KR102125582B1 - 건설기계의 유압시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 밸브 블록의 내부에서 스풀이 이동되도록 하고, 스풀의 양단에서 제1압력과 제2압력이 경합하도록 하며, 제1, 2압력의 압력 차이에 의해 스풀이 저압 쪽으로 이동되도록 함으로써 제어 밸브 유닛의 내부에 형성된 이상 부압을 신속하게 해소할 수 있다. 이로써 제1, 2 체크 밸브 유닛 중에 어느 하나는 항상 닫힌 상태를 유지할 수 있어 제1, 2 체크 밸브 유닛의 작동을 개선할 수 있다.

Description

건설기계의 유압시스템 {Hydraulic systems of construction machinery}
본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프를 제어함에 따라 액추에이터가 직접 제어되도록 하는 유압시스템에서 유압라인에 유량이 부족할 때에 유량을 보충하도록 하고, 유압라인에 유랑이 과잉일 때에 유량을 배출할 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계에는 유압시스템이 탑재된다. 유압시스템은 동력원으로부터 제공되는 동력에 의해 펌프를 작동시키고, 펌프에 의해 작동유에 압력을 형성한다. 작동유는 액추에이터에 제공되고, 이로써 액추에이터가 작동된다.
도 1을 참조하여 종래의 유압시스템을 설명한다. 첨부도면 도 1은 종래의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 유압시스템은 펌프(10)와 액추에이터(20)가 제1, 2 유압라인(31, 32)으로 연통된다. 좀 더 상세하게는 펌프(10)와 액추에이터(20)의 제1 액추에이터 포트(21)는 제1 유압라인(31)으로 연통된다. 또한, 펌프(10)와 액추에이터(20)의 제2 액추에이터 포트(22)는 제2 유압라인(32)으로 연통된다. 상술한 펌프(10)는 모터 작용을 겸하는 것일 수 있다.
즉, 펌프(10)가 작동하여 작동유를 제1 유압라인(31)을 통하여 토출하면, 작동유는 액추에이터(20)의 제1 액추에이터 포트(21)에 제공되고, 이로써 액추에이터(20)는 로드가 확장되게 작동될 수 있다. 한편, 액추에이터(20)에서 배출될 작동유는 제2 유압라인(32)을 경유하여 펌프(10)로 귀환한다.
한편, 액추에이터(20)는 로드의 단면적에 의한 차이가 있으므로, 제1 액추에이터 포트(21)를 공급되는 유량과 제2 액추에이터 포트(22)에서 배출되는 유량이 다르다. 이러한 유량의 차이를 극복하기 위하여 어큐뮬레이터(40)가 마련된다.
제1, 2 유압라인(31, 32)과 어큐뮬레이터(40)는 제3 유압라인(33)으로 연통될 수 있다. 제1 유압라인(31)과 어큐뮬레이터(40)의 사이에는 제1 체크 밸브 유닛(51)이 구비되고, 제2 유압라인(32)과 어큐뮬레이터(40)의 사이에는 제2 체크 밸브 유닛(52)이 구비된다.
또한, 제1 체크 밸브 유닛(51)과 제2 압력라인(32)은 제1 압력 신호 라인(61)으로 연통되고, 제2 체크 밸브 유닛(52)과 제1 압력라인(31)은 제2 압력 신호 라인(62)으로 연통된다.
제1 체크 밸브 유닛(51)은 제2 압력라인(32)에 고압이 형성될 때에 개방되고, 마찬가지로 제2 체크 밸브 유닛(52)은 제1 압력라인(31)에 고압이 형성될 때에 개방된다.
이로써 어느 한쪽의 유압라인에 유량이 과잉일 때에 그 작동유는 어큐뮬레이터(40)에 저장되고, 반대로 유량이 부족할 때에 어큐뮬레이터(40)로부터 작동유를 보충 받는다.
예를 들면, 펌프(10)가 작동되어 작동유가 제1유압라인(31)에 공급되면 액추에이터(20)에서 배출되는 작동유는 공급되는 유량보다 작으므로 유량이 부족할 수 있다. 이때 제1 압력라인(31)에 형성된 제1 압력이 제2 압력라인(32)에 형성된 제2 압력보다 고압이므로, 제2 체크 밸브 유닛(52)이 개방되고 이로써 어큐뮬레이터(40)로부터 작동유가 제2 유압라인(32)에 제공되어 부족한 유량을 보충하게 된다.
다른 한편으로, 펌프(10)가 역회전 작동되어 작동유가 제2 유압라인(32)에 공급되면 액추에이터(20)에서 배출되는 작동유는 공급되는 유량보다 크므로 유량이 과잉일 수 있다. 이때 제2 압력라인(32)에 형성된 제3 압력이 제1 압력라인(31)에 형성된 제4 압력보다 고압이므로, 제1 체크 밸브 유닛(51)이 개방되고 이로써 제1 유압라인(31)의 작동유가 어큐뮬레이터(40)으로 저장되어 과잉의 유량을 배출하게 된다.
한편, 제1 유압라인(31)에서 제2 유압라인(32)쪽으로 연통되는 유압라인에 제1릴리프 밸브(71)가 구비될 수 있다. 또한, 제2 유압라인(32)에서 제1 유압라인(31)쪽으로 연통되는 유압라인에 제2릴리프 밸브(72)가 구비될 수 있다.
제1, 2 릴리프 밸브(71, 72)는 설정된 압력보다 높은 압력이 형성되는 경우에 개방된다. 예를 들면, 제1 유압라인(31)에 이상고압이 형성되면 제1 릴리프 밸브(71)가 개방되어 제1 유압라인(31)의 작동유를 제2 유압라인(32)으로 이동되도록 한다.
그러나 종래의 유압시스템은 다음과 같은 문제점이 지적된다.
제1, 2 체크 밸브 유닛(51, 52)은 펌프(10)와 연통된 제1, 2 압력 신호 라인(61, 62)으로부터 압력 신호를 받아서 작동하는 밸브 구성이다. 이러한 밸브 구성은 제1, 2 유압라인(31, 32)에 형성된 압력이 체크 밸브 내에 구비된 포펫(poppet)을 작동하도록 하는 압력보다 큰 경우에, 제1 체크 밸브 유닛(51)과 제2 체크 밸브 유닛(52)이 동시에 개방되는 문제점이 있다. 또한, 명확하게 규명되지 않은 어떤 이유로 제1 체크 밸브 유닛(51)과 제2 체크 밸브 유닛(52)이 동시에 개방되는 경우가 있다.
특히, 상술한 바와 같이, 제1 체크 밸브 유닛(51)과 제2 체크 밸브 유닛(52)이 동시에 개방될 때에 액추에이터(20)에 큰 부하(W)가 작용되는 쪽으로 작동유가 흐르지 않고 펌프(10) 또는 어큐뮬레이터(40)로 되돌아 갈 수 있다.
이에 부연설명하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 작동유는 액추에이터(20)가 확장되는 방향으로 제공될 수 있고, 이때 부하(W)에 의해 액추에이터(20)가 정상적으로 확장작동하지 못하도록 저항을 받게 된다. 또한, 제1 유압라인(31)에 압력이 이상 고압으로 상승될 수 있다.
즉, 작동유가 액추에이터(20)로 제공되지 못하고, 상대적으로 부하가 작은 펌프(10) 또는 어큐뮬레이터(40)쪽으로 흐를 수 있다. 이로써 액추에이터(20)에는 적정한 유량이 제공되지 못하기 때문에 액추에이터(20)가 정상적으로 작동하지 못하는 문제가 있다. 즉, 액추에이터(20)의 작동속가 현저하게 느려지거나 부하(W)에 작용되는 토크가 매우 작게 형성되어 원활한 작업을 진행할 수 없는 문제점이 있다.
다른 한편으로, 액추에이터(20)가 수축되는 방향으로 부하(W)가 작용되고, 제1, 2 체크 밸브 유닛(51, 52)이 모두 개방되는 상황이라면, 액추에이터(20)로부터 작동유가 급격하게 배출될 수 있고, 이러한 경우에는 액추에이터(20)는 급격하게 작동되어 위험한 상황이 발생될 수도 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 제1, 2 체크 밸브 유닛이 동시에 개방되는 것을 방지할 수 있도록 하여 액추에이터의 오작동을 방지할 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 제1 밸브 포트(p1)와 제2 밸브 포트(p2)가 연통되도록 제1 밸브 유로(222)가 형성되고, 제3 밸브 포트(p3)와 제4 밸브 포트(p4)가 연통되도록 제2 밸브 유로(224)가 형성되며, 어큐뮬레이터와 연통되는 제3 밸브 유로(226)가 형성되고, 상기 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되는 스풀 홀(230)이 형성되며, 상기 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되는 체크 밸브 홀(240)이 형성된 밸브 블록(210); 및 상기 스풀 홀(230)에 배치되고, 상기 제1 밸브 유로(222)의 제1압력과 상기 제2 밸브 유로(224)의 제2 압력 중에 낮은 압력의 유압이 상기 제3 밸브 유로(226)과 연통되도록 하는 스풀(300);을 포함하여 구성된다..
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 스풀(300)의 양측에는 각각 제1, 2 챔버(341, 342)가 형성되고, 상기 스풀(300) 중앙의 외주연에는 상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 제3 밸브 유로(226) 또는 상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 제3 밸브 유로(226)가 연통되도록 하는 커먼 그루브(310)가 형성되며, 상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 제1 챔버(341)가 연통되도록 제1 스풀 유압라인(322)이 형성되고, 상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 제2 챔버(342)가 연통되도록 제2 스풀 유압라인(324)이 형성되며, 상기 제1, 2 스풀 유입라인(322, 324)에는 각각 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)이 형성되어 상기 제1 압력과 상기 제2 압력이 상기 스풀(300)의 양단에서 경합하여 압력이 낮은 쪽으로 상기 스풀(300)이 이동되도록 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템용 제어 밸브 유닛에서, 상기 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스(402, 404)가 형성되고, 상기 제1, 2 오리피스(402, 404)에 의해 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 결정되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)이 구비되고, 상기 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)에는 각각 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)이 형성되며, 상기 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)에 의해 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 결정되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)은, 상기 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 다른 오리피스 유닛으로 교체되어 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 조절되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 상기 제1압력이 상기 제3 밸브 유로(226)의 제3압력보다 낮을 때에 개방되는 제1 체크 밸브 유닛(610); 및 상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 상기 제2압력이 상기 제3압력보다 낮을 때에 개방되는 제2 체크 밸브 유닛(620);을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 제1, 2 유압라인 모두에서 어큐뮬레이터의 압력보다 낮은 압력이 형성되더라도 스풀은 항상 어느 한쪽으로 이동되어 유량이 보충됨으로써 제1, 2 유압라인 중에 어느 하나의 라인에는 어큐뮬레이터의 압력과 균형을 이룬다. 이로써, 제1, 2 체크 밸브 유닛 중에 어느 하나는 항상 닫힌 상태가 유지되고, 다른 하나가 개방됨으로써 제1, 2 체크 밸브 유닛은 명확하게 작동된다. 나아가 액추에이터에 작동유를 안정적으로 제공할 수 있어 소망하는 작업을 원활하게 진행할 수 있다.
도 1은 종래의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 스풀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 밸브가 적용된 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 오리피스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 유량이 보충되는 예를 설명하기 위한 도면 및 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 유량이 배출되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 압력의 균형을 유지하기 위한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 스풀을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 밸브가 적용된 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템(200)은 밸브 블록(210)에 스풀(300)과 제1, 2 체크 밸브 유닛(610, 620)이 구비된다.
밸브 블록(210)은 제1 밸브 포트(p1)와 제2 밸브 포트(p2)가 연통되도록 제1 밸브 유로(222)가 형성된다. 제1 밸브 포트(p1)는 펌프(110)의 제1 펌프포트(111)와 연통된다. 제2 밸브 포트(p2)는 액추에이터(120)의 제1 액추에이터 포트(121)와 연통된다.
또한, 밸브 블록(210)은 제3 밸브 포트(p3)와 제4 밸브 포트(p4)가 연통되도록 제2 밸브 유로(224)가 형성된다. 제3 밸브 포트(p3)는 액추에이터(120)의 제2 액추에이터 포트(122)와 연통된다. 제4 밸브 포트(p4)는 펌프(110)의 제2 펌프포트(112)와 연통된다.
또한, 밸브 블록(210)에는 제3 밸브 유로(226)가 형성되고, 제3 밸브 유로(226)는 어큐뮬레이터(140)와 연통된다.
또한, 밸브 블록(210)은 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되도록 스풀 홀(230)이 형성되고, 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되도록 체크 밸브 홀(240)이 형성된다.
한편, 밸브 블록(200)에서 스풀(300)의 양측에는 각각 제1, 2 챔버(341, 342)가 형성된다.
제1, 2 챔버(341, 342)에는 각각 제1, 2 스풀 복원 스프링(512, 514)이 구비되고, 각각 제1, 2 스풀 캡(522, 524)에 의해 닫힌다.
제1, 2 스풀 복원 스프링(512, 514)은 스풀(300)의 양단에 배치됨으로써, 스풀(300)에 인위적인 외력이 작용되지 않을 때에 스풀(300)이 밸브 블록(200)에서 중립위치를 유지하도록 복원력을 작용한다.
스풀(300)은 스풀 홀(230)에 배치되어 제1 밸브 유로(222)의 제1압력과 제2 밸브 유로(224)의 제2 압력 중에 낮은 압력의 유압이 제3 밸브 유로(226)과 연통되도록 한다.
스풀(300)은 중앙의 외주연에 커먼 그루브(310)가 형성된다. 커먼 그루브(310)는 제1 밸브 유로(222)와 제3 밸브 유로(226)를 연통하거나, 또는 제2 밸브 유로(224)와 제3 밸브 유로(226)를 연통한다. 즉, 스풀(300)이 어느 한쪽으로 치우칠 때에 제3 밸브 유로(226)가 제1 밸브 유로(222)와 제2 밸브 유로(224) 중에 어느 하나와 연통되도록 한다.
또한, 스풀(300)은 제1 밸브 유로(222)와 제1 챔버(341)가 연통되도록 제1 스풀 유압라인(322)이 형성된다. 마찬가지로 스풀(300)은 제2 밸브 유로(224)와 제2 챔버(342)가 연통되도록 제2 스풀 유압라인(324)이 형성된다.
제1, 2 스풀 유입라인(322, 324)에는 각각 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)가 형성되고, 이로써 제1 압력과 제2 압력이 스풀(300)의 양단에서 경합하게 된다. 결국 스풀(300)은 제1, 2 압력 중에 압력이 낮은 쪽으로 이동된다.
다른 한편으로, 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스(402, 404)가 형성될 수 있다. 제1, 2 오리피스(402, 404)는 작동유의 흐름에 저항을 형성함으로써 스풀(300)이 제1, 2 압력의 압력 차이에 의해 이동될 때에 스풀(300)의 이동 응답성을 결정한다. 예컨대 제1, 2 오리피스(402, 404)의 내경 크기가 클수록 작동유의 유속이 빠르게 진행되므로 스풀(300)이 상술한 압력 차이에 좀 더 민감하게 반응한다. 반대로, 제1, 2 오리피스(402, 404)의 내경 크기가 작을수록 작동유의 유속이 느리게 진행되므로 스풀(300)이 상술한 압력 차이에 좀 더 둔감하게 반응한다.
또 다른 한편으로, 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)이 구비될 수 있다.
제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)은 첨부도면 도 5를 참조하여 설명한다. 첨부도면 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 오리피스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)에는 각각 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)이 형성된다. 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)은 작동유의 흐름에 저항을 형성함으로써 스풀(300)이 제1, 2 압력의 압력 차이에 의해 이동될 때에 스풀(300)의 이동 응답성을 결정한다. 예컨대 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 클수록 작동유의 유속이 빠르게 진행되므로 스풀(300)이 상술한 압력 차이에 좀 더 민감하게 반응한다. 반대로, 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 작을수록 작동유의 유속이 느리게 진행되므로 스풀(300)이 상술한 압력 차이에 좀 더 둔감하게 반응한다.
한편, 오리피스 유닛(410, 420)은 교체가 가능하게 설치됨으로써 오리피스 유닛(410, 420)이 훼손되었거나 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)이 이물질에 의해 막히거나할 때에 새로운 제품으로 교체될 수 있다. 이로써 제어밸브 유닛(200)은 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)은 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 다르게 형성된 다른 오리피스 유닛으로 교체될 수 있다. 즉, 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 다르게 형성된 다른 오리피스 유닛으로 교체함으로써 스풀(300)의 이동 응답성을 조절할 수 있다.
또한, 밸브 블록(200)은 체크 밸브 홀(240)의 양쪽에는 각각 제1, 제2 포펫 홀(612, 614)이 형성될 수 있다.
제1 체크 밸브 유닛(610)은 제1 밸브 유로(222)와 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 제1압력이 제3 밸브 유로(226)의 제3압력보다 낮을 때에 개방된다.
제2 체크 밸브 유닛(620)은 제2 밸브 유로(224)와 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 제2압력이 상술한 제3압력보다 낮을 때에 개방된다.
제1, 2 체크 밸브 유닛(610, 620)은 각 제1, 2 포펫 홀(612, 614)에는 각각 제1, 2 포펫(622, 624)이 구비된다. 제1, 2 포펫(622, 624)에는 각각 제1, 2 포펫 스프링(632, 634)이 구비된다.
한편, 제1, 2 포펫(622, 624)에는 각각 연통홀이 형성되고, 연통홀은 제1, 2 포펫(622, 624)이 이동될 때에 제1, 2 포펫 홀(612, 614)에 채워진 작동유가 원활하게 이동될 수 있게 한다. 이로써 연통홀은 제1, 2 포펫 홀(612, 614)에 채워진 작동유에 의한 저항이 제1, 2 포펫(622, 624)의 이동에 방해되지 않도록 한다.
또한, 각 제1, 2 포펫 스프링(632, 634)의 외측에는 각각 제1, 2 캡(642, 644)가 체결된다. 각 제1, 2 캡(642, 644)은 외부로부터 제1, 2 포펫 홀(612, 614)를 폐쇄시킨다.
제1, 2 포펫 스프링(632, 634)은 제1, 2 포펫(622, 624)가 체크 밸브 홀(240)을 향하여 이동되도록 복원력을 작용한다. 즉, 제1 포펫(622)이 제1 포펫 홀(612)에서 체크 밸브 홀(240)쪽으로 최대한 이동되면 제1 밸브 유로(222)와 제3 밸브 유로(226)가 단절된다. 마찬가지로 제2 포펫(624)이 제2포펫 홀(614)에서 체크 밸브 홀(240)쪽으로 최대한 이동되면 제2 밸브 유로(224)와 제3 밸브 유로(226)가 단절된다.
이하, 도 2, 도 4 및 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템과 제어 밸브 유닛의 작용을 설명한다.
첨부도면 도 2 및 도 4는 제어밸브 유닛(200)에서 스풀(300)이 제1위치(201)에 위치될 때의 예이다. 제1위치(201)는 중립상태로써 스풀(300)이 중앙의 위치에 유지되는 상태이다. 제1위치(201)는 제1 챔버(341)와 제2 챔버(342)의 압력차이가 거의 없을 때이다. 예를 들면, 펌프(110)와 액추에이터(120)가 작동되지 않는 상태일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 다른 건설기계의 유압시스템은 도 4에 나타낸 바와 같이, 펌프(110)와 제어 밸브 유닛(200)과 액추에이터(120)와 어큐뮬레이터(140)를 포함하여 구성된다.
펌프(110)는 양단에는 각각 제1, 2 펌프 포트(111, 112)가 형성된다. 제1 펌프 포트(111)는 제1 유압라인(131)으로 제1 밸브 포트(p1)와 연통된다. 또한, 제2 펌프 포트(112)는 제2 유압라인(132)으로 제4 밸브 포트(p4)와 연통된다.
액추에이터(120)의 제1 액추에이터 포트(121)와 제2 밸브 포트(p2)가 연통된다. 제1 액추에이터 포트(121)는 액추에이터(120)의 헤드 쪽일 수 있다.
또한, 액추에이터(120)의 제2 액추에이터 포트(122)와 제3 밸브 포트(p3)가 연통된다. 제2 액추에이터 포트(122)는 액추에이터(120)의 로드 쪽일 수 있다.
즉, 제1 액추에이터 포트(121)에서 제1 작동유 유량이 유동되고, 제2 액추에이터 포트(122)에서 제2작동유 유량이 유동될 때에, 제1 작동유 유량과 제2 작동유 유량은 다르다. 좀 더 상세하게는 제1 작동유 유량이 제2 작동유 유량보다 많다.
어큐뮬레이터(140)는 제3유압라인(133)으로 제5 밸브 포트(p5)와 연통된다. 어큐뮬레이터(140)는 보조 펌프와 릴리프 밸브에 의해 설정된 압력을 유지할 수 있다. 예를 들면, 어큐뮬레이터(140)에는 30bar가 설정될 수 있고, 설정된 압력보다 낮아질 때에 보조 펌프가 작동되어 30bar에 도달되도록 하고, 설정된 압력보다 높을 때에 릴리프 밸브가 작동되어 작동유의 일부를 배출시켜 30bar를 유지하도록 한다.
첨부도면 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 유량이 보충되는 예를 설명하기 위한 도면 및 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이, 액추에이터(120)에 제공되는 제1 작동유 유량과 액추에이터(120)에서 배출되는 제2 작동유 유량은 다르다. 그러나 펌프(110)에 유입되는 작동유 유량과 펌프(110)에서 배출되는 작동유 유량은 동일하여야 하다.
액추에이터(120)의 로드가 확장되는 방향으로 작동되는 경우에, 펌프(110)에 유입되는 작동유 유량은 상대적으로 부족할 수 있다. 이 경우에 스풀(300)은 제1위치(201)에서 제2 위치(202)로 전환된다.
스풀(300)이 제1위치(201)에서 제2 위치(202)로 전환되는 이유는 다음과 같이 설명될 수 있다. 제1 유압라인(131)과 제1 밸브 유로(222)에 고압이 형성되고, 제2 유압라인(132)과 제2 밸브 유로(224)에 상대적으로 저압이 형성된다. 따라서 제1 챔버(341)의 제1 압력이 제2 챔버(342)의 제2 압력보다 크므로 스풀(300)은 제1, 2 압력의 압력 차이에 의해 이동되는 것이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 스풀(300)이 제2위치(202)로 이동되면 제2 밸브유로(224)와 제3 밸브 유로(226)가 연통된다. 이후, 작동유가 어큐뮬레이터(140)로부터 제2 밸브 유로(224)에 보충된다.
한편, 제1 체크 밸브 유닛(610)은 제1 포펫(622)이 고압에 의해 닫힌 상태를 유지한다. 또한, 제2 체크 밸브 유닛(620)은 제2 포펫 스프링(634)의 복원력에 의해 닫힌 상태를 유지한다.
첨부도면 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 유량이 배출되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
액추에이터(120)의 로드가 수축되는 방향으로 작동되는 경우에, 펌프(110)에 귀환되는 작동유 유량은 상대적으로 과잉일 수 있다. 이 경우에 스풀(300)은 제1위치(201)에서 제3 위치(203)로 전환된다.
스풀(300)이 제1위치(201)에서 제3 위치(203)로 전환되는 이유는 다음과 같이 설명될 수 있다. 제2 유압라인(132)과 제2 밸브 유로(224)에 고압이 형성되고, 제1 유압라인(131)과 제1 밸브 유로(222)에 상대적으로 저압이 형성된다. 따라서 제2 챔버(344)의 제2 압력이 제1 챔버(341)의 제1 압력보다 크므로 스풀(300)은 제1, 2 압력의 압력 차이에 의해 이동되는 것이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 스풀(300)이 제3위치(203)로 이동되면 제1 밸브유로(222)와 제3 밸브 유로(226)가 연통된다. 이후, 작동유가 제1 밸브유로(222)에서 어큐뮬레이터(140)로 배출되어 어큐뮬레이터(140)에 저장된다.
한편, 제1 체크 밸브 유닛(610)은 제1 포펫 스프링(632)의 복원력에 의해 닫힌 상태를 유지한다. 또한, 제2 체크 밸브 유닛(620)은 제2 포펫(624)이 고압에 의해 닫힌 상태를 유지한다.
첨부도면 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로써, 압력의 균형을 유지하기 위한 예를 설명하기 위한 도면이다.
제1, 2 유압라인(131, 132)에 또는 제1, 2 밸브 유로(222, 224)에 이상 저압이 발생될 수 있다. 저압이 발생되는 예로써 액추에이터(120)는 로드가 움직이지 않은 상태에서 펌프(110)가 관성에 의해 계속 움직일 수 있다. 예컨대 펌프(110)가 작동되어 제4 밸브포트(p4)와 연통되는 쪽에서 작동유 흡입이 이루어지면, 제2 밸브 유로(224)에는 제2압력이 낮아질 수 있다.
저압이 발생되는 다른 예로써, 펌프(110)는 작동되지 않는데, 부하(W)에 의해 액추에이터(120)가 확장되거나 수축될 수 있다. 이에 부연 설명하면 액추에이터(120)가 붐 실린더라면, 부하(w)는 로드가 수축되는 방향으로 작용되므로 액추에이터(120)의 로드 쪽에 부압이 형성될 수 있다. 한편, 액추에이터(120)가 암 실린더라면, 부하(w)는 로드가 확장되는 방향으로 작용되므로 액추에이터(120)의 헤드 쪽에 부압이 형성될 수 있다.
또한, 유압시스템에는 알 수 없는 이유로 어느 특정한 유압라인에 부압이 형성될 수 있다.
계속하여 체크 밸브 유닛의 개방에 대하여 설명한다. 제2압력이 어큐뮬레이터(140)의 제3압력보다 낮은 경우에 제2 체크 밸브 유닛(620)이 개방된다. 제2 체크 밸브 유닛(620)의 개방으로 인하여 어큐뮬레이터(140)의 작동유가 제2 밸브 유로(224)에 보충된다.
다른 한편으로, 제1, 2 밸브 유로(222, 224)에 작동유가 보충되는 것은 스풀(300)의 위치 변화 또는 제1, 2 체크밸브 유닛(610, 620)의 개방에 의한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 제어밸브 유닛(200)은 제1, 2 밸브 유로(222, 224)에 각각 형성된 압력의 압력 차이로 인하여 스풀(300)의 이동이 우선되므로, 제어밸브 유닛(200)의 내에서 이상 부압에 의한 압력 차이를 신속하게 해소할 수 있고, 이로써 제1, 2 체크밸브 유닛(610, 620)은 항상 어느 하나는 반드시 닫힌 상태를 유지한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템은 종래에 유압시스템에서 제1, 2 체크 밸브 유닛(51, 52)이 동시에 개방되는 문제를 해소할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은 스풀(300)의 양쪽에서 제1, 2 밸브 유로(222, 224)의 각 압력이 경합하고, 압력이 약한 쪽으로 스풀(300)이 이동된다. 이로써 제1, 2 밸브 유로(222, 224) 중에 압력이 낮은 쪽의 유로는 제3 밸브 유로(226)와 연통되어 작동유를 보충 받고, 압력이 높은 쪽의 유로는 어큐뮬레이터 쪽으로 유량이 배출된다. 즉, 제1, 2 유압라인 모두에서 어큐뮬레이터의 압력보다 낮은 압력이 형성되더라도 스풀은 항상 어느 한쪽으로 이동되어 유량이 보충됨으로써 제1, 2 유압라인 중에 어느 하나의 라인에는 어큐뮬레이터의 압력과 균형을 이룬다. 이로써, 제1, 2 체크 밸브 유닛(610, 620) 중에 어느 하나는 항상 닫힌 상태가 유지되고, 다른 하나만 개방됨으로써 제1, 2 체크 밸브 유닛(610, 620)은 명확하게 작동된다. 나아가 액추에이터(120)에 작동유를 안정적으로 제공할 수 있어 소망하는 작업을 원활하게 진행할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은 유압시스템에서 유압라인에 유량이 부족할 때에 유량을 보충하도록 하고, 유압라인에 유랑이 과잉일 때에 유량을 배출하도록 하는 데에 이용될 수 있다.
10: 펌프 20: 액추에이터
21, 22: 제1, 2 액추에이터 포트 31, 32, 33: 제1, 2, 3 유압라인
40: 어큐뮬레이터
51, 52: 제1, 2 체크 밸브 유닛 61, 62: 제1, 2 압력 신호 라인
110: 펌프 120: 액추에이터
121, 122: 제1, 2 액추에이터 포트
131, 132, 133: 제1, 2, 3 유압라인
140: 어큐뮬레이터
200: 제어 밸브 유닛
201, 202, 203: 제1, 2, 3 스풀 위치
p1, p2, p3, p4, p5: 제1, 2, 3, 4, 5 밸브 포트
210: 밸브 블록 222, 224, 226: 제1, 2, 3 밸브 유로
230: 스풀 홀
240: 체크 밸브 홀
300: 스풀 310: 커먼 그루브
322, 324: 제1, 2 스풀 유압라인
332, 334: 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인
402, 404: 제1, 2 오리피스 410, 420: 제1, 2 오리피스 유닛
412, 414: 제1, 2 오리피스 홀 512, 514: 제1, 2 스풀 복원 스프링
522, 524: 제1, 2 스풀 캡
610, 620: 제1, 2 체크 밸브 유닛 612, 614: 제1, 2 포펫 홀
622, 624: 제1, 2 포펫 632, 634: 제1, 2 포펫 스프링
642, 644: 제1, 2 캡

Claims (6)

  1. 펌프(110)의 제1 펌프 포트(111)와 연결되는 제1 밸브 포트(p1)와 액추에이터(120)의 제1 액추에이터 포트(121)와 연결되는 제2 밸브 포트(p2)가 연통되도록 제1 밸브 유로(222)가 형성되고, 상기 액추에이터(120)의 제2 액추에이터 포트(122)와 연결되는 제3 밸브 포트(p3)와 상기 펌프(110)의 제2 펌프 포트(112)와 연결되는 제4 밸브 포트(p4)가 연통되도록 제2 밸브 유로(224)가 형성되며, 어큐뮬레이터와 연통되는 제3 밸브 유로(226)가 형성되고, 상기 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되는 스풀 홀(230)이 형성되며, 상기 제1, 2, 3 밸브 유로(222, 224, 226)가 연통되는 체크 밸브 홀(240)이 형성된 밸브 블록(210); 및
    상기 스풀 홀(230)에 배치되고, 상기 제1 밸브 유로(222)의 제1압력과 상기 제2 밸브 유로(224)의 제2 압력 중에 낮은 압력의 유압이 상기 제3 밸브 유로(226)과 연통되도록 하는 스풀(300);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스풀(300)의 양측에는 각각 제1, 2 챔버(341, 342)가 형성되고,
    상기 스풀(300) 중앙의 외주연에는 상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 제3 밸브 유로(226) 또는 상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 제3 밸브 유로(226)가 연통되도록 하는 커먼 그루브(310)가 형성되며, 상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 제1 챔버(341)가 연통되도록 제1 스풀 유압라인(322)이 형성되고, 상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 제2 챔버(342)가 연통되도록 제2 스풀 유압라인(324)이 형성되며, 상기 제1, 2 스풀 유입라인(322, 324)에는 각각 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)이 형성되어
    상기 제1 압력과 상기 제2 압력이 상기 스풀(300)의 양단에서 경합하여 압력이 낮은 쪽으로 상기 스풀(300)이 이동되도록 하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스(402, 404)가 형성되고,
    상기 제1, 2 오리피스(402, 404)에 의해 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 결정되는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 2 스풀 오리피스 유압라인(332, 334)에는 각각 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)이 구비되고,
    상기 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)에는 각각 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)이 형성되며,
    상기 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)에 의해 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 결정되는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1, 2 오리피스 유닛(410, 420)은,
    상기 제1, 2 오리피스 홀(412, 414)의 내경 크기가 다른 오리피스 유닛으로 교체되어 상기 스풀(300)의 이동 응답성이 조절되는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 밸브 유로(222)와 상기 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 상기 제1압력이 상기 제3 밸브 유로(226)의 제3압력보다 낮을 때에 개방되는 제1 체크 밸브 유닛(610); 및
    상기 제2 밸브 유로(224)와 상기 체크 밸브 홀(240)에 구비되어 상기 제2압력이 상기 제3압력보다 낮을 때에 개방되는 제2 체크 밸브 유닛(620);
    을 더 포함하는 건설기계의 유압시스템.
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