JP6157994B2 - 建設機械の油圧回路及び建設機械 - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械の油圧回路及び建設機械に関する。
建設機械には、圧油を供給して油圧シリンダを伸縮し、伸縮させた油圧シリンダによってアタッチメントを駆動するものがある。また、建設機械の油圧回路には、アタッチメントの操作性を向上するために、油圧シリンダからの戻り油を油圧シリンダに、再度、供給する(いわゆる再生する)ものがある。
特許文献1では、再生機能弁(再生弁)を用いて、油圧シリンダからの戻り油を選択的に再生する再生油圧回路(油圧回路)に関する技術を開示している。
特開平06−117415号公報
特許文献1に開示されている技術では、再生する戻り油の通路を短くして圧力損失を低減するために、油圧シリンダの近傍に再生弁(再生機能弁)を配置した場合に、再生弁からの漏れを防止する必要がある。しかしながら、特許文献1には、再生弁の漏れを防止する技術が開示されていない。
また、特許文献1に開示されている技術では、建設機械において例えば掘削時で再生しない場合に、コントロールバルブの絞ったCT開口に流通させて圧油(戻り油)を排出する。このため、特許文献1に開示されている技術では、コントロールバルブを通過する圧油の圧力損失が増加するとともに、建設機械の掘削性能(油圧シリンダの駆動力、駆動速度など)が低下する場合がある。
本発明は、このような事情の下に為され、油圧シリンダ近傍に再生油路を搭載した建設機械又は建設機械の油圧回路であって、再生油路に配置された再生弁及び再生解除弁を用いて、油圧シリンダからの戻り油を再生する建設機械又は油圧回路を提供することを目的とする。
本発明の一の態様によれば、油圧シリンダを駆動してアタッチメントを操作する建設機械の油圧回路であって、前記油圧シリンダからの戻り油を再生する再生油路と、前記再生油路に配置され、一端に第1のシール部を備え、他端に第2のシール部を備えるスプールとを有し、前記再生油路は、前記アタッチメントに搭載され、前記スプールは、前記油圧シリンダの駆動を制御する操作レバーの操作量に応じて、該スプールの軸方向に移動され、前記軸方向に移動することによって、前記第1のシール部で前記一端の気密性を維持しつつ、前記第2のシール部で圧油の通路を開閉して、前記戻り油の供給先を切り換える、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。前記第1のシール部は、Oリングであり、前記第2のシール部は、傾斜部である、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。前記再生油路は、前記油圧シリンダに並んで配置され、該油圧シリンダのロッド側から流出した前記戻り油を、該油圧シリンダのボトム側に供給する、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。
また、本発明の他の態様によれば、上記の油圧回路のいずれか一つを備える建設機械が提供される。
本発明に係る建設機械又は建設機械の油圧回路によれば、油圧シリンダ近傍に搭載した再生油路、再生弁及び再生解除弁を用いて、油圧シリンダからの戻り油を再生することができる。
本発明の実施形態に係る建設機械の一例を示す概略外観図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の再生回路の配置の一例を説明する外観図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の油圧回路の一例を示す概略油圧回路図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の再生油路に用いられる再生弁の一例を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の再生油路に用いられる再生解除弁の一例を説明する説明図である。 建設機械の油圧回路の他の例(比較例)を示す概略油圧回路図である。
添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
以後に、実施形態に係る建設機械100を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、本実施形態以外でも、再生弁(例えば切換弁)及び再生解除弁を用いて、油圧シリンダからの戻り油を再利用する油圧回路又は機械、装置若しくはシステムなどであれば、いずれのものにも用いることができる。また、本発明を用いることができる建設機械には、油圧ショベル、クレーン車、ブルドーザ、ホイールローダ及びダンプトラック、並びに、杭打ち機、杭抜き機、ウォータージェット、泥排水処理設備、グラウトミキサ、深礎工用機械及びせん孔機械などが含まれる。
実施形態に係る建設機械100を用いて、下記に示す順序で本発明を説明する。
1.建設機械
2.建設機械の油圧回路
[1.建設機械]
図1及び図2を用いて、本発明の実施形態に係る建設機械100の概略構成を説明する。ここで、図1は、本実施形態に係る建設機械100の一例を示す概略外観図である。図2は、建設機械100の再生回路20の配置の一例であり、図1の領域Raを説明する拡大図である。
図1に示すように、本実施形態に係る建設機械100は、キャブ(運転室)10Cbを搭載した上部旋回体10Upと、車輪等を用いて建設機械100の移動を行う下部走行体10Dwとを備える。また、建設機械100は、アタッチメントとして、上部旋回体10Upに基端部を軸支されたブーム11と、ブーム11の先端に軸支されたアーム12と、アーム12の先端に軸支されたバケット13とを備える。更に、建設機械100は、油圧シリンダとして、ブーム11を駆動するブームシリンダ11cと、アーム12を駆動するアームシリンダ12cと、バケット13を駆動するバケットシリンダ13cとを備える。
なお、本発明を用いることができる建設機械は、取り付けるアタッチメントとして、上記のブーム11、アーム12、バケット13以外のアタッチメントを用いてもよい。
本実施形態に係る建設機械100は、ブームシリンダ11cに作動油(圧油)を供給することによって、ブームシリンダ11cを長手方向に伸縮する。このとき、ブーム11は、ブームシリンダ11cの伸縮によって、キャブ10Cbの前方及び上方で上下方向に駆動される。また、建設機械100は、キャブ10Cbの室内のオペレータ(運転者、作業者)の操作レバー(例えば後述する図3のLvr)の操作量(及び操作方向)に応じてブーム用方向制御弁を制御し、ブームシリンダ11cに供給される作動油を制御する。この結果、建設機械100は、オペレータの操作レバーの操作量等に応じて、所望の作業を実施することができる。
ブーム11の場合と同様に、建設機械100は、アームシリンダ12c及びバケットシリンダ13cの伸縮によって、キャブ10Cbの前方及び/又は上方でアーム12及びバケット13を駆動する。建設機械100は、ブームシリンダ11cの場合と同様に、アーム用方向制御弁及びバケット用方向制御弁によって、アームシリンダ12c及びバケットシリンダ13cに供給される作動油を制御する。また、本実施形態に係る建設機械100は、下部走行体10Dwの車輪及び旋回モータ14mを用いて、建設機械100の走行(前後左右の移動)及び上部旋回体10Upの回転(旋回動作)を行う。
本発明に係る建設機械100は、再生回路20(図2)を用いて、油圧シリンダからの戻り油を油圧シリンダに再供給(以下、「再生」という)する。図2に示すように、建設機械100は、油路(P−Cb又はP−Cr)を経由してアームシリンダ12c(のボトム12cb又はロッド12cr)に圧油を供給する。また、建設機械100は、本実施形態では、ブーム11に搭載された再生回路20を用いて、アームシリンダ12c(本実施形態ではロッド側)からの戻り油を再生する。なお、本発明を用いることができる建設機械は、取り付けられるアタッチメント及び再生する戻り油を供給される油圧シリンダに応じて、適宜、再生回路20の搭載位置(又は配置位置)を設定される。
再生回路20は、油圧シリンダ(本実施形態ではアームシリンダ12c)からの戻り油を再生する回路である。再生回路20は、本実施形態では、再生油路21、再生弁22及び再生解除弁23で構成される。また、再生回路20は、アタッチメント(本実施形態ではブーム11)に搭載されている。なお、再生回路20は、アタッチメントの近傍又は内部に配置されるものであってもよい。
再生油路21は、油圧シリンダからの戻り油を流通する油路である。再生油路21は、本実施形態では、アームシリンダ12c(油圧シリンダ)に並んで配置されている(図2)。また、再生油路21は、ブーム11(アタッチメント)に搭載されている。更に、再生油路21は、アームシリンダ12cのロッド側(図中の12cr)から流出した戻り油を、アームシリンダ12cのボトム側(図中の12cb)に供給する。
これにより、本発明に係る建設機械100は、コントロールバルブなどを経由して戻り油を再生する必要がないため、再生油路21を用いて、油路(再生する圧油が流通する油路)の長さを短縮することができ、圧油(戻り油)の圧力損失を低減することができる。
再生弁22は、油圧シリンダからの戻り油を再生するか否かを制御する弁である。再生弁22は、図2に示すようにアームシリンダ12cのロッド側12crに配置されている。再生弁22は、例えばアーム用操作レバーの操作状態に応じて、その開口面積を調整することにより、アームシリンダ12cのロッド側から流出した戻り油のボトム側へ再生する量を制御する。再生弁22は、例えば切換弁、電磁弁などを用いてもよい。
図4を用いて、本発明に係る再生弁の一例を説明する。なお、本発明に用いることができる再生弁は、図4に示すものに限定されるものではない。
図4に示すように、本実施形態に係る再生弁22は、スプール30Aを備える。スプール30Aは、一端に第1のシール部31を備え、他端に第2のシール部32を備える。また、スプール30Aは、一端に再生動作を行うために操作レバーの出力圧(アーム引き側)が導入され、他端にこの操作レバーの出力圧に対抗してスプール30Aを付勢するバネ部33sを備える。更に、再生弁22(スプール30A)は、再生油路21(後述する図3)に配置されている。
スプール30Aは、本実施形態では、第1のシール部31として、Oリングを用いる。また、スプール30Aは、第2のシール部32として、傾斜面を用いる。これにより、スプール30Aは、スプールの軸方向に移動された場合に、Oリング(第1のシール部31)で一端の気密性を維持しつつ、傾斜面(第2のシール部32)で圧油の通路を開閉することができる。また、スプール30Aは、Oリングで一端の気密性を維持しつつ、且つ、傾斜面で圧油の通路を閉鎖することで、圧油の漏れを防ぐことができる。これにより、スプール30Aは、保持弁Vspと同等の機能を兼ねることができる。
なお、本発明に用いることができるスプールは、スプールを軸方向に移動した場合に、一端の気密性を維持しつつ、他端の圧油の通路を開閉することができるものであれば、いずれの形状のスプールでも用いることができる。
スプール30Aは、図4(a)に示す位置の場合に、再生油路21における油圧シリンダのロッド側とボトム側との連通を遮断する。これにより、方向制御弁Vcを経由して作動油が油圧シリンダのロッド側に導入されるものとなる。すなわち、再生弁22(建設機械100)は、図4(a)の場合に、戻り油を再生しない。
また、スプール30Aは、図4(b)に示す位置の場合に、一端に操作レバーLvrの出力圧( アーム引き側)を入力されて、その軸方向に移動される(図中のMb)。このとき、スプール30Aは、バネ部33sの付勢力との釣り合いで軸方向に移動した位置で配置される。これにより、スプール30Aは、Oリングで一端の気密性を維持しつつ、傾斜面で圧油の通路を開放し、油圧シリンダのロッド側とボトム側とを連通させる(図中のFb)。すなわち、再生弁22(建設機械100)は、図4(b)の場合に、戻り油を再生する。
以上のとおり、本発明に係る建設機械100は、再生弁22を用いて、油圧シリンダ(本実施形態ではアームシリンダ12c)の近傍で戻り油を再生するか否か及び再生する量を制御することができる。このため、建設機械100は、油路(再生する圧油が流通する油路)を短縮することができる。また、建設機械100は、油路(再生する圧油が流通する油路)を短縮することができるので、圧油(戻り油)の圧力損失を低減することができる。
再生解除弁23は、再生弁22を経由した戻り油の供給先を切り換える弁である。再生解除弁23は、図2に示すように、再生油路21の下流側に配置されている。また、再生解除弁23は、本実施形態では、アーム12(アタッチメント)の負荷に応じて、戻り油を再生するか又はタンクに排出するかを切り換える。
これにより、本発明に係る建設機械100は、再生解除弁23を用いて、再生弁22を経由した戻り油を再生するか否かを制御することができる。また、本発明に係る建設機械100は、建設機械の作業状態又は作業動作(例えば掘削動作)に応じて、戻り油を再生する動作を制御することができる。
再生解除弁23は、本実施形態では、油圧ポンプPmp(後述する図3)からアームシリンダ12c(油圧シリンダ)のボトム側に供給された作動油の圧力を用いて、戻り油の供給先を切り換える。再生解除弁23は、アームシリンダ12cのボトム側の圧力が低い場合に、例えば戻り油を再生するために開口を閉じる。また、再生解除弁23は、アームシリンダ12cのボトム側の圧力が高い場合に、例えば戻り油を再生しないようにするために、開口を開き、下流(例えば作動油タンク)に戻り油を排出する。
なお、再生解除弁23は、建設機械100に予め搭載されているコントローラの指令に応じて、その開口を制御されるものであってもよい。
図5を用いて、本発明に係る建設機械の再生回路に用いられる再生解除弁の一例を説明する。なお、本発明に係る再生解除弁は、図5に示すものに限定されるものではない。
本実施形態に係る再生回路20(図5)は、図2に示すようにブーム11に搭載される。また、本実施形態に係る再生回路20の再生解除弁23は、図2に示すようにアームシリンダ12cのボトム側12cbに配置されている。更に、本実施形態に係る再生回路20は、方向制御弁Vc(後述する図3)から供給された作動油(図中のVc−Cy)をアームシリンダ12cのボトム側に流入する。
図5に示すように、再生回路20は、再生解除弁23の内部に、圧油の流れ方向を制御する(供給先を切り換える)スプール30Bを有する。また、再生回路20は、その内部に、アームシリンダ12cのロッド側から流入する圧油の流れ(圧力、流量など)を制御する絞り24及び逆止弁25を有する。
再生回路20は、戻り油を再生する時に、アームシリンダ12cのロッド側から流出した圧油(図中のCy1−R)をアームシリンダ12cのボトム側に再供給する(図中のCy−B)。このとき、再生回路20は、絞り24及び逆止弁25を用いて、アームシリンダ12cのボトム側に再供給する圧油の流量及び圧力を制御する。
また、再生回路20は、戻り油を再生しない時に、スプール30B(再生解除弁23)の一端に入力された圧力(アームシリンダ12cのボトム側の圧油の圧力)を用いて、スプール30Bを軸方向に移動し、その開口形状を変更する。これにより、再生回路20は、再生解除弁23を用いて、アームシリンダ12cのロッド側から流出した圧油(図中のCy2−R)を、移動したスプール30Bによって形成された開口を経由して、作動油タンクに排出することができる(図中のCy−T)。
[2.建設機械の油圧回路]
図3を用いて、本発明の実施形態に係る建設機械100の油圧回路100Cを説明する。図3は、本実施形態に係る油圧回路100Cの一例を示す概略油圧回路図である。
なお、図3に記載した実線は、油路(圧油の通路)を示す。点線は、パイロット回路(リモコン回路)の油路を示す。また、図3では、本発明を説明するために再生回路20を主に示し、その他の部分(例えばコントローラの電気制御系など)を省略している。更に、本発明は、図3に示す油圧回路100C以外でも、再生回路20を用いて油圧シリンダからの戻り油を再生する回路であれば、いずれのものにも用いることができる。
図3に示すように、油圧回路100Cは、圧油(作動油)を吐出する油圧ポンプPmpと、油圧ポンプPmpから吐出された圧油を供給される方向制御弁Vcと、方向制御弁Vcの下流側に配置された油圧シリンダCyと、を有する。また、油圧回路100Cは、方向制御弁Vcの制御ポートに入力するパイロット圧を生成するパイロットポンプPmp―PLを有する。更に、本発明に係る油圧回路100Cは、再生油路21、再生弁22及び再生解除弁23で構成される再生回路20を更に有する。
本実施形態に係る油圧回路100Cは、油圧ポンプPmpの動作を制御することによって、油圧ポンプPmpから吐出した圧油を方向制御弁Vcに供給(入力)する動作を制御する。また、油圧回路100Cは、パイロットポンプPmp―PLの動作を制御して方向制御弁Vcの動作を制御することによって、方向制御弁Vcから油圧シリンダCy(図1の11c、12c及び13c)、及び、油圧モータ(図1の14m)に供給(流入)する作動油(圧油)の流量及び方向を制御する。更に、油圧回路100Cは、再生回路20を用いて、油圧シリンダCyからの戻り油を再生する動作を制御する。
なお、油圧回路100Cは、再生弁22と油圧シリンダCyとの間の油路に、再生する圧油の流れを一方向(ボトム側に流入する方向)に制限する逆止弁(チェックバルブ)25を有する。これにより、油圧回路100Cは、油圧シリンダCyのボトム側の圧力が高くなった場合に、その圧油の逆流を防止する。また、油圧回路100Cは、再生弁22と油圧シリンダCyとの間の油路に、再生する圧油(戻り油)の流れ(圧力、流量など)を制限する絞り24を更に有してもよい。
油圧ポンプPmpは、油圧シリンダCyに流入する圧油(作動油)を吐出するものである。油圧ポンプPmpは、図示しない動力源(原動機、エンジン、モータなど)の出力軸に機械的に接続され、動力源の動力を用いて圧油を吐出する構成であってもよい。
方向制御弁Vcは、ブームシリンダ11c、アームシリンダ12c若しくはバケットシリンダ13c又は旋回モータ14cに供給する圧油(作動油)の流量及び流れ方向を制御するものである。また、方向制御弁は、その制御ポートに入力されるパイロット圧(リモコン圧)に基づいて、油圧シリンダ(又は油圧モータ)に供給(流入)する圧油の流量及び流れ方向を制御する。なお、図3では、各油圧シリンダに対応する複数の方向制御弁を省略し、1つの方向制御弁のみを図示している。また、図3では、方向制御弁のスプールの形状等を省略している。
油圧シリンダCyは、その伸縮動作によってアタッチメント(図1の11等)を駆動するものである。油圧シリンダCyは、方向制御弁Vcから供給された圧油(作動油)を用いて、長手方向に伸縮する。油圧シリンダCyは、図1に示すように、本実施形態の建設機械100では、ブーム11を駆動するブームシリンダ11cと、アーム12を駆動するアームシリンダ12cと、バケット13を駆動するバケットシリンダ13cとを備える。
また、油圧シリンダCyは、図3に示すように、方向制御弁Vcの下流側であって、ボトム側に接続された油路Ocbとロッド側に接続された油路Ocrとの間に配置(介装)されている。
油圧シリンダCyは、シリンダ容器とピストン等で構成することができる。油圧シリンダCyは、ボトム側(ヘッド側、押し側)のチャンバ及びロッド側(引き側)のチャンバに作動油(圧油)を供給される。油圧シリンダCyは、ボトム側に作動油を供給された場合に、内蔵するピストン等を押し方向に移動して、長手方向に伸張する。また、油圧シリンダCyは、ロッド側に作動油を供給された場合に、内蔵するピストン等を引き方向に移動して、長手方向に縮小する。
本発明に係る再生回路20は、図3に示すように、再生油路21、再生弁22及び再生解除弁23で構成され、油圧シリンダ(本実施形態ではアームシリンダ12c)のロッド側から流出した戻り油をボトム側に再供給する。再生油路21、再生弁22及び再生解除弁23の構成は、前述の[1.建設機械]で説明した構成と同様のため、説明を省略する。
なお、建設機械100の油圧回路100Cは、建設機械100の動作を制御するためのコントローラ(不図示)を接続される構成である。ここで、コントローラは、CPU及びメモリ(ROM、RAMなど)等を含む演算処理装置で構成することができる。
以上のとおり、本実施形態に係る建設機械100(油圧回路100C)によれば、スプール30A(再生解除弁23)を軸方向に移動させることにより第2のシール部32を開閉することによって、戻り油の供給先を切り換えることができる。また、本実施形態に係る建設機械(油圧回路100C)によれば、油圧シリンダの近傍に再生油路21(スプール30A)を配置した場合に、スプール30Aの両端の第1のシール部31及び第2のシール部32を用いて、再生油路21(例えばスプール30Aの両端)からの圧油の漏れを防止することができる。これにより、本実施形態に係る建設機械は、油圧シリンダの近傍に再生油路21(再生回路20)を配置して、再生油路21を短くすることができるので、再生する戻り油の圧力損失を低減することができる。
図6に、建設機械の油圧回路の他の例(比較例)を説明する概略油圧回路図を示す。
図6に示すように、他の例の油圧回路は、本発明の油圧回路100C(図3)と比較して、コントロールバルブを経由して戻り油を再生するため、再生時にコントロールバルブの開口でエネルギ損失が発生する。また、他の例の油圧回路は、本発明の油圧回路100C(例えば図2)と比較して、コントロールバルブと油圧シリンダとの離間距離に応じて再生油路(再生する圧油が流通する油路)が長くなるため、圧油(戻り油)の圧力損失が増加する。
以上のとおり、本発明に係る建設機械及びその油圧回路の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。
100 : 建設機械
100C : 油圧回路
10Cb: キャブ(運転室など)
10Up: 上部旋回体
10Dw: 下部走行体
11 : ブーム(アタッチメント)
11c : ブームシリンダ(油圧シリンダ)
12 : アーム(アタッチメント)
12c : アームシリンダ(油圧シリンダ)
13 : バケット(アタッチメント)
13c : バケットシリンダ(油圧シリンダ)
14m : 旋回モータ
20 : 再生回路
21 : 再生油路
22 : 再生弁(切換弁など)
23 : 再生解除弁
24 : 絞り
25 : 逆止弁(チェックバルブ)
30A,30B : スプール
31 : 第1のシール部(Oリングなど)
32 : 第2のシール部(傾斜部など)
33s : バネ部
Cy : 油圧シリンダ
Lvr : 操作レバー
Pmp : 油圧ポンプ
Pmp−PL : パイロットポンプ
Tnk : タンク(作動油タンクなど)
Vc : 方向制御弁(コントロールバルブなど)

Claims (4)

  1. 油圧シリンダを駆動してアタッチメントを操作する建設機械の油圧回路であって、
    前記油圧シリンダからの戻り油を再生する再生油路と、
    前記再生油路に配置され、一端に第1のシール部を備え、他端に第2のシール部を備えるスプールと
    を有し、
    前記再生油路は、前記アタッチメントに搭載され、
    前記スプールは、前記油圧シリンダの駆動を制御する操作レバーの操作量に応じて、該スプールの軸方向に移動され、前記軸方向に移動することによって、前記第1のシール部で前記一端の気密性を維持しつつ、前記第2のシール部で圧油の通路を開閉して、前記戻り油の供給先を切り換える、
    ことを特徴とする建設機械の油圧回路。
  2. 前記第1のシール部は、Oリングであり、
    前記第2のシール部は、傾斜部である、
    ことを特徴とする、請求項1に記載の建設機械の油圧回路。
  3. 前記再生油路は、前記油圧シリンダに並んで配置され、該油圧シリンダのロッド側から流出した前記戻り油を、該油圧シリンダのボトム側に供給する、
    ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の建設機械の油圧回路。
  4. 請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の油圧回路を備える建設機械。
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