JP5914389B2

JP5914389B2 - サスペンション装置

Info

Publication number: JP5914389B2
Application number: JP2013045543A
Authority: JP
Inventors: 直樹成尾; 川崎　浩二; 浩二川崎; 秀文平松
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2014172475A

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用いるサスペンション装置に関する。

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弁を設けたものがある（特許文献１等参照）。このような構成により、凸凹な路面を走行することで車軸が傾くと、高圧側の油圧シリンダが収縮して油圧シリンダから吐出された作動油が絞り弁を介してアキュムレータに蓄圧され、その後アキュムレータに蓄圧された作動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、絞り弁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作動油の流れに変換し、作動油の流れにアキュムレータや絞り弁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わらないので乗心地等が向上する。しかし、緩衝装置であるアキュムレータと油圧シリンダとの間で行き来する作動油は減衰装置である絞り弁を通過する構成、すなわち緩衝装置と減衰装置が回路で結ばれた構成であるため、緩衝装置及び減衰装置はそれぞれ単独で機能することはない。つまり緩衝装置と減衰装置の特性は互いに影響し合っているためセッティングの幅が狭く、これがマッチングを難しくしている。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、緩衝装置と減衰装置のセッティングの幅を広げてマッチングを容易化することができるサスペンション装置を提供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、ホイール式作業車両のサスペンション装置であって、前記ホイール式作業車両の車体と車軸とを連結する油圧シリンダと、前記油圧シリンダの油室を作動油タンクに接続する作動油管路と、前記作動油管路に設けられた絞りと、前記車体と前記車軸とを連結するリンクと、前記リンク及び前記車体に係合されて前記車体に対して前記リンクが設定角度以上傾斜すると復元力が蓄えられるトーションバーと、前記トーションバーが係合された前記リンクと前記車体との間に介設した弾性部材とを備え、前記トーションバーのばね定数は前記弾性部材のばね定数よりも高く設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、緩衝装置と減衰装置のセッティングの幅を広げてマッチングを容易化することができる。

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を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を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緩衝装置の復元力と油圧シリンダの伸縮量との関係を表す図である。

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．ホイール式作業車両
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。本願明細書においては同図中の左右をホイール式作業車両の前後とする。

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を備えている。前述した走行体１は、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。走行装置１３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に接続している。前後のプロペラシャフト１１に伝えられた駆動力は、前後の車軸（アクスル）１５（図２参照）を介してそれぞれ前後の車輪１２に伝達される。

２．サスペンション装置
本実施の形態のホイール式油圧ショベルでは、後側の車軸１５は車体１４に直接固定されていて、前側の車軸１５が以下に説明するサスペンション装置を介して車体１４に連結されていることとする。但し、車体１４に前側の車軸１５を直接固定し、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、それぞれ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。

（１）緩衝装置
図２は上記走行体１を正面（前側）から見た構成を模式的に表した図である。説明済みの部材については同図において図１と同符号を付して説明を省略する。なお、同図において左右の車輪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は複動式のシリンダであり、それぞれシリンダチューブ１７が車体１４の側部にピン２４を介して取り付けられている。これらピン２４は前後に延伸していて、ピン２４を支点にして車体１４に対して油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが左右に揺動する構成である。油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒはロッド１８を下方に向けており、ロッド１８の先端部（下端部）がピン２５を介して車軸１５に取り付けられている。これらピン２５は前後に延伸していて、ピン２５を支点にして車軸１５に対して油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが左右に揺動する構成である。このような構成により車軸１５から加わる力がロッド１８を介して油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒに入力される。

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）に傾斜していて、左右いずれか一方側（同）に偏心した位置において車体１４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、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒ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、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸縮の範囲内で、センターピン２１を支点にして左右に延びる鉛直面内で車軸１５は揺動し得る。そして、車体１４及び車軸１５を連結するリンク２０と車体１４との間には、緩衝装置である空気ばね４０が介設されている。この空気ばね４０は、封入した空気の圧力を調整するバルブ等の圧力調整機構（図示せず）を備えていて復元力を調節することができる。

（２）減衰装置
図３はサスペンション装置の油圧回路図である。説明済みの部材については同図において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や空気ばね４０（図２参照）の他、絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ，３５Ｌ，３５Ｒ、パイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ、電磁切換弁３３、パイロット油圧源３４等を備えている。

作動油タンク３８に接続した管路３６には面積Ａ１の絞り弁３２が設けられている。また、左右の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒのボトム側油室１６ｂを互いに連通する管路３７には面積Ａ２の絞り弁３３Ｌ，３３Ｒがそれぞれ設けてある。作動油タンク３８の上記管路３６は、管路３７における絞り弁３３Ｌ，３３Ｒの間に接続している。また、左右の油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒのロッド側油室１６ｒをそれぞれ管路３７に連通する管路３９Ｌ，３９Ｒには面積Ａ３の絞り弁３５Ｌ，３５Ｒがそれぞれ設けてある。油圧シリンダ１６Ｌの管路３９Ｌは、管路３７における当該油圧シリンダ１６Ｌのボトム側油室１６ｂと絞り弁３３Ｌとの間に接続している。油圧シリンダ１６Ｒの管路３９Ｒは、管路３７における当該油圧シリンダ１６Ｒのボトム側油室１６ｂと絞り弁３３Ｒとの間に接続している。絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ，３５Ｌ，３５Ｒの面積には、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３の関係がある。したがって、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが収縮してボトム側油室１６ｂから管路３７内に作動油が吐出されると、その作動油は絞り弁３３Ｌ，３３Ｒ，３２を介して作動油タンク３８に排出される。また、前述した空気ばね４０の復元力により油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが伸長する際には、作動油タンク３８から管路３６に作動油が吸い上げられ油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの主にボトム側油室１６ｂに戻される。この油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの伸縮動作の過程において、空気ばねが車体１４に作用する振動を吸収する緩衝装置として機能し、絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ等が車体１４に作用する振動を減衰する減衰装置として機能する。これらの緩衝装置や減衰装置の特性は、空気ばね４０に封入された空気圧や絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ，３５Ｌ，３５Ｒの面積による。

また、管路３７にはパイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲが設けられている。パイロットチェック弁１７ｂＬは、管路３７における管路３９Ｌの接続部と油圧シリンダ１６Ｌとの間、パイロットチェック弁１７ｂＲは、管路３７における管路３９Ｒの接続部と油圧シリンダ１６Ｒとの間にそれぞれ設けられている。また、管路３９Ｌ，３９Ｒには、パイロットチェック弁１７ｒＬ，１７ｒＲが設けられている。パイロットチェック弁１７ｒＬは、管路３９Ｌにおける絞り弁３５Ｌと油圧シリンダ１６Ｌとの間、パイロットチェック弁１７ｒＲは、管路３９Ｒにおける絞り弁３５Ｒと油圧シリンダ１６Ｒとの間にそれぞれ設けられている。パイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ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１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ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）の操作に応じて運転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、パイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲのパイロットポートにパイロット油圧源３４からの作動油が供給される。これによりパイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲは開放弁として機能し、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの油室１６ｂ，１６ｒからの作動油の移動を許容する（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１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲへの作動油の供給が止まる。これによりパイロットチェック弁１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ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１６ｂ，１６ｒからの作動油の移動を禁止する（この状態をロック状態という）。

また、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒは、収縮した際にボトム側油室１６ｂから吐出される一部の作動油のロッド側油室１６ｒへの移動を許容するメイクアップ装置を備えている。このメイクアップ装置は、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの各ボトム側油室１６ｂ及びロッド側油室１６ｒを接続する油路２６、及び油路２６に設けた逆止弁２７からなる。逆止弁２７はロッド側油室１６ｂからボトム側油室１６ｒへの作動油の逆流を防止する向きに取り付けられている。

３．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１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ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１７ｂＬ，１７ｂＲ，１７ｒＬ，１７ｒＲ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、収縮する油圧シリンダ１６Ｌのボトム側油室１６ｂから吐出された作動油が作動油タンク３８に排出される。このとき、ボトム側油室１６ｂから吐出された作動油の流れに対して絞り弁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、空気ばね４０の復元に伴って作動油タンク３８から吸い上げられた作動油が戻ることで油圧シリンダ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。

４．効果
本実施の形態においては、緩衝装置として空気ばね４０を採用し、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの回路から切り離してリンク２０と車体１４の間に設けたことにより、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒの回路に設けた減衰装置（絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ等）と緩衝装置とがそれぞれ独立して機能する。したがって、緩衝装置と減衰装置の特性が互いに影響し合わないため、一般的なハイドロニューマチック式のサスペンション装置に比べて緩衝装置及び減衰装置のセッティングの幅が広がる。具体的には、空気ばね４０の空気圧を変更しても減衰装置の特性に影響を与えることはなく、反対に絞り弁３２，３３Ｌ，３３Ｒ等の面積の変更が緩衝装置の特性に影響を与えることもない。したがって、マッチングを容易化することができる（緩衝装置及び減衰装置の特性を任意に調整することができる）。

なお、絞り弁３２等の面積の変更には、絞り弁３２等に可変絞りを用いた場合の当該絞り３２等の開口面積の調整の他、固定絞りを用いた場合の開口面積の異なる他の絞りへの交換も含まれる。

また、油圧式ホイールショベルのような作業用車両においては、軽掘削作業の負荷にも耐え得るように緩衝装置のばね定数が一般的に高く設定してあり、走行時の乗心地が硬くなっている。一般的なハイドロニューマチック式のサスペンション装置で走行時に乗心地を改善する場合、アキュムレータに接続する管路内の油量を減らし、アキュムレータの内部を減圧してばね定数を低下させるのが通常である。アキュムレータに接続する管路から作動油を逃がす系統としては、例えば車高調整機能が利用される。車高調整機能については特開２０００−２３３６２３号公報等に詳しい。したがって、緩衝装置のばね定数を低下させる場合、車高調整機能を利用してアキュムレータの回路から作動油を逃がすのに伴って車高が低下してしまう。その結果、車両の重心位置が変化してしまう（下がってしまう）ことに加え、サスペンション装置の油圧シリンダのストローク量も短くなってしまう。

それに対し、本実施の形態の場合、空気ばね４０の空気圧調整によって緩衝装置のばね定数を調整することができるので、乗心地の調整に伴って車高が変化することもない。

また、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒにメイクアップ装置を設けて走行モード時（アンロック時）のボトム側油室１６ｂからロッド側油室１６ｒへの作動油の移動を許容しているので、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒ内におけるキャビテーションを抑制することができる。

また、空気ばね４０に圧力調整機構を備えたことで、空気ばね４０に対して空気を抜き入れすることで車高調節を行なうこともできる。この場合、ハイドロニューマチック式のサスペンション装置で一般的に採用されている車高調整用の回路及びその油圧部品を省略することができ、サスペンション装置の簡素化及び低廉化にも寄与し得る。

〔第２の実施の形態〕
図４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を正面（前側）から見た構成を模式的に表した図であり、第１の実施の形態の図２に相当する図である。説明済みの部材については図４において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、空気ばね４０に加えてトーションバー４１を緩衝装置として備えている点である。トーションバー４１は第１の実施の形態におけるリンク２０のピン２２（図２参照）に代えてリンク２０に挿入されている。このトーションバー４１はリンク２０及び車体４１に係合し、車体１４に対してリンク２０が設定角度以上傾斜する（水平姿勢に近づく）と、リンク２０と車体１４により捻れが加えられて復元力が蓄えられる。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

図５は本実施の形態における緩衝装置の復元力と油圧シリンダの伸縮量との関係を表す図である。

本実施の形態においては、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒに突き上げるような衝撃が作用した場合（油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒが収縮する場合）、その衝撃はリンク２０を介して空気ばね４０に伝わり、まず空気ばね４０によって緩和される。また、より高い負荷が掛かって油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒがさらに収縮すると、空気ばね４０の圧縮量が一定値を超え、空気ばね４０の復元力にトーションバー４１の復元力が加わって緩衝装置全体の復元力が増す。減衰装置の作用については第１の実施の形態と同様である。

このように、本実施の形態においては、走行時等のように車軸１５に伝わる衝撃力が比較的小さい場合にはばね定数の小さな空気ばね４０のみが緩衝装置として機能し、掘削作業時等のように大きな衝撃が車軸１５に伝わる場合にはトーションバー４１のようなばね定数の高いばねが空気ばね４０に加えて緩衝装置として機能する。これにより、走行時の乗心地の良さ（サスペンションの柔らかさ）と軽掘削作業時等に要求される高い緩衝性能を両立することができる。その他の効果については第１の実施の形態と同様である。

〔その他〕
上記の各実施の形態では緩衝装置として空気ばね４０を用いた場合を例に挙げて説明したが、緩衝装置にはコイルスプリングやラバースプリング等の他の弾性部材を用いることもできる。

また、減衰装置として絞り弁を用いた場合を例に挙げて説明したが、要は管路を流れる流量を絞ることができる絞りであれば良いので、流量調整弁等を減衰装置として用いることもできる。

また、油圧シリンダ１６Ｌ，１６Ｒとして複動式の油圧シリンダを用いた場合を例に挙げて説明したが、単動式の油圧シリンダを用いることもできる。

１４車体
１５車軸
１６Ｌ，Ｒ油圧シリンダ
１６ｂ，ｒ油室
２０リンク
２６油路
２７逆止弁
３２，３３Ｌ，Ｒ絞り
３６，３７，３９Ｌ，Ｒ作動油管路
３８作動油タンク
４０空気ばね（弾性部材）
４１トーションバー

Claims

ホイール式作業車両のサスペンション装置であって、
前記ホイール式作業車両の車体と車軸とを連結する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダの油室を作動油タンクに接続する作動油管路と、
前記作動油管路に設けられた絞りと、
前記車体と前記車軸とを連結するリンクと、
前記リンク及び前記車体に係合されて前記車体に対して前記リンクが設定角度以上傾斜すると復元力が蓄えられるトーションバーと、
前記トーションバーが係合された前記リンクと前記車体との間に介設した弾性部材とを備え、
前記トーションバーのばね定数は前記弾性部材のばね定数よりも高く設定されていることを特徴とするサスペンション装置。
請求項１のサスペンション装置において、前記弾性部材が圧力調整可能な空気ばねであることを特徴とするサスペンション装置。
請求項１又は２のサスペンション装置において、
前記油圧シリンダのボトム側及びロッド側の油室を接続する油路と、
前記油路のロッド側油室からボトム側油室への作動油の逆流を防止する逆止弁と
を備えたことを特徴とするサスペンション装置。