KR102153541B1 - 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사판의 경사각에 따라 토출하는 유량이 조절되고 사판의 경사각을 변화시키는 전마력제어 피스톤부가 구비된 메인펌프와, 상기 메인펌프로부터 작업장치로 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 메인 컨트롤 밸브로 구성된 소형 굴삭기용 유량제어 시스템에 있어서, 상기 사판에 연결되어 탄성력에 의해 경사각도를 유지되게 하는 압력설정부; 상기 메인펌프의 하우징 내부에 설치되어 상기 메인 컨트롤 밸브를 통과한 바이패스 유량의 변화에 의해 형성된 네거티브 압력을 공급받는 챔버부; 일측이 상기 압력설정부측에 연결되고 타측이 상기 챔버부 내부에 위치하여 상기 챔버부의 압력변화에 의해 상기 압력설정부에 대항하는 힘에 크기가 가변되어 상기 사판의 각도를 조절하는 네거티브 유량제어 피스톤부;가 포함되는 것을 특징으로 하는 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템을 제공한다.

Description

네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템{Flow control system for small excavators using negative pressure}

본 발명은 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 굴삭기에서 메인 컨트롤 밸브를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 따른 네거티브 압력을 이용하여 메인펌프의 사판 경사각을 제어함으로써 각 작업장치별 필요한 적정 유량을 토출하도록 하여 불필요한 연료의 소모를 방지하기 위한 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템에 관한 것이다.

종래의 소형 굴삭기에 사용되는 유량제어시스템은 하나의 사판과 실린더 블록을 이용, 2개의 토출포트를 구비한 메인펌프(P1, P2)와 1개의 보조펌프(P3)로 구성되어져 있다. 이러한 구조의 메인펌프(P1, P2)의 사판 경사각은 P1, P2, P3펌프의 압력을 합한 전체압력에 따라 변하게 되고, 엔진마력에 따른 P1, P2, P3펌프의 전마력제어 기능만을 수행한다. 즉 출력은 전체 토출압력과 유량의 곱이 일정하도록 (ΣP×Q=일정) 조절된다.

이러한 구성은 하나의 엔진의 허용출력 이내에서 복수 개의 유압펌프들이 작업장치의 부하에 따라 적절히 분배하여 사용하도록 하는 전마력제어를 가능하게 하여 엔진출력을 효율적으로 사용할 수 있다.

그러나 각 작업장치의 부하에 맞는 적정한 유량의 토출이 이루어지지 않아 불필요한 연료 소모가 발생하였다. 이처럼 각 작업장치의 부하에 따라 엔진출력을 적정히 배분하는 전마력제어만으로는 불필요한 연료 소모라는 문제가 발생하므로, 기존의 중대형 굴삭기에 사용되는 메인펌프는 메인 컨트롤 밸브를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 따른 네거티브 압력을 피스톤펌프에 설치된 레귤레이터에 전달하여 사판의 경사각을 제어함으로써 각 작업장치별 필요한 적정 유량을 정밀하게 토출하도록 하여 불필요한 연료의 소모를 방지하도록 되어 있다.

상기와 같이 중대형 굴삭기에 적용되고 있는 레귤레이터를 소형 굴삭기에 적용할 경우, 구조적으로 복잡한 서보피스톤과 레버의 삽입 등으로 인하여 설치공간의 확보에 어려움이 있어, 실제 소형 굴삭기의 경우 불필요한 연료 소모라는 문제점이 있음에도 불구하고 유량제어를 구현하지 못하고 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 소형 굴삭기의 각 작업장치가 작동되지 않는 아이들 상태(대한민국 등록특허 제10-1458260호 참조)이거나, 또는 P1 펌프의 압력, P2 펌프의 압력, P3 펌프의 압력을 합한 전체압력에 의한 절환력(F1)보다 네거티브 유량제어 압력에 의한 절환력(F2)이 큰 경우(대한민국 등록특허 제10-1489019호)에 한하여 유량제어가 가능한 구조가 제시되고 있다.

그러나 상기한 바와 같이 특정한 조건하에서만 유량제어가 가능하거나, 또는 구조가 복잡하고, 사판을 미는 방향으로만 전마력제어 압력과 네거티브 유량제어 압력이 작용하여 사판 뒤틀림이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1489019호 (2015.01.27.) 대한민국 등록특허 제10-1458260호 (2014.10.29.) 대한민국 등록특허 제10-1381536호 (2014.03.28.) 대한민국 등록특허 제10-1024720호 (2011.03.17.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소형 굴삭기에 사용되고 있는 전마력제어 시스템에 네거티브 유량제어 시스템을 접목하여 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있도록 한 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 네거티브 압력에만 의존하여 독립적으로 각 작업장치별 필요한 토출유량을 제어하도록 함과 동시에 네거티브 압력이 사판을 당기는 방향으로 작용하도록 하여 사판의 뒤틀림을 방지하도록 한 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소형 굴삭기의 메인펌프 내부에 설치 가능한 단순한 구조의 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 사판의 경사각에 따라 토출하는 유량이 조절되고 사판의 경사각을 변화시키는 전마력제어 피스톤부가 구비된 메인펌프와, 상기 메인펌프로부터 작업장치로 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 메인 컨트롤 밸브로 구성된 소형 굴삭기용 유량제어 시스템에 있어서, 상기 사판에 연결되어 탄성력에 의해 경사각도를 유지되게 하는 압력설정부; 상기 메인펌프의 하우징 내부에 설치되어 상기 메인 컨트롤 밸브를 통과한 바이패스 유량의 변화에 의해 형성된 네거티브 압력을 공급받는 챔버부; 일측이 상기 압력설정부측에 연결되고 타측이 상기 챔버부 내부에 위치하여 상기 챔버부의 압력변화에 의해 상기 압력설정부에 대항하는 힘에 크기가 가변되어 상기 사판의 각도를 조절하는 네거티브 유량제어 피스톤부;가 포함되되, 상기 압력설정부는, 상기 사판에 결합되는 제1스프링시트와, 상기 제1스프링시트에 대항되는 위치의 제2스프링시트, 상기 제1스프링시트와 상기 제2스프링시트 사이에 연결되어 탄성력을 제공하는 스프링으로 구성되고, 상기 네거티브 유량제어 피스톤부는, 상기 제1스프링시트에 고정되고 상기 챔버부까지 연결되는 피스톤로드와, 상기 피스톤로드 챔버부에 위치하는 헤드로 구성되고, 상기 제1스프링시트는 일측 단부가 구 형상으로 형성되어 상기 사판과 볼조인트 방식으로 결합되며, 타측 단부는 상기 피스톤로드와 회전결합되게 나선홈부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

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상기 네거티브 압력이 높으면 상기 사판의 경사각은 작아져 작동유 유량을 감소시키고, 상기 네거티브 압력이 낮으면 상기 사판의 경사각이 커져 작동유 유량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 소형 굴삭기의 각 메인 컨트롤 밸브를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 따른 네거티브 압력을 공급받아 네거티브 유량제어가 가능해짐으로써 소형 굴삭기에 발생하던 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있게 되었다는 이점과,

네거티브 압력에만 의존하여 독립적으로 각 작업장치별 필요한 토출유량을 제어하도록 하여 제어성능이 향상되었다는 이점과,

네거티브 압력이 사판을 당기는 방향으로 작용하도록 하여 사판의 뒤틀림을 방지할 수 있게 되었다는 이점과,

소형 굴삭기의 메인펌프 내부에 설치 가능한 단순한 구조의 네거티브 유량제어 시스템을 제공하여 제작단가의 상승을 최소화하였다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템의 메인펌프 단면도.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 메인펌프 회로도.
도 3(a),(b)은 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템의 동작 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 네거티브 유량제어선도.
도 5는 본 발명에 따른 네거티브 유량제어 시스템의 일실시도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템의 메인펌프 단면도이고, 도 2는 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 메인펌프 회로도이며, 도 3(a),(b)은 본 발명에 실시예에 따른 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템의 동작 상태도이며, 도 4는 본 발명에 따른 네거티브 유량제어선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 네거티브 유량제어 시스템의 일실시예를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 네거티브 토출유량 제어 피스톤을 가진 소형 굴삭기용 메인펌프는 작고 단순한 구조에 의하여 기존 메인펌프(100)의 하우징(110)에 별도의 구조변경 없이도 내장이 가능함으로써 유량제어 레귤레이터의 설치 공간 확보가 어려운 소형 굴삭기에서도 메인 컨트롤 밸브를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 따른 네거티브 압력(Pi)을 공급받아 메인펌프(100)의 사판(112)의 경사각을 제어하는 네거티브 유량제어를 구현하도록 한 것이다. 한편 본 발명에서 언급되는 소형 굴삭기는 6톤급 이하의 굴삭기로 정의될 수 있다.

상기 메인펌프(100)는 내부에 압력설정부(300), 챔버부(400) 및 네거티브 유량제어 피스톤부(500)가 포함된다.

상기 메인펌프(100)는 하우징(110)의 내부에 회전축(111)과 함께 회전하는 실린더블록(113)과 상기 실린더블록(113)에는 다수 개의 피스톤(114)이 설치되고, 상기 피스톤(114)에 결합되어 사판(112)의 한면에 접하여 습동하는 피스톤슈(115)와, 2개의 토출포트를 구비한 밸브플레이트(116)와, 사판(112)의 일측에 배치되고 메인펌프(100)의 P1, P2 압력, 보조펌프의 P3 압력을 공급받아 피스톤펌프의 사판(112)의 경사각을 변화시키는 전마력제어 피스톤부(118)가 포함 된다.

상기 압력설정부(300)는 상기 사판(112)에 연결되어 탄성력을 부가하여 경사각도를 유지하게 하는 구성이다.

상기 압력설정부(300)는 상기 사판(112)에 결합되는 제1스프링시트(310)와, 상기 제1스프링시트(310)에 대항되는 위치의 제2스프링시트(320), 상기 제1스프링시트(310)와 상기 제2스프링시트(320) 사이에 연결되어 탄성력을 제공하는 스프링(330)으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 스프링은 내외측에 각각 스프링(330a,330b)으로 구성될 수 있다.

한편, 상기 메인펌프(100)에는 각 작업장치의 부하에 따라서 메인펌프(100)의 출력마력이 엔진의 출력마력을 넘지 않도록 P1펌프, P2펌프, P3펌프를 전마력제어하기 위한 전마력제어 피스톤부(118)가 구비되어 있으며, 상기 전마력제어 피스톤부(118)는 메인펌프(100)로부터 공급되는 P1, P2 압력과 보조펌프(117)로부터 공급되는 P3 압력에 의하여 사판(112)의 일측에 작용하는 힘이 사판(112)의 타측을 탄성지지하는 스프링(330a, 330b)의 탄성력보다 클 경우, 사판(112)의 경사각을 조절함으로써 메인펌프(P1, P2)의 토출유량을 동시에 감소시키는 전마력제어를 행하게 되며, 이러한 전마력제어는 종래의 메인펌프에도 동일한 방법으로 구현되고 있다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 메인펌프(100)에는 네거티브 유량제어 피스톤부(500)가 더 구비되어 있어 상기 전마력제어와 함께 네거티브 유량제어를 행함으로써 불필요한 연료소모를 방지하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

여기서 각 작업장치별 필요한 유량을 제어하기 위한 네거티브 압력(Pi) 형성과정은 도 5의 본 발명에 따른 네거티브 유량제어 시스템의 일실시예에 보인 바와 같이 운전자가 작업을 위해 리모트 컨트롤 밸브(220)를 조작하면 2차 압력이 메인 컨트롤 밸브(200)의 제어스풀로 전달되고, 스풀절환에 의해 네거티브 라인(210)을 통해 바이패스되는 유량의 변화에 따른 네거티브 압력(Pi)이 네거티브 유량제어 피스톤부(500)에 공급되고, 이에 따라 상기 사판(112)의 경사각을 조절하여 유량을 제어할 수 있게 된다.

한편, 상기 네거티브 유량제어 피스톤부(500)는 도 1 에서와 같이 상기 메인펌프(100)의 하우징(110) 내부에 마련된 챔버부(400)가 마련된다.

상기 네거티브 유량제어 피스톤부(500)는 상기 제1스프링시트(310)에 일측이 결합되고 타측이 상기 제2스프링시트(320)와 상기 챔버부(400)) 내부에 삽입되는 피스톤로드(520)와 헤드(540)로 일체 구성되며, 이때 상기 제2스프링시트(310)와, 상기 챔버부(400)에는 네거티브 유량제어 피스톤부(500)가 네거티브 압력(Pi)에 의하여 이동할 수 있는 공간을 제공하고 있다. 한편 상기 제1스프링시트(310)의 일측은 네거티브 압력(Pi)이 작용할 때 사판(112)을 끌어당기는 방향으로 작용할 수 있도록 사판(112)에 스웨이징 등으로 볼조인트 형태와 같이 구면 결합되어 있다. 그리고, 상기 제1스프링시트(310)의 타측은 상기 피스톤로드(520)와 회전결합되게 나선홈부가 형성되도록 하여 피스톤로드와 결합 분리가 쉽게 하였다.

상기와 같이 구성된 네거티브 유량제어 피스톤부(500)는 메인 컨트롤 밸브(200)를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 의하여 네거티브 압력(Pi)으로 변환되어 네거티브 유량제어 피스톤부(500)의 타측 단부에 작용하게 된다. 이때 입력되는 네거티브 압력(Pi)이 상기 사판(112)의 타측을 탄성지지하는 스프링(330a, 330b)의 탄성력보다 작을 경우에는 도 3의 (a)에서와 같이 사판의 경사각이 최대가 되어 토출유량이 최대가 된다. 이와 반대로 입력되는 네거티브 압력(Pi)이 상기 사판의 타측을 탄성지지하는 스프링(330a, 330b)의 탄성력보다 클 경우에는 입력되는 네거티브 압력(Pi)이 증가할수록 사판(112)의 경사각이 점점 감소되어 토출유량도 점점 감소하게 된다. 도 3의 (b)에서와 같이 입력되는 네거티브 압력(Pi)이 계속 증가하여 사판(112)의 경사각이 최소가 되면 토출유량도 최소가 된다. 이를 그림으로 도시한 것이 도 4의 네거티브 유량제어선도이다. 도 4는 가로축이 네거티브 압력(Pi)이고, 세로축이 토출유량(Q)이다. 도시된 바와 같이 네거티브 압력(Pi)과 토출유량(Q)은 반비례하게 된다.

한편, 이러한 네거티브 유량제어는 전마력제어에 영향을 주지 않고 독립적으로 제어된다. 다시 말해 전마력제어에 의해 결정되는 유량은 엔진이 공급할 수 있는 최대 공급한계량이고, 유량제어에 의해 결정되는 유량은 상기 공급한계 내에서 필요한 유량만큼 공급하는 것으로 불필요한 연료의 소모를 방지하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 소형 굴삭기의 전마력제어에 영향을 주지 않으면서 메인 컨트롤 밸브를 통과하는 바이패스 유량의 변화에 따른 네거티브 압력을 공급받아 네거티브 유량제어가 가능해짐으로써 소형 굴삭기에 발생하던 불필요한 연료의 소모를 방지하고, 네거티브 압력에만 의존하여 독립적으로 각 작업장치별 필요한 토출유량을 제어하도록 하여 제어성능을 향상하고, 네거티브 압력이 사판을 당기는 방향으로 작용하도록 하여 사판의 뒤틀림을 방지하고, 소형 굴삭기의 메인펌프 내부에 설치 가능한 단순한 구조의 네거티브 토출유량 제어시스템을 가진 소형 굴삭기용 메인펌프를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 메인펌프
110: 하우징
112: 사판
113: 실린더블록
114: 피스톤
115: 피스톤슈
116: 밸브플레이트
200: 메인 컨트롤 밸브
300: 압력설정부
310: 제1스프링시트
320: 제2스프링시트
330a,330b: 스프링
400: 챔버부
500: 네거티브 유량제어 피스톤부

Claims (4)

1. 사판의 경사각에 따라 토출하는 유량이 조절되고 사판의 경사각을 변화시키는 전마력제어 피스톤부가 구비된 메인펌프(100)와, 상기 메인펌프로부터 작업장치로 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 메인 컨트롤 밸브(200)로 구성된 소형 굴삭기용 유량제어 시스템에 있어서,
   상기 사판에 연결되어 탄성력에 의해 경사각도를 유지되게 하는 압력설정부(300);
   상기 메인펌프의 하우징 내부에 설치되어 상기 메인 컨트롤 밸브를 통과한 바이패스 유량의 변화에 의해 형성된 네거티브 압력을 공급받는 챔버부(400);
   일측이 상기 압력설정부측에 연결되고 타측이 상기 챔버부 내부에 위치하여 상기 챔버부의 압력변화에 의해 상기 압력설정부에 대항하는 힘에 크기가 가변되어 상기 사판의 각도를 조절하는 네거티브 유량제어 피스톤부(500);가 포함되되,
   상기 압력설정부(300)는,
   상기 사판에 결합되는 제1스프링시트(310)와, 상기 제1스프링시트에 대항되는 위치의 제2스프링시트(320), 상기 제1스프링시트와 상기 제2스프링시트 사이에 연결되어 탄성력을 제공하는 스프링(330)으로 구성되고,
   상기 네거티브 유량제어 피스톤부(500)는,
   상기 제1스프링시트에 고정되고 상기 챔버부까지 연결되는 피스톤로드(520)와, 상기 피스톤로드 챔버부에 위치하는 헤드(540)로 구성되고,
   상기 제1스프링시트(310)는,
   일측 단부가 구 형상으로 형성되어 상기 사판과 볼조인트 방식으로 결합되며, 타측 단부는 상기 피스톤로드와 회전결합되게 나선홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 네거티브 압력이 높으면 상기 사판의 경사각은 작아져 작동유 유량을 감소시키고,
   상기 네거티브 압력이 낮으면 상기 사판의 경사각이 커져 작동유 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 네거티브 압력을 이용한 소형 굴삭기용 유량제어 시스템.

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