JP6054412B2 - ショベル - Google Patents

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Description

本発明は、アキュムレータを備えたショベルに関する。
従来、単一のアキュムレータを用いた油圧式旋回モータ制御システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特表2011−514954号公報
この油圧式旋回モータ制御システムは、旋回油圧モータを減速させる際に、旋回油圧モータの慣性動作による運動エネルギを油圧エネルギとして回生するために、旋回油圧モータが排出する作動油をアキュムレータに蓄積する。また、この油圧式旋回モータ制御システムは、旋回油圧モータを加速させる際に、回生した油圧エネルギを運動エネルギとして利用するために、アキュムレータに蓄積した作動油を旋回油圧モータに対して放出する。
しかしながら、この油圧式旋回モータ制御システムは、アキュムレータに蓄積した作動油を旋回油圧モータの駆動のみに利用する構成であるため、アキュムレータを効率的に利用できているとはいえない。
上述の点に鑑み、本発明は、アキュムレータをより効率的に利用するショベルを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、メインポンプと、旋回油圧モータを含む油圧アクチュエータと、前記メインポンプと前記油圧アクチュエータとの間の作動油の流れを制御するコントロールバルブと、前記メインポンプと前記コントロールバルブとの間、及び、前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間に接続されるアキュムレータ部とを備える。
上述の手段により、本発明は、アキュムレータをより効率的に利用するショベルを提供することができる。
本発明の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 図1の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 第1実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。 蓄圧・放圧処理の流れを示すフローチャートである。 図3の油圧回路の状態と各切換弁の状態との対応関係を示す対応表である。 第2実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。 第3実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す図である。
図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
図1は、本発明の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。
油圧ショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には、ブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントを構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
図2は、図1の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。
機械式駆動部としてのエンジン11の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16及び第2放圧・蓄圧切換部43を介してコントロールバルブ17が接続されている。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続されている。
コントロールバルブ17は、油圧ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、旋回油圧モータ21等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続されている。
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cを含む。レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29にそれぞれ接続されている。
圧力センサ29は、操作装置26を用いた操作者の操作内容を検出するためのセンサであり、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。なお、操作装置26の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
コントローラ30は、油圧ショベルの駆動制御を行う主制御部としてのコントローラである。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUが実行することにより実現される装置である。
圧力センサS1は、メインポンプ14の吐出圧を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
圧力センサS2Lは、旋回油圧モータ21の第1ポート側の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
圧力センサS2Rは、旋回油圧モータ21の第2ポート側の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
圧力センサS3は、アキュムレータ部42の作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
第1放圧・蓄圧切換部41は、旋回油圧モータ21とアキュムレータ部42との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。
アキュムレータ部42は、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する油圧回路要素である。
第2放圧・蓄圧切換部43は、メインポンプ14とコントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。
なお、第1放圧・蓄圧切換部41、アキュムレータ部42、及び第2放圧・蓄圧切換部43についてはその詳細を後述する。
次に、図3を参照しながら、図1の油圧ショベルに搭載されるアキュムレータ部42の蓄圧及び放圧について説明する。なお、図3は、図1の油圧ショベルに搭載される、第1実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す。
図3に示す油圧回路の要部構成は、主に、旋回制御部40、第1放圧・蓄圧切換部41、アキュムレータ部42、及び第2放圧・蓄圧切換部43を含む。
旋回制御部40は、主に、旋回油圧モータ21、リリーフ弁400L、400R、及び逆止弁401L、401Rを含む。
リリーフ弁400Lは、旋回油圧モータ21の第1ポート21L側の作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧を超えるのを防止するための弁である。具体的には、第1ポート21L側の作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧に達した場合に、第1ポート21L側の作動油をタンクに排出する。
同様に、リリーフ弁400Rは、旋回油圧モータ21の第2ポート21R側の作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧を超えるのを防止するための弁である。具体的には、第2ポート21R側の作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧に達した場合に、第2ポート21R側の作動油をタンクに排出する。
逆止弁401Lは、第1ポート21L側の作動油の圧力がタンク圧未満になるのを防止するための弁である。具体的には、第1ポート21L側の作動油の圧力がタンク圧まで低下した場合に、タンク内の作動油を第1ポート21L側に供給する。
同様に、逆止弁401Rは、第2ポート21R側の作動油の圧力がタンク圧未満になるのを防止するための弁である。具体的には、第2ポート21R側の作動油の圧力がタンク圧まで低下した場合に、タンク内の作動油を第2ポート21R側に供給する。
第1放圧・蓄圧切換部41は、旋回制御部40(旋回油圧モータ21)とアキュムレータ部42との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。本実施例では、第1放圧・蓄圧切換部41は、主に、第1切換弁410R、第2切換弁410D、及び逆止弁411R、411Dを含む。
第1切換弁410Rは、アキュムレータ部42の蓄圧(回生)動作の際に、旋回制御部40からアキュムレータ部42への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、第1切換弁410Rは、3ポート3位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第1切換弁410Rは、第1位置、第2位置、及び第3位置を弁位置として有する。第1位置は、第1ポート21Lとアキュムレータ部42とを連通させる弁位置である。また、第2位置は、旋回制御部40とアキュムレータ部42とを遮断する弁位置である。また、第3位置は、第2ポート21Rとアキュムレータ部42とを連通させる弁位置である。
第2切換弁410Dは、アキュムレータ部42の放圧(力行)動作の際に、アキュムレータ部42から旋回制御部40への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、第2切換弁410Dは、3ポート3位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第2切換弁410Dは、第1位置、第2位置、及び第3位置を弁位置として有する。第1位置は、アキュムレータ部42と第1ポート21Lとを連通させる弁位置である。また、第2位置は、アキュムレータ部42と旋回制御部40とを遮断する弁位置である。また、第3位置は、アキュムレータ部42と第2ポート21Rとを連通させる弁位置である。
逆止弁411Rは、アキュムレータ部42から旋回制御部40に作動油が流れるのを防止する弁である。また、逆止弁411Dは、旋回制御部40からアキュムレータ部42に作動油が流れるのを防止する弁である。
なお、以下では、第1切換弁410R及び逆止弁411Rの組み合わせを第1蓄圧(回生)回路と称し、第2切換弁410D及び逆止弁411Dの組み合わせを第1放圧(力行)回路と称する。
アキュムレータ部42は、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する油圧回路要素である。具体的には、アキュムレータ部42は、旋回減速中に旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の作動油を蓄積し、旋回加速中に旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に放出する。また、アキュムレータ部42は、旋回油圧モータ21以外の油圧アクチュエータの作動中に、その蓄積した作動油をその油圧アクチュエータに放出することもできる。また、アキュムレータ部42は、メインポンプ14が吐出する作動油を蓄積することもできる。本実施例では、アキュムレータ部42は、主に、第1アキュムレータ420を含む。
第1アキュムレータ420は、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する装置である。本実施例では、第1アキュムレータ420は、窒素ガスを利用するブラダ型アキュムレータであり、窒素ガスの圧縮性と作動油の非圧縮性を利用して作動油を蓄積或いは放出する。
なお、コントローラ30は、旋回減速中において、旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の圧力が第1アキュムレータ420の圧力より高い場合に第1切換弁410Rを連通状態にできるようにし、旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の圧力が第1アキュムレータ420の圧力より低い場合には第1切換弁410Rを遮断状態にする。これにより、コントローラ30は、旋回減速中に第1アキュムレータ420の作動油が旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)に流れるのを防止することができる。また、コントローラ30は、旋回加速中において、第1アキュムレータ420の圧力が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の圧力より高い場合に第2切換弁410Dを連通状態にできるようにし、第1アキュムレータ420の圧力が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の圧力より低い場合には第2切換弁410Dを遮断状態にする。これにより、コントローラ30は、旋回加速中に旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の作動油が第1アキュムレータ420に流れるのを防止することができる。
第2放圧・蓄圧切換部43は、メインポンプ14とコントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の作動油の流れを制御する油圧回路要素である。本実施例では、第2放圧・蓄圧切換部43は、主に、第3切換弁430及び第4切換弁431を含む。
第3切換弁430は、コントロールバルブ17を介した旋回油圧モータ21への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、第3切換弁430は、2ポート2位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第3切換弁430は、第1位置及び第2位置を弁位置として有する。第1位置は、メインポンプ14及びアキュムレータ部42とコントロールバルブ17における旋回油圧モータ用流量制御弁17Aとを連通させる弁位置である。また、第2位置は、メインポンプ14及びアキュムレータ部42とコントロールバルブ17とを遮断する弁位置である。
第4切換弁431は、アキュムレータ部42の放圧(力行)動作の際に、アキュムレータ部42からコントロールバルブ17への作動油の流れを制御し、アキュムレータ部42の蓄圧(回生)動作の際に、メインポンプ14からアキュムレータ部42への作動油の流れを制御する弁である。本実施例では、第4切換弁431は、2ポート2位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第4切換弁431は、第1位置及び第2位置を弁位置として有する。第1位置は、メインポンプ14及びコントロールバルブ17とアキュムレータ部42とを連通させる弁位置である。また、第2位置は、メインポンプ14及びコントロールバルブ17とアキュムレータ部42とを遮断する弁位置である。
なお、以下では、メインポンプ14からアキュムレータ部42に作動油を流す場合の第2放圧・蓄圧切換部43を第2蓄圧(回生)回路と称し、アキュムレータ部42からコントロールバルブ17に作動油を流す場合の第2放圧・蓄圧切換部43を第2放圧(力行)回路と称する。
ここで、図4及び図5を参照しながら、コントローラ30がアキュムレータ部42の蓄圧及び放圧を制御する処理(以下、「蓄圧・放圧処理」とする。)について説明する。なお、図4は、蓄圧・放圧処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ30は、所定周期で繰り返しこの蓄圧・放圧処理を実行する。また、図5は、図3の油圧回路の状態と各切換弁の状態との対応関係を示す対応表である。
最初に、コントローラ30は、油圧ショベルの状態を検出するための各種センサの出力に基づいて、旋回動作中であるか否かを判定する(ステップST1)。本実施例では、コントローラ30は、旋回操作レバーの操作量に基づいて旋回動作中であるか否かを判定する。
旋回動作中であると判定すると(ステップST1のYES)、コントローラ30は、各種センサの出力に基づいて、旋回加速中であるか旋回減速中であるかを判定する(ステップST2)。本実施例では、コントローラ30は、旋回操作レバーの操作量に基づいて旋回加速中であるか旋回減速中であるかを判定する。
旋回減速中であると判定すると(ステップST2の減速中)、コントローラ30は、油圧回路の状態を「旋回回生」の状態にする(ステップST3)。
図5に示すように、「旋回回生」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第1位置又は第3位置とし、第1蓄圧(回生)回路を通じて旋回制御部40とアキュムレータ部42とを連通させる。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17とを連通させる。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第2位置とし、コントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。なお、「旋回回生」の状態では、コントロールバルブ17における旋回油圧モータ用流量制御弁17Aは、遮断状態、すなわち、旋回油圧モータ21とメインポンプ14及びタンクとの間の連通を遮断した状態にある。そのため、第3切換弁430が第1位置にあっても旋回油圧モータ21からの戻り油が旋回油圧モータ用流量制御弁17Aを介してタンクに排出されることはない。また、図3は、「旋回回生」状態にある油圧回路を示す。
その結果、「旋回回生」の状態では、旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の作動油が第1蓄圧(回生)回路を通じてアキュムレータ部42に流れて第1アキュムレータ420に蓄積される。また、第4切換弁431が遮断状態(第2位置)にあるため、旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の作動油が第4切換弁431を通ってコントロールバルブ17に流入することはない。
ステップST2において、旋回加速中であると判定すると(ステップST2の加速中)、コントローラ30は、アキュムレータ部42の蓄圧状態が適切であるか否かを判定する(ステップST4)。本実施例では、コントローラ30は、圧力センサS2L、S2R、S3の出力に基づいて、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の圧力より高いか否かを判定する。なお、コントローラ30は、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力が所定圧以上であるか否かに基づいてアキュムレータ部42の蓄圧状態が適切であるか否かを判定してもよい。
蓄圧状態が適切であると判定した場合、例えば、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の圧力より高いと判定した場合(ステップST4のYES)、コントローラ30は、油圧回路の状態を「旋回力行」の状態にする(ステップST5)。
図5に示すように、「旋回力行」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第1位置又は第3位置とし、第1放圧(力行)回路を通じて旋回制御部40とアキュムレータ部42との間を連通させる。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第2位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第2位置とし、コントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。
その結果、「旋回力行」の状態では、第1アキュムレータ420の作動油が第1放圧(力行)回路を通じて旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に放出されて旋回油圧モータ21が旋回駆動される。また、第4切換弁431が遮断状態(第2位置)にあるため、第1アキュムレータ420の作動油が第4切換弁431を通ってコントロールバルブ17に流入することはない。なお、「旋回力行」の状態において、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間を連通させてもよい。この場合、第1アキュムレータ420が放出する作動油に加えて、メインポンプ14が吐出する作動油が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に供給される。
ステップST4において、蓄圧状態が適切でないと判定した場合、例えば、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)の圧力より低いと判定した場合(ステップST4のNO)、コントローラ30は、油圧回路の状態を「ポンプ供給」の状態にする(ステップST6)。
図5に示すように、「ポンプ供給」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間を連通させる。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第2位置とし、コントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。
その結果、「ポンプ供給」の状態では、メインポンプ14が吐出する作動油が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に流入して旋回油圧モータ21が旋回駆動される。また、第4切換弁431が遮断状態(第2位置)にあるため、メインポンプ14が吐出する作動油が第4切換弁431を通って第1アキュムレータ420に流入することはない。
ステップST1において、旋回動作中でないと判定すると(ステップST1のNO)、コントローラ30は、各種センサの出力に基づいて、旋回油圧モータ21以外の他の油圧アクチュエータが動作中であるか否かを判定する(ステップST7)。本実施例では、コントローラ30は、他の油圧アクチュエータの操作レバーの操作量に基づいて他の油圧アクチュエータが動作中であるか否かを判定する。
他の油圧アクチュエータ(例えばブームシリンダ7)が動作中であると判定すると(ステップST7のYES)、コントローラ30は、アキュムレータ部42の蓄圧状態が適切であるか否かを判定する(ステップST8)。本実施例では、コントローラ30は、ブームシリンダ7内の作動油の圧力を検出するための圧力センサ(図示せず。)の出力に基づいて、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力がブームシリンダ7の駆動側の圧力より高いか否かを判定する。なお、ブームシリンダ7の駆動側は、ボトム側油室及びロッド側油室のうち体積が増加する方の油室を意味する。アームシリンダ8及びバケットシリンダ9についても同様である。
蓄圧状態が適切であると判定した場合、例えば、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力がブームシリンダ7の駆動側の圧力より高いと判定した場合(ステップST8のYES)、コントローラ30は、油圧回路の状態を「シリンダ駆動」の状態にする(ステップST9)。
図5に示すように、「シリンダ駆動」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間を連通させる。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第1位置とし、第2放圧(力行)回路を通じてコントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間を連通させる。
その結果、「シリンダ駆動」の状態では、第1アキュムレータ420の作動油が第2放圧(力行)回路及びブームシリンダ用流量制御弁17Bを通じてブームシリンダ7の駆動側に放出されてブームシリンダ7が駆動される。また、第2切換弁410Dが遮断状態(第2位置)にあるため、第1アキュムレータ420の作動油が第2切換弁410Dを通って旋回制御部40(旋回油圧モータ21)に流入することはない。
ステップST8において、蓄圧状態が適切でないと判定した場合、例えば、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油の圧力がブームシリンダ7の駆動側の圧力より低いと判定した場合(ステップST8のNO)、コントローラ30は、油圧回路の状態を「ポンプ供給」の状態にする(ステップST10)。
図5に示すように、「ポンプ供給」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間を連通させる。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第2位置とし、コントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。
その結果、「ポンプ供給」の状態では、メインポンプ14が吐出する作動油がブームシリンダ7の駆動側に流入してブームシリンダ7が駆動される。また、第4切換弁431が遮断状態(第2位置)にあるため、メインポンプ14が吐出する作動油が第4切換弁431を通って第1アキュムレータ420に流入することはない。
ステップST7において、他の油圧アクチュエータが何れも動作中でないと判定すると(ステップST7のNO)、コントローラ30は、コントローラ30は、油圧回路の状態を「無負荷」又は「ポンプ蓄圧」の状態にする(ステップST11)。
図5に示すように、「無負荷」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第1位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間を連通させる。また、コントローラ30は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第2位置とし、コントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。
その結果、「無負荷」の状態では、メインポンプ14が吐出する作動油がコントロールバルブ17を通じてタンクに排出される通常状態となる。また、第4切換弁431が遮断状態(第2位置)にあるため、第1アキュムレータ420の作動油が第4切換弁431を通ってコントロールバルブ17に流入することはない。
また、図5に示すように、「ポンプ蓄圧」の状態では、コントローラ30は、第1切換弁410Rに対して制御信号を出力して第1切換弁410Rを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第2切換弁410Dに対して制御信号を出力して第2切換弁410Dを第2位置とし、旋回制御部40とアキュムレータ部42との間の連通を遮断する。また、コントローラ30は、第3切換弁430に対して制御信号を出力して第3切換弁430を第2位置とし、メインポンプ14とコントロールバルブ17との間の連通を遮断する。また、コントローラ3は、第4切換弁431に対して制御信号を出力して第4切換弁431を第1位置とし、第2蓄圧(回生)回路を通じてコントロールバルブ17とアキュムレータ部42との間を連通させる。
その結果、「ポンプ蓄圧」の状態では、メインポンプ14が吐出する作動油が第2蓄圧(回生)回路を通じてアキュムレータ部42に流れて第1アキュムレータ420に蓄積される。「ポンプ蓄圧」の状態は、例えば、第1アキュムレータ420の作動油の圧力が所定圧となるまで継続され、第1アキュムレータ420の作動油の圧力が所定圧となった時点で「無負荷」の状態に切り換えられる。
また、コントローラ30は、旋回油圧モータ21と、他の油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ7)との複合動作の場合、所定の条件が満たされるときに、油圧回路の状態を「旋回力行」の状態にしてもよい。具体的には、コントローラ30は、ブームシリンダ7の負荷が大きいために、メインポンプ14が吐出する作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧を上回った場合に、油圧回路の状態を「旋回力行」の状態にする。その結果、第1アキュムレータ420の作動油が旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に放出されて旋回油圧モータ21が旋回駆動される。また、第3切換弁430が遮断状態(第2位置)にあるため、メインポンプ14が吐出する作動油がコントロールバルブ17における旋回油圧モータ用流量制御弁17Aを通って旋回油圧モータ21の駆動側(吸い込み側)に流入することはない。このようにして、コントローラ30は、所定の旋回リリーフ圧より高い作動油をメインポンプ14が旋回油圧モータ21に供給するのを防止できる。それ故に、コントローラ30は、リリーフ弁400L、400Rを通じて作動油が無駄に排出されるのを防止できる。なお、第1アキュムレータ420の作動油が所定の旋回リリーフ圧を上回ることはない。第1アキュムレータ420は、旋回油圧モータ21の制動側(吐出側)の作動油、すなわち、所定の旋回リリーフ圧以下の作動油のみを蓄積するためである。
以上の構成により、第1実施例に係る油圧回路は、第1アキュムレータ420に蓄積された作動油を、旋回油圧モータ21ばかりでなく、旋回油圧モータ21以外の他の1又は複数の油圧アクチュエータにも放出できる。そのため、第1実施例に係る油圧回路は、第1アキュムレータ420に蓄積された油圧エネルギを効率的に利用することができる。
なお、第1実施例では、コントローラ30は、第3切換弁430の連通・遮断を切り換えることによってコントロールバルブ17を介した旋回油圧モータ21への作動油の流れを制御する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されることはない。例えば、コントローラ30は、コントロールバルブ17における旋回油圧モータ用流量制御弁17Aのパイロット圧を比例弁(図示せず。)で調整することによってコントロールバルブ17を介した旋回油圧モータ21への作動油の流れを制御してもよい。具体的には、コントローラ30は、旋回操作レバーが操作された場合であっても、必要に応じてそのパイロット圧を比例弁で調整し、旋回油圧モータ用流量制御弁17Aを介した旋回油圧モータ21への作動油の流れを遮断する。
また、第1実施例において、コントローラ30は、旋回動作中であるか否かを判定した後でブームシリンダ7が動作中であるか否かを判定する。そして、コントローラ30は、第1アキュムレータ420の圧力が、動作中のブームシリンダ7の駆動側の圧力より高い場合に、第1アキュムレータ420の作動油をブームシリンダ7の駆動側に放出させる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されることはない。例えば、コントローラ30は、旋回動作中であるか否かを判定する前にブームシリンダ7が動作中であるか否かを判定してもよい。この場合、コントローラ30は、第1アキュムレータ420の圧力が、動作中のブームシリンダ7の駆動側の圧力より高いときに、第1アキュムレータ420の作動油をブームシリンダ7の駆動側に放出させる。また、ブームシリンダ7が動作中でないときには、第1アキュムレータ420の圧力が、動作中の旋回油圧モータ21の駆動側の圧力より高いときに、第1アキュムレータ420の作動油を旋回油圧モータ21の駆動側に放出させる。
また、コントローラ30は、第1アキュムレータ420の圧力が、動作中のブームシリンダ7の駆動側の圧力より低い場合であっても、動作中の旋回油圧モータ21の駆動側の圧力より高い場合には、第1アキュムレータ420の作動油を旋回油圧モータ21の駆動側に放出させる。同様に、コントローラ30は、第1アキュムレータ420の圧力が、動作中の旋回油圧モータ21の駆動側の圧力より低い場合であっても、動作中のブームシリンダ7の駆動側の圧力より高い場合には、第1アキュムレータ420の作動油をブームシリンダ7の駆動側に放出させる。旋回油圧モータ21とブームシリンダ7以外の他の油圧アクチュエータとの間の関係についても同様である。
次に、図6を参照しながら、本発明の第2実施例に係る油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの蓄圧及び放圧について説明する。なお、図6は、図1の油圧ショベルに搭載される、第2実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す。
また、図6の油圧回路は、アキュムレータと開閉弁の2組の組み合わせを有するアキュムレータ部42Aを含む点で、1つのアキュムレータを有するアキュムレータ部42を含む図3の油圧回路と相違する。また、図6の油圧回路は、第3切換弁430が省略され、逆止弁432が追加された第2放圧・蓄圧切換部43Aを含む点で図3の油圧回路と相違する。しかしながら、図6の油圧回路は、その他の点で図3の油圧回路と共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
図6に示すように、アキュムレータ部42Aは、主に、第1アキュムレータ420A、第2アキュムレータ420B、第1開閉弁421A、及び第2開閉弁421Bを含む。
第1アキュムレータ420A、第2アキュムレータ420Bは、油圧回路内の余剰の作動油を蓄積し、必要に応じてその蓄積した作動油を放出する装置である。本実施例では、各アキュムレータの容量は任意であり、全て同じ容量であってもよく、それぞれ異なる容量であってもよい。
第1開閉弁421A、第2開閉弁421Bはそれぞれ、コントローラ30からの制御信号に応じて開閉する弁であり、第1アキュムレータ420A、第2アキュムレータ420Bの蓄圧・放圧を制御する。
また、第2実施例では、第1アキュムレータ420Aの最大放出圧力は、第2アキュムレータ420Bの最大放出圧力より大きい。なお、「最大放出圧力」とは、アキュムレータが放出できる最大の圧力であり、蓄圧(回生)動作の際のアキュムレータの最大圧力によって決まる圧力である。本実施例では、第1アキュムレータ420Aの最大放出圧力は、第1開閉弁421Aの開閉制御によって所定の値に調整される。第2アキュムレータ420Bについても同様である。このように、最大放出圧力に差を設けることで、アキュムレータ部42Aは、第1アキュムレータ420A及び第2アキュムレータ420Bの何れから作動油を放出するかを選択できる。その選択は、例えば、操作レバーの操作量、メインポンプ14の吐出圧等から把握される、旋回油圧モータ21以外の油圧アクチュエータの状態に基づいて行われる。
また、図6に示すように、第2放圧(力行)回路としての第2放圧・蓄圧切換部43Aは、主に、第4切換弁431及び逆止弁432を含む。
第4切換弁431は、第1実施例におけるものと同様、2ポート2位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第4切換弁431は、第1位置及び第2位置を弁位置として有する。第1位置は、メインポンプ14及びコントロールバルブ17とアキュムレータ部42Aとを連通させる弁位置である。また、第2位置は、メインポンプ14及びコントロールバルブ17とアキュムレータ部42Aとを遮断する弁位置である。
逆止弁432は、メインポンプ14が吐出する作動油がアキュムレータ部42Aに流入するのを防止するための弁である。
このように、第2実施例では、逆止弁432によりメインポンプ14からアキュムレータ部42Aへの作動油の流れが防止されるため、コントローラ30は、油圧回路の状態を「ポンプ蓄圧」の状態にすることはない。そのため、第4切換弁431は、アキュムレータ部42Aの放圧(力行)動作の際に、アキュムレータ部42Aからコントロールバルブ17への作動油の流れを制御するのみであり、アキュムレータ部42Aの蓄圧(回生)動作の際に、メインポンプ14からアキュムレータ部42Aへの作動油の流れを制御することはない。
また、第2実施例に係る油圧回路では、図3に示す第3切換弁430が省略されているため、メインポンプ14が吐出する作動油を用いて、或いは、メインポンプ14が吐出する作動油とアキュムレータ部42Aに蓄積された作動油とを併用して旋回油圧モータ21が駆動される。
しかしながら、第2実施例に係る油圧回路は、逆止弁432を省略することによってメインポンプ14からアキュムレータ部42Aへの作動油の流れを許容し、油圧回路の状態を「ポンプ蓄圧」の状態にできるようにしてもよい。また、第2実施例に係る油圧回路は、第3切換弁430又はそれと同様の機能を実現する構成要素を備えることによって、アキュムレータ部42Aに蓄積された作動油のみを用いて旋回油圧モータ21が駆動され得るようにしてもよい。
以上の構成により、第2実施例に係る油圧回路は、第1実施例に係る油圧回路による効果に加え、複数のアキュムレータから作動油の蓄積先としてのアキュムレータを選択できるという効果をもたらす。具体的には、蓄圧(回生)動作の際に、旋回油圧モータ21の制動側の作動油の圧力に応じて、最大放出圧力をそれぞれ異ならせた複数のアキュムレータから作動油の蓄積先としてのアキュムレータを選択できるようにする。その結果、制動側の作動油の圧力が低いときにも蓄圧(回生)動作が行われるようにする。
また、第2実施例に係る油圧回路は、放圧(力行)動作の際に、要求される放出圧力に応じて、最大放出圧力をそれぞれ異ならせた複数のアキュムレータから作動油の供給元としてのアキュムレータを選択できるようにする。その結果、放出圧力の低いアキュムレータがより効率的に利用されるようにする。
また、第1アキュムレータ420A、第2アキュムレータ420Bには、最大放出圧力と最小放出圧力とで定められる放出圧力範囲が設定されていてもよい。この場合、蓄圧(回生)動作の際、旋回油圧モータ21の制動側の作動油は、その制動側の作動油の圧力に適合する放出圧力範囲を持つアキュムレータに蓄積される。
また、第2実施例では、複数のアキュムレータのうちの1つが蓄圧(回生)動作の際の作動油の蓄積先、又は、放圧(力行)動作の際の作動油の供給元として選択される。すなわち、複数のアキュムレータは、それぞれ異なるタイミングで蓄圧され或いは放圧される。そのため、複数のアキュムレータのそれぞれは、他のアキュムレータの圧力の影響を受けることなく、作動油を蓄積し、或いは放出することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、2つ以上のアキュムレータが同時に蓄積先又は供給元として選択されてもよい。すなわち、2つ以上のアキュムレータが、部分的に或いは全体的に重複するタイミングで蓄圧され、或いは放圧されてもよい。
次に、図7を参照しながら、本発明の第3実施例に係る油圧ショベルに搭載されるアキュムレータの蓄圧及び放圧について説明する。なお、図7は、図1の油圧ショベルに搭載される、第3実施例に係る油圧回路の要部構成例を示す。
また、図7の油圧回路は、第4切換弁431の代わりに、第5切換弁433及び第6切換弁434を有する第2放圧・蓄圧切換部43Bを含む点で図6の油圧回路と相違する。しかしながら、図7の油圧回路は、その他の点で図6の油圧回路と共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
第2放圧(力行)回路としての第2放圧・蓄圧切換部43Bは、アキュムレータ部42Aとメインポンプ14の上流側(吸い込み側)又は下流側(吐出側)とを接続する油圧回路構成要素である。本実施例では、第2放圧・蓄圧切換部43Bは、主に、第5切換弁433及び第6切換弁434を含む。
第5切換弁433は、アキュムレータ部42Aの放圧(力行)動作の際に、アキュムレータ部42Aからメインポンプ14の下流側の合流点を経てコントロールバルブ17へ向かう作動油の流れを制御する弁である。
本実施例では、第5切換弁433は、2ポート2位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第5切換弁433は、第1位置及び第2位置を弁位置として有する。第1位置は、メインポンプ14の下流側の合流点を介してアキュムレータ部42Aとコントロールバルブ17とを連通させる弁位置である。また、第2位置は、アキュムレータ部42Aとコントロールバルブ17とを遮断する弁位置である。
第6切換弁434は、アキュムレータ部42Aの放圧(力行)動作の際に、アキュムレータ部42Aからメインポンプ14の上流側の合流点を経てコントロールバルブ17へ向かう作動油の流れを制御する弁である。
本実施例では、第6切換弁434は、2ポート2位置の切換弁であり、コントローラ30からの制御信号に応じて弁位置を切り換える電磁弁を用いることができる。また、パイロット圧を用いた比例弁を用いてもよい。具体的には、第6切換弁434は、第1位置及び第2位置を弁位置として有する。第1位置は、メインポンプ14の上流側の合流点を介してアキュムレータ部42Aとコントロールバルブ17とを連通させる弁位置である。また、第2位置は、アキュムレータ部42Aとコントロールバルブ17とを遮断する弁位置である。
第6切換弁434が第1位置にある場合、メインポンプ14の上流側において、メインポンプ14とタンクとの間の連通が遮断され、メインポンプ14とアキュムレータ部42Aとが連通される。そして、メインポンプ14は、アキュムレータ部42Aが放出する比較的高い圧力の作動油を吸い込み、その作動油をコントロールバルブ17に向けて吐出する。その結果、メインポンプ14は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込んで吐出する場合に比べて吸収馬力(所定量の作動油を吐出するために必要なトルク)を低減でき、省エネルギ化を促進できる。また、メインポンプ14は、吐出量制御の応答性を高めることができる。
また、第6切換弁434が第2位置にある場合、メインポンプ14の上流において、メインポンプ14とタンクとが連通され、メインポンプ14とアキュムレータ部42Aとの間の連通が遮断される。そして、メインポンプ14は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込み、その作動油をコントロールバルブ17に向けて吐出する。
コントローラ30は、放圧(力行)動作の際、第1放圧(力行)回路を閉じ、第2放圧(力行)回路43Bを開いてアキュムレータ部42Aの作動油をコントロールバルブ17に供給する。或いは、コントローラ30は、放圧(力行)動作の際、第1放圧(力行)回路を開き、第2放圧(力行)回路43Bを閉じてアキュムレータ部42Aの作動油を旋回油圧モータ21に供給する。なお、コントローラ30は、放圧(力行)動作の際、第1放圧(力行)回路及び第2放圧(力行)回路43Bの双方を開いてアキュムレータ部42Aの作動油を旋回油圧モータ21及びコントロールバルブ17の双方に供給してもよい。
また、コントローラ30は、第2放圧(力行)回路43Bを開く場合には、第5切換弁433及び第6切換弁434のうちの一方を第1位置にし、他方を第2位置にする。
具体的には、コントローラ30は、油圧アクチュエータが操作されたときに、アキュムレータ部42Aの圧力がその油圧アクチュエータの駆動側の圧力より高ければ、第5切換弁433を第1位置にし、第6切換弁434を第2位置にする。そして、コントローラ30は、メインポンプ14の下流側の合流点を通じて、アキュムレータ部42Aの作動油をコントロールバルブ17へ向けて放出させる。
また、コントローラ30は、油圧アクチュエータが操作されたときに、アキュムレータ部42Aの圧力がその油圧アクチュエータの駆動側の圧力より低ければ、第5切換弁433を第2位置にし、第6切換弁434を第1位置にする。そして、コントローラ30は、メインポンプ14の上流側の合流点を通じて、アキュムレータ部42Aの作動油をメインポンプ14に向けて放出させる。メインポンプ14は、タンクから作動油を吸い込む代わりに、アキュムレータ部42Aが放出する作動油を吸い込んで下流側に吐出する。その結果、メインポンプ14は、比較的低い圧力の作動油をタンクから吸い込んで吐出する場合に比べて吸収馬力を低減できる。
以上の構成により、第3実施例に係る油圧回路は、第1実施例及び第2実施例のそれぞれに係る油圧回路による効果に加え、アキュムレータ部42Aの圧力が、動作させようとする油圧アクチュエータの駆動側の圧力より低い場合であっても、アキュムレータ部42Aの放圧(力行)動作を実行させることができるという効果をもたらす。
また、第3実施例に係る油圧回路では、図3に示す第3切換弁430が省略されているため、メインポンプ14が吐出する作動油を用いて、或いは、メインポンプ14が吐出する作動油とアキュムレータ部42Aに蓄積された作動油とを併用して旋回油圧モータ21が駆動される。
しかしながら、第3実施例に係る油圧回路は、逆止弁432を省略することによってメインポンプ14からアキュムレータ部42Aへの作動油の流れを許容し、油圧回路の状態を「ポンプ蓄圧」の状態にできるようにしてもよい。また、第3実施例に係る油圧回路は、第3切換弁430又はそれと同様の機能を実現する構成要素を備えることによって、アキュムレータ部42Aに蓄積された作動油のみを用いて旋回油圧モータ21が駆動され得るようにしてもよい。
また、第3実施例では、アキュムレータ部42Aは、アキュムレータと開閉弁の2組の組み合わせを有するが、第1実施例におけるアキュムレータ部42と同様、1つのアキュムレータを有する構成であってもよい。
また、第3実施例では、第2放圧(力行)回路としての第2放圧・蓄圧切換部43Bは、メインポンプ14の上流側の合流点又は下流側の合流点でアキュムレータ部42Aからの作動油を合流させる構成を有する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、第2放圧(力行)回路43Bは、逆止弁432及び第5切換弁433を含む管路を省略し、メインポンプ14の上流側の合流点でのみアキュムレータ部42Aからの作動油を合流させることができる構成であってもよい。
また、蓄圧(回生)動作の状態において全てのアキュムレータの蓄圧が終了した場合に、或いは、蓄圧(回生)動作の開始時点で既に全てのアキュムレータが十分に蓄圧されている場合に、旋回油圧モータ21からの戻り油を、第2放圧・蓄圧切換部43Bを用いてメインポンプ14の上流側の合流点又は下流側の合流点で合流させる構成としてもよい。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施例において、アキュムレータ420に蓄積された作動油は、旋回油圧モータ21、又は、旋回油圧モータ21以外の他の1又は複数の油圧アクチュエータに向けて放出される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、アキュムレータ420に蓄積された作動油は、旋回油圧モータ21、及び、旋回油圧モータ21以外の他の1又は複数の油圧アクチュエータに向けて同時に放出されてもよい。
また、本願は、2012年10月29日に出願した、日本国特許出願2012−238376号に基づく優先権を主張するものでありそれらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1・・・下部走行体 1A、1B・・・走行用油圧モータ 2・・・旋回機構 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・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・・・キャビン 11・・・エンジン 14・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 16・・・高圧油圧ライン 17・・・コントロールバルブ 17A・・・旋回油圧モータ用流量制御弁 17B・・・ブームシリンダ用流量制御弁 21・・・旋回油圧モータ 21L・・・第1ポート 21R・・・第2ポート 25・・・パイロットライン 26・・・操作装置 26A、26B・・・レバー 26C・・・ペダル 27、28・・・油圧ライン 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 40・・・旋回制御部 41・・・第1放圧・蓄圧切換部 42、42A・・・アキュムレータ部 43、43A、43B・・・第2放圧・蓄圧切換部 400L、400R・・・リリーフ弁 401L、401R・・・逆止弁 410R・・・第1切換弁 410D・・・第2切換弁 411R、411D・・・逆止弁 420、420A、420B・・・アキュムレータ 421A、421B・・・開閉弁 430・・・第3切換弁 431・・・第4切換弁 432・・・逆止弁 433・・・第5切換弁 434・・・第6切換弁 S1、S2L、S2R、S3・・・圧力センサ

Claims (7)

  1. メインポンプと、
    旋回油圧モータを含む油圧アクチュエータと、
    前記メインポンプと前記油圧アクチュエータとの間の作動油の流れを制御するコントロールバルブと、
    前記メインポンプと前記コントロールバルブとの間、及び、前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間に作動油を放出できるように接続されるアキュムレータ部と、
    前記メインポンプと前記コントロールバルブとの間と前記アキュムレータ部とを接続する管路に設けられる切換弁と、を備え
    前記旋回油圧モータ以外の油圧アクチュエータの作動中に、前記切換弁は連通状態となり、前記アキュムレータ部は前記メインポンプと前記コントロールバルブとの間に作動油を放出する、
    ショベル。
  2. 旋回減速中に、前記アキュムレータ部は、前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間から流入する前記旋回油圧モータの作動油を蓄積する、
    請求項1に記載のショベル。
  3. 前記切換弁は、前記アキュムレータ部に蓄積された作動油の圧力が前記旋回油圧モータ以外の油圧アクチュエータの駆動側の圧力より低い場合、遮断状態となる、
    請求項1又は2に記載のショベル。
  4. 旋回加速中に、前記アキュムレータ部は、前記旋回油圧モータと前記コントロールバルブとの間に作動油を放出する、
    請求項1乃至3の何れかに記載のショベル。
  5. 前記アキュムレータ部は、複数のアキュムレータで構成される、
    請求項1乃至4の何れかに記載のショベル。
  6. 前記複数のアキュムレータのうちの1つは、前記複数のアキュムレータのうちの別の1つとは異なるタイミングで作動油を蓄積し或いは作動油を放出する、
    請求項5に記載のショベル。
  7. 前記アキュムレータ部は、前記メインポンプの上流に作動油を放出可能である、
    請求項1乃至6の何れかに記載のショベル。
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