JPH03209001A - 可変容量形油圧モータの操作装置 - Google Patents

可変容量形油圧モータの操作装置

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JPH03209001A
JPH03209001A JP205490A JP205490A JPH03209001A JP H03209001 A JPH03209001 A JP H03209001A JP 205490 A JP205490 A JP 205490A JP 205490 A JP205490 A JP 205490A JP H03209001 A JPH03209001 A JP H03209001A
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motor
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valve
load
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Yukio Hidaka
日高 幸夫
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2004Control mechanisms, e.g. control levers
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/40Control of exclusively fluid gearing hydrostatic
    • F16H61/42Control of exclusively fluid gearing hydrostatic involving adjustment of a pump or motor with adjustable output or capacity
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーンのウインチを駆動する油圧モータ等
、とくに可変容量形油圧モータの操作レバーに負荷圧力
およびモータ容量に応じた操作反力を付与する操作装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、ウインチ用油圧モータにより吊荷の巻上げ、巻下
げを行う際、吊荷重に応じて操作レバーに操作反力を付
与する手段として、たとえば実開昭55−14199号
公報に示されているように、遠隔操作弁(パイロット弁
)に巻土用と巻下川の各反カピストンを付設し、ウイン
チ用油圧モータ(固定容量形)とカウンタバランス弁と
の間から取出した負荷圧力を上記各反カピストンの背面
に形成した油圧室に入力させ、その圧力でピストンに連
設したロツドを押出して、レバーに連設した操作部に接
触させることにより、レバーを中立に戻そうとする力す
なわち操作反力をレバーに付与するようにしたものが知
られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ウインチ用油圧モータには固定容量形油圧モータを用い
る場合と、可変容量形油圧モータを用いる場合とがある
。前者において、吊荷の巻上げ作業を行う場合、吊荷重
に比例してモータの負荷圧力が変化するので、上記従来
のように負荷圧力に基づいて操作反力を制御すれば、そ
の操作反力を感知することにより負荷圧力を感知し、吊
荷重を知ることができる。
ただし、上記従来技術では、反カシリンダのピストン背
面に形成された油圧室に、モータ側のメイン管路から取
出した巻上げ負荷圧力を直接人力させるため、反カシリ
ンダに高圧、高強度のものが必要であり、それだけコス
トアップになる。
一方、後者では、作業内容に応じて可変容量形油圧モー
タの容量を変更し、その作動速度および圧力を制御する
場合がある。この場合、吊荷重Wと負荷圧力Pとの関係
が、第3図に示すようにモータの容量が最大の時は実線
工、モータの容量が最小の時は実線Hのようになる。こ
のため、同じ吊荷重たとえばWエに対し、モータ容量が
最大の時は負荷圧力がP1、モータ容量が最小の時は負
荷圧力がP2 (PエくP2)となり、モータの容量に
よって負荷圧力が異なることになる。一方、?来技術で
は単に負荷圧力Pに基づいて操作反力Fを制御するだけ
であるので、その制御特性は第6図の実線■のようにな
る。したがって、この従来技術を可変容量形油圧モータ
を用いた機械に適用した場合、同一吊荷重W1に対し、
上記のようにモータの容量によって負荷圧力PがP■,
P2と変化するに伴って、操作反力Fも第6図の実線■
のようにFエ+F2と変化することになる。また、逆に
吊荷重Wが異なっても、モータの容量が変れば、負荷圧
力が同じになり、操作反力が同じになる場合がある。こ
のため操作反力を感知しても吊荷重を正確に知ることは
できない。
本発明は、このような事情に鑑み、とくに可変容量形油
圧モータを用いた場合において、モータの容量が変化し
ても、吊荷重に応じた操作反力が得られるようにし、操
作反力の感知により吊荷重を常に正確に知ることができ
ようにすることを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、可変容量形油圧モータと、油圧源から上記モ
ータに対する圧油の供給を制御するコントロールバルブ
と、コントロールバルブを操作するレバーと、レバーを
中立に戻す方向の力をレ・バーに付与する反力機構と、
上記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、上記モー
タの容量を調節する容量調節手段と、上記負荷検出手段
および容量調節手段からの信号に基づいて反力制御信号
を上記反力機構に付与して反力機構を作動させる制御手
段とを備えた構威としている。
この構成において、上記制御手段は、上記モータの容量
が小さい時のモータ負荷に対する操作反力の変化率を、
上記モータの容量が大きい時のモータ負荷に対する操作
反力の変化率よりも小さくする反力制御信号を出力する
信号処理手段を備えている。
上記反力機構は、反力制御用油圧室と、その油圧室に入
力される反力指令用油圧信号に応じた力でレバーを中立
位置に戻す方向に作動する作動部材とを有し、この反力
機構が、上記コントロールバルブへの切換信号を出力す
るパイロット弁に連設され、パイロット弁の弁ケースに
支持されたレバーに、パイロット弁のプッシュロッドと
反力機構の作動部材とに係合する操作部が設けられてい
る。
上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと、こ
のスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転を制
御しモータの容量を調節する容量調節機構とからなり、
制御手段は、上記負荷検出手段および容量切換スイッチ
からの信号に基づいて反力制御信号を出力するコントロ
ーラと、コントローラからの信号に応じたパイロット圧
を上記反力機構に出力して反力機構を作動させる電磁比
例減圧弁とを備えている。
上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと、こ
のスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転制御
用レギュレータに油圧を供給する状態としない状態とに
切換えられる容量切換弁とからなり、かつ、上記レギュ
レータに対する制御圧力の検出器を有し、制御手段は、
上記負荷検出手段および制御圧力検出器からの信号に基
づいて反力制御信号を出力するコントローラと、コント
ローラからの信号に応じたパイロット圧を反力機構に出
力して反力機構を作動させる電磁比例減圧弁とを備えて
いる。
〔作 用〕
上記の構成により、同一吊荷重に対し、モータの容量が
変化しても同一の操作反力が得られ、オペレータがレバ
ーを操作している手で操作反力を感知することによって
、吊荷重の大きさ等を容易に、かつ、正確に知ることが
でき、操作性ならびに安全性を向上できる。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を示すものであり、この図にお
いて、1は主油圧ポンプ、2は方向切換弁、3はウイン
チ用油圧モータを示す。方向切換弁2はパイロット式切
換弁であり、この方向切換弁2を切換えるためにパイロ
ット弁4が設けられている。パイロット弁4は一対の減
圧弁5,5′を備えている。減圧弁5.5′は、弁,本
体41に設けられた入力ポート42と、リターンボート
43と、出力ボー}44.44’ とに対応する室51
.51’内に、それぞれ油孔52.52’を有するスブ
ール53.53’ を摺動自在に挿入して構成されてい
る。スプール53,53’の先端側にはプッシュロッド
54.54’がばね55,55′を介して連結され、ス
プール53.53’の後端側はばね56.56’ によ
り弁本体41に支持されている。
上記弁本体41には枢軸61を介してレバー6が回動自
在に支持され、このレバー61に、上記プッシュロッド
54.54’ に対応する操作部62.62’が連設さ
れている。上記入力ボート42に操作用油圧ボンブ50
が接続され、リターンボート43にタンクIOが接続さ
れ、出力ポート44.44’ にパイロット管路21.
21’を介して方向切換弁2の切換え用パイロット部が
接続されている。
上記モータ3は可変容量形油圧モータであり、その容量
調節手段として、レギュレータ33と容量切換スイッチ
92および容量切換弁93が設けられている。モータ3
にはウインチドラム(図示省略)が連結され、このモー
タ3の負荷検出手段として、モータ3の両側の管路31
,32の圧一力(負荷圧力)を検出する圧カセンサ91
.91’が設けられている。
反力機構7,7′は、パイロット弁4の弁本体41に一
体的に組込まれている。すなわち弁本体4lの各減圧弁
5,5′に隣接する箇所にそれぞれ反カシリンダ室が設
けられ、各シリンダ室内にピストン71.71’が摺動
自在に挿入され、各ピストン71.71’ に連結され
たロッド72.72′が作動部材としてレバー6の各操
作部62.62′に対応するように配置されて反力機構
7.7′が構成されている。そして、ピストン71,7
1’の背面に形成された反力制御用油圧室73,73′
に油圧信号が入力されることにより、ピストン71.7
1’ を介してロッド72.72’ が突出方向に付勢
され、レバー6の操作部62.62′に操作反力が作用
するようになっている。各ロッ}’72.72’ はレ
バー中立時にはレバー6に操作反力を加えず、レバー操
作開始と同時に操作反力を加えるように、最大突出状態
でその先端がレバー中立状態での操作部62.62’の
下面に接触するようにその最大ストロークが設定されて
いる。
上記反力機構7.7′による操作反力の制御手段として
、コントローラ9と電磁比例減圧弁8とが設けられてい
る。コントローラ9は圧カセンサ91.91’ により
検出された管路31.32の圧力P,P’ を入力する
とともに、モータ3の容量切換スイッチ92からの信号
を入力し、これらの信号に応じた反力制御信号(制御電
流)Pfを電磁比例減圧弁8に出力する。電磁比例減圧
弁8は一次側が切換弁81を介して操作用油圧ポンプ5
0に接続され、二次側が管路82,82’を介して反力
機構7.7′の油圧室73.73’ に接続されている
。94は制御パターン(ゲイン)選択手段を示す。
次に、作用について説明する。
まず、第1図のようにレバー6を中立位置から巻上側に
操作すると、巻上側の操作用減圧弁5のプッシュロツド
54が押し下げられ、スプール53が押し下げられてボ
ート44からレバー操作戸に応じたパイロット圧がパイ
ロット油路21に出力され(矢印イ方向)、そのパイロ
ット圧により方向切換弁2が巻上位直に切換えられる。
これによりボンブlの吐出油がモータ3に流入され(矢
印口方向)、その巻上側の管路31の圧力(負荷圧力)
が上昇し、その圧力でモータ3が正転され、ウインチド
ラム(図示省略)が巻上方向に回転され、吊荷が巻上げ
られる。
この巻上作業時において、容量切換スイッチ92により
モータ容量最大を選択(スイッチOFF)しておけば、
容量切換弁93が第1図々示の位置に保持され、モータ
3の傾転が最大で、その容量が最大に保持される。この
ため、モータ3の負荷圧力Pは吊荷重Wに比例して第3
図実線工のように変化する。そして、この負荷圧力Pが
圧カセンサ9lにより検出されてコントロー29に入力
される。このとき、コントローラ9には容量切換ス?ッ
チ92によるモータ容量最大の選択信号(OFF)が入
力されているので、コントローラ9はモータ容量が最大
の時の第3図実線Iの負荷圧力Pに応じた反力制御信号
Pfを第4図実線■のように演算し、電磁比例減圧弁8
に出力する。因みに、モータ容量が最大で、吊荷重がW
1の時は、第3図実線■によりモータ3の負荷圧力がP
■となり、第4図実線■により電磁比例減圧弁8に対す
る反力制御信号がPf1となる。
なお、このときの負荷圧力Pに対する反力制御信号Pf
の変化率(比例ゲイン)すなわち第4図実線■の制御勾
配は、制御パターン設定手段94により設定されるもの
であり、その設定値は機械および作業内容等に応じて任
意に選定される。
一方、上記巻上作業時に、容量切換スイッチ92により
モータ容量最小を選択(スイッチON)した場合、容量
切換弁93のソレノイドが励磁され、この切換弁93が
図面右位置に切換えられ、ポンプ50からレギュレータ
33に圧油が供給され、モータ3の傾転が最小となり、
容量が最小に?換えられる。このため、モータ3の負荷
圧カPは吊荷重Wに応じて第3図実線■のように変化す
ることになる。そして、この負荷圧力Pが圧力・センサ
91により検出されてコントローラ9に入力される。こ
のとき、コントローラ9には上記スイッチ92によるモ
ータ容量最小の選択信号(O N)が入力されているの
で、コントローラ9は、第3図案線■に示す負荷圧力P
に基づいて第4図破線■に示す反力制御信号Pfを演算
し、電磁比例減圧弁8に出力する。
すなわち、たとえば吊荷重W■に対する負荷圧力は、モ
ータ容量が最大の時にP1、モータ容量が最小の時にP
2となるが、モータ3の容量比(旧xlm目)をtとす
ると、圧力比は1 / tとなるので、モータ容量が最
小の時の負荷圧カP2および反力制御信号Pf2と、モ
ータ容量が最大の時の負荷圧力P1および反力制御信号
Pf1との関係は、Pz =P1 ×4 SP f 2
 =P f 1 x 4 ,となる。そこで、コントロ
ーラ9は、上記負荷圧力P2を入力した時、モータ容量
が最大の時の変化率を基準として第4図実線■にょり反
力制御信号Pf2 (イ点)を演算する。そして、モー
タ容量が最小の選択信号の入力により、上記反力制御信
号Pf2および負荷圧力P2から、 Pfz/t=Pf1  ・・・■ P2//i=P1    ・・・■ の演算が行われる。上記の式により第4図実線■のa点
から破線■のb点が演算され、さらに、上記■式により
第4図実線■のC点が演算される。
この結果、同一吊荷重W1に対し、モータ容量が最大の
時は負荷圧力がPエで、モータ容量が最小の時は負荷圧
力がP2となるが、上記の演算により、モータ容量が最
大、最小いずれの場合も同じ反力制御信号Pfエが出力
される。
そして、上記反力制御信号Pf(Pfエ)が電磁比例減
圧弁8に入力されることにより、電磁比例減圧弁8から
上記信号Pfに応じたパイロット圧Piが反力機構7の
油圧室73に入力され、その圧力によりロツド72が突
出するように付勢され、その突出力が操作反力Fa(F
aエ)として?バー6の巻上側の操作部62に作用す゛
る。この場合、第5図に示すようにレバー6には減圧弁
5のばね56等による固有の反力F。(ほぼ一定)が作
用しており、これに上記負荷圧力に応じた操作反力Fa
が作用するので、レバー6に作用する全操作反力Fは、
F=F0+Faで、第5図実線■のようになる。なお、
吊荷重W■の時は、レバー6にかかる全操作反力Fは、
F=Fo+Falである。
したがって、上記反力Fの変化すなわち操作反力Fa(
Ft)を感知することにより、吊荷重W(W1)をレバ
ー6を通して手で容易に感知できることになる。とくに
この場合、モータ3の容量を変更しても、同一吊荷重に
対しては、同一の反力制御信号が得られ、反力機構によ
り同一の操作反力が得られるので、操作反力から吊荷重
を正確に知ることができる。
次に、レバー6を中立位置から巻下側に操作した場合、
巻下側の操作用減圧弁5′のプッシュロッド54′が押
し下げられ、スプール53′が押し下げられて出力ボー
ト44′からレバー操作角に応じたパイロット圧がパイ
ロット油路21′に出力され、そのパイロット圧により
方向切換弁2が巻下位直に切換えられ、ボンプ1の吐出
油が破線矢印方向に流れてモータ3が逆転され、吊荷が
巻下げられる。
この巻下時には、モータ3の巻下側の油路32の圧力す
なわち負荷圧力が圧カセンサ91′により検出されてコ
ントローラ9に入力される。この場合もモータ3の容量
切換スイッチ92によりモータ3の容量が切換えられ、
以下、上記と同様のの作用により電磁比例減圧弁8が作
動され、この電磁比例減圧弁8からのパイロット圧によ
って巻下側の反力機構7′のロツド72′が突出する方
向に付勢され、その突出力が操作反力としてレバー6の
巻下側の作動部62′に作用する。
この場合、ロツド72′による巻下操作反力は、モータ
3の容量および負荷圧力に対応して上記巻上時と同様に
制御される。ただし、この巻下時における負荷圧力の変
化域は巻上時に比べて小さいので、制御パターン設定手
段94により巻下時の変化率を巻上時のそれよりも高く
設定し、巻下操作反力を急勾配で制御することにより、
僅かな壱下負荷圧力の変化を大きな巻下操作反力の変化
に変換することができ、その変化すなわち全操作反力の
変化をレバー6を介してオペレータが敏感に感知するこ
とができる。
第2図は別の実施例を示すものであり、この実施例では
、容量切換弁93を別途スイッチまたは他の制御回路(
図示省略)からの信号により切換えるようにし、この切
換弁93とレギュレータ34との間の管路の圧力を圧カ
センサ95により検出し、その検出信号に基づいてコン
トローラ9により上記の演算および制御を行うようにし
ている。
この場合も上記と同様の作用効果が得られる。なお、モ
ータの傾転を検出して上記の制御を行うよようにしても
よい。
ところで、上記実施例では、モータ3の負荷検出手段と
して、圧カセンサによりモータの負荷圧力を検出してい
るが、モータのトルク、巻上げ口ープにかかる張力、吊
荷重等を検出するようにしてもよい。
また、パイロット弁と反力機構とは必ずしも一体的に形
成する必要はなく、両者を互いに独立して成形してもよ
く、さらに、両者を離れた箇所に配置して、レバーの操
作部とパイロット弁の操作部とをリンク等により連結し
て連動させるようにしてもよい。
本発明の装置における可変容量形油圧モータは、ウイン
チ用油圧モータに限らず、たとえばクレーンのプーム俯
仰用油圧モータ等にも適用できるものであり、かつ、モ
ータの容量を複数段に、あるいは無段階に変更する場合
にも適用できるものである。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、とくに可変容量形油圧モ
ータを用いた機械において、作業時にモータの負荷およ
び容量を検出してレバーに対する操作反力を制御するの
で、たとえば同一吊荷重に対し、モータの容量が変化し
ても同一の操作反力を得ることができる。したがって、
オペレータがレバーを操作している手で操作反力を感知
することによって、吊荷重の大きさ等をモータの容I量
に関係なく容易に、かつ、正確に知ることができ、操作
性ならびに安全性を向上できる。また、コントローラと
電磁比例減圧弁を用い、電磁比例減圧弁からのパイロッ
ト圧で反力機構による操作反力を制御することにより、
従来のようにモータの負荷圧力を反カシリンダに直接入
力させる場合に比べて、反力機構に低圧用のものを使用
でき、故陣も少なく、コストダウンを図ることができる
とともに、制御性を向上できる等の作用効果がある。
【図面の簡単な説明】
第l図は本発明の実施例を示す構成説明図、第2図は別
の実施例を示す構成説明図、第3図は可変容量形油圧モ
ータの容量を変更した場合の吊荷重と負荷圧力との関係
図、第4図は本発明による制御特性を示す負荷圧力と反
力制御信号との関係図、第5図はその反力制御信号と操
作反力との関係図、第6図は従来技術による制御特性を
示す負荷圧力と操作反力との関係図である。 1・・・主油圧ポンプ、2・・・方向切換弁、3・・・
ウインチ用油圧モータ(可変容量形油圧モータ)、4・
・・パイロット弁、5.5’ ・・・操作用減圧弁、6
・・・レバー 7,7′・・・反力機構、8・・・電磁
比例減圧弁、9・・・コントローラ、34・・・容量切
換用レギュレータ、91.91’・・・圧カセンサ(負
荷検出手段)、92・・・容量切換スイッチ、93・・
・容量切換弁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、可変容量形油圧モータと、油圧源から上記モータに
    対する圧油の供給を制御するコントロールバルブと、コ
    ントロールバルブを操作するレバーと、レバーを中立に
    戻す方向の力をレバーに付与する反力機構と、上記モー
    タの負荷を検出する負荷検出手段と、上記モータの容量
    を調節する容量調節手段と、上記負荷検出手段および容
    量調節手段からの信号に基づいて反力制御信号を上記反
    力機構に付与して反力機構を作動させる制御手段とを備
    えていることを特徴とする可変容量形油圧モータの操作
    装置。 2、上記制御手段は、上記モータの容量が小さい時のモ
    ータ負荷に対する操作反力の変化率を、上記モータの容
    量が大きい時のモータ負荷に対する操作反力の変化率よ
    りも小さくする反力制御信号を出力する信号処理手段を
    備えていることを特徴とする請求項1記載の可変容量形
    油圧モータの操作装置。 3、上記反力機構は反力制御用油圧室と、その油圧室に
    入力される反力指令用油圧信号に応じた力でレバーを中
    立位置に戻す方向に作動する作動部材とを有し、この反
    力機構が、上記コントロールバルブへの切換信号を出力
    するパイロット弁に連設され、パイロット弁の弁ケース
    に支持されたレバーに、パイロット弁のプッシュロッド
    と反力機構の作動部材とに係合する操作部が設けられて
    いることを特徴とする請求項1または2記載の可変容量
    形油圧モータの操作装置。 4、上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと
    、このスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転
    を制御しモータの容量を調節する容量調節機構とからな
    り、制御手段は、上記負荷検出手段および容量切換スイ
    ッチからの信号に基づいて反力制御信号を出力するコン
    トローラと、コントローラからの信号に応じたパイロッ
    ト圧を上記反力機構に出力して反力機構を作動させる電
    磁比例減圧弁とを備えていることを特徴とする請求項1
    乃至3のいずれかに記載の可変容量形油圧モータの操作
    装置。 5、上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと
    、このスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転
    制御用レギュレータに油圧を供給する状態としない状態
    とに切換えられる容量切換弁とからなり、かつ、上記レ
    ギュレータに対する制御圧力の検出器を有し、制御手段
    は、上記負荷検出手段および制御圧力検出器からの信号
    に基づいて反力制御信号を出力するコントローラと、コ
    ントローラからの信号に応じたパイロット圧を反力機構
    に出力して反力機構を作動させる電磁比例減圧弁とを備
    えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに
    記載の可変容量形油圧モータの操作装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2535467A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-19 Caterpillar Inc. Hydraulic pilot control system
CN104595273A (zh) * 2015-01-14 2015-05-06 柳州柳工挖掘机有限公司 工程机械精细化操作液压系统

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EP2535467A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-19 Caterpillar Inc. Hydraulic pilot control system
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