JP2019143294A - 作業車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両サイズの小型化を追求できると共に、操作性を向上させた作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、上下方向に回転可能に取り付けられたブーム31と、ブーム31を駆動するブームシリンダ31aと、ブームシリンダ31aに作業油を供給するための動力源であるガスエンジン42と、ガスエンジン42の燃料の供給源であり、ブーム31の基端部に配置されるガスボンベ6と、ガスボンベ6の燃料残量に対応する値を取得する燃料残量取得手段7,107と、燃料残量取得手段7,107により取得した燃料残量に対応する値に応じて、ブームシリンダ31aに供給される作業油の流量を制御する流量制御手段8,108と、を有する。【選択図】図2

Description

本開示は、ブームを有する作業車両に関する。
バックホー、ホイルローダ等の作業車両に設けられる作業機は、車両に対して上下方向に回転可能に取り付けられるブームと、ブームの先端に回転可能に取り受けられるアームと、を少なくとも有する構成が知られている。
例えば、特許文献1には、作業機が油圧ショベルである作業車両が開示されている。作業機のブームの先端にアームが取り付けられ、アームの先端にバケットが取り付けられている。作業機の動力源はエンジンであり、エンジンの燃料の供給源としての燃料ボンベがブームの基端部に配置されている。
実開平3−123728号公報
作業機を構成するブームに燃料ボンベを搭載した作業車両においては、燃料ボンベの燃料残量により作業機の重量が変化してしまう。そのため、操作レバーの操作量が同じであっても、燃料が満タンの時と、燃料の残量が少ない時とでは、作業機の動作速度が変わり、操作性が悪化してしまう。
燃料ボンベを車両に配置した場合には、車両が大きくなりやすい。特に、車両が、下部走行体と、下部走行体に搭載される上部旋回体と、を有し、上部旋回体に作業機が取り付けられている構成では、上部旋回体に燃料ボンベの配置スペースが必要となり、上部旋回体が後方に大きくなり、旋回半径が大きくなってしまう。これは、旋回半径を小さくするという要求に反する。また、車両に燃料ボンベを配置した場合には、燃料ボンベの残量に応じて車両の重心が変化しやすく、必ずしも好ましいとはいえない。
本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、車両サイズの小型化を追求できると共に、操作性を向上させた作業車両を提供することである。
本開示の作業車両は、上下方向に回転可能に取り付けられたブームと、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記ブームシリンダに作業油を供給するための動力源であるガスエンジンと、前記ガスエンジンの燃料の供給源であり、前記ブームの基端部に配置されるガスボンベと、前記ガスボンベの燃料残量に対応する値を取得する燃料残量取得手段と、前記燃料残量取得手段により取得した燃料残量に対応する値に応じて、前記ブームシリンダに供給される作業油の流量を制御する流量制御手段と、を備える。
この構成であれば、燃料残量取得手段が取得した燃料残量に対応する値に応じて、ブームシリンダへ供給される作業油の流量を制御するので、燃料残量が多い時のブームの動作速度と、燃料残量が少ない時のブームの動作速度との差を低減又は無くすように制御することが可能となり、操作性を向上させることが可能となる。
さらに、車両(上部旋回体)のスペースを有効活用でき、車体後方の出幅を小さくして旋回半径を小さくでき、車両サイズの小型化を追求できる場合がある。
さらに、ガスボンベをブームの基端部に配置すれば、車両(上部旋回体)の中心付近にガスボンベが配置されることになり、ガスボンベ内の液体燃料の液面変動が少なくなり、誤検知を抑えることができる場合がある。
第1実施形態及び第2実施形態の作業車両を示す側面図 第1実施形態の作業車両における油圧回路を示す図 第1実施形態のマッピングデータに関する説明図 第2実施形態の作業車両における油圧回路を示す図 第2実施形態のマッピングデータに関する説明図
<第1実施形態>
以下、本開示の第1実施形態の作業車両について図面を参照しながら説明する。
[作業車両の構造]
図1に示すように、作業車両の一例としてのバックホー1の概略構造について説明する。ただし、作業車両としては、バックホー1に限定されず、ホイルローダ等の他の車両でもよい。バックホー1は、下部走行体2と、作業機3と、上部旋回体4とを備える。
下部走行体2は、エンジン42からの動力を受けて駆動し、バックホー1を走行させる。下部走行体2は、左右一対のクローラ21,21及び左右一対の走行モータ22R,22Lを備える。油圧モータである左右の走行モータ22R,22Lが左右のクローラ21,21をそれぞれ駆動することでバックホー1の前後進を可能としている。また、下部走行体2には、ブレード23、及びブレード23を上下方向に回動させるための油圧アクチュエータであるブレードシリンダ24が設けられている。
作業機3は、エンジン42からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機3は、ブーム31、アーム32、及びバケット33を備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム31、アーム32、及びバケット33は、それぞれ作業部に相当し、バックホー1は、複数の作業部を有する。
ブーム31は、基端部が上部旋回体4の前部に上下方向に回転可能に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ31aによって回動される。また、アーム32は、基端部がブーム31の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ32aによって回動される。そして、バケット33は、基端部がアーム32の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ33aによって回動される。ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、及びバケットシリンダ33aは、作業部を駆動する油圧アクチュエータに相当する。ブーム31及びアーム32によって多関節構造体が形成されており、ブーム31は多関節構造体を構成する要素のうち最も基端側に配置されている。
上部旋回体4は、作業機3を旋回させるものである。上部旋回体4には、操縦部41、エンジン42、旋回台43、旋回モータ44等が配置されている。油圧モータである旋回モータ44が旋回台43を駆動することによって作業機3を旋回させる。また、上部旋回体4には、エンジン42により駆動される複数の油圧ポンプ(図1に図示していない)が配設される。これらの油圧ポンプが、ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、及びバケットシリンダ33aに作動油を供給する。
操縦部41には、操縦席411が配置されている。操縦席411の左右に一対の作業操作レバー412,412、前方に一対の走行レバー413,413が配置されている。オペレータは、操縦席411に着座して作業操作レバー412,412、走行レバー413,413等を操作することによって、エンジン42、各油圧モータ、各油圧アクチュエータ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。
図1に示すように、第1実施形態のバックホー1は、エンジン42としてガスエンジン42を用いている。ガスエンジン42の燃料の供給源であるガスボンベ6は、ブーム31の基端部に配置されている。ブーム31の基端部であれば、ブーム31の先端部に配置する場合に比べて揺れが小さくなり、また、ブーム31のガスボンベ6の配置高さが低くなるので、ガスボンベ6の交換がしやすくなる。本実施形態では、燃料としてLPG(Liquefied Petroleum Gas)を用いているが、これに限定されず、適宜変更可能である。
[油圧回路の基本構成]
図2を用いて、バックホー1が有する油圧回路5について説明する。油圧回路5は、油圧アクチュエータ(ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、バケットシリンダ33a、左走行モータ22L、右走行モータ22R、旋回モータ44)と、油圧ポンプ50と、方向切換弁51と、パイロットポンプ52と、リモコン弁53と、を有する。
図2に示すように、油圧ポンプ50は、油圧アクチュエータへ供給される作業油を吐出する。油圧ポンプ50は、エンジン42(図1参照)を動力源として駆動する。第1実施形態では、油圧ポンプ50は、複数設けられており、第1油圧ポンプ50aと第2油圧ポンプ50bとを有する。第1油圧ポンプ50aは、主に、ブームシリンダ31a、バケットシリンダ33a、及び左走行モータ22Lに作業油を供給する。第2油圧ポンプ50bは、主に、右走行モータ22R、アームシリンダ32a、及び旋回モータ44に作業油を供給する。油圧ポンプ50の数は設計に応じて変更可能である。
方向切換弁51は、各々の油圧アクチュエータに対応して設けられており、油圧ポンプ50から油圧アクチュエータへ供給される作業油の向き及び流量を切り換え可能に構成されている。複数の方向切換弁51は、まとめてコントロールバルブと呼ばれる。具体的に、第1実施形態においては、ブームシリンダ31aに対応するブーム用方向切換弁51aと、バケットシリンダ33aに対応するバケット用方向切換弁51bと、左走行モータ22Lに対応する左走行モータ用方向切換弁51cと、右走行モータ22Rに対応する右走行モータ用方向切換弁51dと、アームシリンダ32aに対応するアーム用方向切換弁51eと、旋回モータ44に対応する旋回用方向切換弁51fと、が設けられている。
パイロットポンプ52は、方向切換弁51(51a,51b,51c,51d,51e,51f)へ入力される指令としてのパイロット油を吐出する。パイロットポンプ52は、エンジン42を動力源として駆動する。なお、図2では、油圧アクチュエータに供給される作業油の油路を実線で示し、方向切換弁51に供給されるパイロット油の油路は破線で示している。
リモコン弁53は、操作レバー412,413に対する操作に応じて方向切換弁51に入力されるパイロット油の向きを切り換え可能に構成されている。リモコン弁53は、各々の油圧アクチュエータ及び対応する方向切換弁51毎に設けられている。例えば、図2に示すように、ブーム31を駆動するための作業操作レバー412に対応するブーム用リモコン弁53aが設けられており、ブーム用リモコン弁53aは、ブーム用方向切換弁51aへ供給する指令としてのパイロット油の向きを切り替える。図2では図示していないが、各々の方向切換弁51b,51c,51d,51e,51fに対応するリモコン弁53が設けられている。
[油圧回路の基本動作]
次に、油圧回路5の基本動作を説明する。
図2に示すように、ガスエンジン42の駆動により油圧ポンプ50及びパイロットポンプ52が駆動し、各々の方向切換弁51に対して圧力のかかった作業油(圧油)が供給され、各々のリモコン弁53に対してパイロット油が供給される。例えば、ブーム31を駆動するための作業操作レバー412を第1の操作方向へ操作すると、作業操作レバー412の動きにブーム用リモコン弁53aが連動する。ブーム用リモコン弁53aが動くと、パイロット油がブーム用方向切換弁51aの第1パイロットポートへ指令として供給される。ブーム用方向切換弁51aは、パイロット油によって弁体が動き、油圧ポンプ50から供給されている作業油をブームシリンダ31aに供給する。ブームシリンダ31aに作業油が供給されると、作業操作レバー412の第1の操作方向に応じた方向にブーム31が動作する(例えば、上昇など)。ブーム31を駆動するための作業操作レバー412を第1の操作方向と逆方向である第2の操作方向に操作すると、パイロット油がブーム用方向切換弁51aの第2パイロットポートへ供給され、作動油がブームシリンダ31aに供給され、作業操作レバー412の第2の操作方向に応じた方向にブーム31が動作する(例えば、下降など)。
[燃料残量取得手段]
本開示では、上記の基本構成に対して、次の構成を加えている。すなわち、ガスボンベ6の燃料残量に対応する値を取得する燃料残量取得手段7を設けている。図2に示す例では、燃料残量取得手段7は、ブームシリンダ31aの底側の油圧を、燃料残量に対応する値として検出する圧力センサ70である。ガスボンベ6の燃料を含む作業機3の重量は、ブームシリンダ31aに作用する。ガスボンベ6の燃料残量が多い時は、ブームシリンダ31aの底側の油圧が高くなり、ガスボンベ6の燃料残量が減るに伴ってブームシリンダ31aの底側の油圧が低くなるので、ブームシリンダ31aの底側の油圧を、ガスボンベ6の燃料残量に対応する値として利用している。圧力センサ70の検出信号は、ECU54に入力される。
[流量制御手段]
燃料残量取得手段7により取得した燃料残量に対応する値に応じて、ブームシリンダ31aに供給される作業油の流量を制御する流量制御手段8を設けている。図2に示す例では、流量制御手段8は、ブームシリンダ31aとブーム用方向切換弁51aとの間を流れる油路の流量を制御する流量制御弁80と、燃料残量取得手段7の検出結果に応じた指令値を用いて流量制御弁80を制御する流量弁制御部81と、を有する。流量弁制御部81は、燃料残量が多いほど、ブームシリンダ31aとブーム用方向切換弁51aとの間を流れる油路の流量が相対的に大きくなり、燃料残量が少ないほど、ブームシリンダ31aとブーム用方向切換弁51aとの間を流れる油路の流量が相対的に小さくなるように、流量制御弁80を制御する。
第1実施形態では、燃料残量にかかわらずブーム31の動作速度を一定にするために、マッピングデータ82を有する。マッピングデータ82は、燃料残量取得手段7で検出した燃料残量に対応する値と、ブームシリンダ31aに流れる作業油の流量を制御するための指令値とを対応付けたデータである。例えば、図3に示すように、ブームシリンダ31aの底側の油圧と、流量制御弁80の絞り量に対応する指令値(電流値)とが関連づけられている。流量弁制御部81は、検出されたブームシリンダ31aの底側の油圧に対応する指令値(流量制御弁80の絞り量)を、マッピングデータ82を参照して決定し、決定した指令値にて流量制御弁80を制御する。本実施形態では、指令値は、流量制御弁80に入力する電流値であるが、これに限定されず、電圧値やその他の指令値に適切に変更可能である。マッピングデータ82は、燃料残量に対応する値と、ブームシリンダ31aに流れる作業油の流量を制御すうための指令値を対応付けるデータであれば、テーブル形式、関数形式、その他のどのような形態で実装されていてもよい。
なお、第1実施形態では、マッピングデータ82を設けているが、マッピングデータ82を省略することも可能である。流量制御手段8を、燃料残量に対応する値に対して、1又は複数の閾値を設定し、閾値に応じて1又は複数の指令値を切り替えて制御するように構成してもよい。
<第2実施形態>
以下に第2実施形態について説明する。第1実施形態と同じ構成は同じ符号をつけて説明を省略する。第2実施形態では、燃料残量取得手段107、流量制御手段108を変更している。
[燃料残量取得手段]
第2実施形態の燃料残量取得手段107は、図4に示すように、ガスボンベ6に設けられ、液体燃料のレベルを検出するためのフロートを用いたレベルセンサ170である。レベルセンサ170がフロートの位置を検出することにより、燃料残量を検出できる。
[流量制御手段]
第2実施形態の流量制御手段108は、図4に示すように、ブーム用リモコン弁53aからブーム用方向切換弁51aに至るパイロット油の圧力を制御する減圧弁180と、燃料残量取得手段107の検出結果に応じた指令値を用いて減圧弁180を制御する減圧弁制御部181と、を有する。減圧弁制御部181は、燃料残量が多いほど、ブーム用リモコン弁53aからブーム用方向切換弁51aに至るパイロット油の圧力が相対的に大きくなり、燃料残量が少ないほど、ブーム用リモコン弁53aからブーム用方向切換弁51aに至るパイロット油の圧力が相対的に小さくなるように、減圧弁180を制御する。一般的に、ブーム用方向切換弁51aを含む方向切換弁51は、入力されるパイロット油の圧力(パイロット圧とも呼ばれる)によって、対応する油圧アクチュエータ(ブームシリンダ31a等)に供給される作業油の流量を変更するように構成されている。すなわち、パイロット圧が高ければ、油圧アクチュエータに流れる作業油の流量が多くなり、逆にパイロット圧が低ければ、油圧アクチュエータに流れる作業油の流量が少なくなる。よって、流量制御手段108が、ブーム用方向切換弁51aに至るパイロット圧を燃料残量に応じて変更することで、ブームシリンダ31aに流れる作業油の流量を変える。
マッピングデータ182は、レベルセンサ170の検出結果と、流量制御弁80へ入力する指令値(電流値)とが関連づけられている。減圧弁制御部181は、レベルセンサ170で検出した値に対応する指令値(減圧弁制御部181の減圧量)を、マッピングデータ182を参照して決定し、決定した指令値にて減圧弁180を制御する。その他は、第1実施形態の説明で述べたことを適切に適用可能である。本実施形態では、指令値は、減圧弁180に入力する電流値であるが、これに限定されず、電圧値やその他の指令値に適切に変更可能である。
以上のように、第1実施形態及び第2実施形態の作業車両は、上下方向に回転可能に取り付けられたブーム31と、ブーム31を駆動するブームシリンダ31aと、ブームシリンダ31aに作業油を供給するための動力源であるガスエンジン42と、ガスエンジン42の燃料の供給源であり、ブーム31の基端部に配置されるガスボンベ6と、ガスボンベ6の燃料残量に対応する値を取得する燃料残量取得手段7,107と、燃料残量取得手段7,107により取得した燃料残量に対応する値に応じて、ブームシリンダ31aに供給される作業油の流量を制御する流量制御手段8,108と、を備える。
ガスボンベがブームの基端部に配置されているので、ガスボンベの燃料残量に応じて作業機の重量が変化する。操作レバーの操作量に応じた流量の作業油が、ブームを駆動するブームシリンダへ供給される。操作レバーの操作量が同じであれば、すなわちブームを駆動するブームシリンダへ供給される作業油の流量が同じであれば、作業機が重い時にはブームの動作速度が遅くなり、逆に作業機が軽い時にはブームの動作速度が速くなってしまい、操作性が損なわれてしまう。
上記構成であれば、燃料残量取得手段7,107が取得した燃料残量に対応する値に応じて、ブームシリンダ31aへ供給される作業油の流量を制御するので、燃料残量が多い時のブーム31の動作速度と、燃料残量が少ない時のブーム31の動作速度との差を低減又は無くすように制御することが可能となり、操作性を向上させることが可能となる。
さらに、車両(上部旋回体4)のスペースを有効活用でき、車体後方の出幅を小さくして旋回半径を小さくでき、車両サイズの小型化を追求できる場合がある。
さらに、ガスボンベ6をブーム31の基端部に配置すれば、車両(上部旋回体4)の中心付近にガスボンベ6が配置されることになり、ガスボンベ6内の液体燃料の液面変動が少なくなり、誤検知を抑えることができる場合がある。
第1実施形態では、燃料残量取得手段7は、ブームシリンダ31aの底側の油圧Pを燃料残量に対応する値として検出する圧力センサ70である。
ガスボンベ6の燃料残量が多い時は、ブームシリンダ31aの底側の油圧が高くなり、ガスボンベ6の燃料残量が減るに伴ってブームシリンダ31aの底側の油圧が低くなる。上記構成では、これを利用しているので、ガスボンベ6の燃料残量に対応する値を検出可能となる。それでいて、ガスボンベ6の容器内のフロートにより燃料残量を検出する構成では燃料の液面ゆれによる測定誤差が含まれてしまうが、上記構成であれば、このような計測誤差を排除することが可能となる。
第2実施形態では、燃料残量取得手段107は、ガスボンベ6に設けられ、液体燃料のレベルを検出するためのフロートを用いたレベルセンサ170である。
この構成によれば、液体燃料の残量を直接的に検出することが可能である。
第1実施形態及び第2実施形態では、燃料残量に対応する値と、ブームシリンダ31aに流れる作業油の流量を制御するための指令値と、が対応付けられたマッピングデータ82,182を有し、流量制御手段8,108は、燃料残量取得手段7,107が取得した燃料残量に対応する値に対応する指令値をマッピングデータ82,182に基づき決定し、決定した指令値を用いて制御するように構成されている。
この構成によれば、燃料残量にかかわらずブーム31の動作速度が一定又は所定の速度範囲内になるようにマッピングデータ82,182を構成すれば、操作性を向上させることが可能となる。
第1実施形態では、ブームシリンダ31aへ供給される作業油の向きを切り換え可能なブーム用方向切換弁51aを有し、流量制御手段8は、ブームシリンダ31aとブーム用方向切換弁51aとの間を流れる油路の流量を制御する流量制御弁80と、燃料残量取得手段7の検出結果に応じた指令値を用いて流量制御弁80を制御する流量弁制御部81と、を有する。流量制御手段の好ましい具体例である。
第2実施形態では、ブームシリンダ31aへ供給される作業油の向きを切り換え可能なブーム用方向切換弁51aと、ブーム用方向切換弁51aに供給されるパイロット油の向きを操作に応じて切り換え可能なブーム用リモコン弁53aと、を有し、流量制御手段108は、ブーム用リモコン弁53aからブーム用方向切換弁51aに至るパイロット油の圧力を制御する減圧弁180と、燃料残量取得手段107の検出結果に応じた指令値を用いて減圧弁180を制御する減圧弁制御部181と、を有する。流量制御手段の好ましい具体例である。
以上、本開示の本実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
例えば、第1実施形態における燃料残量取得手段7を、第2実施形態の燃料残量取得手段として適用可能であり、第1実施形態における流量制御手段8を、第2実施形態の流量制御手段として適用可能である。
31 ブーム
31a ブームシリンダ
42 ガスエンジン
51a ブーム用方向切換弁
53a ブーム用リモコン弁
6 ガスボンベ
7,107 燃料残量取得手段
70 圧力センサ
170 レベルセンサ
8,108 流量制御手段
80 流量制御弁
81 流量弁制御部
82,182 マッピングデータ
180 減圧弁
181 減圧弁制御部

Claims (6)

  1. 上下方向に回転可能に取り付けられたブームと、
    前記ブームを駆動するブームシリンダと、
    前記ブームシリンダに作業油を供給するための動力源であるガスエンジンと、
    前記ガスエンジンの燃料の供給源であり、前記ブームの基端部に配置されるガスボンベと、
    前記ガスボンベの燃料残量に対応する値を取得する燃料残量取得手段と、
    前記燃料残量取得手段により取得した燃料残量に対応する値に応じて、前記ブームシリンダに供給される作業油の流量を制御する流量制御手段と、を備える、作業車両。
  2. 前記燃料残量取得手段は、前記ブームシリンダの底側の油圧を前記燃料残量に対応する値として検出する圧力センサである、請求項1に記載の作業車両。
  3. 前記燃料残量取得手段は、前記ガスボンベに設けられ、液体燃料のレベルを検出するためのフロートを用いたレベルセンサである、請求項1に記載の作業車両。
  4. 前記燃料残量に対応する値と、前記ブームシリンダに流れる作業油の流量を制御するための指令値と、が対応付けられたマッピングデータを有し、
    前記流量制御手段は、前記燃料残量取得手段が取得した燃料残量に対応する値に対応する指令値を前記マッピングデータに基づき決定し、決定した指令値を用いて制御するように構成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の作業車両。
  5. 前記ブームシリンダへ供給される作業油の向きを切り換え可能なブーム用方向切換弁を有し、
    前記流量制御手段は、前記ブームシリンダと前記ブーム用方向切換弁との間を流れる油路の流量を制御する流量制御弁と、前記燃料残量取得手段の検出結果に応じた指令値を用いて前記流量制御弁を制御する流量弁制御部と、を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の作業車両。
  6. 前記ブームシリンダへ供給される作業油の向きを切り換え可能なブーム用方向切換弁と、前記ブーム用方向切換弁に供給されるパイロット油の向きを操作に応じて切り換え可能なブーム用リモコン弁と、を有し、
    前記流量制御手段は、前記ブーム用リモコン弁から前記ブーム用方向切換弁に至るパイロット油の圧力を制御する減圧弁と、前記燃料残量取得手段の検出結果に応じた指令値を用いて前記減圧弁を制御する減圧弁制御部と、を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の作業車両。

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Citations (10)

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