KR102156446B1 - 건설기계의 유압시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프/모터에 의해 액추에이터가 제어되는 유압시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 액추에이터에 제공되는 제1, 2 유압라인에 각각 로직 밸브가 구비되고, 로직 밸브의 잠금에 의해 액추에이터의 작동을 멈춘 상태에서 상기 액추에이터를 작동시키고자 할 때에, 부하가 액추에이터에 작용되더라도 펌프/모터와 로직 밸브 구간에 압력을 미리 상승시킴으로써 압력차이를 해소할 수 있고, 이로써 액추에이터는 부하에 영향을 받지 않고 소망하는 작동을 구현할 수 있다. 즉, 액추에이터의 조작 제어성을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

건설기계의 유압시스템{Hydraulic system of Construction machinery}
본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프/모터에 의해 액추에이터가 제어되는 유압시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계의 유압시스템은 동력을 발생시키는 엔진과, 엔진의 동력을 전달받아 구동되어 작동유를 토출하는 메인 유압펌프와, 작업을 수행하는 복수의 액추에이터와, 소망하는 작업기의 액추에이터를 작동시키도록 조작되는 조작부와, 조작부의 조작에 의해 요구되는 작동유를 해당 액추에이터로 분배하는 메인컨트롤 밸브를 포함하여 구성된다.
조작부는 작업자가 조작하는 조작 변위에 따라 요구 지령이 형성되고, 요구 지령에 의해 유압펌프에서 토출되는 작동유의 유량이 제어된다. 조작부는 예를 들면 조이스틱, 페달 등이 있다.
또한, 메인 유압펌프에서 작동유를 토출시키려면 펌프에 회전 토크를 가변시켜야 한다. 이러한 토크는 펌프 토크라 한다. 펌프 토크(T)는 펌프 용적과 작동유에 형성된 압력(P)의 곱으로 계산된다. 상술한 펌프용적은 펌프의 축의 1회전당 토출되는 작동유의 유량이다.
상술한 바와 같은 종래에 알려진 유압시스템은 유압펌프가 1개 또는 2개의 메인펌프에서 토출되는 작동유를 메인컨트롤 밸브의 제어에 의해 각 액추에이터에 분배하는 것이다. 즉, 메인 컨트롤 밸브에서 토출된 작동유의 압력은 메인컨트롤 밸브와 각종 밸브를 경유하는 과정에서 압력손실이 발생할 수밖에 없어 에너지 효율이 낮은 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 펌프/모터에 의해 해당 액추에이터를 직접 제어하도록 하여 에너지 효율을 높이도록 하는 건설기계의 유압시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 액추에이터에 부하가 작용하지만, 액추에이터의 작용이 멈춘 상태에서 액추에이터를 작동시킬 때에 부하에 의해 액추에이터가 원하지 않는 방향으로 작동되는 것을 방지하여 제어성과 안정성을 향상시키도록 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, 펌프작용과 모터작용을 겸하는 펌프/모터(40); 제1 포트(71)와 제2 포트(72)가 형성되고, 상기 펌프/모터(40)로부터 제공되는 작동유에 의해 작동되는 액추에이터(70); 상기 제1 포트(71)와 상기 펌프/모터(40)가 연결되는 제1, 제2 유압라인(111, 112); 상기 제2 포트(71)와 상기 펌프/모터(40)가 연결되는 제3, 제4 유압라인(121, 122); 상기 제1 유압라인(111)과 상기 제2 유압라인(112)에 배치된 제1 로직 밸브(110); 및 상기 제3 유압라인(121)과 상기 제4 유압라인(122)에 배치된 제2 로직 밸브(120);를 포함하고, 상기 제1 포트(71) 또는 상기 제2 포트(72) 중에 높은 쪽의 제1 압력이 상기 펌프/모터(40)쪽의 제2 압력보다 큰 경우에, 조작부가 조작된 시점부터 상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되기 전에 또는 개방된 후에 상기 제1 압력과 상기 제2 압력을 동일하게 맞추도록 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 액추에이터(70)에 작용되는 부하의 제1 방향과 상기 액추에이터(70)를 작동시키려는 제2방향으로 정의될 때에, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치되면 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 다른 경우일 때보다 상기 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)의 개방시점이 빠르게 제어되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제2압력을 상승시킬 때에, 압력/유량 보상시간(t1)동안에 작동유의 유량은 최댓값으로 토출되게 제어되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제2압력을 상승시킬 때에, 작동유 누유(leakage)에 대한 보상으로 누유보상 유량이 최댓값으로 토출되게 제어되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제2압력이 설정압력을 유지하도록 상기 제2, 제4 유압라인에 릴리프 밸브(60)가 더 구비되는 것일 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 펌프작용과 모터작용을 겸하는 펌프/모터(40); 입구포트와 출구포트가 상기 펌프/모터(40)와 유압라인으로 연결된 액추에이터(70); 상기 유압라인을 개방 또는 폐쇄하도록 상기 유압라인 상에 설치된 제1, 2 로직밸브(110, 120); 상기 액추에이터(70)에 대한 조작 신호에 따라 상기 제1, 2 로직밸브(110, 120)를 개방 또는 폐쇄하도록 제어하는 제어부(200)를 포함하고; 상기 제어부(200)는 상기 액추에이터(70)에 부하가 작용되고 있는 방향과 반대 방향으로 조작할 경우, 유압 공급측의 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1 로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120) 사이의 유압라인에 압력 보상이 이루어질 때까지 상기 제1, 제2 로직밸브(110, 120)의 개방을 지연시키는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 제어부(200)는, 상기 액추에이터(70)가 부하가 작용되고 있는 방향과 동일한 방향으로 조작할 경우에는, 상기 반대 방향으로 조작하는 경우보다 상기 제1, 2 로직 밸브(110, 120)의 개방지연 시간을 더 짧게 제어하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 제1, 2 로직밸브(110, 120)의 개방 지연 시간은, 유압 공급측의 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120) 사이의 유압라인 압력이 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120)와 상기 엑추에이터(70) 사이의 유압라인의 압력과 동등해 질 때까지인 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2로직밸브(120) 사이의 유압라인에 압력 보상은, 상기 펌프/모터(40)에서 토출되는 유압으로 채워지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템에서, 상기 제1, 2 로직 밸브(110, 120)와 상기 액추에이터(70)를 연결하는 상기 유압라인 상에는 설정압력을 유지하도록 릴리프 밸브(60);가 더 구비되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 종래의 유압시스템에 구비되었던 메인컨트롤 밸브를 배제함으로써 작동유의 압력손실의 주된 요인이 배제되어 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 액추에이터에 제공되는 제1, 제2 유압라인에 각각 로직 밸브가 구비되고, 로직 밸브의 잠금에 의해 액추에이터의 작동을 멈춘 상태에서 상기 액추에이터를 작동시키고자 할 때에, 부하가 액추에이터에 작용되더라도 펌프/모터와 로직 밸브 구간에 압력을 미리 상승시킴으로써 압력차이를 해소할 수 있고, 이로써 액추에이터는 부하에 영향을 받지 않고 소망하는 작동을 구현할 수 있다. 즉, 액추에이터의 조작 제어성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 유압회로 도면이다.
도 2 및 도 3은 건설기계의 유압시스템에서 비교예 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 건설기계의 유압시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템의 펌프/모터 제어에 따라 펌프 유량과 압력의 추이를 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.
건설기계의 유압시스템은 종래에 메인펌프가 1개 또는 2개의 유압펌프에서 작동유를 토출하고, 유압펌프에서 토출된 작동유는 메인 컨트롤 밸브(MCV)에서 각각의 액추에이터로 작동유를 분배하는 구성이다. 그러나 메인 컨트롤 밸브가 구비된 유압시스템은 메인컨트롤 밸브를 경유하는 과정에서 압력손실이 발생하여 에너지 효율이 낮은 문제점이 있었다.
에너지 효율을 개선하기 위한 유압시스템으로써 각각의 액추에이터마다 독립된 펌프/모터를 구비하고, 펌프/모터를 제어함으로써 해당 액추에이터가 제어되도록 하는 유압시스템이 개발되고 있다.
유압시스템은 각각의 액추에이터에 각각의 양방향 형식의 펌프/모터로부터 유량을 공급받아 작동하고, 별도의 미터링 밸브(컨트롤 밸브)가 없으므로 작동유가 각종 밸브를 통과할 때에 저항이 없으므로 작동유의 압력손실 적고, 이로써 실질적으로 액추에이터를 작동시키도록 하는 에너지 효율이 높다.
이하에 기재되는 "유압시스템"은 각각의 액추에이터에 대해 독립된 양방향 펌프/모터가 할당된 유압시스템을 의미하고, 이는 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다. 첨부도면 도 1은 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 유압회로 도면이다
도 1에 나타낸 바와 같이, 유압시스템은 동력을 발생하는 엔진(10)과, 엔진(10)에서 발생한 동력을 복수의 펌프/모터(40)에 분배하는 동력분배 유닛(20)과, 각 펌프/모터(40)에서 토출되는 작동유에 의해 작동되는 액추에이터(70)를 포함하여 구성된다.
펌프/모터(40)는 유압펌프 작용과 유압 모터의 작용을 겸하는 유압 구성요소이다. 즉, 펌프/모터(40)는 액추에이터(70)를 작동시키고자 할 때에 유압펌프로 이용되고, 반대로 펌프/모터(40)는 액추에이터(70)의 운동에너지 또는 관성에너지에 의해 작동유가 유동될 때에 유압모터로 이용된다.
펌프/모터(40)가 유압모터로 이용될 때에는 엔진(10)에 의해 구동되는 토크에 도움이 될 수 있다. 이에 부연설명하면, 엔진(10)의 동력은 동력분배 유닛(20)에 의해 각 펌프/모터(40)의 축을 회전시키는데, 펌프/모터(40)가 액추에이터(70)에 의해 생성되는 위치에너지/관성에너지에 의해 유압모터로 작동되면 펌프/모터(40)의 축은 엔진동력에 의해 회전하던 방향으로 회전력을 더하게 되므로 엔진부하가 저감되는 효과가 있다.
한편, 복수의 펌프/모터(40)의 한쪽에는 차징 펌프(30: Charging Pump)가 구비된다. 차징 펌프(30)는 작동유를 토출하여 어큐뮬레이터(80)에 에너지를 저장한다. 여기에서 에너지는 작동유에 작용되는 압력에너지일 수 있다.
상술한 바와 같은 유압시스템은 조작부를 조작하면, 조작부의 조작에 의해 액추에이터(70)를 제어하도록 하는 용적 지령이 생성된다. 용적 지령은 펌프/모터 제어부에 제공되어 펌프/모터(40)가 제어된다.
또한, 유압시스템에는 작동유 차징 유압회로(charging system)가 도입된다, 작동유 차징 유압회로는 차징펌프(30)와 체크 밸브 유닛(50)과 릴리프 밸브(60)와 어큐뮬레이터(80)와 차징 릴리프 밸브(90)를 포함하여 구성된다.
차징 펌프(30)는 엔진 동력에 의해 작동유를 토출한다. 차징 펌프(30)에서 토출된 작동유는 어큐뮬레이터(80)에 제공된다.
체크 밸브 유닛(50)은 어큐뮬레이터(80)에서 펌프/모터(40) 또는 액추에이터(70)쪽으로 작동유가 흐르고, 체크 밸브 유닛(50)은 작동유가 역류되는 것을 방지하는 작용을 한다.
릴리프 밸브(60)는 작동유 차징 유압회로의 내에 설정된 압력을 유지하도록 하는 것으로, 설정된 압력보다 높은 압력이 형성될 때에 개방되어 작동유의 일부를 어큐뮬레이터(80)쪽으로 배출하는 작용을 한다.
어큐뮬레이터(80)는 작동유를 저장하는 것으로, 앞서 설명한 바와 같이, 작동유에 작용되는 압력 에너지가 저장되는 것이다.
차징 릴리프 밸브(90)는 차징 되는 작동유의 압력이 설정된 압력보다 높은 압력으로 형성될 때에 개방되어 작동유 차징 유압회로의 내에 설정된 압력을 일정하게 유지하도록 하는 것이다.
상술한 바와 같이 유압시스템은 펌프/모터(40)에 의해 액추에이터(70)를 직접 제어함으로써 유압손실을 획기적으로 감소시킬 수 있지만, 건설기계에는 공간적인 제한이 있으므로 펌프/모터(40)의 개수를 늘리는 데에 한계가 있다. 이에 따라 어느 특정한 펌프/모터(40)를 복수의 액추에이터(70)에서 공유하여 사용할 수 있도록 회로가 제공될 수 있다. 이와 같이 어느 특정한 펌프/모터(40)를 복수의 액추에이터에서 공유하여 사용하고자 할 때에 작동유가 흐르는 유압라인을 차단 또는 연결하는 등의 제어를 위하여 로직 밸브가 이용된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 건설기계의 유압시스템에서 비교예에 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 설명한다.
첨부도면 도 2 및 도 3은 건설기계의 유압시스템에서 비교예 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(70)의 실린더 헤드 쪽에 제1 포트(71)가 형성되고, 액추에이터(70)의 로드 쪽에 제2 포트(72)가 형성된다. 또한, 펌프/모터(40)의 양쪽 작동유 유출입 포트가 형성된다.
상술한 제1 포트(71)와 상술한 펌프/모터(40)의 작동유 유출입 포트에는 제1, 제2 유압라인(111, 112)가 연결된다. 제1 유압라인(111)과 제2 유압라인(112)에는 제1 로직 밸브(110)가 구비된다.
마찬가지로, 상술한 제2 포트(72)와 상술한 펌프/모터(40)의 작동유 유출입 포트에는 제3, 제4 유압라인(121, 122)가 연결된다. 제3 유압라인(121)과 제4 유압라인(122)에는 제2 로직 밸브(120)가 구비된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)는 액추에이터(70)의 작용이 멈춘 상태에서는 폐쇄된 상태가 유지된다. 이로써 작동유의 흐름은 차단되고, 액추에이터(70)는 작동이 멈춘 상태를 유지하는 것이다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)는 액추에이터(70)가 작용될 때에 개방된다. 이로써 펌프/모터(40)에서 토출되는 작동유에 의해 액추에이터(70)는 작동을 한다. 한편, 액추에이터(70)가 리니어 타입의 액추에이터라면 로드가 확장되거나 수축되는 방향으로 선형운동을 한다. 액추에이터(70)가 축이 회전되는 로터리 타입의 액추에이터라면 축이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동 한다.
그러나 상술한 비교예 따른 펌프/모터 제어 유압회로는 액추에이터(70)가 작동 정지상태에서 부하를 지지하고 있는 경우에, 액추에이터(70)를 작동시키고자 할 때에 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되는데, 제1, 제2 로직밸브(110, 120)가 개방되는 순간에 문제가 발생할 수 있다. 문제에 대하여 부연 설명하면 다음과 같다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(70)에서 부하가 로드를 수축시키는 방향으로 작용할 때에 제1 포트(71)쪽과 제1 로직 밸브(110)의 전단까지의 제1 유압라인(111)에는 작동유에 고압이 형성되어 있다.
반면에 제1 로직 밸브(110)부터 펌프/모터(40)까지의 제2 유압라인(112)에는 상술한 고압보다 상대적으로 낮은 저압이 형성된다.
즉, 작업자의 의도는 액추에이터(70)에서 로드를 확장되는 방향으로 작동시키고자 하더라도, 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되는 순간에 작동유의 압력차이로 인하여 순간적으로 작동유가 액추에이터(70)쪽에서 펌프/모터(40)쪽으로 흐를 수 있다. 이로써 작업자의 의지와 상관없이 액추에이터(70)의 로드가 수축되는 방향으로 작동될 수 있는 문제점이 있다.
다른 한편으로, 비교예에 따른 펌프/모터 제어유압회로는 액추에이터(70)의 고압 측의 압력이 높을수록 위험할 수 있는데, 예를 들면, 액추에이터(70)를 작동시키고자하는 방향과 부하가 작용되는 방향이 동일한 경우에 액추에이터(70)는 과도하게 빠른 속도로 작동될 수 있어 제어성이 나빠질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 첨부도면 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 첨부도면 도 4 내지 도 6은 건설기계의 유압시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 펌프/모터 제어 유압회로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 펌프/모터 제어 유압회로는 비교예의 구성과 동일하지만, 펌프/모터 제어 유압회로의 제어에서 차이가 있다. 좀 더 구체적으로는 액추에이터(70)를 작동시키도록 조작부를 조작하여 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되기 전에 또는 개방된 후에 제1 유압라인(111)의 압력과 제2 유압라인(112)의 압력을 동일/유사한 수준으로 맞추도록 하는 것이다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펌프/모터 제어 회로는 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되기 전에 또는 개방된 후에 압력을 높이는 예압(Pre-Pressurization) 작용을 수행하는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압회로는 제어부(200)가 포함된다. 제어부(200)는 조이스틱(210)을 조작함으로써 발생되는 조작신호를 수신하여 제1, 2 로직밸브(110, 120)를 개방하거나 폐쇄하도록 제어한다. 상술한 조작신호는 액추에이터(70)를 제어하기 위하여 조이스틱(210)을 조작할 때에 발생되는 것일 수 있다.
도 4는 액추에이터(70)에 부하가 작용되는 상태에서 액추에이터(70)의 작동은 멈춘 상태가 유지되는 예를 보인 것이다.
즉, 제1 포트(71)쪽에서 제1 로직 밸브(110)까지의 제1 유압라인(111)에는 고압이 형성된다. 반면에, 제1 로직 밸브(110)에서 펌프/모터(40)까지의 제2 유압라인(112)에는 상대적으로 저압이 유지된다.
도 5는 작업자가 조이스틱(210)을 조작하여 액추에이터(70)를 작동시키는 순간을 보인 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 펌프/모터(40)가 작동되어 제2 유압라인(112)쪽에 압력을 형성한다. 이때 형성된 압력은 제1 유압라인(111)에 형성된 압력과 동일/유사한 수준의 압력일 수 있다. 즉, 제1, 제2 로직밸브(110, 120)가 개방되기 전에 또는 개방된 후에 펌프/모터(40)의 작용에 의해 작동유를 제2 유압라인(112)에 흘려주는 것이다.
제어부(200)는 액추에이터(70)에 부하가 작용되고 있는 제1방향과 반대 방향으로 조작할 경우, 유압 공급측의 펌프/모터(40)와 제1 로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120) 사이의 유압라인에 압력 보상이 이루어질 때까지 제1, 제2 로직밸브(110, 120)의 개방을 지연시키는 것일 수 있다.
다른 한편으로, 조이스틱(210)을 조작하는 시점부터 제1, 제2 로직밸브(110, 120)가 개방된 시점까지의 시간(t2)이 길수록 동작 반응성이 저하될 수 있으므로 최대한 빠른 시간 안에 압력 보상을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 압력 보상 유량의 지령은 최댓값 또는 매우 높은 값으로 설정하되 압력/유량 보상시간(t1)은 짧게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 펌프/모터(40)쪽의 압력이 높을수록 누유(Leakage)가 발생할 우려가 있으므로 이를 보상하는 누유 보상유량을 수행할 보상유량 지령을 더 수행할 수 있다. 이는 다음의 표 1에 나타낸 데이터 값으로 설정될 수 있다. 표 1에 기재된 데이터는 본 발명에 따른 실시예의 이해를 돕기 위해 제시된 값으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 설정된 압력의 크기에 따라 시간과 유량의 수치 값이 달라질 수 있다.
액추에이터 압력 조이스틱
동작속도		 압력 보상
유량시간		 로직밸브
개방시간		 압력 보상
최대유량		 누유보상
최대유량
100bar 저속(Low) 20ms 40ms 60% 10%
300bar 저속(Low) 45ms 40ms 100% 25%
100bar 고속(High) 20ms 15ms 80% 10%
300bar 고속(High) 30ms 20ms 100% 30%
도 6은 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되어 펌프/모터(40)에서 토출되는 작동유에 의해 액추에이터(70)가 제어되는 예를 보인 도면이다.
앞서서, 제1 유압라인(111)과 제2 유압라인(112)의 압력을 일치시킨 상태이므로 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되더라도 양쪽의 작동유 압력은 유사한 수준이므로 작동유의 흐름은 임의방향으로 이동되지 않고, 펌프/모터(40)에서 작동유를 토출하는 방향에 따라 액추에이터(70)가 작동된다.
한편, 조이스틱(210)을 조작하여 액추에이터(70)를 작동시키려는 제1방향이 부하가 작용되는 제2방향과 동일한 경우에는, 조이스틱(210)의 급속한 조작으로 액추에이터(70)의 작동 속도를 향상시킬 수 있다.
즉, 제1방향과 제2 방향이 동일한 경우에는 방향이 다를 때보다 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)의 개방 시점을 좀 더 앞당겨 빠르게 설정할 수도 있다.
다른 한편으로, 조이스틱(210)의 조작 속도를 계측하여 빠른 조작일 경우에는 부하 하중의 힘을 이용하여 펌프/모터(40)측의 압력 보상을 일부 조정할 수 있다. 이는 부하 하중의 방향과 조이스틱(210)의 조작 방향이 일치할 경우에만 수행할 수 있다.
부하가 작용되는 방향은 액추에이터(70)의 제1, 제2 포트(71, 72)에 구비된 압력 센서에서 검출되는 압력 값에 의해 알 수 있다. 즉, 제1 포트(71)쪽에 압력이 제2 포트(72)의 압력보다 크다면 도 4에서처럼 로드가 수축되는 방향으로 부하가 작용됨을 알 수 있다.
또 다른 한편으로, 실시예에서 제1 포트(71)쪽에 고압이 형성되는 것으로 설명하고 있지만, 반대로 제2 포트(72)쪽에 고압이 형성되는 것일 때에는 제3 유압라인(121)에 고압이 형성되는 것으로 이해될 수 있다, 즉, 제3 유압라인(121)에 고압이 형성될 때의 작용은 제1 유압라인(111)에 고압이 형성될 때의 작용과 동일한 형태로 제어되는 것이다.
또한, 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)를 개방하기 전에 펌프/모터(40)에서 작동유를 토출하여 제2 유압라인(112)에 작동유 압력으로 높게 유지할 경우에 펌프/모터(40) 측에서 높은 압력이 발생될 수 있는데, 릴리프 밸브를 추가로 구비함으로써 펌프/모터 제어유압회로의 안정된 압력을 유지할 수 있다. 또한, 릴리프 밸브에 의해 과도한 고압이 억제됨으로써 누유(leakage)가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
첨부도면 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템의 펌프/모터 제어에 따라 펌프 유량과 압력의 추이를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(70)의 고압측에 압력이 형성된 상태일 때에 펌프/모터(40) 측의 압력은 상대적으로 저압일 수 있다.
조이스틱(210)을 조작하는 순간부터 제1, 제2 로직밸브(110, 120)의 개방지령이 발생하고, 로직밸브 개방지령 시점부터 압력/유량 보상시간(t1)동안에 압력 보상 유량이 펌프/모터(40)로부터 토출되어 압력과 유량이 보상된다. 이때 압력 보상 값은 앞서 설명한 바와 같이, 최댓값의 압력 보상 최대유량(b1)으로 보상이 이루어진다.
또한, 조이스틱(210)을 조작하는 순간부터 제1, 제2 로직밸브(110, 120)의 개방지령이 발생한다. 로직 밸브 개방시간(t2)이 경과될 때에 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 완전하게 개방된다.
제1, 제2 로직밸브(110, 120)가 완전하게 개방되는 직후까지 누유 보상 최대유량(b2)이 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 다른 건설기계의 유압시스템의 펌프/모터 제어 유압회로는 액추에이터(70)에 부하가 작용되고 있더라도, 펌프/모터 제어 유압회로 내에는 부하에 의해 형성된 고압과 동일한 수준으로 압력을 형성시켜 줌으로써 액추에이터(70)을 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 종래의 유압시스템에 구비되었던 메인컨트롤 밸브를 배제함으로써 작동유의 압력손실의 주된 요인을 배제함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 액추에이터(70)에 제공되는 유압라인(111, 112, 121, 122 참조)에 각각 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 구비되고, 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)의 잠금에 의해 액추에이터(70)의 작동을 멈춘 상태에서 상기 액추에이터(70)를 작동시키고자 할 때에, 부하가 액추에이터(70)에 작용되더라도 펌프/모터(40)와 제1, 제2 로직 밸브(110, 120) 구간에 압력을 미리 상승시킴으로써 압력 차이를 해소할 수 있고, 이로써 액추에이터(70)는 부하에 영향을 받지 않고 소망하는 작동을 구현할 수 있다. 즉, 액추에이터의 조작 제어성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 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 제2 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 액추에이터마다 전용 펌프/모터가 구비되어 펌프/모터의 제어에 의해 액추에이터가 작동되도록 하는 유압시스템을 제어하는 데에 이용될 수 있다.
10: 엔진 20: 동력 분배 유닛
30: 차장 펌프(Charging Pump) 40: 펌프/모터
50: 체크 밸브 유닛 60: 릴리프 밸브
70: 액추에이터 71, 72: 제1, 제2 포트
80: 어큐뮬레이터(Accumulator) 90: 차징 릴리프 밸브
110, 120: 제1, 제2 로직 밸브
111, 112, 121, 122: 제1 ~ 제4 유압라인
200: 제어부 210: 조이스틱

Claims (10)

  1. 펌프작용과 모터작용을 겸하는 펌프/모터(40);
    유압라인을 통해 상기 펌프/모터(40)와 연결되는 제1 포트(71)와 제2 포트(72)를 가지며, 상기 펌프/모터(40)로부터 제공되는 작동유에 의해 작동되는 액추에이터(70);
    상기 유압라인에 설치되어 상기 유압라인을 개폐하는 제1 로직 밸브(110) 및 제2 로직 밸브(120)
    를 포함하고,
    상기 제1 포트(71) 또는 상기 제2 포트(72) 중에 높은 쪽의 제1 압력이 상기 펌프/모터(40)쪽의 제2 압력보다 큰 경우에, 조작부가 조작된 시점부터 상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)가 개방되기 전에 상기 제1 압력과 상기 제2 압력을 동일하게 맞추도록 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터(70)에 작용되는 부하의 제1 방향과 상기 액추에이터(70)를 작동시키려는 제2방향으로 정의될 때에,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 일치되면 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 다른 경우일 때보다 상기 제1, 제2 로직 밸브(110, 120)의 개방시점이 빠르게 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제2압력을 상승시킬 때에,
    압력/유량 보상시간(t1)동안에 작동유의 유량은 최댓값으로 토출되게 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프/모터(40)이 작동되어 상기 제2압력을 상승시킬 때에,
    작동유 누유(leakage)에 대한 보상으로 누유보상 유량이 최댓값으로 토출되게 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2압력이 설정압력을 유지하도록 상기 유압라인에 연결된 릴리프 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  6. 펌프작용과 모터작용을 겸하는 펌프/모터(40);
    입구포트와 출구포트가 상기 펌프/모터(40)와 유압라인으로 연결된 액추에이터(70);
    상기 유압라인을 개방 또는 폐쇄하도록 상기 유압라인 상에 설치된 제1, 2 로직밸브(110, 120); 및
    상기 액추에이터(70)에 대한 조작 신호에 따라 상기 제1, 2 로직밸브(110, 120)를 개방 또는 폐쇄하도록 제어하는 제어부(200)
    를 포함하고;
    상기 조작 신호가 상기 액추에이터(70)에 부하가 작용되고 있는 방향과 반대 방향으로 조작할 경우, 상기 제어부(200)는 유압 공급측의 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1 로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120) 사이의 유압라인에 압력 보상이 이루어질 때까지 상기 제1, 제2 로직밸브(110, 120)의 개방을 지연시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부(200)는,
    상기 액추에이터(70)가 부하가 작용되고 있는 제1 방향과 동일한 방향으로 조작할 경우에는, 상기 반대 방향으로 조작하는 경우보다 상기 제1, 2 로직 밸브(110, 120)의 개방지연 시간을 더 짧게 제어하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1, 2 로직밸브(110, 120)의 개방 지연 시간은,
    유압 공급측의 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120) 사이의 유압라인 압력이 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2 로직밸브(120)와 상기 액추에이터(70) 사이의 유압라인의 압력과 동등해 질 때까지인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 상기 펌프/모터(40)와 상기 제1로직밸브(110) 또는 제2로직밸브(120) 사이의 유압라인에 압력 보상은,
    상기 펌프/모터(40)에서 토출되는 유압으로 채워지는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제1, 2 로직 밸브(110, 120)와 상기 액추에이터(70)를 연결하는 상기 유압라인 상에는 설정압력을 유지하도록 릴리프 밸브(60);
    가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
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