ収納スペース１１Ｂに収納される二本のアキュムレータ１０同士は、設置台２１Ｂ内に形成される油路によって接続される。

さらに、２４は前記ブームシリンダ９のヘッド側油路２５から分岐形成される回収油路であって、該回収油路２４には、回収用バルブ（リカバリーバルブ）２６が配されていると共に、該回収用バルブ２６の下流側油路２６ａで、アキュムレータ油路２７とブームポンプ２８のサクション油路２９とに接続されている。さらに、回収油路２４には、シリンダヘッド側油路２５からアキュムレータ油路２７およびサクション油路２９への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁４５が配されている。而して、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａからシリンダヘッド側油路２４に排出された油を、回収油路２４を経由して、アキュムレータ油路２７およびサクション油路２９に供給することができるようになっている。

前記回収用バルブ２６は、図示しないコントローラから出力される作動信号に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、作動信号が入力されていない状態では、回収油路２４を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、作動信号が入力されることによりスプールが移動して回収油路２４を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。

前記回収用バルブ２６のスプールの移動ストロークは、コントローラの作動信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該スプールの移動ストロークの増減制御によって、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａから回収油路２４を経由してアキュムレータ油路２７およびサクション油路２９に流れる油の流量制御がなされるように構成されている。

一方、アキュムレータ油路２７は、前記回収油路２４からアキュムレータチェックバルブ（アキュムレータ１０に対する圧油の入出力の制御をする入出力制御バルブに相当する）３０を経由してアキュムレータ１０に至る油路であって、該アキュムレータ油路２７の最高圧力は、アキュムレータ油路２７に接続されるリリーフ弁３１によって制限されている。尚、本実施の形態において、アキュムレータ１０は、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが用いられているが、これに限定されることなく、例えばピストン型のものであっても良い。

前記アキュムレータチェックバルブ３０は、ポペット弁３２と、コントローラから出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁３２は、回収油路２４からアキュムレータ１０への油の流れについては、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容するが、アキュムレータ１０からサクション油路２９への油の流れについては、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３がＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止し、ＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容するように構成されている。尚、回収油路２４からアキュムレータ１０への油の流れは、前述したようにアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容されるが、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３がＯＮ位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ油路２７の圧力がポペット弁３２の弁路を閉じる方向に作用しなくなるため、殆ど圧力損失のない状態で回収油路２４からアキュムレータ油路２７に油を流すことができる。

さらに、３４は前記サクション油路２９から分岐形成されて油タンク３５に至る排出油路であって、該排出油路３４にはタンクチェックバルブ３６が配されている。
前記タンクチェックバルブ（油タンク３５への圧油の排出制御をする排出制御バルブに相当する）３６は、ポペット弁３７と、コントローラから出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるタンクチェックバルブ用電磁切換弁３８とを用いて構成されている。上記ポペット弁３７は、サクション油路２９から油タンク３５への油の流れを、タンクチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容し、ＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止するようになっている。そして、例えば、油圧ショベル１の作業終了時やメンテナンス時等に、前記アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３３およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁３８を共にＯＮ位置Ｘに切換えることにより、アキュムレータ１０に蓄圧された圧油を油タンク３５に放出することができるようになっている。尚、図５において、Ｅはエンジン、３９はブームシリンダ９の伸縮するための電磁比例切換え制御弁である。

ところで前記カウンタウエイト５の収納スペース１１Ａに配した一つのアキュムレータ１０が取り付けられる設置台２１Ａには、アキュムレータチェックバルブ３０、リリーフ弁３１、そしてタンクチェックバルブ３６からなるバルブアッシー４０が組込まれると共に、これらを接続するに必要な前記配管が組込み形成されている。そして設置台２１Ａには、回収用バルブ下流側油路２６ａ用の外部配管４１、排出油路３４用の外部配管４２、サクション油路２９用の外部配管４３が各対応する油路２６ａ、３４、２９の配管に雄雌カプラ４１ａ、４２ａ、４３ａを介して着脱自在に連結できるようになっている。また、設置台２１Ａには、回収用バルブ下流側油路２６ａ、サクション油路２９、排出油路３４を開閉自在に閉止するための止め弁２６ｂ、２９ａ、３４ａが設けられているが、これら止め弁２６ｂ、２９ａ、３４ａはレバー４４の操作で同時の開閉操作ができるようになっている。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、カウンタウエイト５に、圧油を蓄圧して再利用するためのアキュムレータ１０を設置台２１Ａ、２１Ｂに設けると共に、該一方の設置台２１Ａには、アキュムレータ１０に対する圧油の入出力を制御するためのアキュムレータチェックバルブ３０、圧油を油タンク３５に排出するための制御をするタンクチェックバルブ３６、そしてこれらを接続するための油路を形成してアキュムレータ１０のメンテナンスを、これらチェックバルブ３０、３６のメンテナンスと同時に行うことができてメンテナンス性が向上する。

しかもアキュムレータ１０は、前記チェックバルブ３０、３６が設けられると共に、これらを接続する油路が設けられた設置台２１Ａ、２１Ｂと共にカウンタウエイト５側に残した状態で、外部配管４１、４２、４３を、設置台２１Ａ側に形成される回収用バルブ下流側油路２６ａ用の配管、排出油路３４用の配管、サクション油路２９用の配管からそれぞれ取外すことで、カウンタウエイト５を、機体本体から簡単に分離させることができる。この結果、油圧ショベルを搬送するような場合に、アキュムレータ１０は、前記油路やチェックバルブ３０、３６が設けられた設置台２１Ａ、２１Ｂ共々カウンタウエイト５に残すことができ、しかもカウンタウエイト側の配管と機体本体側との配管の離脱も簡単になりる。
しかも前記配管同志を分離する場合に、設置台２１Ａ側には止め弁２６ｂ、２９ａ、３４ａを設けたため、配管分離をしたときにアキュムレータ側から油が漏れ出てしまうことを防止できることになる。

油圧ショベルの側面図である。 アキュムレータが収納された状態を示すカウンタウエイト部の斜視図である。 アキュムレータが収納された状態を示すカウンタウエイトの平面図である。 アキュムレータが収納された状態を示すカウンタウエイトの側面断面図である。 アキュムレータに対する配管状態を示す油圧回路図である。

符号の説明

５ カウンタウエイト
１０ アキュムレータ
２１Ａ、２１Ｂ 設置台
３０ アキュムレータチェックバルブ
３６ タンクチェックバルブ

Claims (2)

1. 機体本体に設けられるカウンタウエイトに、作業部の有する位置エネルギーを再利用すべく蓄圧されるアキュムレータを備えて構成される作業機械において、
   前記カウンタウエイト内に形成される収納スペースに設置台を設け、該設置台にアキュムレータを設置するにあたり、
   前記設置台には、アキュムレータに対する圧油の入出力を制御する入出力制御バルブと、油タンクへの圧油の排出制御をする排出制御バルブと、これら制御バルブとアキュムレータとを接続するために必要な油路とを設けると共に、
   アキュムレータを蓄圧するための圧油が供給される供給配管と、該蓄圧されたアキュムレータから圧油を排出するための排出配管と、油タンクに排油を排出するための排油配管とを設置台に設け、これら配管を、各対応する機器に接続された外部配管を介して着脱自在に接続したことを特徴とする作業機械。
2. 設置台に設けられる外部接続される配管には、開閉自在な止め弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の作業機械。

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