作業機械
【課題】フロント配管の流体伝播振動に起因するフロント作業装置の振動を抑制することができる作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械本体と、この作業機械本体に連結されたフロント作業装置４と、このフロント作業装置４に取り付けられた油圧アクチュエータ５ｂと、作業機械本体に設けられた油圧ポンプ７と、この油圧ポンプ７から吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ９と、このコントロールバルブ９と油圧アクチュエータ５ｂとを接続するフロント配管１０と、このフロント配管１０をフロント作業装置４に固定する配管支持部材１２と、フロント配管１０の配管支持部材１２及びコントロールバルブ９の間に一端が接続し他端が閉止された管路であってフロント配管１０を流れる主流に当該フロント配管１０から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置１１とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】作業機械本体と、この作業機械本体に連結されたフロント作業装置４と、このフロント作業装置４に取り付けられた油圧アクチュエータ５ｂと、作業機械本体に設けられた油圧ポンプ７と、この油圧ポンプ７から吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ９と、このコントロールバルブ９と油圧アクチュエータ５ｂとを接続するフロント配管１０と、このフロント配管１０をフロント作業装置４に固定する配管支持部材１２と、フロント配管１０の配管支持部材１２及びコントロールバルブ９の間に一端が接続し他端が閉止された管路であってフロント配管１０を流れる主流に当該フロント配管１０から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置１１とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動式のフロント作業装置を備えた作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の運転室の騒音を増大させる要因として、運転室の前方に設けた作業装置（以下、フロント作業装置という）からの放射音や共鳴音がある。こうした放射音や共鳴音は、フロント作業装置に敷設された油圧配管（以下、フロント配管という）の振動によって発生する。そして、フロント配管の振動は、油圧ポンプが繰り返し行う作動油の吐出及び吸入に伴って当該油圧ポンプが吐出する圧油に圧力脈動が生じることを一因としている。
【０００３】
それに対し、フロント作業装置の放射音や共鳴音を低減するために、フロント配管をその曲げ振動の節の位置で支持部材によって支持することで、支持部材を介してフロント配管からフロント作業装置に伝わる振動を抑えたものがある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、フロント配管には、曲げ振動だけでなく圧油の脈動に伴う流体伝播振動（圧力脈動）が発生する。この流体伝播振動はフロント配管の支持位置で変動するものではない。従って、上記文献のように曲げ振動の節の位置でフロント配管を支持しても、フロント作業装置へのフロント配管の曲げ振動の伝達こそ抑制できるものの、流体伝播振動に伴うフロント配管の断面収縮によって生じる支持部材の振動が伝わることによるフロント作業装置の振動を抑制することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、フロント配管の流体伝播振動に起因するフロント作業装置の振動を抑制することができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、作業機械本体と、この作業機械本体に連結されたフロント作業装置と、このフロント作業装置に取り付けられた油圧アクチュエータと、前記作業機械本体に設けられた油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブと前記油圧アクチュエータとを接続するフロント配管と、このフロント配管を前記フロント作業装置に固定する配管支持部材と、前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記フロント配管を流れる主流に当該フロント配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に前記脈動低減装置を複数設置したことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記複数の脈動低減装置の流路長が等しいことを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第２の発明において、前記複数の脈動低減装置の流路長が異なることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第１−第４のいずれかの発明において、前記油圧ポンプの吐出配管の前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記吐出配管を流れる主流に当該吐出配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる他の脈動低減装置をさらに備えことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フロント配管の流体伝播振動に起因するフロント作業装置の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の適用対象である作業機械の一例の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る作業機械に備えられた上部旋回体及びその近傍の構造物の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の要部の油圧回路の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であって図３に対応する図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であって図３に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の適用対象である作業機械の一例の側面図である。
【００１６】
図１に示した作業機械１は、下部走行体３と、下部走行体３上に回転自由に連結された上部旋回体２と、上部旋回体２の前部に上下揺動可能に設けられたフロント作業装置４とを備えている。
【００１７】
フロント作業装置４は、上部旋回体２に対して上下に回動可能に連結されたブーム４ａと、このブーム４ａに対して前後に回動可能に連結されたアーム４ｂと、このアーム４ｂの先端に回動可能に連結された作業具（本例ではバケット）４ｃとを備えている。このフロント作業装置４は、これに取り付けられた油圧アクチュエータで駆動する。フロント作業装置４を駆動する油圧アクチュエータとしては、上部旋回体２に対してブーム４ａを上下に駆動するブームシリンダ５ａと、ブーム４ａに対してアーム４ｂを前後に駆動するアームシリンダ５ｂと、アーム４ｂに対して作業具４ｃを駆動する作業具シリンダ５ｃとが備わっている。ブームシリンダ５ａは上部旋回体２及びブーム４ａに両端が連結され、アームシリンダ５ｂはブーム４ａ及びアーム４ｂに両端が連結され、作業具シリンダ５ｃはアーム４ｂ及び作業具４ｃに両端が連結されている。
【００１８】
下部走行体３は、作業機械１を自力走行させるための装置であり、本実施の形態では無限軌道履帯を有するクローラ式のものであるが、ホイール式のものであっても良い。また、この下部走行体３は、上部旋回体２とともに作業機械１の本体（作業機械本体）を構成する。
【００１９】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る作業機械に備えられた上部旋回体及びその近傍の構造物の模式図である。
【００２０】
図２に示すように、上部旋回体２には、運転席１３と、エンジン室１４とが備えられている。エンジン室１４には、エンジン６と、エンジン６で駆動される油圧ポンプ７と、油圧ポンプ７から吐出される圧油の流量及び方向を制御するコントロールバルブ９とが収容されている。油圧ポンプ７とコントロールバルブ９は配管８で接続されている。コントロールバルブ９は、実際には、上記ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ５ｂ及び作業具シリンダ５ｃに供給される圧油をそれぞれ制御する複数のコントロールバルブを含むバルブユニットであり、コントロールバルブ９を構成する各コントロールバルブがフロント配管を介してそれぞれブームシリンダ５ａ、アームシリンダ５ｂ及び作業具シリンダ５ｃに接続している。フロント配管として、図２ではコントロールバルブ９とアームシリンダ５ｂとを接続するもの（フロント配管１０）を代表的に図示している。このフロント配管１０は、その経路の途中の少なくとも１か所で配管支持部材１２によってブーム４ａの上面に固定されている。
【００２１】
なお、本願明細書で記載する「フロント配管」とは、フロント作業装置４に取り付けられた油圧アクチュエータとコントロールバルブ９とを接続する配管であって配管支持部材１２によってフロント作業装置４に対して固定された配管を言う。従って、図２ではアームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０しか図示していないが、コントロールバルブ９と作業具シリンダ５ｃとを接続する配管（図示せず）も「フロント配管」である。また、コントロールバルブ９とブームシリンダ５ａとを接続する配管（図示せず）が配管支持部材１２によってフロント作業装置４に固定される場合には、これも「フロント配管」に含まれる。
【００２２】
この「フロント配管」に対し、当該フロント配管を流れる圧油の脈動を低減する脈動低減装置１１を取り付けたことが本実施の形態の特徴である。フロント作業装置に複数の油圧アクチュエータが設置され、それに応じてフロント配管が複数設置される場合、各フロント配管に脈動低減装置が設置され得るが、いずれのフロント配管に脈動低減装置を設置する場合でも、脈動低減装置の構成及び動作は同様である。従って、本実施の形態ではアームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０に設置した脈動低減装置１１を代表として説明し、他のフロント配管に脈動低減装置を設置した場合については説明を省略する。
【００２３】
図３は本発明の第１の実施の形態の要部の油圧回路の概略図である。
【００２４】
図３に示した脈動低減装置１１は、ゴムホースや鋼管等の管路で構成されており、フロント配管１０に一端が接続され、他端は閉止されている。この脈動低減装置１１は、フロント配管１０における配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置に設置されている。配管支持部材１２が複数箇所に存在する場合、脈動低減装置１１の接続位置として好ましいのは、コントロールバルブ９に最も近い配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置である。脈動低減装置の流路径（管内径）はフロント配管１０の流路径（管内径）と等しいことが望ましい。
【００２５】
脈動低減装置１１の流路の長さＬ［ｍ］は、圧油の圧力脈動の波長をλ［ｍ］とした場合、次の式１で決定される。
Ｌ＝λ／４ ・・・（１）
ここで、圧力脈動の波長λは、圧力脈動の伝播速度をｖ［ｍ／ｓ］、圧力脈動の周波数をｆ［Ｈｚ］とした場合、次の式２で表される。
λ＝ｖ／ｆ ・・・（２）
従って、式１は次の式３のように表すことができる。
Ｌ＝ｖ／４ｆ ・・・（３）
このとき、エンジン６によって駆動される油圧ポンプ７が吐出する圧油には、エンジン６の回転数と、油圧ポンプ７のピストン本数に依存した肩波数の圧力変動が生じている。この圧力変動の周波数ｆｎ［Ｈｚ］（ｎ＝１，２，３・・・）は、エンジン回転数をｒ［ｍｉｎ−１］、油圧ポンプ７のピストン本数をＸ本、エンジン６に対する油圧ポンプ７の減速比をαとすると、次の式４のように表すことができる。
ｆｎ＝ｒ×Ｘ×α×ｎ／６０ ・・・（４）
この式（４）から分かる通り、圧油の脈動の周波数ｆｎは複数存在し得る。従って、複数存在する周波数ｆｎのうちから特に低減すべき周波数ｆｔを選択すれば、選択した周波数ｆｔの脈動を低減するのに適した脈動低減装置１１の流路長Ｌは先の式（３）から定まる。フロント配管１０に脈動低減装置１１を設置したことで、フロント配管１０から脈動低減装置１１内に伝わる流体伝播振動は脈動低減装置１１の閉止端で反射し、この反射波がフロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動に干渉する。脈動低減装置１１の流路長Ｌは前述したように定められるので、フロント配管１０と脈動低減装置１１との接続部において、フロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動の周波数ｆｔの成分に対し、脈動低減装置１１から戻ってくる反射波の周波数ｆｔの成分は逆位相となる。
【００２６】
次に本実施の形態の作業機械１の動作及び作用効果を順次説明する。
【００２７】
作業機械１においては、エンジン６によって油圧ポンプ７が駆動されると、油圧ポンプ７から圧油が吐出され、吐出された圧油は吐出配管８を通ってコントロールバルブ９に導かれる。運転席１３内の操作装置（図示せず）によってアームシリンダ５ｂの動作が指令された場合を例に挙げると、操作装置の操作に応じてコントロールバルブ９が駆動し、このコントロールバルブ９によって流量及び方向が制御された圧油がフロント配管１０を通ってアームシリンダ５ｂに供給される。これによってアームシリンダ５ｂが伸縮駆動し、アーム４ｂが動作する。
【００２８】
ここで、コントロールバルブ９、フロント配管を通って油圧アクチュエータに到達する圧油は、油圧ポンプ７の動作圧力に起因して脈動する。この圧油の周波数ｆｎの圧力脈動によって、フロント配管には断面の収縮変形を伴う周波数ｆｎの流体伝播振動が生じる。この流体伝播振動は配管支持部材１２を介してフロント作業装置４に伝達し、フロント作業装置４が周波数ｆｎの放射音あるいは共鳴音を発し得る。この放射音や共鳴音によって作業機械１の騒音が増大することになる。
【００２９】
そこで、前述したように本実施の形態の作業機械１においては、配管支持部材１２と油圧ポンプ９の間にサイドブランチ型の脈動低減装置１１を設置した。これにより、フロント配管１０を流れる圧油は、分流して脈動低減装置１１に流入して脈動低減装置１１の流路を満たし、フロント配管１０を流れる圧油の流体伝播振動が脈動低減装置１１内の圧油に伝播して、脈動低減装置１１の他端（閉止端）で反射した反射波がフロント配管１０を流れる主流に干渉する。このとき、前述した通り脈動低減装置１１の長さＬは特に低減するために選択した周波数ｆｔに応じて定められているので、フロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動の周波数ｆｔの成分が打ち消され、フロント配管１０を流れる主流の脈動低減装置１１の接続部よりも下流側（アームシリンダ５ｂ側）において圧油の圧力脈動が抑制される。その結果、フロント配管１０内の圧力脈動自体を抑制することができるので、配管支持部材１２を介したフロント作業装置４への流体伝播振動の伝達を低減することができる。こうしてフロント配管１０の振動を抑制することで、フロント配管１０のフロント作業装置４に対する加振力を低減することができ、フロント作業装置４が発生する放射音や共鳴音を低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態においては、脈動低減装置１１にゴムホースや鋼管を使用するため、アキュムレータを使用する場合等と比較して簡素な構造で十分な信頼性を確保することができる。また、脈動低減装置１１は配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間に設置されれば良いので、例えば作業機械本体のエンジン室１４に収容する、或いはフロント作業装置４の基部（ブーム４ａの作業機械本体との連結支点）の近辺又はそれよりもコントロールバルブ９寄りに配置することができるため、この脈動低減装置１１を設置したことによってフロント作業装置４の重量バランスが必要以上に悪くなることもない。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であり、先の図３に対応する図である。
【００３２】
本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、フロント配管１０の配管支持部材１２及びコントロールバルブ９の間に脈動低減装置１５を追加し、複数の脈動低減装置１１，１５を設置したことである。
【００３３】
脈動低減装置１５は脈動低減装置１１と同様の構成であり、その流路長はフロント配管１０を流れる圧油の流体伝播振動が包含する複数の周波数のうち低減対象とする周波数に応じて設定される。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数は、脈動低減装置１１が低減対象とする周波数と同一である場合と異なる場合がある。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数が脈動低減装置１１のそれと同一である場合、脈動低減装置１５の流路長は脈動低減装置１１と同じ周波数を基に設定されるため、脈動低減装置１１の流路長と等しくなる。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数が脈動低減装置１１のそれと異なる場合、前傾の式３，４に従って脈動低減装置１５が低減対象とする別の周波数に応じて流路長が設定される結果、脈動低減装置１１，１５の流路長が異なってくる。脈動低減装置１１，１５の位置的な前後関係は限定されない。
【００３４】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
単一の脈動低減装置１１で低減することができる流体伝播振動の周波数成分は脈動低減装置１１の流路長Ｌに依存した単一の周波数であるが、本実施の形態のように脈動低減装置１１と流路長が異なる脈動低減装置１５を追加することで、２種類の周波数成分を低減することができ、複数の周波数の騒音を低減することができる。他方、脈動低減装置１１と同じ流路長の脈動低減装置１５を追加した場合には、低減対象とする周波数成分が脈動低減装置１１単体では打ち消しきれないようなときに当該周波数成分を脈動低減装置１１とともに抑制する。
【００３６】
なお、本実施の形態では単一のフロント配管１０に２つの脈動低減装置１１，１５を設置した場合を例に挙げて説明したが、低減対象とする周波数成分の大きさや種類によって単一のフロント配管１０に３つ以上の脈動低減装置を設置することもできる。その場合、３つ以上の脈動低減装置の流路長が全て異なる場合もあれば、全て同じ又は一部同じ流路長にすることもできる。
【００３７】
図５は本発明の第３の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であり、先の図３に対応する図である。
【００３８】
本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、油圧ポンプ７の吐出配管８に他の脈動低減装置１６を追加した点である。
【００３９】
脈動低減装置１６は、吐出配管８における油圧ポンプ７とコントロールバルブ９との間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、脈動低減装置１１と同様の構成である。脈動低減装置１６は、吐出配管８を流れる主流に当該吐出配管８から分流させた圧油の反射波を干渉させ、吐出管路８を流れる流体伝播振動の対象とする周波数成分を低減するものであり、その設置目的や流路長の設置については、第２の実施の形態における脈動低減装置１５と同様である。従って、脈動低減装置１１，１６の流路長は同一である場合と異なる場合があり、吐出配管８に複数の脈動低減装置１６を設置して３つ以上の脈動低減装置を設置することもできる。その場合、吐出配管８に設置した複数の脈動低減装置１６の流路長が全て異なる場合もあれば、全て同じ又は一部同じ流路長にすることもできる。
【００４０】
その他の構成は第１の実施の形態と同じであり、本実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、特に図示していないが、第１−第３の実施の形態は適宜組み合わせ可能である。例えば、フロント配管１０に複数の脈動低減装置を設置しつつ、吐出配管８に少なくとも１つの脈動低減装置を設置する構成とすることもできる。
【００４２】
なお、図２−図５では、いずれの例でもコントトールバルブ９に最も近い配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置でフロント配管１０に脈動低減装置１１を設置した場合を例に挙げて説明したが、前述した通り、脈動低減装置１１は、その接続位置よりも圧油の流通方向の下流側の脈動を抑える効果があるので、接続位置よりもコントロールバルブ９から遠い位置に少なくとも１つの配管支持部材１２が存在していれば相応の効果を得ることができる。即ち、脈動低減装置とコントロールバルブ９との間に配管支持部材１２があっても、その脈動低減装置よりもコントロールバルブよりも反対側（油圧アクチュエータ側）に別の配管支持部材１２があれば当該配管支持部材１２を介したフロント作業装置４への振動伝達を抑制することができる。
【００４３】
また、アームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０に脈動低減装置１１を設置した場合を例に挙げて説明したが、この構成には限定されない。例えば、作業具シリンダ５ｃに接続する図示しないフロント配管に脈動低減装置１１を設置することもできる。その場合、フロント配管１０に設ける代わりに図示しないフロント配管に脈動低減装置１１を設置することも考えられるし、双方のフロント配管に脈動低減装置１１を設置することも考えられる。
【００４４】
更には、「フロント配管」は、厳密には対応する油圧シリンダのボトム側油室とロッド側油室にそれぞれ接続する一対の配管からなる。一対の配管は、シリンダの伸縮方向に応じ、コントロールバルブによって圧油の流通方向が切り換わる。従って、配管支持部材１２よりもコントロールバルブ９側に脈動低減装置１１を設置しても、脈動低減装置１１の接続位置が配管支持部材１２に対して常に上流側である訳ではない。従って、対応するシリンダの動作方向によらず配管支持部材１２よりも上流側で常に脈動が抑えられるようにする上では、対応するシリンダに接続する一対のフロント配管の双方にそれぞれ、配管支持部材１２よりもコントロールバルブ９側に脈度低減装置１１を設置することが好ましい。
【００４５】
また、「フロント配管」の接続先は油圧シリンダには限定されず、油圧モータ等の他の油圧アクチュエータも含まれ得る。例えば、アーム４ｂの先端にブレーカをアタッチメントとして取り付けた場合には、その油圧モータに接続するフロント配管に脈動低減装置１１を設置した場合も同様に効果を奏することができる。また、アーム４ｂに取り付ける作業具（アタッチメント）によっては、複数の油圧アクチュエータを要するものがある。このような作業具を取り付ける場合にはフロント配管の数が増すが、増設したフロント配管に脈動低減装置１１を設置した場合も勿論同様に効果を得ることができる。
【００４６】
また、以上の実施の形態では、作業機械１として油圧ショベルを例に挙げ、油圧ショベルに発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、例えばホイールローダを含む他の種類の作業機械にも適用可能であり、同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 作業機械
２ 上部旋回体
３ 下部走行体
４ フロント作業装置
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ 作業具（バケット）
５ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５ｂ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５ｃ 作業具シリンダ（油圧アクチュエータ）
６ エンジン
７ 油圧ポンプ
８ 配管
９ コントロールバルブ
１０ フロント配管
１１ 脈動低減装置
１２ 配管支持部材
１３ 運転席
１４ エンジン室
１５ 脈動低減装置
１６ 脈動低減装置（他の脈動低減装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動式のフロント作業装置を備えた作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の運転室の騒音を増大させる要因として、運転室の前方に設けた作業装置（以下、フロント作業装置という）からの放射音や共鳴音がある。こうした放射音や共鳴音は、フロント作業装置に敷設された油圧配管（以下、フロント配管という）の振動によって発生する。そして、フロント配管の振動は、油圧ポンプが繰り返し行う作動油の吐出及び吸入に伴って当該油圧ポンプが吐出する圧油に圧力脈動が生じることを一因としている。
【０００３】
それに対し、フロント作業装置の放射音や共鳴音を低減するために、フロント配管をその曲げ振動の節の位置で支持部材によって支持することで、支持部材を介してフロント配管からフロント作業装置に伝わる振動を抑えたものがある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、フロント配管には、曲げ振動だけでなく圧油の脈動に伴う流体伝播振動（圧力脈動）が発生する。この流体伝播振動はフロント配管の支持位置で変動するものではない。従って、上記文献のように曲げ振動の節の位置でフロント配管を支持しても、フロント作業装置へのフロント配管の曲げ振動の伝達こそ抑制できるものの、流体伝播振動に伴うフロント配管の断面収縮によって生じる支持部材の振動が伝わることによるフロント作業装置の振動を抑制することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、フロント配管の流体伝播振動に起因するフロント作業装置の振動を抑制することができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、作業機械本体と、この作業機械本体に連結されたフロント作業装置と、このフロント作業装置に取り付けられた油圧アクチュエータと、前記作業機械本体に設けられた油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブと前記油圧アクチュエータとを接続するフロント配管と、このフロント配管を前記フロント作業装置に固定する配管支持部材と、前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記フロント配管を流れる主流に当該フロント配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に前記脈動低減装置を複数設置したことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記複数の脈動低減装置の流路長が等しいことを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第２の発明において、前記複数の脈動低減装置の流路長が異なることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第１−第４のいずれかの発明において、前記油圧ポンプの吐出配管の前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記吐出配管を流れる主流に当該吐出配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる他の脈動低減装置をさらに備えことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フロント配管の流体伝播振動に起因するフロント作業装置の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の適用対象である作業機械の一例の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る作業機械に備えられた上部旋回体及びその近傍の構造物の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の要部の油圧回路の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であって図３に対応する図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であって図３に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の適用対象である作業機械の一例の側面図である。
【００１６】
図１に示した作業機械１は、下部走行体３と、下部走行体３上に回転自由に連結された上部旋回体２と、上部旋回体２の前部に上下揺動可能に設けられたフロント作業装置４とを備えている。
【００１７】
フロント作業装置４は、上部旋回体２に対して上下に回動可能に連結されたブーム４ａと、このブーム４ａに対して前後に回動可能に連結されたアーム４ｂと、このアーム４ｂの先端に回動可能に連結された作業具（本例ではバケット）４ｃとを備えている。このフロント作業装置４は、これに取り付けられた油圧アクチュエータで駆動する。フロント作業装置４を駆動する油圧アクチュエータとしては、上部旋回体２に対してブーム４ａを上下に駆動するブームシリンダ５ａと、ブーム４ａに対してアーム４ｂを前後に駆動するアームシリンダ５ｂと、アーム４ｂに対して作業具４ｃを駆動する作業具シリンダ５ｃとが備わっている。ブームシリンダ５ａは上部旋回体２及びブーム４ａに両端が連結され、アームシリンダ５ｂはブーム４ａ及びアーム４ｂに両端が連結され、作業具シリンダ５ｃはアーム４ｂ及び作業具４ｃに両端が連結されている。
【００１８】
下部走行体３は、作業機械１を自力走行させるための装置であり、本実施の形態では無限軌道履帯を有するクローラ式のものであるが、ホイール式のものであっても良い。また、この下部走行体３は、上部旋回体２とともに作業機械１の本体（作業機械本体）を構成する。
【００１９】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る作業機械に備えられた上部旋回体及びその近傍の構造物の模式図である。
【００２０】
図２に示すように、上部旋回体２には、運転席１３と、エンジン室１４とが備えられている。エンジン室１４には、エンジン６と、エンジン６で駆動される油圧ポンプ７と、油圧ポンプ７から吐出される圧油の流量及び方向を制御するコントロールバルブ９とが収容されている。油圧ポンプ７とコントロールバルブ９は配管８で接続されている。コントロールバルブ９は、実際には、上記ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ５ｂ及び作業具シリンダ５ｃに供給される圧油をそれぞれ制御する複数のコントロールバルブを含むバルブユニットであり、コントロールバルブ９を構成する各コントロールバルブがフロント配管を介してそれぞれブームシリンダ５ａ、アームシリンダ５ｂ及び作業具シリンダ５ｃに接続している。フロント配管として、図２ではコントロールバルブ９とアームシリンダ５ｂとを接続するもの（フロント配管１０）を代表的に図示している。このフロント配管１０は、その経路の途中の少なくとも１か所で配管支持部材１２によってブーム４ａの上面に固定されている。
【００２１】
なお、本願明細書で記載する「フロント配管」とは、フロント作業装置４に取り付けられた油圧アクチュエータとコントロールバルブ９とを接続する配管であって配管支持部材１２によってフロント作業装置４に対して固定された配管を言う。従って、図２ではアームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０しか図示していないが、コントロールバルブ９と作業具シリンダ５ｃとを接続する配管（図示せず）も「フロント配管」である。また、コントロールバルブ９とブームシリンダ５ａとを接続する配管（図示せず）が配管支持部材１２によってフロント作業装置４に固定される場合には、これも「フロント配管」に含まれる。
【００２２】
この「フロント配管」に対し、当該フロント配管を流れる圧油の脈動を低減する脈動低減装置１１を取り付けたことが本実施の形態の特徴である。フロント作業装置に複数の油圧アクチュエータが設置され、それに応じてフロント配管が複数設置される場合、各フロント配管に脈動低減装置が設置され得るが、いずれのフロント配管に脈動低減装置を設置する場合でも、脈動低減装置の構成及び動作は同様である。従って、本実施の形態ではアームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０に設置した脈動低減装置１１を代表として説明し、他のフロント配管に脈動低減装置を設置した場合については説明を省略する。
【００２３】
図３は本発明の第１の実施の形態の要部の油圧回路の概略図である。
【００２４】
図３に示した脈動低減装置１１は、ゴムホースや鋼管等の管路で構成されており、フロント配管１０に一端が接続され、他端は閉止されている。この脈動低減装置１１は、フロント配管１０における配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置に設置されている。配管支持部材１２が複数箇所に存在する場合、脈動低減装置１１の接続位置として好ましいのは、コントロールバルブ９に最も近い配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置である。脈動低減装置の流路径（管内径）はフロント配管１０の流路径（管内径）と等しいことが望ましい。
【００２５】
脈動低減装置１１の流路の長さＬ［ｍ］は、圧油の圧力脈動の波長をλ［ｍ］とした場合、次の式１で決定される。
Ｌ＝λ／４ ・・・（１）
ここで、圧力脈動の波長λは、圧力脈動の伝播速度をｖ［ｍ／ｓ］、圧力脈動の周波数をｆ［Ｈｚ］とした場合、次の式２で表される。
λ＝ｖ／ｆ ・・・（２）
従って、式１は次の式３のように表すことができる。
Ｌ＝ｖ／４ｆ ・・・（３）
このとき、エンジン６によって駆動される油圧ポンプ７が吐出する圧油には、エンジン６の回転数と、油圧ポンプ７のピストン本数に依存した肩波数の圧力変動が生じている。この圧力変動の周波数ｆｎ［Ｈｚ］（ｎ＝１，２，３・・・）は、エンジン回転数をｒ［ｍｉｎ−１］、油圧ポンプ７のピストン本数をＸ本、エンジン６に対する油圧ポンプ７の減速比をαとすると、次の式４のように表すことができる。
ｆｎ＝ｒ×Ｘ×α×ｎ／６０ ・・・（４）
この式（４）から分かる通り、圧油の脈動の周波数ｆｎは複数存在し得る。従って、複数存在する周波数ｆｎのうちから特に低減すべき周波数ｆｔを選択すれば、選択した周波数ｆｔの脈動を低減するのに適した脈動低減装置１１の流路長Ｌは先の式（３）から定まる。フロント配管１０に脈動低減装置１１を設置したことで、フロント配管１０から脈動低減装置１１内に伝わる流体伝播振動は脈動低減装置１１の閉止端で反射し、この反射波がフロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動に干渉する。脈動低減装置１１の流路長Ｌは前述したように定められるので、フロント配管１０と脈動低減装置１１との接続部において、フロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動の周波数ｆｔの成分に対し、脈動低減装置１１から戻ってくる反射波の周波数ｆｔの成分は逆位相となる。
【００２６】
次に本実施の形態の作業機械１の動作及び作用効果を順次説明する。
【００２７】
作業機械１においては、エンジン６によって油圧ポンプ７が駆動されると、油圧ポンプ７から圧油が吐出され、吐出された圧油は吐出配管８を通ってコントロールバルブ９に導かれる。運転席１３内の操作装置（図示せず）によってアームシリンダ５ｂの動作が指令された場合を例に挙げると、操作装置の操作に応じてコントロールバルブ９が駆動し、このコントロールバルブ９によって流量及び方向が制御された圧油がフロント配管１０を通ってアームシリンダ５ｂに供給される。これによってアームシリンダ５ｂが伸縮駆動し、アーム４ｂが動作する。
【００２８】
ここで、コントロールバルブ９、フロント配管を通って油圧アクチュエータに到達する圧油は、油圧ポンプ７の動作圧力に起因して脈動する。この圧油の周波数ｆｎの圧力脈動によって、フロント配管には断面の収縮変形を伴う周波数ｆｎの流体伝播振動が生じる。この流体伝播振動は配管支持部材１２を介してフロント作業装置４に伝達し、フロント作業装置４が周波数ｆｎの放射音あるいは共鳴音を発し得る。この放射音や共鳴音によって作業機械１の騒音が増大することになる。
【００２９】
そこで、前述したように本実施の形態の作業機械１においては、配管支持部材１２と油圧ポンプ９の間にサイドブランチ型の脈動低減装置１１を設置した。これにより、フロント配管１０を流れる圧油は、分流して脈動低減装置１１に流入して脈動低減装置１１の流路を満たし、フロント配管１０を流れる圧油の流体伝播振動が脈動低減装置１１内の圧油に伝播して、脈動低減装置１１の他端（閉止端）で反射した反射波がフロント配管１０を流れる主流に干渉する。このとき、前述した通り脈動低減装置１１の長さＬは特に低減するために選択した周波数ｆｔに応じて定められているので、フロント配管１０を流れる主流の流体伝播振動の周波数ｆｔの成分が打ち消され、フロント配管１０を流れる主流の脈動低減装置１１の接続部よりも下流側（アームシリンダ５ｂ側）において圧油の圧力脈動が抑制される。その結果、フロント配管１０内の圧力脈動自体を抑制することができるので、配管支持部材１２を介したフロント作業装置４への流体伝播振動の伝達を低減することができる。こうしてフロント配管１０の振動を抑制することで、フロント配管１０のフロント作業装置４に対する加振力を低減することができ、フロント作業装置４が発生する放射音や共鳴音を低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態においては、脈動低減装置１１にゴムホースや鋼管を使用するため、アキュムレータを使用する場合等と比較して簡素な構造で十分な信頼性を確保することができる。また、脈動低減装置１１は配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間に設置されれば良いので、例えば作業機械本体のエンジン室１４に収容する、或いはフロント作業装置４の基部（ブーム４ａの作業機械本体との連結支点）の近辺又はそれよりもコントロールバルブ９寄りに配置することができるため、この脈動低減装置１１を設置したことによってフロント作業装置４の重量バランスが必要以上に悪くなることもない。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であり、先の図３に対応する図である。
【００３２】
本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、フロント配管１０の配管支持部材１２及びコントロールバルブ９の間に脈動低減装置１５を追加し、複数の脈動低減装置１１，１５を設置したことである。
【００３３】
脈動低減装置１５は脈動低減装置１１と同様の構成であり、その流路長はフロント配管１０を流れる圧油の流体伝播振動が包含する複数の周波数のうち低減対象とする周波数に応じて設定される。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数は、脈動低減装置１１が低減対象とする周波数と同一である場合と異なる場合がある。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数が脈動低減装置１１のそれと同一である場合、脈動低減装置１５の流路長は脈動低減装置１１と同じ周波数を基に設定されるため、脈動低減装置１１の流路長と等しくなる。脈動低減装置１５が低減対象とする周波数が脈動低減装置１１のそれと異なる場合、前傾の式３，４に従って脈動低減装置１５が低減対象とする別の周波数に応じて流路長が設定される結果、脈動低減装置１１，１５の流路長が異なってくる。脈動低減装置１１，１５の位置的な前後関係は限定されない。
【００３４】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
単一の脈動低減装置１１で低減することができる流体伝播振動の周波数成分は脈動低減装置１１の流路長Ｌに依存した単一の周波数であるが、本実施の形態のように脈動低減装置１１と流路長が異なる脈動低減装置１５を追加することで、２種類の周波数成分を低減することができ、複数の周波数の騒音を低減することができる。他方、脈動低減装置１１と同じ流路長の脈動低減装置１５を追加した場合には、低減対象とする周波数成分が脈動低減装置１１単体では打ち消しきれないようなときに当該周波数成分を脈動低減装置１１とともに抑制する。
【００３６】
なお、本実施の形態では単一のフロント配管１０に２つの脈動低減装置１１，１５を設置した場合を例に挙げて説明したが、低減対象とする周波数成分の大きさや種類によって単一のフロント配管１０に３つ以上の脈動低減装置を設置することもできる。その場合、３つ以上の脈動低減装置の流路長が全て異なる場合もあれば、全て同じ又は一部同じ流路長にすることもできる。
【００３７】
図５は本発明の第３の実施の形態の要部の油圧回路の概略図であり、先の図３に対応する図である。
【００３８】
本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、油圧ポンプ７の吐出配管８に他の脈動低減装置１６を追加した点である。
【００３９】
脈動低減装置１６は、吐出配管８における油圧ポンプ７とコントロールバルブ９との間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、脈動低減装置１１と同様の構成である。脈動低減装置１６は、吐出配管８を流れる主流に当該吐出配管８から分流させた圧油の反射波を干渉させ、吐出管路８を流れる流体伝播振動の対象とする周波数成分を低減するものであり、その設置目的や流路長の設置については、第２の実施の形態における脈動低減装置１５と同様である。従って、脈動低減装置１１，１６の流路長は同一である場合と異なる場合があり、吐出配管８に複数の脈動低減装置１６を設置して３つ以上の脈動低減装置を設置することもできる。その場合、吐出配管８に設置した複数の脈動低減装置１６の流路長が全て異なる場合もあれば、全て同じ又は一部同じ流路長にすることもできる。
【００４０】
その他の構成は第１の実施の形態と同じであり、本実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、特に図示していないが、第１−第３の実施の形態は適宜組み合わせ可能である。例えば、フロント配管１０に複数の脈動低減装置を設置しつつ、吐出配管８に少なくとも１つの脈動低減装置を設置する構成とすることもできる。
【００４２】
なお、図２−図５では、いずれの例でもコントトールバルブ９に最も近い配管支持部材１２とコントロールバルブ９との間の位置でフロント配管１０に脈動低減装置１１を設置した場合を例に挙げて説明したが、前述した通り、脈動低減装置１１は、その接続位置よりも圧油の流通方向の下流側の脈動を抑える効果があるので、接続位置よりもコントロールバルブ９から遠い位置に少なくとも１つの配管支持部材１２が存在していれば相応の効果を得ることができる。即ち、脈動低減装置とコントロールバルブ９との間に配管支持部材１２があっても、その脈動低減装置よりもコントロールバルブよりも反対側（油圧アクチュエータ側）に別の配管支持部材１２があれば当該配管支持部材１２を介したフロント作業装置４への振動伝達を抑制することができる。
【００４３】
また、アームシリンダ５ｂに接続するフロント配管１０に脈動低減装置１１を設置した場合を例に挙げて説明したが、この構成には限定されない。例えば、作業具シリンダ５ｃに接続する図示しないフロント配管に脈動低減装置１１を設置することもできる。その場合、フロント配管１０に設ける代わりに図示しないフロント配管に脈動低減装置１１を設置することも考えられるし、双方のフロント配管に脈動低減装置１１を設置することも考えられる。
【００４４】
更には、「フロント配管」は、厳密には対応する油圧シリンダのボトム側油室とロッド側油室にそれぞれ接続する一対の配管からなる。一対の配管は、シリンダの伸縮方向に応じ、コントロールバルブによって圧油の流通方向が切り換わる。従って、配管支持部材１２よりもコントロールバルブ９側に脈動低減装置１１を設置しても、脈動低減装置１１の接続位置が配管支持部材１２に対して常に上流側である訳ではない。従って、対応するシリンダの動作方向によらず配管支持部材１２よりも上流側で常に脈動が抑えられるようにする上では、対応するシリンダに接続する一対のフロント配管の双方にそれぞれ、配管支持部材１２よりもコントロールバルブ９側に脈度低減装置１１を設置することが好ましい。
【００４５】
また、「フロント配管」の接続先は油圧シリンダには限定されず、油圧モータ等の他の油圧アクチュエータも含まれ得る。例えば、アーム４ｂの先端にブレーカをアタッチメントとして取り付けた場合には、その油圧モータに接続するフロント配管に脈動低減装置１１を設置した場合も同様に効果を奏することができる。また、アーム４ｂに取り付ける作業具（アタッチメント）によっては、複数の油圧アクチュエータを要するものがある。このような作業具を取り付ける場合にはフロント配管の数が増すが、増設したフロント配管に脈動低減装置１１を設置した場合も勿論同様に効果を得ることができる。
【００４６】
また、以上の実施の形態では、作業機械１として油圧ショベルを例に挙げ、油圧ショベルに発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、例えばホイールローダを含む他の種類の作業機械にも適用可能であり、同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 作業機械
２ 上部旋回体
３ 下部走行体
４ フロント作業装置
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ 作業具（バケット）
５ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５ｂ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５ｃ 作業具シリンダ（油圧アクチュエータ）
６ エンジン
７ 油圧ポンプ
８ 配管
９ コントロールバルブ
１０ フロント配管
１１ 脈動低減装置
１２ 配管支持部材
１３ 運転席
１４ エンジン室
１５ 脈動低減装置
１６ 脈動低減装置（他の脈動低減装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械本体と、
この作業機械本体に連結されたフロント作業装置と、
このフロント作業装置に取り付けられた油圧アクチュエータと、
前記作業機械本体に設けられた油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブと、
このコントロールバルブと前記油圧アクチュエータとを接続するフロント配管と、
このフロント配管を前記フロント作業装置に固定する配管支持部材と、
前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記フロント配管を流れる主流に当該フロント配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置と
を備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に前記脈動低減装置を複数設置したことを特徴とする請求項１の作業機械。
【請求項３】
前記複数の脈動低減装置の流路長が等しいことを特徴とする請求項２の作業機械。
【請求項４】
前記複数の脈動低減装置の流路長が異なることを特徴とする請求項２の作業機械。
【請求項５】
前記油圧ポンプの吐出配管の前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記吐出配管を流れる主流に当該吐出配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる他の脈動低減装置をさらに備えことを特徴とする請求項１−４のいずれかの作業機械。
【請求項１】
作業機械本体と、
この作業機械本体に連結されたフロント作業装置と、
このフロント作業装置に取り付けられた油圧アクチュエータと、
前記作業機械本体に設けられた油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブと、
このコントロールバルブと前記油圧アクチュエータとを接続するフロント配管と、
このフロント配管を前記フロント作業装置に固定する配管支持部材と、
前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記フロント配管を流れる主流に当該フロント配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる脈動低減装置と
を備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
前記フロント配管の前記配管支持部材及び前記コントロールバルブの間に前記脈動低減装置を複数設置したことを特徴とする請求項１の作業機械。
【請求項３】
前記複数の脈動低減装置の流路長が等しいことを特徴とする請求項２の作業機械。
【請求項４】
前記複数の脈動低減装置の流路長が異なることを特徴とする請求項２の作業機械。
【請求項５】
前記油圧ポンプの吐出配管の前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に一端が接続し他端が閉止された管路であって、前記吐出配管を流れる主流に当該吐出配管から分流させた圧油の反射波を干渉させる他の脈動低減装置をさらに備えことを特徴とする請求項１−４のいずれかの作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５７１６５（Ｐ２０１３−５７１６５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４４４３（Ｐ２０１１−１９４４４３）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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