JP2909354B2 - 建機の油圧回路構造 - Google Patents

建機の油圧回路構造

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JP2909354B2 JP17866293A JP17866293A JP2909354B2 JP 2909354 B2 JP2909354 B2 JP 2909354B2 JP 17866293 A JP17866293 A JP 17866293A JP 17866293 A JP17866293 A JP 17866293A JP 2909354 B2 JP2909354 B2 JP 2909354B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バックホウ等の建機の
油圧回路構造に係り、詳しくは、負荷の圧力を検出し、
負荷の必要とするだけの油圧動力をポンプに吐出させる
制御、所謂ロードセンシングを行うようにした油圧回路
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の油圧回路としては、先に出願し
た特願平5‐9674号に示されるアフターオリフィス
型のものがある。つまり、制御弁内の絞りの圧油供給下
手側に圧力補償弁を配置してある構造であり、複数のア
クチュエータを同時駆動したときの合計要求流量が油圧
ポンプの最大吐出流量を上回る場合でも、特別な回路を
必要とすることなく制御弁内の絞りの開度に比例した流
量比が現出される利点(アンチサチュレーション機能)
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ロードセンシングシス
テムを使わない一般的なバックホウにおいて、壁際でゆ
っくりと旋回する等作業装置の駆動速度を遅める場合に
は、エンジン回転数を落とす操作を行うのが一般的であ
る。しかしながら、負荷圧とポンプ圧との差圧を一定に
維持制御するロードセンシングでは、エンジン回転数が
低下してポンプ吐出量が減っても、該ポンプ吐出量がア
クチュエータの要求流量よりも上回る範囲内であれば、
アクチュエータの設定駆動速度が維持されるように機能
する。このため、従来機種の操縦に慣れた作業者がロー
ドセンシングシステムを備えた建機を操縦すると、エン
ジン回転数を落としても作業装置の駆動速度が落ちない
ことに感覚が追いつかず、作業能率上好ましくないこと
が予測される。本発明の目的は、ロードセンシングシス
テムを採用しながら、エンジン回転を落とせば作業装置
の駆動速度も遅くなる、といった具合に、アクチュエー
タの駆動速度を調節できるようにして、より操作性を向
上させたロードセンシング用の油圧回路を得る点にあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的の達成のために
本発明は、 (1) 油圧アクチュエータと、これに圧油を供給する可変
容量型の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油
の供給方向を制御してアクチュエータに供給する制御弁
と、この制御弁に内装されてアクチュエータへの圧油供
給経路に対して絞り作用する絞り弁と、油圧ポンプの単
位時間当たりの吐出油量を可変設定する流量調節機構と
を備え、この流量調節機構を、絞り弁に対する圧油供給
下手側部分に連通する低圧側油路と、制御弁の圧油供給
ポートに連通する高圧側油路との差圧に基づいて油圧ポ
ンプに調節作用する状態に構成してある点と、 (2) 絞り弁に対する圧油供給下手側であり、かつ、アク
チュエータに対する圧油供給上手側に圧力補償弁を配備
し、この圧力補償弁に対する圧油供給下手側であり、か
つ、アクチュエータに対する圧油供給上手側部分と圧力
補償弁のバネ側油室とを連通する第2油路、及び圧力補
償弁のバネ側油室に対向する反バネ側油室と、圧力補償
弁に対する圧油供給上手側であり、かつ、絞り弁に対す
る圧油供給下手側とを連通する第1油路を夫々設ける点
と、 (3) 低圧側油路と第2油路とを連通する通常位置と、低
圧側油路の圧とは異なる圧を有した圧油供給系に連なる
連通油路と第2油路とを連通する臨時位置との2位置を
備え、これら両位置を短周期で交互に選択するように連
続的に切換え作動させることによって低圧側油路の圧と
は異なった圧るをバネ側油室に付与可能な弁機構を設け
てある点と、を備えてあることを特徴とするものであ
る。
【0005】そして、弁機構を、バネ側油室に作用する
2位置切換型の電磁高速応答弁と、この電磁高速応答弁
の通常位置と臨時位置との切換わり作動時間の比を可変
設定可能な間欠制御装置とで構成してあると好都合であ
る。
【0006】又、高速電磁応答弁を臨時位置とすると、
低圧側油路の圧とこれより高い連通油路の圧との中間圧
がバネ側油室に付与されるように構成し、エンジンの回
転数が高いと電磁高速応答弁が通常位置にある時間が長
くなり、エンジンの回転数が低いと電磁高速応答弁が通
常位置にある時間が短くなる状態に、エンジン回転数を
検出する回転検出手段と間欠制御装置とを連係してある
ものでも良い。
【0007】又、弁機構が臨時位置に切換わると、第2
油路に油圧ポンプの吐出圧が供給されるように構成すれ
ば好都合である。
【0008】
【作用】請求項1の構成では、特徴構成(1),(2) によ
り、前提構成であるアフターオリフィス構造のロードセ
ンシング用油圧回路が形成されることになり、ロードセ
ンシングでは、制御基準である設定差圧、すなわち、ア
クチュエータの負荷圧とポンプ圧との差圧を設定値に維
持するものである。ところで、上記アフターオリフィス
構造では、設定された負荷圧とポンプ圧との差圧は、 (a) 絞り弁での圧損 (b) 圧力補償弁での圧損 とに分配され(実際には極僅かではあるが、差圧経路で
の管路抵抗による圧損も含まれる)、 (a)の圧損は、設
定差圧− (b)の圧損で求められる。
【0009】しかして、上記特徴構成(3) 、すなわち低
圧側油路と第2油路とを連通する通常位置と、低圧側油
路と異なる圧を第2油路に供給する臨時位置との2位置
を短周期で交互に選択するように連続的に切換え作動さ
せることで、低圧側油路の圧とは異なる圧をバネ側油室
に付与可能な弁機構を設けたので、圧力補償弁への要求
圧を、弁機構を持たない場合に比べて高めたり低めたり
することができる。すると、アクチュエータの要求総流
量がポンプの最大吐出流量以下である場合においては、
(a) の圧損+(b) の圧損=一定であるから、(a) の圧損
が低められた高められたりされて、その絞り抵抗を現出
するように制御弁の開度が自動的に調節されるようにな
る。
【0010】その結果、アクチュエータへの供給油量が
増減されて駆動速度を増減調節できるようになるのであ
る。これにより、例えば、狭い場所では圧力補償弁での
分圧〔差圧における (b)の圧損割合〕を高めることで
(a)の圧損を低くし、制御弁の開度を狭めて旋回速度を
遅くするとか、エンジン回転数の変動に応じてブームシ
リンダの駆動速度を変える、といった具合にロードセン
シングシステムを採りながらアクチュエータの駆動速度
を調節設定できるようになる。
【0011】請求項2の構成は、上記分圧の変更作用を
高速電磁応答弁の通常位置と臨時位置との切換わり作動
時間の比、すなわち、間欠作動時間の比を間欠制御装置
で可変設定させる電気式の制御手段によって現出させる
ものであり、アクチュエータ速度の変更調節を自在に制
御し易い。
【0012】請求項3の構成では、電磁高速応答弁が臨
時位置では、低圧側油路の圧より高い圧をバネ側油室に
付与させるものであり、エンジン回転数の増減に合わせ
て制御弁の開度が同調して増減するから、エンジン回転
数が高くなると作業装置の駆動速度が速くなるととも
に、エンジン回転数が低下すると作業装置の駆動速度も
遅くなるよう自動的に制御されることになる。これによ
り、ロードセンシング制御を行う建機を操縦した場合
に、エンジン回転数を落とせば作業装置の駆動速度も落
ちるので、従来機種の操縦に慣れた作業者でも感覚が狂
うことなく操作できるようになる。
【0013】ところで、アクチュエータの駆動速度を遅
くするには、前述したように圧力補償弁のバネ側油室へ
付与する圧を負荷圧よりも高くすれば良いのであるが、
実際の作業中では負荷圧が絶えず変動しており、その変
動に応じて一定の差圧をバネ側油室へ付与する必要があ
る。しかして、請求項4の構成では、弁機構が臨時位置
に切換わった状態では、負荷圧との差圧が一定に維持さ
れる(アクチュエータの要求総流量がポンプの最大吐出
流量以下の場合)ポンプ圧を利用するものであるから、
作業中の負荷変動に同調してポンプ圧も変動し、弁機構
で設定された圧の調節作用を負荷変動に拘らずに維持す
ることができるようになる。
【0014】
【発明の効果】その結果、請求項1〜4のいずれに記載
の油圧回路でも、臨時位置と通常位置との2位置を連続
的に切換えさせることで低圧側油路と異なる油圧を発生
させる弁機構の採用により、作業装置の駆動速度を所定
値に維持できるロードセンシングシステムを採用しなが
ら、作業の種類に応じて、或いは、エンジン回転数に見
合った作業装置の駆動速度を変更できるようになり、よ
り便利で操作性に優れるものとして提供することができ
た。
【0015】請求項2記載の油圧回路では、電磁高速応
答弁の連続切換わり作動の比を可変設定させる電気式の
制御手段の採用により、装置のコンパクトを図りながら
緻密なアクチュエータ速度制御が行える利点がある。
【0016】請求項3記載の油圧回路では、負荷圧とそ
れより高い圧との中間圧を臨時位置において発生させる
弁機構の採用により、エンジン回転数と作業装置の駆動
速度とを操縦感覚に即するよう自動的に同調させて変更
することができ、より便利で操作性に優れ、かつ、使い
勝手も向上し得るようになった。
【0017】請求項4記載の油圧回路では、臨時位置で
はポンプ圧を供給するように構成することにより、負荷
圧とポンプ圧との差圧を一定に維持するロードセンシン
グ機能を有効利用して、特別な回路等を必要とすること
なく負荷変動に拘らずに変更した駆動速度を維持できる
弁機構を提供できた。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の実施例を、建機の一例であ
るバックホウの場合について図面に基づいて説明する。
図4にバックホウが示され、1は掘削作業装置、2は旋
回台、3は走行機台、4はクローラ走行装置であり、掘
削作業装置1は、ブーム5、アーム6、バケット7を備
えて構成されている。
【0019】このバックホウでは、ブームシリンダ5
c、アームシリンダ6c、バケットシリンダ7c、並び
に図示しない走行用油圧モータやスイングシリンダ等の
アクチュエータを駆動させるための油圧回路にロードセ
ンシングシステムを用いており、以下に示す原理図を基
にその回路を説明する。
【0020】図1にブームシリンダ5cとアームシリン
ダ6cに関する回路を抜粋した原理回路図を示してあ
り、8はエンジンEnで駆動される可変容量型の油圧ポ
ンプ、Aは油圧ポンプ8の単位時間当たりの吐出油量を
可変設定する流量調節機構である。流量調節機構Aは、
油圧ポンプ8の斜板の角度を変更して単位時間当たりの
吐出量を調節する調節シリンダ13と、調節シリンダ1
3に対する圧力補償型の調節弁14とで構成されてい
る。9はブーム用制御弁、10はアーム用制御弁、11
はブーム用コンペンセータ(圧力補償弁)、12はアー
ム用コンペンセータであり、両制御弁9,10における
供給側油路には絞り弁9s,10sが装備されている。
【0021】各コンペンセータ11,12は、各絞り弁
9s,10sに対する圧油供給下手側であり、かつ、各
アクチュエータ5c,6cに対する圧油供給上手側に配
備されている。そして、各コンペンセータ11,12に
対する圧油供給下手側であり、かつ、各アクチュエータ
5c,6cに対する圧油供給上手側部分と各コンペンセ
ータ11,12のバネ側油室11x,12xとを連通す
る低圧側の第2油路(請求項1の第2油路Gtに相当)
11t,12t、及び各コンペンセータ11,12のバ
ネ側油室11x,12xに対向する反バネ側油室11
y,12yと、各コンペンセータ11,12に対する圧
油供給上手側であり、かつ、各絞り弁9s,10sに対
する圧油供給下手側とを連通する高圧側の第1油路(請
求項1の第1油路Gkに相当)11k,12kを夫々設
けてある。これにより、アフターオリフィス型のロード
センシング回路を構成してある。
【0022】調節弁14のバネ側油室14xと各絞り弁
9s,10sに対する圧油供給下手側部分とを連通する
低圧側油路14tを設けてあり、この低圧側油路14t
にはアクチュエータDの負荷圧が作用するように構成し
てある。つまり、コンペンセータ11,12がわの各第
2油路11t,12tと低圧側油路14tとを電磁高速
応答弁21を介して接続させてある。又、各制御弁9,
10の圧油供給ポート(圧油供給ポートPに相当)9
p,10pに連絡される高圧側油路15と、圧力調節弁
14のバネ側油室14xに対向する反バネ側油室14y
とを専用の接続油路16で連通してある。
【0023】電磁高速応答弁21は、通常位置bでは低
圧側油路14tと各第2油路11t,12tとを連通
し、高圧位置(臨時位置の一例)aではコンペンセータ
がわの両第2油路11t,12tと高圧側油路15とが
連通油路21aによって連通される。従って、電磁高速
応答弁21の作動によってコンペンセータ11,12の
低圧側油路11t,12tに作用する油圧をアクチュエ
ータ5c,6cの負荷圧とポンプの吐出圧との中間値に
設定できて、コンペンセータ11,12による差圧維持
作用によってコンペンセータ11,12への供給圧を、
電磁高速応答弁21が通常位置bにある場合よりも高め
るようになる。
【0024】すると、低圧側油路14tと油圧ポンプ8
の吐出圧との差圧を一定に維持する機能上、コンペンセ
ータ11,12の上手側にある絞り弁9s,10sでの
差圧を低めるように、すなわち制御弁9,10の開度を
小さくするように制御され、その結果、アクチュエータ
5c,6cへの供給油量が減じられて駆動速度が遅くな
るのである。この作用は、負荷圧とポンプ圧との差圧に
基づく制御構造上、負荷が変動しても維持される。
【0025】そして、エンジンEnの回転数を検出する
回転計(回転検出手段に相当)17と、電磁高速応答弁
21と、間欠作動時間のデューティー比を可変調節する
設定器19と、自動制御モードと手動制御モードとの切
換スイッチ20とを間欠制御装置18に接続して圧力補
償弁11,12での分圧を変更設定する調節制御装置C
を構成してある。
【0026】間欠制御装置18は、高圧位置aに復帰付
勢される電磁高速応答弁21を油圧ポンプ8の吐出油路
である連通油路21aに接続させる通常位置bに操作す
るための通電を間欠的に行わせる間欠作動と、その間欠
時間を可変設定可能な間欠制御を行う機能を有してい
る。すなわち、間欠制御装置18は、通常位置bと高圧
位置aとの切換わり作動時間の比を可変設定すること
で、第2油路11t,12tに供給する圧を、負荷圧と
ポンプ圧との中間における任意の値に設定することを可
能とするものである。尚、本回路では、電磁高速応答弁
21と間欠制御装置18とで弁機構Bを構成してある。
【0027】調節制御装置Cの作用を説明すると、先
ず、切換スイッチ20を自動制御モードに操作すると、
これによって電磁高速応答弁21への通電を間欠的に行
うとともに、その間欠時間の1サイクル中における通電
時間割合、すなわちデューティー比をエンジンEnの回
転数が高いと大にするとともに、エンジンEnの回転数
が低いと小にする状態に、回転計17と間欠制御装置1
8とが連係されるようになる。これにより、掘削作業中
に旋回速度を遅くしたいといった具合に、アクチュエー
タの駆動速度を遅くしたい場合にはエンジン回転数を低
めれば良く、駆動速度を速めたい場合にはエンジン回転
数を高くすれば良い。
【0028】次に、アクチュエータ速度を意図的に変更
したい場合には、切換スイッチ20を手動制御モードに
操作する。すると、回転計17との連係が絶たれるとと
もに、デューティー比が設定器19によって決定される
制御状態になり、該設定器19の調節によってコンペン
セータ11,12への供給圧を、アクチュエータ5c,
6cの負荷圧とポンプの吐出圧との間の任意の値に設定
でき、アクチュエータ5c,6cの駆動速度をエンジン
回転数とは無関係に調節することができる。
【0029】尚、特許請求の範囲の項においては、ブー
ムシリンダ5cやアームシリンダ6c等を総称して油圧
アクチュエータD、ブーム用制御弁9やアーム用制御弁
10等を総称して制御弁E、各制御弁内の絞り弁9s,
10s等を総称して絞り弁F、各圧力補償弁11,12
等を総称して圧力補償弁Gと夫々表現している。
【0030】〔別実施例〕 (イ) 図1の仮想線で示すように、各第2油路11t,1
2tに絞り22,23を追加設定し、急激な負荷変動に
起因したハンチング現象を防止できるようにすれば好都
合である。
【0031】(ロ) 図2に示すように、本実施例における
電磁高速応答弁21と同機能を有した電磁高速応答弁2
9を設けるとともに、連通油路21aの圧を適当に下げ
るための減圧用絞り27を設け、本実施例と同様にデュ
ーティー比を可変させる間欠制御を行うようにした弁機
構Bでも良い。
【0032】(ハ) 本実施例では、2個の制御弁9,10
に対して単一の弁機構Bを装備したものとして説明した
が、各制御弁毎に弁機構Bを配置させる等、必要となる
制御弁毎に合わせて複数個設けて個別に制御するように
したものでも良い。
【0033】すなわち、エンジン回転数に同調させない
場合や、エンジン回転数は最大にセットした状態で旋回
速度だけ遅くする場合に好都合である。又、エンジン回
転数を最大にセットした状態で、ブームを上昇させなが
ら旋回してダンプトラックに土砂を積込むときに、旋回
角度が90度ではブームを素早く上昇し、旋回角度が1
80度ではブームを緩速で上昇させるといった具合に、
作業状況に応じて旋回操作とブーム上昇操作とのマッチ
ングを決める場合にも好都合である。
【0034】(ニ) 本実施例における設定器19は、有段
階に切換えるものでも、無段階に切換えるもののいずれ
でも良い。
【0035】(ホ) 図3に示すように、ブーム用の第2油
路11tとにおける絞り22とコンペンセータ11との
間の部分と高圧側油路15との間に、第2電磁高速応答
弁26と絞り25とを直列に接続し、かつ、第2電磁高
速応答弁26とそれ専用の設定器24とを間欠制御装置
18に接続した調節制御機構Cでも良い。この場合で
は、第1設定器19で両コンペンセータ11,12全体
の分圧を調節し、第2設定器24ではブーム用シリンダ
5cに対する基準差圧のみを、さらに変更設定すること
が可能になる。
【0036】(ヘ) 又、アクチュエータ5c,6cの負荷
圧からコンペンセータ11,12を閉じ位置に付勢する
バネ圧を減じた値よりも大きい圧であれば、例えば、電
磁高速応答弁21を臨時位置bに切換えると連通油路2
1aがドレン油路に接続される等により、電磁高速応答
弁21の作動でコンペンセータ11,12への供給圧を
減じられるようにし、アクチュエータ5c,6cの駆動
速度を速める、ということも理論上可能である。
【0037】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロードセンシングの原理を示す部分油圧回路図
【図2】弁機構の別構造を示す部分油圧回路図
【図3】弁機構の他の別構造を示す部分油圧回路図
【図4】バックホウの側面図
【符号の説明】
8 可変容量型油圧ポンプ 14t 低圧側油路 15 高圧側油路 17 回転検出手段 18 間欠制御装置 21 電磁高速応答弁 A 油圧調節機構 B 弁機構 D 供給ポート E 制御弁 F 絞り弁 G 圧力補償弁 Gk 第1油路 Gt 第2油路 Gx バネ側油室 Gy 反バネ側油室 P 供給ポート En エンジン a 臨時位置 b 通常位置

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧アクチュエータ(D)と、これに圧
    油を供給する可変容量型の油圧ポンプ(8)と、該油圧
    ポンプ(8)から吐出される圧油の供給方向を制御して
    前記アクチュエータ(D)に供給する制御弁(E)と、
    この制御弁(E)に内装されて前記アクチュエータ
    (D)への圧油供給経路に対して絞り作用する絞り弁
    (F)と、前記油圧ポンプ(8)の単位時間当たりの吐
    出油量を可変設定する流量調節機構(A)とを備え、 この流量調節機構(A)を、前記絞り弁(F)に対する
    圧油供給下手側部分に連通する低圧側油路(14t)
    と、前記制御弁(E)の圧油供給ポート(P)に連通す
    高圧側油路(15)との差圧に基づいて前記油圧ポン
    プ(8)に調節作用する状態に構成し、 前記絞り弁(F)に対する圧油供給下手側であり、か
    つ、前記アクチュエータ(D)に対する圧油供給上手側
    に圧力補償弁(G)を配備し、この圧力補償弁(G)に
    対する圧油供給下手側であり、かつ、前記アクチュエー
    タ(D)に対する圧油供給上手側部分と前記圧力補償弁
    (G)のバネ側油室(Gx)とを連通する第2油路(G
    t)、及び前記圧力補償弁(G)の前記バネ側油室(G
    x)に対向する反バネ側油室(Gy)と、該圧力補償弁
    (G)に対する圧油供給上手側であり、かつ、前記絞り
    弁(F)に対する圧油供給下手側とを連通する第1油路
    (Gk)を夫々設けるとともに、前記低圧側油路(14t)と前記第2油路(Gt)とを
    連通する通常位置(b)と、前記低圧側油路(14t)
    の圧とは異なる圧を有した圧油供給系に連なる連通油路
    (21a)と前記第2油路(Gt)とを連通する臨時位
    置(a)との2位置を備え、これら両位置(b),
    (a)を短周期で交互に選択するように連続的に切換え
    作動させることによって前記低圧側油路(14t)の圧
    とは異なった圧を前記バネ側油室(Gx)に付与可能な
    弁機構(B)を設けてある 建機の油圧回路構造。
  2. 【請求項2】 前記弁機構(B)を、前記バネ側油室
    (Gx)に作用する2位置切換型の電磁高速応答弁(2
    1)と、この電磁高速応答弁(21)の前記通常位置
    (b)と前記臨時位置(a)との切換わり作動時間の比
    を可変設定可能な間欠制御装置(18)とで構成してあ
    請求項1記載の建機の油圧回路構造。
  3. 【請求項3】 前記高速電磁応答弁(21)を前記臨時
    位置(a)とすると、前記低圧側油路(14t)の圧と
    これより高い前記連通油路(21a)の圧との中間圧が
    前記バネ側油室(Gx)に付与されるように構成し、 エンジン(En)の回転数が高いと前記電磁高速応答弁
    (21)が通常位置(b)にある時間が長くなり、前記
    エンジン(En)の回転数が低いと前記電磁高速応答弁
    (21)が通常位置(b)にある時間が短くなる状態
    に、エンジン回転数を検出する回転検出手段(17)と
    前記間欠制御装置(18)とを連係してある 請求項2記
    載の建機の油圧回路構造。
  4. 【請求項4】 前記弁機構(B)が前記臨時位置(a)
    に切換わると、前記第2油路(Gt)に前記油圧ポンプ
    (8)の吐出圧が供給されるように構成してある請求項
    1〜3のいずれか一つに記載の建機の油圧回路構造。
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