KR101937787B1 - 건설기계의 주행 시스템 - Google Patents

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KR101937787B1
KR101937787B1 KR1020130136953A KR20130136953A KR101937787B1 KR 101937787 B1 KR101937787 B1 KR 101937787B1 KR 1020130136953 A KR1020130136953 A KR 1020130136953A KR 20130136953 A KR20130136953 A KR 20130136953A KR 101937787 B1 KR101937787 B1 KR 101937787B1
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이민희
최문규
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현대건설기계 주식회사
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Abstract

본 발명은 주행모터를 구동시키는 작동유를 엔진에 의해 공급하는 제1펌프, 유입된 작동유의 흐름을 상기 주행모터를 구동시키도록 전환하는 제1전환밸브, 상기 주행모터와 상이한 구동장치를 구동시키는 작동유를 공급하는 제2펌프, 및 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유를 상기 구동장치로 공급하거나, 상기 제1펌프 및 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브로 공급하는 제2전환밸브를 포함하는 건설기계의 주행 시스템에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 엔진의 회전 수 대비 주행모터에 공급되는 유량을 더욱 증가시킴에 따라, 무리한 엔진 작동으로 인해 발생하는 주행 소음을 감소시킬 수 있고, 고속 주행 시 필요한 엔진의 회전 수를 보다 감소시킴에 따라 연료 소모량을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 주행 연비를 개선할 수 있다.

Description

건설기계의 주행 시스템{Driving System of Construction Equipment}
본 발명은 건설기계의 주행 시스템에 관한 것이다.
건설기계는 토목공사나 건축공사에 쓰이는 기계의 총칭으로서, 그 종류가 매우 다양하다. 건설기계는 크게 공사현장에서 다른 위치로 이동할 수 있도록 하는 주행장치, 상부 선회체를 회전시키기 위한 선회장치, 및 공사를 수행하는 붐이나 버킷 등의 작업기구를 작동시키기 위한 작업장치를 포함한다. 상기 주행장치, 선회장치 및 작업장치는 주로 유압에 의해 구동된다.
건설기계의 주행장치는 크게 주행에 필요한 회전력을 발생시키는 주행모터와 엔진에 의해 주행모터에 작동유를 공급하는 주행펌프, 상기 주행모터의 회전 속도를 변속시키는 변속부와 변속부에 작동유를 공급하는 변속펌프, 및 상기 주행모터를 제동시키는 브레이크와 브레이크에 작동유를 공급하는 브레이크펌프를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 건설기계의 주행장치는 엔진의 작동에 의해 주행펌프로부터 토출된 작동유가 주행모터를 회전시킴으로써 주행 기능을 수행하고, 변속부의 작동에 의해 주행 속도를 변속한다.
여기서, 건설기계의 주행 속도는 엔진의 회전수가 증가할수록 주행펌프로부터 토출되는 작동유의 양이 증가함에 따라 주행모터의 회전력이 강화되어 증속된다. 그런데, 이러한 건설기계의 주행장치는 엔진의 회전수가 증가할수록 건설기계의 주행 시 주행 소음을 증대시키고, 연료 소모량 또한 증가시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 주행 속도 증속 시 발생하는 주행 소음 및 소모되는 연료량이 증가하는 것을 방지하기 위한 건설기계의 주행 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템은 주행모터를 구동시키는 작동유를 엔진에 의해 공급하는 제1펌프, 유입된 작동유의 흐름을 상기 주행모터를 구동시키도록 전환하는 제1전환밸브, 상기 주행모터와 상이한 구동장치를 구동시키는 작동유를 공급하는 제2펌프, 및 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유를 상기 구동장치로 공급하거나, 상기 제1펌프 및 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브로 공급하는 제2전환밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템은 상기 제2전환밸브를 제어하기 위한 모드전환부를 포함하고, 상기 모드전환부는 상기 제1펌프로부터 유입된 작동유 만을 상기 제1전환밸브로 공급하는 차단모드 및 상기 제1펌프와 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브로 공급하는 가속모드 간에 상기 제2전환밸브를 전환시킬 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템은 상기 제1펌프 및 상기 제2펌프 간에 작동유를 유통 및 차단시키기 위한 연결밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템은 상기 제1펌프 및 상기 제2펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 각각 제어하기 위한 유량제어밸브를 포함할 수 있다.
본 발명은 엔진의 회전 수 대비 주행모터에 공급되는 유량을 더욱 증가시킴에 따라, 무리한 엔진 작동으로 인해 발생하는 주행 소음을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 고속 주행 시 필요한 엔진의 회전 수를 보다 감소시킴에 따라 연료 소모량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 주행 연비를 개선할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도2는 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템은 소형 굴삭기의 네거티브 유량제어시스템(Negative Flow Control System)에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이고, 도2는 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도1 및 도2를 참고하면, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 건설기계가 다른 위치로 이동하기 위한 것으로, 더욱 구체적으로 주행 속도 증속 시 발생하는 주행 소음 및 소모되는 연료량이 증가하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 주행모터(101)를 구동시키는 작동유를 엔진(102)에 의해 공급하는 제1펌프(110), 유입된 작동유의 흐름을 전환하는 제1전환밸브(120), 상기 주행모터(101)와 상이한 구동장치(103)를 구동시키는 작동유를 공급하는 제2펌프(130), 및 유입된 작동유의 흐름을 전환하는 제2전환밸브(140)를 포함한다.
상기 제2전환밸브(140)는 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유를 상기 주행모터(101)로 공급하며, 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유를 상기 구동장치(103)로 공급할 수 있다. 또는, 상기 제2전환밸브(140)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브(120)로 공급할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 다수의 펌프를 이용하여 주행모터(101)로 작동유를 공급함에 따라 주행모터(101)에 공급되는 유량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 보다 적은 회전수로 작동하는 엔진(102)의 회전력으로도 주행모터(101)의 출력을 더욱 강화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 고속 주행 시 엔진(102)이 무리하게 작동하는 것을 방지함으로써 주행 소음을 감소시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 고속 주행 시 필요한 엔진(102)의 회전 수를 보다 감소시킴에 따라 연료 소모량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 주행 연비를 개선할 수 있다.
이하에서는, 상기 제1펌프(110), 상기 제1전환밸브(120), 상기 제2펌프(130), 및 상기 제2전환밸브(140)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 이루는 각각의 구성요소들이 다양한 기능을 수행하는 기구물들과 복수 개의 유로들을 통해 서로 복잡하게 연결될 수 있으나, 본 명세서에서는 본 발명의 특징이 되는 몇 가지 구성요소들만 다루기로 한다.
도1 및 도2를 참고하면, 상기 제1펌프(110)는 상기 주행모터(101)를 구동시키는 작동유를 엔진(102)에 의해 공급한다. 상기 제1펌프(110) 및 상기 주행모터(101)는 유체가 이동하기 위한 제1주행유로(110a)로 연결된다. 상기 제1주행유로(110a)에는 상기 제1펌프(110)로부터 공급된 작동유가 상기 주행모터(101) 이외의 다른 위치로 이송되기 위한 제2주행유로(110b)가 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 제1주행유로(110a)는 Center By-Pass Line일 수 있다. 또한, 상기 제2주행유로(110b)는 Parallel Line일 수 있다.
상기 제1전환밸브(120)에는 상기 주행모터(101)로 공급되기 위한 작동유가 유입된다. 상기 제1전환밸브(120)는 유입된 작동유의 흐름을 전환하여 상기 주행모터(101)로 공급하거나 차단한다. 상기 제1전환밸브(120)는 작동유를 상기 주행모터(101)로 공급하여 상기 주행모터(101)를 구동시킬 수 있다. 또한, 상기 제1전환밸브(120)는 상기 주행모터(101)에 유입된 작동유를 드레인시킬 수도 있다.
이러한 제1전환밸브(120)는 원통형 몸체에 다수의 홈이 파여 있는 스풀 밸브(spool valve)로 이루어져, 축 방향으로 이동하면서 작동유의 흐름을 제어할 수 있다. 상기 제1전환밸브(120)는 주행스풀 일 수도 있다.
상기 제2펌프(130)는 상기 구동장치(103)를 구동시키는 작동유를 엔진(102)에 의해 공급한다. 상기 제2펌프(130) 및 상기 구동장치(103)는 유체가 이동하기 위한 제1구동유로(130a)로 연결된다. 상기 제1구동유로(130a)에는 상기 제2펌프(130)로부터 공급된 작동유가 상기 구동장치(103) 이외의 다른 위치로 이송되기 위한 제2구동유로(130b)가 연결될 수 있다. 상기 제2구동유로(130b)는 상기 제2주행유로(110b)와 평행하게 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제2구동유로(130b)는 Parallel Line일 수 있다.
여기서, 상기 구동장치(103)는 예를 들어 상기 주행모터(101)의 회전 속도를 변속시키는 변속장치, 상기 주행모터(101)를 제동시키는 브레이크장치, 상부 회전체를 회전시키기 위한 선회장치, 및 공사를 수행하는 붐이나 버킷 등의 작업기구를 작동시키기 위한 작업장치 등을 의미할 수 있다. 그러면, 상기 구동장치(103)로 작동유를 공급하는 제2펌프(130)는 변속펌프, 브레이크펌프, 및 작업펌프 등을 의미할 수 있다.
상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)는 하나의 엔진(102)에 의해 구동될 수 있다.
상기 제2전환밸브(140)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130) 각각으로부터 유입된 작동유의 흐름을 전환할 수 있다.
먼저, 상기 제2전환밸브(140)는 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유 만을 상기 제1전환밸브(120)로 공급하며, 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유를 상기 구동장치(103)로 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유는 상기 제1주행유로(110a)를 통해 상기 제1전환밸브(120)로 공급되어 상기 주행모터(101)를 구동시킬 수 있고, 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유는 상기 제1구동유로(130a)로 가이드되어 상기 구동장치(103)를 구동시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유와 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유의 각각이 연결되는 것을 차단하는 상기 제2전환밸브(140)의 이러한 작동을 차단모드라는 명칭으로 정의하여 설명한다.
다음으로, 상기 제2전환밸브(140)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브(120)로 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 제2전환밸브(140)는 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유를 상기 제1주행유로(110a)로 이송되도록 가이드한다. 이에 따라, 상기 제2전환밸브(140)는 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유를 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유와 합류시킨다. 그러면, 상기 합류된 작동유는 상기 제1주행유로(110a)를 통해 상기 제1전환밸브(120)로 공급된다. 상기 제1펌프(110)로부터 유입된 작동유와 상기 제2펌프(130)로부터 유입된 작동유가 합류되어 상기 주행모터(101)로 공급되면 상기 주행모터(101)의 출력이 강화됨에 따라, 이하에서는 상기 제2전환밸브(140)의 이러한 작동을 가속모드라는 명칭으로 정의하여 설명한다.
이러한 제2전환밸브(140)는 원통형 몸체에 다수의 홈이 파여 있는 스풀 밸브로 이루어질 수 있다. 상기 제2전환밸브(140)는 주행직진스풀 일 수도 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 소형 굴삭기의 네거티브 유량제어(NFC; Negative Flow Control) 시스템에 적용될 수 있다. 네거티브 유량제어 시스템에서는 휠 굴삭기의 주행 시 하나의 펌프로 구동한다. 이에 따라, 네거티브 유량제어 시스템은 크롤라 굴삭기에서와 같이 주행과 선회체의 선회동작이 동시 복합적으로 동작하는 과정에서 발생하는 편주행을 방지하기 위한 주행직진스풀을 필요로 하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 이러한 주행직진스풀을 다수의 펌프로부터 공급되는 작동유를 합류시키는 데 적용할 수 있다. 주행직진스풀은 중립 시와 절환 시 각각의 경우에 내부 유로가 상이하게 형성된다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 상기 제2전환밸브(140)를 제어하기 위한 모드전환부(150)를 포함할 수 있다. 상기 모드전환부(150)는 상기 차단모드 및 상기 가속모드 간에 상기 제2전환밸브(140)를 전환시킨다. 상기 모드전환부(150)는 모드전환밸브(151) 및 제3펌프(152)를 포함할 수 있다. 상기 모드전환밸브(151)는 상기 제3펌프(152)로부터 공급된 작동유를 통과시켜 상기 제2전환밸브(140)를 축 방향으로 이동시킴에 따라 상기 차단모드에서 상기 가속모드로 절환시킬 수 있다. 또는, 상기 모드전환밸브(151)는 상기 제3펌프(152)로부터 공급된 작동유를 차단할 수 있다. 그러면 상기 제2전환밸브(140)는 스프링 등의 탄성부재에 의해 위치가 리턴된다. 이에 따라, 상기 가속모드는 상기 차단모드로 리턴된다. 상기 모드전환밸브(151)는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다. 상기 제3펌프(152)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)를 구동시키는 동일한 엔진(102)에 의해 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130) 간에 작동유를 유통 및 차단시키기 위한 연결밸브(160)를 포함할 수 있다.
상기 제2전환밸브(140)가 절환되어 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 공급된 작동유 전부가 상기 제1전환밸브(120)로 이송되는 과정에서, 상기 제1전환밸브(120)가 절환됨에 따라 상기 제1주행유로(110a) 내에서 유량 변화에 따른 유압 변화가 발생할 수 있다. 즉, 상기 제1주행유로(110a)는 상기 제1전환밸브(120)를 기준으로 상기 제1펌프(110) 쪽에 연결된 일단(110a)에서 상기 제1전환밸브(120)의 하류 쪽에 연결된 타단(110a')으로 작동유가 이송됨에 따라, 상기 일단(110a')의 네거티브 압이 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 일단(110a)에는 상기 제1펌프(110)로부터 작동유의 공급 유량이 증대된다. 상기 제2펌프(130)의 유량제어도 동일한 방법으로 제어될 수 있다. 가속모드의 경우, 상기 연결밸브(160)는 상기 제2펌프(130)로의 네거티브 유로를 차단하고, 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)를 연결함으로써 작동유를 유통시키고, 이에 따라 상기 제1펌프(110)의 작동유가 상기 제2펌프(130)로 공급되어 상기 제2펌프(130)의 작동유 공급 유량 또한 증대시킬 수 있다. 따라서, 상기 연결밸브(160)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 상기 제2전환밸브(140)로 공급되는 작동유의 유량이 동기화되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130) 각각에는 유량 및 유압 등을 제어하기 위한 레귤레이터가 결합될 수 있다. 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 공급된 작동유는 상기 각각의 레귤레이터들에 연결된 유로들의 앞단에서 분기된 후 상기 연결밸브(160)에서 유통될 수 있다.
상기 연결밸브(160)는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 주행 시스템(100)은 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 토출되는 작동유의 유량을 각각 제어하기 위한 유량제어밸브(170)를 포함할 수 있다. 상기 유량제어밸브(170)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(130)로부터 토출되는 작동유의 최대 유량을 제한할 수 있다. 이에 따라, 상기 유량제어밸브(170)는 상기 주행모터(101)에 과다 공급되는 작동유로 인한 오버런을 방지할 수 있다. 이러한 유량제어밸브(170)는 비례제어밸브일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 건설기계의 주행 시스템 101 : 주행모터
102 : 엔진 103 : 구동장치
110 : 제1펌프 120 : 제1전환밸브
130 : 제2펌프 140 : 제2전환밸브
150 : 모드전환부 151 : 모드전환밸브
152 : 제3펌프 160 : 연결밸브
170 : 유량제어밸브

Claims (4)

  1. 주행모터를 구동시키는 작동유를 엔진에 의해 공급하는 제1펌프;
    유입된 작동유의 흐름을 상기 주행모터를 구동시키도록 전환하는 제1전환밸브;
    상기 주행모터와 상이한 구동장치를 구동시키는 작동유를 공급하는 제2펌프;
    상기 제2펌프로부터 유입된 작동유를 상기 구동장치로 공급하거나, 상기 제1펌프 및 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브로 공급하는 제2전환밸브; 및
    상기 제2전환밸브를 제어하기 위한 모드전환부를 포함하고,
    상기 모드전환부는 상기 제1펌프로부터 유입된 작동유 만을 상기 제1전환밸브로 공급하는 차단모드 및 상기 제1펌프와 상기 제2펌프로부터 유입된 작동유 전부를 상기 제1전환밸브로 공급하는 가속모드 간에 상기 제2전환밸브를 전환시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 주행 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1펌프 및 상기 제2펌프 간에 작동유를 유통 및 차단시키기 위한 연결밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 주행 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1펌프 및 상기 제2펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 각각 제어하기 위한 유량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 주행 시스템.
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