KR101438228B1 - 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치 - Google Patents

건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 프레임에 선회가능하게 설치된 붐을 구비한 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치에 관한 것이다. 상기 붐 스윙 편심 방지장치는 상기 붐에 연결되어 상기 붐을 선회시키는 붐 스윙 실린더(12 또는 22)의 헤드측(12b 또는 22b) 작동유의 압력을 감지하기 위한 압력 감지부; 및 일측이 상기 붐 스윙 실린더(12 또는 22)의 헤드측(12b 또는 22b)에 연결되고 타측은 상기 붐 스윙 실린더(12 또는 22)의 로드측(12a 또는 22a)에 연결되며, 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준 압력 이상이면 상기 헤드측(12b 또는 22b)의 작동유를 상기 로드측(12a 또는 22a)에 공급하도록 변환되는 편심 방지 밸브(14 또는 24)를 포함한다.
붐, 선회, 편심, 헤드측, 로드측, 편심 방지 밸브

Description

건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치{BOOM ECCENTRIC SWING PREVENTION APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 굴삭기와 같은 건설 기계에 관한 것으로서, 특히 붐이 선회가능한 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 건설 기계는 작업의 효율성 및 작업 범위의 확대를 위해 하부 주행체상에 상부 선회체를 선회가능하게 설치하고 있다. 또한, 최근에는 7톤 미만의 소형 굴삭기에서는 붐이 스윙 가능하도록 구성하여 협소한 작업장에서의 작업의 효율을 극대화하고 있다. 이러한 붐을 스윙시키기 위한 붐 스윙 유압 시스템의 일 예가 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 붐 스윙 유압 시스템은 붐을 선회 구동시키기 위한 붐 스윙 실린더(2)를 구비한다. 상기 붐 스윙 실린더(2)에는 메인 펌프(1)의 작동유가 붐 스윙 제어밸브(3)에 의해 흐름 방향이 제어된 상태로 공급되어 상기 붐 스윙 실린더(2)는 수축 및 신장하게 된다. 상기 붐 스윙 실린더(2)의 수축 또는 신장에 의해 상기 붐은 좌선회 또는 우선회하게 된다.
또한, 붐의 선회가 정지된 상태에서는 붐 스윙 제어밸브(3)가 도 1에 도시된 바와 같은 상태로 변환되어 있어 메인 펌프(1)로부터 토출되는 작동유가 붐 스윙 실린더(2)에 공급되지 않는다.
한편, 붐이 스윙상태에 있다가 붐 스윙 제어밸브(3)가 도 1과 같은 상태로 변환되면 붐 스윙 실린더(2)에는 작동유가 공급되지 않는다. 그러나 붐의 스윙 관성력에 의해 붐 스윙 실린더(2)의 로드측(2a) 또는 헤드측(2b)의 압력이 갑자기 상승하는 현상이 발생한다. 이와 같이 붐 스윙 실린더(2)의 로드측(2a) 또는 헤드측(2b)의 압력이 갑작스럽게 상승하는 경우, 로드측(2a) 또는 헤드측(2b)의 작동유는 붐 스윙 제어밸브(3)의 스풀과 하우징 사이의 간극(clearance)을 통해 새어나간다. 이러한 현상을 크리프(creep) 현상이라 한다.
한편, 상기 붐 스윙 관성력에 의한 압력 상승은 로드측(2a)이 헤드측(2b) 보다 많다. 이는 붐 스윙 실린더(2)의 로드(2c)를 통해 입력되는 외력이 동일할 경우 상기 로드측(2a)의 수압부 단면적이 헤드측(2b)의 단면적보다 작기 때문에 상기 로드측(2a)의 압력 상승이 상기 헤드측(2b)의 압력 상승보다 높기 때문이다.
일 예로 헤드측(2b)의 수압부 단면적이 로드측(2a)의 수압부 단면적보다 1.3배 크다고 하면, 동일한 외력(F)에 대하여 로드측(2a)에 형성되는 압력은 헤드측(2b)에 형성되는 압력의 1.3배가 된다. 이에 의해 크리프되는 양은 통상 로드측(2a)의 작동유가 헤드측(2b)의 작동유 보다 약 1.14배 많다.
따라서, 붐을 프레임의 중앙에 위치시키는 신호를 인가하더라도 상기 붐은 전후 방향 중심선으로부터 편심된 상태에 정지하게 된다. 이러한 편심량은 선회 조작이 많아질 수로 더욱 커진다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 붐 선회 정지시 로드측과 헤드측의 크리프되는 양을 동일하게 하여 붐이 편심되는 현상을 방지할 수 있는 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 붐 스윙 편심 방지장치는 프레임에 선회가능하게 설치된 붐을 구비한 건설 기계에 적용되는 것으로서, 상기 붐에 연결되어 상기 붐을 선회시키는 붐 스윙 실린더의 헤드측 작동유의 압력을 감지하기 위한 압력 감지부; 및 일측이 상기 붐 스윙 실린더의 헤드측에 연결되고 타측은 상기 붐 스윙 실린더의 로드측에 연결되며, 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준 압력 이상이면 상기 헤드측의 작동유를 상기 로드측에 공급하도록 변환되는 편심 방지 밸브를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 편심 방지 밸브는 수압부를 구비하며, 상기 압력 감지부는 일측이 상기 붐 스윙 실린더의 헤드측에 연결되고 타측은 상기 수압부에 연결되어 상기 헤드측의 작동유 압력이 기준 압력이상이면, 상기 헤드측의 작동유의 압력을 상기 수압부에 인가하는 릴리프 밸브 타입의 신호 인가 밸브로 구성된다.
또한, 상기 편심 방지 밸브와 상기 로드측 또는 상기 헤드측(을 연결하는 편심방지용 유압라인상에는 상기 로드측의 작동유가 상기 헤드측으로 공급되는 것을 억제하는 체크 밸브가 마련된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 압력 감지부는 상기 붐 스윙 실린더의 헤드측의 압력을 감지하기 위한 압력센서로 구성되며, 상기 압력센서로부터 감지된 압력이 기준 압력 이상이면, 상기 헤드측의 작동유를 상기 로드측에 공급하도록 상기 편심 방지 밸브를 변환시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 붐 스윙 실린더의 헤드측 압력이 기준 압력이상이면, 헤드측의 작동유를 로드측으로 공급하므로써, 기존의 붐이 스윙 정지시 발생하는 편심 현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 헤드측의 압력을 감지하는 압력센서와 상기 압력센서에 의해 감지된 압력에 따라 편심 방지 밸브를 변환시키는 제어부에 의해 편심 방지 밸브를 전기적으로 변환할 수 있고, 이에 의해 다양한 사양의 건설 기계에 붐 스윙 편심 방지장치를 적용하기 위해 신호 인가 밸브의 특성을 고려하여 선택 및 설계해야 하는 불편함을 단지 제어부의 로직을 변경하는 것으로 대체할 수 있어 다양한 건설 기계에 공용화되기가 용이하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 선회 브레이크 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치는 프레임에 선회 가능하게 설치되는 붐의 편심을 방지하기 위한 것으로서, 상기 붐을 선회시키는 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b) 압력을 감지하기 위한 압력 감지부와, 상기 압력 감지부에 의해 감지된 헤드측(12b)의 압력에 따라 변환되어 상기 헤드측(12b)의 작동유를 상기 붐 스윙 실린더(12)의 로드측(12a)에 선택적으로 공급하는 편심 방지 밸브(14)를 포함한다.
최근 7톤 미만의 소형 굴삭기는 작업 반경이 작은 협소한 공간에서의 작업 효율을 극대화시키기 위해 상부 선회체 뿐만 아니라 붐을 선회시킬 수 있도록 구성하고 있다. 상기 붐은 상기 붐 스윙 실린더(12)에 의해 구동된다.
그러나, 전술한 바와 같이, 붐이 선회하고 있는 상태에서 붐 스윙 실린더(12)에 작동유의 공급을 중단하면 상기 붐의 선회 관성에 의해 붐 스윙 실린더(12)의 로드측(12a) 또는 헤드측(12b)에 급작스런 압력 상승이 나타나고 이러한 압력의 상승에 의해 상기 붐 스윙 실린더(12)의 로드측(12a) 또는 헤드측(12b)의 작동유는 붐 스윙 제어밸브(11)의 스풀과 하우징 사이의 간극(clearance)을 통해 새는 크리프(creep) 현상이 발생한다. 그러나 로드측(12a)과 헤드측(12b)으로부터 크리프되는 작동유의 양이 서로 다름으로 인해 붐이 편심되는 현상이 발생한다. 특히, 로드측(12a)의 크리프양이 헤드측(12b)의 크리프양보다 많다. 이러한 현상을 방지하기 위해 급작스런 압력 상승이 발생하는 경우, 헤드측(12b)의 작동유를 로드측(12a)으로 공급하도록 하기 위한 상술한 붐 스윙 편심 방지장치가 마련되며, 이에 대하여 상세히 설명한다.
상기 압력 감지부는 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)의 압력을 감지하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 릴리프 타입의 신호 인가 밸브(13)로 구성된 다. 상기 신호 인가 밸브(13)는 그 일측이 편심 방지 밸브(14)와 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)을 연결하는 제1편심방지용 유압라인(15)으로부터 분기된 감지용 유압라인(13a)에 연결되고, 그 타측은 상기 편심 방지 밸브(14)의 수압부(18)에 연결된다. 이러한 신호 인가 밸브(13)는 상기 감지용 유압라인(13a)의 압력이 기준 압력이상이면 상기 제1편심방지용 유압라인(15)의 작동유를 상기 수압부(18)에 인가하여 상기 편심 방지 밸브(14)를 상기 헤드측(12b)의 작동유가 상기 로드측(12a)으로 공급되도록 변환시킨다. 여기서 상기 기준 압력은 통계적으로 헤드측(12b)과 로드측(12a) 크리프양의 편차에 의해 결정된다. 즉, 상기 기준 압력은 통계적으로 상기 로드측(12a)의 크리프양과 상기 헤드측(12b)의 크리프량의 차이의 1/2에 해당하는 양이 로드측(12a)으로 공급되도록 설정된다. 따라서, 상기 기준 압력은 건설 기계의 종류 및 사양에 따라 달리 설정될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 신호 인가 밸브(13)가 제1편심방지용 유압라인(15)으로부터 분기된 감지용 유압라인(13a)에 설치되는 것을 예시하였으나, 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)과 연결되는 한 상기 신호 인가 밸브(13)는 다양한 형태로 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)과 연결될 수 있다.
상기 편심 방지 밸브(14)는 상기 헤드측(12b)과 상기 로드측(12a)의 사이에 연결되어 상기 헤드측(12b)의 작동유를 상기 로드측(12a)으로 선택적으로 공급하기 위한 것이다. 이러한 편심 방지 밸브(14)는 제1편심방지용 유압라인(15)을 매개로 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)과 연결되고 제2편심방지용 유압라인(16)을 매개로 로드측(12a)과 연결된다. 그리고 상기 편심 방지 밸브(14)는 상기 신호 인가 밸 브(13)와 연결된 수압부(18)를 구비하며, 상기 수압부(18)에 인가되는 신호에 따라 변환되어 상기 헤드측(12b)의 작동유를 로드측(12a)에 선택적으로 공급한다.
한편, 상기 제2편심방지용 유압라인(16)에는 체크 밸브(17)가 마련되어 로드측(12a)의 작동유가 헤드측(12b)으로 역류되는 것을 방지한다. 즉, 상기 헤드측(12b)의 압력이 기준 압력이상이 되더라도 상기 로드측(12a)의 압력이 상기 헤드측(12b)의 압력보다 큰 경우, 즉 붐의 선회관성에 의해 상기 로드측(12a)의 압력이 급상승하고 상기 헤드측(12b)의 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우 상기 편심 방지 밸브(14)는 헤드측(12b)과 로드측(12a)이 연통되도록 변환되지만 로드측(12a)의 압력이 헤드측(12b)으로 공급되지는 않는다. 이에 의해 로드측(12a)에 헤드측(12b)의 크리프량 차이만큼 작동유를 공급할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 상기 체크 밸브(17)가 제2편심방지용 유압라인(16)에 설치되는 것을 예시하였으나, 제1편심방지용 유압라인(15)에도 설치될 수 있다.
이와 같이, 헤드측(12b)의 작동유를 크리프량의 차이만큼 로드측(12a)에 공급함으로서, 붐이 편심되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이하, 이상과 같은 구성을 가지는 붐 스윙 편심 방지장치의 작동과정에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같은 상태에서 붐 스윙 신호(Pa2)(Pb2)가 인가되면 상기 붐 스윙 제어밸브(11)는 좌측 또는 우측으로 변환되어 메인 펌프(10)의 작동유를 붐 스윙 실린더(12)의 로드측(12a) 또는 헤드측(12b)으로 공급하게 되고, 이에 의해 붐 스윙 실린더(12)가 수축 또는 신장한다. 이에 의해 붐은 좌측 또는 우측으로 선회하게 된다. 이와 같이 선회하는 붐을 정지시키기 위해 인가된 붐 스윙 신호(Pa2)(Pb2)가 해제되면 붐 스윙 제어밸브(11)는 도 2a에 도시된 바와 같이 변환된다.
이때, 붐이 붐 스윙 실린더(12)가 수축되는 방향으로 선회하고 있다고 가정하면, 붐의 선회 관성에 의해 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b) 압력이 급격하게 상승한다. 이와 같이 상승된 헤드측(12b)의 압력이 기준 압력 이상이면 상기 신호 인가 밸브(13)가 도 2b에 도시된 바와 같이 변환되어 헤드측(12b)의 작동유는 신호 인가 밸브(13)를 통해 편심 방지 밸브(14)의 수압부(18)로 인가되고, 이에 의해 편심 방지 밸브(14)는 도 2b에 도시된 바와 같이 변환된다. 물론, 상기 수압부(18)에 인가되는 압력은 오리피스에 의해 압력 강하되어 헤드측(12b)의 작동유 압력보다는 작게 설정된다.
상기 편심 방지 밸브(14)가 도 2b에 도시된 바와 같이 변환되면, 헤드측(12b)의 작동유는 로드측(12a)으로 공급된다. 이와 같은 작동유의 이동은 헤드측(12b)의 작동유 압력이 로드측(12a)보다 높기 때문에 나타나는 현상이다. 상기 헤드측(12b)으로부터 상기 로드측(12a)으로의 작동유 이동은 상기 신호 인가 밸브(13)가 도 2b에 도시된 바와 같이 변환된 상태로 유지되는 시간 동안 발생한다. 즉, 헤드측(12b)의 압력은 로드측(12a)으로 공급되는 작동유와 붐 스윙 제어밸브(11)의 스풀과 하우징 사이로 새어 나가는 작동유로 인해 하강되며, 이와 같이 헤드측(12b)의 압력이 하강되어 기준 압력 이하로 내려가면 편심 방지 밸브(14)는 도 2a에 도시된 바와 같이 변환된다.
따라서, 상기 헤드측(12b)으로부터 상기 로드측(12a)으로 이동되는 작동유의 양은 신호 인가 밸브(13)의 특성(변환속도 및 유로 단면적 등)과 편심 방지 밸브(14)의 특성(변환속도 및 유로 단면적 등)에 의해 조절이 가능하다. 또한, 상기 헤드측(12b)에는 작동유가 로드측(12a)으로 공급됨으로써, 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 경우, 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)에 작동유를 보충할 수 있는 메이크업 회로를 붐 스윙 제어밸브(11) 또는 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)에 설치할 수도 있다.
이상과 같이, 헤드측(12b)의 압력이 기준 압력 이상인 경우, 헤드측(12b)의 작동유를 로드측(12a)으로 공급함으로써, 붐 스윙 실린더(12)가 일측으로 편심되게 구동되는 것을 방지할 수 있고 이에 의해 붐 스윙이 편심되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 붐 스윙의 편심을 방지함으로써, 붐 스윙의 조작성 및 작업의 정밀도가 향상된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 붐 스윙 편심 방지장치가 적용된 붐 스윙 유압 회로도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 편심 방지 밸브(24)가 솔레노이드 밸브로 구성되고, 붐 스윙 실린더(22)의 헤드측(22b)의 압력은 압력센서(23)에 의해 감지된다. 그리고 압력센서(23)에 의해 감지된 압력에 대한 정보는 제어부(28)로 전송된다. 그리고 제어부(28)는 압력센서(23)로부터 전송된 압력과 기준 압력을 비교하여 전송된 압력이 기준 압력보다 높은 경우 상기 편심 방지 밸브(24)를 헤드측(22b)과 로드측(22a)이 연통되도록 변환시킨다.
이와 같이, 제어부(28)를 통해 전기적으로도 편심 방지 밸브(24)를 변환할 수 있으며, 이에 의해 다양한 사양의 건설 기계에 붐 스윙 편심 방지장치를 적용하기 위해 신호 인가 밸브(13)의 특성을 고려하여 선택 및 설계해야 하는 불편함을 단지 제어부(28)의 로직을 변경하는 것으로 대체할 수 있어 다양한 건설 기계에 공용화되기가 용이하다.
상술한 구성 이외의 구성 및 그 동작원리는 본 발명의 일 실시예와 동일하므로 이하에서 설명을 생략한다.
도 1은 일반적인 붐 스윙 유압 시스템을 개략적을 나타낸 유압 회로도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 붐 스윙 편심 방지장치가 적용된 붐 스윙 유압 시스템의 유압 회로도로서, 붐 스윙 편심 방지장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 붐 스윙 편심 방지장치가 적용된 붐 스윙 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 유압 회로도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
12, 22; 붐 스윙 실린더 12a, 22a; 로드측
12b, 22b; 헤드측 13; 신호 인가 밸브
14, 24; 편심 방지 밸브 18; 수압부
23; 압력센서 28; 제어부

Claims (5)

  1. 프레임에 선회가능하게 설치된 붐을 구비한 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치로서,
    상기 붐에 연결되어 상기 붐을 선회시키는 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b) 작동유의 압력을 감지하기 위한 압력 감지부; 및
    일측이 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)에 연결되고 타측은 상기 붐 스윙 실린더(12)의 로드측(12a)에 연결되며, 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준 압력 이상이면 상기 헤드측(12b)의 작동유를 상기 로드측(12a)에 공급하도록 변환되는 편심 방지 밸브(14)를 포함하고,
    상기 편심 방지 밸브(14)는 수압부(18)를 구비하며,
    상기 압력 감지부는 일측이 상기 붐 스윙 실린더(12)의 헤드측(12b)에 연결되고 타측은 상기 수압부(18)에 연결되어 상기 헤드측(12b)의 작동유 압력이 기준 압력이상이면, 상기 헤드측(12b)의 작동유의 압력을 상기 수압부(18)에 인가하는 릴리프 밸브 타입의 신호 인가 밸브(13)인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편심 방지 밸브(14)와 상기 로드측(12a) 또는 상기 헤드측(12b)을 연결하는 편심방지용 유압라인(15, 16)상에는 상기 로드측(12a)의 작동유가 상기 헤드측(12b)으로 공급되는 것을 억제하는 체크 밸브(17)가 마련된 것을 특징으로 하는 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치.
  4. 프레임에 선회가능하게 설치된 붐을 구비한 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치로서,
    상기 붐에 연결되어 상기 붐을 선회시키는 붐 스윙 실린더(22)의 헤드측(22b) 작동유의 압력을 감지하기 위한 압력 감지부; 및
    일측이 상기 붐 스윙 실린더(22)의 헤드측(22b)에 연결되고 타측은 상기 붐 스윙 실린더(22)의 로드측(22a)에 연결되며, 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준 압력 이상이면 상기 헤드측(22b)의 작동유를 상기 로드측(22a)에 공급하도록 변환되는 편심 방지 밸브(24)를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 상기 붐 스윙 실린더(22)의 헤드측(22b)의 압력을 감지하기 위한 압력센서(23)로 구성되며,
    상기 압력센서(23)로부터 감지된 압력이 기준 압력 이상이면, 상기 헤드측(22b)의 작동유를 상기 로드측(22a)에 공급하도록 상기 편심 방지 밸브(24)를 변환시키는 제어부(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편심 방지 밸브(14)와 상기 로드측(22a) 또는 상기 헤드측(22b)을 연결하는 편심방지용 유압라인 상에는 상기 로드측(22a)의 작동유가 상기 헤드측(22b)으로 공급되는 것을 억제하는 체크 밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 건설 기계의 붐 스윙 편심 방지장치.
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