JP7130606B2 - 作業機 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示された作業機は、アームを有すると共に、アームの先端側に揺動可能に枢支されたバケット(作業具)を有している。バケットは、アームにシリンダ軸を介して枢支されたバケットシリンダ(作業具シリンダ)を伸縮させることでダンプ側及びクラウド側に揺動する。
本発明は、前記問題点に鑑みて、角度センサが検出した作業具シリンダの揺動角度に基づいて作業具の揺動位置を適切に算出することのできる作業機を提供することを目的とする。
図1は、本実施形態に係る作業機1の全体構成を示す概略側面図である。本実施形態では、作業機1として旋回作業機であるバックホーが例示されている。
図1に示すように、作業機1は、機体(旋回台)2と、走行装置3と、作業装置4とを備えている。機体2上にはキャビン5が搭載されている。キャビン5の室内には、運転者(オペレータ)が着座する運転席6が設けられている。
図1に示すように、機体2は、走行フレーム3A上に旋回ベアリング8を介して旋回軸心X1回りに旋回可能に支持されている。旋回軸心X1は、旋回ベアリング8の中心を通る上下方向に延伸する軸心である。機体2には、原動機が搭載されている。原動機は、ディーゼルエンジンである。なお、原動機は、ガソリンエンジン又は電動モータ或いはエンジン及び電動モータを有するハイブリッド型であってもよい。
機体2の前部には、作業装置4を支持する支持体20が設けられている。支持体20は、支持ブラケット20Aと、スイングブラケット20Bとを有している。支持ブラケット20Aは、縦リブ9L,9Rの前部に固定され、機体2から前方に突出状に設けられている。支持ブラケット20Aの前部(機体2から突出した部分)には、スイング軸26を介してスイングブラケット20Bが縦軸心(上下方向に延伸する軸心)回りに揺動可能に取り付けられている。したがって、スイングブラケット20Bは、機体幅方向に(スイング軸26を中心として水平方向に)回動可能である。
スイングブラケット20Bは、機体2内に備えられたスイングシリンダC2の伸縮によって揺動可能である。ブーム22は、ブームシリンダC3の伸縮によって揺動可能である。アーム23は、アームシリンダC4の伸縮によって揺動可能である。バケット24は、作業具シリンダ(バケットシリンダという)C5の伸縮によって揺動可能である。スイングシリンダC2、ブームシリンダC3、アームシリンダC4、バケットシリンダC5は、複動型の油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)によって構成されている。
バケット制御弁72は、制御装置71によって電気的に制御される制御弁であり、例えば、電磁比例方向制御弁が採用される。この電磁比例方向制御弁は、ソレノイドによってメインスプールを動かして作動油の流れを制御する弁である。また、バケット制御弁72は、中立位置72aと、第1位置72bと、第2位置72cとに切り換え可能な3位置切換弁によって構成されている。バケット制御弁72は、第1ソレノイド72d及び第2ソレノイド72eを有している。第1ソレノイド72d及び第2ソレノイド72eは制御装置71に接続されていて、制御装置71から出力される指令信号によって励磁又は消磁される。第1ソレノイド72d及び第2ソレノイド72eを励磁又は消磁することによって、バケット制御弁72を中立位置72aから第1位置72b又は第2位置72cに切換可能である。
そこで、図3に示すように、バケット24が中立位置80を境界とするダンプ側E1とクラウド側E2とのどちらにあるかを判断するために位置センサ41が設けられている。即ち、算出部83(制御装置71)は、角度センサ81が検出した揺動角度Gと位置センサ41が検出した検出情報(位置センサ41の検出結果)とに基づいて、バケット24の揺動位置を算出(特定)する。
図6~図8に示すように、取付板44には、ガイド部材(第1ガイド部材45A、第2ガイド部材45B)が設けられている。第1ガイド部材45Aは、取付板44から左方に張り出す第1取着部44Aを覆うように該第1取着部44Aに嵌められている。第2ガイド部材45Bは、取付板44から右方に張り出す第2取着部44Bを覆うように該第2取着部44Bに嵌められている。第1取着部44A及び第2取着部44Bは、取付板44の一端(取付板44におけるシリンダチューブ36のロッド側の端部)寄りに設けられている。
図6、図7に示すように、検出器43は、第1センサ43A及び第2センサ43Bを含む。第1センサ43A及び第2センサ43Bは、近接センサであり且つ磁気を検出する磁気センサである。第1センサ43Aと第2センサ43Bとは、機体幅方向において間隔をあけて配置され且つシリンダチューブ36の長手方向において同じ位置に配置されている。
バケットシリンダC5がさらに伸長して、検出器43が第2位置P5を通り過ぎて、図9の上段の図に示すバケットシリンダC5が最伸状態78なった第3位置P6に至るまで、検出器43は被検出部材42を検出しない。
取付本体54は、バケットシリンダC5とアーム23との間に位置する基壁54aと、基壁54aの左端から延出された第1側壁54bと、基壁54aの右端から延出された第2側壁54cと、基壁54aの一端(基壁54aにおけるシリンダチューブ36のロッド側の端部)側に設けられた第1端壁54dと、他端(基壁54aにおけるシリンダチューブ36のボトム側の端部)側に設けられた第2端壁54eとを有する。
図8に示すように、支持体55は、左側の第1スライド部材55Aと、右側の第2スライド部材55Bとを含む。第1スライド部材55Aは、右方に向けて開口する溝型に形成され、第1取着部44Aにシリンダチューブ36の長手方向に移動自在に嵌っている。第2スライド部材55Bは、左方に向けて開口する溝型に形成され、第2取着部44Bにシリンダチューブ36の長手方向に移動自在に嵌っている。第1スライド部材55Aは、第1側壁54bに固定され、第2スライド部材55Bは、第2側壁54cに固定されている。したがって、取付ブロック57は、取付板44に支持体55を介してシリンダチューブ36の長手方向に移動自在に支持されている。
図6、図7に示すように、取付構造体51は、検出器取付部材52とピストンロッド37とを連結する連結機構53を有している。連結機構53は、第1連結片59と、第2連結片60と、連結ピン61とを有する。第1連結片59は、ロッドヘッド37Aに取り付けられた固定プレート62に固定されている。第2連結片60は、取付本体54の第1端壁54dに固定されていると共に第1スライド部材55Aと第2スライド部材55Bとを連結する第1部位60aと、第1部位60aからロッドヘッド37A側に延出する第2部位60bとを有する。連結ピン61は、第1連結片59と第2連結片60とに挿通されて両者を連結する。
バケット24の揺動位置検出処理の開始時に、中立位置80付近以外の領域でバケット24がダンプ側E1にあるのかクラウド側E2にあるのかを判断するための処理(初期位置の設定処理)である位置確定処理を行う。位置確定処理は、例えば、以下のようにして行う。
図10に示すように、本実施形態では、検出器43による被検出部材42の検出領域87は、中立位置80から該中立位置80とダンプ側E1のエンド位置との間の中途部までの範囲である。検出領域87で、例えば、位置センサ41がONであるとすると、検出領域87以外の領域(第1検出外領域88、第2検出外領域89)では、位置センサ41はOFFである。即ち、中立位置80を挟んでON領域とOFF領域とが存在する。中立位置80付近での角度センサ81の電圧は決まっているので、中立位置80付近での角度センサ81の電圧で位置センサ41がONであると、判断部84は、バケット24がダンプ側E1にあることを判断する。また、中立位置80付近での角度センサ81の電圧で位置センサ41がOFFであると、判断部84は、バケット24がクラウド側E2にあることを判断する。
以上のように、上記一実施形態では、位置センサ41は、バケットシリンダC5が中立位置80よりも伸長側であるか縮退側であるかを示すON/OFF信号を検出する。また、第1検出パターン及び第2検出パターンは、ONからOFFの切り換わり、OFFからONの切り換わりの組み合わせであり、且つこの組み合わせが第1検出パターンと第2検出パターンとで異なっている。
制御装置71は、バケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかをバケット24の作動終了時に記憶し、且つ、バケット24の再開開始時に作動終了時に記憶したバケット24の位置を初期位置とし、初期位置からバケットシリンダC5を伸縮(ピストンロッド37を第1方向D1又は第2方向D2に移動)させたときにバケット24が中立位置80に対してダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかの判断を行う。例えば、制御装置71は、キーOFF直前にバケット24の位置を記憶部86に記憶する。キーON後には、バケット24が中立位置80からダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかを、記憶部86に記憶されたバケット24の位置で判断する。これにより、キーON後に、いちいち位置確定処理を行わなくてもよく、至便である。
この図11に示す他の実施形態では、バケットシリンダC5の長さ方向に間隔をあけて配置される2つの被検出部材42を有している。一方の被検出部材42Lと他方の被検出部材42Rとは、中立位置80を挟んで離れた場所に設置される。一方の被検出部材42Lはダンプ側E1において検出され、他方の被検出部材42Rはクラウド側E2において検出される。つまり、中立位置80を挟んで2つの検出領域(第1検出領域87A、第2検出領域87B)が設定されている。第1検出領域87Aと中立位置80との間隔(距離)W1と、第2検出領域87Bと中立位置80との間隔(距離)W2とは異なる。また、角度センサ81は、バケットシリンダC5の揺動角度に応じた検出値(角度センサ値)を出力する。そこで、制御装置71は、位置センサ41の検出値のON/OFFが切り換わったときの角度センサ81の検出値に基づいてバケット24が中立位置80よりもダンプ側E1であるかクラウド側E2であるかの判断を行う 。
また、検出器43が第1検出領域87Aの中立位置80側の検出端87Aaから中立位置80に至るまでの時間t1と、検出器43が第2検出領域87Bの中立位置80側の検出端87Baから中立位置80に至るまでの時間t2とを用いて上記判断を行ってもよい。この場合、時間t1及び時間t2は、中立位置80からの距離W1、W2とバケット24の揺動速度とによって算定し、制御装置71に入力しておく。
なお、被検出部材42L、42Rと中立位置80との間隔が小さい場合(時間t1、t2が短い場合)には、どちらかの被検出部材42L、42Rが検出されてから他の被検出部材42L、42Rが検出されるまでは、最後に検出された被検出部材42L、42Rの側にバケット24がいると判断するようにしてもよい。この他の実施形態にあっても、検出器43が被検出部材42L、42Rを検出した場合に、位置センサ41がOFFであってもよい。
図12は、図11とは異なる他の実施形態を示している。
この図12に示す他の実施形態では、被検出部材42を複数の分割体42a~42cに分割してバケットシリンダC5の長さ方向に相互に間隔をあけて配置している。
その他の構成は、前記一実施形態と同様に構成される。
また、第1検出パターン及び第2検出パターンとして、ONからOFFの切り換わり、OFFからONの切り換わり、ONの時間、及びOFFの時間のいずれかの組み合わせを用い、第1検出パターンと第2検出パターンの組み合わせを異ならせてもよい。つまり、図13に示す、第1方向D1における立ち上がり個数B1、立ち下がり個数B2、時間B3、時間B4の組み合わせと、第2方向D2における立ち上がり個数F1、立ち下がり個数F2、時間F3、時間F4の組み合わせとが異なっていればよい。
第1方向D1:B1=2個、B2=2個、B3=2秒、B4=2秒
第2方向D2:F1=1個、F2=1個、F3=2秒、F4=4秒
である。
ここで、バケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかを判断してバケット24の揺動位置を算出する他の例について説明する。
角度センサ81(ポテンショメータ)の電圧が、バケット24の揺動範囲のエンド付近で低くなり、中立位置80付近で高くなるとすると、制御装置71が第1ソレノイド72dを励磁してバケット24をダンプ方向Y1に揺動させている場合に、角度センサ81の電圧が高くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりクラウド側E2に位置していることがわかり、角度センサ81の電圧が低くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりダンプ側E1に位置していることがわかる。また、制御装置71が第2ソレノイド72eを励磁してバケット24をクラウド方向Y2に揺動させている場合に、角度センサ81の電圧が高くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりダンプ側E1に位置していることがわかり、角度センサ81の電圧が低くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりクラウド側E2に位置していることがわかる。
また、変形例として、バケット24を操作する操作部材75を用いる方法もある。操作部材75から出力された電気信号は、制御装置71が取得するので、この電気信号に基づいてバケット24をダンプ側E1に動かしているかクラウド側E2に動かしているかは、制御装置71に把握させることができる。したがって、レバー76を一方向に操作してバケット24をダンプ方向Y1に揺動させている場合に、角度センサ81の電圧が高くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりクラウド側E2に位置していることがわかり、角度センサ81の電圧が低くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりダンプ側E1に位置していることがわかる。また、レバー76を他方向に操作してバケット24をクラウド方向Y2に揺動させている場合に、角度センサ81の電圧が高くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりダンプ側E1に位置していることがわかり、角度センサ81の電圧が低くなる方向に変化していると、バケット24が中立位置80よりクラウド側E2に位置していることがわかる。
これらの方法では、位置センサ41が必要でなく、安価に構成することができる。
本実施形態の作業機1は、アーム23と、アーム23の先端側に揺動可能に枢支されたバケット(作業具)24と、アーム23にシリンダ軸35を介して枢支され、且つ伸縮することでバケット24を揺動させるバケットシリンダ(作業具シリンダ)C5と、バケットシリンダC5のシリンダ軸35回りの揺動角度Gが最大になる中立位置80に対してバケット24がダンプ側E1に配置されるときのバケットシリンダC5の揺動角度G1及び中立位置80に対してバケット24がクラウド側E2に配置されるときのバケットシリンダC5の揺動角度G2を検出する角度センサ81と、バケットシリンダC5が中立位置80よりも伸長側であるか縮退側であるかを示すON/OFF信号を検出する位置センサ41と、角度センサ81が検出した揺動角度Gと位置センサ41の検出結果とに基づいて、バケット24の揺動位置を特定する制御装置71と、を備え、制御装置71は、バケット24をダンプ側E1からクラウド側E2に向かう第1方向D1に移動させたときに位置センサ41で検出されるON/OFF信号の第1検出パターン、及び、バケット24をクラウド側E2からダンプ側E1に向かう第2方向D2に移動させたときに位置センサ41で検出されるON/OFF信号の第2検出パターンに基づいて、バケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかを判断する。
また、制御装置71は、中立位置80付近の所定範囲内において、第1検出パターン及び第2検出パターンに基づいてバケット24が中立位置80に対してダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかを判断する。
また、制御装置71は、前記所定範囲外では、所定範囲内での判断の結果を保持する。
この構成によれば、位置センサ41を中立位置80付近の所定範囲内のみを検出する構成とすることができる。
また、検出器43による被検出部材42の検出領域87は、中立位置80から該中立位置80とダンプ側E1のエンド位置との間の中途部までの範囲、または、中立位置80から該中立位置80とクラウド側E2のエンド位置との間の中途部までの範囲である。
また、第1検出パターン及び前記第2検出パターンは、ONからOFFの切り換わりと、OFFからONの切り換わりとの組み合わせであり、第1検出パターンと第2検出パターンとは組み合わせが異なっている。
また、制御装置71は、バケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかをバケット24の作動終了時に記憶し、且つ、バケット24の作動再開時に作動終了時に記憶したバケット24の位置を初期位置とし、初期位置からバケットシリンダC5を伸縮させたときに判断を行う。
また、制御装置71に接続された表示部90を備え、表示部90は、バケット24をダンプ側E1又はクラウド側E2のいずれかに位置させる操作をオペレータに促す表示を行うことを表示する。
また、制御装置71は、位置センサ41の検出値のON/OFFが切り換わったときの角度センサ81の検出値に基づいて判断を行う。
この構成によれば、位置センサ41の検出値のON/OFFが切り換わったときの角度センサ81の検出値によってバケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかを判断することができる。
この構成によれば、バケット24の作動を終了した後に、バケット24の作動再開を行うたびにバケット24の位置確認を行わなくてもよく、至便である。
この構成によれば、バケット24がダンプ側E1にあるかクラウド側E2にあるかをオペレータによって制御装置71に教示することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
24 バケット(作業具)
35 シリンダ軸
36 シリンダチューブ
37 ピストンロッド
41 位置センサ
42 被検出部材
43 検出器と
71 制御装置
80 中立位置
81 角度センサ
85 指示入力部(スイッチ)
86 記憶部
87 検出領域
90 表示部
C5 バケットシリンダ(作業具シリンダ)
D1 第1方向
D2 第2方向
E1 ダンプ側
E2 クラウド側
G 揺動角度
G1 ダンプ側の揺動角度
G2 クラウド側の揺動角度
Claims (11)
- アームと、
前記アームの先端側に揺動可能に枢支された作業具と、
前記アームにシリンダ軸を介して枢支され、且つ伸縮することで前記作業具を揺動させる作業具シリンダと、
前記作業具シリンダの前記シリンダ軸回りの揺動角度が最大になる中立位置に対して前記作業具がダンプ側に配置されるときの前記作業具シリンダの揺動角度及び前記中立位置に対して前記作業具がクラウド側に配置されるときの前記作業具シリンダの揺動角度を検出する角度センサと、
前記作業具シリンダが前記中立位置よりも伸長側であるか縮退側であるかを示すON/OFF信号を検出する位置センサと、
前記角度センサが検出した前記揺動角度と前記位置センサの検出結果とに基づいて、前記作業具の揺動位置を特定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記作業具を前記ダンプ側から前記クラウド側に向かう第1方向に移動させたときに前記位置センサで検出されるON/OFF信号の第1検出パターン、及び、前記作業具を前記クラウド側から前記ダンプ側に向かう第2方向に移動させたときに前記位置センサで検出されるON/OFF信号の第2検出パターンに基づいて、前記作業具が前記ダンプ側にあるか前記クラウド側にあるかを判断する作業機。 - 前記制御装置は、前記中立位置付近の所定範囲内において、前記第1検出パターン及び前記第2検出パターンに基づいて前記作業具が前記中立位置に対して前記ダンプ側にあるか前記クラウド側にあるかを判断する請求項1に記載の作業機。
- 前記制御装置は、前記所定範囲外では、前記所定範囲内での前記判断の結果を保持する請求項2に記載の作業機。
- 前記作業具シリンダは、シリンダチューブと、前記シリンダチューブに対して突出及び縮退するピストンロッドとを有し、
前記位置センサは、前記シリンダチューブ又は前記ピストンロッドの一方に設けられた
被検出部材と、前記シリンダチューブ又は前記ピストンロッドの他方に設けられていて前記被検出部材を検出したか否かに応じて前記ON/OFF信号を出力する検出器とを有している請求項1~3のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記検出器による前記被検出部材の検出領域は、前記中立位置から該中立位置と前記ダンプ側のエンド位置との間の中途部までの範囲、または、前記中立位置から該中立位置と前記クラウド側のエンド位置との間の中途部までの範囲である請求項4に記載の作業機。
- 前記第1検出パターン及び前記第2検出パターンは、前記ONからOFFの切り換わりと、前記OFFからONの切り換わりとの組み合わせであり、
前記第1検出パターンと前記第2検出パターンとは前記組み合わせが異なっている請求項1~5のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記制御装置は、前記作業具が前記ダンプ側にあるか前記クラウド側にあるかを前記作業具の作動終了時に記憶し、且つ、前記作業具の作動再開時に前記作動終了時に記憶した前記作業具の位置を初期位置とし、前記初期位置から前記作業具シリンダを伸縮させたときに前記判断を行う請求項1~6のいずれか1項に記載の作業機。
- 前記制御装置に接続された表示部を備え、
前記表示部は、前記作業具を前記ダンプ側又は前記クラウド側のいずれかに位置させる操作をオペレータに促す表示を行うことを表示する請求項1~7のいずれか1項に記載の作業機。 - 前記制御装置は、前記位置センサの検出値のON/OFFが切り換わったときの前記角度センサの検出値に基づいて前記判断を行う請求項1~8のいずれか1項に記載の作業機。
- 前記制御装置は、前記作業具が前記ダンプ側にあるか前記クラウド側にあるかを示す情報を前記作業具の作動終了時に記憶し、且つ、前記作業具の作動再開時に前記作動終了時に記憶した前記情報に基づいて前記作業具の揺動位置を特定する請求項1~9のいずれか1項に記載の作業機。
- 前記作業具が前記ダンプ側にあるか前記クラウド側にあるかを示すオペレータからの指示入力を受け付ける指示入力部を備えている請求項1~10のいずれか1項に記載の作業機。
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