JPH0672447B2 - 車輪式建設機械の自動振動抑制装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明、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、高
速走行中は、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、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、最近における車両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
走による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を車両本体に
強固に取付け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、車両式建設機械の代表例として、第１図に示
す車輪式トラクショベルについて、その主要構成を説明
すると、この機械は、複数個（例えば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逆に前方が斜
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の上下振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、単に機械全体の持
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
ンダの間に、または、アームとバケツトシリンダとの間
に、アームシリンダやバス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。

発明が解決しようとする課題 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、この発明は構造簡単で、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、走行中には自動的に機械
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。

課題を解決するための手段 この発明は、以上のような課題を解決するために、次の
ような構成とした。すなわち、 イ．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
管路により、スローリターン弁を介してアキュムレータ
に接続してなる振動抑制回路に接続した油圧回路装置に
おいて、 ロ．該分岐管路の途中に設け、内蔵のばねの付勢力によ
り常時は内部油路を閉路しているが、受信部に外部から
信号が作用すると内部油路を開路する開閉弁からなる前
記分岐管路の開閉手段と、 ハ．当該車両が選定した速度段の操作信号が、予め設定
された所定の速度段以上の操作信号となったことを検出
すると開閉弁の受信部に作用して該弁を開路させる信号
を出力する信号出力手段と、 ニ．該信号出力手段からの信号を前記開閉手段の受信部
へ導く供給手段と、を設けるとともに、 ホ．上記信号出力手段へ入力される速度段の操作信号の
大小または有無にかかわらず、信号の出力を任意に停止
させることのできる信号停止手段を設ける。

作用 車輪式トラクタショベルの如き建設機械により、掘削・
積込みなどの工程を完了し、次いで中距離の移動または
長距離の自走をする場合に、本装置の信号停止手段を作
用させない状態にしておいて走行速度段の選択を所定以
上の高速側に選定すると、信号出力手段からの信号は供
給手段を介して分岐管路上の開閉弁の受信部に作用する
ので該弁の内部油路は自動的に開路し、作業装置を支持
する油圧シリンダの負荷側油室は振動抑制開路へと開閉
手段である開閉弁を介して連通するので、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、高速移動に対し
て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、走行速度段を低速または中立位置に
すると、信号出力手段からの信号は出力されなくなるの
で前記開閉弁は、ばねの付勢力によりその内部油路が自
動的に閉路され、作業装置は油圧シリンダにより車両本
体に強固に支持される。

また、信号停止手段を操作しておくと、車両の速度段手
段の操作信号の有無にかかわらず、信号出力手段からの
信号は出力されないので、通常の作業装置支持方式と同
様に、油圧シリンダにより作業装置は車両本体と一体的
に、強固に支持される。

実施例 第１図には、この発明が適用される車輪式建設機械の代
表例としての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
パワーユニットの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
油圧切換弁であり、ダンプシリンダ用油圧切換弁12に管
路14a、14bを介してダンプシリンダ９のヘッド側油室9
a、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1
6に電磁切換弁17を介して可変絞り部18aとチェック弁18
b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型アキュム
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。したがって、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。

さらに、29は車両走行用の変速機（図示せず）の速度
段、前後進などを選択して切換える油圧クラッチ36,37,
38,39（前後進選択用の油圧クラッチは図示省略）作動
用のクラッチコントロールバルブ31その他の油圧源とな
る油圧ポンプで、その吐出圧油はリリーフ弁で調圧され
管路40を通り、上記クラッチコントロールバルブ31へ流
入する。

このクラッチコントロールバルブ31は、レギュレータバ
ルブ32、クラッチカットオフバルブ33,前後進セレクタ
バルブ34および速度段セレクタバルブ35から構成される
が、このうち、速度段セレクタバルブ35からの圧油出口
ポートは、独立して４個設けてあり、スプールの位置を
４段階に摺動させることにより、圧油をそれぞれのポー
トから、管路41を通って第１速用の油圧クラッチ36に、
管路42を通って第２速用の油圧クラッチ37に、管路43を
通って第３速用の油圧クラッチ38に、管路44を通って第
４速用の油圧クラッチ39に、選択的に送油することがで
きるものである。そうして、管路43から分岐した管路4
5,管路44から分岐した管路46はシャトル弁48に接続して
あり、該シャトル弁48の出口ポートは管路47により圧力
スイッチ49に接続してあり、同時に、電源51はスイッチ
50,上記圧力スイッチ49を介して電磁切換弁17の受信部
に導いてある。

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発明の装置について、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。勿論、この移動距離
が比較的長いとき、移動通路の上方に障害物があると
き、地面の凹凸が多いときなどは、移動前に作業装置３
を低い位置にする。

上記のような掘削積込作業においての前進速度は、前進
３段切換方式の機械にあっては前進第１速、前進４段切
換方式の機械にあっては前進第１速または第２速で、ま
た、後進速度は上記に準じ低速度段を使用する。

この種の作業時には、電源スイッチ50を閉路していて
も、変速度段セレクタバルブ35のスプールの位置が第１
速、第２速の位置にあって、油圧クラッチ36または37が
作動している限り、管路43,44には圧力は発生せず、従
って管路45,46,47にも圧力が発生しないので圧力スイッ
チ49の内部電気回路は開路状態を保持するので、電源51
は電磁切換弁17を励磁することはできないので該電磁切
換弁17は、ばねの付勢力によりＡ位置にとどまり、その
結果リフトシリンダ８のヘッド側油室8aとリフトシリン
ダ用油圧切換弁13とは、管路15aにより直結され、分岐
管路16は電磁切換弁17のＡ位置で閉塞されるので、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、車両本体２の前部フレーム2aに作
業装置３が強固に接続される。

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、機械を自走により回送するとき、
所要時間短縮の目的で、変速度段セレクタバルブ35のス
プール位置を第３速または第４速に移動させ、油圧クラ
ッチ38または39を作動させると、管路43または44および
それらから分岐した管路45または46の圧力は上昇する。
その結果、管路45または46の何れか高圧側の圧油はシャ
トル弁48により取り出され管路47を経て圧力スイッチ49
に作用し、該圧力スイッチ49の内部電気回路を閉路する
ので、電源51はスイッチ50、圧力スイッチ49を介して電
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位置に切換わる。その結果、リフトシリンダ油圧
切換弁13が中立位置にあっても、リフトシリンダ８のヘ
ッド側油室8a、管路15a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へと流出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、路面の
起伏、急激な加速、減速に応じて車両本体２が振動し、
これに伴って作業装置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,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側はほとんど振動をせず、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、例えは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34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、走行速度段が第２速、第３速、第４速のときの如
く、多段階に亘り自動振動抑制装置が作動することが望
ましいようなときには、第４図に示すようにシャトル弁
48以外に48′を設けることにより可能である。

第５図は電源を使用しないで、この発明の作用効果を同
一ならしめる方法についての要部油圧回路図であり、第
３図の電磁切換弁17に代えて油圧パイロット切換弁52を
設け、該油圧パイロット切換弁52のパイロット油室とシ
ャトル弁48の出口ポートとを手動切換弁53を介して管路
54,55で接続したものであり、変速段の如何にかかわら
ず自動振動抑制装置が作用しないことが望まれるとき
は、手動切換弁53をＣ位置に、所定の速度段にすると自
動的に振動抑制回路に切換わることが望まれるときはＤ
位置に切り換えるとよい。

発明の効果 この発明を、車輪を有する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
設機械に適用すると、この車輪式建設機械が低速度段で
の走行時には従来と同様、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、高速度段での走行時
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、高速走行、回送時に車体の振動
は少なく、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、自動振動抑制回路を必要としない場合には、スイ
ッチまたは手動切換弁の操作により容易かつ短時間で切
換えることが可能であるため、１台の機械を多目的に応
用できる。

さらに、この発明において使用される機材はすべて汎用
品であり取付場所選定の自由度は高く既存機械への追加
装着も容易であるので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図は本発明にかかる電気・油圧系統図、第４図、第５
図は本発明の他の実施例を示す要部の油圧系統図であ
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 31……クラッチコントロールバルブ 49……圧力スイッチ 52……油圧パイロット切換弁 53……手動切換弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、作業装置を支持する油圧シリンダの負荷圧力が
   発生する側の油室に通じる管路の分岐管路を、スローリ
   ターン弁を介してアキュムレータに接続してなる振動抑
   制回路と、上記分岐管路上に設け通常は該分岐管路を閉
   路しているが外部からの信号が受信部に供給されると該
   分岐管路を開路させる開閉手段と、車両が選定した速度
   段の操作信号が予め設定された所定の速度段以上の操作
   信号となったことを検出すると信号を出力する信号出力
   手段と、該信号手段からの信号を上記開閉手段の受信部
   へ導く供給手段と、上記信号出力手段からの信号を任意
   に停止させることのできる信号停止手段とからなる車輪
   式建設機械の自動振動抑制装置。