KR20010033699A

KR20010033699A - 작업기계에 있어서의 유압제어장치

Info

Publication number: KR20010033699A
Application number: KR1020007007222A
Authority: KR
Inventors: 모리야나오유키; 후루타히데토
Original assignee: 가와이 기요카즈; 신갸타피라 미쓰비시 가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-04-25
Also published as: CN1288507A; WO2000029752A1; JP3750841B2; EP1048853A1; US6393838B1; JP2000145720A; EP1048853A4

Abstract

복수의 유압액츄에이터를 구비한 유압셔블 등의 작업기계에 있어서, 복합조작성을 향상시킨다.

제어부에서, 조작구의 조작량에 따라서 유압 펌프의 허용유량 β을 각 유압액츄에이터에 분배하기 위한 분배유량 γ₁∼ γ₆을 연산하고, 해당 분배유량을 각 유압액츄에이터에 공급하도록 전자비례감압밸브에 제어지령을 출력하는 구성으로 하였다.

Description

작업기계에 있어서의 유압제어장치{Hydraulic Control Device For Work Machine}

일반적으로, 유압셔블 등의 작업기계 중에는, 복수의 유압액츄에이터와, 이들 유압액츄에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프와, 각 유압액츄에이터로의 압유공급제어를 각각 행하도록 작동하는 제어밸브와, 조작구의 조작신호를 입력하여 상기 제어밸브의 작동수단에 대하여 제어지령을 출력하는 제어부를 구비한 것이 있는데, 이러한 작업기계의 유압제어시스템으로서, 제어밸브의 중립시에 오일을 새어나오지 않도록 한 클로즈드센터시스템이 있다. 그리고 이러한 클로즈드센터시스템의 것에 있어서, 종래 각각의 제어밸브의 개방도량(스풀위치)은, 다른 조작구의 조작상태와는 관계없이 대응하는 조작구의 조작량에 따라서 제어되도록 구성되어 있었다.

그런데, 상기 작업기계에 있어서 복수의 조작구를 복합조작하는 등의 경우, 해당 조작구조작에 의해 요구되는 각 유압액츄에이터의 요구유량의 합이 유압 펌프가 공급할 수 있는 유량보다도 많아지는 경우가 있다. 이 경우, 각 제어밸브를 통과하여 유압액츄에이터에 공급되는 유량은 요구유량보다도 적어지지만, 이 때의 각 제어밸브의 개방도량은 상술한 바와 같이 대응하는 조작구의 조작량에 따라서 제어되기 때문에, 유압 펌프로부터의 공급유량이상의 개구도가 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 유압액츄에이터가 진공의 기미를 보이게 되어 적절한 동작을 하지 않는 경우가 있고, 예컨대, 작업기계에 장착되는 프론트 어태치먼트의 연동시에 있어 원활동작에 방해가 되어 조작성이 저하한다는 문제가 있으며, 여기에 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 있었다.

본 발명은, 유압셔블 등의 작업기계에 있어서의 유압제어장치의 기술분야에 속하는 것이다.

도 1은, 유압셔블의 측면도,

도 2는, 유압액츄에이터로의 압유공급을 나타내는 유압회로의 개략도,

도 3은, 제어부의 입출력을 나타내는 블록도,

도 4는, 펌프요구유량의 산출순서를 나타내는 제어블록도,

도 5는, 펌프허용유량의 산출순서를 나타내는 제어블록도,

도 6은, 분배유량의 산출순서를 나타내는 제어블록도이다.

본 발명은, 상기와 같은 실정에 비추어, 이들 과제를 해결하는 것을 목적으로서 창작된 것이며, 복수의 유압액츄에이터와, 이들 유압액츄에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프와, 각 유압액츄에이터로의 압유공급제어를 각각 행하는 제어밸브와, 각 제어밸브를 각각 작동시키기 위한 밸브작동수단을 구비하여 되는 작업기계에 있어서, 상기 각 유압액츄에이터용의 조작구의 조작상태를 검출하는 조작상태검출수단으로부터의 신호를 입력하여, 해당 입력신호에 따라 대응하는 밸브작동수단에 제어지령을 출력하는 제어부를 설치함에 있어, 해당 제어부는, 조작상태검출수단으로부터의 입력신호에 따라서 유압 펌프의 출력유량을 각 유압액츄에이터에 분배하기 위한 분배유량을 연산하고, 해당 분배유량을 각 유압액츄에이터에 공급하도록 상기 밸브작동수단에 대하여 제어지령을 출력하는 구성으로 하는 것이다.

그리고, 이렇게 함으로써 제어밸브는, 분배유량을 각 유압액츄에이터에 공급하도록 작동하게 되고, 복수의 유압액츄에이터를 복합으로 작동시키는 경우에, 유압 펌프의 출력유량을 각 유압액츄에이터에 적절히 분배할 수 있음과 동시에, 제어밸브의 개방도량이 유압 펌프로부터의 공급유량보다 커져 버리는 것을 회피할 수 있고, 복합조작성이 향상한다.

이것에 있어서, 유압 펌프의 출력유량은, 현시점에서의 유압 펌프의 최대 토크, 엔진회전수, 펌프토출압에 따라서 연산할 수가 있다.

또한, 조작구의 조작상태로부터 요청되는 각 유압액츄에이터의 요구유량의 합이 유압 펌프의 출력유량보다도 작은 경우에는, 각 유압액츄에이터의 요구유량이 분배유량이 되도록 설정함으로써 분배유량이 요구유량보다도 커져 버리는 등의 문제를 피할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라서 설명한다. 도면에 있어서, 1은 유압셔블로서, 상기 유압셔블(1)은, 크롤러식의 하부주행체(2), 상기 하부주행체 (2)의 윗쪽에 선회가 자유롭게 지지되는 상부선회체(3), 상기 상부선회체(3)에 설치되는 프론트 어태치먼트(4) 등의 각부로서 구성되어 있고, 흔히 해당 프론트 어태치먼트(4)는, 기초단부가 상부선회체(3)에 요동이 자유롭게 지지되는 붐(5), 상기 붐(5)의 선단부에 요동이 자유롭게 지지되는 스틱(6), 상기 스틱(6)의 선단부에 요동이 자유롭게 지지되는 버켓(7) 등의 부재장치로서 구성되어 있는 등의 기본적 구성은 종래와 같다.

또한, 유압셔블(1)에는, 좌우의 주행용모터(8,9), 붐(5)을 요동시키기 위한 붐용실린더(10), 스틱(6)을 요동시키기 위한 스틱용실린더(11), 버켓(7)을 요동시키기 위한 버켓용실린더(12), 도시하지 않은 어태치먼트를 작동시키기 위한 어태치먼트용실린더(13) 등의 각종 유압액츄에이터가 설치되어 있고, 이들 유압액츄에이터의 작동은, 엔진의 동력으로 구동하는 유압 펌프(P)로부터의 압유공급에 따라서 행하여지는 구성으로 되어 있다.

상기 유압액츄에이터(8∼13)로의 압유공급회로의 개략도를 도 2에 나타내었다. 상기 도 2에 있어서, 14∼19는 각 유압액츄에이터(8∼13)로의 압유공급제어를 각각 행하는 왼쪽주행용, 오른쪽주행용, 붐용, 스틱용, 버켓용, 어태치먼트용의 제어밸브이며, 이들 제어밸브(14∼19)는 파이롯조작식의 3위치변환밸브로 구성되어 있다.

그리고 이 제어밸브(14∼19)는, 파이롯 포트(14a∼19a) 또는 (14b∼19b)에 파이롯 압유가 공급되어 있지 않은 상태에서는, 유압액츄에이터(8∼13)에 압유를 공급하지 않은 중립위치(N)에 위치하고 있지만, 파이롯 포트(14a∼19a) 또는 (14b∼19b)에 파이롯 압유가 공급되는 것에 의해 스풀이 이동하고, 대응하는 유압액츄에이터(8∼13)의 한 쪽 오일실(8a∼13a)에 유압 펌프(P)로부터의 압유를 공급하는 밸브통로, 및 유압액츄에이터(8∼13)의 다른 쪽의 오일실(8b∼13b)로부터의 배출유를 오일탱크(T)에 흘리는 밸브통로가 열리는 압유공급위치 X 또는 Y로 전환되는 구성으로 되어 있다. 그리고, 상기 제어밸브(14∼19)의 밸브통로의 개방도량(스풀위치)는, 상기 파이롯 포트(14a∼19a) 또는 (14b∼19b)에 공급되는 파이롯압에 의해 제어된다.

또한, 20A∼25A, 20B∼25B는 상기 제어밸브(14∼19)의 파이롯 포트(14a∼19a ,14b∼19b)에 파이롯 압유를 출력하는 왼쪽주행용, 오른쪽주행용, 붐용, 스틱용, 버켓용, 어태치먼트용의 전자비례감압밸브이며, 이들 전자비례감압밸브(20A∼25A, 20B∼25B)의 출력압력은, 후술하는 제어부(26)로부터의 지령에 따라 제어된다.

한편, 도 2 중, 27은 유압 록크용의 전자변환밸브이며, 상기 전자변환밸브 (27)는, 록크스위치(28)가 열려있는 상태에서는, 상기 전자비례감압밸브(20A∼25A, 20B∼25B)로의 파이롯공급유로를 폐쇄하고, 이에 따라 유압액츄에이터(8∼13)의 작동이 록크되도록 되어 있지만, 록크스위치(28)가 닫혀 있는 상태에서는 상기 파이롯공급유로를 개방하고, 이에 따라 유압액츄에이터(8∼13)의 작동이 허용되게 되어 있다.

또한, 29∼34는 왼쪽주행용, 오른쪽주행용, 붐용, 스틱용, 버켓용, 어태치먼트용의 각 조작레버, 조작페달의 조작량을 각각 검출하는 조작량검출수단으로서, 각도센서 등으로 구성되는 것이지만, 이들 조작량검출수단(29∼34)으로부터 출력되는 검출신호는, 상기 제어부(26)에 입력되도록 구성되어 있다.

상기 제어부(26)는, 마이크로컴퓨터 등을 사용하여 구성되는 것이지만, 상기 제어부(26)는, 상기 조작량검출수단(29∼34), 유압 펌프(P)의 토출압을 검출하는 압력센서(35), 액셀 다이얼(36), 록크스위치(28) 등으로부터의 신호를 입력하고, 해당 입력신호에 따라서 상기 전자비례감압밸브(20A∼25A,20B∼25B), 유압 록크전자변환밸브(27)에 대하여 제어지령을 출력하도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 액셀 다이얼(36)은, 엔진회전수를 설정하기 위한 조작다이얼로서, 본 실시형태로서는 [1]∼[10]의 10단계로 세트할 수 있고, 예컨대, 액셀 다이얼(36)을 [1]로 세트하면 엔진회전수는 850 rpm으로 설정되고, [5]로 세트하면 1450 rpm으로 설정되며, [10]으로 세트하면 2200 rpm으로 설정된다.

다음에, 상기 제어부(26)의 제어순서에 관해서 설명하면, 우선 상기 조작량검출수단(29∼34)으로부터 입력되는 조작구의 조작량값에 따라서 대응하는 각 유압액츄에이터(8∼13)에 요구되는 작동속도를 산출하여, 해당 작동속도를 얻는데 필요한 요구유량 α₁∼ α₆을 각각 구한다. 이어서 각 유압액츄에이터(8∼13)의 요구유량 α₁∼ α₆의 절대치의 총계를 산출하고, 이것을 펌프요구유량 α로 한다.

한편, 현시점에서 유압 펌프(P)가 낼 수 있는 최대토크, 상기 압력센서(35)에 의해 검출된 유압 펌프(P)의 토출압, 액셀 다이얼(36)에 의해 설정된 엔진회전수를 사용하여, 현시점에서의 유압 펌프(P)의 펌프허용유량 β[유압 펌프(P)가 출력할 수 있는 최대유량]을 산출한다. 이 경우 도 5의 유량산출식에 나타낸 바와 같이, 유압 펌프(P)의 토출압이 작아지면 펌프유량은 커지지만, 토출압이 극단적으로 작은 값이 되었을 때를 위해 제 1 리미터(37)가 설치되어 있고, 유압 펌프(P)가 출력할 수 있는 최대유량치보다도 펌프허용유량 β이 커지지 않도록 제한되어 있다.

이어서, 상기 펌프요구용량 α에 대한 펌프허용유량 β의 비 β/α를 구하고, 이것을 상기 각 유압액츄에이터(8∼13)의 요구유량 α₁∼ α₆에 곱하고, 각 유압액츄에이터(8∼13)에 분배되는 분배유량 γ₁∼ γ₆(γ₁∼ γ₆= α₁∼ α₆×β/α)을 구한다. 이 경우, 펌프허용유량 β이 펌프요구유량 α보다도 크면, 상기 비 β/α가「1」보다도 커지고, 각 유압액츄에이터(8∼13)로의 분배유량 γ₁∼ γ₆이 요구유량 α₁∼ α₆)보다도 커진다는 결함이 생긴다. 이것을 회피하기 위해서, 상기 비 β/α가 「1」이상 {(β/α)≥1}인 경우에는 「1」로 제한하는 제 2 리미터(38)가 설치되어 있고, 이에 따라 펌프허용유량 β이 펌프요구유량 α보다도 큰 경우에는, 각 유압액츄에이터(8∼13)의 요구유량 α₁∼ α₆이 분배유량 γ₁∼ γ₆가 되도록 설정되어 있다.

그리고 제어부(26)는, 각 유압액츄에이터(8∼13)에 공급되는 압유의 유량이 상기 분배유량 γ₁∼ γ₆이 되도록 제어밸브(14∼19)의 개방도량을 제어하도록, 전자비례감압밸브(20A∼25A,20B∼25B)에 대하여 제어지령을 출력한다. 그렇게 하여 제어밸브(14∼19)의 개방도량은, 유압 펌프(P)의 출력유량을 각 유압액츄에이터(8∼13)에 분배한 분배유량 γ₁∼ γ₆에 대응한 것이 되고, 그리고 해당 분배유량 γ₁∼γ₆이 각 유압액츄에이터(8∼13)에 공급되도록 되어 있다.

서술한 바와 같이 구성된 것에 있어서, 각 유압액츄에이터(8∼13)의 작동은, 조작구의 조작에 따라서 유압 펌프(P)에서 압유공급됨으로써 이루어진다. 이 경우에, 유압액츄에이터(8∼13)의 압유공급제어를 하는 제어밸브(14∼19)의 개방도량은, 유압액츄에이터(8∼13)에 공급되는 유량이, 유압 펌프(P)의 출력유량을 조작구의 조작량에 대응하여 분배한 분배유량 γ₁∼ γ₆이 되도록 제어된다.

이 결과, 프론트 어태치먼트(4)의 연동시에 있어 복수의 조작구를 복합조작할 때에, 각 조작구가 요구하는 유압액츄에이터(8∼13)의 요구유량의 총합이 유압 펌프(P)의 출력유량보다도 많은 경우이더라도, 제어밸브(14∼19)의 개방도량은, 유압 펌프(P)의 출력유량을 각 조작구의 조작량에 따라서 분배한 분배유량 γ₁∼ γ₆에 대응하게 되며, 그리고 해당 분배유량 γ₁∼ γ₆이 각 유압액츄에이터(8∼13)에 공급됨으로써 유압 펌프(P)의 출력유량을 각 유압액츄에이터(8∼13)에 적절히 분배할 수 있게 된다. 더구나 이 경우, 제어밸브(14∼19)의 개방도량은, 분배유량 γ₁∼ γ₆에 대응한 것으로 되어, 종래와 같이 제어밸브(14∼19)의 개방도량이 공급유량보다도 커져 버리는 일이 없고, 프론트 어태치먼트(4)가 원활히 동작하게 되어, 조작성의 향상에 공헌할 수 있다.

이상 결국, 청구항 1과 같이 구성함으로써 각 유압액츄에이터로의 압유공급제어를 각각 행하는 제어밸브는, 유압 펌프의 출력유량에 따라서 연산된 분배유량을 대응하는 유압액츄에이터에 공급하도록 작동하게 되고, 유압 펌프의 출력유량을 복수의 유압액츄에이터에 적절히 분배할 수 있음과 동시에, 제어밸브의 개방도량이 유압 펌프로부터의 공급유량보다도 커져 버리는 것을 피할 수 있고, 복합조작성이 향상되고, 이러한 점에서의 산업상의 이용가능성이 있다.

또한 청구항 1의 발명에 관해서 청구항 2와 같이 구성함으로써 유압 펌프의 출력유량을 구할 수 있고, 이러한 점에서의 산업상의 이용가능성이 있다.

또한, 이들 각 발명에 관해서 청구항 3과 같이 함으로써 분배유량이, 조작구 조작에 의해 요구되는 요구유량보다도 커져 버리는 것 같은 결함을 회피할 수 있고, 이러한 점에서의 산업상의 이용가능성이 있다.

Claims

복수의 유압액츄에이터와, 이들 유압액츄에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프와, 각 유압액츄에이터로의 압유공급제어를 행하는 제어밸브와, 각 제어밸브를 각각 작동시키기 위한 밸브작동수단을 구비하여 이루어지는 작업기계에 있어서, 상기 각 유압액츄에이터용의 조작구의 조작상태를 검출하는 조작상태검출수단으로부터의 신호를 입력하고, 해당 입력신호에 따라서 대응하는 밸브작동수단에 제어지령을 출력하는 제어부를 설치함에 있어, 해당 제어부는, 조작상태검출수단으로부터의 입력신호에 따라서 유압 펌프의 출력유량을 각 유압액츄에이터에 분배하기 위한 분배유량을 연산하고, 해당 분배유량을 각 유압액츄에이터에 공급하도록 상기 밸브작동수단에 대하여 제어지령을 출력하는 구성인 작업기계에 있어서의 유압제어장치.
청구항 1에 있어서, 유압 펌프의 출력유량은, 현시점에서의 유압 펌프의 최대 토크, 엔진회전수, 펌프토출압에 따라서 연산되는 것인 작업기계에 있어서의 유압제어장치.
청구항 1 또는 2에 있어서, 조작구의 조작상태로부터 요청되는 각 유압액츄에이터의 요구유량의 합이 유압 펌프의 출력유량보다도 작은 경우에는, 각 유압액츄에이터의 요구유량이 분배유량이 되도록 설정되어 있는 작업기계에 있어서의 유압제어장치.