JP6942678B2

JP6942678B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP6942678B2
Application number: JP2018178043A
Authority: JP
Inventors: 克也小松
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP2020051031A

Description

本発明は、解体作業現場等での粉塵の発生を抑えるための散水装置を備えた作業機械に関し、特に大掛かりなレイアウト変更を伴わずに油圧アタッチメントを駆動する作動油の昇温が抑えられる作業機械に係る。

解体作業に用いる作業機械は、油圧アクチュエータを搭載した破砕機のような油圧アタッチメントを作業腕に装着して作業を行うことが多い（特許文献１等参照）。

特許第５１５４３３７号公報

油圧アタッチメントを駆動する回路には、駆動速度を上げるために一般に２速合流回路が採用されている。また、解体作業では油圧アタッチメントを頻繁に動かす。そのため、油圧アタッチメントの駆動回路の作動油温度は上昇し易い傾向にある。作動油温度が過度に上昇すると、作動油配管等のシール類の劣化が早まる恐れがある。ところが、解体作業に用いられる作業機械では長尺の作業腕が用いられる場合も多い。長尺の作業腕の場合、高温の作動油が流れる範囲を小さく抑えようとして油圧アタッチメントの近く、つまり作業腕の先端付近に作動油の冷却機構を新設すると、機体のバランスに影響する恐れがある。

ここで、この種の作業機械には、解体作業に伴う粉塵の飛散を抑えるために、油圧アタッチメントの周囲に水を撒くための散水装置が作業腕に設置されることがある。この散水装置に使用される水は油圧アタッチメントの周囲に散布する以外に使用されることはなく、また粉塵の飛散抑制以外の用途に着目されることもなかった。

本発明の目的は、散水装置に用いる水を利用して大掛かりなレイアウト変更を伴うことなく油圧アタッチメントを駆動する作動油の昇温が抑えられる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、車体、前記車体に回動可能に連結した作業腕、前記作業腕の先端に装着した油圧アタッチメント、前記油圧アタッチメントに噴水口を向けた姿勢で前記作業腕に設置した散水配管、及び前記作業腕の外壁面に配管されて前記油圧アタッチメントに接続した油圧配管を備えた作業機械において、前記散水配管を流れる水を冷媒として前記油圧配管を冷却する熱交換器を前記作業腕に設置したことを特徴とする。

本発明においては、従来は単に作業機の先端に散布する以外の用途がなかった散水用水に着目し、この水を利用して油圧アタッチメントの駆動回路の作動油を冷却するシステムを構築した。本発明によれば、従来はただ散布されて消費されてきた散水用水を、油圧アタッチメントを駆動する作動油の冷却に活用できる。作動油温度の上昇が抑えられるため、油圧アタッチメントの油圧配管等のシール類の劣化も抑えられる。また、散水配管は散水装置の用途から元々油圧アタッチメントの油圧配管の近くに配管されており、熱交換器を経由するための配管レイアウトの変更も極軽微である。また追加設備である熱交換器にしても、油圧配管や散水配管の一部を置換するものに過ぎない。熱交換器を設置することで機体の重量バランスに与えられる影響は無視できるレベルである。このように、散水装置に用いる水を利用して大掛かりなレイアウト変更を伴わずに、油圧アタッチメントを駆動する作動油の昇温が抑えられる。

本発明の第１実施形態に係る作業機械の外観を表す側面図図１の作業機械の作業腕の先端（アーム）の右側面を斜め上後方から見た部分拡大図図２に示された熱交換器の断面図本発明の第２実施形態に係る作業機械に備えられた熱交換器を表す図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
−作業機械−
図１は本発明の第１実施形態に係る作業機械の外観を表す側面図である。以降において、同図中の左右に対応する方向を作業機械の前後とする。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に対して鉛直軸を中心に旋回体１２が旋回駆動される。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及び作業腕２１の先端に装着した油圧アタッチメント２２を備えている。本実施形態における作業腕２１は、少なくとも１つ（本例では１つ）のブーム２３、少なくとも１つ（本例では１つ）の中間アーム２４及びアーム２５を含む多関節型の装置である。ブーム２３は、左右に延びるピン（フートピン）を介して下端部が旋回体１２に回動可能に連結されており、ブームシリンダ２６の伸縮動作に伴って旋回体１２に対し上下に回動する。本例のブーム２３は、第１ピース２３Ａ及び第２ピース２３Ｂに分解可能な長尺のブームであり、これら第１ピース２３Ａ及び第２ピース２３Ｂが相互に連結されて一体となっている。中間アーム２４はブーム２３の先端（第２ピース２３Ｂの先端）に左右に延びるピンを介して回動可能に連結されており、中間アームシリンダ２７の伸縮動作に伴ってブーム２３に対して回動する。アーム２５は中間アーム２４の先端に左右に延びるピンを介して回動可能に連結されており、アームシリンダ２８の伸縮動作に伴って中間アーム２４に対して回動する。

油圧アタッチメント２２は油圧アクチュエータを搭載したアタッチメント（本例では破砕機）であり、ブラケット２２ａ、旋回装置２２ｂ及びアタッチメント本体２２ｃを含んで構成されている。ブラケット２２ａは、アーム２５の先端に左右に延びるピンを介して回動可能に連結されており、チルトシリンダ２９の伸縮動作に伴ってアーム２５に対して回動する（つまり油圧アタッチメント２２がアーム２５に対して回動する）。旋回装置２２ｂとアタッチメント本体２２ｃの間に介在し、ブラケット２２ａに対してアタッチメント本体２２ｃを旋回可能に連結している。アタッチメント本体２２ｃは、一対の破砕爪２２ｄとこれら破砕爪２２ｄを開閉する油圧シリンダ２２ｅとを含んで構成されている。破砕爪２２ｄの根本部には鉄骨等を切断するためのカッタ２２ｆが設けられている。ブームシリンダ２６、中間アームシリンダ２７、アームシリンダ２８、チルトシリンダ２９及び油圧シリンダ２２ｅはいずれも複動式の油圧シリンダである。

−配管要部−
図２は作業腕の先端（アーム）の右側面を斜め上後方から見た部分拡大図である。作業腕２１には、油圧アタッチメント２２の作業位置（例えば解体中の解体対象物）に散水し解体作業に伴って発生する粉塵の飛散を抑制するための散水装置が備えられている。系統の全体構成は図示していないが、散水装置の基本構成は特許５１５４３３７号公報に記載されているものと同様であり、作業腕２１の先端（アーム２５の先端）に油圧アタッチメント２２の方向に散水口を向けて設置したノズル（不図示）を備えている。このノズルを介して油圧アタッチメント２２の作業位置及びその周囲に散水することで粉塵の飛散を抑制する。

本実施形態において、アーム２５における左右方向の一方を向いた側面（本例では右側面）には、油圧配管４１，４２、散水配管４３及び熱交換器４４が配管されている。油圧配管４１，４２及び散水配管４３は適当な間隔で設置されたブラケット４５によってアーム２５の外壁面に沿って支持されており、チルトシリンダ２９の基部よりも車体１０に近い側では概ね平行にアーム２５の長手方向に延在している。

油圧配管４１の先端は、ブラケット４５から更に油圧アタッチメント２２側に延びてチルトシリンダ２９のボトムポートに接続している。油圧配管４１の基端は、車体１０に搭載した油圧ポンプ（不図示）や作動油タンク（不図示）に対してコントロールバルブ（不図示）を介して接続している。油圧ポンプから吐出された圧油がコントロールバルブ及び油圧配管４１を介してチルトシリンダ２９のボトムポートに供給されると、チルトシリンダ２９が伸長して油圧アタッチメント２２がクラウド方向に回動する。チルトシリンダ２９の伸長に伴ってチルトシリンダ２９のロッドポートから排出された作動油は、油圧配管４６（図２）及びコントロールバルブを通って作動油タンクに戻される。反対に油圧ポンプから吐出された圧油がコントロールバルブ及び油圧配管４６を介してチルトシリンダ２９のロッドポートに供給されると、チルトシリンダ２９が収縮して油圧アタッチメント２２がダンプ方向に回動する。チルトシリンダ２９の収縮に伴ってチルトシリンダ２９のボトムポートから排出された作動油は、油圧配管４１及びコントロールバルブを通って作動油タンクに戻される。

油圧配管４２の先端は、ブラケット４５から更に延びて油圧アタッチメント２２の油圧シリンダ２２ｅの一方側（例えばボトム側）のポートに接続している。油圧配管４２の基端は、油圧配管４１の基端と同様に、油圧ポンプや作動油タンクに対してコントロールバルブを介して接続している。油圧ポンプから吐出された圧油がコントロールバルブ及び油圧配管４２を介して油圧シリンダ２２ｅのボトムポートに供給されると、油圧シリンダ２２ｅが伸長して一対の破砕爪２２ｄが閉じる。油圧シリンダ２２ｅの伸長に伴って油圧シリンダ２２ｅのロッドポートから排出された作動油は、油圧シリンダ２２ｅのロッドポートに接続された他方の油圧配管（不図示）及びコントロールバルブを通って作動油タンクに戻される。反対に油圧ポンプから吐出された圧油がコントロールバルブ及び他方の油圧配管を介して油圧シリンダ２２ｅのロッドポートに供給されると、油圧シリンダ２２ｅが収縮して破砕爪２２ｄが閉じる。油圧シリンダ２２ｅの収縮に伴って油圧シリンダ２２ｅのボトムポートから排出された作動油は、油圧配管４２及びコントロールバルブを通って作動油タンクに戻される。

散水配管４３はブラケット４５から更に延び、先端にはノズル（不図示）が備わっている。ノズルは油圧アタッチメント２２又はその作業位置に噴水口を向けた姿勢で作業腕２１に設置されている。本実施形態ではアーム２５の右側に配管された散水配管４３をアーム２５の下側から左側に這い回した配管構成を図２に例示しているが、この配管レイアウトについてはノズルのレイアウト等によって適宜変更され得る。散水配管４３の基端は、給水ポンプ（不図示）に接続されている。給水ポンプは作業機械に車載することもできるが、作業機械の外部に設置したものでも良い。給水ポンプの吸い込み口は貯水タンクやプール等の水源（不図示）の水中に浸漬しており、給水ポンプから吐出された水が散水配管４３を流れてノズルから散布される。

−熱交換器−
図３は熱交換器４４の断面図である。熱交換器４４は散水配管４３を流れる水を冷媒として油圧アタッチメント２２用の油圧配管４２を冷却するものであり、本実施形態では油圧配管４２の一部（後述する内筒４４ａ）を包囲すると共に散水配管４３を流れる水を通す筒状の密閉容器で構成されている。熱交換器４４は効果上の観点では油圧アタッチメント２２に近い方が望ましいが、本実施形態では各配管のレイアウト等とのバランスを併せて考慮してアーム２５の右側面に設置した場合を例示している（図２）。

本実施形態における熱交換器４４の構成について具体的に説明すると、この熱交換器４４は、内筒４４ａ及び外筒４４ｂを有し軸方向の両側が端面で封止された二重管構造になっている。内筒４４ａは外筒４４ｂの中心からオフセットしており、両端面にはそれぞれ配管継手５２，５３が１つずつ取り付けられている。一方の配管継手５２は内筒４４ａの内部通路の一端に、他方の配管継手５２は内筒４４ａの内部通路の他端に接続している。一方の配管継手５３は外筒４４ｂの内部通路（内筒４４ａの外側）の一端に、他方の配管継手５３は外筒４４ｂの内部通路（内筒４４ａの外側）の他端に接続している。配管継手５２には油圧配管４２が接続され、配管継手５３には散水配管４３が接続される。言い換えれば、内筒４４ａは油圧配管４２の途中の一部を構成し、外筒４４ｂは散水配管４３の途中の一部を構成する。このような構成により、散水装置が動作している間、外筒４４ｂの内部（内筒４４ａの周囲）は流水で満たされ、油圧アタッチメント２２の動作に伴って油圧配管４２（内筒４４ａ）を流れる作動油が散水配管４３を流れる水で冷却されるようになっている。

なお、配管継手５２については高圧の圧油が流通するため、熱交換器４４の端面に対して溶接して高い気密性が確保してある。配管継手５３については同様に溶接しても良いが、流通するのが低圧の水であるため単に熱交換器４４の端面に対してねじ込むだけでも構わない。

−効果−
本実施形態においては、従来は単に作業機の先端に散布する以外の用途がなかった散水用水に着目し、この水を利用して油圧アタッチメント２２の駆動回路の作動油を冷却するシステムを構築した。本実施形態によれば、従来はただ散布されて消費されてきた散水用水を、油圧アタッチメント２２を駆動する作動油の冷却に活用できる。作動油温度の上昇が抑えられるため、油圧アタッチメント２２の油圧配管４２等のシール類の劣化も抑えられる。散布する水は温められるが、粉塵の飛散抑制の役割を果たす上で何等問題はない。また、散水配管４３は散水装置の用途から元々油圧アタッチメント２２の油圧配管４２の近くに配管されており、熱交換器４４を経由するための配管レイアウトの変更も極軽微である。また追加設備である熱交換器４４にしても、油圧配管４２や散水配管４３の一部を置換するものに過ぎない。熱交換器４４を設置することで機体の重量バランスに与えられる影響は、作業腕２１が長尺であることを考慮しても無視できるレベルである。このように、散水装置に用いる水を利用して大掛かりなレイアウト変更を伴わずに、油圧アタッチメント２２を駆動する作動油の昇温が抑えられる機構を構築することができる。また、油圧配管４２と散水配管４３の途中の一部を熱交換器４４で置換するだけの簡素な構成であるため、既存の機種に適用（既存機を改造）することも容易である。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係る作業機械に備えられた熱交換器を表す図である。本実施形態が第１実施形態と相違する点は熱交換器の構成のみであり、その他の点について本実施形態は第１実施形態と同様である。

本実施形態においても熱交換器４４の基本構成は第１実施形態と同じく二重管構造であるが、配管継手５３が、熱交換器４４の端面ではなく、密閉容器（外筒４４ｂ）の中心軸方向の両側において外周面に取り付けてある。本実施形態の場合、熱交換器４４を第１実施形態と同様に内筒４４ａと外筒４４ｂがオフセットした構成とすることもできるが、内筒４４ａと外筒４４ｂが同心円状の構成とすることもできる。また、第１実施形態に比べて熱交換器４４は小径のものでも良い。

本実施形態において、２つの配管継手５３は熱交換器４４の径方向の外側に突出している。熱交換器４４を作業腕２１に設置した場合、アーム２５を水平にした状態で２つの配管継手５３がいずれも熱交換器４４から下向きに突き出す構成である。本実施形態における配管継手５３は例えばエルボであり、出入口の開口方向が直交したものである。車体１０に近い側の配管継手５３における散水配管４３との接続開口は車体側を向いており、油圧アタッチメント２２に近い側の配管継手５３における散水配管４３との接続開口は油圧アタッチメント側を向いている。これら配管継手５３には第１実施形態と同様に散水配管４３が接続される。熱交換器４４（外筒４４ｂ）の流路に対して散水配管４３の流路がオフセットした形態となるが、第１実施形態と比較して散水配管４３のレイアウトの差は軽微である。

本実施形態によっても、熱交換器４４を設けたことによって第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態の場合、熱交換器４４の端面に接続されるのが油圧配管４２のみであるため、内筒４４ａと外筒４４ｂを同心円状とすることができる。この場合、外筒４４ｂにより形成される内筒４４ａを覆う水路の厚みが周方向に均一化でき、内筒４４ａを流れる作動油を周方向から均一に冷却できる。また、熱交換器４４の端面に接続するのが油圧配管４２のみであるため、端面の直径ひいては熱交換器４４の直径を第１実施形態に比べて小さくすることができる。また、配管継手５３も熱交換器４４から下向きに取り回してある。そのため、熱交換器４４のアーム２５からの突出量が抑えられ、作業中に熱交換器４４が障害物に干渉する可能性が第１実施形態に比べて減少する。このことは障害物の多い現場で稼働する解体機においては特に有意義である。

（変形例）
以上においては破砕機を油圧アタッチメント２２の一例として説明したが、廃材のスクラップ処理や運搬等に用いるチルト式のフォークグラップルを油圧アタッチメント２２として用いることもできる。油圧アクチュエータを搭載したアタッチメントであれば、その油圧アクチュエータに油圧配管４２を接続することで、油圧アクチュエータを駆動する作動油を散水用水で効果的に冷却できる。

また、前述した２つの実施形態では油圧アタッチメント２２の単一の油圧配管４２を熱交換器４４に通す構成を例示したが、油圧アタッチメント２２の他方の油圧配管（例えば図２の油圧配管４６）を冷却対象に加える構成としても良い。この場合、複数の油圧配管を共通の熱交換器４４に通す構成としても良いし、他方の油圧配管側に熱交換器４４を追加しても良い。熱交換器４４を複数設ける場合、散水装置のノズルを２つ設けて散水配管４３を分流し、分流した散水配管４３をそれぞれ異なる熱交換器４４に通すようにすることができる。また、ノズルは１つのままで散水配管４３の途中のみを分流し、分流した散水配管４３をそれぞれ異なる熱交換器４４を通した後で合流させる構成としても良い。

また、クローラ式の車体１０を備えた作業機械を例示したが、ホイール式の車体を備えた作業機械にも本発明は適用可能である。また、運転室１４や動力室１５等が旋回体１２として作業機２０と共に走行体１１に対して旋回する作業機を例示したが、運転室等が走行体に対して固定されて旋回しない構成の作業機械にも本発明は適用可能である。

１０…車体、２１…作業腕、２２…油圧アタッチメント、４２…油圧配管、４３…散水配管、４４…熱交換器、５３…配管継手

Claims

車体、前記車体に回動可能に連結した作業腕、前記作業腕の先端に装着した油圧アタッチメント、前記油圧アタッチメントに噴水口を向けた姿勢で前記作業腕に設置した散水配管、及び前記作業腕の外壁面に配管されて前記油圧アタッチメントに接続した油圧配管を備えた作業機械において、
前記散水配管を流れる水を冷媒として前記油圧配管を冷却する熱交換器を前記作業腕に設置したことを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、前記熱交換器は、前記油圧配管の一部を包囲すると共に前記散水配管を流れる水を通す筒状の密閉容器で構成されていることを特徴とする作業機械。
請求項２に記載の作業機械において、前記散水配管は、前記密閉容器の両端面に配管継手を介して接続していることを特徴とする作業機械。
請求項２に記載の作業機械において、前記散水配管は、前記密閉容器の中心軸方向の両側において外周面に配管継手を介して接続していることを特徴とする作業機械。