KR100631064B1

KR100631064B1 - 건설중장비용 유량 가변제어장치

Info

Publication number: KR100631064B1
Application number: KR1020010082744A
Authority: KR
Inventors: 정해균
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-10-02
Also published as: KR20030052716A

Abstract

액츄에이터의 부하압력 및 유압펌프의 압력변동이 발생하는 경우에도 역류방지용 체크기능과 압력보상형 유량조절밸브에 의해 작업장치에 공급되는 유량 및 압력이 급격하게 변화되는 것을 방지하여 유압시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 한 것으로, 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)사이의 유로에 개폐가능하게 설치되어 이동량에 따라 유압펌프(2)로 부터 공급유로(7A,7B)로의 개구면적을 가변적으로 제어하는 제어가변스로틀(8a)을 갖는 로직체크밸브(8)와, 병렬유로(6)와 연결된 유로(17)와 로직체크밸브(8)의 압력실(12)에 연결된 유로(18)를 개폐시키도록 설치되며 로직체크밸브(8)출구측 유로(15)의 압력에 대한 제어밸브(4)출구측 유로(16)의 압력차에 의해 절환되는 제어스풀(26)을 갖는 로직제어밸브(13)와, 로직체크밸브(8)상단의 압력실(12)에 유입되는 유량으로 압력을 형성하기위한 오리피스(9)가 형성된 피스톤(21) 및 미리 설정된 탄성력에 의해 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)를 차단한 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 밸브스프링(11)을 제공한다.

건설중장비, 유압장치, 유량제어밸브, 역류방지, 가변제어

Description

건설중장비용 유량 가변제어장치{hydraulic apparatus for construction heavy equipment}

도 1은 종래 기술에 의한 유량 가변제어장치의 유압회로도,

도 2는 종래 기술에 의한 가변제어장치의 단면도,

도 3은 종래 기술에 의한 시트밸브의 요부발췌도,

도 4는 종래 기술에 의한 시트밸브의 다른 변형예시도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 유량 가변제어장치의 유압회로도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 유량 가변제어장치의 단면도,

도 7은 본 발명의 파일럿 압력과 스풀개구면적의 관계를 나타내는 그래프 이다.

* 도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명 *

1; 하우징 2; 유압펌프

4; 제어밸브 5; 펌프통로

6; 병렬통로 7A,7B; 공급통로

8; 로직체크밸브 9; 오리피스

12; 압력실 13; 로직제어밸브

21; 피스톤 22; 유량조절밸브체

26; 제어스풀 S; 스풀(spool)

본 발명은 굴삭기 등의 유압실린더와 같은 액츄에이터의 부하 및 유압펌프의 부하압력에 관계없이 설정된 유량을 액츄에이터에 일정하게 공급할 수 있도록 한 건설중장비용 유량제어장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 액츄에이터의 부하압력 및 유압펌프의 압력변동이 발생하는 경우에도 역류방지용 체크기능과 압력보상형 유량조절밸브에 의해 액츄에이터에 공급되는 유량 및 압력이 급격하게 변화되는 것을 방지하여 유압시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 한 유량제어장치에 관한 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 유량 가변제어장치는, 펌프통로(5)로 부터 피더통로(7)를 통하여 한쌍의 주가변 스로틀(16A,16B)에 공급되는 작동압의 유량을 제어하고, 한쌍의 부하통로(6A,6B)에 유입되는 작동압의 유량을 보조적으로 제어하는 방향절환밸브(100A,101A)는,

하우징(1)내에 이동할 수 있도록 설치되며 피더통로(7)에 보조가변스로틀(28)을 형성하는 시트밸브(300,301)와, 시트밸브(300,301)의 이동량에 따라 개구면적을 변화시키는 보조가변스로틀(28)을 갖는 시트밸브체(20)와,

피더통로(7)의 보조가변스로틀(28)보다 상류측(7C)을 제어가변스로틀(33)을 통하여 피더통로(7)의 하류측(7A,7B)에 연결하고 작동압의 유량에 의해 시트밸브체(20)의 이동량을 결정하는 파일럿 라인(24,29∼31,35∼37)과,

파일럿 라인(35,36)에 설치된 파일럿 가변스로틀(45) 및 유량제어신호(802,803)에 의해 파일럿 가변스로틀(45)의 개구면적을 변화시켜서 파일럿 라인(35,36)을 흐르는 파일럿 신호압을 제어하는 파일럿 유량제어밸브(400)를 구비하여 구성된다.
도면중 미설명부호 294는 유압펌프(200)로 부터 액츄에이터(703)에 공급되는 작동유를 제어하는 유량제어밸브이다.

따라서, 파일럿 신호압(P2a,P2b)의 인가에 따라 유량제어밸브(200B)가 도 1의 도면상, 좌측 또는 우측방향으로 절환됨에 따라, 유압펌프(200)로 부터 토출되어 절환된 유량제어밸브(200B)를 경유하여 공급되는 작동압에 의해 액츄에이터(701)를 구동시킬 때, 파일럿 신호압(P1a,P1b)의 인가에 따라 절환되는 유량제어밸브(200A)를 경유하여 액츄에이터(702)에 공급되는 작동압의 유량을 비례적으로 제어할 수 있게 된다.

그러나, 전술한 파일럿 유량제어밸브(400)가 항시 개방된 초기상태를 유지하게되므로 유압펌프(200)의 토출압력보다 액츄에이터(702)의 유로(6A,6B)측 부하압력이 더 높게 발생하는 경우, 시트밸브(300)의 역류에 의해 액츄에이터(702)에 설정된 작동압이 공급되지않게되어 제어불능으로 사고 위험성을 갖게되며, 이를 감안하여 도 4에 도시된 바와 같이, 시트밸브(301) 내부에 역류방지 체크밸브(122)를 별도로 설치하였으나, 이또한 역류 방지시 응답성이 떨어져 장비의 신뢰도가 떨어지고, 해당 부품수의 증가로 제작이 곤란하여 제작비용이 상승되는 문제점을 갖게 된다.

또한, 액츄에이터의 부하압력 또는 유압펌프의 토출압력에 따라 액츄에이터 에 공급되는 유량이 상이하여 안전상 위험이 발생될 수 있는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 유압실린더의 구동속도를 제어하는 유량제어밸브를 작동유 흐름방향을 제어하는 컨트롤밸브의 블록내부에 설치하여 부품수를 줄여 원가비용을 절감하고, 컴팩트한 구조로 인해 설계시 레이아웃상의 간섭을 방지하며 협소한 공간에서도 사용할 수 있도록 한 건설중장비용 유량제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 유압펌프의 토출압력보다 액츄에이터의 부하압력이 높게되어 역류방지 체크기능을 수행할 때 응답성이 뛰어나 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 건설중장비용 유량제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 구조를 간단화시켜 제작이 용이하여 제작비용을 낮추며, 유압시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 한 가변제어장치를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 유압펌프와, 유압펌프에 연결되어 작동유 공급시 구동하는 유압실린더와, 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 병렬로 설치되어 유압실린더에 공급되는 작동유의 흐름방향을 제어하는 제어밸브와, 제어밸브의 공급유로와 병렬유로사이의 유로에 설치되는 유량조절밸브체를 구비하는 건설중장비용 유량제어장치에 있어서, 전술한 유량조절밸브체(22)는,

병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)사이의 유로에 개폐가능하게 설치되어 이동량에 따라 유압펌프(2)로 부터 공급유로(7A,7B)로의 개구면적을 가변적으로 제어하는 제어가변스로틀(8a)을 갖는 로직체크밸브(8)와,

병렬유로(6)와 연결된 유로(17)와 로직체크밸브(8)의 압력실(12)에 연결된 유로(18)를 개폐시키도록 설치되며, 로직체크밸브(8)출구측 유로(15)의 압력에 대한 상기 제어밸브(4)출구측 유로(16)의 압력차에 의해 절환되는 제어스풀(26)을 갖는 로직제어밸브(13)와,

로직체크밸브(8)상단의 압력실(12)에 유입되는 유량으로 압력을 형성하기 위한 오리피스(9)가 형성된 피스톤(21) 및 미리 설정된 탄성력에 의해 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)를 차단한 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 밸브스프링(11)을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설중장비용 유량제어장치를 제공함에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유압펌프(2)와, 유압펌프(2)에 연결되어 작동유 공급으로 구동하는 유압실린더(3)와, 유압펌프(2)와 유압실린더(3)사이의 유로에 설치되어 유압실린더(3)에 공급되는 작동유의 흐름방향을 제어하는 제어밸브(4)와, 제어밸브(4)의 공급유로(7)와 병렬유로(6)사이의 유로에 설치되는 유량조절밸브체(22)를 구비하는 건설중장비용 유량제어장치에 적용된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 역류방지 체크기능과 압력보상형 유량조절밸브체(22)는, 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)사이의 유로를 개폐가능하게 설치되어 이동량에 따라 유압펌프(2)로 부터 공급유로(7A,7B)로의 개구면적을 가변적으로 제어하는 제어가변스로틀(8a)과, 하우징(1)내를 이동하는 이동량에 따라 로직체크밸브(8)의 이동량을 제어하고 압력실(12)에 유입되는 유량에 따라 압력을 발생하기위한 오리피스(9)가 형성된 피스톤(21)과, 미리 설정된 탄성력에 의해 병렬유로(6)와 공급유로(7)를 차단한 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 밸브스프링(11)을 포함하는 로직체크밸브(8)와,

병렬유로(6)와 연결된 유로(17)와 로직체크밸브(8)의 압력실(12)에 연결된 유로(18)를 개폐시키도록 설치되며, 압력실(13a)에 연결되며 공급유로(7A,7B)내의 압력을 감지하는 로직체크밸브(8)출구측 유로(15)의 압력과, 밸브스프링(14)의 설정된 탄성력 및 압력실(13b)에 연결되며 유압실린더(3)의 부하압력을 감지하는 제어밸브(4)출구측 유로(16)의 압력차에 따라 제어스풀(26)이 절환되는 로직제어밸브(13)를 구비한다.

이때, 공급통로(7A,7B)의 압력을 감지하는 신호압력라인(15)은 로직제어밸브(13)의 압력실(13a)에 연결되고, 유압실린더(3)의 부하압력을 감지하는 부하신호라인(16)은 로직제어밸브(13)의 압력실(13b)에 연결되며, 부하신호압력은 제어밸브(4)의 스풀(S)이 중립위치에서는 유로(16A,16B)를 통하여 탱크로 연결되며, 파일럿 압력에 의해 스풀(S)이 좌측 또는 우측방향으로 절환되면, 부하통로(24A,24B)의 압력이 유로(16A,16B)를 통하여 부하압력신호라인(16)에 연결되어 부하압력을 감지할 수 있게 된다.

전술한 유로(16)는 제어밸브(4)의 중립위치에서는 탱크(T)로 연결되며, 파일럿 압력의 인가에 따라 제어밸브(4)의 스풀(S)이 좌측 또는 우측방향으로 절환되면 오리피스(19;19A,19B)후측에서 부하압력을 감지하도록 형성된다.

전술한 밸브스프링(14)의 탄성력은 신호라인(15,16)의 전후 압력차에 의해 발생하는 힘에 의해 미리 설정값으로 셋팅된 것이다.

이하에서, 본 발명에 의한 건설중장비용 유량제어장치의 작동을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 파일럿 조작레버(23)를 조작하여 파일럿 신호압 인가에 따라 제어밸브(4)의 스풀(S)을 좌측 또는 우측방향으로 설정된 압력으로 절환시키는 경우, 스풀(S) 개구부 면적선도의 "A" 파일럿 압력으로 절환하면 절환밸브의 개구 면적은 " A' "로 설정된다.

이때, 센터바이패스통로(20)가 차단됨에 따라 유압펌프(P)로 부터 토출되는 작동유는 병렬유로(6) - 로직체크밸브(8) - 공급유로(7A,7B) - 스풀(S)의 가변오리피스(19A,19B)를 차례로 통과하여 유압실린더(3)에 공급되어 이를 구동시킬 수 있게 된다.

이때, 작업조건에 따라 유압실린더(3)에 공급되는 유량을 제한하여 이의 구동속도를 제어하고자하는 경우, 절환밸브를 파일럿 압력 "A"로 절환하여 유량이 통과되는 면적을 " A' "로 설정하면, 통과하는 유량(Q)은, Q = Cd × A × √ΔP

(여기서, Cd; 유량계수, A; 오리피스 면적, ΔP; 오리피스 전후 압력차 이 다)

즉, 통과하는 유량은 오리피스(19A,19B)전후 압력차를 동일하게 유지하면 오리피스 면적에 비례하게 된다.

이때, 스풀(S)의 개구면적을 " A' "로 설정하였을때, 즉 스풀(S)의 오리피스(19A,19B)를 통과하는 유량이 오리피스(19A,19B) 전후 압력차[제어밸브(4) 입구의 압력 - 유압실린더(3)의 부하압력]가 설정값이하일 경우에는 로직제어밸브(13)는 제어되지않고 중립상태를 유지하게되므로 유량이 제어되지않고 유입된다.

한편, 유량이 점진적으로 증가하여 오리피스(19A,19B)전후 압력차가 설정값을 초과하는 경우, 로직제어밸브(13)의 밸브스프링(14)의 탄성력보다 크게되므로 로직제어밸브(13)에 의해 제어압력 입구라인(17)과 제어압력 출구라인(18)이 연결되며, 제어된 작동유가 로직제어밸브 압력실(12)에 도달하게 된다.

로직제어밸브 압력실(12)에 도달한 제어된 작동유는 로직체크밸브(8)의 오리피스(9)를 경유하여 작동유가 공급유로(7A,7B)로 유출된다.

로직체크밸브(8)의 오리피스(9)에 의해 로직체크밸브(8)의 압력실(12)은 로직제어밸브(13)의 이동량에 따라 유량이 증감되고, 유량의 증감에 따라 로직밸브압력실(12)의 압력은 제어된다.

또한, 로직체크밸브(8)는 로직밸브압력실(12)과 시이트부의 면적차이에 의해 로직밸브압력실(12)의 압력에 의해 로직체크밸브(8)는 시이트방향으로 이동하므로 로직체크밸브(8)의 통과면적이 작아지므로 유량이 감소하게 된다.

따라서, 스풀(S)의 오리피스 면적(" A' ")을 통과하는 유량은 유압실린더(3)의 부하압력 및 유압펌프(2) 압력에 관계없이 항시 일정한 압력차로 통과함에 따라 일정한 유량을 유지할 수 있고, 유압실린더(3)의 부하압력 변동 또는 유압펌프(2)압력이 순간적으로 변동하는 경우에도 유량제어밸브(22)의 이송에 따른 로직체크밸브(8)의 압력실(12)의 압력이 2차로 제어됨에 따라 헌팅 및 유압시스템의 안정을 확보할 수 있게 된다.

한편, 유압펌프(P) 압력보다 유압실린더(3) 부하압력이 높은 경우에는 로직제어밸브(13)는 차단된 상태이므로 체크밸브의 기능을 수행할 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

역류방지용 체크기능과 압력보상형 유량을 조절하는 기능을 동시에 수행하게되어 컴팩트한 구조로 인해 부품수를 줄여 원가비용을 절감하고, 유압회로를 설계시 레이아웃상의 간섭을 방지하며 협소한 공간에서도 사용할 수 있게 된다.

작업장치의 부하압력 및 유압펌프의 압력변동에 따른 헌팅 및 쇼크를 감소시켜 해당 부품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압펌프의 토출압력보다 작업장치의 부하압력이 높게되어 역류방지 체크기능을 수행할 때 응답성이 뛰어나 장비의 신뢰도 및 경쟁력을 높일 수 있다.

Claims

유압펌프와, 유압펌프에 연결되어 작동유 공급시 구동하는 유압실린더와, 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 병렬로 설치되어 유압실린더에 공급되는 작동유의 흐름방향을 제어하는 제어밸브와, 제어밸브의 공급유로와 병렬유로사이의 유로에 설치되는 유량조절밸브체를 구비하는 건설중장비용 유량제어장치에 있어서:

상기 유량조절밸브체(22)는,

상기 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)사이의 유로에 개폐가능하게 설치되고, 공급유로(7A,7B)로의 개구 면적을 가변적으로 제어하는 제어가변스로틀(8a)과, 상단의 압력실(12)에 압력을 형성하도록 오리피스(9)가 형성된 피스톤(21)과, 병렬유로(6)와 공급유로(7A,7B)를 차단한 것을 탄성지지하는 밸브스프링(11)을 포함하는 로직체크밸브(8); 및

병렬유로(6)와 연결된 유로(17)와, 로직체크밸브(8)의 압력실(12)에 연결된 유로(18)를 개폐하도록 설치되고, 로직체크밸브(8)출구측 유로(15)의 압력에 대해 밸브스프링(14)의 설정된 탄성력 및 제어밸브(4)출구측 유로(16)의 압력차에 의해 절환되는 제어스플(26)을 갖는 로직제어밸브(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설중장비용 유량제어장치.