JP5914370B2 - ホイール式作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、ホイール式油圧ショベル等のホイール式作業車両に関する。

ホイール式作業車両のサスペンション装置として、車軸（アクスル）と車体とを左右一対の複動式の油圧シリンダで連結し、これら油圧シリンダをアキュムレータに接続するとともに、油圧シリンダとアキュムレータとを接続する管路に絞りを設けたものがある（特許文献１等参照）。かかる構成により、凸凹な路面を走行することで車軸が傾くと、油圧シリンダに力が加わって高圧側の油室から絞りを介してアキュムレータに圧油が流れ、アキュムレータに蓄圧された圧油が各油圧シリンダに供給されて車体を中立に復帰させる。このとき、アキュムレータは油圧シリンダのピストンロッドの振動を緩和するばね（緩衝装置）として主に機能し、絞りは油圧シリンダのピストンロッドの振動を減衰するダンパ（減衰装置）として主に機能する。

特開２０００−２３３６２３号公報

上記のサスペンション装置では、タイヤ及び車軸を介して油圧シリンダに入力された衝撃や振動等を圧油の流れに変換し、圧油の流れにアキュムレータや絞りによる緩衝及び減衰の作用を加えることで、走行中に路面の凹凸から受けた外力が車体に直接伝達されないようにして乗心地等を向上させている。しかし、複動式の油圧シリンダのボトム側及びロッド側の両油室をアキュムレータに接続し、さらに各接続管路に絞りを設けているため、油圧回路が複雑で部品点数も多く組立工数がかかる。その結果、サスペンション装置の組み込みにはコストがかかり、このことがホイール式作業車両へのサスペンション装置の普及を阻害する一因となっている。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、サスペンション装置の組立工数を削減しホイール式作業車両へのサスペンション装置の普及に貢献することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、車軸と、この車軸の上部に設けられた車体と、前記車軸及び前記車体の間に設けられたサスペンション装置とを備えたホイール式作業車両において、前記サスペンション装置は、前記車体にシリンダチューブが取り付けられてロッドが前記車軸に対向して離間可能に設けられた単動式油圧シリンダと、この単動式油圧シリンダの油室に接続された作動油管路とを備え、前記作動油管路は、前記単動式油圧シリンダの油室から圧油を排出させるための第１作動油管路と、前記単動式油圧シリンダの油室へ圧油を流し込むための第２作動油管路とを有し、前記第１作動油管路には絞りが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、サスペンション装置の組立工数を削減しホイール式作業車両へのサスペンション装置の普及に貢献することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るホイール式作業車両の側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられた走行体の正面から見た構成を模式的に表した図である。 本発明の第１の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられた当て板とロッドの対向部を拡大して表した図である。 本発明の第１の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられたサスペンション装置の油圧回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられた走行体の正面から見た構成を模式的に表した図である。 本発明の第２の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられたサスペンション装置の油圧回路図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
１．構成
図１は本発明の第１の実施の形態に係るホイール式作業車両の側面図である。以下の説明において、後述する運転室８内の運転席に着いたオペレータが向く方向、すなわち図１における左側をホイール式作業車両の前側とする。

図１には本発明を適用するホイール式作業車両の一例としてホイール式油圧ショベルを例示している。同図に示したホイール式油圧ショベルは、走行体１及び旋回体３を備えている。旋回体３は、旋回装置２を介して走行体１の上部に旋回可能に連結されている。旋回体３には作業装置７と運転室８とが設けられている。作業装置７は、基部を旋回体３に連結したブーム４、基部をブーム４に連結したアーム５、及びこのアーム５に連結したバケット６からなる多関節型のアタッチメントである。前述した走行体１は、タイヤ付きの車輪１２、走行用油圧モータ９、トランスミッション１０及びプロペラシャフト１１等からなる走行装置１３と、この走行装置１３上に支持された車体（シャシ）１４とを備えている。走行用油圧モータ９はトランスミッション１０を介して前後のプロペラシャフト１１に接続していて、前後のプロペラシャフト１１に伝えられた駆動力がそれぞれ前後の車軸（アクスル）１５（図２参照）を介して前後の車輪１２に伝達される。

本実施の形態では、例えば後側の車軸１５を車体１４に直接固定し、以下に説明するサスペンション装置を介して前側の車軸１５を車体１４に連結したものとする。但し、前側の車軸１５を車体１４に直接固定し、サスペンション装置を介して後側の車軸１５を車体１４に連結する場合や、サスペンション装置を介して前後の車軸１５を車体１４に連結する場合もある。

図２は上記走行体１の正面（前側）から見た構成を模式的に表した図である。この図において説明済みの部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。また、左右の車輪１２はそれぞれ符号１２Ｌ，１２Ｒを付して区別してある。

同図に示すように、車体１４の前部の左右両側には油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒがそれぞれ取り付けられている。油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒは単動式のシリンダ（例えばラムシリンダ）であり、それぞれシリンダチューブ１７が車体１４の側部に取り付けられている。シリンダチューブ１７は車体１４に固定されていて、車体１４に対して回動しない。油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒはロッド１８を下方に向けた姿勢で固定されていて、車軸１５から加わる力をロッド１８で受ける。油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの他端すなわちロッド１８の先端は、一般的構成の如く車軸１５に対してピンで連結されることなく、車軸１５に対して離間可能に対向している。車軸１５は、ロッド１８との対向部に当て板１９を有していて、ロッド１８とは当て板１９で接触するようになっている。また、車体１４はリンク２０を介して車軸１５に連結されている。リンク２０の下端はセンターピン２１を介して車軸１５の上面の左右の中心部に連結している。センターピン２１は前後方向に延伸している。リンク２０は上方に向かって左右いずれか一方側（本実施の形態では機体右側）に傾斜して延在し、左右いずれか一方側（同）に偏心した位置において車体１４の内側部にピン２２を介して連結している。ピン２２も前後方向に延伸している。このような連結構造により、ピン２２を支点にしてリンク２０が回動し、ロッド１８の伸縮の範囲内で車体１４に対して車軸１５が主に上下動し得る。また、ロッド１８の伸縮の範囲内でセンターピン２１を支点にして車軸１５は左右に延びる鉛直面内で揺動し得る。

図３は当て板１９とロッド１８の対向部を拡大して表した図である。この図において説明済みの部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

同図に示したようにロッド１８の先端面１８ａは下方に（車軸１５に向かって）凸の曲面状に形成されていて、車軸１５が上下動及び揺動した場合のロッド１８に対する当て板１９の接触位置や角度の変化に対応するようになっている（二点鎖線参照）。なお、一般的にサスペンション装置に用いられる油圧シリンダと異なり、ロッド先端がピン等で車軸に回動可能に連結されていないので車軸１５が急下降するような場合には車軸１５からロッド１８が離れ得る。そのため、同図ではロッド１８が車軸１５から一定以上離れないように、それでいてロッド１８と当て板１９の位置関係の変動（二点鎖線参照）を許容するように、チェーン等の連結具２３でロッド１８と車軸１５（本例では当て板１９）とを遊びを持たせて連結してある。但し、ロッド１８が車軸１５から一定以上離れないようにする上では、チェーンに限らず、例えばフックを用いてロッド１８と車軸１５とを遊びを持って連結する構成としても良い。もっとも、後述するように車軸１５の動きに対するロッド１８の自重落下動作（伸長動作）の追従性を向上させる機構を設けているので、ロッド１８を車軸１５に連結する機構は省略し得る。

図４はサスペンション装置の油圧回路図である。この図において説明済みの部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

同図に示したサスペンション装置は、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの他、アキュムレータ３１、絞り３２，３３Ｌ，３３Ｒ、パイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒ、電磁切換弁３３、パイロット油圧源３４、管路３５Ｌ，３５Ｒ等を備えている。

アキュムレータ３１に接続される管路３６には面積Ａ１の絞り３２が、左右の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ａを互いに連通する管路３７には面積Ａ２の絞り３３Ｌ，３３Ｒがそれぞれ設けてある。アキュムレータ３１の管路３６は、管路３７における絞り３３Ｌ，３３Ｒの間に接続している。また、絞り３２と絞り３３Ｌ，３３Ｒの間には、Ａ１＞Ａ２の関係が成立している。したがって、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが収縮して管路３７内に高圧油が供給されると、その圧油は絞り３３Ｌ，３３Ｒ，３２を介してアキュムレータ３１に蓄圧され、蓄圧された圧油は車体１４を中立位置に復帰させるように油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒに戻される。この場合、アキュムレータ３１は車体１４に作用する振動を吸収するばねとして主として機能し、抵抗体としての絞り３２，３３Ｌ，３３Ｒは車体１４に作用する振動を減衰するダンパとして主として機能する。これらのばねやダンパの特性は、アキュムレータ３１に封入されたガス圧や絞り３２，３３Ｌ，３３Ｒの面積による。

また、管路３７にはパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒが設けられている。パイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒは管路３６を挟んでそれぞれ油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒ側に設けられている。パイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒのパイロットポートは電磁切換弁３３を介してパイロット油圧源３４に接続されていて、電磁切換弁３３の切り換えによってパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒが駆動する。電磁切換弁３３は、運転室８内の操作装置（不図示）の操作に応じてモードが走行モードになっているときに入力される電気信号によってソレノイド３３ａが励磁されると位置３３ｂに切り換えられ、駐車モード又は作業モードになっているときにはソレノイド３３ａが消磁されて位置３３ｃに切り換えられる。

電磁切換弁３３が位置３３ｂに切り換えられると、パイロット油圧源３４からの圧油がパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒのパイロットポートへ供給される。これによりパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒは単なる開放弁として機能し、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ａからの圧油の移動が許容される（この状態をアンロック状態という）。電磁切換弁３３が位置３３ｃに切り換えられると、パイロット油圧源３４からパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒへの圧油の供給が止まる。これによりパイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒは通常のチェック弁として機能し、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ａからの圧油の移動が禁止される（この状態をロック状態という）。

また、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ａは管路３５Ｌ，３５Ｒを介して作動油タンク３８に接続している。管路３５Ｌは管路３７におけるパイロットチェック弁１７Ｌと絞り３３Ｌとの間に接続している。管路３５Ｒは管路３７におけるパイロットチェック弁１７Ｒと絞り３３Ｒとの間に接続している。作動油タンク３８から油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒへの作動油の流れに意図的に抵抗をかける絞り等は管路３５Ｌ，３５Ｒには設けられておらず、管路３５Ｌ，３５Ｒは合流して作動油タンク３８に接続している。また、管路３５Ｌ，３５Ｒにはそれぞれチェック弁３９Ｌ，３９Ｒが設けてあり、管路３５Ｌ，３５Ｒの圧油の流通方向を作動油タンク３８から油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ａに向かう方向に制限してある。

２．動作
例えば掘削作業等をする場合には、運転室８内の操作装置を適宜操作して動作モードを作業モードに切り換える。すると、ソレノイド３３ａが消磁されて電磁切換弁３３が位置３３ｃに切り換わり、パイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒがチェック弁として機能する。その結果、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸縮が不能となる（ロック状態となる）。この状態で作業装置７や旋回体３、走行装置１３を適宜操作することで掘削作業等を実行する。

一方、比較的長い距離を走行するような場合には、運転室８内の操作装置を適宜操作して動作モードを走行モードに切り換える。すると、ソレノイド３３ａが励磁されて電磁切換弁３３が位置３３ｂに切り換わり、パイロットチェック弁１７Ｌ，１７Ｒが開放弁として機能する。その結果、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸縮が許容される（アンロック状態となる）。

この状態で路面を走行し、走行中に車輪１２が路面の凸凹に倣って上下動したり揺動したりすると、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの少なくとも一方に対して車軸１５が相対的に上昇する。例えば左側の車輪１２Ｌが路面の凸部に乗り上げて油圧シリンダ１６Ｌに突き上げるような衝撃が加わると、油圧シリンダ１６Ｌに対して瞬間的に圧縮力が加わり、アキュムレータ３１のばね力に抗って油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａから圧油が吐出される。吐出した圧油はアキュムレータ３１に蓄圧される。このとき、油室１６ａから吐出した圧油の流れに対して絞り３３Ｌ，３２が抵抗体として作用し、油圧シリンダ１６Ｌに作用した振動エネルギーが減衰される。また、アキュムレータ３１のばね力によって車軸１５から車体１４に伝わる振動エネルギーが緩衝される。その後、油圧シリンダ１６Ｌに作用する圧縮力よりもアキュムレータ３１の復元力が優位になると、アキュムレータ３１から油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａに圧油が押し込まれることで油圧シリンダ１６Ｌが伸長する。

なお、路面の凹部を通過する際等に油圧シリンダ１６Ｌに対して車軸１５が下降すると、油圧シリンダ１６Ｌはロッド１８の自重で伸長する。その際、油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａに管路３５Ｌを介して作動油タンク３８から圧油が流れ込む。このとき、管路３６，３７を流れる圧油と異なり、管路３５Ｌを流れる圧油は絞りを通過しないので抵抗なく油室１６ａに流れ込む。よって、車軸１５の下降動作に追従して油圧シリンダ１６Ｌが伸長する。

以上の減衰作用、緩衝作用、伸縮動作については、油圧シリンダ１６Ｒについても同様であり、こうしたサスペンション装置の作用によって走行中の良好な乗心地や走行安定性が確保される。

３．効果その他
本実施の形態では、サスペンション装置に単動式の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒを用いているので、２つの油室に対して圧油を吸排する必要がある複動式の油圧シリンダを用いた一般的構成と異なり、油室が１つであるため油圧回路を簡略化することができる。油圧系統が簡略化された分、高圧ホースや絞り、チェック弁等の部品点数が減少し組立工数も削減することができる。また、部品点数の削減効果によってサスペンション装置全体の重量も減少する。また、複動式の油圧シリンダに対して単動式の油圧シリンダ自体が低廉である。このようにサスペンション装置の軽量化と低廉化が期待できるので、ホイール式作業車両へのサスペンション装置の普及に貢献し得る。また、単動式の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒを使用することにより、油圧シリンダ自体の剛性向上の効果、所要油量低減の効果も期待できる。

また、本実施の形態の場合、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒのロッド１８を車軸１５に対してピン等で回動可能に連結することなく、ロッド１８はフリーにしてある。また、シリンダチューブ１７も車体１４に対して回動可能に連結するのではなく固定してある。こうした本実施の形態の構成は、油圧シリンダの両端を車体及び車軸に回動可能に連結していた従来構成に比べて簡素であり、この点もサスペンション装置の低廉化等に貢献している。

ロッド１８をフリーにしているので車軸１５が高周波で上下動する場合等には車軸１５の動きに油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸長動作が十分に追従しないことも考えられるが、この点に対しては、管路３５Ｌ，３５Ｒで油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒを作動油タンク３８に接続し、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸長動作を円滑化することで対処することができる。

図４の油圧回路では図示していないが、管路３５Ｌ，３５Ｒを介して油室１６ａに必要以上に圧油が流れ込むことを懸念する場合には、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒ、管路３６，３７、アキュムレータ３１からなる閉回路から圧油を逃がす系統を設けることができる。この系統の構成は特に限定されないが、例えば車高調整機能で兼ねることができる。車高調整機能については特開２０００−２３３６２３号公報等に詳しい。

（第２の実施の形態）
本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、アキュムレータ３１に代えて空気ばねを緩衝装置に用いた点である。

図５は本発明の第２の実施の形態に係るホイール式作業車両に備えられた走行体の正面（前側）から見た構成を模式的に表した図、図６は本実施の形態におけるサスペンション装置の油圧回路図であり、それぞれ第１の実施の形態の図２及び図４に対応している。これらの図において第１の実施の形態で説明した部材と同様又は対応する部材には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図５に示したように、緩衝装置である空気ばね４０は、車体１４及び車軸１５を連結するリンク２０と車体１４との間に介設されている。空気ばね４０を緩衝装置として用いる代わりに、第１の実施の形態でアキュムレータ３１に接続していた管路３６を、図６に示したように作動油タンク３８に接続してある。但し、アキュムレータ３１に加えて空気ばね４０を緩衝装置として用いる場合には、図６の管路３６を第１の実施の形態と同じようにアキュムレータ３１に接続する構成としても良い。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態において、走行モードで走行中、例えば左側の車輪１２Ｌが路面の凸部に乗り上げて油圧シリンダ１６Ｌに突き上げるような衝撃が加わると、油圧シリンダ１６Ｌに対して瞬間的に圧縮力が加わり、油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａから圧油が吐出される。吐出した圧油は作動油タンク３８に排出される。このとき、油室１６ａから吐出した圧油の流れに対して絞り３３Ｌ，３２が抵抗体として作用し、油圧シリンダ１６Ｌに作用した振動エネルギーが減衰される。また、空気ばね４０のばね力によって車軸１５から車体１４に伝わる振動エネルギーが緩衝される。その後、油圧シリンダ１６Ｌに作用する圧縮力よりも空気ばね４０の復元力が優位になると、管路３５Ｌを介して作動油タンク３８から油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａに圧油が抵抗なく流れ込むことで油圧シリンダ１６Ｌが伸長する。

また、路面の凹部を通過する際等に油圧シリンダ１６Ｌに対して車軸１５が下降すると、油圧シリンダ１６Ｌはロッド１８の自重で伸長する。その際、油圧シリンダ１６Ｌの油室１６ａに管路３５Ｌを介して作動油タンク３８から圧油が流れ込む。第１の実施の形態と同様、管路３５Ｌを流れる圧油は絞りを通過しないので抵抗なく油室１６ａに流れ込む。よって、車軸１５の下降動作に追従して油圧シリンダ１６Ｌが伸長する。

以上のようにアキュムレータ３１の代わりに空気ばね４０を用いても、単動式の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒを用いたサスペンション装置を具現することができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（その他）
前述した通り、第１及び第２の実施の形態では、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒのロッド１８を車軸１５に対してピン等で回動可能に連結することなく、ロッド１８をフリーにしてある。また、シリンダチューブ１７も車体１４に対して回動可能に連結するのではなく固定してある。

しかし、本発明の本質的効果は、単動式の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒを用いて実用的なサスペンション装置を具現することにあるため、当該効果を得る上では、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒのロッド１８の車体１４及び車軸１５に対する取り付け態様は必ずしも上記態様に限定されない。例えば従来構成のサスペンション装置の複動式の油圧シリンダと同じように、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの両端を車体１４及び車軸１５にピンを介して回動可能に連結する構成とすることもできる。

１４ 車体
１５ 車軸
１６ａ 油室
１６Ｌ，Ｒ 単動式油圧シリンダ
１７ シリンダチューブ
１８ ロッド
３１ アキュムレータ
３２，３３Ｌ，３３Ｒ 絞り
３５Ｌ，３５Ｒ 管路（絞りを持たない管路）
３６，３７ 管路（作動油管路）
４０ 空気ばね

Claims (4)

1. 車軸と、この車軸の上部に設けられた車体と、前記車軸及び前記車体の間に設けられたサスペンション装置とを備えたホイール式作業車両において、
   前記サスペンション装置は、
   前記車体にシリンダチューブが取り付けられてロッドが前記車軸に対向して離間可能に設けられた単動式油圧シリンダと、
   この単動式油圧シリンダの油室に接続された作動油管路とを備え、
   前記作動油管路は、前記単動式油圧シリンダの油室から圧油を排出させるための第１作動油管路と、前記単動式油圧シリンダの油室へ圧油を流し込むための第２作動油管路とを有し、
   前記第１作動油管路には絞りが設けられていることを特徴とするホイール式作業車両。
2. 前記第２作動油管路は、前記単動式油圧シリンダの油室とタンクとに接続された絞りを持たない管路であることを特徴とする請求項１に記載のホイール式作業車両。
3. 前記サスペンション装置は、前記作動油管路を介して前記単動式油圧シリンダの油室に接続したアキュムレータを緩衝装置として備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホイール式作業車両。
4. 前記サスペンション装置は、前記車体及び前記車軸を連結するリンクと前記車体との間に介設された空気ばねを緩衝装置として備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホイール式作業車両。

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