KR102008022B1 - 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기 전단부의 옵션 작업장치에 공급되는 유압을 제어하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 관한 것으로, 특히 굴삭기 옵션 작업장치를 릴리프 밸브가 아닌 전자제어식 제어장치를 이용하여 제어하되, 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한하여 옵션 작업장치를 동작시키는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 관한 것이다.

Description

굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법{Method for controlling the option actuator in excavator}

본 발명은 굴삭기 전단부의 옵션 작업장치에 공급되는 유압을 제어하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴삭기 옵션 작업장치를 릴리프 밸브가 아닌 전자제어식 제어장치를 이용하여 제어하되, 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한하여 옵션 작업장치를 동작시키는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 관한 것이다.

굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 다양한 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 담당하는 주행체, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 붐·암·버켓으로 이루어진 프론트 작업장치로 구성된다.

한편, 이러한 굴삭기는 굴삭 작업에 주로 사용되는 버켓을 그 작업종류에 따라 브레이커(Braker), 크러셔(Crucher) 및 쉐어(shear) 등과 같은 옵션 작업장치로 교체하여 사용한다.

브레이커는 단단한 암반 등을 파쇄하는 것으로 작동유의 일방향(one-way) 흐름만으로도 구동이 가능하다. 반면, 크러셔는 단단한 물체를 집어 깨트리고, 쉐어는 절단이 가능하도록 작동유의 양방향(two-way) 흐름에 의해 구동된다.

도 1에는 일 예로 크러셔나 쉐어 등과 같이 작동유의 양방향 흐름에 의해 구동되는 옵션 작업장치를 위한 굴삭기 유압 시스템이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 굴삭기 유압 시스템은 레버 압력 센서(10), 제어장치(20), 전자제어식 유압펌프(30), 메인 컨트롤 밸브(40), 작업기용 실린더(어태치먼트 실린더라도고 함)(50) 및 릴리프 밸브부(60)를 포함한다. 릴리프 밸브부(60)는 전자비례제어 릴리프 밸브(61)를 포함한다.

따라서, 레버 압력 센서(10)에서 조작 레버(미도시)의 동작을 감지하여 제어장치(20)로 제공하면 제어장치(20)는 전자제어식 유압펌프(30)를 가동시킨다. 전자제어식 유압펌프(30)에서 공급된 작동유는 메인 컨트롤 밸브(40)를 통해 양방향 흐름이 제어된 후 작업기용 실린더(50)에 공급된다.

한편, 굴삭기는 그 성능에 따라 전체 압력 제원에 한계가 있으므로, 양방향 옵션 작업장치에 공급되는 유압도 그 중 일부를 사용한다. 아울러, 부착된 옵션 작업장치의 종류에 따라 선택된 '설정 압력'을 그 옵션 작업장치에 고정적으로 공급한다.

또한, 전자제어식 유압펌프(30)를 통해 설정 압력을 제공하는 도중 작업부하가 설정 압력 이상이거나 혹은 작업기용 실린더(50)가 최대/최소 스트로크 위치에 있을 경우에는 릴리프 밸브부(60)의 릴리프 동작을 통해 잔여 작동유가 탱크로 회수되게 한다. 따라서, 항상 설정 압력이 유지되게 한다.

그러나, 이상과 같이 옵션 작업장치로 설정 압력을 공급하다가 작업부하의 증가시에는 릴리프 동작으로 설정 압력을 유지하려면 엔진 토크도 항상 커야한다. 이는 분명히 연비를 감소시키는 원인이 된다.

즉, 전자제어식 유압펌프(30)는 선택된 옵션 작업장치에 따라 항상 설정 압력을 가하고, 초과 압력 발생시에는 릴리프 밸브를 이용하여 잔여 작동유를 탱크로 회수함으로써 설정 압력이 유지되게 하는 것은 연료를 낭비하는 것이다.

특히 이러한 연료 낭비는 크러셔나 쉐어와 같이 작동유의 양방향(two-way) 흐름 구동 방식의 옵션 작업장치를 장착하여 고철장이나 건물철거 현장에서 작업하는 굴삭기의 경우 심하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 굴삭기 옵션 작업장치를 릴리프 밸브가 아닌 전자제어식 제어장치를 이용하여 제어하되, 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한하여 옵션 작업장치를 동작시키는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법을 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법은 굴삭기에 옵션 작업장치를 부착하여 사용하는 경우, 조작 레버를 이용하여 상기 옵션 작업장치에 가해지는 압력을 설정하는 설정 압력 결정단계와; 제어장치에서 전자제어식 유압펌프에 대한 최대 압력 지령을 상기 설정 압력 이하로 제한하여 상기 전자제어식 유압펌프를 제어하는 펌프 제어단계; 및 상기 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 상기 설정 압력보다 큰 경우, 상기 제어장치가 상기 설정 압력 이하로 제어하는 제한을 해제하여 상기 전자제어식 유압펌프를 제어하는 제한 해제단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어장치는 상기 조작 레버를 조작시 상기 제어장치에 전달되는 전자적 압력 지령을 분석하여 상기 설정 압력 이하로 제한하여 상기 전자제어식 유압펌프를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 옵션 작업장치는 작동유의 양방향(two-way) 흐름에 의해 구동되는 양방향 작업장치인 것이 바람직하다.

또한, 상기 설정 압력 결정단계에서 상기 옵션 작업장치에 가해지는 설정 압력을 설정한 후 상기 옵션 작업장치에 연결된 릴리프 밸브부의 개방 압력을 상기 설정 압력보다 높게 설정하는 릴리프 설정단를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 평상시에는 제어장치에서 전달된 전자적 압력 지령에 따라 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한하여 전자제어식 유압펌프를 조절한다. 따라서, 엔진에서 연료를 낭비하지 않게 한다.

또한, 본 발명은 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 이상과 같이 설정 압력 이하로 제한한 것을 해제하여 전자제어식 유압펌프를 통해 최대 크기의 설정 압력이 공급되게 하므로 부하의 변동에 적응적으로 대응할 수 있게 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 양방향 옵션 작업장치를 위한 굴삭기 유압 시스템을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 양방향 옵션 작업장치를 위한 굴삭기 유압 시스템을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법 의한 유량 저감 효과를 설명하기 위한 비교도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 굴삭기의 옵션 제어방법에 대해 설명한다.

단, 이하에서는 본 발명에 적용되는 굴삭기 전단부의 옵션 작업장치로서 크러셔(Crucher) 및 쉐어(shear)와 같은 양방향(two-way) 작동유 공급 방식 옵션 작업장치를 예로 들어 설명한다.

그러나, 본 발명은 양방향(two-way) 작동유 공급 방식 옵션 작업장치 이외에 브레이커(Braker)와 같은 일방향(one-way) 작동유 공급 방식 옵션 작업장치에도 적용 가능함은 자명하다.

먼저, 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 제어방법을 설명하기 이전에 상술한 크러셔나 쉐어 등과 같이 작동유의 양방향 흐름에 의해 구동되는 굴삭기 유압 시스템에 대해 설명한다.

도 2와 같이 본 발명이 적용 가능한 굴삭기 유압 시스템은 일 예로 레버 압력 센서(10), 제어장치(100), 전자제어식 유압펌프(30), 메인 컨트롤 밸브(40), 작업기용 실린더(50) 및 릴리프 밸브부(60)를 포함한다.

이러한 도 2의 구성들을 도 1의 구성들과 비교하면 제어장치(100)를 제외한 나머지 구성들은 동일 혹은 유사하다. 이를 통해 종래의 구성에 특별한 변화 없이 제어장치(100)의 프로그램적 변화만으로 본 발명의 목적을 달성함을 알 수 있다.

종래에는 옵션 작업장치에 가해지는 설정 압력이 유지되도록 작업부하의 초과시에는 릴리프 밸브부(60)를 통해 잔여 작동유를 탱크로 회수하였다. 따라서, 릴리프 밸브부(60)를 이용하여 설정 압력을 유지하면 엔진 토크가 증가하고 연료가 낭비되는 문제점이 있었다.

그러나, 본 발명은 릴리프 밸브부(60)를 이용하여 최대 설정 압력을 유지하는 방식 대신 제어장치(100)에 의해 설정 압력 이하로 전자 제어하기 때문에 연료 낭비가 없다.

즉, 본 발명은 릴리프 밸브부(60)가 아닌 개선된 제어장치(100)를 통해 평상시에는 옵션 작업장치에 따른 '설정 압력'이하로 제한하여 전자제어식 유압펌프(30)를 조절한다. 따라서, 엔진의 불필요한 추가 가동으로 연료를 낭비하지 않게 한다.

또한, 본 발명은 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 이상과 같이 설정 압력 이하로 제한한 것을 해제하여 전자제어식 유압펌프(30)를 통해 최대 크기인 설정 압력이 공급되게 하므로 부하의 변동에 적응적으로 대응할 수도 있게 한다.

좀더 구체적으로, 레버 압력 센서(10)는 조작 레버(미도시)의 조작시 가해지는 유압을 감지한다. 레버 압력 센서(10)에서 감지한 조작 레버의 압력은 제어장치(100)로 제공되고, 제어장치(100)는 전자적 압력 지령으로 전자제어식 유압펌프(30)를 제어하여 작업기용 실린더(50)에서 적절한 크기의 유압이 공급되게 한다.

다만, 조작 레버에서 직접 전자적 압력 지령을 생성하는 경우에는 레버 압력 센서(10) 없이도 전자적 압력 지령을 제어장치(100)에 전달할 수 있고, 조작 레버의 타입에 따라 유압 대신 다른 파라미터(예: 전류) 값을 검출하여 제어장치(100)로 전자적 압력 지령을 전달할 수도 있다.

제어장치(100)는 본 발명의 주된 개선부분으로 장착된 옵션 작업장치의 종류에 따른 설정 압력 이하로 제한하여 전자제어식 유압펌프(30)를 제어한다. 즉, 릴리프 밸브부(60)에서의 릴리프 동작이 아닌 제어장치(100)를 통해 최대 크기의 설정 압력을 유지시킨다.

이러한 제어장치(100)는 조작 레버(예: 조이스틱이나 옵션 작동 스위치 등)의 조작을 통해 전달되는 전자적 압력 지령을 받아 역시 전자적 방식으로 전자제어식 유압펌프(30)를 제어한다.

반면, 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 이상과 같이 설정 압력 이하로 제한한 것을 해제한다. 제한이 해제되면 최대 설정 압력이 공급되는데 이는 부하를 감당하기 위한 최소한의 것이므로 연료 소모로 볼 수 없다.

위에서는 설명을 생략하였지만 옵션 작업장치에 가해지는 부하는 공지된 바와 같이 조작 레버를 감시하거나 전자제어식 유압펌프(30)의 출력단에 연결된 압력센서(P)에 의해 측정되거나 그 외 다양한 방법으로 측정될 수 있다.

전자제어식 유압펌프(30)는 제어장치(100)의 전자적 압력 지령에 의해 오일 탱크(T)에 저장된 작동유를 공급하는 것으로 엔진으로부터 동력을 공급받아 작동한다. 따라서, 전자제어식 유압펌프(30)의 불필요한 가동을 줄이는 것이 연비를 향상시키는 것이다.

이를 위해 제어장치(100)에서 전자제어식 유압펌프(30)에 전달하는 전자적 압력 지령은 상술한 바와 같이 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한된 작동 압력의 정보를 포함한다. 물론, 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 이러한 제한을 해제한다.

전자제어식 유압펌프(30)는 제어장치(100)로부터 '펌프 1 지령'과 '펌프 2 지령'을 입력받은 레귤레이터 1과 레귤레이터 2가 전자제어식 유압펌프(30)의 사판각(swash plate tilting angle)을 각각 조절함으로써 제어된다.

또한, 전자제어식 유압펌프(30)의 사판각은 앵글 센서에 의해 측정된 후 제어장치(100)로 제공되고, 이를 기초로 정밀한 유압 제어를 가능하게 한다.

메인 컨트롤 밸브(40)는 전자제어식 유압펌프(30)에서 제공된 작동유를 작업기용 실린더(50)의 일단(예: 실린더 헤드 전진실) 또는 타단(예: 실린더 헤드 후진실)으로 공급한다.

전자제어식 유압펌프(30)는 2개이고 유압 라인을 통해 작업기용 실린더(50)의 일단과 타단에 각각 연결된다. 따라서, 작동유를 작업기용 실린더(50)로 공급하여 작업기용 실린더(50)에 연결된 옵션 작업장치를 일단이나 타단으로 작동시킨다.

일 예로 옵션 작업장치가 크러셔(Crucher) 및 쉐어(shear)와 같은 양방향 작동유 공급 방식인 경우, 작업기용 실린더(50)가 일단으로 작동하면 집게 형상의 크러셔나 쉐어를 오므리고 작업기용 실린더(50)가 타단으로 작동하면 크러셔나 쉐어를 벌린다.

이러한 메인 컨트롤 밸브(40)는 보통 솔레노이드 밸브나 전자 비례 감압(EPPR: Electronic Proportional Pressure Peduce) 밸브 등이 사용된다.

작업기용 실린더(50)는 메인 컨트롤 밸브(40)를 통해 작동유를 공급받아 그 내부의 실린더 로드가 작동하고, 실린더 로드의 작동에 의해 굴삭기의 전단에 부착된 옵션 작업장치를 작동시킨다.

릴리프 밸브부(60)는 작업기용 실린더(50)에 복합동작이나 의도하지 않은 원인으로 과부하가 걸릴 때 릴리프 동작을 수행하여 작동유가 탱크로 회수되게 한다. 이를 통해 굴삭기에 가해지는 충격을 흡수하여 장비 고장을 방지한다.

종래기술에서는 이러한 릴리프 밸브부(60)의 릴리프 동작에 의해 최대 크기의 설정 압력이 유지되게 하였지만 본 발명에서는 설정 압력을 유지하기 위한 용도로서 릴리프 밸브부(60)를 사용하지는 않는다.

본 발명은 제어장치(100)에서 설정 압력 이하로 제한하여 전자적 압력 지령을 전달한다. 따라서, 릴리프 밸브부(60)가 릴리프 동작을 수행함으로써 작동유를 의미없이 회수하여 연료를 낭비하지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명의 릴리프 밸브부(60)는 작업기용 실린더(50)에 복합동작이나 의도하지 않은 원인으로 과부하가 걸릴 때 릴리프 동작을 수행하여 장비를 보호하는데 의의가 있다.

이하, 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법을 도 2와 같은 구성으로 이루어진 굴삭기 유압 시스템에 적용되는 것을 예로 들어 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법은 설정 압력 결정단계(S110)와, 펌프 제어단계(S121) 및 제한 해제단계(S122)를 포함한다. 또한, 필요에 따라서는 릴리프 설정단계(S110a)를 더 포함한다.

설정 압력 결정단계(S110)에서는 굴삭기의 전단부에 옵션 작업장치를 부착하여 사용하는 경우, 조작 레버를 이용하여 옵션 작업장치에 가해지는 압력을 설정한다.

옵션 작업장치는 일 예로 양방향(two-way) 작동유 공급 방식 옵션 작업장치인 크러셔(Crucher) 및 쉐어(shear) 등이다.

설정 압력은 굴삭기의 엔진 용량을 비롯한 다양한 압력 제원을 바탕으로 옵션 작업장치의 종류에 따라 설정된다. 옵션 작업장치에 따른 설정 압력은 굴삭기의 종류에 따라 다르나 300bar나 320bar 등으로 미리 결정되어 있는 것이 보통이다.

따라서, 작업자가 계기판을 보면서 다양한 옵션 작업장치 중 해당 옵션 작업장치에 해당하는 특정값을 선택하기만 하면 자동으로 설정 압력이 설정된다. 물론 설정 압력값을 직접 입력할 수도 있다.

다음, 옵션 작업장치에 따라 설정된 설정 압력과 작업자가 조작 레버를 통해 전자제어식 유압펌프(30)에 전달하는 전자적 압력 지령의 크기를 비교(S120a)한다. 도 3에서 P_F는 제어장치(100)에서 전자제어식 유압펌프(30)로 전달하는 압력(즉, 전자적 압력 지령)이고 P_TWS는 양방향 옵션 작업장치의 설정 압력이다.

비교결과, 전자적 압력 지령의 크기가 설정 압력보다 작은 경우에는 그에 대응하여 제어장치(100)에서 설정 압력 이하로 제한된 작동 압력이 가해지도록 전자제어식 유압펌프(30)를 제어하는 펌프 제어단계(S121)를 수행한다.

반면, 전자적 압력 지령의 크기가 설정 압력보다 크고 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 제어장치(100)에서 제한 해제단계(S122)를 수행한다. 즉, 설정 압력 이하로 동작하도록 제어하는 제한을 해제한다.

이와 같이 본 발명은 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 설정 압력보다 큰 경우에는 설정 압력 이하로 제한한 것을 해제하여 전자제어식 유압펌프(30)를 통해 최대 크기의 설정 압력이 공급되게 하므로 부하의 변동에도 적응적으로 대응할 수 있다.

한편, 필요에 따라서는 상기 설정 압력 결정단계(S110)에서 옵션 작업장치에 가해지는 설정 압력을 설정한 후 옵션 작업장치에 연결된 릴리프 밸브부(60)의 개방 압력을 설정 압력보다 높게 설정하는 릴리프 설정단계(S110a)를 수행한다.

설정 압력보다 높게 설정된 압력의 크기는 굴삭기마다 다를 수 있지만 바람직하게 설정 압력보다 약 20bar 초과할 때 릴리프 밸브부(60)의 릴리프 동작이 수행되도록 설정한다.

이를 통해 본 발명의 릴리프 밸브부(60)는 작업기용 실린더(50)에 복합동작이나 의도하지 않은 원인으로 과부하가 걸릴 때 릴리프 동작을 수행하여 장비(즉, 굴삭기)를 보호한다.

공지된 바와 같이 릴리프 밸브부(60)에는 전자비례제어 릴리프 밸브(61)를 포함하고 있다. 따라서, 제어장치(100)에서 릴리프 동작 압력을 전자적으로 조절할 수 있기 때문에 릴리프 밸브부(60) 전체의 압력도 가변시킬 수 있다.

도 4에는 본 발명에 따른 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법 의한 유량 저감 효과가 나타나 있다. 도 4 중 위의 것은 종래 기술에 따른 것이고, 도 4 중 아래 것은 본 발명에 따른 것이다.

도시된 바와 같이 종래에는 실제 유량이 항상 설정 유량에 도달하도록 전자제어식 유압펌프(30)를 제어한 것에 비해, 본 발명은 실제 유량이 설정 압력 이하로 제한되어 필요한 만큼만 공급되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 전자제어식 유압펌프(30)를 통해 공급되는 유량이 실제 필요한 양에 맞게 적어지므로 엔진 토크를 낮추고 연비를 낮출 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명은 굴삭기 옵션 작업장치를 릴리프 밸브가 아닌 전자제어식 제어장치를 이용하여 제어하되, 옵션 작업장치의 설정 압력 이하로 제한하여 옵션 작업장치를 동작시키는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 이용될 수 있다.

10: 레버 압력 센서
30: 전자제어식 유압펌프
40: 메인 컨트롤 밸브
50: 작업기용 실린더
60: 릴리프 밸브부
61: 전자비례제어 릴리프 밸브
100: 제어장치

Claims (4)

1. 옵션 작업장치와, 상기 옵션 작업장치에 연결되어 옵션 작업장치에 가해지는 압력을 유지하는 릴리프 밸브부(60)를 포함하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법에 있어서,
   조작 레버를 이용하여 상기 옵션 작업장치에 가해지는 압력을 설정하는 설정 압력 결정단계(S110)와;
   제어장치(100)에서 전자제어식 유압펌프(30)에 대한 최대 압력 지령을 상기 설정 압력 이하로 제한하여, 상기 릴리프 밸브부(60)의 개방없이 상기 옵션 작업장치에 가해지는 설정 압력을 유지하도록 상기 전자제어식 유압펌프(30)를 제어하는 펌프 제어단계(S121); 및
   상기 옵션 작업장치에 가해지는 부하가 상기 설정 압력보다 큰 경우, 상기 제어장치(100)가 상기 설정 압력 이하로 제어하는 제한을 해제하여 상기 전자제어식 유압펌프(30)를 제어하는 제한 해제단계(S122);를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치(100)는 상기 조작 레버를 조작시 상기 제어장치(100)에 전달되는 전자적 압력 지령을 분석하여 상기 설정 압력 이하로 제한하여 상기 전자제어식 유압펌프(30)를 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 옵션 작업장치는 작동유의 양방향(two-way) 흐름에 의해 구동되는 양방향 작업장치인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 설정 압력 결정단계(S110)에서 상기 옵션 작업장치에 가해지는 설정 압력을 설정한 후 상기 옵션 작업장치에 연결된 릴리프 밸브부(60)의 개방 압력을 상기 설정 압력보다 높게 설정하는 릴리프 설정단계(S110a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 옵션 작업장치 제어방법.
   

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