JP7405718B2

JP7405718B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP7405718B2
Application number: JP2020148359A
Authority: JP
Inventors: 浩之永瀬
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2040-09-03
Also published as: JP2022042775A

Description

本発明は、油圧シリンダの伸縮によって動作するフロント作業機を備える作業機械に関する。

従来より、ブーム、アーム、及びアタッチメントで構成されるフロント作業機を備える作業機械が知られている。また、フロント作業機には、ブーム、アーム、及びアタッチメントを動作させる油圧シリンダに、作動油を給排する油圧ホースが側面に沿って延設されている。

このような作業機械において、フロント作業機に沿って延設される油圧ホースは、作業機械が発生させる振動によって、ブームやアームに摺接して摩耗する。これを防止するために、ホースをリンクにクランプする技術が特許文献１に開示されている。

特開２０００－１１０１９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のクランプは、アタッチメントの起伏時にホースとリンクとの相対位置が変わらない場所にしか配置することができない。そして、ブーム及びアームの接続部分のホースは複雑な軌跡を描くので、ブーム及びアームの接続部分のホースに、特許文献１に記載のクランプをそのまま適用するのは難しい。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブーム及びアームの側面に沿って延設された可撓性を有するホースを、適切に保持することができ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、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体に支持されたフロント作業機とを備える作業機械であって、前記フロント作業機は、前記上部旋回体に起伏可能に支持されたブームと、前記ブームの先端に揺動可能に支持されたアームと、前記アームの先端に揺動可能に支持されたアタッチメントと、可撓性を有し、前記アームの側面に沿って延設されるホースと、前記ホースを通じて作動油が給排されて伸縮することにより、前記アームに対して前記アタッチメントを揺動させる油圧シリンダと、前記ブームに対する前記アームの揺動に伴って円弧状に湾曲する前記ホースの湾曲内面に、前記ホースの延設方向に沿って連続的に当接する当接部材とを備え、前記ホースは、常に円弧状に湾曲している第１領域と、前記第１領域より前記油圧シリンダから遠い位置において、前記ブームに対する前記アームの揺動角が小さくなるのに伴って、前記第１領域と逆向きに湾曲する第２領域とを含み、前記当接部材は、前記ブームの先端の側面に取り付けられて、前記第２領域の湾曲内面に当接し、前記当接部材は、円弧状に湾曲した前記第２領域の湾曲内面に沿う円弧部と、前記円弧部の一端から直線状に延びて、前記第１領域及び前記第２領域の境界を含む部分に当接する直線部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ブーム及びアームの側面に沿って延設された可撓性を有するホースを、適切に保持することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る作業機械の代表例である油圧ショベルの側面図である。当接部材の斜視図（Ａ）、側面図（Ｂ）、正面図（Ｃ）である。油圧シリンダが最も縮小したときのフロント作業機の側面図である。油圧シリンダが最も縮小したときの当接部材周辺の斜視図である。油圧シリンダが途中まで伸長したときのフロント作業機の側面図である。油圧シリンダが途中まで伸長したときの当接部材周辺の斜視図である。油圧シリンダが最も伸長したときのフロント作業機の側面図である。油圧シリンダが最も伸長したときの当接部材周辺の斜視図である。

本発明に係る作業機械の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る作業機械の代表例である油圧ショベル１の側面図である。なお、作業機械の具体例は油圧ショベル１に限定されず、ブーム、アーム、及びアタッチメントが油圧シリンダの伸縮によって動作するフロント作業機を備えるあらゆる機械（例えば、クレーン、解体作業機、アースドリル等）であってもよい。また、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。

油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に支持された上部旋回体３とを備える。下部走行体２は、左右一対のクローラ８ａ、８ｂを備える。そして、走行モータ（図示省略）の回転が伝達されて左右一対のクローラ８ａ、８ｂが回転すると、油圧ショベル１が走行する。但し、下部走行体２は、クローラ８ａ、８ｂに代えて、装輪式であってもよい。

上部旋回体３は、下部走行体２に旋回可能に支持されている。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム５と、旋回フレーム５の前方左側に配置されたキャブ（運転席）７と、旋回フレーム５の前端中央に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業機１０と、旋回フレーム５の後部に配置されてフロント作業機１０との重量バランスを取るカウンタウェイト６とを主に備える。

キャブ７には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。キャブ７の内部には、オペレータが着席するシート（図示省略）と、シートに着席したオペレータが操作する操作装置（ステアリング、ペダル、レバー、スイッチなど）が配置されている。そして、キャブ７に搭乗したオペレータが操作装置を操作することによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機１０が動作する。

フロント作業機１０は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム１１と、ブーム１１の先端に揺動可能に支持されたアーム１２と、アーム１２の先端に揺動可能に支持されたバケット１３と、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３を駆動させる油圧シリンダ１４、１５、１６とを含む。

ブーム１１は、背面１１ａと、フロント作業機１０の幅方向（左右方向）において、背面１１ａの左端から背面１１ａと交差する方向に延設される左側面（側面）１１ｂと、背面１１ａの右端から背面１１ａと交差する方向に延設される右側面（図示省略）とを有する。そして、油圧シリンダ１５は、ボトム側がブーム１１に接続され、ロッド側がアーム１２の基端に接続されて、ブーム１１の背面１１ａに沿って延設されている。

アーム１２は、背面１２ａと、フロント作業機１０の幅方向（左右方向）において、背面１２ａの左端から背面１２ａと交差する方向に延設される左側面（側面）１２ｂと、背面１２ａの右端から背面１２ａと交差する方向に延設される右側面（図示省略）とを有する。そして、油圧シリンダ１６は、ボトム側がアーム１２の基端に接続され、ロッド側がバケット１３に接続されて、アーム１２の背面１２ａに沿って延設されている。

さらに、アーム１２は、ブーム１１の先端に固定されたピン９に揺動可能に支持されている。ピン９は、フロント作業機１０の幅方向に延設されている。すなわち、アーム１２は、ピン９の延設方向に直交する平面（以下、「揺動平面」と表記する。）上を、ブーム１１に対して揺動する。

本実施形態に係る揺動平面は、上下方向及び前後方向に広がる平面である。そして、ブーム１１に対するアーム１２のなす角（以下、「揺動角α」と表記する。）は、油圧シリンダ１５の伸縮によって変化する。より詳細には、揺動角αは、油圧シリンダ１５が伸長するほど小さくなり、油圧シリンダ１５が縮小するほど大きくなる。

また、フロント作業機１０は、油圧シリンダ１４、１５、１６それぞれに対して、作動油を給排する一対の管路を有する。一対の管路それぞれは、上部旋回体３に収容された油圧ポンプ及び作動油タンクに、油圧回路を介して接続される。また、一対の管路は、一方が油圧シリンダ１４～１６のボトム室に接続され、他方が油圧シリンダ１４～１６のロッド室に接続される。

そして、一方の管路を通じて油圧ポンプからボトム室に作動油が供給され、他方の管路を通じてロッド室から作動油タンクに作動油が排出されると、油圧シリンダ１４～１６が伸長する。そして、他方の管路を通じて油圧ポンプからロッド室に作動油が供給され、一方の管路を通じてボトム室から作動油タンクに作動油が排出されると、油圧シリンダ１４～１６が縮小する。

以下、フロント作業機１０が備える複数の管路のうち、油圧シリンダ１６のロッド室に作動油を給排する管路１７ついて詳細に説明する。管路１７は、ブーム１１の背面１１ａに沿って延設される配管１８と、アーム１２の左側面１２ｂに沿って延設されるホース１９とを含む。配管１８は、金属などの可撓性の低い（実質的に、可撓性を有しない）材料で構成されている。一方、ホース１９は、可撓性を有する材料（例えば、ゴム、樹脂、繊維の組み合わせ）で構成されている。

また、ホース１９は、配管１８の先端に取り付けられたジョイント１７ａに一端が接続され、油圧シリンダ１６に設けられたジョイント１７ｂに他端が接続されている。さらに、ホース１９の長さは、ジョイント１７ａ、１７ｂの直線距離より長い。そのため、ホース１９は、ジョイント１７ａ、１７ｂの間において、湾曲した状態で延設されている。

さらに、フロント作業機１０の動作（より詳細には、ブーム１１に対するアーム１２の揺動）によって、ジョイント１７ａ、１７ｂの相対位置が変化することによって、ホース１９が変形（湾曲）する。より詳細には、ホース１９は、ブーム１１に対するアーム１２の揺動に伴って、後述する第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂそれぞれの曲率半径が変化する。

図３、図５、図７に示すように、ホース１９は、ジョイント１７ｂに近い側（換言すれば、油圧シリンダ１６に近い側）の第１領域１９ａと、ジョイント１７ａに近い側（換言すれば、第１領域１９ａより油圧シリンダ１６から遠い側）の第２領域１９ｂとを含む。そして、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂは、互いに接している。

第１領域１９ａは、ホース１９のうち、揺動平面上において、常に円弧状に湾曲している部分である。また、第１領域１９ａの曲率半径は、ブーム１１に対するアーム１２の揺動角αに応じて変化する。より詳細には、第１領域１９ａの曲率半径は、揺動角αが大きくなるほど大きくなり、揺動角αが小さくなるほど小さくなる。

第２領域１９ｂは、ブーム１１に対するアーム１２の揺動角αが小さくなる（すなわち、油圧シリンダ１５が伸長する）のに伴って、揺動平面上において、第１領域１９ａと逆向きに湾曲する。また、第２領域１９ｂの曲率半径は、ブーム１１に対するアーム１２の揺動角αに応じて変化する。より詳細には、第２領域１９ｂの曲率半径は、揺動角αが大きくなるほど大きくなり、揺動角αが小さくなるほど小さくなる。

図３に示すように、油圧シリンダ１５が最も縮小すると、第２領域１９ｂは概ね直線状（曲率半径が最も大きい状態）に延設される。その結果、ホース１９は、全体として概ねＵ字形状の外形を呈する。一方、油圧シリンダ１５を伸長させると、第２領域１９ｂが第１領域１９ａと逆向きに湾曲する。そして、図７に示すように、油圧シリンダ１５が最も伸長すると、ホース１９は、全体として概ねＳ字形状の外形を呈する。

図７に示す第２領域１９ｂは、第１領域１９ａに近い位置ほど曲率半径が大きくなる。そのため、ホース１９は、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの境界部分において、曲がり方向が逆転する。すなわち、図７に示すホース１９は、ジョイント１７ａ側からジョイント１７ｂ側に向かって、反時計回りに湾曲する第１領域１９ａと、時計回りに湾曲する第２領域１９ｂとで構成される。

さらに、フロント作業機１０は、図２に示す当接部材２０を備える。当接部材２０は、円弧状に湾曲するホース１９の湾曲内面に、ホース１９の延設方向に沿って連続的に当接する。これにより、当接部材２０は、円弧状に湾曲した状態のホース１９を保持（ガイド）する役割を担う。「湾曲内面」とは、ホース１９の湾曲した部分のうち、曲率半径が小さい側（すなわち、内側）の面を指す。より詳細には、当接部材２０は、第２領域１９ｂの湾曲内面に当接する。図２は、当接部材２０の斜視図（Ａ）、側面図（Ｂ）、正面図（Ｃ）である。図２に示すように、当接部材２０は、ブラケット２１と、当接チューブ２２とを主に備える。

ブラケット２１は、平板形状の部材である。ブラケット２１は、フロント作業機１０（より詳細には、ブーム１１）に固定される。ブラケット２１には、厚み方向に貫通する貫通孔２１ａ、２１ｂが形成されている。そして、ブラケット２１は、ピン９よりブーム１１の先端側において、貫通孔２１ａ、２１ｂに挿入されたボルト（図示省略）によってブーム１１の側面に固定される。

また、ブラケット２１は、アーム１２に対面する側の端面において、当接チューブ２２を支持する。当接チューブ２２を支持する端面２１ｃは、アーム１２に向かって凸形状の円弧部２１ｄと、円弧部２１ｄの下端の接線方向に直線的に延びる直線部２１ｅとで構成される。端面２１ｃの具体的な形状は、アーム１２の揺動に伴うホース１９の移動軌跡に合わせて適宜設定される。

当接チューブ２２は、円筒形状のチューブを軸方向に２分割した形状である。すなわち、当接チューブ２２は、横断面（軸方向に直交する方向の断面）が円弧形状となっている。そして、ブラケット２１の端面２１ｃに当接チューブ２２の外周面を固定することによって、当接チューブ２２の内周面がホース１９に当接する当接溝２２ａとして機能する。

当接溝２２ａは、ブラケット２１の端面２１ｃ（すなわち、円弧部２１ｄ及び直線部２１ｅ）の形状に合わせて、円弧部２２ｂ及び直線部２２ｃを有する。より詳細には、円弧部２２ｂは、円弧部２１ｄに対応する位置において、円弧形状に湾曲した部分である。直線部２２ｃは、直線部２１ｅに対応する位置において、円弧部２２ｂの端部（下端）の接線方向に延びる直線部分である。

また、図２（Ｃ）に示すように、当接溝２２ａは、奥側から開口端側に向かって徐々に幅が広がっている。さらに、円弧部２２ｂの曲率半径は、ホース１９の最小曲げ半径以上に設定される。ホース１９の最小曲げ半径とは、ホース１９の損傷や破断を防止するために、「これ以上曲げてはいけない」とホースメーカによって予め設定されたスペック（設定値）である。

次に、図３～図８を参照して、ブーム１１に対してアーム１２を揺動させたときのホース１９及び当接部材２０との関係を説明する。図３は、油圧シリンダ１５が最も縮小したときのフロント作業機１０の側面図である。図４は、油圧シリンダ１５が最も縮小したときの当接部材２０周辺の斜視図である。図５は、油圧シリンダ１５が途中まで伸長したときのフロント作業機１０の側面図である。図６は、油圧シリンダ１５が途中まで伸長したときの当接部材２０周辺の斜視図である。図７は、油圧シリンダ１５が最も伸長したときのフロント作業機１０の側面図である。図８は、油圧シリンダ１５が最も伸長したときの当接部材２０周辺の斜視図である。

図３及び図４に示すように、油圧シリンダ１５が最も縮小すると、第１領域１９ａと逆向きに湾曲した第２領域１９ｂの曲率半径が、最も大きくなる。これにより、ホース１９の第２領域１９ｂの一部（より詳細には、ジョイント１７ａに近い側の一部）の湾曲内面が、当接溝２２ａの円弧部２２ｂに連続的に当接して保持される。一方、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの他の一部は、当接溝２２ａから離間する。

次に、図５及び図６に示すように、油圧シリンダ１５が伸長すると、ホース１９の第２領域１９ｂが当接溝２２ａに沿って円弧状に湾曲する。換言すれば、第２領域１９ｂの曲率半径が小さくなる。これにより、当接溝２２ａに当接する第２領域１９ｂの長さが長くなる。油圧シリンダ１５がさらに伸長すると、第２領域１９ｂが当接溝２２ａの直線部２２ｃにも連続的に当接して保持される。

そして、図７及び図８に示すように、油圧シリンダ１５が最も伸長すると、ホース１９の湾曲内面が当接溝２２ａの全域に当接して保持される。このとき、当接溝２２ａの直線部２２ｃは、揺動平面上で互いに逆向きに湾曲する第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの境界部分が直線部２２ｃに当接する。すなわち、ブーム１１に対するアーム１２の揺動角αが小さくなる（すなわち、油圧シリンダ１５が伸縮する）ほど、当接溝２２ａに当接するホース１９の長さが長くなる。

上記の実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

上記の実施形態によれば、ブーム１１に対するアーム１２の揺動に伴って湾曲するホース１９の湾曲内面に、ホース１９の延設方向に沿って連続的に当接部材２０を当接させることにより、複雑な軌跡を描くホース１９を適切に保持できる。その結果、油圧ショベル１が発生させる振動によって、ホース１９がブーム１１やアーム１２に摺接して摩耗するのを防止できる。

また、ホース１９の第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂのうち、第２領域１９ｂは、ブーム１１に対するアーム１２の揺動に伴って、同一の位置において曲率が変化する。そのため、上記の実施形態のように、第２領域１９ｂの湾曲内面に当接部材２０を連続的に当接させることにより、シンプルな構造でホース１９を保持することができる。

但し、当接部材２０は、第２領域１９ｂに代えて、第１領域１９ａの湾曲内面に当接してホース１９を保持してもよい。このとき、ホース１９の第１領域１９ａは、ブーム１１に対するアーム１２の揺動に伴って、アーム１２の長手方向に移動する。そこで、第１領域１９ａに当接する当接部材２０は、付勢部材によってホース１９側に付勢された状態で、アーム１２の左側面１２ｂに取り付けられる。これにより、第１領域１９ａの移動に追従して当接部材２０も移動するので、ホース１９を適切に保持できる。

また、第２領域１９ｂの曲率半径は、第１領域１９ａに近づくほど大きくなる。そのため、当接溝２２ａを円弧部２２ｂのみで構成すると、ホース１９と当接溝２２ａとの当接長さを長くすることができない。そこで上記の実施形態のように、第２領域１９ｂに当接する円弧部２２ｂと、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの境界を含む部分に当接する直線部２２ｃとで当接溝２２ａを構成することによって、ホース１９と当接溝２２ａとの当接長さを長くすることができる。

また、上記の実施形態によれば、円弧部２２ｂの曲率半径をホース１９の最小曲げ半径以上に設定することによって、ホース１９の損傷や破断を防止することができる。但し、円弧部２２ｂの曲率半径を大きくすると、油圧シリンダ１５を伸長させたときに第１領域１９ａの曲率半径が小さくなる。そのため、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂ両方の曲率半径が最小曲げ半径以上になるように、円弧部２２ｂの曲率半径を設定するのが望ましい。

さらに、上記の実施形態によれば、当接溝２２ａの幅を奥側から開口端側に向かって広げることによって、当接溝２２ａにホース１９をスムーズに進入させることができる。その結果、油圧ショベル１が発生させる振動によって、ホース１９が当接溝２２ａに進入できなくなる事態を防止できる。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１油圧ショベル
２下部走行体
３上部旋回体
５旋回フレーム
６カウンタウェイト
７キャブ（運転席）
８ａ、８ｂクローラ
１０フロント作業機
１１ブーム
１１ａ，１２ａ背面
１１ｂ，１２ｂ左側面
１２アーム
１３バケット
１４，１５，１６油圧シリンダ
１７管路
１７ａ，１７ｂジョイント
１８配管
１９ホース
１９ａ第１領域
１９ｂ第２領域
２０当接部材
２１ブラケット
２１ａ，２１ｂ貫通孔
２１ｃ端面
２１ｄ，２２ｂ円弧部
２１ｅ、２２ｃ直線部
２２当接チューブ
２２ａ当接溝

Claims

下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、
前記上部旋回体に支持されたフロント作業機とを備える作業機械であって、
前記フロント作業機は、
前記上部旋回体に起伏可能に支持されたブームと、
前記ブームの先端に揺動可能に支持されたアームと、
前記アームの先端に揺動可能に支持されたアタッチメントと、
可撓性を有し、前記アームの側面に沿って延設されるホースと、
前記ホースを通じて作動油が給排されて伸縮することにより、前記アームに対して前記アタッチメントを揺動させる油圧シリンダと、
前記ブームに対する前記アームの揺動に伴って円弧状に湾曲する前記ホースの湾曲内面に、前記ホースの延設方向に沿って連続的に当接する当接部材とを備え、
前記ホースは、
常に円弧状に湾曲している第１領域と、
前記第１領域より前記油圧シリンダから遠い位置において、前記ブームに対する前記アームの揺動角が小さくなるのに伴って、前記第１領域と逆向きに湾曲する第２領域とを含み、
前記当接部材は、前記ブームの先端の側面に取り付けられて、前記第２領域の湾曲内面に当接し、
前記当接部材は、
円弧状に湾曲した前記第２領域の湾曲内面に沿う円弧部と、
前記円弧部の一端から直線状に延びて、前記第１領域及び前記第２領域の境界を含む部分に当接する直線部とを含む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、
前記円弧部の曲率半径は、前記ホースの最小曲げ半径以上に設定されている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、
前記当接部材は、前記ホースの湾曲内面に、前記ホースの延設方向に沿って連続的に当接する当接溝を有し、
前記当接溝は、奥側から開口端側に向かって徐々に幅が広がっていることを特徴とする作業機械。