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JP2018151036A - 建設機械 - Google Patents

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賢二 平工
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Takashi Kusama
隆史 草間
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Mitsuo Aihara
三男 相原
宏政 高橋
Hiromasa Takahashi
宏政 高橋
自由理 清水
Juri Shimizu
自由理 清水
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Abstract

【課題】油圧閉回路システムの2エンジン式の建設機械への搭載性を向上し、高い省エネ性を実現できる2エンジン式の建設機械を提供する。
【解決手段】油圧閉回路システムは第2エンジン9bを更に備え、少なくとも4台の閉回路ポンプ12a,12b,14a,14b,16a,16b,18a,18bは第1エンジン9aによって駆動される閉回路ポンプ12a,14a,16a,18aと、第2エンジン9bによって駆動される閉回路ポンプ12b,14b,16b,18bとを含み、前記少なくとも4台の閉回路ポンプは、複数の電磁切換弁43,45,47,49が選択的に連通位置に切り換えられたときに、2つの吐出ポートの一方からの吐出油を前記複数の電磁切換弁の上流側においてポンプ2台ずつで合流させ、この合流した圧油が前記複数の電磁切換弁に供給される接続構造を有する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、建設機械の油圧システムに関わり、特に油圧ポンプにより直接に油圧アクチュエータを駆動する油圧閉回路を用いた建設機械の油圧システムに関する。
近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、省エネ化が重要な開発項目になっている。建設機械の省エネ化には油圧システム自体の省エネ化が重要であり、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを閉回路接続し両者間で直接圧油を給排する油圧閉回路を用いた油圧システム(以下「油圧閉回路システム」という。)の適用が検討されている。油圧閉回路では、制御弁による圧損がなく、必要な流量のみをポンプが吐出するため流量損失もない。また、油圧アクチュエータの位置エネルギや減速時のエネルギを回生することもできる。このため、油圧閉回路システム適用することにより、建設機械の省エネ化が可能となる。
建設機械に適用した油圧閉回路システムを開示するものとして、例えば特許文献1がある。特許文献1には、複数の油圧ポンプのそれぞれを複数の油圧アクチュエータのいずれか1つに電磁切換弁を介して選択的に閉回路接続することにより、油圧アクチュエータの複合動作と高速動作を可能にした構成が記載されている。
特開2015−48899号公報
例えば鉱山用の超大型ショベルは、2台のエンジン(又は電動機)を備えている。このような2台のエンジンを備えた建設機械に油圧閉回路システムを適用する方法として、特許文献1に記載の1エンジンショベル用の油圧閉回路システムを2つ搭載することが考えられる。
ここで、特許文献1に記載の油圧閉回路システムは、複数の両方向吐出型の油圧ポンプをそれぞれ複数の油圧アクチュエータに閉回路接続可能とするため、多数の電磁切換弁を備えている。そして、これら多数の電磁切換弁によって油圧弁ブロックの大部分が構成されることにより、油圧弁ブロックの長手方向(左右方向)の寸法は電磁切換弁の数に比例して大きくなる。そのため、特許文献1に記載の油圧閉回路システムを2つ搭載する場合、切換弁の数が2倍になることで油圧弁ブロックの左右方向の寸法が約2倍に拡大する。
しかしながら、2エンジン式の超大型ショベルでは、機体容積が1エンジンショベルの例えば2倍に増えても、油圧弁ブロックの搭載スペースの左右方向の寸法(幅寸法)は1.3倍(2倍の3乗根)程度しか増えず、また、トラックで運搬可能なサイズに分割できる車体構造を備える都合上、油圧弁ブロックの搭載スペースの幅寸法を2倍に拡張することもできない。このため、2倍の数の電磁切換弁を左右一列に配置した油圧弁ブロックを1.3倍の幅寸法に収めることは困難である。また、油圧弁ブロックの上下、前後方向の各寸法も同様に1.3倍(2倍の3乗根)程度しか増えないため、油圧弁ブロックを2つに分割し、上下、前後方向に2つ並べて配置することも困難である。従って、2エンジン式の超大型ショベルに特許文献1に記載の1エンジンショベル用の油圧閉回路システムを2つ搭載することは容易ではない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧閉回路システムの2エンジン式の建設機械への搭載性を向上し、高い省エネ性を実現できる2エンジン式の建設機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント装置とを備え、かつ第1原動機と、2つの吐出ポートをする閉回路用の複数の油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、複数の電磁切換弁とを備え、前記複数の電磁切換弁を選択的に連通位置に切り換えることで、前記複数の油圧ポンプの2つの吐出ポートが前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも一部のものに選択的に接続され、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも一部のものとの間に閉回路を形成する油圧閉回路システムを備えた建設機械において、前記油圧閉回路システムは第2原動機を更に備え、前記複数の油圧ポンプは少なくとも4台の油圧ポンプを含み、前記少なくとも4台の油圧ポンプは前記第1原動機によって駆動される油圧ポンプと、前記第2原動機によって駆動される油圧ポンプとを含み、少なくとも4台の前記油圧ポンプは、前記複数の電磁切換弁が選択的に連通位置に切り換えられたときに、2つの前記吐出ポートの一方からの吐出油を前記複数の電磁切換弁の上流側においてポンプ2台ずつで合流させ、この合流した圧油が前記複数の電磁切換弁に供給される接続構造を有するものとする。
以上のように構成した本発明によれば、第1原動機によって駆動される油圧ポンプの吐出ポートと第2原動機によって駆動される油圧ポンプの吐出ポートとを複数の電磁切換弁の上流側においてポンプ2台ずつで合流させたことにより、油圧弁ブロックの大部分を構成する電磁切換弁の数を1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと同程度に抑えることができる。これにより、油圧弁ブロックの各寸法が小さく抑えられるため、油圧閉回路システムを2エンジン式の油圧ショベルに容易に搭載することできる。そして、油圧閉回路システムを搭載することにより、2エンジン式の建設機械において高い省エネ性を実現することできる。
本発明によれば、油圧閉回路システムの2エンジン式の建設機械への搭載性が向上し、2エンジン式の建設機械において高い省エネ性を実現することができる。
本発明の第1の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 図1に示す上部旋回体の水平断面図である。 図1に示す油圧ショベルに搭載された油圧閉回路システムの油圧回路図である。 本発明の第2の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧閉回路システムの油圧回路図である。
以下、本発明の実施の形態に係る建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図1は、本発明の第1の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。図2は、図1に示す上部旋回体102の水平断面図である。図3は、図1に示す油圧ショベル100に搭載された油圧閉回路システムの油圧回路図である。
図1に示すように、油圧ショベル100は、クローラ式の左右の走行装置101a,101bを装備した下部走行体101と、この下部走行体101上に旋回装置102aを介して旋回可能に搭載された上部旋回体102と、この上部旋回体102の前側に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント装置103とを備えている。走行装置101a,101bは油圧モータ(以下「走行モータ」という。)8a,8bによって駆動され、旋回装置102aは油圧モータ(以下「旋回モータ」という。)7によって駆動される。
上部旋回体102は、旋回フレーム104と、カウンタウエイト105と、キャブ106とを備えている。旋回フレーム104は、上部旋回体102の基礎下部構造であり、この旋回フレーム104の前部には、フロント装置103が上下方向に回動可能に取り付けられている。旋回フレーム104の後端側には、フロント装置103との重量バランスをとるカウンタウエイト105が設けられている。旋回フレーム104の前部左側であってフロント装置103の左側には、オペレータが搭乗するキャブ106が設けられている。
フロント装置103は、基端部が旋回フレーム104の前部に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム2と、このブーム2の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたアーム4と、このアーム4の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたバケット6、ブーム2を回動させる片ロッド式油圧シリンダ(以下「ブームシリンダ」という。)1と、アーム4を回動させる片ロッド式油圧シリンダ(以下「アームシリンダ」という。)3と、バケット6を回動させる片ロッド式油圧シリンダ(以下「バケットシリンダ」という。)5とを備えている。
図2に示すように、上部旋回体102は、旋回フレーム104上の左側(図2中下側)に配設された左エンジンルーム(第1機械室)107と、旋回フレーム104上の右側(図2中上側)に配設された右エンジンルーム(第2機械室)108とを有する。これら左右のエンジンルーム107,108の各後方側には、出力が等しい2台のエンジン(又は電動機)9a,9bがそれぞれ搭載されている。以降適宜、左エンジンルーム107に搭載されたエンジン9aを「左エンジン」、右エンジンルーム108に搭載されたエンジン9bを「右エンジン」と呼称する。各エンジン9a,9bは、複数の歯車列からなる動力伝達装置10a,10bを介して複数の油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bを駆動する。これら複数の油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bから吐出された圧油は図示しない配管を介して多数の電磁切換弁等からなる後述の油圧弁ブロック70に供給される。
左右のエンジン9a,9bの各後方には、それぞれラジエータ20a,20bが配置されている。左右のエンジン9a,9bの各後方側には、ラジエータ用冷却ファン21a,21bが取り付けられている。ラジエータ用冷却ファン21a,21bは左右のエンジン9a,9bによって駆動され、生起した冷却風をラジエータ20a,20bに供給する。これにより、ラジエータ20a,20bは左右のエンジン9a,9bにより加熱されたエンジン冷却水を冷却風と熱交換するようになっている。
左右のエンジンルーム107,108の間には、左右のエンジン9a,9bの燃料を貯留する燃料タンク22と、油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bの作動油を貯留する作動油タンク23とが配置されている。左右のエンジンルーム107,108の間でかつ燃料タンク22及び作動油タンク23の前方側には、油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bから油圧アクチュエータ1,3,5,7,8a,8bへの圧油の流れを制御する油圧弁ブロック70が配置されている。
右エンジンルーム108の前方側には、オイルクーラ24と、このオイルクーラ24に付設したオイルクーラ用冷却ファン25が配置されている。このオイルクーラ用冷却ファン25がモータ駆動され、生起した冷却風をオイルクーラ24に供給する。これにより、オイルクーラ24は油圧アクチュエータ1,3,5,7,8a,8bからの戻り油を冷却風と熱交換し、作動油タンク23に還流するようになっている。
上部旋回体102の左側には左側通路109aが形成され、上部旋回体102の右側には右側通路109bが形成され、上部旋回体102の中央部には略L字形状の中央通路109cが形成されている。
上部旋回体102は、トラックに載せて鉱山現地まで輸送するために分割できる構造となっており、左フレーム104aを基礎とする左側部分、右フレーム104bを基礎とする右側部分、センターフレーム104cを基礎とする中央部分及びカウンタウエイト105の少なくとも4つに分割される。ここで、旋回フレーム104は、センターフレーム104cに左右のフレーム104a,104bを載せて締結する構造となっており、左右のフレーム104a,104bには左右のエンジンルーム107,108がそれぞれ載っている。このため、油圧弁ブロック70は2つのエンジンルーム107、108に挟まれた幅寸法Wに収める必要がある。
ここで、2エンジン式の油圧ショベル100に従来の1エンジンショベル用の油圧閉回路システムを2つ搭載しようとした場合、油圧弁ブロック70の大部分を占める多数の電磁切換弁の数が2倍に増えることで油圧弁ブロック70の長手方向(左右方向)の寸法が約2倍に増える。しかし、2エンジン式の油圧ショベル100では、機体容積が例えば2倍に増えても、油圧弁ブロック70の搭載スペースの左右方向の寸法(幅寸法W)は1.3倍(2倍の3乗根)程度しか増えず、また、上述した輸送サイズの制約があるため、幅寸法Wを2倍に拡げることもできない。そのため、切換弁を左右一列に配置した油圧弁ブロック70を幅寸法Wに収めることは困難である。また、油圧弁ブロック70の上下、前後方向の各寸法も同様に1.3倍(2倍の3乗根)程度しか増えないため、油圧弁ブロック70を2つに分割し、上下、前後方向に2つ並べて配置することも困難である。そのため、2エンジン式の油圧ショベル100に従来の1エンジンショベル用の油圧閉回路システムを2つ搭載することは容易ではない。
そこで、本発明では図3の油圧回路図に示すように、油圧ポンプを2台ずつ合流した後に電磁切換弁に接続する構成とすることで、電磁切換弁の数を1エンジンショベルの油圧閉回路システムと同程度に抑え、油圧弁ブロックが図2で示した幅寸法Wに容易に収まるようにして搭載性を向上させた。
以下、図3の油圧回路図について説明する。なお、油圧閉回路には通常回路圧を保持するためのチャージポンプや、閉回路内の油の過不足を補償するためのフラッシング弁、メイクアップチェック弁、回路の最高圧を規定し回路を保護するためのリリーフ弁などが設けられるが、ここでは表記上の煩雑さを避けるために省略してある。
図3において、左エンジン9aは、動力伝達装置10aを介して両方向吐出型で可変容量式の油圧ポンプ(以下適宜「閉回路ポンプ」という。)12a,14a,16a,18a、一方向吐出型で可変容量式の油圧ポンプ(以下適宜「開回路ポンプ」という。)13a,15a,17a,19aを駆動する。右エンジン9bは、動力伝達装置10bを介して閉回路ポンプ12b,14b,16b,18b、開回路ポンプ13b,15b,17b,19bを駆動する。
閉回路ポンプ12aの一方の吐出ポート12cは、閉回路ポンプ12bの一方の吐出ポート12dと合流した後に一方の合流油路31aを介して電磁切換弁(以下単に「切換弁」という。)43a〜43dに接続され、閉回路ポンプ12aの他方の吐出ポート12eは、閉回路ポンプ12bの他方の吐出ポート12fと合流した後に、他方の合流油路31bを介して切換弁43a〜43dに接続されている。
閉回路ポンプ14aの一方の吐出ポート14cは、閉回路ポンプ14bの一方の吐出ポート14dと合流した後に一方の合流油路31cを介して切換弁45a〜45dに接続され、閉回路ポンプ14aの他方の吐出ポート14eは、閉回路ポンプ14bの他方の吐出ポート14fと合流した後に、他方の合流油路31dを介して切換弁45a〜45dに接続されている。
閉回路ポンプ16aの一方の吐出ポート16cは、閉回路ポンプ16bの一方の吐出ポート16dと合流した後に一方の合流油路31eを介して切換弁47a〜47dに接続され、閉回路ポンプ16aの他方の吐出ポート16eは、閉回路ポンプ16bの他方の吐出ポート16fと合流した後に、他方の合流油路31fを介して切換弁47a〜47dに接続されている。
閉回路ポンプ18aの一方の吐出ポート18cは、閉回路ポンプ18bの一方の吐出ポート18dと合流した後に一方の合流油路31gを介して切換弁49a〜49dに接続され、閉回路ポンプ18aの他方の吐出ポート18eは、閉回路ポンプ18bの他方の吐出ポート18fと合流した後に、他方の合流油路31hを介して切換弁49a〜49dに接続されている。
切換弁43aは、一対のアクチュエータ油路32a,32bを介してブームシリンダ1に接続されている。切換弁43aは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁43aは遮断位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32a,32bから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁43aは連通位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32a,32bと導通する。ここで、切換弁43aが連通位置にあるときは、一対の合流油路31a,31bに接続されている他の切換弁43b,43c,43dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁43aが連通位置にあるときは、閉回路ポンプ12a,12bが一対の合流油路31a,31b及び一対のアクチュエータ油路32a,32bを介してブームシリンダ1に閉回路接続される。
切換弁43bは、一対のアクチュエータ油路32c,32dを介してアームシリンダ3に接続されている。切換弁43bは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁43bは遮断位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32c,32dから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁43bは連通位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32c,32dと連通する。ここで、切換弁43bが連通位置にあるときは、一対の合流油路31a,31bに接続されている他の切換弁43a,43c,43dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁43bが連通位置にあるときは、閉回路ポンプ12a,12bが一対の合流油路31a,31b及び一対のアクチュエータ油路32c,32dを介してアームシリンダ3に閉回路接続される。
切換弁43cは、一対のアクチュエータ油路32e,32fを介してバケットシリンダ5に接続されている。切換弁43cは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁43cは遮断位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32e,32fから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁43cは連通位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32e,32fと連通する。ここで、切換弁43cが連通位置にあるときは、一対の合流油路31a,31bに接続されている他の切換弁43a,43b,43dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁43cが連通位置にあるときは、閉回路ポンプ12a,12bが一対の合流油路31a,31b及び一対のアクチュエータ油路32e,32fを介してバケットシリンダ5に閉回路接続される。
切換弁43dは、一対のアクチュエータ油路32g,32hを介して旋回モータ7に接続されている。切換弁43dは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁43dは遮断位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32g,32hから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁43dは連通位置にあり、一対の合流油路31a,31bは一対のアクチュエータ油路32g,32hと連通する。ここで、切換弁43dが連通位置にあるときは、一対の合流油路31a,31bに接続されている他の切換弁43a,43b,43cは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁43dが連通位置にあるときは、閉回路ポンプ12a,12bが一対の合流油路31a,31b及び一対のアクチュエータ油路32g,32hを介して旋回モータ7に閉回路接続される。
このように、切換弁43a〜43dは、閉回路ポンプ12a,12bを複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7のいずれか1つに選択的に接続し、閉回路ポンプ12a,12bと油圧アクチュエータ1,3,5,7との間に閉回路を形成する。同様に、切換弁45a〜45dは、閉回路ポンプ14a,12bを複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7のいずれか1つに選択的に接続し、閉回路ポンプ12a,12bと油圧アクチュエータ1,3,5,7との間に閉回路を形成する。切換弁47a〜47dは、閉回路ポンプ16a,16を複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7のいずれか1つに選択的に接続し、閉回路ポンプ16a,16bと油圧アクチュエータ1,3,5,7との間に閉回路を形成する。切換弁49a〜49dは、閉回路ポンプ18a,18bを複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7のいずれか1つに選択的に接続し、閉回路ポンプ18a,18bと油圧アクチュエータ1,3,5,7との間に閉回路を形成する。
開回路ポンプ13aの吐出ポート13cは、開回路ポンプ13bの吐出ポート13dと合流した後に、合流油路33aを介して切換弁44a〜44d及びブリードオフ弁64に接続されている。開回路ポンプ15aの吐出ポート15cと開回路ポンプ15bの吐出ポート15dは、合流油路33bにて合流した後に切換弁46a〜46d及びブリードオフ弁65に接続されている。開回路ポンプ17aの吐出ポート17cは、開回路ポンプ17bの吐出ポート17dと合流した後に、合流油路33cを介して切換弁48a〜48d及びブリードオフ弁66に接続されている。開回路ポンプ19aの吐出ポート19cは、開回路ポンプ19bの吐出ポート19dと合流した後に、合流油路33dを介して切換弁50a〜50d及びブリードオフ弁67に接続されている。
切換弁44aは、アクチュエータ油路32bを介してブームシリンダ1のボトム側に接続されている。切換弁44aは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁44aは遮断位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32bから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁44aは連通位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32bと連通する。ここで、切換弁44aが連通位置にあるときは、合流油路33aに接続されている他の切換弁44b〜44dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁44aが連通位置にあるときは、開回路ポンプ13a,13bが合流油路33a及びアクチュエータ油路32bを介してブームシリンダ1のボトム側に接続される。
切換弁44bは、アクチュエータ油路32dを介してアームシリンダ3のボトム側に接続されている。切換弁44bは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁44bは遮断位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32dから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁44bは連通位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32dと導通する。ここで、切換弁44bが連通位置にあるときは、合流油路33aに接続されている他の切換弁44a,44c,44dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁44bが連通位置にあるときは、開回路ポンプ13a,13bが合流油路33a及びアクチュエータ油路32dを介してアームシリンダ3のボトム側に接続される。
切換弁44cは、アクチュエータ油路32fを介してバケットシリンダ5のボトム側に接続されている。切換弁44cは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁44cは遮断位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32fから遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁44cは連通位置にあり、合流油路33aはアクチュエータ油路32fと導通する。ここで、切換弁44cが連通位置にあるときは、合流油路33aに接続されている他の切換弁44a,44b,44dは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁44cが連通位置にあるときは、開回路ポンプ13a,13bが合流油路33a及びアクチュエータ油路32fを介してバケットシリンダ5のボトム側に接続される。
切換弁44dは、圧油供給油路34を介してコントロールバルブ54に接続されている。コントロールバルブ54は、一対のアクチュエータ油路35a,35bを介して左走行モータ8aに接続されている。切換弁44dは、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作する。コントローラ41から信号が入力されていないときは、切換弁44dは遮断位置にあり、合流油路33aは圧油供給油路34から遮断される。一方、コントローラ41から信号が入力されているときは、切換弁44dは連通位置にあり、合流油路33aは圧油供給油路34と導通する。ここで、切換弁44dが連通位置にあるときは、合流油路33aに接続されている他の切換弁44a〜44cは全て遮断位置となるように制御される。これにより、切換弁44dが連通位置にあるときは、開回路ポンプ13a,13bが合流油路33a、圧油供給油路34、コントロールバルブ54及び一対のアクチュエータ油路35a,35bを介して左走行モータ8aに接続される。コントロールバルブ54は、コントローラ41からの指令に応じて左走行モータ8aに給排される圧油の流れを制御することにより、左走行モータ8aの回転方向及び回転速度を調整する。
このように、切換弁44a〜44dは、開回路ポンプ13a,13bを油圧シリンダ1,3,5の各ボトム側又は左走行モータ8aのいずれか1つに選択的に接続する。同様に、切換弁46a〜46dは、開回路ポンプ15a,15bを複数の油圧シリンダ1,3,5の各ボトム側又は左走行モータ8aのいずれか1つに選択的に接続する。切換弁48a〜48dは、開回路ポンプ17a,17bを複数の油圧シリンダ1,3,5の各ボトム側又は右走行モータ8bのいずれか1つに選択的に接続する。切換弁50a〜50dは、開回路ポンプ19a,19bを複数の油圧シリンダ1,3,5の各ボトム側又は右走行モータ8bのいずれか1つに選択的に接続する。
開回路ポンプ13a,13b,15a,15b,17a,17b,19a,19bに接続された合流油路33a〜33dは、それぞれ、ブリードオフ弁64〜67を介して作動油タンク23に接続されている。ブリードオフ弁64〜67は、コントローラ41からの信号に応じて開閉動作し、各油圧シリンダ1,3,5のボトム側から排出された圧油の一部を作動油タンク23に排出する。
切換弁43〜50及びブリードオフ弁64〜67は、油圧弁ブロック70として一体化されており、センターフレーム104c(図2に示す)上に搭載されている。
以上ように構成した油圧閉回路システムの動作について、ブームシリンダ1を動作させる場合を例に説明する。
ブームシリンダ1の伸長動作を行う場合は、例えば切換弁43a,44aを導通状態とし、閉回路ポンプ12a,12b及び開回路ポンプ13a,13bから圧油を吐出する。これによりブームシリンダ1のボトム側にはポンプ4台分の流量が流入し、ブームシリンダ1が伸長する。ブームシリンダ1のロッド側からの排出流量は閉回路ポンプ12a,12bに吸入されるが、流量が余剰になった場合は図示しないフラッシング弁から閉回路外のチャージ圧ラインに排出され、流量が不足した場合は逆にチャージラインからフラッシング弁またはメイクアップチェック弁を介して閉回路内に作動油が吸入される。
なお、ブームシリンダ1に接続する油圧ポンプの数を増やすことでシリンダの伸長速度を増すことができる。例えば、切換弁43a,45a,47a,49a,44a,46a,48a,50aを導通状態とすることで16台全ての油圧ポンプを使って高速な伸長動作をさせることが可能である。
一方、ブームシリンダ1の引込動作を行う場合は、切換弁43a,44aを導通状態とし、閉回路ポンプ12a,12bを先ほどとは逆方向に吐出させ、さらにブリードオフ弁64を開口する。これによりブームシリンダ1のボトム側から圧油が排出され、ブームシリンダ1は引込動作する。
なお、アームシリンダ3、バケットシリンダ5もブームシリンダ1と同様に動作させることができる。また、複数の切換弁43〜50を選択的に連通位置に切り換えて、複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7,8a,8bの2つ以上に油圧ポンプを接続することにより、複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7,8a,8bの2つ以上を同時に動作(複合動作)させることもできる。
以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル100によれば、左エンジン(第1原動機)9aによって駆動される複数の閉回路ポンプ(油圧ポンプ)12a,14a,16a,18aの吐出ポートと右エンジン(第2原動機)9bによって駆動される複数の閉回路ポンプ(油圧ポンプ)12b,14b,16b,18bの吐出ポートが複数の電磁切換弁43,45,47,49の上流側においてポンプ2台ずつで合流し、左エンジン9aによって駆動される複数の開回路ポンプ13a,15a,17a,19bの吐出ポートと右エンジン9bによって駆動される複数の開回路ポンプ13b,15b,17b,19bの吐出ポートが複数の電磁切換弁44,46,48,50の上流側においてポンプ2台ずつで合流する。これにより、油圧弁ブロック70の大部分を構成する切換弁43〜50の数を1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと同程度に抑えることができる。その結果、油圧弁ブロック70の左右方向寸法が小さく抑えられ、油圧弁ブロック70がエンジンルーム107,108に挟まれた幅寸法Wに収まるため、油圧閉回路システムを2エンジン式の油圧ショベル100に容易に搭載することできる。そして、油圧閉回路システムを搭載することにより、2エンジン式の油圧ショベル100において高い省エネ性を実現することできる。
ここで、切換弁43〜50には油圧ポンプが2台ずつ接続されており、各切換弁43〜50の通過流量は1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと比較して2倍に増える。そのため、切換弁43〜50の定格容量を1エンジンショベルの油圧閉回路システムと同一に設定した場合、切換弁43〜50における圧力損失が増えることにより省エネ性が若干低下する。これを改善するには、切換弁43〜50の定格容量を2倍に設定すればよい。定格流量を2倍に設定しても切換弁43〜50の各外形寸法は1.3倍(2倍の3乗根)程度しか増えず、油圧弁ブロック70の各外形寸法も1.3倍程度しか増えない。従って、切換弁43〜50の定格流量を2倍にしても、エンジンルーム107,108に挟まれた幅寸法Wに油圧弁ブロック70を収めることができる。
また、左エンジン9aによって駆動される複数の油圧ポンプ12a〜19aと右エンジン9bによって駆動される複数の油圧ポンプ12b〜19bに1台ずつ含まれる2台の油圧ポンプを合流させたことにより、例えば左エンジン9aが故障して動作しなくなった場合でも、切換弁43〜50を選択的に連通位置に切り換えて、右エンジン9bによって駆動される油圧ポンプ12b〜19bを複数の油圧アクチュエータ1,3,5,7,8a,8bに接続することができる。これにより、一方のエンジンが故障した場合でも、油圧ショベル100を稼働し続けることができ、あるいは、エンジン修理が可能な場所まで車体を移動させてダウンタイムを最小限に抑えることができるため、生産性が向上する。
また、複数の油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bを複数の電磁切換弁43〜50の上流側においてポンプ2台ずつで合流させることにより、各油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bの吐出油から異物を除去するデリバリフィルタ(図示せず)は、各吐出ポート12c〜12f,13c,13d,14c〜14f,15c,15d,16c〜16f,17c,17d,18c〜18f,19c,19dではなく、2台の油圧ポンプの吐出油が合流する合流油路31a〜31h,33a〜33dにそれぞれ設ければ良い。これにより、デリバリフィルタの数を1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと同程度に抑えることができる。
ここで、油圧ショベル100においては、エンジン回転速度の増減に応じて油圧ポンプの吐出量を変化させ、エンジン馬力を有効に活用する馬力制御が行われている。これは、エンジン回転速度が設定回転速度より高い場合はポンプ吸収馬力を増加させてエンジン負荷を増やし、アクチュエータの動作速度を速め、エンジン回転速度が設定回転速度よりも低い場合はポンプ吸収馬力を減少させてエンジン負荷を減らし、エンジンを過負荷から保護してエンストを防止するという制御である。ポンプ吸収馬力はポンプ流量とポンプ圧力の積で表され、ポンプ合計の吸収馬力がエンジン馬力を超えないようにポンプ圧力を見ながらポンプ流量、すなわちポンプ吐出量を制御している。
図3に示す油圧閉回路システムでは、左エンジン9aによって駆動される複数の油圧ポンプ12a〜19aと右エンジン9bによって駆動される複数の油圧ポンプ12b〜19bに1台ずつ含まれる2台の油圧ポンプを合流させたことにより、例えば閉回路ポンプ12a,12bの吐出圧力は等しく、開回路ポンプ13a,13bの吐出圧力も等しい、という具合にいずれのポンプペアも等しい吐出圧力となっている。このため、左エンジン9aの油圧ポンプ12a〜19aと右エンジン9bの油圧ポンプ12b〜19bの各ペアのポンプ吐出量を同一に制御することにより、ポンプ合計の吸収馬力は左エンジン9aと右エンジン9bとで等しくなる。これにより、油圧ポンプの吸収馬力の制御を各ポンプペアで同じにすることができるため、2台のエンジン9a,9bと16台の油圧ポンプ12a〜19a,12b〜19bとを備えた油圧閉回路システムでありながら、1台のエンジンと8台の油圧ポンプとを備えた1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと等価に扱うことができ、制御が簡素化するので信頼性を向上できる。また、2台のエンジン9a,9bの負荷は等しくなるので、エンジン9a,9bの経年劣化の程度も等しくなり、オイル交換やオーバーホールなどのメンテナンス周期を同じすることができ、長期信頼性の向上に寄与することができる。
図4に本発明の第2の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧閉回路システムの油圧回路図を示す。本実施例に係る油圧閉回路システムも、第1の実施例(図3に示す)と同様に、油圧ポンプを2台ずつ合流した後に切換弁43〜50に接続する構成とすることで、切換弁43〜50の数を1エンジンショベル用の油圧閉回路システムと同程度に抑え、油圧弁ブロック70が左右のエンジンルーム107,108に挟まれた幅寸法Wに容易に収まるようにして搭載性を向上させたものである。以下、第1の実施例との相違点を中心に説明する。
図4において、左エンジン9aによって駆動される閉回路ポンプ12aの一方の吐出ポート12cは、同じく左エンジン9aによって駆動される閉回路ポンプ14aの一方の吐出ポート14cと合流した後に、一方の合流油路31aを介して切換弁43a〜43dに接続され、閉回路ポンプ12aの他方の吐出ポート12eは、閉回路ポンプ14aの他方の吐出ポート14eと合流した後に、合流油路31bを介して切換弁43a〜43dに接続されている。
左エンジン9aによって駆動される閉回路ポンプ16aの一方の吐出ポート16cは、同じく左エンジン9aによって駆動される閉回路ポンプ18aの一方の吐出ポート18cと合流した後に、一方の合流油路31cを介して切換弁45a〜45dに接続され、閉回路ポンプ16aの他方の吐出ポート16eは、閉回路ポンプ18aの他方の吐出ポート18eと合流した後に、合流油路31dを介して切換弁45a〜45dに接続されている。
右エンジン9bによって駆動される閉回路ポンプ12bの一方の吐出ポート12dは、同じく右エンジン9bによって駆動される閉回路ポンプ14bの一方の吐出ポート14dと合流した後に、一方の合流油路31eを介して切換弁47a〜47dに接続され、閉回路ポンプ12bの他方の吐出ポート12fは、閉回路ポンプ14bの他方の吐出ポート14fと合流した後に、合流油路31fを介して切換弁47a〜47dに接続されている。
右エンジン9bによって駆動される閉回路ポンプ16bの一方の吐出ポート16dは、同じく右エンジン9bによって駆動される閉回路ポンプ18bの一方の吐出ポート18fと合流した後に、一方の合流油路31gを介して切換弁49a〜49dに接続され、閉回路ポンプ16bの他方の吐出ポート16fは、閉回路ポンプ18bの他方の吐出ポート18fと合流した後に、合流油路31hを介して切換弁49a〜49dに接続されている。
左エンジン9aによって駆動される開回路ポンプ13aの吐出ポート13cは、同じく左エンジン9aによって駆動される開回路ポンプ15aの吐出ポート15cと合流した後に、合流油路33aを介して切換弁44a〜44d及びブリードオフ弁64に接続されている。
左エンジン9aによって駆動される開回路ポンプ17aの吐出ポート17cは、同じく左エンジン9aによって駆動される開回路ポンプ19aの吐出ポート19cと合流した後に、合流油路33cを介して切換弁48a〜48d及びブリードオフ弁66に接続されている。
右エンジン9bによって駆動される開回路ポンプ13bの吐出ポート13dは、同じく右エンジン9bによって駆動される開回路ポンプ15bの吐出ポート15dと合流した後に、合流油路33bを介して切換弁46a〜46d及びブリードオフ弁65に接続されている。
右エンジン9bによって駆動される開回路ポンプ17bの吐出ポート17dは、同じく右エンジン9bによって駆動される開回路ポンプ19bの吐出ポート19dと合流した後に、合流油路33dを介して切換弁50a〜50d及びブリードオフ弁67に接続されている。
以上のように構成した本実施例においても、第1の実施例と同様の効果が得られる。
また、同一のエンジンによって駆動される(すなわち、近接して配置された)閉回路ポンプ同士、開回路ポンプ同士を各エンジンルーム107,108内で合流させ、合流後の配管(合流油路31a〜31h,33a〜33d)を切換弁43〜50に接続する構成としたことにより、ポンプ同士を合流させる計24本の配管(吐出ポート12c〜12f,13c,13d,14c〜14f,15c,15d,16c〜16f,17c,17d,18c〜18f,19c,19d)をエンジンルーム107,108の外で取り回す必要が無く、合流後の計12本の配管(合流油路31a〜31h,33a〜33d)のみをエンジンルーム107,108から油圧弁ブロック70まで取り回せばよいため、第1の実施例と比較して搭載性を大幅に向上させることができる。なお、図4に示す例では、各エンジンルーム107,108において、最も近接している閉回路ポンプ同士、開回路ポンプ同士でペアを構成しているが、本発明はこれに限られず、同一のエンジンルームに配置された閉回路ポンプ同士、開回路ポンプ同士であれば、どのようにペアを構成しても良い。
また、本実施例に係る油圧ショベルにおいても、いずれか一方のエンジンが故障して動作を停止した場合に、他方のエンジンで油圧ショベル100を稼働させることが可能である。例えば左エンジン9aが故障して動作を停止した場合に、右エンジン9bだけで各油圧ポンプ12b〜19bを駆動し、ブームシリンダ1を伸長動作させて走行するという例を説明する。まず、切換弁47aを連通位置に切り換え、閉回路ポンプ12b,14bから圧油を吐出することでブームシリンダ1は伸長動作する。切換弁46dを連通位置に切り換え、開回路ポンプ13b,15bから圧油を吐出し、コントロールバルブ54を開口することで左走行モータ8aが駆動され、切換弁50dを連通位置に切り換え、開回路ポンプ17b,19bから圧油を吐出し、コントロールバルブ55を開口することで右走行モータ8bが駆動される。これにより、ブーム2を上げつつ車体を前後に走行することができる。また、アーム4、バケット6、旋回装置102aも複数の電磁切換弁43〜50を選択的に連通位置に切り換えることでブーム1と同様に駆動することができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。また、上記した実施例は、本発明を2台のエンジンを備えた油圧ショベルに適用したものであるが、本発明はこれに限られず、2台のエンジンを備えたクレーン等の建設機械にも適用できる。
1…ブームシリンダ、2…ブーム、3…アームシリンダ、4…アーム、5…バケットシリンダ、6…バケット、7…旋回モータ、8a,8b…走行モータ、9a…左エンジン、9b…右エンジン、10a,10b…動力伝達装置、12a,12b,14a,14b,16a,16b,18a,18b…閉回路ポンプ(油圧ポンプ)、12c〜12f,14c〜14f,16c〜16f,18c〜18f…吐出ポート、13a,13b,15a,15b,17a,17b,19a,19b…開回路ポンプ、13c,13d,15c,15d,17c,17d,19c,19d…吐出ポート、20a,20b…ラジエータ、21a,21b…ラジエータ用冷却ファン、22…燃料タンク、23…作動油タンク、24…オイルクーラ、25…オイルクーラ用冷却ファン、31a〜31h,33a〜33d…合流油路、32a〜32h,35a,35b,37a,37b…アクチュエータ油路、34,36…圧油供給油路、41…コントローラ、43a〜43d,44a〜44d,45a〜45d,46a〜46d,47a〜47d,48a〜48d,49a〜49d,50a〜50d…電磁切換弁、54,55…コントロールバルブ、64〜67…ブリードオフ弁、70…油圧弁ブロック、100…油圧ショベル、101…下部走行体、101a,101b…走行装置、102…上部旋回体、102a…旋回装置、103…フロント装置、104…旋回フレーム、104a…左フレーム、104b…右フレーム、104c…センターフレーム、105…カウンタウエイト、106…キャブ、107…左エンジンルーム、108…右エンジンルーム、109a…左側通路、109b…右側通路、109c…中央通路。

Claims (4)

  1. 下部走行体と、
    この下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
    前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント装置とを備え、かつ
    第1原動機と、2つの吐出ポートをする閉回路用の複数の油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、複数の電磁切換弁とを備え、前記複数の電磁切換弁を選択的に連通位置に切り換えることで、前記複数の油圧ポンプの2つの吐出ポートが前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも一部のものに選択的に接続され、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも一部のものとの間に閉回路を形成する油圧閉回路システムを備えた建設機械において、
    前記油圧閉回路システムは第2原動機を更に備え、
    前記複数の油圧ポンプは少なくとも4台の油圧ポンプを含み、前記少なくとも4台の油圧ポンプは前記第1原動機によって駆動される油圧ポンプと、前記第2原動機によって駆動される油圧ポンプとを含み、
    少なくとも4台の前記油圧ポンプは、前記複数の電磁切換弁が選択的に連通位置に切り換えられたときに、2つの前記吐出ポートの一方からの吐出油を前記複数の電磁切換弁の上流側においてポンプ2台ずつで合流させ、この合流した圧油が前記複数の電磁切換弁に供給される接続構造を有することを特徴とする建設機械。
  2. 請求項1記載の建設機械において、
    4台の前記油圧ポンプは、前記第1原動機によって駆動される2台の油圧ポンプと、前記第2原動機によって駆動される2台の油圧ポンプとを有し、
    前記第1原動機によって駆動される2台の油圧ポンプと前記第2原動機によって駆動される2台の油圧ポンプに1台ずつ含まれる2台の油圧ポンプで吐出油を合流させたことを特徴とする建設機械。
  3. 請求項1記載の建設機械において、
    4台の前記油圧ポンプは、前記第1原動機によって駆動される2台の油圧ポンプと、前記第2原動機によって駆動される2台の油圧ポンプとを有し、
    前記第1原動機によって駆動される2台の油圧ポンプで吐出油を合流させ、かつ前記第2原動機によって駆動される2台の油圧ポンプで吐出油を合流させたことを特徴とする建設機械。
  4. 請求項1記載の建設機械において、
    前記上部旋回体は、基礎下部構造としての旋回フレームを備え、
    前記旋回フレームは、センターフレームと、このセンターフレームの左側に締結された左フレームと、前記センターフレームの右側に締結された左フレームとを有し、
    前記第1原動機は、前記左フレーム上に設けられた第1機械室に配置され、
    前記第2原動機は、前記右フレーム上に設けられた第2機械室に配置され、
    4台の前記油圧ポンプは、前記第1機械室に配置され前記第1原動機によって駆動される2台の油圧ポンプと、前記第2機械室に配置され前記第2原動機によって駆動される2台の油圧ポンプとを有し、
    前記複数の電磁切換弁は、前記センターフレーム上でかつ前記第1及び第2機械室の間に配置されたことを特徴とする建設機械。
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