JP4159504B2 - 把持力制御装置および解体作業機 - Google Patents
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(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の把持力制御装置において、切替制御手段は、接触判定手段によって把持爪が対象物と接触したことが判定された場合であっても、操作部の操作量があらかじめ決められたしきい値を超えているときには、可変リリーフ手段に圧油を供給しないように切替手段を切り替え制御することを特徴とする。
(3) 請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の把持力制御装置において、切替制御手段を有効もしくは無効にすることを選択する選択手段をさらに備え、切替制御手段は、選択手段によって無効にすることが選択された場合、接触判定手段の判定結果にかかわらず、可変リリーフ手段に圧油を供給しないように切替手段を切り替え制御することを特徴とする。
(4) 請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、操作部が操作されていないとき、把持爪を閉じるように流量制御手段からアクチュエータへ供給される圧油の圧力を保持する圧力保持手段をさらに備えることを特徴とする。
(5) 請求項5の発明は、請求項4に記載の把持力制御装置において、圧力保持手段は、把持爪を閉じるように流量制御手段からアクチュエータへ供給される圧油の圧力を蓄積するアキュムレータであることを特徴とする。
(6) 請求項6の発明は、請求項5に記載の把持力制御装置において、アキュムレータは、可変リリーフ手段に圧油を供給するように切替手段が切り替えられた時にのみ圧力を蓄積することを特徴とする。
(7) 請求項7の発明は、請求項6に記載の把持力制御装置において、アキュムレータは、可変リリーフ手段と切替手段との間の管路から供給される圧油によって圧力を蓄積し、切替手段を介することなく蓄積した圧力を前記アクチュエータへ供給することを特徴とする。
(8) 請求項8の発明は、請求項1〜7のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、可変リリーフ手段のリリーフ圧力は、把持爪を閉じる方向にアクチュエータが駆動されるように操作された操作部の最大操作量に応じて設定され、かつ、把持爪を開く方向にアクチュエータが駆動されるように操作部が操作されるまで保持されることを特徴とする。
(9) 請求項9の発明は、請求項1〜8のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、把持爪を閉じるように流量制御手段からアクチュエータに供給される圧油の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサで検出した圧力が、可変リリーフ手段のリリーフ圧力に達したことを報知する報知手段とをさらに備えることを特徴とする。
(10) 請求項10の発明による把持力制御装置は、対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、把持爪を開閉駆動するアクチュエータに対して供給される圧油を制御する流量制御手段と、把持爪を閉じるように流量制御手段からアクチュエータに供給される圧油を、低圧ラインへ流す流路を開閉する開閉弁と、把持爪の把持力を検出する把持力検出手段と、操作部の操作に基づいて、流量制御手段によってアクチュエータに供給される圧油の流量と、把持爪の把持力の設定値とを変更する操作手段と、把持爪が対象物と接触したか否かを判定する接触判定手段と、接触判定手段によって把持爪が対象物と接触したことが判定されると、把持力検出手段で検出した把持爪の把持力が設定値となるように開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを備えることを特徴とする。
(11) 請求項11の発明は、請求項10に記載の把持力制御装置において、開閉制御手段を有効もしくは無効にすることを選択する選択手段をさらに備え、開閉制御手段は、選択手段によって無効にすることが選択された場合、接触判定手段の判定結果にかかわらず、開閉弁を閉じるように制御することを特徴とする。
(12) 請求項12の発明は、請求項1〜11のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、接触判定手段は、把持爪を閉じるように流量制御手段からアクチュエータに供給される圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段で検出した圧油の圧力をあらかじめ決められた接触判定基準値と比較して把持爪が対象物と接触したか否かを判断する比較判断手段とによって構成されることを特徴とする。
(13) 請求項13の発明による解体作業機は、対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、請求項1〜12のいずれか一項に記載の把持力制御装置と、把持装置が取り付けられる腕を有する旋回体と、旋回体を旋回可能に保持する走行体とを備えることを特徴とする。
図1〜8を参照して、本発明による把持力制御装置を解体作業機に適用した第1の実施の形態を説明する。図1に示すように、油圧ショベルをベースとした解体作業機100においては、走行体1に旋回体3が旋回可能に取り付けられている。旋回体3の前部には運転室4が取り付けられている。運転室4の後方にはエンジンおよび油圧ポンプを含む主要駆動装置5が設けられている。
図3は、解体作業機100のシリンダ30を駆動する油圧回路を示す図である。この油圧回路には、メインポンプ40と、コントロール弁41と、メインリリーフ弁42と、作動油タンク43と、ON/OFF弁44と、比例電磁式リリーフ弁45と、アキュムレータ46と、チェック弁47,48とが設けられている。また、この油圧回路には、油圧回路の各構成機器を制御するために、パイロットポンプ50と、比例電磁式減圧弁51と、制御回路60と、コントローラ70と、圧力センサ92とが設けられている。コントローラ70は、いわゆる電気レバーと呼ばれる操作装置であり、把持装置14の開閉操作をするための操作レバー71を有する。
制御回路60から比例電磁式減圧弁51への指令値は、コントロール弁41を流れる圧油の流量が操作レバー71の操作量に比例して変化するように、操作レバー71の操作量に対応して決定される。したがって、シリンダ30の動作速度は、操作レバー71の操作量に比例する。
制御回路60から比例電磁式リリーフ弁45への指令値(圧力設定値)は、図4に示すように、操作レバー71の操作量に対応して決定される。操作レバー71の中立位置付近の不感帯は、操作レバー71が中立位置からわずかに傾動されたたけで鋭敏にシリンダ30が駆動されてしまうのを防止するため、操作レバー71の操作量を認識しないように設けられた領域である。すなわち、操作レバー71の操作量が不感帯の範囲にある場合には、シリンダ30は駆動されない。
制御回路60からON/OFF弁44へのオンオフ指令は、圧力センサ92で検出したボトム室33に供給される圧油の圧力と、操作レバー71の操作量とに応じて決定される。具体的には、後述する接触判定およびレバー操作量しきい値判定に基づいて、ON/OFF弁44へのオンオフ指令が決定される。
把持爪21,22が何も把持していないときであってもシリンダ30および把持爪21,22を駆動するためにはある程度の圧油の圧力(以下、無負荷駆動圧と呼ぶ)が必要である。なお、操作レバー71の操作量が多くなるとシリンダ30のボトム室33に供給される圧油の流量が増えるため、無負荷駆動圧は増加する。この無負荷圧力より圧力センサ92で検出した圧油の圧力がある程度以上大きい場合、すなわち、圧力センサ92で検出した圧油の圧力が無負荷圧力にある程度の圧力を加えた所定の圧力(以下、接触判定基準値と呼ぶ)を超えた場合には、把持爪21,22が対象物を把持しているものと考えてもよい。
上述した接触判定およびレバー操作量しきい値判定に基づいて、制御回路60からON/OFF弁44をオフする指令が出力されると、油路81の圧油は、ON/OFF弁44で遮断されて、比例電磁式リリーフ弁45およびアキュムレータ46へは供給されずに、全量がシリンダ30のボトム室33へ供給される。コントロール弁41から油路81へ供給される圧油の流量は、操作レバー71の把持方向への操作量に比例するので、シリンダ30の把持方向への動作速度は、操作レバー71の操作量に比例する。したがって、ON/OFF弁44がオフされている状態では、シリンダ30は、操作レバー71による速度指令で把持方向に駆動される。このとき、シリンダ30のボトム室33へ供給される圧油の最大圧力は、メインリリーフ弁42の設定圧力値であるPmaxとなる。
上述した接触判定およびレバー操作量しきい値判定に基づいて、制御回路60からON/OFF弁44をオンする指令が出力されると、油路81の圧油は、ON/OFF弁44を通過して、比例電磁式リリーフ弁45およびアキュムレータ46へ供給される。上述のように、比例電磁式リリーフ弁45の圧力設定値は、操作レバー71の操作量の最大値に比例するので、シリンダ30のボトム室33に供給される圧油の最大圧力は、操作レバー71の操作量の最大値に比例する。したがって、ON/OFF弁44がオンされている状態では、シリンダ30は圧力指令で把持方向に駆動される。
(1) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断されるまで、すなわち接触判定なしの場合には、ON/OFF弁44をオフとする指令を出力して、シリンダ30を操作レバー71による速度指令で把持方向に駆動する。
(2) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断された後、すなわち接触判定ありの場合であって、操作レバー71の操作量が操作量しきい値を超えない場合には、ON/OFF弁44をオンとする指令を出力して、シリンダ30を圧力指令で駆動する。
(3) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断された後、すなわち接触判定ありの場合であって、操作レバー71の操作量が操作量しきい値を超えた場合には、ON/OFF弁44をオフとする指令を出力して、シリンダ30を操作レバー71による速度指令で把持方向に駆動する。
シリンダ30が圧力指令で駆動されている場合、油路81の圧油は、ON/OFF弁44を通過して、比例電磁式リリーフ弁45およびアキュムレータ46へ供給される。アキュムレータ46へ圧油が供給された後、油路81の圧力が低下すると、上述のように、アキュムレータ46に蓄積された圧油は、油路833、ON/OFF弁44および油路831を経由して、もしくはチェック弁48、油路832および油路831を経由して油路81へ流入する。すなわち、シリンダ30のピストン部分や、比例電磁式リリーフ弁45などから圧油がリークしても、アキュムレータ46に蓄積された圧油によって、シリンダ30のボトム室33の圧力は維持される。したがって、把持対象物を把持した後、操作レバーを中立に戻すことで、コントロール弁41からボトム室33への圧油の供給を停止しても、アキュムレータ46に蓄積された圧油によってボトム室33の圧力が維持されるので、把持対象物は落下しない。
操作レバー71が解放方向に操作されて、油路82に圧油が供給された場合、チェック弁47によって比例電磁式リリーフ弁45への圧油流入が防止されているので、操作レバー71の操作量に比例した流量でコントロール弁41から油路82へ供給された圧油は、すべてシリンダ30のロッド室34へ供給される。したがって、シリンダ30の解放方向への動作速度は、操作レバー71の操作量に比例する。すなわち、シリンダ30は操作レバー71による速度指令で開放方向に駆動される。
図7は、解体作業機100に搭載された把持装置14の開閉操作の動作を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット60で実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。ステップS1において、操作レバー71の操作状態を検出して(操作情報を取得して)ステップS3へ進む。ステップS3において、ステップS1で取得した操作情報から操作レバー71が解放方向に操作されたか否かを判断する。ステップS3が肯定判断されるとステップS5へ進み、比例電磁式リリーフ弁45の圧力設定値を初期化する。
(1) 比例電磁式リリーフ弁45と、比例電磁式リリーフ弁45の上流に接続したON/OFF弁44とをシリンダ30に対して並列に配設し、把持爪21,22が対象物を把持しているか否かの接触判定を行い、接触判定の結果に基づいてON/OFF弁44の駆動位置を切り替えるように構成した。ON/OFF弁44がオンされると、比例電磁式リリーフ弁45への圧油流入が許可されて、シリンダ30は圧力指令によって動作する。ON/OFF弁44がオフされると、比例電磁式リリーフ弁45への圧油流入が禁止されて、シリンダ30は速度指令によって動作する。したがって、速度指令による高圧領域での把持機能を確保した上で、比例電磁式リリーフ弁45の圧力設定範囲を低圧領域に任意に定めた高精度な圧力制御が実現できる。これにより、最高圧力設定値の低い比例電磁式リリーフ弁を用いることで、低圧領域での圧力制御の精度が向上する反面、高圧領域での把持ができないという、従来の不都合を解決でき、柔軟軽量で過負荷により破損し易い対象物を容易な操作で適切に把持できるとともに重荷重の把持対象物も把持できる。このように、本実施の形態の把持力制御装置では、様々な対象物に応じて適切に把持できる優れた把持力制御が実現できる。
(3) メインポンプ40からの圧油の圧力をアキュムレータ46で蓄積するように構成した。これにより、アキュムレータ46に蓄積された圧油によってボトム室33の圧力が維持されるので、把持対象物の落下を防止でき把持の確実性と安全性を向上できる。
図9,10を参照して、本発明による把持力制御装置を解体作業機に適用した第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。
(1) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断されるまで、すなわち接触判定なしの場合には、第1の実施の形態とは異なり、ON/OFF弁44をオンとする指令を出力して、シリンダ30を操作レバー71による圧力指令で把持方向に駆動する。
(2) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断された後、すなわち接触判定ありの場合であって、操作レバー71の操作量が操作量しきい値を超えない場合には、第1の実施の形態と同様に、ON/OFF弁44をオンとする指令を出力して、シリンダ30を圧力指令で駆動する。
(3) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断された後、すなわち接触判定ありの場合であって、操作レバー71の操作量が操作量しきい値を超えた場合には、第1の実施の形態と同様に、ON/OFF弁44をオフとする指令を出力して、シリンダ30を操作レバー71による速度指令で把持方向に駆動する。
図9は、第2の実施の形態の解体作業機100に搭載された把持装置14の開閉操作の動作を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット60で実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。ステップS1からステップS5までの動作は、図7に示した第1の実施の形態のフローチャートと同じであるので、説明を省略する。
(1) 把持爪21,22が対象物を把持したと判断されるまで、すなわち接触判定なしの場合には、シリンダ30を操作レバー71による圧力指令で把持方向に駆動するよう構成した。これにより、対象物を把持する前からON/OFF弁44がオンとされているので、ON/OFF弁44がオン指令で開弁するまでの応答遅れがない。したがって、ボトム室33に供給される圧油の圧力が比例電磁式リリーフ弁45の圧力設定値を超えるオーバーシュートの発生を防止して、対象物への過負荷を防止できる
本発明は、上述した各実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にて種々の変形が可能である。
(1) 上述の説明では、コントローラ70は、いわゆる電気レバーと呼ばれる操作装置であったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図11に示すように、パイロットポンプ50の圧油を直接制御するパイロット弁を有するコントローラ170を用いることもできる。この場合、圧力センサ91によって操作レバー171が把持方向に操作されたときにコントロール弁41へ供給されるパイロット圧力を検出して、操作レバー171の把持方向の操作量を検出することで、上述の説明と同様の制御ができる。
(9) 上述の説明では、コントローラ70,170からの信号を電気的に処理して各部を制御していたが、操作装置も含めて電気的な処理をせずに油圧回路のみで構成することもできる。
(12) 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
33 把持側油室(ボトム室) 34 解放側油室(ロッド室)
40 メインポンプ 41 コントロール弁
42 メインリリーフ弁 43 作動油タンク
44,144,145 ON/OFF弁 45 比例電磁式リリーフ弁
46 アキュムレータ 47,48 チェック弁
50 パイロットポンプ 51 比例電磁式減圧弁
60 制御回路 61 圧力設定器
70,170 コントローラ 71,171 操作レバー
72 ON/OFFスイッチ 91,92 圧力センサ
93 表示モニタ 100 解体作業機
101 フロント作業腕
Claims (13)
- 対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、
前記把持爪を開閉駆動するアクチュエータに対して供給される圧油を制御する流量制御手段と、
前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータに供給される圧油に関して、前記アクチュエータと並列に設けられる可変リリーフ手段と、
前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータへ供給される圧油に関して、前記アクチュエータと並列に、かつ、前記可変リリーフ手段の上流に直列に設けられ、前記可変リリーフ手段に前記圧油を供給するか否かを切り替える切替手段と、
前記可変リリーフ手段で設定され得るリリーフ圧力の最高圧力よりも高いリリーフ圧力に設定されるリリーフ手段と、
操作部の操作に基づいて、前記流量制御手段によって前記アクチュエータに供給される圧油の流量と、前記可変リリーフ手段の前記リリーフ圧力とを変更する操作手段と、
前記把持爪が前記対象物と接触したか否かを判定する接触判定手段と、
前記接触判定手段によって前記把持爪が前記対象物と接触したことが判定されると、前記可変リリーフ手段に前記圧油を供給するように前記切替手段を切り替え制御することを決定する切替制御手段とを備えることを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1に記載の把持力制御装置において、
前記切替制御手段は、前記接触判定手段によって前記把持爪が前記対象物と接触したことが判定された場合であっても、前記操作部の操作量があらかじめ決められたしきい値を超えているときには、前記可変リリーフ手段に前記圧油を供給しないように前記切替手段を切り替え制御することを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の把持力制御装置において、
前記切替制御手段を有効もしくは無効にすることを選択する選択手段をさらに備え、
前記切替制御手段は、前記選択手段によって無効にすることが選択された場合、前記接触判定手段の判定結果にかかわらず、前記可変リリーフ手段に前記圧油を供給しないように切替手段を切り替え制御することを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
前記操作部が操作されていないとき、前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータへ供給される圧油の圧力を保持する圧力保持手段をさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項4に記載の把持力制御装置において、
前記圧力保持手段は、前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータへ供給される圧油の圧力を蓄積するアキュムレータであることを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項5に記載の把持力制御装置において、
前記アキュムレータは、前記可変リリーフ手段に前記圧油を供給するように前記切替手段が切り替えられた時にのみ圧力を蓄積することを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項6に記載の把持力制御装置において、
前記アキュムレータは、前記可変リリーフ手段と前記切替手段との間の管路から供給される圧油によって圧力を蓄積し、前記切替手段を介することなく前記蓄積した圧力を前記アクチュエータへ供給することを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1〜7のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
前記可変リリーフ手段の前記リリーフ圧力は、前記把持爪を閉じる方向に前記アクチュエータが駆動されるように操作された前記操作部の最大操作量に応じて設定され、かつ、前記把持爪を開く方向に前記アクチュエータが駆動されるように前記操作部が操作されるまで保持されることを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1〜8のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータに供給される圧油の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサで検出した圧力が、前記可変リリーフ手段の前記リリーフ圧力に達したことを報知する報知手段とをさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。 - 対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、
前記把持爪を開閉駆動するアクチュエータに対して供給される圧油を制御する流量制御手段と、
前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータに供給される圧油を、低圧ラインへ流す流路を開閉する開閉弁と、
前記把持爪の把持力を検出する把持力検出手段と、
操作部の操作に基づいて、前記流量制御手段によって前記アクチュエータに供給される圧油の流量と、前記把持爪の把持力の設定値とを変更する操作手段と、
前記把持爪が前記対象物と接触したか否かを判定する接触判定手段と、
前記接触判定手段によって前記把持爪が前記対象物と接触したことが判定されると、前記把持力検出手段で検出した前記把持爪の把持力が前記設定値となるように前記開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを備えることを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項10に記載の把持力制御装置において、
前記開閉制御手段を有効もしくは無効にすることを選択する選択手段をさらに備え、
前記開閉制御手段は、前記選択手段によって無効にすることが選択された場合、前記接触判定手段の判定結果にかかわらず、前記開閉弁を閉じるように制御することを特徴とする把持力制御装置。 - 請求項1〜11のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
前記接触判定手段は、前記把持爪を閉じるように前記流量制御手段から前記アクチュエータに供給される圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出した前記圧油の圧力をあらかじめ決められた接触判定基準値と比較して前記把持爪が前記対象物と接触したか否かを判断する比較判断手段とによって構成されることを特徴とする把持力制御装置。 - 対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の把持力制御装置と、
前記把持装置が取り付けられる腕を有する旋回体と、
前記旋回体を旋回可能に保持する走行体とを備えることを特徴とする解体作業機。
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