JP2009144335A - 建設機械の作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制振材や吸音材を充填することなく、フロント構造物の内部の共鳴を抑制することができる建設機械の作業装置の提供。
【解決手段】中空構造体から成り、油圧ショベルの車体である旋回体２に上下方向に回動可能に設けられ、その内部に強度を高める隔壁１２を備えたフロント構造物５を備えた建設機械の作業装置であって、隔壁１２によって形成される閉塞空間部１８内の、油圧ショベルの駆動に伴って発生する定在波２１に基づいた所定の位置に、騒音低減用の仕切り板２０を備えた構成にした。
【選択図】図４

Description

建設機械の動作時に、中空構造体から成るフロント構造物の内部で生じる振動、及び共鳴による騒音を低減する建設機械の作業装置に関する。

この種の建設機械の作業装置としては、特許文献１に示すものがある。この特許文献１には、建設機械である油圧ショベルのフロント構造物が開示されている。このフロント構造物としては、例えば、中空構造体から成るアーム、及びブームなどがある。これらのアーム、及びブームの内部には、強度部材としての仕切り板、すなわち隔壁を有し、この隔壁によって形成される長手方向略中央部に制振材やウレタン等の吸音材を充填している。これにより、アーム、及びブームの内部全域に制振材や吸音材を充填することなく、アームやブームの内部で生じる振動を低減することができるので、共鳴を抑制することができ、アームやブームから発生する騒音を低減している。
特開２００２−２７４４４１公報

しかしながら、前述した特許文献１に示されるような従来の建設機械の作業装置では、油圧ショベルのフロント構造物であるアームやブーム等から生じる騒音を低減するために、制振材や吸音材などの部材が必要となるだけでなく、制振材や吸音材を中空構造体内部に充填する煩雑な作業により、フロント構造物の製作に要する作業工数が増加するという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実状を考慮してなされたもので、その目的は、制振材や吸音材を充填することなく、フロント構造物の内部の共鳴を抑制することができる建設機械の作業装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、中空構造体から成り、建設機械の車体に上下方向に回動可能に設けられ、その内部に強度を高める隔壁を有するフロント構造物を備えた建設機械の作業装置において、前記隔壁によって形成される閉塞空間部内の、前記建設機械の駆動に伴って発生する定在波に基づく所定の位置に、この閉塞空間部内を仕切る騒音低減用の仕切り板を設けたことを特徴としている。

本発明者らは、前述のフロント構造物から生じる騒音は、フロント構造物を有する建設機械の動作時、例えばエンジン、ポンプ、冷却器等の動作時に生じる振動がフロント構造物に伝播することにより、これらの周波数とフロント構造物の中空構造体内部の閉塞空間の持つ固有の振動数とが一致して、共鳴状態となり、音圧レベルの振幅が最大となる腹と振幅が最小となる節とを有する定在波がフロント構造物の内部の閉塞空間に生じることが原因であることに着目し、建設機械の動作時にフロント構造物の内部に生じる定在波を予め計算及び解析によって予測し、この予測された低在波に基づいて所定の位置に前述の閉塞空間部内を仕切る騒音低減用の仕切り板を設けたことから、前述の閉塞空間部内の閉塞空間の領域を変えることができ、定在波を生じる共鳴周波数を変更することができる。これにより、フロント構造物の内部に制振材や吸音材を充填することなく、フロント構造物の内部の振動を低減でき、フロント構造物の内部の共鳴を抑制することができる。

また、本発明は、前記発明において、前記フロント構造物は、上板、下板および左右の側板とから成る箱状の中空構造物からなり、前記隔壁は、前記中空構造体の内部空間を複数の閉塞空間に分割するように設けられることを特徴としている。

さらに、本発明は、前記発明において、前記仕切り板が前記フロント構造物の長手方向に対し、直交して設けられたことを特徴としている。このように構成した本発明は、仕切り板によって、よりフロント構造物の強度を高めることができる。

また、本発明は、前記発明において、前記車体には、運転室が設けられるとともに、前記フロント構造物は、前記運転室の側面近傍を回動するように設けられ、前記仕切り板は、前記フロント構造物の回動時に前記運転室の側方および側方近傍を通過する前記閉塞空間内に設けられることを特徴としている。

さらに、本発明は、前記発明において、前記隔壁が前記仕切り板を兼ねることを特徴としている。このように構成した本発明は、仕切り板の数を少なくすることができる。

また、本発明は、前記発明において、前記仕切り板を前記中空構造体内に生じる定在波の節、又は腹にあたる位置に配置したことを特徴としている。

本発明は、建設機械のフロント構造物の内部の閉塞空間部内に設けられ、建設機械の駆動に伴って発生する定在波に基づく所定の位置に閉塞空間部内を仕切る騒音低減用の仕切り板を設けたことから、この仕切り板によって前述の閉塞空間部内の閉塞空間の領域を変えることができ、これにより、定在波を生じる共鳴周波数を変更することができるので、フロント構造物の内部に制振材や吸音材などを充填することなく、フロント構造物の内部の共鳴を抑制することができる。したがって、従来のような制振材や吸音材をフロント構造物の内部に充填する煩雑な作業を要せず、また、仕切り板をフロント構造物の内部に設ける作業は、フロント構造物の製作過程で溶接等により比較的容易に行うことができ、これらによって、従来よりもフロント構造物の製作に要する作業工数を低減させることができる。

以下、本発明に係る建設機械の作業装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る建設機械の作業装置の一実施形態を備えた建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられる本実施形態に係る作業装置を構成するブームの側面図、図３は、図２のＡ矢視から見た要部断面図である。図４は、本実施形態に備えられる騒音低減用の仕切り板の設置位置の一例を示す図、図５は、本実施形態において得られる変化した定在波を示す図である。

本実施形態が備えられる建設機械、例えば油圧ショベルには、図１に示すように、走行体１と、この走行体１上に配置され、運転室３、カウンタウェイト４などを有する車体である旋回体２と、この旋回体２に上下方向に回動可能に設けられるフロント構造物５とを備えている。フロント構造物５は、後述するブーム６と、このブーム６に回動可能に設けられるアーム７とを備え、このアーム７には、作業具としてのバケット８が回動可能に設けられる。また、このフロント構造物５は、中空構造体から成っている。前述のブーム６、アーム７、及びバケット８のそれぞれは、油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１の伸縮動作によって回動可能となっている。また、前述のブーム６、及びアーム７を有するフロント構造物５には、このフロント構造物５の強度を高め、内部空間を閉塞する強度部材としての隔壁１２が設けられる。

なお、ブーム６は、運転室３の側面近傍を回動範囲として旋回体２の中央前方部に設けられる。

本実施形態の要部を、フロント構造物５の図２，３に示すブーム６で説明する。これらの図２，３に示すように、ブーム６には、基端側に不図示のフートピンが挿通されるボス１３が設けられ、このボス１３にフートピンが挿通されて旋回体２に回動可能に連結される。また、ブーム６は、基端部がボス１３に固着された上板６ａ、下板６ｂおよび左右の側板６ｃによって箱状の中空構造体として形成され、その内部には前述の強度部材としての２枚の隔壁１２が設けられる。そして、この隔壁１２によって中空構造体の内部空間を複数の閉塞空間部１７、閉塞空間部１８、及び閉塞空間部１９に分割している。前述の閉塞空間部１７は、ボス１３の近傍に位置するフートピン側部分１４を形成し、前述の閉塞空間１８は、ブーム６の中央に位置し、ブームシリンダ９の取付部を有する中間部１５を形成し、前述の閉塞空間部１９は、ブーム６の先端に位置し、アーム７の取付部を有する先端側部分１６を形成している。

また、図３に例示するように、ブーム６の中間部１５は、上板６ａ、下板６ｂ、及び２枚の側板６ｃによって四角形の断面部分１８ａを有する中空構造となっている。なお、前述の２枚の隔壁１２は、例えば、中空構造体を形成する上板６ａ、下板６ｂ、２枚の側板６ｃと同一材料の四角形の鋼板から成り、ブーム６の延在方向（長手方向）に対して垂直になる（図２参照）ように、その４辺が上板６ａ、下板６ｂ、２枚の側板６ｃに溶接されている。

また、前述の閉塞空間部１７，１８，１９は、通常、それぞれの持つ箱形状やこれらの閉塞空間部１７，１８，１９内に含まれる物質（例えば空気）の密度等により、それぞれ固有の共鳴周波数を持っている。例えば、図示しないエンジン、ポンプ、冷却器等の動作により生じる振動がブーム６へ伝わり、前述の中間部１５の閉塞空間部１８が持つ固有の共鳴周波数と一致することによって共鳴状態となると、例えば、図４に示すような音圧レベルの振幅が最大となる腹２１ｂと振幅が最小となる節２１ａとを有する定在波２１が生じて、大きな騒音が発生する。

このような定在波２１によって生ずる騒音を低減する為に、特に本実施形態では、強度部材としての隔壁１２によって形成される中間部１５の閉塞空間１８内に、油圧ショベルの駆動、例えば前述したエンジン、ポンプ、冷却器等の動作時に伴って発生する定在波２１を考慮してこれに基づいた所定の位置に、この閉塞空間部１８内を仕切る騒音低減用の仕切り板２０を設けている。なお、この仕切り板２０は、例えば、ブーム６の上板６ａ、下板６ｂ、及び２枚の側板６ｃと、２枚の隔壁１２と同一材料としている。また、仕切り板２０は、図２に示すように、前述の閉塞空間部１８を第１閉塞空間部１８ｂと第２閉塞空間部１８ｃに分断している。

さらに、仕切り板２０は、ブーム６の隔壁１２とは、別体に設けられているとともに、ブーム６の長手方向に対し、直交して設けられている。

そして仕切り板２０の設置位置は、前述したように定在波に基づき、例えば、図２、図４に示すように、定在波２１の節２１ａとなる位置に設けてある。なお、仕切り板２０を図４に示す定在波２１の腹２１ｂの位置に設けるようにしてもよい。この仕切り板２０の設置位置は、前述の中間部１５の閉塞空間部１８に生じる定在波２１の波長λを考慮して、後述のように定めてある。例えば、解析や計算により、中間部１５の閉塞空間部１８に周波数ｆの定在波２１が生じ、その閉塞空間１８内の音速がｃであると予測されたとすると、定在波の波長λは、
定在波の波長λ＝閉塞空間１８内の音速ｃ／定在波２１の周波数ｆ
の式によって求められる。そして、図４に示すように、仕切り板２０を、例えば、図中右側の隔壁１２からブーム６の長手方向に設置距離Ｌだけ離れた定在波２１の節２１ａに設けた場合には、この仕切り板２０の設置距離Ｌは、
Ｌ＝λ×ｎ／４ においてｎ＝１として、
Ｌ＝λ×１／４
の式によって求められる。なお、定在波２１の腹２１ｂに設ける場合には、仕切り板２０の設置位置をｎ＝２として、
Ｌ＝λ×２／４＝λ×１／２の式によって求めればよい。

前述の仕切り板２０は、以下の手順によって、中間部１５の閉塞空間部１８内に設けられる。

まず、油圧ショベルの駆動に伴って発生する振動により、前述の中間部１５内に生じる定在波２１、及び中間部１５内の音速ｃを前述した解析及び計算により予測する。次に、予測した隔壁１２から設置距離Ｌ離れた定在波２１の節２１ａの位置に、仕切り板２０を上板６ａ、下板６ｂ、２枚の側板６ｃに溶接等によって固定する。

これによって、閉塞空間部１８が第１閉塞空間部１８ｂ、第２閉塞空間部１８ｃの２つの領域に分かれ、図５に示すように、油圧ショベルの駆動に伴って発生する定在波２１の波形が変形する。これにより、中間部１５内の閉塞空間部１８が持つ固有の共鳴周波数を変更することができ、ブーム６内部の共鳴を抑制することができる。

このように構成した本実施形態では、前述のブーム６の中間部１５の閉塞空間部１８内を仕切る騒音低減用の仕切り板２０を定在波の節２１ａに設けたことから、この仕切り板２０によって閉塞空間部１８内の領域を閉塞空間部１８ｂと閉塞空間部１８ｃの２つの領域に変えることができる。これにより、前述のように、定在波２１を生じる共鳴周波数を変更することができるので、フロント構造物５であるブーム６内に制振材や吸音材などを充填することなく、この中間部１５内の共鳴を抑制することができる。そしてこの仕切り板２０の取付作業は、ブーム６を製作する過程で溶接などによって比較的容易に行うことができるので、ブーム６を中空構造体として形成した後で、制振材や吸音材をブーム６の中間部１５内に充填するような煩雑な作業を要せず、これらによって、ブーム６の製作に要する作業工数を低減させることができる。

なお、本実施形態では、仕切り板２０を前述の中間部１５の閉塞空間部１８内に生じる定在波２１の節２１ａに設けたが、前述のように、図４に示す定在波２１の腹２１ｂに設けてもブーム６の中間部１５内に生じる騒音を低減することができる。

また、閉塞空間部１７，１９について仕切り板２０を設ける場合も、上述による考え方と同様にして設けることができる。

なお、上述では、仕切り板２０を前述の中間部１５の閉塞空間部１８内に設けたが、特にこの仕切り板２０をブーム６の回動時に運転室３の側方または近傍を通過する閉塞空間部１７に設けることで、この部分の騒音が低減でき、運転室へ伝播する騒音が低減でき、オペレータに対する騒音を低減することができる。

また、仕切り板２０をブーム６の隔壁１２とは別体に設けたが、隔壁１２が仕切り板２０を兼ねるように構成してもよい。このように構成した場合には、前述した実施形態と同様に騒音を低減することができるとともに、仕切り板の数を少なくすることができる。これにより、製作コストを安価とすることができるとともに、ブーム６の製作に要する作業工数を低減できる。

また、仕切り板２０と、ブーム６の上板６ａ、下板６ｂ、及び２枚の側板６ｃと、隔壁１２とを同一材料とすることにより、ブーム６の製作やリサイクルにかかる労力を低減することができる。

また、仕切り板２０をブーム６の長手方向に対し、直交するように設けてあるが、ブーム６の長手方向に沿うように、仕切り板２０を設けても、ブーム６に生じる騒音を低減することができる。

さらに、仕切り板２０がブーム６の上板６ａ、下板６ｂ、及び２枚の側板６ｃと、隔壁１２と同一材料から成る鋼板によって製作されているが、この仕切り板２０を、例えば木材などの別の材料から成る部材としてもブーム６から生じる騒音を低減することができる。

なお、本実施形態では、ブーム６に騒音低減用の仕切り板２０を設けてあるが、アーム７に適用してもよい。このようにした場合は、アーム７から生じる騒音を低減することができる。

本発明に係る建設機械の作業装置の一実施形態を備えた建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルに備えられる本実施形態に係る作業装置を構成するブームの側面図である。 図２のＡ矢視から見た要部断面図である。 本実施形態に備えられる騒音低減用の仕切り板を設置の一例を示す図である。 本実施形態において得られる変化した定在波を示す図である。

符号の説明

３ 運転室
５ フロント構造物
６ ブーム
６ａ 上板
６ｂ 下板
６ｃ 側板
７ アーム
１２ 隔壁
１３ フートピン
１４ フートピン側部分
１５ 中間部
１６ 先端側部分
１７ 閉塞空間部
１８ 閉塞空間部
１８ｂ 第１閉塞空間部
１８ｃ 第２閉塞空間部
１９ 閉塞空間部
２０ 仕切り板
２１ 定在波
２１ａ 節
２１ｂ 腹

Claims (6)

1. 中空構造体から成り、建設機械の車体に上下方向に回動可能に設けられ、その内部に強度を高める隔壁を有するフロント構造物を備えた建設機械の作業装置において、
   前記隔壁によって形成される閉塞空間部内の、前記建設機械の駆動に伴って発生する定在波に基づく所定の位置に、この閉塞空間部内を仕切る騒音低減用の仕切り板を設けたことを特徴とする建設機械の作業装置。
2. 請求項１に記載の発明において、
   前記フロント構造物は、上板、下板および左右の側板とから成る箱状の中空構造物からなり、前記隔壁は、前記中空構造体の内部空間を複数の閉塞空間に分割するように設けられることを特徴とする建設機械の作業装置。
3. 請求項１または２に記載の発明において、
   前記仕切り板が前記フロント構造物の長手方向に対し、直交して設けられたことを特徴とする建設機械の作業装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、
   前記車体には、運転室が設けられるとともに、前記フロント構造物は、前記運転室の側面近傍を回動するように設けられ、
   前記仕切り板は、前記フロント構造物の回動時に前記運転室の側方および側方近傍を通過する前記閉塞空間内に設けられることを特徴とする建設機械の作業装置。
5. 請求項１に記載の発明において、
   前記隔壁が前記仕切り板を兼ねることを特徴とする建設機械の作業装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、
   前記仕切り板を前記中空構造体内に生じる定在波の節、又は腹にあたる位置に配置したことを特徴とする建設機械の作業装置。

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