JPH0813546A - 建設機械におけるシリンダ制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建設機械のシリンダの伸縮に伴って発生しや
すい振動を従来の油圧回路を大幅に変えることなく抑制
することにより、操縦者の乗心地を改善する。 【構成】 操作レバー25により作動される制御弁24にて
シリンダ４を伸縮制御することにより建設機械の質量負
荷を駆動する。シリンダ４のロッド変位を変位センサ30
により検出し、ロッド側油室4aおよびヘッド側油室4bの
各圧力をそれぞれセンサ31a ，31b により検出する。セ
ンサ30，31a ，31b から得られた信号のうちシリンダ油
柱による固有振動数近傍の周波数帯域のものだけをバン
ドパスフィルタ32により通過させる。このフィルタ32を
経た信号をコントローラ33により処理してシリンダ４の
振動を抑制するための信号を算定する。このコントロー
ラ33からの情報に基づいてサーボ弁28からシリンダ４の
ロッド側油室4aまたはヘッド側油室4bに供給される振動
抑制油圧を制御し、機体振動を急速に減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル、ホイー
ルローダ等の油圧作業機を備えた建設機械におけるシリ
ンダ制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の代表例として、図３に油圧シ
ョベルの外観を示すが、本機はフロント作業機部、機体
９、キャブ10および走行装置11からなり、そのフロント
作業機部は、主としてブーム１、アーム２およびバケッ
ト３からなり、機体９とブーム１との間にブームシリン
ダ４が介在され、ブーム１とアーム２との間にアームシ
リンダ５が介在され、アーム２とバケット３との間にバ
ケットシリンダ６、ストラップ７およびロッド８が介在
されており、それらの構成部材が互いにピン結合されて
いる。

【０００３】図２は、従来のブームシリンダ４の油圧回
路図を示す。この図２に示されるように、前記ブームシ
リンダ４は、ロッド4dの先端にフロント作業機部相当の
質量負荷40を分担しているが、エンジン21の駆動により
主油圧ポンプ22で生成された高圧油が、管路41、操作レ
バー25から供給されるパイロット圧により作動される方
向制御および流量制御用の制御弁24および管路42a ，42
b を経て、ブームシリンダ４のロッド側油室4aまたはヘ
ッド側油室4bに供給されることにより、このシリンダ４
が伸縮作動し、掘削土の積込作業等が行なわれる。43は
タンク26より作業油を吸込む管路、44はタンク26に作動
油を排出する管路である。

【０００４】この掘削土の積込過程でシリンダ４の油室
4a，4b内に圧油を供給したり、圧油を排出する際に機体
全体が大きく振動し、キャブ内に搭乗する操縦者（オペ
レータ）の乗心地を大きく損なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のブームシリンダ
４の油圧回路では、図２に示されるように方向制御およ
び流量制御用の制御弁24とブームシリンダ４との間の管
路42a ，42b に、圧油の流動をスムーズにするための振
動防止用油器が設けられておらず、その結果としてシリ
ンダ伸縮により振動が発生する。

【０００６】すなわち、ブームシリンダ４の受けるフロ
ント作業機部全体の慣性モーメントとシリンダ４内の油
の圧縮性に基づく油柱ばねによって定まる固有振動がブ
ームシリンダ４の伸縮により励起され、特に伸縮変化の
大きな停止時に強い振動が生じる。

【０００７】このような振動を低減させるために、ピス
トン4cにオリフィス等の絞りを入れて減衰性能を上げる
ことも考えられるが、その場合、フロント作業機部の重
量をブームシリンダ４で支持しているからフロント作業
機部が自然落下するおそれがあり、危険であり成立しな
い。

【０００８】また、管路42a ，42b に絞りを入れると振
動低減にはなるが、圧油の流動が阻害されるため、ブー
ムシリンダ４の動作速度の低下を招き、本来の性能が低
下する。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、建設機械のシリンダの伸縮に伴って発生しやすい
振動を、従来の油圧回路を大幅に変えることなくかつ本
来の性能を低下させることなく抑制することにより、作
業性を損なうことなく操縦者の乗心地を改善することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、操作レバーに
より作動される制御弁にてシリンダを伸縮制御すること
により質量負荷を駆動する建設機械において、前記シリ
ンダの変位、ロッド側油室の圧力およびヘッド側油室の
圧力をそれぞれ検出するセンサと、これらのセンサから
得られた信号のうちシリンダ油柱による固有振動数近傍
の周波数帯域のものだけを通過させるバンドパスフィル
タと、このバンドパスフィルタを経た信号を処理してシ
リンダの振動を抑制するための信号を算定するコントロ
ーラと、このコントローラからの情報により制御されサ
ーボ弁用油圧回路より供給された駆動油圧をシリンダの
ロッド側油室またはヘッド側油室に供給するサーボ弁と
を具備した構成の建設機械におけるシリンダ制振装置で
ある。

【００１１】

【作用】本発明は、操縦者が操作レバーを操作してシリ
ンダを伸縮させると、その動きは変位センサと圧力セン
サにより観測され、これらのセンサ信号からバンドパス
フィルタおよびコントローラを経て得られたシリンダ振
動を急速に整定する適切な信号によりサーボ弁を制御
し、シリンダの振動によりシリンダ内油室間に交互に発
生する高圧側の油をサーボ弁を通して結果的に低圧側に
吸収する。これにより、シリンダの振動が抑制され、機
体全体の振動も急速に低減される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図１に示される一実施例を参
照して詳細に説明する。なお、図２に示された従来例と
同一の部分には同一符号を付する。

【００１３】本来のシリンダ伸縮のために、エンジン21
により駆動される主油圧ポンプ22と、操作レバー25から
のパイロット圧により作動される方向制御および流量制
御用の制御弁24と、この制御弁24により伸縮制御される
ブームシリンダ４とが管路41，42a ，42b で相互に連結
された主回路を構成する。

【００１４】本発明はこの主回路を変更せずに、後述す
る副油圧ポンプ23、リリーフ弁27およびサーボ弁28から
なる油圧回路と、観測手段（センサ）も含めた電気回路
とをブームシリンダ４に対して並列的に挿入する。

【００１５】電気回路は、ブームシリンダ４のロッド側
端に付設されブームシリンダ４のロッド4dの変位を検出
観測する変位センサ30と、ブームシリンダ４のピストン
4cにより区画形成されたロッド側油室4aおよびヘッド側
油室4bの内部圧力を管路42a，42b にてそれぞれ検出観
測する圧力センサ31a ，31b と、これらの各センサ30，
31a ，31b からの観測信号を受けて信号を加工しシリン
ダ油柱による固有振動数近傍の周波数帯域の信号だけを
通過させるバンドパスフィルタ32と、このバンドパスフ
ィルタ32を経た信号を処理してシリンダ４の振動を抑制
するための信号を算定するコントローラ33とで構成され
る。

【００１６】このコントローラ33からの情報により制御
される電気油圧式サーボ弁28が、前記ブームシリンダ４
の外面に一体的に設けられている。このサーボ弁28に駆
動油圧を供給するサーボ弁用油圧回路は、主油圧ポンプ
22と同様にエンジン21により駆動される副油圧ポンプ23
と、この副油圧ポンプ23からサーボ弁28に供給される作
動油を圧力設定するリリーフ弁27と、それらを相互に連
結する管路45，46とからなる。

【００１７】サーボ弁28は、サーボ弁用油圧回路より供
給された駆動油圧を管路47を経てシリンダ４のロッド側
油室4aへ、または管路48を経てシリンダ４のヘッド側油
室4bに供給するものである。

【００１８】このようにして構成された電気回路および
油圧回路からなる制振回路において、操縦者が操作レバ
ー25を操作してブームシリンダ４を伸縮させると、その
動きは変位センサ30と圧力センサ31a ，31b により観測
され、これらのセンサ信号からバンドパスフィルタ32お
よびコントローラ33を経て得られたシリンダ振動を急速
に整定する適切な信号によりサーボ弁28を駆動し、この
サーボ弁28によって、ブームシリンダ４の高圧側油室か
ら油を抜くとともに、低圧側油室にその分の油を補充す
るように制御すると、シリンダ内油室4a，4b間に交互に
発生する高圧側の油をサーボ弁28を通して結果的に低圧
側に吸収でき、ピストン4cにオリフィスを設けた場合と
同等の減衰性能が得られる。このため、シリンダ４の振
動が抑制され、機体全体の振動が急速に低減される。

【００１９】すなわち、操縦者が操作レバー25を操作す
ることにより制御弁24を開閉すると圧油がブームシリン
ダ４に送られ、ブームシリンダ４は伸縮動作しようとす
るが、その動きは変位センサ30と圧力センサ31a ，31b
により観測される。そして、ブームシリンダ４を停止し
た際のシリンダ内の圧力変動が圧力センサ31a ，31bに
より検出される。これらのセンサ30，31a ，31b にて検
出された電気信号がバンドパスフィルタ32に送られる。

【００２０】このフィルタ32は、電気信号の中からシリ
ンダ４の油柱による固有振動数近傍の周波数帯域（２〜
４Hz）のものだけを通過させ、その他の伸縮のような非
常にゆっくりとした現象と、観測上の高周波の雑音成分
とを除外する。

【００２１】フィルタ処理後の電気信号はコントローラ
33に送られ、このコントローラ33にて位相およびゲイン
補償を行なった後、振動が急速に整定する適切な信号を
瞬時に算定し、サーボ弁28に送る。

【００２２】サーボ弁28は、副油圧ポンプ23で生成され
リリーフ弁27でサーボ弁28の供給圧力に設定された圧油
を、コントローラ33の信号に従ってシリンダ振動を減衰
させる位相および振幅でブームシリンダ油室4aまたは4b
の低圧側に送り込むとともに、高圧側から油を抜取るこ
とによりシリンダ４の振動を抑制し、結果として機体全
体の振動を低減させる。

【００２３】このようにして、操作レバー25の動きとは
無関係に実作業時に発生する振動を低減する。

【００２４】また、変位センサ30は、バンドパスフィル
タ32を経由せず、直接コントローラ33にも電気信号を供
給するから、コントローラ33は、この変位センサ30から
の電気信号と、操作レバー25のパイロット圧を検出する
圧力センサ34の電気信号とによって、ブームシリンダ４
の停止状態を判断し、常に同じ停止位置を保持するよう
にサーボ弁28により、位置制御を行なうことができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は建設機械のシリンダの伸縮に伴
う掘削積込動作等において発生する質量負荷の振動に起
因する不快な機体振動を急速に減衰させることができる
ので、操縦者の乗心地を改善し、作業環境をも改善する
効果がある。また、経験不足の操縦者でも操縦に際して
何ら配慮することなく、振動の少ない状態で作業ができ
るので、作業性の向上に大きく寄与できる。さらに、本
発明は従来の油圧回路を大幅に変えることなく振動を低
減できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る建設機械におけるシリンダ制振装
置の一実施例を示す回路図である。

【図２】従来の建設機械のシリンダ駆動回路を示す油圧
回路図である。

【図３】従来の建設機械の一例である油圧ショベルの全
体構成とフロント作業機部の振動状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

４ シリンダ 4a，4b 油室 24 制御弁 25 操作レバー 28 サーボ弁 30 変位センサ 31a ，31b 圧力センサ 32 バンドパスフィルタ 33 コントローラ 40 質量負荷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作レバーにより作動される制御弁にて
   シリンダを伸縮制御することにより質量負荷を駆動する
   建設機械において、 前記シリンダの変位、ロッド側油室の圧力およびヘッド
   側油室の圧力をそれぞれ検出するセンサと、 これらのセンサから得られた信号のうちシリンダ油柱に
   よる固有振動数近傍の周波数帯域のものだけを通過させ
   るバンドパスフィルタと、 このバンドパスフィルタを経た信号を処理してシリンダ
   の振動を抑制するための信号を算定するコントローラ
   と、 このコントローラからの情報により制御されサーボ弁用
   油圧回路より供給された駆動油圧をシリンダのロッド側
   油室またはヘッド側油室に供給するサーボ弁とを具備し
   たことを特徴とする建設機械におけるシリンダ制振装
   置。