KR102559604B1

KR102559604B1 - 유압 시스템

Info

Publication number: KR102559604B1
Application number: KR1020210053740A
Authority: KR
Inventors: 이상규
Original assignee: 주식회사 모트롤
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2023-07-26
Also published as: CN115247663A; KR20220146896A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 유압 시스템은 사판을 포함하는 유압 펌프와, 대경부와 소경부를 가지며 상기 대경부에 가해진 압력의 변화에 따라 상기 사판의 기울기를 조절하는 사판 구동 피스톤과, 상기 유압 펌프가 토출한 작동유의 일부를 상기 대경부로 공급하기 위한 사판 제어 유압 라인과, 상기 사판 제어 유압 라인 상에 설치되어 입력 받은 파일럿 압력의 크기에 따라 상기 대경부로 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 사판 제어 밸브와, 상기 사판 제어 밸브에 가해질 상기 파일럿 압력을 입력 전류의 크기에 비례하여 생성하는 전자 비례 감압 밸브와, 상기 대경부로 공급되는 작동유의 압력을 측정하는 압력 센서, 그리고 상기 입력 전류를 상기 전자 비례 감압 밸브에 공급하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하며 상기 압력 센서가 측정한 대경부 압력 변화율에 근거하여 상기 입력 전류에 대한 상기 유압 펌프의 토출 유량을 교정하는 제어 장치를 포함한다.

Description

유압 시스템{HYDRAULIC SYSTEM}

본 발명은 유압 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량을 교정할 수 있는 유압 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 유압 시스템은 유압 펌프가 토출한 작동유를 통해 동력을 전달하여 각종 구동 장치를 동작시킨다. 이러한 유압 시스템은 건설 기계 또는 산업 차량 등에 널리 사용된다. 예를 들어, 건설 기계에 사용되는 유압 시스템은 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 통해 붐, 암, 버켓, 및 주행 모터, 선회 모터 등과 같은 다수의 작업 장치를 구동한다.

이러한 유압 시스템에 사용되는 유압 펌프의 일종인 사판식 가변 용량형 유압 펌프는 펌프 내에 형성된 사판의 각도를 레귤레이터와 같은 유량 제어 장치를 통해 조정함으로써 토출 유량이 제어된다.

이러한 유압 제어 장치는 기계 제어 방식과 전자 제어 방식으로 구분될 수 있다. 과거에서는 기계 제어 방식이 주로 사용되었으나 근래에는 전자 제어 방식이 널리 사용되고 있다. 전자 제어 방식의 유압 제어 장치는 전기 신호를 레귤레이터로 인가하여 사판각을 제어한다. 이러한 전자 제어 방식의 유압 제어 장치는 압력 제어형 전자 유압 펌프를 제어하게 된다. 이와 같은 압력 제어형 전자 유압 펌프는 제어 장치를 통해 제어되는데, 제어 장치는 건설 기계의 운전석 내 설치된 조작 장치의 조작 신호와 전자 유압 펌프 내에 장착된 각도 센서로부터 사판의 각도 값을 각각 전기적 신호로 입력받고, 해당 전자 유압 펌프로 압력 제어를 위한 전기 신호를 출력하게 된다.

또한, 레귤레이터와 같은 유량 제어 장치를 통해 유압 펌프가 토출하는 작동유의 유량을 제어하게 된다. 레귤레이터의 전자 비례 제어 밸브는 입력 전류에 대응하여 파일럿 압력을 생성한다. 그리고 전자 비례 제어 밸브가 생성한 파일럿 압력에 따라 사판 제어 밸브가 사판 구동 피스톤의 동작을 제어하여 사판의 각도를 조정함으로써 유압 펌프의 토출 유량 제어하게 된다.

이와 같은 유압 시스템에서는, 레귤레이터의 유량 특성이 개개의 제품마다 격차를 가지고 있다. 그러므로, 제조 공장 등에서는 출하 시험으로 유량 특성을 계측한 후 가변 용량형 유압 펌프를 출하하고 있으나, 출하 시험에서는 미리 정해진 하나의 압력 조건 하에서만 계측이 이루어지고 있다.

그런데, 가변 용량형 유압 펌프가 탑재되는 건설 기계 등의 다양한 장비에서는 장비가 사용되는 환경에서의 압력 조건이 출하 시험의 압력 조건과 반드시 일치하지 않는 것이 많고 출하 시험에서 계측된 유량 특성이 실제 장비에 탑재한 경우에 재현되지 않는 경우가 많다. 즉, 출하 시험 시에 계측한 유량 특성과 실제 장비에 탑재 시의 유량 특성에 오차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 실제로 사용될 장비에 탑재된 상태에서 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량 특성을 교정할 수 있는 유압 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유압 시스템은 사판을 포함하는 가변 용량형 유압 펌프와, 대경부와 소경부를 가지며 상기 대경부에 가해진 압력의 변화에 따라 상기 유압 펌프의 상기 사판의 기울기를 조절하는 사판 구동 피스톤과, 상기 유압 펌프가 토출한 작동유의 일부를 상기 대경부로 공급하기 위한 사판 제어 유압 라인과, 상기 사판 제어 유압 라인 상에 설치되어 입력 받은 파일럿 압력의 크기에 따라 상기 대경부로 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 사판 제어 밸브와, 상기 사판 제어 밸브에 가해질 상기 파일럿 압력을 입력 전류의 크기에 비례하여 생성하는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)와, 상기 사판 구동 피스톤의 상기 대경부로 공급되는 작동유의 압력을 측정하는 압력 센서, 그리고 상기 입력 전류를 상기 전자 비례 감압 밸브에 공급하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하며 상기 압력 센서가 측정한 대경부 압력 변화율에 근거하여 상기 입력 전류에 대한 상기 유압 펌프의 토출 유량을 교정하는 제어 장치를 포함한다.

상기 제어 장치는 상기 입력 전류의 크기 대비 상기 토출 유량의 크기를 나타내는 전류-유량 특성선에 따라 상기 유압 펌프를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어 장치는 상기 사판 구동 피스톤의 상기 대경부로 공급되는 작동유의 압력 변화율로부터 상기 사판 구동 피스톤의 최소 스트로크에 대응하는 제1 교정점과 상기 사판 구동 피스톤의 최대 스트로크에 대응하는 제2 교정점을 찾고 상기 제1 교정점과 상기 제2 교정점을 연결하는 교정 후 전류-유량 특성선을 산출하며, 산출된 상기 교정 후 전류-유량 특성선으로 교정 전 전류 유량 특성선을 대체하여 상기 유압 펌프를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유압 시스템은 실제로 사용될 장비에 탑재된 상태에서 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량 특성을 교정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 유압 시스템이 전류-유량 특성을 교정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1의 유압 시스템이 전류-유량 특성을 교정하는 과정을 나타낸 순서도이다.

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 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 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 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)를 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)은 건설 기계 또는 산업 차량 등에 사용될 수 있으며, 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프(310)로부터 토출되는 작동유를 통해 붐 실린더, 암 실린더, 버켓 실린더, 선회 모터, 및 주행 모터 등과 같은 각종 구동 장치를 구동할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)은 유압 펌프(310), 사판 구동 피스톤(200), 사판 제어 유압 라인(640), 사판 제어 밸브(300), 전자 비례 감압 밸브(500), 압력 센서(750), 및 제어 장치(700)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)은 메인 유압 라인(610) 및 파일럿 펌프(370)를 더 포함할 수 있다.

유압 펌프(310)는 사판식 가변 용량형이다. 즉, 유압 펌프(310)는 사판(314)을 포함한다. 그리고 사판(314)의 각도를 조절하여 유압 펌프(310)의 토출 유량을 조절할 수 있다.

메인 유압 라인(610)은 유압 펌프(310)가 토출한 작동유를 이동시킨다. 예를 들어, 메인 유압 라인(610)은 유압 펌프(310)가 토출한 작동유를 메인 컨트롤 밸브(미도시)를 거쳐 각종 구동 장치로 이동시키게 된다.

사판 구동 피스톤(200)은 유압 펌프(310)의 사판(314)의 각도를 조절한다. 사판 구동 피스톤(200)은 대경부(290)와 소경부(210)를 가지며, 대경부(290)에 가해지는 압력의 변화에 따라 유압 펌프(310)의 사판(314)의 기울기를 조절하게 된다.

사판 제어 유압 라인(640)은 유압 펌프(310)가 토출한 작동유의 일부를 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급할 수 있도록 마련된다. 즉, 사판 제어 유압 라인(640)은 메인 유압 라인(610)에서 분기되어 후술할 사판 제어 밸브(300)를 거쳐 사판 구동 피스톤(200)에 견결된다.

사판 제어 밸브(300)는 사판 제어 유압 라인(640) 상에 설치되어 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급될 작동유의 유량을 제어한다. 구체적으로, 사판 제어 밸브(300)는 스풀의 위치가 절환되면서 내부 유로가 변경되고, 이에 사판 제어 유압 라인(640)을 통해 이동하는 작동유를 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급하거나 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)에서 배출된 작동유를 드레인시키게 된다. 이때, 사판 제어 밸브(300)는 입력 받은 파일럿 압력의 크기에 따라 사판 구동 피스톤(200)의 대경부로 공급되는 작동유의 유량을 제어하게 된다. 예를 들어, 파일럿 압력은 사판 제어 밸브(300)의 일측을 가압하여 스풀의 위치를 이동시키게 된다.

전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)(500)는 사판 제어 밸브(300)에 일측에 가해질 파일럿 압력을 생성한다. 이러한 전자 비례 감압 밸브(500)는 전자 제어 밸브이며, 후술할 제어 장치(700)가 공급하는 입력 전류에 비례하여 파일럿 압력을 생성하게 된다. 즉, 전자 비례 감압 밸브(500)는 제어 장치(700)가 제공하는 입력 전류의 크기에 비례하여 생성되는 파일럿 압력의 크기를 조절할 수 있다.

파일럿 펌프(370)는 파일럿 압력을 생성하는데 사용된다. 즉, 파일럿 펌프(370)가 토출한 작동유의 압력은 전자 비례 감압 밸브(500)에 의해 제어 밸브(300)에 전달할 파일럿 압력으로 가공된다.

압력 센서(750)는 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급되는 작동유의 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(750)는 사판 제어 밸브(300)와 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290) 사이의 사판 제어 유압 라인(640)에 설치될 수 있다.

제어 장치(700)는 사용자의 조작 신호 또는 작동 조건에 따라 전자 비례 감압 밸브(500)를 제어할 수 있다. 즉, 전자 비례 감압 밸브(500)는 제어 장치(700)로부터 전달받은 입력 전류에 따라 파일럿 압력을 생성하게 된다.

이와 같이, 제어 장치(700)의 제어에 따라 전자 비례 감압 밸브(500)가 생성한 파일럿 압력은 사판 제어 밸브(300)에 전달되며, 사판 제어 밸브(300)는 전달받은 파일럿 압력에 따라 동작하여 사판 구동 피스톤(200)의 동작을 제어하게 된다. 그리고 사판 구동 피스톤(200)의 동작에 따라 유압 펌프(310)의 사판(314)의 각도가 조정되어 유압 펌프(310)의 토출 유량이 제어된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 장치(700)는 입력 전류를 전자 비례 감압 밸브(500)에 공급하여 유압 펌프(310)의 토출 유량을 제어하되, 압력 센서(750)가 측정한 대경부 압력 변화율에 근거하여 입력 전류에 대한 유압 펌프(310)의 토출 유량을 교정할 수 있다.

또한, 제어 장치(700)는 입력 전류의 크기 대비 토출 유량의 크기를 나타내는 전류-유량 특성선에 따라 유압 펌프(310)를 제어하게 된다. 그리고 유압 펌프(310)는 출하 시험으로 유량 특성을 계측한 후 초기에 설정된 전류-유량 특성선에 따라 제어되도록 출하된다. 그런데, 유압 펌프(310)가 탑재되는 건설 기계 등의 다양한 장비에서는 장비가 사용되는 환경에서의 압력 조건이 출하 시험의 압력 조건과 일치하지 않는 경우가 있다. 즉, 출하 시험 시에 계측한 유압 펌프(310)의 유량 특성과 실제 장비에 탑재 시 유압 펌프(310)의 유량 특성에 오차가 발생하는 경우가 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)은 미리 설정된 전류-유량 특성을 실제 장비에 탑재된 유압 펌프(310)의 실제 전류-유량 특성에 최대한 근접하도록 압력 센서(750)가 측정한 대경부 압력 변화율에 근거하여 용이하고도 효율적으로 교정할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)은 실제로 사용될 장비에 탑재된 상태에서 가변 용량형 유압 펌프의 토출 유량 특성을 교정할 수 있다.

즉, 유압 펌프(310)가 실제 장비에 탑재되었을 때의 오차를 없애도록 실제 장비에 탑재한 상태에서 입력 전류에 대한 유압 펌프(310)의 토출 유량을 교정하여 유압 펌프(310)의 토출 유량을 더욱 정확하게 제어할 수 있게 된다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템(101)에서 유압 펌프(310)의 토출 유량을 제어하기 위한 전류-유량 특성선의 교정 방법을 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제어 장치(700)는 사판 구동 피스톤(200)을 제어하기 위한 파일럿 압력을 생성하는 전자 비례 감압 밸브(500)에 입력 전류를 전달한다.

그리고 제어 장치(700)는 입력 전류의 변화에 따른 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급되는 작동유의 압력 변화율을 측정하고 이를 분석하여 사판 구동 피스톤(200)의 최소 스트로크에 대응하는 제1 교정점(A)과 사판 구동 피스톤(200)의 최대 스트로크에 대응하는 제2 교정점(B)을 찾는다.

사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)의 압력은 점진적으로 증가하거나 감소하게 되는데, 사판 구동 피스톤(200)이 최소 스트로크와 최대 스트로크에 도달하는 시점에서 급격한 상승을 보이게 된다. 그리고 유압 펌프(310)의 최소 유량과 최대 유량은 사양에 따라 정해져 있다.

따라서, 사판 구동 피스톤(200)이 최소 스트로크일 때 압력의 피크가 발생하는 시점을 유압 펌프(310)의 최소 토출 유량으로 하여 제1 교정점(A)을 설정하고, 사판 구동 피스톤(200)이 최대 스트로크일 때 압력의 피크가 발생하는 시점을 유압 펌프(310)의 최대 토출 유량으로 하여 제2 교정점(B)을 설정한 다음, 제1 교정점(A)과 제2 교정점(B)을 선형적으로 연결하여 교정 후 전류-유량 특성선을 산출할 수 있다. 그리고 교정 전 전류-유량 특성선을 산출된 교정 후 전류-유량 특성선으로 대체하게 된다. 여기서, 교정 전 전류-유량 특성선은 출하 시에 계측에 의해 설정된 전류-유량 특성일 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 산출된 교정 후 전류-유량 특성선을 실험을 통해 장비에 탑재된 상태에서의 실제 전류-유량 특성과 대비하여 보면 매우 근접한 것으로 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템에(101)서는 제어 장치(700)가 사판 구동 피스톤(200)의 대경부(290)로 공급되는 작동유의 압력 변화율로부터 사판 구동 피스톤(200)의 최소 스트로크에 대응하는 제1 교정점(A)과 사판 구동 피스톤(200)의 최대 스트로크에 대응하는 제2 교정점(B)을 찾고 제1 교정점(A)과 제2 교정점(B)을 선형적으로 연결하는 교정 후 전류-유량 특성선을 산출하며, 산출된 상기 교정 후 전류-유량 특성선으로 교정 전 전류 유량 특성선을 대체하여 유압 펌프(310)를 제어함으로써, 실제로 사용될 장비에 탑재된 상태에서 가변 용량형 유압 펌프(310)의 토출 유량 특성을 용이하면서도 효율적으로 교정할 수 있다.

한편, 도 2에서는 제2 교정점(B)만 변동되었으나, 이는 예시적일 뿐이며, 제1 교정점(A)이 변동되거나 제1 교정점(A)과 제2 교정점(B)이 모두 변동될 수도 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.

101: 유압 시스템
200: 사판 구동 피스톤
210: 소경부
290: 대경부
300: 사판 제어 밸브
310: 유압 펌프
314: 사판
370: 파일럿 펌프
500: 전자 비례 감압 밸브
610: 메인 유압 라인
640: 사판 제어 유압 라인
700: 제어 장치
750: 압력 센서

Claims

사판을 포함하는 가변 용량형 유압 펌프;
대경부와 소경부를 가지며 상기 대경부에 가해진 압력의 변화에 따라 상기 유압 펌프의 상기 사판의 기울기를 조절하는 사판 구동 피스톤;
상기 유압 펌프가 토출한 작동유의 일부를 상기 대경부로 공급하기 위한 사판 제어 유압 라인;
상기 사판 제어 유압 라인 상에 설치되어 입력 받은 파일럿 압력의 크기에 따라 상기 대경부로 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 사판 제어 밸브;
상기 사판 제어 밸브에 가해질 상기 파일럿 압력을 입력 전류의 크기에 비례하여 생성하는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV);
상기 사판 구동 피스톤의 상기 대경부로 공급되는 작동유의 압력을 측정하는 압력 센서; 및
상기 입력 전류를 상기 전자 비례 감압 밸브에 공급하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하며, 상기 압력 센서가 측정한 대경부 압력 변화율에 근거하여 상기 입력 전류에 대한 상기 유압 펌프의 토출 유량을 교정하는 제어 장치
를 포함하며,
상기 제어 장치는 상기 사판 구동 피스톤의 상기 대경부로 공급되는 작동유의 압력 변화율로부터 상기 사판 구동 피스톤의 최소 스트로크에 대응하는 제1 교정점과 상기 사판 구동 피스톤의 최대 스트로크에 대응하는 제2 교정점을 찾고 상기 제1 교정점과 상기 제2 교정점을 연결하는 교정 후 전류-유량 특성선을 산출하며, 산출된 상기 교정 후 전류-유량 특성선으로 교정 전 전류 유량 특성선을 대체하여 상기 유압 펌프를 제어하는 유압 시스템.
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