KR20010023720A

KR20010023720A - 작업기계의 유압제어장치

Info

Publication number: KR20010023720A
Application number: KR1020007002374A
Authority: KR
Inventors: 히구치후미카즈; 도지유타카; 다지마가즈하루
Original assignee: 구마모토 마사히로; 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-03-26
Also published as: JP2000170212A; EP1022395A1; KR100395820B1; EP1022395A4; US6378303B1; WO2000001896A1

Abstract

작업기계의 유압제어장치에 있어서, 유압 펌프(20)로부터 방출된 압력 오일의 유량과 방향이 스윙 모터(4)에 압력 오일을 공급하기 위한 제어 밸브(27)에 의해 제어되고, 스윙 모터(4)에 공급되는 압력 오일의 일부를 유출하기 위한 유출 오일 유로, 유출량을 조절하기 위한 유출 오일 유로(33)에 제공된 차단 밸브(36), 솔레노이드 비례 밸브(37)를 통하여 차단 밸브(36)를 제어하기 위한 제어기(42) 및 원격 스윙 제어 밸브(39)의 작동량을 검출하는 압력 센서(40, 41)로 구성되어진 작업기계의 유압제어장치에 있어서 제어기(42)는 압력 센서(40, 41)에 의해 검출되는 작동량에 따라 유출량을 설정하고, 유출량 설정을 근거로 하여 차단 밸브(36)의 개구 영역을 제어하며 그리고, 갑작스러운 스윙 작업이 발생할때 충격을 진압하여 주는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.

Description

작업기계의 유압제어장치{HYDRAULIC CONTROL DEVICE OF WORKING MACHINE}

종래에는, 작업기계로서 유압 굴삭기에 있어서 스윙 모터, 트레벌(travel) 모터, 붐 실린더, 아암 실린더, 버킷 실린더 등과 같은 부속장치가 작동될 때, 작동 레버는 단숨에 풀 레버(full lever) 작동하고, 레버 작동량은 일정량을 유지하거나 액츄에이터를 일정하게 작동하는 동안 작동량이 어느 정도 변한다.

레버 작동에 대한 액츄에이터의 응답이 과도하게 민감할 때는, 작동 중에 액츄에이터가 충격으로 가동되어 레버 작동량을 일정하게 유지하기가 어렵거나 레버 작동이 아주 조금만 변하는 경우에는 액츄에이터가 헌팅(hunting)을 유발하도록 반응하는 불편함이 있다. 숙련되지 않은 작동자가 언급된 것과 같이 민감한 작동 액츄에이터를 다루는 것은 어렵다. 이에 제어 밸브의 유출유로가 풀 레버 작동이 이루어질때, 통상적으로는 밀폐되지만 풀 레버 작동에 있어서도 아주 조금 개방된 상태가 되도록 하여 작동성을 개선하도록 설계하려는 시도가 있어왔다.

예를 들어, 일본 특개평 No. 9-165791에는 도10에서 도시된 바와 같이 풀 레버 작동에 있어서 일정 유량이 유압 펌프로부터 탱크로 방출되는 구성이 도시되어 있다. 도10 에서, 참고번호 60은 엔진을 가리키고, 61, 62는 엔진(60)에 의해 구동되는 제1, 제2 유압펌프를, 63은 지면 방출판에 대한 실린더를, 65는 아암 실린더, 66은 좌측 트래벌 모터를, 67은 버킷 실린더를, 68은 스윙 실린더를, 69는 붐 실린더를, 70은 우측 트래벌 모터를 가리킨다. 방향 제어 밸브는 제1 유압 펌프(61)에 연결된 중앙 바이패스 라인(71)에 배치되어 있고, 아암의 방향 제어 밸브(73)는 스윙 방향 제어 밸브(72)의 아래쪽에 직렬로 연결되어 있다. 스윙 방향 제어 밸브(72)는 유출 개구를 형성하는 조절기(72a)와 함께 제공된다.

이러한 구성에 따르면, 풀 레버 작동에 있어서 스윙 방향 제어 밸브(72)는 압력 오일의 일부를 유출시키며, 스윙 모터(64)의 단일 구동이 스윙 모터(64)와 아암 실린더(65)의 복합 구동으로 전환되는 지점에서 조절기(72a)로부터 방출되는 유량이 스윙 방향 제어 밸브(72)의 아래쪽에 위치한 아암의 방향 제어 밸브(73)를 통하여 공급된다. 이때, 유량은 단일 스윙 구동이 스윙 모터(64)에 공급될 때의 유량과 실질적으로 같다. 따라서, 단일 스윙 구동에 있어서 고속 스윙 작동을 방지하는 것이 가능하고, 복합 구동에 있어서 스윙 속도가 고속으로 저하되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

그러나, 상기의 종래 유압회로에 있어서, 유출유로(조절기(72a))는 통상적으로 개방되어 있기 때문에 엔진이 제1 유압 펌프(61)로부터 예정된 유량의 압력 오일을 방출하도록 회전수를 증가시켜야 할 때는 아무런 문제도 발생하지 않지만, 압력 오일의 예정된 유량은 유출에 달려 있으므로 엔진의 회전 주기가 작아질 때는 스윙 모터(64)로 유입되는 유량도 감소되어 결국 스윙 스피드가 감소된다.

구체적인 작업은 실시예와 같이 행해지며 설명되어진다. 스윙 작업이 경사 지반에서 수행되고, 상부 스윙 몸체가 경사면의 상부를 향해 스윙될 때, 스윙 모터(64)에 발휘되는 하중이 증가한다. 유출유로(조절기(72a))가 개방될 때, 유출유로로부터 방출되는 유출 유량은 자연적으로 증가하며, 따라서 스윙 속도가 감소된다. 더구나, 통상적으로 경사지반에서는 작동자가 유압 굴삭기의 안정성을 고려하여 작동을 위한 엔진의 회전수를 낮춘다. 따라서, 상기한 상태 아래서 때때로 스윙에 필요한 압력 오일이 스윙 모터(64)가 스윙 동작을 정지시키도록 충분히 공급되지 못한다.

본 발명은 상기한 종래의 유압 제어 회로에서 도출된 문제점을 고려하여 수행되고 있다. 본 발명의 첫번째 목적은 유압 작업기계의 유압제어장치를 제공하는 것으로, 예컨대, 스윙 작동에서 풀 레버 작동이 수행되더라도 고속 스윙에 의해 유발되는 충격이 발생하지 않도록 하는 것이며, 본 발명의 두번째 목적은 언급한 장치, 예컨대 스윙 작동에서 비록 엔진의 회전수가 낮아지더라도 스윙에 필요한 유량이 스윙 모터가 안정적인 스윙 작동을 수행할 수 있도록 스윙 모터에 제공될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 유압 굴삭기와 같은 작업기계에서 제공되는 액츄에이터(actuator)를 제어하기 위한 유압제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스윙 작동을 제어하기에 적합한 작업기계에 대한 유압제어장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 유압제어장치가 제공되는 유압 굴삭기의 측면도이고,

도2는 본 발명에 따른 유압제어장치의 제1 실시예를 도시하는 주요부 유압 회로이고,

도3은 도2에 도시된 유압제어장치의 작동을 도시하는 순서도이고,

도4는 도2에 도시된 제어기에 의한 차단 밸브 지시를 도시하는 그래프이고,

도5는 본 발명에 따른 유압제어장치의 제2 실시예를 도시하는 주요부 유압 회로이고,

도6은 도5에 도시된 제어기에 의한 차단 밸브 지시를 도시하는 그래프이고,

도7은 도5에 도시된 차단 밸브의 개구 영역 특성을 도시하는 그래프이고,

도8은 본 발명에 따른 유압제어장치의 제3 실시예를 도시하는 주요부 유압 회로이고,

도9는 본 발명에 따른 유압제어장치의 제4 실시예를 도시하는 주요부 유압회로이고,

도10은 종래의 유압제어장치의 구성을 도시하는 유압 회로도이다.

본 발명은 동력원에 의해 구동되는 유압 펌프, 유압 펌프로부터 방출되는 압력 오일에 의해 작동되는 액츄에이터, 유량과 유압 펌프로부터 방출되는 압력 오일의 방향을 제어하는 제어 밸브, 제어 밸브를 전환하고 작동하는 작동 부재를 가진 작업기계의 유압제어장치에 관한 것으로, 언급한 작업기계의 유압제어장치는 액츄에이터중 특정의 액츄에이터에 공급되는 압력 오일의 일부분을 유출하기 위한 유출 오일 유로, 유출 오일 유로에 공급되는 유출량을 조절하기 위한 유출량 조절 수단, 작동 부재의 작동량을 검출하기 위한 작동량 검출 수단 및 작동량 검출 수단과 유출량 제어 세트에 의해 검출되는 작동량에 따라 유출량을 설정하는 제어 수단으로 구성되어 있다.

유출 오일 유로는 특정의 액츄에이터와 연결된 제어 밸브의 오일 유로의 상류와 하류 사이의 연통을 위한 바이패스 오일 유로에 의해 구성되어질 수 있다.

추가적으로, 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브는 미터 인 유로, 미터 아웃 유로 및 제3 유로로서 언급한 유출 오일 유로로 구성될 수 있다.

추가적으로, 유출 오일 유로는 특정 액츄에이터에 연결된 유압 펌프와 제어 밸브를 연결하는 오일 유로로부터 분기된 분기 유로에 의해 구성될 수 있다.

추가적으로. 유출량 조절 수단은 상세하게는 유출 오일 유로를 개폐하는 파일럿 전환 밸브와 파일럿 전환 밸브에서의 유출량에 따라 파일럿 압력을 발휘하도록 하는 솔레노이드 비례 밸브로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 제어 수단은 유출량 제어 수단을 제어하여 유출 오일 유로가 작동 부재의 작동량에 따라 닫히고, 작동량이 풀 스트로크에 다다를 때 유출 오일 유로가 완전히 닫히지는 않도록 하는 것이 가능하다.

바이패스 오일 유로가 제공되는 본 발명에서, 만일 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브가 전환 작동시에 중앙 바이패스를 차단하도록 지정되어 있다면, 제어 수단은 전환 작동이 수행될 때 바이패스 오일 유로가 완전 개방 지점으로부터 완전히 닫혀진 지점으로 예정된 시간동안 지연되게 전환되도록 구성될 수 있다. 더구나, 제어 수단은 작동 부재의 작동량이 첫번째 세트된 작동량을 초과한 때는 바이패스 오일 유로가 점진적으로 지연되게 닫히고, 작동부재의 작동량이 두번째 세트된 작동량보다 작은 경우는 닫힌 바이패스 오일 유로는 해제된다.

본 발명에 있어서, 동력원의 회전수를 검출하기 위한 회전수 검출 수단이 현출되어 있으며, 제어 수단은 회전수 검출 수단의 검출값이 예정된 회전수보다 작은때는 유출 오일 유로가 닫히도록 제어하는 것이 가능하다.

본 발명의 제어 수단은 작동량 검출 수단에 의해 검출된 작동량에 근거한 유출량과 회전수 검출 수단에 의해 검출되는 회전수에 근거한 유출량 중에 더 큰 값을 선택하여, 선택된 유출량으로 유출량 조절 수단을 제어한다. 더구나 제어 수단은 동력원의 회전수로서 유출량이 감소되도록 유출량 조절 수단을 제어할 수 있다.

본 발명에서 특정 액츄에이터의 구체적인 예로서, 스윙 모터가 도시되고, 또한 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브로서 스윙 제어 밸브가 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 작동 부재가 완전히 작동될 때 유출량 조절 수단이 유출 오일 유로를 개방하여 특정 액츄에이터에 공급된 압력 오일의 일부를 유출시킨다.

바이패스 오일 유로가 제공되는 본 발명에 따르면, 유출량 조절 수단 또는 제어 수단이 작동하지 않아 유출 오일 유로가 닫힐때는 압력 오일이 바이패스 오일 유로로 유입되지 않고 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브로 유입되며, 그에 따라 특정 액츄에이터는 연속적으로 작동될 수 있다. 고온, 다량의 수분과 먼지를 수반하는 기계ㆍ전자 시스템의 작업기계에 대한 가혹한 환경에서조차 작업기계는 안정적으로 작동될 수 있다.

제어 밸브에서 유출 오일 유로가 제공되는 본 발명에 따르면, 압력 오일의 일부가 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브에 형성된 유출 오일 유로로부터 유출되므로 회로 구성이 간결하다.

제어 밸브의 상류측에 분기 유로가 제공되는 본 발명에 따르면, 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브에 공급되는 압력 오일의 일부가 제어 밸브의 상류측으로 유출되므로 회로 구성이 간결하다.

유출량 조절 수단이 파일럿 전환 밸브와 솔레노이드 비례 밸브로 구성되어 있는 본 발명에 따르면, 작동 부재의 작동량에 따라 유출 오일 유로에 흐르는 압력 오일의 유량을 조절하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 작동 부재의 작동량이 풀 스트로크에 다다를때, 유출 오일 유로는 완전하게 닫히지는 않고, 따라서 갑작스런 작동에 의해 유발되는 충격도 진압될 수 있다.

회전수 검출 수단이 제공되는 본 발명에 따르면, 엔진의 회전수가 예정된 회전수에서 감소될 때는 유출 오일 유로는 닫히고, 또한 액츄에이터의 작동에 필요한 양의 압력 오일이 공급된다.

엔진의 회전수가 검출되는 본 발명에 따르면, 작동량에 근거한 유출량과 엔진의 회전수에 근거한 유출량은 높은 정도에서 선택되고, 유출량 조절 수단은 선택된 유출량에 근거하여 제어된다.

더구나, 유출량이 엔진의 회전수가 낮아짐에 따라 낮아질 수 있으므로 액츄에이터는 안정적으로 작동될 수 있다.

특정 액츄에이터가 스윙 모터로 구성되는 본 발명에 따르면, 스윙 작동이 갑작스럽게 수행된다면, 충격이 진압되고, 다른 액츄에이터는 작동에 있어서 영향을 받지 않는다.

도1은 본 발명에 따른 유압제어장치가 제공된 작업기계, 더 구체적으로는 유압 굴삭기의 측면도를 도시하고 있다. 도1에서 참고번호 1은 유압 굴삭기의 하부 트래벌 몸체를 나타내는 것이며, 1L, 1R은 구동 트래벌 모터의 좌, 우측 트래벌의 쌍을, 2는 하부 트래벌 몸체(1)에서 스윙을 위해 지지되는 상부 스윙 몸체를, 3은 상부 스윙 몸체(2)에 제공되는 동력원으로서의 엔진을, 5는 상부 스윙 몸체(2)에서 상승, 하강을 위해 제공되는 작업 부속물을, 6은 작업 부속물(5)에 대한 붐을, 7은 아암(6)의 단부에 수직 로킹(rocking)을 위해 연결된 아암을, 그리고 8은 아암(7)의 단부에 장착된 작업 공구로서의 버킷을 나타내는 것이다. 참고번호 9, 10 및 11은 작업 부속물(5)을 구동하기 위한 유압 액츄에이터로서, 각각 붐 실린더, 아암 실린더 및 버킷 실린더를 나타내는 것이다.

도2 내지 도4는 도1에 도시된 유압 굴삭기에 제공되는 유압제어장치의 제1 실시예를 도시하는 것이다. 도2에서 참고번호 20, 21은 엔진(3)에 의해 구동되는 주요 압력 오일을 방출하기 위한 제1, 제2 유압 펌프를 나타내며, 23, 24는 유압 펌프(20, 21)의 경사면 요동량을 조절하기 위한 조절기기이다.

참고번호 25는 파일럿 펌프를 나타내는 것이며, 26은 트래벌 모터(1L)를 제어하기 위한 트래벌에 대한 제어 밸브를, 27은 스윙 모터(특정하면 액츄에이터)(4)를 제어하기 위한 스윙 제어 밸브(특정의 액츄에이터에 연결된 제어 밸브)를, 28은 아암 실린더(10)를 제어하기 위한 아암의 제어 밸브를, 그리고 29는 제1 유압 펌프(20)로부터 제어 밸브(26, 27, 28) 각각의 중립 지점을 통하여 압력 오일을 흐르게 하기 위한 중앙 바이패스 오일 유로를 나타내는 것이다.

참고번호 30은 중앙 바이패스 오일 유로(29)의 방출측 유로를 나타내는 것이며, 31은 오일 탱크로의 복귀 오일을 통과시키거나 차단하기 위하여 방출측 유로(30)에서 제공되는 복귀 오일에 대한 차단 밸브를 나타내는 것이다. 참고번호 33은 압력 오일을 유압 펌프(20)로부터 스윙 제어 밸브(27)로 그리고 오일 유로의 상류측으로부터 아암의 제어 밸브(28)로 공급하기 위한 상류측 오일 공급 유로를 나타내는 것이며, 34는 중앙 바이패스 오일 유로(29)의 스윙 제어 밸브(27)의 하류측에 있는 하류측 중앙 바이패스 오일 유로를 나타내는 것이다. 참고번호 35a, 35b는 상류측 오일 공급 유로(33)와 하류측 중앙 바이패스 오일 유로(34) 사이의 연통을 위한 쇼트 써킷(short circuit)에 대한 바이패스 오일 유로를 나타내는 것이며, 36은 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a, 35b)에 배치된 쇼트 써킷 통로(파일럿 전환 밸브)에 대한 차단 밸브를 나타내는 것이다.

참고번호 37은 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)의 파일럿 포트(36a)에 파일럿 압력를 공급하기 위한 솔레노이드 비례 밸브를 나타내는 것이며, 38은 복귀 오일에 대한 차단 밸브(31)의 파일럿 포트(31a)로 파일럿 압력를 공급하기 위한 솔레노이드 비례 밸브를 나타내는 것이다.

참고번호 39a는 원격 스윙 제어 밸브(39)에 직접 연결된 작동 레버를 나타내는 것으로, 이 레버는 스윙 모터(4)를 작동시키기 위한 것이다. 참고번호 40, 41은 작동 레버(39a)의 작동량을 검출하기 위한 압력 센서(작동량 검출 수단)를 나타내는 것으로, 압력 센서는 원격 스윙 제어 밸브(39)로부터의 파일럿 2차 압력 결과를 검출하기 위한 것이며, 스윙 제어 밸브(27)의 양 파일럿 포트(27a, 27b)로 도입된다.

검출된 2차 파일럿 압력은 제어기(제어 수단)(42)로 적용된다. 엔진(3)의 회전수를 검출하기 위한 회전수 센서(회전수 검출 수단)(43)는 제어기(42)에 연결되어 있다.

상기 구성되어진 유압 제어 기구의 작동은 아래에 설명되어질 것이다. 제어기(42)의 제어는 제1 부터 제3 모드까지 가진다.

1. 제1 제어 모드

스윙 작동시, 작동 레버(39a)는 작동되고, 스윙 제어 밸브(27)는 중립 지점으로부터 중앙 바이패스를 차단하기 위한 지점(a, b, 또는 c)으로 전환하여 제1 유압 펌프(20)으로부터 방출된 압력 오일이 스윙 제어 밸브(27)를 통하여 스윙 모터(4)로 공급된다.

작동 레버(39a)가 작동될 때, 작동 압력은 압력 센서(40, 41)에 의해 검출되고, 제어기(42)에 적용된다. 따라서, 제어기(42)는 솔레노이드 비례 밸브(37)에 대한 작동량에 따라 유량 제어 신호를 적용하며, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)를 통과하는 압력 오일의 유량을 조절하기 위해 솔레노이드 비례 밸브(37)로부터의 제어 압력 결과에 의해 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)를 제어한다.

쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)는 작동 레버(39a)가 작동되지 않는 상태에서 완전히 개방되며, 제어기(42)는 작동 레버(39a)의 작동량에 비례하여 점진적으로 개방량을 감소시킨다. 제어기(42)는 솔레노이드 비례 밸브(37)와 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)를 제어하여, 작동 레버(39a)가 풀 레버작동에 관련되어 있는 상태에서 쇼트 써킷(39a)에 대한 바이패스 오일 유로는 완전히 닫히지는 않는다.

상기 묘사된 제어 방법에 따라, 작동 레버(39a)의 풀 레버작동에 있어서와 실질적으로 동일한 상태를 가정하여, 스윙 제어 밸브가 작동한다. 따라서, 작동 레버(39a)가 갑자기 작동한다 하더라도 어떠한 충격도 발생하지 않는다.

더구나, 도2에서 묘사된 회로 구성에 있어서, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b) 조차도 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36), 솔레노이드 비례 밸브(37) 또는 제어기(42)의 문제점 때문에 닫힌 상태로 남아 있게 되며, 스윙 제어 밸브(27)의 유출 유로는 완전히 닫힌 상태를 가정되고, 작동성이 과도하게 민감해지더라도 스윙 작동은 완성될 수 있다. 따라서, 작동은 수리를 기다리는 동안 계속될 수 있다. 더구나, 아암 실린더(10)와 같은 액츄에이터의 작동이 영향을 받지 않는다는 추가의 장점이 있다.

2. 제2 제어 모드

제2 제어 모드에서의 제어기(42)는 갑작스러운 작동에 있어서 충격을 방지하는 작동의 지연을 갖기 위한 것이다. 예컨대, 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)와 솔레노이드 비례 밸브(37)는 스윙 제어 밸브의 중앙 바이패스 통로가 완전히 닫힌 후에, 바이패스 통로(35a-35b)가 예정된 시간(예컨대 수 초 동안)의 지연을 가지고 닫힌다. 이러한 제어 모드에 따라, 스윙 모터(4)의 빠른 작동에 의해 유발되는 충격을 완화하는 동안 유출을 피하기 위해 예정된 시간의 통과 후에 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)를 닫기 위한 충분한 작업 속력과 작동력을 얻는 것이 가능하다. 예정된 시간의 지연을 만드는데 있어서, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)의 통로는 갑작스런 작동에 있어 충격 완화 기능을 발휘하는 것을 가능하게 하기 위하여 그들을 유도하는 동안 닫혀져 있다.

3. 제3 제어 모드

제3 제어 모드에서의 제어기(42)는 회전수 센서(43)로부터 검출된 엔진의 회전수를 수용하고, 엔진의 예정된 회전수보다 낮을 때는 쇼트 써킷에 대한 바이패스 통로(35a-35b)를 닫기 위해 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)와 솔레노이드 비례 밸브(37)를 제어한다.

스윙 작업이 경사 지면에서 수행되는 곳에서는, 상부 스윙 몸체가 경사면의 상면을 향해 스윙된다. 이때에, 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브가 개방될 때, 압력 오일의 일부분이 스윙 속력을 낮추기 위해 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)를 통하여 유출된다. 경사 지면에서 작동자는 유압 굴삭기가 떨어질수 있음을 고려하여 엔진의 회전수를 통상적으로 낮춘다. 그것에 의하여 때때로 스윙 모터(4)에 대한 압력 오일의 공급이 부족하여 스윙 작동이 멈춘다.

제3 제어 모드에 따르면, 엔진(3)의 회전수가 낮아지면, 스윙 작동에 필요한 유량이 스윙 모터(4)에 공급되어, 스윙 모터(4)는 안정적으로 작동될 수 있다. 반면에, 엔진(3)의 회전수가 높아지면 작동 레버(39a)의 작동량이 커지고, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)는 압력 오일을 유출하기 위해 완전히 닫히지는 않고, 작동에 있어 충격을 완하하는 것이 가능하다.

도3은 상기 언급된 제3모드를 나타내는 순서도이다.

도3에서 제어기(42)는 먼저, 엔진 회전수가 낮은지 여부, 구체적으로는 1,500 rpm보다 낮은지 여부를 판단하고(Step N1), 만약 아니면, 스윙 작동 레버(39a)가 풀 레버작동에 종속되어 있는지 여부를 판단한다.(Step N2) 풀 레버작동은 압력 센서(40 또는 41)로부터 산출된 파일럿 제2 압력(Pa)이 예를 들어 30㎏/㎠를 초과하는지 여부를 판단한다.

스텝 N1에서, 풀 레버작동이 실행되면, 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)는 스텝 N3의 제어 압력 특성에 따라 제어된다. 더 구체적으로는, 작동 레버(39)가 중립 위치에 있을때, 제어 압력 P1이 5㎏/㎠를 유지하며, 제어 압력 Pi는 작동레버(39a)의 작동 개시 시간으로부터 점진적으로 증가하여, 3초 후에 30㎏/㎠에 이르러, 풀 레버작동에 의해 30㎏/㎠를 유지한다.

작동이 제1 설정 작동량(예를 들어, Pa=30㎏/㎠)을 초과하는 작동 레버(39a)의 작동량으로 될때, 제어 압력 Pi는 예정된 시간인 3초동안 점진적으로 증가하여, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)를 닫게 되며, 반면에 작동 레버(39a)의 작동량이 제2 설정 작동량(예를 들어, Pa=15㎏/㎠)보다 작아질때(Step N4), 제어 압력 Pi는 점진적으로 감소하여, 예컨대 제어 압력 Pi=5㎏/㎠은 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)의 닫혀진 상태를 해제하기 위해 유지된다.

Step N1에서, 만일 YES이면, 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)에 관한 제어 압력 Pi는 일정하게 유지되는데, 그 값은 예컨대 닫힌 지점에서 그 상태를 유지하기 위한 30㎏/㎠에서 유지된다(Step No.6). Step N4에서, 만일 NO이면, 쇼트 써킷에 대한 차단 밸브(36)에 관한 제어 압력 Pi는 일정하게 유지되는데, 그 값은 예컨대 닫힌 지점에서 그 상태를 유지하기 위한 30㎏/㎠에서 유지된다(Step No.7).

이러한 제어에 따라, 작동 레버(39a)가 갑자기 풀 레버작동에 종속되더라도, 스윙 모터(4)는 충분한 스윙 속력을 얻을 수 있기 때문에, 스윙 모터의 작동에는 어떠한 충격도 발생하지 않고, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)는 예정된 시간의 경과후에 닫혀진다. 그후에는, 정확성을 요구하는 작동이 실행되는 곳에서, 작동 레버(39a)의 작동량이 제2 설정 작동량보다 작아지고, 따라서 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)는 닫혀지고, 충격없는 부드러운 작동 감각이 획득될 수 있다.

도2에서 도시된 유압 제어 장치에서 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)를 통과하는 압력 오일의 유량을 조절하는 유출량 조절 수단은 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)와 솔레노이드 비례 밸브(37)로 구성되어져 있고, 게다가 장치에 제한이 없는 것이 특징인 반면에, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)가 작동 레버(39a)에 의한 작동량이 예정된 작동량을 초과할 때 개방된다면, 그것은 단지 솔레노이드 전환 밸브만으로 구성될 수 있다.

도4는 도3의 Step N3에서 도시된 제어 압력 특성에 따른 변화에 의해 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)를 제어하는 또 다른 제어 예를 도시하고 있다.

도4의 그래프에서, 엔진 회전수가 낮아지고, 쇼트 써킷에 대한 바이패스 오일 유로(35a-35b)가 닫혀질때의 구성은 상기 언급된 제어 내용과 같지만, 이 경우 제어기(42)는 스윙 작동 레버(39a)의 작동량에 의해 결정되는 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)의 유출 개구면(이하에서는 작동량 개구 영역이라 한다.)과 엔진 회전수에 의해 결정되는 유출량 개구 영역(이하에서는 회전수 개구 영역이라 한다.)을 비교하여, 선택된 개구 영역을 갖도록 개구 영역에서 더 작은 것을 선택함에 의해 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)의 개방 정도를 조절한다.

더욱 상세하게는, 회전수 개구 영역 특성 TE가 일정 영역에서 높은 TE로부터 낮은 TE로 변화할 때, 예를 들면 높은 아이들(idle)(2,200 rpm)로부터 낮은 아이들(1,000 rpm)으로 변화할 때, 풀 아이들에서 풀 레버시간(Pmax)에서 TE〈TS의 결과가 되며, TS는 높은 레벨에서 선택되어 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)에 대한 지침값으로서의 결과가 된다. 그러나 엔진 회전수가 TE'로 낮아질 때, TE'〉TS의 결과가 나오고, TE'가 높은 레벨로 선택되어 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)에 대한 지침값으로서의 결과가 된다. 여기에서, 각 개구 영역 특성에서의 상승부(T_o→T₁)는 일반적 특성이다.

개구 영역이 상기한 바와 같이 항상 비교되고, 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브(36)가 높은 레벨의 섹션에 의해 제어된다면, 작업이 엔진 회전수가 낮게 수행되는 경우조차도, 어느정도의 속력과 압력이 엑추에이터에 대해 보장된다는 장점이 제공된다.

도5는 본 발명에 따른 유압 제어 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다. 다음 도면에서 도2에서 도시된 것과 같은 구성 요소는 같은 참고번호에 의해 나타내어지며 설명은 생략될것이다. 설명을 간단히 하기 위하여 하나의 모터를 작동시키는 단일의 회로가 도시되어 있다.

도5에서, 제1 유압 펌프(20)로부터 방출된 압력 오일은 중앙 바이패스 라인(50)을 통하여 작업 오일 탱크(T)로 흘러들어 가며, 중앙 바이패스 라인(50)까지는 트레벌에 대한 제어 밸브(26), 아암의 제어 밸브(28) 및 스윙 제어 밸브(51)(특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브)가 연결되어 있다.

아암의 제어 밸브(28)는 트레벌에 대한 제어 밸브(26)의 하류까지 직렬로 연결되어 있으며, 아암의 제어 밸브(28)와 스윙 제어 밸브(51)는 파이프 라인(52)을 통해 병렬로 연결되어 있다.

스윙 제어 밸브(51)는 세 가지 통로를 가진다. 즉, 단일 스풀에서 제공되는 미터인(meter-in), 미터아웃(meter-out) 및 유출(중립 위치인 중앙 바이패스)이며, 풀 레버작동에서 조차도 유출 통로는 예정된 개방 정도로 유지되고, 완전히 닫히지는 않는다.

더욱 상세하게는 스윙 제어 밸브(51)의 레버 지점/개구 영역 특성에 관하여 중립 위치에서, 미터인, 미터아웃은 최소이고 유출 개구 영역은 최대이다. 작동 레버의 작동량이 증가함에 따라(b 또는 c 지점) 유출 개구 영역은 감소하는 반면, 미터인 및 미터아웃의 개구 영역 모두 증가한다. 그러나 풀 레버 시간에서조차도 완전히 닫히지는 않고 유출 통로(51a, 51b)는 예정된 개방 정도를 유지한다. 즉, 일정한 유출 유량이 스로틀(51a' 또는 51b')에 의해 확보된다.

스윙 모터(4)를 향하여 탱크(T)까지 흐르는 유량의 일부를 우회시키기 위한 유출 오일 유로(53)와 차단 밸브(54)(파일럿 전환 밸브)가 제공되는 유출 오일 유로(53)는 스윙 제어 밸브(51)의 유출 통로의 방출구에 연결되어 있다. 차단 밸브(54)는 완전히 개방된 위치(d)와 완전히 닫힌 위치(e)를 가지며, 이것은 제어기(55)에 의해 제어되는 솔레노이드 비례 밸브(56)로부터 도입된 파일럿 압력에 의해 전환된다. 따라서, 그때에 유출 유량은 스윙 제어 밸브(51)의 스로틀(51a', 51b')의 개구 영역과 차단 밸브(54)의 개구 영역의 총합에 의해 결정된다. 스로틀(51a' 또는 51b')과 차단 밸브(54)는 유출량 조절 수단으로 기능한다.

스윙 제어 밸브(51)의 양쪽 파일럿 포트로 도입되는 파일럿 압력은 압력 센서(40, 41)에 의해 개별적으로 검출되며, 제어기(55)에 적용된다. 엔진(24)의 회전수는 회전수 센서(43)(회전수 검출 수단)에 의해 검출되며, 같은 방법으로 제어기(55)에 적용된다.

도6에서 도시된 바와 같이, 제어기(55)는 작동 레버(39a)의 작동량이 증가함에 따라 밸브의 차단 제어를 수행하기 위해 차단 밸브가 파일럿 압력의 증가를 제어하며, 작동중의 엔진 회전수에 따라 여러 패턴의 밸브 차단 제어를 실행한다.

예를 들어, 엔진(3)이 구동되는 곳, 예컨대 800 내지 2000 rpm의 범위가 사용되는 곳에서, 제어기(55)는 저회전측(예컨대, 1,000 rpm)에서는 제어 패턴(P_max)을 선택하는 반면에, 고회전측(예컨대, 1,800 rpm)에서는 제어 패턴(P_min)을 선택한다. P_min에서 P_max의 범위(차단 밸브에서 파일럿 압력을 B점에서 B'점으로 제어)에서 Pn의 제어 패턴중 어느 하나가 엔진의 회전수(Ns)에 따라 선택된다.

반면에, 도7에서 도시된 바와 같이, 차단 밸브(54)에서는 차단 밸브가 파일럿 압력의 증가를 제어함에 따라, 유출 개구 영역은 감소하고, 차단 밸브가 B점에서 파일럿 압력을 제어할때, 그에 따라 예정량이 개방되는 상태가 되고, B'점에서는 완전히 닫혀진다. 즉, 엔진(3)이 높은 회전으로 구동되는 곳에서는 차단 밸브는 파일럿 압력을 단순히 B점까지로의 증가만으로 제어하고, 따라서 차단 밸브(54)는 예정된 개방 정도를 유지한다. 그러나, 엔진 회전수(Ns)가 낮아짐에 따라, 차단 밸브는 파일럿 압력의 증가를 제어하여, B점으로부터 B'점에 좀더 가까워지도록 한다. 그 결과로, 차단 밸브의 유출 개구 영역은 점진적으로 감소한다. B점과 B'점 사이의 차단 밸브 제어 파일럿 압력 특성이 본 실시예에서 도시된 바와 같이 선형성에 한정되지 않고, 포물선과 같이 비선형도 될 수 있다.

다음으로, 도5에서 도시된 유압 제어 장치의 작동이 설명될 것이다.

스윙 작동에서, 작동 레버(39a)가 작동될 때, 제1 유압 펌프(29)로부터 방출된 압력 오일은 스윙 제어 밸브(51)를 통해 스윙 모터(4)에 공급된다. 이때에, 스윙 속력은 스윙 모터(4)에 공급되는 유량에 의해 결정되나, 제1 유압 펌프(20)로부터 방출되는 압력 오일의 일부는 스윙 제어 밸브(51)의 유출 통로(51a 또는 51b), 유출 파이프 라인(53) 및 차단 밸브(54)를 통하여 탱크(T)로 방출된다.

따라서, 이 상태에서, 스윙 모터(4)의 구동에 있어서, 압력 오일의 일부가 유출되어, 작동 레버(39a)의 갑작스러운 작동에 의해 유발되는 충격을 진압할 수 있다.

예를 들어, 스윙 작동에 있어서, 유압 굴삭기가 경사 지면에서 경사지게 되어 있을때, 때때로 작동자가 안전을 위해 엔진 회전수를 낮춘다.

이러한 경우에, 엔진 회전수(Ns)의 감소가 회전수 센서(43)에 의해 검출되므로, 제어기(55)는 도6에서 도시된 차단 밸브 제어 파일럿 압력으로부터 엔진 회전수(Ns)에 대응하는 차단 밸브 제어 파일럿 압력 패턴을 선택하며, 선택된 패턴에 따라 차단 밸브(54)를 제어한다.

즉, 엔진 회전수(Ns)가 저 회전 영역, 예컨대, 1,000 rpm 보다 작은 영역에 있을때, 제어기(55)는 차단 밸브(54)에 대한 최대 차단 밸브 제어 파일럿 압력(B')을 산출하기 위해 제어 패턴 P_max를 선택한다. 그에 따라 차단 밸브(54)는 닫히고(도7의 차단 밸브 유출 개구 영역을 참조), 유출 파이프 라인(53)이 차단되고, 스윙 차단 밸브(51)의 유출 통로(51a 또는 51b)로부터의 유출이 정지된다.

그에 따라 제1 유압 펌프(20)로부터 방출된 모든 압력 오일은 유출 통로(51a 또는 51b)로부터의 손실 없이 스윙 모터(4)에 공급된다. 따라서, 엔진 회전수가 낮아진다 하더라도, 스윙에 필요한 압력 오일은 스윙 모터(4)에 공급될 수 있는 바, 스윙이 낮은 속력으로 실행될 때, 스윙 작동이 멈추는 불편함을 극복하는 것을 가능하게 한다.

도5에서 도시된 유압 제어 장치에서, 차단 밸브(54)가 닫혀진다 하더라도, 유출 유량은 스윙 제어 밸브(51)의 유출 통로(51a 또는 51b)에 제공된 스로틀(51a' 또는 51b')에 의해 어느 정도 제어되어, 스윙 작업이 안전하게 수행될 수 있는 장점이 있다.

도8은 본 발명에 따른 유압 제어 장치의 제3 실시예를 도시하고 있다.

도8에서 도시된 유압 회로에서, 스윙 제어 밸브(58)는 미터인, 미터아웃, 유출에 대한 통로가 제공되나, 이 회로는 유출 유량의 제어가 오직 차단 밸브(54)에 의해 수행된다는 점에서 도5에서 도시된 회로 구성과 다르다.

이러한 구성의 경우에는, 제어기(57)는 회전수 센서(43)에 의해 검출된 엔진 회전수에 따라 도6에서 도시된 차단 밸브 제어 파일럿 압력 패턴을 선택하고, 선택된 패턴에 따라 차단 밸브(54)를 제어한다. 그러나, 스로틀이 스윙 제어 밸브(58)(특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브)의 유출 통로에 제공되지 않기 때문에 유출 유량의 제어는 차단 밸브(54)의 단일 작동에 의해 수행되어야 한다.

유출 유량이 상기한 바와 같이 차단 밸브(54)의 단일 작동에 의해 제어되도록 장치가 만들어진다면, 회로 구성과 제어가 단순해지는 장점이 있다.

도9는 본 발명에 따른 유압 제어 장치의 제4 실시예이다.

도9에서 도시된 구성에서, 제1 유압 펌프(20)으로부터 제어 밸브로의 압력 오일의 공급을 위한 통로(50)는 분기된 유로(50a)가 제공되는데, 이는 탱크(T)와 연통을 유발하며, 분기된 유로(50a)는 언로드(unload) 밸브(59)(파일럿 전환 밸브)가 제공되어, 언로드 밸브(59)의 개방 영역은 솔레노이드 비례 밸브(56)를 통해 조절한다. 이러한 회로 구성에서, 스윙 제어 밸브(51)는 기본적으로 도5에서 도시된 제2 실시예에서와 같은 작동을 수행하며, 엔진 회전수가 감소될 때 언로드 밸브(59)는 유출 유량을 감소시키기 위해 닫힌 방향으로 제어된다. 언로드 밸브(59)와 솔레노이드 비례 밸브(56)가 유출량 조절 수단으로서 기능한다는 것은 분명하다.

제2 내지 제4 실시예에서, 유출량 조절 수단은 또한 유출 파이프 라인(53)을 개폐하는 솔레노이드 전환 밸브에 의해 구성된다. 이러한 경우에, 제어기(55 또는 60)는 엔진 회전수(Ns)가 예정된 값보다 작아지는지를 검출하고, 작동 레버(39a)가 풀 레버작동에 종속될 때, 솔레노이드 전환 밸브는 유출 유량을 진압하기 위해 닫히도록 제어된다.

상기한 실시예에서, 작동 레버(39a)의 작동량이 압력 센서(40, 41)에 의해 압력으로서 검출되는 반면, 거기에 한정되지 않고, 예를 들어 퍼텐쇼미터 (potentiometer)나 그와 같은 것은 작동 레버(39a)의 작동량을 전기적으로 검출하는데 사용될 수 있다.

더구나 상기한 실시예에서, 본 발명의 회전수 검출수단은 회전수 센서(43)로 구성되어 있고, 거기에 한정되지 않고 엔진 회전수는 또한 포텐쇼미터에 의해 검출되는 스로틀 레버(가속 레버)의 작동량으로부터 엔진 회전수에 실질적으로 비례하는 제어 요소 또는 엔진 거버너 레버(엔진에 대한 연료 공급 제어 레버)를 기초로 하여 간접적으로 검출될 수 있다.

더구나, 도4에서 도시된 쇼트 써킷 통로에 대한 차단 밸브 제어 특성은 또한 상기한 제2 내지 제4 실시예에 적용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 작업기계는 유압 굴삭기에서 상부 스윙 부재의 스윙 제어에 유용하고, 또한 크레인의 스윙 제어에도 유용하다.

Claims

동력원에 의해 구동되는 유압 펌프, 유압 펌프로부터 방출되는 압력 오일에 의해 작동되는 액츄에이터, 유압 펌프로부터 방출되는 압력 오일의 유량과 방향을 제어하는 제어 밸브 및 제어 밸브를 전환하고 작동시키기 위한 작동 부재를 포함하는 작업기계의 유압제어장치에 있어서,

상기 작업기계의 유압제어장치는 액츄에이터로부터 특정 액츄에이터에 공급되는 압력 오일의 일부분을 유출하기 위한 유출 오일 유로, 유출 오일 유로에 제공된 유출량을 조절하기 위한 유출량 조절 수단, 작동 부재의 작동량을 검출하기 위한 작동량 검출 수단 및 작동량 검출 수단에 의해 검출된 작동량과 유출량 설정에 따라 유출량 조절 수단을 제어하기 위한 제어 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 유출 오일 유로는 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브의 오일 유로의 상류측과 하류측 사이의 연통을 위한 바이패스 오일 유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항에 있어서, 특정 액츄에이터에 연결된 상기 제어 밸브는 미터인 통로, 미터아웃 통로 그리고 제3통로로서 상기 유출 오일 유로로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 유출 오일 유로는 유압 펌프 및 특정 액츄에이터에 연결된 제어 밸브를 연결하는 오일 유로로부터 분기된 분기 유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출량 조절 수단은 유출 오일 유로를 개폐하기 위한 파일럿 전환 밸브 및 파일럿 전환 밸브에서 설정된 유출량에 따라 파일럿 압력을 발휘하기 위한 솔레노이드 비례 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 유출량 조절 수단을 제어하여 유출 오일 유로가 작동 부재의 작동량에 따라 닫히고, 그리고 작동량이 풀 스트로크에 도달할 때는 유출 오일 유로가 완전히 닫히지 않는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 2 항에 있어서, 특정 액츄에이터에 연결된 상기 제어 밸브는 전환 작동의 시점에 중앙 바이패스를 차단하도록 설계되며, 상기 제어 수단은 전환 작업이 수행될 때 예정된 시간의 지연을 가지고 상기 바이패스 오일 유로를 완전 개방 지점으로부터 완전 폐쇄 지점으로 전환하는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 7 항에 있어서, 상기 제어 수단은 작동 부재의 작동량이 제1 설정 작동량을 초과할 때 바이패스 오일 유로가 일정 시간의 지연을 가지고 점진적으로 닫히고, 그리고 작동 부재의 작동량이 제2 설정 작동량보다 작아질 때 닫힌 바이패스 오일 유로는 개방되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력원의 회전수를 검출하기 위한 회전수 검출수단이 더 구비되고, 상기 제어 수단은 회전수 검출수단의 검출값이 예정된 회전수보다 작을때는 유출 오일 유로가 닫히도록 제어되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 9 항에 있어서, 상기 제어 수단은 작동량 검출수단에 의해 검출되는 작동량에 근거한 유출량과 회전수 검출수단에 의해 검출되는 회전수에 근거한 유출량 중에 더 큰 값을 선택하고 그리고 선택된 유출량으로 유출량 조절 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 9 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 유출량 조절 수단을 제어하여 동력원의 회전수가 낮아짐에 따라 유출량이 감소되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정의 액츄에이터는 스윙 모터이고, 특정의 액츄에이터에 연결된 제어 밸브는 스윙 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 작업기계의 유압제어장치.