JPH11173302A - アクチュエータ作動回路 - Google Patents

アクチュエータ作動回路

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JPH11173302A
JPH11173302A JP34531497A JP34531497A JPH11173302A JP H11173302 A JPH11173302 A JP H11173302A JP 34531497 A JP34531497 A JP 34531497A JP 34531497 A JP34531497 A JP 34531497A JP H11173302 A JPH11173302 A JP H11173302A
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pilot
valve
actuator
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Hisao Hirose
央夫 廣瀬
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Kato Seisakusho Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】起動時および停止時の応答性を良好に確保しつ
つハンチングを有効に抑制し得るアクチュエータ作動回
路の提供を目的としている。 【解決手段】本発明の作動回路1は、アクチュエータ2
0とリザーバタンクTとの間で圧油を流す油圧回路A
と、油圧回路Aに設けられ方向制御弁2と、方向制御弁
2にパイロット圧を作用させて方向制御弁2を切換える
パイロット圧回路Bと、パイロット圧回路Bを構成し、
方向制御弁2にパイロット圧を導入する導入管路4,5
と、パイロット圧導入管路4,5の途中に設けられ、導
入管路を全開する位置ホと導入管路に絞りを付与する位
置ニとの間で切換えられる切換弁10と、導入管路と切
換弁10とを接続するパイロットライン11とを具備
し、パイロットライン11を介して切換弁10に作用す
るパイロット圧が所定の圧力に達すると、切換弁10が
位置ホから位置ニへと切換わることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーショベルや
クレーンなどの建設作業機械のアクチュエータを作動さ
せるアクチュエータ作動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】パワーショベルやクレーンなどの建設作
業機械等に設けられた油圧作動のアクチュエータは、例
えば、アクチュエータへの圧油の流れを制御するスプー
ルバルブ(以下、単に制御弁という。)が操作レバーの
操作に伴うパイロット圧によって切換えられることによ
り、その動作が制御される。
【0003】このように、操作レバーによって制御弁の
切換え制御を行なう場合、操作レバーを速く操作する
と、パイロット圧が急激に変化して、制御弁のスプール
が速く移動し、アクチュエータが急速に動作される。ま
た、操作レバーをゆっくりと操作すると、パイロット圧
もなだらかに変化して、制御弁のスプールがゆっくりと
移動し、アクチュエータもゆっくりと動作される。無
論、操作レバーがニュートラル位置に保持され、制御弁
のスプールがアクチュエータへの圧油の流れを遮断する
ニュートラル位置に保持された状態では、アクチュエー
タは動作しない。
【0004】ところで、オペレータは、一般に、アクチ
ュエータが動作されると否とにかかわらず操作レバーを
絶えず握った状態でいることが多く、その状態で、作業
時に発生する機体の振動によってオペレータの体が揺れ
ると、その影響でオペレータが握っている操作レバーが
オペレータの意に反して急動作することがあり、こうし
た場合には、操作レバーを介したパイロット圧により制
御弁のスプールが急動作してアクチュエータが不用意に
ガタガタ揺れる(ハンチングを起こす)といった事態が
生じる。その結果、機体の揺れがさらに大きくなり、そ
れに伴ってオペレータの体の揺れも大きくなるといった
振動の悪循環をきたすこととなる。
【0005】このようなハンチングを抑制する対策とし
ては、従来から様々な手段が講じられている。図4およ
び図5はその一例を示すものである。図4に示す油圧回
路では、リザーバタンク102から油圧ポンプ104を
介して圧送される圧油によってアクチュエータ(油圧モ
ータ)100が動作される。アクチュエータ100への
圧油の流れは制御弁106の切換え動作によって制御さ
れ、制御弁106の切換え動作はパイロット圧によって
行なわれる。制御弁106にパイロット圧を導入するパ
イロット圧回路112は、油圧ポンプ114によってパ
イロット圧を供給するパイロット圧供給管路112a
と、パイロット圧供給管路112aからのパイロット圧
を制御弁106のスプールに作用させる2つのパイロッ
ト圧導入管路112b,112cとからなる。
【0006】パイロット圧供給管路112aと各パイロ
ット圧導入管路112b,112cとの連通状態は、操
作弁108によって制御される。具体的には、操作弁1
08の操作レバー108aを操作すると、その操作量お
よび操作方向に応じて、パイロット圧供給管路112a
からの圧油がパイロット圧導入管路112b(112
c)に流れ、制御弁106が切換えられる。なお、操作
弁108は、パイロット圧供給管路112aを一方のパ
イロット圧導入管路112b(または112c)に接続
した際、他方のパイロット圧導入管路112c(または
112b)をリザーバタンク102に接続するようにな
っている。
【0007】各パイロット圧導入管路112b,112
cの途中には、1方向にのみ自由に圧油を流し且つ他方
向への流れを絞って調節するショック低減用の絞り付き
チェック弁、いわゆるリストリクタ116が設けられて
いる。このように、各パイロット圧導入管路112b,
112cの途中にリストリクタ116を設ければ、操作
弁108の操作レバー108aを急操作しても、制御弁
106のスプールの急激な動作が規制されるため、アク
チュエータ101に流れる圧油の急激な変化が規制され
る。すなわち、操作レバー108aの急な動きに対する
制御弁106のスプールの応答が鈍くなり、アクチュエ
ータ100のハンチングが抑制される。
【0008】一方、図5に示す油圧回路は、その基本的
な構成が図5の油圧回路と同じであるが、アクチュエー
タ100のハンチングを抑えるために、各パイロット圧
導入管路112b,112cの途中がシャトルバルブ1
20の2つの入口側にそれぞれ接続され、シャトルバル
ブ120の出口側にアキュムレータ122が接続された
構成となっている。この構成では、アキュムレータ12
2の緩衝作用によってパイロット圧が吸収緩和され、操
作レバー108aの急な動きに対する制御弁106のス
プールの応答が鈍くなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した2つ
の従来例のように、リストリクタ116やアキュムレー
タ122によってハンチングを防止しようとすると、ア
クチュエータ100の動き始めや停止時にタイムラグが
生じることとなる。したがって、機械操作に必要な急レ
バー操作時にアクチュエータ100がシャープに動かな
かったり、危険回避のための急停止が行なえないといっ
た不具合が生じる。
【0010】また、一般に、ハンチングが発生する動作
帯域は、制御弁106の開口特性によってほぼ決定され
る。図6は、開口特性の異なる2つの制御弁106のス
プールストロークSと流量Qとの関係を示したものであ
るが、流量Qの変化が大きいストローク帯域Xでハンチ
ングが発生し易い。すなわち、図6の(a)のように、
ストロークの終期で流量が急激に変化する開口特性を有
する制御弁106では、ストロークの終期でスプールが
急動作される(操作レバー108aが急操作される)
と、ハンチングが発生し易い。また、図6の(b)のよ
うに、ストロークの初期で流量が急激に変化する開口特
性を有する制御弁106では、ストロークの初期でスプ
ールが急動作される(操作レバー108aが急操作され
る)と、ハンチングが発生し易い。したがって、前述し
た従来例のように、スプールストロークの全体にわたっ
て絞りを利かせる(操作レバー108aの動きに対する
制御弁106のスプールの応答を鈍くする)必要はない
ことが分かる。
【0011】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、起動時および停止時
の応答性を良好に確保しつつハンチングを有効に抑制し
得るアクチュエータ作動回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のアクチュエータ作動回路は、アクチュエー
タとリザーバタンクとの間で圧油を流す油圧回路と、前
記油圧回路に設けられ、アクチュエータとリザーバタン
クとの間で油流方向を制御するパイロット圧作動の方向
制御弁と、前記方向制御弁にパイロット圧を作用させて
方向制御弁の切換え動作を制御するパイロット圧回路
と、前記パイロット圧回路を構成し、前記方向制御弁に
パイロット圧を導入するパイロット圧導入管路と、前記
パイロット圧導入管路の途中に設けられ、パイロット圧
導入管路を全開する第1の位置とパイロット圧導入管路
に絞りを付与する第2の位置との間で切換えられるパイ
ロット圧作動の切換弁と、パイロット圧導入管路と切換
弁のパイロットポートとを接続するパイロットラインと
を具備し、前記パイロットラインを介して切換弁に作用
するパイロット圧が所定の圧力に達すると、切換弁が第
1の位置から第2の位置へと切換わることを特徴とす
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。図1および図2は本発明
の第1の実施形態を示している。図1に示すように、本
実施形態のアクチュエータ作動回路1は、油圧モータ
(以下、アクチュエータという。)20とリザーバタン
クTとの間で圧油を流す主回路Aと、主回路Aに介挿さ
れ且つアクチュエータ20とリザーバタンクTとの間で
圧油の流れを制御する方向制御弁2と、方向制御弁2に
パイロット圧を導入して方向制御弁2を切換え制御する
パイロット圧回路Bとを有している。なお、方向制御弁
2は、パイロット圧に伴うスプールの摺動によってその
弁方向が切換えられるスプール弁である。また、アクチ
ュエータ20は、例えばパワーショベルやクレーンなど
の建設作業機械に設けられた旋回体を旋回させる。無
論、アクチュエータ20によってブーム等の他のユニッ
トが動作されても良い。
【0014】主回路Aは、リザーバタンクTからの油を
油圧ポンプP1によって圧送する油圧管路23と、油圧
管路23を通じて圧送された油をリザーバタンクTに戻
す戻し管路26とを有している。なお、これらの管路2
3,26は方向制御弁2の別個のポートにそれぞれ接続
されている。
【0015】また、方向制御弁2の他のポートには、ア
クチュエータ側回路21の両端と、油圧管路23によっ
て圧送された圧油をアクチュエータ側回路21に供給す
る管路25と、アクチュエータ側回路3からの戻り油を
戻し管路26に流す管路24とがそれぞれ接続されてい
る。
【0016】一方、方向制御弁2にパイロット圧を導入
するパイロット圧回路Bは、リザーバタンクTから油圧
ポンプP2を介して圧送される圧油を流すパイロット圧
供給管路3と、パイロット圧供給管路3を通じて圧送さ
れる圧油を方向制御弁2の2つのパイロットポート2
a,2bに個別に導入する2つのパイロット圧導入管路
4,5と、パイロット圧導入管路4,5からの戻り油を
タンクTに戻す戻し管路9と、各管路3,4,5,9の
連通状態を切り換える操作弁6とを有している。この場
合、操作弁6は、操作レバー6aが一方向に操作される
と、パイロット圧供給管路3をパイロット圧導入管路4
に連通させるとともに、パイロット圧導入管路5を戻し
管路9を介してタンクTに連通させる。また、操作弁6
は、操作レバー6aが他方向に操作されると、パイロッ
ト圧供給管路3をパイロット圧導入管路5に連通させる
とともに、パイロット圧導入管路4を戻し管路9を介し
てタンクTに連通させる。さらに、操作弁6は、操作レ
バー6aがニュートラル位置にある時には、パイロット
圧導入管路4,5の両者を戻し管路9を介してタンクT
に連通させる。また、管路3,4(5),9同志の連通
度合いは、操作レバー6aの操作量によって制御され
る。
【0017】なお、パイロット圧導入管路4,5を通じ
て方向制御弁2にパイロット圧が作用していない場合に
は、方向制御弁2がニュートラル位置ハに保持される。
また、パイロット圧導入管路4,5を通じて方向制御弁
2にパイロット圧が作用すると、方向制御弁2が2つの
切換位置イ,ロのいずれかに切換わる。
【0018】各パイロット圧導入管路4,5の途中には
それぞれ切換弁10が設けられている。この切換弁10
は、対応するパイロット圧導入管路4,5に接続された
パイロットライン11を介してパイロット圧(自己圧)
を受け、2つの切換え位置ニ,ホ間で切換えられる。そ
して、切換弁10は、その第1の位置ホで各パイロット
圧導入管路4,5を全開するとともに、その第2の位置
ニで各パイロット圧導入管路4,5に絞りを付与する。
なお、パイロットライン11は、切換弁10よりも上流
側に位置するパイロット圧導入管路4,5の部位に接続
されている。
【0019】図2の(a)は制御弁2の開口特性を示し
た特性図である。図示のように、制御弁2は、パイロッ
ト圧導入管路4,5を介して作用するパイロット圧が高
まるにつれて(スプールのストロークが大きくなるにつ
れて)、油圧管路23と戻し管路26とを接続する弁通
路の開度が次第に小さくなる(PーT線図参照)ととも
に、管路24とアクチュエータ側回路21とを接続する
弁通路(AーT線図参照)および管路25とアクチュエ
ータ側回路21とを接続する弁通路(AーP線図参照)
の開度が次第に大きくなる。特に、管路24,25とア
クチュエータ側回路21とを接続する弁通路(AーT線
図およびAーP線図参照)は、パイロット圧が10kgf/
cm2 を越える辺りから開度の変化が大きくなり、ハンチ
ングが発生し易い帯域Xにさしかかる。したがって、本
実施形態では、切換弁10の切換え圧を10kgf/cm2
設定し、パイロット圧導入管路4,5の圧力(制御弁2
に作用するパイロット圧)が10kgf/cm2 を越えると、
切換弁10が第1の位置ホから第2の位置ニに切換えら
れて、パイロット圧導入管路4,5に絞りが付与される
ようになっている。すなわち、切換弁10は、図2の
(b)に示すように、パイロット圧が10kgf/cm2 以下
の場合には、第1の位置ホを保持してパイロット圧導入
管路4,5を全開させるが、パイロット圧が10kgf/cm
2 以上になると、第2の位置ニへと切換わり始め、パイ
ロット圧導入管路4,5に絞りを付与するようになる。
【0020】次に、上記構成のアクチュエータ作動回路
1の動作について説明する。まず、操作弁6の操作レバ
ー6aを一方向に操作すると、ポンプP2からパイロッ
ト圧供給管路3を通じて圧送される圧油がパイロット圧
導入管路4を介して方向制御弁2のパイロットポート2
aに導入される。これにより、方向制御弁2のスプール
が一方向に移動され、方向制御弁2の弁位置がハからイ
へと切換えられて、アクチュエータが動作し始める。
【0021】この場合、パイロット圧導入管路4を通じ
て圧送される圧油(パイロット圧)が10kgf/cm2 以下
の時には、切換弁10が第1の位置ホに保持されてパイ
ロット圧導入管路4,5が全開されているため、起動時
および停止時の応答性が良好であり、操作レバー6aの
動きに対して制御弁2のスプールが速やかに応答する。
また、パイロット圧が10kgf/cm2 以下では、制御弁2
の弁通路の開度の変化が緩やか(図2の(a)参照)で
あるため、操作弁6の操作レバー6aを急操作しても、
ハンチングが発生しにくい。
【0022】一方、パイロット圧導入管路4を通じて圧
送される圧油(パイロット圧)が10kgf/cm2 を越えて
ハンチングが発生し易いストローク帯域Xになると、切
換弁10が第1の位置ホから第2の位置ニへと切換わ
り、パイロット圧導入管路4,5に絞りが付与される。
したがって、操作レバー6aの動きに対する制御弁2の
スプールの応答が鈍くなる。そのため、操作レバー6a
を急操作しても、制御弁2のスプールの急激な動作が規
制され、アクチュエータ20に流れる圧油の急激な変化
が規制される。すなわち、ハンチングが抑制される。
【0023】また、このような回路構成では、高速で動
作しているアクチュエータを危険回避のために急停止さ
せることもできる。すなわち、10kgf/cm2 を越えるパ
イロット圧によって制御弁2が切換えられた状態から操
作レバー6aを急にニュートラル位置に戻すと、パイロ
ット圧導入管路4がタンクTに連通されるため、切換弁
10が第2の位置ニから第1の位置ホに切換わり、圧導
入管路4,5が全開される。したがって、パイロットポ
ート2aからの戻り油が絞りを介すことなくタンクTに
戻されるため、方向制御弁2のスプールはリターンスプ
リングによって速やかに中立位置へと移動され、高速で
動作しているアクチュエータが速やかに停止される。
【0024】なお、前述した動作は、操作レバー6aを
他方向に操作した場合でも同様である。以上説明したよ
うに、本実施形態のアクチュエータ作動回路1は、従来
のように、制御弁2のスプールストロークの全体にわた
って絞りを利かせるのではなく、ハンチングの発生しに
くい帯域(本実施形態では10kgf/cm2 以下)ではパイ
ロット圧導入管路4,5を全開とし、操作レバー6aの
動きに対する制御弁2のスプールの応答性を良好に確保
するとともに、ハンチングの発生し易い帯域(本実施形
態では10kgf/cm2 以上)ではパイロット圧導入管路
4,5に絞りを付与して操作レバー6aの動きに対する
制御弁2のスプールの応答を鈍くするようにしている。
したがって、起動時および停止時の応答性を良好に確保
しつつハンチングを有効に抑制し得る。
【0025】また、本実施形態では、従来のように絞り
をパイロット圧導入管路4,5に設けていないため、絞
りにゴミ詰まりが生じる等の不具合がない。なお、切換
弁10の切換設定圧は10kgf/cm2 に限らない。使用す
る制御弁2の開口特性に応じて切換弁10の切換設定圧
を任意に変更することにより、起動時および停止時の応
答性を良好に確保しつつハンチングを有効に抑制し得
る。
【0026】ところで、油圧機器の操作性は油温(作動
油の粘性)の影響を受け易く、特に寒冷地や気温の低い
冬場などは、応答遅れが目立ち、操作性が悪化してしま
う。とりわけ、パイロット圧回路Bは、油に殆ど流れが
なく暖まりにくい部分であるため、冬季においては操作
性が非常に悪くなる。したがって、前述した第1の実施
形態のように切換弁10の切換によってパイロット圧導
入管路4,5に絞りを付与する構成では、絞りを付与す
る時期が早すぎて、かえって操作性(起動時および停止
時の応答性)が悪化してしまうことも懸念される。すな
わち、低温時では絞りがなくても応答性が鈍いにもかか
わらず、パイロット圧が所定の設定圧を越えたからとい
って切換弁10によってパイロット圧導入管路4,5に
絞りを付与すると、絞りの影響が大きくなりすぎて、ハ
ンチングを抑えるどころか、かえって操作性を悪化させ
ることとなる。そこで、以下では、低温時でも応答性を
良好に確保しつつ有効にハンチングを抑制し得るアクチ
ュエータ作動回路について図3を参照しつつ説明するこ
ととする。
【0027】図3は本発明の第2の実施形態を示してい
る。図示のように、本実施形態のアクチュエータ作動回
路1aは、切換弁の構成のみが第1の実施形態と異な
る。したがって、第1の実施形態と共通する構成要素に
ついては同一符号を付してその説明を省略する。
【0028】図示のように、各パイロット圧導入管路
4,5の途中にはそれぞれ切換弁30が設けられてい
る。この切換弁30は、対応するパイロット圧導入管路
4,5に接続されたパイロットライン11を介してパイ
ロット圧(自己圧)を受け、2つの切換え位置ニ,ホ間
で切換えられる。そして、切換弁30は、その第1の位
置ホで各パイロット圧導入管路4,5を全開するととも
に、その第2の位置ニで各パイロット圧導入管路4,5
から分岐する絞り33付きの分岐管路32を介して圧油
を流す。また、切換弁30は、第1の実施形態と同様、
パイロットライン11を介して作用するパイロット圧が
10kgf/cm2 になると、第1の位置ホから第2の位置ニ
へと切換わるようになっている。
【0029】また、パイロットライン11には絞り34
が設けられている。この絞り34は、切換弁30の切換
えタイミングを遅らせて、低温時の応答性を確保する。
すなわち、パイロット圧導入管路4,5の圧力が10kg
f/cm2 に達した時点では、切換弁30には絞り34によ
って10kgf/cm2 の圧力が作用せず、切換弁30は第1
の位置ホを保持し続け、起動時および停止時の応答性が
確保される。つまり、低温時の応答の鈍さを絞り33に
よって悪化させることなく、パイロット圧導入管路4,
5の全開状態を保持することによって応答性を極力良好
に維持するようにしている。無論、パイロット圧が10
kgf/cm2 に達すると、制御弁2のスプールがハンチング
の発生し易いストローク帯域Xにさしかかるが、その際
のハンチング抑制は、油温の低さに伴う応答遅れによっ
て達成される。すなわち、絞り34を介して切換弁30
に作用するパイロット圧が10kgf/cm2 に達するまで
(これは絞り34の絞り径によって決定される)は、絞
り33によらず油温の低さに伴う応答遅れによってハン
チングが抑制される。そして、絞り34を介して切換弁
30に10kgf/cm2 のパイロット圧が作用した段階で、
切換弁30が第2の位置ニに切換わって絞り33による
ハンチング抑制が開始される。
【0030】切換弁30の切換え時期をこのように遅ら
せれば、油温の低さに伴う応答遅れと絞り33による応
答遅れとをうまくバランスさせて有効に利用することが
でき、その結果、低温時でも応答性を良好に確保しつつ
有効にハンチングを抑制することが可能となる。
【0031】なお、パイロットライン11に設けられる
絞り34は固定絞りであっても良いが、固定絞りでは、
低温時に操作レバー6aをニュートラル位置に向かって
戻した際に切換弁30の戻りが遅くなり減速のフィーリ
ングが悪化することも考えられるため、絞り34をリス
トリクタによって構成することが望ましい。また、切換
弁30をスプール弁として構成する場合、スプールはな
るべく切換え途中のオーバラップ(どちらのポートにも
繋がらない部分)が少ない方が良い。これは、操作レバ
ー6aをニュートラル位置に向かって戻した際にレバー
操作通りに減速させるためである。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクチュ
エータ作動回路によれば、起動時および停止時の応答性
を良好に確保しつつハンチングを有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るアクチュエータ
作動回路の構成図である。
【図2】(a)は制御弁の開口特性を示す特性図、
(b)は切換弁の弁開度とパイロット圧との関係を示す
図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るアクチュエータ
作動回路の構成図である。
【図4】従来のアクチュエータ作動回路の第1の例を示
す構成図である。
【図5】従来のアクチュエータ作動回路の第2の例を示
す構成図である。
【図6】開口特性の異なる2つの制御弁のスプールスト
ロークSと流量Qとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1,1a…アクチュエータ作動回路 2…方向制御弁 4,5…パイロット圧導入管路 10…切換弁 11…パイロットライン 20…アクチュエータ A…油圧回路 B…パイロット圧回路 T…リザーバタンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクチュエータとリザーバタンクとの間
    で圧油を流す油圧回路と、 前記油圧回路に設けられ、アクチュエータとリザーバタ
    ンクとの間で油流方向を制御するパイロット圧作動の方
    向制御弁と、 前記方向制御弁にパイロット圧を作用させて方向制御弁
    の切換え動作を制御するパイロット圧回路と、 前記パイロット圧回路を構成し、前記方向制御弁にパイ
    ロット圧を導入するパイロット圧導入管路と、 前記パイロット圧導入管路の途中に設けられ、パイロッ
    ト圧導入管路を全開する第1の位置とパイロット圧導入
    管路に絞りを付与する第2の位置との間で切換えられる
    パイロット圧作動の切換弁と、 パイロット圧導入管路と切換弁のパイロットポートとを
    接続するパイロットラインと、 を具備し、 前記パイロットラインを介して切換弁に作用するパイロ
    ット圧が所定の圧力に達すると、切換弁が第1の位置か
    ら第2の位置へと切換わることを特徴とするアクチュエ
    ータ作動回路。
  2. 【請求項2】 前記パイロットラインの途中に絞りが設
    けられていることを特徴とする請求項1に記載のアクチ
    ュエータ作動回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020159048A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 住友建機株式会社 作業機械

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