JPH0615777B2

JPH0615777B2 - 建設機械の運転台の防振支持装置

Info

Publication number: JPH0615777B2
Application number: JP61027100A
Authority: JP
Inventors: 和史中川
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS62185931A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、建設機械の運転台の防振支持装置に関する。

（従来技術）建設機械のうち特にロードローラやパワーショベル等の
自走式車輌形の建設機械の運転台はエンジンの振動や走
行及び作業時の車体の振動で運転台が振動するのを極力
緩和するため運転台の下面の前後左右の四隅を車体に防
振ゴムを介して支持させてある。

そして、上記構造で運転台を防振支持する場合、主とし
て次の各項について検討される。

〔Ａ〕防振ゴムを介して運転台に上下方向の振動が作
用した時に運転台の重心回りの回転モーメントが均衡す
るように、例えば第９図(a)・(b)・(c)に示すように防
振ゴムをｘ・ｙ・ｚ方向のバネとしてモデル化したとき
に、上記四隅に設けられる防振ゴムのバネ定数Ｃ_p1〜Ｃ
_p4が同じである場合には運転者を含めた運転台の重心Ｇ
と各防振ゴムまでの距離ａ_１、ａ_２、ｂ_１〜ｂ_４がａ_１
＝ａ_２、ｂ_１＝ｂ_２、ｂ_３＝ｂ_４となるように各防振ゴ
ムを配設し、各防振ゴムのバネ定数Ｃ_p1〜Ｃ_p4が異なる
場合には、ａ_１×（Ｃ_p1＋Ｃ_p2）＝ａ_２×（Ｃ_p3＋
Ｃ_p4）、b₁Ｃ_p1＋b₄Ｃ_p4＝b₂、Ｃ_p2＋ｂ_３Ｃ_p3、となる
ように防振ゴムを配設する。

〔Ｂ〕第１０図に示すように運転台の重量をＷ、運転
台の重心位置をＧ、車体が傾く前の重心位置をＧ_０、車
体と一体に傾いた時の重心位置をＧ_１、Ｇ_１から防振ゴ
ムの弾性でさらに移動した重心位置をＧ_２、防振ゴムの
左右方向のバネ定数をＣ_ｑ、上下方向のバネ定数をＣ_ｐ
とすると、地面の起伏等で車体がθ傾いた時に運転台の
重心Ｇの移動量δ_ａは、 δ_ａ＝ｌθ＋ｈφ＋Ｗ sinθ／（４ｃ_ｑ）但し、モーメントの釣合より、ｈＷ sinθ＝４ｂφＣ_ｐｂ、 ∴φ＝ｈＷ sinθ／（４ｂ^２Ｃ_ｐ）で表わされることから、移動量δ_ａを小さくするために
はＣ_ｐ及びＣ_ｑの大きな固い防振ゴムにする必要があ
る。

〔Ｃ〕車輌の旋回時等において、第１１図に示すよう
に横方向の外力（遠心力等）Ｑが運転台の重心Ｇに作用
した時、重心Ｇの移動量δ_ｂは、 δ_ｂ＝ｈφ＋Ｑ／（４ｃ_ｑ）但し、モーメントの釣合より、ｈＱ＝４ｂφＣ_ｐｂ、 ∴φ＝ｈＱ／（４ｂ^２Ｃ_ｐ）となることから、この移動量δ_ｂを小さくするには、前
記〔Ｂ〕の場合と同様Ｃ_ｐ及びＣ_ｑの大きな固い防振ゴ
ムにする必要がある。

以上の〔Ａ〕・〔Ｂ〕・〔Ｃ〕各項から運転台を支持す
る防振ゴムの固さや形状及び取付場所が設定されるが、
従来例えば第１２図に示す振動ローラなどの建設機械で
は、車体１０３の上面に第１３図又は第１４図に示す円
筒形の丸型防振ゴム１１７をその圧縮方向が鉛直方向に
向くように配設し、操縦座席１１２や操縦塔１１１及び
バッテリ１１５等を上面に取付けた運転台１１０の下側
に取付けブラケット１２２・１２４を水平に固着し、取
付ブラケット１２２・１２４を固定用ボルト１３０で防
振ゴム１１７の上面に固定することにより、運転台１１
０を車体１０３に防振支持させる構造になっていた。

（発明が解決しようとする問題点）上記〔Ａ〕項の条件を満足させると、運転台の上下方向
に関するモーメントが釣合って非連成になり、車体の上
下振動が防振ゴムを介して運転台に加わると運転台は重
心回りに搖動することなく上下方向にだけ振動し、この
上下方向の振動を各防振ゴムがそれぞれ吸収するのでか
なりの防振効果が得られるが、重心が防振ゴムより高い
位置にあるために建設機械の作業中における前進・停止
・後退時及びコーナリング時に重心に水平方向に作用す
る慣性力に対しては連成になり運転台が大きく搖動する
という問題があった。

ここで、上下連成及び非連成とは、例えば車体から重心
に向けて直線方向の振動と回転方向の振動の何れか一方
が作用したときに直線方向と回転方向の両方向に振動す
る場合を連成（振動）といい、逆にそれぞれ独立して振
動する場合を非連成（振動）という。

次に、上記のように運転台をその重心よりもかなり低い
位置で防振支持する場合、〔Ｂ〕及び〔Ｃ〕項の移動量
δ_ａ及びδ_ｂからも判るように、上下振動に対する防振
効果を上げるためにバネ定数を小さくして防振ゴムを柔
かくすればする程、運転台のローリングやピッチングな
どの搖動移動量が大きくなって乗心地が悪化してしまう
ので、従来の支持構造ではバネ定数を余り小さくするこ
とは出来ない。

そこで、従来では一般に運転台の搖動移動量を極力小さ
くするために固くバネ定数の大きな防振ゴムを用いてい
た。

この場合、防振ゴムの固有振動数が約１０００ｒｐｍ
（約１６Ｈ_ｚに相当する）以上となって、エンジンの使
用回転数域と一致し共振により運転台の著しい振動を伴
なうことも少なくない。

特に、路面締固め用の振動ローラにおいては、そのドラ
ムの使用振動数域が１０００〜１８００ｒｐｍであるた
め、防振ゴムの固有振動数と一致し、共振により運転台
の激しい振動を伴なうことが多く、これを防ぐためドラ
ムの使用振動数域が制約されることも多い。

（問題点を解決するための手段）本発明に係る建設機械の運転台の防振支持装置は、建設
機械の運転台を支持する防振支持装置において、上記運
転台の前部を支持する弾性部材と後部を支持する弾性部
材のうちの一方を運転台の重心よりも下方に配設すると
ともに他方を重心よりも上方に配設したものである。

尚、運転台と車体の構造上可能であれば上記一方の弾性
部材から重心までの高さが重心から他方の弾性部材まで
の高さと略等しくするのが望ましく、また上記一方の弾
性部材から重心までの水平距離が重心から他方の弾性部
材までの水平距離と略等しくするのが望ましい。

更に、上記弾性部材はゴム部材の両端面を平行に形成
し、それぞれの端面に鋼板を接着して、それ等２枚の鋼
板でゴム部材をサンドイッチ状にはさみ込んだ構造より
なるサンドイッチマウントタイプの防振ゴムで構成して
もよいし、この丸型防振ゴムはその圧縮方向が車幅方向
向きの水平方向に向くように配設するのが望ましい。

また、運転台の下側にバッテリを取付けて重心位置を下
げるのが望ましい。

（作用）本発明に係る建設機械の運転台の防振支持装置において
は、運転台の前部を支持する弾性部材と後部を支持する
弾性部材のうちの一方を運転台の重心よりも下方に配設
するとともに他方を重心よりも上方に配設したので、運
転台は上記他方の弾性部材によって重心よりも上方にお
いても支持拘束されることになり、運転台のローリング
やピッチングの搖動移動量が格段に小さくなって乗心地
に優れたものとなるばかりでなく、上記両方の弾性部材
のバネ定数を小さくして上下振動に対する防振性能を向
上させることが出来る。

しかも、バネ定数を小さくして柔かい弾性部材とし、運
転台の防振支持装置の固有振動数をエンジンの使用回転
数やドラムの使用振動数より小さくして共振を防ぎ、一
層防振効果を高めることが出来る。

特に、一方の弾性部材から重心までの高さが重心から他
方の弾性部材までの高さと略等しくなるようにし、且つ
一方の弾性部材から重心までの水平距離が重心から他方
の弾性部材までの水平距離と略等しくなるように構成す
る場合には、上下方向振動或いは前後方向振動によりピ
ッチングが生じず、左右方向振動によりローリングが生
じないような非連成支持となる。

（発明の効果）本発明に係る建設機械の運転台の防振支持装置によれ
ば、以上説明したようにピッチングやローリングの搖動
量を少なくして乗心地を改善し且つバネ定数を小さくし
て上下振動に対する防振性能を向上させ、同時にエンジ
ン振動やドラムの振動との共振を解消することが出来
る。

特に、前記非連成支持とした場合には、ピッチングやロ
ーリングが著しく改善され、理想的な運転台の防振支持
装置となる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

先ず、本発明者等は、建設機械の運転台ＤＦのピッチン
グやローリングなどの搖動を極力低減させるために、上
下方向の振動によりピッチングが生じず、前後方向の振
動によってもピッチングが生じず、更に左右方向の振動
によってローリングが生じないような非連成支持機構に
ついて振動理論の面から検討した。

この場合、第１図〜第３図に示すように運転台ＤＦを剛
体としてモデル化し、その重心をＧとし、座標系を図示
のように設定し、運転台ＤＦの前部の左右２個所を夫々
３組のバネ（バネｐとバネｑとバネｒ）で弾性支持する
とともに後部の左右２個所を夫々３組のバネ（バネｐと
バネｑとバネｒ）で弾性支持したモデルについて検討し
た。

尚、以下の理論的解析を単純化するために全部の弾性支
持点について、バネＰとして同一のバネをまたバネｑと
して同一のバネをまたバネｒとして同一のバネを用いた
場合について説明する。

尚、バネｐとバネｒとはｘｙ平面に平行な面に在り、バ
ネｒはＺ軸方向と平行であり、図中Ｃ_ｐ・Ｃ_ｑ・Ｃ_ｒは
夫々バネｐ・ｑ・ｒのバネ定数を示すものである。

そして、以下の理論的解析に際しては、「機械力学」
（中村行之、関谷荘共著）（いずみ書房出版発行）の
第１３章２「振動絶縁の理論」を参考にした。

運転台ＤＦについての運動方程式は次の６式となる。

ｘ−θ−φ系：ｙ−ｚ−φ系：但し、ｘ、ｙ、ｚ：ｘ、ｙ、ｚ方向の変位 φ、θ、φ：ｘ、ｙ、ｚ軸回りの角変位Ｑ_ｘ、Ｑ_ｙ、Ｑ_ｚ：ｘ、ｙ、ｚ方向の力Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚ：ｘ、ｙ、ｚ軸回りのモーメントＩ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ：ｘ、ｙ、ｚ軸に関する運転台ＤＦの
慣性モーメントＣ_ij：バネ定数（尚、ｉ方向に単位変位を与えた時質点にｊ方向に生ず
る力の意味で第１の添字のｉは与えた単位変位の方向、
第２添字のｊはその時生ずる力の考えている成分の方向
でｘ、ｙ、ｚ方向に対し添字はそれぞれ１、２、３とす
る。）但し、相乗慣性モーメントＩ_xy＝Ｉ_yz＝Ｉ_zx＝０とした。

上記(1)(2)(3)式においてＣ₁₅＝Ｃ₁₆＝０のときには非
連成となり、上記(4)(5)(6)式においてＣ₂₄＝Ｃ₃₄＝０
のときには非連成となる。

そこで、上記Ｃ₁₅、Ｃ₁₆、Ｃ₂₄、Ｃ₃₄について計算した
結果、Ｃ₁₅＝Ｃ₁₁（ａ_１−ａ_２） (7) 但し、Ｃ₁₁＝Ｃ_p sin²α＋Ｃ_q cos²α Ｃ₁₆＝２(h₁+h₂)（Ｃ_p sin²α＋Ｃ_q cos²α） −2(b₁+b₂)(Ｃ_ｐ−Ｃ_ｑ）sinα cosα(8) Ｃ₂₄＝２ｃ₂₂（ａ_２−ａ_１） (9) 但し、ｃ₂₂＝Ｃ_p cos²α＋Ｃ_q cos²α Ｃ₃₄＝−２Ｃ_ｒ（ｈ_１＋ｈ_２） (10) 上記(7)〜(10)式から、Ｃ₁₅＝Ｃ₁₆＝Ｃ₂₄＝Ｃ₃₄＝０と
なる条件は次のようになる。

（ｉ） α＝０の場合（ａ_１−ａ_２）＝０（ｈ_１＋ｈ_２）＝０（ii） α≠０の場合（ａ_１−ａ_２）＝０（ｈ_１＋ｈ_２）＝０（Ｃ_ｐ−Ｃ_ｑ）＝０参考までに、ｈ_１＋ｈ_２≠０の場合にはとおくことでＣ₁₅＝Ｃ₁₆＝Ｃ₂₄＝０となるが、Ｃ₃₄≠０
となる。

ここで、上記（ｉ）（ii）の場合について補足説明す
る。

α＝０とは、バネｐを鉛直方向に向けて配設するととも
にバネｑを水平方向に向けて配設することである。

（ａ_１−ａ_２）＝０とは、運転台ＤＦの前部を支持する
１対の弾性部材から重心Ｇまでの水平距離ａ_１と重心Ｇ
から運転台ＤＦの後部を支持する１対の弾性部材までの
水平距離ａ_２とが等しくなるように配設することであ
る。

（ｈ_１＋ｈ_２）＝０とは、上記前部の弾性部材と後部の
弾性部材との一方を重心Ｇの下方にまた他方を重心Ｇの
上方に配設し、且つ各々から重心Ｇまでの高さ距離が等
しくなるように配設することである。

（Ｃ_ｐ−Ｃ_ｑ）＝０とは、バネｐとバネｑのバネ定数を
等しく設定することである。

前記（ｉ）或いは（ii）の条件を満足する場合には、Ｃ
₁₅＝Ｃ₁₆＝Ｃ₂₄＝Ｃ₃₄＝０となるので、(1)〜(6)式から
判るように、上下方向の振動によりピッチングが生じ
ず、また前後方向の振動によりピッチングが生じず、ま
た左右方向の振動によりローリングが生じることがない
ような非連成支持となることから、運転台ＤＦの揺動
（ピッチングやローリングなど）が著しく改善され、乗
心地に優れた運転台ＤＦが得られる。

以下、上記（ｉ）の場合の条件を完全に満足させるよう
な或いは略満足させるような運転台ＤＦの防振支持装置
の実施例について説明する。

第４図及び第５図に示すように、路盤の締固め用の振動
ローラ１は、中央部のヒンジ部２で屈折可能の車体３を
有し、車体３の前半部にはドラム４が回転可能に枢着さ
れ、車体３の後半部には左右１対の後輪５が設けられて
いる。

この振動ローラ１においては、エンジン６で油圧ポンプ
を駆動し、その油圧の供給を受ける油圧モータでドラム
４内の振動発生機構を駆動するとともに上記油圧の供給
を受ける各油圧モータでドラム４及び後輪５を回転駆動
するようになっている。

上記振動ローラ１の運転台７は、運転台８と、操縦塔９
と、キャノピー１０と、床部材８の中央やや後部に設け
られた座席１１などから構成されている。

上記床部材８の中心線は車体３の中心線と一致してい
る。

そして、床部材８の後端部には、床部材８の約2/3の幅
の門形支柱１３が立設され、この門形支柱１３の左右の
柱部１３ａの上端にキャノピー１０の脚１０ａが取付け
られている。

更に、運転台７の重心Ｇを極力低くするために、床部材
８の左右側部の下側に夫々バッテリ収納ボックス１４が
垂設され、この各バッテリ収納ボックス１４内にバッテ
リが収納されている。尚、上記バッテリ収納ボックス１
４の蓋１４ａが床部材８の側部に設けられている。

上記運転台７は、床部材８の前端部の左右両端を支持す
る１対の弾性支持機構１２Ａ及び門形支柱１３の左右の
柱部１３ａの上端を支持する１対の弾性支持機構１２Ｂ
により車体３に弾性支持されている。

上記弾性支持機構１２Ａは、第６図に示すように構成さ
れている。

即ち、車体３に立設のブラケット１５と床部材８の下面
に垂設のブラケット１６との間に、丸型防振ゴム１７を
その圧縮方向を車幅方向に水平に向けて介設した構造で
ある。

上記防振ゴム１７は、横向き短円柱状のゴム部材１７ａ
の両端面に円形鋼板１７ｂを接着し、各円形鋼板１７ｂ
の中央部から突設したボルト１７ｃを対応するブラケッ
ト１５・１６のボルト孔に挿通させてナットで締め付け
ることにより両ブラケット１５・１６間に介装されてい
る。

この場合、運転台７の左右揺れやローリングに対しては
防振ゴム１７が圧縮方向（軸方向）に弾性変形し、運転
台７の上下動及び前後動に対しては防振ゴム１７が剪断
方向に弾性変形することになる。

後端部の弾性支持機構１２Ｂは、第５図に示すように構
成されている。

即ち、門形支柱１３の梁部１３ｂから後方へ突設のブラ
ケット１８と車体３から前方へ突設のブラケット１９と
の間に丸型防振ゴム１７を弾性支持機構１２Ａと同様に
介設した構造である。

上記前端部の左右の弾性支持機構１２Ａ及び後端部の左
右の弾性支持機構１２Ｂの重心Ｇに対する位置関係は、
第４図及び第５図に示すとおりであり、図中の水平距離
ａ_１とａ_２は等しく、高さ距離ｈ_１とｈ_２は等しく設定
されている。

このように４組の弾性支持機構１２Ａ・１２Ｂを配設す
ると、前述の（ｉ）の場合の非連成支持の条件が満足さ
れることになる。

従って、従来技術の項の〔Ｂ〕項及び〔Ｃ〕項で説明し
た重心移動量δａ及びδｂにおいて、運転台７が傾いた
ことによる移動量ｈφが極めて小さいか或いは発生しな
いため、δａ≒ｌθ＋Ｗ sinθ／（４Ｃｑ）、またδｂ
≒Ｑ／（４Ｃｑ）となる。

このように、車体３が傾いたり或いは旋回するときの重
心Ｇの移動量δａ・δｂが小さくなるので、それだけ防
振ゴム１７をバネ定数の小さな柔かいものにして防振効
果を高めることが出来るとともに、運転台防振支持装置
の固有振動数をエンジンの使用回転数やドラム４の使用
振動数より小さくして共振を解消することが出来る。

更に、防振ゴム１７の圧縮方向を車幅方向の水平方向に
向けるので、車体３の上下振動及び前後振動を防振ゴム
１７のバネ定数の小さな剪断方向のバネで吸収し、且つ
車体３の左右方向の振動を防振ゴム１７の大きなバネ定
数の圧縮方向のバネで受けて運転台７の左右方向への移
動やローリングを著しく低減することが出来る。

尚、バッテリを床部材８の下側に配置した分だけ、運転
台７の重心Ｇを下げ、運転台７のローリングやピッチン
グの搖動量を減らすことが出来るうえ、第４図の高さ距
離ｈ_１とｈ_２を小さくして防振支持構造全体を小形化す
ることが出来る。

次に、上記実施例を次のように部分的に変更してもよ
い。

第７図のように、キャビン型の運転台７Ａの場合には、
運転台７Ａの重心Ｇが幾分上方へ移動するので、高さ距
離ｈ_１とｈ_２とが等しくなくなってｈ_１＞ｈ_２となる。
この場合には、前記非連成支持の条件は完全には満足さ
れなくなるが、非連成支持に準ずる支持構造となり、従
来の支持構造と比較した場合運転台７Ａの搖動が著しく
改善される。

このキャビン型の運転台７Ａの場合でも、第８図のよう
に後端部の弾性支持機構１２Ｂを上方へ移動させること
により、図中の高さ距離ｈ_１とｈ_２とを等しく設定し
て、非連成支持にすることも可能である。

尚、上記実施例においては、運転台７・７Ａを前側２組
また後側２組計４組の弾性支持機構１２Ａ・１２Ｂで支
持したが、前側１組また後側２組、或いは前側２組また
後側１組、の計３組の弾性支持機構で支持するように
し、且つ非連成支持とすることも可能である。

また、丸型防振ゴム１７としては、第１３図や第１４図
に示す従来と同様のものを用いることも出来るし、丸型
防振ゴム１７以外に各種の構造の弾性支持部材を用いて
もよい。

尚、上記実施例においては、前述の（ｉ）の非連成支持
条件を満足する弾性支持装置について説明したが、前述
の（ii）のα≠０のときの非連成支持条件を満足する弾
性支持装置も上記実施例と同様の思想で実現することが
出来るのは勿論である。

更に、本発明に係る防振支持装置は、振動ローラ１の運
転台７・７Ａに限らず、パワーショベル、ブルドーザ、
ホイールローダなどの各種の建設機械の運転台に適用す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面のうち第１図〜第８図は本発明の実施例に係るもの
で、第１図は運転台を弾性された剛体としてモデル化し
た斜視図、第２図は同じく正面図、第３図は同じく背面
図、第４図は振動ローラの側面図、第５図は振動ローラ
の要部平面図、第６図は運転台の前部の左側の弾性支持
機構の正面図、第７図は第１変形例の振動ローラの側面
図、第８図は第２変形例の振動ローラの側面図であり、
第９図〜第１４図は従来技術に係るもので第９図(a)・
(b)・(c)は夫々弾性支持された剛体としてモデル化した
運転台の側面図・正面図・背面図、第１０図は車体傾斜
時における運転第の重心移動を示す説明図、第１１図は
横向きの慣性力が作用したときの運転台の重心移動を示
す説明図、第１３図及び第１４図は夫々防振ゴムの縦断
面図である。１……振動ローラ、７・ＤＦ……運転台、８……床部
材、９……操縦塔、１０……キャノピ、１１……運転台
席、１２Ａ・１２Ｂ……弾性支持機構、１５・１６・１
８・１９……ブラケット、１７……丸型防振ゴム、１７
ａ……ゴム部材、１７ｂ……円形鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建設機械の運転台を支持する防振支持装置
において、上記運転台の前部を支持する弾性部材と後部を支持する
弾性部材のうちの一方を運転台の重心よりも下方に配設
するとともに、他方を重心よりも上方に配設したことを
特徴とする建設機械の運転台の防振支持装置。
【請求項２】上記一方の弾性部材から重心までの高さが
重心から他方の弾性部材までの高さと略等しくなるよう
に構成した特許請求の範囲第１項に記載した建設機械の
運転台の防振支持装置。
【請求項３】上記一方の弾性部材から重心までの水平距
離が重心から他方の弾性部材までの水平距離と略等しく
なるように構成した特許請求の範囲第１項または第２項
に記載した建設機械の運転台の防振支持装置。
【請求項４】上記弾性部材はゴム部材の両端面を平行に
形成し、それぞれの端面に鋼板を接着して、それ等２枚
の鋼板でゴム部材をサンドイッチ状にはさみ込んだ構造
よりなるサンドイッチマウントタイプの防振ゴムで構成
した特許請求の範囲第１項に記載した建設機械の運転台
の防振支持装置。
【請求項５】上記サンドイッチマウントタイプの防振ゴ
ムをその圧縮方向が車幅方向向きの水平方向にそのせん
断方向が車体の上下、前後方向に向くように配設した特
許請求の範囲第４項に記載した建設機械の運転台の防振
支持装置。
【請求項６】上記運転台の重心を下げるためにその床の
下側にバッテリを取付けた特許請求の範囲第１項に記載
した建設機械の運転台の防振支持装置。