JPH0649643Y2 - 車輪式建設機械の自動振動抑制装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、作業装置を車両本体から突出して関節接合
した形式の車輪式建設機械において、作業中は、作業装
置を所望の位置に油圧シリンダで確実に位置決めをし、
走行中は、油圧シリンダの作用により、車両本体の上
下、前後、左右の振動およびピッチング、ローリング、
ヨーイングなどを減衰的に抑制することを自動的にな
し、乗心地、運転操作性の向上を計る自動振動抑制装置
に関するものである。

従来の技術 車輪式建設機械では、その作業装置を車両本体の、大半
は前方に、稀に後方に突出して関節接合状態に設け、作
業装置全体を、関節部を中心として上下に回動させた
り、定位置を保持させるために油圧シリンダなどを作業
装置と車両本体の間に設けている。そうして作業対象物
を作業装置で確実に取扱ったり、所定の作業姿勢または
走行姿勢を保持したりするので容量の大きい油圧シリン
ダなどが採用される。一方、上述の作業装置は作業の性
格上、従来から頑丈な構成で重量は増大し勝ちで車両全
体の重心位置は作業装置の位置、重量に左右されること
が大きい。

特に、最近における車輪式建設機械においては、走行性
能、操縦性能、走行安全性の飛躍的向上に加え、作業工
種の多様化とが相まって、作業装置に作業対象物を積載
したまま近距離移動をしたり、あるいは作業現場間の自
走により回送をしたりすることが、より経済的であり、
その要望も多い。

この結果、車両全体重量のうち、作業装置または作業対
象物を含めた重量の比率の大きい作業装置が車両本体に
強固に取付いた状態のまま走行することが多くなってい
る。そのうえ、一般に、車輪式建設機械は走行を主目的
とした例えば自動車に比し、狭隘な作業現場での機動性
が重視されホィールベースは極力小さく、また、構造上
機械全体の重心高さも高くならざるを得ない実状であ
る。

たとえば、車輪式建設機械の代表例として、第１図に示
す車輪式トラクタショベルについて、その主要構成を説
明する。この機械は、複数個（たとえば４個）の車輪１
を備えた車両本体２の前部フレーム2aに作業装置３を装
着してなるものである。作業装置３は、前部フレーム2a
に基端部が関節式に回動自在に支持されたブーム４と、
ブーム４の先端に回動自在に支持されたバケット５と、
ブーム４の中間部とバケット５の一側部との間に屈曲自
在に連結された、クロスリンク６およびダンプリンク７
と、上記前部フレーム2aとブーム４との間に設けられた
リフトシリンダ８と、前部フレーム2aとクロスリンク６
との間に設けられたダンプシリンダ９などによって構成
されている。

上述のような車輪式トラクタショベルが、第２図に示す
ような凹凸部のある地面30′または表面が波状になった
路面上を一定以上の速度で走行するとき、図の例では前
方の車輪１が地面30′の凸部に乗上げ後方の車輪１より
も高く持上げられ、機械の進行方向軸線は前方が斜め上
方に傾き、次いで後方の車輪１が凸部に乗り上げ、機械
の進行方向軸線は逆に前方が斜め下方に傾き、揺動す
る。この様な機械の揺動は単に前後方向のみならず、車
輪１、１の左右輪の何れか一方が地面30′の凹凸部に侵
入したときは進行方向に対し直角の左右方向の揺動を生
ずる。以上のような揺動を惹起させる凹凸部は、作業現
場内では避けることは不可能であるばかりではなく、一
般公道上においても滑らかではあるが起伏があるので、
車輪式トラクタショベルの走行速度が上昇するにつれ
て、上記と同様の現象が起こる。ここにおいて、例示し
た車輪式トラクタショベルのような車輪式建設機械で
は、前述の通り、ホィールベースは比較的短く、重心高
さは高く、しかも車輪１、１の上下動を吸収する懸架ば
ねなども設けられておらず、その上に作業装置３は、走
行中、ブーム４、リフトシリンダ８により車両本体２の
前部フレーム2aに強固に固縛された状態となっているの
で、作業装置３は、揺動、その振巾、周期ともに車両本
体２と一体となって振動することとなる。したがって、
高速走行時において、弾力のある空気入りゴムタイヤに
支持された機械全体の持つ単一の固有振動数に対し、車
輪１、１が路面、地面上の凹凸部をある間隔をもって乗
り上げたり下ったりすることにより、更に機械全体の持
つ固有振動に加算され、振巾は益々大きくなる非減衰振
動として現れ、一定の走行速度範囲にある限り長時間に
わたり振動を続け、あるいは増大する傾向となる。

このような状態で走行を続けると、単に乗心地が悪いの
みならず、運転の誤操作を招き危険であり、それに至ら
ない程度であっても運転員の疲労も大きかった。

近年では、この振動を防止する目的で、第２図における
作業装置３を定位置に保持するリフトシリンダ８に衝撃
吸収性能を与え、比較的重量ウエイトの高い作業装置３
の振動が減衰振動となるように車両本体２で支持し、車
両本体２の振動と別個になし、もって機械全体の振動
が、常に減衰振動となるように配慮されたものがある。

この減衰振動を強制的に発生させる方法として、数例が
あるが、その第１の例は、特開昭59−182195号公報のよ
うに、モービルクレーンにおけるブームホイストシリン
ダのピストンロッドの内部にばね（補助スプリング）と
ダンパ機構を設けたものが知られている。この装置では
ホイストシリンダのピストンロッドを中空に形成し、そ
のロッド内部に、補助ピストン、金属ばね、スプリング
ガイド、支持リング等の多数の部材を内蔵するととも
に、作業装置を支持する保持圧として作用するN₂ガスを
封入しておく必要がある。

また、第２の例として、たとえば特開昭60−11930号公
報に示されるように、油圧ショベルのブームとアームシ
リンダの間、または、アームとバケットシリンダとの間
に、アームシリンダやバケットシリンダ等の作業用油圧
シリンダとは別個に緩衝用シリンダを設けたものが知ら
れている。

考案が解決しようとする問題点 上述のように、振動抑制方法は近年に至り、作業装置を
支持する油圧シリンダを特殊な構造にしたり、別個に振
動を吸収して減衰させる補助装置、または、振動抑制補
助油圧回路を設けるなどの対応策が提案されているが、
前記第１の例においては、振動低減のためのばねの定
数、オリフィスの性状により、振動減衰定数は決定され
てしまい、容易に変更することはできず、また、定数の
設定も非常に難しいうえに構造は複雑で製作コストは高
価となり、また、第２の例では作業装置先端部の構成部
材が車両本体および走行時に共振することを抑制するの
が目的で、機械全体の振動を抑制する効果は少ない。

以上のことに鑑み、この考案は構造簡単で、コストも低
く、しかも、従来の機械にも容易に適用が可能で、その
上、作業装置による作業中は車両本体と作業装置とが確
実に油圧シリンダで保持され、走行中は自動的に機械全
体の振動が減衰されるような回路に切換わる自動振動抑
制装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 この考案は、以上のような問題点を解決するために、次
のような構成とした。すなわち、 イ．走行車輪またはその駆動系の回転数に比例した電気
信号を発生する発信機と、その電気信号を受けて車両の
走行速度をデジタルあるいはアナログ値で表示する速度
計を備えた車輪式建設機械の車両本体に関節式に取付け
た作業装置を支持する油圧シリンダの負荷側の油圧管路
の分岐管路に、電磁切換弁並びにスローリターン弁を直
列に介してアキュムレータを設け、 ロ．上記電磁切換弁は、常時は、内蔵したばねの付勢力
により内部油路を閉路しており、受信部に外部から電気
信号が作用すると内部油路を開路する機能を有するもの
であって、 ハ．前記の速度計用発信機の出力回路を分岐してリレー
回路に導き、速度計の指示値が所定の値を越える電気信
号を発生するようになると接点が作動し、主電気回路を
閉路する如きリレーを設け、 ニ．電磁切換弁の受信部に、上記リレーを介して電源を
接続する。

作用 作業装置によって掘削・積込などの作業を完了して中距
離の移動または長距離の自走を開始し、走行速度が一定
値以上になると、速度計用発信機の出力電気信号が増大
し、リレーの主電気回路が閉路され、これにともない、
自動的に電磁切換弁の内部油路は開路し、作業装置を支
持する油圧シリンダの負荷側油圧管路は、分岐管路、電
磁切換弁、スローリターン弁を介してアキュムレータに
連通するので、作業装置は車両本体に対し別個の振動を
行ない、かつ、振動エネルギは吸収され、減衰振動を
し、ひいては、何等特別の操作も要しないで機械全体の
振動抑制効果が得られる。また、走行速度が低減または
停車状態になると、速度計用発信機の出力電気信号が低
下し、リレーの主電気回路は開路し、電磁切換弁の内部
油路が閉路して作業装置は油圧シリンダによって車両本
体に強固に支持される。

実施例 第１図には、この考案が適用される車輪式建設機械の代
表例として車輪式トラクタショベルの側面図を示してお
り、この機械の主要構成は前述のとおりであるが、上記
車輪式トラクタショベルの要部の油圧回路は第３図のと
おりである。この図において、10はタンク、11は油圧パ
ワーユニット中の作業装置作動用の油圧ポンプ、12はダ
ンプシリンダ用油圧切換弁、13はリフトシリンダ用油圧
切換弁である、ダンプシリンダ用油圧切換弁12に管路14
a、14bを介してダンプシリンダ９のヘッド側油室9a、ロ
ッド側油室9bが接続され、リフトシリンダ用油圧切換弁
13に管路15a、15bを介してリフトシリンダ８のヘッド側
油室8a、ロッド側油室8bが接続されている。さらに、上
記リフトシリンダ８における、作業装置３の重量が負荷
する側の油室、すなわちヘッド側油室8aに接続された管
路15aの途中に分岐管路16を設け、この分岐管路16に電
磁切換弁17を介して可変絞り部18aとチェック弁18bとか
らなるスローリターン弁18が接続され、このスローリタ
ーン弁18にアキュムレータ19が接続されている。なお、
アキュムレータ19としては通常プラダ形アキュムレータ
が用いられ、負荷の大小、設置空間その他の関係から封
入ガス圧力、使用本数が単数または複数など各種組合わ
せて使用するときもありうる。アキュムレータ19とスロ
ーリターン弁18とからなる振動抑制回路20は、リフトシ
リンダ８のヘッド側油室8aとリフトシリンダ用油圧切換
弁13との間で管路15a、16を含む外部配管で接続され
る。従って、上記アキュムレータ19等はブーム４の回動
およびリフトシリンダ８の伸縮作動に支障のない範囲、
および接続配管方法により、前部フレーム2aの任意の位
置に設置すればよい。

また、21はメインリリーフ弁、22、23,24は、それぞれ
管路14a,14b,15aに連通する回路のオーバロードリリー
フ弁、25,26,27,28はキャビテーション防止用のチェッ
ク弁である。

また、車輪式トラクタショベルの如く一般公道上を走行
する車輪式建設機械で一定以上の最高速度を出し得る機
械では、その車両の走行速度状態を常に指示し、運転者
席から視認できる速度計の設置が義務付けられている
が、その１例として、車輪１の駆動系、例えばトランス
ミッション（図示せず）の最終段駆動軸に噛み合い、車
輪１と一定の比率で回転する第３図の駆動軸31により駆
動される発信機32を設け、その出力を電気配線37で速度
計33に導き、車輪１の回転速度に応じた走行速度をデジ
タルあるいはアナログ値表示をさせるようにしてある。

更に、この考案では、出力部は電磁切換弁17の受信部に
接続され、入力部はスイッチ35を介して電源36に接続さ
れたリレー29を設け、該リレー29のリレー回路39は、電
気配線39,周波数弁別器34および電気配線38を介して電
気配線37に接続されており、車両の走行速度が増大して
いき、発信機32の出力が一定値を越えるとリレー29が作
動し、該リレー29の主電気回路が閉路して電源39はスイ
ッチ35を介して電磁切換弁17の受信部に導かれるように
なっている。

この電磁切換弁17は図示のように、励磁されないときは
内蔵のばねの付勢力によりＡ位置にあり、管路16を遮断
しているが、励磁されるとＢ位置に切換わり、管路16と
アキュムレータ19とをスローリターン弁18を介して連通
させる。

次に、以上の構成からなるこの考案の装置について、そ
の作動を説明する。

車輪式トラクタショベルにより掘削・積込作業をすると
き、作業装置３を下降させ、バケット５の底面を地面30
に平行または僅かに食い込ませる角度でもって前進さ
せ、土砂がバケット５に満載されると作業装置３をリフ
トシリンダ８により上昇させ、バケット５を土砂が流出
しないような角度に調整し、前進または後進をして所定
の場所に移動し、土砂を放出する。このように、比較的
狭い場所での掘削・積込作業時の車両の走行速度は数キ
ロメートル毎時程度であるが、土砂の運搬距離が長くな
るとき、または車両の自走により回送するときなどは、
その所要時間を短縮する目的で走行速度を早くする。

このような作業において、スイッチ35を閉路していて
も、走行速度が低速のときは発信機32からの電気信号は
小さく、リレー29を作動させる迄には至らないので、該
リレー29の主電気回路は開路状態を保持するので、電磁
切換弁17もＡ位置にとどまる。すなわち、掘削・積込作
業中および短距離移動中、悪路走行中は、車両走行速度
が低く、分岐管路16は電磁切換弁17のＡ位置で閉塞され
ているので、シリンダ８のヘッド側油室8aとリフトシリ
ンダ用油圧切換弁13とは管路15aに直結され、作業装置
を支持する油圧回路の状態は、通常の車輪式トラクタシ
ョベルにおけるそれと同様、リフトシリンダ用油圧切換
弁13が中立のときにおいて、車両本体２の前部フレーム
2aに、作業装置３は強固に接続される。

次に、バケット５に土砂を積込んだまま、中距離の運搬
をするとき、または、車両を自走により回送するとき、
変速機レバ（図示せず）を高速度段におき前後進して、
次第に車速が上昇していくと、これにともない発信機32
の回転は上昇し、電気信号も増大するので、その電気信
号は、ついには周波数弁別器34を介してリレー29を作動
せしめ、該リレー29の主電気回路を閉路するので、電源
36は、スイッチ35、リレー29を通って電磁切換弁17の受
信部に導かれ、該電磁切換弁17はＡ位置からＢ位置に切
換わり、分岐管路16は管路15aを振動抑制回路20へ、自
動的に連通させる。

その結果、リフトシリンダ８のヘッド側油室8a、管路15
a内の圧油は、分岐管路16、電磁切換弁17のＢ位置通
路、スローリターン弁18を通ってアキュムレータ19へと
流入することができる。

この状態で、車輪式トラクタショベルが走行して路面の
起伏、急激な加速減速に応じて車両本体２が振動するこ
とにより作業装置３が振動し、この作業装置３を支持し
ているブーム４が上下方向に回動しようとし、このブー
ム４を支持しているリフトシリンダ８のヘッド側油室8a
に圧力変動が生じる。このようなときに上記ヘッド側油
室8aが管路15a,分岐管路16,電磁切換弁17,スローリター
ン弁18を介して、アキュムレータ19に連通しているの
で、圧油がアキュムレータ19に流出入することとなる。
そのときスローリターン弁18の可変絞り部18aによる減
衰作用によって、上記振動が抑制され乗心地も向上す
る。

すなわち、上記車輪式ショベルローダによれば、車両本
体２側を主振動系とし、車両本体２に比べて重量（質
量）の小さい作業装置３側を副振動系とする動制振器と
して考えることができ、作業装置３側の副振動系の固有
振動数を、車両本体２側の主振動系の固有振動数とほぼ
等しくなるように、アキュムレータ19の容量、封入ガス
圧力を選定しておくことにより、走行時において、車両
本体２側はほとんど振動せず、副振動系の作業装置３側
が振動し、作業装置３側において、ばね力つまりアキュ
ムレータ19の蓄圧力が常に地面30、路面側から受ける加
振力に対向する方向に作用して振動が抑制されるととも
に、可変絞り部18aにより振動減衰作用が発揮され、こ
れにより振動が大巾に、かつ速やかに抑制され、乗心地
は向上する。

なお、車両本体２、作業装置３の質量の大小、作業装置
３への負荷状態、振動発生の原因となる路面状況、機械
の使用条件に見合ったアキュムレータ、スローリターン
弁を選択使用することにより、より大きな効果が期待で
きることは勿論であるが、スローリターン弁18内の可変
絞り部18aは必ずしも可変形式のみに限らず、その機械
の使用状態に適合し、最も振動減衰効果が得られる値を
求め、固定絞り部におきかえることも可能である。ま
た、たとえば高速走行時においても、車両本体２と作業
装置３とが常時一体となり、同一の動きでなければなら
ないことが要求されるようなときは、電源スイッチ35を
開路しておくことにより、電磁切換弁17は常時Ａ位置を
保持し、分岐管路16が閉塞されることはいうまでもな
い。

また、第４図は本考案の第２実施例である遠心機械式速
度計を備えた車両の場合の電気回路を示す図であり、こ
の図に表われない油圧回路は、すべて第３図と同一であ
る。図において40はトランスミッションの最終段駆動軸
その他の走行動力系から回転を取り出すタコメータケー
ブルであり、その他端は遠心式の速度計41に連結してあ
る。

42はリミットスイッチで、速度計41の指針が一定値以上
の速度を指示するとリレー43のリレー回路を閉路し、こ
れにともないリレー43の主電気回路が閉路すると電源36
はスイッ35、リレー43を通って電磁切換弁17を励磁す
る。

以上の第２実施例においても、その作動は第１実施例と
同様、車両の速度が上昇していき、路面の凹凸の影響を
受けて車両本体が振動を起こす速度に達すると自動的に
振動抑制回路に切換わるものである。

考案の効果 この考案の装置を、車輪を有し、車両本体に作業装置
を、リフトシリンダを介して昇降自在に支持して取付け
た車輪式建設機械に装備すると、この車輪式建設機械が
作業中で低速度で走行している間は従来と同様、作業装
置はリフトシリンダにより車両本体と一体的に保持さ
れ、運搬・回送などのため高速で走行するときには振動
抑制回路を介して作業装置が支持されるよう自動的に切
換わるので、高速時においても車体の振動はなく、運転
者は作業装置の操作または操向操作のみに専念すればよ
く、乗心地性能も良好であるため、運転者の疲労は少な
く、安全で、しかも作業能率が向上する。また、振動抑
制回路を必要としない場合はスイッチを操作するだけで
よいので、１台の機械を多目的に利用できる。

さらに、この考案を構成する機材はすべて汎用品であ
り、その取付場所選定の自由度は高いので既存機械への
追加装備も容易で、かつ経済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】 第１図は車輪式トラクタショベルの構成を示す側面図、
第２図は車輪式トラクタショベルの走行中の側面図、第
３図はこの考案にかかる電気・油圧系統図、第４図は本
考案の第２実施例を示す要部の電気系統図である。 ３……作業装置 ８……リフトシリンダ 13……リフトシリンダ用油圧切換弁 17……電磁切換弁 18……スローリターン弁 20……振動抑制回路 29,43……リレー 32……発信機 33,41……速度計 34……周波数弁別器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車両本体に作業装置の一端を枢支し、油圧
   シリンダにより該作業装置の自重並びに作業負荷を支持
   し、あるいは所定の回動をなさしめる車輪式建設機械に
   おいて、 作業装置の負荷圧力が発生する側の油圧シリンダの油室
   に通じる管路の分岐管路に連通する如く設けられた振動
   抑制回路と、 受信部に信号が作用すると、上記分岐管路を開閉させる
   開閉手段と、 車両の走行速度が上昇し、車両本体の振動が所定の値を
   越える状態になると、上記開閉手段の受信部に信号を供
   給する発信手段 とからなる車輪式建設機械の自動振動抑制装置。