KR101426556B1 - 건설장비의 유압 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설장비의 유압제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은, 유압력을 발생시키는 작동유공급원(120), 작동유공급원(120)으로부터 공급받은 작동유의 유압의 의해 선회 구동하는 액추에이터(100), 작동유공급원(120)과 액추에이터(100)사이에 배치되고 작동유공급원(120)으로부터 액추에이터(100)에 전달되는 작동유의 방향을 제어하는 제어밸브(110), 제어밸브(110)의 양단에 제1,제2 파일럿 유압라인(131)(132)으로 연결되고 액추에이터(100)에 전달되는 작동유의 방향을 제어하도록 유압을 공급하는 파일럿 작동유 공급원(130), 제어밸브(110)에서 작동유가 회수되는 작동유 회수라인(122), 액추에이터(100)에 대기 유량이 공급되는 메이크-업 공급라인(141), 작동유 회수라인(122) 상에 배치되고, 일단이 메이크-업 공급라인(141)에서 분기되는 제4 파일럿 유압라인(134)에 연결되며 타단이 파일럿 작동유 공급원(130)에서 토출되는 분기라인인 제3 파일럿 유압라인(133)에 연결되어 작동유 회수라인(122)의 통과 유량을 선택적으로 감량 제어하는 유량제어밸브(200)를 포함한다.

건설장비, 상부체, 선회, 액추에이터, 감속, 과속방지

Description

건설장비의 유압 시스템 {OIL PRESSURE SYSTEM OF CONSTRUCTION EQUIPMENT}

본 발명은 건설장비의 유압제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설장비에서 상부체를 선회시키는 액추에이터의 구동을 제어하는 건설장비의 유압제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건설장비는 엔진과 엔진의 동력을 이용하여 유압을 발생시키는 유압펌프와 유압펌프에서 발생되는 유압을 유압밸브에 의해 제어하는 제어부와 유압에 의해 일을 하는 액추에이터를 포함한다.

상술한 바와 같은 건설장비는 도 1에 나타낸 바와 같이 유량과 유압을 제어함에 따라 각각의 액추에이터 등을 작동시키고, 예컨대 액추에이터는 붐(Boom; 10), 암(Arm; 20), 버킷(bucket; 30)을 구동하거나 상부체를 선회시키는 등 특정한 일을 하게 되며, 이때 각각의 액추에이터에 가해지는 유량과 유압을 제어하여야 한다.

상술한 상부체를 선회시키는 액추에이터(100)가 구동되는 유압시스템은 첨부도면 도 2를 참조하여 설명한다.

작동유 공급원(120)으로부터 압유를 공급받는 제어밸브(110), 상술한 제어밸브(110)의 방향전환 제어에 의해 정역 구동하는 액추에이터(100), 파일럿 작동유 공급원(130)으로부터 파일럿 압류를 공급받아 상술한 제어밸브(110)의 스풀을 구동시키도록 하는 제1, 제2 파일럿 유압라인(131)(132) 및 상술한 액추에이터(100)에 연결되어 작동유가 대기하는 메이크-업(Make-up) 공급라인(141)으로 구성된다.

상술한 작동유 공급원(120)은 통상적으로 유압을 발생시키는 펌프일 수 있다.

상술한 액추에이터(100)와 상술한 제어밸브(110)의 사이에는 복수의 유압라인(101)(102)이 배치되어 어느 하나의 유압라인(101)을 통하여 작동유가 액추에이터(100)에 공급되고 다른 하나의 유압라인(102)을 통하여 작동유가 회수되는 것이고 작동유가 이동되는 동안에 액추에이터(100)가 구동되는 것이다.

상술한 제어밸브(110)는 스풀의 위치에 따라 액추에이터(100)에 작동유를 공급중지, 정방향 공급 또는 역방향 공급하도록 방향을 전환하는 것일 수 있다.

또한, 상술한 작동유 공급원(120)으로부터 상술한 제어밸브(110)쪽으로 작동유 공급라인(121)이 배치되고, 상술한 제어밸브(110)에서 탱크 쪽으로 작동유 회수 라인(122)이 배치될 수 있다.

상술한 제1 파일럿 유압라인(131)은 상술한 제어밸브(110)의 한쪽에 연결되고, 상술한 제2 파일럿 유압라인(132)은 상술한 제어밸브(110)의 다른 한쪽에 연결될 수 있으며, 건설장비 운전자의 조작에 의해 제1, 제2 파일럿 유압라인(131)(132)의 유압 흐름 방향이 결정되어 상술한 제어밸브(110)의 스풀을 조절하 도록 하는 것이다.

상술한 메이크-업 공급라인(141)은 상술한 액추에이터(100)와 탱크 사이에 배치되는 것일 수 있고, 액추에이터(100)가 구동될 때에 작동유를 공급하도록 하는 것이며, 상술한 액추에이터(100)에는 메이크-업 공급라인(141)과 상반되도록 메이크-업 회수라인(142)이 더 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 건설장비의 유압시스템은 다음과 같이 작동된다.

운전자의 의도에 따라 제어밸브(100)가 제어되고 이때 제어밸브(100)의 스풀이 어느 한쪽으로 이동되면 작동유가 액추에이터(100)에 공급되며 액추에이터(100)가 구동되어 건설장비의 상부체가 선회된다.

이때, 운전자는 복합적인 조작(운전)이 가능한데, 예컨대 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)을 펼친 상태에서 선회함과 아울러 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)을 오므릴 수 있다.

그러나 관성의 물리적 특성에 따라 선회하는 속도에 차이가 나타나는데 특히 붐(10), 암(20) 및 버킷(30)의 상호 위치관계에 따라 반응(속도)하는 정도가 다르게 나타난다.

상술한 반응(속도)에 대하여 첨부도면 도 1을 참조하여 설명하면, 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)이 펼쳐진 상태에서는 선회하는 중심으로부터 버킷(30)의 무게 중심까지 거리(L1)가 무척 길고, 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)을 오므린 상태에서는 선회하는 중심으로부터 버킷(30)의 무게 중심까지 거리(L2)가 짧으며, 이때 선회하는 관성모멘트는 동일한 동력이 가해질 때에 거리(L1)(L2)가 짧을수록 선회하는 속도가 빨라지는 물리적 특성이 있다.

첨부도면 도 3은 상부체의 선회(Swing)와 붐(10)의 상승의 상관관계를 나타낸 그래프로서, 도 3에 나타낸 바와 같이 붐(10)이 상승하였을 때에 상부체가 갑작스럽게 과속 선회하는 구간(A)이 나타는 것을 알 수 있다.

일예로서 굴삭기와 같은 건설장비를 운전할 때에는 버킷(30)을 오므리면서 선회하고 연이어서 붐(10)을 상승시킨 다음에 버킷(30)을 펼치는 과정으로 피작업물(예컨대, 흙 또는 모래)을 옮기게 된다.

이때 건설장비의 운전자는 상부체를 선회시킨 다음에 정지시킬 위치를 예상하고 액추에이터(100)를 조작하게 되는데, 이때 운전자의 상부체의 선회를 정지시킬 위치를 예측하는 중요한 변수로서 선회속도를 고려하지만 상술한 바와 같이 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)의 상호관계에 따라 관성모멘트가 달라지므로 상부체의 선회를 정지시키고자하는 위치와 실제 정지되는 위치가 불일치하는 문제점이 있었다.

또한, 보편적적인 상차작업, 예를 들어 바닥의 흙 또는 모래를 덤프트럭에 싣고자하는 경우 버킷(30)에 흙을 담은 다음에 선회하면서 붐(10)을 상승시키거나 암(20)을 오므릴 때에 작업자의 의도와는 다르게 상부체가 급작스럽게 과속 선회하는 현상이 발생할 수 있고 이로써 예상하지 못한 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

특히 버킷(30)에 흙 또는 모래가 있을 때에 상부체의 스윙 정지시키고자할 때에 실제 정지위치는 예상 정지를 지나치는 문제점이 있고 이로써 안전사고의 위험이 가중되는 문제점이 있다.

상술한 안전사고의 일예로서 붐(10), 암(20) 또는 버킷(30)이 덤프트럭과 부딪히거나 여타의 피존물과 간섭이 발생되는 것일 수 있다.

다른 한편으로 상부체가 운전자의 의도와는 상관없이 선회 과속하게 되면 운전자은 당황할 수 있고, 이로써 예상하지 못한 또 다른 안전사고를 초래할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건설장비의 상부체가 선회할 때에 관성모멘트가 변하더라도 상부체가 급작스럽게 과속 선회하는 것을 방지할 수 있도록 하는 건설장비의 유압제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은, 유압력을 발생시키는 작동유공급원; 상기 작동유공급원으로부터 공급받은 작동유의 유압의 의해 선회 구동하는 액추에이터; 상기 작동유공급원과 상기 액추에이터사이에 배치되고 상기 작동유공급원으로부터 상기 액추에이터에 전달되는 작동유의 방향을 제어하는 제어밸브; 상기 제어밸브의 양단에 제1, 제2 파일럿 유압라인으로 연결되고 상기 액추에이터에 전달되는 작동유의 방향을 제어하도록 유압을 공급하는 파일럿 작동유 공급원; 상기 제어밸브에서 작동유가 회수되는 작동유 회수라인; 상기 액추에이터에 대기 유량이 공급되는 메이크-업 공급라인; 상기 작동유 회수라인 상에 배치되고, 일단이 상기 메이크-업 공급라인에서 분 기되는 제4 파일럿 유압라인에 연결되며 타단이 상기 파일럿 작동유 공급원에서 토출되는 분기라인인 제3 파일럿 유압라인에 연결되어 상기 작동유 회수라인의 통과 유량을 선택적으로 감량 제어하는 유량제어밸브;를 포함한다.

또한, 상기 유량제어밸브는, 상기 제3 파일럿 유압라인에서 스풀에 작용하는 제1 반력(R1); 상기 제4 파일럿 유압라인의 압력과 스풀 복원 스프링의 힘을 합한 제2 반력(R2); 중에 상기 제1 반력(R1)과 상기 제2 반력(R2)이 평형을 이룰 때 상기 작동유 회수라인에서 작동유의 유량의 증감 없이 통과시키는 제1 위치와, 상기 제1 반력(R1)과 상기 제2 반력(R2)에 반력의 차이가 발생될 때 반력의 차이에 비례하여 상기 작동유 회수라인의 유량을 감량 제어하는 제2 위치를 포함하여 구성될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은 상부체의 선회를 담당하는 액추에이터가 급작스럽게 구동되어 메이크-업 공급라인의 압력이 떨어질 때를 감지하여 액추에이터에서 회수되는 작동유의 유량을 감량시킴으로서 상부체의 선회가 과속 선회하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 설명의 간소화 및 이해를 돕기 위하여 종래의 유압시스템의 구성요소와 동일한 요소는 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템을 설명하기 위한 예시도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템의 작동 일례를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은 도 4에 나타낸 바와 같이 유량제어밸브(200)가 작동유 회수라인(122) 상에 배치된다.

특히, 상술한 유량제어밸브(200)는 제1, 제2 파일럿 유압라인(131)(132)에서 스풀에 작용하는 제1 반력(R1), 메이크-업 공급라인(141)의 압력과 스풀 복원 스프링의 힘을 합한 제2 반력(R2) 중에 상기 제1 반력(R1)과 상기 제2 반력(R2)의 균형에 따라 능동적으로 구동되도록 구성한 것이다.

좀더 상세하게 설명하면, 유량제어밸브(200)에는 일단이 상술한 메이크-업 공급라인(141)에서 분기되는 제4 파일럿 유압라인(134)에 연결되고, 타단이 상술한 파일럿 작동유 공급원(130)에서 토출되는 분기라인인 제3 파일럿 유압라인(133)에 연결되며, 상술한 작동유 회수라인(122)의 통과 유량을 선택적으로 감량 제어하는 것이다.

즉, 유량제어밸브(200)는 제1 위치(210)에서 상술한 제1 반력(R1)과 상술한 제2 반력(R2)이 평형을 이루거나 제2 반력(R2)이 클 때 상기 작동유 회수라인(122)에서 작동유의 유량의 증감 없이 통과시킨다.

다른 한편으로, 유량제어밸브(200)가 제1 위치(210)에 위치할 때에는 종래의 유압제어 시스템과 동일 유사하게 유압회로가 구성되는 것이다.

또 다른 한편으로 유량제어밸브(200)는 제2 위치(220)에서 상술한 제1 반력(R1)과 상술한 제2 반력(R2)에 반력 차이가 발생될 수 있는데 이때 발생하는 반력의 차이에 비례하여 상기 작동유 회수라인(122)의 유량을 감량 제어하게 된다.

상술한 제1 반력(R1)과 상술한 제2 반력(R2)에 반력 차이를 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

초기에는 액추에이터(100)가 멈춰진 상태에서 제어밸브(110)를 통하여 작동유가 점진적으로 액추에이터(100)에 공급되고 멈춰진 액추에이터(100)를 구동시키는 초기에는 무척 큰 유압 압력을 필요하게 된다.

이후 액추에이터(100)가 움직이기 시작하면 많은 유량을 필요로 하게 되는데 제어밸브(110)를 통하여 공급되는 작동유 유량은 한계가 있어서 별도의 메이크-업 공급라인(141)을 통하여 유량을 공급받게 된다.

즉 상술한 메이크-업 공급라인(141)은 액추에이터(100)의 구동에 따라 발생될 수 있는 캐비테이션(cavitation)현상을 방지하고 펌프로부터 유입 또는 유출되는 작동유의 유량과 압력의 변화에 대응할 수 있도록 하는 것이다.

상술한 바와 같이 메이크-업 공급라인(141)에서 작동유가 액추에이터(100)에 급작스럽게 공급됨에 따라 작동유의 흐름속도가 급작스럽게 빨라지면 압력이 낮아지게 된다.

따라서 상술한 바와 같이 메이크-업 공급라인(141)의 압력이 낮아짐에 따라 제2 반력(R2)이 낮아지고 이로써 제1 반력(R1)과 제2 반력(R2)에 차이가 발생되는 것이다.

첨부도면 도 5는 상술한 제1 반력(R1)과 상술한 제2 반력(R2)에 차이가 발생함에 따라 유압회로가 변화되는 것을 나타낸 것이다.

도 5에 나타낸 바와 같이 제2 반력(R2)이 낮아짐으로써 제1 반력(R1)은 유량제어밸브(200)의 스풀을 제2 위치(220)로 전환하게 된다.

특히 상술한 유량제어밸브(200)의 스풀은 상술한 제1 반력(R1)과 상술한 제2 반력(R2)에 차이에 비례하는 것으로 반력의 차이가 클수록 제2 위치(220)에서는 오리피스에 의해 작동유 회수라인(122)의 유량을 더 많이 줄이게 되고, 반력의 차이가 작을수록 제2 위치(220)에서는 오리피스에 의해 작동유 회수라인(122)의 유량을 조금 줄이게 된다.

따라서 제어밸브(110)에서 회수되는 작동유는 액추에이터(100)로부터 전달되는데 회수되는 작동유의 유량이 줄어듦으로서 액추에이터(100)의 구동 속도가 줄어들게 된다.

결국 액추에이터(100)의 구동속도가 줄어듦으로써 건설장비의 상부체가 과속 선회하지 못하고 정속도로 선회하게 되는 것이다.

이후 액추에이터(100)의 구동속도가 정속도로 구동되면 메이크-업 공급라인(141)의 압력이 초기 상태로 복귀하고, 이로써 상술한 제1 반력(R1)과 제2 반력(R2)이 균형을 이루며 유량제어밸브(200)는 제1 위치(210)로 복귀되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은 유량 제어밸브(200)가 메이크-업 공급라인(141)의 압력의 변화에 능동적으로 대응하여 작동유 회수라인(122)에서 유량을 감량 제어함으로써 상부체의 과속 선회를 방지하는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템은 상부체가 선회하 면서 관성모멘트가 변하는 모든 건설장비에 적용이 가능하고, 특히 상부체의 과속 선회를 방지하여 안전사고를 예방할 수 있다.

도 1은 건설장비를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 건설장비에서 종래의 액추에이터를 구동하는 유압시스템을 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 유압시스템에 의해 구동되는 액추에이터의 구동속도를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 유압제어 시스템의 작동 일례를 설명하기 위한 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10; 붐(Boom) 20; 암(Arm)

30; 버킷(Bucket) 100; 액추에이터

110; 제어밸브 120; 작동유 공급원

121; 작동유 공급라인 122; 작동유 회수라인

130; 파일럿 작동유 공급원

131, 132, 133, 134; 제1, 제2, 제3, 제4 파일럿 유압 라인

141; 메이크-업(Make-up)공급라인 142; 메이크-업 회수라인

200; 유량 제어밸브 210; 제1 위치

220; 제2 위치 230, 240; 제3, 제4 파일럿 유압 라인

Claims (2)

1. 유압력을 발생시키는 작동유공급원(120);

   상기 작동유공급원(120)으로부터 공급받은 작동유의 유압의 의해 선회 구동하는 액추에이터(100);

   상기 작동유공급원(120)과 상기 액추에이터(100)사이에 배치되고 상기 작동유공급원(120)으로부터 상기 액추에이터(100)에 전달되는 작동유의 방향을 제어하는 제어밸브(110);

   상기 제어밸브(110)의 양단에 제1,제2 파일럿 유압라인(131)(132)으로 연결되고 상기 액추에이터(100)에 전달되는 작동유의 방향을 제어하도록 유압을 공급하는 파일럿 작동유 공급원(130);

   상기 제어밸브(110)에서 작동유가 회수되는 작동유 회수라인(122);

   상기 액추에이터(100)에 대기 유량이 공급되는 메이크-업 공급라인(141);

   상기 작동유 회수라인(122) 상에 배치되고, 일단이 상기 메이크-업 공급라인(141)에서 분기되는 제4 파일럿 유압라인(134)에 연결되며 타단이 상기 파일럿 작동유 공급원(130)에서 토출되는 분기라인인 제3 파일럿 유압라인(133)에 연결되어 상기 작동유 회수라인(122)의 통과 유량을 선택적으로 감량 제어하는 유량제어밸브(200);

   를 포함하는 건설장비의 유압제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유량제어밸브(200)는,

   상기 제3 파일럿 유압라인(133)에서 스풀에 작용하는 제1 반력(R1);

   상기 제4 파일럿 유압라인(134)의 압력과 스풀 복원 스프링의 힘을 합한 제2 반력(R2); 중에 상기 제1 반력(R1)과 상기 제2 반력(R2)이 평형을 이룰 때 상기 작동유 회수라인(122)에서 작동유의 유량의 증감 없이 통과시키는 제1 위치(210)와,

   상기 제1 반력(R1)과 상기 제2 반력(R2)에 반력의 차이가 발생될 때 반력의 차이에 비례하여 상기 작동유 회수라인(122)의 유량을 감량 제어하는 제2 위치(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설장비의 유압제어 시스템.

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