JP6731383B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、比較的柔らかい土砂の掘削等の一般的用途に限らず、例えば地下解体現場からのコンクリートガラの運搬といった特殊用途にも広く柔軟に対応できるクラムシェルバケットを備えた作業機械に関する。

鉄塔の基礎工事や各種インフラ工事等で用いる作業機械として、ベースマシンである油圧ショベルにテレスコアーム等の延長アームを介してクラムシェルバケットをアタッチメントとして装着したものがある（特許文献１等参照）。周知の通りクラムシェルバケットは向い合せにした２つのバケットが開閉するように構成され、２つのバケットで掻き込んだ土砂を抱え込むようにして土砂を掘削する。

特開平９−１５８２４３号公報

クラムシェルバケットは２つのバケットを開閉駆動する油圧シリンダを備えている。この油圧シリンダに接続する油圧配管は、一般に延長アームの外壁面に沿って這い回される。そのため、稼働現場における周辺構造物等との干渉に備え、油圧配管自体が強固な鋼管で構成されることが多い。特許文献１のクラムシェルバケットのように更に油圧配管を保護カバーで覆う場合もある。

しかしこのような構造の延長アームは外側に油圧配管や保護カバーを設置することで肥大化し、見かけ上太くなる。延長アームを介してクラムシェルバケットを取り付けた場合、オペレータは地上の運転席から掘削箇所が目視し難く、延長アームが太ければそれだけ周辺構造物に不測に干渉する確率は増す。特に地下解体現場のコンクリートガラの撤去作業に用いる場合、掘削箇所が確認し難い中でクラムシェルバケットが勢い良く接地すると、コンクリートガラの破片等が跳ね飛ぶ可能性もある。延長アームが太ければコンクリートガラの破片等の飛散物が干渉する可能性も増し、著しい場合には延長アームや保護カバー等の変形の要因となる場合もある。

本発明の目的は、周辺構造物や飛散物と延長アームとの干渉の発生を抑制し、土砂の掘削等の一般的用途のみならず地下解体現場からのコンクリートガラの撤去等の新たな用途にも柔軟に対応できるクラムシェルバケットを備えた作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、下部構造体、前記下部構造体の上部に旋回可能に設けられた旋回体、前記旋回体の前部に設けた多関節型の作業腕、前記作業腕の先端に設けた延長アーム、前記延長アームの先端に設けたクラムシェルバケットを備えた作業機械において、前記延長アームは、前記作業腕に連結される上部ブラケットと、前記クラムシェルバケットに連結される下部ブラケットと、前記上部ブラケットと前記下部ブラケットの間に介在して延びる筒状のアーム本体と、前記クラムシェルバケットを駆動する作動油を通す油圧配管を備え、前記アーム本体が、上端に設けられて前記上部ブラケットの下部にボルトで連結される上側フランジと、下端に設けられて前記下部ブラケットの上部にボルトで連結される下側フランジと、前記上側フランジ及び前記下側フランジの外周面にそれぞれ複数設けられた油圧ポートとを有しており、前記上側フランジ及び前記下側フランジにそれぞれ設けられた油圧ポートが、前記上側フランジ及び前記下側フランジの半径方向に油路を延ばして前記アーム本体の内側の空間に臨み、前記アーム本体の内外の空間を接続しており、前記油圧配管が、前記アーム本体の内部空間を通り、前記上側フランジに設けた前記油圧ポートと前記下側フランジに設けた前記油圧ポートとを接続していることを特徴とする。

本発明によれば、クラムシェルバケットに接続する油圧配管を延長アームの中空のアーム本体の内側に通したことで、油圧配管を保護するカバーを要さず、延長アームの肥大化（幅広化）を抑制できる。従って、周辺構造物や飛散物と延長アームとの干渉の発生を抑制し、土砂の掘削等の一般的用途のみならず地下解体現場からのコンクリートガラの撤去等の新たな用途にもクラムシェルバケットを柔軟に適用できる。

本発明の一実施形態に係る作業機械の外観を表す側面図 図１に示した作業機械に備えられた解体クラムの外観図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

１．作業機械
図１は本発明の一実施形態に係る作業機械の外観を表す側面図である。同図に示した作業機械は油圧ショベルをベースマシンとし、フロント作業機の先端のアタッチメント（作業具）として解体クラム２２（後述）を装着したものである。以降において、運転席に座った操作者から見て前側（図１中の左側）、後側（同右側）、左側（図１の紙面に直交する方向の手前側）、右側（同奥側）を作業機械の前、後、左、右とし、それぞれ単に前側、後側、左側、右側と記載する。

図１に示した作業機械は、車体１０及び作業機（フロント作業機）２０を備えている。車体１０は、走行体１１及び旋回体１２を備えている。

走行体１１は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ１３を備えており、左右の走行駆動装置１８により左右のクローラ１３をそれぞれ駆動することで走行する。走行駆動装置１８には例えば油圧モータと減速機が用いられる。

旋回体１２は、走行体１１上に旋回装置（不図示）を介して旋回可能に設けられている。旋回体１２の前部（本実施形態では前部左側）には、操作者が搭乗する運転室１４が設けられている。旋回体１２における運転室１４の後側には、原動機や油圧駆動装置等を収容した動力室１５が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト１６が搭載されている。原動機はエンジン（内燃機関）又は電動機である。作業機械に搭載された油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータは、油圧駆動装置に含まれる油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される。旋回体１２を走行体１１に対して連結する旋回装置には旋回モータが含まれており、旋回モータによって走行体１１に対して旋回体１２が鉛直軸を中心に旋回駆動される。本実施形態における旋回モータは油圧モータであるが、電動モータを用いることもあれば、油圧モータ及び電動モータの双方を用いることもある。

作業機２０は作業腕２１及び解体クラム２２を備えている。本実施形態における作業腕２１は、ブーム２３、アーム２４、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及び作業具シリンダ２７を含む多関節型の作業装置である。ブーム２３は旋回体１２の前部（本実施形態では前部右側）に左右に延びる軸を介して回動可能に連結されている。アーム２４はブーム２３の先端に左右に延びる軸を介して回動可能に連結されている。このアーム２４の先端には、吊ブラケット２８が左右に延びる軸を介して回動可能に連結されている。ブームシリンダ２５は旋回体１２及びブーム２３に、アームシリンダ２６はブーム２３及びアーム２４に、それぞれ両端が連結されている。作業具シリンダ２７は、アーム２４の基部に基端が連結される一方、アーム２４の先端部と吊ブラケット２８にリンクを介して先端が連結されている。ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及び作業具シリンダ２７はいずれも油圧シリンダである。ブームシリンダ２５の伸縮に伴って旋回体１２に対してブーム２３が上下に回動する。アームシリンダ２６の伸縮に伴ってブーム２３に対してアーム２４が回動する。作業具シリンダ２７の伸縮に伴ってアーム２４に対して吊ブラケット２８が回動する。

２．解体クラム
図２は図１に示した作業機械に備えられた解体クラムの外観図である。解体クラム２２は作業腕２１に装着するアタッチメントであり、一般的なクラムシェルバケットが行う土砂の掘削等の作業の他、特に地下解体現場からのコンクリートガラの撤去等の一般的にクラムシェルバケットでは行わないような特殊作業にも用いられる。この解体クラム２２は、クラムシェルバケット３０と延長アーム５０のユニットである。

２−１．クラムシェルバケット
クラムシェルバケット３０は延長アーム５０の先端（下端）に設けられ、延長アーム５０及び吊ブラケット２８（図１）を介して作業腕２１のアーム２４の先端側に取り付けられている。以下、クラムシェルバケットをクラムシェルと略称する。このクラムシェル３０は、フレーム３１、バケット３２，３３、油圧シリンダ３４，３５等で構成されている。

フレーム３１はクラムシェル３０のベースであり、上端に位置するブラケット３１ａと、ブラケット３１ａの下側に一体に設けられた本体部３１ｂとで枠状に形成されて上下方向に延在している。本体部３１ｂは２枚の板状部材等からなる。２枚の板状部材は左右に対面し上下に延在している。ブラケット３１ａは軸３６を介して延長アーム５０の先端部に連結されている。図２に示した姿勢では軸３６は左右方向に延び、軸３６を中心としてクラムシェル３０が前後方向に揺動する構成である。但し、クラムシェル３０は延長アーム５０の機構（後述）によって鉛直軸周りに旋回（自転）可能であり、図２に示した姿勢から９０度旋回すると左右に開閉することになる。

バケット３２，３３は、互いの積荷の収容部を向い合せにした状態でフレーム３１の下部に左右に延びるピン３８，３９を介して回動自在に連結されている。またバケット３２は油圧シリンダ３４を介し、バケット３３は油圧シリンダ３５を介して、それぞれフレーム３１の本体部３１ｂに連結されている。油圧シリンダ３４，３５が収縮するとバケット３２，３３が開き（互いに離れる方向に回動し）、油圧シリンダ３４，３５が伸長するとバケット３２，３３が閉じる（互いに近付く方向に回動する）構成である。バケット３２，３３の上端部はリンク３７を介して連結されており、バケット３２，３３の開閉動作が同調するようになっている。

２−１．延長アーム
延長アーム５０は作業腕２１（厳密には吊ブラケット２８）の先端に設けた一種の継手である。作業腕２１に直接連結したクラムシェル３０では届かないような作業機械の接地面（例えば図１に示す地面ＧＬ）に相対して低い作業場所までクラムシェル３０が下せるようにするため、クラムシェル３０と作業腕２１の間に延長アーム５０が介在させてある。延長アーム５０は作業機械の接地面と作業場所の高低差に応じた長さ（上下方向の寸法）のものが使用される。但し一般的には、作業機械と同じレベルに待機する運搬車両Ｔ（図１）の荷台等の上部にクラムシェル３０を移動させる必要があるので、言うまでもないが作業腕２１の長さに応じて延長アーム５０の長さには上限がある。この延長アーム５０は、上部ブラケット５１、下部ブラケット５２、アーム本体５３、油圧配管５４を備えている。

上部ブラケット５１は作業腕２１に連結される部材であり、上側部分５１ａと下側部分５１ｂに分割されている。上部ブラケット５１の上側部分５１ａは吊ブラケット２８を介して作業腕２１に連結されている。具体的には、上側部分５１ａは左右に延びるピン５５（図１）を介して吊ブラケット２８の先端部に前後に揺動可能に連結されている。このようにして解体クラム２２はピン５５を支点にして作業腕２１に垂下されて上下に延びている。上部ブラケット５１の下側部分５１ｂは上側部分５１ａの下部にユニバーサルブラケット５６を介して連結されており、鉛直軸周りに旋回（自転）可能である。図２に示した解体クラム２２は、図１に示した状態から上部ブラケット５１の下側部分５１ｂの角度が９０度変更されている。上部ブラケット５１の下側部分５１ｂは、角度を変えて上側部分５１ａに対してピン（不図示）で固定できるようにすることができる。

アーム本体５３は上端及び下端にフランジ５３ａ，５３ｂを有するパイプ状（本実施形態では円筒状）の部材であり、上部ブラケット５１と下部ブラケット５２の間に介在して延びている。上部ブラケット５１はアーム本体５３の上端（長手方向の一方側の端部）に位置し、下部ブラケット５２はアーム本体５３の下端（長手方向の他方側の端部）に位置している。上側のフランジ５３ａは上部ブラケット５１の下部に、下側のフランジ５３ｂは下部ブラケット５２の上部に、それぞれボルト及びナットで連結されている。フランジ５３ａ，５３ｂには外周面にそれぞれ複数の油圧ポート（配管継手）５７が設けられている。油圧ポート５７は、アーム本体５３の内外の空間を接続している。具体的には、各油圧ポート５７はフランジ５３ａ，５３ｂの半径方向に油路を延ばし、中空のアーム本体５３の内側の空間に臨んでいる。上側の油圧ポート５７は、旋回体１２に搭載された油圧駆動装置の対応するコントロールバルブ（不図示）に配管（不図示）を介してそれぞれ接続されている。下側の油圧ポート５７は、クラムシェル３０の油圧シリンダ３４，３５の対応する油室に油圧ホース４０を介してそれぞれ接続されている。

なお、本実施形態においては、フランジ５３ａ，５３ｂの中央が開口しており、アーム本体５３の内部空間はフランジ５３ａ，５３ｂの開口により両端が開放された構成をしている。つまりアーム本体５３はフランジ付きの配管（直管）のような構成である。

下部ブラケット５２は、前述した通りアーム本体５３の下側のフランジ５３ｂに締結されており、上記軸３６を介してクラムシェル３０を揺動自在に支持している。

油圧配管５４はクラムシェル３０を駆動する作動油を通す配管であり、中空のアーム本体５３の内側の空間に複数本配置されている。つまり中空のアーム本体５３が内部空間にこれら油圧配管５４を通し、油圧配管５４の周囲を覆った構成である。本実施形態においては、油圧ポート５７の一部や油圧配管５４を除き、他の構造物はアーム本体５３の内側には存在していない。またアーム本体５３の内側の空間は仕切りのない単一の空間である。各油圧配管５４の一端（上端）は対応する上側の油圧ポート５７に接続され、他端（下端）は対応する下側の油圧ポート５７に接続されている。本実施形態では油圧配管５４には可撓性の油圧ホースが用いられている。

３．動作
作業機械の動作について説明する。まず走行体１１を駆動して、図１の例では地下解体現場に通じる立坑Ｈの近くまで作業機械を移動させる。その後、ブーム２３及びアーム２４を俯仰動させ、地下解体現場の作業場所までクラムシェル３０を下してコンクリートガラの散らばる地下空間の床面に押し付ける。その際、クラムシェル３０の油圧シリンダ３４，３５を縮小させ、バケット３２，３３を開いた状態で保持しておく。クラムシェル３０が地下空間の床面に到達したら油圧シリンダ３４，３５を伸長させ、バケット３２，３３を閉じてバケット３２，３３の内部にコンクリートガラを掻き込む。バケット３２，３３にコンクリートガラを収容したらブーム２３等を俯仰動させてクラムシェル３０を地上に引上げ、旋回体１２を旋回させて運搬車両Ｔの荷台上にクラムシェル３０を移動させる。この状態でバケット３２，３３を開くことにより、運搬車両Ｔの荷台にコンクリートガラを排出することができる。その後は所定量のコンクリートガラの撤去作業が完了するまで以上の繰り返しである。

４．効果
（１）種々作業への適用の柔軟性
本実施形態においては、クラムシェル３０を駆動する作動油を通す油圧配管５４を延長アーム５０の中空のアーム本体５３の内側に通し、アーム本体５３の外周側に他の構成要素のない構造とした。油圧配管５４を内側に通したことで延長アーム５０の肥大化（幅広化）が抑制でき、解体現場等における周辺構造物や作業中に跳ね飛ぶコンクリートガラの破片等に延長アーム５０が干渉することを抑制できる。勿論、延長アーム５０で覆われたことで油圧配管５４も確りと保護されている。本実施形態に係る作業機械は、クラムシェルを装着した従来の作業機械と同様に土砂の掘削等の一般的用途に用いられることは言うまでもない。加えて、コンクリートガラ等の飛散物と延長アーム５０との干渉が抑制できることで、地下解体現場からのコンクリートガラの撤去等の特殊用途にも好適に採用できる。

（２）延長アームの強度向上
一般にクラムシェルは軟らかい地面を対象とし、開いて接地した状態で閉じることで土砂を掻き込む。延長アームを介して作業腕にクラムシェルを取り付けた場合、オペレータは地上の運転席からではクラムシェルの様子が目視し難い場合がある。そのような場合でも掘削場所の土砂等が軟質であれば、例えば延長アームが傾斜した状態でクラムシェルが地面に押し付けられたりしても、その際の押し付け荷重は地面に散逸し延長アームに作用する曲げ荷重は緩和される。しかし地下解体現場のコンクリートガラの撤去作業に同様の作業機械を用いる場合、硬質のコンクリートガラにクラムシェルバケットが強く押し付けられると、押し付け荷重が散逸せずに延長アームに強い曲げ荷重が作用し得る。

それに対し本実施形態に係る延長アーム５０は、上記の通りアーム本体５３の内側に油圧配管５４を通したことで油圧配管５４のカバーが不要となり、軽量化に有利な構成である。油圧配管５４を鋼管ではなく油圧ホースとしたことも貢献している。従って例えば配管保護用のカバーを要していた従来構造の延長アームと同程度の重量を許容する場合には、アーム本体５３そのものの重量は従来に比べて重くできるので、アーム本体５３の強度を向上させることができる。よって延長アームの強度向上の効果も得られ得る。

（３）油圧配管の設計自由度
延長アーム５０のアーム本体５３で油圧配管５４を保護することで、油圧配管５４に対する耐衝撃性の要求値を下げることができる。油圧配管５４には相応の長さがあり、仮に露出した構造とすると鋼管を用いる必要が生じる場合もある。しかし本実施形態の場合、油圧配管５４の耐衝撃性の要求値が低い分だけ素材の選択の自由度が増し、鋼管に限らず油圧ホースを油圧配管５４の素材として積極的に用いることができ、素材選定の面で設計の自由度が向上する。

（４）配管容易性
本実施形態では延長アーム５０のアーム本体５３は１本のみであるが、必要な長さによっては複数本を継ぎ足すことも考えられる。この場合、アーム本体５３同士はフランジ５３ａ，５３ｂで締結できるため、延長アーム５０の継ぎ足しも容易である。

このとき、仮に油圧配管５４をアーム本体５３の外に這い回す場合、耐衝撃性を考慮すれば各アーム本体５３のアーム本体５３の外周面に鋼管製の油圧配管５４を固定することが好ましい。但しアーム本体５３同士を連結するフランジが障害となるので、フランジを迂回する形で鋼管を曲成し２本のアーム本体５３に跨って配管することは手間が掛かる。鋼管を曲げ加工する手間を考えれば、鋼管を各アーム本体５３に対応させて分割し、フランジを跨ぐ部分で鋼管同士を油圧ホースで接続する構成が現実的と言えるが、部品点数が増える。

それに対し、本実施形態のように油圧配管５４をアーム本体５３の内側に通す構成では、連結されるアーム本体５３の内部空間が直線的に繋がる。そのため、油圧配管５４を這い回す上で障害物がないため、油圧配管５４を継ぎ足すことなく複数のアーム本体５３に跨って直線的に通すことができる。アーム本体５３同士を連結するフランジ５３ａ，５３ｂの油圧ポート５７が邪魔になるようであれば、それらの油圧ポート５７については省略するなり切断するなりすれば良い。このように本実施形態によれば、アーム本体５３を継ぎ足した場合においても油圧配管５４の点数を増やすことなく容易に配管できる。

また、油圧配管５４に油圧ホースを積極的に採用できるので、油圧配管５４を可撓性とすることができることも配管容易性の向上に貢献し得る。例えばアーム本体５３が若干曲がっていたり油圧配管５４とアーム本体５３の長さに若干の製作誤差があったりしても、鋼管と異なり、油圧ホースの可撓性でこれを吸収できる。

５．変形例
クラムシェル３０はバケット３２，３３がそれぞれ対応する油圧シリンダ３４，３５で開閉する構成のものを例に挙げて説明したが、この点は限定されない。例えば特開２０１３−２２１２８４号公報に詳細に記載されているような、１本の油圧シリンダで２つのバケットを駆動する構成のクラムシェルも適用可能である。但し、油圧シリンダが１本のクラムシェルは、油圧シリンダ等に不具合が生じると、油圧シリンダのみならず関連するリンク等の構成要素をまとめて交換する必要が生じてメンテナンスが大掛かりになる場合がある。その点、２本の油圧シリンダを備えたクラムシェルの場合、仮に一方の油圧シリンダに不具合が生じても他方の油圧シリンダに不具合がなければ１つの油圧シリンダのみを交換すれば良く、メンテナンス性に優れる一面もある。従って油圧配管５４の配管が容易で障害物や飛散物等との干渉抑制が期待できる延長アーム５０と併せて採用することで、不具合の発生が少なく運用の安定性が向上するメリットも期待できる。

また、クローラ式の走行体１１を下部構造体として備えた作業機械に発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、走行体がホイール式の作業機械にも発明は適用可能である。旋回体１２を支持する下部構造体として走行体１１を例示したが、地面や船体に固定されたポストを下部構造体とする定置式等の作業機械にも発明は適用可能である。

１１…走行体（下部構造体）、１２…旋回体、２１…作業腕、３０…クラムシェルバケット、５０…延長アーム、５１…上部ブラケット、５２…下部ブラケット、５３…アーム本体、５４…油圧配管（油圧ホース）、５７…油圧ポート

Claims (2)

1. 下部構造体、前記下部構造体の上部に旋回可能に設けられた旋回体、前記旋回体の前部に設けた多関節型の作業腕、前記作業腕の先端に設けた延長アーム、前記延長アームの先端に設けたクラムシェルバケットを備えた作業機械において、
   前記延長アームは、
   前記作業腕に連結される上部ブラケットと、
   前記クラムシェルバケットに連結される下部ブラケットと、
   前記上部ブラケットと前記下部ブラケットの間に介在して延びる筒状のアーム本体と、
   前記クラムシェルバケットを駆動する作動油を通す油圧配管を備え、
   前記アーム本体が、
   上端に設けられて前記上部ブラケットの下部にボルトで連結される上側フランジと、
   下端に設けられて前記下部ブラケットの上部にボルトで連結される下側フランジと、
   前記上側フランジ及び前記下側フランジの外周面にそれぞれ複数設けられた油圧ポートとを有しており、
   前記上側フランジ及び前記下側フランジにそれぞれ設けられた油圧ポートが、前記上側フランジ及び前記下側フランジの半径方向に油路を延ばして前記アーム本体の内側の空間に臨み、前記アーム本体の内外の空間を接続しており、
   前記油圧配管が、前記アーム本体の内部空間を通り、前記上側フランジに設けた前記油圧ポートと前記下側フランジに設けた前記油圧ポートとを接続していることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、前記油圧配管が油圧ホースであることを特徴とする作業機械。

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