KR102175667B1 - 건설기계의 유압시스템 - Google Patents

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KR102175667B1
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이태엽
김태인
이종찬
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현대건설기계 주식회사
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Abstract

본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것으로서, 원격조작장치의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템으로서, 상기 원격조작장치와 파일럿펌프와 사이에 마련되어 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 조절하는 압력제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건설기계의 유압시스템{Hydraulic System for Construction Equipment}
본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것이다.
건설 현장이나 토목 현장 등의 작업 현장에서는 다양한 건설기계가 사용된다. 건설기계는 도로, 하천, 항만, 철도, 플랜트 등과 같은 공사별로 각각 그 특성에 적합한 기계구조 및 성능을 보유하게 된다. 즉 건설기계는 산업 현장에서 이루어지는 작업의 다양성으로 인해, 굴삭장비, 적재장비, 운반장비, 하역장비, 다짐장비, 기초공사장비 등으로 구분될 수 있으며, 구체적으로는 굴삭기, 휠로더, 지게차, 불도저, 트럭, 롤러, 크레인 등과 같이 상당히 많은 종류의 장비를 포함하는 개념이다.
건설기계의 작업장치는 압유의 흐름을 제어하는 메인컨트롤밸브(MCV)에 의해 작업을 수행한다.
메인컨트롤밸브는, MCV 스풀밸브의 양측 파일럿포트에 개별 연결된 EPPR 밸브를 활용하여 파일럿압유의 압력을 직접 제어하는 EPPR 밸브 기반의 전자식 메인컨트롤밸브와, 원격조작장치(RCV)의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브로 구분될 수 있다.
EPPR 밸브 기반의 전자식 메인컨트롤밸브가 적용된 건설기계의 유압시스템은, 최근 개발 연구가 진행되고 있는 추세이고, 이러한 유압시스템의 경우 RCV 레버 연동 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브와 달리 RCV 레버의 조작량 정보에만 종속되지 않아 MCV 스풀밸브의 개구 제어 자유도가 높아 중력 방향으로 구동되는 작업장치(meter-out 유량제어가 필요한 작업장치)에 고중량의 작업물이 고정되어 있는 경우와 같은 작업조건에서도 적절한 스풀밸브 개구 제어가 가능하여 보다 정밀한 작업장치 동작제어가 가능하다.
그런데 EPPR 밸브 기반의 전자식 메인컨트롤밸브의 경우, RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브에 비해 유압시스템의 구성 비용이 높다는 단점이 있다.
RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브가 적용된 건설기계의 유압시스템은, 건설기계 유로 및 유량제어를 위해 널리 사용되고 있다.
이러한 유압시스템은 펌프유량이 메인컨트롤밸브의 MCV 스풀밸브 유로를 통해 각 작업장치로 전달된다. 이때, 메인컨트롤밸브에서 각 작업장치로의 유로를 제어하는 것은 MCV 스풀밸브이다.
그런데 MCV 스풀밸브의 개구는, RCV 레버의 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 결정되는 것으로, 전자제어에 의한 제어 자유도가 낮다는 문제가 있다.
또한, MCV 스풀밸브의 개구는, 작업장치에 가해지는 부하량에 관계없이 RCV 레버의 조작량에 따라 결정되는데, 이때 중력 방향으로 구동되는 작업장치(meter-out 유량제어가 필요한 작업장치)에 고중량의 작업물이 고정되어 있는 경우, 고정되어 있지 않은 경우에 비해 작업장치가 더 빠르게 하강하여 펌프 공급유량 대비 탱크 리턴 유량의 상대적 과다로 인한 캐비테이션과 그에 따른 비정형의 압력충격 발생으로 조작성 저하를 초래하며, 또한 미세한 조작이 어려움에 따른 위험으로 인해 안전성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원격조작장치(RCV)의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템에서, 작업조건에 따라 동일한 RCV 레버의 조작 상태에서도 MCV 스풀밸브의 개구를 가변제어가 가능하도록 하여, 다양한 작업조건에서도 작업장치 캐비테이션과 급격한 하강을 방지할 수 있고, 정밀한 동작제어가 가능하도록 하는 건설기계의 유압시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 건설기계의 유압시스템은, 원격조작장치의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템으로서, 상기 원격조작장치와 파일럿펌프와 사이에 마련되어 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 조절하는 압력제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 압력제어밸브는, 메인컨트롤유닛으로부터 입력되는 제어전류에 따라 기준압력 가변 설정이 가능한 전자비례제어감압밸브일 수 있다.
구체적으로, 상기 압력제어밸브는, 상기 파일럿압유의 압력을 메인컨트롤유닛으로부터 출력되는 제어전류량에 비례하여 감압하여, 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 제한할 수 있다.
구체적으로, 상기 압력제어밸브는, 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 0 bar 에서부터 설정된 압력까지 시간에 따른 증가 기울기를 제어 시 상기 MCV 스풀밸브에 인가되는 상기 파일럿압유의 압력 시간에 따른 압력 형성 기울기가 조정될 수 있다.
구체적으로, 상기 압력제어밸브는, 상기 파일럿펌프와 상기 원격조작장치 사이를 연결하는 메인 파일럿라인 상에 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 건설기계는, 상기에 기재된 유압시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 원격조작장치(RCV)의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템에서, 원격조작장치에 공급되는 파일럿압유의 압력을 조절하는 압력제어밸브를 마련함으로써, meter-out 제어되는 작업장치에 고중량의 부하물이 고정된 조건에서 RCV 레버를 최대 조작한 경우에도 압력제어밸브를 통해 원격조작장치에 공급되는 파일럿압유의 압력을 감소시키면 실제 MCV 스풀밸브의 개구를 작게 제어 가능하여 부하물을 충분히 천천히 하강시킬 수 있어, 과부하 중량물 작업 시 작업장치 meter-out 구동 중 조작성을 향상시키고 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 기존의 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브에 압력제어밸브를 1개만 추가함으로써, 기존의 EPPR 밸브 기반의 전자식 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템과 유사한 성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 압력제어밸브가 메인컨트롤유닛(MCU)으로부터 입력되는 제어전류에 따라 기준압력 가변 설정이 가능하여 압력제어밸브를 응용한 작업 편의모드의 구현이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 원격조작장치에 공급되는 파일럿압유의 압력을 0 bar 에서부터 설정된 압력까지 시간에 따른 증가 기울기를 제어 시 실제 MCV 스풀밸브에 인가되는 파일럿압유의 압력 시간에 따른 압력 형성 기울기가 조정됨으로써, 작업장치 동작 반응성 차별화가 가능하여, 기민한 동작 모드, 부드러운 동작 모드 등을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 유압회로도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 유압회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템(100)은, 원격조작장치의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템으로서, 유압펌프(110), 작업장치(120), MCV 스풀밸브(130), 파일럿펌프(140), 원격조작장치(150), 압력제어밸브(160)를 포함할 수 있다.
유압펌프(110)는, MCV 스풀밸브(130)를 통해 작업장치(120)에 압유를 공급할 수 있다.
작업장치(120)는, 제1 압유라인(101)과 제2 압유라인(102)에 의해 MCV 스풀밸브(130)과 연결되고, MCV 스풀밸브(130)의 제어에 의해 유압펌프(110)로부터 압유를 공급받아 작업을 수행할 수 있다.
작업장치(120)는, 건설기계에서 붐, 암, 버켓, 선회장치 및 옵션장치 등과 같은 장치일 수 있다.
상기에서, 제1 압유라인(101)은 작업장치(120)의 헤드챔버(121)에 연결되고, 제2 압유라인(102)은 작업장치(120)의 로드챔버(122)에 연결될 수 있다.
MCV 스풀밸브(130)는, 작업장치(120)로 공급되는 압유의 흐름을 제어할 수 있다.
MCV 스풀밸브(130)는, 파일럿펌프(140)로부터 공급되는 파일럿압유에 의해 변위되어 유압펌프(110)로부터 작업장치(120)로 공급되는 압유의 흐름을 제어할 수 있다. 건설기계에서, 메인컨트롤밸브(MCV)는 작업장치(120)를 제어하는 각종 스풀과 밸브로 구성되는데, 본 발명의 MCV 스풀밸브(130)은 메인컨트롤밸브의 구성 중 하나일 수 있다.
이러한 MCV 스풀밸브(130)은, 일단부에 마련되는 제1 파일럿포트(131)가 메인 파일럿라인(103)과 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되는 제1 파일럿라인(103a)에 의해 파일럿펌프(140)와 연결될 수 있고, 타단부에 마련되는 제2 파일럿포트(132)가 메인 파일럿라인(103)과 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되는 제2 파일럿라인(103b)에 의해 파일럿펌프(140)와 연결될 수 있으며, 제1 파일럿라인(103a) 또는 제2 파일럿라인(103b)을 통해 공급되는 파일럿압유에 의해 변위될 수 있다.
상기에서, 메인 파일럿라인(103)은, 파일럿펌프(140)와 원격조작장치(150) 사이에 마련될 수 있으며, 파일럿펌프(140)로부터 토출되는 파일럿압유를 원격조작장치(150)로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 메인 파일럿라인(103) 상에는 압력제어밸브(160)가 마련될 수 있다.
제1 파일럿라인(103a)은, 원격조작장치(150)에서 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되어 원격조작장치(150)와 MCV 스풀밸브(130)의 제1 파일럿포트(131) 사이에 마련될 수 있으며, 원격조작장치(150)의 RCV 레버(153) 조작에 따라 파일럿압유를 제1 파일럿포트(131)로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제1 파일럿라인(103a) 상에는 원격조작장치(150)의 제1 RCV 밸브(151)가 마련될 수 있다.
제2 파일럿라인(103b)은, 원격조작장치(150)에서 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되어 원격조작장치(150)와 MCV 스풀밸브(130)의 제2 파일럿포트(132) 사이에 마련될 수 있으며, 원격조작장치(150)의 RCV 레버(153)의 조작에 따라 파일럿압유를 제2 파일럿포트(132)로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제2 파일럿라인(103b) 상에는 원격조작장치(150)의 제2 RCV 밸브(152)가 마련될 수 있다.
또한, MCV 스풀밸브(130)는, 제1 압유라인(101)에 의해 작업장치(120)의 헤드챔버(121)와 연결되고, 제2 압유라인(102)에 의해 작업장치(120)의 로드챔버(122)와 연결될 수 있으며, 제1 압유라인(101)과 제2 압유라인(102)을 통해 압유가 작업장치(120)에 공급, 배출 또는 차단되도록 제어함으로써, 작업장치(120)의 작동을 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 MCV 스풀밸브(130)는, 원격조작장치(150)의 RCV 레버(153) 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 개구가 결정되며, 이때 파일럿압유는 원격조작장치(150)에 공급되기 전에 압력제어밸브(160)에 의해 압력이 조절될 수 있다.
파일럿펌프(140)는, 파일럿압유를 MCV 스풀밸브(130)에 공급하여 MCV 스풀밸브(130)이 변위되도록 할 수 있다.
이러한 파일럿펌프(140)는, 메인 파일럿라인(103)과 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되는 제1 파일럿라인(103a)을 통해 MCV 스풀밸브(130)의 일단부인 제1 파일럿포트(131)에 파일럿압유를 공급하여 MCV 스풀밸브(130)이 일측방향으로 변위되도록 하고, 메인 파일럿라인(103)과 메인 파일럿라인(103)으로부터 분지되는 제2 파일럿라인(103b)을 통해 MCV 스풀밸브(130)의 타단부인 제2 파일럿포트(132)에 파일럿압유를 공급하여 MCV 스풀밸브(130)이 타측방향으로 변위되도록 할 수 있다.
원격조작장치(150)는, 메인 파일럿라인(103)에 의해 파일럿펌프(140)와 연결되고, 제1 파일럿라인(103a)과 제2 파일럿라인(103b)에 의해 MCV 스풀밸브(130)와 연결될 수 있으며, 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하여 MCV 스풀밸브(130)에 파일럿압유를 공급함으로써, MCV 스풀밸브(130)를 변위시킬 수 있다.
원격조작장치(150), 조작량에 비례하여 파일럿압유의 압력을 생성할 수 있으며, 제1 RCV 밸브(151), 제2 RCV 밸브(152), RCV 레버(153)를 포함할 수 있다.
제1 RCV 밸브(151)는, 제1 파일럿라인(103a) 상에 마련될 수 있으며, RCV 레버(153)의 조작에 의해 작동될 수 있다.
제2 RCV 밸브(152)는, 제2 파일럿라인(103b) 상에 마련될 수 있으며, RCV 레버(153)의 조작에 의해 작동될 수 있다.
RCV 레버(153)는 제1 RCV 밸브(151)와 제2 RCV 밸브(152)에 연결되도록 마련될 수 있으며, 조작에 의해 제1 RCV 밸브(151) 또는 제2 RCV 밸브(152)를 작동시킬 수 있다.
압력제어밸브(160)는, 파일럿펌프(140)와 원격조작장치(150) 사이를 연결하는 메인 파일럿라인(103) 상에 마련될 수 있으며, 파일럿펌프(140)로부터 토출되는 파일럿압유가 원격조작장치(150)에 공급되기 전에 파일럿압유의 압력을 조절할 수 있다.
압력제어밸브(160)는, 건설기계의 메인컨트롤유닛(MCU)으로부터 입력되는 제어전류에 따라 기준압력 가변 설정이 가능하며, 전자비례제어감압밸브일 수 있다.
이러한 압력제어밸브(160)는, 파일럿압유의 압력을 메인컨트롤유닛으로부터 출력되는 제어전류량에 비례하여 감압함으로써, 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 제한할 수 있어, MCV 스풀밸브(130)에 인가되는 RCV 레버(153)의 조작에 따른 최대 파일럿압유의 압력과 MCV 스풀밸브(130) 최대 개구의 제한이 가능해 진다. 이로써 meter-out 제어되는 작업장치(120)에 고중량의 부하물이 고정된 조건에서 RCV 레버(153)를 최대 조작한 경우에도 압력제어밸브(160)를 통해 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 감소시키면 실제 MCV 스풀밸브(130) 개구를 작게 제어 가능하여 부하물이 충분히 천천히 하강시킬 수 있다.
또한, 압력제어밸브(160)는, 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 0 bar 에서부터 설정된 압력까지 시간에 따른 증가 기울기를 제어 시 실제 MCV 스풀밸브(130)에 인가되는 파일럿압유의 압력 시간에 따른 압력 형성 기울기가 조정될 수 있어, 작업장치 동작 반응성 차별화를 가능하게 한다.
이와 같이 본 실시예는, 원격조작장치의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브(130)의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템에서, 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 조절하는 압력제어밸브(160)를 마련함으로써, meter-out 제어되는 작업장치(120)에 고중량의 부하물이 고정된 조건에서 RCV 레버(153)를 최대 조작한 경우에도 압력제어밸브(160)를 통해 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 감소시키면 실제 MCV 스풀밸브(130)의 개구를 작게 제어 가능하여 부하물을 충분히 천천히 하강시킬 수 있어, 과부하 중량물 작업 시 작업장치 meter-out 구동 중 조작성을 향상시키고 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 기존의 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브에 압력제어밸브(160)를 1개만 추가함으로써, 기존의 EPPR 밸브 기반의 전자식 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템과 유사한 성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 압력제어밸브(160)가 메인컨트롤유닛(MCU)으로부터 입력되는 제어전류에 따라 기준압력 가변 설정이 가능하여 압력제어밸브(160)를 응용한 작업 편의모드의 구현이 가능할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 원격조작장치(150)에 공급되는 파일럿압유의 압력을 0 bar 에서부터 설정된 압력까지 시간에 따른 증가 기울기를 제어 시 실제 MCV 스풀밸브(130)에 인가되는 파일럿압유의 압력 시간에 따른 압력 형성 기울기가 조정됨으로써, 작업장치(120) 동작 반응성 차별화가 가능하여, 기민한 동작 모드, 부드러운 동작 모드 등을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유압시스템 101: 제1 압유라인
102: 제2 압유라인 103: 메인 파일럿라인
103a: 제1 파일럿라인 103b: 제2 파일럿라인
110: 유압펌프 120: 작업장치
121: 헤드챔버 122: 로드챔버
130: MCV 스풀밸브 131: 제1 파일럿포트
132: 제2 파일럿포트 140: 파일럿펌프
150: 원격조작장치 151: 제1 RCV 밸브
152: 제2 RCV 밸브 153: RCV 레버
160: 압력제어밸브

Claims (6)

  1. 원격조작장치의 RCV 레버 조작량에 비례하여 생성되는 파일럿압유의 압력에 종속되어 MCV 스풀밸브의 개구가 결정되는 RCV 레버 연동 MCV 스풀밸브 기반의 메인컨트롤밸브를 사용하는 유압시스템으로서,
    상기 원격조작장치와 파일럿펌프와 사이에 마련되어 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 조절하는 압력제어밸브를 포함하고,
    상기 압력제어밸브는,
    상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 0 bar 에서부터 설정된 압력까지 시간에 따른 증가 기울기를 제어 시 상기 MCV 스풀밸브에 인가되는 상기 파일럿압유의 압력 시간에 따른 압력 형성 기울기가 조정되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력제어밸브는,
    메인컨트롤유닛으로부터 입력되는 제어전류에 따라 기준압력 가변 설정이 가능한 전자비례제어감압밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력제어밸브는,
    상기 파일럿압유의 압력을 메인컨트롤유닛으로부터 출력되는 제어전류량에 비례하여 감압하여, 상기 원격조작장치에 공급되는 상기 파일럿압유의 압력을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 압력제어밸브는,
    상기 파일럿펌프와 상기 원격조작장치 사이를 연결하는 메인 파일럿라인 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  6. 제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 따른 상기 유압시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 건설기계.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04140330A (ja) * 1990-09-28 1992-05-14 Yutani Heavy Ind Ltd 建設機械の操作系油圧回路
JPH0960050A (ja) * 1995-08-29 1997-03-04 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機の干渉防止装置

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