JP2017110721A - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents

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【課題】軽負荷作業具と重負荷作業具とによる複合操作に際し、優れた複合操作性を確保することができる建設機械の油圧駆動装置の提供。
【解決手段】本発明に係る大型油圧ショベルの油圧駆動装置は、コントローラ60が、ブーム下げ単独操作か、ブーム下げ・アーム引き複合操作かを判別する第1判別部60aと、第1判別部60aで単独操作と判別されたときに選択され、ブーム用電気レバー装置70のレバー角度に応じた電流を特定電磁弁50に出力する通常制御テーブル60bと、第1判別部60aで複合操作と判別されたときに選択され、ブーム用電気レバー装置70のレバー角度に対する出力電流の電流値の割合が、通常制御テーブル60bにおけるよりも予め小さく設定され、この設定に応じた電流を特定電磁弁50に出力する特定制御テーブル60cとを含む構成にしてある。
【選択図】図3

Description

本発明は、複数の作業具を有する多関節作業装置を備えた大型油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動装置に関する。
この種の従来技術が、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1には大型油圧ショベルの油圧駆動装置が開示されている。この従来技術は、本体を構成する旋回体と、この旋回体に取り付けられた多関節作業装置すなわち、それぞれ作業具を構成するブーム、アーム、及びバケットを含むフロント部材とを備えている。また、フロント部材を作動させるブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダを含む複数の油圧シリンダと、これらの複数の油圧シリンダを作動させる複数の操作装置とを備えている。また、操作装置の操作に応じて前述した油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れを制御するブーム用方向制御弁、アーム用方向制御弁、及びバケット用方向制御弁を含む複数の方向制御弁を備えている。
特開平10−299027号公報
前述した従来技術では、複合操作、例えばブームとアームの複合操作に際して、ブーム負荷がアーム負荷に比べて軽負荷である場合には、ブームシリンダに圧油が流入する傾向となることから、ブームシリンダ及びアームシリンダの作動制御によるブーム・アーム複合操作の制御が難しく、ブーム・アーム複合操作が非常に煩雑になる。
このようなブーム・アーム複合操作を行う場合には、オペレータはブーム用操作装置のレバー角度とアーム用操作装置のレバー角度を頻繁に調整しながら2つのレバー操作を同時に行うことになる。このようなレバー操作は熟練を要するものであり、またオペレータの疲労を招きやすい。慣れないオペレータがこの複合操作を行おうとすると、作業時間、例えば土砂を掘削してから所定場所に放土するまでのサイクルタイムがかかり、作業コストが増加する。また、作業精度が低下しやすい。
上記課題を解決するために、本発明の目的は、軽負荷作業具と重負荷作業具とによる複合操作に際し、優れた複合操作性を確保することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、軽負荷となる1つの特定作業具、及び前記特定作業具よりも負荷が重くなる他の作業具を含む複数の作業具を有する多関節作業装置を備えた建設機械の油圧駆動装置において、前記特定作業具を操作する特定電気レバー装置、及び前記他の作業具を操作する電気レバー装置と、前記特定電気レバー装置及び前記電気レバー装置のレバー角度に応じた電流を出力するコントローラと、前記コントローラから出力された電流によって制御され、前記特定作業具を作動させる特定油圧シリンダへの圧油の流れを制御する特定方向制御弁を切り換え制御する特定電磁弁、及び前記他の作業具を作動させる油圧シリンダへの圧油の流れを制御する方向制御弁を切り換え制御する電磁弁とを備え、前記コントローラは、前記特定作業具の単独操作か、前記特定作業具と前記他の作業具との複合操作かを判別する第1判別部と、前記第1判別部で前記単独操作と判別されたときに選択され、前記特定電気レバー装置のレバー角度に応じた電流を前記特定電磁弁に出力する通常制御テーブルと、前記第1判別部で前記複合操作と判別されたときに選択され、前記特定電気レバー装置のレバー角度に対する電流値の割合が、前記通常制御テーブルにおけるレバー角度に対する電流値の割合よりも予め小さく設定され、この設定に応じた電流を前記特定電磁弁に出力する特定制御テーブルとを有することを特徴としている。
本発明に係る建設機械の油圧駆動装置によれば、軽負荷となる1つの特定作業具と重負荷となる他の作業具との複合操作時には、コントローラの特定制御テーブルが選択され、特定電気レバー装置のフルレバー操作に伴う特定方向制御弁の切り換え制御に際して、特定制御弁の開口面積を最大開口面積よりも他の作業具の操作が可能な小さな開口面積に制限することができる。すなわち、特定電気レバー装置のフルレバー操作の状態で、特定作業具と他の作業具の複合操作を実施でき、優れた複合操作性を確保することができる。
本発明は、特定電気レバー装置をフルレバー操作の状態で、すなわち特定電気レバー装置のレバー角度の調整を要することなく特定作業具と他の作業具との複合操作を行えることにより、オペレータの疲労感を従来よりも軽減させることができ、また作業時間を短縮させることができる。これに伴い本発明は作業コストを節減させることができる。また、本発明は複合操作が簡単になることにより、オペレータは作業に集中することができ、これによって作業精度を従来に比べて高めることができる。
本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた大型油圧ショベルを示す側面図である。 図1に示す大型油圧ショベルに備えられる本実施形態に係る油圧駆動装置の要部構成を示す油圧回路図である。 本実施形態に備えられる制御系統の要部を示す図である。 本実施形態に備えられる可変容量油圧ポンプの制御圧力−吐出流量特性を示す図である。 本実施形態に備えられるコントローラで設定されるレバー角度−出力電流特性、特定電磁弁における電流−パイロット圧力特性、第1,第2ブーム用方向制御弁におけるパイロット圧力−スプール変位特性、及び第1,第2ブーム用方向制御弁におけるスプール変位−開口面積特性を示す図である。
以下、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る油圧駆動装置が備えられる建設機械は、例えば大型油圧ショベルである。この大型油圧ショベルは、走行体1と、この走行体1の上に配置されて本体を構成する旋回体2とを備えている。旋回体2上にはキャビン2aを配置してある。
旋回体2の前側位置には、軽負荷となる1つの特定作業具、及び特定作業具に比べて負荷が重くなる他の作業具を含む複数の作業具を有する多関節作業装置、すなわちフロント作業装置3を上下方向の回動可能に取り付けてある。
フロント作業装置3の複数の作業具は、旋回体2に上下方向の回動可能に取り付けられるブーム4と、このブーム4に上下方向の回動可能に取り付けられるアーム5と、このアーム5に上下方向の回動可能に取り付けられるバケット6とを含んでいる。バケット6は、フロントバケット6aとリアバケット6bを有し、これらによって下方部分が開閉可能になっている。前述した軽負荷となる1つの特定作業具は、例えばブーム4によって構成されている。また、前述した特定作業具に比べて負荷が重くなる他の作業具は、例えばアーム5によって構成されている。
また、本実施形態は、フロント作業装置3のブーム4、アーム5、及びバケット6を作動させる複数の油圧シリンダ、すなわちブーム4を作動させるブームシリンダ7と、アーム5を作動させるアームシリンダ8と、バケット6を作動させるバケットシリンダ9とを備えている。ブームシリンダ7は、特定作業具であるブーム4を作動させる特定油圧シリンダを構成している。
また、本実施形態は、複数の作業具、すなわちブーム4、アーム5、及びバケット6の操作の他、旋回体2、及び走行体1を操作する複数の操作装置を備えている。これらの複数の操作装置のそれぞれは、電気レバー装置から成っている。また、これらの複数の電気レバー装置は、図3に示すように、特定作業具であるブーム4を操作する特定電気レバー装置を構成するブーム用電気レバー装置70を含んでいる。
また、本実施形態は、電気レバー装置の操作に応じてブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、図示しない旋回モータ、及び図示しない左右走行モータのそれぞれに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁を備えている。
図2に示すように、本実施形態に係る油圧駆動装置は、図示しないエンジンによって駆動され、それぞれ可変容量油圧ポンプから成る第1油圧ポンプ10、第2油圧ポンプ11、第3油圧ポンプ12、第4油圧ポンプ13、第5油圧ポンプ14、及び第6油圧ポンプ15を備えている。
第1油圧ポンプ10の傾転角は、傾転角制御装置10aで制御され、第2油圧ポンプ11の傾転角は傾転角制御装置11aで制御され、第3油圧ポンプ12の傾転角は傾転角制御装置12aで制御され、第4油圧ポンプ13の傾転角は傾転角制御装置13aで制御され、第5油圧ポンプ14の傾転角は傾転角制御装置14aで制御され、第6油圧ポンプ15の傾転角は傾転角制御装置15aで制御される。油圧ポンプ10〜15の制御圧力と吐出流量の関係は、傾転角制御装置10a〜15aの傾転角制御により図4に示す特性となっている。
第1油圧ポンプ10及び第2油圧ポンプ11には、第1弁ブロック20が接続され、第3油圧ポンプ12及び第4油圧ポンプ13には第2弁ブロック21が接続され、第5油圧ポンプ14及び第6油圧ポンプ15には第3弁ブロック22が接続されている。
第1弁ブロック20には、図示しない左走行モータに供給される圧油の流れを制御する左走行用方向制御弁25と、前述のアームシリンダ8に供給される圧油の流れを制御する第1アーム用方向制御弁26と、特定油圧シリンダであるブームシリンダ7に供給される圧油の流れを制御する特定方向制御弁、すなわち第1ブーム用方向制御弁27と、前述のバケットシリンダ9に供給される圧油の流れを制御する第1バケット用方向制御弁28とを含んでいる。なお、図2においては説明を簡単にするために、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左走行モータ、右走行モータ、及び旋回モータの図示を省略してある。
また、第2弁ブロック21には、図示しない右走行モータに供給される圧油の流れを制御する右走行用方向制御弁29と、ブーム・バケット兼用方向制御弁30と、バケットシリンダ9に供給される圧油の流れを制御する第2バケット用方向制御弁31と、アームシリンダ8に供給される圧油の流れを制御する第2アーム用方向制御弁32とを含んでいる。
第3弁ブロック22には、図示しない旋回モータに供給される圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁33と、アームシリンダ8に供給される圧油の流れを制御する第3アーム用方向制御弁34と、バケットシリンダ9に供給される圧油の流れを制御する第3バケット用方向制御弁35と、特定方向制御弁、すなわち第2ブーム用方向制御弁36とを含んでいる。
同図2に示すように、大型油圧ショベルでは、ブームシリンダ7が一対設けられる。これらのブームシリンダ7と一体に、ブームシリンダ7のボトム室7aへの圧油の流れを許容し、逆方向への圧油の流れを阻止するチェック弁40と、ブームシリンダ7のボトム室7aから排出される圧油を絞る絞り弁41とを並設させてある。
また、本実施形態は、ブームシリンダ7のボトム室7aから排出される圧油をロッド室7bに流入させる再生弁45を備えている。この再生弁45は、ブーム用電気レバー装置70の操作に応じて制御される電磁弁51から供給されるパイロット圧油に応じて作動する構成になっており、ボトム室7aからロッド室7bへの圧油の流れを許容し、逆方向への圧油の流れを阻止するチェック弁45aと、ボトム室7aからロッド室7bへの圧油の流れに対してチェック弁45aの下流に配置され、圧油を絞る絞り弁45bとを含んでいる。
図3に示すように、本実施形態は、特定電気レバー装置を構成するブーム用電気レバー装置70、及び図示しない複数の電気レバー装置のそれぞれのレバー角度に応じた電流を出力するコントローラ60と、このコントローラ60から出力された電流に応じて作動し、特定方向制御弁である第1ブーム用方向制御弁27、及び第2ブーム用方向制御弁36を含む複数の方向制御弁のそれぞれを切り換え制御する複数の電磁弁とを備えている。
説明を簡単にするために、図3では、ブーム用電気レバー装置70以外のコントローラ60に信号接続される電気レバー装置の図示を省略してある。また、図2及び図3に示すように、第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36を切り換え制御する特定電磁弁50、及びブーム用電気レバー装置70の操作に応じて再生弁45を作動させる電磁弁51以外の電磁弁の図示を省略してある。
図3に示すように、特定電磁弁50及び電磁弁51を含む複数の電磁弁は、パイロットリリーフ弁53により圧力が規定されたパイロット圧油を吐出するパイロットポンプ52に接続されている。コントローラ60から出力される電流に応じて特定電磁弁50が作動した際に、パイロットポンプ52から吐出されたパイロット圧油が、図2に示す第1ブーム用方向制御弁27の同図2の右側に位置する制御室、及び第2ブーム用方向制御弁36の左側に位置する制御室に供給される。これにより第1ブーム用方向制御弁27のスプールは左方向に移動して右位置に切り換えられる傾向となり、第2ブーム用方向制御弁36のスプールは右方向に移動して左位置に切り換えられる傾向となる。
図3に示すように、コントローラ60は例えば、ブーム用電気レバー装置70、及び図示しない電気レバー装置から出力されたレバー角度に応じた電流に基づいて、特定作業具による単独操作、例えばブーム下げ単独操作か、特定作業具と他の作業具との複合操作、例えばブーム4が軽負荷となるブーム下げ操作と、アーム5が重負荷となるアーム引き操作とのブーム下げ・アーム引き複合操作かを判別する第1判別部60aを有している。
また、コントローラ60は、第1判別部60aでブーム下げ単独操作と判別されたときに選択され、ブーム用電気レバー装置70のレバー角度に応じた電流を特定電磁弁50に出力する通常制御テーブル60bと、第1判別部80aでブーム下げ操作とアーム引き操作との複合操作と判別されたときに選択され、ブーム用電気レバー装置70のレバー角度に対する出力電流の電流値の割合が、通常制御テーブル60bにおけるレバー角度に対する出力電流の電流値の割合よりも予め小さく設定され、この設定に応じた電流を特定電磁弁50に出力する特定制御テーブル60cとを含んでいる。
前述した通常制御テーブル60bで設定される[レバー角度−出力電流特性]は、図5の特性60b1に相当する。また、特定制御テーブル60cで設定される[レバー角度−出力電流特性]は、同図5の特性60c1に相当する。
図2及び図3に示すように、本実施形態は、特定制御テーブル60cを用いる制御を解除させる指令信号をコントローラ60に出力する解除指令部80を備えている。この解除指令部80は、例えばジャッキアップ作業に際してブームシリンダ7に導かれる圧油の圧力を検出する図示しない圧力センサからの信号に応じて作動する構成となっている。
図3に示すように、コントローラ60は、解除指令部80から指令信号が出力されたかどうかを判別する第2判別部60dを備えており、この第2判別部60dで指令信号が出力されたと判別されたとき、通常制御テーブル60bを用いてブーム用電気レバー装置70のレバー角度に応じた電流を特定電磁弁50に出力する処理を行う。
すなわち、ジャッキアップ作業時には、コントローラ60の通常制御テーブル60bで設定された特性60b1に基づいて、ブームシリンダ7を制限された作動速度とせずに速い作動速度で作動させ、ジャッキアップ作業の能率を向上させる処理操作が実施される。
以上のように構成した本実施形態では、例えばブーム4のブーム下げ単独操作時には、ブーム用電気レバー装置70のみの操作であることがコントローラ60の第1判別部60aで判別され、図5の通常制御テーブル69bの特性60b1に基づく、レバー角度に対応する電流が特定電磁弁50に出力される。
これに応じて特定電磁弁50は、レバー角度に応じたストローク量切り換えられる。したがって、パイロットポンプ52から吐出されるパイロット圧油により、第1ブーム用方向制御弁27のスプールは左方向に移動して右位置に切り換えられる傾向となり、第2ブーム用方向制御弁36のスプールは右方向に移動して左位置に切り換えられる傾向となる。これにより、第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36の開口面積は、フルレバー操作をすれば最大開口面積に保持され、ブームシリンダ7の作動速度は速くなり、速い下降速度のブーム下げを行うことができる。
このときの動作関係は、図5に示すように、第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36のそれぞれのスプールは、最大ストロークS1まで変位が可能となり、メータイン特性PCは開口面積Aまで、メータアウト特性CTは開口面積A1まで確保することができる。なおこのとき、油圧ポンプ10〜15の吐出流量は、図4の最小吐出量mに保持される。図5においてPTはブリード特性を示している。
また、ブーム4が軽負荷となるブーム下げ操作と、アーム5が重負荷となるアーム引き操作とのブーム下げ・アーム引き複合操作に際して、図示しないアーム用電気レバー装置のレバー角度を調整しながら、ブーム用電気レバー装置70をフルレバー操作すると、ブーム用電気レバー装置70の操作によるブーム下げ操作と、図示しないアーム用電気レバー装置の操作によるアーム引き操作との複合操作であることがコントローラ60の第1判別部60aで判別され、ブーム用電気レバー装置70の操作に伴って、図5の特定制御テーブル60cの特性60c1に基づくレバー角度に対応する電流が特定電磁弁50に出力される。
これにより特定電磁弁50は、フルストロークよりも小さく制限されたストロークで切り換えられる。このときパイロットポンプ52から吐出されるパイロット圧油により、第1ブーム用方向制御弁27のスプールは左方向に、通常制御テーブル60bを用いた制御におけるフルストロークS1よりも小さなストロークS2で切り換えられ。第2ブーム用方向制御弁36のスプールも右方向に、通常制御テーブル60bを用いた制御におけるフルストロークS1よりも小さなストロークS2で切り換えられる。
これにより図5に示すように、第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36のメータイン側は前述した最大開口面積Aよりも小さな開口面積Bに制限され、メータアウト側は最大開口面積A1よりも小さな開口面積B1に制限される。すなわち、ブーム下げ動作と同時にアーム引き動作を行うことが可能な開口面積B,B1に制限される。これによりアーム引き速度は、図示しないアーム用電気レバー装置のレバー角度に応じた通常速度に制御され、ブーム下げ速度は、ブーム用電気レバー装置70をフルレバー操作することにより最大速度よりも遅い一定速度に保持されて、ブーム下げ・アーム引き複合操作時のブーム作動速度とアーム作動速度の良好なマッチングを確保することができる。
以上のように構成した本実施形態によれば、前述したように軽負荷となるブーム下げと重負荷となるアーム引きの複合操作時には、コントローラ60の特定制御テーブル60cが選択され、ブーム用電気レバー装置70のフルレバー操作に伴う第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36の切り換えに際し、通常操作時に比べて第1ブーム用方向制御弁27及び第2ブーム用方向制御弁36の開口面積を小さく制限して切り換えることができる。
これにより本実施形態は、ブーム用電気レバー装置70のフルレバー操作の状態で、ブーム下げ操作とアーム引き操作の複合操作を実施でき、優れた複合操作性を確保することができる。また、本実施形態は、ブーム用電気レバー装置70をフルレバー操作の状態で、すなわちブーム用電気レバー装置70のレバー角度の調整を要することなく複合操作を行えることにより、オペレータの疲労感を軽減させることができ、また作業時間を短縮させることができる。これに伴い本実施形態は作業コストを節減させることができる。また、本実施形態はブーム下げ・アーム引き複合操作が簡単になることによりオペレータは作業に集中することができ、これによって作業精度を高めることができる。
なお、前述した実施形態では、複合操作時に軽負荷となる特定作業具をブーム4としたが、この特定作業具がアーム5あるいはバケット6であってもよい。また、重負荷となる他の作業具をアーム5としたが、バケット6でもよく、またアーム5とバケット6の双方であってもよい。要するに本発明は、多関節作業装置に含まれる複数の作業具による作業に際し、軽負荷となる特定作業具と、重負荷となる他の作業具との複合操作を実施し得る油圧駆動装置に適用可能である。
また、前述した実施形態では、例えばジャッキアップ作業時に、ブームシリンダ7に導かれる圧力に応じて解除指令部80が作動する構成となっているが、この解除指令部80を手動操作が可能となるように構成し、ジャッキアップ作業に限らず、必要時に手動操作して解除指令部80を作動させるようにしてもよい。
1 走行体
2 旋回体(本体)
3 フロント作業装置(多関節作業装置)
4 ブーム(特定作業具)
5 アーム(他の作業具)
6 バケット
7 ブームシリンダ(特定油圧シリンダ)
7a ボトム室
7b ロッド室
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 第1油圧ポンプ
11 第2油圧ポンプ
12 第3油圧ポンプ
13 第4油圧ポンプ
14 第5油圧ポンプ
15 第6油圧ポンプ
27 第1ブーム用方向制御弁(特定方向制御弁)
36 第2ブーム用方向制御弁(特定方向制御弁)
45 再生弁
50 特定電磁弁
51 電磁弁
52 パイロットポンプ
60 コントローラ
60a 第1判別部
60b 通常制御テーブル
60c 特定制御テーブル
60d 第2判定部
70 ブーム用電気レバー装置(特定電気レバー装置)
80 解除指令部

Claims (4)

  1. 軽負荷となる1つの特定作業具、及び前記特定作業具よりも負荷が重くなる他の作業具を含む複数の作業具を有する多関節作業装置を備えた建設機械の油圧駆動装置において、
    前記特定作業具を操作する特定電気レバー装置、及び前記他の作業具を操作する電気レバー装置と、
    前記特定電気レバー装置及び前記電気レバー装置のレバー角度に応じた電流を出力するコントローラと、
    前記コントローラから出力された電流によって制御され、前記特定作業具を作動させる特定油圧シリンダへの圧油の流れを制御する特定方向制御弁を切り換え制御する特定電磁弁、及び前記他の作業具を作動させる油圧シリンダへの圧油の流れを制御する方向制御弁を切り換え制御する電磁弁とを備え、
    前記コントローラは、
    前記特定作業具の単独操作か、前記特定作業具と前記他の作業具との複合操作かを判別する第1判別部と、
    前記第1判別部で前記単独操作と判別されたときに選択され、前記特定電気レバー装置のレバー角度に応じた電流を前記特定電磁弁に出力する通常制御テーブルと、
    前記第1判別部で前記複合操作と判別されたときに選択され、前記特定電気レバー装置のレバー角度に対する電流値の割合が、前記通常制御テーブルにおけるレバー角度に対する電流値の割合よりも予め小さく設定され、この設定に応じた電流を前記特定電磁弁に出力する特定制御テーブルとを有することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
  2. 請求項1に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
    前記特定油圧シリンダのボトム室から排出された圧油を、当該特定油圧シリンダのロッド室に流入させる再生弁を備えたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
  3. 請求項1に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
    前記特定制御テーブルを用いた制御を解除させる指令信号を前記コントローラに出力する解除指令部を備え、
    前記コントローラは、前記解除指令部から前記指令信号が出力されたかどうかを判別し、前記指令信号が出力されたと判別されたとき、前記通常制御テーブルを用いて、前記特定電気レバー装置のレバー角度に応じた電流を前記特定電磁弁に出力する処理を行う第2判別部を有することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
  4. 請求項1に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
    前記多関節作業装置は、ブームを含み、
    前記特定作業具は、前記ブームから成り、
    前記特定油圧シリンダは、前記ブームを作動させるブームシリンダから成り、
    前記特定方向制御弁は、前記ブームシリンダに供給される圧油の流れを制御するブーム用方向制御弁から成り、
    前記特定電気レバー装置は、前記ブームを操作するブーム用電気レバー装置から成ることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
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