JPH1162902A - 油圧作業機のアクチュエータ制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータの作動を停止させる際に、ア
クチュエータに生じる圧力変動による振動を早期に減衰
させるための、特定の振動に限定されずに広い範囲の振
動を制振することができ、またアクチュエータの緩急種
々の停止操作にも対応することができる、油圧作業機の
アクチュエータ制振装置を提供する。 【解決手段】 アクチュエータを停止させる際に方向切
換弁から油タンクに戻される可変容量ポンプの吐出油
を、所定の時間増量してアクチュエータに過給補給する
ようにし、アクチュエータ内に生じる圧力変動の振動波
形を早期に減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル、ホ
イールローダ等の油圧作業機のアクチュエータ制振装
置、さらに詳しくは、ブームシリンダのような大きな慣
性負荷を保持しているアクチュエータの作動を停止させ
る際に、アクチュエータに生じる圧力変動による振動を
早期に減衰させる、油圧作業機のアクチュエータ制振装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な油圧作業機である例えば油圧シ
ョベルには、アクチュエータである油圧シリンダにより
駆動される油圧作業装置が装着されている。この油圧作
業装置は、油圧ショベル本体に上下方向に揺動自在に装
着されているブーム、ブームの先端に上下方向に揺動自
在に装着されているアーム、アームの先端に上下方向に
揺動自在に装着されているバケットを備え、油圧ショベ
ル本体とブームとの間にはブームシリンダが、ブームと
アームとの間にはアームシリンダが、アームとバケット
との間にはバケットシリンダがそれぞれ介在されてい
る。これらの油圧シリンダは、運転席に設けられている
操作レバーを操作することにより方向切換弁が切り換え
られ、油圧ポンプからの吐出油が油圧シリンダのロッド
側油室あるいはヘッド側油室の一方に選択的に供給さ
れ、他方の油室の油が排出され、伸張あるいは収縮作動
させられる。この伸縮作動により、油圧作業装置の先端
のバケットを動かして、土砂の掘削、掘削された土砂の
移動、ダンプトラックへの積込等の作業が行われる。

【０００３】これらの油圧シリンダの伸縮作動を停止さ
せるには、操作レバーを作動位置から中立位置に切り換
えて油圧シリンダへの吐出油の供給及び油圧シリンダか
らの油の排出を停止させる。その際、例えば、操作レバ
ーを中立位置に急速に操作して吐出油の供給及び排油を
急速に止め、油圧シリンダを急停止させると、油圧シリ
ンダ内のピストンの両側の油室には、ピストンに加わっ
ている油圧シリンダの慣性負荷を停止させる反動とし
て、減衰波形の圧力変動が発生する。そして、この圧力
変動により、油圧シリンダには伸縮方向の振動が発生す
る。この圧力変動及び振動は、油圧シリンダの作動を急
激に停止させる程、また油圧シリンダの作動方向の慣性
負荷が大きい程、大きくなる。油圧ショベルのブームシ
リンダは、油圧作業装置の大部分の質量負荷を保持して
いるので、ブームシリンダを下降作動の途中で止める際
には、ブームシリンダの油室に大きな圧力変動が、そし
てブームシリンダには大きな振動が発生しやすい。この
振動は、油圧作業装置、さらには油圧作業装置が取り付
けられている油圧ショベル本体を振動させ、油圧作業装
置の、例えばバケットの、位置決め操作を困難にし、作
業者の乗り心地を悪くし、また作業者の疲労を増加させ
る。

【０００４】この圧力変動及び振動を早期に減衰させる
ために、油圧シリンダの油圧回路に設けられる振動防止
装置（ダンピングデバイス）が、例えば実開平６−１４
５０４号公報に開示されている。この振動防止装置は、
油圧シリンダのヘッド側油室とロッド側油室とを結んで
設置する一種の可動式アキュムレータで、可動ピストン
の両端部に形成される空間の各々に、オリフィスを介し
てシリンダのロッド側油室及びヘッド側油室が連結され
る。そして、油圧シリンダの作動油をオリフィスを通す
ことにより振動のエネルギーを吸収させ、また可動ピス
トンの動きによってロッド側油室あるいはヘッド側油室
に作動油を補給して、シリンダの振動を減衰させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおりの形態
の、従来の油圧作業機のアクチュエータ制振装置には、
次のとおりの解決すべき問題があった。 （１）制振効果が、特定の圧力変動、振動以外に対して
は少ない。すなわち、オリフィスの大きさ、ピストンの
大きさ、ピストンのストローク等が決められた値になっ
ているので、制振対象の圧力変動、振動が決められてし
まう。 （２）制振効果が、アクチュエータの作動の急停止以外
に対しては少ない。すなわち、オリフィスを流れる作動
油を絞ることにより制振されるので、アクチュエータを
比較的ゆっくり停止させる時には、オリフィスを流れる
流量が少なく効果が少ない。

【０００６】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、特定の振動に限定されずに広い
範囲の振動を制振することができ、またアクチュエータ
の緩急種々の停止操作にも対応することができる、油圧
作業機のアクチュエータ制振装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
技術的課題を解決するために、アクチュエータ制振装置
を次のように構成する。 （１）アクチュエータを停止させる際に方向切換弁から
油タンクに戻される可変容量ポンプの中立時吐出油を、
所定の時間増量して、アクチュエータに過給補給するよ
うにし、アクチュエータ内に生ずる圧力変動の振動波形
を早期に減衰させる。 （２）可変容量ポンプの吐出油の増量を、アクチュエー
タの油圧及び方向切換弁の切換速度に応じて制御する。 （３）可変容量ポンプの吐出油の増量の程度をアクチュ
エータの種類によって制御する。 （４）アクチュエータに圧力検出器を、方向切換弁に操
作検出器をそれぞれ設け、これらの検出器からの検出信
号を基に、コントローラにより可変容量ポンプの吐出油
量を制御する。

【０００８】すなわち、本発明によれば、上記技術的課
題を解決する油圧作業機のアクチュエータ制振装置とし
て、可変容量ポンプと、該可変容量ポンプからの吐出油
により作動されるアクチュエータと、該可変容量ポンプ
と該アクチュエータとの間に介在されて該吐出油を該ア
クチュエータに供給する作動位置及び該吐出油を戻り油
路を介して油タンクに戻す中立位置を有する方向切換弁
とを備えている油圧作業機において、該アクチュエータ
と該戻り油路との間には、該戻り油路を分岐して該アク
チュエータに接続するとともに該戻り油路から該アクチ
ュエータの方向の流れのみを許容する逆止弁を備える補
給油路が設けられ、該方向切換弁が該作動位置から該中
立位置に切換られると該可変容量ポンプの該吐出油の量
を所定の時間増加させる制御手段が設けられている、こ
とを特徴とする油圧作業機のアクチュエータ制振装置が
提供される。

【０００９】すなわち、本発明による油圧作業機のアク
チュエータ制振装置においては、アクチュエータを停止
させる際のアクチュエータ内に生ずる変動圧力の振動波
形に、方向切換弁から油タンクに戻る可変容量ポンプの
吐出油が所定の時間増量されて過給補給され、振動波形
が早期に減衰制振される。

【００１０】好適実施形態においては、該制御手段は、
該アクチュエータの油圧及び該方向切換弁の該中立位置
への切換速度に応じて該吐出油量を制御する。

【００１１】したがって、可変容量ポンプの吐出油の増
量は、圧力変動の要因であるアクチュエータに加わって
いる負荷及び方向切換弁を流れる作動油を止める速さに
応じて制御される。

【００１２】好適実施形態においてはまた、該制御手段
は、該アクチュエータの油圧を検出する圧力検出器と、
該方向切換弁の該切換速度を検出する操作検出器と、検
出された該油圧及び該切換速度に基づいて該可変容量ポ
ンプの容量制御器に該吐出油の増加量及び増加時間を出
力するコントローラとを含んでいる。

【００１３】したがって、圧力検出器、操作検出器及び
コントローラにより、可変容量ポンプの吐出油の増量が
適切に制御される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
油圧作業機のアクチュエータ制振装置の好適実施形態を
図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明す
る。

【００１５】図１を参照して、油圧作業機の作業装置に
使用される典型的なアクチュエータを番号２で示す油圧
シリンダで代表して、油圧シリンダ２の油圧回路を説明
すると、油圧シリンダ２は、可変容量ポンプ４からの吐
出油が方向切換弁６を介して選択的に供給されて伸縮作
動させられる。

【００１６】可変容量ポンプ４の吐出ポートは方向切換
弁６の入口ポートに油路８により接続され、方向切換弁
６の排油ポートは戻り油路１０によりオイルクーラ１０
ａを介して油タンク１２に接続されている。方向切換弁
６の二つの出力ポートは、油路１４により油圧シリンダ
２のロッド側油室２ａに、また油路１６により油圧シリ
ンダ２のヘッド側油室２ｂにそれぞれ接続されている。
可変容量ポンプ４は容量制御器４ａを備えている。

【００１７】方向切換弁６は、パイロット圧油により操
作されるパイロット作動型である。方向切換弁６は、パ
イロット操作弁１８からのパイロット圧油が油路２０又
は油路２２を介して方向切換弁６のスプール端部に選択
的に与えられ、切換操作される。方向切換弁６にパイロ
ット圧油が与えられない、パイロット操作弁１８が切換
操作されない中立状態においては、方向切換弁６自体に
設けられている中立復帰ばね６ａ、６ａにより、方向切
換弁６は中立位置に復帰保持されている（図１の状
態）。

【００１８】全体を番号３６で示すアクチュエータ制振
装置は、補給油路２４及び制御手段２８を含んでいる。

【００１９】補給油路２４は、戻り油路１０を分岐し
て、油圧シリンダ２のヘッド側油室２ｂとを結ぶ補給油
路２５、及び油圧シリンダ２のロッド側油室２ａとを結
ぶ補給油路２６を備えている。補給油路２５には逆止弁
２５ａが備えられ、戻り油路１０から油圧シリンダ２の
方向の流れのみが許容できるようになっている。同様
に、補給油路２６には逆止弁２６ａが備えられ、戻り油
路１０から油圧シリンダ２の方向の流れのみが許容され
るようになっている。逆止弁２５ａと逆止弁２６ａと
は、実質上同一のものをそれぞれに使うことができる。

【００２０】制御手段２８は、油圧シリンダ２のロッド
側油室２ａの油圧を検出する圧力検出器３０ａを補給油
路３０ａに、また油圧シリンダ２のヘッド側油室２ｂの
油圧を検出する圧力検出器３０ｂを補給油路２５に備え
ている。制御手段２８はまた、方向切換弁６の、作動位
置から中立位置への切換速度を、パイロット操作弁１８
の操作状態により検出する操作検出器３２を、パイロッ
ト操作弁１８の操作レバー１８ａの回動中心に備えてい
る。操作検出器３２は、操作レバー１８ａが二点鎖線で
示す作動位置から、実線で示す中立位置に操作される操
作速度、すなわち切換速度を検出する。

【００２１】制御手段２８はさらに、検出された油圧及
び切換速度に基づいて可変容量ポンプ４の容量制御器４
ａに吐出油の増加量及び増加時間を出力するコントロー
ラ３４を含んでいる。コントローラ３４は、演算手段３
４ａとタイマ３４ｂとを含んでいる。演算手段３４ａ
は、圧力検出器３０ａ及び３０ｂからの出力と、操作検
出器３２からの出力とに基づいて、可変容量ポンプ４の
吐出油量の増加量を演算する。吐出油増加量は図２に示
されるようにするのが好都合である。すなわち、油圧シ
リンダ２のロッド側油室２ａの圧力とヘッド側油室２ｂ
の圧力との差で求められるシリンダ負荷圧力、及び操作
レバー１８ａの切換速度、の何れもが規定の値を越えた
時に可変容量ポンプ４の吐出油量の増量を指示する。こ
のシリンダ負荷圧力によって油圧シリンダ２に加わって
いる実質的な負荷の大小が、また操作レバー１８ａの切
換速度によって油圧シリンダ２の作動停止の緩急が検出
される。シリンダ負荷圧力及び操作レバー１８ａの切換
速度の一方のみが規定値を越えた状態では、油圧変動に
よる振動は実質上小さいから、可変容量ポンプ４の吐出
油量の増量指示は行われない。また、両者が規定の値に
満たない場合には可変容量ポンプ４の吐出油量の増量指
示は行われない。この規定の値は、油圧作業機の油圧作
業装置の大きさ、作業形態等に合わせて予め演算手段３
４ａに入力しておく。吐出油増加量が演算されると、タ
イマ３４ｂによって可変容量ポンプ４を増量する時間が
指示される。増加量が多い程、増量する時間を長くして
もよいが、増加時間は一定時間、例えば１秒間のように
設定するのがシステムを簡単にすることができ好都合で
ある。

【００２２】容量制御器４ａを備えている可変容量ポン
プ４は、油圧ショベル等の油圧作業機に使用される周知
のもので、通常は複数個のアクチュエータを同時に操作
する時に個々のアクチュエータの作動速度が遅くならな
いようにするために、また特定のアクチュエータの作動
速度を増減変更させる時に等、吐出油量が可変制御され
る。容量制御器４ａは、例えば斜板型の可変容量ピスト
ンポンプが採用される場合においては、制御信号が入力
されると斜板傾斜機構を駆動して斜板の傾斜角度を変え
て吐出油量を変更させる。

【００２３】図１を参照して上述したとおりのアクチュ
エータ制振装置３６の作用を説明すると、

【００２４】（１）油圧シリンダの作動：パイロット操
作弁１８の操作レバー１８ａが操作されない中立位置
（実線で示されている）、すなわち方向切換弁６が中立
位置の状態（図１の状態）においては、可変油量ポンプ
４からの油路８を通る吐出油は、油圧シリンダ２には供
給されないで、戻り油路１０を通り、オイルクーラ１０
ａを通って、油タンク１２に流れている。操作レバー１
８ａを例えば中立位置から二点鎖線で示す作動位置に操
作して、油路２０にパイロット油を流し、方向切換弁６
を切り換えて、可変容量ポンプ４からの吐出油を油路１
４を介して油圧シリンダ２のロッド側油室２ａに供給す
ると、油圧シリンダ２のピストン２ｃ及び一体となって
いるロッド２ｄは矢印３の方向に動かされ、油圧シリン
ダ２は収縮する。この際、ヘッド側油室２ｂの油は、油
路１６を通り、方向切換弁６を介して、戻り油路１０に
流れる。

【００２５】（２）油圧シリンダの作動停止、振動の発
生：パイロット操作弁１８の操作レバー１８ａを二点鎖
線で示す作動位置から実線で示す中立位置に操作する
と、油路２０のパイロット油の流れは止まり、方向切換
弁６は中立復帰ばね６ａにより中立位置に戻り、油路１
４を介した可変容量ポンプ４から油圧シリンダ２への吐
出油の供給は止まり、また油路１６及び方向切換弁６を
介した油圧シリンダ２から戻り油路１０への流れは止ま
る。かくして、収縮作動中の油圧シリンダ２のピストン
２ｃは、油室２ａ及び２ｂの流れの止まった油に挟まれ
て停止する。この際、油室２ａ及び２ｂには、油室２
ａ、油室２ｂの他、油路１４、油路１６、方向切換弁６
等に滞留する油、管路等の弾性変形により、油圧シリン
ダ２の慣性負荷２ｅ及び操作レバー１８ａの切換速度に
応じて減衰波形の圧力変動が発生する。

【００２６】（３）制御手段：制御手段２８の、圧力検
出器３０ａ及び圧力検出器３０ｂによって、油圧シリン
ダ２のロッド側油室２ａの油圧及びヘッド側油室２ｂの
油圧がそれぞれ検出される。また、操作検出器３２によ
って方向切換弁６の作動位置から中立位置への切換速度
が、操作レバー１８ａにおいて検出される。これらの出
力信号に基づいてコントローラ３４は、その演算手段３
４ａにより可変容量ポンプ４の吐出油の増加量を演算
し、タイマ３４ｂによって吐出油の増加時間が設定し、
可変容量ポンプ４の容量制御器４ａに指示信号を出力す
る。なお、演算手段３４ａは、油圧シリンダ２の負荷圧
力及び操作レバー１８ａの切換速度の、一方のみが規定
値を越えた状態、例えば大きい慣性負荷をゆっくり停止
させる、あるいは小さい慣性負荷を急停止させる等の場
合には、吐出油を増量させないで、可変容量ポンプが増
量の必要のない時には増量作動しないようにしている。

【００２７】（４）ポンプ吐出油の増加：制御手段２８
からの出力信号により、可変容量ポンプ４の容量制御器
４ａが作動され、吐出油が所定の量、所定の時間増量さ
れる。

【００２８】（５）補給油路、振動の減衰：増量された
可変容量ポンプ４の吐出油は、補給油路２５及び２６が
接続されている戻り油路１０に流れる。そして、油室２
ａ及び２ｂの圧力変動波形の圧力の増減の脈動に応じ
て、補給油路２５及び２６から可変容量ポンプ４の吐出
油が逆止弁２５ａ及び２６ａを介して油室２ａ及び２ｂ
に補給され、変動波形の凹凸が小さくなり、圧力変動は
減衰される。なお逆止弁２５ａ及び２６ａは、油圧シリ
ンダ２の圧油が通常の伸縮作動において戻り油路１０に
抜けないようにするために設けられている。

【００２９】（６）かくして、油圧シリンダ２の振動
は、油圧シリンダ２の作動を停止させるとともに可変容
量ポンプ４の吐出油が過給状態で補給され、減衰される
ので、振動は早期に減衰制振される。したがって、油圧
作業装置のバケット等の位置決めも容易にでき、また油
圧作業機が揺れるぐらつき感もなくなる。

【００３０】（７）なお、伸張あるいは収縮作動中の油
圧シリンダ２が停止に至る途中において、例えばロッド
側油室２ａあるいはヘッド側油室２ｂへの吐出油の供給
が不足気味になる場合においても、戻り油路１０から補
給油路２５又は２６を介して作動油が容易に供給される
ので、油圧シリンダ２はスムーズに作動する。

【００３１】図３は、本発明の他の実施の形態を示して
いる。油圧作業機の種類によって油圧シリンダ２に、過
負荷防止リリーフ弁と真空防止弁とが一体となったコン
ビネーションリリーフ弁３６、３７が油室２ａ及び２ｂ
にそれぞれ、あるいは一方にのみ、設けられる場合に
は、コンビネーションリリーフ弁３６、３７を補給油路
２５及び２６のそれぞれに配設し、真空防止弁である逆
止弁３６ａ及び３７ａを介して可変容量ポンプの吐出油
を供給することができる。

【００３２】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形
あるいは修正ができるものである。 （１）本発明の実施の形態においては、油圧シリンダの
ロッド側の油室及びヘッド側の油室の各々に補給油路が
接続されているが、油圧作業機のアクチュエータの配設
の形態に合わせて一方の油室にのみ設けてもよい。 （２）本発明の実施の形態においては、油圧シリンダは
１個であるが、油圧作業機に複数個設けられ複数個の油
圧シリンダに吐出油を同時に補給する場合には、制御手
段によって振動制振の対象となる油圧シリンダの数及び
作動状況を識別し、それに合わせて増量の量を決めれば
よい。 （３）本発明の実施の形態においては、アクチュエータ
として油圧シリンダが用いられておるが、他のアクチュ
エータ、例えば油圧モータ、油圧揺動モータ等に対して
も本発明を同様に適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明に従って構成された油圧作業機の
アクチュエータ制振装置によれば、特定の振動に限定さ
れずに広い範囲の振動を制振することができ、またアク
チュエータの緩急種々の停止操作にも対応できる、油圧
作業機のアクチュエータ制振装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成されたアクチュエータ制振
装置を含む、油圧作業機のアクチュエータの油圧回路
図。

【図２】可変容量ポンプの吐出油増加量と、シリンダ負
荷圧力及び操作レバー切換速度との関係を示した図。

【図３】補給油路の他の実施の形態を示す油圧回路図。

【符号の説明】

２：油圧シリンダ（アクチュエータ） ４：可変容量ポンプ ６：方向切換弁 １０：戻り油路 １２：油タンク ２４、２５、２６：補給油路 ２５ａ、２６ａ：逆止弁 ２８：制御手段 ３０ａ、３０ｂ：圧力検出器 ３２：操作検出器 ３４：コントローラ ３６：アクチュエータ制振装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量ポンプと、該可変容量ポンプか
   らの吐出油により作動されるアクチュエータと、該可変
   容量ポンプと該アクチュエータとの間に介在されて該吐
   出油を該アクチュエータに供給する作動位置及び該吐出
   油を戻り油路を介して油タンクに戻す中立位置を有する
   方向切換弁とを備えている油圧作業機において、 該アクチュエータと該戻り油路との間には、該戻り油路
   を分岐して該アクチュエータに接続するとともに該戻り
   油路から該アクチュエータの方向の流れのみを許容する
   逆止弁を備える補給油路が設けられ、該方向切換弁が該
   作動位置から該中立位置に切換られると該可変容量ポン
   プの該吐出油の量を所定の時間増加させる制御手段が設
   けられている、ことを特徴とする油圧作業機のアクチュ
   エータ制振装置。
2. 【請求項２】 該制御手段は、該アクチュエータの油圧
   及び該方向切換弁の該中立位置への切換速度に応じて該
   吐出油量を制御する、請求項１記載の油圧作業機のアク
   チュエータ制振装置。
3. 【請求項３】 該制御手段は、該アクチュエータの油圧
   を検出する圧力検出器と、該方向切換弁の該切換速度を
   検出する操作検出器と、検出された該油圧及び該切換速
   度に基づいて該可変容量ポンプの容量制御器に該吐出油
   の増加量及び増加時間を出力するコントローラとを含ん
   でいる、請求項１又は２記載の油圧作業機のアクチュエ
   ータ制振装置。