JP6676574B2 - 作業車両のアクスル昇温装置 - Google Patents

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Description

本発明は、作業車両のアクスル昇温装置に係り、特に動力を車輪に伝達するアクスル内の潤滑油を早期に昇温させる技術に関する。
従来、駆動源として内燃機関により駆動される油圧ポンプから吐出される作動油を油圧モータに供給する構成のHST(Hydro Static Transmission)を採用した作業車両が広く知られている。
このような作業車両では、油圧モータの出力をアクスルを介して駆動輪に伝達するようにしている。
アクスルには動力伝達用の歯車装置からなる減速機等が内装されており、アクスルのケーシングの内部には、歯車装置の潤滑油としてアクスルオイルが充填されている。
ところで、アクスルオイルは、冬季、特に寒冷地のように外気温が低くなるような環境下では、粘度が高くなるために歯車装置の作動抵抗となり、作業車両の始動時においては車輪速度が上がり難く、十分な車速が得られないという問題がある。
そこで、アクスルオイルを昇温させるべく、作業車両を暫く走行させてアクスルオイルを攪拌させる技術の他、外部電源を用いた電気ヒータでアクスルオイルを加温させる技術が開発されている(特許文献1)。
特開平04−90931号公報
しかしながら、作業車両を暫く走行させてアクスルオイルを攪拌させる技術の場合、アクスルオイルの温度が極低温であるようなときには、十分に昇温させるまでに時間がかかるという問題がある。
また、特許文献1に記載の技術のように、外部電源を用いた電気ヒータでアクスルオイルを加温させる場合には、そのような外部電源を確保できる作業場所は限られ、電力消費が大きく、実用性に欠けるという問題がある。また、アクスルオイルの量が多いと十分に昇温させまでに時間がかかるという上記同様の問題もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短時間で効率よくアクスルオイルの昇温を行うことの可能な作業車両のアクスル昇温装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の作業車両のアクスル昇温装置は、ケーシングの内部に歯車装置を有し、該歯車装置を介して駆動源の動力を車輪に伝達するアクスルと、前記ケーシングの内部に充填され、前記歯車装置の潤滑を行う潤滑油と、前記ケーシングの内部と連通して前記潤滑油を循環させる循環路であって、両端が前記ケーシングに接続されている循環路と、前記循環路に介装される加圧昇温手段とを備えた、前後進レバーと駐車ブレーキと散水ポンプとを含む作業車両のアクスル昇温装置において、前記加圧昇温手段は、前記潤滑油の温度が所定温度未満であるときには、前記前後進レバーの位置がニュートラルの位置にあり、前記駐車ブレーキが作動されており、前記散水ポンプが作動されていないという条件のもとで前記駆動源の動力を用いて前記潤滑油を加圧し昇温させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、アクスルのケーシングの内部の潤滑油が、循環路において作業車両の駆動源の動力を用いた加圧昇温手段により効率よく加圧されて速やかに昇温させられる。
好ましくは、前記駆動源により駆動される油圧ポンプから吐出される作動油で作動する油圧モータを備え、前記加圧昇温手段は、前記循環路に介装されて前記油圧モータにより駆動し前記潤滑油を吐出させる潤滑油ポンプと、前記循環路の該潤滑油ポンプよりも下流側に介装されて前記潤滑油の流れに抵抗を負荷する流体抵抗部材とを有するのがよい。
これにより、駆動源により駆動される油圧ポンプから吐出される作動油で作動する油圧モータにより潤滑油ポンプが駆動されて循環路内で潤滑油が吐出され、流体抵抗部材により潤滑油の流れに抵抗が負荷されて、循環路を循環する作動油が効率よく加圧されて速やかに昇温させられる。
また、前記流体抵抗部材はリリーフ弁であるのが好ましい。
これにより、循環路のリリーフ弁の上流側における潤滑油の圧力がリリーフ弁に設定された所定圧力まで高められ、循環路を循環する作動油が容易に昇温させられる。
また、前記流体抵抗部材はオリフィスであるのが好ましい。
これにより、オリフィスを用いた簡単な構成にして、循環路のオリフィスの上流側における潤滑油の圧力が高められ、循環路を循環する作動油が容易に昇温させられる。
また、前記流体抵抗部材はリリーフ弁及び該リリーフ弁と並列に設けられたオリフィスであるのが好ましい。
これにより、循環路のリリーフ弁の上流側における潤滑油の圧力がリリーフ弁に設定された所定圧力に達するまでの間、オリフィスによりある程度まで圧力が高められて昇温した潤滑油がアクスルのケーシングの内部に循環する。
本発明の作業車両のアクスル昇温装置によれば、例えば外気温が低くアクスル内の潤滑油の温度が低いような状況下であっても、この潤滑油を循環路において作業車両の駆動源の動力を用いた加圧昇温手段によって効率よく加圧して速やかに昇温させ、ひいてはアクスルを速やかに昇温させ、潤滑油の粘度を効果的に低下させることができる。
従って、アクスル内の潤滑油の粘度が高いと潤滑油がアクスル内の歯車装置の摩擦抵抗となって車輪の回転速度が十分に上がらないのであるが、外気温が低い場合であっても、アクスル内の歯車装置の摩擦抵抗を速やかに低減し、作業車両をスムーズに走行させることが可能である。
作業車両として転圧機械の一種であるタイヤローラ車両を示す図である。 タイヤローラ車両における油圧回路の概略構成図である。 アクスルオイルヒータユニットの作動制御を行うための制御ブロック図である。 変形例を示す図である。 他の変形例を示す図である。
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
以下、本発明に係る作業車両のアクスル昇温装置について図面を参照して説明する。
図1には、作業車両として転圧機械の一種であるタイヤローラ車両1が示されている。タイヤローラ車両1は、前後の車輪を兼用する転圧輪2と、この転圧輪2により走行する車体4とを備え、車体4の上部中央にはオペレータが座る運転席6が設けられている。運転席6の前方には操作盤8が配設され、操作盤8にはタイヤローラ車両1を操向させるためのハンドル10、前後進を切替操作する前後進レバー11、タイヤローラ車両1の駐車ブレーキ(図示せず)を作動操作する駐車ブレーキSW12、後述する散水ポンプ34を作動操作する散水ポンプSW13等が設けられている。
車体4の一部は、水タンク14として構成されている。水タンク14は、転圧輪2や路面に散水するための水を貯蔵するタンクである。詳しくは、道路舗装工事において、転圧輪2によってアスファルトを締固める際、主に転圧輪2にアスファルトが付着することを防ぐために、転圧輪2や路面のアスファルトに散水ノズルから水タンク14内の水を散水する。
車体4の前部には、エンジン(駆動源)16や油圧ポンプユニット20が配設されている。タイヤローラ車両1では、転圧輪2の駆動や散水を行うためにそれぞれ油圧モータを用いており、油圧ポンプユニット20は、これらの油圧モータに作動油を吐出し循環供給する複数の油圧ポンプで構成されている。そして、詳しくは後述するように、これら複数の油圧ポンプがエンジン16によって駆動される。
駆動輪としての後輪側の転圧輪2は、4つの車輪を有し、これら4つの車輪は2つずつが対をなして、それぞれ2つの車輪がアクスル3(後述するアクスル3R及び3L)を介して駆動されるよう構成されている。アクスル3は転圧輪2に動力伝達をするための装置であり、アクスル3には動力伝達用の歯車装置からなる減速機等がケーシングに内装され、ケーシングの内部には歯車装置を潤滑する潤滑油としてアクスルオイルが充填されている。
図2を参照すると、タイヤローラ車両1における油圧回路の概略構成図が示されている。
同図に示すように、油圧ポンプユニット20は、左右一対の走行用油圧モータ30を作動させるための走行用油圧ポンプ22、ステアリングシリンダ(図示せず)やブレーキシリンダ32を作動させるためのステアリング・ブレーキ用油圧ポンプ24及び散水ポンプ34を作動させる水ポンプ用油圧モータ36を作動させるための水ポンプ用油圧ポンプ26を備え、これら走行用油圧ポンプ22、ステアリング・ブレーキ用油圧ポンプ24及び水ポンプ用油圧ポンプ26がエンジン16の出力軸に連結されている。
走行用油圧モータ30、水ポンプ用油圧モータ36等の各油圧モータ類や走行用油圧ポンプ22、ステアリング・ブレーキ用油圧ポンプ24及び水ポンプ用油圧ポンプ26等の各油圧ポンプは、油圧管路によって接続されている。詳しくは、油圧回路は、走行用油圧モータ30と走行用油圧ポンプ22とが油圧管路40により連結され、ステアリングシリンダ(図示せず)やブレーキシリンダ32とステアリング・ブレーキ用油圧ポンプ24とが油圧管路42により連結され、水ポンプ用油圧モータ36と水ポンプ用油圧ポンプ26とが油圧管路44により連結され、これら油圧管路40、42、44の内部をそれぞれ作動油が循環可能に構成されている。なお、油圧管路40、42、44は作動油タンク70を通るよう連結されており、作動油タンク70から十分な作動油の供給を受けるよう構成されている。
ここに、走行用油圧モータ30と走行用油圧ポンプ22、及び、水ポンプ用油圧モータ36と水ポンプ用油圧ポンプ26とがHST(Hydro Static Transmission)として構成されている。
水ポンプ用油圧モータ36と水ポンプ用油圧ポンプ26とを連結する油圧管路44のうち、水ポンプ用油圧モータ36の上流側部分の供給管路44aと下流側部分の戻り管路44bとの間にはバイパス管路44cが架け渡されており、バイパス管路44cには2ポート電磁弁からなる水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45が介装されている。水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45は、水ポンプ用油圧モータ36の作動と停止とを切り替える機能を有している。水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45が開弁側に位置している状態では、作動油はバイパス管路44cを介して供給管路44aから戻り管路44bに水ポンプ用油圧モータ36をバイパスするように流れ、水ポンプ用油圧モータ36は作動せず、散水ポンプ34による散水は行われない。一方、水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45が閉弁側に位置している状態では、作動油は供給管路44aから水ポンプ用油圧モータ36を通って戻り管路44bに流れ、散水ポンプ34が作動して散水が実施可能とされる。
また、供給管路44aと戻り管路44bとの間にはさらにバイパス管路44cと並列にリリーフ管路44dが架け渡されており、リリーフ管路44dにはリリーフ弁46が介装されている。リリーフ弁46は、供給管路44a内の作動油の圧力が予め設定された所定圧力まで上昇すると開放し、作動油を戻り管路44bに流入させる。これにより、水ポンプ用油圧モータ36への油圧の過剰供給が防止される。
戻り管路44bの下流側には、フィルタユニット48が介装されている。フィルタユニット48により作動油内に混入した異物が取り除かれる。
これより、走行用油圧ポンプ22、ステアリング・ブレーキ用油圧ポンプ24及び水ポンプ用油圧ポンプ26がエンジン16により駆動されると、作動油タンク70から作動油が吸い上げられて油圧管路40、42、44に供給され、これにより、走行用油圧モータ30が駆動されてオペレータによる前後進レバー11等の運転操作に応じてタイヤローラ車両1が走行し、水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45が閉弁側に切り替えられた状態で水ポンプ用油圧モータ36が駆動され且つ散水ポンプSW13が操作されると散水ポンプ34が作動して散水が行われ、ハンドル10やブレーキペダル(図示せず)の操作に応じてステアリングシリンダやブレーキシリンダ32に作動油が供給される。
ところで、上述したように、アクスル3(アクスル3R及び3L)のケーシング内には潤滑油としてアクスルオイルが充填されており、本発明に係るタイヤローラ車両1では、外気温が低いような場合において、アクスル3のケーシング内に充填されたアクスルオイルを暖めるためのアクスルオイルヒータユニット50が設けられている。以下アクスルオイルヒータユニット50について説明する。
図2に示すように、供給管路44aから分岐するとともに戻り管路44bに合流するようにして、油圧管路51が設けられている。詳しくは、供給管路44aには3ポート電磁弁からなるアクスルオイルヒータ作動切替弁52が介装されており、油圧管路51はアクスルオイルヒータ作動切替弁52が切り替えられることで作動油を供給管路44aから油圧管路51側へ分岐可能に構成されている。
そして、油圧管路51にはアクスルオイルポンプ用油圧モータ54が介装されている。アクスルオイルポンプ用油圧モータ54の出力軸には、2つのアクスルオイルポンプ(潤滑油ポンプ、加圧昇温手段)56R及び56Lが連結されている。アクスルオイルポンプ56R及び56Lはそれぞれ油路(循環路)58R及び58Lに介装されており、油路58Rは両端がアクスル3の一方のアクスル3Rに、油路58Lは両端が他方のアクスル3Lに接続されている。
油路58R及び58Lは、具体的にはアクスル3R及び3Lの各ケーシングの内部のアクスルオイル溜まりと連通可能にしてそれぞれアクスル3R及び3Lに接続されている。これより、アクスルオイルポンプ56R及び56Lが作動することで、油路58R及び58Lには、それぞれアクスル3R及び3Lのアクスルオイルがアクスルオイルポンプ56R及び56Lから吐出されて循環可能である。
油路58R及び58Lには、それぞれリリーフ弁(流体抵抗部材、加圧昇温手段)60R及び60Lが介装されている。リリーフ弁60R及び60Lは、油路58R及び58L内のアクスルオイルの圧力が予め設定された所定圧力まで上昇すると開放し、アクスルオイルの油路58R及び58L内での循環を許容する。
なお、油路58R及び58Lには、フィルタ62R及び62Lが介装されている。フィルタ62R及び62Lにより、それぞれアクスルオイル内に混入した異物が取り除かれる。また、アクスル3R及び3Lには、それぞれアクスルオイルの温度を検出するアクスル油温センサ64R及び64Lが設けられている。
このように、アクスルオイルヒータユニット50は、主として油圧管路51、アクスルオイルヒータ作動切替弁52、アクスルオイルポンプ用油圧モータ54、アクスルオイルポンプ56R及び56L、油路58R及び58L、リリーフ弁60R及び60Lから構成されている。
これにより、水ポンプ用油圧モータ作動切替弁45が閉弁側に切り替えられた状態でアクスルオイルヒータ作動切替弁52が油圧管路51側に開弁されると、作動油が油圧管路51を流れてアクスルオイルポンプ用油圧モータ54ひいてはアクスルオイルポンプ56R及び56Lが作動し、アクスル3R及び3Lのアクスルオイルが油路58R及び58Lに吸い込まれる。
このとき、リリーフ弁60R及び60Lは上記所定圧力にならないと開弁しないことから、油路58R及び58Lのうちリリーフ弁60R及び60Lの上流側の部分では、リリーフ弁60R及び60Lがアクスルオイルに抵抗を負荷することになり、アクスルオイルは加圧される。このようにアクスルオイルが加圧されると、アクスルオイルは暖められて昇温する。
図3を参照すると、アクスルオイルヒータユニット50の作動制御を行うための本発明に係る制御ブロック図が示されており、以下、アクスルオイルヒータユニット50の作動制御について説明する。
タイヤローラ車両1にはMCU(マイクロコンピュータユニット)80が搭載されている。MCU80は、エンジン16や油圧回路の各種制御弁等の各種制御を行うよう構成され、入出力装置、記憶装置、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。
MCU80の入力側には、前後進レバー11、アクスル油温センサ64R及び64L、駐車ブレーキSW12、散水ポンプSW13等が電気的に接続されている。即ち、MCU80には、前後進レバー11からフロント(F)、ニュートラル(N)及びリヤ(R)の何れの位置に操作されているかの位置情報が、アクスル油温センサ64R及び64Lからアクスルオイルの温度情報が、駐車ブレーキSW12から駐車ブレーキの操作情報が、散水ポンプSW13から散水ポンプ34の作動操作情報が入力される。
一方、MCU80の出力側には、アクスルオイルヒータ作動切替弁52が接続されており、入力情報に応じてアクスルオイルヒータ作動切替弁52が作動操作されてアクスルオイルの加圧昇温が行われる。
具体的には、イグニションSW(図示せず)が操作されてMPUが起動した状態において、前後進レバー11の位置がニュートラル(N)に操作され、アクスル3R及び3Lの各アクスルオイルの温度が所定温度未満(例えば、20℃未満)にあり、駐車ブレーキSW12がONとされて駐車ブレーキが作動され、散水ポンプSW13がOFFとされて散水ポンプ34が作動されていない状態のとき、アクスルオイルヒータ作動切替弁52が油圧管路51と連通する側に切り替えられ、これによりアクスルオイルヒータユニット50が機能し、アクスルオイルの加圧昇温が行われる。
一旦油圧管路51と連通する側に切り替えられたアクスルオイルヒータ作動切替弁52は、以下のいずれかの状態、即ち前後進レバー11の位置がフロント(F)或いはリヤ(R)の何れかに操作された状態、アクスル3R及び3Lの各アクスルオイルの温度が所定温度以上の状態(例えば、20℃以上)、駐車ブレーキSW12がOFFとされて駐車ブレーキが解除された状態、散水ポンプSW13がONとされて散水ポンプ34が作動された状態のいずれかの状態になると、水ポンプ用油圧モータ36と連通する側に切り替えられてアクスルオイルヒータユニット50の機能が停止され、これによりアクスルオイルの加圧昇温が解除される。
このように、本発明に係る作業車両のアクスル昇温装置によれば、外気温が低くアクスル3R及び3Lの各アクスルオイルの温度が所定温度未満であるときには、前後進レバー11の位置がニュートラル(N)の位置にあり、駐車ブレーキが作動されており、散水ポンプ34が作動されていないという条件、即ち、タイヤローラ車両1が未だ作業を開始していないという条件のもとでアクスルオイルヒータユニット50を機能させ、アクスルオイルを油路58R及び58Lに循環させてリリーフ弁60R及び60Lにより加圧し暖めるようにしている。
これにより、外気温が低くアクスルオイルの温度が低いような状況下であっても、HSTの作動油、具体的にはエンジン16により作動される水ポンプ用油圧ポンプ26により油圧管路44内を循環する作動油を有効に利用してアクスルオイルヒータユニット50を機能させることで、アクスルオイルを効率よく加圧して速やかに昇温させ、ひいてはアクスル3R及び3Lを昇温させ、アクスルオイルの粘度を効果的に低下させることができる。
従って、アクスルオイルの粘度が高いとアクスルオイルがアクスル3R及び3L内の歯車装置の摩擦抵抗となって転圧輪2の回転速度が十分に上がらないのであるが、アクスルオイルの粘度が効果的に低下することで、外気温が低い場合であっても、アクスル3R及び3L内の歯車装置の摩擦抵抗を速やかに低減し、タイヤローラ車両1をスムーズに走行させることが可能である。
次に、変形例について説明する。
変形例では、リリーフ弁60R及び60Lに代えて、図4に示すように、油路58R及び58Lにオリフィス(流体抵抗部材)61R及び61Lを設ける。
このように、油路58R及び58Lにオリフィス61R及び61Lを介装するようにしても、オリフィス61R及び61Lがアクスルオイルに抵抗を負荷することになり、オリフィス61R及び61Lの上流側のアクスルオイルが加圧され、やはりアクスルオイルを暖めることができ、上記同様の効果を得ることができる。
さらに、他の変形例について説明する。
他の変形例では、油路58R及び58Lにおいて、図5に示すように、リリーフ弁(流体抵抗部材)60R及び60Lをそれぞれバイパスするように、即ちリリーフ弁60R及び60Lとそれぞれ並列に、オリフィス(流体抵抗部材)61R及び61Lを設ける。
このように、油路58R及び58Lにリリーフ弁60R及び60Lを設けるとともに、これらをバイパスするようにオリフィス61R及び61Lを設けるようにすると、アクスルオイルが低温時には粘度が高いため、オリフィス61R及び61Lを通るオイル量が少なく、リリーフ弁60R及び60Lの設定圧力相当の昇温を得ることができる。また、アクスルオイルが高温時には粘度が低いため、オリフィス61R及び61Lを通るオイル量が多くなる。その為、アクスルオイルはオリフィス61R及び61Lの直径に応じた圧力まで下がり、必要以上の加圧が抑制される。よって、低温時の昇温効果と高温時の省エネ効果とを両立させることができる。
これにより、油路58R及び58Lを循環するアクスルオイルの粘度を全体的に早期に低下させることが可能であり、外気温が低い場合であっても、アクスル3R及び3L内の歯車装置の作動抵抗を早期に低減でき、タイヤローラ車両1を早い段階からスムーズに走行させることが可能である。
以上で本発明に係る作業車両のアクスル昇温装置の実施形態の説明を終えるが、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、作業車両として転圧機械の一種であるタイヤローラ車両1を例に説明したが、これに限られず、アクスルを備えた作業車両であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、アクスルオイルポンプ用油圧モータ54によってアクスルオイルポンプ56R及び56Lを作動させるようにアクスルオイルヒータユニット50を構成したが、アクスルオイルポンプ56R及び56Lをエンジン16で駆動することも可能である。
1 タイヤローラ車両
2 転圧輪(車輪)
3、3R、3L アクスル
4 車体
16 エンジン(駆動源)
20 油圧ポンプユニット
26 水ポンプ用油圧ポンプ
44 油圧管路
44a 供給管路
44b 戻り管路
50 アクスルオイルヒータユニット
51 油圧管路
52 アクスルオイルヒータ作動切替弁
54 アクスルオイルポンプ用油圧モータ
56R、56L アクスルオイルポンプ(潤滑油ポンプ、加圧昇温手段)
58R、58L 油路(循環路)
60R、60L リリーフ弁(流体抵抗部材、加圧昇温手段)
61R、61L オリフィス(流体抵抗部材)
80 MCU(マイクロコンピュータユニット)

Claims (5)

  1. ケーシングの内部に歯車装置を有し、該歯車装置を介して駆動源の動力を車輪に伝達するアクスルと、
    前記ケーシングの内部に充填され、前記歯車装置の潤滑を行う潤滑油と、
    前記ケーシングの内部と連通して前記潤滑油を循環させる循環路であって、両端が前記ケーシングに接続されている循環路と、
    前記循環路に介装される加圧昇温手段と
    を備えた、前後進レバーと駐車ブレーキと散水ポンプとを含む作業車両のアクスル昇温装置において、
    前記加圧昇温手段は、前記潤滑油の温度が所定温度未満であるときには、前記前後進レバーの位置がニュートラルの位置にあり、前記駐車ブレーキが作動されており、前記散水ポンプが作動されていないという条件のもとで前記駆動源の動力を用いて前記潤滑油を加圧し昇温させるように構成されていることを特徴とする、作業車両のアクスル昇温装置。
  2. 前記駆動源により駆動される油圧ポンプから吐出される作動油で作動する油圧モータを備え、
    前記加圧昇温手段は、前記循環路に介装されて前記油圧モータにより駆動し前記潤滑油を吐出させる潤滑油ポンプと、前記循環路の該潤滑油ポンプよりも下流側に介装されて前記潤滑油の流れに抵抗を負荷する流体抵抗部材と
    を有する、請求項1に記載の作業車両のアクスル昇温装置。
  3. 前記流体抵抗部材はリリーフ弁である、請求項2に記載の作業車両のアクスル昇温装置。
  4. 前記流体抵抗部材はオリフィスである、請求項2に記載の作業車両のアクスル昇温装置。
  5. 前記流体抵抗部材はリリーフ弁及び該リリーフ弁と並列に設けられたオリフィスである、請求項2に記載の作業車両のアクスル昇温装置。
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