KR101700797B1

KR101700797B1 - 경전각 제어 장치

Info

Publication number: KR101700797B1
Application number: KR1020157000829A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 야마다; 히데야스 무라오카; 카즈토 후지야마; 료 야마모토
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2017-01-31
Also published as: WO2014010222A1; EP2894335A1; US10066610B2; KR20150030719A; EP2894335A4; EP2894335B1; JP2014015903A; JP6018442B2; US20150211501A1; CN104334879A; CN104334879B

Abstract

경전각 제어 장치(1)는 압력 센서(51~56)를 가지고 있으며, 압력 센서(51~56)는 조작량에 따른 압력 지령 신호를 제어 유닛(60)에 출력한다. 제어 유닛(60)은 압력 지령 신호에 따른 압력 제어 신호를 전자 비례 제어 밸브(44)에 출력하고, 전자 비례 제어 밸브(44)는 압력 제어 신호에 따른 파일럿압(p2)을 경전 조절 기구(31)에 출력한다. 경전 조절 기구(31)는 파일럿압(p2)에 따른 각도로 가변 용량 펌프(10L)의 경전각(α)을 조절한다. 파일럿압 센서(45)는 파일럿압(p2)을 검출하여 압력 피드백 신호를 제어 유닛(60)에 출력한다. 제어 유닛(60)은 압력 피드백 신호와 압력 지령 신호에 따라 압력 제어 신호를 연산하여 파일럿압(p2)을 피드백 제어하도록 되어 있다.

Description

경전각 제어 장치{TILT ANGLE CONTROL DEVICE}

본 발명은 경전각에 따라 압액의 토출 용량을 변경하는 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하기 위한 경전각 제어 장치에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 건설 기계는 복수의 유압 액추에이터를 갖추고 있으며, 유압 액추에이터를 구동시킴으로써 붐, 암, 버킷, 선회 장치 및 주행 장치 등의 다양한 구성 요소를 움직여 다양한 작업 등을 할 수 있도록 되어 있다. 이러한 복수의 액추에이터는 가변 용량 펌프에 연결되어 있으며, 가변 용량 펌프에서 토출되는 압액에 의해 구동하도록 되어 있다. 가변 용량 펌프는 예를 들어 사판 펌프나 사축 펌프이며, 사판이나 축의 경전각을 변경함으로써 토출 유량을 변경할 수 있도록 되어 있다. 가변 용량 펌프에는 조작 레버의 조작량에 따라 경전각을 조절하기 위한 경전각 제어 장치가 설치되어 있다.

경전각 제어 장치는 조작 레버의 조작량을 최대로 하면 가변 용량 펌프에서 최대 토출 유량의 압액을 토출하도록 되어 있다. 가변 용량 펌프의 최대 토출 유량은 모든 유압 액추에이터의 허용 최대 유량을 초과하지 않도록 설정되어 있는 것이 바람직하지만, 허용 최대 유량이 가장 큰 유압 액추에이터에 맞춰 대유량의 가변 용량 펌프를 실장하는 일이 있다. 이 경우, 각 유압 액추에이터의 허용 최대 유량에 맞춰 가변 용량 펌프의 토출 유량을 정밀하게 제어할 필요가 있다.

또한, 주행 장치는 차체에 대해 좌우 양측에 각각 배치되며, 각각 다른 유압 모터를 가지고 있다. 각 유압 모터에는 각각의 가변 용량 펌프에서 압액이 공급되도록 되어 있으며, 2개의 가변 용량 펌프에서 토출 유량을 정밀하게 제어하지 않으면 직진성이 저하된다.

또한, 예를 들어 유압 셔블에서는 굴삭작업이나 선회작업 등의 작업 조건에 따라 유압 액추에이터에 필요한 유량이 다르기 때문에, 유압 셔블의 각 작업 조건에 따라 필요 유량의 압액을 가변 용량 펌프에서 토출하는 것이 바람직하다. 이 경우, 경전각 제어 장치에 의해 가변 용량 펌프에서 토출되는 토출 유량을 정밀하게 제어 할 필요가 있다.

이와 같이, 경전각 제어 장치의 제어 정밀도가 요구되고 있으며, 그 제어 정밀도의 요구를 충족시키는 장비로서 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 경전 제어 장치가 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 경전각 제어 장치는 유압식 레귤레이터(경전 조절 기구)를 가지고 있으며, 이 레귤레이터를 제어 유닛이 구동함으로써 가변 용량 펌프의 경전각을 조절하도록 되어 있다. 제어 유닛은 경전각의 지령값 및 실측값과 가변 용량 펌프의 토출압에 따라 레귤레이터를 제어하도록 되어 있다. 또한, 특허문헌2에 기재된 경전각 제어 장치는 제어 유닛이 더구나 작동유의 온도에도 기초해서 가변 용량 펌프의 경전각을 조절하도록 되어 있다.

일본특허공개 평 9-88902호 일본특허공개 평 8-121344호

그런데, 경전각 제어 장치에는 파일럿식 경전 조절 기구를 갖춘 것이 있다. 경전 조절 기구를 갖춘 경전각 제어 장치는 전자 비례 제어 밸브를 가지고 있으며, 파일럿식 경전 제어 장치는 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿압을 비례 제어 밸브에 의해 경전 조절 기구에 출력하고, 이 파일럿압에 따라 경전 조절 기구가 가변 용량 펌프의 토출 용량을 조절하는 즉 조작 레버의 조작량에 따른 양으로 경전 조절 기구가 가변 용량 펌프의 토출 용량을 조절하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 파일럿식 경전각 제어 장치에서는 전자 비례 제어 밸브의 성능의 개체 차이 등의 영향으로 토출 용량의 제어 정밀도에 한계가 생긴다.

따라서 본 발명은 가변 용량 펌프의 토출 용량, 즉 가변 용량 펌프의 경전각의 제어 정밀도 및 제어 응답성을 더욱 향상시킬 수 있는 경전각 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 경전 제어 장치는 경전각에 따른 용량의 압액을 토출하는 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하는 경전각 제어 장치이며, 액추에이터를 구동하기 위해 조작량에 따른 압력 지령 신호를 출력하는 조작 유닛과, 상기 압력 지령 신호에 따른 압력 제어 신호를 출력하는 제어 유닛과, 상기 압력 제어 신호에 따른 파일럿압을 출력하는 비례 제어 밸브와, 상기 파일럿압에 따른 각도로 상기 가변 용량 펌프의 경전각을 조절하는 경전 조절 기구와, 상기 파일럿압을 검출하고, 검출된 상기 파일럿압에 따른 압력 피드백 신호를 제어 유닛에 출력하는 압력 검출기를 구비하고, 상기 제어 유닛은 상기 압력 피드백 신호와 상기 압력 지령 신호에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하도록 되어 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 제어 유닛, 비례 제어 밸브 및 경전 조절 기구에 의해 조작 유닛의 조작량에 따른 각도로 경전각이 조절되고, 그 조작량에 따른 토출 용량의 작동유를 가변 용량 펌프에서 토출시킬 수 있다. 특히, 본 발명에서는 압력 검출기에 의해 파일럿압을 검출하고, 이 검출된 파일럿압에 따른 압력 피드백 신호에 의해 제어 유닛이 파일럿압을 피드백 제어하고 있기 때문에, 압력 지령 신호에 대해 출력되는 파일럿압의 제어 정밀도 및 응답성을 향상시킬 수 있다. 이로써 조작 유닛의 조작량에 대한 경전각을 정밀하게 또한 응답을 빠르게 조절할 수 있고, 가변 용량 펌프에서 토출액을 상기 조작량에 대해 정밀하게 또한 응답을 빠르게 제어 할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 비례 제어 밸브는 상기 비례 제어 밸브에 입력되는 압력 제어 신호에 대하여 소정의 파일럿압을 출력하는 밸브 특성을 가지고 있으며, 상기 제어 유닛은 상기 밸브 특성을 저장하며, 상기 압력 피드백 신호와 상기 압력 지령 신호와 상기 밸브 특성에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하도록 되어 있다.

상기 구성에 따르면, 비례 제어 밸브의 성능의 개체 차이 등의 영향을 배제하여 파일럿압의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 압력 지령 신호에 대해 상기 비례 제어 밸브에서 출력시켜야 할 파일럿압을 나타내는 출력 특성을 저장하며, 상기 조작 유닛으로부터의 상기 압력 지령 신호와 상기 출력 특성에 따라 출력압 신호를 연산하는 출력 특성 연산부와, 상기 밸브 특성과 상기 피드백 신호와 상기 출력압 신호에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하는 피드백 제어부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 출력 특성 연산부는 비례 제어 밸브의 입력 신호와 비례 제어 밸브의 출력압(파일럿압)의 관계인 출력 특성을 저장하고 있기 때문에, 예를 들면, 비례 제어 밸브의 입력 신호가 최대값인 경우이어도 유압 펌프의 토출량이 유압 액추에이터의 허용 최대 유량 이하가 되도록 비례 제어 밸브의 출력압 (파일럿압)을 적절히 설정할 수 있다. 이로써 유압 액추에이터에 허용 최대 유량 이상의 작동유가 인도되는 것을 방지할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 밸브 특성과 상기 출력압 신호에 따라 제1 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와, 상기 제1 전류값과 상기 압력 피드백 신호의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와, 상기 제1 전류값과 상기 제어 연산값을 더한 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 덧셈 연산기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 비례 제어 밸브의 성능의 개체 차이 등의 영향을 배제하여 파일럿압의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로써 예를 들어, 액추에이터의 허용 최대 유량의 범위 내에서 최대의 유량을 가변 용량 펌프에서 액추에이터로 공급하여 액추에이터를 최대한의 속도로 움직이게 하고, 또한 과도한 유량으로 인한 액추에이터의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 비례 제어 밸브의 응답 지연을 보정할 수 있기 때문에 파일럿압의 응답성도 향상시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 밸브 특성과 상기 출력압 신호에 따라 제1 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와, 상기 밸브 특성과 상기 압력 피드백 신호에 따라 제2 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와, 상기 제1 전류값과 상기 제어 연산값을 더한 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 덧셈 연산기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 비례 제어 밸브의 성능의 개체 차이 등의 영향을 배제하여 파일럿압의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로써 예를 들어, 액추에이터의 허용 최대 유량의 범위 내에서 최대의 유량을 가변 용량 펌프에서 액추에이터로 공급하여 액추에이터를 최대한의 속도로 움직이게 하고, 또한 과도한 유량에 의한 액추에이터의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 비례 제어 밸브의 응답 지연을 보정할 수 있기 때문에 파일럿압의 응답성도 향상시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 출력압 신호와 상기 압력 피드백 신호의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와, 상기 출력압 신호와 상기 제어 연산값을 더한 덧셈 연산값을 산출하는 덧셈 연산기와, 상기 밸브 특성과 상기 덧셈 연산값에 따라 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 밸브 특성 연산기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 비례 제어 밸브의 성능의 개체 차이 등의 영향을 배제하여 파일럿압의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로써 예를 들어, 액추에이터의 허용 최대 유량의 범위 내에서 최대의 유량을 가변 용량 펌프에서 액추에이터에 공급하여 액추에이터를 최대한의 속도로 움직이게 하고, 또한 과도한 유량으로 인한 액추에이터의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 비례 제어 밸브의 응답 지연을 보정할 수 있기 때문에 파일럿압의 응답성도 향상시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 조작 유닛은 복수의 액추에이터에 대해 개별적으로 설치되어 있으며, 상기 제어 유닛은 각 조작 유닛마다 설치되는 상기 출력 특성 연산기와, 상기 출력 특성 연산기에서 연산된 복수의 상기 출력압 신호 중 토출 유량이 가장 커지는 출력압 신호를 선택하는 선택기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 토출 유량이 가장 커지는 출력압 신호에 따라 피드백 제어할 수 있다. 이로써 조작된 모든 액추에이터를 조작량에 따른 속도로 움직이게 할 수 있다. 또한, 조작 유닛마다 출력 특성 연산기가 설치되어 있기 때문에 각 액추에이터가 단독으로 조작되는 경우, 액추에이터마다 최적의 유량을 가변 용량 펌프로부터 공급할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 네거티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치로는 비례 제어 밸브가 반비례형인 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 전기계통의 고장 등으로 비례 제어 밸브에 통전할 수 없어졌을 경우에 있어서, 최대 압력이 출력되어 펌프 경전이 최소, 즉 최소 유량이 되고, 액추에이터 속도가 저하되는 방향으로 작용하여 페일 세이프를 실현할 수 있다는 점이 있다.

상기 발명에 있어서, 포지티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치로는 비례 제어 밸브가 정비례형인 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 전기계통의 고장 등으로 비례 제어 밸브에 통전을 할 수 없어졌을 경우에 있어서, 최소 압력이 출력되어 펌프 경전을 최소, 즉 최소 유량이 되고, 액추에이터 속도가 저하되는 방향으로 작용하여 페일 세이프를 실현할 수 있다는 점이 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 조작 유닛은 복수의 액추에이터에 대해 개별적으로 설치되어 있고, 상기 제어 유닛은 각 조작 유닛마다 설치되는 상기 출력 특성 연산기와, 상기 출력 특성 연산기에서 연산된 복수의 상기 출력압 신호 중 토출 유량이 가장 커지는 출력압 신호를 선택하는 선택기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 발명에 있어서, 네거티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치이며, 상기 조작 유닛의 조작에 따라 동작하여 상기 액추에이터에 흐르는 압액의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브를 갖추고, 상기 조작 유닛 및 상기 컨트롤 밸브의 스풀은 복수의 액추에이터에 대해 개별적으로 설치되어 있으며, 상기 제어 유닛은 각 조작 유닛마다 설치되는 상기 출력 특성 연산기와, 상기 각 출력 특성 연산기에서 연산된 복수의 상기 출력압 신호 중 토출 용량이 가장 커지는 출력압 신호를 선택하는 선택기와, 상기 선택기에 의해 선택된 출력압 신호에 따라 상기 비례 제어 밸브에서 출력되는 파일럿압 및 상기 컨트롤 밸브의 스풀의 최하류에서 분기하는 네거티브 컨트롤 통로에 있어서의 네거티브 컨트롤 압력 중 토출 용량이 작아지는 압력을 선택하는 선택 기구를 갖고, 상기 경전 조절 기구는 상기 선택 기구에 의해 선택된 압력에 따른 각도로 상기 가변 용량 펌프의 경전각을 조절한다.

상기 구성에 따르면, 각 액추에이터가 단독으로 조작되는 경우, 조작 유닛마다 설치되는 출력 특성 연산기에 의해 액추에이터마다 최적의 유량을 가변 용량 펌프로부터 공급하도록 비례 제어 밸브로부터 파일럿압이 출력된다. 또한, 복합 동작이나 스풀에 대한 플로우 포스 등의 외란으로 인해 스풀의 이동량이 조작 유닛의 조작량과 다른 경우, 스풀의 이동량에 따라 네거티브 컨트롤 압력이 변화한다. 이때, 토출 용량이 작아지는 압력이 선택되기 때문에 액추에이터에 잉여 유량의 공급을 방지할 수 있어 에너지 절약성이 향상된다. 또한, 일부의 조작 유닛만으로 본 제어 유닛에 의한 제어를 적용할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 가변 용량 펌프의 토출 유량, 즉 가변 용량 펌프의 경전각의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 한편 응답성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면 참조하에 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 경전각 제어 장치를 갖춘 유압 구동 시스템의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 경전각 제어 장치의 구성을 나타내는 유압 회로도이다.
도 3은 도 2, 도 7의 제어 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4의 (a)는 도 2의 작업용 조작 밸브에 대한 출력 특성을 나타내는 그래프이고, (b)는 도 2의 주행용 조작 밸브에 대한 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2, 도 7의 제어 유닛이 실행하는 제어 블록도이다.
도 6은 도 2의 전자 비례 제어 밸브에 있어서 입력 전류값에 대해 출력하는 파일럿압의 관계인 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 경전각 제어 장치의 제어 유닛이 실행하는 제어 블록도이다.
도 8은 도 2, 도 7의 제어 유닛이 실행하는 제어 블록도이다.
도 9는 도 7의 전자 비례 제어 밸브에 있어서 입력 전류값에 대해 출력하는 파일럿압의 관계인 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10의 (a)는 도 7의 작업용 조작 밸브에 대한 출력 특성을 나타내는 그래프이고, (b)는 도 7의 주행용 조작 밸브에 대한 출력 특성을 나타내는 그래프이다.

이하에서는 상기한 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 경전각 제어 장치(1,1A,1B) 및 이를 구비한 유압 구동 시스템(2)의 구성을 설명한다. 또한, 실시예에 있어서 방향의 개념은 설명의 편의상 사용하는 것으로, 경전각 제어 장치(1,1A,1B) 및 유압 구동 시스템(2)의 구조에 대해 그 구성의 배치 및 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것을 시사하는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 경전각 제어 장치(1,1A,1B) 및 유압 구동 시스템(2)의 구조는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 수정이 가능하다.

[유압 구동 시스템]

유압 셔블 등의 건설 기계에서는 붐, 암, 버킷, 선회 장치 및 주행 장치 등의 액추에이터를 갖추고 있으며, 이러한 액추에이터를 움직이게 함으로써 다양한 작업을 하고 있다. 이러한 액추에이터는 실린더 기구나 유압 모터 등의 유압 기기로 구성되며, 이러한 액추에이터는 도 1에 나타낸 바와 같은 유압 구동 시스템(2)에 의해 구동되고 있다. 유압 구동 시스템(2)은 2개의 유압 펌프(10L,10R)를 갖추고 있다.

유압 펌프(10L,10R)는 엔진(E)에 의해 구동되어 토출 포트(10a)에서 작동유를 토출하도록 되어 있다. 유압 펌프(10L,10R)의 토출 포트(10a)에는 멀티 컨트롤 밸브(11L,11R)가 각각 연결되어 있으며, 이 멀티 컨트롤 밸브(11L,11R)에 압액을 공급하도록 되어 있다. 또한, 유압 펌프(10L,10R)에 하류측의 구성은 구동해야 할 유압 액추에이터(3~9)가 다르다는 점을 제외하고 기본적으로 동일하다. 그래서 이하에서는 유압 펌프(10L)에 연결되는 구성에 대해서만 주로 설명하고 유압 펌프(10R)에 연결되는 구성에 대해서는 다른 점에 대해서만 설명하고 동일한 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

멀티 컨트롤 밸브(11L)는 복수의 컨트롤 밸브를 일체화하여 구성되어 있으며, 본 실시예에서는 4개의 컨트롤 밸브(13~16)가 일체화되어 있다. 4개의 컨트롤 밸브(13~16)는 유압 펌프(10L)에 병렬로 각각 연결되어 있으며, 유압 펌프(10L)에서 각 컨트롤 밸브(13~16)로 작동유가 따로따로 공급되도록 되어 있다. 이러한 4개의 컨트롤 밸브(13~16)는 예를 들면 붐 합류용 컨트롤 밸브(13), 암용 컨트롤 밸브(14), 좌측 주행 장치용 컨트롤 밸브(15) 및 선회용 컨트롤 밸브(16)이며, 붐용 실린더(3), 암용 실린더(4), 좌측 주행용 모터(5) 및 선회용 모터(6)에 각각 연결되어 있다. 이러한 4개의 컨트롤 밸브(13~16)는 탱크(17)에 각각 연결되어 있다. 또한, 유압 펌프(10R)에 연결되어 있는 4개의 컨트롤 밸브(26~29)는 예를 들어 상류측으로부터 차례로 예비 컨트롤 밸브(26), 우측 주행 장치용 컨트롤 밸브(27), 버킷용 컨트롤 밸브(28) 및 붐용 컨트롤 밸브(29)가 되어 있으며, 우측 주행용 모터(7), 버킷용 실린더(8) 및 붐용 실린더(3)에 각각 연결되어 있다.

이와 같이 연결되어 있는 컨트롤 밸브(13~16)는 이른바 노멀 오픈형 밸브이며, 도시하지 않은 스풀을 갖추고 있다. 컨트롤 밸브(13~16)는 스풀이 중립위치에 있을 때 유압 펌프(10L)와 탱크(17)를 연결하는 탱크 통로(18)를 형성하고 있다. 유압 펌프(10L)로부터의 작동유는 탱크 통로(18)를 통해서 탱크(17)로 배출되도록 되어 있다. 컨트롤 밸브(13~16)는 그 순서로 탱크 통로(18)에 직렬로 늘어서 있으며, 어느 하나의 컨트롤 밸브(13~16)의 스풀을 중립위치에서 이동시키면 이 스풀에 의해 탱크 통로(18)가 차단되도록 되어 있다. 또한, 스풀을 이동시킴으로써 이동시킨 스풀의 위치에 따른 유량의 작동유가 그 스풀에 해당하는 유압 액추에이터(3~6)에 공급되어 유압 액추에이터(3~6)가 구동하도록 되어 있다.

이와 같이 구성되는 컨트롤 밸브(13~16)에는 도 2에 나타낸 바와 같은 조작 밸브(21,22)가 각각 연결되어 있다. 또한, 도 2에서는 2개의 조작 밸브(21,22)만 도시되어 있지만, 실제로는 컨트롤 밸브(13~16)마다 개별적으로 조작 밸브가 설치되어 있다. 작업용 조작 밸브(21)(이하, 단지 "조작 밸브(21)"라고도 한다)는 이른바 리모트 컨트롤 밸브이며, 조작 레버(21a)가 설치되어 있다. 조작 레버(21a)는 중립위치에서 소정 방향(예를 들면, 전후방향이나 좌우방향)으로 요동 가능하게 구성되어 있으며, 조작 밸브(21)는 이 조작 레버(21a)의 조작량에 따른 파일럿압을 조작 방향에 따른 방향으로 흐르게 하도록 되어 있다.

조작 밸브(21)는 예를 들면 붐 합류용 컨트롤 밸브(13), 암용 컨트롤 밸브(14) 또는 선회용 컨트롤 밸브(16)에 연결되어 있으며, 조작 레버(21a)의 조작량에 따른 파일럿압을 각 밸브(13,14,16)의 스풀에 공급하도록 되어 있다. 파일럿압을 받은 스풀은 중립위치에서 공급되는 파일럿압에 따른 위치로 이동한다. 이로써 유압 액추에이터(3,4,6)에는 조작 레버(21a)의 조작량에 따른 양의 작동유가 공급되어 유압 액추에이터(3,4,6)가 조작 레버(21a)의 조작량에 따른 속도로 이동한다.

주행용 조작 밸브(22)(이하, 단지 "조작 밸브(22)"라고도 한다)는 이른바 리모트 컨트롤 밸브이며, 좌우 한 쌍의 조작 페달(22a,22b)을 가지고 있다. 이러한 조작 페달(22a,22b)은 전후방향으로 요동 조작할 수 있도록 되어 있다. 또한, 조작 페달(22a,22b)에는 주행용 레버(22c,22d)가 각각 설치되어 있으며, 주행용 레버(22c,22d)에 의해서도 조작 페달(22a,22b)을 조작할 수 있도록 되어 있다. 주행용 조작 밸브(22)는 조작 페달(22a,22b)의 조작량에 따른 파일럿압을 조작 방향에 따른 방향으로 흐르게 하도록 되어 있다.

또한, 주행용 조작 밸브(22)는 좌측 주행 장치용 컨트롤 밸브(15)와 우측 주행 장치용 컨트롤 밸브(27)에 연결되어 있다. 주행용 조작 밸브(22)는 좌측의 조작 페달(22a)이 조작되면 그 조작량에 따른 파일럿압을 좌측 주행 장치용 컨트롤 밸브(15)의 스풀에 공급하고, 우측의 조작 페달(22a)이 조작되면 그 조작량에 따른 파일럿압을 우측 주행 장치용 컨트롤 밸브(27)의 스풀에 공급하도록 되어 있다. 각 밸브(15,27)의 스풀은 중립위치에서 받은 파일럿압에 따른 위치로 이동한다. 이로써 좌측 주행용 모터(5) 및 우측 주행용 모터(7)에는 조작 페달(22a,22b)의 조작량에 따른 양의 작동유가 공급되어 좌측 주행용 모터(5) 및 우측 주행용 모터(7)가 조작 페달(22a,22b)의 조작량에 따른 속도로 움직인다.

이와 같이 구성되는 유압 구동 회로(2)에 채용되어 있는 유압 펌프(10L,10R)는 사판 펌프나 사축 펌프 등의 가변 용량형 유압 펌프이다. 본 실시예에서는 유압 펌프(10L,10R)에 사판 펌프가 채용되어 있다. 유압 펌프(10L,10R)는 그 사판(10b)을 경전시켜 사판(10b)의 경전각(α)을 바꿀 수 있도록 되어 있으며, 이 경전각(α)에 따른 토출 용량의 작동유를 토출하도록 되어 있다. 그리고 이 경전각(α)을 조절하기 위해, 유압 펌프(10L,10R)에는 경전각 제어 장치(1)가 각각 설치되어 있다.

또한, 유압 펌프(10L,10R)에 각각 설치되는 경전각 제어 장치(1)는 동일한 구성을 가지고 있다. 이하에서는 유압 펌프(10L)에 설치되어 있는 경전각 제어 장치(1)의 구성을 설명하고, 유압 펌프(10R)에 설치되어 있는 경전각 제어 장치(1)의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

[제1 실시예]

<경전각 제어 장치>

경전각 제어 장치(1)는 도 2에 나타낸 바와 같이 경전 조절 기구(31)를 갖추고 있다. 경전 조절 기구(31)는 이른바 서보 기구이며 유압 펌프(10L)에 설치되어 있다. 경전 조절 기구(31)는 도시하지 않은 서보 피스톤을 가지고 있으며, 서보 피스톤이 사판(10b)에 연결되어 있다. 서보 피스톤은 파일럿 피스톤(31a)의 이동량에 따라 움직이도록 되어 있다. 경전 조절 기구(31)에는 파일럿 피스톤(31a)의 일단측에 압력실(31b)이 형성되어 있으며, 이 압력실(31b)에 파일럿 압력이 공급되면 파일럿 피스톤(31a)이 움직이고, 이에 따라 서보 피스톤이 움직여서 사판(10b)을 경전시키도록 되어 있다. 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)은 도 2에 나타낸 바와 같이 제1 파일럿 통로(41)를 통해 탱크 통로(18)의 선회용 컨트롤 밸브(16)(유압 펌프(10R)에 대해서는 붐용 컨트롤 밸브(29))보다 하류측의 연결점(32)에 연결되어 있다. 탱크 통로(18)에는 이 연결점(32)보다 하류측(즉, 탱크측)에 스로틀(33)이 형성되고, 이 스로틀(33)의 전후를 연결하는 릴리프 밸브(34)가 설치되어 있다.

탱크 통로(18)에서는 탱크 통로(18)에 작동유가 흐르면 스로틀(33)에 의해 연결점(32)의 압력이 오르고, 네거티브 컨트롤 통로인 제1 파일럿 통로(41)의 파일럿압(이하, "네거티브 컨트롤 압력"이라고도 한다)(p1)이 높아진다. 높아진 네거티브 컨트롤 압력(p1)이 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도됨으로써 파일럿 피스톤(31a)과 함께 서보 피스톤이 움직여 사판(10b)의 경전각(α)이 작아진다. 이로써 유압 펌프(10L)의 토출 용량이 감소한다. 한편, 유압 액추에이터(3~6)의 조작 밸브(21,22)가 조작되어 탱크 통로(18)가 차단되면, 네거티브 컨트롤 압력(p1)이 저하된다. 저하된 네거티브 컨트롤 압력(p1)이 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도됨으로써 파일럿 피스톤(31a)과 함께 서보 피스톤이 원래의 위치 쪽으로 리턴되어 사판(10b)의 경전각(α)이 커진다. 이로써 유압 펌프(10L)의 토출 용량이 증가한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 경전각 제어 장치(1)는 유압 펌프(10L)의 토출 용량을 네거티브 컨트롤 방식으로 제어하도록 되어 있다. 또한, 네거티브 컨트롤 방식의 경우, 후술하는 이유로 전자 비례 제어 밸브(44)는 반비례 밸브인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되어 있는 경전각 제어 장치(1)에서는 제1 파일럿 통로(41)가 제2 파일럿 통로(43)에 연결되어 있으며, 제1 파일럿 통로(41)와 제2 파일럿 통로(43) 사이에 셔틀 밸브(42)가 설치되어 있다. 선택 기구인 셔틀 밸브(42)는 제2 파일럿 통로(43)를 통해 전자 비례 제어 밸브(44)가 연결되어 있다. 전자 비례 제어 밸브(44)는 입력되는 압력 제어 신호에 따른 파일럿압(p2)을 출력하도록 되어 있다. 셔틀 밸브(42)는 전자 비례 제어 밸브(44)에서의 파일럿압(p2)과 연결점(32)에서의 네거티브 컨트롤 압력(p1) 중 어느 하나 높은 쪽을 선택하고, 선택된 파일럿압을 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도하도록 되어 있다. 또한, 제2 파일럿 통로(43)에는 파일럿압(p2)을 측정하기 위한 파일럿압 센서(45)(압력 검출기)가 설치되어 있다.

또한, 각 조작 밸브(21,22)에 압력 센서(51~56)가 설치되어 있고, 각 제어 밸브(21,22)는 이러한 압력 센서(51~56)와 함께 조작 유닛(19,20)을 구성하고 있다. 이러한 압력 센서는 각 컨트롤 밸브에 공급되는 각 파일럿압을 검출함으로써 각 조작 밸브에 대한 조작량을 검출하고, 그 검출 결과에 따른 각 압력 지령 신호를 출력하도록 되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 압력 센서(51~56), 파일럿압 센서(45) 및 전자 비례 제어 밸브(44)는 제어 유닛(60)에 연결되어 있다. 제어 유닛(60)은 압력 센서(51~56) 및 파일럿압 센서(45)에서 출력되는 검출 결과(즉, 압력 지령 신호 및 압력 피드백 신호)에 따라 전자 비례 제어 밸브(44)의 출력(파일럿압(p2))을 피드백 제어 하도록 되어 있다. 이하에서는 제어 유닛(60)의 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

제어 유닛(60)은 도 3에 나타낸 바와 같이 출력 특성 연산기(61~66)를 가지고 있다. 출력 특성 연산기(61~66)는 압력 센서(51~56)에 각각 일대일로 대응하고 있으며, 대응하는 압력 센서(51~56)로부터의 압력 지령 신호와 전자 비례 제어 밸브(44)의 출력압의 대응 관계, 즉 출력 특성을 저장하고 있다. 이 출력 특성은 예를 들어, 최대 조작량에 대한 유압 펌프(10L)의 토출량이 유압 액추에이터(3~6)의 허용 최대 유량 이하가 되도록 전자 비례 제어 밸브(44)의 출력압이 설정되어 있다. 이로써 각 유압 액추에이터(3~6)에 허용 최대 유량 이상의 작동유가 인도되는 것을 방지하고 있다. 그리고 각 연산기(61~66)는 해당하는 압력 센서(51~56)의 압력 지령 신호와 상기 출력 특성에 따라 전자 비례 제어 밸브(44)의 출력압 신호를 연산한다. 각 연산기(61~66)는 제1,2 선택기(67,68)에 각각 연결되어 있으며, 제1,2 선택기(67,68)에 연산된 출력압 신호를 출력하도록 되어 있다.

구체적으로 설명하면, 예를 들어, 붐용 압력 센서(51)에 해당하는 제1 출력 특성 연산기(61)는 제1 선택기(67)와 제2 선택기(68)에 연결되어 연산된 출력압 신호를 이러한 2개의 선택기(67,68)에 출력하도록 되어 있다. 또한, 암용 압력 센서(52), 좌측 주행 장치용 압력 센서(53) 및 선회용 압력 센서(54)에 각각 해당하는 제2 ~ 제4 출력 특성 연산기(62~64)는 제1 선택기(67)에 연결되어 연산된 출력압 신호를 제1 선택기(67)에 출력하도록 되어 있다. 또한, 우측 주행 장치용 압력 센서(55) 및 버킷용 압력 센서(56)에 각각 해당하는 제5,6 출력 특성 연산기(65,66)는 제2 선택기(68)에 연결되어 연산된 출력압 신호를 제2 선택기(68)에 출력하도록 되어 있다. 또한, 제1,2,3,4,5,6 출력 특성 연산기(61,62,63,64,65,66)의 출력 특성은 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 압력 지령 신호와 파일럿압(p2)이 반비례 관계가 되어 있는 것이나, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 압력 지령 신호에 대한 파일럿압(p2)이 단계적으로 변화하는 한편 히스테리시스를 갖는 것 등이 적절히 선택된다.

제1 선택기(67)는 제1 선택기(67)에 입력되는 출력압 신호 중 어느 하나를 선택하는 기능을 가지고 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 제1 선택기(67)는 여기에 입력되는 복수의 출력압 신호 중 유압 펌프(10L)의 토출 용량을 가장 크게 하는 출력압 신호를 선택하도록 되어 있다. 본 실시예에서는 전자 비례 제어 밸브(44)의 출력 특성은 도 6에 나타낸 바와 같이, 입력되는 전류값(압력 제어 신호)이 커짐에 따라 출력압(파일럿압)이 작아지는 반비례 관계이고, 또한 비선형이다. 따라서 제1 선택기(67)는 입력되는 복수의 출력압 신호 중 가장 작은 출력압 신호를 하나 선택하도록 되어 있다. 또한, 제2 선택기(68)는 입력되는 복수의 출력압 신호 중 가장 작은 출력압 신호를 하나 선택하는 기능을 가지고 있다. 제1 선택기(67)는 선택된 출력압 신호를 제1 피드백 제어기(69)에 출력하고, 제2 선택기(68)는 선택된 출력압 신호를 제2 피드백 제어기(70)에 출력하도록 되어 있다. 또한, 제2 피드백 제어기(70)는 제1 피드백 제어기(69)와 같은 구성이며, 그 구성의 설명에 대해서는 생략한다.

제1 피드백 제어기(69)는 도 5에 나타낸 바와 같이 제1 리미터 연산기(71)를 가지고 있으며, 제1 선택기(67)에서 출력되는 선택된 출력압 신호가 제1 리미터 연산기(71)에 입력되도록 되어 있다. 제1 리미터 연산기(71)는 입력되는 출력압 신호가 소정의 압력 미만인지 여부를 판정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 제1 리미터 연산기(71)는 입력되는 출력압 신호가 소정의 압력 미만인 경우, 입력된 출력압 신호를 그대로 출력하고, 소정의 압력 이상인 경우, 입력된 출력압 신호를 소정의 압력 신호로서 출력하는 리미터 기능을 가지고 있다. 이와 같은 기능을 갖는 제1 리미터 연산기(71)는 밸브 특성 연산기(72)에 연결되어 있다.

밸브 특성 연산기(72)는 출력압 신호에 따라 전자 비례 제어 밸브(44)에 흘려야 할 제1 전류값을 연산하도록 되어 있다. 구체적으로는 밸브 특성 연산기(72)는 전자 비례 제어 밸브(44)에 입력되는 전류값과 전자 비례 제어 밸브(44)가 출력하는 파일럿압의 관계를 나타내는 밸브 특성을 저장하고 있으며, 이 밸브 특성과 입력되는 출력압 신호에 따라 전자 비례 제어 밸브(44)에 입력해야 할 지령 전류값(I1)(제1 전류값)을 연산하는 기능을 가지고 있다.

또한, 밸브 특성 연산기(72)에는 파일럿압 센서(45)가 연결되어 있으며, 파일럿압 센서(45)의 검출 결과인 압력 피드백 신호가 입력되도록 되어 있다. 밸브 특성 연산기(72)는 이 압력 피드백 신호와 상기 밸브 특성에 따라 전자 비례 제어 밸브(44)에 실제로 입력된 전류값인 실제 전류값(I2)(제2 전류값)을 연산한다. 이와 같이 구성되어 있는 밸브 특성 연산기(72)는 편차 연산기(73)에 더 연결되어 있으며, 이 편차 연산기(73)에 2개의 전류값(I1,I2)을 출력하도록 되어 있다.

편차 연산기(73)는 지령 전류값(I1)에서 실제 전류값(I2)을 빼서 편차(ΔI)를 연산하는 기능을 가지고 있다. 편차 연산기(73)는 PI 연산기(74)에 연결되어 있으며, PI 연산기(74)에 편차(ΔI)를 출력하도록 되어 있다. PI 연산기(74)는 PI 연산을 하고 연산 결과를 덧셈 연산기(75)에 출력하도록 되어 있다. 구체적으로는 PI 연산기(74)는 비례 연산부(74a)와, 적분 연산부(74b)와, 리미터 연산부(74c)와, 덧셈부(74d)를 갖고 있으며, 비례 연산부(74a) 및 적분 연산부(74b)에 편차(ΔI)가 입력되도록 되어 있다.

비례 연산부(74a)는 편차(ΔI)에 소정의 비례 게인(Kp)을 곱한 비례항을 연산하는 기능을 가지고 있다. 또한, 적분 연산부(74b)는 편차(ΔI)의 적분값에 소정의 적분 게인(Ki)을 곱한 적분항을 연산하는 기능을 가지고 있다. 또한, 적분 연산부(74b)는 리미터 연산부(74c)에 연결되어 있으며, 거기서 연산된 적분항을 리미터 연산부(74c)에 출력하도록 되어 있다. 리미터 연산부(74c)는 연산된 적분항이 소정 값 미만인지 여부를 판정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 적분항이 소정 값 미만인 경우, 적분항을 그대로 출력하고, 소정 값 이상인 경우, 적분항을 소정 값으로 출력하는 리미터 기능을 가지고 있다. 리미터 연산부(74c)는 비례 연산부(74a)와 함께 덧셈부(74d)에 연결되어 있으며, 각 연산부(74a,74c)는 덧셈부(74d)에 연산 결과를 출력하도록 되어 있다. 덧셈부(74d)는 비례 연산부(74a)로부터의 비례항과 리미터 연산부(74c)로부터의 적분항을 덧셈하는 기능을 가지고 있다. 즉, PI 연산부(74)는 비례항과 적분항을 더하여 PI 연산값(제어 연산값)을 산출하도록 되어 있다. 덧셈부(74d)는 덧셈 연산기(75)에 연결되어 있으며, 덧셈 연산기(75)에 PI 연산값을 출력하도록 되어 있다.

덧셈 연산기(75)에는 밸브 특성 연산기(72)가 더 연결되어 있으며, 밸브 특성 연산기(72)로부터 지령 전류값(I1)이 출력되고 있다. 덧셈 연산기(75)는 지령 전류값(I1)에 PI 연산값을 더하여 압력 제어 신호를 산출하는 기능을 가지고 있다. 또한, 덧셈 연산기(75)는 제2 리미터 연산기(76)에 연결되어 있으며, 이 제2 리미터 연산기(76)에 압력 제어 신호를 출력하도록 되어 있다. 제2 리미터 연산기(76)는 이 압력 제어 신호가 소정의 전류값 미만인지 여부를 판정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 제2 리미터 연산기(76)는 압력 제어 신호가 소정의 전류값 미만인 경우, 압력 제어 신호를 그대로 출력하고, 소정의 전류값 이상인 경우, 압력 제어 신호를 소정의 전류값의 신호로 출력하는 기능을 가지고 있다. 이 제2 리미터 연산기(76)는 전자 비례 제어 밸브(44)에 연결되어 있으며, 전자 비례 제어 밸브(44)에 압력 제어 신호를 출력하도록 되어 있다.

<경전각 제어 장치의 동작>

전술한 바와 같이 구성되어 있는 경전각 제어 장치(1)에서는 조작 레버(21a)나 조작 페달(22a,22b)이 조작되어 조작 밸브(21,22)에서 파일럿압이 출력되면, 각 압력 센서(51~56)가 그 파일럿압을 검출한다. 각 압력 센서(51~56)는 검출 된 파일럿압을 압력 지령 신호로서 제어 유닛(60)에 출력한다. 제어 유닛(60)은 상술한 바와 같이, 도 5에 나타낸 바와 같은 피드백 제어기(69,70)를 가지고 있다. 전자 비례 제어 밸브(44)는 피드백 제어기(69,70)에 의해 산출된 압력 제어 신호에 따른 파일럿압(p2)을 제2 파일럿 통로(43)에 출력하도록 되어 있다.

출력된 파일럿압(p2)은 파일럿압 센서(45)에 의해 검출되고, 검출 결과가 압력 피드백 신호로서 제어 유닛(60)에 출력된다. 제어 유닛(60)은 이 압력 피드백 신호와 압력 지령 신호에 따라, 또한 전자 비례 제어 밸브(44)의 특성을 감안하면서 전술한 바와 같이 파일럿압(p2)을 피드백 제어, 구체적으로는 PI 제어한다. PI 제어된 파일럿압(p2)은 셔틀 밸브(42)에 인도된다. 셔틀 밸브(42)에서는 이 파일럿압(p2)과 센터 바이패스 통로의 연결점(32)에서 분기한 제1 파일럿 통로(41)의 네거티브 컨트롤 압력(p1) 중 어느 하나 높은 쪽이 선택되고, 선택된 파일럿압이 경전 조절 기구(31)에 인도된다. 경전 조절 기구(31)에서는 인도된 파일럿압에 의해 파일럿 피스톤(31a)의 움직임에 따라 서보 피스톤이 움직여 사판(10b)이 상기 파일럿압에 따른 경전각(α)으로 경전된다.

구체적으로 설명하면, 어느 하나의 유압 액추에이터(3~9)를 구동하기 위해 조작 밸브(21,22)가 조작되면, 어느 하나의 컨트롤 밸브(13~16)에 의해 탱크 통로(18)가 차단되어 네거티브 컨트롤 압력(p1)이 낮아진다. 한편, 파일럿압(p2)은 조작 밸브(21,22)의 조작량에 따라 출력되어 네거티브 컨트롤 압력(p1)과 마찬가지로 낮아진다. 그러나 파일럿압(p2)은 각 액추에이터마다 출력 특성에 따라 연산되기 때문에, 미리 파일럿압(p2)을 액추에이터의 필요 유량에 따라 높게 설정할 수 있다. 그러므로 셔틀 밸브(42)에서는 파일럿압(p2)이 선택되어 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도된다. 경전 조절 기구(31)에서는 파일럿 피스톤(31a)이 파일럿압(p2)을 수압함으로써 움직여 서보 피스톤을 통해 사판(10b)이 파일럿압(p2)에 따른 각도로 경전된다. 즉, 가장 큰 유량이 요구되는 조작 밸브(21,22)의 조작량에 따른 각도로 사판(10b)이 경전하여 액추에이터마다 필요 최소한의 유량을 얻을 수 있다.

한편, 조작 밸브(21,22)가 조작되어 있지 않은 경우, 연결점(32)이 탱크 통로(18)를 통해 유압 펌프(10L,10R)에 직결된다. 그러므로 연결점(32)에서는 압력이 오르고, 유압 펌프(10L,10R)의 토출압에 따른 네거티브 컨트롤 압력(p1)이 셔틀 밸브(42)에 인도된다. 반면에, 파일럿압(p2)은 조작 밸브(21,22)가 조작되고 있지 않기 때문에 도시하지 않은 파일럿 압력원의 압력과 대략 같아져 최대값이 된다. 그러므로 셔틀 밸브(42)는 네거티브 컨트롤 압력(p1)과 파일럿압(p2) 중 어느 하나 고압측을 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도한다. 경전 조절 기구(31)에서는 이 고압측의 압력을 수압함으로써 파일럿 피스톤(31a)을 통해 서보 피스톤이 움직여 사판(10b)이 고압측의 파일럿압에 따른 각도로 경전된다. 즉, 고압측의 파일럿압을 수압함으로써 사판(10b)을 가동케 하는 방향(경전각(α)을 작게 하는 방향)으로 경전시키도록 움직여 유압 펌프(10L,10R)의 토출 유량을 감소시킨다.

이와 같이 경전각 제어 장치(1)에서는 전자 비례 제어 밸브(44)에서 출력되는 파일럿압(p2)이 압력 지령 신호에 대해 출력 특성에 따라 일대일로 정해져 있으며, 그 파일럿압(p2)이 파일럿압 센서(45)의 검출 결과인 압력 피드백 신호에 따라 피드백 제어되고 있다. 따라서 압력 지령 신호에 대한 파일럿압(p2)의 출력 정밀도가 향상된다. 이와 같은 압력 지령 신호에 대한 출력 정밀도가 높은 파일럿압(p2)을 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도함으로써 조작 밸브(21,22)의 조작량에 대한 사판(10b)의 경사각(α)의 위치 정밀도가 향상되어 유압 펌프(10L,10R)의 토출 유량을 조작 밸브(21,22)의 조작량에 대해 정밀하게 제어할 수 있다. 이로써 허용 최대 유량 이상의 작동유가 유압 펌프(10L,10R)에서 토출되는 것을 방지할 수 있는 동시에 필요 최소한의 토출 유량으로 제어할 수 있다. 이로써 유압 액추에이터(3~9)의 손상을 방지하면서 각 유압 액추에이터(3~9)를 필요 최소한의 토출 유량으로 각각 최대한의 속도로 움직이게 할 수 있다.

또한, 경전각 제어 장치(1)에서는 편차 연산기(73) 및 PI 연산기(74)에 의해 파일럿압(p2)을 PI 제어하고 있다. 이로써 안정적이면서도 목표값에 수렴이 빨라져 유압 펌프(10L,10R)의 토출 유량의 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전자 비례 제어 밸브(44)는 비선형성의 밸브 특성을 가지고 있으며, 또 같은 전자 비례 제어 밸브이어도 각각의 제품마다 밸브 특성이 다르다. 경전각 제어 장치(1)에서는 전자 비례 제어 밸브(44)의 밸브 특성에 따라 출력시켜야 파일럿압(p2)에 대해 흘려야 할 전류값(I3)을 밸브 특성 연산기(72)에 의해 연산하고 있다. 이로써 압력 지령 신호에 대한 파일럿압(p2)의 출력 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있고, 유압 펌프(10L,10R)의 토출 용량을 조작 밸브(21,22)의 조작량에 대해 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 경전각 제어 장치(1)에서는 복수의 조작 밸브(21,22)가 동시에 조작되었을 경우, 제어 유닛(60)은 선택기(67,68)에 의해 유량을 가장 필요로 하고 있는 압력 지령 신호를 판단하고, 피드백 제어기(69,70)에 의해 압력 지령 신호에 따라 파일럿압(p2)을 제어하고 있다. 이와 같이, 필요 최대 유량에 따라 유압 펌프(10L,10R)의 토출 용량을 조절하기 때문에, 상기 조작량에 따른 유량의 작동유를 유압 액추에이터(3~9)에 인도할 수 있다. 이로써 복수의 조작 밸브(21,22)가 동시에 조작되어도 상기 조작량에 따른 속도로 유압 액추에이터(3~9)를 움직이게 할 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예의 경전각 제어 장치(1A)는 제1 실시예의 경전각 제어 장치(1)와 구성이 유사하다. 따라서 제2 실시예의 경전각 제어 장치(1A)의 구성에 대해서는 제1 실시예의 경전각 제어 장치(1)의 구성과 다른 점에 대해 주로 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 이하에서 설명하는 제3 실시예의 경전각 제어 장치(1B)에 대해서도 마찬가지다.

제2 실시예의 경전각 제어 장치(1A)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 유압 펌프(10L,10R)의 토출 용량을 포지티브 컨트롤 방식으로 제어하도록 되어 있다. 또한, 포지티브 컨트롤 방식의 경우, 후술하는 이유로 전자 비례 제어 밸브(44)는 정비례 밸브인 것이 바람직하다. 경전각 제어 장치(1A)에서는 파일럿압(p2)이 경전 조절 기구(31)의 압력실(31b)에 인도되고, 이 파일럿압(p2)에 따른 각도로 사판(10b)이 경전된다. 이로써 유압 펌프(10L)(또는 유압 펌프(10R))의 토출 유량이 조절된다. 또한, 포지티브 컨트롤 방식의 경우, 이 파일럿압(p2)이 큰 경우에 유압 펌프(10L)(또는 유압 펌프(10R))의 토출 유량이 커진다.

또한, 경전각 제어 장치(1A)는 제어 유닛(60A)을 가지고 있으며, 제1 실시예와 마찬가지로, 도 5에 나타낸 바와 같은 피드백 제어기(69,70)에 의해 압력 제어 신호를 연산하도록 되어 있다. 전자 비례 제어 밸브(44)는 피드백 제어기(69,70)에 의해 산출된 압력 제어 신호에 따른 파일럿압(p2)을 제2 파일럿 통로(43)에 출력한다.

출력된 파일럿압(p2)은 제2 파일럿 통로(43)에서 파일럿압 센서(45)에 의해 검출되고, 검출 결과가 압력 피드백 신호로서 제어 유닛(60A)에 출력된다. 제어 유닛(60A)은 이 압력 피드백 신호와 압력 지령 신호에 따라 파일럿압(p2)을 전술한 바와 같이 피드백 제어, 구체적으로는 PI 제어한다. PI 제어된 파일럿압(p2)에 따라 경전 조절 기구(31)의 파일럿 피스톤(31a)을 통해 서보 피스톤이 움직여 경전각(α)으로 사판(10b)이 위치한다. 이로써 압력 지령 신호(복수의 압력 지령 신호가 입력되었을 경우, 가장 큰 출력압 신호가 선택된다)에 따른 토출 용량, 즉 조작 밸브(21,22)의 조작량(복수의 조작 밸브(21 22)가 조작되었을 경우, 가장 큰 조작량이 선택된다)에 따른 토출 유량을 유압 펌프(10L,10R)에 토출시킬 수 있다.

또한, 경전각 제어 장치(1A)에서는 포지티브 컨트롤 방식으로 토출 유량을 제어하기 위해, 정비례형의 전자 비례 제어 밸브(44,44)가 이용되고 있다. 정비례 형의 전자 비례 제어 밸브(44,44)의 밸브 특성은 도 9에 나타낸 바와 같이 입력되는 전류값(압력 제어 신호)이 커짐에 따라 출력압(파일럿압)이 커지는 것이고, 또한 비선형이다. 이와 같은 정비례형의 전자 비례 제어 밸브(44,44)를 이용하는 메리트로서, 전기계통의 고장 등으로 인하여 전자 밸브에 통전을 할 수 없어졌을 경우, 최소 압력이 출력되어 펌프 경전이 최소, 즉 최소 유량이 되고, 액추에이터 속도가 저하되는 방향으로 작용하여 페일 세이프를 실현할 수 있다는 점이 있다.

또한, 제어 유닛(60A)에서는 전자 비례 제어 밸브(44,44)의 채용에 따라 각 출력 특성 연산기(61~65)의 출력 특성이 도 10의 (a) 및 (b) 중 어느 하나와 같이 되어 있다. 도 10의 (a)에서는 압력 지령 신호와 파일럿압(p2)이 정비례 관계가 되어 있다. 도 10의 (b)에서는 압력 지령 신호에 대한 파일럿압(p2)이 정비례하면서도 단계적으로 변화하도록 되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 경전각 제어 장치(1A)는 제1 실시예의 경전각 제어 장치(1)와 같은 작용 효과를 나타낸다.

[제3 실시예]

경전각 제어 장치(1,1A)의 제어 유닛(60,60A)은 도 8에 나타낸 바와 같이 피드백 제어기(69A,70A)를 가지고 있다. 피드백 제어기(69A,70A)에서는 제1 리미터 연산기(71)에서 출력된 출력압 신호 및 파일럿압 센서(45)로부터의 압력 피드백 신호가 밸브 특성 연산기(72)를 거치지 않고 편차 연산기(73A)에 입력되고, 편차 연산기(73A)에서 출력압 신호와 압력 피드백 신호의 편차(Δp)가 연산되도록 되어 있다. 또한, PI 제어기(74A)에서는 이 편차(Δp)를 PI 연산하고 PI 연산값을 산출하여 덧셈 연산기(75)에 출력하도록 되어 있다.

또한, 제1 리미터 연산기(71)는 편차 연산기(73A)와는 별도로 덧셈 연산기(75)에 직접 연결되어 있으며, 덧셈 연산기(75)에 출력압 신호를 출력하도록 되어 있다. 덧셈 연산기(75)에서는 출력압 신호에 PI 연산값을 더한다. 밸브 특성 연산기(72A)는 덧셈 연산기(75)에서 산출된 덧셈 연산값 및 밸브 특성에 따라 압력 제어 신호를 산출하는 기능을 가지고 있다. 여기에서 산출된 압력 제어 신호는 제2 리미터 연산기(76)에 입력되고 제2 리미터 연산기(76)에서 소정의 전류값 이하로 제한되어 전자 비례 제어 밸브(44)에 출력된다. 전자 비례 제어 밸브(44)는 이 압력 제어 신호에 따른 파일럿압(p2)을 제2 파일럿 통로(43)에 출력한다.

또한, 본 실시예에서는 전자 비례 제어 밸브(44)는 제어 유닛(60)에 있어서는 입력되는 전류값이 작아짐에 따라 출력압이 커지는 반비례 밸브이며, 그 밸브 특성은 도 6에 나타낸 바와 같이 비선형이 되어 있다. 또한, 제어 유닛(60A)에 있어서는 입력되는 전류값이 커짐에 따라 출력압이 커지는 정비례 밸브이며, 그 밸브 특성은 도 9에 나타낸 바와 같이 비선형이 되어 있다. 네거티브 컨트롤 방식에 있어서 반비례형, 포지티브 컨트롤 방식에 있어서 정비례형의 전자 비례 제어 밸브(44)를 사용하는 메리트로서, 전기계통의 고장 등으로 인하여 전자 밸브에 통전을 할 수 없어졌을 경우에 있어서, 최대 압력이 출력되어 펌프 경전이 최소, 즉 최소 유량이 되고 액추에이터 속도가 저하되는 방향으로 작용하여 페일 세이프를 실현할 수 있다는 점이 있다.

그 밖에, 제3 실시예의 경전각 제어 장치(1B)는 제1 실시예의 경전각 제어 장치(1)와 같은 작용 효과를 나타낸다.

<그 밖의 실시예>

제1,2 실시예에서는 파일럿압(p2)을 PI 제어하고 있지만, PID 제어하여도 좋다. 또한, 제1 실시예의 네거티브 컨트롤 방식에 있어서는 반비례형의 전자 비례 제어 밸브를 채용하고, 제2 실시예의 포지티브 컨트롤 방식에 있어서는 정비례형의 전자 비례 제어 밸브를 채용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1,2 실시예에서는 파일럿압(p2)을 조압하는 밸브로서 전자 비례 제어 밸브(44)를 이용하고 있지만, 전자 비례 제어 밸브는 반드시 전자 비례 감압 밸브일 필요는 없다. 예를 들어, 전자 비례 릴리프 밸브나 포스 모터로 구동하는 비례 제어 밸브나 압전 소자로 구동하는 비례 제어 밸브이어도 좋다.

상기 설명으로부터, 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 분명하다. 따라서 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 양태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능을 실질적으로 변경할 수 있다.

1: 경전각 제어 장치 3: 붐용 실린더
4: 암용 실린더 5: 좌측 주행용 모터
6: 선회용 모터 7: 우측 주행용 모터
8: 버킷용 실린더 9: 붐용 실린더
10b: 사판 10L,10R: 유압 펌프
21: 조작 밸브 21a: 조작 레버
22: 주행용 조작 밸브 22a: 조작 페달
31: 경전 조절 기구 42: 셔틀 밸브
44: 전자 비례 제어 밸브 45: 파일럿압 센서
51: 붐용 압력 센서 52: 암용 압력 센서
53: 좌측 주행 장치용 압력 센서 54: 선회용 압력 센서
55: 우측 주행 장치용 압력 센서 56: 버킷용 압력 센서
60: 제어 유닛 61~66: 제1~제6 출력 특성 연산기
67: 제1 선택기 68: 제2 선택기
72: 밸브 특성 연산기 73: 편차 연산기
74: PI 연산기 75: 덧셈 연산기

Claims

경전각에 따른 용량의 압액을 토출하는 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하는 경전각 제어 장치이며,
액추에이터를 구동하기 위해 조작량에 따른 압력 지령 신호를 출력하는 조작 유닛과,
상기 압력 지령 신호에 따른 압력 제어 신호를 출력하는 제어 유닛과,
상기 압력 제어 신호에 따른 파일럿압을 출력하는 비례 제어 밸브와,
상기 파일럿압에 따른 각도로 상기 가변 용량 펌프의 경전각을 조절하는 경전 조절 기구와,
상기 파일럿압을 검출하고, 검출된 상기 파일럿압에 따른 압력 피드백 신호를 제어 유닛에 출력하는 압력 검출기를 구비하고,
상기 제어 유닛은 상기 압력 피드백 신호와 상기 압력 지령 신호에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하도록 되어 있으며,
상기 비례 제어 밸브는 상기 비례 제어 밸브에 입력되는 상기 압력 제어 신호에 대하여 소정의 파일럿압을 출력하는 밸브 특성으로서 상기 비례 제어 밸브마다 상이한 고유의 밸브 특성을 가지고 있고,
상기 제어 유닛은 상기 밸브 특성을 저장하여, 상기 압력 피드백 신호와 상기 압력 지령 신호와 상기 밸브 특성에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은
상기 압력 지령 신호에 대해 상기 비례 제어 밸브에서 출력시켜야 할 파일럿압을 나타내는 출력 특성을 저장하며, 상기 조작 유닛으로부터의 상기 압력 지령 신호와 상기 출력 특성에 따라 출력압 신호를 연산하는 출력 특성 연산기와,
상기 밸브 특성과 상기 피드백 신호와 상기 출력압 신호에 따라 상기 압력 제어 신호를 연산하는 피드백 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는
상기 밸브 특성과 상기 출력압 신호에 따라 제1 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와,
상기 제1 전류값과 상기 압력 피드백 신호의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와,
상기 제1 전류값과 상기 제어 연산값을 더한 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 덧셈 연산기를 갖는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는
상기 밸브 특성과 상기 출력압 신호에 따라 제1 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와,
상기 밸브 특성과 상기 압력 피드백 신호에 따라 제2 전류값을 연산하는 밸브 특성 연산기와,
상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와,
상기 제1 전류값과 상기 제어 연산값을 더한 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 덧셈 연산기를 갖는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는
상기 출력압 신호와 상기 압력 피드백 신호의 편차를 제어 연산하여 제어 연산값을 산출하는 제어 연산기와,
상기 출력압 신호와 상기 제어 연산값을 더한 덧셈 연산값을 산출하는 덧셈 연산기와,
상기 밸브 특성과 상기 덧셈 연산값에 따라 압력 제어 신호를 연산하고, 그 압력 제어 신호를 상기 비례 제어 밸브에 출력하는 밸브 특성 연산기를 갖는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조작 유닛은 복수의 액추에이터에 대해 개별적으로 설치되어 있으며,
상기 제어 유닛은
각 조작 유닛마다 설치되는 상기 출력 특성 연산기와,
상기 각 출력 특성 연산기에서 연산된 복수의 상기 출력압 신호 중 토출 용량이 가장 커지는 출력압 신호를 선택하는 선택기를 갖는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가변 용량 펌프로부터 탱크로 배출되는 작동유의 유량에 따라 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하는 네거티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치이며,
상기 비례 제어 밸브가 반비례형인 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파일럿압에 따라 상기 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하는 포지티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치이며,
상기 비례 제어 밸브가 정비례형인 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가변 용량 펌프로부터 탱크로 배출되는 작동유의 유량에 따라 가변 용량 펌프의 경전각을 제어하는 네거티브 컨트롤 방식에 의한 경전각 제어 장치이며,
상기 조작 유닛의 조작에 따라 동작하여 상기 액추에이터에 흐르는 압액의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브를 갖추고,
상기 조작 유닛 및 상기 컨트롤 밸브의 스풀은 복수의 액추에이터에 대해 개별적으로 설치되어 있으며,
상기 제어 유닛은
각 조작 유닛마다 설치되는 상기 출력 특성 연산기와,
상기 각 출력 특성 연산기에서 연산된 복수의 상기 출력압 신호 중 토출 용량이 가장 커지는 출력압 신호를 선택하는 선택기와,
상기 선택기에 의해 선택된 출력압 신호에 따라 상기 비례 제어 밸브에서 출력되는 파일럿압 및 상기 컨트롤 밸브의 스풀의 최하류에서 분기하는 네거티브 컨트롤 통로에 있어서의 네거티브 컨트롤 압력 중 토출 용량이 작아지는 압력을 선택하는 선택 기구를 갖고,
상기 경전 조절 기구는 상기 선택 기구에 의해 선택된 압력에 따른 각도로 상기 가변 용량 펌프의 경전각을 조절하는 것을 특징으로 하는 경전각 제어 장치.
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