JP7396840B2 - 建設機械の作業腕装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に装着される作業腕装置に関する。

建設機械の代表例である油圧ショベルは、下部走行体と、下部走行体に旋回自在に支持された上部旋回体と、上部旋回体に装着された作業腕装置とを備える。作業腕装置は、基端部が上部旋回体に連結されたブームと、基端部がブームの先端部に連結されたアームと、アームの先端部に連結された作業具と、上部旋回体に対してブームを揺動させるブームシリンダと、ブームに対してアームを揺動させるアームシリンダと、アームに対して作業具を揺動させる作業具シリンダとを含む。そして、油圧ショベルにおいては、作業腕装置のブーム、アームおよび作業具を各シリンダで揺動させることにより各種作業を行うようになっている。

作業腕装置の作業具としてバケットがアームの先端に連結された場合、油圧ショベルにおいては主として土砂の掘削作業が行われるが、バケットを地面に激しく叩きつけることが行われるときもある。このようなときには、作業腕装置に大きな衝撃荷重が作用し、ブームの溶接部分やアームの溶接部分等に亀裂が生じるおそれがある。

この点に関して、下記特許文献１には、作業具に作用する衝撃を緩和することができる建設機械の作業用アタッチメントが開示されている。この作業用アタッチメントは、アームに取り付けられるアーム側ブラケットと、アーム側ブラケットに支持される作業具側ブラケットと、作業具側ブラケットに取り付けられた作業具と、アーム側ブラケットと作業具側ブラケットとの間に設けられ作業具に作用する衝撃を緩衝する弾性部材とを備える。

下記特許文献１に開示された作業用アタッチメントによれば、作業具が硬い地面等に衝突し、作業具に衝撃が加わると、作業具側ブラケットとアーム側ブラケットとの間で弾性部材が変形し、弾性部材の変形によって作業具が受ける衝撃を緩和すると共に、作業具からアーム側ブラケットに伝わる衝撃を緩和することができ、作業具の破損、アームの損傷等を抑えることができる。

特開２００２－５４１７０号公報

上記特許文献１に開示された作業用アタッチメントにおいては、アーム側ブラケット、作業具側ブラケットおよび弾性部材がアームと作業具との間に設けられており、構成が複雑であり部品点数が増加してしまうという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、比較的簡易な構成で衝撃を緩和することができる作業腕装置を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために以下の建設機械の作業腕装置を提供する。すなわち、アームと、一端部が前記アームの先端側に連結されたリンク片と、前記リンク片の一端部よりも更に前記アームの先端側において前記アームに連結された作業具と、一端部が前記アームの基端側に連結されると共に他端部が前記リンク片の他端部に連結された作業具シリンダと、一端部が前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結されると共に他端部が前記作業具に連結された衝撃吸収用シリンダと、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側油室に接続されたリリーフ弁と、前記作業具シリンダの一方の油室と前記ヘッド側油室とを接続する油路と、前記油路に配置され、前記作業具シリンダの一方の油室から前記ヘッド側油室への流れを許容し、かつ前記ヘッド側油室から前記一方の油室への流れを阻止するチェック弁とを備え、所定値を超える衝撃荷重が前記作業具に作用した場合に、前記リリーフ弁が開いて前記ヘッド側油室から油が排出されることによって、前記衝撃吸収用シリンダが収縮して衝撃を吸収し、前記作業具が衝撃を受けた後、前記ヘッド側油室内の圧力が所定値以下になり前記リリーフ弁が閉じた状態において、前記作業具シリンダが伸長または縮小すると、前記一方の油室から前記油路および前記チェック弁を通って前記ヘッド側油室に油が供給されることによって、前記衝撃吸収用シリンダの長さが初期長さに戻る建設機械の作業腕装置を本発明は提供する。
また、本発明は上記課題を解決するために以下の建設機械の作業腕装置を提供する。すなわち、アームと、一端部が前記アームの先端側に連結されたリンク片と、前記リンク片の一端部よりも更に前記アームの先端側において前記アームに連結された作業具と、一端部が前記アームの基端側に連結されると共に他端部が前記リンク片の他端部に連結された作業具シリンダと、一端部が前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結されると共に他端部が前記作業具に連結された衝撃吸収用シリンダと、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側油室に接続されたリリーフ弁と、前記ヘッド側油室とポンプとを接続する油路に配置された電磁弁と、前記電磁弁の開閉を制御する操作具とを備え、所定値を超える衝撃荷重が前記作業具に作用した場合に、前記リリーフ弁が開いて前記ヘッド側油室から油が排出されることによって、前記衝撃吸収用シリンダが収縮して衝撃を吸収し、前記作業具が衝撃を受けた後、前記ヘッド側油室内の圧力が所定値以下になり前記リリーフ弁が閉じた状態において、前記操作具に操作が加えられると、前記電磁弁が開き、前記ポンプから前記ヘッド側油室に油が供給されることによって、前記衝撃吸収用シリンダの長さが初期長さに戻る建設機械の作業腕装置を本発明は提供する。

好ましくは、前記衝撃吸収用シリンダのロッド側端部は前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結され、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側端部は前記作業具に連結されている。

本発明の建設機械の作業腕装置においては、所定値を超える衝撃荷重が作業具に作用した場合に衝撃吸収用シリンダが収縮して衝撃を吸収するので、比較的簡易な構成で作業腕装置に作用する衝撃を緩和することができる。

本発明に従って構成された作業腕装置の第１の実施形態の斜視図。 図１に示す作業腕装置の回路図。 本発明に従って構成された作業腕装置の第２の実施形態の回路図。 本発明に従って構成された作業腕装置の第３の実施形態の回路図。 本発明に従って構成された作業腕装置の第４の実施形態の回路図。

まず、本発明に従って構成された建設機械の作業腕装置の第１の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に示すとおり、油圧ショベルやバックホウローダ等の建設機械に装着される作業腕装置２は、アーム４と、リンク片６と、作業具８と、作業具シリンダ１０と、衝撃吸収用シリンダ１２とを備える。

鋼板等から箱型状に形成されているアーム４の基端部は、ブーム（図示していない。）等の部材に揺動自在にアーム基端ピン（図示していない。）によって連結される。また、アーム４の基端部には、アーム基端ピンを中心としてアーム連結部に対してアーム４を揺動させるアームシリンダの先端部が連結される。図１に示すとおり、アーム４の基端部には、アーム基端ピンが挿入される連結ボス１４と、アームシリンダの先端部が連結されるアームシリンダブラケット１６と、作業具シリンダ１０の一端部が連結される作業具シリンダブラケット１８とが設けられている。

リンク片６は、アーム４の幅方向両側に左右一対配置されている。一対のリンク片６の一端部は、アーム４の先端側に揺動自在にリンク連結ピン２０によって連結されている。図１に示すとおり、作業具８は、リンク片６の一端部よりも更にアーム４の先端側において、第１の作業具連結ピン２２によってアーム４に揺動自在に連結されている。図示の実施形態の作業具８はバケットであるが、グラップルやブレーカ、カッター等であってもよい。

作業具シリンダ１０の一端部は、アーム４の基端側の作業具シリンダブラケット１８に第１の作業具シリンダ連結ピン２４によって揺動自在に連結されている。作業具シリンダ１０の他端部は、リンク片６の他端部に第２の作業具シリンダ連結ピン２６によって揺動自在に連結されている。

図１に示すとおり、図示の実施形態の衝撃吸収用シリンダ１２は左右一対設けられている。衝撃吸収用シリンダ１２の一端部（図示の実施形態ではロッド側端部）は、リンク片６の他端部および作業具シリンダ１０の他端部に第２の作業具シリンダ連結ピン２６によって揺動自在に連結されている。衝撃吸収用シリンダ１２の他端部（図示の実施形態ではヘッド側端部）は、第２の作業具連結ピン２８によって揺動自在に作業具８に連結されている。衝撃吸収用シリンダ１２は、ピストン１２ａ（図２参照。）によりヘッド側油室１２ｂとロッド側油室１２ｃとに仕切られている。ピストン１２ａはヘッド側のストロークエンドには位置づけられておらず、衝撃吸収用シリンダ１２の長さは収縮可能な初期長さに設定されている。なお、衝撃吸収用シリンダ１２は１個でもよい。

図２を参照して説明すると、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂとタンク３０とを接続する油路３２が設けられ、油路３２にはリリーフ弁３４が配置されている。また、作業具シリンダ１０の一方の油室と衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂとを接続する油路３６が設けられ、油路３６にはチェック弁３８が配置されている。このチェック弁３８は、作業具シリンダ１０の一方の油室から衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂへの流れを許容し、かつヘッド側油室１２ｂから作業具シリンダ１０の一方の油室への流れを阻止するようになっている。なお、油路３６としては、たとえば、作業具シリンダ１０のロッドの内部と、第２の作業具シリンダ連結ピン２６の内部と、衝撃吸収用シリンダ１２のロッドの内部とを通る流路であって、作業具シリンダ１０のヘッド側油室から衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂとを接続する流路を用いることができる。

作業腕装置２においては、作業具シリンダ１０が伸縮することにより、リンク片６および衝撃吸収用シリンダ１２を介し、第１の作業具連結ピン２２を中心としてアーム４に対して作業具８が揺動するようになっている。そして、作業腕装置２においては、掘削作業等の際に所定値を超える衝撃荷重が作業具８に作用して、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値を超えると、リリーフ弁３４が開き、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂ内の油がタンク３０に排出される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２が収縮して作業腕装置２に作用する衝撃が緩和される。

作業具８が衝撃を受けた後、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値以下になると、リリーフ弁３４が閉じる。この状態において作業具シリンダ１０が伸長または縮小すると、作業具シリンダ１０の一方の油室からタンク３０に戻る油の一部が油路３６およびチェック弁３８を通って衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂに供給される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２の長さが初期長さに戻る。なお、掘削作業等の際に作業具８に作用する衝撃荷重が所定位置以下である場合には衝撃吸収用シリンダ１２は収縮せず、作業具シリンダ１０の運動が衝撃吸収用シリンダ１２およびリンク片６を介して作業具８に伝達される。

次に、本発明に従って構成された作業腕装置の第２の実施形態について図３を参照しつつ説明する。なお、第２の実施形態における第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示す作業腕装置４０においては、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂとポンプ４２とを接続する油路４４が設けられ、油路４４には電磁弁４６およびチェック弁４８が配置されている。電磁弁４６は、コントローラ５０に電気的に接続されており、コントローラ５０により通電されていない場合には閉じ、コントローラ５０により通電された場合には開くようになっている。コントローラ５０は、キャブ（図示していない。）に配置された操作具５２に電気的に接続されており、操作具５２から出力された信号に基づいて電磁弁４６に通電するようになっている。図３に示すとおり、チェック弁４８は、ポンプ４２から衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂへの流れを許容し、かつヘッド側油室１２ｂからポンプ４２への流れを阻止するようになっている。

第２の実施形態の作業腕装置４０においても、掘削作業等の際に所定値を超える衝撃荷重が作業具８に作用して、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値を超えると、リリーフ弁３４が開きヘッド側油室１２ｂ内の油がタンク３０に排出される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２が収縮して作業腕装置４０に作用する衝撃が緩和される。

作業具８が衝撃を受けた後、ヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値以下になりリリーフ弁３４が閉じた状態において、操作具５２に操作が加えられて操作具５２からコントローラ５０に信号が出力されると、電磁弁４６が開く。そうすると、ポンプ４２からヘッド側油室１２ｂに油が供給される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２の長さが初期長さに戻る。

次に、本発明に従って構成された作業腕装置の第３の実施形態について図４を参照しつつ説明する。なお、第３の実施形態における第１・第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４に示す作業腕装置５４においては、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂに油路５６を介してアキュムレータ５８が接続されている。衝撃吸収用シリンダ１２とアキュムレータ５８との間の油路５６には、電磁切換弁６０および圧力計６２が配置されている。電磁切換弁６０および圧力計６２はコントローラ６４に電気的に接続されている。電磁切換弁６０においては、コントローラ６４により通電されていない場合には第１の連通位置６０ａとなり、コントローラ６４により通電された場合には第２の連通位置６０ｂに切り換わるようになっている。

図４に示すとおり、第１の連通位置６０ａでは、アキュムレータ５８から衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂへの流れを許容し、かつヘッド側油室１２ｂからアキュムレータ５８への流れを阻止するようになっている。第２の連通位置６０ｂでは、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂからアキュムレータ５８への流れを許容し、かつアキュムレータ５８からヘッド側油室１２ｂへの流れを阻止するようになっている。

圧力計６２によって計測されたヘッド側油室１２ｂ内の圧力はコントローラ６４に送られる。コントローラ６４は、ヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値以下である場合には電磁切換弁６０に通電せず、ヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値を超えると、電磁切換弁６０に通電し、電磁弁６０の連通位置を第１の連通位置６０ａから第２の連通位置６０ｂに切り換える。

第３の実施形態の作業腕装置５４においては、掘削作業等の際に所定値を超える衝撃荷重が作業具８に作用して、圧力計６２によって計測されたヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値を超えると、コントローラ６４により電磁切換弁６０に通電され、電磁弁６０の連通位置が第１の連通位置６０ａから第２の連通位置６０ｂに切り換わる。そうすると、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂからアキュムレータ５８に油が流れ、アキュムレータ５８に圧力が蓄えられる。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２が収縮して作業腕装置５４に作用する衝撃が緩和される。

作業具８が衝撃を受けた後、圧力計６２によって計測されたヘッド側油室１２ｂ内の圧力が所定値以下になると、コントローラ６４による電磁切換弁６０への通電が停止し、第２の連通位置６０ｂから第１の連通位置６０ａに切り換わる。そうすると、圧力が蓄えられたアキュムレータ５８からヘッド側油室１２ｂに油が供給される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２の長さが初期長さに戻る。

次に、本発明に従って構成された作業腕装置の第４の実施形態について図５を参照しつつ説明する。なお、第４の実施形態における第１ないし第３の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す作業腕装置６６は、アーム４の先端に付設された加速度センサ６８と、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂとタンク３０とを接続する油路７０に設けられた電磁弁７２と、を備える。加速度センサ６８および電磁弁７２はコントローラ７４に電気的に接続されている。加速度センサ６８によって計測されたアーム４の加速度はコントローラ７４に送られるようになっている。電磁弁７２は、コントローラ７４により通電されていない場合には閉じ、コントローラ７４により通電された場合には開くようになっている。

第４の実施形態の作業腕装置６６においては、掘削作業等の際に所定値を超える衝撃荷重が作業具８に作用して、加速度センサ６８によって計測されたアーム４の加速度が所定値を超えると、コントローラ７４により電磁弁７２が通電される。そうすると、電磁弁７２が開き、ヘッド側油室１２ｂ内の油がタンク３０に排出される。これによって、衝撃吸収用シリンダ１２が収縮して作業腕装置６６に作用する衝撃が緩和される。

なお、図示していないが、第４の実施形態において衝撃吸収用シリンダ１２の長さが初期長さに戻るようにするために、第１の実施形態と同様に、作業具シリンダ１０の一方の油室からタンク３０に戻る油の一部が油路３６およびチェック弁３８を通って衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂに供給されるようになっていてもよい。あるいは、第２の実施形態のように電磁弁４６が開き、ポンプ４２からヘッド側油室１２ｂに油が供給されるようになっていてもよい。

以上のとおりであり、第１ないし第４の実施形態の作業腕装置２、４０、５４、６６のいずれにおいても、所定値を超える衝撃荷重が作業具８に作用した場合に衝撃吸収用シリンダ１２が収縮して衝撃を吸収するので、比較的簡易な構成で作業腕装置２、４０、５４、６６に作用する衝撃を緩和することができる。

なお、第１・第２の実施形態の作業腕装置２、４０においては、一対の衝撃吸収用シリンダ１２に１個のリリーフ弁３４が接続されていてもよく、あるいは一対の衝撃吸収用シリンダ１２のそれぞれにリリーフ弁３４が接続されていてもよい。すなわち、一対の衝撃吸収用シリンダ１２の収縮動作は同時になされるようになっていてもよく、あるいは一対の衝撃吸収用シリンダ１２の収縮動作が別々になされるようになっていてもよい。この点に関しては、第３の実施形態の作業腕装置５４におけるアキュムレータ５８および第４の実施形態の作業腕装置６６における電磁弁７２についても同様である。

一対の衝撃吸収用シリンダ１２の収縮動作が別々になされた場合には、一方の衝撃吸収用シリンダ１２の長さと他方の衝撃吸収用シリンダ１２の長さに差が生じ、収縮前の衝撃吸収用シリンダ１２の軸方向に対して収縮後の衝撃吸収用シリンダ１２の軸方向が傾斜することになる。したがって、少なくとも一方の衝撃吸収用シリンダ１２が傾斜した際における部材間の干渉（たとえば衝撃吸収用シリンダ１２同士の干渉）を回避するため、衝撃吸収用シリンダ１２の軸方向端部には面取り加工が施されているのが好ましい。

本発明の作業腕装置においては、衝撃吸収用シリンダ１２に加えて、第２の作業具シリンダ連結ピン２６と第２の作業具連結ピン２８との間にコイルばね等を有する衝撃吸収用ダンパが設けられていてもよい。また、衝撃吸収用シリンダ１２のヘッド側油室１２ｂの内部に軸方向に延びるコイルばねが設けられていてもよい。

また、衝撃吸収用シリンダ１２に供給される油は、作業具シリンダ１０等の建設機械のアクチュエータに供給される作動油と同一でもよく、異なるものであってもよい。

２：作業腕装置
４：アーム
６：リンク片
８：作業具
１０：作業具シリンダ
１２：衝撃吸収用シリンダ
１２ａ：ピストン
１２ｂ：ヘッド側油室
１２ｃ：ロッド側油室
３４：リリーフ弁
３６：油路（作業具シリンダ－衝撃吸収用シリンダ）
３８：チェック弁
４０：作業腕装置（第２の実施形態）
５４：作業腕装置（第３の実施形態）
５８：アキュムレータ
６６：作業腕装置（第４の実施形態）
６８：加速度センサ
７０：油路
７２：電磁弁

Claims (3)

1. アームと、一端部が前記アームの先端側に連結されたリンク片と、前記リンク片の一端部よりも更に前記アームの先端側において前記アームに連結された作業具と、一端部が前記アームの基端側に連結されると共に他端部が前記リンク片の他端部に連結された作業具シリンダと、一端部が前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結されると共に他端部が前記作業具に連結された衝撃吸収用シリンダと、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側油室に接続されたリリーフ弁と、前記作業具シリンダの一方の油室と前記ヘッド側油室とを接続する油路と、前記油路に配置され、前記作業具シリンダの一方の油室から前記ヘッド側油室への流れを許容し、かつ前記ヘッド側油室から前記一方の油室への流れを阻止するチェック弁とを備え、
   所定値を超える衝撃荷重が前記作業具に作用した場合に、前記リリーフ弁が開いて前記ヘッド側油室から油が排出されることによって、前記衝撃吸収用シリンダが収縮して衝撃を吸収し、
   前記作業具が衝撃を受けた後、前記ヘッド側油室内の圧力が所定値以下になり前記リリーフ弁が閉じた状態において、前記作業具シリンダが伸長または縮小すると、前記一方の油室から前記油路および前記チェック弁を通って前記ヘッド側油室に油が供給されることによって、前記衝撃吸収用シリンダの長さが初期長さに戻る建設機械の作業腕装置。
2. アームと、一端部が前記アームの先端側に連結されたリンク片と、前記リンク片の一端部よりも更に前記アームの先端側において前記アームに連結された作業具と、一端部が前記アームの基端側に連結されると共に他端部が前記リンク片の他端部に連結された作業具シリンダと、一端部が前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結されると共に他端部が前記作業具に連結された衝撃吸収用シリンダと、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側油室に接続されたリリーフ弁と、前記ヘッド側油室とポンプとを接続する油路に配置された電磁弁と、前記電磁弁の開閉を制御する操作具とを備え、
   所定値を超える衝撃荷重が前記作業具に作用した場合に、前記リリーフ弁が開いて前記ヘッド側油室から油が排出されることによって、前記衝撃吸収用シリンダが収縮して衝撃を吸収し、
   前記作業具が衝撃を受けた後、前記ヘッド側油室内の圧力が所定値以下になり前記リリーフ弁が閉じた状態において、前記操作具に操作が加えられると、前記電磁弁が開き、前記ポンプから前記ヘッド側油室に油が供給されることによって、前記衝撃吸収用シリンダの長さが初期長さに戻る建設機械の作業腕装置。
3. 前記衝撃吸収用シリンダのロッド側端部は前記リンク片の他端部および前記作業具シリンダの他端部に連結され、前記衝撃吸収用シリンダのヘッド側端部は前記作業具に連結されている、請求項１または２に記載の建設機械の作業腕装置。