JPH0280721A - 車輪式建設機械の自動振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、作業装置を車両本体から突出して関節接合
した形式の車輪式建設機械において、作業中は、作業装
置を所望の位置に油圧シリンダで確実に位置決めをし、
高速走行中は、油圧シリンダの作用により、車両本体の
上下、前後、左右の振動およびピッチング、ローリング
、ヨーイングなどを減衰的に抑制することを自動的にな
し、乗心地、運転操作性の向上を計る自動振動抑制装置
に関するものである。

従来の技術 車輪式建設機械では、その作業装置を車両本体、大半は
前方に、稀に後方に突出して関節接合状態に設け、作業
装置全体を、関節部を中心として上下に回動させたり、
定位値を保持させるために油圧シリンダなどを作業装置
と車両本体の間に設けている。そうして作業対象物を作
業装置で確実に取扱ったり、所定の作業姿勢または走行
姿勢を保持したりするので容量の大きい油圧シリンダな
どが採用される。一方、上述の作業装置は作業の性格上
、従来から頑丈な構成で重量は増大し勝ちで車両全体の
重心位置は作業装置の位置、重量に左右されることが大
きい。

特に、最近における車輪式建設機械においては、走行性
能、操縦性能、走行安全性の飛躍的向上に加え、作業工
種の多様化とが相まって、作業装置に作業対象物を積載
したまま近距離移動をしたり、あるいは作業現場間の自
走による回送をしたりすることが、より経済的であり、
その要望も多い。

この結果、車両全体重量のうち、作業装置または作業対
象物を含めた重量の比率の大きい作業装置を車両本体に
強固に取付けた状態のまま走行することが多くなってい
る。そのうえ、一般に、車輪式建設機械は走行を主目的
とした例えば自動車に比し、狭隘な作業現場での機動性
が重視されホイールベースは極力小さく、また、構造上
機械全体の重心高さも高くならざるを得ない実状である
。

たとえば、車輪式建設機械の代表例として、第１図に示
す車輪式トラクタショベルについて、その主要構成を説
明すると、この機械は、複数個（たとえば４個）の車輪
１を備えた車両本体２の前部フレーム２αに作業装置３
を装着してなるものである。作業装置３は、前部フレー
ム２αに基端部が関節式に回動自在に支持されたブーム
４と、ブーム４の先端に回動自在に支持されたパケット
５と、ブーム４の中間部とパケット５の一例部との間に
屈曲自在に連結された、クロスリンク６およびダンプリ
ンク７と、上記前部フレーム２αとブーム４との間に設
けられたリフトシリンダ８と、前部フレーム２ｏ、、と
クロスリンク６との間に設けられたダンプシリンダ９な
どによって構成されている。

上述のような車輪式トラクタショベルが、第２図に示す
ような凹凸部のある地面３０′または表面が波状になっ
た路面上を一定以上の速度で走行するとき、図の例では
前方の車輪１が地面３０′の凸部に乗上げ後方の車輪１
よりも高く持上げられ、機械の進行方向軸線は前方が斜
め上方に傾き、次いで後方の車輪ｌが凸部に乗り上げ、
機械の進行方向軸線は逆に前方が斜め下方に傾き、揺動
する。この様な機械の揺動は単に前後方向のみならず、
車輪ｌ、１の左右輪の何れか一方が地面３０′の凹凸部
に侵入したときは進行方向に対し直角の左右方向の揺動
を生ずる。以上のような揺動を惹起させる凹凸部は、作
業現場内では避けることは不可能であるばかりではなく
、一般公道上においても滑らかではあるが起伏があるの
で、車輪式トラクタショベルの走行速度が上昇するにつ
れて、上記と同様の現象が起こる。ここにおいて、例示
した車輪式トラクタショベルのような車輪式建設機械で
は、前述の通り、ホイールベースは比較的短く、重心高
さは高（、しかも車輪１、ｌの上下振動を吸収する懸架
ばねなとも設けられておらず、その上に作業装置３は、
走行中、ブーム４、リフトシリンダ８により車両本体２
の前部フレーム２αに強固に固縛された状態となってい
るので、作業装置３は、揺動、その振巾、周期ともに車
両本体２と一体となって振動することとなる。

したがって、高速走行時において、弾力のある空気入り
ゴムタイヤに支持された機械全体の持つ単一の固有振動
数に対し、車輪１．１が路面、地面上の凹凸部をある間
隔をもって乗り上げたり下ったりすることにより、更に
機械全体の持つ固有振動に加算され、振巾は益々大きく
なる非減衰振動として現れ、一定の走行速度範囲にある
限り長時間にわたり振動を続け、あるいは増大する傾向
となる。

このような状態で走行を続けると、単に乗心地が悪いの
みならず、運転の誤操作を招き危険であり、それに至ら
ない程度であっても運転員の疲労も大きかった。

近年では、この振動を防止する目的で、第２図における
作業装置３を定位値に保持するリフトシリンダ８に衝撃
吸収性能を与え、比較的重量ウェイトの高い作業装置３
の振動が減衰振動となるように車両本体２で支持し、車
両本体２の振動と別個になし、もって機械全体の振動が
、常に減衰振動となるように配慮されたものがある。

この減衰振動を強制的に発生させる方法として、数例が
あるが、その第１の例は、特開昭５９−１８２１９５号
公報のように、モービルクレーンにおけるブームホイス
トシリンダのピストンロッドの内部にばね（補助スプリ
ング）とダンパ機構を設けたものが知られている。この
装置ではホイストシリンダのピストンロッドを中空に形
成し、そのロッド内部に、補助ピストン、金属ばね、ス
プリングガイド、支持リング等の多数の部材を内蔵する
とともに、作業装置を支持する保持圧として作用するＮ
２ガスを封入しておく必要がある。

また、第２の例として、たとえば特開昭６０１１９３０
号公報に示されるように、油圧ショベルのブームとアー
ムシリンダの間、または、アームとパケットシリンダと
の間に、アームシリンダやパケットシリンダ等の作業用
油圧シリンダとは別個に緩衝用シリンダを設けたものが
知られている。

発明が解決しようとする問題点 上述のように、振動抑制方法は近年に至り、作業装置を
支持する油圧シリンダを特殊な構造にしたり、別個に振
動を吸収して減衰させる補助装置、または、振動抑制補
助油圧回路を設けるなどの対応策が提案されているが、
前記第１の例においては、振動低減のためのばねの定数
、オリフィスの性状により、振動減衰定数は決定されて
しまい、容易に変更することはできず、また、定数の設
定も非常に難しいうえに構造は複雑で製作コストは高価
となり、また、第２の例では作業装置先端部の構成部材
が車両本体および走行時に共振することを抑制するのが
目的で、機械全体の振動を抑制する効果は少ない。

以上のことに鑑み、この発明は構造簡単で、コストも低
く、しかも、従来の機械にも容易に適用が可能で、その
上、作業装置による作業中は車両本体と作業装置とが確
実に油圧シリンダで保持され、走行中には自動的に機械
全体の振動が減衰されるような回路に切換わる自動振動
抑制装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、以上のような問題点を解決するために、次
のような構成とした。すなわち、イ、車輪式建設機械の
車両本体に関節式に取付けた作業装置を支持する油圧シ
リンダの負荷側の油圧管路の分岐管路に、電磁切換弁並
びにスローリターン弁を直列に介してアキュムレータを
設け、口、上記電磁切換弁は、内蔵したばねの付勢力に
より、常時は内部油路を閉路しており、受信部に、外部
から電気信号が入力されると内部油路を開路する２位置
切換弁であり、 ハ、変速機の高速側の走行速度段を選択する油圧クラッ
チを作動させる１または複数の作動圧油のうち、何れか
高い側の圧力を取出し圧力スイッチに導くシャトル弁を
設け、 二、前記電磁切換弁の受信部に、上記圧力スイッチを介
して電源を供給する。

ホ、または前記電磁切換弁の代わりに、同様の機能を有
する油圧パイロット切換弁を設けたときは、該油圧パイ
ロット切換弁のパイロット油室に、上言己シャトル弁の
出口ボートの圧力信号を供給する。

作用 掘削・積込みなどの作業を完了して、中距離の移動また
は長距離の自走をする目的で、走行速度段を高速側に選
定すると、シャトル弁からの圧油は、電磁切換弁の受信
部に圧力スイッチを介して電源を人力し、または、油圧
パイロット切換弁のパイロット油室に作用して、上記電
磁切換弁または油圧パイロット弁の内部油路を自動的に
開路するので、作業装置は車両本体に対し別個の振動を
行ない、かつ、振動エネルギは吸収され、減衰振動をし
、ひいては、高速移動に対して同等特別の操作も要しな
いで機械全体の振動抑制効果が得られる。また、走行速
度段を低速または中立位置にすると、電磁切換弁または
油圧パイロット切換弁には電気信号またはパイロット圧
が作用しなくなり、ばねの付勢力により、その内部油路
が閉路され、作業装置は油圧シリンダにより車両本体に
強固に支持される。

実　　　施　　　例 第１図には、この発明が適用される車輪式建設機械の代
表例としての車輪式トラクタショベルの側面図を示して
おり、この機械の主要構成は前述のとおりであるが、上
記車輪式トラクタショベルの要部の油圧回路は第３図の
とおりである。この図において、１０はタンク、１１は
油圧パワーユニット中の作業装置作動用の油圧ポンプ、
１２はダンプシリンダ用油圧切換弁、１３はリフトシリ
ンダ用油圧切換弁であり、ダンプシリンダ用油圧切換弁
１２に管路１４α、１４ぜを介してダンプシリンダ９の
ヘッド側油室９α、ロッド側油室９ｋが接続され、リフ
トシリンダ用油圧切換弁１３に管路１５（１，１５ｆＡ
を介してリフトシリンダ８のヘッド側油室８α、ロッド
側油室８６が接続されている。さらに、上記リフトシリ
ンダ８における、作業装置３０重量が負荷する側の油室
、すなわちヘッド側油室８Ｑに接続された管路１５（ｌ
の途中に分岐管路１６を設け、この分岐管路１６に電磁
切換弁１７を介して可変絞り部１８αとチエツク弁１８
ガとからなるスローリターン弁１８が接続され、このス
ローリターン弁１８にアキュムレータ１９が接続されて
いる。なお、アキュムレタ１９としては通常プラグ形ア
キュムレータが用いられ、負荷の大小、設置空間その他
の関係から封入ガス圧力、使用本数が単数または複数な
ど各種組合わせて使用するときもありうる。アキュムレ
ータ１９とスローリターン弁１８とからなる振動抑制回
路２０は、リフトシリンダ８のヘッド側油室８Ｑとリフ
トシリンダ用油圧切換弁１３との間で管路１５α、１６
を含む外部配管で接続される。したがって、上記アキュ
ムレータ１９等はブーム４の回動およびリフトシリンダ
８の伸縮作動に支障のない範囲、および接続配管方法に
より、前部フレーム２αの任意の位置に設置すればよい
。

また、２１はメインリリーフ弁２２．２３．２４は、そ
れぞれ管路１４α、１４４．１５αに連通ずる回路のオ
ーバロードリリーフ弁、２５，２６．２７．２８はキャ
ビテーション防止用のチエツク弁である。

さらに、２９は車両走行用の変速機（図示せず）の速度
段、前後進などを選択して切換える油圧クラッチ３６．
３７，３８．３９　（前後進選択用の油圧クラッチは図
示省略）作動用のクラッチコントロールバルブ３１その
他の油圧源となる油圧ポンプで、その吐出圧油はリリー
フ弁で調圧され管路４０を通り、上記クラッチコントロ
ールバルブ３１へ流入する。

このクラッチコントロールバルブ３１は、レギュレータ
バルブ３２．クラツチカツトオフバルブ３３、前後進セ
レクタバルブ３４および速度段セレクタバルブ３５から
構成されるが、このうち、速度段セレクタバルブ３５か
らの圧油出口ボートは、独立して４個設けてあり、スプ
ールの位置を４段階に摺動させることにより、圧油をそ
れぞれのボートから、管路４１を通って第１連用の油圧
クラッチ３６に、管路４２を通って第２連用の油圧クラ
ッチ３７に、管路４３を通って第３連用の油圧クラッチ
３８に、管路４４を通って第４連用の油圧クラッチ３９
に、選択的に送油することができるものである。そうし
て、管路４３から分岐した管路４５．管路４４から分岐
した管路４６はシャトル弁４８に接続してあり、該シャ
トル弁４８の出口ボートは管路４７により圧力スイッチ
４９に接続してあり、同時に、電源５１はスイッチ５０
、上記圧力スイッチ４９を介して電磁切換弁１７の受信
部に導いである。

この電磁切換弁１７は図示のように、励磁されないとき
は内蔵のばねの付勢力によりＡ位置にあり、管路１６を
遮断しているが、励磁されるとＢ位置に切換わり、管路
１６とアキュムレータ１９とをスローリターン弁１８を
介して連通させる。

次に、以上の構成からなるこの発明の装置について、そ
の作動を説明する。

車輪式トラクタショベルにより掘削、積込作業をすると
き、作業装置３を下降させ、パケット５の底面を地面３
０に平行または僅かに食い込ませる角度でもって前進さ
せ、土砂がパケット５に満載されると作業装置３をリフ
トシリンダ８により上昇させ、パケット５を土砂が流出
しないような角度に調整し、前進または後進をして所定
の場所に移動し、土砂を放出する。勿論、この移動距離
が比較的長いとき、移動通路の上方に障害物があるとき
、地面の凹凸が多いときなどは、移動前に作業装置３を
低い位置にする。

上記のような掘削積込作業においての前進速度は、前進
３段切換方式の機械にあっては前進第１速、前進４段切
換方式の機械にあっては前進第１速または第２速で、ま
た、後進速度は上記に準じ低速度段を使用する。

この種の作業時には、電源スィッチ５０を閉路していて
も、変速度段セレクタバルブ３５のスプールの位置が第
１速、第２速の位置にあって、油圧クラッチ３６または
３７が作動している限り、管路４３，４４には圧力は発
生せず、従って管路４５．４６．４７にも圧力が発生し
ないので圧力スイッチ４９の内部電気回路は開路状態を
保持するので、電源５１は電磁切換弁１７を励磁するこ
とはできないので該電磁切換弁１７は、ばねの付勢力に
よりＡ位置にとどまり、その結果リフトシリンダ８のヘ
ッド側油室８αとリフトシリンダ用油圧切換弁１３とは
、管路１５αにより直結され、分岐管路１６は電磁切換
弁１７のＡ位置で閉塞されるので、作業装置を支持する
油圧回路の状態は通常の車輪式トラクタショベルにおけ
るそれと同様、リフトシリング用油圧切換弁１３が中立
のとき、車両本体２の前部フレーム２αに作業装置３が
強固に接続される。

次に、パケット５に土砂を積込んだまま、中距離の運搬
をするとき、または、機械を自走により回送するとき、
所要時間短縮の目的で、変速度段セレクタバルブ３５の
スプール位置を第３速または第４速に移動させ、油圧ク
ラッチ３８または３９を作動させると、管路４３または
４４およびそれらから分岐した管路４５または４６の圧
力は上昇する。その結果、管路４５または４６の何れか
高圧側の圧油はシャトル弁４８により取り出され管路４
７を経て圧力スイッチ４９に作用し、該圧力スイッチ４
９の内部電気回路を閉路するので、電源５１はスイッチ
５０、圧力スイッチ４９を介して電磁切換弁１７の受信
部に導かれ、該電磁切換弁１７はＡ位置からＢ位置に切
換わる。その結果、リフトシリング用油圧切換弁１３が
中立位置にあっても、リフトシリンダ８のヘッド側油室
８α、管路１５α内の圧油は、分岐管路１６、電磁切換
弁１７のＢ位置通路、スローリターン弁１８を通ってア
キュムレータ１９へと流出入することができる。

この状態で、車輪式トラクタショベルが走行し、路面の
起伏、急激な加速、減速に応じて車両本体２が振動し、
これに伴って作業装置３が振動し、この作業装置３を支
持しているブーム４が上下方向に回動しようとし、この
ブーム４を支持しているリフトシリンダ８のヘッド側油
室８αに圧力変動が生じる。このようなときに上記ヘッ
ド側油室８Ｌ：Ａが管路１５α、１６、電磁切換弁１７
゜スローリターン弁１８を介してアキュムレータ１９に
連通しているので、圧油がアキュムレータ１９に流出入
することとなる。そのときスローリターン弁１８の可変
絞り部１８αによる減衰作用によって、上記振動が抑制
され、乗心地も向上する。

すなわち、上記車輪式シコベルローダによれば、車両本
体２側を主振動系とし、車両本体２に比べて重量（質量
）の小さい作業装置３側を副振動系とする動制振器とし
て考えることができ、作業装置３例の副振動系の固有振
動数を、車両本体２側の主振動系の固有振動数とほぼ等
しくなるように、アキュムレータ１９の容量、封入ガス
圧力を選定しておくことにより、走行時において、車両
本体２側はほとんど振動なせず、副振動系の作業装置３
側が振動し、作業装置３側において、ばね力つまりアキ
ュムレータ１９の蓄圧力が常に地面３０、路面側から受
ける加振力に対向する方向に作用して振動が抑制される
とともに、可変絞り部１８αにより振動減衰作用が発揮
され、これにより振動が大巾に、かつ速やかに抑制され
、乗心地は向上する。

なお、車両本体２、作業装置３の質量の大小、作業装置
３への負荷状態、振動発生の原因となる路面状況、機械
の使用条件に見合ったアキュムレータ、スローリターン
弁を選択使用することにより、より大きな効果が期待で
きることは勿論であるが、スローリターン弁１８内の可
変絞り部１８αは必ずしも可変形式のみに限らず、その
機械の使用状態に適合し、最も振動減衰効果が得られる
値を求め、固定絞り部におきかえることも可能である。

また、例えば高速走行時においても、車両本体２と作業
装置３とが常時一体となり、同一の動きでなければなら
ないことが要求されるようなときは、電源スィッチ３４
を開路しておくことにより、電磁切換弁１７は常時Ａ位
置を保持し、分岐管路１６が閉塞されることはいうまで
もない。

また、走行速度段が第２速、第３速、第４速のときの如
く、多段階に亘り自動振動抑制装置が作動することが望
ましいようなときには、第４図に示すようにシャトル弁
４８以外に４８′を設けることにより可能である。

第５図は電源を使用しないで、この発明の作用効果を同
一ならしめる方法についての要部油圧回路図であり、第
３図の電磁切換弁１７に代えて油圧パイロット切換弁５
２を設け、該油圧パイロット切換弁５２のパイロット油
室とシャトル弁４８の出口ボートとを手動切換弁５３を
介して管路５４．５５で接続したものであり、変速段の
如何にかかわらず自動振動抑制装置が作用しないことが
望まれるときは、手動切換弁５３をＣ位置に、所定の速
度段にすると自動的に振動抑制回路に切換わることが望
まれるときはＤ位置に切り換えるとよい。

発明の効果 この発明を、車輪を有する車両本体に作業装置をリフト
シリンダを介して昇降自在に支持して取付けた車輪式建
設機械に適用すると、この車輪式建設機械が低速度段で
の走行時には従来と同様、作業装置はリフトシリンダに
より車両本体と一体的に保持され、高速度段での走行時
には、振動抑制回路を介して作業装置が支持されるよう
自動的に切換わるので、高速走行、回送時に車体の振動
は少なく、運転者は作業装置の操作または操向操作のみ
に専念すればよ（、乗心地性能も良好であるため、運転
者の疲労は少なく、安全でしかも作業能率が向上する。

また、自動振動抑制回路を必要としない場合には、スイ
ッチまたは手動切換弁の操作により容易かつ短時間で切
換えることが可能であるため、１台の機械を多目的に応
用できる。

さらに、この発明において使用される機材はすべて汎用
品であり取付場所選定の自由度は高く既存機械への追加
装着も容易であるので経済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪式トラクタショベルの構成を示す側面図、
第２図は車輪式トラクタショベルの走行中の側面図、第
３図は本発明にかかる電気・油圧系統図、第４図、第５
図は本発明の他の実施例を示す要部の油圧系統図である
。 ３　・・・・・・・・　作業装置 ８　・・・・・・・・　リフトシリンダ１３　・・・・
・・　リフトシリンダ用油圧切換弁電磁切換弁 スローリターン弁 振動抑制回路 クラッチコントロールバルブ 圧力スイッチ 油圧パイロット切換弁 手動切換弁 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車両本体に作業装置の一端を枢支し、油圧シリンダによ
   り該作業装置の自重並びに作業負荷を支持し、あるいは
   所定の回動をなさしめる車輪式建設機械において、 作業装置の負荷圧力が発生する側の油圧シリンダの油室
   に通じる管路の分岐管路に連通して設けられる振動抑制
   回路と、 上記分岐管路を外部からの信号により開閉させる開閉弁
   と、 走行速度段の選択装置が高速側に選定されたときに信号
   を発する発信手段と、 該手段からの信号により、上記開閉弁を作動せしめる如
   く構成してなる車輪式建設機械の自動振動抑制装置。