JP2607678Y2

JP2607678Y2 - 作業機の振動抑制装置

Info

Publication number: JP2607678Y2
Application number: JP1993048273U
Authority: JP
Inventors: 泰介草場; 健蔵木元
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2008-08-13
Also published as: JPH0714204U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、建設機械、特には油圧
ショベルや油圧クレーン等の、作業機停止時に発生する
ショックを軽減する作業機の振動抑制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は油圧ショベルの側面図であり、下
部走行体１に装着された上部旋回体２には作業機３のブ
ーム４が揺動自在に装着されている。上部旋回体２とブ
ーム４とはブームシリンダ５により連結されており、ブ
ームシリンダ５の伸縮によりブーム４は昇降する。６は
アーム、７はバケットである。

【０００３】図６は従来の油圧ショベルのブームシリン
ダ駆動油圧回路図であり、１０は作業機用の油圧ポン
プ、２０はパイロット回路用油圧ポンプ、１１はブーム
シリンダ５への圧油を制御する方向制御弁、１２は方向
制御弁１１の上げ側パイロットポート、１３は下げ側パ
イロットポートである。１４はブームシリンダ５のボト
ム側油室１５と方向制御弁１１とを接続するボトム回
路、１６はブームシリンダ５のヘッド側油室１７と方向
制御弁１１とを接続するヘッド回路である。２１は方向
制御弁１１を制御するパイロット油圧操作弁、２２は操
作レバーであり、２３はパイロット油圧操作弁２１と上
げ側パイロットポート１２とを接続するパイロット油圧
回路、２４はパイロット油圧操作弁２１と下げ側パイロ
ットポート１３とを接続するパイロット油圧回路であ
る。２５はパイロット油圧操作弁２１とオイルタンク１
８とを接続するドレン回路であり、操作レバー２２が中
立Ｎ位置のときにはパイロット油圧回路２３、２４はド
レン回路２５に連通している。

【０００４】次に作動について説明する。中立Ｎ位置に
ある操作レバー２２を上げＵ側に操作すると、パイロッ
ト油圧ポンプ２０からの圧油はパイロット油圧回路２３
を経て上げ側パイロットポート１２に至り、方向制御弁
１１を右側に移動させる。方向制御弁１１はＵ位置とな
って油圧ポンプ１０の圧油はボトム回路１４を経てブー
ムシリンダ５のボトム側油室１５に供給され、ブームシ
リンダ５は伸びてブーム４を上昇させる。操作レバー２
２をＮ位置に戻すとパイロット油圧回路２３、２４の油
圧はオイルタンク１８の圧力に低下し、方向制御弁１１
はばねの力によりＮ位置となり、ブームシリンダポート
とオイルタンクポートとは遮断されてブームシリンダ５
の伸びは終了し、ブーム４は停止する。操作レバー２２
を下げＤ側に操作するとパイロット油圧はパイロット油
圧回路２４を経て下げ側パイロットポート１３に至り、
方向制御弁１１をＤ位置に移動させ、圧油はヘッド回路
１６を経てブームシリンダ５のヘッド側油室１７に供給
され、ブームシリンダ５は縮んでブーム４を下降させ
る。操作レバー２２をＮ位置に戻すとブーム４は停止す
る。

【０００５】上記のブーム下げの作動を図３のタイムチ
ャートにより説明する。（ａ）は操作レバー２２変位、
（ｂ）は方向制御弁１１変位、（ｃ）はブームシリンダ
ボトム側油室１５の圧力、（ｄ）はブームシリンダヘッ
ド側油室１７の圧力の時間に対する変化をそれぞれ示し
ている。いま、（ａ）に示すように操作レバー２２を中
立Ｎ位置から下げＤ位置に、時刻ｔ0 で操作開始し、ｔ
1 でフルストローク動かすと、パイロット油圧は方向切
換弁１１に供給され、（ｂ）に示すようにｔ2 で方向制
御弁１１は移動開始しｔ3 で最大変位となる。ｔ2 −ｔ
0 は応答遅れであり、管路内の作動油の圧縮性、粘度、
および圧力損失、回路に用いられるゴムホースの弾性等
により生ずる。圧油はｔ2 でブームシリンダ５のヘッド
側油室１７に流入し、ブーム４は下降を開始し、（ｄ）
に示すようにブームシリンダ５のヘッド側圧力はｔ3 で
最大となる。（ａ）に示すように時刻ｔ4 で操作レバー
２２をＤ位置からＮ位置に操作開始し、ｔ6 で操作を終
了すると（ｂ）に示すようにｔ5 で方向切換弁１１は移
動を開始し、ｔ7 で終了する。方向制御弁１１の戻り速
度は両端に設けられたばねの力と、パイロット油圧回路
２３、２４およびパイロット油圧操作弁２１の内部で生
ずる圧力損失、油の粘度等で決まる。この時点でブーム
４は下降停止となる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】前述のごとく、方向切
換弁をＤ位置からＮ位置に戻し始めるとブーム４は下降
を停止しはじめ、図３（ｃ）に示すよう方向制御弁１１
の操作終了時にブームシリンダ５のボトム圧は急激に上
昇し、ｔ7 においてピーク圧Ｐ1 を示す。これは作業機
３の慣性が大きいためである。ｔ7 でブーム４の下降は
停止し、次にはボトム側の圧力の反力でブームは上昇
し、作業機の慣性でブームシリンダのヘッド側の圧力が
上昇し、（ｄ）に示すようにｔ8 でヘッド側のピーク圧
はＰ2 となりブームの上昇は止まる。以後はこのように
ブームシリンダのボトム圧とヘッド圧とが交互に上昇、
下降を繰り返し、ブームシリンダが伸縮して作業機は上
下に揺動（振動）を繰り返し、次第に減衰するが、この
振動は図３の（ｃ）、（ｄ）に示すように相当長く継続
する。この現象は作業機の下げ動作停止時のみならず、
上げ動作停止時にも同様に発生する。この作業機の振動
は油圧ショベル本体をも揺らすこととなり、作業機の作
動停止の都度、オペレータは不快感を覚え、疲労の増大
を招く。また、図５に示すように、バケットに土砂等を
積み込んでいると、振動により積み荷がこぼれ落ちるこ
とがあり、安全性生産性の上からも問題となっている。
そのため、この振動を抑制させたいわけであるが、振動
を抑制すると動作が緩慢になるのが一般的である。しか
しながら、油圧ショベルの作業では、たとえばバケット
７の底面を地面に打ちつけて地面を締め固める転圧作業
のように短時間のうちに作業機３の上げ下げを繰り返す
必要のある作業もあり、以上の相反する要求を同時に解
決する方策が求められている。また、振動抑制方策を採
用した場合、低温時に油の粘度が大きくなり、極端な作
動遅れを生ずる危険性もある。

【０００７】上記作業機の振動抑制のためには、特願平
３−３５１３５０あるいは特開平４−３４３９２５によ
り提案がなされているが、前者はマイコンを必要とする
ため高価であり、普及している油圧パイロット式油圧シ
ョベルには採用困難という問題があり、後者においては
制御バルブ数が多く高価であるという問題がある。

【０００８】本考案は上記の問題点に着目してなされた
もので、作業機の上昇、下降の動作停止時に発生する振
動を抑制するとともに、必要に応じて例えば短時間のう
ちに作業機の上げ下げを繰り返す必要がある場合には運
転者の意志で振動抑制装置をＯＦＦにする事が可能で、
かつ、油温が低く油の粘度が大きく、作動おくれが大き
くなりすぎる場合には、強制的に振動抑制装置をＯＦＦ
にする事が可能な振動抑制装置を経済的に提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本考案に係る作業機の振動抑制装置の第１は、車体に揺
動自在に装着された作業機を昇降自在に支持する油圧シ
リンダと、油圧源から油圧シリンダに供給する圧油を制
御する方向制御弁と、方向制御弁を制御する操作弁とを
備えた建設機械の油圧回路において、方向制御弁と操作
弁とを接続するパイロット油圧回路にパイロットチェッ
クスローリターン弁とパイロットチェックスローリター
ン弁をバイパスするバイパス回路とを設けると共に、バ
イパス回路にバイパス回路を開閉する切換弁を設け、か
つ切換弁に接続するスイッチを設け、スイッチの操作に
より切換弁を切り換えてバイパス回路を開閉自在とした
ことを特徴としている。第２は、前記切換弁は電磁式切
換弁でありこの切換弁に接続する電気回路に前記スイッ
チを設け、かつ油温を検出して油温が所定油温に達した
ときに前記電気回路を開く又は閉じる温度センサを設け
たことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記第１構成によれば、スイッチ操作により切
換弁を切り換えてバイパス回路を閉じると、油圧シリン
ダの作動停止時に、方向制御弁と操作弁とを接続するパ
イロット油圧回路に設けたパイロットチェックスローリ
ターン弁によって方向制御弁の戻り時間が長くなり、そ
の分、ピーク圧を低減して振動を抑制し、オペレータの
疲労を軽減する。またこのとき方向切換弁では油圧シリ
ンダからオイルタンクへドレンする時間が短時間生じて
その間、油圧シリンダの高圧側の油をオイルタンクに逃
がすから、これによってもピーク圧を低減して振動を抑
制し、オペレータの疲労を軽減する。即ち振動抑制作用
が生ずる。他方、スイッチ操作により切換弁を切り換え
てバイパス回路を開くと、従来の油圧装置と同一回路と
なって上記パイロットチェックスローリターン弁による
振動抑制作用が減殺され、従来同様な働きをする。例え
ば作業機の上げ下げを繰り返して転圧作業を行う場合
に、上記のように、「スイッチ操作により切換弁を切り
換えてバイパス回路を閉じる」と、振動抑制機作用が生
じてしまい、転圧作業を効率よく行えない。ところが、
このとき「スイッチ操作により切換弁を切り換えてバイ
パス回路を開く」と、上記振動抑制作用を減殺され、作
動遅れを生ずることがなく、従って作業機の上げ下げの
繰り返しによる転圧作業を行える。上記第２構成によれ
ば、例えば電磁式切換弁がスイッチ操作によって励磁電
流を受けてバイパス回路を閉じるものであり、かつ温度
センサは油温が所定油温以下で電気回路を開くものであ
るとき、油温が所定油温以下ではスイッチを操作しても
電磁式切換弁に励磁電流が流れずバイパス回路を開いた
ままとなり、従ってパイロットチェックスローリターン
弁による油圧シリンダの作動停止時の上記振動抑制作用
は生じない。具体的には所定油温以下の低油温では油の
粘度が高く、上記振動抑制回路に切り換わらず、このた
め作動遅れが大きくなり過ぎるような場合において生じ
易い作業中の油圧シリンダの作動遅れによる危険を回避
できる。

【００１１】

【実施例】以下に、本考案に係る作業機の振動抑制装置
の実施例について、図面を参照して詳述する。図１は第
１実施例のブームシリンダ駆動油圧回路図である。ブー
ムシリンダ５、油圧ポンプ１０、方向制御弁１１、上げ
側パイロットポート１２、下げ側パイロットポート１
３、ボトム回路１４、ボトム側油室１５、ヘッド回路１
６、ヘッド側油室１７、オイルタンク１８、パイロット
油圧ポンプ２０、パイロット油圧操作弁２１、操作レバ
ー２２、パイロット油圧回路２３，２４、ドレン回路２
５の部品およびその働きは従来のものと同一なので説明
は省略し、異なる部分について説明する。パイロット油
圧操作弁２１と、方向制御弁１１の上げ側パイロットポ
ート１２とを接続するパイロット油圧回路２３上にパイ
ロットチェックスローリターン弁３０を介装し、パイロ
ット油圧操作弁２１と、下げ側パイロットポート１３と
を接続するパイロット油圧回路２４上にパイロットチェ
ックスローリターン弁４０を介装する。パイロットチェ
ックスローリターン弁３０、４０はそれぞれパイロット
チェック弁３１、４１と、絞り弁３２、４２とを並列に
備えており、パイロットチェック弁３１はパイロット油
圧回路２４と回路３３により接続され、パイロットチェ
ック弁４１はパイロット油圧回路２３と回路４３により
接続されている。また、パイロット油圧回路２３、２４
上にパイロットチェックスローリターン弁３０、４０の
バイパス回路５０、５１を設け、バイパス回路５０、５
１上にＯＮ−ＯＦＦスイッチ５２を備えた切換弁５３を
介装する。切換弁５３はバイパス回路５０、５１の開閉
を行う。

【００１２】つぎに作用について説明する。オペレータ
がＯＮ−ＯＦＦスイッチ５２をＯＮにすると電磁切換弁
５３はＢ位置となりバイパス回路５０、５１を閉じる。
そして、たとえば、パイロット油圧操作弁２１の操作レ
バー２２を下げＤ側に操作するとパイロット油圧回路２
４の圧油はパイロットチェックスローリターン弁４０の
パイロットチェック弁４１を押し下げ、方向制御弁１１
の下げ側パイロットポート１３に至り、方向制御弁１１
を左方すなわちＤ位置に移動させようとする。したがっ
て、上げ側パイロットポート１２の油はパイロットチェ
ックスローリターン弁３０を通り、パイロット油圧操作
弁２１からドレン回路２５を経てオイルタンク１８に戻
ろうとする。このとき、パイロットチェック弁３１は回
路３３を介してパイロット油圧回路２４のパイロット圧
を受けて回路を開く。したがって、方向制御弁１１の移
動は遅滞なく操作に即応して行われ、応答遅れが生じる
ことなくブームシリンダ５のヘッド側油室１７に圧油が
供給され、ブームシリンダ５は短縮してブームは下降す
る。つぎに、パイロット操作弁２１の操作レバー２２を
中立Ｎ位置に戻すと、パイロット油圧回路２３、２４は
ドレン回路２５を介してオイルタンク１８に連通し、圧
力は低下する。そのため、方向制御弁１１のパイロット
ポート１２および１３はともに低圧となり、方向制御弁
１１はばねの力により中立Ｎ位置に戻ろうとする。ブー
ムシリンダ５のボトム回路１４とヘッド回路１６とは急
激に閉じようとするため、ブームシリンダ５のボトム側
油室１５の圧力は作業機の慣性により急激に上昇しよう
とする。方向制御弁１１はＮ位置すなわち右方に移動す
るが、このとき、上げ側のパイロットポート１２は油を
パイロットチェック弁３１を介してオイルタンク１８か
ら吸い込む。下げ側のパイロットポート１３の油はパイ
ロットチェックスローリターン弁４０を介してオイルタ
ンク１８に戻ろうとするが、パイロットチェック弁４１
はパイロット油圧回路２３に通じる回路４３の圧力が低
いため閉じており、したがって、油は絞り弁４２を通っ
て流れ、この絞りで定められた時間で方向制御弁１１は
切り換わることとなる。

【００１３】図２は方向制御弁１１のスプールストロー
クと開口面積との関係を示すグラフであり、縦軸は開口
面積、横軸はスプールストロークである。図中ａは油圧
ポンプ−オイルタンクポート間、ｂは油圧ポンプ−ブー
ムシリンダポート間の曲線で、Ｓの間はブームシリンダ
ポートとオイルタンクポートとが連通していることを示
しており、方向制御弁１１は前述のようにこの間を時間
をかけて通過することとなる。これにより、高圧のボト
ム側油室１５の油はオイルタンク１８に逃げ、ボトム側
油室１５の圧力上昇は抑制される。しかしながら、この
ボトム側油室１５の圧力は相当程度大きいためこの圧力
による反発が生じ、ブームシリンダ５を伸ばそうとし、
作業機を上昇させようとする。そのため、つぎに、ヘッ
ド側油室１７の油圧が上昇する。このとき方向制御弁１
１の下げ側パイロットポート１３は絞り弁４２によりま
だオイルタンク１８の圧力になっていないため、スプー
ルストロークはまだＳの範囲にあり、ヘッド側油室１７
の高圧油はオイルタンク１８に逃げて圧力の上昇は抑え
られる。このような動作は順次繰り返され、方向制御弁
１１の下げ側パイロットポート１３の圧力は時間経過と
ともにオイルタンク１８の圧力に接近し、絞り弁４２に
より定められた時間経過後にオイルタンク圧となり、方
向制御弁１１は完全に中立Ｎ位置に復帰し、シリンダポ
ートとタンクポートとは遮断される。この状況を図３の
タイムチャートで説明すると、ブームシリンダボトム圧
はｔ7 においてＰ1 から点線のＰ3 に低下する。ブーム
シリンダヘッド圧はｔ8 においてＰ2 から点線のＰ4 に
低下し、以下点線に示すように次第に低減する。以上の
ようなブームシリンダの反復運動で圧力油の一部を逃が
すことにより作業機の振動は大幅に抑制される。以上の
説明は作業機下降停止時について述べたが、上昇停止時
も同様にして振動を抑制できる。

【００１４】しかしながら、上述のごとき振動抑制を行
うと不具合を生ずる場合がある。たとえば、作業機の上
げ下げを繰り返して転圧作業を行うような場合、振動抑
制装置を作動させると操作レバー２２の操作に対して作
業機の動きにタイムラグが生じ、オペレータの感覚と一
致しない場合が生ずる。このような場合にはオペレータ
はＯＮ−ＯＦＦスイッチ５２をＯＦＦにして電磁切換弁
５３をＡ位置に切り換えてバイパス回路５０および５１
を開き、従来のものと全く同一の状態にして作業する。
上記の装置の内、電磁切換弁５３は手動式の切換弁でも
差し支えない。

【００１５】上述の第１実施例に説明した振動抑制装置
の性能は絞り弁３２と４２の性能に影響されること大で
ある。回路を流れる油の粘度によって絞り弁３２、４２
の性能は変化を受けることは周知の通りであり、粘度の
高い場合（作動油温の低い場合）には絞り弁３２、４２
を通過する油量は著しく少なくなり、そのために方向切
換弁１１の戻りの遅延時間が増大し、作業機の停止が遅
れて作業機の動作がオペレータの意図と異なり、危険な
状態に至る場合もある。図４は上記問題に対処するため
の第２実施例の油圧回路図であり、電磁切換弁５３のＯ
Ｎ−ＯＦＦスイッチ５２の回路５４に温度センサ５５を
介装してある。その他の部分は第１実施例と同一なので
説明は省略する。この温度センサ５５は油温が低温のと
きにＯＦＦになるようになっている。温度検出場所は、
たとえばパイロット油圧回路２３または２４とし、油温
が絞り弁３２あるいは４２の性能に悪影響をおよぼすと
思われる温度に達するとＯＦＦになるようにしておく。
このようにすることにより、低温時にはオペレータがＯ
Ｎ−ＯＦＦスイッチ５２をＯＮにしてもバイパス回路は
閉にならず、振動抑制装置は作動しないため、低温時の
作動で危険な現象が発生することを未然に防止すること
ができる。

【００１６】

【考案の効果】以上詳述したごとく、本考案は本体に揺
動自在に装着された作業機を昇降自在に支持する油圧シ
リンダと、油圧シリンダに供給する圧油を制御するパイ
ロット油圧式方向制御弁と、パイロット油圧式方向制御
弁を制御するパイロット油圧操作弁とを備えた建設機械
の油圧回路において、方向制御弁のパイロットポート
と、パイロット油圧操作弁とを接続する上げ側、下げ側
のパイロット油圧回路上に、それぞれパイロットチェッ
クスローリターン弁を介装し、パイロットチェックスロ
ーリターン弁をパイロットチェック弁と、並列に設けた
絞り弁とで構成し、パイロットチェック弁と他の側のパ
イロット油圧回路とを接続する回路を設けた。また、パ
イロット油圧回路上のパイロットチェックスローリター
ン弁をバイパスする回路を設け、バイパス回路に切換弁
を設けた。また、前記切換弁を電磁式とし、ＯＮ−ＯＦ
Ｆスイッチ回路に油温が予め定められた温度に達すると
回路を開く温度センサを設けた。そのため、オペレータ
が切換弁を閉にし、バイパス回路を閉じると、ブームの
作動停止時に方向制御弁の戻りが遅延し、油圧シリンダ
とオイルタンクとを接続する回路が短時間連通し、油圧
シリンダの高圧側の油を微量だけオイルタンクに逃が
し、ピーク圧を低減して振動を抑制し、オペレータの疲
労を軽減できる。また、オペレータが切換弁を開にする
と、パイロットチェックスローリターン弁のバイパス回
路が開かれ、従来の油圧回路と同一となるため、作動遅
れが生じることはなく、短時間のうちに作業機の上げ下
げの繰り返しが可能となる。さらに、低温時には温度セ
ンサによって電気回路はＯＦＦとなり、ＯＮ−ＯＦＦス
イッチを操作してもバイパス回路は開のままとなり、振
動抑制装置は作動しないため作業中の作動遅れによる危
険は防止できる。以上のような効果を奏する振動抑制装
置を経済的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の振動抑制装置の第１実施例を示すブー
ムシリンダ駆動油圧回路図である。

【図２】方向制御弁のスプールストロークと開口面積と
の関係を表すグラフである。

【図３】本考案の振動抑制装置の効果を示すブームシリ
ンダ駆動タイムチャートである。

【図４】本考案の振動抑制装置の第２実施例を示すブー
ムシリンダ駆動油圧回路図である。

【図５】油圧ショベルの全体側面図である。

【図６】従来の油圧ショベルのブームシリンダ駆動油圧
回路図である。

【符号の説明】

５ブームシリンダ１１方向制御弁１４ボトム回路１６ヘッド回路２１パイロット油圧操作弁２３、２４パイロット油圧回路３０、４０パイロットチェックスローリターン弁３１、４１パイロットチェック弁３２、４２絞り弁３３、４３回路５０、５１バイパス回路５２スイッチ５３電磁切換弁５４回路５５温度センサ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】車体に揺動自在に装着された作業機を昇
降自在に支持する油圧シリンダと、油圧源から油圧シリ
ンダに供給する圧油を制御する方向制御弁と、方向制御
弁を制御する操作弁とを備えた建設機械の油圧回路にお
いて、方向制御弁と操作弁とを接続するパイロット油圧
回路にパイロットチェックスローリターン弁とパイロッ
トチェックスローリターン弁をバイパスするバイパス回
路とを設けると共に、バイパス回路にバイパス回路を開
閉する切換弁を設け、かつ切換弁に接続するスイッチを
設け、スイッチの操作により切換弁を切り換えてバイパ
ス回路を開閉自在としたことを特徴とする作業機の振動
抑制装置。
【請求項２】前記切換弁は電磁式切換弁でありこの切
換弁に接続する電気回路に前記スイッチを設け、かつ油
温を検出して油温が所定油温に達したときに前記電気回
路を開く又は閉じる温度センサを有することを特徴とす
る請求項１記載の作業機の振動抑制装置。