KR102582564B1 - 작업 기계 - Google Patents
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Abstract
유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 크고, 또한 액추에이터의 요구 유량이 작은 경우에, 액추에이터의 제어 정밀도를 향상하는 것이 가능한 작업 기계를 제공한다. 보조 유량 제어 장치는, 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 소정의 개구 면적 이상일 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 따라 주밸브의 개구 면적이 최대 개구 면적에서부터 제로의 사이에서 변화하고, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적을 하회했을 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 관계없이 상기 주밸브의 개구 면적이 제로가 되도록 구성된다.
Description
본 발명은, 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 작업 기계는, 선회체를 포함하는 차체와, 선회체에 장착된 작업 장치(프론트 장치)를 구비하고, 작업 장치가, 선회체에 상하 방향으로 회동(回動) 가능하게 접속된 붐(프론트 부재)과, 붐의 선단에 전후 또는 상하 방향으로 회동 가능하게 접속된 아암(프론트 부재)과, 아암의 선단에 전후 또는 상하 방향으로 회동 가능하게 접속된 버킷(프론트 부재)과, 붐을 구동하는 붐 실린더(액추에이터)와, 아암을 구동하는 아암 실린더(액추에이터)와, 버킷을 구동하는 버킷 실린더(액추에이터)를 포함한다. 작업 기계의 프론트 부재를 각각의 수동 조작 레버에 의해 조작하여, 소정의 영역을 굴삭하는 것은 용이하지 않아, 오퍼레이터에게는 습숙(習熟)한 조작 기술이 필요하다.
그래서, 이와 같은 작업을 용이하게 하기 위한 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1에 기재된 건설 기계의 영역 제한 굴삭 제어 장치는, 프론트 장치의 위치를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단으로부터의 신호에 의해 프론트 장치의 위치를 연산하는 연산부와, 프론트 장치의 진입을 금지하는 침입 불가 영역의 설정부와, 침입 불가 영역과 프론트 장치 위치로부터 조작 레버 신호의 제어 게인을 산출하는 연산부를 구비하는 컨트롤러와, 산출된 제어 게인으로부터 액추에이터의 움직임을 제어하는 액추에이터 제어 수단을 구비하고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 침입 불가 영역의 경계선까지의 거리에 따라 레버 조작 신호가 제어되기 때문에, 오퍼레이터가 잘못하여 침입 불가 영역에 버킷 선단을 이동하려고 해도, 자동적으로 버킷 선단의 궤적이 경계상을 따르도록 제어된다. 이에 의해, 오퍼레이터의 조작 기술의 습숙도에 좌우되지 않고, 누구나 정밀도 좋게 안정된 작업을 행할 수 있다.
여기서, 특허문헌 1에 기재된 건설 기계에 있어서, 오퍼레이터에 의한 수동 조작과 기체의 자동 제어 기능을 작업 내용에 따라 전환하는 것을 상정한 경우, 다음과 같은 과제가 있다. 컨트롤러로부터의 지령에 의해 기체의 자동 제어를 행하는 경우는, 프론트 장치의 선단이 목표로 하는 궤적을 따라 정확하게 이동하는 것이 중요하며, 그것을 위해서는 액추에이터에 목표 유량을 정확하게 공급할 필요가 있다. 그러나, 특허문헌 1의 영역 제한 굴삭 제어 장치에서는, 레버 조작량에 따라 제어되는 것이 방향 제어 밸브의 개구량이기 때문에, 액추에이터의 부하 변동에 따른 방향 제어 밸브의 전후 차압의 변화에 의해, 액추에이터에의 유량 공급이 불안정해지는 경우가 있다.
이와 같은 과제를 해결하는 기술의 하나로서 특허문헌 2에 나타내는 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 유압 제어 밸브 장치에서는, 각 액추에이터의 방향 제어 밸브의 각각의 압력 보상을 하는 포핏형의 보조 유량 제어 밸브를 각 방향 제어 밸브에 직렬로 배치하고 있다. 이에 의해, 조작 레버의 입력량에 대하여 방향 제어 밸브의 개구량을 제어할 뿐만 아니라, 압력 보상 밸브에 의해 방향 제어 밸브의 전후 차압도 제어함으로써, 액추에이터의 부하에 의존하지 않고 액추에이터에의 정확한 유량 공급이 가능해진다.
특허문헌 2에 기재된 유압 제어 밸브 장치에서는, 보조 유량 제어 밸브의 주밸브가 포핏형을 가지기 때문에 스풀형의 밸브에 비하여 흐름 손실이 적고, 시트 시의 리크가 거의 없기 때문에 체크 기능을 가질 수 있다. 또한, 주밸브는 펌프측, 액추에이터측, 배압측의 압력에 기인하는 힘의 밸런스에 의해 밸브 변위가 결정되기 때문에, 응답성도 높다.
그러나, 포핏 밸브는 일반적으로 유체력의 영향을 받기 쉽고, 상술한 압력 변화에의 응답성이 높기 때문에 맥동이나 압력 변동의 영향도 받기 쉽다. 그 때문에, 밸브체의 거동이 불안정화되기 쉽고, 특히 소유량, 고압력차 등의 소개구에서의 제어를 필요로 하는 조건에서의 유량 제어 정밀도가 저하하기 쉽다.
한편, 유압 셔블 등의 작업 기계의 자동 제어에 의한 작업에 있어서, 특히 액추에이터의 제어 정밀도가 필요해지는 작업에서는, 굴삭 부하가 걸리면서 저속도로 액추에이터를 동작시킬 필요가 있다. 이 때, 액추에이터에의 공급 유량을 제어하는 밸브를 둘러싼 흐름 조건은, 소유량, 고압력차인 경우가 많다.
그 때문에, 특허문헌 2에 기재된 유압 제어 밸브 장치의 구성을 이용하여 유압 셔블 등의 작업 기계의 자동 제어를 행하는 경우는, 액추에이터의 제어 정밀도가 필요해지는 작업에 있어서, 보조 유량 제어 밸브의 유량 제어 정밀도가 저하하여, 액추에이터의 제어 정밀도의 저하를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 크고, 또한 액추에이터의 요구 유량이 작은 경우에, 액추에이터의 제어 정밀도를 향상하는 것이 가능한 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 차체와, 상기 차체에 장착된 작업 장치와, 상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 액추에이터와, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 토출 라인에 병렬로 접속되어 있고, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브와, 상기 복수의 액추에이터의 동작을 지시하기 위한 조작 레버와, 파일럿 펌프와, 상기 파일럿 펌프로부터 공급되는 압유를 감압하여 상기 복수의 방향 제어 밸브의 조작압으로서 출력하는 전자 밸브 유닛과, 상기 조작 레버로부터의 동작 지시량에 따라 상기 전자 밸브 유닛에 지령을 출력하는 컨트롤러와, 상기 복수의 방향 제어 밸브의 각 상류에 배치되고, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 방향 제어 밸브에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 보조 유량 제어 장치는, 시트형의 주밸브와, 상기 주밸브의 밸브체의 이동량에 따라 개구 면적을 변화시키는 제어 가변 스로틀과, 상기 주밸브의 하류측과 상기 제어 가변 스로틀의 하류측을 접속하고, 통과 유량에 따라 상기 밸브체의 이동량을 결정하는 파일럿 라인과, 상기 파일럿 라인에 배치되고, 상기 컨트롤러로부터의 지령에 따라 개구 면적을 변화시키는 스풀형의 파일럿 가변 스로틀을 가지며, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 소정의 개구 면적 이상일 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 따라 상기 주밸브의 개구 면적이 최대 개구 면적에서부터 제로의 사이에서 변화하고, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적을 하회했을 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 관계없이 상기 주밸브의 개구 면적이 제로가 되도록 구성된 것으로 한다.
이상과 같이 구성한 본 발명에 의하면, 액추에이터의 요구 유량이 큰 경우 또는 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 작은 경우의 동작, 즉 보조 유량 제어 장치의 개구량을 크게 할 필요가 있는 동작에 있어서는, 파일럿 가변 스로틀과 함께 주밸브를 개구시키는 것에 의해, 파일럿 가변 스로틀과 주밸브의 합계 개구 면적으로 보조 유량 제어 장치의 개구량을 조정할 수 있다.
한편, 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 크고, 또한 액추에이터의 요구 유량이 작은 경우의 동작, 즉 보조 유량 제어 장치의 개구량을 작게 할 필요가 있는 동작에 있어서는, 시트형의 주밸브를 닫아서 스풀형의 파일럿 가변 스로틀만을 개구시키는 것에 의해, 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적만으로 보조 유량 제어 장치의 개구량을 조정할 수 있다. 이에 의해, 액추에이터에의 공급 유량을 정밀도 좋게 조정할 수 있기 때문에, 액추에이터의 제어 정밀도를 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관련된 작업 기계에 의하면, 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 크고, 또한 액추에이터의 요구 유량이 작은 경우에, 액추에이터의 제어 정밀도를 향상하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 유압 셔블의 측면도이다.
도 2a는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 2b는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 3은, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 4a는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(1/3)이다.
도 4b는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(2/3)이다.
도 4c는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(3/3)이다.
도 5는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 개구 면적 선도이다.
도 7은, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 개구 면적 선도이다.
도 8a는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 8b는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 9는, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 컨트롤러의 연산 처리 중, 제어 유효화 처리의 상세를 나타내는 플로우도이다.
도 2a는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 2b는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 3은, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 4a는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(1/3)이다.
도 4b는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(2/3)이다.
도 4c는, 도 2b에 나타내는 컨트롤러의 연산 처리를 나타내는 플로우도(3/3)이다.
도 5는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 개구 면적 선도이다.
도 7은, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치의 개구 면적 선도이다.
도 8a는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 8b는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 9는, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 컨트롤러의 연산 처리 중, 제어 유효화 처리의 상세를 나타내는 플로우도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들고, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 본 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(300)은, 주행체(201)와, 주행체(201) 상에 선회 가능하게 배치되고, 차체를 구성하는 선회체(202)와, 선회체(202)에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되고, 토사의 굴삭 작업 등을 행하는 작업 장치(203)를 구비하고 있다. 선회체(202)는, 선회 모터(211)에 의해 구동된다.
작업 장치(203)는, 선회체(202)에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 붐(204)과, 붐(204)의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 아암(205)과, 아암(205)의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 버킷(206)을 포함하고 있다. 붐(204)은 붐 실린더(204a)에 의해 구동되고, 아암(205)은 아암 실린더(205a)에 의해 구동되며, 버킷(206)은 버킷 실린더(206a)에 의해 구동된다.
선회체(202) 상의 전측 위치에는 운전실(207)을 마련하고 있고, 후측 위치에는 중량 밸런스를 확보하는 카운터 웨이트(209)를 마련하고 있다. 운전실(207)과 카운터 웨이트(209)의 사이에는 엔진 및 유압 펌프 등이 수용되는 기계실(208)을 마련하고 있고, 기계실(208)에는 컨트롤 밸브(210)가 설치된다.
본 실시형태에 관련되는 유압 셔블(300)에는, 이하의 실시예에서 설명하는 유압 구동 장치가 탑재된다.
실시예 1
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도이다.
(1) 구성
제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)는, 도시하지 않은 엔진에 의해 구동되는 3개의 주(主)유압 펌프, 예를 들면 각각 가변 용량형 유압 펌프로 이루어지는 제 1 유압 펌프(1), 제 2 유압 펌프(2), 및 제 3 유압 펌프(3)를 구비하고 있다. 또한, 도시하지 않은 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프(4)를 구비함과 함께, 제 1∼제 3 유압 펌프(1∼3), 및 파일럿 펌프(4)에 오일을 공급하는 작동유 탱크(5)를 구비하고 있다.
제 1 유압 펌프(1)의 틸팅각은, 제 1 유압 펌프(1)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 1 유압 펌프(1)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(1a), 제 1 유압 펌프 자기압(自己壓) 포트(1b), 및 제 2 유압 펌프 자기압 포트(1c)를 포함하고 있다. 제 2 유압 펌프(2)의 틸팅각은, 제 2 유압 펌프(2)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 2 유압 펌프(2)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(2a), 제 2 유압 펌프 자기압 포트(2b), 및 제 1 유압 펌프 자기압 포트(2c)를 포함하고 있다. 제 3 유압 펌프(3)의 틸팅각은, 제 3 유압 펌프(3)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 3 유압 펌프(3)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(3a) 및 제 3 유압 펌프 자기압 포트(3b)를 포함하고 있다.
제 1 유압 펌프(1)의 토출 라인(40)은, 센터 바이패스 라인(41)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(41)에는, 상류측으로부터 순서대로, 주행체(201)를 구동하는 한 쌍의 주행 모터 중의 도시하지 않은 우측 주행 모터의 구동을 제어하는 우측 주행용 방향 제어 밸브(6), 버킷 실린더(206a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 버킷용 방향 제어 밸브(7), 아암 실린더(205a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8), 및 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)가 배치된다. 버킷용 방향 제어 밸브(7), 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8), 및 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)의 각 공급 포트는, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)와 버킷용 방향 제어 밸브(7)를 접속하는 센터 바이패스 라인(41)의 일부에, 각각 유로(42, 43), 유로(44, 45), 및 유로(46, 47)를 개재하여 병렬로 접속된다.
제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)은, 센터 바이패스 라인(51)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속되고, 합류 밸브(17)를 개재하여 제 1 유압 펌프(1)의 토출 라인(40)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(51)에는, 상류측으로부터 순서대로, 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10), 아암 실린더(205a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11), 예를 들면 버킷(206) 대신에 마련되는 소할기(小割機) 등의 제 1 특수 어태치먼트를 구동하는 도시하지 않은 제 1 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12), 및 주행체(201)를 구동하는 한 쌍의 주행 모터 중의 도시하지 않은 좌측 주행 모터의 구동을 제어하는 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)가 배치된다. 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10), 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11), 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12), 및 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)의 각 공급 포트는, 제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)에, 각각 유로(52, 53), 유로(54, 55), 유로(56, 57), 및 유로(58)를 개재하여 병렬로 접속된다.
제 3 유압 펌프(3)의 토출 라인(60)은, 센터 바이패스 라인(61)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(61)에는, 상류측으로부터 순서대로, 선회체(202)를 구동하는 선회 모터(211)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 선회용 방향 제어 밸브(14), 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)가 배치된다. 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)는, 제 1 특수 어태치먼트에 추가하여 제 2 액추에이터를 구비한 제 2 특수 어태치먼트가 장착되었을 때, 또는, 제 1 특수 액추에이터 대신에 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터의 2개의 액추에이터를 구비한 제 2 특수 어태치먼트가 장착되었을 때에, 제 2 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하기 위하여 사용된다. 선회용 방향 제어 밸브(14), 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)의 각 공급 포트는, 제 3 유압 펌프(3)의 토출 라인(60)에, 각각 유로(62, 63), 유로(64, 65), 및 유로(66, 67)를 개재하여 병렬로 접속된다.
붐 실린더(204a), 아암 실린더(205a), 및 버킷 실린더(206a)에는, 유압 셔블(300)의 동작 상태를 취득하는 것을 목적으로 하여, 스트로크량을 검출하는 스트로크 센서(94, 95, 96)가 각각 마련된다. 또한, 유압 셔블(300)의 동작 상태를 취득하는 수단은 경사 센서, 회전각 센서, IMU 등 다양하며, 상술한 스트로크 센서에 한정되지 않는다.
버킷용 방향 제어 밸브(7)의 공급 포트에 접속되는 유로(42, 43), 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)의 공급 포트에 접속되는 유로(44, 45), 및 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)의 공급 포트에 접속되는 유로(46, 47)에는, 복합 조작 시에 제 1 유압 펌프(1)로부터 각 방향 제어 밸브에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치(21, 22, 23)가 각각 마련된다.
제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)의 공급 포트에 접속되는 유로(52, 53), 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 공급 포트에 접속되는 유로(54, 55), 및 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)의 공급 포트에 접속되는 유로(56, 57)에는, 복합 조작 시에 제 2 유압 펌프(2)로부터 각 방향 제어 밸브에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치(24, 25, 26)가 각각 마련된다.
선회용 방향 제어 밸브(14)의 공급 포트에 접속되는 유로(62, 63), 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15)의 공급 포트에 접속되는 유로(64, 65), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)의 공급 포트에 접속되는 유로(66, 67)에는, 복합 조작 시에 제 3 유압 펌프(3)로부터 각 방향 제어 밸브에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치(27, 28, 29)가 각각 마련된다.
파일럿 펌프(4)의 토출 포트는, 파일럿 1차압 생성용의 파일럿 릴리프 밸브(18)를 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속됨과 함께, 유로(71)를 개재하여 전자 밸브 유닛(83)에 접속된다. 전자 밸브 유닛(83)은, 전자 비례 감압 밸브(83a, 83b, 83c, 83d, 83e)를 내장하고 있다. 전자 비례 감압 밸브(83a∼83e)의 일방의 입력 포트는 유로(71)에 접속되고, 타방의 입력 포트는 작동유 탱크(5)에 접속된다. 전자 비례 감압 밸브(83a)의 출력 포트는 제 2 유압 펌프(2)의 레귤레이터의 유량 제어 지령압 포트(2a)에 접속되고, 전자 비례 감압 밸브(83b, 83c)의 출력 포트는 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)의 파일럿 포트에 접속되며, 전자 비례 감압 밸브(83d, 83e)의 출력 포트는 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 파일럿 포트에 접속된다. 전자 비례 감압 밸브(83a∼83e)는, 각각, 컨트롤러(82)로부터의 지령 전기 신호에 따라 파일럿 1차압을 감압하여, 방향 제어 밸브의 파일럿 지령압으로서 출력한다.
또한, 설명을 간략화하기 위하여, 제 1 유압 펌프(1) 및 제 3 유압 펌프(3)의 레귤레이터의 유량 제어 지령압 포트(1a, 3a)용의 전자 비례 감압 밸브, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)용의 전자 비례 감압 밸브, 버킷용 방향 제어 밸브(7)용의 전자 비례 감압 밸브, 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)용의 전자 비례 감압 밸브, 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)용의 전자 비례 감압 밸브, 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)용의 전자 비례 감압 밸브, 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)용의 전자 비례 감압 밸브, 선회용 방향 제어 밸브(14)용의 전자 비례 감압 밸브, 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15)용의 전자 비례 감압 밸브, 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)용의 전자 비례 감압 밸브에 관해서는, 도시를 생략하고 있다.
제 1 실시예에서는, 보조 유량 제어 장치(24)는, 보조 가변 스로틀을 형성하는 시트형의 주밸브(31)와, 주밸브(31)의 밸브체(31a)에 마련되고, 밸브체(31a)의 이동량에 따라 개구 면적을 변화시키는 제어 가변 스로틀(31b)과, 파일럿 가변 스로틀(32)로 구성된다. 주밸브(31)가 내장되는 하우징은, 주밸브(31)와 유로(52)의 접속부에 형성된 제 1 압력실(31c)과, 주밸브(31)와 유로(53)의 접속부에 형성된 제 2 압력실(31d)과, 제 1 압력실(31c)과 제어 가변 스로틀(31b)을 개재하여 연통하도록 형성된 제 3 압력실(31e)을 가진다. 제 3 압력실(31e)과 파일럿 가변 스로틀(32)은 유로(68a)에 의해 접속되고, 파일럿 가변 스로틀(32)과 유로(53)는 유로(68b)에 의해 접속되며, 이들 유로(68a, 68b)는 파일럿 라인(68)을 형성한다.
파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 포트(32a)는, 전자 비례 감압 밸브(35)의 출력 포트에 접속된다. 전자 비례 감압 밸브(35)의 공급 포트는 파일럿 펌프(4)의 토출 포트에 접속되고, 탱크 포트는 작동유 탱크(5)에 접속된다. 전자 비례 감압 밸브(35)는, 컨트롤러(82)로부터의 지령 전기 신호에 따라 파일럿 1차압을 감압하고, 파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 지령압으로서 출력한다.
제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)에는 압력 센서(91)가 마련되고, 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)와 보조 유량 제어 장치(24)를 접속하는 유로(53)에는 압력 센서(92)가 마련된다.
또한, 설명을 간편하게 하기 위하여 일부 도시를 생략하고 있지만, 보조 유량 제어 장치(21∼29) 및 주변의 기기, 배관, 배선은 모두 동일한 구성이다.
제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)는, 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9) 및 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)를 전환 조작 가능한 조작 레버(81a)와, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11) 및 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)를 전환 조작 가능한 조작 레버(81b)를 구비하고 있다. 또한, 설명을 간략화하기 위하여, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)를 전환 조작하는 우측 주행용 조작 레버, 버킷용 방향 제어 밸브(7)를 전환 조작하는 버킷용 조작 레버, 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)를 전환 조작하는 제 1 어태치먼트용 조작 레버, 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)를 전환 조작하는 좌측 주행용 조작 레버, 선회용 방향 제어 밸브(14)를 전환 조작하는 선회용 조작 레버, 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)를 전환 조작하는 제 2 어태치먼트용 조작 레버에 관해서는, 도시를 생략하고 있다.
제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)는, 컨트롤러(82)를 구비하고, 조작 레버(81a, 81b)의 출력값, 압력 센서(91, 92, 93)의 출력값, 스트로크 센서(94, 95, 96)의 출력값, 및 제어 유효화 스위치(84)의 지령값은 컨트롤러(82)에 입력된다. 또한, 컨트롤러(82)는, 전자 밸브 유닛(83)에 구비되는 각 전자 비례 감압 밸브와, 전자 비례 감압 밸브(35, 36)(및 도시하지 않은 전자 비례 감압 밸브)에 지령 전기 신호를 출력한다.
도 3은, 컨트롤러(82)의 기능 블록도이다. 도 3에 있어서, 컨트롤러(82)는, 입력부(82a)와, 제어 유효화 판단부(82b)와, 차체 자세 연산부(82c)와, 요구 유량 연산부(82d)와, 목표 유량 연산부(82e)와, 지령 전기 신호 연산부(82f)와, 출력부(82g)를 가진다.
입력부(82a)는, 제어 유효화 스위치(84)의 신호 및 각 센서의 출력값을 취득한다. 제어 유효화 판단부(82b)는, 제어 유효화 스위치(84)의 신호를 기초로 영역 제한 제어를 유효로 할지 무효로 할지를 판단한다. 영역 제한 제어란, 작업 장치(203)가 미리 설정된 영역에 침입하는 것을 방지하기 위하여, 액추에이터에의 공급 유량을 제한하는 제어이다. 차체 자세 연산부(82c)는, 센서 출력값을 기초로 차체(202) 및 작업 장치(203)의 자세를 연산한다. 요구 유량 연산부(82d)는, 센서 출력값을 기초로 액추에이터의 요구 유량을 연산한다. 목표 유량 연산부(82e)는, 차체(202) 및 작업 장치(203)의 자세 및 액추에이터의 요구 유량을 기초로 액추에이터의 목표 유량을 연산한다. 지령 전기 신호 연산부(82f)는, 제어 유효화 판단부(82b)로부터의 판단 결과와, 목표 유량 연산부(82e)로부터의 목표 유량과, 입력부(82a)로부터의 압력 센서 출력값을 기초로 지령 전기 신호를 연산한다. 출력부(82g)는, 지령 전기 신호 연산부(82f)로부터의 결과를 기초로 지령 전기 신호를 생성하여, 전자 밸브 유닛(83)의 각 전자 비례 감압 밸브, 및 전자 비례 감압 밸브(35, 36)에 출력한다.
도 4a는, 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러(82)의 연산 처리를 나타내는 플로우도이다. 컨트롤러(82)는, 제어 유효화 스위치(84)가 ON인지의 여부를 판정하여(단계 S100), 제어 유효화 스위치(84)가 OFF(NO)라고 판정한 경우는 제어 무효화 처리(단계 S200)를 실행하고, 제어 유효화 스위치(84)가 ON(YES)이라고 판정한 경우는 제어 유효화 처리(단계 S300)를 실행한다.
도 4b는, 단계 S200(제어 무효화 처리)의 상세를 나타내는 플로우도이다. 도 4b에 나타내는 처리는, 모든 보조 유량 제어 장치에 관하여 실행되지만, 이하에서는 보조 유량 제어 장치(24)에 관계되는 부분만을 설명한다.
컨트롤러(82)는, 먼저, 조작 레버(81a)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S201).
단계 S201에서 조작 레버(81a)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 제어 무효화 처리(단계 S200)를 종료한다.
단계 S201에서 조작 레버(81a)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 전자 밸브 유닛(83)의 전자 비례 감압 밸브(83b, 83c)에서 조작 레버 입력량에 따른 파일럿 지령압(Pi_ms)(PiBM2U, PiBM2D)을 생성하고(단계 S202), 파일럿 지령압(Pi_ms)에 따라 방향 제어 밸브(10)를 개구시킨다(단계 S203).
단계 S203에 이어서, 복수의 액추에이터에 대한 분류(分流)가 필요한지의 여부(즉, 동일한 토출 라인에 접속된 복수의 액추에이터의 복합 조작이 입력되었는지의 여부)를 판정한다(단계 S204).
단계 S204에서 분류가 필요하지 않다(NO)고 판정한 경우는, 컨트롤러(82)는 전자 비례 감압 밸브(35)에 지령 전기 신호를 출력하지 않고(단계 S205), 전자 비례 감압 밸브(35)는 파일럿 지령압(Pi_fcv)을 생성하지 않고(단계 S206), 파일럿 가변 스로틀(32)을 전개(全開)시켜(단계 S207), 그에 따라 보조 유량 제어 장치(24)의 주밸브(31)를 전개시키고(단계 S208), 액추에이터(204a)에의 공급 유량을 방향 제어 밸브(10)로 제어하여(단계 S209), 제어 무효화 처리(단계 S200)를 종료한다.
단계 S204에서 분류가 필요하다(YES)고 판정한 경우는, 컨트롤러(82)는 전자 비례 감압 밸브(35)에 지령 전기 신호를 출력하여(단계 S210), 지령 전기 신호에 따라 전자 비례 감압 밸브(35)에 파일럿 지령압(Pi_fcv)을 생성시키고(단계 S211), 전자 비례 감압 밸브(35)로부터의 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 따라 파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 스풀(112)을 변위시킨다(단계 S212).
단계 S212에 이어서, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 후술의 문턱값(S)보다 큰지의 여부를 판단한다(단계 S213).
단계 S213에서 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S) 이하(NO)라고 판정한 경우는, 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구에 따라 보조 유량 제어 장치(24)의 주밸브(31)를 개구시키고(단계 S214), 주밸브(31)와 파일럿 가변 스로틀(32)의 합계 개구 면적으로 액추에이터(204a)에의 공급 유량을 제어하여(단계 S215), 제어 무효화 처리(단계 S200)를 종료한다.
단계 S213에서 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S)보다 크다(YES)고 판정한 경우는, 보조 유량 제어 장치(24)의 주밸브(31)가 닫히고(단계 S216), 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적만으로 액추에이터(204a)에의 공급 유량을 제어하여(단계 S217), 제어 무효화 처리(단계 S200)를 종료한다.
도 4c는, 단계 S300(제어 유효화 처리)의 상세를 나타내는 플로우도이다. 도 4b에 나타내는 처리는, 모든 보조 유량 제어 장치에 관하여 실행되지만, 이하에서는 보조 유량 제어 장치(24)에 관계되는 부분만을 설명한다.
컨트롤러(82)는, 먼저, 조작 레버(81a)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S301).
단계 S301에서 조작 레버(81a)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 제어 무효화 처리(단계 S300)를 종료한다.
단계 S301에서 조작 레버(81a)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 전자 밸브 유닛(83)의 전자 비례 감압 밸브(83b, 83c)에서 조작 레버 입력량에 따른 파일럿 지령압(Pi_ms)(PiBm2U, PiBm2D)을 생성하고(단계 S302), 파일럿 지령압(Pi_ms)에 따라 방향 제어 밸브(10)를 개구시킨다(단계 S303).
단계 S303에 이어서, 컨트롤러(82)의 목표 유량 연산부(82e)에서 액추에이터(204a)의 목표 유량을 산출하고(단계 S304), 컨트롤러(82)의 지령 전기 신호 연산부(82f)에서 목표 유량과 보조 유량 제어 장치(24)의 전후 차압을 기초로 지령 전기 신호를 산출하고(단계 S305), 컨트롤러(82)의 출력부(82g)에서 전자 비례 감압 밸브(35)에의 지령 전기 신호를 출력한다(단계 S306).
단계 S306에 이어서, 전자 비례 감압 밸브(35)는 파일럿 지령압(Pi_fcv)을 생성하고(단계 S307), 전자 비례 감압 밸브(35)로부터의 지령압(Pi_fcv)에 따라 파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 스풀을 변위시킨다(단계 S308).
단계 S308에 이어서, 컨트롤러(82)는, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S)보다 큰지의 여부를 판정한다(단계 S309).
단계 S309에서 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S) 이하(NO)라고 판정한 경우는, 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구에 따라 보조 유량 제어 장치(24)의 주밸브(31)를 개구시키고(단계 S310), 주밸브(31)와 파일럿 가변 스로틀(32)의 합계 개구 면적으로 액추에이터(204a)에의 공급 유량을 제어하여(단계 S310), 제어 유효화 처리(단계 S300)를 종료한다.
단계 S309에서 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S)보다 크다(YES)고 판정한 경우는, 보조 유량 제어 장치(24)의 주밸브(31)가 닫히고(단계 S313), 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적만으로 액추에이터(204a)에의 공급 유량을 제어하여(단계 S314), 제어 유효화 처리(단계 S300)를 종료한다.
도 5는, 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치(24)의 단면도이다. 또한, 다른 보조 유량 제어 장치도 이와 마찬가지의 구성이다.
시트형의 주밸브(31)의 밸브체(31a)는, 하우징(110)에 슬라이딩 자유롭게 설치된다. 밸브체(31a)의 상류측에 위치하는 제 1 압력실(31c)과 하류측에 위치하는 제 2 압력실(31d)은, 하우징(110)과 밸브체(31a)의 사이에 형성되는 보조 가변 스로틀을 개재하여 연통한다. 이 보조 가변 스로틀의 개구 특성은, 밸브체(31a)에 형성된 노치(102)의 형상에 따라 정해진다. 밸브체(31a)는, 제 3 압력실(31e)에 설치된 스프링(101)에 의해 하우징(110)에 착좌한다. 제 1 압력실(31c)과 제 3 압력실(31e)은, 밸브체(31a) 내부에 형성된 유로(103)를 개재하여 연통한다. 유로(103)의 제 3 압력실(31e)측 출구와 하우징(111)의 사이에는, 제어 가변 스로틀(31b)이 형성된다.
밸브체(31a)가 설치되는 하우징(110)의 단부와 면맞춤으로, 파일럿 가변 스로틀(32)이 장착된다. 파일럿 가변 스로틀(32)은, 하우징(111), 파일럿 스풀(112), 스프링(107), 및 플러그(106)에 의해 구성된다. 파일럿 스풀(112)의 일방의 단부측에는, 파일럿 스풀(112)을 누르는 스프링(107)이 설치된다. 파일럿 스풀(112)의 타방의 단부에는, 하우징(111)과 접촉함으로써 파일럿 스풀(112)의 위치를 보지(保持)하는 로드(109)가 마련된다.
파일럿 스풀(112)과 하우징(111)의 사이에는, 유실(104)과 유실(105)이 형성된다. 유실(104)과 유실(105)은, 파일럿 스풀(112)과 하우징(111)의 사이에 형성되는 스로틀에 의해 연통한다. 유실(104)과 제 3 압력실(31e)은, 유로(68a)를 개재하여 연통한다. 유실(105)과 제 2 압력실(31d)은, 유로(68b)를 개재하여 연통한다. 이 스로틀부의 개구 특성은, 파일럿 스풀(112)에 형성되는 노치(108)의 형상에 따라 정해진다.
또한, 노치(102), 제어 가변 스로틀(31b), 및 노치(108)에는, 설계자가 원하는 개구 특성을 얻기 위하여, 도시한 형상 이외에도 여러 가지 형상 및 그들의 조합이 이용된다.
도 6은, 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치(24)의 개구 면적 선도이며, 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 대한 파일럿 가변 스로틀(32), 제어 가변 스로틀(31b), 및 주밸브(31)의 각 개구 면적의 변화를 나타내고 있다. 또한, 다른 보조 유량 제어 장치도 이와 마찬가지의 구성이다.
파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aPS) 및 제어 가변 스로틀(31b)의 개구 면적(aFB)은, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv1부터 Pi_fcv4까지인 개구 제어 영역을 가진다. 한편, 주밸브(31)의 개구 면적(aMP)은, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv2(>Pi_fcv1)부터 Pi_fcv3(<Pi_fcv4)까지인 개구 제어 영역을 가진다. 주밸브(31)의 최대 개구 면적(aMP1)은, 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aPS) 및 제어 가변 스로틀(31b)의 개구 면적(aFB)에 대하여 충분히 크게 설정된다.
파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv2부터 Pi_fcv3의 사이에 있을 때는, 보조 유량 제어 장치(24)의 개구량은, 주밸브(31)의 개구 면적(aMP)과 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aFB)의 합계와 같아진다. 한편, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv3부터 Pi_fcv4의 사이에 있을 때는, 주밸브(31)의 개구 면적(aMP)이 제로가 되기 때문에, 보조 유량 제어 장치(24)의 개구량은 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aFB)과 같아진다. 이와 같이, 보조 유량 제어 장치(24)는, 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 대하여, 주밸브(31)의 개구 면적(aMP)과 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aPS)의 합계로 개구량을 제어하는 영역과, 파일럿 가변 스로틀(32)의 개구 면적(aPS)만으로 개구량을 제어하는 영역을 가지며, 이들은 소정의 파일럿 지령압(Pi_fcv3)(문턱값(S))을 경계로 전환된다.
(2) 동작
이와 같이 구성한 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)에 있어서는, 이하에 서술하는 조작 및 제어가 가능하다. 또한, 여기서는 설명을 간편하게 하기 위하여, 제어 유효화 스위치(84)로부터 유압 셔블(300)의 영역 제한 제어를 유효로 하는 신호가 컨트롤러(82)에 입력되는 것에 의해, 유압 셔블(300)의 영역 제한 제어가 유효가 된 상태, 또한 제 2 유압 펌프(2)에 대하여 병렬로 배치되는 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)와 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)에서 분류가 필요해진 경우의 동작을 설명한다.
제어 유효화 스위치(84)로부터 유압 셔블(300)의 영역 제한 제어를 유효로 하는 신호가 컨트롤러(82)에 보내지면, 컨트롤러(82)는, 조작 레버(81a, 81b)로부터 입력되는 레버 조작량에 따라 전자 밸브 유닛(83)의 전자 비례 감압 밸브(83b∼83e)가 방향 제어 밸브(10, 11)의 파일럿 지령압(Pi_ms)을 생성하고, 방향 제어 밸브(10, 11)의 파일럿 포트에 작용시킨다.
이에 의해, 컨트롤러(82)의 제어에 의해 액추에이터(204a, 205a)를 구동시키는 것이 가능해져, 유압 셔블(300)의 영역 제한 제어가 행해진다.
컨트롤러(82)는, 각 액추에이터의 조작량과 각 스트로크 센서로부터 취득된 유압 셔블(300)의 동작 상태를 기초로 액추에이터의 목표 유량을 연산하고, 그 목표 유량과 압력 센서로부터 취득된 압력에 기초하여 생성한 지령 전기 신호를 전자 비례 감압 밸브(35, 36)에 출력한다. 전자 비례 감압 밸브(35, 36)는, 컨트롤러(82)로부터의 지령 전기 신호에 따라 파일럿 지령압(Pi_fcv)을 생성하고, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 파일럿 포트(32a, 34a)에 작용시킨다.
파일럿 가변 스로틀(32, 34)은, 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 따라 파일럿 스풀(112)을 변위시키는 것에 의해, 개구 면적(aPS)을 변화시킨다. 여기서, 파일럿 지령압 Pi_fcv≥Pi_fcv1이 되면, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 변화에 따라 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)도 변화한다. 이 때, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)과 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 관계는 하기와 같이 된다.
[수학식 1]
제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)은 밸브체(31a, 33a)의 변위에 따라 변화하기 때문에, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 변화하면 밸브체(31a, 33a)가 변위하여, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)과 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 비율이 일정하게 유지된다. 이 때, 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)도 밸브체(31a, 33a)의 변위에 따라 변화하기 때문에, 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)은, 파일럿 지령압 Pi_fcv≥Pi_fcv2가 되면, 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 따라 변화한다.
여기서, 파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv2≤Pi_fcv<Pi_fcv3인 경우는, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)과 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 합계와 일치한다. 즉, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)과 주밸브(31, 33)의 합계 개구 면적에 의해 제어된다.
파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv3≤Pi_fcv<Pi_fcv4인 경우는, 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)이 제로가 되기 때문에, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)과 일치한다. 즉, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)에 의해서만 제어된다.
이상, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 동작을 설명했지만, 다른 보조 유량 제어 장치의 동작도 마찬가지이다.
(3) 효과
제 1 실시예에서는, 차체(202)와, 차체(202)에 장착된 작업 장치(203)와, 차체(202) 또는 상기 작업 장치(203)를 구동하는 복수의 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)와, 유압 펌프(1∼3)와, 유압 펌프(1∼3)의 토출 라인(40, 50, 60)에 병렬로 접속되어 있고, 유압 펌프(1∼3)로부터 복수의 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급되는 압유의 흐름을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브(6∼16)와, 복수의 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)의 동작을 지시하기 위한 조작 레버(81a, 81b)와, 파일럿 펌프(4)와, 파일럿 펌프(4)로부터 공급되는 압유를 감압하여 복수의 방향 제어 밸브(6∼16)의 조작압으로서 출력하는 전자 밸브 유닛(83)과, 조작 레버(81a, 81b)로부터의 동작 지시량에 따라 전자 밸브 유닛(83)에 지령을 출력하는 컨트롤러(82)와, 복수의 방향 제어 밸브(6∼16)의 각 상류에 배치되고, 유압 펌프(1∼3)로부터 복수의 방향 제어 밸브(6∼16)에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치(21∼29)를 구비한 작업 기계(300)에 있어서, 보조 유량 제어 장치(21∼29)는, 시트형의 주밸브(31, 33)와, 주밸브(31, 33)의 밸브체(31a, 33a)의 이동량에 따라 개구 면적을 변화시키는 제어 가변 스로틀(31b, 33b)과, 주밸브(31, 33)의 하류측과 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 하류측을 접속하고, 통과 유량에 따라 밸브체(31a, 33a)의 이동량을 결정하는 파일럿 라인(68, 69)과, 파일럿 라인(68, 69)에 배치되고, 컨트롤러(82)로부터의 지령에 따라 개구 면적을 변화시키는 스풀형의 파일럿 가변 스로틀(32, 34)을 가지며, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 소정의 개구 면적(aPS1) 이상일 때는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)에 따라 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)이 최대 개구 면적(aMP1)에서부터 제로의 사이에서 변화하고, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 소정의 개구 면적(aPS1)을 하회했을 때는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)에 관계없이 주밸브(31, 33)의 개구 면적(aMP)이 제로가 되도록 구성된다.
이상과 같이 구성한 제 1 실시예에 의하면, 영역 제한 제어 기능이 유효한 경우에, 보조 유량 제어 장치(21∼29)는 액추에이터의 부하 변동에 의존하지 않고 컨트롤러(82)가 지령하는 목표 유량을 액추에이터에 공급할 수 있다.
또한, 액추에이터의 요구 유량이 큰 경우 또는 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 작은 경우의 동작, 즉 보조 유량 제어 장치(21∼29)의 개구량을 크게 할 필요가 있는 동작에 있어서는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)과 함께 주밸브(31, 33)를 개구시키는 것에 의해, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)과 주밸브(31, 33)의 합계 개구 면적으로 보조 유량 제어 장치(21∼29)의 개구량을 조정할 수 있다.
한편, 유압 펌프와 액추에이터의 압력차가 크고, 또한 액추에이터의 요구 유량이 작은 경우의 동작, 즉 보조 유량 제어 장치(21∼29)의 개구량을 작게 할 필요가 있는 동작에 있어서는, 시트형의 주밸브(31, 33)를 닫아서 스풀형의 파일럿 가변 스로틀(32, 34)만을 개구시키는 것에 의해, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)만으로 보조 유량 제어 장치(21∼29)의 개구량을 조정할 수 있다. 이에 의해, 액추에이터에의 공급 유량을 정밀도 좋게 조정할 수 있기 때문에, 액추에이터의 제어 정밀도를 향상하는 것이 가능해진다.
실시예 2
도 7은, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치(21∼29)의 개구 면적 선도이다.
(1) 구성
제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 구성은, 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)(도 2a 및 도 2b에 나타냄)와 거의 마찬가지이지만, 이하의 점에서 상이하다.
파일럿 지령압 Pi_fcv3부터 Pi_fcv4까지의 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)만으로 개구량을 제어하는 영역에 있어서, 제어 가변 스로틀(31b)의 개구 면적(aFB)은 일정해진다. 이 때, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)과 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 관계는 하기와 같이 된다.
[수학식 2]
[수학식 3]
(2) 동작
제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 동작은, 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)의 동작과 거의 마찬가지이지만, 이하의 점에서 상이하다.
파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv3≤Pi_fcv<Pi_fcv4인 경우는, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)만으로 제어된다. 이 때, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)은 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 대하여 일정값을 취하고, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 K배보다 크게 개구한다.
(3) 효과
제 2 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 장치(24, 25)는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 소정의 개구 면적(aPS1) 이상일 때(파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S) 이하일 때)는, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)이 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 소정의 계수(K)배가 되고, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 소정의 개구 면적(aPS1)을 하회했을 때는, 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)이 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 소정의 계수(K)배보다 커지도록 구성된다.
이상과 같이 구성한 제 2 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 마찬가지의 효과에 추가하여, 이하의 효과가 얻어진다.
파일럿 가변 스로틀(32, 34)만으로 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량을 제어하는 경우에 있어서, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)보다 상류에 위치하는 제어 가변 스로틀(31b, 33b)의 개구 면적(aFB)이 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)의 K배보다 커지기 때문에, 불필요한 압력 손실을 저감함과 함께, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 상류측(제 3 압력실(31e, 33e))의 압력 응답성을 높일 수 있어, 액추에이터 부하압이나 펌프압 등의 압력 변동에 대하여 높은 응답성으로 유량 제어하는 것이 가능해진다.
실시예 3
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도이다.
(1) 구성
도 8a 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400A)의 구성은, 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)(도 2a 및 도 2b에 나타냄)와 거의 마찬가지이지만, 이하의 점에서 상이하다.
보조 유량 제어 장치(24)의 제 3 압력실(31e)과 파일럿 가변 스로틀(32)을 연통하는 유로(68a)에 압력 센서(116)가 마련되고, 보조 유량 제어 장치(25)의 제 3 압력실(33e)과 파일럿 가변 스로틀(34)을 연통하는 유로(69a)에 압력 센서(117)가 마련된다. 압력 센서(116, 117)의 출력 신호는 컨트롤러(82)에 입력된다. 또한, 설명을 간편하게 하기 위하여 일부 도시를 생략하고 있지만, 보조 유량 제어 장치(21∼29) 및 주변의 기기, 배관, 배선은 모두 동일한 구성이다.
도 9는, 제 3 실시예에 있어서의 컨트롤러(82)의 연산 처리 중, 단계 S300(제어 유효화 처리)의 상세를 나타내는 플로우도이다. 도 9에 있어서, 제 1 실시예(도 4c에 나타냄)와의 상이점은, 단계 S313과 단계 S314의 사이에 단계 S313a∼S313d를 추가한 점이다. 이하, 단계 S313a∼S313d에 관하여 설명한다.
단계 S313에 이어서, 컨트롤러(82)의 지령 전기 신호 연산부(82f)에서 액추에이터(204a)의 목표 유량과 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 전후 차압을 기초로 지령 전기 신호를 산출하고(S313a), 컨트롤러(82)의 출력부(82g)에서 전자 비례 감압 밸브(35, 36)에 지령 전기 신호를 출력한다(S313b).
단계 S313b에 이어서, 전자 비례 감압 밸브(35, 36)는 지령 전기 신호에 따른 파일럿 지령압(Pi_fcv)을 생성하여(S315A), 파일럿 지령압(Pi_fcv)에 따라 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 파일럿 스풀(112)을 변위시키고(S313d), 단계 S318로 이행한다.
또한, 상기에서는, 보조 유량 제어 장치(24, 25)에 관계되는 처리만을 설명했지만, 다른 보조 유량 제어 장치에 관해서도 마찬가지의 처리가 실행된다.
(2) 동작
제 3 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400A)의 동작은, 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)의 동작과 거의 마찬가지이지만, 이하의 점에서 상이하다.
파일럿 지령압(Pi_fcv)이 Pi_fcv3≤Pi_fcv<Pi_fcv4인 경우는, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량은 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)만으로 제어된다. 이 때, 컨트롤러(82)는 목표 유량과 압력 센서(92, 93, 116, 117)로부터의 출력값을 기초로 지령 전기 신호를 산출하고, 전자 비례 감압 밸브(35, 36)에 출력한다.
(3) 효과
제 3 실시예에 있어서의 작업 기계(300)는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 전후 차압을 검출하는 압력 센서(92, 93, 116, 117)를 구비하며, 컨트롤러(82)는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 개구 면적(aPS)이 소정의 개구 면적(aPS1)을 하회했을 때(파일럿 지령압(Pi_fcv)이 문턱값(S)을 넘었을 때)는, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 통과 유량이 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 목표 유량(액추에이터의 목표 유량)과 일치하도록, 압력 센서(92, 93, 116, 117)에서 검출한 전후 압력에 기초하여 파일럿 가변 스로틀(32, 34)에 대한 지령(파일럿 지령압(Pi_fcv))을 산출한다.
이상과 같이 구성한 제 3 실시예에 의하면, 제 1 실시예과 마찬가지의 효과에 추가하여, 이하의 효과가 얻어진다.
파일럿 가변 스로틀(32, 34)만으로 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 개구량을 제어하는 경우에 있어서, 파일럿 가변 스로틀(32, 34)의 전후 차압을 기초로 지령 전기 신호를 산출하여 출력하기 때문에, 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 전후 차압을 이용한 경우보다 정확하게 보조 유량 제어 장치(24, 25)의 통과 유량을 제어할 수 있다. 이에 의해, 액추에이터의 제어 정밀도를 더 향상하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시예에 관하여 자세히 설명했지만, 본 발명은, 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형례가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성의 일부를 첨가하는 것도 가능하고, 어떤 실시예의 구성의 일부를 삭제하거나, 또는, 다른 실시예의 일부와 치환하는 것도 가능하다.
1 : 제 1 유압 펌프
1a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
1b : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
1c : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2 : 제 2 유압 펌프
2a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
2b : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2c : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
3 : 제 3 유압 펌프
3a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
3b : 제 3 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
4 : 파일럿 펌프
5 : 작동유 탱크
6 : 우측 주행용 방향 제어 밸브
7 : 버킷용 방향 제어 밸브
8 : 제 2 아암용 방향 제어 밸브
9 : 제 1 붐용 방향 제어 밸브
10 : 제 2 붐용 방향 제어 밸브
11 : 제 1 아암용 방향 제어 밸브
12 : 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브
13 : 좌측 주행용 방향 제어 밸브
14 : 선회용 방향 제어 밸브
15 : 제 3 붐용 방향 제어 밸브
16 : 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브
17 : 합류 밸브
18 : 파일럿 릴리프 밸브
21∼29 : 보조 유량 제어 장치
31 : 주밸브
31a : 밸브체
31b : 제어 가변 스로틀
31c : 제 1 압력실
31d : 제 2 압력실
31e : 제 3 압력실
32 : 파일럿 가변 스로틀
32a : 파일럿 포트
33 : 주밸브
33a : 밸브체
33b : 제어 가변 스로틀
33c : 제 1 압력실
33d : 제 2 압력실
33e : 제 3 압력실
34 : 파일럿 가변 스로틀
34a : 파일럿 포트
35, 36 : 전자 비례 감압 밸브
40 : 토출 라인
41 : 센터 바이패스 라인
42∼47 : 유로
50 : 토출 라인
51 : 센터 바이패스 라인
52∼58 : 유로
60 : 토출 라인
61 : 센터 바이패스 라인
62∼67 : 유로
68 : 파일럿 라인
68a, 68b : 유로
69 : 파일럿 라인
69a, 69b : 유로
71 : 유로
81a, 81b : 조작 레버
82 : 컨트롤러
82a : 입력부
82b : 제어 유효화 판단부
82c : 차체 자세 연산부
82d : 요구 유량 연산부
82e : 목표 유량 연산부
82f : 지령 전기 신호 연산부
82g : 출력부
83 : 전자 밸브 유닛
83a∼83e : 전자 비례 감압 밸브
84 : 제어 유효화 스위치
91∼93 : 압력 센서
94∼96 : 스트로크 센서
101 : 스프링
102 : 노치
103 : 유로
104 : 유실
105 : 유실
106 : 플러그
107 : 스프링
108 : 노치
109 : 로드
110 : 하우징
111 : 하우징
112 : 파일럿 스풀
116, 117 : 압력 센서
201 : 주행체
202 : 선회체(차체)
203 : 작업 장치
204 : 붐
204a : 붐 실린더(액추에이터)
205 : 아암
205a : 아암 실린더(액추에이터)
206 : 버킷
206a : 버킷 실린더(액추에이터)
207 : 운전실
208 : 기계실
209 : 카운터 웨이트
210 : 컨트롤 밸브
211 : 선회 모터(액추에이터)
300 : 유압 셔블(작업 기계)
400, 400A : 유압 구동 장치
1a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
1b : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
1c : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2 : 제 2 유압 펌프
2a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
2b : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2c : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
3 : 제 3 유압 펌프
3a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
3b : 제 3 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
4 : 파일럿 펌프
5 : 작동유 탱크
6 : 우측 주행용 방향 제어 밸브
7 : 버킷용 방향 제어 밸브
8 : 제 2 아암용 방향 제어 밸브
9 : 제 1 붐용 방향 제어 밸브
10 : 제 2 붐용 방향 제어 밸브
11 : 제 1 아암용 방향 제어 밸브
12 : 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브
13 : 좌측 주행용 방향 제어 밸브
14 : 선회용 방향 제어 밸브
15 : 제 3 붐용 방향 제어 밸브
16 : 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브
17 : 합류 밸브
18 : 파일럿 릴리프 밸브
21∼29 : 보조 유량 제어 장치
31 : 주밸브
31a : 밸브체
31b : 제어 가변 스로틀
31c : 제 1 압력실
31d : 제 2 압력실
31e : 제 3 압력실
32 : 파일럿 가변 스로틀
32a : 파일럿 포트
33 : 주밸브
33a : 밸브체
33b : 제어 가변 스로틀
33c : 제 1 압력실
33d : 제 2 압력실
33e : 제 3 압력실
34 : 파일럿 가변 스로틀
34a : 파일럿 포트
35, 36 : 전자 비례 감압 밸브
40 : 토출 라인
41 : 센터 바이패스 라인
42∼47 : 유로
50 : 토출 라인
51 : 센터 바이패스 라인
52∼58 : 유로
60 : 토출 라인
61 : 센터 바이패스 라인
62∼67 : 유로
68 : 파일럿 라인
68a, 68b : 유로
69 : 파일럿 라인
69a, 69b : 유로
71 : 유로
81a, 81b : 조작 레버
82 : 컨트롤러
82a : 입력부
82b : 제어 유효화 판단부
82c : 차체 자세 연산부
82d : 요구 유량 연산부
82e : 목표 유량 연산부
82f : 지령 전기 신호 연산부
82g : 출력부
83 : 전자 밸브 유닛
83a∼83e : 전자 비례 감압 밸브
84 : 제어 유효화 스위치
91∼93 : 압력 센서
94∼96 : 스트로크 센서
101 : 스프링
102 : 노치
103 : 유로
104 : 유실
105 : 유실
106 : 플러그
107 : 스프링
108 : 노치
109 : 로드
110 : 하우징
111 : 하우징
112 : 파일럿 스풀
116, 117 : 압력 센서
201 : 주행체
202 : 선회체(차체)
203 : 작업 장치
204 : 붐
204a : 붐 실린더(액추에이터)
205 : 아암
205a : 아암 실린더(액추에이터)
206 : 버킷
206a : 버킷 실린더(액추에이터)
207 : 운전실
208 : 기계실
209 : 카운터 웨이트
210 : 컨트롤 밸브
211 : 선회 모터(액추에이터)
300 : 유압 셔블(작업 기계)
400, 400A : 유압 구동 장치
Claims (3)
- 차체와,
상기 차체에 장착된 작업 장치와,
상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 액추에이터와,
유압 펌프와,
상기 유압 펌프의 토출 라인에 병렬로 접속되어 있고, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브와,
상기 복수의 액추에이터의 동작을 지시하기 위한 조작 레버와,
파일럿 펌프와,
상기 파일럿 펌프로부터 공급되는 압유를 감압하여 상기 복수의 방향 제어 밸브의 조작압으로서 출력하는 전자 밸브 유닛과,
상기 조작 레버로부터의 동작 지시량에 따라 상기 전자 밸브 유닛에 지령을 출력하는 컨트롤러와,
상기 복수의 방향 제어 밸브의 각 상류에 배치되고, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 방향 제어 밸브에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 보조 유량 제어 장치는,
시트형의 주밸브와,
상기 주밸브의 밸브체의 이동량에 따라 개구 면적을 변화시키는 제어 가변 스로틀과,
상기 주밸브의 하류측과 상기 제어 가변 스로틀의 하류측을 접속하고, 통과 유량에 따라 상기 밸브체의 이동량을 결정하는 파일럿 라인과,
상기 파일럿 라인에 배치되고, 상기 컨트롤러로부터의 지령에 따라 개구 면적을 변화시키는 스풀형의 파일럿 가변 스로틀을 가지며,
상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 소정의 개구 면적 이상일 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 따라 상기 주밸브의 개구 면적이 최대 개구량에서부터 제로의 사이에서 변화하고,
상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적을 하회했을 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적에 관계없이 상기 주밸브의 개구 면적이 제로가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 작업 기계. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조 유량 제어 장치는,
상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적 이상일 때는, 상기 제어 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적의 소정의 계수배가 되고,
상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적을 하회했을 때는, 상기 제어 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적의 상기 소정의 계수배보다 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 작업 기계. - 제 1 항에 있어서,
상기 파일럿 가변 스로틀의 전후 차압을 검출하는 압력 센서를 구비하며,
상기 컨트롤러는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적을 하회했을 때는, 상기 파일럿 가변 스로틀의 통과 유량이 상기 보조 유량 제어 장치의 목표 통과 유량과 일치하도록, 상기 압력 센서에서 검출한 전후 차압에 기초하여 상기 파일럿 가변 스로틀에 대한 지령을 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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