KR101389603B1 - 건설 기계 조향용 유압 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설 기계를 조향하기 위한 건설 기계 조향용 유압 시스템에 관한 것으로서, 조향펌프용 유압라인(23)을 매개로 조향장치(20)에 작동유를 공급하는 조향펌프(21); 보조펌프용 유압라인(13)을 매개로 보조장치(10)에 작동유를 공급하는 보조펌프(11); 및 상기 보조펌프용 유압라인(13) 상에 설치되며, 양측의 수압부는 각각 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)과 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 인가되도록 연결되어 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)이 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 이상으로 큰 경우, 상기 보조펌프(11)로부터 토출되는 작동유 전부 또는 일부를 제1합류유압라인(14)을 매개로 상기 조향장치(20)용 유압라인(23)에 합류되게 제어하는 보조장치용 제어밸브(12)를 포함한다.
조향성, 팬모터 펌프, 조향 장치, 합류

Description

건설 기계 조향용 유압 시스템{HYDRAULIC SYSTEM FOR STEERING CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 휠로더와 같은 건설 기계에 관한 것으로서, 특히 건설 기계를 조향하기 위한 건설 기계 조향용 유압 시스템에 관한 것이다.
휠로더와 같은 건설 기계는 작업장치와, 조향 장치와, 브레이크 시스템 및 팬모터 등을 구동시키기 위해 엔진에 의해 구동되는 복수의 유압 펌프를 구비한다. 상기 각 유압 펌프는 토출되는 압유를 각 장치에 전달하여 각 장치의 목적에 맞는 기능을 수행할 수 있는 동력을 제공한다. 이러한 건설 기계 유압 시스템의 일 예가 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 건설 기계의 유압 시스템은 팬모터(1), 브레이크 장치(3), 조향 장치(5) 및 작업장치(미도시) 각각에 압유를 공급하기 위한 팬모터 펌프(2), 브레이크 펌프(4), 조향 펌프(6) 및 메인 펌프(7)를 포함한다.
여기서, 각 펌프(2)(4)(6)(8)는 각 장치(1)(3)(5)들을 구동시키기 위한 유량을 공급할 수 있도록 용량이 설정된다. 그러나, 각 펌프(2)(4)(6)(8)들은 장치의 사이즈나 비용 등의 최적화를 위해 빈번히 발생하지 않는 경우를 대비하여 용량을 키우지는 않는다. 일 예로 상기 조향 펌프(6)의 용량은 엔진이 저속으로 구동되는 상태에서 조향 핸들(미도시)이 급작스럽게 조작되는 경우까지 확장되어 설정되지 않는다. 따라서, 엔진이 저속인 경우, 즉 엔진의 RPM(Revolutions Per Minute)이 낮은 상태에서 조향 핸들을 급작스럽게 조작하면, 상기 조향 펌프(6)로부터 상기 조향 장치(5)에 공급되는 유량의 부족으로 인해 조향이 원활하게 이루어지지 않고 조향 핸들이 무겁게 느껴져 운전자가 불쾌감을 느끼게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 건설 기계의 조향성을 향상시킬 수 있는 건설 기계 조향용 유압 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설 기계 조향용 유압 시스템은 조향펌프용 유압라인을 매개로 조향장치에 작동유를 공급하는 조향펌프; 유압라인을 매개로 보조장치에 작동유를 공급하는 보조펌프; 및 상기 보조펌프용 유압라인 상에 설치되며, 양측의 수압부는 각각 상기 조향장치의 로드센싱 압력과 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 인가되도록 연결되어 상기 조향장치의 로드센싱 압력이 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 이상으로 큰 경우, 상기 보조펌프로부터 토출되는 작동유 전부 또는 일부를 제1합류유압라인을 매개로 상기 조향장치용 유압라인에 합류되게 제어하는 보조장치용 제어밸브를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 보조펌프는 브레이크 펌프와 팬모터 펌프 중 어느 하나이고, 상기 보조장치는 브레이크와 팬모터 중 어느 하나로 구성된다.
한편, 상술한 건설 기계 조향용 유압 시스템은 상기 조향펌프용 유압라인 상에 설치되며, 양측의 수압부는 각각 상기 조향장치의 로드센싱 압력(LS)과 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 인가되도록 연결되어 상기 조향장치의 로드센싱 압력(LS)이 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 이상 클 경우에는 상기 조향펌프의 작동유를 상기 조향장치로 우선적으로 공급하고, 상기 조향장치의 로드센싱 압력(LS)과 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)의 차이가 기준차압 이하인 경우에는 상기 조향펌프의 작동유 전부 또는 일부를 제2합류유압라인을 매개로 메인펌프용 메인 유압라인에 합류되게 제어하는 조향용 제어밸브를 포함하며, 상기 보조장치용 제어밸브는 상기 보조펌프로부터 토출되는 작동유를 제1합류유압라인을 매개로 상기 조향용 제어밸브의 상류에 공급하되, 상기 조향펌프로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 상기 조향장치의 로드센싱 압력(LS)보다 커질수록 상기 보조장치에 공급되는 작동유의 유량을 증가시킨다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 엔진의 저속 구간에 급작스런 조향 핸들의 조작과 같이 조향 장치에 공급되는 작동유의 유량이 부족한 경우, 팬모터 펌프와 같은 보조 펌프로부터 토출되는 작동유를 조향 장치 공급함으로써, 건설 기계의 조향성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보조 펌프로 기존 시스템에 사용되고 있는 팬모터 펌프나 브레이크 펌프를 이용함으로써 간단한 구조와 최소의 비용으로 조향성을 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 보조 펌프로 팬모터 펌프가 이용될 경우, 팬모터에 과공급될 작동유를 유량이 부족한 조향 장치에 공급함으로써, 엔진 동력을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
한편, 팬모터용 제어밸브의 절환을 위해 조향 펌프의 토출 압력과 조향 장치의 로드센싱 압력을 이용함으로써, 전기적 신호를 이용한 솔레노이드 제어밸브를 이용할 경우 사용되어야 하는 엔진 RPM 센서나 컨트롤러를 생략할 수 있어 조향용 유압 시스템의 구조를 더욱 간단히 할 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 팬모터용 제어밸브가 절환되더라도 팬모터용 펌프로부터 토출되는 유량의 적어도 일부가 팬모터에 공급됨으로써, 엔진의 냉각수나 작동유가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계 조향용 유압 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 건설 기계 조향용 유압 시스템은 팬모터나 브레이크와 같은 보조장치(10)에 압유를 공급하기 위한 보조 펌프(11)와, 상기 보조 펌프(11)와 상기 보조장치(10)의 사이에 개재되는 보조장치용 제어밸브(12)와, 조향 장치(20)에 압유를 공급하기 위한 조향 펌프(21)와, 상기 조향 펌프(21)와 상기 조향 장치(20)의 사이에 개재되는 조향용 제어밸브(22)를 포함한다.
상기 보조장치(10)는 브레이크나 팬모터일 수 있으며, 상기 보조장치(10)가 팬모터인 경우, 상기 보조 장치(10)는 엔진의 냉각수나 각종 작동유를 냉각시키기 위한 팬(fan)을 구동시킨다. 상기 팬은 상기 보조 장치(10)에 의해 회전구동되어 엔진 냉각수나 각종 작동유가 유동되는 라디에이터(radiator)를 강제 송풍시킨다.
따라서, 상기 엔진이 저속일 경우, 즉 엔진의 RPM(Revolutions Per Minute) 이 낮은 경우 엔진을 냉각시키는 냉각수의 온도가 높지 않기 때문에 엔진 냉각수의 냉각 정도를 낮출 수 있다. 또한 엔진이 저속인 경우 작업이 수행되지 않는 것을 의미하기 때문에 작업 장치를 위한 작동유도 높게 가열되지 않는다. 이와 같이, 엔진이 저속일 경우, 엔진 냉각수 및 작동유가 높은 온도까지 가열되지 않기 때문에 보조 장치(10)인 팬모터가 저속으로 구동되더라도 냉각수 및 작동유를 냉각시키기 위한 충분한 풍량을 공급할 수 있게 된다. 이러한 이유로 엔진이 저속인 경우, 상기 보조 장치(10)인 팬모터에 공급되는 작동유의 유량이 큰 경우에는 오히려 냉각수 및 작동유가 과냉각되어 엔진의 효율이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 작동유의 공급으로 인해 동력이 손실될 수 있다. 이러한 이유로 보조 장치(10)인 팬모터에 공급되는 작동유의 일부 유량은 유량이 부족한 장치에 이용될 필요성이 있다. 이러한 필요성으로 인해 보조 펌프(11)인 팬모터 펌프와 상기 보조 장치(10)인 팬모터의 사이에 보조장치용 제어밸브(12)인 팬모터용 제어밸브가 개재된다.
상기 보조 장치용 제어밸브(12)는 상기 보조 펌프(11)로부터 토출되어 상기 보조 장치(10)로 공급되는 작동유의 유량을 조절함과 아울러 상기 조향 장치(20)에 작동유를 선택적으로 공급하기 위한 것으로서, 상기 보조 펌프(11)와 상기 보조 장치(10)를 연결하는 유압라인(13)에 연결됨과 아울러 조향 펌프(21)와 조향 장치(20)를 연결하는 조향용 유압라인(23)에 제1합류유압라인(14)을 매개로 연결된다. 그리고 상기 보조장치용 제어밸브(12)는 조향 장치(20)의 부하 압력 즉, 로드센싱 압력(LS)과 조향 펌프(21)의 토출 압력(P)의 차이에 따라 구동된다. 보다 구체적으로, 상기 로드 센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합이 상기 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P) 보다 큰 경우, 상기 보조장치용 제어밸브(12)는 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같은 상태로 절환되어 보조 펌프(11)로부터 토출되는 작동유의 일부는 보조 장치(10)로 공급되고, 나머지의 작동유는 제1합류유압라인(14)을 통해 조향 장치(20)로 공급된다. 반면, 상기 토출 압력(P) 상기 로드 센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합보다 큰 경우, 상기 보조장치용 제어밸브(12)는 도 3b에 도시된 바와 같이 절환되어 보조 펌프(11)로부터 토출되는 작동유는 보조 장치(10)로만 공급되고 제1합류유압라인(14)에는 공급되지 않는다. 여기서, 상기 기준 차압은 상기 보조장치용 제어밸브(12)를 지지하고 있는 스프링의 탄성력을 고려한 것으로서, 상기 기준 차압은 시스템에 따라 다르게 설정될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 로드센싱 압력(LS)을 조향 장치(20)로부터 인출하는 것을 예시하였으나, 조향 핸들(미 도시)과 연결된 조향 콘트롤 밸브(미도시)로부터 인출될 수도 있다.
상기 조향 장치(20)는 조향 핸들(미 도시)로부터 전달된 신호에 따라 상기 조향 펌프(21)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되며, 상기 조향 핸들의 조작 정도에 따라 필요한 유량이 결정된다. 즉, 상기 조향 핸들을 급조작하는 경우에는 상기 조향 장치(20)를 구동시키기 위해 필요한 작동유의 유량은 증가하게 된다. 그러나 엔진이 저속인 경우에는 조향 펌프(21)에 의해 토출되어 조향 장치(20)로 공급되는 작동유의 유량이 줄어들기 때문에 조향 핸들의 조작에 따라 조향 장치(20)가 구동되기까지는 많은 시간이 소요된다. 이러한 이유로 운전자는 조향 핸들이 무겁게 느껴지고 조향이 원활히 이루어지지 않게 된다.
그러나 본 발명의 실시예에 의한 보조장치용 제어밸브(12)에 의해 보조 펌프(11)로부터 토출되는 작동유가 조향 장치(20)로 합류되기 때문에 상술한 유량 부족에 따른 문제점을 해결할 수 있게 된다.
한편, 엔진이 고속인 경우, 즉 엔진 RPM이 높은 경우, 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 유량은 조향 장치(20)의 구동에 필요한 유량을 초과하게 된다. 이러한 이유로 상기 조향 펌프(21)로부터 상기 조향 장치(20)에 공급되는 유량을 조절할 수 있도록 상기 조향 펌프(21)와 상기 조향 장치(20)의 사이에 조향용 제어밸브(22)가 개재된다.
상기 조향용 제어밸브(22)는 상기 조향 펌프(21)와 상기 조향 장치(20)를 연결하는 조향용 유압라인(23)에 설치될 뿐만 아니라 메인 펌프(30)와 메인 제어밸브(31)를 연결하는 메인 유압라인(32)에 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유를 합류시킬 수 있도록 제2합류유압라인(24)에 연결된다. 또한, 상기 조향용 제어밸브(22)도 상기 팬모터용 제어밸브(12)와 동일하게 조향 펌프(21)의 토출 압력(P)과 로드센싱 압력(LS)의 차이에 따라 절환된다. 보다 구체적으로, 상기 조향 펌프(21)의 토출 압력(P)이 상기 로드센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합보다 작은 경우, 조향용 제어밸브(22)는 도 3a에 도시된 바와 같은 상태가 된다. 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유는 모두 조향 장치(20)로 공급된다. 그러나 조향 펌프(21)의 토출 압력(P)이 로드센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합보다 큰 경우, 상기 조향용 제어밸브(22)는 도 3b에 도시된 바와 같은 상태로 절환되어 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유는 조향 장치(20)에 일부 공급되고, 나머지는 제2합류유압라인(24)을 통 해 메인 제어밸브(31)에 공급되어 작업을 위한 장치에 사용된다. 여기서, 상기 기준 차압은 상기 조향용 제어밸브(22)를 지지하고 있는 스프링의 탄성력을 고려한 압력이며, 이러한 기준 차압은 시스템에 따라 바뀔 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계 조향용 유압 시스템의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 도 3a에 도시된 상태는 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 조향 장치(20)의 로드센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합보다 작은 경우로서, 조향 장치(20)에 공급되는 작동유의 유량이 부족하여 조향 장치(20)의 부하 압력인 로드센싱 압력(LS)이 상승하는 경우에 나타난다. 특히, 엔진이 저속 구동되는 상태에서 조향 핸들(미 도시)이 급조작되는 경우 로드센싱 압력(LS)은 더욱 상승하고, 조향 장치(20)의 유량은 더욱 부족한 상태가 된다. 이러한 경우, 보조 펌프(11)로부터 토출되는 작동유의 일부는 보조 장치(10)로 공급되며, 나머지는 제1합류유압라인(14)을 통해 조향 장치(20)에 공급된다. 또한, 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유는 모두 조향 장치(20)로 공급된다. 이와 같이, 조향 펌프(21)로부터 토출되는 모든 작동유가 조향 장치(20)에 공급됨과 아울러 상기 보조 펌프(11)로부터 토출되는 일부 작동유로 조향 장치(20)로 공급되기 때문에 조향 장치(20)에 공급되는 작동유의 유량이 증가하게 된다. 이에 의해 조향 장치(20)의 구동이 신속하게 이루어지게 되고 이에 의해 조향 장치(20)의 로드센싱 압력(LS)은 저하되어 조향 펌프(21)로부터 토출되는 압력(P)과 로드센싱 압력(LS)은 그 차이가 줄어들게 된다. 한편, 상기 보조 장치(10)에는 항상 최소 유량의 작동유가 공급되기 때문에 보조 장치(10)가 과열되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 보조장치용 제어밸브(12)는 상기 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 커질수록 보조 펌프(11)로부터 토출되어 보조장치(10)에 공급되는 작동유의 유량을 증가시킨다. 따라서, 엔진 RPM이 상승하여 냉각수 및 작동유가 고온으로 가열됨에 따라 보조 장치(10)의 구동속도가 상승하여 냉각수 및 작동유가 유동하는 라디에이터를 냉각시키기 위한 풍량이 증가하게 된다. 즉, 보조 장치용 제어밸브(12)는 냉각수 및 작동유를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 보조 장치(10)에 공급되는 작동유의 유량을 조절한다.
본 실시예에서는 보조 장치(10)를 팬모터로, 보조 펌프(11)를 팬모터 펌프로, 그리고 보조 장치용 제어밸브(12)를 팬모터용 제어밸브로 예시하고 상기 보조 장치(10)로부터 토출되는 작동유를 조향 장치(20)에 공급하는 것을 예시하였으나, 본 실시예와 달리 상기 보조 장치(10)와 상기 보조 펌프(11) 및 상기 보조장치용 제어밸브(12)는 각각 브레이크, 브레이크 펌프 및 브레이크용 제어밸브(12)로 구성될 수 있다. 즉, 조향 장치(20)에 조향 펌프(21) 이외의 보조 펌프로 유량을 보충할 수 있는 한, 보조 펌프의 종류에 제한 없이 본 발명의 사상에 속한다.
이와 같이, 조향 펌프(21)의 용량 증가 없이 불필요한 유량을 합류시켜 조향 장치(20)에 공급되는 유량을 증가시킴으로써, 최소한의 비용으로 조향 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진 동력을 효율적으로 사용하여 불필요한 동력의 손실을 줄일 수 있게 된다. 또한, 엔진의 RPM을 측정하기 위한 RPM 센서나 RPM 센서로부터 입력된 데이터에 따라 밸브를 제어하기 위한 컨트롤러를 구비하지 않고, 기계 적으로 인출되는 압력의 차이에 의해 제어밸브들이 구동됨에 따라 시스템의 구조가 단순화되고 제조비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 내구성이 향상된다.
한편, 엔진이 중고속으로 구동되는 경우, 예컨대 엔진이 1500RPM 이상으로 구동되는 경우, 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)은 조향 장치(20)의 로드센싱 압력(LS)과 기준 차압의 합보다 크게 된다. 이러한 경우, 보조장치용 제어밸브(12)와 조향용 제어밸브(22)는 도 3b와 같은 상태로 절환된다. 즉, 보조장치용 제어밸브(12)는 보조 펌프(11)로부터 토출되는 작동유를 모두 보조 장치(10)로 공급한다. 이는 엔진이 중고속인 경우, 냉각수 및 작동유의 온도가 상승되어 보조 장치(10)의 구동 속도가 증가해야 하기 때문이다. 그리고 조향용 제어밸브(22)는 조향 펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 일부는 조향 장치(20)로 공급하고, 나머지는 메인 제어밸브(31)로 공급한다. 이는 엔진의 RPM이 상승함에 따라 조향 펌프(21)의 토출 유량이 상승하기 때문이다. 즉, 조향 펌프(21)로부터 토출되는 일부의 작동유만으로도 조향 장치(20)를 구동시키는데 충분한 유량이 확보되기 때문이다.
도 1은 종래의 건설 기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 유압 회로도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 유압 회로도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 유압 시스템의 동작을 설명하기 위한 유압 회로도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 보조장치 11; 보조 펌프
12; 보조장치용 제어밸브 20; 조향 장치
21; 조향 펌프 22; 조향용 제어밸브

Claims (3)

  1. 조향펌프용 유압라인(23)을 매개로 조향장치(20)에 작동유를 공급하는 조향펌프(21);
    보조펌프용 유압라인(13)을 매개로 보조장치(10)에 작동유를 공급하는 보조펌프(11);
    상기 보조펌프용 유압라인(13) 상에 설치되며, 양측의 수압부는 각각 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)과 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 인가되도록 연결되어 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)이 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 이상으로 큰 경우, 상기 보조펌프(11)로부터 토출되는 작동유 전부 또는 일부를 제1합류유압라인(14)을 매개로 상기 조향장치(20)용 유압라인(23)에 합류되게 제어하는 보조장치용 제어밸브(12); 및
    상기 조향펌프(21)용 유압라인(23) 상에 설치되며, 양측의 수압부는 각각 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)과 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 인가되도록 연결되어 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)이 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 보다 클 경우에는 상기 조향펌프(21)의 작동유를 상기 조향장치(20)로 우선적으로 공급하고, 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)이 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)보다 기준차압 보다 작을 경우에는 상기 조향펌프(21)의 작동유 전부 또는 일부를 제2합류유압라인(24)을 매개로 메인펌프(30)용 메인 유압라인(32)에 합류되게 제어하는 조향용 제어밸브(22)를 포함하여,
    상기 보조장치용 제어밸브(12)는 상기 보조펌프(11)로부터 토출되는 작동유를 제1합류유압라인(14)을 매개로 상기 조향용 제어밸브(22)의 상류에 공급하되, 상기 조향펌프(21)로부터 토출되는 작동유의 압력(P)이 상기 조향장치(20)의 로드센싱 압력(LS)보다 커질수록 상기 보조장치(10)에 공급되는 작동유의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계 조향용 유압 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조펌프(11)는 브레이크 펌프와 팬모터 펌프 중 어느 하나이고, 상기 보조장치(10)는 브레이크와 팬모터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건설 기계 조향용 유압 시스템.
  3. 삭제
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