JP2009190583A - 作業車両のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速走行時の急ハンドルによる車体の転倒を未然に防止する。
【解決手段】エンジンの停止時に、走行速度に対応して回転駆動される非常用ポンプ３１から吐出される作動油をステアリングシリンダに送る非常用ステアリング装置２８を設け、エンジンが運転中の走行時に、エンジンにより駆動されるステアリングポンプ２３からステアリングシリンダ１５に送られる作動油の一部を、非常用ポンプ３１の吸引作用を利用して、作動油抜出管５２から抜き出し、分流バルブ３２の吸引ポート３２ｃに送るように構成した。高速走行になるほど、ステアリングポンプ２３から吐出される多量の作動油が、非常用ポンプ３１を介して抜き出され、高速走行時のステアリングシリンダによるステアリング速度を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばホイールローダやフォークリフトなどのように作業装置を搭載した作業車両において、高速走行時の急ハンドルによる転倒を防止するための作業車両のステアリング装置に関する。

ホイールローダは、アームを介してバケットを駆動する作業装置を搭載した前部車体と、操縦席やエンジン等を搭載した後部車体とが、センターヒンジを介して垂直軸心周りに揺動自在に連結され、前部車体と後部車体の間に連結された左右のステアリングシリンダを有するステアリング装置が設けられている。このステアリング装置では、左右のステアリングシリンダを伸縮させて前部車体と後部車体とをセンターヒンジを中心に折り曲げ、ステアリングすることができる。

上記構成において、ステアリングシリンダに作動油を供給する油圧装置は、たとえば特許文献１に示すように、油圧ポンプからの作動油をステアリング用流量制御弁に導入し、ステアリングハンドルによりステアリング用流量制御弁が操作されると、ステアリング用流量制御弁から左右のステアリングシリンダにそれぞれ所定量の作動油が供給、排出されてステアリングされる。
特開２００５−１７０１７８号公報

上記構成において、油圧ポンプは可変容量型で、エンジンの回転数に関係なく一定量の作動油を吐出するように定流量制御されており、ステアリング用流量制御弁から左右のステアリングシリンダに給排出される作動油量が変化することがなく、エンジンの回転数（走行速度）に関係なくステアリングハンドルの操作速度に対応してステアリングされる。しかし、高速走行では、車輪の接地抵抗が減少されてステアリングハンドルが容易に回転され、急ハンドルが切られやすくなる。特にホイールローダなどのように、前部車体と後部車体とをセンターヒンジを中心に折り曲げてステアリングするような作業車両の場合、高速走行時の急ハンドルにより車体が転倒する恐れがあった。

本発明は上記問題点を解決して、高速走行時の急ハンドルによる車体の転倒を防止することができる作業車両のステアリング装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、エンジンによりステアリングポンプを回転駆動して作動油タンクの作動油をステアリング吐出管からステアリングバルブに吐出し、ステアリングバルブから作動油をステアリングシリンダに給排出してステアリングする荷役車両のステアリング装置において、走行速度に対応して回転駆動されて作動油タンクの作動油を吸入管から吸引し作動油タンクに吐出する非常用ポンプと、ステアリング吐出管の油圧が減少した時に、非常用ポンプから吐出される作動油をステアリングバルブに供給する分流手段とを有する非常用ステアリング装置を設け、ステアリング吐出管から非常用ポンプの吸引側に作動油の一部を抜き出す作動油抜出管を設け、前記作動油抜出管に、ステアリング吐出管への作動油の逆流を防止する第１チェックバルブを設けるとともに、前記吸入管に、作動油タンクへの作動油の逆流を防止する第２チェックバルブを設けたものである。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、ステアリングポンプを、定流量制御される可変容量型とし、非常用ポンプを、入力軸の回転方向により吸引・吐出方向が切り替わる両方向式とし、分流手段に、ステアリング吐出管の油圧を検出する油圧検出部と、当該油圧検出部の検出値に基づいて、非常用ポンプから吐出された作動油の排出側を作動油タンクとステアリングバルブとの間で切り替える切替弁と、非常用ポンプにより吸引・吐出される作動油の流れ方向が一定となるように調整する方向制御部とを設けたものである。

請求項１記載の発明によれば、走行速度に対応して回転駆動される非常用ポンプの吸引作用を利用して、ステアリングポンプからステアリングバルブに送られる作動油の一部を、作動油抜出管から非常用ポンプの吸引側に抜き出すので、走行速度が高速になるほど、非常用ポンプに抜き出される作動油量が増加されて、ステアリングシリンダに送られる作動油が減少され、ステアリングシリンダによるステアリング速度を減速することができる。したがって、高底走行時に急ハンドルが切られても、車体の転倒を未然に防止することができる。また、作動油抜出管から非常用ポンプに送られる作動油の油圧により、非常用ポンプが回転駆動され走行車輪を加速することができ、ステアリングポンプにより発生されたステアリング用の作動油のエネルギーを有効利用することができる。

請求項２記載の発明によれば、非常用ポンプを、走行方向により吸引・吐出方向が切り替わる両方向式とすることで、非常用ポンプの入力軸を、車輪のアクスル軸やトランスミッションの出力軸に連結して非常用ポンプを設置することができ、簡単な構造で低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
作業車両であるホイールローダは、図３に示すように、左右一対の前輪２や複数の作業アーム３を介してバケット４を駆動する作業装置５を有する前部車体１と、左右一対の後輪１２や操縦席１３、エンジン１６、バランスウェイト１７等を有する後部車体１１とを具備し、前部車体１と後部車体１１とがセンターヒンジ１４を介して垂直軸心周りに揺動自在に連結されている。そして、前部車体１と後部車体１１の間に左右一対のステアリングシリンダ１５が連結され、これらステアリングシリンダ１５を伸縮することにより、センターヒンジ１４を中心に前部車体１と後部車体１１とを折り曲げてステアリングするステアリング装置５１が設けられている。

（基本構造）
まず、図４を参照してステアリング装置５１の原型となる基本型ステアリング装置２１の構造を説明する。

基本型ステアリング装置２１は、エンジン１６により回転駆動され作動油タンク２２の作動油を吸引して吐出するステアリングポンプ２３と、ステアリングハンドル２４により舵取り装置２５を介して操作されるステアリングバルブ２６と、ステアリングポンプ２３から吐出された作動油をステアリングバルブ２６を介してステアリングシリンダ１５にそれぞれ供給、排出するステアリング配管装置２７とが具備され、さらにエンジン１６の停止時にステアリングバルブ２６を介してステアリングシリンダ１５に非常用作動油を供給する非常用ステアリング装置２８が設けられている。

ステアリング配管装置２７は、作動油タンク２２の作動油をステアリングポンプ２３に吸引する吸引管２７ａと、ステアリングポンプ２３からステアリングバルブ２６に作動油を供給するステアリング吐出管２７ｂｉ，２７ｂｏと、ステアリングバルブ２６とステアリングシリンダ１５との間で作動油を供給・排出するステアリング給排管２７ｃ，２７ｄと、ステアリングバルブ２６から作動油タンク２２に作動油を戻す回収管２７ｅとを具備している。また前記ステアリング吐出管２７ｂｉ，２７ｂｏは、中間位置に介在された中間チェックバルブ２９のステアリングポンプ２３側を上流側吐出管２７ｂｉとし、ステアリングバルブ２６側を下流側吐出管２７ｂｏとしている。

ステアリングポンプ２３は可変容量型ポンプで、上流側吐出管２７ｂｉの絞り弁出口側の油圧を検出して作動油の吐出量が一定になるように定流量制御されている。
前記非常用ステアリング装置２８は、入力軸が左右の前輪２（または後輪１２）のアクスル軸にそれぞれ連結して配置され前輪２の回転速度に対応して、作動油を高速回転時は多く、低速回転時は少なく吐出する非常用ポンプ（エマージェンシポンプ）３１と、上流側吐出管２７ｂｉの油圧をパイロット圧として検出する油圧検出部３０と、油圧検出部３０により検出されたパイロット圧が設定値以下となると、非常用ポンプ３１から吐出される作動油を下流側吐出管２７ｂｏに供給する分流手段である分流バルブ（ダイバータバルブ）３２と、作動油タンク２２と非常用ポンプ３１と分流バルブ３２とを互いに接続する非常用配管装置３３とを具備している。

非常用ポンプ３１は、入力軸の回転方向に対応して吸引口と吐出口とが切り替わる両方向式の定容量型油圧ポンプで、入力軸をトランスミッション（図示せず）の出力軸に連結して配置することもできる。

前記分流バルブ３２は、油圧検出部３０により検出される上流側吐出管２７ｂｉのパイロット圧に基づいて切り替えられる切替弁３２ａと、非常用ポンプ３１により吸引・吐出される作動油の流れ方向が一定となるように調整する方向制御部３２ｂとを有している。

非常用配管装置３３は、非常用ポンプ３１と作動油タンク２２の間に接続されて非常用ポンプ３１の余剰の非常用作動油を作動油タンク２２に排出するドレン管３３ａと、方向制御部３２ｂのポートと非常用ポンプ３１のポートとの間にそれぞれ接続されて方向制御部３２ｂと非常用ポンプ３１の間で非常用作動油を供給、排出する吸引・排出管３３ｂ，３３ｃと、方向制御部３２ｂの吸引ポート３２ｃと作動油タンク２２との間に接続されて非常用作動油を作動油タンク２２から方向制御部３２ｂに吸引する吸入管３３ｄと、方向制御部３２ｂの吐出ポートと切替弁３２ａとの間に接続されて非常用作動油を方向制御部３２ｂから切替弁３２ａに送り出す接続管３３ｅと、切替弁３２ａと下流側吐出管２７ｂｏとの間に接続されて非常用作動油を切替弁３２ａから下流側吐出管２７ｂｏに供給する非常用供給管３３ｆと、切替弁３２ａと作動油タンク２２との間に接続されて非常用作動油を切替弁３２ａから作動油タンク２２に戻す回収管３３ｇとで構成され、非常用供給管３３ｆに、切替弁３２ａから下流側吐出管２７ｂｏにのみ流入を許す非常用チェックバルブ３３ｈが介在されている。

方向制御部３２ｂは、図５に示すように、吸引・排出管３３ｃ，３３ｂがそれぞれ接続された１対の整流管４１，４２の入口側に吸引ポート３２ｃが設けられ、出口側に接続管３３ｅが接続されている。そして、整流管４１，４２の入口端に吸引のみを許す吸引チェックバルブ４１ａ，４２ａが介在され、また出口端に吐出のみを許す吐出チェックバルブ４１ｂ，４２ｂがそれぞれ介在されている。

これにより、実線の矢印で示すように、非常用ポンプ３１の入力軸が右回転（たとえば前進）の場合には、吸入管３３ｄから吸引ポート３２ｃを介して吸引された非常用作動油が、吸引チェックバルブ４１ａから整流管４１および吸引・排出管３３ｂを介して非常用ポンプ３１に吸引され、さらに非常用ポンプ３１から吐出された非常用作動油が、吸引・排出管３３ｃ、整流管４２から吐出チェックバルブ４２ｂを介して接続管３３ｅに送り出される。また波線の矢印で示すように、非常用ポンプ３１の入力軸の左回転（たとえば後進）の場合には、吸入管３３ｄから吸引ポート３２ｃを介して吸引された非常用作動油が、吸引チェックバルブ４２ａから整流管４２および吸引・排出管３３ｃを介して非常用ポンプ３１に吸引され、さらに非常用ポンプ３１から吐出された非常用作動油が、吸引・排出管３３ｂ、整流管４１から吐出チェックバルブ４１ｂを介して接続管３３ｅに送り出される。この方向制御部３２ｂにより、非常用ポンプ３１の入力軸の回転方向に関係なく、吸入管３３ｄから吸引された非常用作動油を非常用ポンプ３１から切替弁３２ａに供給することができる。

したがって、エンジン１６が回転されている走行状態では、ステアリングポンプ２３の作動油がステアリングバルブ２６を介してステアリングシリンダ１５に供給、排出されステアリングされる。この時、分流バルブ３２では、油圧検出部３０により検出された上流側吐出管２７ｂｉのパイロット圧が設定値以上で、切替弁３２ａがＩ位置に位置されて接続管３３ｅと回収管３３ｇとが接続されており、作動油タンク２２から吸入管３３ｄを介して非常用ポンプ３１に吸引された非常用作動油が切替弁３２ａに送られ、回収管３３ｇから作動油タンク２２にアンロード状態で循環される。

ところで、走行状態でエンジン１６が停止されると、油圧検出部３０により上流側吐出管２７ｂｉのパイロット圧が設定値以下となるのが検出され、これにより切替弁３２ａがＩ位置からII位置に切り替えられて、非常用ポンプ３１から吐出された非常用作動油が非常用供給管３３ｆから下流側吐出管２７ｂｏに供給され、ステアリングバルブ２６からステアリングシリンダ１５に送られる。これにより、エンジン１６が停止されても、走行中にステアリングを行うことができる。

（本発明）
図１および図２を参照して、本発明に係るステアリング装置５１を説明する。なお、基本型ステアリング装置２１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

このステアリング装置５１は、走行速度に対応して回転駆動される非常用ポンプ３１の吸引作用を利用して、上流側吐出管２７ｂｉの作動油の一部を抜き出すことにより、ステアリングポンプ２３からステアリングシリンダ１５に供給される作動油の供給量を、高速走行となるほど多く減少させてステアリング速度を減速するものである。

すなわち、ステアリングポンプ２３からステアリングシリンダ１５に供給される作動油の一部を抜き出す作動油抜出管５２が、上流側吐出管２７ｂｉと分流バルブ３２の吸引ポート３２ｃとの間に接続されている。そして、この作動油抜出管５２に、上流側吐出管２７ｂｉへの作動油の逆流を防ぐ第１チェックバルブ５３が介在されている。また作動油タンク２２から作動油を吸引ポート３２ｃに吸引する吸入管３３ｄが、図示するように、吸引ポート３２ｃと第１チェックバルブ５３との間の作動油抜出管４２に接続されるか、または吸引ポート３２ｃに直接接続されており、この吸入管３３ｄに、作動油タンク２２への作動油の逆流を防ぐ第２チェックバルブ５４が介在されている。

したがって、図１に示すように、エンジン１６によりステアリングポンプ２３が回転駆動される走行状態では、ステアリングポンプ２３の作動油がステアリングバルブ２６を介してステアリングシリンダ１５に供給され、ステアリングされる。この時、分流バルブ３２では、油圧検出部３０により検出される上流側吐出管２７ｂｉのパイロット圧が設定値以上となっており、切替弁３２ａがＩ位置にされて接続管３３ｅと回収管３３ｇとが接続されている。そして、非常用ポンプ３１が走行速度に対応して回転されることで、非常用ポンプ３１の吸引作用により、ステアリングポンプ２３からステアリングバルブ２６に送られる作動油の一部が、作動油抜出管４２から分流バルブ３２の方向制御部３２ｂに抜き出され、切替弁３２ａから回収管３３ｇを介して作動油タンク２２に排出される。ここで、非常用ポンプ３１が前輪２の回転速度、すなわち走行速度に対応して回転駆動されることから、前進時または後進時であっても、高速走行である場合には作動油を多く抜き出し、低速走行である場合には作動油を少なく抜き出す。したがって、高速走行になるに従って、ステアリングポンプ２３からステアリングバルブ２６に送られる作動油が減少され、これによりステアリングハンドル２４の操作速度に対応してステアリングシリンダ１５の伸縮速度が減速され、ステアリング速度が遅くなる。これにより、高速走行時の急ハンドルによる車体１，１１の転倒を未然に防止することができる。

また、ステアリングポンプ２３により加圧された作動油の一部が、作動油抜出管４２から非常用ポンプ３１に抜き出されることから、作動油の油圧により非常用ポンプ３１が回転方向に加速されて、前輪２の回転速度が加速されることになる。したがって、ステアリング用の作動油の一部を単に抜き出すだけでなく、非常用ポンプ３１に駆動モータの役割を持たせて前輪２を回転駆動させることができ、ステアリングポンプ２３により発生させたエネルギーを有効利用することができる。

ここで、ステアリングバルブ２６からステアリングシリンダ１５に送られる作動油量：Ｑｓ、作動油抜出管４２から分流バルブ３２に抜き出される作動油量：Ｑｃ、ステアリングポンプ２３から吐出される作動油量：Ｑｏとすると、
Ｑｓ＝Ｑｏ−Ｑｃとなる。
また非常用ポンプ３１から吐出される作動油量：Ｑｅと作動油抜出管４２から分流バルブ３２に抜き出される油量：Ｑｃは等しく、Ｑｅ＝Ｑｃとなる。

また、図２に示すように、走行状態でエンジン１６が停止されると、ステアリングポンプ２３が停止されて作動油量：Ｑｏ＝０となり、油圧検出部３０により上流側吐出管２７ｂｉのパイロット圧が設定値以下になるのが検出されると、切替弁３２ａがＩ位置からII位置に切り替えられる。走行中には、前輪２に連動して非常用ポンプ３１が回転駆動されており、作動油タンク２２から吸入管３３ｄおよび方向制御部３２ｂを介して非常用ポンプ３１に吸引された非常用作動油が、方向制御部３２ｂから切替弁３２ａ、非常用供給管３３ｆを介して下流側吐出管２７ｂｏに供給される。そしてステアリングバルブ２６から非常用作動油がステアリングシリンダ１５に送られてステアリングされる。これにより、エンジン１６が停止されてもステアリングを行うことができる。

上記実施の形態によれば、走行速度に対応して回転駆動される非常用ポンプ３１の吸引作用を利用して、ステアリングポンプ２３からステアリングバルブ２６に送られる作動油の一部を、作動油抜出管５２から非常用ポンプ３１に抜き出すことができる。したがって、高速走行になるほど、ステアリングポンプ２３からステアリングシリンダ１５に送られる作動油から、作動油抜出管５２を介して非常用ポンプ３１に抜き出される作動油量が増加され、ステアリングバルブ２６からステアリングシリンダ１５に送られる作動油量が減少されることで、高速走行時のステアリング速度を減速することができる。したがって、高底走行時に急ハンドルが切られても、車体１，１１の転倒を未然に防止することができる。

なお、実施の形態１では、前部車体１と後部車体１１とがセンターヒンジ１４を介して接続されたホイールローダについて、説明したが、車体が一体に形成されたフォークリフトなどの作業車両であってもよい。

本発明に係る作業車両のステアリング装置の実施の形態１を示し、通常走行時の油圧回路図である。 エンジンが停止された走行状態を示すステアリング装置の油圧回路図である。 ホイールローダの平面図である。 基本ステアリング装置を示す通常走行時の油圧回路図である。 エンジンが停止された走行状態を示すステアリング装置の油圧回路図である。

符号の説明

１ 前部車体
２ 前輪
５ 作業装置
１１ 後部車体
１２ 後輪
１４ センターヒンジ
１５ ステアリングシリンダ
１６ エンジン
２１ 基本型ステアリング装置
２２ 作動油タンク
２３ ステアリングポンプ
２６ ステアリングバルブ
２７ ステアリング配管装置
２７ａ 吸引管
２７ｂｉ 上流側吐出管
２７ｂｏ 下流側吐出管
２７ｃ，２７ｄ ステアリング給排管
２７ｅ 回収管
２８ 非常用ステアリング装置
２９ 中間チェックバルブ
３０ 油圧検出部
３１ 非常用ポンプ
３２ 分流バルブ（分流手段）
３２ａ 切換弁
３２ｂ 方向制御部
３２ｃ 吸引ポート
３３ 非常用配管装置
３３ｂ，３３ｃ 吸引・排出管
３３ｄ 吸入管
３３ｅ 接続管
３３ｆ 非常用供給管
３３ｇ 回収管
５１ ステアリング装置
５２ 作動油抜出管
５３ 第１チェックバルブ
５４ 第２チェックバルブ

Claims (2)

1. エンジンによりステアリングポンプを回転駆動して作動油タンクの作動油をステアリング吐出管からステアリングバルブに吐出し、ステアリングバルブから作動油をステアリングシリンダに給排出してステアリングする作業車両のステアリング装置において、
   走行速度に対応して回転駆動されて作動油タンクの作動油を吸入管から吸引し作動油タンクに吐出する非常用ポンプと、ステアリング吐出管の油圧が減少した時に、非常用ポンプから吐出される作動油をステアリングバルブに供給する分流手段とを有する非常用ステアリング装置を設け、
   ステアリング吐出管から非常用ポンプの吸引側に作動油の一部を抜き出す作動油抜出管を設け、
   前記作動油抜出管に、ステアリング吐出管への作動油の逆流を防止する第１チェックバルブを設けるとともに、前記吸入管に、作動油タンクへの作動油の逆流を防止する第２チェックバルブを設けた
   ことを特徴とする作業車両のステアリング装置。
2. ステアリングポンプを、定流量制御される可変容量型とし、
   非常用ポンプを、入力軸の回転方向により吸引・吐出方向が切り替わる両方向式とし、
   分流手段に、
   ステアリング吐出管の油圧を検出する油圧検出部と、
   当該油圧検出部の検出値に基づいて、非常用ポンプから吐出された作動油の排出側を作動油タンクとステアリングバルブとの間で切り替える切替弁と、
   非常用ポンプにより吸引・吐出される作動油の流れ方向が一定となるように調整する方向制御部とを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の作業車両のステアリング装置。

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