KR102333767B1

KR102333767B1 - 쇼벨 및 쇼벨용 컨트롤밸브

Info

Publication number: KR102333767B1
Application number: KR1020187028487A
Authority: KR
Inventors: 요우지 미사키
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2021-11-30
Also published as: CN108884666A; EP3434832A4; WO2017164175A1; US11060263B2; JP6776334B2; JPWO2017164175A1; KR20180125492A; EP3434832A1; US20190024343A1

Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체(1)과, 하부주행체(1) 상에 탑재되는 상부선회체(3)과, 상부선회체(3)에 탑재되는 엔진(11)과, 엔진(11)에 연결된 메인펌프(14)와, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유에 의하여 구동되어 암(5)를 움직이는 암실린더(8)과, 메인펌프(14)로부터 암실린더(8)에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제어밸브(176A)와, 암실린더(8)로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제어밸브(177A)와, 제어밸브(177A)의 개폐를 제어하는 컨트롤러(30)을 갖는다.

Description

쇼벨 및 쇼벨용 컨트롤밸브

본 발명은, 유압실린더로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 조정하는 제어밸브를 구비한 쇼벨 및 그 쇼벨에 탑재되는 쇼벨용 컨트롤밸브에 관한 것이다.

유압실린더로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 조정하는 제어밸브를 구비한 쇼벨이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

이 제어밸브는, 유압실린더와 작동유탱크를 연통시키는 내부유로를 포함하는 밸브위치를 전환 가능하게 갖는다. 그 내부유로에는 유압실린더의 동작속도를 억제할 수 있도록 제1 스로틀이 형성되어 있다.

또한, 특허문헌 1의 쇼벨은, 제어밸브와 작동유탱크의 사이의 복귀유라인에 전환밸브를 구비한다. 전환밸브는, 제2 스로틀이 있는 내부유로를 포함하는 밸브위치와 제2 스로틀이 없는 내부유로를 포함하는 밸브위치를 전환 가능하다.

이 구성에 의하여, 특허문헌 1의 쇼벨은, 직렬로 접속된 제1 스로틀과 제2 스로틀을 포함하는 유로를 통하여 유압실린더로부터 작동유탱크에 작동유를 흘려보낼 수 있다. 그 결과, 제1 스로틀의 개구면적을 약간 크게 설정할 수 있어, 전환밸브가 없는 경우에 비하여, 작동유가 제1 스로틀을 통과할 때의 유체음을 저감시키고 있다.

특허문헌 1: 일본 공개 실용신안공보 평4-25001호

그러나, 특허문헌 1의 쇼벨은, 유압실린더로부터 작동유탱크에 작동유를 흘려보낼 때에 스로틀을 통과시키는 것에 변화는 없다. 이로 인하여, 예를 들면 공중에서 암을 폐쇄하는 경우에는 암의 폐쇄속도를 적절히 억제할 수 있지만, 굴삭작업을 위하여 암을 폐쇄하는 경우에는 스로틀에서 불필요한 압력손실을 발생시키게 된다.

상술에 감안하여, 유압실린더로부터 작동유탱크에 작동유를 흘려보낼 때에 발생하는 압력손실을 필요에 따라 저감시키는 쇼벨을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상기 하부주행체 상에 탑재되는 상부선회체와, 상기 상부선회체에 탑재되는 엔진과, 상기 엔진에 연결된 유압펌프와, 상기 유압펌프가 토출하는 작동유에 의하여 구동되어 작업요소를 움직이는 유압액추에이터와, 상기 유압펌프로부터 상기 유압액추에이터에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제1 제어밸브와, 상기 유압액추에이터로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제2 제어밸브와, 상기 제2 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어장치를 갖는다.

상술한 수단에 의하여, 유압실린더로부터 작동유탱크에 작동유를 흘려보낼 때에 발생하는 압력손실을 필요에 따라 저감시키는 쇼벨을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 컨트롤밸브의 부분단면도이다.
도 5는 제2 제어밸브의 부분단면도이다.
도 6은 암용 제1 제어밸브의 부분단면도이다.
도 7은 미터아웃처리의 일례의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 고부하작업이 행해지고 있을 때의 상태를 나타내는 컨트롤밸브의 부분단면도이다.
도 9는 저부하작업이 행해지고 있을 때의 상태를 나타내는 컨트롤밸브의 부분단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 건설기계로서의 쇼벨(굴삭기)에 대하여 설명한다. 도 1은, 쇼벨의 측면도이다. 도 1에 나타내는 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)이 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 작업요소로서의 붐(4)가 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는, 작업요소로서의 암(5)가 장착되고, 암(5)의 선단에 작업요소 및 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진(11) 등의 동력원이 탑재되어 있다.

도 2는, 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이며, 기계적 동력전달라인, 작동유라인, 파일럿라인, 및 전기제어라인을 각각 이중선, 굵은 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

쇼벨의 구동계는, 주로 엔진(11), 레귤레이터(13), 메인펌프(14), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 압력센서(29), 컨트롤러(30), 및 압력제어밸브(31)을 포함한다.

엔진(11)은, 쇼벨의 구동원이다. 본 실시예에서는, 엔진(11)은, 예를 들면 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 내연기관으로서의 디젤엔진이다. 엔진(11)의 출력축은, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)의 입력축에 연결되어 있다.

메인펌프(14)는, 작동유라인을 통하여 작동유를 컨트롤밸브(17)에 공급한다. 메인펌프(14)는, 예를 들면 사판식 가변용량형 유압펌프이다.

레귤레이터(13)은, 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다. 본 실시예에서는, 레귤레이터(13)은, 예를 들면 메인펌프(14)의 토출압, 컨트롤러(30)으로부터의 제어신호 등에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각(斜板傾轉角)을 조절함으로써 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.

파일럿펌프(15)는, 파일럿라인을 통하여 조작장치(26) 및 압력제어밸브(31)을 포함하는 각종 유압제어기기에 작동유를 공급한다. 파일럿펌프(15)는, 예를 들면 고정용량형 유압펌프이다.

컨트롤밸브(17)은, 쇼벨에 있어서의 유압시스템을 제어하는 유압제어장치이다. 구체적으로는, 컨트롤밸브(17)은, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브(제1 스풀밸브)로서의 제어밸브(171~176)과 제2 제어밸브(제2 스풀밸브)로서의 제어밸브(177)을 포함한다. 그리고, 컨트롤밸브(17)은, 이들 제어밸브(171~176)을 통하여, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유를 하나 또는 복수의 유압액추에이터에 선택적으로 공급한다. 제어밸브(171~176)은, 메인펌프(14)로부터 유압액추에이터에 흐르는 작동유의 유량, 및 유압액추에이터로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어한다. 유압액추에이터는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 좌측 주행용 유압모터(1A), 우측 주행용 유압모터(1B), 및 선회용 유압모터(2A)를 포함한다. 컨트롤밸브(17)은, 제어밸브(177)을 통하여, 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 작동유탱크에 선택적으로 유출시킨다. 제어밸브(177)은, 유압액추에이터로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어한다.

조작장치(26)은, 조작자가 유압액추에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이다. 본 실시예에서는, 조작장치(26)은, 파일럿라인을 통하여, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 유압액추에이터의 각각에 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급한다. 파일럿포트의 각각에 공급되는 작동유의 압력(파일럿압)은, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 레버 또는 페달(도시하지 않음)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이다.

압력센서(29)는, 조작장치(26)을 이용한 조작자의 조작내용을 검출한다. 압력센서(29)는, 예를 들면 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 레버 또는 페달의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작장치(26)의 조작내용은, 압력센서 이외의 다른 센서를 이용하여 검출되어도 된다.

컨트롤러(30)은, 쇼벨을 제어하기 위한 제어장치이다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)은, 예를 들면 CPU, RAM, ROM 등을 구비한 컴퓨터로 구성된다. 컨트롤러(30)은, 작업내용판정부(300) 및 미터아웃제어부(301)의 각각에 대응하는 프로그램을 ROM으로부터 읽어내고 RAM에 로드하여, 각각에 대응하는 처리를 CPU에 실행시킨다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)은, 각종 센서의 출력에 근거하여 작업내용판정부(300) 및 미터아웃제어부(301)의 각각에 의한 처리를 실행한다. 그 후, 컨트롤러(30)은, 작업내용판정부(300) 및 미터아웃제어부(301)의 각각의 처리결과에 따른 제어신호를 적절히 레귤레이터(13), 압력제어밸브(31) 등에 대하여 출력한다.

예를 들면, 작업내용판정부(300)은, 암(5)의 폐쇄동작이 굴삭작업 등의 고부하작업을 위한 동작인지 혹은 정지(整地)작업 등의 저부하작업을 위한 동작인지를 판정한다. 본 실시예에서는, 작업내용판정부(300)은, 암실린더(8)의 보텀측 오일챔버의 압력을 검출하는 암보텀압센서의 검출값이 소정값 이상인 경우에 고부하작업을 위한 동작이라고 판정한다. 그리고, 고부하작업이라고 작업내용판정부(300)이 판정한 경우, 미터아웃제어부(301)은 압력제어밸브(31)에 대하여 제어지령을 출력한다.

압력제어밸브(31)은, 컨트롤러(30)이 출력하는 제어지령에 따라 동작한다. 본 실시예에서는, 압력제어밸브(31)은, 컨트롤러(30)이 출력하는 전류지령에 따라 파일럿펌프(15)로부터 컨트롤밸브(17) 내의 제어밸브(177)의 파일럿포트에 도입되는 제어압을 조정하는 전자밸브이다. 컨트롤러(30)은, 예를 들면 암실린더(8)의 로드측 오일챔버와 작동유탱크를 연결하는 관로에 설치되어 있는 제어밸브(177)을 작동시켜 제어밸브(177)에 관한 유로의 개구면적을 증대시킨다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)은, 고부하작업을 위하여 암(5)를 폐쇄할 때에 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유가 발생시키는 압력손실을 저감시킬 수 있다.

작업내용판정부(300)은, 붐(4)의 하강동작이 고부하작업을 위한 동작인지 혹은 저부하작업을 위한 동작인지를 판정해도 된다. 이 경우, 작업내용판정부(300)은, 붐실린더(7)의 로드측 오일챔버의 압력을 검출하는 붐로드압센서의 검출값이 소정값 이상인 경우에 고부하작업을 위한 동작이라고 판정한다. 그리고, 고부하작업이라고 작업내용판정부(300)이 판정한 경우, 미터아웃제어부(301)은 압력제어밸브(31)에 대하여 제어지령을 출력한다. 압력제어밸브(31)은, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버와 작동유탱크를 연결하는 관로에 설치되어 있는 제어밸브(177)을 작동시켜 제어밸브(177)에 관한 유로의 개구면적을 증대시킨다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)은, 고부하작업을 위하여 붐(4)를 하강시킬 때에 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유가 발생시키는 압력손실을 저감시킬 수 있다.

작업내용판정부(300)은, 붐하강 시에 회생이 행해지는지 여부를 판정해도 된다. 붐하강 시의 회생은, 예를 들면 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 유출되는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 오일챔버에 유입시켜 암(5)를 개방하는 제어이다. 작업내용판정부(300)은, 예를 들면 압력센서(29)의 출력에 근거하여 붐하강 시의 회생이 행해지는지 여부를 판정한다. 그리고, 붐하강 시의 회생이 행해지고 있다고 작업내용판정부(300)이 판정한 경우, 미터아웃제어부(301)은 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버와 작동유탱크를 연결하는 관로에 설치되어 있는 제어밸브에 관한 유로의 개구면적을 저감시킨다. 예를 들면, 미터아웃제어부(301)은, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 제1 제어밸브(제어밸브(175))로의 작동유의 흐름을 임의의 수단으로 차단한다. 그리고, 압력제어밸브(31)에 대하여 제어지령을 출력하여, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버와 작동유탱크를 연결하는 관로에 설치되어 있는 제2 제어밸브(제어밸브(177))에 관한 유로의 개구면적을 조정한다. 전형적으로는, 제2 제어밸브에 관한 유로의 개구면적은, 붐하강 시의 회생이 행해지지 않았다고 판정되었을 때의 제1 제어밸브에 관한 유로의 개구면적보다 작아지도록 조정된다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)은, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 암실린더(8)의 로드측 오일챔버에 흐르는 작동유의 양(회생량)을 증대시킬 수 있다.

다음으로 도 3을 참조하여, 쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 상세에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도이다. 도 3은, 도 2와 마찬가지로, 기계적 동력전달라인, 작동유라인, 파일럿라인, 및 전기제어라인을, 각각 이중선, 굵은 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

도 3에 있어서, 유압시스템은, 엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(14L, 14R)로부터, 센터바이패스관로(40L, 40R), 패럴렐관로(42L, 42R)을 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시킨다. 메인펌프(14L, 14R)은, 도 2의 메인펌프(14)에 대응한다.

센터바이패스관로(40L)은, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 제어밸브(171, 173, 175A 및 176A)를 통과하는 작동유라인이다. 센터바이패스관로(40R)은, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 제어밸브(172, 174, 175B 및 176B)를 통과하는 작동유라인이다.

제어밸브(171)은, 메인펌프(14L)이 토출하는 작동유를 좌측 주행용 유압모터(1A)로 공급하고, 또한 좌측 주행용 유압모터(1A)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

제어밸브(172)는, 메인펌프(14R)이 토출하는 작동유를 우측 주행용 유압모터(1B)로 공급하고, 또한 우측 주행용 유압모터(1B)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

제어밸브(173)은, 메인펌프(14L)이 토출하는 작동유를 선회용 유압모터(2A)로 공급하고, 또한 선회용 유압모터(2A)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

제어밸브(174)는, 메인펌프(14R)이 토출하는 작동유를 버킷실린더(9)로 공급하고, 또한 버킷실린더(9) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위한 스풀밸브이다.

제어밸브(175A, 175B)는, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유를 붐실린더(7)로 공급하고, 또한 붐실린더(7) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 붐용 제1 제어밸브로서의 스풀밸브이다. 본 실시예에서는, 제어밸브(175A)는, 붐(4)의 상승조작이 행해진 경우에만 작동하고, 붐(4)의 하강조작이 행해진 경우에는 작동하지 않는다.

제어밸브(176A, 176B)는, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유를 암실린더(8)로 공급하고, 또한 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 암용 제1 제어밸브로서의 스풀밸브이다.

제어밸브(177A)는, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 작동유탱크에 유출되는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제2 제어밸브로서의 스풀밸브이다. 제어밸브(177B)는, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 작동유탱크에 유출되는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제2 제어밸브로서의 스풀밸브이다. 제어밸브(177A, 177B)는 도 2의 제어밸브(177)에 대응한다.

제어밸브(177A, 177B)는, 최소개구면적(개방도 0%)의 제1 밸브위치와 최대개구면적(개방도 100%)의 제2 밸브위치를 갖는다. 제어밸브(177A, 177B)는, 제1 밸브위치와 제2 밸브위치의 사이에서 무단계로 이동 가능하다.

패럴렐관로(42L)은, 센터바이패스관로(40L)에 병행하는 작동유라인이다. 패럴렐관로(42L)은, 제어밸브(171, 173, 175A) 중 어느 하나에 의하여 센터바이패스관로(40L)을 통과하는 작동유의 흐름이 제한 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다. 패럴렐관로(42R)은, 센터바이패스관로(40R)에 병행하는 작동유라인이다. 패럴렐관로(42R)은, 제어밸브(172, 174, 175B) 중 어느 하나에 의하여 센터바이패스관로(40R)을 통과하는 작동유의 흐름이 제한 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다.

레귤레이터(13L, 13R)은, 예를 들면 메인펌프(14L, 14R)의 토출압에 따라 메인펌프(14L, 14R)의 사판경전각을 조절함으로써, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 제어한다. 레귤레이터(13L, 13R)은, 도 2의 레귤레이터(13)에 대응한다. 구체적으로는, 레귤레이터(13L, 13R)은, 예를 들면 메인펌프(14L, 14R)의 토출압이 소정값 이상이 된 경우에 메인펌프(14L, 14R)의 사판경전각을 조절하여 토출량을 감소시킨다. 토출압과 토출량의 곱으로 나타나는 메인펌프(14)의 흡수마력이 엔진(11)의 출력마력을 초과하지 않도록 하기 위함이다.

암조작레버(26A)는, 조작장치(26)의 일례이며, 암(5)를 조작하기 위하여 이용된다. 암조작레버(26A)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(176A, 176B)의 파일럿포트에 도입시킨다. 구체적으로는, 암조작레버(26A)는, 암폐쇄방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(176A)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한 제어밸브(176B)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 암조작레버(26A)는, 암개방방향으로 조작된 경우에는, 제어밸브(176A)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한 제어밸브(176B)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다.

붐조작레버(26B)는, 조작장치(26)의 일례이며, 붐(4)를 조작하기 위하여 이용된다. 붐조작레버(26B)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(175A, 175B)의 파일럿포트에 도입시킨다. 구체적으로는, 붐조작레버(26B)는, 붐상승방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(175A)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한 제어밸브(175B)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 한편, 붐조작레버(26B)는, 붐하강방향으로 조작된 경우에는, 제어밸브(175A)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시키지 않고, 제어밸브(175B)의 우측 파일럿포트에만 작동유를 도입시킨다.

압력센서(29A, 29B)는, 압력센서(29)의 일례이며, 암조작레버(26A), 붐조작레버(26B)에 대한 조작자의 조작내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작내용은, 예를 들면 레버조작방향, 레버조작량(레버조작각도) 등이다.

좌우주행레버(또는 페달), 버킷조작레버, 및 선회조작레버(모두 도시하지 않음)는 각각, 하부주행체(1)의 주행, 버킷(6)의 개폐, 및 상부선회체(3)의 선회를 조작하기 위한 조작장치이다. 이들 조작장치는, 암조작레버(26A)와 마찬가지로, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량(또는 페달조작량)에 따른 제어압을 유압액추에이터의 각각에 대응하는 제어밸브의 좌우 중 어느 하나의 파일럿포트에 도입시킨다. 이들 조작장치의 각각에 대한 조작자의 조작내용은, 압력센서(29A)의 경우와 마찬가지로, 대응하는 압력센서에 의하여 압력의 형태로 검출되고, 검출값이 컨트롤러(30)에 대하여 출력된다.

컨트롤러(30)은, 압력센서(29A) 등의 출력을 수신하고, 필요에 따라 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력하여, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 변화시킨다.

압력제어밸브(31A, 31B)는, 컨트롤러(30)이 출력하는 전류지령에 따라 파일럿펌프(15)로부터 제어밸브(177A, 177B)의 파일럿포트에 도입되는 제어압을 조정한다. 압력제어밸브(31A, 31B)는, 도 2의 압력제어밸브(31)에 대응한다.

압력제어밸브(31A)는, 제어밸브(177A)를 제1 밸브위치와 제2 밸브위치 사이의 임의의 위치에서 정지할 수 있도록 제어압을 조정 가능하다. 압력제어밸브(31B)는, 제어밸브(177B)를 제1 밸브위치와 제2 밸브위치 사이의 임의의 위치에서 정지할 수 있도록 제어압을 조정 가능하다.

여기에서, 도 3의 유압시스템에서 채용되는 네거티브컨트롤제어(이하, "네거컨제어"라고 함)에 대하여 설명한다.

센터바이패스관로(40L, 40R)은, 가장 하류에 있는 제어밸브(176A, 176B)의 각각과 작동유탱크의 사이에 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)을 구비한다. 메인펌프(14L, 14R)이 토출한 작동유의 흐름은, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)에서 제한된다. 그리고, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)은, 레귤레이터(13L, 13R)을 제어하기 위한 제어압(이하, "네거컨압"이라고 함)을 발생시킨다.

파선으로 나타나는 네거컨압관로(41L, 41R)은, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)의 상류에서 발생시킨 네거컨압을 레귤레이터(13L, 13R)에 전달하기 위한 파일럿라인이다.

레귤레이터(13L, 13R)은, 네거컨압에 따라 메인펌프(14L, 14R)의 사판경전각을 조절함으로써, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 제어한다. 본 실시예에서는, 레귤레이터(13L, 13R)은, 도입되는 네거컨압이 클수록 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 감소시키고, 도입되는 네거컨압이 작을수록 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 증대시킨다.

구체적으로는, 도 3에서 나타나는 바와 같이, 쇼벨에 있어서의 유압액추에이터가 모두 조작되어 있지 않은 경우(이하, "대기모드"라고 함), 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유는, 센터바이패스관로(40L, 40R)을 통과하여 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)에 이른다. 그리고, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유의 흐름은, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)의 상류에서 발생하는 네거컨압을 증대시킨다. 그 결과, 레귤레이터(13L, 13R)은, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 허용최소토출량까지 감소시켜, 토출한 작동유가 센터바이패스관로(40L, 40R)을 통과할 때의 압력손실(펌핑로스)을 억제한다.

한편, 어느 하나의 유압액추에이터가 조작된 경우, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유는, 조작대상의 유압액추에이터에 대응하는 제어밸브를 통하여, 조작대상의 유압액추에이터에 흘러든다. 그리고, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유의 흐름은, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)에 이르는 양을 감소 혹은 소실시켜, 네거티브컨트롤스로틀(18L, 18R)의 상류에서 발생하는 네거컨압을 저하시킨다. 그 결과, 저하한 네거컨압을 받는 레귤레이터(13L, 13R)은, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 증대시키고, 조작대상의 유압액추에이터에 충분한 작동유를 순환시켜, 조작대상의 유압액추에이터의 구동을 확실한 것으로 한다.

상술과 같은 구성에 의하여, 도 3의 유압시스템은, 대기모드에 있어서는, 메인펌프(14L, 14R)에 있어서의 쓸데없는 에너지소비를 억제할 수 있다. 쓸데없는 에너지소비는, 메인펌프(14L, 14R)이 토출하는 작동유가 센터바이패스관로(40L, 40R)에서 발생시키는 펌핑로스를 포함한다.

도 3의 유압시스템은, 유압액추에이터를 작동시키는 경우에는, 메인펌프(14L, 14R)로부터 필요충분한 작동유를 작동대상의 유압액추에이터에 확실히 공급할 수 있도록 한다.

다음으로 도 4~도 6을 참조하여, 제어밸브(177A) 및 제어밸브(177B)(도 4에서는 비가시)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 컨트롤밸브(17)의 부분단면도이다. 도 5는 도 4의 일점쇄선으로 나타내는 선분(L1)을 포함하는 평면을 -X측에서 본 제어밸브(177A) 및 제어밸브(177B)의 부분단면도이다. 도 6은 도 4의 이점쇄선으로 나타내는 선분(L2)를 포함하는 평면을 -X측에서 본 제어밸브(176A)의 부분단면도이다. 도 4는, 도 5의 일점쇄선으로 나타내는 선분(L3)과 도 6의 일점쇄선으로 나타내는 선분(L4)를 포함하는 평면을 +Z측에서 본 부분단면도에 상당한다. 도 4의 굵은 실선 화살표는 센터바이패스관로(40L)에 있어서의 작동유의 흐름을 나타낸다.

본 실시예에서는, 제어밸브(175A), 제어밸브(176A), 제어밸브(177A), 및 제어밸브(177B)는 컨트롤밸브(17)의 밸브블록(17B) 내에 형성되어 있다. 제어밸브(177A) 및 제어밸브(177B)는, 제어밸브(175A)와 제어밸브(176A)의 사이에 배치되어 있다. 즉, 제어밸브(177A) 및 제어밸브(177B)는 제어밸브(175A)의 +X측이고 또한 제어밸브(176A)의 -X측에 배치되어 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 센터바이패스관로(40L)은, 제어밸브(175A)의 스풀의 하류측에서 좌우 2개의 관로로 분기하고, 그 후에 합류하여 1개의 관로로 되돌아간다. 그리고, 1개의 관로의 상태에서 다음의 제어밸브(176A)에 통하고 있다. 암조작레버(26A) 및 붐조작레버(26B)가 모두 중립상태인 경우, 센터바이패스관로(40L)을 흐르는 작동유는, 도 4의 굵은 실선 화살표로 나타내는 바와 같이, 각 제어밸브의 스풀을 횡단하여 그 하류측에 흐른다.

제어밸브(177B)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제어밸브(177A)의 +Z측에 배치되어 있다. 도 5는, 제어밸브(177A)가 개방도 0%의 제1 밸브위치에 있고, 제어밸브(177B)가 개방도 100%의 제2 밸브위치에 있는 것을 나타낸다. 제어밸브(177A)는, 제1 밸브위치일 때에 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)의 연통을 차단한다. 그리고, 압력제어밸브(31A)가 생성하는 제어압의 상승에 따라 스프링(177As)가 수축하면 -Y측으로 이동하여 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)를 연결하는 유로의 개구면적을 증대시킨다. 미터아웃관로(45)는, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버와 제어밸브(177A)를 연결하는 관로이다. 마찬가지로, 제어밸브(177B)는, 제1 밸브위치일 때에 미터아웃관로(46)과 복귀유관로(49)의 연통을 차단한다. 그리고, 압력제어밸브(31B)가 생성하는 제어압의 상승에 따라 스프링(177Bs)가 수축하면 -Y측으로 이동하여 미터아웃관로(46)과 복귀유관로(49)를 연결하는 유로의 개구면적을 증대시킨다. 미터아웃관로(46)은, 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버와 제어밸브(177B)를 연결하는 관로이다.

제어밸브(176A)의 스풀은, 도 6의 쌍방향 화살표로 나타내는 바와 같이, 암조작레버(26A)가 폐쇄방향으로 조작된 경우에 -Y측으로 이동하고, 개방방향으로 조작된 경우에 +Y측으로 이동한다. 암조작레버(26A)가 조작되고 있는 경우, 센터바이패스관로(40L)의 작동유는, 제어밸브(176A)의 스풀에 의하여 차단되어, 그 하류측에는 흐르지 않는다. 제어밸브(176A)는, 패럴렐관로(42L)이 브리지관로(44L)을 통하여 암보텀관로(47B) 및 암로드관로(47R) 중 어느 일방에 선택적으로 연통 가능해지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 스풀이 -Y방향으로 이동하면, 센터바이패스관로(40L)이 차단된다. 그리고, 스풀에 형성된 홈에 의하여 브리지관로(44L)과 암보텀관로(47B)가 연통되고, 또한 암로드관로(47R)과 복귀유관로(49)가 연통된다. 그리고, 패럴렐관로(42L)을 흐르는 작동유가 접속관로(42La), 브리지관로(44L), 및 암보텀관로(47B)를 통과하여 암실린더(8)의 보텀측 오일챔버에 유입된다. 또, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 유출되는 작동유가 암로드관로(47R) 및 복귀유관로(49)를 통과하여 작동유탱크로 배출된다. 그 결과, 암실린더(8)이 신장하여 암(5)가 폐쇄된다. 혹은, 스풀이 +Y방향으로 이동하면, 센터바이패스관로(40L)이 차단된다. 그리고, 스풀에 형성된 홈에 의하여 브리지관로(44L)과 암로드관로(47R)이 연통되고, 또한 암보텀관로(47B)와 복귀유관로(49)가 연통된다. 그리고, 패럴렐관로(42L)을 흐르는 작동유가 접속관로(42La), 브리지관로(44L), 및 암로드관로(47R)을 통과하여 암실린더(8)의 로드측 오일챔버에 유입된다. 또, 암실린더(8)의 보텀측 오일챔버로부터 유출되는 작동유가 암보텀관로(47B) 및 복귀유관로(49)를 통과하여 작동유탱크로 배출된다. 그 결과, 암실린더(8)이 수축하여 암(5)가 개방된다.

다음으로 도 7~도 9를 참조하여, 컨트롤러(30)이 제어밸브(177A)의 개폐를 제어하는 처리(이하, "미터아웃처리"라고 함)에 대하여 설명한다. 도 7은 미터아웃처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 암폐쇄조작 중, 컨트롤러(30)은 소정의 제어주기로 반복하여 이 미터아웃처리를 실행한다. 도 8 및 도 9는, 도 4에 대응하여, 암조작레버(26A)가 조작되었을 때의 컨트롤밸브(17)의 상태를 나타낸다. 그리고, 도 8은 고부하작업이 행해지고 있을 때의 상태를 나타내고, 도 9는 저부하작업이 행해지고 있을 때의 상태를 나타낸다.

암조작레버(26A)가 암폐쇄방향으로 조작되면, 제어밸브(176A)는 도 8 및 도 9의 화살표(AR1)로 나타내는 바와 같이 -Y방향으로 이동하여 센터바이패스관로(40L)을 차단한다. 또, 제어밸브(176A)의 스풀에 형성된 홈에 의하여 브리지관로(44L)과 암보텀관로(47B)가 연통되고, 또한 암로드관로(47R)과 복귀유관로(49)가 연통된다. 그리고, 패럴렐관로(42L)을 흐르는 작동유가 접속관로(42La), 브리지관로(44L), 및 암보텀관로(47B)를 통과하여 암실린더(8)의 보텀측 오일챔버에 유입된다. 또, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 유출되는 작동유가 암로드관로(47R) 및 복귀유관로(49)를 통과하여 작동유탱크로 배출된다. 그 결과, 암실린더(8)이 신장하여 암(5)가 폐쇄된다. 도 8 및 도 9는, 패럴렐관로(42L) 및 브리지관로(44L)을 흐르는 작동유를 굵은 점선 화살표로 나타낸다. 또, 브리지관로(44L)로부터 암보텀관로(47B)에 흐르는 작동유, 및 암로드관로(47R)로부터 복귀유관로(49)에 흐르는 작동유를 굵은 실선 화살표로 나타낸다.

미터아웃처리에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이 컨트롤러(30)의 작업내용판정부(300)은 암폐쇄에 의한 고부하작업이 행해지고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S1). 예를 들면, 암보텀압센서의 검출값이 소정값 이상인 경우에 암폐쇄에 의한 고부하작업이 행해지고 있다고 판정한다.

암폐쇄에 의한 고부하작업이 행해지고 있다고 작업내용판정부(300)이 판정한 경우(스텝 S1의 YES), 컨트롤러(30)의 미터아웃제어부(301)은, 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)를 연결하는 유로의 개구면적을 증대시킨다(스텝 S2). 본 실시예에서는, 미터아웃제어부(301)은, 압력제어밸브(31A)에 대하여 전류지령을 출력함으로써, 압력제어밸브(31A)가 생성하는 제어압을 상승시킨다. 제어밸브(177A)는, 도 8의 화살표(AR2)로 나타내는 바와 같이, 제어압의 상승에 따라 -Y측으로 이동하여, 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)를 연결하는 유로의 개구면적을 증대시킨다. 그 결과, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 유출되는 작동유는, 그 대부분이 미터아웃관로(45) 및 복귀유관로(49)를 통과하여 작동유탱크로 배출된다. 도 8은, 암로드관로(47R)로부터 미터아웃관로(45)를 통과하여 복귀유관로(49)에 흐르는 작동유를 굵은 파선 화살표로 나타낸다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)은, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 작동유탱크에 작동유를 유출시킬 때에 발생하는 압력손실을 저감시킬 수 있어, 고부하작업 시에 유압에너지가 쓸데없게 소비되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

암폐쇄에 의한 저부하작업이 행해지고 있다고 작업내용판정부(300)이 판정한 경우(스텝 S1의 NO), 미터아웃제어부(301)은, 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)를 연결하는 유로의 개구면적을 증대시키지 않는다. 제어밸브(177A)는, 도 9에 나타내는 바와 같이 정지한 상태가 되어, 미터아웃관로(45)와 복귀유관로(49)를 연결하는 유로를 연통시키지 않는다. 그 결과, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 유출되는 작동유는, 그 전부가 제어밸브(176A)의 스풀에 형성된 홈에 의하여 연통되는 암로드관로(47R)과 복귀유관로(49)를 연결하는 유로를 통과하여 작동유탱크로 배출된다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)은, 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 작동유탱크에 유출되는 작동유의 유량을 적절히 제한할 수 있어, 저부하작업 시에 암(5)의 움직임이 과도하게 빨라져 버리는 것을 방지할 수 있다.

상술한 실시예에서는, 컨트롤러(30)은, 암폐쇄에 의한 고부하작업이 행해지고 있다고 판정한 경우에 제어밸브(177A)를 제어하여 개구면적을 증대시킴으로써 암실린더(8)의 로드측 오일챔버로부터 작동유탱크에 작동유를 유출시킬 때에 발생하는 압력손실을 저감시킨다. 이 처리는 붐하강을 수반하는 고부하작업이 행해지고 있다고 판정한 경우에 있어서도 실행된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)은, 붐하강을 수반하는 고부하작업이 행해지고 있다고 판정한 경우에 제어밸브(177B)를 제어하여 개구면적을 증대시킴으로써 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버로부터 작동유탱크에 작동유를 유출시킬 때에 발생하는 압력손실을 저감시킨다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 더할 수 있다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는, 제어밸브(177)은 컨트롤밸브(17)의 밸브블록(17B) 내에 도입되어 있다. 이로 인하여, 밸브블록(17B)의 외부에 제어밸브(177)을 장착할 필요가 없고, 제어밸브(177)을 포함하는 저비용으로 콤팩트한 유압시스템을 실현할 수 있다. 단, 밸브블록(17B)의 외부에 제어밸브(177)을 장착하는 구성을 배제하지 않는다. 즉, 제어밸브(177)은 밸브블록(17B)의 외부에 마련되어 있어도 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 각 유압액추에이터에 대응하는 제1 스풀밸브로 개별적으로 블리드오프제어를 실행하는 구성이 채용되고 있지만, 센터바이패스관로와 작동유탱크의 사이에 마련된 통일블리드오프밸브를 이용하여 복수의 유압액추에이터에 관한 블리드오프제어를 통일적으로 실행하는 구성이 채용되어도 된다. 이 경우, 각 제1 스풀밸브가 중립위치로부터 이동한 경우이더라도 센터바이패스관로의 유로면적이 저감되지 않도록, 즉, 각 제1 스풀밸브가 센터바이패스관로를 차단하지 않도록 구성된다. 이 통일블리드오프밸브가 이용된 경우이더라도, 본원 발명의 적용 시에는, 센터바이패스관로와는 별도로, 패럴렐관로가 형성된다.

본원은, 2016년 3월 22일에 출원한 일본특허출원 2016-057337호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본특허출원의 전체내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.

1…하부주행체
1A…좌측 주행용 유압모터
1B…우측 주행용 유압모터
2…선회기구
2A…선회용 유압모터
3…상부선회체
4…붐
5…암
6…버킷
7…붐실린더
8…암실린더
9…버킷실린더
10…캐빈
11…엔진
13, 13L, 13R…레귤레이터
14, 14L, 14R…메인펌프
15…파일럿펌프
17…컨트롤밸브
17B…밸브블록
18L, 18R…네거티브컨트롤스로틀
26…조작장치
26A…암조작레버
26B…붐조작레버
29, 29A, 29B…압력센서
30…컨트롤러
31, 31A, 31B…압력제어밸브
40L, 40R…센터바이패스관로
41L, 41R…네거컨압관로
42L, 42R…패럴렐관로
43L, 44L…브리지관로
45, 46…미터아웃관로
47B…암보텀관로
47R…암로드관로
48…붐보텀관로
49…복귀유관로
171~174, 175A, 175B, 176A, 176B, 177A, 177B…제어밸브
300…작업내용판정부
301…미터아웃제어부

Claims

하부주행체와,
상기 하부주행체 상에 탑재되는 상부선회체와,
상기 상부선회체에 탑재되는 엔진과,
상기 엔진에 연결된 유압펌프와,
상기 유압펌프가 토출하는 작동유에 의하여 구동되어 작업요소를 움직이는 유압액추에이터와,
상기 유압펌프로부터 상기 유압액추에이터에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제1 제어밸브와,
상기 유압액추에이터로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제2 제어밸브와,
상기 제2 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어장치를 갖고,
상기 제1 제어밸브 및 상기 제2 제어밸브는, 쇼벨용 컨트롤밸브의 밸브블록 내에 형성되어 있는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 제어밸브는, 상기 유압펌프로부터 붐실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제1 제어밸브와, 상기 유압펌프로부터 암실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제1 제어밸브를 포함하고,
상기 제2 제어밸브는, 상기 붐실린더로부터 상기 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제2 제어밸브와, 상기 암실린더로부터 상기 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제2 제어밸브 중 적어도 일방을 포함하는, 쇼벨.
제 2 항에 있어서,
상기 붐용 제1 제어밸브, 상기 붐용 제2 제어밸브, 상기 암용 제1 제어밸브, 및 상기 암용 제2 제어밸브 중 적어도 하나는 상기 쇼벨용 컨트롤밸브의 상기 밸브블록 내에 형성되고,
상기 붐용 제2 제어밸브 및 상기 암용 제2 제어밸브 중 적어도 하나는, 상기 붐용 제1 제어밸브와 상기 암용 제1 제어밸브의 사이에 배치되는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 유압액추에이터에 의하여 작동되는 상기 작업요소에 의한 굴삭이 행해지고 있는지 여부를 판정하고, 굴삭이 행해지고 있다고 판정한 경우에 상기 제2 제어밸브의 개구면적을 증대시키는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급하는 회생이 행해지는지 여부를 판정하고, 회생이 행해지고 있다고 판정한 경우에 상기 제2 제어밸브의 개구면적을 조정하여 회생량을 증대시키는, 쇼벨.
하부주행체와, 상기 하부주행체 상에 탑재되는 상부선회체와, 상기 상부선회체에 탑재되는 엔진과, 상기 엔진에 연결된 유압펌프와, 상기 유압펌프가 토출하는 작동유에 의하여 구동되어 작업요소를 움직이는 유압액추에이터를 구비한 쇼벨에 있어서의 쇼벨용 컨트롤밸브로서,
상기 쇼벨용 컨트롤밸브는,
밸브블록과,
상기 유압펌프로부터 상기 유압액추에이터에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제1 스풀밸브와,
상기 유압액추에이터로부터 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제2 스풀밸브를 갖고,
상기 제1 스풀밸브 및 상기 제2 스풀밸브는, 상기 쇼벨용 컨트롤밸브의 상기 밸브블록 내에 형성되어 있는, 쇼벨용 컨트롤밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 스풀밸브는, 붐실린더로부터 상기 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제2 제어밸브인, 쇼벨용 컨트롤밸브.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 스풀밸브는, 상기 유압펌프로부터 상기 붐실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제1 제어밸브와, 상기 유압펌프로부터 암실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제1 제어밸브를 포함하고,
상기 붐용 제2 제어밸브는, 상기 붐용 제1 제어밸브와 상기 암용 제1 제어밸브의 사이에 배치되어 있는, 쇼벨용 컨트롤밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 스풀밸브는, 암실린더로부터 상기 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제2 제어밸브인, 쇼벨용 컨트롤밸브.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 스풀밸브는, 상기 유압펌프로부터 붐실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 붐용 제1 제어밸브와, 상기 유압펌프로부터 상기 암실린더에 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 암용 제1 제어밸브를 포함하고,
상기 암용 제2 제어밸브는, 상기 붐용 제1 제어밸브와 상기 암용 제1 제어밸브의 사이에 배치되어 있는, 쇼벨용 컨트롤밸브.