JP7041089B2 - 削土運搬用装軌車両 - Google Patents

Description

本発明は、左右の走行クローラの中央部に土を削り取って収納するボウルを備えた自走式の削土運搬用装軌車両に関するものである。

自走しながら土砂を削り取って運搬するスクレープドーザと称される自走式の土木施工用車両が知られている。
この車両は、短期間の工事に使用されることが多く、車両を分解せずにトレーラ輸送ができるように、車両の高さ、幅寸法、重量が一定の値以下に作られている。
発明者等は、先に、ユーザーの種々の要望に応えて、例えば、スムーズに曲線走行をできるようにしたものや、ボウル容量の大きいものや、湿地帯で作業できるものなど種々開発（例えば、特許文献１、２、３）している。

削土運搬用装軌車両は、特許文献に示すように、運転室と土砂を収納するボウルと、エンジン、トルクコンバータや変速機などを搭載した基体が、左右の走行クローラに固設した中空軸に回動可能に取付けられている。

ボウルの底部中央にはボウルカッタが固設されており、ボウルの後方には油圧で作動するエジェクタが設けられている。この車両は、ボウルをシリンダで下降させて前進させることにより、ボウルカッターで土を削り取ってボウルに収納し、ボウルをシリンダで上昇させて目的地へ走行する。また、排土はエジェクタをシリンダで前方へ押し出すことによっている。

車両を走行させる動力は、エンジンからトルクコンバータ、変速機を介して操向装置へ伝達され、ここで、伝達動力を左右に分割して、それぞれ中空軸内の伝達軸を介して駆動輪に固設された遊星歯車機構へ伝達されている。

特許文献１の削土運搬用装軌車両は、変速機の出力軸に連結する入力軸と、左右の駆動輪へそれぞれ伝達するための出力軸を備え、該出力軸の一方を油圧モータで変速することによって旋回走行させるようにしたものである。この発明では、傘歯車を組み合わせた差動機構を採らず、操向装置内の中空軸に３個の遊星歯車機構を備えるとともに入力軸を該中空軸に挿通し、該入力軸から各遊星歯車機構および油圧モータへ動力を伝達している。

また、特許文献２の削土運搬用装軌車両は、ボウルの容積を大きくするため、従来より車両の長さを長くし、また、土砂を山盛りに積載できるように運転室を後方に配置している。

また、特許文献３の削土運搬用装軌車両は、軟弱地盤においても効率よく作業できるようにしたもので、駆動輪とアイドラの芯間距離Ｌを約３８００ｍｍとし、駆動輪に遊星歯車機構を備え、駆動輪の前方上方に、基体を支持する中空軸を固設している。そして、中空軸に操向装置からの動力を伝達する伝達軸を内挿し、伝達軸から遊星歯車機構へ歯車で動力を伝達するように構成している。

特開２０００－２４７２５４号公報 特開２００２－２９４７４１号公報 特開２０１２－１０６６９５号公報

特許文献１ないし３の削土運搬用装軌車両は、曲線路の多い作業場や、湿地帯などで有効に作業するように、それぞれ、工夫されており、その時の作業現場に応じて最適なものが使われるようにしている。
しかしながら、従来の削土運搬用装軌車両は総じて、動力の伝達効率が悪いことが指摘されている。特に、エンジンから中空軸内の伝達軸までの動力伝達に、クラッチや変速機のほか、多数の歯車を経由していることと、エンジン回転数が低速での作業が多いことが原因に挙げられる。
また、走行速度を変える場合は、クラッチと変速機のシフト切り替え操作によっているので、走行が滑らかでなく、特に、上り路で土砂の運搬を行う作業では変速とともにエンジン回転数を上げる必要があり、作業現場における騒音が問題となっている。

そこで、本発明は、エンジンから中空軸内の伝達軸までの歯車などの伝達要素をできるだけ簡素化してエンジン出力が効率よく伝達され、しかも、騒音の少ない削土運搬用装軌車両を提供することを目的としている。

本発明の削土運搬用装軌車両は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。
すなわち、走行および作業用の動力源を搭載した基体に、削り取った土砂を収納するボウルと運転室を一体に設け、走行クローラに固設した中空軸に該基体を回動可能に支持するとともに、該基体と該走行クローラとをボウルシリンダで連結した削土運搬用装軌車両において、該動力源は、運転室後部の基体に設けた架台にエンジンと、発電機と、油圧ポンプとを載置し、該中空軸は左右の走行クローラの駆動輪の前方上方にそれぞれ基体中央に向かって固設され、該駆動輪を駆動する動力系統は、電動モータ、遊星減速機構、ブレーキ装置および操向用の油圧モータからなるドライブユニットを、該架台の直下で、その出力軸の軸心を該中空軸の軸心と一致させて配置するとともに、その両端部を、前記中空軸を内挿支持する基体に固設された支持部材に、下方へ脱着可能に取り付け、該中空軸の中心にドライブユニットからの動力を伝達する伝達軸を内挿し、該伝達軸に設けたピニオンから駆動歯車および遊星歯車機構を介して該駆動輪に動力を伝達するように構成したことを特徴としている。

本発明は、走行用の動力として、エンジン出力軸に発電機を設けて、電気エネルギに変換し、インバータを介して電動モータを作動させている。ボウルやエジェクタを作動させる油圧シリンダ、および、操向のため左右の伝達軸の回転数を変える油圧モータを作動させる油圧ポンプの動力は、エンジンパワーテイクオフから得ている。
ドライブユニットは、電動モータと、この出力を左右の出力軸へ伝達する複数の歯車と、左右の出力軸の回転数を変えるための油圧モータを一体に組み込んだもので、出力軸を左右中心部に設けて該中空軸の軸心と一致させて配置している。

基体には、運転室とボウルが固設され、これに、動力源たるエンジン、発電機、油圧ポンプと、燃料タンク、油タンク、油圧シリンダ、各種バルブ、操作盤などが搭載される。

ところで、電動モータを一体にしたドライブユニットは、出力軸の長手方向の長さがかなり大きくなり、出力軸を中空軸の軸心と一致させて配置するには、中空軸の長さを短くしなければならない。このため中空軸にかかる走行クローラからの荷重が従来に比べ極めて大きくなる。すなわち、この削土運搬用装軌車両は、走行クローラと基体との連結は中空軸のみで、走行クローラの前部側は、基体やボウルとは連結されていないので、不整地での走行における種々の荷重が中空軸および基体にかかることになる。
また、ドライブユニットの大きさおよび重量も大きくなるので、設置スペースを確保することが困難で、しかも、基体にドライブユニットを載置する台を設けることは、不整地走行での接地が免れず、採ることができない。

そこで、走行および作業用の動力源を、ドライブユニットの直上で運転室後部の基体に設けた架台に載置し、ドライブユニットはその両端部を、前記中空軸を内挿支持する基体に固設された支持部材に、下方へ脱着可能に取り付けている。
また、中空軸が短くなることによって増大する荷重に対しては、請求項２に記載のよう
に、中空軸の両端側にメカニカルシールを設けるとともに、中央部に油溜まりを形成し、
中空軸の軸受周囲を密封し潤滑オイルを充填するのが望ましい。

上記のように、本発明の削土運搬用装軌車両は、走行用の動力として、エンジン出力軸に発電機を設けて、電気エネルギに変換し、インバータを介して電動モータを作動させるようにしたので、トルクコンバータ、変速機、複数の伝導歯車がなくなり、エンジンから駆動輪を駆動する動力伝達が簡素なものとなり、伝達効率がよくなり燃費が軽減される。また、エンジン回転数は最も効率のよい値で一定にでき、直接エンジンに掘削時や走行時の負荷がかからないので、耐久性がよく、騒音も小さなものとなった。

また、走行および作業用の動力源は、運転室後部の基体に設けた架台に載置し、該ドライブユニットは、該架台の直下に位置させて下方へ脱着可能に基体に取り付けたので、ドライブユニットの基体への取り付けが容易となり、保守点検作業が容易となった。
また、請求項２に記載のように、基体は、該中空軸に軸受を介して揺動可能に設け、中
空軸の両端側にメカニカルシールを設けるとともに、中央部に油溜まりを形成し、中空軸
の軸受周囲を密封し潤滑オイルを充填した構造とすれば、軸受部の耐久性がよく、メンテ
ナンスフリーの状況にできる。

本発明の削土運搬用装軌車両の実施の形態としての全体を示す側面図である。 同 後方から見た全体図である。 同 ドライブユニットから駆動輪までの動力伝達部を示す正面断面図である。 同 走行動力の伝達系統を示すスケルトン図である。 同 ドライブユニットの構造を示すスケルトン図である。 同 中空軸の拡大図である。 同 図６のＡ－Ａ視図である。

以下本発明の削土運搬用装軌車両の実施の形態を図１ないし図７に基づいて説明する。この削土運搬用装軌車両は、図１および図２に示すように、左右の走行クローラ２０間に基体１０が回動可能に取付けられている。
基体１０には、土を削り取って収納するボウル１１と運転室１５が固設され、走行および作業のための、エンジン１、ラジエータ２、発電機３、油圧ポンプ４、油タンク５、燃料タンク６などが搭載されている。８は、これらを搭載するための架台である。
なお、エンジン、発電機、電動モータなどの電気制御装置や、油圧作動のためのバルブ類は運転室１５内に設けられている。また、運転室１５は、車両の進行方向に対して横向きに置かれている。

ボウル１１は左右２枚の側板１１ａと、底部にボウルカッター１１ｃを取付けた底板とからなり、走行クローラ４０とボウルシリンダ１１Ａで連結されている。
そして、後部にはエジェクタ１２、前部にはエプロン１３が設けられており、それぞれ、これを作動させるためのエジェクタシリンダ１２Ａ、エプロンシリンダ１３Ａが連結されている。

車両を走行する動力は、図４に示すように、エンジン１で発電機３を駆動し、ドライブユニット２０に搭載の電動モータ２１を作動させ、減速して伝達軸３１ａ、３１ｂを経由して、走行クローラ４０内の歯車機構を介して駆動輪３６へ伝達している。
この伝達経路は、左右同じであるので、左側で説明すると、ドライブユニット２０から伝達された動力は、伝達軸３１ａを介してピニオン３２を駆動し、駆動輪軸３４に固設された駆動ギヤ３３に伝達され、駆動輪３６内に設けられた第４遊星歯車機構３５を駆動する。動力は遊星歯車３５のキャリアを介して駆動輪３６へ伝達されている。

ドライブユニット２０は、図５に示すように、中央部に２個の電動モータ２１が平行に設けられ、この出力は、モータ出力ギヤ２１ａから、中心部に３個の遊星歯車機構２５～２７のサンギヤ２５ａ～２７ａを固設したセンター軸２４を介して、遊星歯車機構２５～２７で減速して伝達軸３１ａ、３１ｂへ出力している。
また、ドライブユニット２０には、伝達軸３１ａと伝達軸３１ｂの回転数を変えるための油圧モータ２８が、設けられている。

ドライブユニット２０の作動は、直進走行の場合は、油圧モータ２８を停止状態とし、電動モータ２１の回転数の制御を行うだけである。電動モータ２１の出力は、モータ出力ギヤ２１ａからアイドラギヤ２２を介してキャリア２３に伝達され第１遊星歯車機構２５のサンギヤ２５ａとリングギヤ２５ｃへ分割されて伝達される。
リングギヤ２５ｃへの動力は、キャリア２６ｄを介して伝達軸３１ａに送られ、サンギヤ２５ａへの動力は、センター軸２４を経由して、電動モータ２１の右側の第３遊星歯車機構２７のサンギヤ２７ａから遊星ギヤ２７ｂを介してリングギヤ２７ｃとキャリア２７ｄに伝達され、伝達軸３１ｂに送られる。伝達軸３１ａと伝達軸３１ｂへ伝達される動力および回転方向は同じである。

次に、左または右へ旋回走行する場合について説明する。この場合は、油圧モータ２８を作動させ、電動モータ２１の動力に付加することによって、伝達軸３１ａと伝達軸３１ｂの回転数に差ができるようにしている。
すなわち、油圧モータ２８の動力は、油圧モータ出力ギヤ２８ａからアイドラ２８ｂを介してリングギヤ２６ｃに送られる。そして、第２遊星歯車機構２６の遊星ギヤ２６ｂを介してサンギヤ２６ａに伝達し、電動モータ２１から第１遊星歯車機構２５のサンギヤ２５ａから伝達されたセンター軸２４への動力に加えられる。
この合成された動力は、センター軸２４を介して第３遊星歯車機構２７のサンギヤ２７ａに伝達され、遊星ギヤ２７ｂ、キャリア２７ｄ、リングギヤ２７ｃを経由して増幅し、伝達軸３１ｂへ伝達される。なお、旋回方向を変える場合は油圧モータ２８を逆回転させる。

走行クローラ４０は、走行フレーム４１の前端部にアイドラ４３が、後端部に駆動輪３６が設けられ、この間に履帯４２が巻回されている。
走行フレーム４１の駆動輪３６の中心から前方上方の所定の位置には水平方向へ中空軸５０の一端がボルト４４で固設され（図６参照）ており、基体１０に固設されている円形穴を有する支持部材５６に軸受５２、５３を介して嵌挿されている。なお、中空軸５０の端部にはインローと称される嵌合部５０ａが設けられている。
そして、軸受５２、５３の両側をメカニカルシール５４，５５で密封し、その間に油溜まり５７を形成している。図６において、５７ａは給油口で、５７ｂはドレンである。

中空軸５０の中心部には伝達軸３１ａが挿通されており、この一端が、ドライブユニット２０の第２遊星歯車機構２６のキャリア２６ｄと連結され、他端は走行クローラ４０内に設けられたピニオン３２にその芯が合うように取り付けられている。
すなわち、ドライブユニット２０のセンター軸２４と同芯上の両端には出力フランジ２０ａが突設されており、基体１０に固設されている支持部材５６にフランジ５１で取り付けられている。

フランジ５１は、図７に示すように、一端側は、支持部材５６にいわゆるインローと称される嵌合部５１ｄで嵌合し、ボルト５１ｅで取り付けられ、対向する側は該出力フランジ２０ａの外周面を上下から挟着する二つ割りの取付部材５１ａ、５１ｂが設けられている。
下側の取付部材５１ｂはフランジ５１と一体であり、取付部材５１ａは、ボルト５１ｃで取付部材５１ｂに取り付けられる。このように構成されたフランジ５１により、ドライブユニット２０は、伝達軸３１ａと自動的に芯合わせが行われるようにしている。

なお、ドライブユニット２０を基体１０に組み付ける場合は、エンジン１などを搭載する架台８を取り付ける前に中空軸５０を取り付けて行えばよい。しかし、保守点検などで、ドライブユニット２０を取り外す場合は、エンジン１や発電機３を外して架台８を外して行うのでは、大型のクレーンを必要とし、時間がかかりすぎる。
この実施の形態の構造にすると、架台８が取り付けられた状態においてもドライブユニット２０を脱着することができる。

ドライブユニット２０を基体１０から取り外す場合は、まず、ボルト５１ｃを外し、取付部材５１ａを取り外す。次に、ドライブユニット２０を吊持（ワイヤ掛けまたはチェン掛けによる）した状態でボルト５１ｅを外す。そして、フランジ５１の嵌合部５１ｄが支持部材５６に嵌合している状態で、フランジ５１を回転させ、取付部材５１ｂが上方に位置し下向きの半円になるようにし、ドライブユニット２０を吊持したまま下方へ移動させ、取り出す。

一方、ドライブユニット２０を取り付ける場合は、フランジ５１を嵌合部５１ｄが支持部材５６に嵌合させた状態で、取付部材５１ｂが上方に位置させておき、ドライブユニット２０を吊持して両端の出力フランジ２０ａが取付部材５１ｂに嵌合させる。次に、フランジ５１を回転させて取付部材５１ｂを下に位置させ、ボルト５１ｅでフランジ５１を支持部材５６に固設し、取付部材５１ａをボルト５１ｃで取り付ければよい。

このように構成されているので、ドライブユニット２０の保守点検が容易に行なえ、故障の少ない車両となる。
なお、ドライブユニット２０の近傍には、ドライブユニット２０内の歯車機構の潤滑のためのオイルを貯蔵するオイルタンク２０Ａが搭載されており、近傍には、電動モータ２１の蓄電池１８も搭載されている。

次に、このように構成された削土運搬用装軌車両の作用について説明する。
まず、車両を削土する地点に移動し、エプロンシリンダ１３Ａを作動させてエプロン１３を上方へ開放する。なお、エジェクタ１２は、予めボウル１１の後方部へ移動させておく。
そして、ボウルシリンダ１１Ａを作動させてボウル１１を下降させてボウルカッタ１１ｃを地中に落とし込み車両を前進させ、土を削り取ってボウル１１内に収納する。
ボウル１１内に土が一杯になったら、ボウルシリンダ１１Ａでボウル１１を上昇させ、エプロン２２を下降させて前部の底部を塞ぎ、目的地（排土場所）へ走行する。
排土場所ではエプロン２２を上方へ開放し、エジェクタ２１を前方へ押し出して排土する。そして、削土位置へ戻るときは後進で走行する。なお、整地が必要なときはブレード１４を作用させる。
本発明の車両では、駆動輪２１より前方の中空軸２６を走行クローラ２０の回動中心としているので、走行クローラ２０の前部側が浮き上がる現象が起きずらいものとなっている。

１ エンジン
２ ラジエータ
３ 発電機
４ 油圧ポンプ
５ 油タンク
６ 燃料タンク
７ エアフィルタ
８ 架台
１０ 基体
１０ｄ 底カバー
１１ ボウル
１１Ａ ボウルシリンダ
１１ａ 側板
１１ｃ ボウルカッタ
１２ エジェクタ
１２Ａ エジェクタシリンダ
１３ エプロン
１４ ブレード
１５ 運転室
１８ 蓄電池
２０ ドライブユニット
２０Ａ オイルタンク
２０ａ 出力フランジ
２１ 電動モータ
２１ａ モータ出力ギヤ
２２ アイドラギア
２３ キャリア
２４ センター軸
２５ 第１遊星歯車機構
２５ａ サンギヤ
２５ｂ 遊星ギヤ
２５ｃ リングギヤ
２６ 第２遊星歯車機構
２６ａ サンギヤ
２６ｂ 遊星ギヤ
２６ｃ リングギヤ
２６ｄ キャリア
２７ 第３遊星歯車機構
２７ａ サンギヤ
２７ｂ 遊星ギヤ
２７ｃ リングギヤ
２７ｄ キャリア
２８ 油圧モータ
２８ａ 油圧モータ出力ギヤ
２８ｂ アイドラギヤ
２８ｃ アイドラギヤ
２９ ブレーキ装置
３０ 走行駆動装置
３１ａ 伝達軸（左）
３１ｂ 伝達軸（右）
３２ ピニオン
３３ 駆動ギヤ
３４ 駆動輪軸
３５ 第４遊星歯車機構
３５ａ サンギヤ
３５ｂ 遊星ギヤ
３５ｃ リングギヤ
３６ 駆動輪
４０ 走行クローラ
４１ 走行フレーム
４２ 履帯
４３ アイドラ
４４ ボルト
５０ 中空軸
５０ａ 嵌合部
５１ フランジ
５１ａ 取付部材
５１ｂ 取付部材
５１ｃ ボルト
５１ｄ 嵌合部
５１ｅ ボルト
５２ 軸受
５３ 軸受
５４ メカニカルシール
５５ メカニカルシール
５６ 支持部材
５７ 油溜まり
５７ａ 給油口
５７ｂ ドレン

Claims (2)

1. 走行および作業用の動力源を搭載した基体に、削り取った土砂を収納するボウルと運転
   室を一体に設け、走行クローラに固設した中空軸に該基体を回動可能に支持するとともに
   、該基体と該走行クローラとをボウルシリンダで連結した削土運搬用装軌車両において、
   該動力源は、運転室後部の基体に設けた架台にエンジンと、発電機と、油圧ポンプとを載置し、該中空軸は左右の走行クローラの駆動輪の前方上方にそれぞれ基体中央に向かって固設され、該駆動輪を駆動する動力系統は、電動モータ、遊星減速機構、ブレーキ装置および操向用の油圧モータからなるドライブユニットを、該架台の直下で、その出力軸の軸心を該中空軸の軸心と一致させて配置するとともに、その両端部を、前記中空軸を内挿支持する基体に固設された支持部材に、下方へ脱着可能に取り付け、該中空軸の中心にドライブユニットからの動力を伝達する伝達軸を内挿し、該伝達軸に設けたピニオンから駆動歯車および遊星歯車機構を介して該駆動輪に動力を伝達するように構成したことを特徴とする削土運搬用装軌車両。
2. 前記基体は、前記中空軸に軸受を介して揺動可能に設けられ、中空軸の両端側にメカニ
   カルシールを設けるとともに、中央部に油溜まりを形成し、中空軸の軸受周囲を密封し潤
   滑オイルを充填したことを特徴とする請求項１に記載の削土運搬用装軌車両 。

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