JPH09209413A - 建機の油圧回路 - Google Patents

建機の油圧回路

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JPH09209413A
JPH09209413A JP8022185A JP2218596A JPH09209413A JP H09209413 A JPH09209413 A JP H09209413A JP 8022185 A JP8022185 A JP 8022185A JP 2218596 A JP2218596 A JP 2218596A JP H09209413 A JPH09209413 A JP H09209413A
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Keiji Horii
啓司 堀井
Kazuyoshi Arii
一善 有井
Shigemi Matsuda
茂美 松田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧回路工夫により、利点の多いLS/Sを
採りながらも、旋回台の飛び出し起動や旋回速度オーバ
ーシュートがなく、かつ、安定して駆動できるものを提
供する。 【解決手段】 ロードセンシング回路において、旋回モ
ータ用のパイロット操作式流量制御弁35のスプール
に、流量調節用絞り弁35sよりも大なる絞り作用を生
じさせる減速用絞りrbを第2ランドに形成し、旋回モ
ータ45に対する供給側油路の減速用絞りrbを、差圧
検出用の第1油路14tとの連通箇所Zよりも圧油供給
下手側に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロードセンシング
システム(以下、LS/Sと略称する)を採用したバッ
クホウやクレーンといった建機の油圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来では、制御弁の操作量により可変ポ
ンプの吐出量を制御するネガティブコントロールシステ
ムが主流であったが、近年では、より進んだエネルギー
の節約と熟練オペレータでなくても操作し易くするため
に、LS/Sを採用する傾向に変わりつつある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】例えば、バックホウで
は旋回台の旋回開始時の速度が安定せず、操縦し難いこ
とがしばしばある。すなわち、慣性体である旋回台は加
速しながら旋回するようになるが、先ず、レバー操作量
に合致した目標速度よりも速くなるオーバーシュートを
起こしてから減速し、今度は目標速度よりも遅い旋回速
度になってしまってから再び加速して、又目標速度を越
えて…といった増減速を繰り返すようになるのである。
つまり、図8におけるラインaで示すように、速度ハン
チングが生じるものであり、そのハンチングが自然減衰
するまで旋回速度が安定しないのである。
【0004】従来のネガティブコントロールシステムで
は、その回路上、アクチュエータの速度制御作動時に高
圧油の一部を捨てるようになっているため、ポンプ吐出
圧が急激にアクチュエータに作用し難いものであり、オ
ーバーシュートによって旋回台やブームが飛び出すよう
に動き出すとか、その速度が安定し難いということが先
ず起きないものである。それに対し、LS/Sでは、制
御弁が中立位置から切換えられると、高圧油の逃がしが
一切無く、ポンプから吐出された作動油は全てアクチュ
エータを駆動するために使われるとともに、旋回駆動時
では慣性体故の鈍い動き出しによってポンプ圧が瞬時に
してリリーフ圧まで昇圧してしまうことから、前述した
ようにオーバーシュートするとか動き出しの速度が安定
しないといった不都合が起きるのである。
【0005】本発明の目的は、油圧回路工夫により、利
点の多いLS/Sを採りながらも、作業装置の飛び出し
駆動がなく、かつ、安定して駆動できるものを提供する
点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕上記目的達成のために本発明は、油圧アクチュ
エータと、可変容量型の油圧ポンプと、油圧アクチュエ
ータへの圧油供給経路に作用する流量調節用絞り弁を内
装した制御弁と、油圧ポンプの単位時間当たりの吐出量
を可変設定する流量調節機構とを備え、絞り弁に対する
圧油供給下手側部分に連通する第1油路と、制御弁の圧
油供給ポートに連通する第2油路との差圧を所定値に維
持するように流量調節機構を操作する負荷制御手段を備
え、油圧アクチュエータに対する一対の給排油路の夫々
に、流量調節用絞り弁よりも大なる絞り作用を生じさせ
る減速用絞りを設けるとともに、これら両減速用絞りの
うちの油圧アクチュエータに対する供給側油路の減速用
絞りを、絞り弁に対する圧油供給下手側部分における第
1油路との連通箇所よりも圧油供給下手側に配置してあ
ることを特徴とするものである。
【0007】又、油圧アクチュエータは、掘削作業装置
を備えた旋回台の旋回駆動用油圧モータであり、かつ、
各減速用絞りは、油圧モータ用のパイロット操作式流量
制御弁におけるスプールに形成されたものであると一層
有効である。
【0008】〔作用〕油圧アクチュエータの急激な起動
を防止する有効な手段として、制御弁内における戻り側
油路に絞りを設けることがある。つまり、アクチュエー
タの作動油排出に抵抗を与えることで作業装置の過動作
を抑制するものであり、ブームの下げ駆動や傾斜地にお
ける旋回台の振り下ろし旋回といった自重による移動の
防止やふらつき防止等にも効果がある。
【0009】ところが、その戻り側の絞りのみで対処さ
せる手段では、その絞りをかなりきついものに設定する
必要があり、そうすると弁開度によってはハンチングを
起こすことがある(詳しくは、後述する)ので、実際に
はあまり強力な絞りにすることができない。すると、そ
の戻り側での緩い絞りでは油圧アクチュエータに対する
制動作用が不足気味となり、やはり旋回やブーム駆動時
の飛び出しおそれや速度不安定おそれがあり、改善の余
地がある。
【0010】そこで、請求項1の構成によれば、詳しく
は実施形態の項で説明するが、一対の給排油路の夫々に
絞りを設けてあるから、戻り側油路の絞りだけでは不足
する制動作用が供給側油路での絞りによって強化される
とともに、制御弁切換時における急激なポンプ圧上昇が
抑制されるようになる。従って、油圧アクチュエータの
オーバーシュートによる作業装置の飛び出し移動や、そ
の駆動速度のハンチングが抑制され、図8に示す制御弁
の切換操作からの経過時間と駆動速度の関係グラフはラ
インbのように安定し、かつ、結果的に素早く目標速度
に落ち着くようになる。又、圧供給側の減速用絞りを、
差圧検出用である第1油路との連通箇所よりも圧油供給
下手側に配置してあるから、LS/Sに悪影響を及ぼす
こともない。
【0011】請求項2の構成では、次のような作用があ
る。すなわち、一般に、スプール型の流量制御弁は、静
的には完全な油圧平衡が得られるので、比較的小さい操
作力で作動することができる利点がある反面、弁を通る
流れがある場合、スプールとポートとの位置関係によっ
ては軸方向に不平衡力(フローフォース)を生ずること
がある。スプールに絞りを設ける手段は、弁外部に固定
絞りを設ける場合に比べて、流量変化に対応した絞り作
用が得られる点で好ましいが、上述したフローフォース
がより顕著になり易い傾向となる。
【0012】しかしながら、供給側及び戻り側の双方に
絞りを設けてあるので、絞りによって顕著化されるフロ
ーフォースが互いに反対向きに作用するものとなり、そ
の相殺によって実質上、フローフォースによる悪影響を
解消させることができるのである。つまり、パイロット
操作構造では、制御弁を最大操作したときのスプールに
作用するフローフォースがパイロット圧より大となり、
操作レバーを最大操作しているのに制御弁が全開となら
ないことが起きるおそれがあるが、それが解消され、必
ず全開にできるようになるのである。従って、前述した
不都合おそれの高い慣性の大なる旋回台の駆動回路に好
適なものである。
【0013】〔効果〕請求項1及び2に記載のいずれの
油圧回路でも、油圧アクチュエータのオーバーシュート
や制動不良が改善され、素早く安定して目標速度に到達
できるようになった。
【0014】請求項2に記載の油圧回路では、飛び出し
や速度ハンチングの顕著な旋回動作を効果的に抑制でき
るとともに、スプール弁故のフローフォースによる悪影
響(弁のハンチングや最大開度にならない等)が生じな
い状態としながら、軽快に操作できるパイロット操作式
に構成することができる利点がある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図1に建機の一例である小旋回
型のバックホウが示され、1は掘削作業装置、2は旋回
台、3は走行機台、4はクローラ走行装置、28はドー
ザであり、掘削作業装置1は、ブーム5、アーム6、バ
ケット7等を備えるとともに、ブーム5は、基端側ブー
ム5xと先端側ブーム5zとを、中間ブーム5yで連結
した平行オフセット構造に構成されている。
【0016】図2に油圧回路の概略が示され、ドーザシ
リンダ用制御弁29、バケットシリンダ7c用制御弁3
0、左走行モータ31用制御弁32、ブームシリンダ5
c用制御弁9、アームシリンダ6c用制御弁10、右走
行モータ33用制御弁34、旋回モータ45用制御弁3
5、オフセットシリンダ36用制御弁37、サービス用
制御弁38が備えられている。運転部44における座席
46の前側に、十字操作型の操作レバー47,48が配
置されている。一方がブーム−バケット用であり、他方
はアーム−旋回用であり、各ポテンショメータ49,5
0,51,52が制御装置26に接続され、電気的に各
パイロット弁9A,10A,30A,35Aを操作する
構造である。そして、各制御弁に対して、負荷圧よりも
僅かに高い圧力でもって吐出される可変容量型の油圧ポ
ンプ8を備えたLS/S(ロードセンシングシステム)
と、騒音や省エネルギーの点で好ましいAI/S(オー
トアイドルシステム)とを備えてあり、以下に説明す
る。
【0017】図2における仮想線で囲まれたブームシリ
ンダ5cとアームシリンダ6cとに関する部分を抜粋し
た主要部の原理回路図が図3に示され、8はエンジン1
9で駆動される前述した可変容量型の油圧ポンプ、13
は油圧ポンプ8の単位時間当たりの吐出油量を可変設定
する流量調節機構である。流量調節機構13は、メイン
ポンプ8の吐出圧で作動する馬力制御シリンダ13A
と、調節ポンプ18で駆動される流量制御シリンダ13
Bとで構成されている。
【0018】又、調節シリンダ13に対する圧力補償型
の流量調節弁14が設けてある。11はブーム用で12
はアーム用の各コンペンセータ(圧力補償弁)であり、
ブーム用制御弁9とアーム用制御弁10における供給側
油路に絞り弁9s,10sが装備されている。尚、ブー
ム用及びアーム用の制御弁9,10以外の各制御弁2
9,30,32,34,35,37,38の弁構造(操
作構造は除く)は全てブーム用及びアーム用の制御弁
9,10と基本的には同じものである。
【0019】各コンペンセータ11,12は、各供給側
絞り弁9s,10sに対する圧油供給下手側に位置し、
かつ、各アクチュエータ5c,6cに対する圧油供給上
手側に配置されている。そして、各コンペンセータ1
1,12に対する圧油供給下手側であり、かつ、各アク
チュエータ5c,6cに対する圧油供給上手側部分と各
コンペンセータ11,12のバネ側油室とを連通する低
圧側油路11t,12tを設けてある。
【0020】各コンペンセータ11,12に対する圧油
供給上手側であり、かつ、各供給側油路の絞り弁9s,
10sに対する圧油供給下手側部分と、各コンペンセー
タ11,12の反バネ側油室とを連通する高圧側油路1
1k,12kを設けてある。各コンペンセータ11,1
2に、流路断絶側に付勢する圧縮バネ17が備えられた
定差減圧弁に構成され、これによってアフターオリフィ
ス型のロードセンシング回路を構成してある。
【0021】流量制御弁14のバネ側油室14xと各供
給側絞り弁9s,10sに対する圧油供給下手側部分と
を連通する第1低圧側油路14tを設けてあり、各低圧
側油路11t,12tに第1低圧側油路14tが連通し
ている。各制御弁9,10の供給ポート9p,10pに
連通される第2油路15と、流量制御弁14におけるバ
ネ側油室14xと反対側の油室とを専用の接続油路16
で連通してある。又、流量制御弁14の切換わり時にお
ける調節シリンダ13に対する圧は、油圧ポンプ8とと
もにエンジン駆動される専用の調節ポンプ18で賄うよ
うに構成してある。つまり、第1油路14tと、制御弁
9,10の各供給ポート9p,10pに連通する第2油
路15との差圧を所定値に維持するように調節シリンダ
13を操作する流量制御弁14を設けて負荷制御手段A
が構成されている。
【0022】そして、エンジン回転数を人為操作によっ
て調節設定するアクセルレバー24の操作量を電気的に
検出する第1ポテンショメータ25と、ガバナー20の
ガバナレバー21を駆動操作するギヤードモータ22
と、ブームシリンダ5c等の油圧アクチュエータが作動
しているか否かを検出する作動検出手段Dとを備え、油
圧アクチュエータの停止時にはエンジン回転数をアイド
リング側に変更操作するとともに、油圧アクチュエータ
の作動時にはエンジン回転数をアクセルレバー24によ
る設定値に操作するように、第1ポテンショメータ25
とギヤードモータ22とを連係するアクセル制御手段C
を備えてある。
【0023】すなわち、ガバナレバー21の操作位置を
検出するフィードバック用の第2ポテンショメータ2
7、ギヤードモータ22、前述した第1低圧側油路(第
1油路に相当)14tの圧を検出する第1圧力スイッチ
23、及び、第1ポテンショメータ25を連係するアク
セル制御手段Cを制御装置26に備えてある。
【0024】つまり、アイドリング位置iにあるハンド
アクセルレバー24を操作して、作業状態におけるエン
ジン回転数(通常はフルアクセル位置mにセットするこ
とが多い)を設定し、作業状態であればその設定回転数
が維持され、非作業時(無負荷時)にはアクセルレバー
24が位置mにセットされたままとしながらエンジン回
転数をアイドリング状態に落とすのである。この場合で
は、第1圧力スイッチ23によって作動検出手段Dが構
成されている。
【0025】又、絞り弁9s,10sの絞り量を変更調
節可能な調節手段Bを設け、エンジン回転数が高められ
るとブームシリンダ5c等の油圧アクチュエータの駆動
速度が速くなり、エンジン回転数が低められると油圧ア
クチュエータの駆動速度が遅くなるように、第2ポテン
ショメータ27と調節手段Bとを連係する速度制御手段
Eを制御装置26に備えてある。
【0026】調節手段Bは、各コンペンセータ11,1
2がわの各低圧油路11t,12tと第1低圧油路14
tとを電磁高速応答弁28を介して接続させることから
構成されている。そして、電磁高速応答弁28は、通常
位置bでは各低圧側油路14t,11t,12tを連通
し、高圧位置aではコンペンセータがわの両低圧側油路
11t,12tと高圧がわの第2油路15とが連通油路
21aによって連通される2位置切換弁構造に構成され
ている。
【0027】電磁高速応答弁28の作動によってコンペ
ンセータ11,12の低圧側油路11t,12tに作用
する油圧をアクチュエータ5c,6cの負荷圧とポンプ
の吐出圧との中間値に設定できて、コンペンセータ1
1,12による差圧維持作用によってコンペンセータ1
1,12への供給圧を、電磁高速応答弁28が通常位置
bにある場合よりも高めるようになる。すると、第1低
圧側油路14tと油圧ポンプ18の吐出圧との差圧を一
定に維持する機能上、コンペンセータ11,12の上手
側にある絞り弁9s,10sでの差圧低めるように、す
なわち絞り弁9s,10sの絞り量を小さく、つまりは
制御弁9,10の開度を小さくするように制御され、そ
の結果、アクチュエータ5c,6cへの供給油量が減じ
られて駆動速度が遅くなるのである。この作用は、負荷
圧とポンプ差圧との差圧に基づく制御構造上、負荷が変
動しても維持される。
【0028】逆に、コンペンセータ11,12への供給
圧を低くすると、絞り弁9s,10sでの差圧高めるよ
うに、すなわち絞り弁9s,10sの絞り量を大きく、
すなわち制御弁9,10の開度を大きくするように制御
され、アクチュエータ5c,6cへの供給油量が増大し
て駆動速度が速くなる。
【0029】そして、エンジン19の回転数を検出する
第2ポテンショメータ27と、電磁高速応答弁28と、
間欠作動時間のデューティー比を可変調節する設定器3
9と、自動制御モードと手動制御モードとの切換スイッ
チ40とを制御装置26に接続して、コンペンセータ1
1,12での分圧を変更設定するように構成されてい
る。つまり、前記分圧の変更によって、絞り弁9s,1
0sの開度を変更調節可能な調節手段Bが構成されてい
るのである。調節手段Bは、高圧位置aに復帰付勢され
る電磁高速応答弁28を、油圧ポンプ8の吐出油路であ
る高圧油路に接続させる通常位置bに操作するための通
電を間欠的に行う間欠作動と、その間欠時間を可変設定
する間欠制御を行う機能を有している。
【0030】速度制御手段Eの作用を説明すれば、先
ず、切換スイッチ40を自動制御モードに操作して電磁
高速応答弁28への通電を間欠的に行わせるとともに、
その間欠時間の1サイクル中における通電時間割合、す
なわちデューティー比をエンジン19の回転数が低いと
小にするように連係される。これにより、掘削作業中に
旋回速度を遅くしたいといった場合にはアクセルレバー
24を操作してエンジン回転数を低くすれば良く、逆に
駆動速度を速くしたい場合にはエンジン回転数を高くす
れば良い。
【0031】又、アクチュエータの駆動速度を意図的に
変更したい場合には、切換スイッチ40を手動操作モー
ドに操作して、第2ポテンショメータ27と制御装置2
6との連係を絶つ。すると、デューティー比が設定器3
9によって決定される状態になり、その設定器39の人
為操作によってコンペンセータ11,12への供給圧
を、アクチュエータ5c,6cの負荷圧とポンプ吐出圧
との間の任意の値に設定でき、アクチュエータ5c,8
cの駆動速度をエンジン回転数とは無関係に調節するこ
とができる。
【0032】次に、旋回用の油圧回路部分について説明
する。旋回用油圧モータ45、及び旋回用の流量制御弁
35部分の油圧回路が図5に、かつ、その制御弁35の
説明用モデル断面図が図6に夫々示されている。中立状
態の図 において、35pは第2油路15に連通するポ
ンプポート、35tはタンクポート、35c,35cは
油圧モータ45に連通する給排油路であるとともに、入
力ポート53pと排出ポート53h,53hとを備えた
コンペンセータ(前述したコンペンセータ11,12と
同じもの)53を備えている。そして。スプール35S
両端の油圧室35u,35uは、パイロット弁35Aの
給排ポート35b,35bに連通している。尚、35m
はパイロット圧の供給ポート、35nはタンクポートで
ある。
【0033】しかして、旋回用パイロット弁35Aを操
作(電磁式又は機械式)して、例えば図6中左側の油圧
室35uにパイロット圧を作用させると、スプール35
Sが図中右方に移動して図7に示す状態に移行する。つ
まり、ポンプポート35pからの圧油が第1ランドR1
とコンペンセータ5と一方の給排油路35cとを通って
旋回モータ45に供給され、その戻り油は他方の給排油
路35cからスプール35Sに形成された第2ランドR
2 を経てタンクポート35tに流れるようになる。尚、
排出ポート53hに対向する位置に描かれたポートは、
第1油路14tに連通する差圧取り出し用の検出ポート
35kである。
【0034】ここで、第1ランドR1 は、そこを通る圧
油流量から理論上必要とされる流路面積よりも少し狭く
なる状態に形成されており、これがLS/Sにおける差
圧を生じさせる制御弁内の絞り弁(前述した絞り弁9
s,10sと同じ)35sに相当するものである。又、
第2ランドR2 は、半径方向幅の広い連通路部分raの
両側に、半径方向幅の狭い絞り路部分rbを形成して成
り、各絞り路部分rbが、旋回モータ45に対する給排
油路夫々に対して絞り作用する減速用絞りを構成してい
る。
【0035】図7に示す状態では、図中左側の第1ラン
ドR1 と左右の第2ランドR2,R2に油の流れが存在し
ており、左側の第2ランドR2 においてはコンペンセー
タ53から旋回モータ45への流れが絞り路部分rbを
通り、右側の第2ランドR2においても旋回モータ45
からタンクポート35pへの戻り流れが絞り路部分rb
を通るので、給排油路35cとタンクポート35pには
大きな圧力差(例えば100kg/cm2)が生じるようにな
る。しかしながら、第2ランドR2 での絞り路部分rb
は左右両側にあるので、その絞り路部分rbでのフロー
フォース(流体力)は互いに反対向きの矢印イと矢印ロ
になって相殺され、その影響はスプール35Sには作用
しないのである。
【0036】このとき、第1ランドでもその絞り作用に
よるフローフォースが考えられるが、その絞り弁35s
での圧力降下はごく僅か(数kg/cm2)であって、事実上
無視できるものである。尚、図6において、実際には一
方の油室35uに、スプール35Sを中立位置に復帰さ
せるためのバネ機構が存在しているが、簡単のため図で
は省略してある。又、絞りrbを備えた第2ランドR2
は、旋回モータ45に対する給排油路56に存在してお
り、かつ、図5に示すように、圧供給側の油路での減速
用絞りrbは、絞り弁35sに対する圧油供給下手側部
分における第1油路14tとの連通箇所Zよりも圧油供
給下手側に配置されている。
【0037】〔別実施形態〕図9に示すように、ブーム
シリンダ5cと制御弁9とを接続する一対の給排油路
(外部配管)56,56夫々に、絞り54を設けること
により、ブームの急降下や不安定駆動速度を抑制する油
圧回路としても良い。尚、これら絞り54,54が本実
施形態の絞りrbに相当するとともに、ブーム停止時の
ショックを軽減するスローリターン回路にも構成されて
いる。
【0038】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】バックホウの側面図
【図2】油圧回路の概略全体図
【図3】AI/S付きLS/Sの原理を示す部分油圧回
路図
【図4】制御ブロック図
【図5】油圧回路における旋回モータ関係の部分図
【図6】旋回用制御弁のモデル構造を示す中立状態での
断面図
【図7】パイロット圧が作用したときの旋回用制御弁の
状態を示すモデル断面図
【図8】旋回速度の制御弁操作開始からの経時変化グラ
【図9】旋回モータ部分の別油圧回路を示す図
【符号の説明】
1 掘削作業装置 2 旋回台 8 油圧ポンプ 13 流量調節機構 14t 第1油路 15 第2油路 35 制御弁 35S スプール 35s 絞り弁 35p 圧油供給ポート 45 油圧アクチュエータ 56 給排油路 A 負荷制御手段 rb 絞り

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧アクチュエータ(45)と、可変容
    量型の油圧ポンプ(8)と、前記油圧アクチュエータ
    (45)への圧油供給経路に作用する流量調節用絞り弁
    (35s)を内装した制御弁(35)と、前記油圧ポン
    プ(8)の単位時間当たりの吐出量を可変設定する流量
    調節機構(13)とを備え、前記絞り弁(35s)に対
    する圧油供給下手側部分に連通する第1油路(14t)
    と、前記制御弁(35)の圧油供給ポート(35p)に
    連通する第2油路(15)との差圧を所定値に維持する
    ように前記流量調節機構(13)を操作する負荷制御手
    段(A)を備え、 前記油圧アクチュエータ(45)に対する一対の給排油
    路(56),(56)の夫々に、前記流量調節用絞り弁
    (35s)よりも大なる絞り作用を生じさせる減速用絞
    り(rb),(rb)を設けるとともに、これら両減速
    用絞り(rb),(rb)のうちの前記油圧アクチュエ
    ータ(45)に対する供給側油路の減速用絞り(rb)
    を、前記絞り弁(35s)に対する圧油供給下手側部分
    における前記第1油路(14t)との連通箇所よりも圧
    油供給下手側に配置してある建機の油圧回路。
  2. 【請求項2】 前記油圧アクチュエータ(45)は、掘
    削作業装置(1)を備えた旋回台(2)の旋回駆動用油
    圧モータであり、かつ、前記各減速用絞り(rb),
    (rb)は、油圧モータ用のパイロット操作式流量制御
    弁(35)におけるスプール(35S)に形成されたも
    のである請求項1に記載の建機の油圧回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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