JP2002106503A - 作業用機械の油圧回路 - Google Patents

作業用機械の油圧回路

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JP2002106503A
JP2002106503A JP2000304511A JP2000304511A JP2002106503A JP 2002106503 A JP2002106503 A JP 2002106503A JP 2000304511 A JP2000304511 A JP 2000304511A JP 2000304511 A JP2000304511 A JP 2000304511A JP 2002106503 A JP2002106503 A JP 2002106503A
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pressure
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valve
rod
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Yoshiyuki Shimada
佳幸 嶋田
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧シリンダのロッド側、ヘッド側の何れか
一方のラインの排出油を他方のラインに供給するための
再生用回路を備えた油圧回路において、一方のラインの
過大ブースト圧発生回避のために設けたアンロード弁
が、該一方のラインへの油供給時に開いてしまう不具合
を回避する。 【解決手段】 ロッド側ラインAの油を油タンク12に
逃がすアンロード油路Dに、ロッド側ラインへの油供給
時には常時アンロード油路を閉じているが、ヘッド側ラ
インBへの油供給時には、該ヘッド側ラインの圧力が予
め設定される開口圧以上となったことに基づきアンロー
ド油路を開くアンロード弁19を配した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種建設作業、土
木作業等に用いられる油圧ショベル等の作業用機械の油
圧回路の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種作業用機械の油圧回路の
なかには、例えば油圧ショベルに装着されるアームを揺
動せしめるためのアームシリンダの油圧回路のように、
油圧シリンダのロッド側油室、ヘッド側油室の何れか一
方の油室からの排出油を、他方の油室に再生油として供
給するための再生用回路を備えたものがある。この様な
油圧回路の一例として、油圧ショベルに設けられるアー
ムシリンダの油圧回路を図4に示すが、該図4におい
て、9はアームシリンダ、11は油圧ポンプ、12は油
タンク、13はアームシリンダ9に対する圧油供給排出
制御を行う制御バルブ、14はアーム用操作レバー15
の操作に基づいて制御バルブ13にパイロット圧を出力
するパイロットバルブ、Aは制御バルブ13とアームシ
リンダ9のロッド側油室9aとを連結するロッド側ライ
ン、Bは制御バルブ13とアームシリンダ9のヘッド側
油室9bとを連結するヘッド側ライン、Cは上記ロッド
側ラインAとヘッド側ラインBとを連通する再生用油路
であって、該再生用油路Cには、再生用バルブ16およ
び逆止弁18が配されている。そして、アーム・イン操
作(アームシリンダ9を伸長させてアームを機体後方側
に揺動させる操作)時に、前記再生用バルブ16により
再生用油路Cを開いて、ヘッド側油室9bの圧力がロッ
ド側油室9aの圧力よりも低圧のあいだは、ロッド側油
室9aからの排出油を再生油としてヘッド側油室9bに
供給できるようになっており、これによりヘッド側油室
9bには、制御バルブ13から供給される油圧ポンプ1
1の圧油に加えて再生油が供給されることになって、再
生用回路がない場合に比して、アーム・インの作動速度
を速めることができるようになっている。ところで、前
記再生時において、ロッド側油室9aからの排出油が制
御バルブ13を経由して多量に油タンク12に流れてし
まうと、再生効果が低下してしまうことになる。このた
め、制御バルブ13のロッド側油室9aから油タンク1
2への排出用弁路に絞り13cを設けて、油タンク12
への排出量を減らしている。しかるに、この様にロッド
側油室9aから油タンク12への排出量を絞ると、ヘッ
ド側油室9bの圧力がロッド側油室9aよりも高圧にな
って再生が行われなくなったときに、ロッド側ラインA
に過大なブースト圧が発生して、アームシリンダ9の円
滑な作動が妨げられてしまうという問題が生じる。そこ
で、前記ロッド側ラインAに、該ロッド側ラインAの油
を制御バルブ13を経由することなく油タンク12に流
すためのアンロード油路Dを接続すると共に、該アンロ
ード油路Dに、ヘッド側ラインBの圧力が予め設定され
る開口圧を越えるとアンロード油路を開くアンロード弁
27を設け、これによりロッド側ラインAに過大なブー
スト圧が発生してしまうことを回避している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記アーム
シリンダの油圧回路において、アーム・アウト操作によ
る土砂の押しのけ作業や、アーム巻き込み状態からのア
ーム・アウト操作による吊り下げ作業等、アームシリン
ダ9のヘッド側油室9bに高負荷がかかる作業を行う場
合、その負荷圧が前記アンロード弁27の開口圧を越え
るとアンロード弁27が開いて、油圧ポンプ11からロ
ッド側ラインAに供給された圧油がアンロード油路Dを
通って油タンク12に流れ、アームシリンダ9への供給
油量が減ってシリンダの作動不良が発生してしまう。こ
れを回避するためには、アンロード弁27の開口圧を、
アーム・アウト操作により発生するヘッド側ラインBの
最大圧力よりも大きくしなければならないが、該アンロ
ード弁27の開口圧を高くすると、アーム・イン操作時
においてロッド側ラインAに発生する過大ブースト圧回
避機能が低下してしまうため、制御バルブ13に設けら
れる絞り弁13cを十分に絞ることができず、再生効果
を高めることができないという問題があり、これらに本
発明が解決しようとする課題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、油圧シリンダと、該油圧シリン
ダに対する油の供給排出制御を行う制御バルブと、油圧
シリンダのロッド側、ヘッド側の各油室と制御バルブと
をそれぞれ連結するロッド側、ヘッド側のラインと、ロ
ッド側、ヘッド側の何れか一方のラインの油圧シリンダ
からの排出油を他方のラインに供給するための再生用回
路とを備えて構成される作業用機械の油圧回路におい
て、前記一方のラインの油を制御バルブを経由すること
なく油タンクに逃がすためのアンロード油路を設け、該
アンロード油路に、制御バルブから一方のラインへの油
供給時には常時アンロード油路を閉じているが、制御バ
ルブから他方のラインへの油供給時には、該他方のライ
ンの圧力が予め設定される設定圧力以上となったことに
基づきアンロード油路を開くアンロード弁を配したもの
である。そして、この様にすることにより、他方のライ
ンへの油供給時には、再生機能を十分に発揮でき、かつ
該他方のラインの圧力が予め設定される設定圧力以上と
なったときにアンロード弁を開いて一方のラインに過大
ブースト圧が発生することがないようにしたものであり
ながら、一方のラインへの油供給時には、アンロード弁
が常時閉じているため、他方のラインに高負荷がかかる
作業であってもアンロード弁が開いて油圧シリンダの作
動不良を起してしまうような不具合の発生を確実に回避
できる。
【0005】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図面において、1は油圧ショベル
であって、該油圧ショベル1は、クローラ式の下部走行
体2、該下部走行体2に旋回自在に支持される上部旋回
体3、該上部旋回体3の前部に装着されるフロントアタ
ッチメント4等の各部から構成されており、さらに該フ
ロントアタッチメント4は、上部旋回体3に上下揺動自
在に支持されるブーム5、該ブーム5の先端部に前後揺
動自在に支持されるアーム6、該アーム6の先端部に前
後揺動自在に支持されるバケット7、これらブーム5、
アーム6、バケット7をそれぞれ揺動せしめるためのブ
ームシリンダ8、アームシリンダ9、バケットシリンダ
10等から構成されている等の基本的構成は、従来通り
である。
【0006】扨、図2に、前記アームシリンダ9の油圧
回路を示すが、該油圧回路図において、11は油圧ポン
プ、12は油タンク、13はアームシリンダ9に対する
油供給排出制御を行う制御バルブである。
【0007】前記制御バルブ13は、縮小側、伸長側の
パイロットポート13a、13bを備えたパイロット作
動式の三位置切換弁であって、両パイロットポート13
a、13bにパイロット圧が入力されていない状態で
は、油圧ポンプ11からの圧油を油タンク12に流し
て、アームシリンダ9に対する圧油供給排出を行わない
中立位置Nに位置しているが、縮小側パイロットポート
13aにパイロット圧が入力されることにより、油圧ポ
ンプ11からの圧油をロッド側ラインAを経由してアー
ムシリンダ9のロッド側油室9aに供給する一方、ヘッ
ド側油室9bからの排出油をヘッド側ラインBを経由し
て油タンク12に流す縮小側位置Xに切換わり、また伸
長側パイロットポート13bにパイロット圧が入力され
ることにより、油圧ポンプ11からの圧油をヘッド側ラ
インBを経由してアームシリンダ9のヘッド側油室9b
に供給する一方、ロッド側油室9aからの排出油をロッ
ド側ラインAを経由して油タンク12に流す伸長側位置
Yに切換るように構成されているが、該伸長側位置Yの
制御バルブ13は、ロッド側ラインAから油タンク12
への排出用弁路に絞り13cを備えている。この場合、
絞り13cは、後述する再生機能が高まるように、十分
に絞られている。ここで、前記アームシリンダ9は、ロ
ッド側油室9aへの圧油供給およびヘッド側油室9bか
らの油排出で縮小してアーム6を機体前方側に揺動(ア
ーム・アウト)せしめ、ヘッド側油室9bへの圧油供給
およびロッド側油室9aからの油排出で伸長してアーム
6を機体後方側に揺動(アーム・イン)せしめるように
構成されている。そして、アーム6の揺動支点を通る垂
線に対してアーム6の先端部が機体前方側に位置してい
る状態では、アームシリンダ9のロッド側油室9aがア
ーム6にかかる荷重を保持するようになっている。
【0008】さらに、前記図2の油圧回路図において、
14はアーム用のパイロット弁であって、縮小側パイロ
ット弁14Aと伸長側パイロット弁14Bとから構成さ
れているが、これら縮小側、伸長側のパイロット弁14
A、14Bは、アーム用操作レバー15をシリンダ縮小
側(アーム・アウト側)、シリンダ伸長側(アーム・イ
ン側)に操作することに基づいてそれぞれパイロット圧
を出力する。そして、縮小側パイロット弁14Aから出
力されたパイロット圧は、前記制御バルブ13の縮小側
パイロットポート13aに入力される。また、伸長側パ
イロット弁14Bから出力されたパイロット圧は、制御
バルブ13の伸長側パイロットポート13bに入力され
ると共に、後述する再生用バルブ16のパイロットポー
ト16aおよび切換弁17のパイロットポート17aに
入力される。
【0009】一方、Cは前記ロッド側ラインAとヘッド
側ラインBとを連通する再生用油路であって、該再生用
油路Cには、ロッド側ラインAからヘッド側ラインBへ
の油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する逆止
弁18、および前記再生用バルブ16が配されている。
【0010】前記再生用バルブ16は、パイロットポー
ト16aを備えた二位置切換弁であって、パイロットポ
ート16aにパイロット圧が入力されていない状態で
は、再生用油路Cを閉鎖する閉鎖位置Xに位置している
が、パイロットポート16aにパイロット圧が入力され
ることにより、再生用油路Cを開いてロッド側ラインA
の油を絞ってヘッド側ラインBに流す開放位置Yに切換
わるように構成されている。つまり再生用バルブ16
は、アーム・イン操作に基づいて伸長側パイロットバル
ブ14Bから出力されるパイロット圧により開放位置Y
に切換わって再生用油路Cを開くようになっており、こ
れにより、アーム・イン操作時に、アームシリンダ9の
ロッド側油室9aから排出される油の一部を再生油とし
てヘッド側油室9bに供給できるようになっている。そ
してこの再生は、ロッド側ラインAの圧力がヘッド側ラ
インBの圧力よりも高圧のあいだ行われるが、この場
合、前述したように、制御バルブ13のロッド側ライン
Aから油タンク12への排出用弁路に設けられる絞り1
3cが十分に絞られているため、上記ロッド側油室9a
からヘッド側油室9bへの再生機能が高められ、而し
て、ヘッド側油室9bには油圧ポンプ11からの圧油に
加えてロッド側油室9aからの再生油が十分に供給され
ることになって供給油量が増加し、アーム・イン操作時
におけるアームシリンダ9の伸長速度を速めることがで
きるようになっている。
【0011】さらに、Dは前記ロッド側ラインAの油を
制御バルブ13を経由することなく油タンク12に逃が
すためのアンロード油路であって、該アンロード油路D
には、アンロード油路Dを開閉するためのアンロード弁
19が配されている。
【0012】前記アンロード弁19は、バルブボディ2
0、スプール21、スリーブ22、スプリング23等の
部材を用いて構成されるが、上記スプール21は、軸方
向一端側(図2において上側、以下、スプール21の軸
方向一端側を上側、他端側を下側として説明するが、こ
れに限定されないことは勿論である)から第一ランド部
21a、該第一ランド部21aより小径の小径部21
b、第一ランド部21aと同径の第二ランド部21c、
第一ランド部21aよりも大径の第三ランド部21d、
第一ランド部21aよりも僅かに小径の第四ランド部2
1eが順次形成されており、さらに第二ランド部21c
と第三ランド部21dのあいだには、スプリング受部2
1fが形成されている。さらにまた、スプール21の軸
芯部には、上下方向に貫通する貫通路21gが穿設され
ている。
【0013】一方、バルブボディ20には、上記スプー
ル21の第一および第二ランド部21a、21cが上下
方向(スプール21の軸方向)摺動自在に嵌入されるス
プール摺動孔20aが開設されると共に、該スプール摺
動孔20aの下端から連続する状態で、スプール摺動孔
20aよりも大径の筒孔部20bが開設されている。さ
らにバルブボディ20には、上記スプール摺動孔20a
に連通する状態で、前記ロッド側ラインAに接続される
ロッド側ライン接続ポート20c、および油タンク12
に導通するタンクポート20dが形成されている。
【0014】また、前記バルブボディ20の筒孔部20
bの下半部には、スリーブ22が内嵌固定されている
が、該スリーブ22には、前記スプール21の第三、第
四ランド部21d、21eがそれぞれ上下方向移動自在
に嵌入される第一、第二嵌入孔22a、第二嵌入孔22
bが段差状に開設されている。
【0015】さらに、前記筒孔部20bの上半部はスプ
リング収納室20eになっていて、上記スリーブ22と
スプール21のスプリング受部21fとのあいだに介装
されてスプール21を上方に押圧するスプリング23が
収納されているが、該スプング収納室20eは、バルブ
ボディ20に形成される油路20fを介して前記タンク
ポート20dに連通している。
【0016】扨、スプール21の第一、第三、第四ラン
ド部21a、21d、21eは、前述したように、スプ
ール摺動孔20a、第一嵌入孔22a、第二嵌入孔22
bにそれぞれ上下方向移動自在に嵌合されているが、該
スプール摺動孔20aにおける第一ランド部21aの上
方、第二嵌入孔22bにおける第四ランド部21eの下
方部位、第一嵌入孔22aにおける第三ランド部21d
の下方は、それぞれ第一、第二、第三圧力室24、2
5、26に設定されている。
【0017】ここで、前記第二圧力室25と第三圧力室
26とは、アンロード弁19の外部を経由する連通油路
Eを介して接続されている。この連通油路Eには切換弁
17が配されているが、該切換弁17は、パイロットポ
ート17aを備えた二位置切換弁であって、パイロット
ポート17aには、前述したようにアーム・イン側の操
作に基づいて伸長側パイロットバルブ14Bから出力さ
れたパイロット圧が入力される。そしてこの切換弁17
は、パイロットポート17aにパイロット圧が入力され
ていない状態では、前記連通油路Eを開いて第三圧力室
26を第二圧力室25に導通させる第一位置Xに位置し
ているが、パイロット圧が入力されることにより、第三
圧力室26を油タンク12に導通させ、かつ第二圧力室
25に接続されるポートを閉じる第二位置Yに切換るよ
うに構成されている。
【0018】そして、前記第一圧力室24には、信号ラ
インFを介して前記ヘッド側ラインBの圧力が導入され
るようになっており、該第一圧力室24に導入された圧
力は、スプール21を下方に押圧する力として作用す
る。また第二圧力室25には、前記第一圧力室24の圧
力が貫通路21gを介して導入されるようになってお
り、該第二圧力室25に導入された圧力は、スプール2
1を上方に押圧する力として作用する。さらに第三圧力
室26には、前述の切換弁17が第一位置Xに位置して
いる状態では、連通油路Eを介して第二圧力室25の圧
力が導入されるようになっており、該第三圧力室26に
導入された圧力は、スプール21を上方に押圧する力と
して作用する。一方、切換弁17が第二位置Yに位置し
ている状態では、第三圧力室26は切換弁17を介して
油タンク12に導通しており、これにより第三圧力室2
6の圧力はタンク圧になっている。
【0019】ここで、第一圧力室24に導入された圧力
に対する第一ランド部21aの受圧面積をS1、第二圧
力室25に導入された圧力に対する第四ランド部21e
の受圧面積をS2、第三圧力室26に導入された圧力に
対する第三ランド部21dの受圧面積をS3とし、また
スプリング23がスプール21を上方に押圧する押圧力
をF、さらにアーム・イン操作時においてアンロード弁
19が開口する圧力として予め設定される開口圧をP
1、アーム・アウト操作により発生するヘッド側ライン
Bの最大圧力をPmとすると、下記の式(1)、(2)
が成り立つように設定されている。 P1×S1=P1×S2+F (1) Pm×S1<Pm×S2+Pm×S3+F (2) 上記式(1)、(2)において、左辺はスプール21を
下方に押圧する力、また右辺はスプール21を上方に押
圧する力を示している。
【0020】つまり、アーム・イン操作時には、前述し
たように伸長側パイロットバルブ14Bから出力された
パイロット圧が切換弁17のパイロットポート17aに
入力されて、該切換弁17を第二位置Yに切換える。こ
れにより、アンロード弁19の第三圧力室26が油タン
ク12に導通してタンク圧になるため、第三圧力室26
の圧力がスプール21に作用する力を無視できる。また
アンロード弁19の第一圧力室24には、ヘッド側ライ
ンBの圧力Pが信号ラインFを経由して導入され、さら
に該ヘッド側ラインBの圧力Pは、第一圧力室24から
貫通路21gを経由して第二圧力室25に導入される。
そして、上記第一圧力室24および第二圧力室25に導
入されるヘッド側ラインBの圧力Pが開口圧P1以下
(P≦P1)の場合、前記式(1)から次式(3)が導
かれる。 P×S1≦P×S2+F (3) 即ち、スプール21を下方に押圧する力(P×S1)
は、スプール21を上方に押圧する力(P×S2+F)
以下であり、この状態では、スプール21は、図2に示
す閉鎖位置に位置している。そして、該スプール21が
閉鎖位置に位置している状態では、第二ランド部21c
によりロッド側ライン接続ポート20cとタンクポート
20dとのあいだが閉鎖されており、而してロッド側ラ
インAの油がアンロード弁19を経由して油タンク12
に流れることがないように構成されている。また、上記
第一圧力室24および第二圧力室25に導入されるヘッ
ド側ラインBの圧力Pが開口圧P1よりも大きい(P>
P1)場合、前記式(1)から次式(4)が導かれる。 P×S1>P×S2+F (4) 即ち、スプール21を下方に押圧する力(P×S1)
が、スプール21を上方に押圧する力(P×S2+F)
よりも大きくなり、これによりスプール21は下方に移
動して、図3に示す開放位置に位置する。そして、該ス
プール21が開放位置に位置している状態では、小径部
21bによりロッド側ライン接続ポート20cとタンク
ポート20dとが連通しており、而してロッド側ライン
Aの油がアンロード弁19を経由して油タンク12に流
れるようになっている。つまりアーム・イン操作時にお
いて、アンロード弁19は、ヘッド側ラインBの圧力P
が開口圧P1以下の場合にはアンロード油路Dを閉鎖し
ているが、ヘッド側ラインBの圧力Pが開口圧P1より
も大きくなるとアンロード油路Dを開放して、ロッド側
ラインAの油を油タンク12に逃がすように構成されて
いる。ここで、前記アンロード弁19の開口圧P1は、
ロッド側ラインAに過大なブースト圧がかかることを回
避するべく最適な値に設定されている。
【0021】一方、アーム・アウト操作時には、伸長側
パイロットバルブ14Bからのパイロット圧の出力はな
いため、切換弁17は第一位置Xに位置しており、該切
換弁17を介して第三圧力室26は第二圧力室25に導
通している。而して、信号ラインFを経由して第一圧力
室24に導入されたヘッド側ラインBの圧力Pは、貫通
路21gを経由して第二圧力室25に導入され、さらに
連通油路Eを介して第三圧力室26に導入される。そし
て、上記第一、第二、および第三圧力室24、25、2
6に導入されるヘッド側ラインBの圧力Pは、アーム・
アウト操作により発生するヘッド側ラインBの最大圧力
Pmを越えることはない、つまり圧力Pは最大圧力以下
(P≦Pm)であるから、前記式(2)から次式(5)
が導かれる。 P×S1<P×S2+P×S3+F (5) 即ち、スプール21を下方に押圧する力(P×S1)
は、スプール21を上方に押圧する力(P×S2+P×
S3+F)よりも小さくなり、この状態では、スプール
21は、前述した閉鎖位置に位置している。而してアン
ロード弁19は、アーム・アウト操作時には常にアンロ
ード油路Dを閉鎖していて、ロッド側ラインAの油を油
タンク12に逃がすことがないように構成されている。
【0022】叙述の如く構成されたものにおいて、アン
ロード弁19は、前述したように、アーム・イン操作時
には、ヘッド側ラインBの圧力Pが開口圧P1以下の場
合にはアンロード油路Dを閉鎖しているが、ヘッド側ラ
インBの圧力Pが開口圧P1よりも大きくなるとアンロ
ード油路Dを開放して、ロッド側ラインAの油を油タン
ク12に逃がす一方、アーム・アウト操作時には、常に
アンロード油路Dを閉鎖していることになる。この結
果、アーム・イン操作時に、ロッド側油室9aからの排
出油をヘッド側油室9bに再生油として供給する再生機
能を十分に発揮できるよう制御バルブ13の排出用弁路
の絞り13cを十分に絞り、かつロッド側ラインAに過
大ブースト圧が発生することがないようアンロード弁1
9の開口圧P1を最適な値に設定したものでありなが
ら、アーム・アウト操作による土砂の押しのけ作業や、
アーム巻き込み状態からのアーム・アウト操作による吊
り下げ作業時など、アームシリンダ9のヘッド側油室9
bに高負荷がかかる作業を行う場合に、その負荷圧によ
りアンロード弁19が開いてロッド側ラインAの油が油
タンク12に流れてしまうような不具合の発生を確実に
回避できることになって、作業性が向上する。
【0023】尚、本発明は上記実施の形態に限定されな
いことは勿論であって、例えば油圧ショベルに設けられ
るバケットシリンダ等の再生用回路を備えた各種作業用
機械の油圧回路に、本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】油圧ショベルの斜視図である。
【図2】アームシリンダの油圧回路図である。
【図3】開放位置のアンロード弁を示す図である。
【図4】従来のアームシリンダの油圧回路図である。
【符号の説明】
9 アームシリンダ 9a ロッド側油室 9b ヘッド側油室 12 油タンク 13 制御バルブ 16 再生用バルブ 17 切換弁 19 アンロード弁 A ロッド側ライン B ヘッド側ライン C 再生用油路 D アンロード油路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧シリンダと、該油圧シリンダに対す
    る油の供給排出制御を行う制御バルブと、油圧シリンダ
    のロッド側、ヘッド側の各油室と制御バルブとをそれぞ
    れ連結するロッド側、ヘッド側のラインと、ロッド側、
    ヘッド側の何れか一方のラインの油圧シリンダからの排
    出油を他方のラインに供給するための再生用回路とを備
    えて構成される作業用機械の油圧回路において、 前記一方のラインの油を制御バルブを経由することなく
    油タンクに逃がすためのアンロード油路を設け、該アン
    ロード油路に、 制御バルブから一方のラインへの油供給時には常時アン
    ロード油路を閉じているが、制御バルブから他方のライ
    ンへの油供給時には、該他方のラインの圧力が予め設定
    される設定圧力以上となったことに基づきアンロード油
    路を開くアンロード弁を配したことを特徴とする作業用
    機械の油圧回路。
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