KR100884870B1 - 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템에 관한 것이며, 그 목적은 붐 스풀 내에 가변 세미 파라렐 오리피스를 설치하고, 이를 제어함으로써 굴삭기의 정지작업, 상차작업 등 상황에 알맞은 유량배분이 쉽고, 가변 세미 파라렐 오리피스를 제어하기 위한 부가적인 밸브 등이 필요 없기 때문에 비용 및 고장 요소 등을 배재할 수 있는 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 메인 콘트롤 밸브 안에 센터 바이패스 유압라인 및 파라렐 유압라인으로 연결되어 설치된 복수의 제어 스풀과, 상기 복수의 제어 스풀 중에 제2 붐 스풀의 내부에 설치되는 가변 세미 파라렐 오리피스와, 상기 메인 콘트롤 밸브 외부에 별도로 유압라인으로 연결되어 설치된 암 재생 스풀과, 상기 암 재생 스풀을 제어하는 솔레노이드 벨브로 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

콘트롤 밸브, 가변우선 시스템, 유압회로

Description

굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템{Variable Priority System of Control Valve on Excavator}

도 1 은 본 발명이 적용되는 유압회로의 예시도이며,

도 2 는 본 발명이 적용되는 제 2붐 스풀 개구면적 선도이고,

도 3,4 는 종래의 유압회로의 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 제 1 메인 펌프 (2) : 제 2 메인펌프

(3) : 기어펌프 (4) : 제 2 붐 스풀

(5) : 제 1 붐 스풀 (6) : 제 1 암 스풀

(7) : 제 2 암 스풀 (8) : 암 재생 스풀

(9,700) : 솔레노이드 벨브 (10) : 암 실린더

(11) : 붐 실린더 (12) : 콘트롤 벨브

(13,16,400) : 센터 바이페스 라인의 유로

(14,17,200) : 파라렐 라인의 유로

(15,18,23,24,300,500,600) : 로드체크 벨브

(19,20) : 암 합류용 유로

(22) : 합류라인의 유로 (25) : 붐 상승 파일로트 라인

(26) : 암 오므림 파일로트 라인 (100) : 세미 파라렐 오리피스

(800) : 가변 세미 파라렐 오리피스 (900) : 메인 콘트롤 밸브

　　　　　　　　　　　　　　　

본 발명은 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 붐 스풀 내에 가변 세미 파라렐 오리피스를 설치하고, 이를 제어함으로써 굴삭기의 정지작업, 상차작업 등 상황에 알맞은 유량배분이 쉽고, 장치가 간단하여 보다 손쉽게 조작할 수 있게 하였으며, 유량재생장치를 설치하여 자기압 센싱 혹은 솔레노이드 벨브의 동작에 의하여 선택적으로 작동시킴으로서 운전자가 작업상황에 적당한 조작성을 실현할 수 있도록 한 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템에 관한 것이다.

종래에는 세미 파라렐 라인의 오리피스는 고정된 면적을 가지거나, 가변식이라 하더라도 솔레노이드 밸브 또는 전자비례제어 밸브 등을 이용하여 제어함으로써 손쉬운 조작성을 달성하기 힘들 뿐만 아니라, 부가적인 밸브 등의 사용으로 인하여 비용, 고장요소의 증가 등의 문제점이 있었다.

도 3은 종래의 사용되었던 고정 세미 파라렐 오리피스 방식의 예로서, 암 실린더 단독 작동시에는 제 2 메인 펌프(2)에서 토출되는 유량이 메인 콘트롤 밸브 내 파라렐 라인의 유로(200)를 통하여 로드체크 밸브(300) 제 1 암 스풀(6)을 지나게 됨과 동시에 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량은 상기 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인(400)의 유로를 통하여 로드체크 밸브(500) 및 제 2 암 스풀(7), 로드체크 벨브(600)를 거쳐서 두개의 펌프의 유량이 합류가 되어 실린더에 공급됨으로 세미 파라렐 오리피스(100)에 영향을 받지 않고 암 스풀(6,7)의 메터링 특성에 따른 유량이 전부 공급될 수 있지만, 암 실린더와 붐 실린더의 복합 동작시에는 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량이 제 2 암스풀(6)에 공급되기 위해서는 메터링 특성상 반드시 세미파라렐 오리피스(100)를 거쳐야 한다. 따라서, 고정 세미 파라렐 오리피스(100)를 지나 암 합류 공급되는 유량은 봄 실린더 동작 속도에 상관없이 일정하게 됨으로, 운전자가 붐 실린더에 유량을 암 실린더에 상대적으로 우선 공급하기 위해서는 암 스풀용 리모트 콘트롤 밸브의 조작량을 조절해야만 하는 문제점이 있었다.

한편, 도 4의 유압회로도는 종래의 가변 세미 파라렐 오리피스를 작동하는 방식의 예로서, 상기 도 3의 고정 세미 파라렐 오리피스 방식과 마찬가지로 암 실린더 단독 동작시에는 제 2 메인 펌프(2)에서 토출되는 유량이 메인 콘트롤 밸브 내 파라렐 라인(200)의 유로를 통하여 로드체크 벨브(300), 제 1 암 스풀(6)을 지나게 됨과 동시에 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량은 상기 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인(8)의 유로를 통하여 로드체크 밸브(9) 및 제 2 암 스풀(7), 로드체크 밸브(600)를 거쳐서 두개의 펌프의 유량이 합류가 되어 실린더에 공급됨으로 세미 파라렐 오리피스(100)에 영향을 받지 않고 암 스풀의 메터링 특성에 따른 유량이 전부 공급될 수 있지만, 암 실린더와 붐 실린더의 복합 동작시에는 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량이 제 2 암스풀(7)에 공급될 때, 세미 파라렐 오리피스(100)를 가변 제어하여 운전자가 붐 실린더에 유량을 암 실린더에 상대적으로 우선 공급하기 위해서는 솔레노이드 밸브(700) 또는 전자비례제어 밸브등을 추가 구성함으로써 부품비용이 증가하며, 고장요소가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 붐 스풀 내에 가변 세미 파라렐 오리피스를 설치하여 제어함으로써 굴삭기의 정지작업, 상차작업 등 상황에 알맞은 유량배분이 쉽고, 가변 세미 파라렐 오리피스를 제어하기 위한 부가적인 밸브 등이 필요 없기 때문에 비용 및 고장을 방지할 수 있으며, 브레이커, 그래플 등 무거운 작업장치 설치시 암의 조작성이 일반적으로 스탠다드 작업장치 대비 달라지는 현상을 암 실린더 헤드부 자기압 센싱, 또는 강제 재생 컷(Cut)을 선택하여 운전자의 작업상황에 맞는 조작성을 실현할 수 있는 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 메인 콘트롤 밸브내에 센터 바이패스 유압라인 및 파라렐 유압라인으로 연결되어 설치된 복수의 제어 스풀과, 상기 복수의 제어 스풀 중에 제2 붐 스풀의 내부에 설치되는 가변 세미 파라렐 오리피스와, 상기 메인 콘트롤 밸브 외부에 별도로 유압라인으로 연결되어 설치된 암 재생 스풀과, 상기 암 재생 스풀을 제어하는 솔레노이드 벨브로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 유압회로도의 예로서, 메인 콘트롤 밸브(900)내에 센터 바이패스 유압라인(13,17) 및 파라렐 유압라인(14,16)으로 연결되어 설치된 복수의 제어 스풀(4,5,6,7)과, 상기 복수의 제어 스풀 중에 제2 붐 스풀(4)의 내부에 설치되는 가변 세미 파라렐 오리피스(800)와, 상기 메인 콘트롤 밸브 외부에 별도로 유압라인으로 연결되어 설치된 암 재생 스풀(8)과, 상기 암 재생 스풀을 제어하는 솔레노이드 벨브(9)로 구성된다.

상기 메인 콘트롤 밸브(900)내의 제어스풀은 일 측 섹션에 제 1암 스풀이 설치되고, 그 하단에 제 2 붐 스풀이 설치되며, 반대 측 섹션에 제 1 붐 스풀이 설치되고, 그 상단에 제 2 암 스풀이 설치된다. 또한, 상기 제 2 암 스풀의 상단에 암 재생 스풀이 설치된다.

또한, 붐 실린더에 공급되는 합류유량은 제 1,2 붐 스풀 각각의 메터링 특성에 의해 결정될 수 있도록 합류라인이 구성되며, 암 실린더에 공급되는 합류유량은 제 1 암 스풀의 메터링 특성에 의해 결정될 수 있도록 합류라인이 구성된다.

한편, 상기 제2 붐 스풀(4)의 내부에 설치되는 가변 세미 파라렐 오리피스(800)는 제 2 암 스풀에서 제 1 암 스풀로 가는 유량을 조절한다.

이하, 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

암 실린더(10) 단독 동작시에는 기어펌프(3)에서 토출되는 유량이 리모트 콘트롤 밸브(12)를 거쳐서 운전자가 상기 리모트 콘트롤 밸브를 조작하는 양에 따라서 감압되어 제 1 암 스풀(6)과 제 2 암스풀(7)을 절환하게 되고, 제 2 메인 펌프(2)에서 토출되는 유량이 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인(13)의 유로가 스풀 절환에 의해 막히게 됨으로 파라렐 라인의 유로(14)를 통하여 로드체크 밸브(15) 및 제 1 암 스풀(6)을 지나게 됨과 동시에, 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량은 상기 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인의 유로(16)가 스풀 전환에 의해 막히게 됨으로 파라렐 라인의 유로(17)를 통하여 로드체크 밸브(18), 제 2 암 스풀(7)을 통하고, 암 합류용 유로(19), 제 2 붐 스풀(4), 유로(20) 및 로드체크 밸브(21)를 거쳐서 두개의 펌프의 유량이 제 1 암 스풀(6)에서 합류가 되어 실린더에 공급된다. 이때, 상기 암 합류용 유로(19)를 지난 유량이 제 2 붐 스풀(4)을 거칠 때 도 2의 제 2 붐 스풀의 개구면적선도에서 보는 바와 같이 제 2 붐 스풀 이 중립상태에서의 세미 파라렐 라인(800)의 면적은 최대로 세팅되어 있어서 제 2 암 스풀(7)에서 제 1 암 스풀(6)로 공급되는 유량은 오리피스(800)에 간섭되지 않고 최대로 흐를 수 있게 됨으로 암 스풀의 메터링 특성에 따른 유량이 오리피스(800)에 간섭되지 않고 최대로 흐를 수 있게 됨으로 암 스풀의 메터링 특성에 따른 유량이 전부 공급된다.

간단히 설명하면, 우선 기어펌프에서 유체를 가압하여 제 1 암 스풀 및 제 2 암 스풀을 절환 시키고,

제 2 메인펌프의 유체는 제 1 암 스풀을 거쳐 암 실린더를 작동시키며,

제 1 메인펌프의 유체는 제 2 암 스풀과 제 2 붐 스풀 및 제 1 암 스풀을 거쳐 암 실린더를 작동시킨다.

반면, 암 오므림과 봄 상승의 복합 동작시를 예로 들면 기어 펌프(3)에서 토출되는 유량이 리모트 콘트롤 밸브(12)를 거쳐서 운전자가 상기 리모트 콘트롤 밸브를 조작하는 양에 따라서 감압되어 암 오므림 파일로트 라인(26)에 공급되어 제 1 암 스풀(6)과 제 2 암 스풀(7)을 절환하게 되고, 또한, 리모트 콘트롤 밸브(12)를 거쳐 감압된 기어 펌프(3)의 유량이 붐 상승 파일로트 라인(25)에 공급되어 제 1 붐 스풀(5)과 제 2 붐 스풀(4)을 절환하게 되고, 제 2 메인 펌프(2)에서 토출되는 유량은 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인(13)의 유로가 스풀 절환에 의해 막히게 됨으로 파라렐 라인의 유로(14)를 통하여 제 2 붐 스풀(4)을 지나서 합류 라인의 유로(22) 및 로드체크 밸브(23)를 통하여 붐 실린더(11)에 공급됨과 동 시에, 상기 파라렐 라인의 유로(14)를 통하여 로드체크 밸브(15), 제 1 암 스풀(6)을 지나서 암 실린더(10)에 공급된다.

또한, 제 1 메인 펌프(1)에서 토출되는 유량은 메인 콘트롤 밸브 내 센터 바이패스 라인(16)의 유로가 스풀 절환에 의해 막히게 됨으로 파라렐 라인의 유로(17)를 통하여 로드체크 벨브(24), 제 1 붐 스풀(5)을 통과하여 제 2 붐 스풀(4)을 지난 제 2 메인 펌프(2)의 유량과 합류되어서 붐 스풀의 메터링 특성에 의하여 붐 실린더(11)에 공급됨과 동시에, 상기 파라렐 라인(17)의 유로를 통하고 로드체크 밸브(18), 제 2 암 스풀(7), 암 합류라인(19) 및 로드체크 밸브(21)를 통과하여 제 2 메인 펌프(2)의 유량과 합류되어 제 1 암 스풀(6)의 메터링 특성에 의하여 암 실린더(10)에 공급된다.

간단히 설명하면, 우선 기어펌프(3)에서 유체를 가압하여 제 1 암 스풀(6), 제 2 암 스풀(7), 제 1 붐 스풀(5) 및 제 2 붐 스풀(4)을 절환 시키고,

제 2 메인 펌프(2)의 유체는 제 2붐 스풀(4)을 거쳐 붐 실린더(11)를 작동시킴과 동시에 제 1 암 스풀(6)을 거쳐 암 실린더(10)를 작동시킨다.

제 1 메인 펌프(1)의 유체는 제 1 붐 스풀(5)을 거쳐 붐 실린더(11)를 작동시킴과 동시에, 제 2 암 스풀(7)을, 제 2 붐 스풀(4)을 및 제 1 암 스풀(6)을 거쳐 암 실린더(10)를 작동 시킨다.

한편, 상기 암 합류라인(19,20)은 제 2 붐 스풀(4)을 통과하게 되며, 도 2에 도시한 바와 같이 제 2 붐 스풀(4)을 통과할 때 제 2 붐 스풀(4)의 움직임 량에 따라서 세미 파라렐 오리피스(800)의 면적이 P→R(P→Parm)선도 예에 따라서 결정되 게 되며, 상기 제 2 붐 스풀(4)에 설치된 세미 파라렐 오리피스(800) 개구면적 조정방법은 다음과 같은 이점이 있다.

수평 정지 작업, 즉 붐 상승과 암 오므림 동작을 이용하여 평지 작업을 수행 할 때에는 일반적으로 붐 상승 파일로트 압력신호는 20 kgf/㎠이하의 영역이 형성됨으로 제 1 붐 스풀(5) 및 제 2 붐 스풀(4)은 도 2의 예시에서 나타낸 바와 같이 스풀 변위량 7.5mm이하 영역을 형성하게 되고, 암 오므림 파일로트 압력신호는 20 kgf/㎠ 이상의 영역이 형성된다. 따라서, 세미 파라렐 오리피스(800)의 면적은 수평 정지 작업에 최적하게 형성됨으로 운전자의 숙련도에 상관없이 수평 정지 작업을 수행할 수 있게 된다.

반면, 상차 작업, 즉 붐 상승과 암 오므림 동작을 이용하여 덤프트럭 등에 상차 작업을 수행할 때에는 일반적으로 붐 상승 파일로트 압력신호는 최대값이 형성되어 제 1 붐 스풀(5) 및 제 2 붐 스풀(4)이 최대 스풀 변위량을 형성하고, 암 오므림 파일로트 압력 신호는 상황에 따라 최소값에서 최대값이 형성되어 제 1 암 스풀(6) 및 제 2 암 스풀(7)이 파일로트 압력 신호에 따라 스풀 변위량을 형성하게 된다. 따라서, 도 2의 예시에 의해 세미 파라렐 오리피스(800)의 면적은 붐 상승 파일로트 압력신호 7kgf/㎠ 이상의 영역에서부터 점차적으로 줄게 되고, 특히 붐 상승 파일로트 압력신호 20kgf/㎠ 이상의 영역에서부터 최소값으로 수렴하게 되어 제 2 암 스풀에 공급되는 유량이 점차 줄어들게 됨으로, 제 1 메인 펌프에서 공급되는 유량은 대부부분 제 1 붐 스풀(5)에 공급되어 상차 작업시 붐 동작을 우선 제 어하여 운전자의 조작능력에 관계없이 쉽게 작업능률을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 세미 파라렐 오리피스(800)의 면적을 굴삭기 설계시 굴삭기의 용도 및 크기에 따라 최적으로 세팅하기가 용이하다.

또한, 상기 수평 정지 작업시 보다 쉬운 조작성 실현을 위한 암 재생유량조절 방법으로써, 암 오므림 동작시 제 1 암 스풀(6) 파일로트부에 기어펌프(3)로부터 토출된 파일로트 압유가 리모트 콘트롤 밸브(12)를 거쳐 암 오므림 파일로트 라인에 감압되어 공급되어 제 1 암 스풀(6)을 절환하게 되고, 이때 암 실린더 로드부의 작동유는 제 1 암 스풀(6)의 실린더에서 탱크로의 귀환 메터링 특성에 의해 제 1 암 스풀(6)을 지나 일부는 로드체크를 거쳐 다시 제 1 암 스풀(6) 실린더 헤드부 공급측으로 재생되어 흐르고, 일부는 제 1 암 스풀(6) 반대측 섹션에 설치된 암 재생 스풀(8)로 흐르게 된다.

상기 암 재생 스풀(8)을 통하여 탱크로 귀환하는 작동유량의 조절은 우선, 솔레노이드 밸브(9)의 중립상태에서 제 2 메인 펌프(2)로부터 파라렐 라인(14)을 거쳐 제 1 암 스풀(6)을 통하여 암 실린더 헤드부에 공급되는 작동유의 압력을 센싱, 감압하여 암 재생 스풀을 비례적으로 제어하게 되는 자기압 센싱방식의 암 재생 유량조절 방법과, 상기 솔레노이드 뱁브(9)에 전원 인가시 파일로트용 기어펌프(3)로부터 공급된 유량이 상기 솔레노이드 벨브(9)를 거쳐 암 재생 스풀을 강제 절환하여 암 재생 스풀(8)을 거쳐 탱크로 귀환하는 작동유량은 최대치가 되는 강제 컷 방식의 암 재생 유량조절 방법으로 나뉘게 되는데, 상기한 강제 컷 방식의 암 재생 유량조절 방법은 옵션 작업장치, 즉 브레이커, 그래플 등 무거운 작업장치 설치시 암의 조작성이 일반적으로 스탠다드 작업장치 대비 달라지는 현상을 저감하여 상기 가변 세미 파라렐 오리피스(800) 설치와 함께 운전자의 작업상황에 맞는 조작성 실현 및 운전자의 숙련도에 상관없는 조작성을 실현 할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 굴삭기 작업장치 동작을 제어하는 메인 콘트롤 밸브 내 가변 세미 파라렐 오리피스를 설치하고, 이를 제 2 붐 스풀에 설치함으로써, 붐 실린더 및 암 실린더에 공급되는 유량배분을 리모트 콘트롤 밸브의 붐 상승 신호량에 따라 제어되도록 함으로써 굴삭기 설계시 상대적인 우선 동작을 매칭하기 쉽고, 가변 세미 파라렐 오리피스의 면적을 제어하기 위한 부가적인 밸브 등이 필요없기 때문에 비용 및 고장요소 등을 배재함과 동시에, 운전자에게는 보다 손쉬운 조작성을 통하여 운전자의 피로를 경감할 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 메인 펌프와, 이 메인 펌프로부터 토출된 유압에 의해 구동되는 복수의 유압 액츄에이터와, 상기 메인 펌프와 복수의 액츄에이터 사이에 배치된 메인 콘트롤 밸브와, 상기 메인 콘트롤 밸브 내 복수의 제어스풀의 개구면적을 결정하는 파일로트 압력을 공급하는 리모트 콘트롤 밸브 및 파일로트용 기어펌프로부터 토출된 유압을 이용하여 선택적으로 압유를 공급하도록 하는 솔레노이드 밸브를 구비하는 굴삭기의 유압회로장치에 있어서,

   상기 메인 콘트롤 밸브 내에 센터 바이패스 유압라인 및 파라렐 유압라인으로 연결되어 설치된 복수의 제어 스풀과, 상기 복수의 제어 스풀 중에 제2 붐 스풀의 내부에 설치되는 가변 세미 파라렐 오리피스와, 상기 메인 콘트롤 밸브 외부에 별도로 유압라인으로 연결되어 설치된 암 재생 스풀로 구성하되; 상기 암 재생 스풀은 암 실린더 헤드부의 자기압을 센싱, 감압하여 공급하거나 혹은 상기 솔레노이드 밸브의 동작에 의해 절환 할 수 있도록 하며;

   상기 메인 콘트롤 밸브 내 제어 스풀의 배열은 일 측 섹션에 제 1암 스풀이 설치되고, 그 하단에 제 2 붐 스풀이 설치되며, 반대 측 섹션에 제 1 붐 스풀이 설치되고, 그 상단에 제 2 암 스풀이 설치되며, 붐 실린더에 공급되는 합류유량은 제 1 붐 스풀 및 제 2 붐 스풀 각각의 메터링 특성에 의해 결정될 수 있도록 합류라인이 구성되고, 암 실린더에 공급되는 합류유량은 제 1 암 스풀의 메터링 특성에 의해 결정될 수 있도록 합류라인이 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기용 콘트롤 밸브의 가변우선 시스템.

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