JP3101532B2 - 建設機械の制振装置 - Google Patents

建設機械の制振装置

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JP3101532B2 JP07122092A JP12209295A JP3101532B2 JP 3101532 B2 JP3101532 B2 JP 3101532B2 JP 07122092 A JP07122092 A JP 07122092A JP 12209295 A JP12209295 A JP 12209295A JP 3101532 B2 JP3101532 B2 JP 3101532B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル、ホイー
ルローダなどの建設機械の制振装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】建設機械の代表例として、図3に油圧シ
ョベルの外観を示すが、本機は、ブーム1、アーム2、
バケット3、ブームシリンダ4、アームシリンダ5、バ
ケットシリンダ6、ストラップ7およびロッド8の構成
部材が互いにピン結合されたフロント作業機を、機体9
の上部旋回体に装着したものである。機体9は、上部旋
回体にキャブ10を備え、下部に走行装置11を備えてい
る。
【0003】前記フロント作業機は、機体9とブーム1
との間に介在するブームシリンダ4によりブーム1を上
下方向に回動し、ブーム1とアーム2との間に介在する
アームシリンダ5によりアーム2を回動し、アーム2と
バケット3との間に介在するバケットシリンダ6により
ストラップ7およびロッド8を介してバケット3を回動
する。
【0004】そして、前記シリンダの中で、ブームシリ
ンダ4は、ロッド4dの先端に、図2に示すようなフロン
ト作業機の相当質量負荷40を分担しているが、このブー
ムシリンダ4は、エンジン21の駆動により主油圧ポンプ
22で生成された高圧の作動油を制御弁23を経てブームシ
リンダ4の油室4a,4bに供給することにより伸縮作動
し、掘削積込作業などにおけるフロント作業機の上下動
を行う。
【0005】なお、前記主油圧ポンプ22は、タンク25か
ら管路43を経て吸込んだ作動油を制御弁23に加圧供給
し、また、この制御弁23は、操作レバー24の縮み指令油
圧パイロットライン24a または伸び指令油圧パイロット
ライン24b から供給されるパイロット圧により制御さ
れ、ブームシリンダ4の油室4a,4bに供給される作動油
の方向および流量を制御するとともに、戻り油を管路44
を経てタンク25に排出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようなフロント作
業機を有する建設機械は、掘削土の積込み過程でブーム
シリンダ4の油室4a,4b内に作動油を供給したり排出す
る際に、機体9の全体が大きく振動し、キャブ10内に搭
乗する操縦者(オペレータ)の乗心地を大きく損なって
いる。
【0007】この点を詳しく説明すると、図2に示され
た従来のブームシリンダ4の油圧回路にて明らかなよう
に、制御弁23とブームシリンダ4との間の管路42a ,42
b には、作動油の流動をスムーズにするために振動防止
用の油機が設けられておらず、その結果として前記シリ
ンダの伸縮作動により振動が発生する。
【0008】すなわち、ブームシリンダ4の受けるフロ
ント作業機の質量負荷による慣性モーメントと、ブーム
シリンダ4内の作動油の圧縮性に基づく油柱バネによっ
て定まる固有振動がブームシリンダ4の伸縮により励起
され、特に伸縮変化の大きな停止時に強い振動が生じ
る。
【0009】また、振動を低減させるために、ブームシ
リンダ4内のピストン4cにオリフィスなどの絞りを入れ
て減衰性能を上げることも考えられるが、その場合、フ
ロント作業機の重量をブームシリンダ4で支持したとき
に、フロント作業機が自然落下するため危険であり、そ
のようなオリフィスは成立し得ない。
【0010】また、管路42a ,42b に絞りを入れると振
動低減にはなるが、作動油の流動が阻害されるため、ブ
ームシリンダ4の動作速度の低下を招き、本来の性能が
低下する。
【0011】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、フロント作業機を有する建設機械において、作動
シリンダの動作性能を低下させることなく、機体の振動
を効果的に抑制でき、オペレータの乗心地を向上できる
建設機械の制振装置を提供することを目的とするもので
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載された発
明は、ピストンの一側に位置する縮み側油室と他側に位
置する伸び側油室とに給排される油圧にて伸縮作動して
フロント作業機を回動する作動シリンダ、前記フロン
ト作業機に作動シリンダと並列に接続され、ピストンの
一側に位置する縮み側油室と他側に位置する伸び側油室
とに給排される油圧にて伸縮作動する制振シリンダと、
作動シリンダの縮み側油室および伸び側油室の一方と制
振シリンダの縮み側油室および伸び側油室の他方とを作
動シリンダの停止時に相互に連通する制振回路とを具備
、作動シリンダの停止時に相互に連通する作動シリン
ダおよび制振シリンダの油室側のピストン受圧面積を同
一に設定した構成を有する建設機械の制振装置である。
【0013】請求項2に記載された発明は、請求項1に
記載された建設機械の制振装置における制振回路が、作
動シリンダの作動時に制振シリンダの機能を解除すると
ともに作動シリンダの作動停止時に制振シリンダを機能
させる切換弁を含む構成のものである。
【0014】請求項3に記載された発明は、請求項2に
記載された建設機械の制振装置において、制振回路の切
換弁、作動シリンダの縮み側油室および伸び側油室の
一方と制振シリンダの縮み側油室および伸び側油室の他
方とを連通する制振管路中にあって、作動シリンダを作
動する指令信号により制振管路を遮断するとともに作動
を停止する指令信号により制振管路を連通する第1の切
換弁と、前記制振シリンダをタンクに連通する排油管路
中にあって、作動シリンダを作動する指令信号によりこ
の排油管路を連通するとともに作動を停止する指令信号
によりこの排油管路を遮断する第2の切換弁とを具備
たものである。
【0015】
【作用】請求項1に記載された発明は、作動シリンダの
一方油室での発生圧を、作動シリンダと並列に設けられ
た制振シリンダの他方油室に導入し、作動シリンダの一
方油室での油圧にて発生する力と、制振シリンダの他方
油室での油圧にて発生する力とを相互に相殺させること
により、フロント作業機の振動を抑制する。
【0016】請求項2に記載された発明は、作動シリン
ダの作動中は制振シリンダが作動シリンダの抵抗となら
ないように制振回路の切換弁を制御して、制振シリンダ
の機能を解除する。また、作動シリンダの作動停止時は
切換弁を制御して制振シリンダを機能させる。
【0017】請求項3に記載された発明は、作動シリン
ダの作動中は、第1の切換弁によって作動シリンダと制
振シリンダとの間の制振管路を遮断するとともに、第2
の切換弁によって制振シリンダからタンクへの排油管路
を連通させる。また、作動シリンダを作動停止したとき
は、第1の切換弁によって制振管路を連通させるととも
に、第2の切換弁によってタンクへの排油管路を遮断す
る。
【0018】
【実施例】以下、本発明を図1に示される一実施例を参
照しながら詳細に説明する。なお、この実施例では、建
設機械として油圧ショベルを例示し、そのフロント作業
機を作動する作動シリンダとしてブームシリンダ4を例
示する。
【0019】図1は、ブームシリンダ4に係る制振装置
を示す油圧回路図であり、車載エンジン21により駆動さ
れる油圧ポンプ22と、この油圧ポンプ22から供給された
作動油の方向および流量を制御する制御弁23と、この制
御弁23をパイロット圧により操作するための縮み指令用
および伸び指令用パイロットバルブを備えた操作レバー
24と、作動油のタンク25とが、ブームシリンダ制御回路
を構成するために有機的に連通されている。
【0020】すなわち、油圧ポンプ22と制御弁23とを作
動油供給管路41により連通し、制御弁23とブームシリン
ダ4の縮み側油室4aとを縮み側管路42a により連通し、
制御弁23とブームシリンダ4の伸び側油室4bとを伸び側
管路42b により連通し、油圧ポンプ22の吸込口とタンク
25とを作動油吸込管路43により連通し、制御弁23の排油
口とタンク25との間をドレン管路44により連通すること
により、ブームシリンダ4を伸縮するための主回路を構
成する。
【0021】本発明は、この主回路を変更せずに、ブー
ムシリンダ4に対して並列に制振シリンダ30を設ける。
すなわち、油圧ショベルの上部旋回体とブームの中間部
との間に、ブームシリンダ4および制振シリンダ30を平
行に設ける。
【0022】この結果、ブームシリンダ4のロッド4dお
よび制振シリンダ30のロッド30d が共通のフロント相当
質量負荷40に接続されたことになる。
【0023】そして、ブームシリンダ4の縮み側油室4a
と制振シリンダ30の伸び側油室30bとを、制振管路34、
第1の切換弁31および制振管路35により接続する。ま
た、制振シリンダ30の伸び側油室30b とタンク25とを、
第2の切換弁32を介設してなる排油管路36により接続す
る。
【0024】一方、制振シリンダ30の縮み側油室30a
は、作動油を入れることなく中空の状態にしておく。こ
の縮み側油室30a には、管路も接続せず、管路接続口は
開口しておく。
【0025】第1の切換弁31および第2の切換弁32は、
パイロット圧操作形の2位置2ポート切換弁である。第
1の切換弁31は、ノーマル位置(スプリングリターン位
置)で前記制振管路34と制振管路35とを連通し、切換位
置で同管路間を遮断する。一方、第2の切換弁32は、ノ
ーマル位置(スプリングリターン位置)で前記排油管路
36を遮断し、切換位置で同管路間を連通する。
【0026】また、操作レバー24の縮み指令用パイロッ
トバルブと、制御弁23の対応するパイロット室との間を
縮み指令用パイロット管路24a により連通し、操作レバ
ー24の伸び指令用パイロットバルブと、制御弁23の対応
するパイロット室との間を伸び指令用パイロット管路24
b により連通する。
【0027】そして、上記縮み指令用パイロット管路24
a から引出された管路を、第1の切換弁31のパイロット
圧作用部に連通する。また、上記縮み指令用パイロット
管路24a および伸び指令用パイロット管路24b からそれ
ぞれ引出された管路を、シャトル弁33の二つの入口に連
通し、このシャトル弁33の出口を第2の切換弁32のパイ
ロット圧作用部に連通する。
【0028】このようにして、ブームシリンダ4の一側
に位置する油室4aと制振シリンダ30の反対側に位置する
油室30b とを、ブームシリンダ4の停止時に相互に連通
する制振回路を構成する。
【0029】次に、この図1に示された実施例の作用を
説明する。
【0030】油圧ショベルのオペレータがブームシリン
ダ4を伸ばすために操作レバー24を操作すると、伸び指
令用パイロット管路24b のパイロット油圧が高まり、制
御弁23の伸び側ポートが開き、作動油がブームシリンダ
4の伸び側油室4bに送られ、ブームシリンダ4のロッド
4dが伸びる。
【0031】このとき、切換弁31はノーマル位置にある
から、ブームシリンダ4の縮み側油室4aの作動油が制振
シリンダ30の伸び側油室30b に送られるとともに、伸び
指令用パイロット管路24b に接続されたシャトル弁33を
経た油圧により切換弁32が作動位置となり、伸び側油室
30b の作動油はタンク25に戻される。
【0032】逆に、縮み操作の場合は、縮み指令用パイ
ロット管路24a からのパイロット油圧を受けた第1の切
換弁31が作動位置となり、管路34,35間が閉鎖される。
同時に、縮み指令用パイロット管路24a にも接続された
シャトル弁33を経た油圧により切換弁32も作動位置とな
るので、伸び側油室30b の作動油はタンク25に戻され、
両方向ともに、制振シリンダ30がブームシリンダ4の本
来の伸縮作動を妨げるおそれはない。
【0033】ところで、オペレータが操作レバー24を中
立位置に戻して、ブームシリンダ4の伸縮を停止する
と、パイロット管路24a ,24b でのパイロット圧が消滅
し、第1の切換弁31および第2の切換弁32は共にノーマ
ル位置となり、ブームシリンダ4の縮み側油室4aと制振
シリンダ30の伸び側油室30b とが連通し、かつ、タンク
25から遮断される。
【0034】このような状態では、縮み側油室4aと伸び
側油室30b とに同一の圧力が発生するとともに、ブーム
シリンダ4のピストン4cと制振シリンダ30のピストン30
c とに対し、相互に逆方向の力が発生する。
【0035】ここで、ブームシリンダ4の縮み側油室4a
側のピストン受圧面積と、制振シリンダ30の伸び側油室
30b 側のピストン受圧面積とを同一に設定することによ
り、上記両油室4a,30b での油圧にて発生する力は等し
く、かつ力の向きが逆方向であるから、その力は完全に
相殺し、ブームシリンダ4の振動の継続を阻止すること
ができる。
【0036】このように、ブームシリンダ4の伸縮に伴
う掘削積込動作において発生するフロント振動に起因す
る不快な機体振動を急速に減衰させることができるの
で、操縦者の乗心地を改善し、作業環境をも改善する効
果がある。また、経験不足の操縦者でも操縦に際して何
ら配慮することなく、振動の少ない状態で作業できるの
で、作業性の向上に大きく寄与できる。
【0037】次に、本発明の種々の変形例を説明する。
【0038】先ず、本発明は油圧ショベルに限定される
ものではなく、例えばバックホーのブームシリンダや、
ホイール・ローダまたはトラック・タイプ・ローダなど
のリフトシリンダにも適用できる。
【0039】また、油圧ショベルのブームシリンダ4
や、ローダのリフトシリンダだけでなく、油圧ショベル
のアームシリンダ(スティックシリンダともいう)5な
どに対しても、本発明を適用することができる。
【0040】また、第1の切換弁31および第2の切換弁
32は、一体化して4ポート切換弁とすることもでき、請
求項1および2に記載された発明は、そのような切換弁
も含むものである。
【0041】また、図示された実施例では、ブームシリ
ンダ4のロッド4dと、制振シリンダ30のロッド30d とが
同じ側に位置するように両シリンダを設置したが、ブー
ムシリンダ4のロッド4dと、制振シリンダ30のロッド30
d とが反対側に位置するように両シリンダを逆向きに設
置してもよい。その場合は、制振管路34,35を短縮でき
る。
【0042】また、図示された実施例では、ブームシリ
ンダ4の縮み側油室4aと制振シリンダ30の伸び側油室30
b とを制振管路34,35により連通したが、ブームシリン
ダ4の伸び側油室4bと制振シリンダ30の縮み側油室30a
とを同様の制振管路により連通するようにしても良い。
【0043】そのような場合は、第2の切換弁32に対す
るシャトル弁33と同様のシャトル弁を、第1の切換弁31
に対しても設けるとよい。すなわち、縮み指令用油圧パ
イロット管路24a および伸び指令用油圧パイロット管路
24b のいずれからもパイロット油圧を図示されないシャ
トル弁により第1の切換弁31に入力できるようにすると
よい。
【0044】最後に、図示された実施例では、パイロッ
ト油圧により作動される制御弁23の場合を説明したが、
本発明は、制御弁23を電磁比例弁により構成する回路も
含むものである。その場合は、パイロット油圧回路に替
えて電気回路とし、例えば、切換弁31,32は電磁作動式
とし、シャトル弁33はオア素子とすればよい。
【0045】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、フロント
作業機に作動シリンダと制振シリンダとを並列に接続
、作動シリンダの一方油室と制振シリンダの他方油室
とを作動シリンダの停止時に制振回路により連通させ
かつ作動シリンダの停止時に相互に連通する作動シリン
ダおよび制振シリンダの油室側のピストン受圧面積を同
一に設定したから、作動シリンダの一方油室での油圧に
て発生する力と、制振シリンダの他方油室での油圧にて
発生する力とを相殺させて、フロント作業機の振動を効
果的に抑制できる。しかも、従来の油圧回路を大幅に変
える必要がないので、安価で容易な改良を行うことがで
きる。
【0046】請求項2記載の発明によれば、作動シリン
ダの作動時は制振シリンダの機能を解除するとともに作
動停止時は制振シリンダを機能させる制振回路の切換弁
により、作動シリンダおよび制振シリンダのそれぞれの
正常な作動を確保できる。
【0047】請求項3記載の発明によれば、制振回路の
切換弁を、制振管路での第1の切換弁と、排油管路での
第2の切換弁とに分離したから、制振管路および排油管
路などを配管する上での自由度がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る建設機械の制振装置の一実施例を
示す油圧回路図である。
【図2】従来のブームシリンダ用制御回路を示す油圧回
路図である。
【図3】油圧ショベルの全体構成およびフロント振動状
態を示す説明図である。
【符号の説明】
4 作動シリンダとしてのブームシリンダ 4a 油室 25 タンク 30 制振シリンダ 30b 油室 31 第1の切換弁 32 第2の切換弁 34,35 制振管路 36 排油管路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−30601(JP,A) 実開 平5−30252(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 9/22 F16F 15/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンの一側に位置する縮み側油室と
    他側に位置する伸び側油室とに給排される油圧にて伸縮
    作動してフロント作業機を回動する作動シリンダ、 前記フロント作業機に作動シリンダと並列に接続され、
    ピストンの一側に位置する縮み側油室と他側に位置する
    伸び側油室とに給排される油圧にて伸縮作動する制振シ
    リンダと、 作動シリンダの縮み側油室および伸び側油室の一方と制
    振シリンダの縮み側油室および伸び側油室の他方とを作
    動シリンダの停止時に相互に連通する制振回路とを具備
    作動シリンダの停止時に相互に連通する作動シリンダお
    よび制振シリンダの油室側のピストン受圧面積を同一に
    設定した ことを特徴とする建設機械の制振装置。
  2. 【請求項2】 制振回路は、作動シリンダの作動時に制
    振シリンダの機能を解除するとともに作動シリンダの作
    動停止時に制振シリンダを機能させる切換弁を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載された建設機械の制振装
    置。
  3. 【請求項3】 制振回路の切換弁、 作動シリンダの縮み側油室および伸び側油室の一方と制
    振シリンダの縮み側油室および伸び側油室の他方とを連
    通する制振管路中にあって、作動シリンダを作動する指
    令信号により制振管路を遮断するとともに作動を停止す
    る指令信号により制振管路を連通する第1の切換弁と、 前記制振シリンダをタンクに連通する排油管路中にあっ
    て、作動シリンダを作動する指令信号によりこの排油管
    路を連通するとともに作動を停止する指令信号によりこ
    の排油管路を遮断する第2の切換弁とを具備したことを
    特徴とする請求項2に記載された建設機械の制振装置。
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