KR101778225B1 - 건설기계의 유압펌프 제어방법 - Google Patents

건설기계의 유압펌프 제어방법 Download PDF

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Abstract

유압펌프의 부하 압력에 따라 유압펌프의 토출 유량을 비례적으로 줄여 운전자의 조작성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 유압펌프 제어방법을 개시한다.
본 발명에 따른 유압펌프 제어방법에 있어서, 유압펌프의 토출 압력 및 조작레버의 조작량을 각각 검출하여 유압펌프의 검출된 토출 압력과 미리 설정된 압력값의 크기를 비교판단하되, 유압펌프의 검출된 토출 압력이 미리 설정된 압력값보다 큰 경우 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어방법을 제공한다.

Description

건설기계의 유압펌프 제어방법{A METHOD FOR CONTROLLING HYDRAULIC PUMP IN CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 굴삭기 등의 건설기계에 구비되는 유압펌프의 제어방법에 관한 것으로, 특히 가변용량형 유압펌프(이하 "유압펌프" 라고 한다)에 발생되는 부하 압력에 따라 유압펌프로부터 토출되는 유량을 가변 제어할 수 있도록 한 건설기계의 유압펌프 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭기 등의 유압식 건설기계의 유압시스템에는 메인 릴리프밸브가 구비되어, 유압펌프의 부하 압력이 설정된 압력을 초과할 경우 유압펌프로부터 토출되는 작동유를 유압탱크로 드레인시켜 유압부품의 파손을 방지하게 된다. 또한 특정 마력 값 또는 토크 값을 설정하여 이들 값을 초과하지않도록 제한하여 유압펌프의 토출 유량을 줄이는 제어방식을 사용한다.
이러한 유압시스템에 적용되는 메인 릴리프밸브는 유압펌프의 토출 압력이 릴리프밸브의 설정값에 도달하기 전부터 작동유를 유압탱크로 드레인시키게 된다(도 2에 도시됨). 이경우 유압펌프는 작동유를 계속적으로 토출하게 되므로 유압펌프의 불필요한 구동으로 인해 연료가 소모된다.
종래에는 전술한 바와 같은 유량 손실을 줄이기 위해 유압펌프의 토출 압력이 설정값 이상일 경우에 온(ON),오프(OFF)시키는 구조로 이뤄져 있다. 즉 유압펌프의 토출 압력이 설정값 이상일 경우 유압펌프의 토출 유량을 급작스럽게 줄임에 따라 유압시스템에 충격(shock)이 발생된다. 이로 인해 운전자에 의한 붐 등의 작업장치를 구동시키는 조작감이 떨어지는 문제점을 갖는다.
본 발명의 실시예는, 유압펌프의 부하 압력이 설정값 이상일 경우 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 제한하여 유량 손실을 줄일 수 있도록 한 건설기계의 유압펌프 제어방법과 관련된다.
본 발명의 실시예는, 유압펌프의 부하 압력에 따라 유압펌프의 토출 유량을 비례적으로 줄임으로서 운전자의 조작성을 향상시킬 수 있도록 한 건설기계의 유압펌프 제어방법과 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법은,
가변용량형 유압펌프와, 유압펌프에 연결되는 적어도 하나 이상의 유압 액츄에이터와, 조작레버의 조작량에 비례하여 공급되는 신호압력에 의해 절환시 액츄에이터에 공급되는 작동유를 제어하는 스풀과, 유압펌프의 토출유로에 설치되어 유압펌프의 토출 압력을 검출하는 검출센서와, 조작레버의 조작량에 따른 신호압력을 검출하는 검출센서와, 검출센서로부터의 검출신호에 따라 유압펌프의 토출 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 건설기계에 있어서,
검출센서들에 의한 유압펌프의 토출 압력 및 조작레버의 조작량을 각각 검출하는 제1단계와,
조작레버의 조작량에 따라 유압펌프에 요구되는 유량을 연산하는 제2단계와,
유압펌프의 검출된 토출 압력과 미리 설정된 압력값의 크기를 비교 판단하는 제3단계와,
유압펌프의 검출된 토출 압력이 미리 설정된 압력값보다 큰 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 감소시키는 제4단계와,
유압펌프의 현재 검출되는 토오크값과 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비교 판단하는 제5단계와,
유압펌프의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량을 초과할 경우 유압펌프의 토출 유량을 최대 토출가능한 유량으로서 제어하고, 유압펌프의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량보다 작을 경우 유압펌프의 토출 유량을 조작량에 따라 연산된 유압펌프에 요구되는 유량으로서 제어하는 제6단계를 포함한다.
더욱 바람직한 실시예에 의하면, 사용자에 의해 승압 기능이 선택된 경우 유압펌프의 토출 유량을 감소시키는 기능을 해제시키도록 제어된다.
전술한 6단계에서 유압펌프에 요구되는 토출 유량이 최대 토출유량에 이르지않을 경우에도 검출된 압력이 설정된 압력보다 클 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프에 요구되는 토출 유량을 비례적으로 줄이되, 토출 유량의 크기에 따라 감소되는 정도를 비례적으로 제어하여, 유압펌프에 요구되는 토출 유량의 크기 대비 감소되는 비율이 동일 또는 근접하도록 제어한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법은 아래와 같은 이점을 갖는다.
유압펌프의 부하 압력이 설정값 이상일 경우 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 제한하여 릴리프되는 유량 손실을 줄임에 따라 연비를 개선시킬 수 있다. 유압펌프의 부하 압력에 따라 유압펌프의 토출 유량을 비례적으로 줄임으로서 운전자의 조작성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법에 적용되는 유압회로의 개략도,
도 2는 종래 기술에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법에서, 유압펌프의 토출 압력에 따른 메인 릴리프밸브의 압력의 관계를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법에서, 유압펌프의 토출 압력에 따른 메인 릴리프밸브의 압력의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법을 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법에서, 유압펌프의 유량에 따라 이에 비례하여 감소되는 것을 나타내는 그래프이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
1; 엔진
2; 가변용량형 유압펌프
3; 파일럿 펌프
4; 조작레버
5; 스풀(spool)
6; 토출유로
7,8; 검출센서
9; 제어부
10; 비례제어밸브
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법은,
엔진(1)에 연결되는 가변용량형 유압펌프(2)(이하 "유압펌프" 라고 한다) 및 파일럿 펌프(3)와, 유압펌프(2)에 연결되는 적어도 하나 이상의 유압 액츄에이터(미 도시된 붐실린더, 아암실린더, 버킷실린더 등을 말함.)와, 조작레버(4)의 조작량에 비례하여 공급되는 파일럿 신호압에 의해 절환시 해당 액츄에이터에 공급되는 작동유를 제어하는 스풀(5)(spool)과, 유압펌프(2)의 토출유로(6)에 설치되어 유압펌프(1)의 토출 압력을 검출하는 검출센서(7)와, 조작레버(4)의 조작량에 따른 파일럿 신호압(스풀(5)을 절환시키는 2차 신호압력을 말함.)을 검출하는 검출센서(8)와, 검출센서(7,8)로부터의 검출신호에 따라 유압펌프(1)의 토출 유량을 제어하는 제어부(9)를 구비하는 건설기계에 있어서,
전술한 검출센서(7,8)들에 의한 유압펌프(2)의 토출 압력 및 조작레버(4)의 조작량을 각각 검출하는 제1단계(S100)와,
조작레버(4)의 조작량에 따라 유압펌프(2)에 요구되는 유량(Q1)을 연산하는 제2단계(S200)와,
전술한 검출센서(7)에 의해 유압펌프(2)의 검출된 토출 압력과 미리 설정된 압력값의 크기를 비교 판단하는 제3단계(S300)와,
유압펌프(2)의 검출된 토출 압력이 미리 설정된 압력값보다 큰 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 감소시키는 제4단계(S400)와,
유압펌프(2)의 현재 검출되는 토오크(압력×유량)값과 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량을 비교 판단하는 제5단계(S500)와,
유압펌프(2)의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량을 초과할 경우 유압펌프(2)의 토출 유량을 최대 토출가능한 유량으로서 제어하고(S600A), 유압펌프(2)의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량보다 작을 경우 유압펌프(2)의 토출 유량을 제2단계(S200)에서 조작량에 따라 연산된 유압펌프(2)에 요구되는 유량(Q1)으로서 제어하는 제6단계(S600B)를 포함한다.
도면중 미 설명부호 10은 유압펌프(2)의 토출 유량을 제어하기 위하여 조작레버(4)를 경유하는 파일럿 신호압력을 제어부(9)로부터의 제어신호에 비례하도록 변환시키는 비례제어밸브이다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 4에서와 같이, 전술한 검출센서(7,8)들에 의해 조작레버(4)의 조작량 및 유압펌프(2)의 토출 압력을 각각 검출하며, 각각 검출된 조작량 및 압력신호는 제어부(9)로 전송된다(S100 참조).
S200에서와 같이, 전술한 조작레버(4)의 조작량에 따라 유압펌프(2)에 요구되는 토출 유량(Q1)을 연산한다. 즉 조작레버(5)의 조작량 대비 요구되는 유량(Q1)은 관계식, 또는 표(일 예로서 미도시된 그래프 또는 챠트가 사용될 수 있음)에 의해 유량(Q1)을 연산한다.
S300에서와 같이, 전술한 검출센서(7)에 의해 유압펌프(2)의 검출된 토출 압력과 미리 설정된 압력값의 크기를 비교 판단한다. 이때 미리 설정된 압력값은 메인 릴리프밸브의 압력에서 일정값을 마이너스시킨 값을 의미한다(즉 압력 설정값 = 메인 릴리프밸브의 셋팅 압력 - 일정값(장비의 유압시스템에 따라 일정값이 가변됨)).
전술한 유압펌프(2)의 검출된 토출 압력값이 설정된 압력값보다 큰 경우 S400으로 진행하고, 유압펌프(2)의 검출된 토출 압력값이 설정된 압력값보다 작을 경우 S500으로 진행한다.
S400에서와 같이, 제3단계(S300)에서 유압펌프(2)의 검출된 토출 압력이 미리 설정된 압력값보다 큰 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량(Q)을 비례적으로 감소시킨다(도 3에 도시됨).
이때, 감소된 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량(Q')은,
Q' = Q × [(P-100)/(유압시스템 압력-압력 설정값) × (현재 검출된 압력 - 압력 설정값) + 100] / 100
이때, P는 유압시스템 압력에서 감소될 백분율을 의미한다.
한편, 사용자에 의해 승압 기능이 선택된 경우(운전자가 작업장치 등의 구동속도 저하되는 것을 원치않아 의도적으로 승압기능을 선택한 경우를 말함), 유압펌프의 토출 유량을 감소시키는 기능이 해제되도록 제어된다.
S500에서와 같이, 유압펌프(2)의 현재 검출되는 토오크(압력×유량) 값과 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량을 비교 판단한다. 검출된 유압펌프(2)의 토오크 값이 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량보다 큰 경우 S600A로 진행하고, 검출된 유압펌프(2)의 토오크 값이 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량보다 작을 경우 S600B로 진행한다.
S600A에서와 같이, 유압펌프(2)의 검출된 토오크 값이 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량을 초과한 경우, 유압펌프(2)의 토출 유량(용적)을 최대 토출가능한 유량으로서 제어한다.
S600B에서와 같이, 유압펌프(2)의 검출된 토오크값이 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량보다 작은 경우, 유압펌프(2)의 토출 유량(용적)을 제2단계(S200)에서 연산된 조작량에 따른 유압펌프(2)에 요구되는 유량(Q1)으로서 제어한다.
도 3에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법은, 유압펌프(2)의 토출 압력이 메인 릴리프밸브의 압력보다 일정값이 작은 지점에서부터 메인 릴리프밸브의 압력에 도달하기 전까지 유압펌프(2)의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 제한하게 된다.
이로 인해 도 2에 도시된 종래 기술의 메인 릴리프밸브를 통해 유압탱크로 드레인되어 손실되는 유량(빗금친 부분)보다 상대적으로 줄일 수 있다. 또한 운전자가 작업장치를 구동시키기 위해 조작레버(RCV)를 조작할 경우 급작스런 유량 감소로 인한 조작감 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5에서와 같이, 전술한 6단계(S600B)에서 유압펌프에 요구되는 토출 유량(Q1,Q2,Q3)이 최대 토출유량에 이르지않을 경우에도 검출된 압력이 설정된 압력보다 클 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프에 요구되는 토출 유량(Q1,Q2,Q3)을 비례적으로 줄이되, 토출 유량의 크기(Q1 〉Q2 〉Q3)에 따라 감소되는 정도를 비례적으로 제어하여, 유압펌프에 요구되는 토출 유량의 크기 대비 감소되는 비율이 동일 또는 근접하도록 제어할 수 있다.
즉 토출유량이 Q1일 경우 빗금친 "a"만큼 감소되도록 제어하되, 토출유량이 Q2일 경우(Q1〉Q2) 빗금친 "b"만큼 감소되며(즉 토출유량 Q1,Q2의 차이만큼 이에 비례하여 "a"에 대해 "b"만큼 감소되도록 제어됨), 토출유량이 Q3일 경우(Q1〉Q3) 빗금친 "c"만큼 감소(즉 토출유량 Q1,Q3의 차이만큼 이에 비례하여 "a"에 대해 "c"만큼 감소되도록 제어됨)되도록 제어된다.
이때, 사용자에 의해 승압 기능이 선택된 경우(운전자가 작업장치 등의 구동속도 저하되는 것을 원치않아 의도적으로 승압기능을 선택한 경우를 말함), 유압펌프의 토출 유량을 감소시키는 기능이 해제되도록 제어된다.
산업상 이용가능성
전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 유압펌프 제어방법에 의하면, 유압펌프의 부하 압력이 설정값 이상일 경우 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 제한하여 릴리프되는 유량 손실을 줄임에 따라 연비를 개선시키고, 운전자의 조작성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 가변용량형 유압펌프와, 유압펌프에 연결되는 적어도 하나 이상의 유압 액츄에이터와, 조작레버의 조작량에 비례하여 공급되는 신호압력에 의해 절환시 액츄에이터에 공급되는 작동유를 제어하는 스풀과, 유압펌프의 토출유로에 설치되어 유압펌프의 토출 압력을 검출하는 검출센서와, 조작레버의 조작량에 따른 신호압력을 검출하는 검출센서와, 검출센서로부터의 검출신호에 따라 유압펌프의 토출 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 건설기계에 있어서:
    상기 검출센서들에 의한 유압펌프의 토출 압력 및 상기 조작레버의 조작량을 각각 검출하는 제1단계와,
    상기 조작레버의 조작량에 따라 유압펌프에 요구되는 유량을 연산하는 제2단계와,
    상기 유압펌프의 검출된 토출 압력과 미리 설정된 압력값의 크기를 비교 판단하는 제3단계와,
    상기 유압펌프의 검출된 토출 압력이 미리 설정된 압력값보다 큰 경우, 검출된 압력과 설정된 압력값의 차이에 따라 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비례적으로 감소시키는 제4단계와,
    상기 유압펌프의 현재 검출되는 토오크값과 상기 유압펌프의 최대 토출가능한 유량을 비교 판단하는 제5단계와,
    상기 유압펌프의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량을 초과할 경우 유압펌프의 토출 유량을 최대 토출가능한 유량으로서 제어하고, 상기 유압펌프의 검출된 토오크값이 최대 토출가능한 유량보다 작을 경우 유압펌프의 토출 유량을 조작량에 따라 연산된 유압펌프에 요구되는 유량으로서 제어하며, 유압펌프에 요구되는 토출 유량이 최대 토출유량에 이르지 않을 경우에도 검출된 압력이 설정된 압력보다 클 경우, 검출된 압력과 설정된 지점의 압력값의 차이에 따라 유압펌프에 요구되는 토출 유량을 비례적으로 줄이되, 토출 유량의 크기에 따라 감소되는 정도를 비례적으로 제어하여, 유압펌프에 요구되는 토출 유량의 크기 대비 감소되는 비율이 동일 또는 근접하도록 제어하는 제6단계를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 사용자에 의해 승압 기능이 선택된 경우 상기 유압펌프의 토출 유량을 감소시키는 기능을 해제시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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