KR100241096B1 - 수력모터 조절시스템 - Google Patents

Abstract

플로우 조절 밸브는 수력 펌프로부터 수력 모터로 향하는 오일흐름의 일부를 탱크로 돌려놓기 위한 누출 라인에 배치된다. 가속 방향에서의 조절 밸브의 작동시 플로우 조절밸브는 특정 시간 지연을 가지고 폐쇄 방향으로 작동되고, 반면 감속 방향에서의 플로우 조절 밸브는 시간 지연 없이 개방 방향으로 작동된다. 이렇게 함으로써, 가속 작동은 요구되는 토크를 유지하는 동안 부드럽게 이루어질 수 있다.

Description

수력모터 조절시스템

본 발명은 수력 굴착기 또는 수력 크레인 같은 수력작업기계에 사용되는 회전 모터 또는 주행 모터와 같은 수력 모터를 조절하기 위한 수력모터 조절시스템에 관계된 것이다.

일반적인 수력 굴착기 또는 수력 크레인에 사용되는 회전모터에 대해 설명하도록 한다. 도 22 는 종래의 수력 굴착기내의 회전 모터의 회로를 보인 것이다. 같은 도면에서, 부호 1 은 회전 모터, 부호 2 는 모터(1)에 대한 오일압력원으로서의 수력 펌프를 나타내고, 부호 3 은 펌프(2)를 구동하는 엔진을 나타내고, 부호 4 는 모터(1)의 작동을 조절하는 수력안내 전환타입 조절밸브를 나타내고, 부호 5 는 원격 조절밸브(부호 5a 는 작동레버를 나타낸다)를 나타낸다.

잘 알려진 바와 같이 조절 밸브(4)는 미터-인(meter-in), 미터-아웃(meter-out) 및 누출 통로를 갖는다. 이들 통로들 각각의 개방영역은 미터-인, 미터-아웃 및 누출에 대한 유속을 변화시키는 스풀 스트로크(SPOOL STROKE)에 비례하여 변하고, 이로서 회전 모터(1)의 가속 또는 감속(회전 토크)이 변화한다. 부호 6 은 릴리프 밸브이고, 부호 7 은 원격조절밸브(5)로 일차압력을 공급하기 위한 보조 수력펌프를 나타낸다.

수력 굴착기에서, 관성 모멘트는 전방 부착물(붐(boom),암(arm),버켓(bucket)) 또는 거기에 부과된 굴착 로드의 위치에 따라 크게 변화한다. 만일 조절 밸브(3)의 밸브 특성(characteristic)이 큰 관성 모멘트를 기초로 하여 설정되면, 회전토크는 작은 관성 모멘트에서 지나치게 커질 것이고, 그리하여 급가속의 위험을 유발한다. 게다가, 실시가능성은 나빠지고, 또한 캐빈에서 작동하는 작동기에서 급가속이 일어나므로, 레버의 작동에 나쁜 영향을 끼친다.

그 결과 레버의 진동작동은 헌팅 현상을 유발할 수 있다. 한편, 상기 문제는 밸브 특성이, 작은 관성 모멘트를 기초로 하여 설정되면 피할 수 있다. 그런나 그 회전 토크가 너무 작게 되어 회전력을 사용하는 굴착 작업이나 푸슁(pushing) 또는 평준화(leveling) 작업이 방해되는 결과를 낳는다.

종래의 수력 굴착기에서, 관성모멘트와 회전토크는 균형이 잘 맞지 않아 어떤 관성 모멘트는 과다하거나 또는 부족한 토크상태를 일으키게 된다. 그러한 문제는 회전 모터에 한정되지 않는다. 주행 모터에 있어서도 거의 같은 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 요구하는 토크를 유지하는 동안 부드럽게 수행되는 가속작동을 유발할 수 있는 수력모터 조절시스템을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조절 시스템의 회로 다이어그램.

도 2 는 제 1 실시예의 조절 시스템에서 조절 밸브의 개방영역과 레버의 위치사이의 관계를 보인 그래프.

도 3 은 제 1 실시예의 조절시스템에서의 절단 밸브의 개방영역과 절단 밸브(플로우 조절 밸브)에서의 입력 신호 사이의 관계를 보인 그래프.

도 4 는 제 1 실시예의 조절시스템에서 레버 위치와 누출 라인의 개방영역특성사이의 관계를 보인 그래프.

도 5 는 제 1 실시예의 조절시스템의 작동을 설명하기 위한 시간-회전 속도 관계를 보인 그래프.

도 6 은 제 1 실시예의 조절시스템의 작동을 설명하기 위한 시간 대 미터-인 압력을 보인 그래프.

도 7 은 제 1 실시예의 조절신호의 작동을 설명하기 위해 절단 밸브 입력신호와 밸브의 개방영역과의 관계, 절단 밸브 입력신호와 시간과의 관계, 시간과 밸브 개방영역과의 관계를 보인 그래프.

도 8 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조절시스템의 회로 다이어그램.

도 9 는 제 2 실시에의 조절시스템에 사용되는 콘트롤러의 블록 다이어그램.

도 10 은 제 2 실시예의 조절시스템에서 콘트롤러에 의해 모두 설정된 시간상수와 엔진의 회전수와의 관계를 보인 그래프.

도 11 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조절 시스템에 모두 장착된 절단 밸브 개방영역과 엔진의 회전수와의 관계를 보인 그래프.

도 12 는 본 발명의 제 3 실시예에서 조절변수와 절단 밸브 개방영역과의 관계를 보인 그래프.

도 13 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 조절 시스템의 회로 다이어그램.

도 14 는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 조절 시스템의 회로 다이어그램.

도 15 는 제 5 실시예의 조절 시스템에서 조절 밸브의 개방영역과 레버의 위치와의 관계를 보인 그래프.

도 16 은 제 5 실시예의 조절시스템에서 밸브의 개방영역과 언로딩 밸브(플로우 조절 밸브)에서의 입력신호와의 관계를 보인 그래프.

도 17 은 제 5 실시예의 조절시스템에서의 헌팅 억압 효과를 설명하는 그래프.

도 18 은 제 5 실시예의 조절시스템의 작동을 설명하기 위한 플로우 챠트.

도 19 는 제 5 실시예의 조절 시스템에서 작동의 수정을 설명하기 위한 플로우 챠트.

도 20 및 도 21 은 제 5 실시예의 조절 시스템에서 엔진 회전수 변화에 따른 언로딩 밸브의 보정을 설명하기 위한 그래프.

도 22 는 선행기술에 따른 회로 다이어그램.

본 발명에 의한 수력모터 조절시스템은 오일압을 수력 모터에 공급하기 위한 수력 펌프, 작동수단으로부터의 명령에 따라 수력모터의 작동을 조절하는 조절밸브, 수력모터를 향하는 흐름의 일부를 탱크로 우회시키는 라인에 배치된 플로우 조절밸브를 포함하여 구성된다.

그 플로우 조절밸브는 수력모터의 급가속 작동을 막기 위해 조절밸브의 움직임에 있어 시간지연을 두고 작동한다. 본 발명에 있어서, 작은 관성 모멘트에서의 급가속작동 뿐 아니라 헌팅을 막는 것이 가능하다.

본 발명에서, 플로우 조절밸브는 수력모터를 향하는 흐름의 일부를 조절밸브를 통하여 탱크로 우회시키기 위한 누출라인에서 제공된다. 밸브 조절 수단은 조절 밸브의 작동과 맞물려 조절되어, 조절 밸브의 풀 스트로크에서 최소 개방영역을, 밸브의 중립 상태에서 최대 개방영역을 제공한다. 개방영역이 작아지는 닫힘방향에서, 밸브 조절 수단은 조절 밸브의 움직임에 대한 시간 지연을 가지며 작동될 수 있다.

이러한 경우에, 조절 밸브가 가속 방향에서 작동되면, 플로우 조절 밸브는 특정 시간 지연을 두고 닫혀서, 요구하는 토크가 유지되는 동안 최대 속도가 보장되고, 작은 관성 모멘트에서의 급가속 작동이 방지된다.

작동 수단이 사인파형 입력을 제공하기 위해 진동 방식으로 작동되는 경우에, 펌프 압력의 변형이 감소되고 헌팅은 억압되는데, 이는 플로우 조절 밸브가 닫힘 방향에서 작동하는 명령 사인에 대해 시간 지연을 가지기 때문이다.

개방 영역이 커지는 열림방향에서, 밸브 조절 수단은 그 조절 밸브의 움직임에 대한 시간지연 없이 작동될 수 있다. 이 경우에, 조절 밸브가 감속방향으로 작동될 때, 플로우 조절 밸브는 시간지연 없이 열림 방향으로 작동하여, 우회 작동시, 누출 라인을 완전히 닫음으로 인한 펌프 압력의 비정상적 증가의 우려가 없다.

본 발명은 수력 펌프로부터 배출된 오일을, 한 수력 펌프에서 다른 수력 작동기로 유입된 오일과 합치는 합류 라인을 가지는 수력 회로에 적용될 수 있다. 이러한 경우에, 플로우 조절 밸브는 그로 인한 시간지연없이 닫힘방향에서 작동되는 것이 바람직하고, 오일의 합류시 플로우 조절 밸브가 시간지연없이 닫혀지므로 합쳐진 흐름의 손실이 더 이상 없다.

본 발명에서 사용되는 밸브조절수단은 또한 제한기 또는 체크 밸브를 사용한 수력 조절에 의해 또는 심지어 전자기 비례 밸브가 콘트롤러에 의해 조절되는 전기 조절에 의해 또한 달성될 수 있다.

플로우 조절밸브의 시간지연정도는 수력 펌프에 대한 구동원인 엔진의 회전수에 따라 변화될수 있다. 이러한 경우에, 시간지연정도는 엔진의 회전수에 따라 변화할 수 있고, 회전압력은 엔진 회전이 작고, 펌프로부터의 배출량이 작은 경우에 시간지연의 정도를 작게 설정함으로써 가속 시간의 지연을 막기 위해 빨리 증가될 수 있다.

플로우 조절밸브의 개방영역 특성은 수력 펌프의 구동원인 엔진의 회전수에 따라 변화할 수 있다. 이러한 경우에, 가속성은 작은 엔진회전에서 개방영역을 작게 함으로써 개선될 수 있는데, 이는 플로우 조절 밸브의 개방 영역 특성이 엔진 회전에 따라 변화하기 때문이다.

본 발명에서 더구나, 플로우 조절 밸브가 수력 모터로 향하는 흐름의 일부를 조절밸브전방의 탱크로 우회시키는 누출 라인 내에 배치되고, 작동 수단의 작동량이 클 때, 플로우 조절 밸브가 그 조절 밸브의 작동에 대한 시간지연을 가지고 작동되는데 반하여, 작동수단의 작동량이 작을 때, 플로우 조절 밸브가 밸브의 작동을 위한 시간 지연없이 작동될 수 있도록 만들어 질 수 있다.

플로우 조절 밸브의 시간지연 정도는 수력 펌프에 대한 구동원인 엔진의 회전수에 따라 변화하게 될 수 있다. 게다가, 플로우 조절 밸브가 조절 밸브 작동에 대한 시간 지연없이 작동되는 범위는 수력 펌프에 대한 구동원인 엔진의 회전수에 따라 변화하도록 만들어 질 수 있다.

실시예

도 1 내지 도 21을 참조로 하여 본 발명을 실현하는 회전 모터 조절시스템을 설명하도록 한다.

제 1 실시예 (도 1 ∼ 도 7)

도 1에서, 부호 11 은 회전 모터, 부호 12 는 수력 펌프, 부호 13 은 펌프(12)를 구동하는 엔진을 나타내고, 부호 14는 회전 모터(11)의 작동을 조절하기 위한 수력안내 전환타입 조절밸브를 나타낸다. 부호 15 는 원격조절밸브, 부호 15a는 원격조절밸브(15)의 작동 레버(작동 수단)를 나타내고, 부호 16 은 릴리프 밸브, 부호 17 은 원격조절밸브(15)를 위한 일차 압력공급원으로서 보조 수력펌프를 보인 것이다.

도 2 에 보인 바와 같이, 조절 밸브(14)의 레버 위치와 개방영역 특성이 서로 연관되어 있다. 중립 위치에서, 미터-인 및 미터-아웃 개방영역은 모두 최소이고, 누출 개방영역은 최대가 된다. 스트로크가 증가함에 따라, 미터-인 및 미터-아웃 개방영역은 증가하는 반면, 누출 개방영역은 작아진다. 심지어 풀 스트로크 상태에서, 누출 경로는 개방되어 유지된다. 그러므로, 풀 스트로크 조건에서조차 누출 경로는 완전 페쇄 상태를 취하고, 일정한 누출 플로우가 보장된다. 최저 스트로크 상태에서의 누출 개방 영역(최소 개방영역)은 모터의 저속(또는 오프) 조건에서의 최대 토크(압력)의 발생을 허용하는 크기로 설정된다.

회전 모터(11)로 향하는 흐름의 일부를 탱크(T)로 우회시키기 위한 누출 라인(18)은 조절 밸브(14)의 누출 경로의 출력측에 연결된다. 수압 안내 타입의 플로우 조절 밸브(이후 절단 밸브)(19)는 누출 라인(18)에 제공된다. 절단 밸브(19)는 완전 개방 위치'a'와 완전 페쇄 위치 'b'를 가지고, 안내 압력의 입력시에, 도 3 에 보인 바와 같은 특징을 가지고 양 위치 사이에서 작동한다.

절단 밸브(19)로의 안내 압력을 조절하기 위한 안내 회로(20)는 셔틀 밸브(고압 선택 밸브)(21)를 통하여 조절 밸브(14)의 양측에서 연장되는 안내 라인(22,23)으로 연결된다. 조절 밸브(14)가 원격조절밸브(15)의 조작에 의해 작동될 때, 절단 밸브(19)는 안내 라인(22,23)에서의 안내 압력의 작용에 따라 그 폐쇄방향으로 작동한다.

밸브 조절 수단으로서, 제한기(24)와 체크 밸브(25)를 포함하는 병렬 회로는 안내 회로(20)에 연결된다. 이 회로 구성에 의하면, 조절 밸브(14)가 가속방향으로 작동될 때, 절단 밸브(19)는 제한기(24)의 작용하에서 조절 밸브(14)와 관계되는 특정시간의 시간 지연을 가지는 페쇄 방향으로 작동한다. 반면, 조절 밸브(14)가 감속방향으로 작동할 때, 절단밸브(19)내의 안내 오일은 체크밸브(25)를 통하여 흘러, 절단 밸브(19)가 시간 지연 없이 개방방향으로 작동한다. 조절 밸브(14)의 누출개방(주 누출개방)과 절단 밸브개방의 조합으로서의 누출 개방 특성(연속 제한기에 기초한 누출 등가 개방특성)이 도 4 에 보여진다.

제 1 실시예에 따른 조절 시스템의 작동을 설명하도록 한다. 조절 밸브가 모터의 오프 상태로부터 풀 스트로크 작동까지 단번에 작동될 때, 미터-인 압력은 릴리프 압력까지 단번에 상승하고 이 릴리프 상태는 회전 모터가 특정속도에 이르기까지 게속된다. 펌프 플로우가 일정하다고 할 때, 릴리프압력 유지시간은 풀 스트로크 작동의 누출 개방영역 및 예를 들어, 전방 부착물의 위치에 기초한 관성 모멘트와 관계가 있다.

이 작동은 도 5 (관성 모멘트 및 누출 개방 상태에 의해 측정된 시간/회전속도 특성) 및 도 6 (시간/미터-인 특성)에 보여진다. 양 도면에서, 참조부호는 다음의 특성들을 나타낸다.

a : 완전 폐쇄 누출시 최소 관성 모멘트에서의 특성

b : 완전 페쇄 누출시 최대 관성 모멘트에서의 특성

c : 약간 개방 누출시 최소 관성 모멘트에서의 특성

d : 약간 개방 누출시 최대 관성 모멘트에서의 특성

e : 상기 특성 a 및 c 의 조합으로서 이 시스템에서의 최소 관성 모멘트에서의 특성

양 도면에 보인 바와 같이, 누출 개방이 약간 개방 상태로 설정되면, 최대 속도는 작아지고, 최대 속도에 달하기까지 요구되는 시간(가속 시간) 은 누출 개방이 완전 폐쇄 상태로 설정되는 경우와 비교하여 길어진다. 같은 누출 개방에 있어서도, 관성 모멘트가 커짐에 따라, 최대 속도에 도달하는데 요구되는 시간이 길어진다.

제 1 실시예의 조절 시스템에 의하면, 누출 개방이 완전히 폐쇄되지 않으므로, 특성 c 및 d 는 기본 특성으로 사용된다. 그러나, 절단 밸브(19)는 조절 밸브(14)의 움직임에 대한 시간 지연과 함께 점차 닫혀지므로, 최소 관성 모멘트에서 특성 c 에서 a 로 상승(c 및 a 의 조합으로서 특성 e를 나타냄)이 일어나는 반면, 최대 관성 모멘트에서는 d 에서 b 로 상승이 일어난다. 그러므로, 최소 및 최대 관성 모멘트에서 최대 속도 및 토크는 누출 개방의 완전 닫힌 상태에서와 거의 같은 요구시간에 도달한다.

그러므로, 작은 관성 모멘트에서 과다한 토크로 인한 급가속의 위험이라든가, 조작자에 의한 레버의 작동에 대한 나쁜 영향을 끼치는 급가속과 같은 위험도 없다. 또한, 큰 관성 모멘트에서 토크의 불충분함은 굴착 작업 또는 푸슁 또는 평준화 작업과 같은 회전을 이용하는 작업에 장애를 유발할 수 있다. 터닝 오프(감속)로 조절하는 동안 절단 밸브(19)의 개방 영역은 누출 개방을 확실히 하기 위해 레벨 위치에 대응하는 위치로 시간지연없이 되돌아오고, 펌프 압력의 비정상적 증가와 같은 불편함은 일어나지 않는다.

조작자가 어떤 이유로 인해서든, 진동 방식으로 원격조절밸브(15)를 조작하여, 굴곡 입력을 유발하는 경우에, 도 7 에 보인 바와 같은 헌팅 억제 효과가 또한 얻어진다. 더욱 상세하게는 굴곡 입력이 있을 때, 조절 밸브(14)의 누출 개방 상태는 레버 작동에 거의 1 : 1 비율로 변하나, 절단 밸브(19)의 지연시간내에서 충분히 큰 누출개방이 조절 밸브(14) 및 절단 밸브(19)의 연결 누출 영역에 의해 보장된다. 결과적으로 펌프 압력의 변화는 일어나기 어렵고 헌팅은 억제된다.

제 2 실시예(도 8 내지 11)

본 발명의 제 2 실시예에 따른 조절 시스템은 아래에서 설명되며, 여기서 제 1 실시예와 같은 부분에서 설명이 겹치는 것은 생략하고 같은 참조부호에 의해 표시된다.

제 2 실시예에서, 전자기비례 밸브는 절단 밸브(19)로서 사용된다. 절단 밸브(19)는 1 차 지연 프로세싱 기능을 가지는 콘트롤러(26)에 의해 조절된다. 절단 밸브(19)의 일차 지연 정도는 엔진의 회전수에 따라 변화한다. 도 8 에 보인 바와 같이 센서로서 셔틀 밸브(21)를 통하여 조절 밸브(14)(원격조절밸브(15)의 처리 변수=명령 신호)의 안내 압력을 감지하는 압력 센서(27)와 엔진(13)의 회전수를 감지하는 엔진 회전센서(28)가 제공된다. 각 센서(27, 28)로부터의 신호들(Ps과 Ns)은 콘트롤러(26)으로 입력된다.

도 9 에 보인 바와 같이 콘트롤러(26)은 센서 신호들 (Ps, Ns)이 입력되는 입력부(29), 가속/감속 식별부(30), 시간 상수 계산부(31), 조절변수 계산부(32) 및 출력부(33)를 포함하여 구성된다. 압력 센서 (Ps)에 따라 가속/감속 식별부(30)는 가속 작동이 수행되었는지 또는 감속 작동이 수행되었는지를 판단한다.

감속 작동이 수행되었는지가 판단될 때, 처리 변수에 비례한 조절 신호는 출력부(33)로부터 출력된다. 도 10 에 보인 바와 같이, 시간상수 계산부(31)가 설정되고, 엔진 회전/시간 상수 특성을 저장하여 엔진 회전(N)이 낮은 영역에서 일차지연의 시간 상수가 작고, 엔진회전이 높은 범위에서 그 시간 상수가 크도록 하며, 감지된 엔진의 회전수에 따라 시간상수를 결정한다. 조절변수 계산부(32)는 상기 시간상수를 고려하는 일차 지연의 조절 변수를 계산함으로써 결정한다. 그러면, 그 결정 조절 변수에 대응하는 조절 신호는 출력부(33)로부터 절단 밸브(19)로 제공된다.

그 결과, 조절 밸브(14)를 위한 절단 밸브(19)의 시간 지연 정도는 엔진의 회전수가 적을 때 작고, 엔진의 회전수가 커질 때 커진다.

그러므로, 엔진의 회전수와 펌프로부터 배출된 오일의 양이 모두 작을 때, 절단 밸브(19)는 그 폐쇄 측으로 빨리 작동하여 회전 압력이 빨리 증가하게 되고, 이로서 가속 시간의 지연을 방지하는 것이 가능하게 된다.

콘트롤러(26)의 지연 요소로서 속도 제한기가 사용될 수 있고, 속도 제한기의 제한율은 엔진의 회전수에 따라 변화할 수 있다.

제 3 실시예 (도 11, 도 12)

상기 제 2 실시예와 같은 목적을 달성하기 위하여, 절단 밸브(19)의 개방영역 특성은 도 11 및 12에 보인 바와 같이 엔진의 회전수(N)에 따라 변화한다. 더욱 상세하게는, 거의 같은 시간-회전 속도 관계가 엔진 회전수와 관계없이 동일 레버 위치에서 얻어질 수 있기 위하여, 절단 밸브 개방 영역(AN) 및 절단 밸브를 위한 조절 변수와의 관계(도 12) 뿐 아니라, 엔진 회전(N) 과 절단 밸브 개방 영역(AN) 사이의 관계(도 11)는 절단 밸브 개방영역(AN)이 높은 회전 영역에서 크고, 낮은 회전 영역에서 작게 설정된다. 그리고, 감지되는 레버의 처리 변수 및 감지되는 엔진의 회전수를 기초로 하여 절단 밸브 개방 영역(AN) 및 절단 밸브 개방영역(AN)에 대한 조절 변수가 계산된다. 이러한 조절 변수로 절단 밸브(19)가 조절되다.

한편, 제 2 및 제 3 실시예의 조합에서 일차 지연의 시간 상수 및 절단 밸브 개방영역은 엔진의 회전수에 의해 변화할 수 있다.

제 4 실시예 (도 13)

수력 굴착기 또는 수력 크레인에 사용되는 종래의 수력 회로에서 단일 펌프에 의해 한 엑추에이터가 구동되지 않으나, 많은 경우에 큰 유속(높은 속도)을 요구하는 엑추에이터에 있어서, 엑추에이터에 대해 펌프로부터 배출되는 오일과 다른 펌프로부터 배출되는 오일이 서로 합쳐지고 엑추에이터에 공급되는 구성이 적용된다.

이러한 경우에, 펌프로부터 배출되는 오일의 일부는 조절 밸브(14)가 풀 스트로크 상태에 있는 경우를 제외하고 절단 밸브(19)에 의해 누출되어, 합류시기에 유속은 상기한 바와 같이 누출량에 일치하는 양만큼 감소한다. 제 4 실시예에서, 이러한 불편함을 막기 위하여, 합쳐진 오일의 예정된 특정량을 보장하기 위해 오일을 합치는 작동하에 절단 밸브(19)가 닫히는 합류 시스템을 사용하는 회로 구성이 적용된다.

도 13에서, 도면 부호 34 는 큰 유속의 엑추에이터인 수력 실린더를 나타내고, 35 는 실린더(34)를 위한 주오일 압력원으로 작용하는 수력 펌프를 나타내고, 36 은 실린더를 조절하는 조절 밸브(이후 제 1 펌프와 제 1 조절 밸브는 실린더 회로를 위해 언급될 것이다.), 37 은 합류 밸브를 나타낸다. 합류 라인(38)은 제 1 펌프 (12)로부터의 배출라인에 연결된다. 제 2 조절 밸브(36)가 그 연장측으로 작동될 때, 제 1 펌프(12)로부터 배출된 오일은 합류 라인(38)과 합류 밸브(37)를 통해 제 2 펌프로부터 배출된 오일과 합쳐지고, 이로서 합류된 오일은 수력 실린더(34)로 피드된다. 이 때, 제 2 조절 밸브(36)의 안내 압력은 폐쇄 방향에서 절단 밸브(19)를 작동하기 위해 셔틀 밸브(39)를 통하여 절단 밸브(19)로 도입된다.

이렇게 함으로써, 회전 모터 회로의 누출 라인이 폐쇄되어, 제 1 펌프(12)로부터 배출된 오일은 수력 실린더 회로측으로 낭비됨이 없이 연합된다. 조절 밸브(14,36)가 동시에 작동될 때, 제 1 펌프(12)로부터 배출된 오일은 양 회로로 분배된다. 동시 작업시 절단 밸브(19)의 지연작용이 실패하나, 회전 모터(11)로 피드되는 오일의 양이 상기 플로우 분배작용에 의해 감소되기 때문에, 절단 밸브(19)의 지연 작용의 공개 상태와 유사하다. 그러므로, 본 발명은 상기 합류 시스템에 적용되는 회로 구성에 아무 문제없이 적용될 수 있다.

제 5 실시예 (도 14 - 21)

도 14에서 도면부호 111 은 수력 모터로서 회전 모터를 나타내고, 부호 112 는 수력 펌프, 부호 113 은 수력 펌프를 구동시키기 위한 일차적 발동기로서 엔진을 나타내고, 부호 114 는 회전 모터(111)의 작동을 조절하기에 용이한 수력 안내 전환 타입의 조절 밸브를 표시하고, 부호 115 및 116 은 작동 레버에 의해 각각 작동되는 안내 밸브를 표시하고, 부호 117 은 릴리프 밸브, 부호 118 은 안내 밸브(115,116)을 위한 주압력 공급원으로서 제공되는 보조 수력펌프를 나타낸다.

도 15는 조절 밸브(114)의 레버 위치와 그 개방영역간의 관계를 보인 것이다. 같은 도면에서 보인 바와 같이, 양 미터-인 및 미터-아웃 개방영역은 레버의 중립 위치에서 최소가 된다. 조절 밸브(114)의 개방 영역은 작동 레버의 작동량이 증가할수록 증가한다.

플로우 조절 밸브로서 언로딩 밸브(120)는 수력 펌프(112)로부터 회전 모터(111)로 향하는 흐름의 일부를 오일 탱크로 우회시키기 위한 라인(119)에 제공된다. 언로딩 밸브(120)는 전자기 비레 밸브이다. 언로딩 밸브(120)의 작동은 밸브 조절 수단으로서 콘트롤러(121)에 의해 지배된다. 안내 압력(Pi)과 엔진 회전(N)은 콘트롤러(121)에 신호로서 입력된다. 안내 압력(Pi)은 안내 밸브(115 및 116)의 작동량에 비례하여 배출되는 오일의 압력을 감지하는 압력 센서(122)로부터 출력된다.

엔진회전(N)은 엔진회전센서(113a)로부터 출력된다. 숫자 123은 브레이크 회로를 나타낸다. 이 회로 구성에 의하면, 안내 밸브(116)으로부터 출력되는 안내 압력이 조절 밸브(114)의 우측에 위치하는 안내 포트(114a)에 작용될 때, 조절 밸브는 중립 위치로부터 가속방향으로 작동되고, 모터(111)은 오른손 방향으로 회전한다. 이 때, 안내 압력 (Pi)은 압력 센서(122)에 의해 감지되고 콘트롤러(121)로 출력된다. 안내 압력(Pi)와 일치하여, 콘트롤러(121)는 언로딩 밸브(120)의 개방영역을 조절한다. 또한, 모터(111)가 왼손방향으로 회전되는 경우에, 언로딩 밸브(120)의 개방영역은 안내 압력(Pi)에 따라 조절된다.

도 16 은 콘트롤러(121)에 의해 조절되는 언로딩 밸브(120)의 개방 영역 특성을 보인 그래프이다. 언로딩 밸브(120)는 정적 입력에 좋은 미터-인 특성을 나타내고, 시간 지연 없는 범위(D1) 및 시간 지연 범위(D2)가 제공된다. 여기서 언급되는 '시간 지연'은 일차 지연을 나타낸다. 언로딩 밸브(120)는 제한 위치 ″a″를 가지고, 완전히 페쇄된 위치 ″b″ 를 가지며, 이것은 콘트롤러(121)로부터 제공된 명령에 일치하여 하나에서 다른 하나로 변화된다. ″Th″는 한계값을 나타낸다.

종래의 수력 굴착기의 회전 작동에서, 작동 레버가 한 번에 최대 한계까지 작동되면, 그 누출 라인은 닫혀서, 펌프 압력과 미터-인 압력은 과부하된 릴리프 압력까지 올라가므로, 과다한 가속을 일으킨다. 이 과다한 가속을 감소시키기 위해 작동 레버의 작동량이 최대일 때 언로딩 밸브가 개방되어 있으면, 펌프로부터의 오일은 언로딩 밸브를 통과하고 탱크로 배출되어, 더 이상 수력 모터가 최대 속도에 도달하는 것이 가능하지 않다.

언로딩 밸브의 작동이 전체 범위를 거쳐서 지연되면, 같은 밸브의 작동은 처음부터 조절 밸브의 작동과 관계하여 지연된다. 결과적으로, 작동 시작에 필요한 펌프 압력상승까지 지연이 일어나고, 이로서 작동 레버의 작동에 반응하는 움직임을 얻는 것이 더 이상 가능하지 않는다.

도 16 에 보인 다섯 번째 실시예에 의하면, 언로딩 밸브(120)의 개방 영역 특성(S1)과 연관하여, 시간 지연없는 영역(D1)과 조절 밸브(114)의 스풀 모션에 대한 시간 지연 영역(D2)이 설정된다.

작동레버의 작동량이 작을 때, 시간지연 없는 범위(D1)가 선택되어 작동레버 작동에 대한 응답에서 시간 지연없이 엑추에이터가 작동한다. 그러므로, 작동레버의 근소한 작동은 엑추에이터가 높은 반응도로 작동하도록 한다. 한편, 작동 레버의 급작동시 시간 지연 영역(D2)이 선택되고 그러므로 언로딩 밸브(120)가 갑자기 닫히는 위험이 없다. 그러므로 과다한 토크는 일어나지 않고, 원활한 가속이 얻어진다. 이후 엑추에이터를 가속시키는 동안 언로딩 밸브(120)가 천천히 닫혀딘다. 언로딩 밸브(120)가 닫혀지는 동안 펌프로부터 엑추에이터로 배출된 오일의 전체량을 도입하는 것이 가능하여 최대 속도에 도달하는 것이 가능하게 된다.

시간 지연이 작동 레버의 리턴시 취소되도록 설정되므로, 언로딩 밸브(120)는 미터-인 경로의 닫힘 상태에서 폐쇄되고, 이로서 펌프 압력의 비정상적인 상승이 방지된다.

이제 도 17을 참고로 하여 헌팅 현상을 방지하기 위한 방법이 설명된다. 조작자가 전방 부착물의 작은 관성 모멘트에서 과다 가속을 거치는 경우에, 헌팅 현상은 일어나기 쉽다. 헌팅 현상을 유발하기 쉬운 레버 작동과 연관하여 이하 이제 굴곡 입력 작동(입력 신호 S2) 이 시간 지연 구역(D2)에서 수행되어 온 경우에 대하여 설명한다.

도 17 에서 보인 바와 같이, 시간 지연 구역(D2)에서, 누출 개방 영역은 작고 펌프 압력(모터 미터-인 압력)은 개방 영역에서의 변화의 제곱에 역비례함으로써, 압력 변화의 폭이 커진다. 그러므로, 시간 지연 범위(D2)의 개방 영역에서 급변화가 일어나면, 급가속이 일어나고, 헌팅 현상은 감쇠없이 계속되는 경향이 있다. 이 실시예에서는 그러나, 언로딩 밸브(120)가 시간 지연을 가지고, 단지 페쇄 방향으로 시간 지연영역(D2)에서 작동되므로, 개방 영역에서의 변화와 개방경향이 오히려 작아지게 된다. 결과적으로, 시간 지연이 없을 때 얻어지는 응답(S3)(도 17의 점선에 나타난 바와 같이)과 비교하여 진폭이 극도로 작은 응답(S4)이 얻어진다. 그러므로, 언로딩 밸브(120)의 개방 영역이 작고 펌프 압력을 증가하는 것이 쉬운 영역에서 과당한 가속이 일어나지 않고 헌팅 현상도 억압된다.

제 5 실시예에서는 더구나, 회전 센서(113a)를 사용하는 엔진(113)의 회전수를 감지함으로써, 언로딩 밸브(120)의 지연 요소인 일차 지연은 엔진의 회전수(N)에 따라 변화할 수 있다.

최대 펌프 유속이 엔진 회전에 비례하는 곳에서, 엔진 회전을 기초로 하여 펌프의 배출 유속을 잡는 것이 가능하다. 조작자는 필요에 따라 낮고 높은 아이들링 조건사이의 엔진 회전(N)을 조정한다.

조작자가 엔진 회전(N)을 낮은 아이들링 조건으로 조정하고 이로서 펌프의 유속이 증가될 때, 누출 개방에서의 변화에 대한 펌프 압력의 응답 감지도는 낮아진다. 결과적으로, 회전 가속은 떨어지고, 회전압력은 좀처럼 릴리프 압력에 도달하지 않는다. 다른 한편, 조작자가 엔진 회전(N)을 높은 아이들링 조건으로 조정할 때, 작동 레버가 깊게 작동되지 않으면 회전을 시작하는 것이 불가능하다. 게다가, 누출이 언로딩 밸브(120)의 시간 지연 영역(D2)에서 발생하는 경우에 가속은 시간지연과 함게 진행한다. 물론, 이 점은 바람직하지 않다.

제 5 실시에에서 사용된 콘트롤러(121)는 언로딩 밸브(120)를 조절하는데 사용되는 ″일차지연 시간 상수″를 작게 또는 0으로 만들 수 있고 이로서 조절 밸브(114)의 스풀과 언로딩 밸브(120)의 스풀은 실질적으로 같은 속도에서 움직일 수 있으므로 도 16에서 보인 시간 지연 영역(D2)을 생략할 수 있게 한다. 결과적으로, 동작의 시작시 작동 레버의 위치는 종종 매우 깊으나, 더 이상 아무때나 작동의 시간지연이 일어나지는 않는다.

일차 지연 시간상수를 사용하는 조절지점에서, 콘트롤러(121)에 대한 지연요소로서 속도 제한기가 사용될 수 있고 속도 제한기의 제한 속도는 엔진의 회전수(N)에 따라 변화할 수 있다.

도 18의 플로우 차트는 일차 지연의 시간 상수를 변화시키도록 조절하기 위한 조절 플로우를 보인 것이다.

스텝 S1에서, 엔진의 회전수(N)와 작동 레버의 안내 압력(P1)은 엔진 회전 센서(113a)와 압력 센서(122)에 의해 각각 감지된다. 감지 결과는 콘트롤러(121)에 입력된다. 콘트롤러(121)는 안내 압력(Pi)에 따라 조절 밸브(114)를 위한 명령 밸브(Cv)를 출력한다. 그러면, 스텝 S2에서는 명령 밸브(Cv)가 한계 밸브(Th)보다 작지 않은지에 대한 판단이 이루어진다. 만일 응답이 긍정적이면, 스텝 S3에서는 명령 밸브(Cv)가 플러스 방향에 있는지 아닌지가 판단된다. 명령 밸브(Cv)의 플러스 방향은 언로딩 밸브(120)의 입력 신호가 커지는 방향을 의미한다. 만일 응답이 스텝 S3에서 긍정적이면, 엔진 회전(N)에 비례하는 일차 지연상수는 스텝 S4에서 계산된다. 이 계산의 결과는 스텝 S5에서 언로딩 밸브를 위한 명령 밸브(Cv')로서 설정된다. 마지막으로, 스텝 S6에서 언로딩 밸브(120)은 명령 밸브(Cv')와 일치하여 조절된다. 만일 스텝 S2에서 응답이 부정적이면 시간 지연 없는 응답이 스텝 S7에서 설정된다.

심지어 아이들링 조건에 의한 시간 지연 영역(D2)의 범위를 바꿈으로써 일차 지연 상수를 변화시키는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 더욱 상세하세는, 엔진 회전(N)이 낮을 때, 시간지연 영역(D2)은 작은 범위로 족한데, 이는 과다한 가속 발생의 위험이 없기 때문이다. 그러므로 낮은 엔진 회전에서는 한계 밸브(Th)를 크게 설정하는 것이 가능하다. 즉, 시간 지연 영역(D2)을 좁히거나 이를 제외하는 것이 가능하다.

이 경우 도 19 에 보인 바와 같은 한계값 특성 처리는 도 18 에 보인 바와 같이 스텝 S1 및 S2 사이에서 부가될 수 있다. 더욱 상세하게는 엔진 회전(N)에 대응하는 한계값(Th)은 도 19에 보인 점선(S5)과 같은 한계값(Th)의 기초하에 결정되고, 그러므로 얻어진 한계값(Th)은 도 18의 스텝 S2의 한계값(Th)에서와 같이 설정된다.

펌프로부터 배출된 오일량을 조절하는 것이 가능한 경우에, 오일로부터 방출되는 오일의 유속은 엔진의 회전수 감소에 응답하여 보정될 수 있고, 그러므로 시간 상수의 전술한 보정과 함께 플로우 조절에 상당한 양만큼 영향을 미치는 것이 가능하다.

만일 펌프가 그러한 보정 기능을 가지지 않으면, 상기한 바와 같은 목적은 펌프 유속의 감소를 보정하기 위한 엔진 회전(N)의 기초하에 언로딩 밸브(120)의 개방영역 특성을 조정함으로써 얻어질 수 있다. 더욱 상세하게는, 밸브의 개방영역을 극대화하기 위해 언로딩 밸브(120)의 개방영역을 표준 개방영역보다 작게 함으로써 회전의 초기에 작동 레버의 위치를 보정하는 것이 가능하고, 만족할 만한 플로우 조절이 낮은 아이들링 조건에서도 이루어질 수 있다. 더욱 자세하게는, 조절 밸브(114)가 높은 아이들링 조건에서 매치되게 설정되면, 언로딩 밸브(120)의 명령은 움직임 초기에 작동레버의 위치가 낮은 아이들링 조건에서 비교적 좁게 되도록 보정된다.

이 보정은 도 20과 도 21에 보여진다. 도 20에서, 라인 S6 은 낮은 아이들링 조건에서 지휘되는 언로딩 밸브의 개방 특성을 대표하고, 라인 S7은 높은 아이들링 조건에서 지휘되는 개방 특성을 대표한다. 목적 엔진 회전에 대응하는 극대 개방 영역(AN)은 높은 아이들링 동안 표준 상태의 시동 지점(A)의 개방영역(AHi)로부터 심지어 최저 엔진 회전에서조차 초기 압력의 발생을 허용하는 개방영역(ALo)까지의 범위에 거쳐 연속적으로 콘트롤러(121)의 내부 ROM에 저장된다.

작동 레버의 위치 및 엔진의 회전수(N)가 감지될 때, 콘트롤러(121)는 엔진 회전 대 개방 영역을 보이는 도 21의 특성 다이어그램을 기초로 하여 엔진회전(N)에 대응한 개방영역(AN)을 측정한다. 그러면, 결정된 개방 영역(AN)에 대응한, 도 20 에 보인 바와 같은 조절 밸브 명령이 준비된다. 콘트롤러(121)은 작동 레버의 위치에 대응하는 언로딩 밸브에 대한 명령 밸브(Cv)를 측정하고, 언로딩 밸브(120)에 대한 결과를 출력한다. 그러므로 작동 레버 위치에 따른 개방 영역은 엔진 회전(N)의 감소에 비례하여 작게 만들어진다.

제 1 내지 제 4 실시예에서 상술한 바와 같이, 절단 밸브(19)는 시간 지연 없이 그 개방 방향에서 작동됨에도 불구하고, 필요하면 그 개방방향에서 시간지연을 가지고 절단 밸브가 작동되는 구성이 적용될 수 있다.

본 실시예에서 본 발명은 회전 모터에 작용되나, 그 발명이 수력 굴착기 또는 수력 크레인내의 주행 모터에도 역시 적용가능하다.

Claims (14)

1. 수력모터;

   상기 수력모터에 오일 압력을 공급하는 수력펌프;

   작동수단으로부터 제공된 명령에 따라 상기 수력모터의 작동을 조절하는 조절밸브;

   수력모터로 향하는 오일흐름의 일부를 탱크로 우회하는 라인에 배치된 플로우 조절밸브;

   수력모터의 급가속 작동을 막기 위해 상기 조절밸브의 움직임에 시간지연을 두고 상기 플로우 조절밸브를 작동시키는, 상기 플로우 조절밸브를 조절하기 위한 밸브조절수단;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플로우 조절밸브는 수력모터로 향하는 오일흐름의 일부를 탱크로 우회시키는 누출라인에 배치되고;

   상기 밸브조절수단은 상기 조절밸브의 작동과 맞물려서 조절밸브의 풀 스트로크에서 최소 개방영역을, 조절밸브의 중립상태에서는 최대 개방영역을 나타내도록 상기 플로우 조절밸브를 조절하고, 플로우 조절밸브의 개방영역이 작아지는 닫힘방향에서 밸브조절수단은 조절밸브의 움직임에 시간지연을 두고 플로우 조절밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 플로우 조절밸브의 개방영역이 커지는 열림방향에서, 상기 밸브조절수단은 상기 조절밸브의 움직임에 대한 시간 지체없이 플로우 조절밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 수력펌프로부터 배출되는 오일을 다른 수력펌프에서 다른 수력 엑추에이터로 공급되는 오일과 합치기 위한 합류라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 오일이 서로 합쳐질 때, 상기 밸브조절수단은 시간지연없이 닫힘방향으로 상기 플로우 조절밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 조절밸브와 상기 플로우 조절밸브는 수력안내타입 밸브이고;

   상기 밸브조절수단은 상기 플로우 조절밸브의 안내부로의 안내압력 공급을 지연시키기 위한 안내회로에 제공되는 제한기를 가지고, 상기 안내회로는 조절밸브의 안내라인과 플로우 조절밸브의 안내 배출구를 서로 결합시키는 것을 특징으로 하는 수력 모터 조절시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브조절수단은 상기 제한기와 평행인 체크 밸브를 가지며, 상기 체크 밸브는 안내부로부터의 안내 압력을 경감하는 방향으로만 오일이 흐르도록 하는 것임을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 플로우 조절밸브는 전자기 비례밸브이고; 상기 밸브조절수단은 플로우 조절밸브의 개방영역이 작아지는 닫힘방향에서 상기 조절밸브의 움직임에 시간지연을 두고, 상기 플로우 조절밸브의 전자기 작동부로의 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 밸브조절수단은 플로우 조절밸브의 개방영역이 커지는 열림방향에서 상기 조절밸브의 움직임에 시간지연없이 상기 플로우 조절밸브의 전자기 작동부로의 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 밸브조절수단은 시간지연 정도가 수력 펌프에 대한 구동원으로서의 엔진의 회전수에 따라 변할 수 있도록 하는 것임을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 밸브조절수단은 상기 플로우 조절밸브의 개방영역특성이 수력펌프에 대한 구동원으로서의 엔진회전수에 의해 변하는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 플로우 조절밸브는 상기 조절밸브에 비해 전방에서 수력모터로 향하는 오일흐름의 일부가 탱크로 우회하도록 하는 누출 라인에 배치되고;

    상기 밸브조절수단은 상기 작동수단의 작동량이 작은 경우에 상기 조절밸브의 움직임에 대한 시간지연없이 상기 플로우 조절밸브를 작동시키고, 작동수단의 작동량이 큰 경우에 조절밸브의 움직임에 대한 시간지연을 가지고 플로우 조절밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 밸브조절수단은 시간지연 정도가 수력펌프에 대한 구동원인 엔진의 회전수에 의해 변하도록 하는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 조절밸브의 움직임에 대한 시간지연없이 상기 플로우 조절밸브가 작동되는 범위가 수력 펌프에 대한 구동원인 엔진의 회전수에 따라 상기 상기 밸브조절수단에 의해 변화가능하게 되는 것을 특징으로 하는 수력모터 조절시스템.

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