KR101879881B1 - 에너지 회생용 제어회로 및 작업기계 - Google Patents

에너지 회생용 제어회로 및 작업기계 Download PDF

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Abstract

에너지 회수 시스템의 공간절약화와 비용 저감을 도모할 수 있는 에너지 회생용 제어회로를 제공한다. 에너지 회생용 제어회로(40)는, 메인 컨트롤 밸브(33)의 출력 포트(38)와, 병렬로 설치한 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)와의 사이에, 붐 에너지 회생용의 회생 제어용 밸브 블록(20)을 설치한다. 회생 제어용 밸브 블록(20)은, 블록 본체(42)의 내부에, 에너지 회생에 관한 복수의 제어 특성을 집약한 메인 스풀(43) 등의 복수의 밸브를 조립해 넣어, 상승 상태의 붐이 가지는 위치에너지를 붐 하강시에 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에 축압하는 동시에, 붐 상승시에 어큐뮬레이터(41)의 축압유를 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에 직접 방출하는 기능을 구비하고 있다.

Description

에너지 회생용 제어회로 및 작업기계{CONTROL CIRCUIT FOR ENERGY REGENERATION AND WORKING MACHINE}
본 발명은, 에너지 회생 시스템을 가지는 에너지 회생용 제어회로 및 그 제어회로를 구비한 작업기계에 관한 것이다.
유압 쇼벨 등의 작업기계에 있어서, 작업장치가 가지는 위치에너지를 회수하고, 그 에너지를 유압원이나 액츄에이터 동작의 어시스트에 사용하고 있는 것이 있다.
예를 들면, 작업장치를 붐 실린더에 의해 상하로 움직이는 경우, 올린 붐을 내릴 때에는, 붐 실린더의 헤드측의 기름은 붐의 위치에너지에 의해 고압에 밀려 나온다. 이 고압이 된 기름은, 회로중의 조임에 의해서 열이 되거나, 그대로 탱크에 복귀되거나 하면 쓸모없게 되므로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 붐 실린더(1)의 헤드측에서 고압이 된 기름을, 전자식 전환 밸브(2), 포펫 밸브(3) 및 체크 밸브(4)를 거쳐 어큐뮬레이터(5)에 축압(蓄壓)하고, 또한, 붐 실린더(1) 등의 액츄에이터를 움직일 때에, 이 어큐뮬레이터(5)로부터 파일럿식 전환 밸브(6) 및 체크 밸브(7)를 거쳐, 메인 펌프(8)로부터 메인 컨트롤 밸브(9)에 작동유를 공급하는 토출 라인에 어큐뮬레이터 축압유를 방출함으로써, 붐의 위치에너지를 유효 활용하도록 한 에너지 회생 시스템이나, 이것에 유사하는 에너지 회생 시스템이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 공개특허공보 평성 5-163745호 일본 공개특허공보 2008-121893호
이러한 에너지 회생 시스템은, 작업장치의 액츄에이터(붐 실린더(1))와 메인 컨트롤 밸브(9)와의 사이에, 어큐뮬레이터(5)와, 이 어큐뮬레이터(5)의 축압과 방출을 전환하는 전환 밸브(2,6) 등과, 그들의 밸브류를 접속하는 배관 등의 부품이 많아져, 설치 공간과 비용이 증가하는 문제가 있다.
특히, 에너지 절약화를 위해서 에너지 손실을 없앨 필요가 있어, 에너지 회생 시스템의 설치가 바람직하지만, 하이브리드화를 위한 전기 모듈의 설치 등에 의해 기체(機體)상의 설치 공간은 좁아져, 전기 모듈과 에너지 회생 시스템과의 양립이 곤란하기 때문에, 에너지 회생 시스템의 설치가 용이하지 않다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 에너지 회수 시스템의 공간 절약화와 비용 저감을 도모할 수 있는 에너지 회생용 제어회로 및 그 제어회로를 구비한 작업기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은, 작업장치가 가지는 에너지를 회생하는 에너지 회생 시스템을 가지는 에너지 회생용 제어회로에 있어서, 에너지 회생 시스템을 구성하는 복수의 밸브가 조립해 넣어진 회생 제어용 밸브 블록을 구비하고, 이 회생 제어용 밸브 블록은, 에너지 회생에 관한 복수의 제어 특성이 집약된 메인 스풀(spool)을 구비한 에너지 회생용 제어회로이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 에너지 회생용 제어회로가 적용되는 작업장치는, 붐 실린더에 의해 상하로 움직임 가능한 붐을 가지고, 회생 제어용 밸브 블록은, 상승 상태의 붐이 가지는 위치에너지를 붐 하강시에 붐 실린더로부터 어큐뮬레이터에 축압하는 동시에, 붐 상승시에 어큐뮬레이터의 축압 유체를 붐 실린더에 직접 방출하는 기능을 구비한 것이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 에너지 회생용 제어회로가 적용되는 붐 실린더는, 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더가 병렬로 설치되고, 메인 스풀은, 붐 제 1 실린더로부터 어큐뮬레이터에의 축압 유입 유량을 제어하는 유입 유량 제어 특성과, 붐 제 2 실린더로부터의 언로드를 제어하는 언로드 제어 특성과, 붐 제 1 실린더와 붐 제 2 실린더의 연통(連通)·분리를 전환 제어하는 전환 제어 특성과, 어큐뮬레이터로부터 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더에의 방출 유량을 제어하는 방출 유량 제어 특성을 구비한 것이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 기재된 에너지 회생용 제어회로에 있어서의 메인 스풀이, 컨트롤러로부터의 전기신호를 전자 비례밸브에 의해 압력신호로 변환한 파일럿압에 의해 임의로 스트로크 제어되는 것이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 기체와, 이 기체에 탑재되어 2개의 붐 실린더에 의해 상하로 움직임 가능한 붐을 가지는 작업장치와, 기체 및 작업장치의 어느 한쪽에 탑재된 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 기재된 회생 제어용 밸브 블록을 구비한 에너지 회생용 제어회로를 구비하고, 회생 제어용 밸브 블록은, 붐 하강시에 1개의 붐 실린더로부터 회수된 유체를 어큐뮬레이터에 축압하고, 붐 상승시에 어큐뮬레이터내의 유체를 2개의 붐 실린더에 공급하는 제어 특성을 구비한 작업기계이다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 에너지 회생 시스템의 구성부품을 1개의 회생 제어용 밸브 블록에 조립해 넣어 한데 모은 것에 의해, 에너지 회생 시스템의 구성부품을 광범위하게 점재(點在)시키는 일 없이 간소한 배관 처리를 할 수 있어, 공간 절약화와 비용 저감을 도모할 수 있다. 게다가, 에너지의 회생에 필요한 복수의 제어 특성을 1개의 메인 스풀에 집약한 것에 의해서, 각각의 제어에서 필요로 하고 있던 제어 액츄에이터의 수를 삭감할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 복수의 제어 특성을 1개의 메인 스풀에 집약한 회생 제어용 밸브 블록에 의해서, 상승 상태의 붐이 가지는 위치에너지를 붐 하강시에 붐 실린더로부터 어큐뮬레이터에 축압하는 동시에, 붐 상승시에 어큐뮬레이터의 축압 유체를 붐 실린더에 직접 방출하는 기능을 구비하였으므로, 펌프 토출 라인에 방출하는 경우보다, 축압에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 메인 스풀이, 붐 제 1 실린더로부터 어큐뮬레이터에의 축압 유입 유량을 제어하는 유입 유량 제어 특성과, 붐 제 2 실린더로부터의 언로드를 제어하는 언로드 제어 특성과, 붐 제 1 실린더와 붐 제 2 실린더의 연결부의 연통(連通)·분리를 전환 제어하는 전환 제어 특성과, 어큐뮬레이터로부터 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더에의 방출 유량을 제어하는 방출 유량 제어 특성을 구비하고 있으므로, 1개의 메인 스풀에 의해, 어큐뮬레이터에의 축압이나 어큐뮬레이터로부터의 방출을 전환 제어할 수 있는 동시에, 어큐뮬레이터에의 축압 유입량이나 어큐뮬레이터로부터의 방출 유량을 효율적으로 제어할 수 있다. 특히, 유입 유량 제어 특성에서는, 1개의 붐 제 1 실린더로부터 어큐뮬레이터에의 축압 유입 유량을 제어하는 동시에, 방출 유량 제어 특성에서는, 어큐뮬레이터로부터 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더의 2개의 붐 실린더에의 방출 유량을 제어하므로, 어큐뮬레이터에의 축압시는, 작업장치의 자중(自重)에 의한 위치에너지를 1개의 붐 제 1 실린더에 집중시킴으로써, 이 붐 제 1 실린더로부터 출력되는 축압용의 압력을, 2개의 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더로부터 얻을 수 있는 붐 실린더 유지압의 2배로 하여 어큐뮬레이터에 축압할 수 있어, 어큐뮬레이터로부터의 에너지 개방시에 큰 붐 작동압을 확보할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 메인 스풀은, 컨트롤러로부터의 전기신호를 전자 비례밸브에 의해 압력신호로 변환한 파일럿압에 의해 임의로 스트로크 제어되므로, 컨트롤러로부터의 전기신호를 제어함으로써, 메인 스풀의 동작 특성을 자유로이 제어할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 회생 제어용 밸브 블록은, 붐 하강시에 1개의 붐 실린더로부터 회수된 유체를 어큐뮬레이터에 축압하고, 붐 상승시에 어큐뮬레이터내의 유체를 2개의 붐 실린더에 공급하는 제어 특성을 구비하였으므로, 붐 하강·축압시는, 작업장치의 자중에 의한 위치에너지를 1개의 붐 실린더에 집중시킴으로써, 이 붐 실린더로부터 출력되는 축압용의 압력을, 2개의 붐 실린더로부터 얻을 수 있는 붐 실린더 유지압의 2배로 하여 어큐뮬레이터에 축압할 수 있고, 붐 상승·에너지 개방시에, 토사 쌓기의 붐 상승시 등에서 필요한 작동압을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 에너지 회생용 제어회로의 일실시형태를 나타내는 회로도이다.
도 2는 상기 제어회로의 메인 스풀 개구 특성을 나타내는 특성도이다.
도 3은 상기 제어회로의 붐 하강 조작시의 상태를 나타내는 회로도이다.
도 4는 상기 제어회로의 붐 상승 조작시의 상태를 나타내는 회로도이다.
도 5는 상기 제어회로를 구비한 작업기계의 측면도이다.
도 6은 종래의 제어회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명을, 도 1 내지 도 5에 나타난 일실시형태에 따라 상세하게 설명한다.
도 5는, 작업기계로서의 유압 쇼벨(HE)을 나타내고, 그 기체(10)는, 하부 주행체(11)에 대해서 선회 베어링부(12)를 사이에 두고 상부 선회체(13)가 선회 모터에 의해 선회 가능하게 설치되어 구성되어 있다. 이 기체(10)의 상부 선회체(13)에 동력 장치(14), 캡(15) 및 버킷 작업용의 프런트 작업장치(이하, 작업장치라고 한다)(16)가 탑재되어 있다. 이 작업장치(16)는, 상부 선회체(13)에 붐(17)이 자유로이 상하방향으로 회동되도록 피봇부착되고, 이 붐(17)에 암(스틱)(18)이 자유로이 회동되도록 축연결되고, 이 암(18)에 버킷(19)이 자유로이 회동되도록 축연결되어 있다. 그리고, 붐(17), 즉 작업장치(16)는 붐 실린더(17c)에 의해 상하방향으로 회동되고, 암(18)은 암 실린더(18c)에 의해 회동되고, 버킷(19)은 버킷 실린더(19c)에 의해 회동된다. 이들의 각 실린더를 작동하는 유체는 기름 즉 작동유이다.
붐 실린더(17c)로부터 작업장치(16)의 하강시에 방출되는 붐 에너지를 회생하는 에너지 회생 시스템을 구성하는 복수의 밸브가 조립해 넣어진 회생 제어용 밸브 블록(20)이, 붐(17)의 밑부분의 배면 등에 부착되어 있다.
도 1은, 상기 동력 장치(14)와, 상기 붐 실린더(17c)로서의 2개의 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)를 제어하는 메인 유압 회로의 구성을 나타내고, 동력 장치(14)는, 엔진(21)에 의해 제 1 펌프(23) 및 제 2 펌프(24)를 구동하도록 한 것으로, 이들의 제 1 펌프(23) 및 제 2 펌프(24)는, 용량을 가변 제어되는 펌프이다.
붐 실린더(17c)의 메인 유압 회로는, 제 1 펌프(23) 및 제 2 펌프(24)의 토출구가, 메인 컨트롤 밸브(33)의 공급 포트(34,35)에 각각 접속되고, 이 메인 컨트롤 밸브(33)는, 붐용 제 1 스풀(36) 및 붐용 제 2 스풀(37)을 구비하고, 그 출력 포트(38,39)와, 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)와의 사이에, 작업장치(16)가 가지는 에너지를 회생하는 에너지 회생 시스템을 가지는 에너지 회생용 제어회로(40)가 설치되어 있다.
이 제어회로(40)는, 메인 컨트롤 밸브(33)중의 붐용 제 1 스풀(36) 및 붐용 제 2 스풀(37)의 출력 포트(38)와, 붐 실린더(17c)로서 병렬로 설치된 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)와의 사이에 설치된 상기 붐 에너지 회생용의 회생 제어용 밸브 블록(20)을 구비하고 있다.
회생 제어용 밸브 블록(20)의 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)에는 에너지 축적용의 어큐뮬레이터(41)가 접속되어 있다.
이 회생 제어용 밸브 블록(20)은, 상승 상태의 붐(17)이 가지는 위치에너지를 붐(17)의 하강시에 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에 축압하여 회생하는 것이고, 블록 본체(42)의 내부에, 에너지 회생 시스템을 구성하는 복수의 밸브가 조립해 넣어져 있다. 이들의 밸브의 중심이 되는 것이, 에너지 회생에 관한 복수의 제어 특성이 집약된 파일럿 조작식 비례 동작형의 메인 스풀(43)이다.
이 파일럿 조작식 비례 동작형의 메인 스풀(43)은, 컨트롤러(도시하지 않음)로부터의 전기신호(전류)를 전자 비례밸브에 의해 압력신호로 변환한 파일럿압을, 그 일단 또는 타단에 받아, 임의로 스트로크 제어되는 것으로, 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에의 축압 유입 유량을 제어하는 유입 유량 제어 특성과, 붐 제 2 실린더(17c2)로부터의 언로드를 제어하는 언로드 제어 특성과, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연통(連通)·분리를 전환 제어하는 전환 제어 특성과, 어큐뮬레이터(41)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에의 방출 유량을 제어하는 방출 유량 제어 특성을 구비하고 있다.
메인 스풀(43)의 양단에 각각 접속된 파일럿 통로(44,45)는, 메인 스풀(43)의 조작량을 각각 조정하는 조작량 조정용의 전자 비례밸브(46,47)를 통하여, 파일럿 펌프(도시하지 않음)에 연통(連通)된 파일럿압 포트(Pi)와 탱크(48)에 연통(連通)된 드레인 포트(Dr)에, 각각 접속되어 있다.
이들의 전자 비례밸브(46,47)는, 어큐뮬레이터(41)의 축압 압력 상태와 붐(17)을 조작하기 위한 붐 레버 조작량에 의해, 컨트롤러로부터 출력되는 신호에 의해 메인 스풀(43)을 최적인 스트로크가 되도록 제어하여, 최대의 에너지 회생과 최적인 조작성을 얻을 수 있도록 하고 있다.
메인 컨트롤 밸브(33)의 출력 포트(38)에 접속된 컨트롤 밸브 포트(Cv)는, 바이패스 체크 밸브(51)를 통하여 한쪽의 파일럿식 포펫형의 드리프트 저감 밸브(52)에 접속되고, 또한 통로(53)를 거쳐 다른쪽의 파일럿식 포펫형의 드리프트 저감 밸브(54)에 접속되고, 이들의 드리프트 저감 밸브(52,54)의 상부 파일럿압실은, 실렉터(selector) 밸브(55)를 통하여 탱크 통로(56)에 접속된, 탱크 포트(T)를 거쳐 탱크(48)에 접속되어 있다.
그리고, 이 실렉터 밸브(55)를, 포트(Pa)로부터 입력된 붐 하강 파일럿압에 의해, 오프 위치로부터 온 위치로 조작하면, 드리프트 저감 밸브(52,54)의 상부 파일럿압실이 탱크 통로(56)에 연통(連通)해 압력 저하하므로, 드리프트 저감 밸브(52,54)내의 포펫은, 붐 실린더 헤드 측에서의 압력에 의해 밀어 올려져 상승하고, 포펫 하실(下室)이 포펫 측실(側室)에 연통(連通)한다.
이들의 드리프트 저감 밸브(52,54)의 각각의 포펫 하실에는, 상기 바이패스 체크 밸브(51) 및 상기 통로(53)가 접속되어 있는 동시에, 메인 스풀(43)에 설치된 연결부(43a)에 의해 연통(連通) 가능한 헤드측 통로(57,58)가 각각 접속되고, 또한, 이들의 드리프트 저감 밸브(52,54)의 각각의 포펫 측실은, 헤드측 통로(59,60)를 거쳐 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 각각의 접속 포트(Cy1,Cy2)에 연통(連通)해 있다. 이들의 헤드측 통로(59,60)에는, 라인 릴리프 밸브(63,64)가 각각 설치되어 있다.
메인 스풀(43)의 내부 통로의 하나는, 메이크업 체크 밸브(68)를 통하여 포트(Mu)에 연통(連通)해 있는 동시에, 탱크 포트(T)에 연통(連通)해 있다. 포트(Mu)는, 회생 제어용 밸브 블록(20)의 외부 배관에 의해, 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 로드측에 연통(連通)해 있다.
어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)와 메인 스풀(43)의 2개의 기름 통로와의 사이에 설치된, 어큐뮬레이터 통로(70)에는, 서로 역방향의 역지작용을 가지는 어큐뮬레이터 체크 밸브(72,73)가 개재되어 있다.
이와 같이, 어큐뮬레이터(41)의 축압과 방출을 전환하는 전환 밸브로서 기능하는 메인 스풀(43)과, 에너지 회생 시스템에 필요한 밸브류 등의 복수의 구성부품을 1개의 회생 제어용 밸브 블록(20)에 조립해 넣어 한데 모아, 이 회생 제어용 밸브 블록(20)의 블록 본체(42)내의 통로에서 각 밸브류를 잇는 것에 의해, 이들의 각 밸브류를 잇는 배관을 배제한다.
도 2는, 회생 제어용 밸브 블록(20)의 메인 스풀(43)이 가지는 붐 에너지의 회생에 필요한 개구 특성을 나타내고, 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에의 축압 유입 유량을 제어하는 유입 유량 제어 특성 A와, 붐 제 2 실린더(17c2)로부터 탱크(48)에의 언로드를 제어하는 언로드 제어 특성 B와, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연결부의 연통(連通)·분리를 전환 제어하는 전환 제어 특성 C와, 어큐뮬레이터(41)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에의 방출 유량을 제어하는 방출 유량 제어 특성 D를, 1개의 메인 스풀(43)에 집약한다.
전환 제어 특성 C의 우측은, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연결부가 전부 열린 상태인 것을 나타내고, 전환 제어 특성 C의 좌측은, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연결부가 충격 방지를 위해서 서서히 닫혀지는 것을 나타낸다.
전자 비례밸브(46,47)는, 컨트롤러(도시하지 않음)에 접속되고, 이 컨트롤러로부터의 제어 신호에 의해 제어된다.
다음에, 이 도 1 및 도 2에 나타난 제어회로의 작용을 도 1 내지 도 4에 기초하여 설명한다. 한편, 이하의 작동 설명은, 붐(17)이 한쪽 방향로만 조작되는 경우이다.
(ⅰ) 중립시 (도 1)
붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측의 유지압은, 회생 제어용 밸브 블록(20)내의 드리프트 저감 밸브(52,54)에 의해 유지되어 있다.
회생 제어용 밸브 블록(20)내의 메인 스풀(43)에 설치된 연결부(43a)에 의해 붐 제 1 실린더(17c1)의 헤드측 통로(57)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측 통로(58)가 연통(連通)해 있다.
회생 제어용 밸브 블록(20)내의 메인 스풀(43)에 의해, 붐 제 1 실린더(17c1)의 헤드측 통로(57)로부터 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)에의 통로 및 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에의 헤드측 통로(57,58)에의 통로는 닫혀져 있고, 어큐뮬레이터(41)에의 유로(油路)는 차단되어 있다.
(ⅱ) 붐 하강·축압시 (도 3)
붐 조작 레버가 하강 방향으로 조작되면, 회생 제어용 밸브 블록(20)내의 드리프트 저감 밸브(52,54)가, 포트(Pa)로부터 입력된 붐 하강 파일럿압에 의해 압력이 제거된 위치로 전환된 실렉터 밸브(55)를 거쳐 기능 해제되는 동시에, 메인 컨트롤 밸브(33)내의 붐용 제 1 스풀(36)이 하강 방향으로 전환되어, 제 1 펌프(23)의 토출유(吐出油)가 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 로드측에 공급된다.
회생 제어용 밸브 블록(20)내의 메인 스풀(43)이 붐 하강 방향(도 3의 우측방향)으로 이동하여(이것에 의해 좌실(左室)로 전환되어), 연결부(43a)가 서서히 닫히는 동시에, 붐 제 1 실린더(17c1)의 헤드측 통로(57)로부터 어큐뮬레이터 통로(70)에의 유로가 서서히 열리고, 동시에, 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측 통로(58)로부터 탱크 포트(T) 및 포트(Mu)에의 유로가 서서히 열린다.
붐 제 1 실린더(17c1)의 헤드측 기름은, 회생 제어용 밸브 블록(20)내의 헤드측 통로(59), 드리프트 저감 밸브(52), 헤드측 통로(57), 메인 스풀(43)내의 통로, 어큐뮬레이터 체크 밸브(73), 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)를 지나, 어큐뮬레이터(41)로 흐른다.
요컨데, 작업장치(16)의 자중 및 제 1 펌프(23)의 누르는 압력에 의해, 붐 제 1 실린더(17c1)의 헤드측의 기름은 어큐뮬레이터(41)에 축압된다.
붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측 기름은, 회생 제어용 밸브 블록(20)내의 헤드측 통로(60), 드리프트 저감 밸브(54), 통로(53), 헤드측 통로(58), 메인 스풀(43)내의 통로를 지나, 회생 제어용 밸브 블록(20)의 탱크 포트(T) 및 포트(Mu)로 흐른다.
즉, 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측으로부터 유출된 기름의 일부는, 탱크 포트(T)에 언로드 제어되어 탱크(48)로 복귀되고, 또한, 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측으로부터 유출한 기름의 잔량은, 포트(Mu)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 로드측에 회생된다.
상기 동작에 의해, 상승 상태에 있는 작업장치(16)의 위치에너지와 제 1 펌프(23)로부터의 토출압 에너지를 어큐뮬레이터(41)에 축압하면서, 붐(17)이 내려간다.
여기서, 연결부(43a)를 서서히 닫고, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연통(連通)해 있는 상태를 분리 상태로 전환하는 것은, 작업장치(16)의 위치에너지를 1개의 붐 제 1 실린더(17c1)에 집중시킴으로써, 이 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 출력되는 축압용의 압력을, 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 2개로부터 얻을 수 있는 붐 실린더 유지압의 2배로 하여, 어큐뮬레이터(41)에 축압하고, 다음의 토사 쌓기의 붐 상승·에너지 개방시 등에서 필요한 작동압을 발생시키기 위해서이다.
(ⅲ) 붐 상승·에너지 개방시 (도 4)
메인 컨트롤 밸브(33)내의 붐용 제 1 스풀(36) 및 붐용 제 2 스풀(37)이 상승 방향으로 전환되어, 제 1 펌프(23) 및 제 2 펌프(24)의 토출유가, 회생 제어용 밸브 블록(20)내의 바이패스 체크 밸브(51) 및 통로(53), 드리프트 저감 밸브(52,54), 헤드측 통로(59,60)를 거쳐, 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측으로 공급된다.
회생 제어용 밸브 블록(20)내의 메인 스풀(43)이 붐 상승 방향(도 4의 좌측방향)으로 이동하여(이것에 의해 우실(右室)로 전환되어), 연결부(43a)가 개구하여 연통(連通)하는 동시에, 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)로부터 어큐뮬레이터 통로(70), 어큐뮬레이터 체크 밸브(72), 메인 스풀(43)의 내부 통로를 거쳐 헤드측 통로(57,58)로 연통(連通)하는 유로가 서서히 열린다.
어큐뮬레이터(41)에 축압된 기름은, 어큐뮬레이터 접속 포트(Acc)로부터 어큐뮬레이터 통로(70), 어큐뮬레이터 체크 밸브(72), 메인 스풀(43)의 내부 통로, 헤드측 통로(57,58)를 거쳐, 제 1 펌프(23) 및 제 2 펌프(24)로부터의 토출유와 합류하여, 드리프트 저감 밸브(52,54), 헤드측 통로(59,60)를 거쳐 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드 측으로 흐른다.
상기 동작에 의해, 붐 하강·축압시에 붐 실린더 유지압의 2배의 압력으로 어큐뮬레이터(41)에 축압된 에너지는, 붐(17)이 들어 올림 동력으로서 효과적으로 이용된다.
다음에, 도 1 내지 도 4에 도시한 제어회로의 효과를 설명한다.
에너지 회생 시스템에 필요한 밸브류 등의 구성부품을 1개의 회생 제어용 밸브 블록(20)에 조립해 넣어 한데 모은 것에 의해, 에너지 회생 시스템의 구성부품을 광범위하게 점재시키는 일 없이 간소한 배관 처리를 할 수 있어, 공간절약화와 비용 저감을 도모할 수 있다.
게다가, 붐 에너지의 회생에 필요한 복수의 밸브 제어를 1개의 메인 스풀(43)에 집약한 것에 의해서, 각각의 제어에서 필요로 하고 있던 제어 액츄에이터(전자 제어 밸브 등)의 수를 삭감할 수 있다.
또한, 복수의 제어 특성 A, B, C, D를 1개의 메인 스풀(43)에 집약한 회생 제어용 밸브 블록(20)에 의해서 복수의 밸브류를 일체화한 것에 의해, 이 회생 제어용 밸브 블록(20)의 메인 컨트롤 밸브(33)에의 조립부착(내장도 가능)이나, 도 5에 도시하는 바와 같이 붐(17)의 밑부분의 배면에의 회생 제어용 밸브 블록(20)의 조립부착 등이 가능해지고, 게다가, 상부 선회체(13)상의 관리하기 쉬운 다른 장소에도 컴팩트하게 설치할 수 있으므로, 메인터넌스성도 향상한다.
다른 이점으로서는, 회생 제어용 밸브 블록(20)을 표준 시스템에 추가하고, 그 메인 스풀(43)을 전환하는 것만으로 통상 제어로부터 에너지 회생 제어로 전환되도록 하는 것에 의해, 표준 시스템을 공통 사용할 수 있어, 비용면 및 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에, 고장 등에 대한 페일 세이프(fail safe)성을 높일 수 있다.
또한, 복수의 제어 특성 A, B, C, D를 1개의 메인 스풀(43)에 집약한 회생 제어용 밸브 블록(20)은, 상승 상태의 붐(17)이 가지는 위치에너지를 붐 하강시에 도 3에 도시하는 바와 같이 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에 축압하는 동시에, 붐 상승시에 도 4에 도시하는 바와 같이 어큐뮬레이터(41)의 축압유를 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에 직접 방출하는 기능을 구비하였으므로, 도 6에 도시하는 종래 예와 같이 펌프 토출 라인에 방출하는 경우보다, 축압에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
즉, 1개의 메인 스풀(43)이, 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에의 축압 유입 유량을 메인 스풀(43)의 변위방향 및 스트로크에 따라 제어하는 유입 유량 제어 특성 A와, 붐 제 2 실린더(17c2)로부터의 언로드를 메인 스풀(43)의 변위방향 및 스트로크에 따라 제어하는 언로드 제어 특성 B와, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 연결부(43a)의 연통(連通)·분리를 메인 스풀(43)의 변위방향 및 스트로크에 의해 전환 제어하는 전환 제어 특성 C와, 어큐뮬레이터(41)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)에의 방출 유량을 메인 스풀(43)의 변위방향 및 스트로크에 따라 제어하는 방출 유량 제어 특성 D를 구비하고 있으므로, 1개의 메인 스풀(43)에 의해, 어큐뮬레이터(41)에의 축압이나 어큐뮬레이터(41)로부터의 방출을 전환 제어할 수 있는 동시에, 어큐뮬레이터(41)에의 축압 유입량이나 어큐뮬레이터(41)로부터의 방출 유량을 효율적으로 제어할 수 있다.
특히, 회생 제어용 밸브 블록(20)의 유입 유량 제어 특성 A에서는, 붐 하강시에 1개의 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 어큐뮬레이터(41)에의 축압 유입 유량을 제어하는 동시에, 방출 유량 제어 특성 D에서는, 어큐뮬레이터(41)로부터 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)의 2개의 붐 실린더에의 방출 유량을 제어하므로, 붐 하강시의 어큐뮬레이터(41)에의 축압시는, 작업장치(16)의 자중에 의한 위치에너지를 1개의 붐 제 1 실린더(17c1)에 집중시킴으로써, 이 붐 제 1 실린더(17c1)로부터 출력되는 축압용의 압력을, 2개의 붐 제 1 실린더(17c1) 및 붐 제 2 실린더(17c2)로부터 얻을 수 있는 붐 실린더 유지압의 2배로 하여 어큐뮬레이터(41)에 축압할 수 있고, 이 어큐뮬레이터(41)내의 축압유를 붐 상승시의 2개의 붐 실린더에 공급하는 에너지 개방시에 큰 붐 작동압을 확보할 수 있어, 토사 쌓기 작업에서의 붐 상승시 등에서 필요한 작동압을 확보할 수 있다.
전환 제어 특성 C의 좌측에 나타나는 바와 같이, 붐 제 1 실린더(17c1)와 붐 제 2 실린더(17c2)의 헤드측을 연결하는 메인 스풀(43)의 연결부(43a)가 전부 열린 상태로부터 서서히 닫혀지기 때문에, 양 실린더의 헤드측 접속 전환의 모듈레이션화가 도모되어, 붐 동작의 급변에 의한 충격을 방지하여 조작성을 개선할 수 있다.
메인 스풀(43)은, 컨트롤러(도시하지 않음)로부터의 전기신호(전류)를 조작량 조정용의 전자 비례밸브(46,47)에 의해 압력신호로 변환한 파일럿압에 의해 임의로 스트로크 제어되므로, 컨트롤러로부터의 전기신호를 제어함으로써, 메인 스풀(43)의 동작 특성을 자유로이 제어할 수 있다.
예를 들면, 전자 비례밸브(46,47)에 의해서, 어큐뮬레이터(41)의 축압 압력 상태와 붐(17)을 조작하기 위한 붐 레버 조작량에 의해, 컨트롤러로부터 출력되는 신호에 의해 메인 스풀(43)을 최적인 스트로크가 되도록 제어함으로써, 최대의 에너지 회생과 최적인 조작성을 얻을 수 있다.
본 발명의 에너지 회생용 제어회로는, 크레인의 붐 제어에도 적용할 수 있다.
본 발명은, 작업장치가 가지는 에너지를 회생하는 에너지 회생 시스템을 가지는 에너지 회생용 제어회로 및 그 제어회로를 탑재한 유압 쇼벨이나 크레인 등의 작업기계를 제조, 판매등 하는 산업에 있어서, 이용 가능하다.
HE : 작업기계로서의 유압 쇼벨
10 : 기체
16 : 작업장치
17 : 붐
17c : 붐 실린더
17c1 : 붐 실린더로서의 붐 제 1 실린더
17c2 : 붐 실린더로서의 붐 제 2 실린더
20 : 회생 제어용 밸브 블록
40 : 에너지 회생용 제어회로
41 : 어큐뮬레이터
43 : 메인 스풀
46, 47 : 전자 비례밸브
A : 유입 유량 제어 특성
B : 언로드 제어 특성
C : 전환 제어 특성
D : 방출 유량 제어 특성

Claims (5)

  1. 붐 실린더에 의해 상하로 움직임 가능한 붐을 구비한 작업장치가 가지는 에너지를 회생하는 에너지 회생 시스템을 가지는 에너지 회생용 제어회로에 있어서,
    에너지 회생 시스템을 구성하는 복수의 밸브가 1개의 블록 본체의 내부에 조립해 넣어진 회생 제어용 밸브 블록을 구비하고,
    이 회생 제어용 밸브 블록은, 에너지 회생에 관한 복수의 제어 특성이 집약된 1개의 메인 스풀을 구비하고,
    회생 제어용 밸브 블록은, 상승 상태의 붐이 가지는 위치에너지를 붐 하강시에 붐 실린더로부터 어큐뮬레이터에 축압하는 동시에, 붐 상승시에 어큐뮬레이터의 축압 유체를 붐 실린더에 직접 방출하는 기능을 구비하며,
    복수의 제어 특성은, 유입 유량 제어 특성, 언로드 제어 특성, 전환 제어 특성 및 방출 유량 제어 특성을 구비하고, 메인 스풀의 변위 방향과 스트로크 중 적어도 어느 일방에 기초하여 조정 가능하며,
    붐 실린더는, 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더가 병렬로 설치되고,
    유입 유량 제어 특성은, 붐 제 1 실린더로부터 어큐뮬레이터에의 축압 유입 유량을 제어하고,
    언로드 제어 특성은, 붐 제 2 실린더로부터의 언로드를 제어하는 언로드 제어하고,
    전환 제어 특성은, 붐 제 1 실린더와 붐 제 2 실린더의 연통·분리를 전환 제어하고,
    방출 유량 제어 특성은, 어큐뮬레이터로부터 붐 제 1 실린더 및 붐 제 2 실린더에의 방출 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 회생용 제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 메인 스풀은, 컨트롤러로부터의 전기신호를 전자 비례밸브에 의해 압력신호로 변환한 파일럿압에 의해 임의로 스트로크 제어되는 것인 것을 특징으로 하는 에너지 회생용 제어회로.
  3. 기체와,
    이 기체에 탑재되어 2개의 붐 실린더에 의해 상하로 움직임 가능한 붐을 가지는 작업장치와,
    기체 및 작업장치의 어느 한쪽에 탑재된 제 1 항에 기재된 회생 제어용 밸브 블록을 구비한 에너지 회생용 제어회로를 구비하고,
    회생 제어용 밸브 블록 및 복수의 제어 특성에 의해, 붐 하강시에 1개의 붐 실린더로부터 회수된 유체를 어큐뮬레이터에 축압하고, 붐 상승시에 어큐뮬레이터내의 유체를 2개의 붐 실린더에 공급하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
  4. 삭제
  5. 삭제
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