JPH0712448Y2

JPH0712448Y2 - 揺動減衰装置

Info

Publication number: JPH0712448Y2
Application number: JP15018489U
Authority: JP
Inventors: 博人大嶋; 邦友清水; 正隆川口
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: JPH0389757U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案はその基端部側近傍が回転自在に軸支され、先端
部側は支持されないブーム状構造体を、油圧シリンダに
より回転駆動するようにした産業用機械、例えば油圧シ
ョベル、クローラークレーン等に関し、特にブーム状構
造体が回転動作を経て停止されたときに生じるブーム状
構造体の揺動（振動）を減衰する装置に関する。

従来の技術第６図及び第７図は一般的な油圧ショベルを側方から見
た図であり、積込作業の際の代表的な姿勢が示されてい
る。尚、第７図は第６図からキャブを除いた状態を示し
ている。油圧ショベルは下部走行体１上に上部旋回体２
を旋回可能に設け、上部旋回体２に掘削積込作業を担う
ブーム等からなるフロント構造体３が設けられて構成さ
れる。上部旋回体２はスイングフレーム４にカウンター
ウエイト５、キャブ６、及び図示はしていないがエンジ
ン、油圧ポンプ等のパワーユニット類が配設されて構成
されている。

スイングフレーム４の前方に設けられるフロント構造体
３は、ブーム７、アーム８、バケット９等から構成さ
れ、ブーム７はその一端部がスイングフレーム４に回転
自在に軸支され、アーム８はその一端部のやや中間部側
の部分がブーム７の他端に回転自在に軸支され、さらに
アーム８先端にバケット９が回転自在に軸支されて構成
されている。

これらブーム７、アーム８、及びバケット９はブームシ
リンダ10、アームシリンダ11、及びバケットシリンダ12
の伸縮とリンク機構により動作する。各シリンダ10,11,
12の伸縮は上部旋回体２に搭載された油圧ポンプから供
給される高圧油によりなされ、高圧油は管路等を介して
各シリンダ10,11,12に送られるようになっている。

考案が解決しようとする課題第６図に示されるように、積込作業時においてばバケッ
ト９には掘削土13が満載される。この状態においては、
ブーム７の回転中心に対して非常に大きな慣性モーメン
ト（Ｉ）が発生し、例えばブームシリンダ10を動作せし
めてブーム７を上方向に回転させると、フロント構造体
３全体は第７図の破線位置から実線位置に回転移動す
る。そして、フロント構造体３はブームシリンダ10を停
止させた直後において、フロント構造体３の慣性とシリ
ンダが有するばね特性により振動を生じる。このシリン
ダの油柱ばねに基づくブーム７の回転中心に関する回転
ばね定数をK_aとしたときに、このときの固有振動数
（ｆ）は、である。

スイングフレーム４もこの振動の影響を受け、カウンタ
ーウエイト５が振動し、機体全体の揺動となって、キャ
ブ６の中に搭乗するオペレータの乗心地を著しく損ね
る。特に、この振動は固有振動数ｆが２〜3Hzと非常に
低く、この周波数帯域は体感上敏感な帯域でありその改
善が必要である。

しかし、従来はこの振動対策を何ら施しておらず、振動
が長時間（５〜６秒）持続し、オペレータ等に不快感を
与えているという問題があった。

本考案はこのような点に鑑みてなされたものであり、上
述した課題を解決することができる揺動減衰装置の提供
を目的としている。

課題を解決するための手段その一端部がフレームに回転自在に軸支され、油圧シリ
ンダ手段の伸縮により回転駆動されるブーム状構造体の
回転中心軸と一体的に小径の第１ギヤを設け、該第１ギ
ヤに噛合する大径の第２ギヤを設ける。そして、該第２
ギヤの回転中心軸に一体的にリンク部材の一端部を固着
し、フレームに回転可能に支持された油ダンパーのダン
パー軸を該リンク部材の他端部に軸着する。前記油ダン
パーは、オリフィスが形成された抵抗板を有するダンパ
ー軸を、作動油が充填されたシリンダ内に該抵抗板が位
置するようにスライド可能に設けて構成する。さらに、
該ダンパー軸の抵抗板により画成される該シリンダ内の
２つの油室を連絡する管路を設け、該管路の中間部分に
作動油の流通を選択的に解放又は切断する弁を設け、前
記油圧シリンダ手段により前記ブーム状構造体を回転す
るときは前記弁を解放し、前記ブーム状構造体を回転し
ないときは前記弁を切断するように構成することによ
り、上述した課題を解決する。

作用油ダンパーに生じる減衰力fcはリンク部材の回転中心か
らリンク部材と作動部材の軸着部までの寸法l_Lに基づき
減衰トルクT₁（＝fc・l_L）となる。リンク部材は大径ギ
ヤの回転軸に一体的に固着されており、さらにブームの
回転中心軸に一体的に固着された小径ギヤに噛合してい
る。大径及び小径ギヤによる減速比をｉとすると、減速
トルクT₁は小径ギヤの回転中心ではT₂（＝T₁）となり、
ブームの回転振動に対する減衰抵抗となる。

油ダンパーの減衰係数をＣとし、ブームの回転中心に関
する回転減衰係数Caは、油ダンパーによる減衰が２本並
列に与えられるものとして、 Ca＝2C・l_L・ｉ … となり、この系の臨界減衰係数Cacは、となる。従って、無振動とするためには、 Ca＝Cacとなればよく、油ダンパーの減衰係数Ｃは、と設定すればよい。

また、式は振動系を無減衰にするための条件式である
が実用上は、 Ca＝（0.7〜0.8）Cac … の方が減衰も早く応答性がよい。従って、の条件式が実用ベースではよい。

上記式を満足するように油ダンパーの減衰係数Ｃを設
定することにより、通常の油圧シリンダ手段の伸縮動作
は抵抗無くスムーズに行え、停止の際にはブーム状構造
体の揺動を効果的に減衰でき、これにより、ブーム状構
造体が支承されている部材等の揺動を少なくすることが
できる。

実施例以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図乃至第５図は本考案の油圧ショベルに適用した場
合の一実施例説明図であり、第１図は要部を示す側面
図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図及び第４
図は第２図の部分拡大図、第５図は油圧回路図である。

まず、第１図及び第２図を参照する。21は油圧ショベル
の上部旋回体の一部を構成するスイングフレーム、22は
掘削積込作業を担うフロント構造体の一部を構成するブ
ーム、23はブーム22を回転駆動する油圧シリンダ、24は
カウンターウエイトである。ブーム22はブームフートボ
ス25に一体的に固着され、このブームフートボス25の両
端に設けられたピン26がスイングフレーム21に回転自在
に支承されている。

ブームフートボス25には第３図にも示されるように、そ
の両端部近傍にスプライン軸支25aが形成され、これに
小径ギヤ27が嵌合され、ピン26により固定されている。
28は大径ギヤであり、この大径ギヤ28は小径ギヤ27に噛
合するとともに、第４図にも示されているように、軸台
29の端部に形成されたスプライン軸29aに嵌合されてい
る。そして、リンク30の一端がリンク固定具31に取り付
けられ、リンク固定具31が軸台29のスプライン軸29aに
嵌合され、ボス32により締結されている。

再び第１図及び第２図を参照する。33は油ダンパーであ
り、油ダンパー33は作動油が充填されたシリンダ33aと
該シリンダ33aの長手方向に貫通するかたちでスライド
可能に設けられたダンパー軸33b等からなり、ダンパー
軸33bの中間部分にはその長手方向に対して直角方向に
オリフィスを有する抵抗板が一体的に形成され、この抵
抗板で画成されるシリンダ33a内の２つの油室間を作動
油がオリフィスを通過して移動することにより、ダンパ
ー軸33bの急激な運動の抵抗となって、その動きを緩和
するものである。この油のダンパー33のシリンダ33aの
一端部近傍はサポート34及びスイングフレーム21間に支
持具35を介して回転自在に支持されている。ダンパー軸
33bの先端部はリンク30の他端に回転可能に軸着されて
いる。

然して、ブーム22の揺動により生じるブーム22の回転運
動は小径ギヤ27及び大径ギヤ28により所定の減速比ｉで
減速され、リンク30により回転運動が概略直進運動に変
換されて、油ダンパー33のダンパー軸33bに伝達され
る。油ダンパー33はダンパー軸33bの急激な動きに抵抗
を与えるものであるから、ブーム22はその揺動方向に常
に抵抗を受けることになり、短時間でブーム22の揺動が
収束せしめられることになる。

ブーム22の回転運動は、小径ギヤ27及び大径ギヤ28によ
り減速比ｉで減速されるようになっているから、油ダン
パー33のストロークはブームシリンダ23の最大ストロー
クの約1/iに設定することができ、小型化が図られてい
る。

一方、油圧ショベルのフロント構造体のように慣性モー
メントが大きく、低周波（２〜3Hz）で振動する場合、
油ダンパーの減衰係数は非常に大きくする必要があり、
このため通常のブームシリンダの伸縮動作に対しても大
きな抵抗となり、エネルギー損失が大きいという弊害が
生じる。この弊害を無くすため、本実施例においては、
以下のような構成を採用して対策している。即ち、第５
図を参照すると、油ダンパー33のシリンダ33a側部に、
ダンパー軸33bの抵抗板33cにより画成されるシリンダ内
の２つの油室33d,33eを連絡する管路36を設け、この管
路36の中間部分に、油圧切換弁37を設けて構成し、同図
に示すような油圧回路を採用して対策している。油圧シ
ョベルのエンジンの回転により油圧ポンプ38が駆動さ
れ、作動油が流量調整弁39に供給される。流量調整弁39
はレバー40の操作により動作するリモコン弁41により制
御され、レバー40の切り換えにより、例えばブームシリ
ンダ23の伸縮が自在に行えるようになっている。

前記油ダンパー33の２つの油室33d,33eを連絡する管路3
6に設けられた油圧切換弁37はコントロール圧に応じて
管路36を解放し、又は切断するものであり、油圧切換弁
37のコントロール圧はリモコン弁41によるブームシリン
ダ23伸縮用のコントロール圧を利用する。即ち、このリ
モコン弁41からのブームシリンダ23の伸縮用のコントロ
ール圧をそれぞれ分岐せしめて、これらのコントロール
圧の高圧の方を選択するシャトル弁42を介して油圧切換
弁37に接続してある。

油圧切換弁37はコントロール圧に応じて以下の制御を行
う。即ち、（１）コントロール圧＜基準圧の場合（レバー操作しな
い場合）には、管路36が切断され、油室33dの作動油と
油室33eの作動油は抵抗板33cのオリフィスを介してのみ
移動が可能となり、ダンパー軸33bが振動すると減衰効
果が発揮される。

（２）コントロール圧＞基準圧の場合（レバー操作した
場合）には、管路36が解放され、油室33dの作動油と油
室33eの作動油は管路36を経由して自由に往来できるこ
とになり、減衰効果は発揮されない。

尚、上記基準圧はレバー40の操作の有無を確実に判定す
るために必要なものである。

このような構成とすることにより、ブーム22を回転する
場合、即ち、ブームシリンダ23を伸び側又は縮み側に駆
動する場合には、油ダンパー33の減衰効果がないから、
ブーム22の回転動作の抵抗にならず、ブーム22の回転を
停止させたときには、油ダンパー33の減衰効果が発揮さ
れて、揺動を有効に減衰することができる。

本実施例によれば、油圧ショベルの本来の機能である掘
削・積込作業のうち、特に積込作業時に頻繁に行われる
ブームシリンダ23の伸縮による持ち上げ・持ち下げ動作
の際に発生する低周波（２〜3Hz）揺動をほぼ完全に減
衰させることができる。これにより、キャブ中のオペレ
ータの乗心地を大幅に改善することができるとともに、
キャブ及びフロント構造体に発生する動的な応力を低減
させることが可能となる。特に、油圧ショベルは今後、
高い作業性能、即ち俊敏な動作と高い動安定性が益々要
求され、本考案は動安定性の向上に大きく寄与する。

また、ブーム22を回転させる場合には、ブームシリンダ
23へのコントロール圧に応じて、油ダンパー33による減
衰効果の発揮及び停止が制御されるように構成している
から、ブーム22回転時にブームシリンダ23の抵抗となる
ことがなく効率的である。

考案の効果本考案は以上詳述したように、ブーム状構造体の停止時
に発生する揺動を油ダンパーの作用により短時間で収束
することができるとともに、ブーム状構造体の回転動作
には、その抵抗とならないように構成したから、効率良
くブーム状構造体の揺動を抑えることができるという効
果を奏する。特に、油圧ショベル等に適用した場合に
は、フロント構造体による体感上敏感な２〜3Hz帯の低
周波振動を素早く減衰することができ、オペレータ等の
乗心地を大幅に改善することができ、俊敏な動作時にお
いても高い作業性能、高い動安定性を実現することがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案一実施例の要部を示す側面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図及び第４図は第２図の部分拡大図、第５図は本考案一実施例の油圧回路図、第６図及び第７図は一般的な油圧ショベルの構成を説明
するための図である。 21…スイングフレーム、22…ブーム、23…ブームシリン
ダ、27…小径ギヤ、28…大径ギヤ、30…リンク、33…油
ダンパー、33a…シリンダ、33b…ダンパー軸、33c…抵
抗板、36…管路、37…油圧切換弁。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】その基端部近傍がフレームに回転可能に軸
支されたブーム状構造体を油圧シリンダ手段の伸縮によ
り回転するようにした装置において、前記ブーム状構造体の回転中心軸と一体的に小径の第１
ギヤを設け、該第１ギヤに噛合する大径の第２ギヤを設
け、該第２ギヤの回転中心軸に一体的にリンク部材の一
端部を固着し、その内部に封入された作動油の抵抗によ
りダンパー軸の動作に抵抗を与える油ダンパーを前記フ
レームに設け、該油ダンパーのダンパー軸を該リンク部
材の他端部に軸着してなることを特徴とする揺動減衰装
置。
【請求項２】請求項１記載の揺動減衰装置において、オリフィスを有する抵抗板が一体的に形成されたダンパ
ー軸を、作動油が充填されたシリンダ内に該抵抗板が位
置するようにスライド可能に設けて前記油ダンパーを構
成し、該抵抗板により画成される該シリンダ内の２つの
油室を連絡する管路を設け、該管路の中間部分に作動油
の流通を解放又は切断する弁を設け、前記油圧シリンダ
手段により前記ブーム状構造体を回転するときには前記
弁を解放し、前記ブーム状構造体を回転しないときは前
記弁を切断するようにしたことを特徴とする揺動減衰装
置。