JP6781127B2 - 建設機械 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に係わり、特に、建設機械の運転者に省エネルギー運転を促すための報知を行う建設機械に関する。
近年、油圧ショベル等の建設機械において、省エネルギー化の要求が高まっている。そこで、建設機械の運転者に省エネルギー運転を促すための報知を行う運転支援装置が提唱されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1の運転支援装置は、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサと、圧力センサで検出された吐出圧がリリーフ圧以上である状態が所定時間以上に継続したときに、油圧リリーフが実行されていると判定し、この油圧リリーフを抑制させるためのガイダンスを、建設機械が暖機運転中でなければ表示するモニタ装置とを備えている。
特開2012−72632号公報
特許文献1の運転支援装置では、油圧リリーフがエンジン燃料の浪費に相当することから、油圧リリーフが実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すようになっている。しかし、油圧ポンプの吐出圧がリリーフ圧未満であって油圧リリーフが実行されていなくとも、油圧ポンプの吐出圧が比較的高ければ高負荷作業が実行されていることから、エンジン燃料の消費率(燃費)が悪化する。特許文献1では、このような運転が実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すことを考慮していない。
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すことができる建設機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出圧がリリーフ圧以上であると開状態になって、前記油圧ポンプから吐出された圧油の一部をタンクに戻すリリーフ弁と、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する検出器と、建設機械の運転者に対する報知を行う報知装置と、前記検出器で検出された吐出圧に基づいて前記報知装置を制御するコントローラとを備えた建設機械において、前記建設機械の運転者が作業重視モード及び燃費重視モードのうちのいずれかを選択するモード選択装置を備え、前記コントローラ又は他のコントローラは、前記モード選択装置で燃費重視モードが選択された場合に、作業重視モードが選択された場合と比べ、前記エンジンの回転数を低下させる制御機能を有し、前記コントローラは、前記モード選択装置で作業重視モード及び燃費重視モードのうちのいずれかが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、前記リリーフ弁の油圧リリーフが実行されていると判定し、油圧リリーフを抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御し、前記モード選択装置で作業重視モードが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧未満であって且つ予め前記リリーフ圧より低く設定された第1の基準値以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御し、前記モード選択装置で燃費重視モードが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧未満であって且つ予め前記第1の基準値より低く設定された第2の基準値以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御する。

本発明によれば、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すことができる。
本発明の第1の実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。 本発明の第1の実施形態における運転支援装置の構成を油圧システムの一部と共に表す図である。 本発明の第1の実施形態におけるコンローラの報知制御の処理内容を表すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態における運転支援装置の構成を油圧システムの一部と共に表す図である。 本発明の第2の実施形態におけるコントローラの報知制御の処理内容を表すフローチャートである。
本発明の適用対象の建設機械として油圧ショベルを例にとり、本発明の第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。なお、以降、油圧ショベルの運転席に運転者が着座した場合における運転者の前側(図1中右側)、後側(図1中左側)、右側(図1の紙面に対して手前側)、及び左側(図1の紙面に対して奥側)を、単に前側、後側、右側、及び左側と称する。
本実施形態の油圧ショベルは、自走可能な下部走行体1と、下部走行体1の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体2と、上部旋回体2の前側に連結され、例えば掘削作業、ならし作業、又は転圧作業等を実施するための作業装置3とを備えている。下部走行体1は、走行モータ(図示せず)によって走行するようになっている。上部旋回体2は、旋回モータ(図示せず)によって旋回するようになっている。
作業装置3は、上部旋回体2の前部(詳細には、後述する旋回フレーム10の前部)に鉛直方向に回動可能に連結されたブーム4と、ブーム4の先端部に鉛直方向に回動可能に連結されたアーム5と、アーム5の先端部に鉛直方向に回動可能に連結されたバケット6とを備えている。ブーム4は一対のブームシリンダ7によって回動し、アーム5はアームシリンダ8によって回動し、バケット6はバケットシリンダ9によって回動するようになっている。
上部旋回体2は、基礎構造体をなす旋回フレーム10と、旋回フレーム10の前部左側に設けられたキャブタイプの運転室11と、旋回フレーム10の前部右側に設けられた燃料タンク12及び作動油タンク13と、旋回フレーム10の後端に設けられたカウンタウエイト14と、カウンタウエイト14の前側に形成され、後述するエンジン16(図2参照)等を収納する機械室15とを備えている。
上述した油圧ショベルには、複数の油圧アクチュエータ(詳細には、上述した走行モータ、旋回モータ、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等)を駆動する油圧システムが搭載されている。また、油圧ショベルの運転者に省エネルギー運転を促すための報知を行う運転支援装置が搭載されている。
図2は、本実施形態における運転支援装置の構成を油圧システムの一部と共に表す図である。なお、本実施形態の油圧システムの構成のうち、代表して、アームシリンダ8の駆動に係わる構成のみ図示するとともに、説明する。
本実施形態の油圧システムは、エンジン16と、エンジン16によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ17と、油圧ポンプ17の容量を可変制御するレギュレータ18と、油圧ポンプ17の吐出側に設けられたリリーフ弁19と、油圧ポンプ17から吐出された圧油によって駆動されるアームシリンダ8と、油圧ポンプ17からアームシリンダ8への圧油の流れを制御するコントロールバルブ20とを備えている。
レギュレータ18は、例えば油圧ポンプ17のトルクを制限する機能を有し、油圧ポンプ17の吐出圧が上昇するのに従って油圧ポンプ17の容量を減少させるようになっている。リリーフ弁19は、油圧ポンプ17の吐出圧が予め設定されたリリーフ圧R以上であると開状態になって、油圧ポンプ17から吐出された圧油の一部をタンクに戻すようになっている(油圧リリーフ)。
また、本実施形態の油圧システムは、エンジン16によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ21と、パイロットポンプ21の吐出側に設けられ、パイロットポンプ21の吐出圧を一定に保つパイロットリリーフ弁22と、運転室11内に配置された操作装置23とを備えている。
操作装置23は、図示しないものの、操作レバーの操作によって作動する一方側及び他方側のパイロット弁を有している。一方側のバイロット弁は、操作レバーが中立位置から一方側に操作された場合に作動し、パイロットポンプ21の吐出圧を元圧として操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をコントロールバルブ20の一方側の受圧部24Aへ出力する。これにより、コントロールバルブ20が図2中右側の切換位置に切換えられる。したがって、油圧ポンプ17から吐出された圧油がアームシリンダ8のボトム側に供給されて、アームシリンダ8が伸長するようになっている。
他方側のパイロット弁は、操作レバーが中立位置から反対側に操作された場合に作動し、パイロットポンプ21の吐出圧を元圧として操作レバーの操作量に対応するパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をコントロールバルブ20の一方側の受圧部24Bへ出力する。これにより、コントロールバルブ20が図2中左側の切換位置に切換えられる。したがって、油圧ポンプ17から吐出された圧油がアームシリンダ8のロッド側に供給されて、アームシリンダ8が縮短するようになっている。
本実施形態の運転支援装置は、油圧ポンプ17の吐出圧(すなわち、油圧アクチュエータの負荷圧に相当)を検出する圧力センサ25(検出器)と、運転室11内に配置され、運転者に対する報知を行うモニタ装置26(報知装置)と、圧力センサ25で検出された吐出圧に基づいてモニタ装置26を制御するコントローラ27とを備えている。
なお、コントローラ27は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部(例えばCPU)と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部(例えばROM、RAM)等を有するものである。
次に、本実施形態の最も大きな特徴であるコントローラ27の報知制御の詳細を説明する。図3は、本実施形態におけるコントローラの報知制御の処理内容を表すフローチャートである。
まず、ステップS101にて、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧が上述したリリーフ圧R以上であるか否かを判定する。吐出圧がリリーフ圧R以上である場合は、ステップS101の判定がYESとなってステップS102に移る。
ステップS102にて、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R以上である状態が所定時間(例えば4〜5分間)以上に継続しているか否かを判定する。吐出圧がリリーフ圧R以上である状態が所定時間以上に継続していない場合は、ステップS102の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がリリーフ圧R以上である状態が所定時間以上に継続している場合は、ステップS102の判定がYESとなってステップS103に移る。
ステップS103にて、コントローラ27は、リリーフ弁19の油圧リリーフが実行されていると判定し、油圧リリーフを抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する。モニタ装置26は、この指令信号に従い、油圧リリーフを抑制するためのガイダンス(詳細には、例えば「油圧リリーフを控えましょう」のメッセージ等)を表示する。
ステップS101にて、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満である場合は、その判定がNOとなってステップS104に移る。ステップS104にて、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧が基準値S(詳細には、リリーフ圧Rより低くなるように、例えばリリーフ圧Rの70%以上100%未満の範囲内で予め設定された値)以上であるか否かを判定する。吐出圧が基準値S未満である場合は、ステップS104の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧が基準値S以上である場合は、ステップS104の判定がYESとなってステップS105に移る。
ステップS105にて、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間(例えば4〜5分間)以上に継続しているか否かを判定する。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間以上に継続していない場合は、ステップS105の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間以上に継続している場合は、ステップS105の判定がYESとなってステップS106に移る。
ステップS106にて、コントローラ27は、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する。モニタ装置26は、この指令信号に従い、高負荷作業を抑制するためのガイダンス(詳細には、例えば「高負荷作業を控えましょう」のメッセージ等)を表示する。
したがって、本実施形態においては、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すことができる。
本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態は、作業重視モード及び燃費重視モードのうちのいずれかを選択可能な実施形態である。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
図4は、本実施形態における運転支援装置の構成を油圧システムの一部と共に表す図である。
本実施形態の運転支援装置は、運転室11内に配置され、運転者がパワーモード(作業重視モード)及びエコモード(燃費重視モード)のうちのいずれかを選択するモード選択スイッチ28(モード選択装置)を備えている。
コントローラ27Aは、モード選択スイッチ28でエコモードが選択された場合に、パワーモードが選択された場合と比べ、エンジン16の回転数を低減させる制御機能を有している。あるいは、エンジン16の回転数を制御する他のコントローラに対し、エンジン16の回転数を低減させる指令信号を出力するようになっている。
次に、本実施形態の最も大きな特徴であるコントローラ27Aの報知制御の詳細を説明する。図3は、本実施形態におけるコントローラの報知制御の処理内容を表すフローチャートである。
ステップS101〜103までの処理手順は、第1の実施形態と同じであるため、それらの説明を省略する。ステップS101にて、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満である場合は、その判定がNOとなってステップS107に移る。ステップS107にて、コントローラ27Aは、モード選択スイッチ28でパワーモードが選択されているか否かを判定する。パワーモードが選択されている場合は、ステップS107の判定がYESとなってS104に移る。
ステップS104にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧が基準値S(詳細には、リリーフ圧Rより低くなるように、例えばリリーフ圧Rの70%以上100%未満の範囲内で予め設定された値)以上であるか否かを判定する。吐出圧が基準値S以上である場合は、ステップS104の判定がYESとなってステップS105に移る。
ステップS105にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間(例えば4〜5分間)以上に継続しているか否かを判定する。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間以上に継続していない場合は、ステップS105の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間以上に継続している場合は、ステップS105の判定がYESとなってステップS106に移る。
ステップS106にて、コントローラ27Aは、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する。モニタ装置26は、この指令信号に従い、高負荷作業を抑制するためのガイダンス(詳細には、例えば「高負荷作業を控えましょう」のメッセージ等)を表示する。
ステップS104にて、吐出圧が基準値S未満である場合は、その判定がNOとなってステップS108に移る。ステップS108にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がモード基準値T(詳細には、リリーフ圧Rより低くなるように、例えばリリーフ圧Rの40%で予め設定された値)以下であるか否かを判定する。吐出圧がモード基準値Tを超える場合は、ステップS108の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がモード基準値T以下である場合は、ステップS108の判定がYESとなってステップS109に移る。
ステップS109にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がモード基準値T以下である状態が所定時間(例えば4〜5分間)以上に継続しているか否かを判定する。吐出圧がモード基準値T以下である状態が所定時間以上に継続していない場合は、ステップS109の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がモード基準値T以下である状態が所定時間以上に継続している場合は、ステップS109の判定がYESとなってステップS110に移る。
ステップS110にて、コントローラ27Aは、パワーモードよりエコモードに切替えたほうがよいと判定し、エコモードを推奨するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する。モニタ装置26は、この指令信号に従い、エコモードを推奨するためのガイダンス(詳細には、例えば「エコモードを推奨します」のメッセージ等)を表示する。
ステップS107にて、エコモードが選択されている場合は、その判定がNOとなってS111に移る。ステップS111にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧が基準値U(詳細には、リリーフ圧R及び基準値Sより低くなるように、例えば基準値Sの90%で予め設定された値)以上であるか否かを判定する。吐出圧が基準値U未満である場合は、ステップS111の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧が基準値U以上である場合は、ステップS111の判定がYESとなってステップS112に移る。
ステップS112にて、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値U以上である状態が所定時間(例えば4〜5分間)以上に継続しているか否かを判定する。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値U以上である状態が所定時間以上に継続していない場合は、ステップS112の判定がNOとなってステップS101に戻る。吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値U以上である状態が所定時間以上に継続している場合は、ステップS112の判定がYESとなってステップS113に移る。
ステップS113にて、コントローラ27Aは、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する。モニタ装置26は、この指令信号に従い、高負荷作業を抑制するためのガイダンス(詳細には、例えば「高負荷作業を控えましょう」のメッセージ等)を表示する。
したがって、本実施形態においては、パワーモード及びエコモードのうちのいずれかの選択にかかわらず、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていることを運転者に認識させて省エネルギー運転を促すことができる。
なお、第1及び第2の実施形態において、コントローラ27又は27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R以上である状態が所定時間以上に継続したときに、油圧リリーフが実行されていると判定し、油圧リリーフを抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R以上である状態が所定頻度(例えば10分間のうちの4〜5割)以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていると判定し、油圧リリーフを抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
また、第1及び第2の実施形態において、コントローラ27又は27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定時間以上に継続したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値S以上である状態が所定頻度(例えば10分間のうちの4〜5割)以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
また、第2の実施形態において、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値U以上である状態が所定時間以上に継続したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つ基準値U以上である状態が所定頻度(例えば10分間のうちの4〜5割)以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
また、第2の実施形態において、コントローラ27Aは、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つモード基準値T以下である状態が所定時間以上に継続したときに、パワーモードよりエコモードに切替えたほうがよいと判定し、エコモードを推奨するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、コントローラ27は、圧力センサ25で検出された吐出圧がリリーフ圧R未満であって且つモード基準値T以下である状態が所定頻度(例えば10分間のうちの4〜5割)以上に発生したときに、パワーモードよりエコモードに切替えたほうがよいと判定し、エコモードを推奨するための報知を行う旨の指令信号をモニタ装置26に出力してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
また、第1及び第2の実施形態並びに変形例においては、報知装置として、ガイダンスを表示するモニタ装置26を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、ガイダンスを音声出力する音声出力装置を備えてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
なお、以上においては、本発明の適用対象の建設機械として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られず、ホイールローダ等の他の建設機械であってもよい。
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
16 エンジン
17 油圧ポンプ
19 リリーフ弁
25 圧力センサ(検出器)
26 モニタ装置(報知装置)
27 コントローラ
28 モード選択スイッチ(モード選択装置)

Claims (1)

  1. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
    前記油圧ポンプの吐出圧がリリーフ圧以上であると開状態になって、前記油圧ポンプから吐出された圧油の一部をタンクに戻すリリーフ弁と、
    前記油圧ポンプの吐出圧を検出する検出器と、
    建設機械の運転者に対する報知を行う報知装置と、
    前記検出器で検出された吐出圧に基づいて前記報知装置を制御するコントローラとを備えた建設機械において、
    前記建設機械の運転者が作業重視モード及び燃費重視モードのうちのいずれかを選択するモード選択装置を備え、
    前記コントローラ又は他のコントローラは、前記モード選択装置で燃費重視モードが選択された場合に、作業重視モードが選択された場合と比べ、前記エンジンの回転数を低下させる制御機能を有し、
    前記コントローラは、
    前記モード選択装置で作業重視モード及び燃費重視モードのうちのいずれかが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、前記リリーフ弁の油圧リリーフが実行されていると判定し、油圧リリーフを抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御し、
    前記モード選択装置で作業重視モードが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧未満であって且つ予め前記リリーフ圧より低く設定された第1の基準値以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御し、
    前記モード選択装置で燃費重視モードが選択された場合、前記検出器で検出された吐出圧が前記リリーフ圧未満であって且つ予め前記第1の基準値より低く設定された第2の基準値以上である状態が所定時間以上に継続したか若しくは所定頻度以上に発生したときに、油圧リリーフが実行されていなくとも高負荷作業が実行されていると判定し、高負荷作業を抑制するための報知を行わせるように前記報知装置を制御することを特徴とする建設機械。
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