KR100665113B1 - 중장비의 유압회로 - Google Patents

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토시미치 이케다
이양구
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볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
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Abstract

본 발명은 선회장치를 구동하는 유압 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하고, 그로 인하여 발생하는 잉여 유량을 이용하여 작업장치 실린더의 공급유량을 증가시킴으로써 작업장치의 속도를 증가시킬 수 있는 중장비의 유압회로에 관한 것이다.
중장비의 유압회로는 제1 유압펌프의 압유를 작업기 유로를 통해 공급/회수하여 작업장치 실린더를 제어하는 작업제어밸브와, 제2 유압펌프에 연결된 병렬유로 상에 설치되며 위치 전환됨에 따라 제2 유압펌프의 압유를 작업기 유로에 합류시키는 합류밸브와, 병렬유로 상에 설치되며 선회장치를 구동하는 복수의 유압 선회모터에 제2 유압펌프의 압유를 공급/회수하여 유압 선회모터를 제어하는 선회제어밸브와, 선회제어밸브와 선회모터를 연결하는 선회유로 상에 설치되며 합류밸브가 위치 전환될 때 함께 위치 전환됨으로써 선회모터 중 적어도 어느 하나에 공급되는 압유를 차단함과 동시에 차단된 선회모터의 유입구와 유출구를 연통시키는 차단밸브를 포함한다.
붐 합류, 차단밸브, 선회장치, 스윙장치, 선회모터

Description

중장비의 유압회로 {Haydraulic Circuit for Heavy Equipment}
도 1은 일반적인 굴삭기의 모습을 보여주는 측면도,
도 2는 붐 상승 및 선회장치의 복합동작을 설명하는 개략도,
도 3은 붐 상승 및 선회장치의 복합동작 수행 중에 발생하는 문제점을 설명하는 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 유압회로도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 유압회로에 의해 구동되는 선회장치를 도시하는 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2a : 라지챔버 13 : 작업제어밸브 31,32 : 유압 선회모터
2b : 스몰챔버 14,15 : 작업기 유로 33,34 : 피니언기어
2 : 작업장치 실린더 20 : 제2 밸브그룹 35,36 : 선회유로
6 : 선회장치 21 : 제2 유압펌프 37 : 유입구
10 : 제1 밸브그룹 22 : 제2 병렬유로 38 : 유출구
11 : 제1 유압펌프 23 : 합류밸브 39 : 선회베어링
12 : 제1 병렬유로 30 : 선회제어밸브 40 : 차단밸브
P1,P0,Ps : 파일럿신호
본 발명은 중장비의 유압회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선회장치를 구동하는 유압 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하고 압유의 일부를 작업장치 실린더의 공급유로에 합류시킴으로써 복합동작을 용이하게 수행할 수 있도록 한 유압회로에 관한 것이다.
굴삭기와 같은 건설 중장비에 사용되는 종래의 유압회로에는 복수의 유압펌프가 설치된다. 유압회로에 복수의 유압펌프를 사용하는 이유는 유압에너지를 적절히 배분하여 붐과 암 등의 작업장치나 선회장치, 주행장치 등을 효과적으로 구동하기 위한 것이다. 즉 붐 실린더, 암 실린더, 버켓 실린더, 선회장치용 유압 선회모터, 주행장치용 유압모터 등을 구동하기 위한 제어밸브들을 둘 이상의 제어밸브 그룹으로 나누고, 각각의 제어밸브 그룹에 서로 다른 유압펌프의 압유를 독립적으로 공급함으로써 여러가지 작업장치를 동시에 구동시킬 수 있다.
그런데 이와 같이 복수의 유압펌프를 채택하는 유압회로에서는 어떤 제어밸브 그룹에 연결된 유압펌프의 압유를 다른 제어밸브 그룹으로 합류시키기 위한 기술이 이용되기도 한다. 예를 들어 붐과 같이 큰 구동력이 요구되는 작업장치를 구동하기 위해 붐합류용 제어밸브를 사용함으로써, 붐 실린더용 제어밸브가 속한 그룹의 유압펌프와 다른 그룹의 유압펌프의 압유를 합류하여 붐 실린더에 많은 압유를 공급하기도 한다.
도 1은 일반적인 굴삭기의 모습을 보여주는 측면도이다.
굴삭기와 같은 중장비는 건설 현장에서, 굴착, 토사채취 등의 다양한 작업을 수행한다. 중장비의 하부주행체(5)에는 운전실과 작업장치를 포함하는 상부선회체(7)가 장착되며, 상부선회체(7)는 선회장치(6)에 의하여 하부주행체(5)에 대하여 중심축(X)을 중심으로 선회가 가능하다. 토사를 채취하는 작업은 붐(1)과 암(3) 및 버켓(4)의 작업장치가 움직여 이루어지지만, 채취한 토사를 트럭에 옮겨 실을 때에는 작업장치와 함께 선회장치(6)의 동작도 복합적으로 이루어져야 한다.
일반적으로 선회장치(6)를 구동하기 위한 선회제어밸브는 붐 실린더(2)를 구동하기 위한 붐 제어밸브가 속하는 그룹과 다른 제어밸브 그룹 내에 속하므로, 선회장치(6)는 붐 실린더(2)의 구동에 영향을 받지 않고 독립적으로 구동된다. 그런데 붐 실린더(2)와 선회장치(6)를 동시에 구동하는 복합동작이 수행되는 동안 붐합류용 제어밸브가 작동된다면 선회장치(6)의 구동은 붐 실린더(2)에 작용하는 부하에 큰 영향을 받는다.
복수의 유압펌프의 압유를 합류시킴으로써 붐 실린더(2)를 구동하기 위해 붐합류용 제어밸브가 위치 전환되는 경우에는 선회장치(6)가 속해 있는 제어밸브 그룹이 붐 제어밸브가 속한 제어밸브 그룹과 연결된다. 즉 선회회로와 붐회로가 연결되기 때문에 붐을 들어 올리는 압력이 선회모터에 작용한다.
도 2는 붐 상승 및 선회장치의 복합동작을 설명하는 개략도, 도 3은 붐 상승 및 선회장치의 복합동작 수행 중에 발생하는 문제점을 설명하는 개략도이다.
채취한 토사를 트럭에 옮겨 적재하는 작업에서는 붐 상승과 선회 동작이 동 시에 이루어진다. 도 2에 도시된 바와 같이 버켓(4)의 위치가 A 지점에서 시작하여 B 지점을 경유하여 C 지점으로 진행하는 동안, 선회 동작과 붐 상승 동작이 정상적으로 수행되어 선회 동작과 붐 상승 동작의 속도가 조화를 이룬다면 채취된 토사를 트럭의 적재함(8)에 안전하게 옮길 수 있다.
그러나 붐에 작용하는 부하가 증가하여 선회장치의 속도가 급격히 빨라지는 경우에는 도 3에서와 같이 버켓(4)의 위치가 A 지점에서 시작하여 C 지점을 향하여 움직이는 중간 지점인 E 지점에서 트럭의 후미에 충돌할 가능성이 높아진다. 숙련된 운전자는 붐 상승 속도보다 선회 속도가 더 빨라지는 이와 같은 상황에서 붐의 상승 위치를 육안으로 파악해 나가면서 선회장치의 조작을 멈추거나 속도를 줄이는 조작을 수행한다.
미숙한 운전자가 붐과 선회장치를 동시에 구동하는 복합동작을 수행하는 중에 아무렇게나 붐과 선회장치를 조작하면 선회 동작의 속도가 너무 빨라져 충돌 사고가 발생할 수 있다. 비록 숙련된 운전자는 붐과 선회장치의 조작에 주의를 기울여 충돌사고를 피할 수 있지만, 작업효율이 크게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 붐 등의 작업장치와 선회장치를 동시에 조작하는 동안에 선회장치의 구동속도를 줄이고 그로 인해 발생한 여분의 유량을 작업장치 동작에 사용하여 작업장치의 속도를 증가시킴으로써 복합동작을 용이하게 수행할 수 있도록 한 중장비의 유압회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선회장치를 구동하는 유압 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하고 압유의 일부를 작업장치 실린더 방향으로 합류시키는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선회장치를 구동하는 유압 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하는 차단밸브와 압유의 일부를 작업장치 실린더 공급측에 합류시키는 합류밸브를 구비하는 중장비의 유압회로를 제공한다.
본 발명에 따른 중장비의 유압회로는 제1 유압펌프의 압유를 작업기 유로를 통해 공급/회수하여 작업장치 실린더를 제어하는 작업제어밸브와, 제2 유압펌프에 연결된 병렬유로 상에 설치되어 위치 전환됨에 따라 제2 유압펌프의 압유를 작업기 유로에 합류시키는 합류밸브와, 병렬유로 상에 설치되며 선회장치를 구동하는 복수의 유압 선회모터에 제2 유압펌프의 압유를 공급/회수하여 유압 선회모터를 제어하는 선회제어밸브와, 선회제어밸브와 선회모터를 연결하는 선회유로 상에 설치되며 합류밸브가 위치 전환될 때 함께 위치 전환됨으로써 선회모터 중 적어도 어느 하나에 공급되는 압유를 차단함과 동시에 차단된 선회모터의 유입구와 유출구를 연통시키는 차단밸브를 포함한다.
합류밸브는 파일럿신호압에 의해 위치 전환되며, 차단밸브도 합류밸브에 공급되는 파일럿신호압에 의해 위치 전환됨이 바람직하다.
또한 이를 변형하여 합류밸브는 전기신호에 의해 위치 전환되며, 차단밸브도 합류밸브에 공급되는 전기신호에 의해 위치 전환됨이 바람직하다.
또한 이를 변형함으로써 차단밸브가 수동조작에 의해 위치 전환이 가능하도 록 할 수도 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 중장비의 유압회로는 작업장치 실린더 구동을 위한 작업제어밸브를 포함하는 제1 밸브그룹과, 선회장치를 구동하는 복수의 선회모터에 선회유로를 통해 연결되어 선회모터에 공급되는 압유를 제어하는 선회제어밸브를 포함하는 제2 밸브그룹과, 제2 밸브그룹과 제1 밸브그룹의 사이에 설치되어 파일럿신호에 의해 위치가 전환되면 제2 밸브그룹의 압유의 일부를 작업장치 실린더 측으로 합류시키는 합류밸브와, 선회유로 상에 설치되며 합류밸브의 파일럿신호에 의해 위치가 전환되어 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하고 차단된 선회모터의 유입구와 유출구를 연결하는 차단밸브를 포함한다.
이하, 첨부 도면의 바람직한 실시예 들을 통하여, 본 발명에 따른 중장비의 유압회로의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 유압회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 유압회로에 의해 구동되는 선회장치를 도시하는 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중장비의 유압회로는 제1 유압펌프(11)와 제2 유압펌프(21)에 의해 토출되는 압유에 의해 작동되는 제1 밸브그룹(10)과 제2 밸브그룹(20)을 포함한다. 제1 밸브그룹(10)은 제1 유압펌프(11)에 연결된 제1 병렬유로(12) 상에 배치되는 복수의 제어밸브로 이루어지고, 제2 밸브그룹(20)은 제2 유압펌프(21)에 연결되는 제2 병렬유로(22) 상에 배치되는 복수의 제어밸브로 이루어진다.
중장비의 유압회로는 제1 유압펌프(11)의 압유를 제어하여 작업장치 실린더(2)를 구동하는 작업제어밸브(13)와, 제2 병렬유로(22) 상에 설치되는 합류밸브(23)와, 제2 병렬유로(22) 상에 설치되는 선회제어밸브(30)와, 선회유로(36) 상에 설치되는 차단밸브(40)를 포함하여 이루어진다. 작업제어밸브(13)는 제1 밸브그룹(10)에 포함되며, 선회제어밸브(30)와 합류밸브(23)는 제2 밸브그룹(20)에 포함된다.
작업제어밸브(13)는 제1 병렬유로(12) 상에 설치되며, 제1 유압펌프(11)의 압유를 작업기 유로(14,15)를 통하여 작업장치 실린더(2)에 공급하고 배출되는 압유를 회수하여 유압탱크로 배출함으로써 작업장치 실린더(2)를 구동한다. 여기에서의 작업장치 실린더(2)는 도 1의 붐 실린더(2)와 같은 작업장치용 실린더를 예로 든 것이다. 작업제어밸브(13)는 파일럿신호(P0)에 의해 위치가 전환되도록 이루어진다.
합류밸브(23)는 제2 병렬유로(22) 상에 설치되며, 제2 유압펌프(21)의 압유를 작업기 유로(14,15)에 합류시키는 기능을 수행한다. 합류밸브(23)는 파일럿신호(P1)에 의해 위치가 전환되도록 이루어진다.
선회제어밸브(30)는 제2 병렬유로(22) 상에 설치되며, 선회유로(35,36)를 통해 복수의 유압 선회모터(31,32)에 연결된다. 선회제어밸브(30)는 선회용 파일럿신호(Ps)에 의해 위치가 전환되도록 이루어진다. 선회제어밸브(30)가 파일럿신호(Ps)에 의해 전환위치 e 또는 f 로 이동함에 따라 제2 유압펌프(21)의 압유가 선회모터(31,32)에 공급되므로, 선회모터(31,32)의 정방향 또는 역방향 구동이 이루어진다.
차단밸브(40)는 선회모터(32)로 연결되는 선회유로(36) 상에 설치되며, 합류밸브(23)에 입력되는 동일한 파일럿신호(P1)에 의해 위치가 전환되도록 이루어진다. 파일럿신호(P1)가 차단밸브(40)에 입력되면 차단밸브는 위치 h 로 이동하여 선회모터(32)에 공급되는 압유를 차단함과 아울러 선회모터(32)의 유입구(37)와 유출구(38)를 연통시키는 기능을 한다.
작업제어밸브(13)와 합류밸브(23)와 선회제어밸브(30)와 차단밸브(40)에 입력되는 파일럿신호(P1,P0,Ps)는 채택되는 밸브의 형태에 따라 파일럿신호압이 사용될 수도 있도 전기신호가 사용될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 선회장치(6)의 선회베어링(39)은 선회모터(31,32)의 축에 결합된 피니언기어(33,34)와 나사 결합되며, 선회모터(31,32)가 회전하면 피니언기어(33,34)가 선회모터의 반력에 의해 선회베어링(39)의 내측 기어를 따라 이동하여 선회장치(6)의 구동이 이루어진다.
상술한 구성으로 이루어지는 중장비의 유압회로의 작동을 설명하면 다음과 같다.
작업장치 실린더(2)는 작업제어밸브(13)에 파일럿신호(P0)가 입력되어 작업제어밸브(13)가 전환위치 a 또는 b 로 이동됨으로써 구동된다. 작업제어밸브(13)가 전환위치 a 로 이동하면 제1 유압펌프(11)의 압유는 작업장치 실린더(2)의 라지챔버(2a)로 공급되며, 스몰챔버(2b)의 압유는 유압탱크로 회수된다. 또한 작업제어밸브(13)가 전환위치 b 로 이동하면 제1 유압펌프(11)의 압유는 작업장치 실린더(2)의 스몰챔버(2b)로 공급되며, 라지챔버(2a)의 압유는 유압탱크로 회수된다.
제2 유압펌프에 연결되는 제2 병렬유로(22) 상에 설치되는 합류밸브(23)는 작업장치 실린더(2)에 큰 부하가 작용할 때에 파일럿신호(Ps)에 의해 전환위치 c 또는 d 로 이동한다. 합류밸브(23)가 전환위치 c 또는 d 로 이동하면 제2 유압펌프(21)의 압유가 작업기 유로(14,15)를 통해 작업제어밸브(13) 방향으로 합류된다. 이와 같은 합류밸브(23)의 작용으로 인해 작업장치 실린더(2)에 공급되는 압유의 양이 증가되어 큰 부하가 필요한 작업을 원활히 수행할 수 있다.
제2 유압펌프에 연결되는 제2 병렬유로(22) 상에 설치되는 선회제어밸브(30)는 선회제어용 파일럿신호(P1)에 의해 전환위치 e 또는 f 로 이동하며, 전환위치 e 또는 f 로 이동한 상태에서는 제2 유압펌프(21)의 압유를 선회유로(35,36)를 통해 선회모터(31,32)에 공급하고 선회모터(31,32)에서 배출되는 압유를 유압탱크로 회수하는 기능을 한다.
작업장치 실린더(2)와 선회모터(31,32)가 동시에 구동되어 선회 동작과 붐 상승동작이 동시에 수행되는 복합동작을 수행되는 동안 합류밸브(23)가 작동된다면 차단밸브(40)도 작동되어 선회모터(32)에 공급되는 압유가 차단된다. 복합동작을 위해 작업제어밸브(13)와 선회제어밸브(30)가 동시에 작동되는 중에 파일럿신호(P1)가 합류밸브(23)에 입력되어 합류가 이루어질 때에는 동일한 파일럿신호(P1)가 차단밸브(40)에도 입력되므로, 차단밸브(40)는 전환위치 h 로 이동한다.
전환위치 h 로 이동한 차단밸브(40)는 선회모터(32)에 공급되는 제2 유압펌프의 압유를 차단하고 유입구(37)와 유출구(38)를 연통시키기 때문에 선회모터(32)는 피니언기어(34)가 회전하면 자유로이 회전할 수 있는 상태가 된다. 따라서 평상 시에는 두 개의 선회모터(31,32)에 의해 수행되던 선회 동작이 이제는 하나의 선회모터(31)에 의해 수행된다.
이 때에는 하나의 선회모터(31) 만이 작동하므로, 토크가 반으로 줄어들어 선회 동작은 적은 구동력에 의해 이루어진다. 토크가 반으로 줄어들면 가속도 또한 반으로 줄어들어 선회장치의 선회 속도는 증가하지 않는다. 따라서 선회 동작에 필요한 유량은 약 4분의 1이 된다.
차단밸브(40)의 작동으로 인해 선회 동작을 위한 유량은 하나의 선회모터를 위한 유량 만이 필요하며 상술한 바와 같이 선회속도도 떨어지기 때문에 선회 동작에 사용되는 유량은 줄어들고, 이로 인하여 잉여 압유가 작업장치 실린더 방향으로 공급되어 붐 상승 속도가 증가한다. 이와 같은 본 발명의 중장비 유압회로의 작동상태에 따르면 붐 상승 속도는 증가함과 동시에 선회 속도는 느려져 속도의 균형이 유지되므로 채취된 토사를 트럭에 적재하는 등의 복합동작에 적합하다.
본 발명의 일 실시예에서는 차단밸브가 합류밸브에 입력되는 파일럿신호에 의해 작동되도록 구성했으나, 차단밸브가 수동조작에 의해 작동되도록 변형시킬 수 있다. 따라서 운전자가 붐 상승과 선회 동작을 동시에 수행하는 복합조작을 실시하면서 차단밸브를 수동으로 조작함으로써 일부의 선회모터에 공급되는 압유를 차단하면, 합류밸브에 의해 합류 기능이 작동되어도 중장비의 안정적인 선회 동작을 확보할 수 있다.
본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므 로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같은 본 발명의 중장비의 유압회로에 따르면, 붐 등의 작업장치와 선회장치를 동시에 조작하는 동안에 선회 속도를 줄여 작업장치의 속도를 증가시킬 수 있으므로 복합동작을 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 제1 유압펌프의 압유를 작업기 유로를 통해 공급/회수하여 작업장치 실린더를 제어하는 작업제어밸브;
    제2 유압펌프에 연결된 병렬유로 상에 설치되며, 위치 전환됨에 따라 상기 제2 유압펌프의 압유를 상기 작업기 유로에 합류시키는 합류밸브;
    상기 병렬유로 상에 설치되며 선회장치를 구동하는 복수의 유압 선회모터에 상기 제2 유압펌프의 압유를 공급/회수하여 상기 유압 선회모터를 제어하는 선회제어밸브; 및
    상기 선회제어밸브와 상기 선회모터를 연결하는 선회유로 상에 설치되며, 상기 합류밸브가 위치 전환될 때 함께 위치 전환됨으로써 상기 선회모터 중 적어도 어느 하나에 공급되는 압유를 차단함과 동시에 차단된 선회모터의 유입구와 유출구를 연통시키는 차단밸브를 포함하여 이루어지는 중장비의 유압회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 합류밸브는 파일럿신호압에 의해 위치 전환되며, 상기 차단밸브도 상기 합류밸브에 공급되는 파일럿신호압에 의해 위치 전환되는 것을 특징으로 하는 중장비의 유압회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 합류밸브는 전기신호에 의해 위치 전환되며, 상기 차단밸브도 상기 합류밸브에 공급되는 전기신호에 의해 위치 전환되는 것을 특징으로 하는 중장비의 유압회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단밸브는 수동조작에 의해 위치 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 중장비의 유압회로.
  5. 작업장치 실린더 구동을 위한 작업제어밸브를 포함하는 제1 밸브그룹;
    선회장치를 구동하는 복수의 선회모터에 선회유로를 통해 연결되어 상기 선회모터에 공급되는 압유를 제어하는 선회제어밸브를 포함하는 제2 밸브그룹;
    상기 제2 밸브그룹과 상기 제1 밸브그룹의 사이에 설치되어 파일럿신호에 의해 위치가 전환되면 상기 제2 밸브그룹의 압유의 일부를 상기 작업장치 실린더 측으로 합류시키는 합류밸브; 및
    상기 선회유로 상에 설치되며 상기 합류밸브의 파일럿신호에 의해 위치가 전환되어 상기 선회모터의 일부에 공급되는 압유를 차단하고 차단된 선회모터의 유입구와 유출구를 연결하는 차단밸브를 포함하는 중장비의 유압회로.
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