JP2005155230A - 車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 非作動状態から作動状態へと切換えた時に、安定した振動抑制機能が得られる車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路を提供する。
【解決手段】 油圧ポンプの吐出回路とアキュムレータとを接続する第１回路に一方向弁を設ける。ブーム油圧シリンダのボトム側とアキュムレータとを接続する第２回路に回路を開閉する第１切換弁を設ける。アキュムレータと貯油タンクとを接続するドレン回路に回路を開閉する第２切換弁を設ける。ブーム油圧シリンダのボトム側に第１圧力センサを設け、アキュムレータに第２圧力センサを設け、コントローラと第１圧力センサ、第２圧力センサ及び第２切換弁とを接続する。コントローラは第１圧力センサ、第２圧力センサの検出値を入力し、第２切換弁を操作してアキュムレータの油圧とブーム油圧シリンダのボトム圧とが常に等しくなるように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路に係り、特には走行ダンパ作動切換時の作業機ブームの上昇、下降を防止する走行振動抑制油圧回路に関する。

図３は車輪式建設機械の一例の、ホイールローダ１の側面図である。図３において、前輪２，２及び後輪３，３を備えた車体本体４のほぼ中央部には運転室５が搭載され、後部にはエンジンルーム６が設けられている。車体本体４の前部には作業機１０のブーム１１がピン１２により回動自在に装着され、車体本体４とブーム１１とはブーム油圧シリンダ１３により連結されている。ブーム１１の先端にはバケット１４がピン１５により回動自在に装着され、ブーム１１とバケット１４とはリンク１６を介してバケット油圧シリンダ１７により連結されている。ブーム油圧シリンダ１３を伸縮するとブーム１１はピン１２を中心として回動し、バケット油圧シリンダ１７を伸縮するとバケット１４はピン１５を中心として回動する。

上記ホイールローダ１は作業機１０が前輪２，２より前方に突出しており、その重量比率は大きく、しかも車軸は無緩衝式で全体がゴムタイヤで支持されている。そのため起伏のある路面上を走行するとき車体は上下方向の振動を発生し易く、その振動は車速が早くなるにしたがって激しくなる。このときの振動エネルギを吸収し振動を減衰させるために、従来、ブーム油圧シリンダの負荷側油室とアキュムレータとを連通させる方法が知られている。

上記の走行振動を低減するために、特許文献1には走行制御装置が記載されている。図４は走行制御装置の模式図である。図４において、油圧ポンプ２０の吐出回路２１は電磁式のブーム操作弁２２を介してブーム油圧シリンダ１３に接続すると共に、電磁式のバケット操作弁２３を介してバケット油圧シリンダ１７に接続している。ブーム操作弁２２とバケット操作弁２３とはコントローラ７４と接続している。走行制御装置６０は第１バルブ機構６１と第２バルブ機構６４とアキュムレータ２４とを備えている。第１バルブ機構６１はブーム油圧シリンダ１３のボトム側とアキュムレータ２４とを接続する回路７０、及びブーム油圧シリンダ１３のヘッド側と貯油タンク３５とを接続する回路７１に設けられ、開閉２位置を有する第１バルブ６２と、コントローラ７４に接続する第２バルブ６３とを有する。第２バルブ機構６４は油圧ポンプ２０の吐出回路２１とアキュムレータ２４とを接続する回路７２、及び貯油タンク３５とアキュムレータ２４とを接続する回路７３に設けられ、回路７２開、回路７３閉位置と、回路７２及び回路７３閉位置と、回路７２閉、回路７３開位置との３位置を有する第３バルブ６５と、コントローラ７４に接続する第４バルブ６６とを有する。コントローラ７４は走行制御をオン／オフさせるスイッチ７５と、自動モードと手動モードとを切り換えるセレクタースイッチ７６と、対地速度センサ７７と接続されている。

次に作動について説明する。ブーム油圧シリンダ１３とアキュムレータ２４とを接続せずに機械を使用する場合で、かつ走行制御を行わない場合には、コントローラ７４は第２バルブ６３を介して第３バルブを移動させて油圧ポンプ２０の吐出回路２１とアキュムレータ２４との回路を開き、アキュムレータ２４の予圧をブーム油圧シリンダ１３のボトム側の油圧に等しいかそれよりも高い値に維持する。ブーム操作弁２２及びバケット操作弁２３を中立位置にしてブーム油圧シリンダ１３及びバケット油圧シリンダ１７をロック状態にし、スイッチ７５をオンにして走行制御をオンにした場合には、アキュムレータ２４の油圧とブーム油圧シリンダ１３のボトム側の油圧とを等しくするために、コントローラ７４は第４バルブ６６を介して第３バルブ６５を操作し、アキュムレータ２４を油圧ポンプ２０又は油タンク３５に接続して油圧を調整する。セレクタースイッチ７６により手動モードを選択した場合には、バケット１４を動かすために、バケット油圧シリンダ１７を作動させると走行制御はオフになり、自動モードを選択すると、対地速度センサ７７により検出された車両速度が所定の対地速度以下で走行すると走行制御がオフになるようになっている。以上に述べたように、走行制御をオンするとアキュムレータ２４の油圧とブーム油圧シリンダ１３のボトム側の油圧とは等しくなる。そのためブーム油圧シリンダ１３とアキュムレータ２４とを接続した時にブーム油圧シリンダ１３は伸縮せず、振動を発生することはないとしている。

特開平１０−１４０６１７号公報（第３−５頁、第１図）

しかしながら、アキュムレータの圧力は常時ブーム油圧シリンダのボトム油圧と等しいとは限らず、上記構成においては、走行制御をオンにしてはじめてアキュムレータの油圧とブーム油圧シリンダのボトム油圧とを等しく制御するようになっている。そのため、走行制御をオンにしたときアキュムレータの油圧とブーム油圧シリンダのボトム油圧とが等しくなるまでの間にタイムラグが生じ、オペレータが違和感を覚える恐れがある。又、走行制御装置のバルブの数が４個と多いためスプール部からの油モレが多くなり、性能低下の恐れがあると共に、構造複雑でコストも高くなる。

本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、非作動状態から作動状態へと切換えた時に、オペレータが違和感を覚えることが無く、安定した振動抑制機能が得られ、油モレが少なく、かつコストの安い車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明は、車輪式建設機械において、車体本体に基端部を回動自在に取付けられた作業機のブームと、作業機作動用の油圧ポンプと、作動油を貯留する貯油タンクと、前記油圧ポンプからの圧油を受けて前記ブームを回動させるブーム油圧シリンダと、該ブーム油圧シリンダの負荷側油室に接続する振動抑制用のアキュムレータと、前記ブーム油圧シリンダの負荷側油室の油圧を検出する第１圧力センサと、前記アキュムレータの油圧を検出する第２圧力センサと、前記油圧ポンプの吐出回路と前記アキュムレータとを接続する第１回路に設けられ、前記油圧ポンプ側からの流れのみを許容する一方向弁と、前記ブーム油圧シリンダの負荷側油室と前記アキュムレータとを接続する第２回路、及び前記ブーム油圧シリンダの無負荷側油室と前記貯油タンクとを接続する第３回路に設けられ、該第２回路及び第３回路を開閉する第１切換弁と、前記アキュムレータと前記貯油タンクとを接続するドレン回路に設けられ、該ドレン回路を開閉する第２切換弁と、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサとからの検出信号を入力し、前記アキュムレータの油圧が前記ブーム油圧シリンダの負荷側油室の油圧より大きい場合には前記第２切換弁に回路を開く制御信号を出力し、前記アキュムレータの油圧と前記ブーム油圧シリンダの負荷側油室の油圧とを等しくするように制御するコントローラとを備えた構成としている。

第２発明は、第１発明において、前記第１回路に設けられた前記一方向弁の上流側に、前記アキュムレータの油圧を必要最小限に規定する減圧弁を設けた構成としている。

第１発明によると、以下のような効果が期待できる。
１）
油圧ポンプの吐出側とアキュムレータとを接続する第１回路に油圧ポンプ側からの流れのみを許容する一方向弁を設けた。そのためアキュムレータは常に油圧ポンプの圧油により加圧された状態にあり、その圧力は作業時ブーム油圧シリンダのボトム（負荷側油室）側に発生する最大油圧になる。したがって走行開始時、第１切換弁を開に切り換えた時にブーム油圧シリンダが縮小し、作業機が落下する恐れはなく、安定した状態で走行することができる。
２）
コントローラによりブーム油圧シリンダのボトム側の油圧Ｐ１とアキュムレータの油圧Ｐ２とを比較し、Ｐ２＞Ｐ１の時には第２切換弁を開いてアキュムレータの油をドレンするように指示し、Ｐ２とＰ１とを常に等しくなるように制御するようにした。したがって走行開始時に第１切換弁を開に切り換え、ブーム油圧シリンダのボトム側とアキュムレータとを連通させたときに、作業機ブームが上昇あるいは下降することはなく、オペレータが違和感を覚えることなく、良好な走行振動抑制機能を発揮できる。
３）
コントローラを設けたためＰ１とＰ２を等しく制御するだけでなく、任意の圧力差をつけて制御することも可能となる。すなわち、Ｐ１とＰ２との圧力差の設定が自由にできると共に、製造時の誤差の調整を容易に行うことができる。
４）
走行振動抑制装置用のスプール型のバルブの数が従来のものより少ない（従来４本のものが２本になる）ため油のモレが少なく、性能向上が図れる。又コストを安くすることができる。

第２発明によると、第１回路に設けられた一方向弁の上流側に、アキュムレータの油圧を必要最小限に制限する減圧弁を設けた。そのため、アキュムレータの油圧を走行時に必要とする最小限の圧力に制限することができ、アキュムレータが必要以上に高い圧力を蓄圧することによるロスを低減できて効率向上が図れる。

以下に、本発明に係る車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は走行振動抑制油圧回路の一実施形態の模式図である。図１において、油圧ポンプ２０の吐出回路２１は電磁式のブーム操作弁２２を介してブーム油圧シリンダ１３に接続すると共に、電磁式のバケット操作弁２３を介してバケット油圧シリンダ１７に接続している。ブーム操作弁２２及びバケット操作弁２３は図示しない操作装置を介してオペレータにより操作される。油圧ポンプ２０の吐出回路２１とアキュムレータ２４とは第１回路２５により接続され、第１回路２５には上流側から減圧弁２６及び一方向弁２７が設けられている。一方向弁２７は油圧ポンプ２０からアキュムレータ２４側に向かう流れのみを許容するようになっている。ブーム油圧シリンダ１３のボトム（負荷側油室）側とアキュムレータ２４とは第２回路３０により接続され、ブーム油圧シリンダ１３のヘッド（無負荷側油室）側と貯油タンク３５とは第３回路３１により接続されている。第２回路３０及び第３回路３１には、車両走行時で振動抑制の必要な時に回路を開くＡ位置と、作業時に回路を閉じるＢ位置とを有する電磁式の第１切換弁３２が設けられている。第１切換弁３２は図示しないスイッチ等によってオペレータにより操作される。アキュムレータ２４と貯油タンク３５とはドレン回路３３により接続され、ドレン回路３３には回路を開くＣ位置と、回路を閉じるＤ位置とを有する電磁式の第２切換弁３４が設けられている。ブーム油圧シリンダ１３のボトム側には、ボトム側の油圧を検知して検出値を出力する第１圧力センサ４０が設けられ、アキュムレータ２４にはアキュムレータ２４内の油圧を検知して検出値を出力する第２圧力センサ４１が設けられている。コントローラ４２は第１圧力センサ４０、第２圧力センサ４１及び第２切換弁３３と接続している。

次に作動について説明する。作業時には第１切換弁３１はＢ位置にありブーム油圧シリンダ１３のボトム側とアキュムレータ２４とを接続する第２回路３０及びブーム油圧シリンダ１３のヘッド側と油タンク３５とを接続する第３回路３１は閉じられている。作業中には油圧ポンプ２０は高圧の油をブーム油圧シリンダ１３あるいはバケット油圧シリンダ１７に供給している。したがってアキュムレータ２４には第１回路２５に設けられた減圧弁２６及び一方向弁２７を経て高圧油が供給され、アキュムレータ２４内の油圧は減圧弁２６で規定された圧力になるので、不要に高い圧力で蓄圧することを防止できる。減圧弁２６で規定する圧力は例えばホイールローダ１のバケット１４に最大積載量の積載物を搭載して走行する場合に必要な、ブーム油圧シリンダ１３のボトム圧を上限とする値である。コントローラ４２は常時第１圧力センサ４０及び第２圧力センサ４１からの圧力検出値を入力し、ブーム油圧シリンダ１３のボトム圧とアキュムレータ２４の油圧とを常に等しくなるように制御する。

次にコントローラ４２の制御について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
１）
ステップ５１でコントローラ４２は第１圧力センサ４０からのブーム油圧シリンダ１３のボトム側の油圧Ｐ１と、第２圧力センサ４１からのアキュムレータ２４の油圧Ｐ２とを入力する。
２）
ステップ５２でコントローラ４２はＰ１とＰ２とを比較し、Ｐ２＞Ｐ１でない場合にはステップ５１の前に戻る。
３）
ステップ５２でＰ２＞Ｐ１の場合にはステップ５３に進む。
４）
ステップ５３でコントローラ４２は第２切換弁３４に制御信号を出力し、第２切換弁３４をＣ位置に切り換えて開にし、アキュムレータ２４の油を貯油タンク３５にドレンさせてＰ２を下げる。
５）
ステップ５４で開始の状態に戻る。
上記の作動を繰り返してブーム油圧シリンダ１３のボトム側の油圧Ｐ１と、アキュムレータ２４の油圧Ｐ２とを常に等しくなるように制御する。

走行を開始する場合には例えば図３に示すような姿勢でオペレータはブーム操作弁２２及びバケット操作弁２３を保持の位置にする。ブーム油圧シリンダ１３及びバケット油圧シリンダ１７はロック状態になり、ブーム油圧シリンダ１３のボトム圧は保持圧となる。このとき油圧ポンプ２０の吐出回路２１は貯油タンク３５に接続され、吐出圧は低下する。オペレータは走行開始時に第１切換弁３２をＡ位置に切り換え、ブーム油圧シリンダ１３のボトム側とアキュムレータ２４とを連通させると共に、ブーム油圧シリンダ１３のヘッド側と貯油タンク３５とを連通させる。アキュムレータ２４の油圧は前述のように保持圧と等しくなるように制御されている。したがってオペレータが第１切換弁３１を走行時のＡ位置に切り換えた場合、ブーム油圧シリンダ１３は伸縮することはなく、安定した状態で振動抑制機能を発揮できる。

尚、上記実施例において、ブーム操作弁２２、バケット操作弁２３及び第１切換弁３２は電磁式としているが、例えばパイロット作動バルブまたは手動操作バルブ等を使用しても良い。

本発明に係る走行振動抑制油圧回路の模式図である。 本発明に係る走行振動抑制油圧回路のコントローラの作動を説明するためのフローチャートである。 走行振動抑制装置を搭載した車輪式建設機械の一実施形態の、ホイールローダの側面図である。 従来の走行制御装置の模式図である。

符号の説明

１…ホイールローダ、１０作業機、１１…ブーム、１３…ブーム油圧シリンダ、２０…油圧ポンプ、２１…吐出回路、２２…ブーム操作弁、２４…アキュムレータ、２５…第１回路、２６…減圧弁、２７…一方向弁、３０…第２回路、３１…第３回路、３２…第１切換弁、３３…ドレン回路、３４…第２切換弁、３５…貯油タンク、４０…第１圧力センサ、４１…第２圧力センサ、４２…コントローラ。

Claims (2)

1. 車輪式建設機械において、
   車体本体(4)に基端部を回動自在に取付けられた作業機(10)のブーム(11)と、
   作業機作動用の油圧ポンプ(20)と、
   作動油を貯留する貯油タンク(35)と、
   前記油圧ポンプ(20)からの圧油を受けて前記ブーム(11)を回動させるブーム油圧シリンダ(13)と、
   該ブーム油圧シリンダ(13)の負荷側油室に接続する振動抑制用のアキュムレータ(24)と、
   前記ブーム油圧シリンダ(13)の負荷側油室の油圧を検出する第１圧力センサ(40)と、
   前記アキュムレータ(24)の油圧を検出する第２圧力センサ(41)と、
   前記油圧ポンプ(20)の吐出回路(21)と前記アキュムレータ(24)とを接続する第１回路(25)に設けられ、前記油圧ポンプ(20)側からの流れのみを許容する一方向弁(27)と、
   前記ブーム油圧シリンダ(13)の負荷側油室と前記アキュムレータ(24)とを接続する第２回路(30)、及び前記ブーム油圧シリンダ(13)の無負荷側油室と前記貯油タンク(35)とを接続する第３回路(31)に設けられ、該第２回路(30)及び第３回路(31)を開閉する第１切換弁(32)と、
   前記アキュムレータ(24)と前記貯油タンク(35)とを接続するドレン回路(33)に設けられ、該ドレン回路(33)を開閉する第２切換弁(34)と、
   前記第１圧力センサ(40)と前記第２圧力センサ(41)とからの検出信号を入力し、前記アキュムレータ(24)の油圧が前記ブーム油圧シリンダ(13)の負荷側油室の油圧より大きい場合には前記第２切換弁(34)に回路を開く制御信号を出力し、前記アキュムレータ(24)の油圧と前記ブーム油圧シリンダ(13)の負荷側油室の油圧とを等しくするように制御するコントローラ(42)とを備えた
   ことを特徴とする車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路。
2. 請求項１記載の車輪式建設機械の走行振動制御油圧回路において、
   前記第１回路(25)に設けられた前記一方向弁(27)の上流側に、前記アキュムレータ(24)の油圧を必要最小限に規定する減圧弁(26)を設けた
   ことを特徴とする車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路。