KR102471344B1 - 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 - Google Patents

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 Download PDF

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Abstract

쇼벨의 선회체(3)는, 유압펌프(14)로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 선회용 유압모터(21B)에 의하여 선회구동된다. 유압실린더(7)는, 유압펌프(14)로부터 공급되는 압유에 의하여 구동된다. 파일럿회로는, 조작레버의 조작에 따라 파일럿압을 조정한다. 유압제어밸브(17)는, 파일럿압에 따라, 유압펌프(14)로부터 유압실린더(7)로 공급하는 압유를 조정한다. 조작레버(26A)의 조작상태에 대응하여 개방도가 변화하는 가변스로틀밸브(64)를 파일럿회로에 마련한다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법{Shovel and Method for Controlling Shovel}
본 발명은 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법에 관한 것이다.
쇼벨에 있어서, 일반적으로 붐, 암, 및 버킷은 각각 유압실린더에 의하여 구동된다. 유압실린더에 공급되는 압유(壓油) 또는 유압실린더로부터 배출되는 압유는, 컨트롤밸브라고 칭해지는 제어밸브에 의하여 제어된다. 또, 컨트롤밸브에 있어서의 밸브의 개폐는, 구동유압계와는 다른 파일럿유압계에 의하여 제어된다.
예를 들면, 붐을 구동하기 위한 붐실린더를 구동제어하기 위한 파일럿압은, 붐조작레버에 의하여 조정되어, 컨트롤밸브에 공급된다. 즉, 붐조작레버의 조작량에 따른 파일럿압이 컨트롤밸브에 공급된다. 이 파일럿압에 따라 컨트롤밸브가 개폐됨으로써, 붐실린더에 압유가 공급되거나, 붐실린더로부터 압유가 배출되거나 한다.
여기에서, 예를 들면 쇼벨의 오퍼레이터가, 선회 중에 붐조작레버를 조작하여, 붐을 상승시키고 나서 정지시킨 경우를 생각한다. 이 경우, 먼저, 붐조작레버의 조작량에 따른 파일럿압이 컨트롤밸브에 공급되고, 컨트롤밸브가 제어되어 붐실린더의 보텀측에 고압의 압유가 공급된다. 이로써 붐은 상승한다. 그리고, 오퍼레이터가 붐을 정지시키기 위하여 붐조작레버를 중립위치로 되돌리면, 파일럿압은 대략 제로가 되고, 컨트롤밸브가 폐쇄되어 붐실린더의 보텀측에 대한 압유의 공급이 정지된다. 통상, 오퍼레이터가 붐조작레버를 중립위치로 되돌리는 동작은 급격하고, 이로 인하여 파일럿압도 급격히 감소하여 제로에 가까운 값이 된다.
상술한 예와 같이, 붐이 상승하고 나서 급감속하여 정지되면, 붐의 급감속에 의하여 붐실린더에 있어서의 유압이 변동한다. 이 유압변동에 의하여, 선회용 유압모터의 유압공급포트에 있어서의 유압도 변동하여, 쇼벨의 선회체가 선회방향으로 진동하게 된다. 이와 같은 쇼벨의 차체의 진동은 오퍼레이터에게 있어서 불쾌한 것이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평11-61889호
특허문헌 1에 개시된 작업기의 유압회로는, 상승하고 있는 붐을 정지시킬 때에, 방향전환밸브의 스풀이 중립위치로 급격히 되돌아가는 것을 억제하여, 붐의 정지 시의 관성부하에 기인한 충격을 완화시킨다. 그러나, 쇼벨의 동작조건은 다양하기 때문에, 고정식의 스로틀기구만으로는, 방향전환밸브의 스풀이 중립위치로 되돌아가는 것을 충분히 억제할 수 없어, 선회체의 진동이 커져 버리는 경우가 있다.
따라서, 오퍼레이터의 레버조작에 기인한 차체의 진동을 억제할 것이 요구된다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의하면, 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되며, 쇼벨의 선회체를 선회구동하는 선회용 유압모터와, 상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 유압실린더와, 조작레버의 조작에 따라, 파일럿압을 조정하는 파일럿회로와, 상기 파일럿회로로부터 공급되는 파일럿압에 따라, 상기 유압펌프로부터 상기 유압실린더로 공급하는 압유를 조정하는 유압제어밸브와, 상기 조작레버의 조작상태에 대응하여 개방도가 변화하는 가변스로틀밸브와, 상기 가변스로틀밸브의 개방도를 변경하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 쇼벨이 제공된다.
또, 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되며, 쇼벨의 선회체를 선회구동하는 선회용 유압모터와, 상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 유압실린더와, 조작레버의 조작에 따라, 파일럿압을 조정하는 파일럿회로와, 상기 파일럿회로로부터 공급되는 파일럿압에 따라, 상기 유압펌프로부터 상기 유압실린더로 공급하는 압유를 조정하는 유압제어밸브와, 상기 조작레버의 조작상태에 대응하여 개방도가 변화하는 가변스로틀밸브와 상기 가변스로틀밸브의 개방도를 변경하는 제어장치를 갖는 쇼벨의 제어방법으로서, 상기 가변스로틀밸브의 개방도를, 조작레버의 조작상태에 대응하여 변경하는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법이 제공된다.
상술한 수단에 의하여, 차체진동이 완화된 쇼벨이 제공된다.
도 1은 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 복합선회동작에 있어서의, 파일럿압의 변화, 선회유압모터의 회전수 및 붐의 속도의 변화와, 선회 B포트압 및 붐보텀압의 변화를 나타내는 도이다.
도 4는 파일럿유압회로를 포함하는 유압구동회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 가변스로틀밸브의 개방도를 작게 했을 때의, 파일럿압의 변화, 선회유압모터의 회전수 및 붐의 속도의 변화와, 선회 B포트압 및 붐보텀압의 변화를 나타내는 도이다.
도 6은 유압구동회로의 다른 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 유압구동회로의 또 다른 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 비례밸브로 파일럿압을 제어할 때의 유압구동회로의 회로도이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 관한 쇼벨(굴삭기)의 측면도이다. 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재된다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착된다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 버킷(6)이 장착된다. 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 유압실린더인 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.
도 2는, 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 점선, 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타나 있다.
기계식 구동부로서의 엔진(11)의 출력축에는, 유압펌프로서의 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속된다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 유압제어밸브로서의 컨트롤밸브(17)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.
컨트롤밸브(17)는, 유압쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 장치이다. 하부주행체(1)용의 주행용 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 선회유압모터(21B) 등의 유압액추에이터는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 조작장치(26)는 파일럿라인으로서의 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.
조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27) 및 유압라인(28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속된다.
컨트롤러(30)는, 유압쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부로서 기능한다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되며, 내부메모리에 격납된 구동제어용 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현되는 제어장치이다.
이상과 같은 구성의 쇼벨에 있어서, 오퍼레이터가 붐(4)을 조작하기 위한 레버를 조작장치(26)의 레버(26A)라고 한다. 예를 들면, 오퍼레이터가 붐(4)을 상승시키려고 하여 레버(26A)를 조작하면, 파일럿펌프(15)로부터의 파일럿압(유압)이 레버(26A)의 조작량에 따라 조작장치(26)에 의하여 조정된다. 조작장치(26)에 의하여 조정된 파일럿압은 컨트롤밸브(17)에 공급된다. 컨트롤밸브(17)에서는, 공급된 파일럿압에 근거하여 붐구동유압회로가 개방되어, 메인펌프(14)로부터의 고압의 압유가 붐실린더(7)의 보텀측에 공급된다. 이로써, 붐(4)은 상승한다.
또, 선회조작용 레버를 26B라고 하면, 오퍼레이터는 레버(26B)를 조작함으로써, 선회유압모터(21B)를 구동시켜, 상부선회체(3)를 좌우 중 어느 한쪽의 방향으로 선회시킬 수 있다.
여기에서, 예를 들면 상부선회체(3)를 선회시키면서 붐(4)을 상승시키는 경우를 생각한다. 이 경우, 메인펌프(14)로부터의 압유로 선회유압모터(21B)가 구동되고, 동시에 붐실린더(7)의 보텀측에 압유가 공급된다. 이와 같이 선회 중에 붐(4)이나 암(5) 등을 구동하는 것을 복합선회라고 칭하는 경우도 있다.
이상과 같은 복합선회동작 중에 붐(4)의 상승을 정지시킨 경우를 생각한다. 도 3은, 복합선회동작에 있어서의, 파일럿압의 변화(도 3의 (a)), 선회유압모터(21B)의 회전수 및 붐(4)의 속도의 변화(도 3의 (b))와, 선회 B포트압 및 붐보텀압의 변화(도 3의 (c))를 나타내는 그래프이다.
도 3에 나타내는 예에서는, 시각 t1에 붐조작용 레버(26A)와 선회조작용 레버(26B)가 동시에 조작되어, 선회동작과 붐상승동작이 개시되고 있다. 그리고, 시각 t2에 있어서, 레버(26A) 및 레버(26B)는 최대로 기울어진 상태로 유지되고 있다. 시각 t3이 되면, 붐(4)의 상승을 멈추기 위하여, 붐조작용 레버(26A)만이 중립위치로 되돌려지고 있다. 그리고 시각 t4를 지나 시각 t5가 되면, 선회조작용 레버(26B)도 중립위치로 되돌려진다.
이상과 같은 복합선회조작을 행하면, 붐조작용 파일럿압(실선) 및 선회조작용 파일럿압(점선)은, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 변화한다. 즉, 붐조작용 파일럿압 및 선회조작용 파일럿압은, 시각 t1에 있어서 상승하기 시작하여, 시각 t2에 있어서 최대(Pmax)가 되고, 시각 t3까지 최대인 채로 유지된다.
그리고, 시각 t3에 있어서 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려지면, 붐조작용 파일럿압(실선)은 급격히 제로 부근까지 하강하고, 그 후에는 제로 부근으로 유지된다. 한편, 선회조작용 파일럿압(점선)은 시각 t5까지 최대(Pmax)로 유지되고, 시각 t5에 있어서 선회조작용 레버(26B)가 중립위치로 되돌려지면, 시각 t5로부터 하강하여 제로 부근이 된다.
붐(4)의 속도(붐속도: 실선)는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 시각 t2를 지나고 나서 최대상승속도 V1에 달하고, 그대로 V1로 유지되고 나서, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려진 시각 t3에 있어서 급격히 하강하기 시작한다. 그리고, 붐속도는 제로가 되고 나서 마이너스 방향으로 흔들리며(반대방향으로 움직임(하강함)), 상승, 하강을 수회 반복하고 나서 제로가 되고, 붐(4)은 시각 t4에서 정지한다. 붐(4)의 진동에 기인하여, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 붐실린더(7)의 보텀측의 유압(붐보텀압: 실선)이 시각 t3부터 시각 t4까지의 사이에 진동한다.
한편, 상부선회체(3)의 선회속도, 즉 상부선회체(3)의 회전수(선회회전수: 점선)는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 시각 t2부터 시각 t3까지의 사이는 일정한 상승률로 상승해 가지만, 시각 t3을 지난 시점에서 상승률이 갑자기 증대한다. 시각 t3에서 붐실린더(7)의 보텀측에 대한 압유공급이 정지되기 때문이다. 이는, 시각 t3을 지난 시점에서 선회회전수를 나타내는 선의 기울기가 갑자기 커지고 있는 것으로 알 수 있다. 그리고, 붐보텀압이 진동하면서 일정한 압력으로 수렴되므로, 그 영향이 선회유압모터(21B)의 B포트(유압공급측 포트)에 미친다. 즉, 붐보텀압이 크게 변동하면 그 영향이 선회유압모터의 B포트의 유압(선회 B포트압: 점선)에 나타나, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이 선회 B포트압도 변동한다. 붐실린더(7)에 유압을 공급하는 회로와, 선회유압모터(21B)에 유압을 공급하는 회로가 동일한 1개의 유압구동회로 내에 형성되어 있기 때문이다.
이와 같이 선회 B포트압이 변동(진동)하면, 선회유압모터(21B)의 회전력도 변동하여, 상부선회체(3)의 회전속도(선회회전수)에 작은 변동이 발생한다. 이것이 상부선회체(3)의 선회방향의 진동이 되어, 오퍼레이터가 불쾌하게 생각하는 차체진동이 된다. 다만, 도 3의 (b)에는, 시각 t3부터 시각 t4까지의 사이는, 선회회전수는 일정한 상승률로 상승하고 있는 것으로 나타나 있지만, 미시적으로 보면, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이 선회 B포트압의 진동에 따라 선회회전수의 상승률은 진동하고 있다.
본 실시예에서는, 상술과 같은 차체의 진동을 억제하기 위하여, 파일럿유압회로에 특별한 회로를 마련하고 있다. 이하, 본 실시예에 의한 파일럿유압회로에 대하여 설명한다.
도 4는 본 실시예에 의한 파일럿유압회로를 포함하는 유압구동회로의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 4에는, 선회유압모터(21B)와 붐실린더(7)를 구동하기 위한 유압구동회로와 그들을 제어하기 위한 파일럿유압회로가 나타나 있다. 그러나, 설명을 간소화하기 위하여, 예를 들면 암실린더(8)나 버킷실린더(9)를 구동하기 위한 유압구동회로는 생략되어 있다.
도 4에 있어서, 점선으로 둘러싸인 유압구동회로부분(50)에는, 상부선회체(3)를 선회구동하기 위한 선회유압모터(21B)를 구동하기 위한 유압회로와, 붐실린더(7)를 왕복구동하기 위한 유압회로가 포함되어 있다. 또, 유압구동회로부분(50) 중의 점선으로 둘러싸인 유압회로부분(17A)은, 컨트롤밸브(17) 중에 마련된 유압회로를 나타낸다.
유압회로부분(17A)에는, 파일럿유압회로로부터 파일럿압이 공급된다. 보다 구체적으로는, 붐조작용 레버(26A)로 조정된 파일럿압이, 컨트롤밸브(17)의 스풀밸브(17-1 및 17-2)에 공급된다. 또, 선회조작용 레버(26B)로 조정된 파일럿압이, 컨트롤밸브(17)의 스풀밸브(17-3)에 공급된다. 스풀밸브(17-1, 17-2, 및 17-3)는, 파일럿압에 의하여 스풀이 눌리면 파일럿압에 비례하여 스풀이 이동하고, 그에 따라 유로(油路)가 개방되는 밸브이다.
즉, 붐조작용 레버(26A)가 붐(4)을 상승시키는 방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)로부터의 압유는, 레버(26A)의 조작량에 따른 파일럿압으로 조정되며, 조정된 파일럿압이 스풀밸브(17-1 및 17-2)에 공급된다. 파일럿압에 의하여 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 스풀이 이동하여 유로가 개방되며, 메인펌프(14-1 및 14-2)로부터의 압유가 각각 스풀밸브(17-1 및 17-2)를 통하여 붐실린더(7)의 보텀측에 공급된다. 이로써, 붐(4)은 상승한다.
레버(26A)를 조작하고 나서, 붐(4)의 상승을 정지시키기 위하여, 오퍼레이터는, 레버(26A)를 중립위치로 되돌린다. 레버(26A)가 중립위치로 되돌려지면, 파일럿압은 제로 또는 제로 부근까지 내려간다. 이로써, 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 스풀이 이동하여 유로가 폐쇄되고, 붐실린더(7)에 대한 압유의 공급은 정지된다. 이때, 스풀밸브(17-1 및 17-2)에 공급되고 있던 파일럿압의 압유는 레버(26A)(조작장치(26))를 통하여 탱크로 되돌려진다. 이 파일럿압의 압유를 탱크로 되돌리기 위하여, 레버(26A)와 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 사이에 파일럿쿠션회로(60)가 마련된다. 파일럿쿠션회로(60)는, 역류방지밸브(62)와, 역류방지밸브(62)에 병렬로 접속된 가변스로틀밸브(64)를 포함하는 유압회로이다. 가변스로틀밸브(64)는 파일럿압을 제로로 할 때에, 파일럿압의 압유가 탱크방향으로 흐르는 유로를 형성한다.
여기에서, 본 실시예에서는, 이와 같이 파일럿쿠션회로(60)에 가변스로틀밸브(64)를 마련하고, 파일럿압의 압유를 탱크로 되돌리는 속도를 조정하여, 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 스풀이 중립위치로 되돌아가는 속도를 조정한다.
가변스로틀밸브(64)는 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여, 그 개방도를 변경할 수 있는 밸브이다. 컨트롤러(30) 내에는, 파일럿압의 상태를 판별하는 판별부(30a)가 마련되어 있으며, 파일럿압이 소정 상태가 되면, 가변스로틀밸브(64)의 개방도를 변경한다. 예를 들면, 붐상승 단독동작을 정지시킬 때의 가변스로틀밸브(64)의 개방도보다, 붐상승과 선회의 복합동작을 정지시킬 때의 가변스로틀밸브(64)의 개방도를 작게 한다.
판별부(30a)는, 도 3의 (a)를 참조하면서 설명한 파일럿압의 상태를 판별한다. 판별부(30a)에는, 붐조작용 파일럿압을 검출하는 압력센서(70)의 검출값과, 선회조작용 파일럿압을 검출하는 압력센서(72)로부터의 검출값이 입력된다. 판별부(30a)는 이들 2개의 검출값에 근거하여, 상부선회체(3)의 선회 중에 붐(4)의 상승이 정지될 수 있는 상태에 있는지 여부를 판별한다. 보다 구체적으로는, 판별부(30a)는, 압력센서(70)로부터의 검출값 및 압력센서(72)로부터의 검출값이 모두 최대(Pmax)인 상태가 되어 있는지 여부를 판별한다.
다만, 본 실시예에서는 판별부(30a)는 압력센서(70) 및 압력센서(72)를 이용하여 파일럿압을 검출함으로써, 붐조작용 레버(26A) 및 선회조작용 레버(26B)가 모두 조작되고 있는 상태(복합선회상태)를 판별하고 있다. 그러나, 판별부(30a)는, 예를 들면 레버(26A)의 기울기와 레버(26B)의 기울기를 기울기센서로 직접 검출함으로써, 붐조작용 레버(26A) 및 선회조작용 레버(26B)가 모두 조작되고 있는 상태(복합선회상태)를 판별해도 된다.
압력센서(70)로부터의 검출값 및 압력센서(72)로부터의 검출값이 모두 최대(Pmax)인 상태가 되어 있다고 판별하면(도 3의 (a)에 있어서의 시각 t2부터 시각 t3까지의 상태), 판별부(30a)는, 개방도를 작게 하도록 제어신호를 가변스로틀밸브(64)에 출력한다. 이 제어신호를 받으면, 가변스로틀밸브(64)는 그 개방도를 통상의 개방도보다 작게 한다. 가변스로틀밸브(64)의 개방도가 작아지면, 파일럿압의 압유가 붐조작용 레버(26A)의 방향으로 되돌아가는 유로의 저항이 커지고, 파일럿압의 압유는 레버(26A)의 방향으로 되돌아가기 어려워진다. 따라서, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 붐조작용 파일럿압(실선)의 시각 t3으로부터의 하강률은 작아진다. 다만, 도 5는 도 3에 나타내는 레버조작과 동일한 조작조건에서, 시각 t3보다 이전에 가변스로틀밸브(64)의 개방도를 작게 한 경우의 파일럿압의 변화(도 5의 (a)), 붐속도 및 선회회전수의 변화(도 5의 (b)), 붐보텀압 및 선회 B포트압의 변화(도 5의 (c))를 나타내는 그래프이다.
즉, 선회조작과 붐상승조작이 동시에 행해지면, 예를 들면 시각 t2 부근에서 가변스로틀밸브(64)의 개방도가 작게 되고, 그 후에 붐상승조작이 정지되었을 때에는, 단독으로 행해진 붐상승조작이 정지되었을 때보다, 붐조작용 파일럿압이 천천히 제로 부근으로 하강하게 된다. 그러면, 붐속도(실선)는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 시각 t3으로부터 급격히 감소하는 일 없이, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 시각 t3으로부터 천천히 감소되어, 변동(진동)도 하지 않고 시각 t4에서 제로가 된다. 붐(4)이 천천히 정지하기 때문에, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같은 시각 t3부터 시각 t4까지의 붐보텀압의 변동도 없다. 따라서, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 붐보텀압(실선)은 시각 t3으로부터 완만하게 상승하여 시각 t4에서 대략 일정한 압력(붐(4)의 중량에 의한 압력)이 된다. 이로 인하여, 선회 B포트압(점선)에는 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같은 시각 t3부터 시각 t4까지의 변동은 발생하지 않으며, 상부선회체(3)의 선회방향에 있어서의 충격 또는 진동은 억제된다.
다만, 가변스로틀밸브(64)의 개방도를 작게 하는 타이밍은, 선회조작과 붐상승조작이 동시에 이루어졌다고 판단한 시점이면 되고, 시각 t3보다 전이면 된다. 또, 가변스로틀밸브(64)의 개방도가 너무 작으면(스로틀이 너무 강하면), 붐실린더(7)에 대한 압유의 공급정지가 늦어져, 붐(4)의 정지가 늦어진다. 이로 인하여, 레버(26A)의 조작에 대한 붐(4)의 동작의 반응이 둔해져, 붐(4)의 조작성이 나빠진다. 따라서, 가변스로틀밸브(64)에 의한 스로틀 상태는, 붐(4)의 동작의 반응을 고려하여 적당한 값으로 설정한다.
이상과 같이, 파일럿쿠션회로(60)에 가변스로틀밸브(64)를 마련함으로써, 붐조작용 파일럿압을 완만하게 감소시킬 수 있으며, 붐보텀압의 진동을 억제할 수 있다. 이로써, 선회유압모터(21B)의 선회 B포트(유압공급측 포트)에 있어서의 유압의 진동을 억제할 수 있으며, 결과적으로, 차체의 진동을 억제하여 완화할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 파일럿유압회로를 포함하는 유압구동회로의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 도 6은 유압구동회로의 회로도이다. 또, 도 6의 유압구동회로는, 가변스로틀밸브(64) 대신에 고정스로틀밸브(64a)가 마련된 점, 및 유압회로부분(17A) 내에 가변스로틀밸브(65a~65c)가 마련된 점에서 도 4의 유압구동회로와 상이하지만, 그 외의 점에서 공통된다. 이로 인하여, 공통부분의 설명을 생략하고, 상이부분을 상세하게 설명한다.
고정스로틀밸브(64a)는 붐조작용 파일럿압을 제로로 할 때에, 그 파일럿압을 생성하고 있는 압유를 탱크로 되돌리기 위한 유로를 형성한다. 그리고, 고정스로틀밸브(64a)는, 그 유로를 흐르는 압유(복귀유)의 유량을 억제하고, 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 각 스풀이 중립위치로 되돌아가는 속도(이하, “스풀복귀속도”라고 함)를 억제한다. 그러나, 고정스로틀밸브(64a)는, 그 개방도가 고정되어 있기 때문에, 스풀복귀속도 나아가서는 붐(4)을 정지시킬 때의 붐(4)의 감속도를 조작조건 등에 따라 변경하는 일은 없다.
따라서, 도 6의 유압구동회로는, 파일럿쿠션회로(60)에 있어서의 가변스로틀밸브(64) 대신에, 컨트롤밸브(17)에 있어서의 가변스로틀밸브(65a~65c)를 제어하여 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를 조작조건 등에 따라 변경할 수 있도록 한다.
가변스로틀밸브(65a~65c)는 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여, 그 개방도를 변경할 수 있는 밸브이다.
가변스로틀밸브(65a)는, 메인펌프(14-2)와 스풀밸브(17-2)의 사이에 배치되며, 그 개방도를 작게 할수록, 메인펌프(14-2)로부터 붐실린더(7)로 흐르는 압유의 유량을 저하시킨다. 다만, 가변스로틀밸브(65a)는 스풀밸브(17-2)와 그 하류에 있는 붐실린더(7)의 사이에 배치되어도 된다.
가변스로틀밸브(65b)는, 메인펌프(14-1)와 스풀밸브(17-1)의 사이에 배치되며, 그 개방도를 작게 할수록, 메인펌프(14-1)로부터 붐실린더(7)로 흐르는 압유의 유량을 저하시킨다. 다만, 가변스로틀밸브(65b)는 스풀밸브(17-1)와 그 하류에 있는 붐실린더(7)의 사이에 배치되어도 된다.
가변스로틀밸브(65c)는, 붐실린더(7)와 그 하류에 있는 스풀밸브(17-2)의 사이에 배치되며, 그 개방도를 작게 할수록, 붐실린더(7)로부터 탱크로 흐르는 압유의 유량을 저하시킨다. 다만, 가변스로틀밸브(65b)는 스풀밸브(17-2)와 그 하류에 있는 탱크의 사이에 배치되어도 된다.
컨트롤러(30)는, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려졌을 때에 가변스로틀밸브(65a~65c)의 개방도를 소정의 조정시간 동안 소정의 목표개방도까지 작게 한다. 본 실시예에서는, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 목표개방도는, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 목표개방도보다 크다. 즉, 컨트롤러(30)는, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 가변스로틀밸브(65a~65c)의 개방도가, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 개방도보다 커지도록 각각의 개방도를 제어한다. 또, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 조정시간은, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 조정시간보다 크다. 즉, 컨트롤러(30)는, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에 비하여, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에는 가변스로틀밸브(65a~65c)의 개방도를 천천히 저감시킨다. 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도보다 작게 하여 상부선회체(3)의 선회방향의 진동의 발생을 방지하기 위해서이다. 이로써, 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터가 불쾌하게 생각하는 차체진동을 방지할 수 있다. 단, 조정시간 및 목표개방도 중 어느 일방은, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때와 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에 동일해도 된다.
다만, 가변스로틀밸브(65a) 및 가변스로틀밸브(65c)의 각각의 개방도를 급격히 작게 하는 것은, 흡사 고정스로틀밸브(64a)에 의하여 스풀복귀속도가 제한되어 있는 스풀밸브(17-2)의 스풀을 중립위치로 급격히 되돌렸을 때와 동일한 효과를 가져온다. 또, 가변스로틀밸브(65b)의 개방도를 급격히 작게 하는 것은, 흡사 고정스로틀밸브(64a)에 의하여 스풀복귀속도가 제한되어 있는 스풀밸브(17-1)의 스풀을 중립위치로 급격히 되돌렸을 때와 동일한 효과를 가져온다. 즉, 컨트롤러(30)는, 스풀밸브(17-1 및 17-2)의 각각의 스풀복귀속도가 조정불가로 되어 있는 경우이더라도, 가변스로틀밸브(65a~65c)의 각각의 개방도를 조정함으로써, 스풀복귀속도를 실질적으로 조정할 수 있도록 한다. 그 결과, 도 4의 가변스로틀밸브(64)를 조정한 경우와 마찬가지로, 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를 제어할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 유압구동회로의 또 다른 구성예에 대하여 설명한다. 도 7은 유압구동회로의 회로도이다. 또, 도 7의 유압구동회로는, 스풀밸브(17-1, 17-2)의 각각에 관하여 독립적인 파일럿쿠션회로(60a, 60b)가 마련된 점, 및 가변스로틀밸브(64) 대신에 고정스로틀밸브(64a, 64b)가 마련된 점에서 도 4의 유압구동회로와 상이하다. 또, 유압회로부분(17A) 내에 가변스로틀밸브(65d, 65e)가 마련된 점, 및 스풀밸브(17-1)에 CT포트(붐실린더(7)와 탱크를 연통시키는 포트)가 추가된 점에서 도 4의 유압구동회로와 상이하다. 그러나, 도 7의 유압구동회로와 도 4의 유압구동회로는 그 외의 점에서 공통된다. 이로 인하여, 공통부분의 설명을 생략하고, 상이부분을 상세하게 설명한다.
고정스로틀밸브(64a, 64b)는 붐조작용 파일럿압을 제로로 할 때에, 그 파일럿압을 생성하고 있는 압유를 탱크로 되돌리기 위한 유로를 형성한다. 그리고, 고정스로틀밸브(64a)는 스풀밸브(17-1)에 관한 복귀유의 유량을 억제하여 스풀밸브(17-1)의 스풀복귀속도를 억제한다. 마찬가지로, 고정스로틀밸브(64b)는 스풀밸브(17-2)에 관한 복귀유의 유량을 억제하여 스풀밸브(17-2)의 스풀복귀속도를 억제한다. 다만, 역류방지밸브(62a, 62b)는, 파일럿압을 생성하고 있는 압유가 탱크방향으로 흐르는 것을 방지하는 밸브이며, 도 4의 역류방지밸브(64)에 대응한다.
또, 본 실시예에서는, 고정스로틀밸브(64a)의 개방도는 고정스로틀밸브(64b)의 개방도보다 작다. 이로 인하여, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려진 경우, 스풀밸브(17-1)는 스풀밸브(17-2)보다 천천히 중립위치로 되돌아간다.
그러나, 고정스로틀밸브(64a, 64b)는 모두, 그 개방도가 고정되어 있기 때문에, 스풀복귀속도 나아가서는 붐(4)을 정지시킬 때의 붐(4)의 감속도를 조작조건 등에 따라 변경하는 일은 없다.
따라서, 도 7의 유압구동회로는, 파일럿쿠션회로(60)에 있어서의 가변스로틀밸브(64) 대신에, 컨트롤밸브(17)에 있어서의 가변스로틀밸브(65d, 65e)를 제어하여 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를 조작조건 등에 따라 변경할 수 있도록 한다.
가변스로틀밸브(65d, 65e)는 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여, 그 개방도를 변경할 수 있는 밸브이다.
가변스로틀밸브(65d)는, 메인펌프(14-1)와 스풀밸브(17-1)의 사이에 배치되며, 그 개방도를 작게 할수록, 메인펌프(14-1)로부터 붐실린더(7)로 흐르는 압유의 유량을 저하시킨다. 다만, 가변스로틀밸브(65d)는 스풀밸브(17-1)와 그 하류에 있는 붐실린더(7)의 사이에 배치되어도 된다.
가변스로틀밸브(65e)는, 스풀밸브(17-1)와 그 하류에 있는 탱크의 사이에 배치되며, 그 개방도를 작게 할수록, 붐실린더(7)로부터 탱크로 흐르는 압유의 유량을 저하시킨다. 다만, 가변스로틀밸브(65e)는 붐실린더(7)와 그 하류에 있는 스풀밸브(17-1)의 사이에 배치되어도 된다.
컨트롤러(30)는, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려졌을 때에 가변스로틀밸브(65d, 65e)의 개방도를 소정의 조정시간 동안 소정의 목표개방도까지 작게 한다. 본 실시예에서는, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 목표개방도는, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 목표개방도보다 크다. 즉, 컨트롤러(30)는, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 가변스로틀밸브(65d, 65e)의 개방도가, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 개방도보다 커지도록 각각의 개방도를 제어한다. 또, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 조정시간은, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 조정시간보다 크다. 즉, 컨트롤러(30)는, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에 비하여, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에는, 가변스로틀밸브(65d, 65e)의 개방도를 천천히 저감시킨다. 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를, 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도보다 작게 하여 상부선회체(3)의 선회방향의 진동의 발생을 방지하기 위해서이다. 이로써, 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터가 불쾌하게 생각하는 차체진동을 방지할 수 있다. 단, 조정시간 및 목표개방도 중 어느 일방은, 복합선회동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때와 붐상승 단독동작 중에 붐(4)을 정지시킬 때에 동일해도 된다.
또, 가변스로틀밸브(65d) 및 가변스로틀밸브(65e)의 각각의 개방도를 급격히 작게 하는 것은, 흡사 고정스로틀밸브(64a)에 의하여 스풀복귀속도가 제한되어 있는 스풀밸브(17-1)의 스풀을 중립위치로 급격히 되돌렸을 때와 동일한 효과를 가져온다. 즉, 컨트롤러(30)는, 스풀밸브(17-1)의 스풀복귀속도가 조정불가로 되어 있는 경우이더라도, 가변스로틀밸브(65d, 65e)의 각각의 개방도를 조정함으로써, 스풀복귀속도를 실질적으로 조정할 수 있도록 한다. 그 결과, 도 4의 가변스로틀밸브(64)를 조정한 경우와 마찬가지로, 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를 제어할 수 있다.
다만, 고정스로틀밸브(64a)의 개방도는 고정스로틀밸브(64b)의 개방도보다 커도 된다. 이 경우, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려진 경우, 스풀밸브(17-2)는 스풀밸브(17-1)보다 천천히 중립위치로 되돌아간다. 이로 인하여, 가변스로틀밸브(65d)는, 메인펌프(14-2)와 스풀밸브(17-2)의 사이, 또는 스풀밸브(17-2)와 그 하류에 있는 붐실린더(7)의 사이에 배치된다. 또, 가변스로틀밸브(65e)는, 스풀밸브(17-2)와 그 하류에 있는 탱크의 사이, 또는 붐실린더(7)와 그 하류에 있는 스풀밸브(17-2)의 사이에 배치된다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 스풀밸브(17-2)의 스풀복귀속도가 조정불가로 되어 있는 경우이더라도, 가변스로틀밸브(65d, 65e)의 각각의 개방도를 조정함으로써, 스풀복귀속도를 실질적으로 조정할 수 있도록 한다. 그 결과, 도 4의 가변스로틀밸브(64)를 조정한 경우와 마찬가지로, 붐(4)을 정지시킬 때의 감속도를 제어할 수 있다.
이상의 설명에서는, 파일럿압의 변화가 선회유압모터(21B)의 구동에 주는 영향에 의한 차체진동에 대하여 설명했지만, 가변스로틀밸브를 마련함으로써, 다른 조작조건에 수반하는 차체의 진동을 억제할 수도 있다.
예를 들면, 붐(4)의 상승 조작을 정지시켰을 때에, 붐조작용 파일럿압이 급격히 감소하면, 붐실린더(7)의 보텀압이 변동(진동)하여, 붐(4)이 상하방향(세로방향)으로 진동하면서 정지한다(도 3의 (c)의 시각 t3부터 시각 t4까지의, 붐보텀압의 진동). 이와 같은 붐(4)의 진동에 의하여 상부선회체(3)에 세로방향(붐(4)의 운동방향)으로 충격이나 진동이 발생하는 경우도 있다.
이때, 붐(4)의 선단에 장착되어 있는 암(5)이 크게 개방되어 있을수록, 붐(4)의 관성 모멘트가 커지므로, 급감속에 의한 반동도 커진다. 따라서, 암(5)을 폐쇄한 상태(쇼트리치상태라고 함)에서 붐(4)을 급감속시켰을 때와, 암(5)을 크게 개방한 상태(롱리치상태라고 함)에서 붐(4)을 급감속시켰을 때는, 차체에 가해지는 충격이나 진동이 변화한다. 즉, 암(5)을 폐쇄한 상태(쇼트리치상태)에서 붐(4)을 급감속시켰을 때에는 거의 차체에 충격이나 진동이 발생하지 않도록 파일럿쿠션(예를 들면 고정스로틀의 개방도)을 조정한 경우라도, 암(5)을 크게 개방한 상태(롱리치상태)에서 붐(4)을 급감속시키면 차체에 가해지는 충격이나 진동이 커져, 오퍼레이터에게 불쾌감을 줄 우려가 있다.
그러나, 상술한 실시예와 같이, 파일럿쿠션회로(60) 또는 컨트롤밸브(17) 내에 가변스로틀밸브를 마련해 두면, 예를 들면 롱리치상태일 때에 가변스로틀밸브(64)의 개방도를 작게 해 둠으로써, 붐보텀압의 진동을 억제할 수 있다. 이로써, 선회동작 중이 아닌, 롱리치상태에서 붐(4)의 상승을 정지했을 때에 발생하는 차체의 세로방향의 충격 또는 진동을 억제하여 완화시킬 수 있다.
다만, 이때의 판별부(30a)는, 롱리치상태인지 여부를 판별하여 롱리치상태일 때에 제어신호를 가변스로틀밸브에 공급한다. 롱리치상태인지 여부의 판별은, 예를 들면 붐(4)에 대한 암(5)의 각도를 검출하는 각도검출센서의 검출값에 근거하여 행할 수 있다.
물론, 복합선회 중의 가변스로틀밸브의 제어와, 롱리치상태에서의 가변스로틀밸브의 제어를 조합해도 된다.
또, 상술한 실시예에서는 붐상승선회의 복합동작 시에 대하여 설명했지만, 암(5)과 선회의 복합동작 시라고 판단한 경우에도 가변스로틀의 개방도를 조정해도 된다.
다만, 상술한 파일럿압을 생성하는 파일럿유압회로는, 컨트롤러(30)에 의하여 전기적으로 제어되는 비례밸브에 의해서도 달성할 수 있다. 이 경우, 비례밸브가 본원 발명에 관한 가변스로틀밸브로서 기능한다. 도 8은, 비례밸브(80)로 파일럿압을 제어할 때의 유압구동회로의 회로도이다.
도 8에 있어서, 붐조작용 레버(26A)의 조작량을 나타내는 신호와, 선회조작용 레버(26B)의 조작량을 나타내는 신호가 컨트롤러(30)에 공급된다. 컨트롤러(30)는 이들 신호에 근거하여, 파일럿펌프(15)로부터의 압유를 적당한 파일럿압으로 조정하여 스풀밸브(17-1, 17-2, 17-3)에 공급한다. 또, 붐조작용 레버(26A)가 중립위치로 되돌려졌을 때에, 조작량의 변화가 급격한 경우에는, 도 5의 (a)에 나타내는 파일럿압의 변화가 되도록 비례밸브(80)를 제어한다.
또, 본원은, 2014년 7월 3일에 출원한 일본 특허출원 2014-137953호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참고로 원용한다.
1: 하부주행체
1A, 1B: 주행용 유압모터
2: 선회기구
3: 상부선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
10: 캐빈
11: 엔진
14, 14-1, 14-2: 메인펌프
15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브
17-1, 17-2, 17-3: 스풀밸브
21B: 선회유압모터
25: 파일럿라인
26: 조작장치
26A, 26B: 레버
26C: 페달
27, 28: 유압라인
29: 압력센서
30: 컨트롤러
30a: 판별부
50: 유압구동회로부분
60, 60a, 60b: 파일럿쿠션회로
62, 62a, 62b: 역류방지밸브
64: 가변스로틀밸브
64a, 64b: 고정스로틀밸브
65a~65e: 가변스로틀밸브
70, 72: 압력센서
80: 비례밸브

Claims (9)

  1. 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되며, 쇼벨의 선회체를 선회구동하는 선회용 유압모터와,
    상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 유압실린더와,
    상기 유압실린더를 구동시키기 위한 조작레버와,
    상기 조작레버의 조작에 따라, 파일럿압을 조정하는 파일럿회로와,
    상기 파일럿회로로부터 공급되는 파일럿압에 따라, 상기 유압펌프로부터 상기 유압실린더로 공급하는 압유를 조정하는 유압제어밸브와,
    상기 조작레버의 조작상태에 대응하여 개방도가 변화하는 가변스로틀밸브 또는 개방도가 전기적으로 제어되는 비례밸브와,
    상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를 상기 조작레버의 되돌림 상태에 따라서 변경하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브는 상기 파일럿회로에 마련되고,
    상기 제어장치는, 상기 파일럿회로의 파일럿압이 상승하고 있을 때에, 상기 조작레버가 중립위치를 향하여 되돌려지면, 상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를 작게 하는 쇼벨.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 선회체가 선회상태라고 판단하면, 상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를 작게 하는 쇼벨.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 쇼벨이 롱리치상태라고 판단하면, 상기 가변스로틀밸브의 개방도를 작게 하는 쇼벨.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변스로틀밸브는 상기 유압펌프와 상기 유압제어밸브의 사이에 마련되고,
    상기 제어장치는, 상기 파일럿회로의 파일럿압이 상승하고 있을 때에, 상기 조작레버가 중립위치를 향하여 되돌려지면, 상기 가변스로틀밸브의 개방도를 조정하는 쇼벨.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파일럿회로에는 스로틀밸브가 마련되고,
    상기 스로틀밸브는, 상기 파일럿회로의 파일럿압이 상승하고 있을 때에, 상기 조작레버가 중립위치를 향하여 되돌려지면, 탱크로의 복귀유를 제한하는 쇼벨.
  7. 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되며, 쇼벨의 선회체를 선회구동하는 선회용 유압모터와, 상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의하여 구동되는 유압실린더와, 상기 유압실린더를 구동시키기 위한 조작레버와, 상기 조작레버의 조작에 따라, 파일럿압을 조정하는 파일럿회로와, 상기 파일럿회로로부터 공급되는 파일럿압에 따라, 상기 유압펌프로부터 상기 유압실린더로 공급하는 압유를 조정하는 유압제어밸브와, 상기 조작레버의 조작상태에 대응하여 개방도가 변화하는 가변스로틀밸브 또는 개방도가 전기적으로 제어되는 비례밸브와 상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를 변경하는 제어장치를 갖는 쇼벨의 제어방법으로서,
    상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를, 상기 조작레버의 되돌림 상태에 대응하여 변경하는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브는, 상기 파일럿회로에 마련되고,
    상기 파일럿압이 상승하고 있을 때에, 상기 조작레버가 중립위치를 향하여 되돌려지면, 상기 가변스로틀밸브 또는 상기 비례밸브의 개방도를 작게 하는 쇼벨의 제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변스로틀밸브는 상기 유압펌프와 상기 유압제어밸브의 사이에 마련되고,
    파일럿압이 상승하고 있을 때에, 상기 조작레버가 중립위치를 향하여 되돌려지면, 상기 가변스로틀밸브의 개방도를 조정하는 쇼벨의 제어방법.
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