JP2016191428A - 作業機の油圧システムの制御方法、作業機の油圧システム及び作業機 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示された油圧システムは、斜板式の可変容量型アキシャルモータ(HSTモータ)を使用して変速を行うシステムである。詳しくは、油圧切換弁を介して圧油を斜板切換シリンダに供給し、斜板切換シリンダの作動によって、HSTモータの斜板の角度を変更して低速(1速)と高速(2速)とを切り換えるように構成されている。
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、例えば、低温時等の様々な状況であっても方向切換弁を適正に切り換えることができる作業機の油圧システムの制御方法、作業機の油圧システム及び作業機を提供することを目的とする。
作業機の油圧システムの制御方法は、パイロット油の圧力であるパイロット圧に応じて複数の切換位置へ切換可能な油圧切換弁に付加される前記パイロット圧を開度の設定によって変更可能な方向切換弁が、所定の開度である第1位置又は前記第1位置に対応する所定の開度よりも大きい開度である第2位置に切り換えられたことを検出するステップと、前記方向切換弁の前記第2位置での経過時間である第1経過時間を計測するステップと、前記計測された第1経過時間が予め定められた第1所定時間に達したか否かを判定するステップと、前記パイロット圧が予め定められた所定圧力に達しているか否かを判定するステップと、前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していれば前記方向切換弁の前記第2位置を保持するステップと、前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していなければ前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップと、前記方向切換弁が前記第2位置で保持されていることを検出するステップと、前記方向切換弁の前記第2位置での保持が検出され、且つ前記パイロット圧が前記所定圧力よりも低下したときに、当該パイロット圧が前記所定圧力未満に低下した時間である第2経過時間を計測するステップと、前記計測された第2経過時間が前記第1所定時間とは異なる第2所定時間に達したか否かを判定するステップと、前記第2経過時間が前記第2所定時間に達すれば、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップと、を備える。
さらに、好ましくは、一度前記方向切換弁が前記第2位置に保持された後は、前記第1所定時間の代わりに前記第2所定時間を用いる。
加えて、好ましくは、前記方向切換弁の前記第2位置での経過時間である第1経過時間の計測を、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップが少なくとも1回行われた後であって、前記第1位置から第2位置への切り換えが行われたときに行う。
[第1実施形態]
まず、図8及び図9を参照し、本発明の実施形態による作業機1の全体の構成を説明する。
走行装置4は、クローラ式走行装置により構成されている。走行装置4は、機体2の左側の下方及び機体2の右側の下方に設けられている。走行装置4は、油圧駆動式の走行モータ21L,21R(ホイルモータ)の駆動力によって、走行可能である。
バケット23は装着ブラケット27に着脱自在である。装着ブラケット27は、バケット23を取り外せば、各種のアタッチメント(油圧アクチュエータを有する油圧駆動式の作業具)を取り付けることができ、掘削以外の各種の作業(又は他の掘削作業)を行えるように構成されている。
エンジン29の前方には、走行モータ21L,21Rを駆動する油圧駆動装置32が設けられている。さらに、油圧駆動装置32の前方には、油圧ポンプからなる第1〜3ポンプP1,P2,P3が設けられている。機体2には、作業装置3用のコントロールバルブ33(油圧制御装置)が設けられている。
図1は、本実施形態に係る作業機1の走行系の油圧システムである油圧システムの一部を示す図である。
油圧ポンプである第1〜3ポンプP1,P2,P3は、エンジン29の動力によって駆動される定容量型のギヤポンプによって構成されている。
第3ポンプP3の吐出油路100aの終端には、後述する油圧切換弁に付加されるパイロット圧を開度の設定によって変更可能な方向切換弁である2速切換弁64が接続されている。吐出油路100aの下流側には、第3ポンプP3の最高圧力を設定するリリーフ弁52が接続されている。
2速切換弁64を第2位置64bに切り換えると、油圧切換弁263の受圧部264にパイロット圧が加わる。受圧部264に加わるパイロット圧が設定圧に達すると、油圧切換弁263は、第1切換位置63aから中立位置63cを経て第2切換位置63bへ切り換わる。
図1に示すように、第2油路100xであって、油圧切換弁263の受圧部264と合流部VXとの間には、パイロット圧を検出する圧力検出部300が接続されている。圧力検出部300は、圧力計(圧力センサ)から構成されている。圧力検出部300は、CPU(Central Processing Unit)等から構成された制御部301に接続されている。
操作部材302は、HSTモータ257の1速或いは2速を設定するスイッチであって、作業機1の走行速度の切換を指示するものである。操作部材302は、例えば、揺動自在なシーソ型スイッチ、スライド自在なスライド型スイッチ、或いは、押圧自在なプッシュ型スイッチで構成されている。シーソ型スイッチにあっては、一方側に揺動することにより1速、他方側に揺動することにより2速に設定することができる。スライド型スイッチにあっては、一方側にスライドすることにより1速、他方側にスライドすることにより2速に設定することができる。プッシュ型スイッチにあっては、押圧を行う毎に1速、2速の順に切り換わる。
制御部301は、操作部材302が操作されてHSTモータ257を1速にする操作がなされたとき、方向切換弁64を第1位置64aにする指令(以下、「1速指令」ということがある)を方向切換弁64に出力する。この1速指令によって方向切換弁64が第1位置64aに設定されると、第2油路100xのパイロット圧が設定値未満(設定圧未満)であれば、油圧切換弁263は第1切換位置63aに設定され、HSTモータ257が1速となる。
つまり、制御部301は、2速指令の出力後に第2油路100xにおけるパイロット圧を監視する。第2油路100xにおけるパイロット圧が設定値以上であれば、油圧切換弁263は、方向切換弁64に対する2速指令に従って、第2切換位置63bに設定されてHSTモータ257は2速の状態にある。しかし、第2油路100xにおけるパイロット圧が設定値未満の場合は、制御部301が2速指令を出力し方向切換弁64が第2位置64bに設定されているのにも関わらず、油圧切換弁263は第2切換位置63bに設定されていない。このとき、油圧切換弁263は中立位置63cに設定されている可能性があるので、制御部301は、方向切換弁64に2速指令を出力後に第2油路100xにおけるパイロット圧が設定値未満である場合には、2速指令の出力を停止して1速指令を出力する。
制御部301は、方向切換弁である2速切換弁64を、所定の開度である1速(第1位置)から、1速よりも大きい開度である2速(第2位置)に切換えると共に、油圧切換弁263へ付加されるパイロット圧に基づいて2速切換弁64を2速で保持するか、2速から1速へ戻す、つまり1速へ切換えるかを判断し、2速切換弁64の切換えを行う。
第1時間判定部322は、予め定められた長さの時間である第1所定時間を保持すると共に、第1計測部321で計測された第1経過時間を取得し、第1経過時間が予め定められた第1所定時間に達したか否かを判定するものである。第1所定時間は、制御部301が2速指令を出力してから、方向切換弁64が第2位置64bへ切り換わり、油圧切換弁263が第2切換位置63bへ切り換わるまでに要する時間、つまり、2速指令の出力から第2切換位置63bへの切り換えまでの時間差に基づいて決められる長さの時間であり、本実施形態では、例えば800ms(ミリ秒)である。
第2計測部327は、方向切換弁64の第2位置64bでの保持が検出され、且つパイロット圧が所定圧力よりも低下したとき、つまり圧力判定部323が用いる所定圧力である1.2MPa未満となったときに、当該パイロット圧が所定圧力である1.2MPa未満に低下してからの経過時間(つまり、パイロット圧が所定圧力よりも低下した時間)である第2経過時間を計測するタイマー(タイマーB)である。方向切換弁64の第2位置64bでの保持が検出されているので、パイロット圧は、一旦所定圧力(1.2MPa)以上となっている。つまり、第2計測部327は、一旦所定圧力(1.2MPa)以上となったパイロット圧が所定圧力未満となっている時間を計測する。
図2は、本実施形態に係る油圧システムの制御方法のフローを示す図である。
制御部301は、操作部材302の操作に従って1速指令又は2速指令を出力するが、図2のフローチャートの最初(START)では、操作部材302がHSTモータ257を1速に設定する位置にあり、制御部301が1速指令を出力している。従って、方向切換弁64は第1位置64aにある。
切換検出部320が1速指令を検出していれば(ステップS100:No)、方向切換弁64は第1位置64aにあり、2速指令を検出していれば(ステップS100:Yes)、方向切換弁64は第1位置64aから第2位置64bに切り換えされた、又は第2位置64bにあることがわかる。
ステップS100において切換検出部320が2速指令を検出していれば(ステップS100:Yes)、処理はステップS110へ遷移する。ステップS110において切換検出部320は、2速切換信号を第1計測部321へ出力し、第1計測部321は、出力された2速切換信号を取得する。第1計測部321は、2速切換信号を取得すると、第1経過時間の計測を開始する(ステップS110)。
圧力判定部323は、ステップS100において切換検出部320が2速指令を検出していればステップ(S100:Yes)、圧力検出部300で計測されたパイロット圧を取得し、取得したパイロット圧が予め定められた所定圧力である1.2MPa以上であるか1.2MPa未満であるかを判定する(ステップS120)。
ステップS130において位置検出部326が、第2位置フラグが無効(OFF)であることを検出すると(ステップS130:No)、制御部301は、第1計測部321が計測した第1経過時間を参照し、第1経過時間が第1所定時間である800ms以上であるか800ms未満であるかを判定する(ステップS140)。
第1計測部321は、ステップS150で第2位置フラグが有効(ON)に設定されると、第1経過時間の計測を停止し、すでに計測した第1経過時間を初期値(例えば、ゼロ0)に設定する(ステップS160)。
この後、ステップS120においてパイロット圧が所定圧力(1.2MPa)以上であると判定され続ける(ステップS120:Yes)かぎり、ステップS120から、ステップS150及びステップS160を経てステップS120へ戻るループが繰り返される。
ステップS130で第2位置フラグが有効(ON)であると検出されると(ステップS130:Yes)、制御部301は、第2計測部327を動作させて第2経過時間の計測を開始する(ステップS170)。
ステップS170で第2計測部327が動作を開始すると、第2時間判定部328は、第2経過時間を取得し、第2経過時間が第2所定時間(500ms)以上であるか第2所定時間未満であるかを判定する(ステップS180)。
このとき、パイロット圧が回復(上昇)して所定圧力(1.2MPa)以上となり、圧力判定部323が四たび取得したパイロット圧が予め定められた所定圧力である1.2MPa以上であれば(ステップS120:Yes)、処理はステップS150へ遷移するが、第2位置フラグはすでに有効(ON)であり、処理はさらにステップS160へ遷移する。
その後、処理がステップS120へ戻ったときにパイロット圧が所定圧力である1.2MPa未満であれば、処理は、ステップS120、ステップS130及びステップS170を経てステップS180へ戻る。
ステップS190に続いて、制御部301は、保持部324が有し、有効(ON)となっている第2位置フラグを、方向切換弁64が第1位置64aにあることを示す無効(OFF)に設定する(ステップS200)。
図3を参照し、上述の制御フローについて説明を補足する。
図3は、本実施形態に係る油圧システムの制御方法におけるパイロット圧の時系列変化のグラフを示す図である。図3の縦軸はパイロット圧を示し、横軸は時間を示す。図3に実線L1で示すパイロット圧は、所定圧力である1.2MPa以上となったり未満となったりといった上下を数回繰り返して、最終的には大きく低下している。この圧力変化について、上述の制御フローを参照しながら説明する。
図4は、本実施形態に係る油圧システムの制御方法におけるパイロット圧の時系列変化のグラフを示す図である。図4の縦軸はパイロット圧を示し、横軸は時間を示す。図4に実線L2で示すパイロット圧は、時間T2で上昇を始め、時間T3で所定圧力である1.2MPa以上となっている。この圧力変化について、上述の制御フローを参照しながら説明する。
実線L2で示すパイロット圧は、方向切換弁64が第2位置64bに設定された時間T2から上昇を始める。このとき、図2の制御フローにおいて、処理は、ステップS120から、ステップS130及びステップS140を経てステップS120へ戻るループが繰り返される。
上述の実施形態では、図4に示す2速指令から1速指令への切り換えの判定は、第1所定時間とパイロット圧とに基づいている。しかし、図4における時間T2直後のパイロット圧の変化率に基づいて2速指令から1速指令への切り換えを判定することもできる。
以下、図5を参照しながら、本実施形態の変形例について説明する。図5は、パイロット圧の変化率に基づいて、2速指令から1速指令への切り換えを判定する場合の制御フローである。図5において、図2の制御フローと同じ動作は、同符号を付して説明を省略する。また、図5では、タイマーAに関する動作は行わないこととし、説明を進める。
なお、図2のステップS110の動作、即ち、方向切換弁64が第2位置64bでの経過時間である第1経過時間を計測は、少なくとも1回、方向切換弁64を第2位置64bから第1位置64aへ切り換えるステップが行われた後、再び、第1位置64aから第2位置64bに切換が行われたときに行ってもよい。具体的には、図2に示すように、ステップS190にて、方向切換弁64が第2位置64bから第1位置64aに切り換えられた後、再び、ステップS100にて、切換検出部320が2速指令を検出した場合に、ステップS110の動作を開始する。つまり、エンジン29を始動後、最初に操作部材302によって2速指令を行った場合には、例外的にステップS110を行わず、その後、1速である状態から操作部材302によって2速指令が行われた場合に、ステップS110を実行する。
[第2実施形態]
図6は、第2実施形態に係る油圧システムの制御方法のフローを示す図である。なお、制御部301の構成(切換検出部320、第1計測部321、第1時間判定部322、圧力判定部323、保持部324、第1切換部325、位置検出部326、第2計測部327、第2時間判定部328、及び第2切換部329)については、第1実施形態と同様である。なお、第2実施形態では、制御部301は、1速に関する制御を行うモードである「1速モード」と、2速に関する制御を行うモードである「2速モード」とを有しているものとして説明を進める。
ステップS303において切換検出部320は、2速切換信号を第1計測部321へ出力し、第1計測部321は、出力された2速切換信号を取得する。第1計測部321は、2速切換信号を取得すると、第1経過時間の計測(タイマAの動作)を開始する(ステップS304)。これによって、第1計測部321は、方向切換弁64が第2位置64bへ切り換えられてからの経過時間である第1経過時間の計測を開始し、処理はステップS305へ遷移する。
そして、ステップS310及びステップS311のいずれかを行った後、制御部301は、再び、2速モードで動作しているか否かを検知する(ステップS312)。制御部301が2速モードである場合、第1時間判定部322は、第1計測部321が計測した第1経過時間を参照し、第1経過時間が第1所定時間である800ms以上であるか800ms未満であるかを判定する(ステップS313)。第1時間判定部322による判定結果において第1経過時間が第1所定時間である800ms以上である場合(ステップS313:Yes)、制御部301は、第1経過時間を初期値に設定(リセット)する(ステップS314)と共に、保持部324が有する第2位置フラグを無効(OFF)にする(ステップS315)。一方、第1経過時間が第1所定時間である800ms未満である場合(ステップS313:No)、制御部301は、第1計測部321による第1経過時間の計測(タイマAの動作)を継続する(ステップS316)。
[第3実施形態]
図7は、第3実施形態に係る油圧システムの油圧回路を示す図である。第3実施形態において、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成及び方法については説明を省略する。
29 エンジン
52 リリーフ弁
63a 第1切換位置
63b 第2切換位置
63c 中立位置
64 2速切換弁(方向切換弁)
64a 第1位置
64b 第2位置
81 第2絞り部
100a 第1油路
100x 第2油路
257 HSTモータ
257A 第1モータ
257B 第2モータ
263 油圧切換弁
300 圧力検出部
301 制御部
302 操作部材
320 切換検出部
321 第1計測部
322 第1時間判定部
323 圧力判定部
324 保持部
325 第1切換部
326 位置検出部
327 第2計測部
328 第2時間判定部
329 第2切換部
P3 第3ポンプ(油圧ポンプ)
Claims (7)
- パイロット油の圧力であるパイロット圧に応じて複数の切換位置へ切換可能な油圧切換弁に付加される前記パイロット圧を開度の設定によって変更可能な方向切換弁が、所定の開度である第1位置又は前記第1位置に対応する所定の開度よりも大きい開度である第2位置に切り換えられたことを検出するステップと、
前記方向切換弁の前記第2位置での経過時間である第1経過時間を計測するステップと、
前記計測された第1経過時間が予め定められた第1所定時間に達したか否かを判定するステップと、
前記パイロット圧が予め定められた所定圧力に達しているか否かを判定するステップと、
前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していれば前記方向切換弁の前記第2位置を保持するステップと、
前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していなければ前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップと、
前記方向切換弁が前記第2位置で保持されていることを検出するステップと、
前記方向切換弁の前記第2位置での保持が検出され、且つ前記パイロット圧が前記所定圧力よりも低下したときに、当該パイロット圧が前記所定圧力未満に低下した時間である第2経過時間を計測するステップと、
前記計測された第2経過時間が前記第1所定時間とは異なる第2所定時間に達したか否かを判定するステップと、
前記第2経過時間が前記第2所定時間に達すれば、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップと、
を備える作業機の油圧システムの制御方法。 - パイロット油の圧力であるパイロット圧に応じて複数の切換位置へ切換可能な油圧切換弁に付加される前記パイロット圧を開度の設定によって変更可能な方向切換弁が、所定の開度である第1位置と、前記第1位置に対応する所定の開度よりも大きい開度である第2位置との切り換わりを検出するステップと、
前記パイロット圧の変化率を検出するステップと、
前記パイロット圧の変化率に基づいて、前記方向切換弁を前記第2位置で保持する否かを判定するステップと、
前記変化率が予め定められた判定値よりも小さいとき、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップと、
を備える作業機の油圧システムの制御方法。 - 前記第2所定時間は、前記パイロット油の温度に基づく時間であり、
前記第1所定時間は、前記第2所定時間よりも長い請求項1又は2に記載の作業機の油圧システムの制御方法。 - 一度前記方向切換弁が前記第2位置に保持された後は、前記第1所定時間の代わりに前記第2所定時間を用いる請求項1〜3のいずれかに記載の作業機の油圧システムの制御方法。
- 前記方向切換弁の前記第2位置での経過時間である第1経過時間の計測を、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換えるステップが少なくとも1回行われた後であって、前記第1位置から第2位置への切り換えが行われたときに行う請求項1〜4のいずれかに記載の作業機の油圧システムの制御方法。
- パイロット油を供給する油圧ポンプと、
前記パイロット油の圧力であるパイロット圧に応じて複数の切換位置に切換可能な油圧切換弁と、
前記油圧切換弁に付加される前記パイロット圧を開度の設定によって変更可能な方向切換弁と、
前記方向切換弁が、所定の開度である第1位置又は前記第1位置に対応する所定の開度よりも大きい開度である第2位置に切り換えられたことを検出する切換検出部と、
前記方向切換弁の前記第2位置での経過時間である第1経過時間を計測する第1計測部と、
前記計測された第1経過時間が予め定められた第1所定時間に達したか否かを判定する第1時間判定部と、
前記パイロット圧が予め定められた所定圧力に達しているか否かを判定する圧力判定部と、
前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していれば前記方向切換弁の前記第2位置を保持する保持部と、
前記第1経過時間が前記第1所定時間に達する以前に前記パイロット圧が所定圧力に達していなければ前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換える第1切換部と、
前記方向切換弁が前記第2位置で保持されていることを検出する位置検出部と、
前記方向切換弁の前記第2位置での保持が検出され、且つ前記パイロット圧が前記所定圧力よりも低下したときに、当該パイロット圧が前記所定圧力未満に低下した時間である第2経過時間を計測する第2計測部と、
前記計測された第2経過時間が前記第1所定時間とは異なる第2所定時間に達したか否かを判定する第2時間判定部と、
前記第2経過時間が前記第2所定時間に達すれば、前記方向切換弁を前記第2位置から前記第1位置へ切り換える第2切換部と、
を備える作業機の油圧システム。 - 請求項6に記載の油圧システムと備える作業機であって、
前記機体に搭載されたキャビンと、
前記機体の右側及び左側に配置された走行装置と、
前記キャビンの側方に設けられたブームと、
前記ブームに装着された作業具と、
を備える作業機。
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