JPH05126103A - 可変容量形モータの容量制御装置 - Google Patents

可変容量形モータの容量制御装置

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JPH05126103A
JPH05126103A JP17728291A JP17728291A JPH05126103A JP H05126103 A JPH05126103 A JP H05126103A JP 17728291 A JP17728291 A JP 17728291A JP 17728291 A JP17728291 A JP 17728291A JP H05126103 A JPH05126103 A JP H05126103A
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displacement
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Tomoyuki Asakawa
知行 浅川
Kenji Nakamura
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    • 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
    • F16H61/421Motor capacity control by electro-hydraulic control means, e.g. using solenoid valves

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  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Control Of Fluid Gearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力されるパイロット圧により可変容量形モ
ータの容量・回転速度が一意に定まるとともに、適切に
過負荷防止のなされる容量制御装置を提供する。 【構成】 モータ1の斜板の傾転角を駆動制御すべく下
記〜を図のように組み合わせた。傾転角を増やす
向きに斜板を押す第一ピストン11と、それに対向する
受圧面積の大きい第二ピストン12とからなるピストン
10、パイロット圧Piに応じてピストン12への流
体供給を正逆に切り換えるスプール弁20で、スリーブ
23を含むもの、斜板の変位をスリーブ23の変位に
フィードバックする連結手段30、ピストン12への
流体供給を所定圧力以上で遮断する圧力補償弁40。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可変容量形モータ−
すなわち、容量とともに回転速度等を変更できる流体圧
モータ−に付設されてそのモータの容量を制御する装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】可変容量形モータは、クレーンやウイン
チの巻き上げ、あるいは建設機械の走行などに使用され
ている。ただし、可変容量形というのは、ベーンモータ
やピストン(プランジャ)モータなど各種構造のモータ
を総称した機能上の呼び名である。
【0003】可変容量形モータは、容量変更のためにそ
れぞれ機械的な手段、つまり容量変更機構を備えてい
る。たとえば、ピストンモータの一種である斜板形アキ
シャルピストンモータでは、斜板や、それを傾転可能に
保持する部材、あるいは傾転角(傾き)を変える機構な
どが、その容量変更機構にほかならない。同機構が斜板
の傾転角を変更することにより、内部のピストンのスト
ロークが変わってモータ容量も変更されるのである。し
たがって、可変容量形モータにおける容量制御として
は、上記のような容量変更機構の駆動量をどのように制
御するかがポイントである。
【0004】特公平3−8401号公報の制御装置は、
流体圧シリンダ(容積制御シリンダ)を含む容量制御機
構を流体圧にて駆動操作するもので、図4のように構成
されている。すなわち、可変容量形モータ1に対する容
積制御シリンダ10’を、制御弁20’を介して作用さ
せるモータ供給圧(ポンプ61等からモータ1へ供給さ
れる作動流体の圧力)によって動かすものとし、その制
御弁20’のスプール21’に対しては、一方の端部に
バネ力(バネ22’の力)とモータ供給圧とを与え、他
方の端部には、操作弁72のレバー72aにて任意に設
定されるパイロット圧を入力する。そのパイロット圧を
たとえば高くすると、制御弁20’のスプール21’
は、シリンダ10’の一方のポート12’に作動流体を
供給してモータ1の容量を下げる(したがって回転速度
を増す)向きに移動し、パイロット圧を下げるときはそ
の逆の向きに移動する。このため、負荷が一定の場合に
は、レバー72aで設定するパイロット圧に応じてモー
タ1の容量を変更し、意のままの回転速度を得ることが
できる。またこの制御装置では、パイロット圧を一定に
保つ間は、モータ1がいわゆる定馬力制御される。つま
り、たとえば負荷が低下してモータ供給圧が下がると、
制御弁20’においてパイロット圧がまさるようにな
り、スプール21’がポート12’への作動流体を増や
してモータ1の回転速度を高めるのである。なお、図4
において符号60は、作動流体の供給源であってポンプ
61や方向切換弁62などを含むもの、符号70はパイ
ロット圧の発生源で、ポンプ71や操作弁72などから
構成されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4の制御装置では、
パイロット圧が一定の場合に可変容量形モータ1におい
て上記の定馬力制御が行えるという利点がある反面、つ
ぎの不都合がある。すなわち、制御弁20’におけるス
プール21’の一端にモータ供給圧を作用させているこ
とと関連し、パイロット圧によって回転速度が一意に
(つまり一対一に対応して)は定まらないこと、およ
び、適切な過負荷防止がなされないこと、の二点であ
る。
【0006】前者の不都合は、ポンプ61からモータ1
への供給流量を一定に保っての運転中、モータ1の負荷
が変わったときは、同じパイロット圧を制御弁20’に
入力してもモータ1の回転速度が同じにはならないこと
をいう。たとえば負荷が増えると、制御弁20’のスプ
ール21’の一端にかかるモータ供給圧が高くなるの
で、それまでと同じ回転速度を得るように容積制御シリ
ンダ10’を駆動するためには、操作弁72のレバー7
2aを多めに操作してパイロット圧を増す必要がある。
【0007】またパイロット圧をさらに増していくと、
制御弁20’は、モータ供給圧とバネ力との和がパイロ
ット圧につり合うようになるまで、モータ1の容量を減
らすべくシリンダ10’を駆動するが、このことが、高
負荷によってモータ供給圧がすでにどんなに高くなって
いる場合にも同様であるために、後者の不都合が生じ
る。つまり、オペレータ(運転員)の側からの指令であ
るパイロット圧が増すにつれて、モータ1および制御装
置は内部の圧力が高くなり、過負荷から自らを守ること
ができない。言いかえれば、モータ1の耐久性(軸受寿
命など)について好ましくないのである。
【0008】本発明の目的は、パイロット圧に対応して
モータの回転速度が一意に定まるとともに適切に過負荷
防止のなされる、可変容量形モータの容量制御装置を提
供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による可変容量形
モータの容量制御装置は、任意に入力するパイロット圧
に応じ、同モータの容量変更機構を流体圧の力で操作す
ることにより、同モータの容量を制御する装置であっ
て、つぎのものの組み合わせによって構成したものであ
る。すなわち、 モータ供給圧(前記)を受けて上記容量を増やす向
きに容量変更機構を駆動する第一ピストンと、そのピス
トンよりも受圧面積が大きく、下記スプール弁を経たモ
ータ供給圧を受けて容量を減らす向きに同機構を駆動す
る第二ピストンとが対になった流体圧式ピストン、 バネ力に対抗するパイロット圧の高・低に応じて上
記第二ピストンへの流体供給を正・逆に切り換える(つ
まり、第二ピストン側にポンプ等からの供給ポートを接
続したり、流路を遮断したり、タンクへの戻りポートを
接続したりする)ようスプールが移動するスプール弁で
あり、スプールとのラップ点で流路を閉鎖するスリーブ
を有するもの、 容量変更機構の変位(同機構とともに動く上記の流
体圧式ピストンの変位でも同じ)を、上記スプール弁に
おけるスプールに追随する方向のスリーブの変位にフィ
ードバックする連結手段、 第二ピストンに対する上記の流体供給を、上記のモ
ータ供給圧が所定値を超えるとき停止する圧力補償弁
−を主体としている。
【0010】
【作用】本発明の制御装置においては、可変容量形モー
タの容量変更機構が上記の流体圧式ピストンによって
駆動操作されるが、同ピストンに対しては、第一ピスト
ンにモータ供給圧をかけるほか、第二ピストンにもの
スプール弁との圧力補償弁を介してモータ供給圧が作
用するよう、流体流路が設けられている。第一ピストン
のみにモータ供給圧がかかった状態では、のとおり第
一ピストンが同機構を駆動してモータ容量が最大になっ
ているが、第一ピストンよりも受圧面積の大きい第二ピ
ストンにモータ供給圧がかかると、第二ピストンの力が
第一ピストンの力を上回り、モータ容量を減らす向きに
同機構を駆動する結果、ある一定の大きさにまでモータ
容量が変更される。
【0011】上記のように第二ピストンにもモータ供給
圧を作用させてなす容量変更機構の駆動は、つぎのとお
り制御される。
【0012】1) 上記のスプール弁に任意のパイロッ
ト圧をかけると、対抗する向きに作用するバネ力につり
合うまで内部のスプールが移動し、流路を開いて第二ピ
ストンへの作動流体の供給量を変える。たとえばパイロ
ット圧を高くすると、第二ピストンへの供給量を増やす
向きにスプールが移動する。
【0013】2) 第二ピストンへの上記の流体供給量に
応じて同機構が変位するが、その変位は、上記の連結
手段によりスプール弁のスリーブの変位に置き換えられ
る。つまり、スプールが移動すると、いくらか時間をお
いてスリーブが追随することになる。
【0014】3) スプールとのラップ点(スプールの変
位に重なる点)にまでスリーブが変位したとき、1)の段
階で開かれた流路が閉鎖され、スプール弁が第二ピスト
ンへの流体供給もしくは第二ピストンからの流体の戻り
を止める。これによって同機構の動きは停止し、モータ
の容量が定まる。同機構が駆動された量は、スプール弁
においてスリーブが追随したスプールの変位に対応する
わけだが、スプールの変位はバネ力に対抗するパイロッ
ト圧の大きさのみによって決まるので、要は、パイロッ
ト圧に対応して同機構の駆動量が定まることになる。い
いかえれば、パイロット圧に対応してモータの容量が一
意に決まり、したがって、モータへの作動流体の供給流
量が一定である限り、モータの回転速度も一意に決ま
る。
【0015】4) モータの負荷が増すなどモータ供給圧
が所定値に達した場合にさらにパイロット圧が高められ
たときは、スプール弁は、上記1)に記したとおり第二ピ
ストンへの供給量を増やす(つまりさらにモータ容量を
減らす)ように流路を開くものの、の圧力補償弁が流
路を閉じることから、第二ピストンへの流体供給は上記
3)と同じように停止される。したがって、モータの容量
がそれ以上に減少することはなく、モータ供給圧もその
所定値を超えることがない。
【0016】
【実施例】本発明の一実施例である制御装置について、
図1に回路図を示し、図2(a)・(b)に機器構成を示
す。
【0017】図2(b)のようにこの例は、斜板2の傾転
角を変える方式の可変容量形油圧モータ、すなわち斜板
形アキシャルピストンモータ1についての容量制御装置
である。モータ1では、容量変更機構として、斜板2が
半円筒形のすべり軸受2aを介して取り付けられ、仮想
線で示すように傾き角度の変更が可能な状態になってい
る。軸5の回転は、油圧(後述のモータ供給圧Paまた
はPb)を受けてピストン3が斜板2を押すとき、シリ
ンダブロック4とともに軸5を回転させる力がピストン
3に生じることによりなされるが、油圧式ピストン10
(斜板2をはさんで一対のピストン11・12を対向配
備したもの)で押されて斜板2の傾転角が変わると、ピ
ストン3のストロークが変わり、モータ1の容量(1回
転あたりの必要油量)が変更される。
【0018】この制御装置では、斜板2を駆動する上記
のピストン10のほか、図1のようにスプール弁20・
連結手段30・圧力補償弁40などをモータ1に関して
組み合わせている。図1において流路51・52は、作
動油の供給源(図4の例における符号60と同等のも
の。図示省略)から、モータ供給圧PaまたはPb(モ
ータ1の回転方向に対応してPa・Pbが切り換えられ
る)の圧力の作動油が通るもの、また流路59は、圧力
発生源(同じく図4の符号70と同等のもの。図示省
略)からオペレータの操作で任意に設定されたパイロッ
ト圧Piがかかるものである。流路51または52から
供給される作動油によってモータ1が回転するが、この
制御装置は、図のように、その流路51・52にシャト
ル弁53aを介して接続した流路53からモータ供給圧
PaまたはPbを受けるとともに、流路59からパイロ
ット圧Piを受けるように構成している。
【0019】図1を主にして本制御装置の構成を説明す
ると、つぎのとおりである。
【0020】イ) まず、流路53を、流路54を介して
ピストン10のうちの第一ピストン11に接続してい
る。図2(b)のように第一ピストン11は、受圧部11
aに圧力を受けると斜板2の傾転角を大きくしてモータ
1の容量を増やすように動作するものである。
【0021】ロ) 流路53から分岐した他の流路55
を、後述する圧力補償弁40とスプール弁20(および
流路56・57)とを介してピストン10の第二ピスト
ン12に接続した。第二ピストン12は、図2(b)のよ
うに受圧部12aの面積(受圧面積)が第一ピストン1
1のものより大きく、圧力を受けると斜板2の傾転角を
小さくして、モータ1の容量を減らす。第一ピストン1
1と第二ピストン12との両方に同じモータ供給圧Pa
またはPbが作用する場合、受圧面積の関係で第二ピス
トン12の方が斜板2を押し動かすことになる。
【0022】ハ) 圧力補償弁40は、第二ピストン12
に至る上記の流路55・56の間に設けたもので、図2
(a)のように、スプール弁20と一体のケーシング20
aの内部に、スプール41とコイルバネ42のほか、固
定(ケーシング20aに固定)式のスリーブ43を組み
込んだ構造である。この弁40は、通常はバネ42の力
で図1の状態にあり、給油側の流路55と流路56とを
つないでいるが、流路53より分岐した流路58から伝
わるモータ供給圧PaまたはPbが定格値を超えると、
バネ42の力に抗して流路55・56を遮断し、もしく
は流路56をタンクへの戻り側につなぐ。なお、こうし
た定格値は、図2(a)の調整ネジ42aによって設定す
ることができる。
【0023】ニ) スプール弁20は、第二ピストン12
の手前の流路56・57間に、上記の圧力補償弁40と
は直列につないだかたちで設けたが、前記したパイロッ
ト圧Piの大きさに応じてスプール21が移動するよ
う、スプール21の一端部に流路59を接続する一方、
他方の端部にはバネ22を備えている。図2(a)におい
て符号24は、パイロット圧Piを受け、バネ22に抗
してスプール21を押すピンである。このスプール弁2
0は、その図2(a)に示すとおり移動式のスリーブ23
をスプール21の周囲に備えたものである。スリーブ2
3のポート23aがスプール21のランド部21aのち
ょうど外側にくるラップ点では、開口57a(流路57
へ続くもの)への経路が遮断されるが、それ以外の位置
にあるときは、図においてランド部21aの左(供給側
の流路56とつながる部分)または右(タンクへの戻り
側とつながる部分)の経路が、ポート23aを介し開口
57aに接続される。
【0024】ホ) 図2(b)のとおり、連結手段30、す
なわちピン32によって揺動自在に取り付けたフィード
バックレバー31によって、上記スプール弁20のスリ
ーブ23を前記の斜板2と連結した。スプール弁20に
作用させるパイロット圧Piを高めると、スプール21
が図2(a)・(b)の右側へ移動し、上記ニ)のようにラン
ド部21aの左側の経路を通して流体を第二ピストン1
2に送る(図1参照)ので斜板2の傾転角は小さくなる
が、その斜板2の変位にともなってレバー31がスリー
ブ23を図の右側へ移動する。つまりこの連結手段30
は、斜板2の変位を、スプール21の移動に追随する方
向のスリーブ23の変位に置き換える(フィードバック
する)役目を果たす。スリーブ23が上記のラップ点ま
で移動すると、いわゆる制御偏差がゼロになったことに
相当し、流路が遮断されて斜板2は変位が停止する。
【0025】以上のとおり構成した本制御装置は、モー
タ1の容量をつぎのように制御し、それにより、流路5
1または52からモータ1への作動油供給流量が一定と
いう条件下でモータ1の回転速度の任意のコントロール
を実現する。すなわち、 パイロット圧Piを入力しない状態では、斜板2の
傾転角、したがってモータ1の容量は最大である。スプ
ール弁20のスプール21が図2(a)の左端位置にある
ときは、流路56と57とがつながることがないので第
二ピストン12には圧力がかからないが、一方の第一ピ
ストン11には常にモータ供給圧PaまたはPbが作用
するからである。
【0026】 任意のパイロット圧Piをスプール弁
20に入力すると、その圧Piに応じた角度だけ斜板2
が傾転してモータ1の容量を減らすので、一定の値にま
で回転速度が上昇する。パイロット圧Piによって容量
が定まるのは、その圧Piの大きさに対応してスプール
21の変位量が決まり、連結手段30の作用でスリーブ
23がスプール21にラップするまでだけ、斜板2が変
位させられるためである。つまり、モータ1の容量はモ
ータ1にかかる負荷と無関係に定まり、したがってその
回転速度は、作動油の供給量が一定に保たれる限り、モ
ータ1の負荷にかかわらずパイロット圧Piのみで設定
される。
【0027】 上記を行ったのちさらにパイロット
圧Piを変化させるときも同様に、変化したのちの圧P
iに応じた角度になるまでだけ斜板2の傾転角が大小に
変化するので、やはり負荷によらずにモータ1の新たな
容量と回転速度とが定まる。
【0028】 負荷が増し(あるいはモータ1の容量
が減少し)てモータ供給圧PaまたはPbが定格値を超
えようとするときは、圧力補償弁40が機能してそれ以
上の圧力上昇を回避する。すなわち、定格値を超えるモ
ータ供給圧Pa・Pbが流路58から作用すると、弁4
0は第二ピストン12への作動油供給を遮断し、また必
要ならそのピストン12の作動油を戻り側へ開放もする
ので、入力されるパイロット圧Piにかかわらず、モー
タ1の容量がそれ以上に減少することは(したがってそ
れ以上に回転速度が上がりモータ供給圧Pa・Pbが上
昇することも)防止される。この制御装置による容量制
御では、モータ1の負荷が増してもその回転速度が低下
しないためオペレータがその負荷を把握しがたいことか
ら、過負荷の防止上、このは極めて重要な意味をもつ
といえる。
【0029】以上のとおり制御されるモータ1の回転速
度とパイロット圧Piとの関係(作動油の供給流量が一
定でのもの)をグラフに示すと、図3のようになる。図
の左方の水平部分(回転速度が一定の部分)は、上記説
明のや、のうち圧Piがごく低いときを表わす。そ
して右上がりの一本の傾斜線部分は、上記のないし
に相当する部分である。この範囲において、図は、モー
タ1の回転速度が圧Piによって一意に決定されること
を表わしている。また、右方の水平部分は上記のを表
わし、圧Piの増加にかかわらず回転速度の上昇が抑制
される部分である。水平に三本の直線があるのは、負荷
トルクT1・T2・T3(T1>T2>T3)に対応し
て(同トルクの大きさに反比例して)上限の回転速度が
決まることを例示している。したがってモータ1は、こ
の範囲において定馬力に制御されることになる。なお、
このように定馬力制御ができるのは、第二ピストン12
に対してスプール弁20と圧力補償弁40とが組み合わ
せられて接続され、傾転角の制御と圧力補償の制御とが
リンクし合うことによる利点である。
【0030】ところで、上の実施例では、斜板形アキシ
ャルピストンモータに対する装置として紹介したが、本
発明の容量制御装置は、他の形式の可変容量形モータに
対し適用することも可能である。各モータの容量変更機
構を流体圧式ピストンで駆動するようにするとともに、
同機構もしくは同ピストンに対して連結手段の一端を接
続すればよいのである。
【0031】
【発明の効果】本発明の容量制御装置によると、a)可変
容量形モータの回転速度を、同モータの負荷にかかわら
ず、パイロット圧によって一意に定めることができるう
え、b)過負荷が適切に防止されて同モータ(および本制
御装置)の耐久性が実質的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である容量制御装置の回路図で
ある。
【図2】図1の容量制御装置および可変容量形モータの
一部についての構成図で、図2(b)は同(a)におけるb
−b矢視図である。
【図3】図1の制御装置にて制御されるモータの回転速
度とパイロット圧との関係を示す線図である。
【図4】従来の容量制御装置についての回路図である。
【符号の説明】
1 モータ(可変容量形モータ) 2 斜板(容量変更機構) 10 流体圧式ピストン 11 第一ピストン 12 第二ピストン 20 スプール弁 21 スプール 23 スリーブ 30 連結手段 40 圧力補償弁 Pi パイロット圧 Pa・Pb モータ供給圧
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】 図2(a)は、図1の容量制御装置およ
び可変容量形モータの一部についての構成図である。図
2(b)は、同じく構成図であって同(a)におけるb
−b矢視図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変容量形モータの容量を、任意に入力
    するパイロット圧に応じ、同モータの容量変更機構を介
    して制御する装置であって、 モータ供給圧を受けて上記容量を増やす向きに容量変更
    機構を駆動する第一ピストンと、そのピストンよりも受
    圧面積が大きく、下記スプール弁を経たモータ供給圧を
    受けて容量を減らす向きに同機構を駆動する第二ピスト
    ンとが対になった流体圧式ピストン、 バネ力に対抗するパイロット圧の高・低に応じて上記第
    二ピストンへの流体供給を正・逆に切り換えるようスプ
    ールが移動するスプール弁であり、スプールとのラップ
    点で流路を閉鎖するスリーブを有するもの、 容量変更機構の変位を、上記スプール弁におけるスプー
    ルに追随する方向のスリーブの変位にフィードバックす
    る連結手段、および、 第二ピストンに対する上記の流体供給を、上記のモータ
    供給圧が所定値を超えるとき停止する圧力補償弁を備え
    ることを特徴とする可変容量形モータの容量制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007100840A (ja) * 2005-10-04 2007-04-19 Kobelco Cranes Co Ltd 可変容量型油圧モータの制御装置
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CN115123929A (zh) * 2022-06-24 2022-09-30 山推工程机械股份有限公司 一种吊管机

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