JPH0572484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ホイールローダ等の車輪を備えた車
両系建設機械において、走行時の振動を抑制する
振動抑制装置に関するものである。

（従来技術） 従来、車両系建設機械において、走行時の振動
を軽減する手段として、たとえば特開昭59−
182195号公報に示されるようにトラツククレーン
のブーム伸縮用油圧シリンダのピストンロツド内
部にばねとダンプ機構を設けたもの、あるいは特
開昭60−119830号公報に示されるように油圧シヨ
ベルのブームとアームシリンダとの間、またはア
ームとバケツトシリンダとの間に、アームシリン
ダやバケツ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公知とな
つているが、いずれも構造が複雑で製作コストが
高くなり、しかも、車両本体に対する振動抑制効
果が低い等の難点があり、いま一つ実用に適さな
いものであつた。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の問題を解消するためにな
されたものであり、構造が簡単で、容易に製作で
きるようにしてコストダウンを図り、かつ、走行
時には、車両全体に対する振動抑制効果が高く、
乗心地を大幅に改善してオペレータの疲労を少な
くでき、しかも、走行時に作業装置が車両本体ま
たは路面を叩くという現象が生じるおそれがな
く、作業装置を所定の安定高さに保持して安全に
走行できる振動抑制装置を提供することを目的と
している。

（発明の構成） 本発明は、車輪を有する車両本体に作業用油圧
シリンダを介して作業装置が昇降自在に支持され
ている車両系建設機械において、振動抑制用アキ
ユムレータと、この振動抑制用アキユムレータと
上記作業用油圧シリンダの負荷保持側油室とを連
通する連通状態と遮断する遮断状態とに切替えら
れるモード切替弁と、上記作業用油圧シリンダに
おいて上記負荷保持側油室と反対側の油室に接続
されたベント回路と、このベント回路においてベ
ントを開放する状態と閉鎖する状態とに切替えら
れるベント切替弁とを備えるとともに、上記モー
ド切替弁が連通状態に切替えられた状態で、上記
作業装置の基準面から走行時の必要最低高さまで
の範囲内における、上記油圧シリンダの負荷保持
側油室の体積変化量V_F及び走行時の静的保持圧
P_Hと、上記振動抑制用アキユムレータの容量V_A
及び初期封入ガス圧力P_Gとの関係が、 P_G・V_A ⁿ≦P_H・V_F ⁿ ただし、ｎは断熱変化による指数 P_G≦P_H となるように設定されているものである。

この構成において、車両本体が振動すると、作
業装置が上下方向に振動するとともに、この作業
装置を支持している油圧シリンダが伸縮するが、
ここで、予めモード切替弁を連通状態に切替えて
振動抑制用アキユムレータを油圧シリンダの負荷
保持側油室に連通しておけば、上記油圧シリンダ
の伸縮運動がアキユムレータによるばね作用で吸
収されて適正な振動抑制効果が発揮され、乗心地
が大幅に改善される。しかも、アキユムレータの
初期封入ガス圧力P_Gが上記のように設定されて
いることにより、走行時に作業装置が振動して
も、作業装置が必要最低高さより下がるおそれは
なく、作業装置が車両本体または路面を叩くこと
が確実に防止され、安全に走行できる。

さらに、上記走行時に予めベント切替弁をベン
ト開放状態に切替えておけば、上記振動に応じて
油圧シリンダが微量伸縮する際に負荷保持側油室
と反対側と油室の容積変化が生じても、この油室
に対して油がスムーズに流入、流出することによ
り、油圧シリンダの振動抑制のための伸縮が拘束
されることが防がれ、アキユムレータによる振動
抑制作用が常に適性に発揮される。

（実施例） 第１図に本発明が適用される車両系建設機械の
一例としてのホイールローダを示している。この
ホイールローダは、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２ａに作
業装置３を装備してなるものである。作業装置３
は、前部フレーム２ａに基端部が回動自在に支持
されたブーム４と、ブーム４の先端に回動自在に
支持されたバケツト５と、ブーム４の中間部とバ
ケツト５の一側部との間に屈曲自在に連結された
リンク部材６，７と、上記前部フレーム２ａとブ
ーム４との間に設けられたブームシリンダ（作業
用油圧シリンダ）８と、前部フレーム２ａとクロ
スリンク６との間に設けられたバケツトシリンダ
９等によつて構成されている。

このホイールローダにおいて、走行時に、路面
３０の起伏に応じて、または加速、減速時に車両
本体２が振動する場合があり、この振動を抑制す
るために、次のような振動抑制装置が装備されて
いる。

第２図は本発明の実施例を示す要部の油圧回路
図である。この図において、１０はタンク、１１
は油圧ポンプであり、その吐出管路（油圧源回
路）１２にバケツト用方向制御弁１３、ブーム用
方向制御弁１４が接続され、バケツト用方向制御
弁１３に管路１５ａ，１５ｂを介してバケツトシ
リンダ９のヘツド側油室９ａおよびロツド側油室
９ｂが接続され、ブーム用方向制御弁１４に管路
１６ａ，１６ｂを介してブームシリンダ（作業用
油圧シリンダ）８のヘツド側油室（負荷保持側油
室）８ａおよびロツド側油室（負荷側油室）８ｂ
が接続されている。

上記ブームシリンダ８とその方向制御弁１４と
の間において、ブームシリンダ８の負荷保持側油
室すなわちヘツド側油室８ａに接続された負荷保
持側管路１６ａの途中に分岐管路１７が接続さ
れ、この分岐管路１７にモード切替弁１８を介し
て振動抑制用アキユムレータ１９が遮断状態（作
業モード）、連通状態（走行モード）とに切替自
在に接続され、このアキユムレータ１９とモード
切替弁１８によつて振動抑制器２０が構成されて
いる。この振動抑制器２０は、ブームシリンダ８
のヘツド側油室８ａと方向制御弁１４との間で、
管路１６ａ，１７を含む外部配管で接続され、ブ
ーム４の回動およびブームシリンダ８の伸縮作動
に支障のない範囲で、前部フレーム２ａの任意の
位置に設置される。この場合、振動抑制器２０を
ブームシリンダ８の外壁に直結してもよい。上記
アキユムレータ１９は、ブラダ形、ピストン形、
ダイヤフラム形等のアキユムレータが用いられ
る。

一方、ブームシリンダ８の負荷側油室すなわち
ロツド側油室８ｂに接続された負荷側管路１６ｂ
に対し、ベントアンロード弁２１が接続され、こ
のベントアンロード弁２１のベントライン２２が
補助切替弁（ベント切替弁）２３を介してタンク
１０に連通する状態（走行モード）と、遮断する
状態（作業モード）とに切替自在に構成されてい
る。

上記各切替弁１８，２３には電磁切替弁が用い
られ、運転室等に設けられたモード切替スイツチ
２４により互いに連動して遮断位置（作業モー
ド）と、連通位置（走行モード）とに切替えられ
る。この場合、走行レバー（図示省略）の操作に
連動してモード切替スイツチ２４をON、OFF
し、各切替弁１８，２３を切替えるようにしても
よく、また、各切替弁１８，２３を油圧式で切替
えるようにしてもよい。２５はバツテリ等の電源
である。

また、２６はメインリリーフ弁、２７はロード
チエツク弁、２８はオーバーロードリリーフ弁、
２９はキヤビテーシヨン防止用チエツク弁であ
る。

上記ホイールローダにおいて、掘削等の作業時
には、モード切替スイツチ２４を作業モード
（OFF）にし、モード切替弁１８および補助切替
弁２３をそれぞれ図示の遮断位置（作業モード）
に保持しておく。この状態で、ブーム用方向制御
弁１４を切替えると、ポンプ１１の吐出油がブー
ムシリンダ８のヘツド側油室８ａまたはロツド側
油室８ｂに供給され、同シリンダ８が伸長または
縮小され、ブーム４が回動してバケツト５が昇降
される。また、バケツト用方向制御弁１３を切替
えると、ポンプ１１の吐出油がバケツトシリンダ
９のロツド側油室９ａまたはヘツド側油室９ｂに
供給され、同シリンダ９が伸長または短縮され、
各リンク部材６，７を介してバケツト５が回動さ
れる。これにより掘削および荷の放出等の作業が
行われる。

この掘削時において、ブームシリンダ８の伸縮
時に、負荷保持側油室８ａ内に高圧油が導かれる
場合があるが、上記のようにモード切替弁１８を
作業モードつまり遮断位置に切替えておけば、上
記高圧油がアキユムレータ１９側に流入すること
はなく、アキユムレータ１９が破損されるおそれ
はない。

また、この作業モードでは、補助切替弁２３も
図示の遮断位置に切替えられているので、ベント
アンロード弁２１のベントライン２２が遮断さ
れ、ブームシリンダ８のロツド側油室８ｂ内の油
がベントアンロード弁２１を経て直接タンク１０
に流出することもなくなり、上記方向制御弁１４
によつてブームシリンダ８のロツド側油室８ｂに
対する圧油の給排制御も円滑に行われ、ブームシ
リンダ８の伸縮が適正にコントロールされる。こ
れによつて、上記掘削等の作業が円滑に行われ
る。

次に、走行時には、バケツト５を所定の高さま
で引上げた後、各方向制御弁１３，１４を図示の
中立位置に保持させ、バケツトシリンダ９に対す
る圧油給排用の管路１５ａ，１５ｂおよびブーム
シリンダ８に対する圧油給排用の管路１６ａ，１
６ｂをそれぞれブロツクさせ、かつ、上記モード
切替スイツチ２４を走行モード（ON）に切替
え、モード切替弁１８および補助切替弁２３を連
通位置（走行モード）に切替えた状態でエンジン
からの駆動力により車輪１を駆動することによつ
てこのホイールローダを走行させる。

この走行時において、路面３０の起伏に応じ
て、または加速、減速時に車両本体２が振動し、
これに伴つて作業装置３が振動するとともに、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、このブーム４を支持しているブームシ
リンダ８が伸縮される場合がある。このような場
合、上記モード切替弁１８が連通位置（走行モー
ド）に切替えられ、ブームシリンダ８のヘツド側
油室８ａがアキユムレータ１９に連通されている
ことにより、上記車両本体２の振動に伴つてブー
ムシリンダ８が伸縮する度に、そのヘツド側油室
８ａ内の油が上記モード切替弁１８等を経てアキ
ユムレータ１９に流入、流出され、そのときアキ
ユムレータ１９の蓄圧力によるばね作用と、管路
１７およびモード切替弁１８等の圧損による絞り
作用（振動減衰作用）によつてブームシリンダ８
の伸縮が次第に小さくなり、上記振動が抑制され
る。

また、上記振動抑制時において、補助切替弁２
３が連通位置に切替えられ、ベントアンロード弁
２１のベントライン２２がタンク１０に連通され
ているので、上記振動に応じてブームシリンダ８
が微量伸縮する際にロツド側油室８ｂ内の容積変
化が生じても、このロツド側油室８ｂに対し油が
タンク１０からベントアンロード弁２１を介して
スムーズに流入、流出される。従つて、このブー
ムシリンダ８の振動抑制のための伸縮が拘束され
るおそれはなく、長時間走行時であつても、上記
アキユムレータ１９による振動抑制作用が常に適
正に発揮される。

さらに、走行時において、路面３０の起伏が大
きく、車両本体２の振動が大きい場合であつて
も、作業装置３の下面すなわちバケツト５の下面
が路面３０に衝突しないように、また、路面３０
を叩かないように、次のように構成されている。

まず、走行時には、第１図実線に示すように、
法令（道路運送車両の保安基準）に基づいて、バ
ケツト５の下面が路面３０を基準面として必要最
低高さH₀以上に保持される。ここで、バケツト
５が必要最低高さH₀にある位置をＡ、路面３０
に当接する位置をＢ、バケツト５を機械的に下げ
得る最低位置をＣとすると、バケツト５をＡ位置
以上に保持した状態で走行した時に、バケツト５
がＡ位置からＢ位置以下に下降しないようにすれ
ば、バケツト５の下面で路面３０を叩くことを防
止できる。

そこで、第３図において、バケツト５がＡ位置
からＢ位置まで移動する際の、ブームシリンダ８
のヘツド側油室８ａの体積変化量V_Fは、次式で
求められる。

V_F＝（π／４）D²（L₁−L₂）Ｎ …… Ｄ：ブームシリンダ８のヘツド側油室８ａの内
径 L₁：Ａ位置でのブームシリンダ８の長さ L₂：Ｂ位置でのブームシリンダ８の長さ Ｎ：ブームシリンダ８の本数（通常は２本） また、走行時には、車両本体２の振動、バケツ
ト５の上下方向の振動に応じて、上記ヘツド側油
室８ａの体積変化量V_Fに応じた油量がヘツド側
油室８ａに流入、流出し、同油量がアキユムレー
タ１９側に流入、流出することになる。

ここで、アキユムレータ１９側において、上記
振動発生時にアキユムレータ１９側に流入、流出
する油量は、アキユムレータ１９内のガス体積α
によつて決まり、このガス体積αは、アキユムレ
ータ１９の容量V_Aおよび初期ガス封入圧力P_Gと、
走行時におけるブームシリンダ８のヘツド側油室
８ａの静的保持圧P_Hによつて決まり、これらの
関係は、次の通りである。

P_G・V_A〓＝P_H・α〓 …… ただし、ηはポリトロープ係数であり、この場
合は断熱変化として、η＝1.41とする。

従つて、走行時に、Ａ位置に保持させているバ
ケツト５が上下振動により路面３０を叩く現象を
防止するためには、アキユムレータ１９内のガス
体積αが、上記ブームシリンダ８のヘツド側油室
８ａの体積変化量V_F以下であればよいといえる。

α≦V_F …… 上記式により、 P_G・V_A〓≦P_H・V_F〓 …… が求められる。

さらに、振動抑制の面で、上記アキユムレータ
１９の初期封入ガス圧力P_Gはブームシリンダ８
のヘツド側油室８ａの保持圧P_Hより小さい方が
良いため、 P_G≦P_H …… とする。

このように上記式に基づいてアキユムレー
タ１９の容量V_Aおよび初期封入ガス圧力P_Gを選
定すれば、走行時にバケツト５が路面３０を叩く
現象が無くなり、かつ、すぐれた振動抑制作用が
発揮される。

第４図は振動発生時におけるブームシリンダヘ
ツド側油室８ａの体積変化量V_Fを、V_F1（1.5）
とした時の、３種類の保持圧P_H1，P_H2、P_H3につ
いて、上記式を満足させるアキユムレータ１９
の容量V_Aと、初期封入ガス圧力P_Gとの組合わせ
領域例を示したものであり、線は保持圧P_H1、
線は同P_H2、線は同P_H3の各場合を示してい
る。

第４図において、たとえばシリンダヘツド側の
保持圧P_HがP_H2（30Kg／cm²）の場合、斜線部分が上
記式を満足する領域である。従つて、線上に
おいてイ点を選定すれば、アキユムレータ１９の
容量V_AをV_A1（1.9）とし、初期封入ガス圧力P_G
をP_G1（20Kg／cm²）とすればよいことが分る。この
場合、実際には、アキユムレータ１９の内部にお
いて、第５図に示すようにアキユムレータ容量
V_A1が容量V_A2まで圧縮された状態にあり、この
状態では、V_A1−V_A2がブームシリンダヘツド側
油室８ａの体積変化量V_F1に対応することにな
る。

また、同様に第４図において、ロ点ではアキユ
ムレータ容量がV_A1で、封入ガス圧力P_Gのみを落
した場合を示しており、この場合、第５図のロ′
点でガス圧力P_Gと上記保持圧P_H2がバランスする
ことになり、アキユムレータ容量V_A1−V_A3のV_F2
が、上記ブームシリンダヘツド側油室８ａの体積
変化量V_F1より小さくなつているため、安全方向
にあり、上記式を満足することになる。なお、
封入ガス圧力P_Gを同じにして、アキユムレータ
容量V_Aを小さくしていく場合も同様である。

他の実施例 なお、上記各実施例において、ベントアンロー
ド弁２１の代りにキヤビテーシヨン防止用チエツ
ク弁を設け、ブームシリンダ８のロツド側油室８
ｂに接続された負荷側管路１６ｂの途中に、同管
路１６ｂを、上記補助切替弁２３と同様の補助切
替弁により直接タンク１０に連通される位置と遮
断する位置とに切替自在に構成してもよい。

上記各実施例では、管路１７等の配管およびモ
ード切替弁１８の圧損による絞り作用を利用して
振動減衰作用を発揮させるようにしているが、モ
ード切替弁１８とアキユムレータ１９との間に、
絞りとチエツク弁からなるスローリターンチエツ
ク弁を設け、その絞りにより積極的に振動減衰作
用を発揮させるようにしてもよい。

本発明は、上記実施例のホイールローダに限ら
ず、パワーシヨベル、トラツククレーン、その他
作業装置の装備をした各種の車両系建設機械全般
に適用できるものである。

（発明の効果） 上記のように本発明は、既存の作業用油圧シリ
ンダに外部配管でモード切替弁を介してアキユム
レータを接続するだけの簡単な構成で、所定の振
動抑制効果を発揮でき、その製作が容易で、コス
トダウンが可能となり、かつ、振動抑制のための
ばね定数等を適正に容易に設定できる。

しかも、アキユムレータの容量および初期封入
ガス圧力を前述したように設定することにより、
モード切替弁を走行モードに切替えれば、走行時
に振動が生じても、バケツト等の作業装置が路面
または機体等の基準面に当たることなく、安全に
走行できるとともに、アキユムレータによるばね
作用で車両本体がかかる振動を吸収して適正な振
動抑制効果を発揮でき、乗心地を大幅に改善でき
る。また、モード切替弁を作業モードに切替える
ことにより、作業時に上記油圧シリンダの負荷保
持側油室に高圧油が導かれても、その高圧油がア
キユムレータ側に流入することを防止でき、アキ
ユムレータ等を保護でき、機械寿命を向上でき
る。

さらに、上記油圧シリンダにおける負荷保持側
油室と反対側の油室にベント回路を接続し、この
ベント回路においてベントを開放する状態と閉鎖
する状態とに切替えられるベント切替弁を備えて
いるので、上記走行時、ベント切替弁によつてベ
ントを開放することにより、上記油圧シリンダの
振動抑制のための伸縮が拘束されるのを防ぎ、こ
れにより上記アキユムレータによる振動抑制効果
を良好に確保することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される車両系建設機械の
一例を示す側面図、第２図本発明の実施例を示す
油圧回路図、第３図は振動発生時における作業装
置の変化状態を示す模式図、第４図はアキユムレ
ータ容量と初期封入ガス圧力との関係図、第５図
はシリンダ負荷保持側油室の圧力とアキユムレー
タへの流入流量との関係図である。 １……車輪、２……車両本体、３……作業装
置、４……ブーム、５……バケツト、８……ブー
ムシリンダ（作業用油圧シリンダ）、８ａ……ヘ
ツド側油室（負荷保持側油室）、８ｂ……ロツド
側油室（負荷側油室）、９……バケツトシリンダ、
１１……油圧ポンプ、１２……吐出管路（油圧源
回路）、１３……バケツト用方向制御弁、１４…
…ブーム用方向制御弁、１６ａ……負荷保持側管
路、１６ｂ……負荷側管路、１８……モード切替
弁、１９……アキユムレータ、２０……振動抑制
器、２１……ベントアンロード弁、２３……補助
切替弁（ベント切替弁）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車輪を有する車両本体に作業用油圧シリンダ
   を介して作業装置が昇降自在に支持されている車
   両系建設機械において、振動抑制用アキユムレー
   タと、この振動抑制用アキユムレータと上記作業
   用油圧シリンダの負荷保持側油室とを連通する連
   通状態と遮断する遮断状態とに切替えられるモー
   ド切替弁と、上記作業用油圧シリンダにおいて上
   記負荷保持側油室と反対側の油室に接続されたベ
   ント回路と、このベント回路においてベントを開
   放する状態と閉鎖する状態とに切替えられるベン
   ト切替弁とを備えるとともに、上記モード切替弁
   が連通状態に切替えられた状態で、上記作業装置
   の基準面から走行時の必要最低高さまでの範囲内
   における、上記油圧シリンダの負荷保持側油室の
   体積変化量V_F及び走行時の静的保持圧P_Hと、上
   記振動抑制用アキユムレータの容量V_A及び初期
   封入ガス圧力P_Gとの関係が、 P_G・V_A ⁿ≦P_H・V_F ⁿ ただし、ｎは断熱変化による指数 P_G≦P_H となるように設定されていることを特徴とする車
   両系建設機械の振動抑制装置。