KR102403991B1

KR102403991B1 - 건설기계의 붐 증속 유압 시스템

Info

Publication number: KR102403991B1
Application number: KR1020207010321A
Authority: KR
Inventors: 강병일
Original assignee: 현대두산인프라코어(주)
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: DE112018004495T5; US20210207344A1; KR20200044966A; CN111226008A; WO2019074301A1

Abstract

건설기계의 붐 증속 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더; 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브; 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며, 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치; 및 상기 유압 재생 라인에 설치되며, 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛;을 포함하고, 붐 하강시 상기 재생 장치에 저장된 에너지가 붐 상승시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 붐 실린더로 바로 공급된다.

Description

건설기계의 붐 증속 유압 시스템

본 발명은 건설기계의 붐 증속 유압 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 건설기계의 붐을 승하강 시키는 붐 실린더를 제어하기 위한 건설기계의 붐 증속 유압 시스템에 관한 것이다.

굴삭기와 같은 건설기계는 프론트 작업 장치를 상하로 승하강 시키기 위하여 유압 실린더를 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔진 동력을 사용하여 유압 펌프를 작동시켜, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 메인컨트롤밸브를 거쳐 붐 실린더로 유입되고 상기 붐 실린더의 스트로크가 발생하면서 붐을 상승시킬 수 있다. 한편, 붐 하강 시에는, 상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 상기 붐 실린더로부터 작동유가 상기 메인컨트롤밸브를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다. 이러한 붐 하강 동작에 있어서, 상기 프론트 작업 장치가 가지는 위치 에너지가 유효하게 활용되지 못하고 버려지기 때문에, 이를 적절한 방법으로 회수하여 재활용하고자 하는 기술이 개발되고 있다.

본 발명의 일 과제는 건설기계의 붐 상승 속도를 크게 상승시켜 작업량을 향상시킬 수 있는 붐 에너지 재생 장치를 갖는 건설기계의 붐 증속 유압 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더; 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브; 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며, 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치; 및 상기 유압 재생 라인에 설치되며, 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛;을 포함하고, 상기 재생 장치에 저장된 에너지가 붐 상승시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 붐 실린더로 바로 공급된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 붐 상승시 상기 재생 밸브 유닛의 유량 제어 밸브는 조작부의 조작량에 비례하여 상기 재생 장치로부터 붐 실린더로 공급되는 유량이 제어된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은, 상기 유압 재생 라인과 상기 붐 로드 챔버를 연결하는 연결 라인에 설치되어 상기 유압 재생 라인을 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 붐 실린더의 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 붐 상승시 상기 개폐 밸브는 폐쇄된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 엔진의 구동축에 연결되어 붐 하강시 상기 유압 펌프에 회전력을 제공한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 붐 상승시 상기 유압 모터는 엔진 보조를 위한 토크를 발생시키지 않도록 제어된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유압 모터는 엔진 보조를 위한 토크를 발생시키지 않도록 사판각이 중립으로 제어된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 어큐뮬레이터를 포함하고, 붐 하강시 가압된 고압의 붐 실린더 헤드측 유량은 상기 유압 재생 라인을 통해 상기 어큐뮬레이터에 저장되어 붐 실린더의 에너지가 회생된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 어큐뮬레이터와 상기 유압 재생 라인 사이에 설치되는 제1 재생 개폐 밸브를 포함하고, 붐 하강시 상기 제1 재생 개폐 밸브는 붐의 위치에너지에 의해 가압된 고압의 작동유가 충전되도록 개방되고, 붐 상승시 상기 제1 재생 개폐 밸브는 충전된 작동유를 엔진을 보조하도록 유압 모터로 공급된다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 재생 개폐 밸브의 하류와 탱크 사이에 설치되고, 엔진 정지 시 상기 어큐뮬레이터에 저장된 작동유가 탱크로 배출되도록 개방되는 제2 재생 개폐 밸브를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 조작부에 의해 전송된 조작 신호에 따라 상기 메인컨트롤밸브, 상기 재생 장치 및 상기 재생 밸브 유닛를 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 조작부에서 조작된 붐 증속 신호에 비례하여 상기 유량 제어 밸브를 제어하여, 붐 상승시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 붐 실린더로 바로 붐 증속 신호에 비례하여 공급된다.

예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템에 의해서, 붐 상승 속도를 빠르게 하여 굴삭 상차 작업과 같은 붐 실린더 속도가 중요한 작업시 작업량을 크게 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 건설기계의 기본 구조를 나타내는 측면도이다.
도 2는 붐 하강시 에너지 회수를 위한 재생장치를 포함하는 건설기계의유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 하강시 유압 회로도이다.
도 5는 도 2의 유압 시스템에서 붐 상승시 유압 회로도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
[부호의 설명]
10: 건설기계 20: 하부 주행체
30: 상부 선회체 32: 상부 프레임
40: 카운터 웨이트 50: 운전실
52: 조작부 60: 작업 장치
70: 붐 72: 붐 실린더
72a: 붐 헤드 챔버 72b: 붐 로드 챔버
80: 암 82: 암 실린더
90: 버켓 92: 버켓 실린더
100: 엔진 200: 유압 펌프
201: 유압 모터 210: 유압라인
212: 리턴 유압라인 220: 고압유압라인
222: 붐 헤드 유압라인 224: 붐 로드 유압라인
230: 유압 재생 라인 300: 메인컨트롤밸브
310: 붐 제어 스풀 400: 재생 밸브 유닛
410: 배출량 제어 밸브 420: 유량 제어 밸브
430: 개폐 밸브 500: 어큐뮬레이터
510: 재생 개폐 밸브 유닛 511: 제1 재생 개폐 밸브
512: 제2 재생 개폐 밸브 600: 제어 유닛

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 종래 건설기계의 기본 구조를 나타내는 측면도이다. 도 2는 붐 하강시 에너지 회수를 위한 재생장치를 포함하는 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 3 및 도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 하강시 유압 회로도이다. 도 5는 도 2의 유압 시스템에서 붐 상승시 유압 회로도이다. 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.

도 1을 참조하면, 건설기계(10)는 하부 주행체(20), 하부 주행체(20) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(30), 및 상부 선회체(30)에 설치된 운전실(50)과 프론트 작업 장치(60)를 포함할 수 있다.

하부 주행체(20)는 상부 선회체(30)를 지지하고, 엔진(100)(도 2 참조)에서 발생한 동력을 이용하여 굴삭기와 같은 건설기계(10)를 주행시킬 수 있다. 하부 주행체(20)는 도 1에 도시된 바와 같은 무한궤도를 포함하는 무한궤도식 타입의 주행체일 수 있다. 이와 다르게, 하부 주행체(20)는 주행 휠들을 포함하는 휠 타입의 주행체일 수 있다. 상부 선회체(30)는 베이스로서의 상부 프레임(32)을 구비하고, 하부 주행체(20) 상에서 지면과 평행한 평면 상에서 회전하여 작업 방향을 설정할 수 있다. 운전실(50)은 상부 프레임(32)의 좌측 전방부에 설치되고, 프론트 작업 장치(60)는 상부 프레임(32)의 전방부에 장착될 수 있다.

프론트 작업 장치(60)는 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)을 포함할 수 있다. 붐(70)과 상부 프레임(32) 사이에는 붐(70)의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더(72)가 설치될 수 있다. 붐(70)과 암(80) 사이에는 암(80)의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더(82)가 설치될 수 있다. 그리고, 암(80)과 버켓(90) 사이에는 버켓(90)의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더(92)가 설치될 수 있다. 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 프론트 작업장치(60)는 여러가지 작업을 수행할 수 있다. 이 때, 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)는 유압 펌프(200)(도 2 내지 5 참조)로부터 공급되는 작동유에 의해 신장 또는 수축될 수 있다.

한편, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 배출되는 붐 에너지를 재생하기 위한 에너지 재생 시스템이 구비될 수 있다. 복수 개의 밸브들을 갖는 재생 밸브 유닛(400)은 상기 에너지 재생 시스템의 일부를 구성할 수 있다.

이러한 에너지 재생 시스템은 후술하는 바와 같이, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 토출된 고압의 작동유를 어큐뮬레이터(500)에 축압하거나 유압 모터(201)를 회전시켜 엔진의 출력을 보조할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템은 엔진(100)에 연결된 적어도 하나의 유압 펌프(200), 상기 프론트 작업 장치를 작동시키기 위한 적어도 하나의 엑추에이터(72, 82, 92), 상기 유압 펌프와 상기 엑추에이터 사이의 유로에 설치되어 상기 엑추에이터의 동작을 제어하는 메인컨트롤밸브(MCV)(300), 상기 프론트 작업 장치의 에너지를 재생하기 위한 재생 장치를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 엔진(100)은 굴삭기와 같은 건설기계의 구동원으로서 디젤 엔진을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 유압펌프(200)은 동력전달장치(Power take-off, PTO)(미도시)를 통하여 엔진(100)에 연결될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 파일럿 펌프 및 추가적인 유압펌프들이 엔진(100)에 연결될 수 있다. 따라서, 엔진(100)으로부터의 동력은 유압펌프(200) 및 상기 파일럿 펌프에 전달될 수 있다.

유압펌프(200)는 유압라인(210)을 통하여 메인컨트롤밸브(300)에 연결될 수 있다. 메인컨트롤밸브(300)는 유압라인(210)을 통하여 유압펌프(200)로부터 작동유를 공급받아 붐 실린더(72), 암 실린더(82), 버켓 실린더(92) 등과 같은 상기 엑추에이터로 공급할 수 있다.

메인컨트롤밸브(300)는 고압유압라인(220)을 통하여 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버킷 실린더(92)를 포함하는 복수 개의 액추에이터들에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 상기 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와 같은 액추에이터들 각각은 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.

예를 들면, 메인컨트롤밸브(300) 내의 붐 제어 스풀(310)은 붐 헤드 유압라인(222) 및 붐 로드유압라인(224)을 통해 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 붐 제어 스풀(310)은 절환되어 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있다.

상기 엑추에이터를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인(212)을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 붐 하강 시에 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다(도 3 내지 도 4 참조). 또한, 붐 상승 시에 붐 로드 챔버(72b)로부터의 작동유는 붐 로드 유압라인(224)을 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다(도 5 참조).

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결된 유압 재생 라인(230)에 설치되어 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어하기 위한 재생 밸브 유닛(400)을 포함할 수 있다. 상기 재생 밸브 유닛(400)은 배출량 제어 밸브(410) 및 개폐 밸브(430)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않고, 에너지 재생 시스템에 적합한 다양한 밸브들을 포함할 수 있다.

유압 재생 라인(230)은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결될 수 있다. 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 유압 라인은 붐 헤드 유압라인(222)과 유압 재생 라인(230)으로 분기될 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)에 설치되며 유압 재생 라인(230)을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어한다. 개폐 밸브(430)는 유압 재생 라인(230)과 붐 로드 챔버(72b)를 연결하는 연결 라인(240)에 설치되어 유압 재생 라인(230)을 통해 배출되는 작동유의 일부를 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있도록 제어한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 있어서, 선택된 제어 모드에 따라 파일럿 신호압을 상기 재생 밸브 유닛에 출력하여 유압 재생 라인(230)을 통한 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어하는 제어 유닛(600)이 더 포함될 수 있다. 이러한 상기 제어 유닛(600)은 본 발명에 개시된 다른 실시예들에도 적용되어 구현될 수 있다.

파일럿 신호압은 배출량 제어 밸브(410)에 공급되어 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 제어 스풀의 위치에 따라 유량이 통과될 개도 면적이 가변될 수 있다. 따라서, 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)의 개폐 동작 및 통과하는 유량을 제어할 수 있다.

또한, 파일럿 신호압은 개폐 밸브(430)에 공급되어 연결 라인(240)을 개방시킬 수 있다. 이에 따라, 붐 로드 챔버(72b)는 연결 라인(240)을 통해 유압 재생 라인(230)에 연결됨으로써, 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 헤드측과 로드측 사이의 면적 차이에 의한 부족 유량을 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 공급할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 붐(70)이 하강할 때 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출된 고압의 작동유를 이용하여 에너지를 재생할 수 있다. 상기 재생 장치는 어큐뮬레이터(500) 및 유압 모터(201)를 포함할 수 있다. 유압 재생 라인(230)의 일단은 분기되어 어큐뮬레이터(500)와 유압 모터(201)에 각각 연결될 수 있다.

어큐뮬레이터(500)는 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출되는 고압의 작동유를 저장할 수 있다. 어큐뮬레이터(500)에 연결된 유압 재생 라인(230)에는 제1 재생 개폐 밸브(511) 및 제2 재생 개폐 밸브(512)를 포함하는 재생 개폐 밸브 유닛(510)이 설치되어 어큐뮬레이터(500)로/로부터의 작동유의 공급/배출을 제어할 수 있다. 보다 자세하게는, 유압 재생 라인(230)과 어큐뮬레이터(500) 사이에 제1 재생 개폐 밸브(511)가 설치될 수 있고, 제1 재생 개폐 밸브(511) 하류에 탱크와 사이에 제2 재생 개폐 밸브(512)가 설치될 수 있다. 붐 하강시 고압의 작동유를 이용하여 에너지를 재생하는 경우 제1 재생 개폐 밸브(511)가 개방되고, 에너지를 재생하지 않는 경우 제1 재생 개폐 밸브(511)는 폐쇄된다. 제2 재생 개폐 밸브(512)는 엔진 정지 시 안전을 위해 어큐뮬레이터(500)에 저장된 고압의 작동유를 탱크로 배출해 주는 역할을 하는 것으로서, 본 발명의 유압 시스템이 작동되는 동안은 항상 폐쇄상태를 유지한다. 작업이 종료되어 장기간 유압 시스템이 작동되지 않는 경우 어큐뮬레이터(500)에 고압의 작동유가 충전되어 있으면 안전상 문제가 될 수 있으므로 이 때 제1 재생 개폐 밸브(511) 및 제2 재생 개폐 밸브(512)가 개방되어 어큐뮬레이터(500)로부터 유량이 탱크로 자동 배출되게 된다.

유압 모터(201)는 엔진(100)의 구동축에 연결되며 엔진 출력을 보조하여 상기 유압 펌프에 회전력을 제공할 수 있다. 유압 모터(201)는 일정한 기어비를 갖는 동력전달장치(PTO)(미도시)를 통하여 엔진(100)의 구동축에 연결될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 메인컨트롤밸브(300)는 유압식 컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 붐 제어 스풀(310)은 조작부(52)의 조작량에 비례하는 파일럿 압력에 의해 제어될 수 있다. 또한 상기 조작부(52)의 조작에 따른 조작 신호는 제어 유닛(600)에 전송되고, 상기 제어 유닛(600)은 수신된 조작 신호에 따라 붐 제어 스풀(310), 배출량 제어 밸브(410), 유량 제어 밸브(420), 제1 재생 개폐 밸브(511), 제2 재생 개폐 밸브(512) 및 유압 모터(201)의 사판각을 제어하게 된다. 또한 관련 도면에서 상기 제어 유닛(600)은 도시되지 않았으나 밸브들과 스풀들을 제어할 수 있고, 또는 사용자의 선택에 따라 밸브들과 스풀들은 조작부(52)에 의해 직접적으로 제어될 수도 있다.

자세하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 하강 모드고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 붐 하강 모드에 따른 파일럿 신호압이 배출량 제어 밸브(410) 및 개폐 밸브(430)에 인가되어 유압 재생 라인(230)이 개방된다. 이에 따라, 고압의 붐 실린더 헤드측 압력이 개폐 밸브(430)를 통해 붐 실린더 로드측으로 전해져 붐 실린더 헤드측 압력이 통상의 굴삭기 압력보다 높아진다. 가압된 고압의 붐 실린더 헤드측 유량은 배출량 제어 밸브(410)를 거쳐 유압 재생 라인(230)을 통해 어큐뮬레이터(500)에 저장되어 붐의 위치에너지가 회수되고, 일부 유량은 유압 모터(201)를 거치면서 엔진 토크를 보조한다. 한편, 어큐뮬레이터(500) 압력이 높아 붐 하강 유량을 저장할 수 없는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 붐 하강 유량이 메인컨트롤밸브(300)를 통해 배출될 수도 있고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 별도로 설치된 밸브를 통해서도 배출될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 붐 상승 신호가 입력되어 붐 상승 모드인 경우, 붐 실린더는 유압 펌프(200)로부터 유량을 공급받으며 재생 밸브 유닛(400) 내의 배출량 제어 밸브(410) 및 개폐 밸브(430)는 모두 폐쇄된다. 이 때 어큐뮬레이터(500)에 저장된 고압의 작동유는 유압 모터(201)로 공급되어 엔진을 보조한다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 붐 증속 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 6의 유압 시스템에서 도 2 내지 도 5의 유압 시스템의 재생 밸브 유닛(400) 내의 배출량 제어 밸브(410)와 같이 유량을 가변적으로 제어하는 유량 제어 밸브(420)가 재생 밸브 유닛(400) 내에 설치된다.

도 6의 유압 시스템에서는 붐 상승시 유량 제어 밸브(420)가 개방되어 어큐뮬레이터(500)에 저장된 에너지가 유량 제어 밸브(420)를 통해 붐 실린더(72)로 바로 공급된다. 붐 상승시 재생 밸브 유닛(400)의 유량 제어 밸브(420)는 조작부(52)의 조작량에 비례하여 제어 유닛(600)에 의해 제어되면서 어큐뮬레이터(500)로부터 붐 실린더(72)로 공급되는 유량이 제어되며, 개폐 밸브(430)는 폐쇄된다. 이 때 유압 모터(201)는 엔진 보조를 위한 토크를 발생시키지 않도록 제어된다.

즉, 도 6의 유압 시스템은 조이스틱과 같은 조작부(52)나 기타 장치에 붐 증속 기능이 구비되어 있, 붐 상승시 운전자가 붐 증속 기능을 활성화시 붐 증속 기능 동작다. 붐 증속 기능이 활성화되면 제어 유닛(600)에 의해 어큐뮬레이터(500)의 제1 재생 개폐 밸브(511)가 개방되고, 유량 제어 밸브(420)도 개방되고, 유압 모터(201)는 사판각이 중립 위치가 되어 토크가 발생시키지 않도록 제어된다. 이를 통해, 붐 헤드에는 유압 펌프(200)로부터의 유량 이외에 어큐뮬레이터(500)로부터 유량이 추가적으로 공급됨으로써 붐 상승 속도가 증가한다.

보다 구체적으로 부연 설명하면 다음과 같다. 일반적으로 붐 하강 시 붐의 헤드 압력은 110bar 정도이며, 이를 어큐뮬레이터에 저장할 경우 어큐뮬레이터의 최고 압력은 110bar를 초과할 수 없다. 한편, 붐 상승 시 붐 헤드 압력은 110bar 이상 요구되며, 따라서 붐의 위치에너지를 별도의 장치 없이 어큐뮬레이터에 저장할 경우 어큐뮬레이터에 저장된 압력이 붐 상승 시 요구되는 붐 헤드 압력보다 낮기 때문에 붐 헤드에 유량을 직접 공급할 수 없다. 그러나 본 발명의 유압 시스템에서는 붐 하강 시 붐의 헤드 압력을 로드 측으로 공급하여 붐의 로드 압력을 높이고, 높아진 붐 로드 압력이 다시 붐 헤드 측을 가압하여 붐 헤드 압력을 200bar 이상으로 가압할 수 있고, 어큐뮬레이터 압력 또한 200bar 이상까지 저장 가능하다. 이 경우, 어큐뮬레이터 압력이 붐 상승 시 붐 헤드 압력보다 높아지기 때문에 어큐뮬레이터 유량을 붐 헤드쪽으로 직접 공급하여 붐 상승 속도를 높일 수 있다.

위와 같은 조작에 의해 붐 상승 속도를 크게 상승시킬 수 있으며, 이를 통해 굴삭 상차 작업과 같은 붐 실린더 속도가 중요한 작업시 작업량을 크게 증가시킬 수 있다.

한편, 붐 하강시에는 도 6의 유량 제어 밸브(420)는 도 2 내지 도 5의 배출량 제어 밸브(410)와 같은 기능을 수행한다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 붐 하강 시 붐 헤드 챔버의 일부 유량을 이용하여 엔진 보조를 위한 토크를 발생할 수 있다. 만약 엔진 부하가 매우 적다면 유압 모터(201)의 사각판을 줄여 어큐뮬레이터(500)에 충전되는 유량을 증가시킬 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더;
유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브;
유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며, 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치; 및
상기 유압 재생 라인에 설치되며, 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛;을 포함하고,
붐 하강시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 재생 장치에 저장된 에너지가 붐 상승시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 붐 실린더로 바로 공급되고,
붐 상승시 상기 재생 밸브 유닛의 유량 제어 밸브는 조작부의 조작량에 비례하여 상기 재생 장치로부터 붐 실린더로 공급되는 유량이 제어되고,
상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 엔진의 구동축에 연결되어 붐 하강시 상기 유압 펌프에 회전력을 제공하고,
붐 상승시 상기 유압 모터는 엔진 보조를 위한 토크를 발생시키지 않도록 제어되는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 재생 밸브 유닛은, 상기 유압 재생 라인과 상기 붐 로드 챔버를 연결하는 연결 라인에 설치되어 상기 유압 재생 라인을 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 붐 실린더의 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함하는 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제3항에 있어서,
붐 상승시 상기 개폐 밸브는 폐쇄되는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 유압 모터는 엔진 보조를 위한 토크를 발생시키지 않도록 사판각이 중립으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제1항에 있어서,
상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 어큐뮬레이터를 포함하고, 붐 하강시 가압된 고압의 붐 실린더 헤드측 유량은 상기 유압 재생 라인을 통해 상기 어큐뮬레이터에 저장되어 붐 실린더의 에너지가 회생되는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제8항에 있어서,
상기 어큐뮬레이터와 상기 유압 재생 라인 사이에 설치되는 제1 재생 개폐 밸브를 포함하고,
붐 하강시 상기 제1 재생 개폐 밸브는 붐의 위치에너지에 의해 가압된 고압의 작동유가 충전되도록 개방되는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제1 재생 개폐 밸브의 하류와 탱크 사이에 설치되고, 엔진 정지 시 상기 어큐뮬레이터에 저장된 작동유가 탱크로 배출되도록 개방되는 제2 재생 개폐 밸브를 포함하는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제1항에 있어서,
조작부에 의해 전송된 조작 신호에 따라 상기 메인컨트롤밸브, 상기 재생 장치 및 상기 재생 밸브 유닛를 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 조작부에서 조작된 붐 증속 신호에 비례하여 상기 유량 제어 밸브를 제어하여, 상기 재생 장치에 저장된 에너지가 붐 상승시 상기 유량 제어 밸브를 통해 상기 붐 실린더로 바로 공급되는 것을 특징으로 하는, 건설기계의 붐 증속 유압 시스템.