JP3948395B2

JP3948395B2 - Cylinder device

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Publication number: JP3948395B2
Application number: JP2002343841A
Authority: JP
Inventors: 修栄有賀; 巌森川; 玄六杉山; 広二石川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004176818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械におけるフロント作業機の駆動手段等として用いられるシリンダ装置に関するものであり、特に油圧シリンダのストロークエンドでのクッション作用を発揮するように構成し、かつクッション作用時にシリンダ内の一部に極端に高い圧力が生じないようにしたシリンダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルにおいては、フロント作業機を駆動するために、油圧を作動流体とするシリンダ装置、即ちブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダ等の油圧シリンダが装着される。フロント作業機には極めて大きな荷重が作用することから、油圧シリンダのストロークエンドで剛体的に停止させると、極めて大きな衝撃が作用することになる。従って、この衝撃を吸収するために油圧を利用したクッション機構を備えている。クッション機構は、ピストンによりシリンダの内部を２つのチャンバに区画形成し、一方または双方のチャンバの端部における外部配管への接続部にシリンダの内径より小さい内径を有するクッション流路を形成し、またピストンロッドには、このクッション流路の内径より僅かに小さい外径を有するクッションリングを装着する構成としている。そして、このクッションリングがクッション流路に嵌入することによって、シリンダのチャンバから流出する流路がクッションリングとクッション流路を構成する周壁との間の狭い円環状の隙間に限定してシリンダ内のチャンバに背圧を生じさせ、この背圧によりピストンのストロークエンド近傍での移動速度を減速させるようにしている。
【０００３】
前述したクッション機構の特性としては、クッションリングがクッション流路に進入を開始したときに前述した円環状の隙間が形成され、ピストンのストロークエンドに至るまでクッションリングのクッション流路への進入長さが連続的に長くなることから、チャンバ内の背圧が連続的に上昇することになり、ストロークエンドに至ると、シリンダにおけるチャンバ内の圧力が最大になる。一般に、フロント作業機の駆動手段等として構成される油圧シリンダは、通常の作業状態において、最大の負荷が作用しても、損傷等が生じない強度を有するものであるが、使用の態様によっては、設定されている最大負荷を超える可能性がない訳ではない。このために、シリンダのクッション流路に通じる油道とシリンダ内のチャンバとの間にバイパス流路を形成し、このバイパス流路にリリーフ弁を設けて、シリンダ内のチャンバに過大な圧力が作用したときに、リリーフ弁を開いて、そのチャンバからクッション流路を経ないで直接油道に流出させるようになし、もってシリンダ装置を構成する各部に過大な力が作用しないように保護するようにしたものは、従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１０３３１２号公報（第４−５頁、図１、図２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリンダ装置に作用する負荷が大きければ大きいほど、むしろクッション機能を発揮させる方がフロント作業機の作動による衝撃吸収を行なう上で必要である。しかしながら、シリンダ装置の機械的強度を超えるような負荷が作用する場合には、この油圧シリンダを保護するために、クッション機能を解除しなければならない。つまり、クッション行程において、シリンダ内のチャンバに作用する圧力が異常な程度にまで高くなると、シリンダ装置を構成する部品等を保護するために、クッション圧を解放する必要がある。
【０００６】
シリンダ装置を構成する各部において、クッション圧の影響を直接受けるのは、ピストン及びこのピストンをピストンロッドに固定するためのナットであり、またピストンロッドであり、さらにクッション機構がロッド側チャンバに設けられている場合には、シリンダチューブとヘッドカバーとの溶接部である。従って、これらのうち、最も強度の低い部材が破損するような圧力が作用したときに、クッション圧を解除するように、クッション特性を設定するのが望ましい。前述した従来技術においては、バイパス流路にリリーフ弁を設けていることから、その開放圧を前述したような異常な高圧に設定すると、このリリーフ弁の強度を著しく高めなければならず、このためにリリーフ弁が大型化する等といった問題点が生じる。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シリンダ装置の構成に格別の部品を設けなくても、シリンダのチャンバ内に異常な圧力が作用すると、その圧力を解放することによって、シリンダ装置の保護を有効に図れるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、シリンダ内にピストンとピストンロッドとからなるピストン−ロッドユニットを設け、前記ピストンによりシリンダ内をロッド側チャンバとボトム側チャンバとの２つのチャンバに区画形成し、前記ピストンロッドには前記ロッド側チャンバに臨む側にクッション部材を装着し、また前記シリンダ内に、このロッド側チャンバと連通するクッション流路を形成し、前記ピストンが前記シリンダ内面を摺動して、そのストロークエンド近傍に変位して前記クッション部材がこのクッション流路内に嵌入した時に、前記ロッド側チャンバからの戻り油の流出流路が絞られて、所定のクッション圧を発生させる構成としたものであって、前記ピストンロッドには、前記ピストンが装着される端部側に段階的に縮径される複数段の段差が形成され、この段差はピストンロッドの最大径側から、前記クッション部材を嵌合させた第１の縮径部となし、この第１の縮径部よりさらに縮径した第２の縮径部を形成して、この第２の縮径部に前記ピストンを嵌合させ、このピストンは前記ピストンロッドに螺合させたナットで固定するようになし、前記ピストンロッドの前記第２の縮径部には円環状溝が設けられ、この円環状溝と前記ボトム側チャンバまたは前記クッション部材より前記戻り油の流出流路側の位置とを通路で連通させることにより圧力解放流路となし、前記ピストンまたは前記ナットの少なくとも一方を伸縮可能な弾性部材で構成するか、または前記ピストンと前記ナットとの間に弾性リングを装着することによって、常時にはこの圧力解放流路を前記ピストンで閉鎖し、前記ピストンの受圧面に所定の最高設定圧が作用すると、前記ピストンロッドの前記第２の縮径部を伸長させると共に、前記ピストンを前記第１の縮径部と前記第２の縮径部との間の段差面から離間する方向に変位させて、前記圧力解放流路を開いて前記ロッド側チャンバ内の圧力を低下させ、この最高設定圧が解除されると前記ピストンが前記段差面に当接する感圧作動手段を備える構成としたことをその特徴とするものである。
【０００９】
ピストンロッドにはピストンが固定されるが、このピストンロッドの具体的な構成としては、先端側、つまりシリンダの内部に位置する側における端部近傍から段階的に縮径される複数段の段差を形成し、この段差はピストンロッドの最大径側から縮径した第１の縮径部にクッション部材を嵌合させて設け、次の縮径部、即ち第２の縮径部にピストンを嵌合させ、さらにこの第２の縮径部にこのピストンを固定するために、ナットが螺合されるねじ部が形成される構成としたものが一般的に使用される。この場合において、ピストンは第１の縮径部と第２の縮径部との間の段差面に当接させるようにナットを締め付けることになる。
【００１０】
そこで、常時には、ピストンと段差面との間を密着させることによって、圧力解放流路を閉鎖状態に保持し、ピストンの移動により容積が縮小する側のチャンバ（高圧側のチャンバ）の内圧が最高圧になると、ピストンの受圧面に作用する圧力でピストンロッド、特にその第２の縮径部が軸線方向に伸長するように弾性変形するようになし、かつピストンが段差から離間する方向に変位することによって、圧力解放流路を開いて、低圧部、即ちクッション圧が作用しているチャンバとは反対側の低圧側チャンバ或いはタンク圧が作用している流路に接続するようにすることができる。従って、この場合にはピストンロッドとピストンが感圧作動手段として機能する。この場合、最高圧として設定されるのは、ピストンロッドの第２の縮径部が塑性変形しない程度、つまり圧力が開放されると、その弾性力により元の状態に復帰できる程度のものとしなければならない。また、感圧作動手段の他の構成としては、ピストン自体を弾性部材で形成して、ピストンの受圧面に前述した最高設定圧が作用すると軸線方向に圧縮変形するものとしても良く、さらにピストンとナットとの間に弾性リングを介装する構成とすることもできる。いずれにしろ、最高設定圧が解放されると、元の状態に復元するものする。
【００１１】
圧力解放流路はピストン−ロッドユニットに形成される。そして、ピストンが第２の縮径部と第１の縮径部との間の段差部に形成されるものであることから、感圧作動手段が作動したときに、確実に流路形成がなされるように、第２の縮径部に円環状溝または円環状隙間を形成する。円環状溝と低圧側のチャンバ、つまりピストンの移動により容積が拡大するチャンバとの間を連通する通路を形成することによって、圧力解放流路とすることができる。この場合、ピストンロッドまたはピストンに円環状溝に連通する連通孔を穿設するか、ピストンロッドの外面と第２の縮径部とピストン及びナットとの間に円環状溝に通じる通路を設けて、これら連通孔や通路を他方のチャンバに開口させるようにする構成することができる。
【００１２】
また、クッション作用が行われる際において、クッション部材が嵌入する側のクッション流路はシリンダチューブまたはヘッドカバーに設けた油道を介して作動油タンクと連通することから、この油道に連通する通路を設けても、高圧のチャンバにおける圧力を解放することができる。具体的には、例えばピストンロッドに第２の縮径部における第１の縮径部への段差部に形成した円環状溝と戻り油の流出流路との間を連通させる連通孔を穿設する等の構成とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の一形態について説明する。ここで、以下の説明においては、油圧シリンダのロッド側におけるクッション機構として構成したものを示すが、ボトム側のクッション機構も同様に構成することができるのは言うまでもない。
【００１４】
まず、図１及び図２において、１はシリンダ装置の一例としての油圧シリンダを示す。油圧シリンダ１はシリンダチューブ２を有し、このシリンダチューブ２の一端側は閉塞し、他端側は開口しており、この開口側端部にはヘッドカバー３が装着され、これらシリンダチューブ２とヘッドカバー３とでシリンダ４が構成される。そして、シリンダ４内には、ボトム側チャンバ４ａとロッド側チャンバ４ｂとに区画形成するピストン５が摺動可能に装着され、ピストン５にはピストンロッド６が連結されてピストン−ロッドユニットが構成される。そして、ピストンロッド６はヘッドカバー３から外部に導出されている。また、シリンダ４におけるボトム側チャンバ４ａ及びロッド側チャンバ４ｂには、それぞれ圧油の給排を行うための油道７ａ，７ｂが穿設されている。ボトム側の油道７ａはシリンダチューブ２の閉塞側端部に形成され、またロッド側の油道７ｂはヘッドカバー３に形成されている。
【００１５】
以上の構成を有する油圧シリンダ１は、例えば油圧ショベルのフロント作業機を構成するアームを駆動するためのものであるとすれば、ピストンロッド６の先端に設けた取付部８をアームに連結し、またシリンダチューブ２の端部に連設した取付部９をブームに連結して設ける。そして、ピストンロッド６が、シリンダ４内に進入する縮小時と、シリンダ４から突出する伸長時との双方のストロークエンド近傍で衝撃を油圧の作用により吸収するクッション機構を備えている。
【００１６】
縮小時のクッション機構は、シリンダチューブ２の閉塞側端部に嵌入部としてのボス孔１０を設けて、油道７ａをこのボス孔１０に開口させると共に、ピストン５の端面からボス孔１０に僅かな隙間で挿嵌される外径を有するクッション部材として機能する突出部１１をピストンロッド設ける構成としている。これによって、ピストンロッド６がシリンダ４内に進入して、縮小する方向にピストン５が変位して、そのストロークエンド近傍に至ると、突出部１１がボス孔１０に嵌入するようになり、この時にボトム側チャンバ４ａから油道７ａへの流路が制限されるために、ボトム側チャンバ４ａ内に圧力が生じることになり、しかもこの圧力は突出部１１のボス孔１０への嵌入長さに応じて増大する。この圧力がクッション圧となって、ピストン５を減速させて、衝撃を吸収する。
【００１７】
一方、伸長側のクッション機構におけるクッション部材としては、クッションリング１２が用いられる。ここで、ピストンロッド６は、このクッションリング１２が設けられている第１の縮径部６ａと、ピストン５が設けられている第２の縮径部６ｂとが形成されており、前述した突出部１１はピストンロッド６を構成するもっとも小径の部位である。また、ピストンロッド６において、ピストン５を固定するために、第２の縮径部６ｂの先端側はねじ部１３となっており、このねじ部１３にはピストン５を固定的に保持するためのナット１４が螺合されている。さらに、ヘッドカバー３には、クッションリング１２の外径より僅かに大きいクッション流路１５が形成されており、このクッション流路１５は油道７ｂと連通して、流出流路が形成される。
【００１８】
今、図１において、油圧シリンダ１における油道７ａを油圧ポンプＰに接続し、油道７ｂを作動油タンクＴと接続する状態にすると、ボトム側チャンバ４ａには油圧ポンプＰからの圧油が供給される。この結果、ボトム側チャンバ４ａ内の圧力が上昇して、この圧力の作用によりピストン５は、図１に矢印で示したように、シリンダ４内をヘッドカバー３側に向けて摺動変位し、このピストン５に連結したピストンロッド６を伸長させる。この時には、ロッド側チャンバ４ｂは作動油タンクＴに接続されているから、このロッド側チャンバ４ｂ内の作動油はピストンロッド６とヘッドカバー３との間を通って油道７ｂから作動油タンクＴに還流する。
【００１９】
この油圧シリンダ１の伸長ストロークエンド近傍になると、図２に示したように、クッションリング１２がヘッドカバー３におけるクッション流路１５内に嵌入することになる。その結果、ロッド側チャンバ４ｂから油道７ｂへの流出流路がクッションリング１２とクッション流路１５との径差分における環状の流路に制限され、その流路断面積が小さくなってロッド側チャンバ４ｂからの戻り油の流路が絞られる。従って、作動油タンクＴへの戻り油の流量が減少するから、ロッド側チャンバ４ｂ内にはクッション圧が生じるクッション室となる。そして、図３に示した状態がピストンロッド６の伸長方向のストロークエンドであるが、ピストン５が図２の状態から図３の状態にまで変位する間がクッションストローク区間となり、このクッションストローク区間において、クッションリング１２のクッション流路１５への進入長さが長くなると、その分だけ、戻り油の絞り流路が長くなるから、クッション室におけるクッション圧がほぼ連続的に上昇することになって、ストロークエンドに至るまでに油圧シリンダ１に作用する荷重が吸収される。
【００２０】
前述した構成を有する油圧シリンダ１は、それが装着される部材に作用する最大荷重を基準として強度設計がなされる。通常の作業時には油圧シリンダ１は円滑に作動するのに必要な耐久性を有している。ただし、油圧シリンダ１は必ずしも適正な状態でのみ作動させるとは限らず、その強度設計時に予測した最大荷重以上の荷重が作用するような態様が取られないとは限らない。そこで、異常な荷重が作用しても、油圧シリンダ１が損傷乃至破損しないような強度を持たせると、その分だけ高価格になると共に過剰品質でもあり、かつ極めて重量化することになる。
【００２１】
以上のことから、本発明においては、油圧シリンダ１において、クッションストロークにおいて、どの程度の異常圧が作用すると、どの部位が損傷したり、また破損したりするかという点から、クッション圧が上昇するに応じて、油圧シリンダ１における各部の損傷する可能性が生じる値を基準として、この値を超える異常圧が作用したときに、圧力を解放する機構を設ける構成とした。そこで、以下にこの異常圧の解放機構の構成について説明する。この異常圧の解放機構の構成としては、圧力解放流路と感圧作動手段とから構成される。
【００２２】
まず、圧力解放流路は、ピストンロッド６における第２の縮径部６ｂにおいて、第１の縮径部６ａとの境界部に形成した円環状溝２０と、ピストンロッド６内、特にその軸心方向に穿設され、一端がボトム側チャンバ４ａに開口し、他端が円環状溝２０に連通する通路２１とから構成される。ここで、通路２１の円環状溝２０への接続は、ピストンロッド６の軸心に対して直交する方向に設けられており、この軸心と直交する方向の通路部分は１箇所乃至複数箇所とする。
【００２３】
ピストン５は、ナット１４によって、ピストンロッド６における第１の縮径部６ａと第２の縮径部６ｂとの間の段差壁Ｔに圧接されており、通常の状態では、前述した円環状溝２０はロッド側チャンバ４ｂには連通していない。そこで、ピストン５を弾性部材で形成し、かつこのピストン５を段差壁Ｔに押圧しているナット１４をピストン５より剛性の高い部材で形成する。これによりピストン５の受圧面に極めて大きな圧力が作用すると、ピストンロッド６、特にその第２の縮径部６ｂが伸長変形する。その結果、ピストン５が段差壁Ｔから離間することになり、従ってこれらピストンロッド６とピストン５とが感圧作動手段として機能する。その結果、ピストン５の端面と段差壁Ｔとの間の隙間から円環状溝２０及び通路２１を介して、ロッド側チャンバ４ｂ内の圧力がボトム側チャンバ４ａ側に解放されることになる。なお、ピストン５はクッションリング１２にも当接しているが、このクッションリング１２がピストン５に固着しないようにするために、クッションリング１２のピストン５への当接側の端部にはその厚み方向に貫通する切り欠き１２ａが複数箇所形成されている。
【００２４】
以上のように構成することによって、ピストンロッド６として、所望の剛性を有する材料を選択することによって、クッション機構の作動時に油圧シリンダ１が損傷する可能性があるような圧力がロッド側チャンバ４ｂ内に生じることがなくなる。即ち、油圧シリンダ１のピストンロッド６の伸長時におけるストロークエンド近傍に至り、クッションリング１２がクッション流路１５内に進入すると、ピストン５の受圧面に高い圧力が作用することになる。この圧力が感圧作動手段により規定される最高設定圧になると、図４に示したように、ピストンロッド６、特にその第２の縮径部６ｂが伸長する方向に弾性変形すると共に、ピストン５はナット１４に圧接される。その結果、ピストン５と段差壁Ｔとの間に隙間が生じて、円環状溝２０がロッド側チャンバ４ｂに通じる状態となる。
【００２５】
円環状溝２０は通路２１を介してボトム側チャンバ４ａに連通しているので、ロッド側とボトム側との両チャンバ４ａ，４ｂ間が連通する。ボトム側チャンバ４ａにはポンプ圧が作用しているが、前述した感圧作動手段により規定される最高設定圧がロッド側チャンバ４ｂに作用しているということは、このポンプ圧より遥かに高い圧力が作用しているのであるから、このロッド側チャンバ４ｂ内の圧力が解放されて、少なくともそれ以上の圧力上昇が生じることはない。また、この圧力解放流路が形成されることによって、ロッド側チャンバ４ｂ内の圧力が低下したときには、ピストンロッド６がその弾性力により縮小する方向に変位して元の状態に復元する。その結果、ピストン５は段差壁Ｔに当接して、圧力解放流路が閉鎖される。従って、最高設定圧はピストンロッド６における第２の段差部６ｂが弾性限界を超えて塑性変形してしまうような力が加わらない範囲に抑制しなければならない。
【００２６】
例えば、図５に示した油圧ショベルにおいて、油圧シリンダ１を旋回体Ｒに装着したフロント作業機ＦのアームＡを駆動するためのものとして使用する場合には、取付部８がアームＡに連結され、取付部９がブームＢに連結される。この油圧ショベルにおいて、アーム上げ動作時には、油圧シリンダ１は、油道７ｂ側が油圧ポンプＰと接続され、油道７ａ側はタンクＴと接続されることによって、油圧シリンダ１のピストンロッド６が縮小する方向に作動する。この場合、油圧シリンダ１はアームＡ及びバケットＶ（さらに、バケットＶに土砂が入っているときには、この土砂の重量を含めて）を反重力方向に動かすことになる。従って、油圧シリンダ１には、その作動方向とは反対方向に負荷が作用するのであるから、油圧シリンダ１はあまり高速に作動することはない。このために、クッション行程に入っても、ボトム側チャンバ４ａ内の圧力が急激に上昇することはない。
【００２７】
一方、アーム下げ動作時には、油圧シリンダ１のピストンロッド６を伸長させる方向に作動させるが、このときにはアームＡ及びバケットＶは重力方向に変位する。従って、油圧シリンダ１のこの方向への作動時には、ピストンロッド６の伸長速度が前述した荷重分だけ増速されることになる。そして、バケットＶに土砂等が収容されている状態では、さらに伸長速度が増速されることになる。このアーム下げ動作は、通常は最高速度で油圧シリンダ１を作動させないように操作されるが、操作の態様によっては、ポンプＰの全流量がボトム側チャンバ４ａ内に供給できない訳ではない。また、バケットＶにはフックが設けられており、このフックに重量物を掛着してクレーン動作を行わせる場合もある。
【００２８】
もし、バケットＶに重量物を掛着した状態で、油圧シリンダ１のピストンロッド６が最高速度で作動するように、つまりポンプＰの全流量がボトム側チャンバ４ａに供給されたとする。そうすると、ピストン５が高速でヘッドカバー３側に変位することになって、そのストロークエンド近傍に至り、クッションリング１２がクッション流路１５内に進入すると、ロッド側チャンバ４ｂ内の圧力が異常に高くなる。その結果、ピストンロッド６の伸長が実質的に停止するロック状態となり、アームＡと、バケットＶ及びそれに掛着された重量物に極めて大きな慣性力がピストンロッド６に作用することになる。勿論、このような事態は異常なものであり、通常の使用状態ではないことから、ピストンロッド６にこのような慣性力が作用しても十分耐えられる強度を持たせるようにしようとすると、ピストンロッド６を必要以上太径化しなければならないことになる。
【００２９】
以上のことから、通常の使用状態で最大の慣性力が作用しても、耐えられる程度の強度をピストンロッド６に持たせるようになし、これを最高設定圧として、この圧力を越える異常圧がロッド側チャンバ４ｂ内に作用したときには、むしろロッド側チャンバ４ｂ内の圧力をある程度解放することによって、ストロークエンド近傍における衝撃吸収をより円滑に行なうことができ、ピストンロッド６（若しくは他の部位）の保護を図るようにしている。従って、感圧作動手段として機能するピストンロッド６における第２の段差部６ｂを前述した最高設定圧になると、弾性変形して圧力解放流路を開いて、ロッド側チャンバ４ｂ内の圧力が最高設定圧を超えないようにしている。
【００３０】
即ち、油圧シリンダ１を前述したように、アームＡの駆動用のシリンダとして使用する場合において、アームＡとバケットＶとの重量（若しくはバケットＶに土砂を収容した状態での重量）が作用している状態で、最高速で油圧シリンダ１が伸長して、クッション行程に入ったときに、図６に点線で示したように、衝撃を有効に吸収できるクッション圧を生じるような特性を持たせるようになし、同図に実線で示したように、異常なクッション圧が作用したときにおいて、同図に仮想線で示したように、そのままクッション圧を上昇させたときには、油圧シリンダ１が損傷する可能性がある場合には、最高設定圧をこの油圧シリンダ１が損傷する可能性のある圧力以下に抑制する。そして、この最高設定圧になると、ピストンロッド６の第２の縮径部６ｂが伸長する方向に弾性変形させて、それ以上の圧力が立たないように、円環状溝２０と通路２１とからなる圧力解放流路を開いて、その圧力をボトム側チャンバ４ａに解放する。これによって、油圧シリンダ１の保護が図られ、かつ衝撃の緩和という機能を十分発揮する。
【００３１】
ここで、圧力解放流路としては、ピストンロッド６内に穿設した通路２１だけでなく、例えば図７に示したように、ピストンロッド６の外周面におけるナット１４の螺合部を含めて、円環状溝２０からボトム側チャンバ４ａに至るキー溝状の通路２２として形成することができる。また、図８に示したように、ピストン５のピストンロッド６への嵌合部に螺旋状の溝２３を形成し、このピストン５のボトム側チャンバ４ａへの臨む面にこの溝２３の他端を開口させることもできる。さらに、図９にあるように、ピストン５の内径をピストンロッド６における第２の縮径部６ｂの外径より小さくして、その間に円環状隙間２４を形成すると共に、ピストン５とナット１４との当接面にボトム側チャンバ４ａと連通する溝２５を形成する構成とすることもできる。さらにまた、図１０に示したように、円環状溝２０とボトム側チャンバ４ａとの間の通路２６をピストン５に設けることもできる。
【００３２】
前述した各実施の形態では、ロッド側チャンバ４ｂ内の圧力をボトム側チャンバ４ａに解放するように構成している。従って、ボトム側チャンバ４ａ内の圧力が高くなる。その結果、ポンプＰに悪影響を及ぼす可能性があり、これを避けるには、図１１に示したように、円環状溝２０に通じる通路２７を第１の実施の形態とは反対方向に延在させ、クッションリング１２を越した位置において、ピストンロッド６の外周面に開口させる。このように構成すれば、圧力はタンクＴ側に解放されることになる。
【００３３】
一方、感圧作動手段としては、前述したようにピストン５だけではなく、ナット１４を弾性部材で形成することにより構成することもできるが、さらに図１２に示したように、ピストン５とナット１４との間に弾性リング３０を介装するように構成することもできる。このように、ピストン５及びナット１４とは別部材の弾性リング３０を設けることによって、この弾性リング３０に所望の弾性力を持たせることができる。従って、感圧作動手段による最高設定圧を任意に調整することができるようになる。さらに、ピストン５をナット１４より低い剛性を有する部材で構成し、異常なクッション圧が作用したときには、このピストン５自体が圧縮する方向に弾性変形するように構成すれば、ピストン５と段差壁Ｔとが離間するので、圧力解放流路を開くことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダ装置の構成に格別の部品を設けなくても、シリンダのチャンバ内に異常な圧力が作用すると、その圧力を解放してシリンダ装置の保護を有効に図れる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すシリンダ装置の断面図である。
【図２】図１の要部拡大図であって、クッション行程に入った状態を示す断面図である。
【図３】図１の要部拡大図であって、シリンダのストロークエンドとなった状態を示す断面図である。
【図４】図１の要部拡大図であって、クッション行程でロッド側チャンバ内に最高設定圧が作用して感圧作動手段の作動状態を示す断面図である。
【図５】本発明のシリンダ装置を装着した機械の一例としての油圧ショベルの外観図である。油圧シリンダが
【図６】クッション行程におけるロッド側チャンバ内の圧力特性線図である。
【図７】圧力解放流路の第２の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【図８】圧力解放流路の第３の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【図９】圧力解放流路の第４の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【図１０】圧力解放流路の第５の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【図１１】圧力解放流路の第６の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【図１２】感圧作動手段の他の構成例を示す図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
１油圧シリンダ
２シリンダチューブ
３ヘッドカバー
４シリンダ
４ａボトム側チャンバ
４ｂロッド側チャンバ
５ピストン
６ピストンロッド
７ａ，７ｂ油道
１２クッションリング
１４ナット
１５クッション流路
２０円環状溝
２１，２２，２４，２７通路
２３，２６溝
２５円環状隙間
３０弾性リング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder device used as a driving means for a front working machine in a construction machine such as a hydraulic excavator, and in particular, is configured to exhibit a cushioning action at a stroke end of the hydraulic cylinder and is used when the cushioning action is performed. The present invention relates to a cylinder device in which an extremely high pressure is not generated in a part thereof.
[0002]
[Prior art]
In a hydraulic excavator, in order to drive a front working machine, a cylinder device using hydraulic pressure as a working fluid, that is, a hydraulic cylinder such as a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder is mounted. Since an extremely large load acts on the front work machine, an extremely large impact acts when the front working machine is rigidly stopped at the stroke end of the hydraulic cylinder. Therefore, a cushion mechanism using hydraulic pressure is provided to absorb this impact. The cushion mechanism partitions the inside of the cylinder into two chambers by a piston, forms a cushion flow path having an inner diameter smaller than the inner diameter of the cylinder at a connection to an external pipe at the end of one or both chambers, The piston rod is provided with a cushion ring having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the cushion channel. When the cushion ring is fitted into the cushion flow path, the flow path flowing out from the cylinder chamber is limited to a narrow annular gap between the cushion ring and the peripheral wall constituting the cushion flow path. A back pressure is generated in the chamber, and the moving speed in the vicinity of the stroke end of the piston is reduced by this back pressure.
[0003]
The characteristic of the cushion mechanism described above is that the above-described annular gap is formed when the cushion ring starts to enter the cushion flow path, and the length of the cushion ring that enters the cushion flow path until the stroke end of the piston is reached. Since the pressure continuously increases, the back pressure in the chamber continuously increases. When the stroke end is reached, the pressure in the chamber in the cylinder becomes maximum. Generally, a hydraulic cylinder configured as a driving means for a front work machine has a strength that does not cause damage or the like even when a maximum load is applied in a normal working state. , Is not without the possibility of exceeding the set maximum load. For this purpose, a bypass flow path is formed between the oil passage leading to the cylinder cushion flow path and the chamber in the cylinder, and a relief valve is provided in this bypass flow path so that excessive pressure acts on the chamber in the cylinder. When this happens, open the relief valve and let it flow directly from the chamber to the oil passage without going through the cushion flow path, so that excessive force does not act on each part of the cylinder device. What has been known is conventionally known (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-103132 (page 4-5, FIGS. 1 and 2).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the larger the load acting on the cylinder device, the more it is necessary to exhibit the cushion function in order to absorb the impact due to the operation of the front working machine. However, when a load exceeding the mechanical strength of the cylinder device is applied, the cushion function must be released to protect the hydraulic cylinder. That is, in the cushion stroke, when the pressure acting on the chamber in the cylinder is increased to an abnormal level, it is necessary to release the cushion pressure in order to protect the components and the like constituting the cylinder device.
[0006]
In each part constituting the cylinder device, the piston and the nut for fixing the piston to the piston rod are directly affected by the cushion pressure. The piston rod is also provided, and the cushion mechanism is provided in the rod side chamber. If it is, it is a welded portion between the cylinder tube and the head cover. Therefore, it is desirable to set the cushion characteristic so that the cushion pressure is released when a pressure that damages the member having the lowest strength is applied. In the prior art described above, since the relief valve is provided in the bypass flow path, if the opening pressure is set to an abnormally high pressure as described above, the strength of the relief valve must be significantly increased. In addition, there is a problem that the relief valve is enlarged.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points. The object of the present invention is that if an abnormal pressure is applied in the cylinder chamber without providing any special parts to the configuration of the cylinder device, The purpose is to effectively protect the cylinder device by releasing the pressure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a piston-rod unit comprising a piston and a piston rod in a cylinder, and the cylinder is divided into two chambers, a rod side chamber and a bottom side chamber, by the piston. Formed on the piston rod Before A cushion member is mounted on the side facing the rod side chamber, and this cylinder is Rod side Forming a cushion flow path communicating with the chamber, and when the piston slides on the inner surface of the cylinder and is displaced near the stroke end thereof, the cushion member is fitted into the cushion flow path. Rod side The flow path for returning oil from the chamber is throttled to generate a predetermined cushion pressure, and the piston rod is gradually reduced in diameter toward the end where the piston is mounted. A plurality of steps are formed, and the step is formed from the maximum diameter side of the piston rod as a first reduced diameter portion into which the cushion member is fitted, and further reduced in diameter from the first reduced diameter portion. Forming a second reduced diameter portion, fitting the piston to the second reduced diameter portion, and fixing the piston with a nut screwed to the piston rod; An annular groove is provided in the second reduced diameter portion, and this annular groove and Position of the return oil on the outflow passage side from the bottom chamber or the cushion member And a pressure release channel by communicating with the passage, By configuring at least one of the piston or the nut with an elastic member that can expand and contract, or by mounting an elastic ring between the piston and the nut, Normally, when the pressure release channel is closed by the piston and a predetermined maximum set pressure is applied to the pressure receiving surface of the piston, the second reduced diameter portion of the piston rod is extended and the piston is Displacement in a direction away from the stepped surface between the first reduced diameter portion and the second reduced diameter portion, the pressure release channel is opened and the Rod side It is characterized in that the pressure in the chamber is lowered and the piston is brought into contact with the step surface when the maximum set pressure is released.
[0009]
A piston is fixed to the piston rod, and the specific configuration of the piston rod is a multi-step difference in which the diameter is gradually reduced from the vicinity of the end on the tip side, that is, the side located inside the cylinder. This step is formed by fitting the cushion member to the first reduced diameter portion reduced in diameter from the maximum diameter side of the piston rod and fitting the piston in the next reduced diameter portion, that is, the second reduced diameter portion. Further, in order to fix the piston to the second reduced diameter portion, a configuration in which a screw portion into which a nut is screwed is formed is generally used. In this case, the nut is tightened so that the piston comes into contact with the step surface between the first reduced diameter portion and the second reduced diameter portion.
[0010]
Therefore, normally, the pressure release flow path is kept closed by bringing the piston and the stepped surface into close contact with each other, and the internal pressure of the chamber on the side where the volume is reduced by the movement of the piston (the high pressure side chamber) is maximized. When the pressure becomes high, the piston rod, particularly the second reduced diameter portion, is elastically deformed so as to extend in the axial direction by the pressure acting on the pressure receiving surface of the piston, and the piston is displaced in a direction away from the step. By opening the pressure release flow path Connected to the low pressure part, that is, the low pressure side chamber opposite to the chamber where the cushion pressure is acting, or the flow path where the tank pressure is acting Can be. Therefore, in this case, the piston rod and the piston function as pressure-sensitive operation means. In this case, the maximum pressure must be set so that the second reduced diameter portion of the piston rod is not plastically deformed, that is, when the pressure is released, it can be restored to its original state by its elastic force. I must. As another configuration of the pressure-sensitive operation means, the piston itself may be formed of an elastic member, and may be compressed and deformed in the axial direction when the above-mentioned maximum set pressure acts on the pressure receiving surface of the piston. It can also be set as the structure which interposes an elastic ring between nuts. In any case, when the maximum set pressure is released, the original state is restored.
[0011]
The pressure release channel is formed in the piston-rod unit. Since the piston is formed at the stepped portion between the second reduced diameter portion and the first reduced diameter portion, the flow path is surely formed when the pressure sensitive operation means is activated. Thus, an annular groove or an annular gap is formed in the second reduced diameter portion. By forming a passage communicating between the annular groove and the low pressure side chamber, that is, the chamber whose volume is increased by the movement of the piston, a pressure release flow path can be obtained. In this case, a communication hole communicating with the annular groove is formed in the piston rod or the piston, or a passage leading to the annular groove is provided between the outer surface of the piston rod, the second reduced diameter portion, the piston and the nut. These communication holes and passages can be opened in the other chamber.
[0012]
In addition, when the cushion action is performed, the cushion flow path on the side where the cushion member is fitted communicates with the hydraulic oil tank via the oil passage provided in the cylinder tube or the head cover. Even if provided, the pressure in the high-pressure chamber can be released. Specifically, for example, the piston rod is provided with a communication hole for communicating between the annular groove formed in the step portion of the second reduced diameter portion to the first reduced diameter portion and the return flow path of the return oil. It can be set as the structure of carrying out.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, in the following description, what is configured as a cushion mechanism on the rod side of the hydraulic cylinder is shown, but it goes without saying that the cushion mechanism on the bottom side can also be configured in the same manner.
[0014]
First, in FIG.1 and FIG.2, 1 shows the hydraulic cylinder as an example of a cylinder apparatus. The hydraulic cylinder 1 has a cylinder tube 2, one end side of the cylinder tube 2 is closed and the other end side is opened, and a head cover 3 is attached to the opening side end portion. The cylinder tube 2 and the head cover 3 constitutes a cylinder 4. The cylinder 4 is slidably mounted with a piston 5 which forms a bottom side chamber 4a and a rod side chamber 4b. The piston rod 6 is connected to the piston 5 to constitute a piston-rod unit. The The piston rod 6 is led out from the head cover 3 to the outside. Further, oil passages 7a and 7b for supplying and discharging pressure oil are formed in the bottom side chamber 4a and the rod side chamber 4b of the cylinder 4, respectively. The bottom oil passage 7 a is formed at the closed end of the cylinder tube 2, and the rod oil passage 7 b is formed in the head cover 3.
[0015]
If the hydraulic cylinder 1 having the above configuration is for driving an arm constituting a front working machine of a hydraulic excavator, for example, the mounting portion 8 provided at the tip of the piston rod 6 is connected to the arm, Further, an attachment portion 9 provided continuously with the end portion of the cylinder tube 2 is provided so as to be connected to the boom. The piston rod 6 is provided with a cushion mechanism that absorbs an impact by the action of hydraulic pressure in the vicinity of both stroke ends when the piston rod 6 is contracted to enter the cylinder 4 and when the piston rod 6 is extended from the cylinder 4.
[0016]
The cushion mechanism at the time of reduction is provided with a boss hole 10 as a fitting portion at the closed end of the cylinder tube 2 to open the oil passage 7a into the boss hole 10 and slightly from the end surface of the piston 5 to the boss hole 10. The piston rod is provided with a protruding portion 11 that functions as a cushion member having an outer diameter that is inserted with a small gap. As a result, when the piston rod 6 enters the cylinder 4 and the piston 5 is displaced in the shrinking direction and reaches the vicinity of the stroke end, the projecting portion 11 is fitted into the boss hole 10. Since the flow path from the bottom side chamber 4a to the oil passage 7a is restricted, pressure is generated in the bottom side chamber 4a, and this pressure depends on the insertion length of the protrusion 11 into the boss hole 10. Increase. This pressure becomes the cushion pressure, and the piston 5 is decelerated to absorb the impact.
[0017]
On the other hand, the cushion ring 12 is used as a cushion member in the extension side cushion mechanism. Here, the piston rod 6 is formed with a first reduced diameter portion 6a in which the cushion ring 12 is provided and a second reduced diameter portion 6b in which the piston 5 is provided. The portion 11 is the smallest diameter part constituting the piston rod 6. Further, in order to fix the piston 5 in the piston rod 6, the distal end side of the second reduced diameter portion 6 b is a screw portion 13, and the screw portion 13 is used for holding the piston 5 in a fixed manner. The nut 14 is screwed. Further, a cushion channel 15 slightly larger than the outer diameter of the cushion ring 12 is formed in the head cover 3, and this cushion channel 15 communicates with the oil passage 7b to form an outflow channel.
[0018]
Now, in FIG. 1, when the oil passage 7a in the hydraulic cylinder 1 is connected to the hydraulic pump P and the oil passage 7b is connected to the hydraulic oil tank T, the bottom chamber 4a receives pressure oil from the hydraulic pump P. Supplied. As a result, the pressure in the bottom chamber 4a increases, and the piston 5 is slidably displaced in the cylinder 4 toward the head cover 3 as shown by the arrow in FIG. The piston rod 6 connected to the piston 5 is extended. At this time, since the rod side chamber 4b is connected to the hydraulic oil tank T, the hydraulic oil in the rod side chamber 4b passes between the piston rod 6 and the head cover 3 and passes from the oil passage 7b to the hydraulic oil tank T. Reflux.
[0019]
In the vicinity of the end of the extension stroke of the hydraulic cylinder 1, the cushion ring 12 is fitted into the cushion flow path 15 in the head cover 3 as shown in FIG. As a result, the outflow passage from the rod side chamber 4b to the oil passage 7b is limited to an annular passage in the diameter difference between the cushion ring 12 and the cushion passage 15, and the cross-sectional area of the passage is reduced, so that the rod side chamber The return oil flow path from 4b is throttled. Accordingly, since the flow rate of the return oil to the hydraulic oil tank T is reduced, a cushion chamber in which a cushion pressure is generated in the rod side chamber 4b. The state shown in FIG. 3 is the stroke end of the piston rod 6 in the extending direction, but the period during which the piston 5 is displaced from the state of FIG. 2 to the state of FIG. When the length of the cushion ring 12 that enters the cushion flow path 15 is increased, the throttle flow path of the return oil is increased by that amount, so that the cushion pressure in the cushion chamber increases almost continuously. The load acting on the hydraulic cylinder 1 is absorbed before reaching the stroke end.
[0020]
The hydraulic cylinder 1 having the above-described configuration is designed for strength based on the maximum load acting on the member to which the hydraulic cylinder 1 is mounted. During normal work, the hydraulic cylinder 1 has the durability required to operate smoothly. However, the hydraulic cylinder 1 is not necessarily operated only in an appropriate state, and a mode in which a load greater than the maximum load predicted at the time of strength design is not necessarily taken. Therefore, even if an abnormal load is applied, if the hydraulic cylinder 1 has a strength that does not damage or break, the price is increased by that amount, and the quality is excessive, and the weight is extremely increased.
[0021]
From the above, in the present invention, in the hydraulic cylinder 1, the cushion pressure rises in terms of which part of the hydraulic cylinder 1 is damaged or broken when an abnormal pressure is applied during the cushion stroke. Accordingly, on the basis of a value at which each part in the hydraulic cylinder 1 may be damaged, a mechanism for releasing the pressure when an abnormal pressure exceeding this value is applied is provided. Therefore, the configuration of this abnormal pressure release mechanism will be described below. The abnormal pressure release mechanism is composed of a pressure release flow path and a pressure sensitive operating means.
[0022]
First, in the second reduced diameter portion 6b of the piston rod 6, the pressure release flow path includes an annular groove 20 formed at the boundary portion with the first reduced diameter portion 6a, and the piston rod 6, particularly the axis thereof. The passage 21 is formed in the direction, one end is open to the bottom chamber 4a, and the other end communicates with the annular groove 20. Here, the connection of the passage 21 to the annular groove 20 is provided in a direction orthogonal to the axis of the piston rod 6, and the passage portion in the direction orthogonal to the axis is one or more. To do.
[0023]
The piston 5 is pressed against the stepped wall T between the first reduced diameter portion 6a and the second reduced diameter portion 6b of the piston rod 6 by a nut 14, and in the normal state, the annular groove described above. 20 does not communicate with the rod side chamber 4b. Therefore, the piston 5 is formed of an elastic member, and the nut 14 pressing the piston 5 against the step wall T is formed of a member having higher rigidity than the piston 5. As a result, when a very large pressure acts on the pressure receiving surface of the piston 5, the piston rod 6, particularly the second reduced diameter portion 6b, is extended and deformed. As a result, the piston 5 is separated from the stepped wall T, and thus the piston rod 6 and the piston 5 function as pressure-sensitive operation means. As a result, the pressure in the rod side chamber 4b is released to the bottom side chamber 4a side through the annular groove 20 and the passage 21 from the gap between the end face of the piston 5 and the step wall T. The piston 5 is also in contact with the cushion ring 12. In order to prevent the cushion ring 12 from adhering to the piston 5, the thickness of the cushion ring 12 at the end of the cushion ring 12 on the contact side with the piston 5 is not limited. A plurality of notches 12a penetrating in the direction are formed.
[0024]
By configuring as described above, by selecting a material having a desired rigidity as the piston rod 6, a pressure that may damage the hydraulic cylinder 1 during the operation of the cushion mechanism is applied in the rod side chamber 4b. Will not occur. That is, when the piston rod 6 of the hydraulic cylinder 1 reaches the vicinity of the stroke end when the piston rod 6 extends and the cushion ring 12 enters the cushion flow path 15, high pressure acts on the pressure receiving surface of the piston 5. When this pressure reaches the maximum set pressure defined by the pressure-sensitive operating means, as shown in FIG. 4, the piston rod 6, in particular the second reduced diameter portion 6b, is elastically deformed in the extending direction, and the piston 5 Is pressed against the nut 14. As a result, a gap is generated between the piston 5 and the stepped wall T, and the annular groove 20 communicates with the rod side chamber 4b.
[0025]
Since the annular groove 20 communicates with the bottom side chamber 4a via the passage 21, the rod side and bottom side chambers 4a and 4b communicate with each other. The pump pressure acts on the bottom side chamber 4a, but the fact that the maximum set pressure defined by the pressure-sensitive operation means described above acts on the rod side chamber 4b is a pressure much higher than this pump pressure. Therefore, the pressure in the rod side chamber 4b is released, and at least a further pressure increase does not occur. Further, when the pressure in the rod side chamber 4b is reduced by forming this pressure release flow path, the piston rod 6 is displaced in the direction of contraction due to its elastic force and restored to its original state. As a result, the piston 5 contacts the step wall T, and the pressure release flow path is closed. Therefore, the maximum set pressure must be suppressed within a range in which a force that causes the second step portion 6b of the piston rod 6 to be plastically deformed beyond the elastic limit is not applied.
[0026]
For example, in the hydraulic excavator shown in FIG. 5, when the hydraulic cylinder 1 is used for driving the arm A of the front working machine F mounted on the revolving structure R, the mounting portion 8 is connected to the arm A. The attachment portion 9 is coupled to the boom B. In this hydraulic excavator, during the arm raising operation, the hydraulic cylinder 1 is connected to the hydraulic pump P on the oil passage 7b side and connected to the tank T on the oil passage 7a side, so that the piston rod 6 of the hydraulic cylinder 1 is reduced. Operate in the direction. In this case, the hydraulic cylinder 1 moves the arm A and the bucket V (in addition, when the bucket V contains earth and sand, including the weight of the earth and sand) in the antigravity direction. Therefore, since a load is applied to the hydraulic cylinder 1 in the direction opposite to the operation direction, the hydraulic cylinder 1 does not operate at a high speed. For this reason, even in the cushion stroke, the pressure in the bottom chamber 4a does not rise rapidly.
[0027]
On the other hand, during the arm lowering operation, the piston rod 6 of the hydraulic cylinder 1 is operated in the extending direction. At this time, the arm A and the bucket V are displaced in the direction of gravity. Therefore, when the hydraulic cylinder 1 is operated in this direction, the extension speed of the piston rod 6 is increased by the load described above. And in the state where earth and sand etc. are stored in bucket V, the extension speed is further increased. This arm lowering operation is normally operated so as not to operate the hydraulic cylinder 1 at the maximum speed, but depending on the mode of operation, the total flow rate of the pump P cannot be supplied into the bottom chamber 4a. Further, the bucket V is provided with a hook, and a crane may be operated by attaching a heavy object to the hook.
[0028]
It is assumed that the piston rod 6 of the hydraulic cylinder 1 operates at the maximum speed in a state where a heavy object is hooked on the bucket V, that is, the entire flow rate of the pump P is supplied to the bottom chamber 4a. As a result, the piston 5 is displaced toward the head cover 3 at a high speed, reaching the vicinity of the stroke end, and when the cushion ring 12 enters the cushion flow path 15, the pressure in the rod side chamber 4b becomes abnormally high. . As a result, the piston rod 6 is in a locked state where the extension of the piston rod 6 is substantially stopped, and an extremely large inertial force acts on the piston rod 6 on the arm A, the bucket V, and the heavy object attached thereto. Of course, such a situation is abnormal and is not a normal use state. Therefore, when trying to give the piston rod 6 enough strength to withstand such an inertial force, The diameter of the rod 6 must be increased more than necessary.
[0029]
From the above, the piston rod 6 is made strong enough to withstand even if the maximum inertial force is applied in normal use, and this is the maximum set pressure, and abnormal pressure exceeding this pressure When acting in the rod side chamber 4b, rather, by releasing the pressure in the rod side chamber 4b to some extent, shock absorption near the stroke end can be performed more smoothly, and the piston rod 6 (or other part) I try to protect it. Therefore, when the second stepped portion 6b in the piston rod 6 functioning as the pressure-sensitive operating means reaches the above-described maximum set pressure, the pressure in the rod side chamber 4b is set to the maximum by elastically deforming and opening the pressure release passage. The pressure is not exceeded.
[0030]
That is, as described above, when the hydraulic cylinder 1 is used as a cylinder for driving the arm A, the weight of the arm A and the bucket V (or the weight in a state where the bucket V contains earth and sand) acts. In such a state, when the hydraulic cylinder 1 is extended at the highest speed and enters the cushion stroke, a characteristic is created so as to generate a cushion pressure capable of effectively absorbing the impact, as indicated by a dotted line in FIG. Nonetheless, as shown by the solid line in the figure, when an abnormal cushion pressure is applied, the hydraulic cylinder 1 can be damaged if the cushion pressure is increased as shown by the phantom line in the figure. When there is a possibility, the maximum set pressure is suppressed to a pressure that may damage the hydraulic cylinder 1. When the maximum set pressure is reached, the second rod diameter reducing portion 6b of the piston rod 6 is elastically deformed in the extending direction, and the annular groove 20 and the passage 21 are formed so that no further pressure is generated. The pressure release flow path is opened to release the pressure to the bottom side chamber 4a. As a result, the hydraulic cylinder 1 is protected, and the function of mitigating impact is sufficiently exhibited.
[0031]
Here, as the pressure release flow path, not only the passage 21 drilled in the piston rod 6 but also the threaded portion of the nut 14 on the outer peripheral surface of the piston rod 6 as shown in FIG. It can be formed as a key groove-shaped passage 22 extending from the annular groove 20 to the bottom chamber 4a. Further, as shown in FIG. 8, a spiral groove 23 is formed in the fitting portion of the piston 5 to the piston rod 6, and the other end of the groove 23 is formed on the surface of the piston 5 facing the bottom side chamber 4a. Can be opened. Further, as shown in FIG. 9, the inner diameter of the piston 5 is made smaller than the outer diameter of the second reduced diameter portion 6b of the piston rod 6 to form an annular gap 24 therebetween, and the piston 5 and the nut 14 A groove 25 communicating with the bottom chamber 4a may be formed on the contact surface. Furthermore, as shown in FIG. 10, a passage 26 between the annular groove 20 and the bottom chamber 4 a can be provided in the piston 5.
[0032]
In each of the embodiments described above, the pressure in the rod side chamber 4b is released to the bottom side chamber 4a. Therefore, the pressure in the bottom chamber 4a increases. As a result, there is a possibility of adversely affecting the pump P. To avoid this, as shown in FIG. 11, the passage 27 leading to the annular groove 20 extends in the direction opposite to that of the first embodiment. In the position beyond the cushion ring 12, the piston rod 6 is opened on the outer peripheral surface. With this configuration, the pressure is released to the tank T side.
[0033]
On the other hand, the pressure-sensitive operation means can be configured not only by the piston 5 as described above but also by forming the nut 14 with an elastic member. However, as shown in FIG. An elastic ring 30 may be interposed between the two. As described above, by providing the elastic ring 30 which is a separate member from the piston 5 and the nut 14, the elastic ring 30 can have a desired elastic force. Therefore, the maximum set pressure by the pressure sensitive operation means can be arbitrarily adjusted. Further, if the piston 5 is formed of a member having rigidity lower than that of the nut 14 and an abnormal cushion pressure is applied, the piston 5 itself is elastically deformed in the compressing direction. And the pressure release channel can be opened.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if no special part is provided in the configuration of the cylinder device, if an abnormal pressure is applied in the cylinder chamber, the pressure is released to effectively protect the cylinder device. There are effects such as
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder device showing an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1 and is a cross-sectional view showing a state in which a cushion stroke is entered. FIG.
3 is an enlarged view of a main part of FIG. 1, and is a cross-sectional view showing a state where a cylinder stroke end has been reached. FIG.
4 is an enlarged view of a main part of FIG. 1, and is a cross-sectional view showing an operating state of the pressure-sensitive operating means when the highest set pressure acts in the rod side chamber in the cushion stroke.
FIG. 5 is an external view of a hydraulic excavator as an example of a machine equipped with the cylinder device of the present invention. Hydraulic cylinder
FIG. 6 is a pressure characteristic diagram in a rod side chamber in a cushion stroke.
FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a second configuration example of the pressure release flow path.
FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a third configuration example of the pressure release channel.
FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a fourth configuration example of the pressure release flow path.
FIG. 10 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a fifth configuration example of the pressure release flow path.
FIG. 11 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a sixth configuration example of the pressure release flow path.
12 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 showing another configuration example of the pressure-sensitive operation means.
[Explanation of symbols]
1 Hydraulic cylinder
2 Cylinder tube
3 Head cover
4 cylinders
4a Bottom side chamber
4b Rod side chamber
5 piston
6 Piston rod
7a, 7b Oilway
12 Cushion ring
14 nuts
15 Cushion flow path
20 annular groove
21, 22, 24, 27 passage
23, 26 groove
25 annular gap
30 Elastic ring

Claims

Piston comprising a piston and piston rod into the cylinder - a rod unit provided, two partitioned forming the chamber, the piston rod before Symbol rod side chamber in the cylinder and the rod side chamber and a bottom-side chamber by the piston A cushion member is mounted on the side facing the cylinder, and a cushion passage communicating with the rod-side chamber is formed in the cylinder. The piston slides on the inner surface of the cylinder and is displaced near the stroke end. When the cushion member is fitted in the cushion flow path, the flow path for returning oil from the rod-side chamber is throttled to generate a predetermined cushion pressure.
The piston rod is formed with a plurality of steps that are gradually reduced in diameter toward the end where the piston is mounted. The step is formed by fitting the cushion member from the maximum diameter side of the piston rod. A first reduced diameter portion is formed, a second reduced diameter portion is formed which is further reduced in diameter than the first reduced diameter portion, and the piston is fitted to the second reduced diameter portion. The nut is screwed to the piston rod and fixed.
An annular groove is provided in the second reduced diameter portion of the piston rod, and the annular groove communicates with a position on the return oil outflow channel side from the bottom chamber or the cushion member through a passage. With no pressure release flow path,
At least one of the piston and the nut is made of an elastic member that can be expanded or contracted, or an elastic ring is mounted between the piston and the nut, so that the pressure release passage is normally closed by the piston. When a predetermined maximum set pressure is applied to the pressure receiving surface of the piston, the second reduced diameter portion of the piston rod is extended, and the piston is extended to the first reduced diameter portion and the second reduced diameter portion. The pressure release flow path is opened to reduce the pressure in the rod side chamber, and when the maximum set pressure is released, the piston is moved to the step surface. A cylinder device comprising pressure-sensitive operating means that abuts.

Of the passages constituting the pressure release flow path, the passage that communicates the annular groove and the bottom chamber is a communication hole that is drilled in the piston rod and communicates with the annular groove. The cylinder device according to claim 1.

Among the passages constituting the pressure release passage, passage communicating with said annular groove and the bottom side chamber, and configured to be formed between the second reduced diameter portion and the piston and the nut The cylinder device according to claim 1, wherein

Among the passages constituting the pressure release passage, the passage for providing communication between the annular groove and the bottom side chamber, which is configured to be formed between the second reduced diameter portion and the piston The cylinder device according to claim 1, wherein

The passage that communicates with the position of the return oil outflow passage side from the cushion member among the passages constituting the pressure release passage is formed by a communication hole formed in the piston rod. The cylinder device according to 1.