JPH061642Y2 - 車輪式建設機械の自動振動抑制装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、作業装置を車両本体から突出して関節接合
した形状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、
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の、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
象物を含め重量の比率の大きい作業装置が車両本体に強
固に取付い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情であ
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。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２ａ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
２ａ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バケット５
と、ブーム４の中間部とバケット５の一側部との間に屈
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２ａとブーム４との間に設けら
れたリフトシリンダ８と、前記フレーム２ａ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′または表面が波上になっ
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１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。このような機械の揺動は端に前後方向のみなら
ず、車輪１，１の左右輪の何れか一方が地面３０′の凹
凸部に進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、重心高さは高く、しかも車輪１，１の上下動を吸収
する懸架ばねなど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２ａ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、その振幅、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、振幅は益々大きく
なる非減衰振動として現われ、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を定位置に保持するリフトシリンダ８に衝撃
吸収性能を与え、比較的重量ウエ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）とダンバ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N₂ガ
スを封入しておく必要がある。

また、第２の例として、例えば特開昭６０−１１９３０
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、アームとバケットシリンダと
の間に、アームシリンダやバ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。

考案が解決しようとする課題 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
動を吸収して衰退させる補助装置、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、この考案は構造簡単で、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。

課題を解決するための手段 この考案は以上のような課題を解決するために、次のよ
うな構成とした。すなわち、 イ．走行車輪またはその駆動系の回転数に比例した電気
信号を発生する発信器と、その電気信号を受けて車両の
走行速度をデジタルあるいはアナログ値で表示する速度
計を備えた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、 ロ．上述電磁切換弁は、常時は、内蔵したばねの付勢力
により内部油路を閉路しており、受信部に外部から信号
が作用すると内部油路を開路する機能を有するものであ
って、 ハ．前記の速度計用発信器の出力回路から分岐する電気
配線上にあって、該速度計の指示値が所定の値を越える
とリレー信号をリレー回路に出力する信号発生手段と、
該信号発生手段によるリレー信号が受信部に作用する
と、内部電気回路を閉路する如きリレーとを設けるとと
もに、 ニ．前記電磁切換弁の受信部に、上記リレーを介して電
源を接続する。

作用 作業装置によって掘削・積込等の作業を完了して中距離
の移動または長距離の自走を開始し、走行速度が一定値
以上になると、速度計用発信器の出力電気信号が増大
し、信号発生手段の主電気回路が閉路され、これにとも
ない、自動的に電磁切換弁の内部油路は開路、作業装置
を支持する油圧シリンダの負荷側油圧管路は、分岐管
路、電磁切換弁、スローリターン弁を介してアキュムレ
ータに連通するので、作業装置は車両本体に対し別個の
振動を行い、かつ、振動エネルギは吸収され、減衰振動
をし、ひいては、何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、走行速度が低速また
は停車状態になると、速度計用発信器の出力電気信号が
低下し、信号発生手段を構成するリレーの作用により主
電気回路は開路し、電磁切換弁の内部油路が閉路して作
業装置は油圧シリンダによって車両本体に強固に支持さ
れる。

実施例 第１図には、この考案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油
圧パワーユニット中の作業装置作動用の油圧ポンプ、１
２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１
２に管路１４ａ，１４ｂを介してダンプシリンダ９のヘ
ッド側油室９ａ、ロッド側油室９ｂが接続され、リフト
シリンダ用油圧切換弁１３に管路１５ａ，１５ｂを介し
てリフトシリンダ８のヘッド側油室８ａ、ロッド側油室
８ｂ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３の重量が負荷する側の油室、すな
わちヘッド側油室８ａに接続された管路１５ａ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１
７を介して可変絞り部１８ａとチェック弁１８ｂ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、アキュムレータ１９としては通常プラダ形アキュム
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得る。アキュムレータ１
９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８ａとリフトシリ
ンダ用油圧切換弁１３との間で管路１５ａ、分岐管路１
６を含む外部配管で接続される。従って、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２ａ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１４ａ，１４ｂ，１５ａに連通する回路の
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ェック弁である。

また、車輪式トラクタショベルの如く一般公道上を走行
する車輪式建設機械で一定以上の最高速度を出し得る機
械では、その車両の走行速度状態を常に指示し、運転者
席から視認できる速度計の設置が義務ずけられている
が、その１例として、車輪１の駆動系、例えばトランス
ミッション（図示せず）の最終段駆動軸に噛み合い、車
輪１と一定の比率で回転する第３図の駆動軸３１により
駆動される発信器３２を設け、その出力を電気配線３７
で速度計３３に導き、車輪１の回転速度に応じた走行速
度をデジタルあるいはアナログ値表示をさせるようにし
てある。

更に、この考案では、出力部は電磁切換弁１７の受信部
に接続され、入力部はスイッチ３５を介して電源３６に
接続されたリレー２９を設け、該リレー２９の受信部に
は、リレー信号を供給するリレー回路３９と、所定値以
上の周波数信号が入力されるとリレー信号を上記リレー
回路３９に出力する周波数弁別器３４と、該弁別器３４
の受信部に電気配線３７から分岐し電気信号を供給する
電気配線３８とからなる信号発生手段を接続する。従っ
て車両の走行速度が増大していき、発信器３２の出力周
波数が一定値を越えると上記周波数弁別器３４からのリ
レー信号によりリレー２９が作動し、該リレー２９の主
電気回路が閉路して電源３９はスイッチ３５を介して電
磁切換弁１７の受信部に導かれるようになっている。

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、以上の機構からなるこの考案の装置について、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、バケット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、土砂がバケット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、バケット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。このように、比較的
狭い場所での掘削・積込作業時の車両の走行速度は数キ
ロメートル毎時程度であるが、土砂の運搬距離が長くな
るとき、または車両を自走により回送するときなどは、
その所要時間を短縮する目的で走行速度を早くする。

このような作業において、スイッチ３５を閉路していて
も、走行速度が低速のときは発信器３２からの電気信号
の値は小さく、周波数弁別器３４からリレー信号は出力
されないのでリレー２９は作動せず、該リレー２９の主
電気回路は開路状態を保持する。従って、電磁切換弁１
７はＡ位置にとどまる。すなわち、掘削・積込作業中お
よび短距離移動中、悪路走行中は、車両走行速度が低
く、分岐管路１６は電磁切換弁１７のＡ位置で閉塞され
ているので、シリンダ８のヘッド側油室８ａとリフトシ
リンダ用油圧切換弁１３とは管路１５ａに直結され、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、リフトシリンダ用油
圧切換弁１３が中立のときにおいて、車両本体２の前部
フレーム２ａに、作業装置３は強固に接続される。

次に、バケット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、車両を自走により回送するとき、
変速機レバー（図示せず）を高速度段におき前進または
後進して、次第に車速が上昇していくと、これにともな
い発信器３２の回転は上昇して出力する電気信号の周波
数も増大するので、周波数弁別器３４からリレー信号が
出力され、リレー回路３９を経てリレー２９を作動せし
め、該リレー２９の主電気回路を閉路するので、電源３
６は、スイッチ３５、リレー２９を通って電磁切換弁１
７の受信部に導かれ、該電磁切換弁１７はＡ位置からＢ
位置に切換わり、分岐管路１６は管路１５ａを振動抑制
回路２０へ、自動的に連通させる。

その結果、リフトシリンダ８のヘッド側油室８ａ、管路
１５ａ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て路面の
起伏、急激な加速減速に応じて車両本体２が振動するこ
とにより作業装置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８
ａに圧力変動が生じる。この様なときに上記ヘッド側油
室８ａが管路１５ａ、分岐管路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１８ａ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、上記車輪式ショ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側の副振動系の固有
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側はほとんど振動をせず、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１８ａにより振動減衰作用が発
揮され、これにより振動が大幅に、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１８ａ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、固定絞り部に置き換えることも可能である。
また、例えば高速走行時においてお、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、電源スイッチ３５
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、第４図は本考案の第２実施例である遠心機械式速
度計を備えた車両の場合の電気回路を示す図であり、こ
の図に表われない油圧回路は、すべて第３図と同一であ
る。図において４０はトランスミッションの最終段駆動
軸その他の走行動力系から回転を取り出すタコメータケ
ーブルであり、その他端は遠心式の速度計４１に連結し
てある。４２はリミットスイッチで、速度計４１の指針
が所定値以上の速度を指示するようになるとリレー４３
の受信部へリレー信号が作用し、該リレー４３の内部電
気回路が閉路するので電源３６はスイッチ３５、リレー
４３を通って電磁切換弁１７を励磁するようにしてあ
り、このときの信号発生手段は、上記リミットスイッチ
４２と、該リミットスイッチ４２、リレー４３の受信部
の間のリレー回路で構成される。

以上の第２実施例においても、その作動は第１実施例と
同様、車両の速度が上昇していき、路面の凹凸の影響を
受けて車両本体が振動を起こす速度、すなわちリミット
スイッチ４２が設定された位置に達するとソフトシリン
ダ８のヘッド側油室８ａは自動的に振動抑制回路に接続
するものである。

考案の効果 この考案の装置を、車輪を有し、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装備すると、この車輪式建設機械が
作業中で低速度で走行している間は従来と同様、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
るが、運搬、回送などのため所定値以上の高速で走行す
るときには、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、高速時においても車体の
振動はなく、運転者は作業装置の操作または操向操作の
みに専念すればよく、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、振動抑制回路を必要としない場合はスイッチ
を操作するだけでよいので、１台の機械を多目的に利用
できる。

さらに、この考案を構成する機材はすべて汎用品であ
り、その取付場所選定の自由度は高いので既存機械への
追加装備も容易で、かつ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図はこの考案にかかる電気・油圧系統図、第４図は本
考案の第２実施例を示す要部電気系統図である。 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 １７‥‥‥‥電磁切換弁 １８‥‥‥‥スローリターン弁 ２０‥‥‥‥振動抑制回路 ２９，４３‥リレー ３２‥‥‥‥発信器 ３３，４１‥速度計 ３４‥‥‥‥周波数弁別器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車両本体に作業装置の一端を関節式に取付
   け、油圧シリンダにより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動作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する
   如く設けられた振動抑制回路と、上記分岐管路の途中に
   あって、受信部に外部から信号が作用すると内部油路を
   開路させる如く作動する切換手段と、走行車輪またはそ
   の駆動系の回転数が所定の値を超えるとリレー信号を出
   力する信号発生手段とからなり、該信号発生手段からの
   リレー信号により、上記切換手段を自動的に作動させる
   如くしたことを特徴とする車輪式建設機械の自動振動抑
   制装置。