KR102405661B1 - 건설기계 - Google Patents

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강병일
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현대두산인프라코어(주)
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Abstract

본 발명의 실시예는 건설기계에 관한 것으로, 건설기계는 메인 펌프와, 상기 메인 펌프로부터 작동유를 공급받아 동작되는 선회 모터와, 상기 메인 펌프에 의한 작동유의 흐름을 제어하여 상기 선회 모터에 공급하는 선회 밸브와, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부와, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력에 따라 작동유의 흐름을 제어하는 작동유 제어 밸브부와, 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유를 저장 가능한 제1 어큐뮬레이터, 그리고 상기 작동유 제어 밸브부와 상기 제1 어큐뮬레이터 사이에 설치되는 유량 증폭부를 포함하고, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유는 상기 유량 증폭부를 거쳐 상기 제1 어큐뮬레이터에 저장된다.

Description

건설기계{CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명의 실시예는 건설기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선회체의 관성 에너지를 저장하여 활용할 수 있는 건설기계에 관한 것입니다.
일반적으로 건설기계는 주행체와 주행체에 의해 지지되며 회전 가능한 선회체를 포함한다. 주행체는 건설기계의 이동을 위한 것으로 무한궤도 또는 휠을 포함할 수 있다. 또한, 선회체는 주행체 상부에 설치되고 이에 운전자가 착석하여 건설기계를 조작할 수 있는 캐빈이 설치된다. 그리고 운전자는 선회체를 회전시켜 선회체에 설치된 버킷과 같은 작업툴을 조작하여 건설기계를 활용하여 채굴과 같은 작업을 수행한다.
구체적으로, 선회체를 동작시키는 선회 모터로 공급되는 작동유의 공급이 일정하지 못할 경우 선회 모터의 캐비테이션이 발생되는 문제점이 있다. 그리고 선회체를 선회를 감속 시키는 경우, 선회 모터로 유입되는 작동유의 압력 보다 선회 모터로부터 토출되는 작동유의 압력이 높은데 이러한 고압의 작동유가 탱크로 토출되는 경우 에너지가 손실되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 선회체를 감속 또는 가속 시킬 때 발생하는 선회 모터로부터 토출되는 작동유를 저장하여 이의 작동유가 갖는 에너지를 활용할 수 있는 건설기계를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계는 메인 펌프와, 상기 메인 펌프로부터 작동유를 공급받아 동작되는 선회 모터와, 상기 메인 펌프에 의한 작동유의 흐름을 제어하여 상기 선회 모터에 공급하는 선회 밸브와, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부와, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력에 따라 작동유의 흐름을 제어하는 작동유 제어 밸브부와, 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유를 저장 가능한 제1 어큐뮬레이터, 그리고 상기 작동유 제어 밸브부와 상기 제1 어큐뮬레이터 사이에 설치되는 유량 증폭부를 포함하고, 상기 선회 모터에서 토출되는 작동유는 상기 유량 증폭부를 거쳐 상기 제1 어큐뮬레이터에 저장된다.
또한, 상술한 건설기계는 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유를 저장 가능한 제2 어큐뮬레이터를 더 포함하고, 상기 유량 증폭부는 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유에 의해 수축되고 상기 제2 어큐뮬레이터에 저장되는 작동유에 의해 신장되는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유량 증폭부는 상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측을 선택적으로 연통시키는 유량 증폭밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 어큐뮬레이터에 작동유가 저장시 상기 유량 증폭밸브는 폐쇄되어 상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측이 서로 연통되지 않도록 하고, 상기 제2 어큐뮬레이터에 작동유가 저장시 상기 유량 증폭밸브는 개방되어 상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측이 서로 연통될 수 있다.
또한, 상기 선회 모터의 출구 압력(Pe)이 상기 액츄에이터의 유입측의 면적과 상기 액츄에이터의 토출측의 면적 사이의 면적비(A/a)와 상기 제1 어큐뮬레이터의 압력곱 보다 큰 경우, 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유가 상기 액츄에이터로 공급되도록 하는 회생 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 작동유 제어 밸브부는 상기 선회 모터로부터 토출된 압력에 따라 선택적으로 절환되는 작동유 절환 밸브부재와, 상기 선회 모터로부터 토출된 작동유가 상기 선회 밸브 또는 상기 회생 제어 밸브로 이동되도록 선택적으로 제어하는 제1 작동유 개폐 밸브부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 작동유 개폐 밸브부재는 상기 회생 제어 밸브가 개방되는 경우, 상기 작동유 절환 밸브부재를 통과한 작동유가 상기 액츄에이터로 이동되도록 안내할 수 있다.
또한, 상술한 건설기계는 선회 모터를 통과한 작동유가 통과하는 토출 오리피스와, 상기 토출 오리피스로 유입되는 작동유의 압력을 검출하는 제1 토출 압력 검출부재, 그리고 상기 토출 오리피스를 통과한 작동유의 압력을 검출하는 제2 토출 압력 검출부재를 포함하는 토출 압력 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 건설기계는 상기 토출 압력 검출부에서 검출된 상기 토출 오리피스 전방 및 후방의 압력을 기초로 선회 모터의 유량을 연산하고, 상기 연산된 선회 모터의 유량과 기설정된 상기 선회 밸브의 면적을 기초로 상기 선회 모터 출구 압력을 연산하고, 상기 회생 제어 밸브가 상기 선회 모터 출구 압력과 상기 액츄에이터의 토출측의 면적과 상기 액츄에이터의 유입측의 면적비와 상기 제1 어큐뮬레이터의 압력곱의 차의 압력을 유지하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 건설기계는 상기 제1 어큐뮬레이터에서 저장된 작동유를 이용하여 상기 메인 펌프의 구동시 보조력을 제공하는 회생 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계는 선회체의 감속 또는 가속 시 선회 모터로부터 토출되는 작동유를 저장하여 작동유가 갖는 에너지를 효과적으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회체의 가속시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선회체의 감속 초기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회체의 감속 초기 이후를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)를 설명한다.
건설기계(101)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(100)와 선회 모터(200)와 선회 밸브(300)와 작동유 제어 밸브부(500)와 제1 어큐뮬레이터(610)와 유량 증폭부(700)를 포함한다.
메인 펌프(100)는 탱크로부터 작동유를 흡입하여 작업기의 동작을 위한 작동유의 유량을 공급한다.
선회 모터(200)는 메인 펌프(100)로부터 작동유를 공급받아 건설기계의 선회체를 선회시킨다. 구체적으로, 건설기계(101)는 주행체와 이의 상부에 지지된 선회체를 포함하며, 선회체의 선회동작에 따라 건설기계(101)가 효과적으로 작업을 수행할 수 있다.
선회 밸브(300)는 메인 펌프(100)에 의한 작동유의 흐름을 제어한다. 또한, 선회 밸브(300)는 메인 펌프(100)로부터의 작동유를 선회 모터(200)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 메인 펌프(100)와 선회 모터(200) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 메인 컨트롤 밸브(MCV) 내에 있는 선회 밸브(300)가 메인 펌프(100)에 의한 작동유의 흐름을 제어할 수 있다.
작동유 제어 밸브부(500)는 선회체인 상부체의 작동상환에 따라 작동유의 압력에 따라 작동유의 흐름을 제어한다. 구체적으로, 작동유 제어 밸브부(500)는 선회 모터(200)로 유입되는 작동유의 압력과 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 압력에 따라 절환되어, 선회 모터(200)에서 토출되는 작동유의 흐름을 제어한다. 또는, 작동유 제어 밸브부(500)는 선회 모터(200)에서 토출되는 작동유가 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 배출될 수 있도록 작동유의 흐름을 제어할 수 있다.
제1 어큐뮬레이터(610)는 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유를 저장 가능하다. 구체적으로, 제1 어큐뮬레이터(610)는 선회 감속 시 선회 모터(200)로부터 토출된 후 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유를 저장할 수 있다.
유량 증폭부(700)는 작동유 제어 밸브부(500)와 제1 어큐뮬레이터(610) 사이에 배치된다. 또한, 선회 모터(200)에서 토출되는 작동유는 유량 증폭부(700)를 통과 후 제1 어큐뮬레이터(610)로 저장될 수 있다. 구체적으로, 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되는 작동유의 유량이 증폭되어 저장되도록 할 수 있다. 즉, 유량 증폭부(700)는 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 에너지를 저장하여 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 제2 어큐뮬레이터(620)를 더 포함할 수 있다.
제2 어큐뮬레이터(620)는 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유를 저장 가능하다. 구체적으로, 제2 어큐뮬레이터(620)는 선회 모터(200)의 가속 선회 운동시 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유를 저장할 수 있다. 그리고, 제2 어큐뮬레이터(620)는 선회 모터(200)의 감속 선회 운동시 선회 모터(200)에 작동유를 공급할 수 있어, 선회 모터(200)의 캐비테이션(Cavitation)을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장되는 작동유의 압력은 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되는 작동유의 압력보다 상대적으로 낮은 값일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 증폭부(700)는 액츄에이터(750)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(750)는 선회 감속 시 선회 모터(200)로부터 토출되어 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유에 의해 수축될 수 있다. 또한, 액츄에이터(750)는 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장되는 작동유에 의해 신장된다. 구체적으로, 액츄에이터(750)는 하우징(710)과 피스톤(720) 그리고 피스톤 로드(730)를 포함할 수 있다. 하우징(710)은 내부가 중공형으로 형성될 수 있다. 그리고 피스톤(720)은 하우징(710) 내부에 설치되어 하우징(710) 내부로 공급된 작동유의 압력에 따라 하우징(710) 내부를 따라 이동할 수 있다. 피스톤 로드(730)는 피스톤(720)의 일측에 설치될 수 있다. 그리고, 액츄에이터(750)는 유입측(711)과 토출측(712)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 액츄에이터(750)의 유입측(711)은 피스톤 로드(730)가 설치된 하우징(710) 내부의 영역일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 유량 증폭부(700)는 유량 증폭밸브(760)를 더 포함할 수 있다.
유량 증폭밸브(760)는 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측을 선택적으로 연통시킬 수 있다. 구체적으로, 유량 증폭밸브(760)는 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측이 연통되면, 동일한 압력이 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측에 가해지는 경우 피스톤(720)이 설치된 액츄에이터(750)의 토출측 면적(A)과 액츄에이터(750)의 유입측의 면적(a)과의 차에 의해 피스톤(720)이 액츄에이터(750)의 유입측으로 이동될 수 있다. 이때, 액츄에이터(750)는 신장하는 방향으로 이동될 수 있다. 또는, 유량 증폭밸브(760)는 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측이 연통되지 않도록 제어할 수 있다.
따라서, 건설기계(101)는 유량 증폭부(700)의 액츄에이터(750)의 신축에 따라 작동유의 에너지를 제1 어큐뮬레이터(610) 또는 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장하여 이를 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 유량 증폭밸브(760)는, 선회 감속 시 폐쇄되어, 제1 어큐뮬레이터(610)에 작동유가 저장될 수 있다. 또한, 유량 증폭밸브(760)는, 선회 가속시 개방되어, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장된 작동유의 유량에 의해 액츄에이터(50)의 피스톤(720)을 신장시킬 수 있다.
구체적으로, 유량 증폭밸브(760)가 폐쇄되어 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측이 서로 연통되지 않도록 할 수 있다. 또한, 유량 증폭밸브(760)는 개방되어 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측이 서로 연통되도록 할 수 있다.
즉, 유량 증폭밸브(760)가 개방되면, 제2 어큐뮬레이터(620)와 액츄에이터(750)의 유입측 그리고 제2 어큐뮬레이터(620)와 액츄에이터(750)의 토출측이 서로 연통될 수 있다. 따라서, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장되는 작동유의 압력에 의해 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측에 동일한 압력이 가해지는 경우에도, 액츄에이터(750)의 유입측의 면적(a)이 액츄에이터(750)의 토출측의 면적(A)보다 작기 때문에 토출측에서 유입측 방향으로 압력에 의한 힘이 발생하고, 따라서 피스톤(720)은 액츄에이터(750)의 유입측으로 이동되며 신장될 수 있다.
또한, 유량 증폭밸브(760)가 폐쇄되면, 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유가 액츄에이터(750)의 유입측으로 공급될 수 있다. 따라서, 액츄에이터(750)의 토출측 작동유의 유량은, 액츄에이터(750)의 유입측의 면적(a)과 액츄에이터(750)의 토출측의 면적(A) 사이의 면적비(A/a)와 액츄에이터(750)의 유입측으로 유입되는 유량의 곱만큼 증폭되어 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 회생 제어 밸브(900)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 회생 제어 밸브(900)는 작동유 제어 밸브부(500)와 유량 증폭부(700) 사이에 배치될 수 있다.
회생 제어 밸브(900)는 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유가 유량 증폭부(700)의 액츄에이터(750)를 통해 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되도록 작동유의 흐름을 제어할 수 있다.
구체적으로, 회생 제어 밸브(900)는, 선회 모터(200)의 출구 압력(Pe)이 액츄에이터(750)의 유입측의 면적(a)과 액츄에이터(750)의 토출측의 면적(A) 사이의 면적비(A/a)와 제1 어큐뮬레이터(610)의 압력곱 보다 큰 경우, 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 작동유가 액츄에이터(750)로 공급되도록 할 수 있다. 즉, 회생 제어 밸브(900)에 의해 선회 모터(200)의 출구 압력(Pe)이 액츄에이터(750)가 신축되도록 동작시킬 수 있을 때 제1 어큐뮬레이터(610)에 작동유가 저장되도록 안내할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 제1 어큐뮬레이터 압력 검출부재(680)를 더 포함할 수 있다. 제1 어큐뮬레이터 압력 검출부재(68))는 제1 어큐뮬레이터(610)의 전방의 유압라인 또는 제1 어큐뮬레이터(610)의 입구단에 설치되어, 제1 어큐뮬레터(610)에 저장된 작동유의 압력을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 작동유 제어 밸브부(500)는 작동유 절환 밸브부재(530)와 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)를 포함할 수 있다.
작동유 절환 밸브부재(530)는 선회 모터(200)로부터 토출된 압력에 따라 선택적으로 절환될 수 있다. 구체적으로, 작동유 절환 밸브부재(530)는 일측이 선회 모터(200)로 유입되는 작동유의 유압라인과 연결되고, 타측이 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 유압라인과 연결될 수 있다. 따라서, 작동유 절환 밸브부재(530)는 선회 모터(200)로 유입되는 작동유의 유입라인을 통과하는 작동유의 압력과 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 유입라인을 통과하는 작동유의 압력 차이로 인해 절환될 수 있다.
즉, 작동유 절환 밸브부재(530)는 선회 모터(200)로 유입 및 토출되는 작동유의 압력차에 의해 선택적으로 절환될 수 있다.
제1 작동유 개폐 밸브부재(510)는 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유가 선회 밸브(300) 또는 회생 제어 밸브(900)로 이동되도록 선택적으로 제어할 수 있다.
구체적으로, 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)가 폐쇄된 경우, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유가 회생 제어 밸브(900)를 향해 공급되도록 안내할 수 있다. 또는, 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)가 개방된 경우, 작동유 절환 밸브부재(530)를 통과한 작동유가 선회 밸브(300)로 공급되어 탱크로 배출되도록 안내할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 작동유 제어 밸브부(500)는 제2 작동유 개폐 밸브부재(520)를 더 포함할 수 있다.
제2 작동유 개폐 밸브부재(520)는 작동유 선회 밸브(300)와 작동유 절환 밸브부재(530) 사이에 배치되어, 선회 밸브(300)를 통과한 작동유가 작동유 절환 밸브부재(530)로 공급되도록 선택적으로 제어될 수 있다. 구체적으로, 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)와 제2 작동유 개폐 밸브부재(520)는 작동유 절환 밸브부재(530)를 중심으로 서로 이격되어 선회 모터(200)와 선회 밸브(300) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 작동유 개폐 밸브부재(520)는 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)와 동일하게 제어부(950)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)는 회생 제어 밸브(900)의 개방시 개방될 수 있다.
제1 작동유 개폐 밸브부재(510)는, 선회 모터(200)의 출구 압력(Pe)이 액츄에이터(750)의 유입측의 면적과 액츄에이터(750)의 토출측의 면적 사이의 면적비(A/a)와 제1 어큐뮬레이터(610)의 압력곱 보다 큰 경우, 작동유 절환 밸브부재(530)를 통과한 작동유가 액츄에이터(750)를 향해 공급되도록 폐쇄될 수 있다. 이때, 제1 작동유 개폐 밸브부재(510)는 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유의 유량이 회생 제어 밸브(900)로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 토출 압력 검출부(400)를 더 포함할 수 있다. 토출 압력 검출부(400)는 선회 모터(200)에서 토출되는 작동유의 압력을 검출한다. 구체적으로, 토출 압력 검출부(400)는 선회 모터(200) 양단의 작동유의 압력을 검출할 수 있다.
또한, 토출 압력 검출부(400)는 토출 오리피스(430)와 제1 토출 압력 검출부재(410) 그리고 제2 토출 압력 검출부재(420)를 포함할 수 있다.
토출 오리피스(430)는 선회 모터(200)를 통과한 작동유가 통과할 수 있다. 구체적으로, 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유가 통과하는 토출라인 상에 토출 오리피스(430)가 설치될 수 있다.
또한, 제1 토출 압력 검출부재(410)는 토출 오리피스(430)로 유입되는 작동유의 압력을 검출할 수 있다. 구체적으로, 제1 토출 압력 검출부재(410)는 선회 모터(200)와 토출 오리피스(430) 사이의 토출라인을 통과하는 작동유의 압력을 검출할 수 있다.
제2 토출 압력 검출부재(420)는 토출 오리피스(430)를 통과한 작동유의 압력을 검출할 수 있다. 구체적으로, 제2 토출 압력 검출부재(420)는 토출 오리피스(430)를 통과하여 토출라인을 통과하는 작동유의 압력을 검출할 수 있다.
토출 압력 검출부(400)는 토출 오리피스(430)와 제1 토출 압력 검출부재(410)와 제2 토출 압력 검출부재(420)는 선회 모터(200)를 회전시키는 동작 방향에 따라 복수를 포함할 수 있다.
구체적으로, 토출 오리피스(431,432)는 선회 모터(200)를 기준으로 양측에 복수로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 토출 오리피스(431,432)의 전, 후방 각각에 제1 토출 압력 검출부재(411,412)와 제2 토출 압력 검출부재(431,432)가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 제어부(950)를 더 포함할 수 있다.
제어부(950)는 토출 압력 검출부(400)에서 검출된 토출 오리피스(430) 전방 및 후방의 압력을 기초로 선회 모터의 유량(Q)을 연산할 수 있다. 구체적으로, 제어부(950)는 제1 토출 압력 검출부재(410)와 제2 토출 압력 검출부재(420)가 각각 검출한 작동유의 압력과 기설정된 토출 오리피스(430)의 면적을 기초로 하여 선회 모터(200)를 토출한 선회 모터(200)의 유량(Q)을 연산할 수 있다.
또한, 제어부(950)는 연산된 선회 모터의 유량(Q)과 기설정된 선회 밸브(300)의 면적을 기초로 선회 모터 출구 압력(Pe)을 연산할 수 있다. 구체적으로, 제어부(950)는 산출된 선회 모터의 유량(Q)과 선회 밸브(300)의 스풀유로(311)의 면적 정보을 기초로 선회 모터 출구 압력(Pe)을 연산할 수 있다. 일예로, 선회 밸브(300)는 스풀타입의 밸브일 수 있고, 탱크로 작동유의 토출을 안내하는 선회 밸브(300)에는 스풀유로(311)가 형성될 수 있다. 이러한 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 작동유를 안내하는 스풀밸브의 토출측 유로인 스풀유로(311)는 메인 펌프(100)에서 공급된 작동유를 선회 모터(200)로 안내하는 스풀밸브의 유입측 유로보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
건설기계(101)는 선회 모터(200)의 회전 방향과 이의 회전 가감속등을 제어할 수 있도록 작업자에 의해 조작되는 조작부(310)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 선회 밸브(300)는 조작부(310)에 따라 절환되며, 조작부(310)의 조작량에 따라 메인 펌프(100)로부터 공급되어 선회 모터(200)를 통과한 작동유가 탱크로 배출될 스풀유로(311)의 면적이 결정될 수 있다. 또한, 선회 밸브(300)의 스풀유로(311) 면적 정보는 조작부(310)의 조작량에 따라 제어부(950)에 기설정되어 있다.
즉, 제어부(950)는 조작부(310)의 조작량에 의해 결정되는 선회 밸브(300)의 스풀유로(311)의 가변 면적 정보를 이용하여 선회 모터 출구 압력(Pe)을 연산할 수 있다. 다시 말해, 제어부(950)는, 현재의 조작부(310)의 조작량에 따라 작동유가 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 후, 바로 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 배출되는 경우의 선회 모터 출구 압력(Pe)을 연산할 수 있다.
그리고 제어부(950)는 회생 제어 밸브(900)를 제어할 수 있다.
회생 제어 밸브(900)의 유입측 압력(Prelief)이 선회 모터 출구 압력(Pe)-제1 어큐뮬레이터(610)의 압력(Pa)×(액츄에이터의 토출측 면적 A/액츄에이터의 유입측 면적 a)을 유지할 수 있도록 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 회생 모터(800)와 어큐뮬레이터 밸브(650)를 더 포함할 수 있다.
회생 모터(800)는 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장된 작동유에 의해 구동되어, 메인 펌프(100)의 구동시 구동력을 보조할 수 있다. 즉, 회생 모터(800)는 고압의 작동유로 구동되어 메인 펌프(100)의 구동시 필요한 보조력을 제공할 수 있다.
어큐뮬레이터 밸브(650)는 제1 어큐뮬레이터(610)와 회생 모터(800) 사이에 배치되어, 회생 모터(800)로 작동유를 공급시 개방되어 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장된 작동유가 회생 모터(800)로 공급되도록 할 수 있다. 또는, 어큐뮬레이터 밸브(650)는 액츄에이터(750)를 통과한 작동유가 제1 어큐뮬레이터(610)로 저장시 개방될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 동작과정을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 선회체가 선회 가속 동작을 행하는 선회 가속 상태를 나타낸다.
작업자에 의해 조작되는 조작부(310)에 의해 입력되는 선회 모터(200)의 회전 방향이 우측이고 선회 모터(200)의 회전 속도를 가속시키는 경우, 선회 밸브(300)는 우측으로 절환된다. 이에 따라, 메인 펌프(100)로부터 작동유는 선회 밸브(300)를 통과한다. 또한, 작동유는 개방된 작동유 밸브 개폐부재(520)를 통과해 선회 모터(200)로 공급되도록 안내된다.
그리고 현재 선회 모터(200)는 선회 가속 상태 임으로, 선회 모터(200)로 유입되는 작동유의 압력은 선회 모터(200)로부터 토출되는 압력보다 상대적으로 높다. 즉, 선회 모터(200)로부터 낮은 압력의 작동유가 토출된다.
작동유 절환 밸브부재(530)의 일측에는 메인 펌프(100)에서 공급되는 고압이 작용하고, 작동유 절환 밸브부재(530)의 타측에는 선회 모터(200)로부터 토출된 저압이 작용한다. 이때, 작동유 절환 밸브부재(530)는 타측으로 절환된다. 즉, 작동유 절환 밸브부재(530)가 양측에서 작용하는 작동유의 압력에 의해 절환될 수 있다.
또한, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유는 작동유 절환 밸브부재(530)를 통해 제2 어큐뮬레이터(620)에 작동유가 저장된다. 즉, 선회 모터(200)의 선회 가속시 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유는 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장될 수 있다. 다시 말해, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장되는 작동유의 압력은 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되는 작동유의 압력보다 상대적으로 낮은 압력을 갖는다.
한편, 피스톤 로드(730)가 신장되는 방향으로 이동 시키기 위해 제2 어큐뮬레이터(620)로 공급되는 작동유 중 일부가 분기되어 유량 증폭부(700)와 연결될 수 있다.
제2 어큐뮬레이터(620)에 작동유가 저장되는 경우, 유량 증폭밸브(760)는 개방되어 액츄에이터(750)의 유입측과 액츄에이터(750)의 토출측 그리고 제2 어큐뮬레이터(620)가 서로 연통되도록 할 수 있다. 따라서, 액츄에이터(750)의 유입측 및 액츄에이터(750)의 토출측에는 동일한 압력의 작동유가 공급된다. 하지만, 액츄에이터(750)의 유입측의 면적(a)과 액츄에이터(750)의 토출측의 면적(A)의 차이로 인해 피스톤 로드(730)가 신장되는 방향으로 힘이 작용하기 때문에, 액츄에이터(750)의 피스톤 로드(730)는 신장되는 방향으로 이동될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 선회체가 선회 감속 동작을 행하는 감속 초기 상태를 나타낸다.
작업자에 의해 조작되는 조작부(310)에 의해 입력되는 선회 모터(200)의 회전 방향이 우측이고 선회 모터(200)의 회전 속도를 감속시키는 초기, 선회 밸브(300)를 통과한 메인 펌프(100)로부터 공급된 작동유는 개방된 제2 작동유 밸브 개폐부재(520)를 통해 선회 모터(200)로 공급된다. 또한, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유는 제1 작동유 밸브 개폐부재(510)를 통해 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 토출된다.
구체적으로, 선회 밸브(300)를 통과해 탱크로 배출되는 스풀유로(311) 면적이 선회 밸브(300)를 통해 선회 모터(200)로 공급하는 유로의 면적보다 작기 때문에, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유의 유량이 원할히 탱크로 배출될 수 없다. 따라서, 선회 모터(200)의 토출측 압력이 상승하게 된다.
이때, 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 압력은 선회 모터(200)로부터 토출되는 작동유의 압력보다 높아 작동유 절환 밸브부재(530)는 우측으로 절환된다. 또한, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유는 작동유 절환 밸브부재(530)를 통과한 후 회생 제어 밸브(900)로 안내될 수 있다. 감속 초기 선회 모터(200)의 토출측 압력이 제1 어큐뮬레이터(610)로 작동유를 저장할 만큼 높지 않기 때문에 회생 제어 밸브(900)는 개방되지 않는다. 따라서, 선회 모터(200)로부터 토출된 작동유의 유량은 선회 밸브(300)의 스풀유로(311)를 통해 탱크로 배출된다.
즉, 선회 감속 초기시 메인 펌프(100)로부터 공급된 작동유는 선회 밸브(300)를 통해 선회 모터(200)로 공급된 후, 다시 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 토출될 수 있다.
이때, 제어부(950)는 토출 오리피스(430)의 기설정된 면적과 제1 토출 압력 검출부재(410)와 제2 토출 압력 검출부재(420)가 각각 검출한 작동유의 압력 정보를 기초로 선회 모터(200)를 통과한 선회 모터의 유량(Q)을 연산할 수 있다.
또한, 제어부(950)는 연산된 선회 모터의 유량(Q)과 현재의 조작부(310)의 조작량에 따라 가변되도록 기설정된 스풀유로(311)의 면적을 기초로 현재의 조작부(310)의 기울기에 따라 작동유가 작동유 제어 밸브부(500)를 통과한 후 바로 선회 밸브(300)를 통해 탱크로 배출되는 경우의 선회 모터 출구 압력(Pe)을 연산할 수 있다. 즉, 제어부(950)는 선회 모터의 출구 압력(Pe)을 예측할 수 있다.
그리고 제어부(950)는 기설정된 액츄에이터(750)의 유입측 면적(a)과 기설정된 액츄에이터(750)의 토출측 면적(A) 사이의 면적비(A/a)×제1 어큐뮬레이터(610)의 압력(Pa)을 연산한다.
즉, 제어부(950)는 회생 제어 밸브(900)는 선회 모터의 출구 압력(Pe)과 기설정된 액츄에이터(750)의 유입측 면적(a)과 기설정된 액츄에이터(750)의 토출측 면적(A) 사이의 면적비(A/a)와 제1 어큐뮬레이터(610)의 압력(Pa)의 곱을 비교한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)의 선회체가 선회 감속 동작을 행하는 감속 초기 이후 상태를 나타낸다.
회생 제어 밸브(900)는 선회 모터의 출구 압력(Pe)이 기설정된 액츄에이터(750)의 유입측 면적(a)과 기설정된 액츄에이터(750)의 토출측 면적(A) 사이의 면적비(A/a)와 제1 어큐뮬레이터(610)의 압력(Pa)을 곱한 값보다 큰 경우, 작동유 절환 밸브부재(530)를 통과한 작동유가 액츄에이터(750)로 공급되도록 한다. 즉, 제1 액츄에이터(750)에 작동유가 저장을 시작할 수 있다.
이때, 제1 작동유 밸브 개폐부재(510)는 폐쇄되어 작동유 절환 밸브부재(530)를 통과한 작동유가 선회 밸브(300)가 아닌 회생 제어 밸브(900)를 향해 공급되도록 안내할 수 있다.
회생 제어 밸브(900)의 압력(Prelief)은 연산된 선회 모터의 출구 압력(Pe)-제1 액츄에이터(750)의 압력×기설정된 액츄에이터(750)의 유입측 면적(a)과 기설정된 액츄에이터(750)의 토출측 면적(A) 사이의 면적비(A/a)을 만족하도록 제어될 수 있다.
회생 제어 밸브(900)를 통과하여 액츄에이터(750)에 공급된 작동유는 액츄에이터(750)의 면적비(A/a) 만큼의 증폭된 유량이 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장될 수 있다. 구체적으로, 액츄에이터(750)의 유입측으로 공급된 작동유의 압력에 의해 액츄에이터(750)의 피스톤 로드(730)가 수축되는 방향으로 이동되며 제1 어큐뮬레이터(610)에 작동유를 공급할 수 있다.
또한, 작동유가 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되는 경우, 어큐뮬레이터 밸브(650)는 개방되어 액츄에이터(750)를 통과한 작동유가 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되도록 안내할 수 있다. 그리고, 유량 증폭밸브(760)는 폐쇄상태로 유지될 수 있다.
이때, 선회 모터(200)의 유입측은 메인 펌프(100)로부터 작동유의 유량을 공급받으나, 선회 밸브(300)의 스풀유로(311)의 면적이 작아진 경우 그 양이 충분하지 않아 선회 모터(200)의 유입측에 캐비테이션이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장된 작동유가 선회 모터(200)의 유입측으로 공급되어 선회 모터(200)의 캐비태이션을 방지할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 선회 모터(200)의 가속 또는 감속시 작동유를 저장하여, 작동유가 가진 고압의 에너지를 활용할 수 있다. 구체적으로, 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장된 작동유를 회생 모터(800)의 동작시 이용할 수 있고, 제2 어큐뮬레이터(620)에 저장된 작동유를 선회 감속 시 선회 모터(200)의 캐비테이션 방지를 위해 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계(101)는 유량 증폭부(700)를 포함하고 있어, 선회 모터(200)의 감속시 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장하는 작동유의 유량을 효과적으로 증가 시킬 수 있다. 즉, 유량 증폭부(700)는 제2 어큐뮬레이터(630)에 저장되는 작동유의 충전 압력을 효과적으로 상승시키고, 제1 어큐뮬레이터(610)에 저장되는 작동유의 유량을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 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 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 메인 펌프 101: 건설기계
200: 선회 모터 300: 선회 밸브
400: 토출 압력 검출부 410: 제1 토출 압력 검출부재
420: 제2 토출 압력 검출부재 430: 토출 오리피스
500: 작동유 제어 밸브부 510: 제1 작동유 개폐 밸브부재
530: 작동유 절환 밸브부재 610: 제1 어큐뮬레이터
620: 제2 어큐뮬레이터 700: 유량 증폭부
750: 엑츄에이터 760: 유량 증폭밸브
800: 회생 모터 900: 회생 제어 밸브
950: 제어부

Claims (10)

  1. 메인 펌프;
    상기 메인 펌프로부터 작동유를 공급받아 동작되는 선회 모터;
    상기 메인 펌프에 의한 작동유의 흐름을 제어하여 상기 선회 모터에 공급하는 선회 밸브;
    상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부;
    상기 선회 모터에서 토출되는 작동유의 압력에 따라 작동유의 흐름을 제어하는 작동유 제어 밸브부;
    상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유를 저장 가능한 제1 어큐뮬레이터;
    상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유를 저장 가능한 제2 어큐뮬레이터; 및
    상기 선회 모터에서 토출되는 작동유가 상기 제1 어큐뮬레이터로 저장되도록 안내하고, 상기 제2 어큐뮬레이터의 작동유의 압력에 따라 상기 제1 어큐뮬레이터에 저장될 작동유의 유량을 증폭 가능한 유량 증폭부
    를 포함하는 건설기계.
  2. 제1항에서,
    상기 유량 증폭부는,
    상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유에 의해 수축되고 상기 제2 어큐뮬레이터에 저장되는 작동유에 의해 신장되는 액츄에이터를 포함하는 건설기계.
  3. 제2항에서,
    상기 유량 증폭부는,
    상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측을 선택적으로 연통시키는 유량 증폭밸브를 더 포함하는 건설기계.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 어큐뮬레이터에 작동유가 저장시 상기 유량 증폭밸브는 폐쇄되어 상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측이 서로 연통되지 않도록 하고, 상기 제2 어큐뮬레이터에 작동유가 저장시 상기 유량 증폭밸브는 개방되어 상기 액츄에이터의 유입측과 상기 액츄에이터의 토출측이 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 건설기계.
  5. 제3항에서,
    상기 선회 모터의 출구 압력이 상기 액츄에이터의 유입측의 면적과 상기 액츄에이터의 토출측의 면적 사이의 면적비와 상기 제1 어큐뮬레이터의 압력곱 보다 큰 경우, 상기 작동유 제어 밸브부를 통과한 작동유가 상기 액츄에이터로 공급되도록 하는 회생 제어 밸브를 더 포함하는 건설기계.
  6. 제5항에서,
    상기 작동유 제어 밸브부는,
    상기 선회 모터로부터 토출된 압력에 따라 선택적으로 절환되는 작동유 절환 밸브부재; 및
    상기 선회 모터로부터 토출된 작동유가 상기 선회 밸브 또는 상기 회생 제어 밸브로 이동되도록 선택적으로 제어하는 제1 작동유 개폐 밸브부재
    를 포함하는 건설기계.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 작동유 개폐 밸브부재는 상기 회생 제어 밸브가 개방되는 경우, 상기 작동유 절환 밸브부재를 통과한 작동유가 상기 액츄에이터로 이동되도록 안내하는 것을 특징으로 하는 건설기계.
  8. 제5항에서,
    상기 선회 모터를 통과한 작동유가 통과하는 토출 오리피스와, 상기 토출 오리피스로 유입되는 작동유의 압력을 검출하는 제1 토출 압력 검출부재, 그리고 상기 토출 오리피스를 통과한 작동유의 압력을 검출하는 제2 토출 압력 검출부재를 포함하는 토출 압력 검출부를 더 포함하는 건설기계.
  9. 제8항에서,
    상기 토출 압력 검출부에서 검출된 상기 토출 오리피스 전방 및 후방의 압력을 기초로 선회 모터의 유량을 연산하고, 상기 연산된 선회 모터의 유량과 기설정된 상기 선회 밸브의 면적을 기초로 상기 선회 모터 출구 압력을 연산하고, 상기 회생 제어 밸브가 상기 선회 모터 출구 압력과 상기 액츄에이터의 토출측의 면적과 상기 액츄에이터의 유입측의 면적비와 상기 제1 어큐뮬레이터의 압력곱의 차의 압력을 유지하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 건설기계.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 어큐뮬레이터에서 저장된 작동유를 이용하여 상기 메인 펌프의 구동시 보조력을 제공하는 회생 모터를 더 포함하는 건설기계.
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