JP6772759B2 - 伸縮ブーム式作業機 - Google Patents

Description

本発明は、伸縮ブームを備える伸縮ブーム式作業機に関する。

従来、複数の筒状のブームが入れ子構造を形成するように配置され、外側のブームに対して内側のブームがスライドすることにより伸縮する伸縮ブーム式作業機が知られている（例えば、特許文献１）。一般に、伸縮ブーム式作業機においては、ブームを円滑にスライドさせるため、また、伸縮時のブームの振動を抑制するために、内外に隣接するブーム間の隙間に、潤滑剤（例えばグリース）を塗布したスライドプレートが配置されている。伸縮時にブームが振動すると、先端に吊り下げられたフックが揺れてブームに衝突する等、極めて危険である。

伸縮時のブームの振動対策として、上述した手法が採られているが、ブーム間の摺動状態は経時的に変化するため、永続的に振動を防止することは困難である。従来は、振動が生じた場合には、グリースの再塗布、グリースの種類の変更、スライドプレートの材質の変更、スライドプレートのガタの調整、又は伸縮ワイヤーの固定位置の変更等による対応がなされている。

特開２０１１−８４３５０号公報

しかしながら、伸縮時のブームの振動は、非周期的な外力に基づく自励振動であり、原因を特定することは困難である。そのため、上述した対応は、保守作業者の勘や経験に基づくところが大きく、伸縮時のブームの振動が改善されない場合もあり、保守作業に多大な時間を要する虞がある。

本発明の目的は、伸縮時のブームの振動を抑制できるとともに、経時的にブームの振動が生じるようになった場合にも容易に対応できる伸縮ブーム式作業機を提供することである。

本発明の一態様に係る伸縮ブーム式作業機は、
基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
前記動吸振器は、前記伸縮ブームの内部に配置されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る伸縮ブーム式作業機は、
基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
前記ばね部は、ブーム軸方向に沿って延びていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る伸縮ブーム式作業機は、
基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
前記動吸振器は、前記伸縮ブームの内部に配置され、
前記ばね部は、ブーム軸方向に沿って延びていることを特徴とする。

本発明によれば、伸縮ブームにおいて、動吸振器の固有振動数と同じ振動数を有する振動が発生する場合に、この振動は動吸振器によって吸収される。したがって、動吸振器の固有振動数を調整することにより、伸縮ブームにおいて伸縮時に生じる特定の振動を抑制することができるとともに、経時的にブームの振動が生じるようになった場合にも容易に対応することができる。

本発明の一実施の形態に係る伸縮ブーム式作業機の走行時の状態を示す図である。 伸縮ブーム式作業機の作業時の状態を示す図である。 実施の形態に係る動吸振器を示す図である。 実施の形態に係る動吸振器を示す図である。 変形例に係る動吸振器の配置態様を示す図である。 変形例に係る動吸振器の配置態様を示す図である。 動吸振器の他の一例を示す図である。 動吸振器の配置態様の他の一例を示す図である。 動吸振器を高所作業車に取り付ける場合の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る伸縮ブーム式作業機１の走行時の状態を示す図である。図２は、伸縮ブーム式作業機１の作業時の状態を示す図である。図１、図２に示す伸縮ブーム式作業機１は、いわゆるラフテレーンクレーンであり、上部旋回体１０及び下部走行体２０を備える（以下「ラフテレーンクレーン１」と称する）。ラフテレーンクレーン１は、下部走行体２０の走行部にタイヤを使用した自走クレーンであり、一つの運転室から走行操作とクレーン操作を行うことができる。

上部旋回体１０は、旋回フレーム１１、キャビン１２（運転室）、伸縮ブーム１００、起伏シリンダー１３、ジブ１４、フック１５、ブラケット１６、カウンターウエイト（図示略）、及び巻上装置（ウインチ、図示略）等を備える。

旋回フレーム１１は、旋回支持体（図示略）を介して、下部走行体２０に旋回可能に支持される。旋回フレーム１１に対して、キャビン１２、伸縮ブーム１００、起伏シリンダー１３、ブラケット１６、カウンターウエイト（図示略）、及び巻上装置（ウインチ、図示略）等が取り付けられる。

キャビン１２は、旋回フレーム１１の前部に配置される。キャビン１２は、走行操作（例えば前輪２２及び後輪２３の操舵）及びクレーン操作（例えば伸縮ブーム１００の起伏及び伸縮）を行うための操作レバー、ハンドル、ペダル、スイッチ類等を含む操作部、並びに各種情報を表示する計器類を含む表示部を有する（いずれも図示略）。

伸縮ブーム１００は、支持軸（フートピン、符号略）を介して、ブラケット１６に回動可能に取り付けられる。伸縮ブーム１００において、ブラケット１６に取り付けられる側を「基端側」、反対側を「先端側」と称する。本実施形態では、伸縮ブーム１００は６段編成であり、伸張したときの基端側から順に、基端ブーム１０１、中間ブーム１０２〜１０５、及び先端ブーム１０６を有する。先端ブーム１０６の先端部には、シーブ（符号略）を有するブームヘッド１０７が配置される。さらに、ブームヘッド１０７の先端面には、伸縮ブーム１００の振動を抑制するための動吸振器１１０（図３、図４参照）が配置される。

なお、伸縮ブーム１００において、中間ブームの数は特に限定されない。また、ブームヘッド１０７には、バケットなどの作業用アタッチメントが取り付けられる場合もある。以下において、基端ブーム１０１、中間ブーム１０２〜１０５、及び先端ブーム１０６を区別しない場合は、「ブーム１０１〜１０６」と称する。

ブーム１０１〜１０６は、例えば高張力鋼板によって形成される。ブーム１０１〜１０６は、ブーム軸方向両端が開放された筒形状を有し、基端ブーム１０１が最外側、先端ブーム１０６が最内側となるように、順に入れ子式に配置される。中間ブーム１０２〜１０５及び先端ブーム１０６は、内部に配置された伸縮シリンダー（図示略）が伸縮することにより、基端ブーム１０１に対して、長手方向にスライドして伸縮する（いわゆるテレスコピック構造）。伸縮ブーム１００のブーム長は、例えば全収納状態で９．８ｍ（以下「基本ブーム長」と称する）、全伸長状態で４４．０ｍ（以下「最大ブーム長」と称する）である。

起伏シリンダー１３は、旋回フレーム１１と伸縮ブーム１００との間に架設される。起伏シリンダー１３の伸縮により、伸縮ブーム１００が起伏される。伸縮ブーム１００の起伏角度は、例えば０°〜８４°である。

ジブ１４は、揚程を拡大する場合に、伸縮ブーム１００（ブームヘッド１０７）の先端に回動可能に装着される。ジブ１４は、前方に向けて回動することにより、伸縮ブーム１００の前方に張り出される。

フック１５は、かぎ形状を有する吊り具であり、主巻フック及び補巻フックを有する。フック１５は、ブームヘッド１０７の先端部又はジブ１４の先端部のシーブに掛け回されたワイヤーロープ１７に取り付けられる。巻上装置（図示略）によるワイヤーロープ１７の巻上げ又は繰出しに伴い、フック１５が昇降する。

下部走行体２０は、車体フレーム２１、前輪２２、後輪２３（以下「車輪２２、２３」と称する）、フロントアウトリガー２４、リアアウトリガー２５（以下「アウトリガー２４、２５」と称する）、及びエンジン２６等を備える。

車輪２２、２３には、トランスミッション（図示略）を介してエンジン２６の駆動力が伝達される。ラフテレーンクレーン１は、エンジン２６の駆動力によって車輪２２、２３が回転することにより走行する。また、車輪２２、２３の操舵角（走行方向）は、キャビン１２に設けられたハンドル（図示略）の操作に伴い変化する。

アウトリガー２４、２５は、走行時には車体フレーム２１に収納される。一方、アウトリガー２４、２５は、作業時（上部旋回体１０の動作時）に、水平方向及び垂直方向に張り出し、車体全体を持ち上げて、姿勢を安定させる。

ラフテレーンクレーン１において、伸縮ブーム１００は、伸縮する際（特に収納する際）に、主にフック１５が吊り下げられている方向、言い換えると伸縮ブーム１００の起伏動作が行われる面内で振動する（以下「縦揺れ」と称する）。本発明者らは、ブーム伸縮時における伸縮ブーム１００の起伏状態（起伏角度）が同じであれば、ほぼ同じブーム長で振動が発生し始めることを発見した。そして、この振動を抑制するのに動吸振器を適用すること、さらには全伸長状態から収納する場合は最初に生じる振動を抑制することで、伸縮ブーム１００に生じる振動を飛躍的に低減できることを確認し、本発明に想到した。

図３、図４は、伸縮ブーム１００の先端部（ブームヘッド１０７）に取り付けられる動吸振器１１０の一例を示す図である。図４Ａは先端側から見た正面図であり、図４Ｂはブーム軸に沿う縦断面図である。

図３、図４に示すように、動吸振器１１０は、ばね部１１１及び質量部１１２を有する。動吸振器１１０は、減衰系（図示略）を有していてもよい。動吸振器１１０は、対象の振動系（主系）である伸縮ブーム１００に、ばね部１１１を介して質量（質量部１１２）を付加することで、主系の代わりに振動する装置である。動吸振器１１０は、質量部１１２が主系と逆位相で振動することで、主系の振動を吸収する。

動吸振器１１０は、伸縮ブーム１００に、自身の固有振動数と同じ振動数の振動が生じた場合に、この振動を吸収することができる。言い換えると、動吸振器１１０の固有振動数を調整することにより、伸縮ブーム１００に生じうる振動のうち特定の振動数を有する振動を吸収することができる。

ここでは、動吸振器１１０は、所定の起伏状態（例えば起伏角７０°）において、伸縮ブーム１００を全伸長状態から収納する際に最初に発生する振動に基づいて、固有振動数が調整される。つまり、動吸振器１１０の固有振動数は、収納時に伸縮ブーム１００が振動し始めるときの振動数と一致するように、調整される。これにより、ブーム長が長く最も振幅が大きくなる振動（伸縮ブーム１００に生じうる振動のうち、最も抑制したい振動）を抑制することができる。したがって、伸縮ブーム１００に吊り下げられたフック１５が揺れて伸縮ブーム１００に衝突することがなくなり、安全性がいっそう向上する。

ここで、所定の起伏状態とは、伸縮ブーム１００の伸縮が行われるときに、ブームの振動が生じやすい起伏状態であり、伸縮ブーム１００ごとにほぼ決まっている。言い換えると、所定の起伏状態以外の起伏状態で伸縮ブーム１００の伸縮が行われるときは、振動は生じにくい。例えば、ある伸縮ブーム１００においては、起伏角が７０°〜８４°のときに、ほぼ同じブーム長で振動が生じ始める。つまり、所定の起伏状態は、振動が生じ始めるときの起伏角の範囲及びブーム長の範囲で表される。このときの伸縮ブーム１００の固有振動数の変化は軽微であるため、所定の起伏状態にあるときに伸縮ブーム１００が取り得る固有振動数に基づいて動吸振器１１０の固有振動数を調整することで、一つの動吸振器１１０で十分に振動を抑制することができる。

なお、伸縮ブーム１００が振動し始めるときの振動数は、実際に複数の起伏角に対して、伸縮ブーム１００を全伸長状態から収納させて振動が生じ始めるブーム長を特定し、このブーム長を用いて算出することができる。または、伸縮ブーム１００に振動センサーを取り付けて、伸縮ブーム１００が振動し始めるときの振動数を直接的に測定してもよい。前述の通り、起伏角によっては、伸縮ブーム１００に振動が生じない場合もある。

本実施の形態において、ばね部１１１は、所定長を有する板ばねである（以下「板ばね１１１」と称する）。質量部１１２は、所定重量を有する錘である（以下「錘１１２」と称する）。板ばね１１１の一端は、ブームヘッド１０７の先端面１０７ａに、例えばボルト締めによって固定される。板ばね１１１の他端側には、錘１１２が取り付けられる。すなわち、動吸振器１１０は、片持ち梁型の動吸振器である。

このように、動吸振器１１０は、伸縮ブーム１００のブーム先端に配置されていることが好ましい。また、動吸振器１１０は、板ばね１１１がブーム軸方向に沿って延在するように配置されるのが好ましい。これにより、伸縮ブーム１００を収納して走行する際等に、動吸振器１１０が邪魔になるのを防止できる。

なお、板ばね１１１の素材（弾性係数）及び寸法（長さ、幅、厚さ）、並びに錘１１２の質量は、伸縮ブーム１００に生じうる振動の振動数の範囲、すなわち伸縮ブーム１００を全伸長状態から全収納状態（又は所定のブーム長）まで変化させたときに、伸縮ブーム１００の固有振動数がとりうる範囲に応じて適宜に設定される。

また、動吸振器１１０において、板ばね１１１は、板面が制振方向、すなわち縦揺れ方向を向くように配置されるのが好ましい。これにより、伸縮時に伸縮ブーム１００に生じる縦揺れを効率よく吸収することができる。

さらに、本実施の形態では、板ばね１１１は、板面に、長手方向に沿う長穴１１１ａを有する。図３では、４個の長穴１１１ａのうち３個の長穴１１１ａが現れている。錘１１２の挿通孔１１２ａにボルト１１３を挿通し、ボルト１１３を板ばね１１１の長穴１１１ａに締結することで、錘１１２は板ばね１１１に固定される。すなわち、錘１１２は、板ばね１１１の長さ方向に可動となっている。図３では、最先端に位置する長穴１１１ａに錘１１２が固定されている。

このように、動吸振器１１０は、板ばね１１１の実効長さ（ばね部として機能する長さ）を連続的に変化させることができる構造を有することが好ましい。これにより、動吸振器１１０の固有振動数を簡単に調整することができるので、伸縮ブーム１００に振動が生じるときのブーム長が経時的に変化した場合、すなわち伸縮ブーム１００に生じる振動の振動数が経時的に変化した場合に容易に対応することができる。

最大ブーム長が４４ｍ（固有振動数２．５Ｈｚ）、基本ブーム長が９．８ｍである伸縮ブーム１００の場合、例えば、板ばね１１１として、ＨＴ５９０製（縦弾性係数：２０３ＧＰａ）で、長さ：１１７５ｍｍ、幅：６０ｍｍ、厚さ：６ｍｍのものを適用し、錘１１２として、ＳＳ４００製で、質量４．５〜１５ｋｇのものを適用した動吸振器１１０を用い、ばね部１１１の実効長さを４５２〜７８６ｍｍに調整することにより、伸縮時の縦揺れを格段に抑制することができる。

［変形例］
図５、図６は、変形例に係る動吸振器１１０の配置態様を示す図である。図６Ｂはブーム軸に沿う縦断面図であり、図６Ａは図６ＢにおけるＢ−Ｂ矢印方向から見た断面図である。実施の形態で示した構成と比較して、ばね部１１１の延在方向が逆向きである点が異なり、その他の構成は同様である。

図５、図６に示すように、動吸振器１１０は、伸縮ブーム１００の内部に配置されるようにしてもよい。伸縮ブーム１００においては、通常、先端ブーム１０６及びブームヘッド１０７の内部は空洞である。変形例では、この空間を利用して動吸振器１１０が配置されている。変形例の伸縮ブーム１００においては、従前と同様の外形が確保されることとなる。これにより、伸縮ブーム１００を収納して走行する際等に、動吸振器１１０が邪魔になるのを確実に防止できる。

このように、実施の形態に係るラフテレーンクレーン１（伸縮ブーム式作業機）は、基端ブーム１０１及び先端ブーム１０６を含む複数の筒状のブーム１０１〜１０６からなるテレスコピック構造を有する伸縮ブーム１００と、ばね部１１１及び質量部１１２を有し、ばね部１１１の一端が伸縮ブーム１００に固定される動吸振器１１０と、を備える。

ラフテレーンクレーン１では、伸縮ブームにおいて、動吸振器１１０の固有振動数と同じ振動数を有する振動が発生する場合に、この振動は動吸振器１１０によって吸収される。したがって、動吸振器１１０の固有振動数を調整することにより、伸縮ブーム１００において伸縮時に生じる特定の振動を抑制することができる。また、経時的に伸縮ブーム１００の振動が抑制できなくなる場合には、動吸振器１１０の固有振動数を再調整（ばね部１１１の実効長さの調整／動吸振器１１０の交換を含む）することにより、容易に対応することができる。

さらには、潤滑剤の塗布回数を低減することができる等、従来の振動対策に要していた工数を低減でき、保守作業時間を大幅に短縮することができる。また、複雑な構成要素を追加することなく、動吸振器という、単純かつ安価な装置によって振動対策を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、伸縮ブームに配置される動吸振器の構成は、実施の形態で説明したものに限定されず、ばね部及び質量部を有し、ばね部の一端が伸縮ブームに固定される構成であればよい。具体的には、動吸振器を伸縮ブームの内部に配置する場合、図７に示すように、複数の圧縮コイルばね１２１（ばね部）と球状の質量部１２２を組み合わせて、質量部１２２を浮遊させた状態で保持する構造の動吸振器１２０を適用することができる。この場合、動吸振器１２０は、全方向の振動に対して制振作用を発揮するので、伸縮ブーム１００に生じる様々な振動を抑制することができる。

また例えば、実施の形態で説明した片持ち梁型の動吸振器１１０の場合、伸縮ブーム１００の先端面に限らず、伸縮ブーム１００の周面において、ブーム軸方向に沿ってばね部１１１が延びるように配置されてもよい（図８Ａ参照）。この場合、ブーム１０１〜１０６の格段に取り付けることができる。図８Ａにおいては、中間ブーム１０５の上面、中間ブーム１０４の下面、中間ブーム１０２の側面に動吸振器１１０を配置した例を示している。

また例えば、実施の形態で説明した片持ち梁型の動吸振器１１０の場合、伸縮ブーム１００のブーム軸方向に対して直交する方向にばね部１１１が延びるように配置されてもよい（図８Ｂ参照）。

さらに、片持ち梁型の動吸振器１１０において、ばね部１１１は、棒状の弾性体で構成されてもよい。この場合、動吸振器１１０の制振方向は縦揺れ方向に制限されないので、伸縮ブーム１００に生じうる振動をより効果的に抑制することができる。

また、伸縮ブーム１００に配置される動吸振器１１０の数、配置は特に制限されない。複数の動吸振器１１０を設ける場合、それぞれの固有振動数が異なるように調整してもよい。これにより、振動数の異なる複数の振動を抑制することが可能となる。

本発明は、オールテレーンクレーンやトラッククレーン、又は高所作業車など、伸縮ブームを備える伸縮ブーム式作業機に適用できる。特に、伸縮ブームの先端にバケットを取り付けた高所作業車においては、バケットに作業者を乗せた状態で伸縮ブームの伸縮が行われるため、伸縮ブームが振動するとバケットも揺れて、作業性が低下する虞がある。高所作業車に本発明を適用することにより、伸縮ブームの振動が抑制されるので、バケットが揺れて作業性が低下するのを防止できる。

この場合、図９に示すように、バケット１３０にいる作業者ＯＰが、バケット１３０の中から動吸振器１１０のスライダー１１４をばね部１１１の長さ方向に沿って上下に移動させ、ばね部１１１の固定端の位置を変化させることで、ばね部１１１の有効長さ、ひいては動吸振器１１０の固有振動数を調整できる構成であることが好ましい。これにより、伸縮ブーム１００に振動が生じても、バケット１３０内の作業者ＯＰは、スライダー１１４を移動させるという自身の行動により振動を早期に収束させることができ、伸縮ブーム１００の振動に伴う作業性の低下を回避することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ラフテレーンクレーン（伸縮ブーム式作業機）
１０ 上部旋回体
２０ 下部走行体
１００ 伸縮ブーム
１０１ 基端ブーム
１０２〜１０５ 中間ブーム
１０６ 先端ブーム
１０７ ブームヘッド
１１０ 動吸振器
１１１ 板ばね（ばね部）
１１２ 錘（質量部）

Claims (7)

1. 基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
   ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
   前記動吸振器は、前記伸縮ブームの内部に配置されていることを特徴とする伸縮ブーム式作業機。
2. 基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
   ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
   前記ばね部は、ブーム軸方向に沿って延びていることを特徴とする伸縮ブーム式作業機。
3. 基端ブーム及び先端ブームを含む複数の筒状のブームからなるテレスコピック構造を有する伸縮ブームと、
   ばね部及び質量部を有し、前記ばね部の少なくとも一端が前記伸縮ブームに固定される動吸振器と、を備え、
   前記動吸振器は、前記伸縮ブームの内部に配置され、
   前記ばね部は、ブーム軸方向に沿って延びていることを特徴とする伸縮ブーム式作業機。
4. 前記ばね部は、板ばねであり、板面が前記伸縮ブームの起伏動作が行われる方向に向くように配置されることを特徴とする請求項２又３に記載の伸縮ブーム式作業機。
5. 前記動吸振器は、所定の起伏状態において、全伸長した状態から収納する際に最初に発生する振動に基づいて、固有振動数が調整されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の伸縮ブーム式作業機。
6. 前記動吸振器は、前記伸縮ブームの先端に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の伸縮ブーム式作業機。
7. 前記質量部又は前記ばね部の固定端は、前記ばね部の長さ方向に可動であり、
   前記質量部の前記長さ方向の位置、又は前記固定端の前記長さ方向の位置を変えることにより、前記ばね部の実効長さが変化することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の伸縮ブーム式作業機。

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