JP6354537B2 - ピン連結装置 - Google Patents

Description

本発明はシリンダ駆動される連結ピンによって二部材を脱着可能に連結するピン連結装置に関するものである。

大型ショベルの下部走行体として用いられるクローラ式走行装置のカーボディとクローラフレームの連結部分を例にとり、図９，１０によって背景技術を説明する。

大型ショベル用のクローラ式走行装置は、上部旋回体(図示しない)が旋回自在に搭載されるカーボディ１と、左右のクローラフレーム２，２と、このクローラフレーム２，２の外周に懸け回される図示しないクローラ(履帯)によって構成される。

クローラフレーム２にはピン穴３、カーボディ１には連結ピン４とこれを駆動する脱着シリンダ５がそれぞれ設けられ、図１０(ａ)に示すように脱着シリンダ５の縮小状態で連結ピン４がピン穴３から離脱し、同図(ｂ)に示すように同シリンダ５の伸長作動時に連結ピン４がピン穴３に挿入される。

これにより、カーボディ１と左右のクローラフレーム２が、ショベル組立時には連結されて下部走行体が構成され、現場移動時等に両者が分離されて輸送される。

また、連結ピン４の先端部にロックピン穴６が設けられ、図１０(ｂ)に示すように連結ピン挿入後、ロックピン７がロックピン穴６に手動で挿入されることにより、連結ピン４が挿入状態(カーボディ１とクローラフレーム２が連結された状態)にロックされる。

以上の構成はたとえば特許文献１に示されている。

特開２０１０−２１６０８４号公報

上記のように、ピン穴３に連結ピン４を挿入して二部材を連結し、かつ、この連結状態で連結ピン４の挿通端部にロックピン７等のロック部材を係合させてロックするロック構造付きのピン連結装置において、ピン穴３に対する連結ピン４の挿脱をシリンダ５によって自動で行なわせる構成は特許文献１に示されているように公知である。

一方、連結ピン４を挿入状態にロックするロック動作、及びこのロックを解くロック解除動作は、従来、手動操作によって行われている。

このため、このロック／ロック解除操作が面倒であるとともに、ロック部材の入れ忘れ、抜き忘れが発生し、また抜き取ったロック部材の保管のための構造と手間がかかる等の問題があった。

ここで、ロック動作については、たとえばドアのラッチ機構のような、連結ピンとロック部材の少なくとも一方にテーパ面(ガイド面)を設けるとともに、ロック部材にバネを設け、ピン挿入時にこれらの作用によって両者を自動的に係合させる公知のロック技術を応用することによって自動化が可能と考えられる。

しかし、ロック解除動作、及びその後に連結ピンを抜き取る動作を連続して自動的に行わせる技術はこれまで無く、これがロック構造付きのピン連結装置において連結／分離の完全自動化がなされていない要因となっていた。

なお、たとえばロックピンをロックシリンダでロック解除位置に移動させ、これをセンサで検出してコントローラに入力し、コントローラからの指令で弁を作動させて脱着シリンダをピン離脱側に作動させるといった電子制御によってロック解除→連結ピン離脱の二部材分離動作を自動的に行わせることは可能と考えられる。

しかし、この電子制御方式は、コントローラやセンサが必要となって構造が大がかりかつ複雑となり、設備コストが高くなる等の点で現実的でない。

そこで本発明は、コントローラやセンサを用いない簡易な構成によって二部材分離動作の自動化を実現することができるピン連結装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、連結される二部材のうち一方の部材にピン穴、他方の部材に連結ピンと脱着シリンダをそれぞれ設け、上記脱着シリンダの伸縮作動により上記連結ピンを上記ピン穴に挿入される挿入位置と上記ピン穴から離脱する離脱位置の間で移動させて上記二部材を連結／分離するピン連結装置において、上記連結ピンに係合して連結ピンを上記挿入位置にロックするロック位置と上記連結ピンから離脱して上記ロックを解くロック解除位置の間で変位するロック部材と、上記ロック部材を上記ロック及びロック解除両位置間で変位させるロックシリンダと、上記脱着及びロック両シリンダを駆動するシリンダ駆動回路を具備し、このシリンダ駆動回路は、
(ｉ) 上記脱着及びロック両シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、上記脱着及ロック両シリンダに対する上記圧油の給排を制御する切換弁と、上記圧油を上記切換弁を介して上記脱着シリンダのピン挿入側油室に供給する第１油路と、上記圧油を上記切換弁を介して上記脱着シリンダのピン離脱側油室に供給する第２油路と、上記脱着シリンダのピン離脱側油室と上記ロックシリンダのロック解除側油室とを接続する第３油路とを備え、
(ｉｉ) 上記二部材を分離させるための上記切換弁の操作時に、上記第２油路及び第３油路を通じて上記ロックシリンダのロック解除側油室に圧油を供給することによりロックシリンダをロック解除側に作動させてロック解除し、このロックシリンダの作動による上記油圧ポンプの圧力上昇により脱着シリンダをピン離脱側に作動させるように構成した
ものである。

この構成によれば、ロックシリンダの作動後、同シリンダ作動による油圧ポンプの圧力上昇によって脱着シリンダをピン離脱側に作動させる構成、すなわち、コントローラやセンサを用いない、油路構成のみに基づく油圧シーケンス動作によって自動でロック解除→連結ピン離脱の連続動作を遂行することができる。

本発明において、上記第１油路に、上記油圧ポンプから上記脱着シリンダのピン挿入側油室に向かう油の流れのみを許容するチェック弁と、このチェック弁に対して並列に接続された絞りから成る制御弁を設けるのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、制御弁により、ロック解除→連結ピン離脱のシーケンス動作をより確実に行わせることができる。

また本発明においては、上記脱着シリンダをピン挿入側に作動させた状態でピン離脱側油室の実効容積を拡張するための溝を上記脱着シリンダに形成するのが望ましい(請求項３)。

こうすれば、二部材分離のためのロック解除動作として、油圧ポンプからの圧油を第２油路、脱着シリンダのピン離脱側油室、第３油路を介してロックシリンダのロック解除側油室に送る場合に、脱着シリンダの溝によって同シリンダピン離脱側油室の実効容積を拡張できるため、ロックシリンダへの圧油の供給がスムーズに行われる。

このため、ロック解除→連結ピン離脱の連続動作をより確実に安定良く行わせることができる。

本発明において、上記脱着シリンダとロックシリンダを直交配置で設け、上記脱着シリンダのロッド端に上記連結ピンを設ける一方、上記ロックシリンダのピストンロッドの先端部に上記ロック部材としてのロックプレートを、一端部が支点、他端部が上記連結ピンに係合して固定する作用点、上記ピストンロッドとの接続点が力点となってロック位置とロック解除位置の間で揺動可能な状態で設け、上記連結ピンの先端近傍に、上記ロックプレートが上記ロック位置で係合する係合溝を設けるのが望ましい(請求項４，５)。

このように、ロック部材として揺動運動を行うロックプレートを用い、同プレートを連結ピンの係合溝に直角方向から係脱させてロック／ロック解除する構成とすることにより、ロック／ロック解除の動作をより確実に安定良く行わせることができる。

この場合、上記ロックプレートを上記ロック位置に向けて付勢するバネを設けるのが望ましい(請求項５)。

こうすれば、連結ピンに対するロックプレートの係合作用(ロック作用)がより一層確実なものとなる。

さらに本発明において、上記連結ピンの先端部と、上記ロック部材における上記連結ピン挿入時に上記連結ピン先端部と接触する部分の少なくともいずれか一方に、上記連結ピン挿入時に上記ロック部材を上記ロック解除位置に自動的に変位させるテーパ面を設けるのが望ましい(請求項６)。

この構成によれば、二部材連結時に、ピン穴に挿入された連結ピンにロック部材を係合させる自動ロック動作を、テーパ面を用いた簡易かつ低コストの構造によって、しかも確実に得ることができる。

本発明によると、コントローラやセンサを用いない簡易な構成によって二部材分離動作の自動化を実現することができ、これにより二部材連結動作を含めた完全自動化が可能となる。

本発明の実施形態を示す全体構成図である。 実施形態におけるロック機構の拡大正面図である。 (ａ)〜(ｃ)は実施形態による二部材連結動作を順番に示す全体構成図である。 (ａ)〜(ｃ)は実施形態によるロック動作を順番に示す正面図である。 (ａ)(ｂ)は実施形態による二部材分離動作を順番に示す全体構成図である。 (ａ)(ｂ)は実施形態によるロック解除動作を順番に示す正面図である。 (ａ)(ｂ)は本発明の別の実施形態による二部材連結動作を示す一部拡大図である。 (ａ)(ｂ)は本発明のまた別の実施形態を示す脱着シリンダの断面図である。 本発明の適用例であるクローラ式走行装置の斜視図である。 (ａ)(ｂ)は従来のピン連結装置による二部材連結動作を順番に示す全体構成図である。

本発明の実施形態を図１〜図８によって説明する。

実施形態は、背景技術の説明に合わせて、ショベルの下部走行体として用いられるクローラ式走行装置のカーボディ１１と左右のクローラフレーム１２の連結部分を適用対象としている。

実施形態において、
(Ｉ) クローラフレーム１２にピン穴１３、カーボディ１１に連結ピン１４とこれを駆動する脱着シリンダ(油圧シリンダ)１５がそれぞれ設けられる点、
(ＩＩ) 図１及び図３(ａ)に示すように脱着シリンダ１５の縮小状態で連結ピン１４がピン穴１３から離脱し、図３(ｃ)に示すように同シリンダ１５の伸長作動時に連結ピン１４がピン穴１３に挿入される点
は図１０に示す従来技術と同じである。

実施形態においては、脱着シリンダ１５と直交配置でカーボディ１１にロックシリンダ(油圧シリンダ)１６が設けられ、このロックシリンダ１６のロッド端部に、連結ピン１４をピン穴挿入状態にロックするロック部材としてのロックプレート１７が設けられている。

ロックプレート１７は、図２，４，６に示すように、一端部が支点、他端部が連結ピン１４に係合する作用点、ロッド端部との接続点が力点となってロック位置とロック解除位置の間で揺動しうる状態でロッド端部に取付けられている。

図２，４，６中、１８はこのロックプレート１７の揺動中心軸、１９はロックプレート１７をロック位置に向けて付勢するバネ(押しバネ)である。

一方、連結ピン１４には、ロックプレート１７が係合する係合溝２０が先端近傍部に全周に亘る凹溝として設けられるとともに、先端部に先すぼまり方向のテーパ面２１が形成されている。

このテーパ面２１により、ピン穴１３に対する連結ピン挿入時に、図３(ｂ)(ｃ)に示すようにロックプレート１７が押し上げられてロック解除位置に自動的に変位し、かつ、挿入後、バネ１９の力でロックプレート１７がロック位置に復帰して連結ピン１４の係合溝２０に自動係合するように構成されている。

脱着及びロック両シリンダ１５，１６を駆動するシリンダ駆動回路について説明する。

シリンダ駆動回路は、脱着、ロック両シリンダ１５，１６に圧油を供給する油圧ポンプ２２と、手動操作されて両シリンダ１５，１６に対する圧油の給排を制御する切換弁２３と、この切換弁２３を介して圧油を脱着シリンダ１５のピン挿入側油室(ヘッド側油室であって伸び側油室)１５ａに供給する第１油路２４と、切換弁２３を介して圧油を脱着シリンダ１５のピン離脱側油室(ロッド側油室であって縮み側油室)１５ｂに供給する第２油路２５と、脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂとロックシリンダ１６のロック解除側油室１６ａとを接続する第３油路２６とを備えている。

切換弁２３は、油圧ポンプ２２及びタンクＴを両シリンダ１５，１６に対して遮断する中立位置イと、油圧ポンプ２２からの圧油を第１油路２４経由で脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａに供給するピン挿入位置ロと、圧油を第２、第３油路２５，２６経由でロックシリンダ１６のロック解除側油室(伸び側油室)１６ａに供給し、あるいは第２油路２５経由で脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂに供給するピン離脱位置ハの間で切換え操作される。

なお、ロックシリンダ１６のロック側油室１６ｂはタンクＴに接続されている。

また、第１油路２４に制御弁２７が設けられている。

この制御弁２７は、油圧ポンプ２２から脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａに向かう油の流れのみを許容するチェック弁２８と、このチェック弁２８に対して並列に接続された絞り２９から成り、後述するように二部材連結時には圧油をチェック弁２８を通るルートで脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａに送り、二部材分離時には脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａの油を絞り２９を通るルートでタンクＴに戻す。

一方、脱着シリンダ１５において、ピストン１５ｃの中央部をピストンロッド１５ｄ側に向かって凸形に突出させることにより、この突出部分の外周とシリンダ側壁との間に全周に亘る溝３０が形成され、この溝３０により、図３(ｃ)及び図５(ａ)に示す脱着シリンダ最伸状態でピン離脱側油室１５ｂの実効容積が拡張されるようになっている。

なお、図３，５において、図の複雑化を避けるために脱着、ロック両シリンダ１５，１６、連結ピン１４及び制御弁２７の構成要素等についての符号を一部省略し、この省略分については図１の符号を引用するものとする。

シリンダ駆動回路の作用を説明する。

図１はカーボディ１１とクローラフレーム２を分離させた状態を示す。

このとき切換弁２３は中立位置イにあり、脱着、ロック両シリンダ１５，１６は油圧ポンプ２２及びタンクＴに対して遮断されている。

また、ロックシリンダ１６は伸長状態となり、ロックプレート１７はロック解除状態となっている。

連結時
この状態からカーボディ１１とクローラフレーム１２を連結するときは、油圧ポンプ２２を作動させた状態で、図３(ａ)に示すように切換弁２３をピン挿入位置ロに切換える。

こうすると、ロックシリンダ１６のロック解除側油室１６ａが第３油路２６、脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂ、第２油路２５、切換弁２３のルートでタンクＴに通じるため、バネ１９の力により同油室１６ａ内の油が押し出されてタンクＴに流入する。

これにより、ロックシリンダ１６がロック側に作動(縮小作動)するため、ロックプレート１７が図２のロック解除位置から図４(ａ)のロック位置に揺動変位する。

一方、図３(ｂ)に示すように油圧ポンプ２２からの圧油が制御弁２７のチェック弁２８経由で脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａに流入するため、脱着シリンダ１５がピン挿入側にストローク作動し、連結ピン１４がピン穴１３に挿入される。

このとき、テーパ面２１の作用により、図３(ｂ)(ｃ)及び図４(ｂ)(ｃ)に示すように、連結ピン１４がロックプレート１７を押し上げながらピン穴１３を挿通し、完全挿通状態でバネ１９の力でロックプレート１７がロック位置に自動復帰して連結ピン１４の係合溝２０に係合する。すなわち、ロック状態となる。

図３(ｃ)は連結完了を確認した作業員が切換弁２３を中立位置イに復帰操作した状態を示し、この状態で油の流れが停止して脱着、ロック両シリンダ１５，１６が作動不能となる。

分離時
分離時には、油圧ポンプ２２を作動させた状態で、図５(ａ)に示すように切換弁２３をピン離脱位置ハに切換え操作する。

こうすると、油圧ポンプ２２からの圧油が第２油路２５、脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂ、第３油路２６を通ってロックシリンダ１６のロック解除側油室１６ａに流入する。

これにより、ロックシリンダ１６がロック解除側に作動し、図６(ａ)に示すようにロックプレート１７がロック解除位置に揺動変位してロック解除される。

このとき、脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂが溝３０によって拡張されるため、第２油路２５→ピン離脱側油室１５ｂ→第３油路２６のルート中に余分な圧力が立たず、ロックシリンダ１６のロック解除動作がスムーズに行われる。

こうしてロックシリンダ１６がロック解除側にストロークエンドまで作動すると、油圧ポンプ２２の圧力が上昇するため、図５(ｂ)に示すように脱着シリンダ１５がピン離脱側に作動し、連結ピン１４がピン穴１３から抜き出されてカーボディ１とクローラフレーム２が分離される。

この場合、脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａの油は制御弁２７の絞り２９を通って切換弁２３経由でタンクＴに戻る。

そして、作業員が連結ピン離脱を確認して切換弁２３を中立復帰操作すると、図１の回路状態に戻る。

この構成によると次の効果を得ることができる。

(Ｉ) ロックシリンダ１６のロック解除動作後、このシリンダ動作による油圧ポンプ２２の圧力上昇によって脱着シリンダ１５をピン離脱側に作動させる構成、すなわち、コントローラやセンサを用いない、油路構成のみに基づく油圧シーケンス動作によって自動でロック解除→連結ピン離脱の連続動作を遂行することができる。

これにより、カーボディ１１とクローラフレーム２の連結／分離の完全自動化を簡易な構成によって低コストで実現することができる。

(ＩＩ) 第１油路２４に、油圧ポンプ２２から脱着シリンダ１５のピン挿入側油室１５ａに向かう油の流れのみを許容するチェック弁２８と、このチェック弁２８に対して並列に接続された絞り２９から成る制御弁２７を設けているため、ロック解除→連結ピン離脱のシーケンス動作をより確実に行わせることができる。

(ＩＩＩ) 脱着シリンダ１５をピン挿入側に作動させた状態でピン離脱側油室１５ｂの実効容積を拡張するための溝３０を脱着シリンダ１５に形成しているため、上記のように図５(ａ)のロック解除動作時に油圧ポンプ２２からの圧油が第２油路２５、脱着シリンダ１５のピン離脱側油室１５ｂ、第３油路２６を通るルートでロックシリンダ１６にスムーズに供給される。

このため、ロック解除→連結ピン離脱の連続動作をより確実に安定良く行わせることができる。

(ＩＶ) ロック部材として揺動運動を行うロックプレート１７を用い、同プレート１７を連結ピン１４の係合溝２０に直角方向から係脱させてロック／ロック解除する構成としたから、ロック／ロック解除の動作をより確実に安定良く行わせることができる。

(Ｖ) ロックプレート１７をロック位置に向けて付勢するバネ１９を設けているため、連結ピン１４に対するロックプレート１７の係合作用(ロック作用)がより一層確実なものとなる。

(ＶＩ) ピン穴１３に挿入された連結ピン１４にロックプレート１７を係合させる自動ロック動作を、テーパ面２１を用いた簡易かつ低コストの構造によって、しかも確実に得ることができる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、連結ピン１４の先端部のみに自動ロックのためのテーパ面２１を設けたが、自動ロック動作をより確実に行わせるために、図７(ａ)(ｂ)に示すように連結ピン１４の係合溝２０を形成する面にもテーパ面２１ａを形成してもよい。

あるいは、図示のようにロックプレート１７の、連結ピン１４と接触する部分の両面または片面にもテーパ面２１ｂを形成してもよい。

(２) 上記実施形態では、脱着シリンダ１５におけるピストン１５ｃの中央部をピストンロッド１５ｄ側に向かって凸形に突出させて溝３０を形成したが、図８(ａ)(ｂ)に示すように、同シリンダ１５のピストンロッド側端面の内側に、ピストンロッド１５ｄが貫通するリング状部材３１を設け、図８(ｂ)のシリンダ最伸状態でリング状部材３１の外周に溝３０が形成される構造を採用してもよい。

(３) ロック部材として、上記実施形態で挙げた、揺動式のロックプレート１７を連結ピン１４の係合溝２０に係合させる構造に代えて、連結ピン先端部にロックピン穴を設け、このロックピン穴に対してロックピンを係脱させる構造を採用してもよい。

(４) 上記実施形態のように、脱着シリンダ１５をピン挿入側に作動させた状態でピン離脱側油室１５ｂの実質容積を拡張する溝３０を同シリンダ１５に設けるのが望ましいが、代替手段がある場合にはこれに代えてもよい。

(５) 本発明はカーボディとクローラフレームの連結部分に限らず、たとえばショベルのカウンタウェイトをベースマシン(上部旋回体)に対して油圧シリンダでピン連結する装置等、シリンダでピン連結されるロック付きのピン連結装置に広く適用することができる。

１１ 連結される一方の部材としてのカーボディ
１２ 他方の部材としてのクローラフレーム
１３ ピン穴
１４ 連結ピン
１５ 脱着シリンダ
１５ａ 脱着シリンダのピン挿入側油室
１５ｂ 同、ピン離脱側油室
１６ ロックシリンダ
１６ａ ロックシリンダのロック解除側油室
１６ｂ 同、ロック側油室
１７ ロック部材としてのロックプレート
１９ バネ
２０ 連結ピンの係合溝
２１，２１ａ，２１ｂ 同、テーパ面
２２ 油圧ポンプ
Ｔ タンク
２３ 切換弁
２４ 第１油路
２５ 第２油路
２６ 第３油路
２７ 制御弁
２８ 制御弁を構成するチェック弁
２９ 同、絞り
３０ 脱着シリンダの溝

Claims (6)

1. 連結される二部材のうち一方の部材にピン穴、他方の部材に連結ピンと脱着シリンダをそれぞれ設け、上記脱着シリンダの伸縮作動により上記連結ピンを上記ピン穴に挿入される挿入位置と上記ピン穴から離脱する離脱位置の間で移動させて上記二部材を連結／分離するピン連結装置において、上記連結ピンに係合して連結ピンを上記挿入位置にロックするロック位置と上記連結ピンから離脱して上記ロックを解くロック解除位置の間で変位するロック部材と、上記ロック部材を上記ロック及びロック解除両位置間で変位させるロックシリンダと、上記脱着及びロック両シリンダを駆動するシリンダ駆動回路を具備し、このシリンダ駆動回路は、
   (ｉ) 上記脱着及びロック両シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、上記脱着及ロック両シリンダに対する上記圧油の給排を制御する切換弁と、上記圧油を上記切換弁を介して上記脱着シリンダのピン挿入側油室に供給する第１油路と、上記圧油を上記切換弁を介して上記脱着シリンダのピン離脱側油室に供給する第２油路と、上記脱着シリンダのピン離脱側油室と上記ロックシリンダのロック解除側油室とを接続する第３油路とを備え、
   (ｉｉ) 上記二部材を分離させるための上記切換弁の操作時に、上記第２油路及び第３油路を通じて上記ロックシリンダのロック解除側油室に圧油を供給することによりロックシリンダをロック解除側に作動させてロック解除し、このロックシリンダの作動による上記油圧ポンプの圧力上昇により脱着シリンダをピン離脱側に作動させるように構成した
   ことを特徴とするピン連結装置。
2. 上記第１油路に、上記油圧ポンプから上記脱着シリンダのピン挿入側油室に向かう油の流れのみを許容するチェック弁と、このチェック弁に対して並列に接続された絞りから成る制御弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のピン連結装置。
3. 上記脱着シリンダをピン挿入側に作動させた状態でピン離脱側油室の実効容積を拡張するための溝を上記脱着シリンダに形成したことを特徴とする請求項１または２記載のピン連結装置。
4. 上記脱着シリンダとロックシリンダを直交配置で設け、上記脱着シリンダのロッド端に上記連結ピンを設ける一方、上記ロックシリンダのピストンロッドの先端部に上記ロック部材としてのロックプレートを、一端部が支点、他端部が上記連結ピンに係合して固定する作用点、上記ピストンロッドとの接続点が力点となってロック位置とロック解除位置の間で揺動可能な状態で設け、上記連結ピンの先端近傍に、上記ロックプレートが上記ロック位置で係合する係合溝を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のピン連結装置。
5. 上記ロックプレートを上記ロック位置に向けて付勢するバネを設けたことを特徴とする請求項４記載のピン連結装置。
6. 上記連結ピンの先端部と、上記ロック部材における上記連結ピン挿入時に上記連結ピン先端部と接触する部分の少なくともいずれか一方に、上記連結ピン挿入時に上記ロック部材を上記ロック解除位置に自動的に変位させるテーパ面を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のピン連結装置。

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