JP6809159B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

例えば特許文献１の図１などに、従来の建設機械が記載されている。この建設機械は、上部本体と、上部本体に取り付けられたマストと、マストから吊り下げられたウェイト（同文献における外部ウエイト）と、を備える。同文献の図３および図４などに、マストからウェイトまでの距離を変えるシリンダが記載されている。

特開２０１１−１３６７９７号公報

同文献に記載の建設機械では、シリンダを縮小させることで、ウェイトを引き上げるように構成される。そのため、シリンダを作動させるための油圧が高くなり、シリンダが大きいものとなるおそれがある。

そこで本発明は、シリンダを作動させるための油圧を抑制でき、シリンダを小さくできる、建設機械を提供することを目的とする。

本発明の建設機械は、上部本体と、ブームと、マストと、ウェイトと、ウェイト上下機構と、を備える。前記ブームは、前記上部本体に起伏自在に取り付けられる。前記マストは、前記上部本体に取り付けられ、前記ブームを後側から支持する。前記ウェイトは、前記上部本体よりも後側に配置され、前記マストから吊り下げられる。前記ウェイト上下機構は、前記マストと前記ウェイトとに接続される。前記ウェイト上下機構は、マスト側フレームと、ウェイト側フレームと、シリンダと、を備える。前記マスト側フレームは、前記マストに接続される。前記ウェイト側フレームは、前記マスト側フレームに対して上下方向に移動自在であり、前記ウェイトに接続される。前記シリンダは、上下方向に伸縮可能であり、片ロッドかつ油圧式である。前記シリンダは、シリンダ下側部材と、シリンダ上側部材と、を備える。前記シリンダ下側部材は、前記シリンダの下側部分を構成し、前記マスト側フレームに接続される。前記シリンダ上側部材は、前記シリンダの上側部分を構成し、前記ウェイト側フレームに接続される。

上記構成により、シリンダを作動させるための油圧を抑制でき、シリンダを小さくできる。

建設機械１を横から見た図である。 図１に示すウェイト上下機構３０を示す図である。 図２に示すシリンダ５０を示す断面図である。 図２に示すシリンダ５０が伸長した状態を示す図２相当図である。 変形例の建設機械２０１を示す図１相当図である。

図１〜図４を参照して、図１に示す建設機械１について説明する。

建設機械１は、建設作業などの作業を行う機械であり、クレーンである。例えば、建設機械１は、移動式クレーンであり、クローラクレーンであり、ラチスブームクローラクレーンである。建設機械１は、下部走行体１１と、上部本体１３と、ブーム１５と、マスト１７と、ウェイト２１と、懸架部材２３と、ウェイト上下機構３０と、を備える。下部走行体１１は、建設機械１を走行させる部分であり、クローラを有する。

上部本体１３（上部旋回体）は、下部走行体１１に対して旋回自在であり、下部走行体１１に旋回装置を介して取り付けられる。上部本体１３は、本体フレーム１３ａ（旋回フレーム）と、運転室１３ｂと、本体ウェイト１３ｃと、を備える。本体フレーム１３ａの長手方向を前後方向Ｘとする。前後方向Ｘにおいて、本体ウェイト１３ｃから運転室１３ｂに向かう側を前側Ｘ１とし、その逆側を後側Ｘ２とする。前後方向Ｘに直交する水平方向を横方向Ｙとする。前後方向Ｘおよび横方向Ｙに直交する方向を上下方向Ｚとする。上下方向Ｚにおいて、下部走行体１１から上部本体１３に向かう側を上側Ｚ１とし、その逆側を下側Ｚ２とする。

本体ウェイト１３ｃは、建設機械１の前後方向Ｘのバランスをとり、建設機械１の吊り上げ能力を向上させる、おもりである。本体ウェイト１３ｃは、本体フレーム１３ａの後側Ｘ２端部に取り付けられ、本体フレーム１３ａに固定される。「端部」は、端およびその近傍の部分である（以下同様）。

ブーム１５は、吊上ロープ（図示なし）を介して吊荷（図示なし）を吊り上げる構造物である。ブーム１５は、上部本体１３に起伏自在に取り付けられる。ブーム１５は、例えばラチス構造を有するラチスブームである。

マスト１７は、ガイラインＬを介してブーム１５を後側Ｘ２から支持する構造物である。マスト１７は、上部本体１３に起伏自在に取り付けられる。ガイラインＬは、マスト１７の先端部とブーム１５の先端部とに接続される。先端部とは、先端およびその近傍の部分である（以下同様）。

ウェイト２１は、建設機械１の前後方向Ｘのバランスをとり、建設機械１の吊り上げ能力を向上させる、おもりである。ウェイト２１は、上部本体１３よりも後側Ｘ２に配置され、本体ウェイト１３ｃよりも後側Ｘ２に配置される。ウェイト２１は、マスト１７の先端部から懸架部材２３を介して吊り下げられる。ウェイト２１は、車輪（タイヤ）および駆動装置（動力）を備えない、パレットウェイトである。ウェイト２１は、車輪を有するカウンタウェイト台車でもよい。このカウンタウェイト台車は、駆動装置を備えてもよい。パレットウェイトの構造は、カウンタウェイト台車の構造よりも、簡素である。ウェイト２１は、ウェイト２１の構成要素（ウェイト構成要素）が複数段積み上げられたものである。図２に示すように、ウェイト２１は、ベースウェイト２１ａと、積み上げウェイト２１ｂと、を備える。ベースウェイト２１ａは、複数段のウェイト構成要素のうち、最も下側Ｚ２の段のウェイト構成要素である。積み上げウェイト２１ｂは、複数段のウェイト構成要素のうち、ベースウェイト２１ａよりも上側Ｚ１に配置され、ベースウェイト２１ａ上に積み上げられるウェイト構成要素である。図１、図２、および図４では、積み上げウェイト２１ｂを二点鎖線で示す。

懸架部材２３は、図１に示すように、マスト１７とウェイト２１とにつながれる部材（リンク）である。懸架部材２３は、マスト１７の先端部から吊り下げられる。懸架部材２３は、マスト１７の先端部に直接取り付けられ、マスト１７の先端部に間接的に取り付けられてもよい（下記の変形例を参照）。懸架部材２３は、直線状に延びる。懸架部材２３の長さは一定であり、例えばウインチなどによる巻き取りおよび操り出しがなされない。

ウェイト上下機構３０は、マスト１７からウェイト２１までの距離を変える機構（装置）である。ウェイト上下機構３０は、マスト１７とウェイト２１とに接続され、マスト１７とウェイト２１とに直接的または間接的に接続される。図２に示すように、ウェイト上下機構３０は、フレーム４０と、シリンダ５０と、を備える。

フレーム４０は、シリンダ５０が取り付けられる構造物であり、シリンダ５０を支持する（ウェイト引き上げシリンダ取付機構、シリンダ支持機構）。フレーム４０は、マスト側フレーム４１と、ウェイト側フレーム４３と、を備える。

マスト側フレーム４１は、マスト１７（図１参照、マスト１７について以下同様）に接続される。マスト側フレーム４１は、懸架部材２３を介してマスト１７に接続され、マスト１７に直接には接続されない。マスト側フレーム４１の形状は、例えばシリンダ５０を囲む形状（枠状など）である。マスト側フレーム４１は、懸架部材接続部４１ａと、シリンダ下側部材接続部４１ｂと、マスト側フレーム中間部４１ｃと、を備える。懸架部材接続部４１ａは、懸架部材２３が接続される部分であり、懸架部材２３を介してマスト１７が接続される部分（マスト接続部）である。懸架部材接続部４１ａは、マスト側フレーム４１の、例えば上側Ｚ１端部に設けられる。シリンダ下側部材接続部４１ｂは、チューブ５１（シリンダ下側部材）が接続される部分である。シリンダ下側部材接続部４１ｂは、マスト側フレーム４１の、例えば下側Ｚ２端部に設けられる。マスト側フレーム中間部４１ｃは、懸架部材接続部４１ａとシリンダ下側部材接続部４１ｂとを連結する部分である。

ウェイト側フレーム４３は、ウェイト２１に接続され、ウェイト２１に直接接続され、ウェイト２１に固定される。ウェイト側フレーム４３は、ベースウェイト２１ａに接続され、ベースウェイト２１ａに直接接続され、ベースウェイト２１ａに固定される。ウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に取り付けられる。ウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に対して上下方向Ｚに移動自在である。マスト側フレーム４１に対してウェイト側フレーム４３が上下方向Ｚに移動自在である範囲（所定範囲）は、例えば、シリンダ５０が最も縮小した状態から最も伸長した状態（図４参照）になることが可能となるように設定される。例えば、ウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に対して、前後方向Ｘの移動が規制され、横方向Ｙの移動が規制される。

このウェイト側フレーム４３の形状は、例えばシリンダ５０を囲む形状（枠状など）である。ウェイト側フレーム４３は、ウェイト接続部４３ａと、シリンダ上側部材接続部４３ｂと、ウェイト側フレーム中間部４３ｃと、を備える。ウェイト接続部４３ａは、ウェイト２１が接続される部分である。ウェイト接続部４３ａは、ウェイト側フレーム４３の、下側Ｚ２端部に設けられる。シリンダ上側部材接続部４３ｂは、ロッド５３（シリンダ上側部材）が接続される部分である。シリンダ上側部材接続部４３ｂは、ウェイト側フレーム４３の、例えば上側Ｚ１端部に設けられる。シリンダ上側部材接続部４３ｂは、シリンダ下側部材接続部４１ｂよりも上側Ｚ１に配置される。ウェイト側フレーム中間部４３ｃは、ウェイト接続部４３ａとシリンダ上側部材接続部４３ｂとを連結する部分である。

シリンダ５０は、マスト側フレーム４１に対してウェイト側フレーム４３を上下方向Ｚに移動させる。シリンダ５０は、上下方向Ｚに伸縮可能である。シリンダ５０の軸方向は、上下方向Ｚであり、上下方向Ｚに対して傾いてもよい。シリンダ５０は、シリンダ５０の軸方向における一方側（図２では上側Ｚ１）にのみロッド５３が設けられる、片ロッドである。シリンダ５０は、油圧により作動する、油圧式である。図３に示すように、シリンダ５０は、チューブ５１と、ロッド５３と、ピストン５５と、を備える。

チューブ５１（シリンダ下側部材）は、筒状の部材である。チューブ５１は、シリンダ５０の下側Ｚ２部分を構成する。図２に示すように、チューブ５１の例えば下側Ｚ２端部は、マスト側フレーム４１に接続され、シリンダ下側部材接続部４１ｂに接続される。チューブ５１は、マスト側フレーム４１に対して上下方向Ｚに移動しない。チューブ５１には、油圧配管６０（図１参照）が接続される。図３に示すように、チューブ５１は、筒状のチューブ本体５１ａと、ボトム側油室５１ｂと、ロッド側油室５１ｃと、ボトム側ポート５１ｄと、ロッド側ポート５１ｅと、を備える。ロッド側油室５１ｃおよびボトム側油室５１ｂは、チューブ本体５１ａの内部に形成される。ロッド側油室５１ｃは、チューブ本体５１ａの内部のうち、チューブ５１に対してロッド５３が突出する側（図３では上側Ｚ１）の部分に形成される。ボトム側油室５１ｂは、チューブ本体５１ａの内部のうち、チューブ５１に対してロッド５３が突出する側とは反対側（図３では下側Ｚ２）の部分に形成される。ボトム側ポート５１ｄおよびロッド側ポート５１ｅは、チューブ本体５１ａに形成され、油圧配管６０（図１参照）が接続される部分（ポート）である。ボトム側ポート５１ｄは、ボトム側油室５１ｂに対して油を供給および排出するためのポートである。ロッド側ポート５１ｅは、ロッド側油室５１ｃに対して油を供給および排出するためのポートである。

ロッド５３（シリンダ上側部材）は、棒状の部材である。ロッド５３は、チューブ５１に対して、上下方向Ｚ（シリンダ５０の軸方向）に進退する。ロッド５３は、シリンダ５０の上側Ｚ１部分を構成する。図２に示すように、ロッド５３の例えば上側Ｚ１端部は、ウェイト側フレーム４３に接続され、シリンダ上側部材接続部４３ｂに接続される。ロッド５３は、ウェイト側フレーム４３に対して上下方向Ｚに移動しない。

ピストン５５は、図３に示すように、ロッド５３に固定され、チューブ本体５１ａの内部の空間を、ロッド側油室５１ｃとボトム側油室５１ｂとに仕切る。ピストン５５は、ボトム側受圧部５５ｂと、ロッド側受圧部５５ｃと、を備える。ボトム側受圧部５５ｂは、ボトム側油室５１ｂ内の油圧を受ける。ロッド側受圧部５５ｃは、ロッド側油室５１ｃ内の油圧を受ける。ボトム側受圧部５５ｂの受圧面積は、ロッド側受圧部５５ｃの受圧面積よりも大きい。ボトム側受圧部５５ｂの受圧面積は、ロッド側受圧部５５ｃの受圧面積よりも、ロッド５３の軸方向から見たときのロッド５３の断面積の分だけ大きい。

油圧配管６０は、図１に示すように、シリンダ５０に対して油を供給および排出するための配管である。油圧配管６０は、油圧ポンプなどの油圧源に接続される。油圧源は、上部本体１３に設けられる（搭載される）。油圧配管６０は、ホース、チューブ、またはこれらを組み合わせたものである。なお、図１では、油圧配管６０の位置を一点鎖線で示す（図５も同様）。

（作動）
建設機械１は、次のように作動する。ブーム１５が吊荷を吊り上げると、ウェイト２１が地面Ｇから浮く。このとき、下部走行体１１を略中心として建設機械１が前側Ｘ１に回転しようとするモーメントと、下部走行体１１を略中心として建設機械１が後側Ｘ２に回転しようとするモーメントと、が吊り合う。地面Ｇからのウェイト２１の浮き量（高さ）は、吊荷および建設機械１の重心位置によって決まる。

（シリンダ５０の伸縮）
例えば、図４に示すように、地面Ｇから浮いたウェイト２１が障害物Ｇａを避けるために、または、図１に示すガイラインＬの張り（張力）を調整するなどのために、図３に示すシリンダ５０が伸縮される。

シリンダ５０が伸長するときの、建設機械１（図１参照、建設機械１について以下同様）の作動は次の通りである。油圧配管６０（図１参照）からボトム側ポート５１ｄを介してボトム側油室５１ｂに油が供給され、ロッド側油室５１ｃからロッド側ポート５１ｅを介して油圧配管６０に油が排出される。すると、シリンダ５０は、上下方向Ｚに伸長する。すると、図２に示すウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に対して上側Ｚ１に移動する。その結果、図４に示すように、ウェイト２１は、マスト１７（図１参照）に対して上側Ｚ１に移動する（上昇する、引き上げられる）。その結果、例えば、地面Ｇに接していたウェイト２１が、地面Ｇから浮き上がる。

図３に示すシリンダ５０が縮小するときの、建設機械１の作動は次の通りである。油圧配管６０（図１参照）からロッド側ポート５１ｅを介してロッド側油室５１ｃに油が供給され、ボトム側油室５１ｂからボトム側ポート５１ｄを介して油圧配管６０に油が排出される。すると、シリンダ５０は、上下方向Ｚに縮小する。すると、図２に示すように、ウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に対して下側Ｚ２に移動する。その結果、ウェイト２１は、マスト１７（図１参照）に対して下側Ｚ２に移動する（下降する）。その結果、例えば、地面Ｇから浮き上がっていたウェイト２１が、地面Ｇに接する（着地する）。

（シリンダ５０の推力の比較）
図３に示すシリンダ５０が伸長するときのシリンダ５０の推力を、伸び側推力Ｆ１とする。シリンダ５０が縮小するときのシリンダ５０の推力を、縮み側推力Ｆ２とする。伸び側推力Ｆ１および縮み側推力Ｆ２は、次の式で表される。
Ｆ１［Ｎ］＝Ｄ²×Ｐ×π／４
Ｆ２［Ｎ］＝（Ｄ²−ｄ²）×Ｐ×π／４
Ｄ：チューブ５１の軸方向から見たチューブ５１の内径
ｄ：ロッド５３の軸方向から見たロッド５３の直径
Ｐ：油圧
π：円周率

上記のように、油圧Ｐが同じなら、Ｆ１＞Ｆ２となる。具体的には、油圧Ｐが同じなら、縮み側推力Ｆ２は、伸び側推力Ｆ１に比べ、ｄ²×Ｐ×π／４だけ低い。

（第１の発明の効果）
図１に示す建設機械１による効果は次の通りである。建設機械１は、上部本体１３と、ブーム１５と、マスト１７と、ウェイト２１と、ウェイト上下機構３０と、を備える。ブーム１５は、上部本体１３に起伏自在に取り付けられる。マスト１７は、上部本体１３に取り付けられ、ブーム１５を後側Ｘ２から支持する。ウェイト２１は、上部本体１３よりも後側Ｘ２に配置され、マスト１７から吊り下げられる。ウェイト上下機構３０は、マスト１７とウェイト２１とに接続される。

［構成１］ウェイト上下機構３０は、マスト側フレーム４１と、ウェイト側フレーム４３と、シリンダ５０と、を備える。マスト側フレーム４１は、マスト１７に接続される。ウェイト側フレーム４３は、マスト側フレーム４１に対して上下方向Ｚに移動自在であり、ウェイト２１に接続される。シリンダ５０は、上下方向Ｚに伸縮可能であり、片ロッドかつ油圧式である。図２に示すように、シリンダ５０は、チューブ５１と、ロッド５３と、を備える。チューブ５１は、シリンダ５０の下側Ｚ２部分を構成し、マスト側フレーム４１に接続される。ロッド５３は、シリンダ５０の上側Ｚ１部分を構成し、ウェイト側フレーム４３に接続される。

建設機械１は、上記［構成１］を備える。よって、シリンダ５０が上下方向Ｚに伸長すると、ウェイト側フレーム４３が、マスト側フレーム４１に対して上側Ｚ１に移動する。よって、図１に示すウェイト２１が、マスト１７に対して上側Ｚ１に移動する（引き上がる）。ここで、シリンダ５０は片ロッドであるため、シリンダ５０を縮める場合よりも、シリンダ５０を伸ばす場合の方が、シリンダ５０を作動させるための油圧を低くできる。上記［構成１］では、シリンダ５０を伸長させることでマスト１７に対してウェイト２１を引き上げることができる。よって、シリンダ５０を縮小させることでマスト１７に対してウェイト２１を引き上げる場合に比べ、低い油圧でウェイト２１を引き上げることができる。よって、シリンダ５０を作動させるための油圧を抑制でき、シリンダ５０を小さくできる。

シリンダ５０を小さくできる結果、シリンダ５０を配置するためのスペースを抑制でき、フレーム４０を小さくできる。フレーム４０を小さくできるので、例えば、従来の建設機械に対してフレーム４０を容易に追加（後付け）できる。シリンダ５０を小さくできる結果、シリンダ５０を作動させるための油量を抑制できる。シリンダ５０を作動させるための油圧を抑制できる結果、油圧源の吐出圧力を小さくできる。シリンダ５０を作動させるための油圧および油量を抑制できる結果、油圧源を小さくできる。

（第２の発明の効果）
建設機械１は、マスト１７から吊り下げられる懸架部材２３を備える。マスト側フレーム４１は、懸架部材２３を介してマスト１７に接続される。
［構成２］ウェイト側フレーム４３は、ウェイト２１に直接接続される。

上記［構成２］により、ウェイト側フレーム４３が懸架部材２３を介してウェイト２１に固定される場合（「場合α」とする）に比べ、シリンダ５０を下側Ｚ２に（低い位置に）配置できる。よって、シリンダ５０のメンテナンスを容易に行える。また、上記の場合αに比べ、シリンダ５０に接続される油圧配管６０を低く、短くできる。よって、油圧源からシリンダ５０に油圧を伝えるためのエネルギーを抑制できる。また、油圧配管６０を低く、短くできるので、油圧配管６０の組立や配策を容易に行える。

（第３の発明の効果）
［構成３］図２に示すように、シリンダ下側部材（シリンダ５０の下側Ｚ２部分を構成するもの）は、油圧配管６０（図１参照）が接続されるチューブ５１である。シリンダ上側部材（シリンダ５０の上側Ｚ１部分を構成するもの）は、チューブ５１に対して上下方向Ｚに進退するロッド５３である。

上記［構成３］により、シリンダ下側部材がロッド５３かつシリンダ上側部材がチューブ５１である場合に比べ、図１に示す油圧配管６０を、低く、短くできる。

（変形例）
図５を参照して、変形例の建設機械２０１について、上記実施形態との相違点を説明する。相違点は、ウェイト上下機構２３０の配置である。

ウェイト上下機構２３０は、マスト側フレーム２４１と、ウェイト側フレーム２４３と、連結部材２４５と、を備える。図１に示すように、第１実施形態では、ウェイト上下機構３０のウェイト側フレーム４３は、ウェイト２１に直接接続された。一方、図５に示すように、第２実施形態では、ウェイト上下機構２３０は、マスト１７の先端部の近傍に配置される。マスト側フレーム２４１は、マスト１７の先端部の近傍に配置され、マスト１７に接続され、連結部材２４５を介してマスト１７から吊り下げられる。ウェイト側フレーム２４３は、懸架部材２３を介してウェイト２１に接続される。連結部材２４５は、懸架部材２３よりも短い。連結部材２４５は設けられなくてもよい。

（その他の変形例）
上記実施形態および変形例は様々に変形可能である。例えば、構成要素の一部が設けられなくてもよく、構成要素の数が変更されてもよい。明示していない限り、固定や接続は、直接的でも間接的でもよい。シリンダ５０は、図２に示す配置に対して上下逆でもよい。シリンダ５０の上側Ｚ１部分を構成するシリンダ上側部材がチューブ５１、シリンダ５０の下側Ｚ２部分を構成するシリンダ下側部材がロッド５３でもよい。

１、２０１ 建設機械
１３ 上部本体
１５ ブーム
１７ マスト
２１ ウェイト
２３ 懸架部材
３０、２３０ ウェイト上下機構
４１、２４１ マスト側フレーム
４３、２４３ ウェイト側フレーム
５０ シリンダ
５１ チューブ（シリンダ下側部材）
５３ ロッド（シリンダ上側部材）
６０ 油圧配管
２４５ 連結部材

Claims (5)

1. 上部本体と、
   前記上部本体に起伏自在に取り付けられるブームと、
   前記上部本体に取り付けられ、前記ブームを後側から支持するマストと、
   前記上部本体よりも後側に配置され、前記マストから吊り下げられるウェイトと、
   前記マストと前記ウェイトとに接続されるウェイト上下機構と、
   を備え、
   前記ウェイト上下機構は、
   前記マストから吊り下げられるマスト側フレームと、
   前記マスト側フレームに対して上下方向に平行移動自在であり、前記ウェイトに接続されるウェイト側フレームと、
   上下方向に伸縮可能であり、片ロッドかつ油圧式のシリンダと、
   を備え、
   前記シリンダは、
   前記シリンダの下側部分を構成し、前記マスト側フレームに接続されるシリンダ下側部材と、
   前記シリンダの上側部分を構成し、前記ウェイト側フレームに接続されるシリンダ上側部材と、
   を備える、建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械であって、
   前記マスト側フレームは、前記シリンダを囲む形状を有し、
   前記ウェイト側フレームは、前記シリンダを囲む形状を有する、
   建設機械。
3. 請求項１または２に記載の建設機械であって、
   前記ウェイト側フレームは、前記マスト側フレームに対する前後方向および横方向のそれぞれの方向への移動が規制される、
   建設機械。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械であって、
   前記マストから吊り下げられる懸架部材を備え、
   前記マスト側フレームは、前記懸架部材を介して前記マストに接続され、
   前記ウェイト側フレームは、前記ウェイトに直接接続される、
   建設機械。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械であって、
   前記シリンダ下側部材は、油圧配管が接続されるチューブであり、
   前記シリンダ上側部材は、前記チューブに対して上下方向に進退するロッドである、
   建設機械。

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