KR101637574B1 - 건설장비의 펌프제어 작동시스템 - Google Patents

건설장비의 펌프제어 작동시스템 Download PDF

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Abstract

건설장비의 펌프제어 작동시스템이 개시된다. 개시된 발명은 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 엔진의 동력이 각각의 펌프를 통해 일부 액츄에이터에 전달되게 구성되어 있다. 펌프와 1:1로 대응하여 동력을 전달받는 액츄에이터가 있고, 반면에 작동오일을 분배하는 보조 컨트롤 밸브에 의해 동력을 전달받는 액츄에이터도 구성되어 있다. 이와 같은 본 발명은 액츄에이터와 펌프가 1:1로 대응되게 구성됨으로써 엔진과 액츄에이터 사이에 동력전달체계가 간소화되고, 유압요소에 의한 엔진의 동력손실이 적은 상태로 액츄에이터에 동력이 전달되어 엔진의 에너지 효율을 높일 수 있다.
액츄에이터, 가동펌프, 보조 컨트롤 밸브, 공급펌프, 클러치

Description

건설장비의 펌프제어 작동시스템{Pump Control Actuation System of Construction Machinery}
본 발명은 건설장비의 펌프제어 작동시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각의 액츄에이터의 대응하여 펌프가 구비된 건설장비의 펌프제어 작동시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 건설기계는 유압을 사용하여 구동된다. 유압은 엔진에 의해 작동되는 하나 이상의 유압펌프에서 공급된다. 유압펌프는 작동오일을 가압하여 각 액츄에이터에 공급하게 된다. 작동오일은 메인 컨트롤 밸브라는 분배기를 거쳐 각 액츄에이터에 적절하게 분배된다.
엔진의 출력은 펌프, 관로, 밸브, 메인 컨트롤 밸브 등 작동오일이 유압을 구동시키기 위한 유압부품을 거치면서 손실된다. 액츄에이터는 대략 엔진출력의 20% 정도의 효율로 작동된다.
최근에는, 엔진의 출력에 대한 유압시스템의 효율을 높이기 위해 각 액츄에이터에 대응하여 작동오일을 공급하는 펌프가 구비된 펌프 컨트롤 시스템이 연구되고 있다.
펌프 컨트롤 시스템은 엔진에 의해 구동되는 펌프가 각 액츄에이터에 직접 작동오일을 공급하는 것으로서, 작동오일을 통과하거나 제어하는 유압요소를 줄이어 유압마찰에 의한 손실을 줄이는 시스템이다. 펌프 컨트롤 시스템은 작동오일을 분배하는 메인 컨트롤 밸브의 손실이 제거되어 엔진의 효율이 높다. 또한, 액츄에이터는 펌프에 의한 작동오일의 공급량이 조절됨으로써 출력의 제어가 용이하다.
이와 같이 펌프 컨트롤 시스템의 기술에 대한 개요는 알려져 있으나, 각 펌프에 의해 구동되는 각 액츄에이터의 부하 차이가 발생하고, 어느 펌프에 과부하가 걸리게 되면 그 펌프에 공급되는 작동오일의 유량이 부족한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진에서 액츄에이터에 대한 에너지 손실을 줄이어 엔진의 에너지 효율을 높이고, 액츄에이터의 부하에 따라 유연하게 작동오일의 공급량을 조절할 수 있는 건설장비의 펌프제어 작동시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템은 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 상기 액츄에이터 중 작업 빈도가 높고 에너지 소모가 많은 일부의 액추에이터에 1:1로 작동오일을 공급하는 다수의 가동펌프, 상기 다수의 액츄에이터 중 상대적으로 작업 빈도수가 낮은 다른 복수의 액츄에이터에 작동오일을 분배하는 보조 컨트롤 밸브; 및 상기 보조 컨트롤 밸브에 작동오일을 공급하는 공급펌프를 포함한다.
여기서, 상기 다수의 가동펌프와 1:1로 대응하는 액츄에이터는 붐 실린더, 암 실린더 및 스윙모터이며, 상기 보조 컨트롤 밸브에 연결된 액츄에이터는 주행모터, 버킷 실린더 및 옵션이다.
다른 예로서, 본 발명에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템은 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 상기 액츄에이터에 1:1로 대응하여 상기 액츄에이터에 작동오일을 공급하는 다수의 가동펌프, 및 엔진의 동력을 상기 가동펌프에 전달하거나 차단하는 클러치를 포함한다.
여기서, 상기 액츄에이터는 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더 및 스윙모터를 1개 그룹, 옵션을 1개 그룹 및 주행모터를 1개 그룹으로 설정하고, 상기 클러치가 각 그룹에 대한 엔진의 동력을 단속할 수 있게 각 그룹에 하나씩 설치될 수 있다.
또한, 굴삭기와 같은 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 상기 액츄에이터에 1:1로 대응하여 상기 액츄에이터에 작동오일을 공급하는 다수의 가동펌프, 및 상기 액츄에이터 중 주행모터 및 옵션에 대한 엔진동력을 단속하는 클러치를 포함한다.
이때, 상기 옵션을 1개 그룹, 상기 주행모터를 1개 그룹으로 동력을 단속할 수 있게 그룹 별로 클러치가 설치된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템은 액츄에이터와 펌프가 1:1로 대응되게 구성됨으로써 엔진과 액츄에이터 사이에 동력전달체계가 간소화되고, 유압요소에 의한 엔진의 동력손실이 적은 상태로 액츄에이터에 동력이 전달되어 엔진의 에너지의 효율을 높일 수 있다.
그리고, 엔진에서 펌프로 전달되는 동력전달체계에 클러치를 설치함으로써 펌프에 전달되는 동력을 단속할 수 있으며, 가동이 멈춘 액츄에이터로 작동오일을 공급하는 펌프의 작동을 멈추어 엔진의 동력이 불필요하게 낭비되는 상태를 방지할 수 있다.
그리고, 액츄에이터 중 빈번하게 사용하는 그룹과 그렇지 않은 그룹을 설정 하고, 빈번하게 사용하는 붐, 암, 버킷 및 스윙은 엔진과 펌프를 직결하고, 필요에 따라서만 사용되는 주행과 옵션에 대해서는 펌프에 대한 엔진의 동력을 단속하는 클러치를 설치함으로써 펌프구동으로 인한 에너지 손실을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 1:1 펌프시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 두 개의 공급펌프를 사용한 보조 컨트롤 밸브 시스템의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 하 개의 공급펌프를 사용한 보조 컨트롤 밸브 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템은 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 엔진(E)의 동력이 각각의 펌프(P)를 통해 일부 액츄에이터(A1)에 전달되게 구성되어 있다. 본 실시예는 펌프(P)와 1:1로 대응하여 동력을 전달받는 액츄에이터(A1)가 있고, 반면에 작동오일을 분배하는 보조 컨트롤 밸브(C)에 의해 동력을 전달받는 액츄에이터(A2)도 구성되어 있다.
엔진(E)과 각 펌프(P)들의 연결은 여러가지 방법을 사용할 수 있다. 엔진(E)의 출력 축에 각 펌프(P)들이 직렬연결될 수 있으며, 도시되지는 않았지만 별도의 동력분배장치를 이용하여 각 펌프(P)들이 병렬연결될 수 있다. 펌프(P)들 중 대기 구동이 필요한 펌프그룹과 대기 구동이 필요없는 펌프그룹들로 나뉠 경우 상술한 직렬연결 및 병렬연결이 혼합되어 사용도 가능하다. 각 펌프들의 동력원으로 본 실시예에서는 엔진이 사용된 예를 설명하고 있으나, 상기 동력원으로서 전기모터를 사용할 수 있으며, 이 경우에도 동력분배장치를 통해 동력을 각 펌프들에게 적절하게 분배하는 것도 구성이 가능함은 물론이다.
여기서, 액츄에이터(A1, A2) 중 작업 빈도가 높고 에너지 소모가 많은 일부의 액추에이터(A1)에 1:1로 작동오일을 공급하는 다수의 펌프(P)를 가동펌프(100)로 한다. 그리고, 다수의 액츄에이터(A1, A2) 중 상대적으로 작업 빈도수가 낮은 다른 복수의 액츄에이터(A2)에 작동오일을 공급하는 펌프(P)는 공급펌프(105)로 한다. 보조 컨트롤 밸브(C)는 건설기계의 공지된 메인 컨트롤 밸브와 같이 하나 또는 복수의 펌프에서 공급되는 작동오일을 부하에 따라 다수의 액츄에이터에 적정하게 분배하는 기능을 수행한다.
건설기계로서, 굴삭기를 예를 들면, 도 2와 같이 다수의 가동펌프(100)와 1:1로 대응하는 액츄에이터는 붐 실린더(110), 암 실린더(115) 및 스윙모터(120)가 될 수 있고, 도 3과 같이 보조 컨트롤 밸브(C)에 연결된 액츄에이터는 주행모터(125), 버킷 실린더(130) 및 옵션(135)이 될 수 있다. 즉, 굴삭기는 작업 중에 붐, 암 및 스윙이 주로 빈번하게 사용되며, 작업의 필요에 따라 주행, 버킷 및 옵션이 사용된다.
도 2에는 붐, 암 및 스윙에 양 방향 펌프로서 가동펌프(100)가 각각 적용된 유압회로가 도시되어 있다. 붐 실린더(110), 암 실린더(115) 및 스윙모터(120)는 각각 가동펌프(100)에 연결되어 작동오일을 공급받도록 유압라인이 구성되어 있다.
이러한 각각의 가동펌프(100) 및 그에 대응되는 유압장치들은 도 2에 도시된 바와 같이 폐회로로 구성되는 것이 바람직하다. 하지만 이러한 폐회로 유압시스템은 작업장치의 작동압이 일정 이상 커질 경우 시스템 안전을 고려하여 별도의 릴리프 밸브(121)를 통해 작동유가 릴리프되도록 구성되는 것이 일반적이다.
이에 의하면 폐회로 내부에 존재하는 유량이 줄어들기 때문에 이후의 동력시스템 안정을 위해 줄어든 유량을 다시 보충해 주는 보조 장치가 더 필요하다. 이를 위해 본 실시예에서는 각 가동펌프(100)들에 연결된 별도의 유량보충라인(124)과 그 유량보충라인(124)에 유량을 보충하기 위한 유량보충펌프(123)를 더 구비한다.
유량보충라인(124)에 공급된 작동유는 가동펌프(P)들에 유량부족이 발생될 경우 셔틀밸브(122)의 탄력을 극복하고 상기 가동펌프(P)들에 각각 공급될 수 있게 된다. 하지만 상술한 유량손실이 장비 구동 중에 지속적으로 발생되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 이를 고려하여 하나의 유량보충라인(124)에 모든 가동펌프(100)들이 연결되도록 하여 간단하게 유량보충문제의 해결을 도모한다.
도 3에는 두 개의 공급펌프(105)에 의해 버켓 실린더, 주행모터(125) 및 옵션(135)이 가동되게 구성되어 있다. 공급펌프(105)는 보조 컨트롤 밸브(C)를 구성 하고 있는 다수의 제어밸브에 의해 작동오일을 버킷 실린더(130), 주행모터(125) 및 옵션(135)에 공급한다. 보조 컨트롤 밸브(C)가 작동오일을 버킷 실린더(130), 주행모터(125) 및 옵션(135)에 분배하는 작용은 건설기계의 공지된 메인 컨트롤 밸브(MCV: Main Control Valve)로부터 알 수 있다. 보조 컨트롤 밸브(C)는 사용되는 액츄에이터의 종류, 설계사양 및 목적에 따라 공지된 기술로부터 유압회로의 구성이 가능하다.
도 4에는 하나의 공급펌프(105)가 보조 컨트롤 밸브(C)에 연결된 구성이 도시되어 있다. 도 4는 공급펌프(105)가 하나로 구성되어 보조 컨트롤 밸브(C)에 연결된 유압회로를 나타낸다. 마찬가지로, 도 4의 보조 컨트롤 밸브(C)도 공지된 굴삭기의 메인 컨트롤 밸브로부터 작동관계를 알 수 있는 다수의 제어밸브가 적용된 유압회로이다.
상기와 같은 실시예는 액츄에이터 중 일부가 펌프(P)와 1:1로 대응된 1:1 펌프시스템과 보조 컨트롤 밸브(C)에 의해 나머지 액츄에이터를 구동하는 보조 컨트롤 밸브 시스템을 조합한 유압시스템이다. 1:1 펌프 시스템과 보조 컨트롤 밸브 시스템은 건설기계의 목적에 따라 다양한 방식으로 조합이 가능하다.
즉, 엔진(E)의 에너지 효율성을 높이기 위해 빈번하게 사용되는 액츄에이터는 1:1 펌프 시스템을 적용하여 동력의 전달체계를 간소화함으로써 유압요소의 에너지 손실을 최대한 줄이고, 보다 적게 사용되는 액츄에이터는 보조 컨트롤 밸브 시스템을 적용함으로써 필요한 액츄에이터에 대해 선택적으로 동력을 공급하여 동력전달의 효율성을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 클러치(140)가 사용된 구성도이며, 도 6은 도 5와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 그룹 별로 클러치(140)가 사용된 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템은 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 액츄에이터에 1:1로 대응하여 액츄에이터에 작동오일을 공급하는 다수의 가동펌프(100), 복수의 액츄에이터들에 작동오일을 공급하는 공급펌프(105), 각 가동펌프 및 공급펌프들에 동력원인 엔진의 동력을 병렬로 분배하는 동력분배장치 및 동력분배장치와 각 펌프들 사이에 설치되어 엔진의 동력을 단속하는 클러치(140)를 포함한다. 한편, 다수의 가동펌프(100)에 유량을 보충해주는 유량보충펌프의 경우 도시되지는 않았으나 상시 가동의 필요성이 있으므로 동력분배장치와 함께 엔진에 직렬로 연결되거나, 동력분배장치의 어느 하나의 출력축에 연결되는 것이 바람직하다.
엔진(E)의 동력은 각 가동펌프(100)에 설치된 클러치(140)를 통해 가동펌프(100)에 전달된다. 클러치(140)가 설치되기 전에는 엔진(E)의 동력이 각 가동펌프(100)에 계속 전달되는 상태를 유지하므로, 가동펌프(100)에 대응하는 액츄에이터의 구동이 멈춘 경우, 그 가동펌프(100)에 의한 에너지의 손실이 있다. 가동이 멈춘 액츄에이터 대응하는 가동펌프(100)에 대한 동력전달을 클러치(140)에 의해 차단함으로써 엔진(E)의 부하를 줄일 수 있다. 클러치(140)는 가동펌프(100)에 직접 설치되어 가동펌프(100)에 대한 동력전달을 단속하는 동력전달요소이다.
앞선 실시예에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압시스템에 적용된 동력시 스템을 설명하였다. 하지만, 본 발명은 꼭 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 불필요한 동력의 낭비를 고려하기 위해 다양한 방법으로 변형실시가 가능하다.
도 6을 참조하면, 굴삭기의 경우, 액츄에이터는 붐 실린더(110), 암 실린더(115), 버킷 실린더(130) 및 스윙모터(120)를 1개 그룹, 옵션(135)을 1개 그룹 및 주행모터(125)를 1개 그룹으로 설정할 수 있고, 클러치(141, 142, 143)가 각 그룹에 대한 엔진(E)의 동력을 단속할 수 있게 각 그룹에 하나씩 설치될 수 있다. 붐 실린더(110), 암 실린더(115), 버킷 실린더(130), 및 스윙모터(120)에 1:1로 대응하는 각각의 가동펌프(100)는 하나의 클러치(141)에 의해 엔진(E)의 동력이 단속된다. 옵션(135) 및 주행모터(125)에도 각각 클러치(142, 143)가 개별적으로 설치되어 옵션(135) 및 주행모터(125)에 대한 동력전달을 단속한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 옵션(135) 및 주행모터(125)에 대해 클러치(140)가 사용된 구성도이다.
도 7을 참조하면, 굴삭기의 경우 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템이 적용되는데, 다수의 가동펌프(100)가 액츄에이터에 1:1로 대응하여 액츄에이터에 작동오일을 공급된다. 액츄에이터 중 주행모터(125) 및 옵션(135)에 대해서는 엔진(E)동력을 단속하는 클러치(142, 143)가 설치된다. 이때, 옵션(135)을 1개 그룹, 주행모터(125)를 1개 그룹으로 설정하고, 클러치(142, 143)가 동력을 단속할 수 있게 그룹 별로 설치될 수 있다.
즉, 붐, 암, 버킷 및 스윙은 엔진(E)으로부터 동력을 전달받는 각각의 가동펌프(100)에 의해 작동오일을 공급받는 대기상태를 유지하며, 옵션(135) 및 주행모 터(125)와 같이 빈번하게 가동되지 않고 필요할 때만 가동되는 액츄에이터는 클러치(142, 143)에 의해 엔진(E)의 동력을 단속하여 엔진(E)의 동력손실을 줄이도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 1:1 펌프시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 두 개의 공급펌프를 사용한 보조 컨트롤 밸브 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 한 개의 공급펌프를 사용한 보조 컨트롤 밸브 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 클러치가 사용된 구성도이다.
도 6은 도 5와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 그룹 별로 클러치가 사용된 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 펌프제어 작동시스템의 옵션 및 주행모터에 대해 클러치가 사용된 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
E: 엔진 P: 펌프
A1, A2: 액츄에이터 C: 보조 컨트롤 밸브
100: 가동펌프 105: 공급펌프
110: 붐 실린더 115: 암 실린더
120: 스윙모터 121: 릴리프 밸브
122: 셔틀밸브 123: 유압보충펌프
124: 유압보충라인 125:주행모터
130: 버킷 실린더 135: 옵션
140: 클러치

Claims (5)

  1. 굴삭기와 같이 다수의 액츄에이터를 포함하는 유압시스템에 적용되는 것으로서, 상기 액츄에이터 중 작업 빈도가 높고 에너지 소모가 많은 일부의 액추에이터에 1:1로 작동오일을 공급하는 다수의 가동펌프(100);
    상기 다수의 액츄에이터 중 상대적으로 작업 빈도수가 낮은 다른 복수의 액츄에이터에 작동오일을 분배하는 보조 컨트롤 밸브(C); 및
    상기 보조 컨트롤 밸브(C)에 작동오일을 공급하는 공급펌프(105)를 포함하며,
    상기 각각의 가동펌프 및 상기 각각의 가동펌프에 대응되는 액츄에이터들은 폐회로 형태의 독립적인 유압시스템으로 구성되며,
    상기 독립 유압시스템 각각에 유량을 보충하기 위한 유량보충펌프 및 상기 유량보충펌프로부터 공급되는 작동유를 상기 독립 유압시스템 각각에 연결하는 유량보충라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 펌프제어 작동시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴삭기의 액츄에이터들은 붐 실린더(110), 암 실린더(115), 스윙모터(120), 주행모터(125), 버킷 실린더(130) 및 옵션(135)을 포함하며,
    상기 다수의 가동펌프(100)들은 적어도 상기 붐 실린더용 가동펌프 및 상기 암 실린더용 가동펌프를 구비하며,
    상기 보조 컨트롤 밸브(C)는 상기 가동펌프들에 연결되지 못한 나머지 액츄에이터들에 연결되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 펌프제어 작동시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유량보충펌프는 하나만 구비되고, 상기 유량보충라인에는 상기 각각의 가동펌프들이 병렬연결되는 것을 특징으로 하는 건설장비의 펌프제어 작동시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 가동펌프들과 상기 공급펌프를 상기 굴삭기의 동력원에 병렬로 연결시키는 동력분배장치; 및
    상기 동력분배장치와 상기 펌프들 사이 각각에 배치되어 상기 펌프들의 비구동시 상기 동력원의 동력을 선택적으로 차단시키는 클러치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 펌프제어 작동시스템.
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