KR100337091B1

KR100337091B1 - 유압액츄에이터용의조작제어장치

Info

Publication number: KR100337091B1
Application number: KR1019970006286A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 모리야; 이사오 무로타; 마코토 하스이케
Original assignee: 신갸타피라 미쓰비시 가부시키가이샤
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2002-12-02
Also published as: JPH102303A; JP3567051B2; DE69718706T2; US5839279A; EP0812964B1; EP0812964A1; DE69718706D1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

유압셔블 등에 설치되는 유압액츄에이터용의 조작제어장치

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

조작구의 조작량에 대한 유압액츄에이터의 작동속도를 용이하게 변경할 수 있도록 한 것이다.

3. 발명의 해결방법의 요지

조작레버의 조작량을 검지하는 조작량 검지수단(17)으로부터의 입력신호를, 신호를 바꿔읽는 기기(22)에 있어서 논리함수로 바꿔읽어 증감하고, 이 증감한 신호를, 유압펌프의 용량가변수단(제 1 전자비례제어밸브(12))에 지령을 출력하는 펌프제어수단(25)과, 콘트롤밸브의 개도량 제어수단(제 2 전자비례제어밸브(14U),(14D))에 지령을 출력하는 밸브제어수단(26)과의 양자에 출력하도록 한 것이다.

4. 발명의 중요한 용도

유압용 기기

Description

유압액츄에이터용의 조작제어장치{OPERATIONAL CONTROL UNIT FOR HYDRAULIC ACTUATOR}

본 발명은, 유압셔블 등에 설치되는 유압액츄에이터용의 조작제어장치의 기술분야에 속하는 것이다.

일반적으로, 이러한 종류의 조작제어장치 중에는, 제 5 도에 나타낸 바와 같이, 유압액츄에이터용 조작구(16)의 조작량을 검지하는 조작량 검지수단(17)으로부터의 신호를 입력하고, 그 입력신호에 의거하여, 유압액츄에이터(7)에 압력오일을 공급하는 가변용량형 유압펌프(10)의 용량가변수단(제 5 도에 있어서는, 유압펌프(10)에 경사판제어용의 압력오일을 공급하는 전자비례제어밸브(12))에 제어지령을 출력하는 펌프제어수단(25)과, 유압액츄에이터(7)로 공급되는 압력오일의 유량을 제어하는 콘트롤밸브(13)의 개도량(開度量)제어수단(제 5 도에 있어서는, 콘트롤밸브(13)에 파이롯트압력 오일을 공급하는 전자비례제어밸브(14U),(14D))에 제어지령을 출력하는 밸브제어수단(26)을 설치한 것이 있다.

이것에 있어서, 상기 밸브제어수단(26)은, 조작구(16)의 조작량에 대한 콘트롤밸브(13)의 스풀 스트로크특성(제 6(Z)도에 나타낸다)에 의거하여 제어지령을 출력하고, 또 펌프제어수단(25)은, 조작구(16)의 조작량에 대한 유압펌프(10)의 경사판 변위특성(제 6(Y) 도에 나타낸다)에 의거하여 제어지령을 출력하도록 설정되어 있다. 그러나 이 경우, 콘트롤밸브의 스풀 스트로크, 즉 밸브개도량과 유압펌프의 용량과의 사이에는, 사전에 적절한 관계가 유지되도록 설정되어 있다. 즉, 예를들면 콘트롤밸브의 개도량에 대하여 유압펌프로부터의 공급유량이 많으면 그 유압펌프와 콘트롤밸브와의 사이에 고압이 발생하고, 또 콘트롤밸브의 개도량에 대하여 유압펌프로부터의 공급유량이 적으면 유압액츄에이터가 진공상태가 되어 버리는 문제가 있어, 이와 같은 일이 없도록 설정되어 있다.

그런데 최근, 작업성, 조작성의 향상을 도모하기 위해서, 오퍼레이터의 개인차, 또는 작업내용 등에 따라서, 조작구의 조작량에 대한 유압액츄에이터의 작동속도를, 필요에 있어서 임의로 변경할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다.

그래서, 상기 조작제어장치에 있어서, 조작구의 조작량에 대한 콘트롤밸브의 개도량을, 조절다이얼 등의 조작수단에 의해서 변경할 수 있도록 하는 것이 제창된다. 그런데 이 경우, 상술한 바와 같이 콘트롤밸브의 개도량과 유압펌프의 용량을, 사전에 설정되는 관계로 유지하여야 한다. 이 때문에, 조작구의 조작량에 대하여 콘트롤밸브의 개도량을 변경한 경우, 이와 함께 유압펌프의 경사판 변위량도 상기 대응하는 관계가 되도록 변경하여야 하나, 그와 같은 제어는 복잡하고 사실상 어렵다는 문제가 있어, 여기에 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 있었다.

또한, 조작구의 조작에 대한 유압액츄에이터의 응답속도를, 필요에 있어서 임의로 변경할 수 있게 하고 싶다는 요구도 있고, 이에 대처한다는 과제도 있었다.

본 발명은, 상기와 같이 실정에 감안하여, 이들 과제를 해결하는 것을 목적으로 하고 있다.

제 1 도는, 유압셔블(shovel)의 개략측면도,

제 2 도는, 붐실린더의 조작제어장치를 나타내는 도면,

제 3 도는, 제어부의 구성을 나타내는 블록도,

제 4 도의 (V)는 이론함수를 나타내는 그래프도,

(W)는 펌프응답속도를 나타내는 그래프도,

(X)는 밸브응답속도를 나타내는 그래프도,

(Y)는 경사판변위특성을 나타내는 그래프도,

(Z)는 스풀 스트로크특성을 나타내는 그래프도,

제 5 도는, 종래의 조작제어장치를 나타내는 도면,

제 6 도는, (Y)는 경사판변위특성을 나타내는 그래프도,

(Z)는 스풀 스트로크특성을 나타내는 그래프도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

7 : 붐실린더 10 : 유압펌프

12 : 제 1 전자(電磁)비례제어밸브

13 : 콘트롤밸브 14U : 제 2 전자비례제어밸브

14D : 제 2 전자비례제어밸브 16 : 조작레버

17 : 조작량 검지수단 19 : 모드전환스위치

22 : 신호를 바꿔읽는 기기 23 : 펌프응답 속도조절기

24 : 밸브응답 속도조절기 25 : 펌프제어수단

26 : 밸브제어수단

즉, 본 발명은, 유압액츄에이터용 조작구의 조작량에 대응하는 신호를 입력하고, 유압액츄에이터로의 유압공급용 유압펌프의 용량가변수단에 대하여 상기 입력신호에 의거하는 제어지령을 출력하는 펌프제어수단과, 유압액츄에이터로의 압력오일유량제어용 콘트롤밸브의 개도량 제어수단에 대하여 상기 입력신호에 의거하는 제어지령을 출력하는 밸브제어수단을 구비하여 이루어지는 조작제어장치에 있어서, 이 조작제어장치에, 상기 입력신호를 사전에 설정되는 복수의 논리함수로 바꿔읽는 것을 가능하게 하고, 이들 복수의 논리함수 중에서 임의로 선택된 논리함수로 바꿔읽힌 신호를, 상기 펌프제어수단과 밸브제어수단 양자에 출력할 수 있는 신호바꿔읽기수단을 설치한 것이다. 이에 의해서, 조작구로부터의 입력신호는, 신호바꿔읽기수단에 있어서 선택된 논리함수로 바꿔읽히고, 이 바꿔읽힌 신호가 펌프제어수단과 밸브제어수단과의 양자에 출력되게 되고, 그리고 콘트롤밸브(13)의 개도량과 유압펌프(10)의 공급유량과의 적정한 관계를 유지한 상태에서, 조작구의 조작량에 대한 유압액츄에이터의 작동속도를 용이하게 변경할 수 있게 되어, 조작성, 작업성이 향상한다.

또한, 상기 조작구로부터의 신호입력에 대한 펌프제어수단 및 밸브제어수단의 제어지령출력의 응답속도는, 사전에 설정되는 복수의 응답속도중에서 임의로 선택된 응답속도로 조절되는 것으로 함으로써, 조작구의 조작에 대한 유압펌프 및 콘트롤밸브의 응답속도를 조절할 수 있고, 조작성, 작업성의 향상에도 물론 공헌할 수 있다.

또한, 이것에 있어서, 선택되는 논리함수 및 응답속도는, 복수의 논리함수 및 복수의 응답속도 중에서 각각 임의로 하나씩 선택하여 설정되는 조합모드의 복수개 중 임의의 하나를 선택조작수단으로 선택함으로써, 선택조작수단에 의해서 논리함수 및 응답속도를 동시적이면서도 용이하게 선택할 수 있게 되어, 보다 조작성이 우수한 것으로 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다. 도면에 있어서, 1은 유압셔블이고, 그 유압셔블(1)은, 클로러(crawler)식의 하부주행체(2), 그 하부주행체(2)의 위쪽으로 선회가 자유롭게 지정되는 상부선회체(3), 그 상부선회체(3)에 기초끝단부가 상하요동이 자유롭게 지지되는 붐(4), 그 붐(4)의 앞끝단부에 전후요동이 자유롭게 지지되는 스틱(5), 그 스틱(5)의 앞끝단부에 요동이 자유롭게 지지되는 버킷(6) 등의 각 부로 구성되어 있고, 또 이들 각 부를 작동시키기 위한 주행모터, 선회모터(모두 도시하지 않음), 붐실린더(7), 스틱실린더(8), 버킷실린더(9)등의 각종 유압액츄에이터가 설치되어 있는 것 등의 기본적구성은 종래대로이다. 그리고 본 실시형태에 있어서는, 상기 각 유압액츄에이터를 작동시키기 위한 조작제어장치에 본 발명이 실시되고 있으나, 모두 동일하게 하여 실시할 수 있기 때문에, 이하, 붐 실린더(7)의 경우를 예로 들어 설명한다.

상기 붐 실린더(7)는, 엔진의 동력으로 구동하는 유압펌프(10)로부터의 압력오일공급에 의거하여 신축작동하나, 그 유압펌프(10)는, 경사판(10a)의 경사각변위에 의거하여 토출유량이 변화하는 경사판식 아키셜피스톤 펌프로 구성되는 가변용량식의 것으로, 이 유압펌프(10)의 경사용 레귤레이터(11)는, 후술하는 제 1 전자비례제어밸브(12)로부터 공급되는 파이롯트압력오일의 압력에 대응하여 경사판(10a)의 경사제어를 행하도록 구성되어 있다.

또한, 13은 상기 유압펌프(10)로부터 붐실린더(7)에 이르는 유로에 배열 설치되는 콘트롤밸브로, 이 콘트롤밸브(13)는, 후술하는 제 2 전자비례제어밸브(14U),(14D)로부터 파이롯트포트(13U),(13D)로 공급되는 파이롯트압력오일의 압력변화에 의거하여 스풀 스트로크가 변화하고, 이 스풀 스트로크에 대응하는 유량의 압력오일을 붐실린더(7)에 공급하는 유량제어밸브로 구성되어 있다. 여기에서, 15는 상기 제 1, 제 2 전자비례 제어밸브(12),(14U),(14D)에 압력오일을 공급하는 파이롯트펌프이다.

또한, 16은, 붐 실린더(7)용의 조작레버로, 이 조작레버(16)는, 오퍼레이터의 조작량, 즉 중립위치로부터의 조작각도 θ가 각도검지센서 등의 조작량 검지수단(17)에 의해서 검지되고, 그 검지신호가 후술하는 제어부(18)에 입력되도록 되어 있다.

상기 제어부(18)는, 마이크로컴퓨터 등으로 구성되는 것이나, 상기 조작량 검지수단(17), 후술하는 모드전환스위치(19)로부터의 신호를 입력하고, 이들 입력신호에 의거하여 상기 제 1, 제 2 전자비례제어밸브(12),(14U),(14D)에 제어지령을출력하도록 구성되어 있다.

다음에, 상기 제어부(18)의 구성에 대하여, 제 3 도에 의거하여 설명하면, 22는 신호를 바꿔읽는 기기로, 이 신호를 바꿔읽는 기기(22)는, 상기 조작량 검지수단(17)으로부터의 신호를 입력하고, 이 입력신호의 크기(즉 조작레버(16)의 조작량의 크기)를, 사전에 설정되는 복수의 논리함수로 바꿔읽어서 출력하도록 설정되어 있다.

이것을 구체적으로 설명하면, 본 실시형태에 있어서는, 제 4(V) 도의 (1)∼(7)에 나타내는 7가지의 논리함수가 설정되어 있다. 즉, (1)∼(3)의 논리함수에서는 상기 입력신호를 증대하고, (4)의 논리함수는 증감하지 않고 그대로, 또 (5)∼(7)의 논리함수는 감소하여 출력하도록 설정되어 있으나, 이들 중 어느 논리함수를 채용하는가는, 운전석부에 설치된 모드전환스위치(19)에 의해서 선택할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 상기 신호를 바꿔읽는 기기(22)로부터 출력된 신호는, 펌프응답속도조절기(23) 및 밸브응답 속도조절기(24) 양자에 입력되도록 되어 있다. 이들 응답 속고조절기(23),(24)는, 조작레버(16)의 조작에 대한 유압펌프(10)의 경사판변위의 응답속도 및 콘트롤밸브(13)의 스풀 이동의 응답속도를 조절하는 것이나, 본 실시형태에 있어서는, 제 4(W) 도, 제 4(X) 도에 각각 나타낸 바와 같이, 펌프응답 속도조절기(23), 밸브응답속도조절기(24)에 대하여 「빠르다」,「표준」,「느리다」의 3가지 응답속도가 각각 설정되어 있다. 그리고, 어느 응답속도를 채용하는가는, 상기 모드전환스위치(19)에 의해서 선택할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 모드전환스위치(19)는, 본 실시형태에 있어서는, 사전에 설정되는 A,B,C의 3개 모드의 전환을 행하기 위한 스위치로, 이 모드전환스위치(19)를 누를 때마다 A→B→C→A…와 같이 모드가 전환되도록 되어 있다.

여기에서, 모드 A,B,C는, 상기 7가지의 논리함수, 3가지의 응답속도중에서, 논리함수선택다이얼(20), 응답속도선택다이얼(21)에 의해서 선택된 조합으로, 오퍼레이터가 기량, 작업내용 등에 대응하여 임의로 설정, 변경할 수 있고, 예를 들면, 모드 A는 입력신호를 증대시키는 논리함수(1)와 응답속도 「빠르다」, 모드 B는 증강하지 않는 논리함수(4)와 응답속도 「표준」, 모드 C는 감소시키는 논리함수(7)와 응답속도 「느리다」와 같이 설정된다. 이 경우, 사전에 설정되는 모드의 수는, 본 실시 형태에서는 3개로 하고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 2개, 또는 4개이상이어도 좋은 것은 물론이다.

그리고, 상기 모드전환스위치(19)로부터의 신호는, 상기 신호를 바꿔 읽는 기기(22) 및 펌프응답 속도조절기(23), 밸브응답 속도조절기(24)에 입력되도록 되어 있고, 예를 들면, 모드전환스위치(19)를 상기 모드 A로 전환한 경우에는, 신호를 바꿔읽는 기기(22)에 있어서(1)의 논리함수가 선택되고, 펌프응답 속도조절기(23) 및 밸브응답 속도조절기(24)에 있어서는 「빠르다」는 응답속도가 선택되도록 구성되어 있다.

한편, 25는 펌프제어수단으로, 이 펌프제어수단(25)은, 상기 펌프응답속도조절기(23)로부터 보내어온 신호를 입력하고, 이 입력신호에 대응하는 유압펌프(10)의 경사판제어를 하도록, 사전에 설정되어 있는 조작레버(16)의 조작량에 대한 유압펌프의 경사판변위특성(제 4(Y)도에 나타낸다)에 의거하여, 상기 제 1 전자비례제어밸브(12)에 대하여 제어지령을 출력하도록 구성되어 있으나, 상기 사전에 설정되어 있는 경사판변위특성은, 신호를 바꿔읽는 기기(22)에 있어서 (4)의 논리함수, 즉 조작량 검지수단(17)으로부터의 입력신호가 증감되지 않고 그대로의 크기로 출력되었을 때의 조작레버(16)의 조작량에 대한 경사판 변위량이 설정되어 있다.

또한, 26은 밸브제어수단으로, 이 밸브제어수단(26)은, 상기 밸브응답속도조절기(24)로부터 보내어온 신호를 입력하고, 그 입력신호에 대응하는 콘트롤밸브(13)의 개도량제어를 행하도록 사전에 설정되어 있는 조작레버(16)의 조작량에 대한 스풀 스트로크특성(제 4(Z) 도에 나타낸다)에 의거하여, 상기 제 2 전자 비례제어밸브(14U),(14D)에 대하여 제어지령을 출력하도록 구성되어 있으나, 상술한 펌프제어수단(25)과 마찬가지로, 상기 사전에 설정되어 있는 스풀 스트로크특성은, 신호를 바꿔읽는기기(22)에 있어서 (4)의 논리함수, 즉 조작량 검지수단(17)으로부터의 입력신호가 증감되지 않고 그대로의 크기로 출력되었을 때의 조작레버(16)의 조작량에 대한 스풀 스트로크가 설정되어 있다.

그리고, 이들 펌프제어수단(25)에 설정되는 경사판 변위특성과 밸브제어수단(26)에 설정되는 스풀 스트로크특성과의 사이는, 콘트롤밸브(13)의 개도량에 대하여 유압펌프(10)로부터의 압력오일 공급량이 적정하게 되도록 관계가 설정되어 있는 것은 물론이다.

서술한 바와 같이 구성된 것에 있어서, 제어부(18)는, 조작레버(16)가 조작된 것이 조작량 검지수단(17)에 의해서 검지된 경우, 이 조작량 검지수단(17)으로부터의 신호입력에 대응한 붐실린더(7)의 신축작동을 행하기 위해서 콘트롤밸브(13)의 개도량제어 및 유압펌프(10)의 토출량제어를 행하게 되나, 이 경우, 오퍼레이터는, 조작레버(16)의 조작량에 대한 붐실린더(7)의 신축속도를 용이하게 변경할 수 있다.

즉, 제어부(18)에는, 조작량 검지수단(17)으로부터의 입력신호의 크기를, 사전에 설정되는 복수의 논리함수로 바꿔읽어서 출력하는 신호를 바꿔읽는 기기(22)가 설치되어 있고, 그리고 이들 논리함수 중 모드전환스위치(19)에 의해서 선택된 논리함수로 바꿔읽힌 신호가, 펌프응답 속도조절기(23), 밸브응답 속도조절기(24)를 거쳐서 펌프제어수단(25), 밸브제어수단(26) 양쪽에 입력되고, 또 이들 제어수단(25),(26)으로부터 제 1, 제 2 전자 비례제어밸브(12),(14U),(14D)로 제어지령이 출력되어 유압펌프(10)의 용량제어 및 콘트롤밸브(13)의 개도량제어가 행하여지고, 그리고 이들 제어에 대응하는 붐실린더(7)의 신축작동이 행하여지게 된다.

이와 같이, 본 발명이 실시된 것에 있어서는, 조작량 검지수단(17)으로부터의 입력신호가, 신호를 바꿔읽는 기기(22)에 있어서 오퍼레이터가 선택된 크기로 바꿔읽히고, 그 바꿔읽힌 신호가 펌프제어수단(25), 밸브제어수단(26) 양쪽으로 출력되게 된다. 이 결과, 밸브제어수단(26), 펌프제어수단(25)에 각각 설정되는 스풀 스트로크특성, 경사판 변위특성을 변경하지 않고, 즉, 콘트롤밸브(13)의 개도량과 유압펌프(10)의 공급유량과의 적정한 관계는 유지된 상태에서, 조작레버(16)의 조작량에 대한 콘트롤밸브(13)의 스풀 스토크로 및 유압펌프(10)의 경사판 변위량의양자를 동시적으로 변경할 수 있게 된다. 그리고, 오퍼레이터의 개인차, 또는 작업내용 등의 작업상황에 대응하여, 조작레버(16)의 조작량에 대한 붐 실린더(7)의 신축속도를 용이하게 변경할 수 있게 되고, 조작성, 작업성이 대폭 향상한다.

여기에서, 상기 신호를 바꿔읽는 기기(22)에서의 입력신호의 바꿔읽기는, 사전에 설정된 논리함수에 의거하여, 이루어지나, 이 경우, 예를 들면 입력신호를 증대하여 출력하는 논리함수로 하면, 약간의 레버조작량으로 붐실린더(7)가 재빨리 신축하게 되어 능률이 좋은 작업을 행할 수 있고, 또 입력신호를 감소하여 출력하는 논리함수로 하면, 같은 레버조작량에 대하여 붐실린더(7)가 천천히 신축하게 되어 미세한 조작이 가능해진다.

또한, 이것에는, 펌프응답 속도조절기(23) 및 밸브응답 속도조절기(24)가 설치되어 있고, 유압펌프(10) 및 콘트롤밸브(13)의 응답속도를 조절할 수 있으나, 이 경우, 모드전환스위치(19)를 전환함으로써, 상기 논리함수의 전환과 응답속도의 전환을 원터치조작으로 동시에 행할 수 있고, 조작성, 작업성의 향상에도 물론 공헌할 수 있다.

Claims

유압액츄에이터용 조작구의 조작량에 대응하는 신호를 입력하고, 유압액츄에이터로의 압력오일공급용 유압펌프의 용량가변수단에 대하여 상기 입력신호에 의거하는 제어지령을 출력하는 펌프제어수단과, 유압액츄에이터로의 압력오일 유량제어용 콘트롤밸브의 개도량 제어수단에 대하여 상기 입력신호에 의거하는 제어지령을 출력하는 밸브제어수단을 구비하여 이루어지는 조작제어장치에 있어서, 이 조작제어장치에, 상기 입력신호를 사전에 설정되는 복수의 논리함수로 바꿔읽는 것을 가능하게 하고, 이들 복수의 논리함수 중에서 임의로 선택된 논리함수로 바꿔읽혀진 신호를, 상기 펌프제어수단과 밸브제어수단과의 양자에 출력할 수 있는 신호바꿔읽기수단을 설치하여, 펌프의 토출량 제어와 컨트롤 밸브의 개도량 제어를 상기 바꿔읽힌 신호에 의거하여 동시에 행할수 있도록 구성된 유압액츄에이터용의 조작제어장치.
제 1 항에 있어서, 또 상기 조작구로부터의 신호입력에 대한 펌프제어수단 및 밸브제어수단의 제어지령출력의 응답속도는, 사전에 설정되는 복수의 응답속도 중에서 임의로 선택된 응답속도로 조절되는 유압액츄에이터용의 조작제어장치.
제 2 항에 있어서, 선택되는 논리함수 및 응답속도는, 복수의 논리함수 및 응답속도는, 복수의 논리함수 및 복수의 응답속도 중에서 각각 임의로 하나씩을 선택하여 설정되는 조합모드의 복수개 중 임의의 하나를 선택조작수단으로 선택하는 것인 유압액츄에이터용의 조작제어장치.