KR102535297B1 - 유체 회로 - Google Patents

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Abstract

로드 센싱 시스템을 사용한 에너지 효율이 높은 유체 회로를 제공한다.
압력 유체를 공급하는 압력 유체원(2)과, 압력 유체원(2)에 접속되는 복수의 액추에이터(8, 9)와, 압력 유체원(2)으로부터 공급되는 압력 유체의 공급처를 전환하는 방향 전환 밸브(6, 7)와, 복수의 액추에이터의 부하 압력 중 최대인 최고 부하 압력에 대하여 차압(△P)이 목표값(△Pt)이 되도록 압력 유체원(2)의 출력을 제어하는 토출량 제어 기구(41, 42)를 구비하는 유체 회로로서, 액추에이터(8, 9)로부터의 리턴 유체의 일부를 축압하는 어큐뮬레이터(60)를 구비하고, 어큐뮬레이터(60)는, 축압된 압력 유체를 방향 전환 밸브(6, 7)의 압력 유체원측 유로(22)로 토출 가능하고, 어큐뮬레이터(60)의 압력에 기초하여 압력 유체원(2)의 제어량을 조정하는 조정 수단(50)을 구비하고 있다.

Description

유체 회로
본 발명은, 압력 유체원으로부터 압력 유체를 액추에이터로 유입시켜, 부하를 구동시키는 유체 회로에 관한 것이다.
종래부터 차량, 건설 기계, 산업용 기계 등을 구동하기 위해, 압력 유체원으로부터 오일 등의 압력 유체를 액추에이터로 유입시켜, 부하를 구동시키는 유체 회로가 사용되고 있다. 예를 들면 유압 셔블은, 유체 회로로서의 유압 회로에 유체적으로 병렬로 접속되는 버킷 실린더, 아암 실린더 등의 복수의 액추에이터에 유압 펌프로부터 압력 유체를 공급함으로써, 복수의 부하를 동시에 구동시켜 동작하며, 조작성의 향상, 에너지 절약, 스피드업, 안전성 배려의 측면에서 여러 가지 개량이 행해져 왔다.
종래의 유체 회로의 예로서, 유압 셔블 등에 적용되는 오픈 센터 시스템의 유압 회로는, 액추에이터 및 조작 레버에 접속되는 방향 전환 밸브의 중립 위치에 있어서, 압력 유체원으로서의 유압 펌프로부터의 압력 유체가 바이패스 유로를 경유하여 탱크로 배출되고, 조작 레버의 조작량에 기초하는 파일럿 압력에 의해 방향 전환 밸브의 스풀을 스트로크시킴으로써, 조작 레버의 조작량에 따른 액추에이터의 작동 속도를 얻을 수 있도록 되어 있다. 그러나, 이 시스템에서는, 액추에이터에 큰 부하 압력이 가해진 경우에는, 조작 레버를 고출력측으로 조작하지 않으면 안 되었다.
이러한 문제를 해결한 유체 회로로서, 복수의 액추에이터 중, 최고 부하 압력에 대하여, 유압 펌프의 공급 압력을 목표 차압분만큼 항상 높아지도록 제어한 로드 센싱 시스템의 유체 회로가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이러한 로드 센싱 시스템의 유체 회로의 예로서, 도 7에 나타나는 유체 회로는, 엔진이나 전동 모터 등의 구동 기구에 의해 구동되는 사판형의 가변 용량형 유압 펌프(102)와, 유압 펌프(102)에 유체적으로 병렬로 접속되는 2개의 액추에이터(108, 109)와, 각 액추에이터(108, 109) 및 조작 레버(110, 111)에 접속되어 유압 펌프(102)로부터 공급되는 압력 유체의 공급처를 전환하는 2개의 방향 전환 밸브(106, 107)와, 각 방향 전환 밸브(106, 107)의 압력 유체원측 유로에 마련되는 압력 보상 밸브(104, 105)와, 유압 펌프(102)에 있어서의 압력 유체의 토출량(출력)을 제어하는 토출량 제어 기구로서의 로드 센싱 밸브(141) 및 사판 제어부(142)로 주로 구성되고, 로드 센싱 밸브(141)에 대하여 셔틀 밸브(116)에 의해 선택되고 파일럿 관로(120)를 경유한 2개의 액추에이터(108, 109)의 부하 압력 중, 높은 쪽의 압력인 액추에이터의 최고 부하 압력과, 방향 전환 밸브(106, 107)의 압력 유체원측 유로로부터 유압 펌프(102)의 공급 압력이 로드 센싱 밸브(141)에 유도됨으로써, 유압 펌프(102)의 공급 압력과 액추에이터의 최고 부하 압력의 차, 즉 방향 전환 밸브(106, 107)의 압력 유체원측과 액추에이터(108, 109)측의 압력차(방향 전환 밸브의 차압)가 목표값(일정값)이 되도록 로드 센싱 밸브(141)를 개도(開度) 조정하고 사판 제어부(142)에 의해 사판(143)의 기울기를 증감함으로써 유압 펌프(102)의 출력을 제어하고 있다. 그 때문에, 로드 센싱 시스템의 유체 회로에 있어서, 액추에이터(108, 109)에 큰 부하 압력이 가해진 경우에는, 토출량 제어 기구에 의한 제어에 의해, 액추에이터(108, 109)의 부하 압력의 변동에 대응할 수 있도록 되어 있다.
일본공개특허공보 평3-74605호(28페이지, 도 1)
그러나, 도 7의 로드 센싱 시스템의 유체 회로에 있어서는, 2개의 액추에이터에 큰 부하가 작용하는 경우, 부하에 맞는 유압 펌프를 사용하면 좋지만 대형의 유압 펌프를 구비하지 않으면 안 되게 되어, 에너지 효율이 나빠진다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 로드 센싱 시스템을 사용한 에너지 효율이 높은 유체 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 유체 회로는,
압력 유체를 공급하는 압력 유체원과, 상기 압력 유체원에 접속되는 복수의 액추에이터와, 상기 압력 유체원으로부터 공급되는 압력 유체의 공급처를 전환하는 방향 전환 밸브와, 복수의 상기 액추에이터의 부하 압력 중 최대인 최고 부하 압력에 대하여 차압이 목표값이 되도록 상기 압력 유체원의 출력을 제어하는 토출량 제어 기구를 구비하는 유체 회로로서,
상기 액추에이터로부터의 리턴 유체의 일부를 축압하는 어큐뮬레이터를 구비하고,
상기 어큐뮬레이터는, 축압된 압력 유체를 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로 토출 가능하고,
상기 어큐뮬레이터의 압력에 기초하여 상기 압력 유체원의 제어량을 조정하는 조정 수단을 구비한다.
이에 의하면, 복수의 액추에이터 중, 최고 부하 압력에 대하여, 압력 유체원의 공급 압력을 목표 차압분만큼 항상 높아지도록 제어한 유체 회로에 있어서, 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로 토출 가능한 어큐뮬레이터의 압력에 따라 압력 유체원의 출력을 보완할 수 있기 때문에, 에너지 효율이 높은 유체 회로를 얻을 수 있다.
적합하게는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로의 압력 유체의 토출시에 상기 조정 수단에 의해 상기 제어량이 조정된다.
이에 의하면, 적정한 타이밍에서 압력 유체원의 출력을 조정할 수 있기 때문에, 에너지 효율이 좋다.
적합하게는, 상기 어큐뮬레이터의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 연산 회로를 갖는 제어부를 구비하고,
상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 압력에 기초하여 상기 제어부로부터 출력되는 전기 신호에 의해 상기 조정 수단을 작동시킨다.
이에 의하면, 조정 수단의 응답성이 좋다.
적합하게는, 상기 토출량 제어 기구는, 파일럿 관로에 의해 유도되는 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력과 액추에이터측 압력의 차압에 의해 개도 조정을 행하는 로드 센싱 밸브를 구비하고,
상기 방향 전환 밸브의 액추에이터측 압력을 유도하는 상기 파일럿 관로에 상기 조정 수단으로서의 감압 밸브가 마련되어 있다.
이에 의하면, 액추에이터의 최고 부하 압력과, 어큐뮬레이터의 압력에 의한 값에 의해 로드 센싱 밸브의 개도 조정을 행할 수 있어, 간단한 회로로 토출량 제어 기구에 의한 제어량을 조정할 수 있다.
적합하게는, 적어도 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력 및 액추에이터측 압력과, 상기 어큐뮬레이터의 압력에 기초하여 상기 감압 밸브에 있어서의 감압량을 조정할 수 있다.
이에 의하면, 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력 및 액추에이터측 압력과, 어큐뮬레이터의 압력에 기초하여 감압 밸브에 있어서의 감압량을 조정할 수 있기 때문에, 방향 전환 밸브의 차압을 목표값으로 신속하게 제어할 수 있다.
도1은, 본 발명의 실시예의 셔블로더의 측면도이고,
도2는, 실시예의 로드 센싱 시스템의 유압 회로를 설명하는 도면이고,
도3은, 실시예의 전자(電磁) 비례 감압 밸브에 있어서의 솔레노이드로의 전기 신호와 2차압의 관계를 설명하는 도면이고,
도4는, 실시예의 유압 리모트 컨트롤 밸브에 있어서의 레버 조작량과 파일럿 2차압의 관계를 설명하는 도면이고,
도5는, 실시예의 액추에이터(실린더)에 있어서의 레버 조작량과 작동 속도(실린더 스피드)의 관계를 설명하는 도면이고,
도6은, 실시예의 방향 전환 밸브에 있어서의 스풀 스트로크와 스풀 개구 면적의 관계를 설명하는 도면이고,
도7은, 종래의 로드 센싱 시스템의 유압 회로를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 유체 회로를 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시 예
실시예에 따른 유체 회로로서 셔블로더의 유압 회로를 예로 하고, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 셔블로더(100)는, 토사 등을 수용하는 버킷(108)(W2, 도 2 참조), 버킷(108)에 링크 결합된 리프트 아암(109)(W1, 도 2 참조), 이들을 유압에 의해 각각 구동하는 액추에이터로서의 버킷 실린더(8), 아암 실린더(9)를 가지고 있다. 이하, 버킷 실린더(8) 및 아암 실린더(9)에 사용하는 로드 센싱 시스템의 유체 회로로서의 유압 회로에 대해서 설명한다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 유압 회로는, 엔진이나 전동 모터와 같은 구동 기구(1)에 의해 구동되는 가변 용량형의 압력 유체원으로서의 메인 유압 펌프(2) 및 파일럿 유압 펌프(3)와, 메인 유압 펌프(2)로부터 공급되는 압력 유체로서의 압유(壓油)의 공급처를 전환하는 방향 전환 밸브로서의 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 방향 전환 밸브로서의 아암 방향 전환 밸브(7)와, 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 아암 방향 전환 밸브(7)의 압력 유체원측에 접속되는 압력 보상 밸브(4, 5)와, 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 아암 방향 전환 밸브(7)의 액추에이터측에 접속되는 버킷 실린더(8) 및 아암 실린더(9)와, 파일럿 유압 펌프(3)로부터 공급되는 압유의 공급처를 전환하는 버킷 유압 리모트 컨트롤 밸브(10) 및 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)와, 메인 유압 펌프(2)의 출력을 제어하는 토출량 제어 기구로서의 로드 센싱 밸브(41) 및 사판 제어 장치(42)와, 파일럿 관로로서의 2차압 파일럿 관로(20)에 마련되는 조정 수단 및 감압 밸브로서의 전자 비례 감압 밸브(50)와, 아암 실린더(9)로부터의 리턴 오일의 일부를 축압하는 어큐뮬레이터(60)로 주로 구성되어 있다. 또한, 메인 유압 펌프(2) 및 파일럿 유압 펌프(3)에 유체적으로 병렬로 접속되는 버킷 실린더(8)측의 유압 회로와 아암 실린더(9)측의 유압 회로는, 거의 동일 구성이기 때문에, 아암 실린더(9)측의 유압 회로에 대해서 설명하고, 버킷 실린더(8)측의 유압 회로의 설명을 생략한다.
메인 유압 펌프(2)와 파일럿 유압 펌프(3)는, 구동 기구(1)와 연결되어 있고, 구동 기구(1)로부터의 동력에 의해 회전하고, 각각에 접속되는 유로를 통하여 압유를 공급한다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 메인 유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는, 유로(21, 22), 압력 보상 밸브(5), 역지 밸브(14), 유로(23)를 통하여 아암 방향 전환 밸브(7)로 유입된다. 아암 방향 전환 밸브(7)는, 5포트 3위치 타입의 노멀 클로즈형 파일럿식 방향 전환 밸브이며, 그 중립 위치에서는, 유로(23)와 아암 실린더(9)의 헤드측 유로(25) 및 로드측 유로(26)가 폐색되어, 2차압 파일럿 관로(20)가 유로(24) 및 탱크(15)에 접속된다. 또한, 아암 방향 전환 밸브(7)는, 신장(伸張) 위치(7E)에 있어서는, 유로(23)가 헤드측 유로(25) 및 2차압 파일럿 관로(20)에 접속되고, 로드측 유로(26)가 유로(24) 및 탱크(15)에 접속된다. 또한, 아암 방향 전환 밸브(7)는, 수축 위치(7C)에 있어서는, 헤드측 유로(25)가 유로(24) 및 탱크(15)에 접속되고, 유로(23)가 로드측 유로(26) 및 2차압 파일럿 관로(20)에 접속된다.
또한, 아암 방향 전환 밸브(7)가 신장 위치(7E) 또는 수축 위치(7C)에 있을 때에는, 2차압 파일럿 관로(20)에 의해 아암 방향 전환 밸브(7)의 2차압, 즉 액추에이터측 압력이 셔틀 밸브(16)를 통하여 언로드 밸브(12) 및 전자 비례 감압 밸브(50)로 유도된다. 또한, 셔틀 밸브(16)에는, 2차압 파일럿 관로(20)에 의해 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 아암 방향 전환 밸브(7)의 액추에이터측 압력, 즉 버킷 실린더(8) 및 아암 실린더(9)의 부하 압력이 각각 유도되고, 셔틀 밸브(16)는, 버킷 실린더(8) 및 아암 실린더(9)의 부하 압력 중, 높은 쪽의 압력인 액추에이터의 최고 부하 압력을 선택하여 언로드 밸브(12) 및 전자 비례 감압 밸브(50)로 유도하도록 되어 있다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 전자 비례 감압 밸브(50)는, 솔레노이드로의 전기 신호의 증가에 따라 2차압을 비례적으로 감소시키는 바와 같은 압력 특성을 갖고, 연산 회로를 구비하는 제어부로서의 컨트롤러(70)가 전기 신호 라인(73)에 의해 접속되어, 컨트롤러(70)로부터의 전기 신호에 따라 감압량(개도)의 조정을 행하여, 셔틀 밸브(16)에 의해 선택된 액추에이터의 최고 부하 압력의 일부를 탱크(15)에 릴리프함으로써 2차압을 저감할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전자 비례 감압 밸브(50)는, 2차압 파일럿 관로(20)에 있어서의 로드 센싱 밸브(41)의 1차측에 마련되어 있다.
로드 센싱 밸브(41)에는, 2차압 파일럿 관로(20)를 통하여 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 조정된 액추에이터의 최고 부하 압력, 즉 방향 전환 밸브의 액추에이터측 압력이 유도됨과 동시에, 유로(21)로부터 분기되는 관로(27)로부터 분기되는 파일럿 관로로서의 1차압 파일럿 관로(28)를 통하여 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력, 즉 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력이 유도되어 있어, 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력과 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 조정된 액추에이터의 최고 부하 압력의 차, 즉 방향 전환 밸브의 압력 유체원측과 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 조정된 방향 전환 밸브의 액추에이터측의 압력차에 기초하여 개도 조정되어, 그 개도에 의해 펌프 유량 제어 압력을 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 로드 센싱 밸브(41)로부터 공급되는 압유(이하, 펌프 유량 제어 압력이라고 함.)에 따라 사판 제어 장치(42)가 작동하여, 메인 유압 펌프(2)의 사판(43)의 경사각을 증감시킴으로써, 메인 유압 펌프(2)의 출력이 제어된다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 파일럿 유압 펌프(3)로부터 토출된 파일럿 1차압의 압유는, 유로(31, 32)를 통하여 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)에 공급된다. 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)는, 가변형의 감압 밸브이며, 셔블로더(100)의 조작 레버(11-1)가 조작됨으로써, 도 4에 나타내는 바와 같은 레버 조작량에 따라 감압된 레버의 파일럿 2차압이 신호 유로(33, 34)를 통하여 아암 방향 전환 밸브(7)의 신호 포트(7-1, 7-2)에 공급되어, 아암 방향 전환 밸브(7) 내부의 스풀이 스트로크함으로써 아암 방향 전환 밸브(7)가 신장 위치(7E) 또는 수축 위치(7C)로 전환되도록 되어 있다. 또한, 파일럿 유압 펌프(3)로부터 토출된 압유 중, 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)로부터 아암 방향 전환 밸브(7)의 각 신호 포트(7-1, 7-2)에 공급되지 않는 잉여유는 전부 유로(35), 릴리프 밸브(13), 유로(36)를 통하여 탱크(15)로 배출된다.
구체적으로는, 조작 레버(11-1)가 신장 방향(E)으로 조작됨으로써, 아암 방향 전환 밸브(7)가 신장 위치(7E)로 전환되고, 메인 유압 펌프(2)로부터 공급되는 압유가 유로(23)에 접속되는 헤드측 유로(25)를 통하여 아암 실린더(9)의 헤드실(9-1)로 유입되고, 동시에, 로드실(9-2)로부터 압유가 로드측 유로(26)에 접속되는 유로(24)를 통하여 탱크(15)로 배출된다. 이에 따라, 아암 실린더(9)를 신장시켜 리프트 아암(109)(W1)을 들어올릴 수 있다.
또한, 조작 레버(11-1)가 수축 방향(C)으로 조작됨으로써, 아암 방향 전환 밸브(7)가 수축 위치(7C)로 전환되고, 메인 유압 펌프(2)로부터 공급되는 압유가 유로(23)에 접속되는 로드측 유로(26)를 통하여 아암 실린더(9)의 로드실(9-2)로 유입되고, 동시에, 헤드실(9-1)로부터 압유가 헤드측 유로(25)에 접속되는 유로(24)를 통하여 탱크(15)로 배출된다. 이에 따라, 아암 실린더(9)를 수축시켜 리프트 아암(109)(W1)을 내려놓을 수 있다.
또한, 조작 레버(11-1)가 신장 방향(E)으로 조작되었을 때의 레버 조작량과 아암 실린더(9)의 실린더 스피드(작동 속도)의 관계는, 도 5에 나타내는 바와 같은 특성 커브를 가지고 있다. 또한, 조작 레버(11-1)가 신장 방향(E)으로 조작되었을 때의 아암 방향 전환 밸브(7) 내의 스풀 스트로크와 스풀 개구 면적의 관계는, 도 6에 나타내는 바와 같은 리프트 아암(109)을 들어올릴 때의 스풀 개구 특성을 가지고 있다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 아암 방향 전환 밸브(7)는, 스풀 스트로크, 즉 레버 조작량에 따라 메인 유압 펌프(2)로부터 아암 실린더(9)로 유입되는 유량을 제어하는 스풀 개구가 변화하고, 조작 레버(11-1)의 레버 조작량이 최대 Lm(도 5 참조)시의 스풀 스트로크(Xm)에 있어서의 스풀 개구 면적(Am)에 의한 메인 유압 펌프(2)로부터 아암 실린더(9)로 유입되는 유량(Qm)이 최대가 되도록 설정해 둠으로써, 아암 실린더(9)의 최대 실린더 스피드시의 아암 방향 전환 밸브(7)의 스풀 개구에 있어서의 압력 손실이 억제되어 있다.
또한, 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 아암 방향 전환 밸브(7)의 압력 유체원측에 마련되는 압력 보상 밸브(4, 5)는, 2포트 2위치 타입의 노멀 오픈형 압력 제어 밸브이며, 2차압 파일럿 관로(20)와 접속됨으로써, 버킷 실린더(8)와 아암 실린더(9)의 부하 압력이 각각 유도되고, 버킷(108)과 리프트 아암(109)을 동시에 구동시키는 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 아암 방향 전환 밸브(7)의 동시 조작시에, 버킷 실린더(8)와 아암 실린더(9)의 부하 압력의 대소에 관계없이, 각 방향 전환 밸브의 스풀 개구 면적에 따른 유량을 버킷 실린더(8) 및 아암 실린더(9)로 유입시킬 수 있게 되어 있다.
이와 같이, 로드 센싱 시스템에 있어서는, 방향 전환 밸브에 있어서의 스풀 개구 면적에 따라, 방향 전환 밸브 전후의 차압(△P)이 항상 목표값(△Pt)(일정값)이 되도록 로드 센싱 밸브(41)에 있어서 펌프 유량 제어 압력이 제어되고, 펌프 유량 제어 압력에 기초하여 사판 제어 장치(42)에 의해 메인 유압 펌프(2)의 사판(43)의 경사각이 증감됨으로써, 메인 유압 펌프(2)의 출력이 제어되도록 되어 있다. 즉, 도 6에 나타나는 바와 같이, 스풀 개구 면적이 미소하면, 메인 유압 펌프(2)로부터의 토출량이 미소해지고, 스풀 개구 면적이 커짐에 따라, 토출량이 증대하도록 메인 유압 펌프(2)의 출력이 제어된다.
또한, 2차압 파일럿 관로(20)에 접속되는 언로드 밸브(12)는, 항상 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력보다도 목표값(△Pt)만큼, 작동압이 높아지도록 설정되어 있어, 메인 유압 펌프(2)의 압력이 과대해졌을 때에 탱크(15)에 압유(압력)를 릴리프하도록 되어 있다. 또한, 목표값(△Pt)은, 언로드 밸브(12)에 내장되는 스프링(12-1)의 부세력(付勢力)에 의해 설정된다.
여기에서, 어큐뮬레이터(60)에 대해서 설명한다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 아암 실린더(9)의 헤드측 유로(25)로부터는 바이패스 유로(63)가 분기되어 있고, 바이패스 유로(63), 전자 전환 밸브(61), 바이패스 유로(64, 65)에 의해 어큐뮬레이터(60)가 아암 실린더(9)의 헤드측 유로(25)에 접속되어 있다. 또한, 어큐뮬레이터(60)는, 바이패스 유로(65, 66), 전자 전환 밸브(62), 바이패스 유로(67)에 의해 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로서의 유로(22)에 접속되어 있다.
전자 전환 밸브(61, 62)는, 2포트 2위치 타입의 노멀 클로즈형 전자 전환 밸브이며, 전기 신호 라인(71, 72)에 의해 컨트롤러(70)에 각각 접속되고, 중립 위치에 있어서 폐색되어 있으며, 컨트롤러(70)로부터의 전기 신호에 의해 개방되도록 되어 있다. 또한, 전자 전환 밸브(61, 62)는, 역지 밸브가 내장되어 있어, 개방시의 압력 유체의 흐름이 한 방향으로만 허용되어 있다.
또한, 컨트롤러(70)에는, 유로(21)에 마련되어 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력을 검출 가능한 압력 센서(80)로부터 신호압(Pin)이, 2차압 파일럿 관로(20)에 마련되어 셔틀 밸브(16)에 의해 선택된 액추에이터의 최고 부하 압력을 검출 가능한 압력 센서(81)로부터 신호압(PLS)이, 바이패스 유로(65)에 마련되어 어큐뮬레이터(60) 내의 압력을 검출 가능한 압력 검출 수단으로서의 압력 센서(82)로부터 신호압(PA)이, 신호 유로(33)에 마련되어 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)의 파일럿 2차압을 검출 가능한 압력 센서(83)로부터 신호압(Px)이, 신호 유로(34)에 마련되어 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브(11)의 파일럿 2차압을 검출 가능한 압력 센서(84)로부터 신호압(Py)이 각각 입력되도록 되어 있다. 또한, 컨트롤러(70)의 연산 회로는, 신호압(Pin)과 신호압(PLS)으로부터 방향 전환 밸브의 차압(△P)을, 신호압(PA)으로부터 어큐뮬레이터(60)의 토출량을, 신호압(Px) 또는 신호압(Py)으로부터 조작 레버(11-1)의 레버 조작량, 즉 방향 전환 밸브의 스풀 개구를 각각 산출할 수 있다.
이어서, 어큐뮬레이터(60)의 동작에 대해서 설명한다. 예를 들면, 조작 레버(11-1)가 수축 방향(C)으로 조작되면, 신호 유로(34)에 마련되는 압력 센서(84)로부터 신호압(Py)이 컨트롤러(70)에 입력되고, 컨트롤러(70)로부터 전기 신호 라인(71)을 통하여 전자 전환 밸브(61)에 전기 신호가 입력되어, 전자 전환 밸브(61)가 개방한다. 이에 따라, 아암 실린더(9)의 헤드실(9-1) 내로부터 헤드측 유로(25)를 통하여 탱크(15)로 배출되는 압력 유체로서의 배출유, 바꿔 말하면, 아암 실린더(9)로부터의 리턴 오일의 일부가 바이패스 유로(63, 64, 65)를 통하여 어큐뮬레이터(60)에 축압된다.
또한, 조작 레버(11-1)가 신장 방향(E)으로 조작되면, 신호 유로(33)에 마련되는 압력 센서(83)로부터 신호압(Px)이 컨트롤러(70)에 입력되고, 컨트롤러(70)로부터 전기 신호 라인(72)을 통하여 전자 전환 밸브(62)에 전기 신호가 입력되어, 전자 전환 밸브(62)가 개방한다. 이에 따라, 어큐뮬레이터(60)에 축압된 축압유가 바이패스 유로(65, 66, 67)로부터 유로(22)로 토출되고, 헤드측 유로(25)를 통하여 아암 실린더(9)의 헤드실(9-1)에 회생된다. 이때, 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초하여 컨트롤러(70)로부터 전기 신호 라인(73)을 통하여 전자 비례 감압 밸브(50)에 전기 신호가 동시에 입력되어, 전자 비례 감압 밸브(50)의 감압량(개도)의 조정을 행함으로써, 로드 센싱 밸브(41)에 유도되는 액추에이터의 최고 부하 압력이 저감된다. 이에 따라, 로드 센싱 밸브(41)에 있어서, 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력과 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 조정된 액추에이터의 최고 부하 압력의 차, 즉 방향 전환 밸브의 압력 유체원측과 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 조정된 방향 전환 밸브의 액추에이터측의 압력차에 기초하여 개도 조정이 행해지고, 그 개도에 의해 펌프 유량 제어 압력이 제어되며, 이 펌프 유량 제어 압력에 기초하여 사판 제어 장치(42)가 작동하여, 메인 유압 펌프(2)의 사판(43)의 경사각을 줄임으로써, 메인 유압 펌프(2)의 출력이 줄어든다.
예를 들면, 도 5에 나타나는 바와 같이, 조작 레버(11-1)의 레버 조작량이 최대 Lm, 즉 메인 유압 펌프(2)로부터 아암 실린더(9)로 유입되는 유량(Qm)이 최대일 때, 아암 실린더(9)에 큰 부하 압력이 가해져 아암 실린더(9)에 필요한 압유의 공급 유량(Qx)이 Qx>Qm이 된 경우, 컨트롤러(70)로부터 전기 신호 라인(72)을 통하여 전자 전환 밸브(62)로 전기 신호가 입력되어, 전자 전환 밸브(62)가 개방함으로써, 어큐뮬레이터(60)에 축압된 축압유가 아암 실린더(9)의 헤드실(9-1)에 회생되고, 메인 유압 펌프(2)의 출력을 어큐뮬레이터(60)의 회생에 의해 보충할 수 있다. 이때, 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초하여 컨트롤러(70)에 의해 산출되는 어큐뮬레이터(60)로부터 아암 실린더(9)에 회생되는 유량(QA)에 의해, Qx<Qm+QA의 관계가 성립하면, 컨트롤러(70)로부터 전기 신호 라인(73)을 통하여 전자 비례 감압 밸브(50)에 전기 신호가 동시에 입력되어, 메인 유압 펌프(2)로부터 아암 실린더(9)로 유입되는 유량이 Qx-QA가 되도록 메인 유압 펌프(2)의 출력이 줄어든다.
이에 의하면, 본 실시예의 로드 센싱 시스템의 유압 회로는, 어큐뮬레이터(60)에 축압된 압력 유체를 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로서의 유로(22)로 토출 가능하고, 로드 센싱 밸브(41)로 방향 전환 밸브의 액추에이터측 압력을 유도하는 2차압 파일럿 관로(20)에 마련되는 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초하여 토출량 제어 기구로서의 로드 센싱 밸브(41) 및 사판 제어 장치(42)에 의한 제어량을 조정함으로써, 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로 토출 가능한 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 따라 메인 유압 펌프(2)의 출력을 보완할 수 있기 때문에, 로드 센싱 시스템을 사용하여 액추에이터의 부하 압력의 변동에 대응할 수 있고, 또한 에너지 효율이 높은 유압 회로를 얻을 수 있다.
또한, 어큐뮬레이터(60)로부터 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로의 압력 유체의 토출시에, 동시에 전자 비례 감압 밸브(50)에 의해 로드 센싱 밸브(41) 및 사판 제어 장치(42)에 의한 제어량이 조정되기 때문에, 적정한 타이밍에서 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 따라 메인 유압 펌프(2)의 출력을 조정할 수 있어, 에너지 효율이 좋다.
또한, 컨트롤러(70)는, 압력 센서(80)에 의해 검출되는 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력으로서의 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력과, 압력 센서(81)에 의해 검출되는 방향 전환 밸브의 액추에이터측 압력으로서의 액추에이터의 최대 부하 압력과, 압력 센서(82)에 의해 검출되는 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초하여, 전자 비례 감압 밸브(50)에 있어서의 감압량(개도)을 조정할 수 있기 때문에, 방향 전환 밸브의 전후 차압(△P)을 목표값(△Pt)으로 신속하게 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(70)는, 전기 신호에 의해 전자 비례 감압 밸브(50)를 작동시키기 때문에 응답성이 좋다.
또한, 전자 비례 감압 밸브(50)를 사용함으로써, 조정 수단으로서의 감압 밸브를 간소한 구조로 할 수 있다.
또한, 전자 비례 감압 밸브(50)는, 도 3에 나타나는 바와 같이, 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초한 컨트롤러(70)로부터의 전기 신호, 즉 솔레노이드로의 전기 신호의 증가에 따라 2차압을 비례적으로 감소시키기 때문에, 로드 센싱 밸브(41) 및 사판 제어 장치(42)에 의한 제어량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 버킷 실린더(8), 아암 방향 전환 밸브(7) 및 아암 실린더(9)는, 메인 유압 펌프(2)에 유체적으로 병렬로 접속되고, 어큐뮬레이터(60)는, 아암 실린더(9)의 헤드측 유로(25)로부터 연장되는 바이패스 유로(63, 64, 65, 66, 67)에 접속되어 있기 때문에, 아암 실린더(9)로부터 어큐뮬레이터(60)에 축압된 압유를 버킷 방향 전환 밸브(6) 및 버킷 실린더(8), 아암 방향 전환 밸브(7) 및 아암 실린더(9)의 양쪽에 공급할 수 있어, 유압 회로의 효율이 좋다.
또한, 어큐뮬레이터(60)와 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로서의 유로(22) 사이에 전자 전환 밸브(62)가 마련됨으로써, 컨트롤러(70)의 연산 회로에 의해 산출된 방향 전환 밸브의 전후 차압(△P)과 어큐뮬레이터(60) 내의 압력에 기초하는 신호압(PA)을 비교하여, 방향 전환 밸브의 전후 차압(△P)이 목표값(△Pt)이 되도록, 필요에 따라 전자 전환 밸브(62)를 개폐하여, 어큐뮬레이터(60)로부터의 축압유의 토출량을 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(70)는, 압력 센서(82)에 의해 검출되는 어큐뮬레이터(60) 내의 압력인 신호압(PA)과 압력 센서(80)에 의해 검출되는 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력인 신호압(Pin)을 비교하여, 전자 전환 밸브(62)를 개폐할 수 있기 때문에, 어큐뮬레이터(60) 내의 압력이 메인 유압 펌프(2)의 공급 압력보다도 높은(PA>Pin) 경우에만, 전자 전환 밸브(62)를 개방하여 어큐뮬레이터(60)로부터 축압유를 확실하게 토출할 수 있다.
또한, 변형예로서, 전자 전환 밸브(62)를 비례 밸브로서 컨트롤러(70)로부터의 전기 신호의 입력값에 따라 개도 조정 가능하게 함으로써, 어큐뮬레이터(60)의 축압량에 따라 어큐뮬레이터(60)로부터 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로의 토출량을 제어할 수 있게 해도 좋다. 이에 의하면, 메인 유압 펌프(2)로부터의 토출량과 어큐뮬레이터(60)로부터의 토출량의 밸런스를 조정하면서, 방향 전환 밸브의 전후 차압(△P)을 목표값(△Pt)으로 제어할 수 있기 때문에, 유압 회로 전체의 에너지 효율이 좋다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는, 로드 센싱 시스템의 유체 회로로서, 셔블로더의 유압 회로에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 셔블로더 이외의 차량, 건설 기계, 산업용 기계 등의 유체 회로에 적용되어도 좋다. 또한, 유체 회로에 사용하는 압력 유체는, 오일 이외의 액체나 기체라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 아암 실린더(9)의 수축 동작시에 아암 실린더(9)의 헤드실(9-1) 내로부터 헤드측 유로(25)를 통하여 탱크(15)로 배출되는 배출유의 일부가 바이패스 유로(63, 64, 65)를 통하여 어큐뮬레이터(60)에 축압되고, 이것을 아암 실린더(9)의 신장 동작시에 유로(22)로부터 아암 실린더(9)에 회생하는 예를 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 종래 기술의 로드 센싱 시스템의 유압 회로에 있어서 어큐뮬레이터(60)를 이용한 축압·회생을 행하는 유압 회로이면 적용 가능하고, 예를 들면, 버킷 실린더(8)의 구동시나 셔블로더(100)의 도시하지 않는 주행용의 유압 모터의 제동시의 리턴 오일의 일부를 어큐뮬레이터(60)에 축압하여, 이것을 유압 모터의 가속시에 회생하도록 유압 회로를 구성해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 전자 비례 감압 밸브(50)가 2차압 파일럿 관로(20)에 있어서의 로드 센싱 밸브(41)의 1차측에 마련되는 양태에 대해서 설명했지만, 전자 비례 감압 밸브를 로드 센싱 밸브(41)의 2차측에 마련함으로써, 로드 센싱 밸브(41)에 의해 제어되는 펌프 유량 제어 압력이 전자 비례 감압 밸브에 의해 감압되도록 구성되어도 좋고, 혹은, 2차압 파일럿 관로(20)에 대하여 독립적으로 메인 유압 펌프(2)의 출력을 제어해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 조정 수단으로서의 감압 밸브에 전자 비례 감압 밸브(50)를 사용하는 예를 설명했지만, 조정 수단으로서의 감압 밸브는, 외부 유압 신호에 의해 작동하는 파일럿 작동식의 감압 밸브라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 파일럿 유압 펌프(3)로부터 공급되는 압유의 공급처를 전환하기 위해 유압 리모트 컨트롤 밸브를 사용하는 양태에 대해서 설명했지만, 유압 리모트 컨트롤 밸브 대신에 전기 리모트 컨트롤을 사용한 경우에 대해서도 동일하며, 전기 리모트 컨트롤로부터의 전기 신호를 직접 컨트롤러에 입력하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 토출량 제어 기구는, 로드 센싱 밸브(41)에 의해 제어되는 펌프 유량 제어 압력에 기초하여 사판 제어 장치(42)가 작동하여 메인 유압 펌프(2)의 사판(43)의 경사각을 증감시킴으로써, 메인 유압 펌프(2)의 출력을 제어하는 양태에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 토출량 제어 기구는 전기 신호에 의해 메인 유압 펌프(2)의 출력을 제어할 수 있는 것이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 2차압 파일럿 관로(20)에 조정 수단으로서의 감압 밸브를 마련하는 구성에 대해서 설명했지만, 1차압 파일럿 관로(28)에 조정 수단으로서의 증압 기구를 마련해도 좋다.
또한, 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력과 액추에이터측 압력은, 파일럿 관로가 아니라 전기 신호에 의해 입력되어도 좋다.
또한, 어큐뮬레이터(60)에는, 버킷 실린더(8)측의 유압 회로로부터도 축압할 수 있도록 바이패스 유로 및 전자 전환 밸브를 마련해도 좋다.
또한, 유압 회로에 마련되는 액추에이터는, 하나라도 좋다.
1 구동 기구
2 메인 유압 펌프(압력 유체원)
3 파일럿 유압 펌프
4, 5 압력 보상 밸브
6 버킷 방향 전환 밸브(방향 전환 밸브)
7 아암 방향 전환 밸브(방향 전환 밸브)
8 버킷 실린더(액추에이터)
9 아암 실린더(액추에이터)
10 버킷 유압 리모트 컨트롤 밸브
11 아암 유압 리모트 컨트롤 밸브
12 언로드 밸브
13 릴리프 밸브
15 탱크
16 셔틀 밸브
20 2차압 파일럿 관로(파일럿 관로)
22 유로(방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로)
25 헤드측 유로
26 로드측 유로
27 1차압 파일럿 관로(파일럿 관로)
37 어큐뮬레이터
41 로드 센싱 밸브(토출량 제어 기구)
42 사판 제어 장치(토출량 제어 기구)
43 사판
50 전자 비례 감압 밸브(조정 수단, 감압 밸브)
60 어큐뮬레이터
61, 62 전자 전환 밸브
63~67 바이패스 유로
70 컨트롤러(제어부)
80, 81 압력 센서
82 압력 센서(압력 검출 수단)
100 셔블로더
108 버킷
109 리프트 아암

Claims (5)

  1. 압력 유체를 공급하는 압력 유체원과, 상기 압력 유체원에 접속되는 복수의 액추에이터와, 상기 압력 유체원으로부터 공급되는 압력 유체의 공급처를 전환하는 방향 전환 밸브와, 복수의 상기 액추에이터의 부하 압력 중 최대인 최고 부하 압력에 대하여 차압이 목표값이 되도록 상기 압력 유체원의 출력을 제어하는 토출량 제어 기구를 구비하는 유체 회로로서,
    상기 액추에이터로부터의 리턴 유체의 일부를 축압하는 어큐뮬레이터를 구비하고,
    상기 어큐뮬레이터는, 축압된 압력 유체를 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로 토출 가능하고,
    상기 어큐뮬레이터의 압력에 기초하여 상기 압력 유체원의 제어량을 조정하는 조정 수단을 구비하고,
    상기 토출량 제어 기구는, 로드 센싱 밸브를 구비하고, 그 로드 센싱 밸브에 있어서, 파일럿 관로에 의해 유도되는 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력과 액추에이터측 압력의 차압에 의해 상기 로드 센싱 밸브의 개도가 조정되고, 상기 조정 수단은, 감압량이 조정되는 감압 밸브이며, 그 감압 밸브는, 상기 방향 전환 밸브의 액추에이터측 압력이 유도되는 상기 파일럿 관로에 있어서의 상기 로드 센싱 밸브의 1차측에 마련되는 유체 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터로부터 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 유로로의 압력 유체의 토출시에 상기 조정 수단에 의해 상기 제어량이 조정되는 유체 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터의 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 연산 회로를 갖는 제어부를 구비하고,
    상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 압력에 기초하여 상기 제어부로부터 출력되는 전기 신호에 의해 상기 조정 수단을 작동시키는 유체 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 상기 방향 전환 밸브의 압력 유체원측 압력 및 액추에이터측 압력과, 상기 어큐뮬레이터의 압력에 기초하여 상기 감압 밸브에 있어서의 감압량을 조정할 수 있는 유체 회로.
  5. 삭제
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