KR20050049767A - 굴삭기의 선회제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 선회제어장치에 관한 것으로, 특히 압력스위치(24)는 선회제어 파이롯라인(11a,11b)의 선회제어 파이롯압력으로부터 선회작동신호를 감지하여 컨트롤러(25)에 제공하고, 컨트롤러(25)는 압력센서(31)에서 제공하는 선회작동압력과 기준 설정압력을 비교하여 선회작동압력이 기준 설정압력에 미치지 않은 선회작동초기에는 선회우선밸브(15)가 제2오리피스(17)를 통하여 붐제어스풀(9)측으로는 최소 유량을 통과시키도록 전자비례 감압밸브(21)에 제어신호를 출력하고, 선회작동압력이 증가하여 기준 설정압력에 도달하게 되면 선회우선밸브(15)가 제1오리피스(16)를 통하여 붐제어스풀(9)측으로는 유량을 증가시켜 선회제어스풀(8)측으로 공급되는 유량을 상대적으로 줄여줌으로써 선회작동압력이 불필요하게 릴리프되지 않게 제어하는 한편, 릴리프되지 않음으로써 생기는 여유유량은 붐실린더(5)로 분배하여 선회복합동작을 원활하게 수행하게 한다.

Description

굴삭기의 선회제어장치{ Swing control system for construction heavy equipment}

본 발명은 굴삭기의 선회제어장치에 관한 것으로, 특히 1개 이상의 가변용량형 유압펌프의 압유를 선회장치와 다른 액츄에이터에 분배하여 사용하는 굴삭기에서 선회동작이 무리없이 이루어지게 함과 아울러 다른 액츄에이터의 성능도 유지할 수 있는 선회제어장치에 관한 것이다.

종래 굴삭기의 선회제어장치를 도 1에 도시된 유압회로도를 참고하여 설명하면, 메인유압펌프(101)는 선회모터(104), 붐실린더(105)와 같은 복수개의 액츄에이터(붐실린더만을 대표적으로 도시하고 나머지 액츄에이터는 생략한다)에 각 유압공급라인(103)으로 병렬연결되고, 상기 메인유압펌프(101)의 압유는 컨트롤밸브(107)에 구비된 선회제어스풀(108), 붐제어스풀(109)등과 같은 복수개의 제어스풀에 의해 각각 제어되어 선회모터(104), 붐실린더(105)에 공급되게 되어 있다.

그리고 리모트컨트롤밸브(110)는 파이롯펌프(102)의 압유를 감압한 파이롯신호(pi1-pi4)를 파이롯라인(111a,111b)(112a,112b)을 통하여 상기 선회제어스풀(108)과 붐제어스풀(109)의 각각 수압부에 작용하여 이들 제어스풀(108,109)을 절환시킨다.

또한, 상기 메인유압펌프(101)와 붐제어스풀(109)을 연결하는 병렬라인(106)에는, 선회동작을 작업하면서 붐 등과 같은 프론트장치로써 작업을 하는 소위 선회복합동작의 경우에 메인유압펌프(101)의 압유를 선회모터측으로 우선공급하도록 제어하는 선회우선밸브(115)가 설치된다.

상기 선회우선밸브(115)는 일측 수압부(115c)에 리모트컨트롤밸브(110)의 선회제어용 파이롯신호(Pi1,Pi2)가 작용하도록 선회제어 파이롯라인(111a,111b)을 연결한 셔틀밸브(123)가 선회우선 신호라인(120)을 통하여 연결된다. 그리고 상기 선회우선밸브(115)는 상기 수압부(115c)에 작용하는 선회제어용 파이롯신호(Pi1,Pi2)의 압력에 따라 상기 병렬라인(106)를 교축시키는 상대적으로 큰 직경의 제1오리피스(116)와, 상기 병렬라인(106)을 상기 제1오리피스(116)보다 상대적으로 작은 개구면적으로 교축시키는 제2오리피스(117)을 구비하고 있다.

그리고 상기 선회우선 신호라인(120)에는 선회우선신호에 따라 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브(124)가 스위치(125)를 통하여 전원에 연결되어 있다.

따라서 선회동작과 프론트작업을 동시에 수행하는 선회복합동작의 경우에 스위치(125)를 켜서 솔레노이드밸브(124)를 개방하고 리모트컨트롤밸브(110)를 작동시켜 선회동작과 프론트작업 신호를 출력하면, 상기 선회우선밸브(115)는 수압부(115c)에 상기 솔레노이드밸브(124)로부터 선회우선 신호압력이 작용하여 개구면적이 작은 제2오리피스(117)로써 병렬라인(106)의 유로를 감소시킴으로써 선회모터(104)측으로 공급되는 압력을 높여주게 된다. 이에 따라 붐실린더와 같은 프론트작업장치보다 상대적으로 높은 작동압력이 필요한 선회모터에 우선적으로 압유가 공급되어 선회동작이 원만하게 이루어지게 된다.

반면에 선회작동을 하지 않을 경우에는 상기 솔레노이드밸브(124)가 선회우선 신호라인(120)을 차단하므로 선회우선밸브(115)는 상대적으로 큰 개구면적을 가진 제1오리피스(116)을 통하여 붐실린더(105)측으로 공급되는 유량을 증가시켜 프론트작업장치의 작동을 원활하게 한다.

그런데 상기한 바와 같은 종래의 선회제어장치는 도 2의 압력유량 특성그래프에 도시된 바와 같이, 선회동작 초기에 선회모터(104)로 공급되는 유압의 압력이 급격히 상승하는 데, 압력이 릴리프압력에 도달하기 전에는 메인유압펌프(101)의 압유가 선회모터(104)를 작동시키는데 사용되지만 릴리프압력에 순간적으로 도달하고나면 선회모터(104)를 작동시키고 남은 여유 유량은 모두 릴리프밸브(113)를 통하여 탱크로 배출되므로 에너지를 소모할 뿐아니라 온도를 상승시키는 단점이 있고, 특히 다른 액츄에이터에는 상대적으로 적은 유량이 공급되므로 다른 액츄에이터의 동작이 원활하지 않아 복합동작이 원활하지 않은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기 종래의 굴삭기의 선회제어장치가 가진 단점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 상대적으로 높은 선회작동압력을 요구하는 선회작동초기에는 선회작동압력을 신속하게 증대시켜 선회동작이 원활하게 이루어지게 하고, 선회동작과 다른 액츄에이터를 동시에 작동시키는 선회복합동작의 경우에 선회작동압력이 불필요하게 릴리프되지 않도록 낮추고 다른 액츄에이터로 분배하여 유압에너지의 불필요한 손실을 방지하고 다른 액츄에이터의 작동도 원활하게 하는 선회제어장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가변용량형 메인유압펌프와, 파이롯펌프와, 상기 메인유압펌프에 각각 유압라인을 통하여 병렬로 연결되고 각각은 상기 메인유압펌프의 압유를 방향제어하여 선회모터와 붐실린더로 공급하는 제어스풀들을 구비한 컨트롤밸브와, 상기 파이롯펌프의 압유를 감압하여 상기 컨트롤밸브의 제어스풀들에 각각의 파이롯신호압력을 제공하는 리모트컨트롤밸브 및 선회작동시 상기 메인유압펌프의 압유를 붐실린더에 우선하여 상기 선회모터에 공급하는 선회우선밸브를 포함한 굴삭기의 선회제어장치에 있어서,

상기 리모트컨트롤밸브에서 출력되는 선회제어 파이롯신호로부터 선회작동 여부를 감지하는 선회작동 감지수단과, 상기 메인유압펌프와 상기 컨트롤밸브의 선회제어스풀을 연결하는 유압라인으로부터 선회작동 압력을 검출하는 선회작동압력 검출수단과, 상기 선회작동 감지수단으로부터 선회작동신호가 입력되고, 상기 선회작동압력 검출수단으로부터 입력된 선회작동압력과 기준 설정압력을 비교하여 그 차압에 따른 제어신호를 출력하는 컨트롤러 및 상기 컨트롤러의 제어신호에 따라 상기 선회우선밸브를 제어하는 선회우선밸브 제어수단을 더 구비한다.

상기 선회우선밸브는 메인유압펌프와 붐제어스풀을 연결하는 유압라인을 교축시키는 제1오리피스와 상기 제1오리피스보다 더 작은 개구면적을 가진 제2오리피스를 구비하고, 상기 선회우선밸브 제어수단은 상기 선회작동압력 검출수단에서 검출한 선회작동압력이 기준 설정압력보다 낮은 경우에 컨트롤러에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 선회우선밸브를 제2오리피스의 위치에 유지시키고, 상기 선회작동압력 검출수단에서 검출한 선회작동압력이 기준 설정압력에 도달하게 되는 경우에 컨트롤러에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 선회우선밸브를 제1오리피스의 위치에 유지하게 제어한다.

따라서 상기한 바와 같이 구성된 본 발명은 선회작동압력이 기준 설정압력에 도달할 때까지는 선회우선밸브를 최소의 개구면적을 가진 제2오리피스에 유지시킴으로써 선회모터로 공급되는 유량을 상대적으로 증대시켜 선회작동에 필요한 압력을 신속하게 제공하고, 반면에 선회작동압력이 기준 설정압력에 도달하게 되면 선회우선밸브를 상대적으로 개구면적이 큰 제1오리피스에 유지시킴으로써 선회작동압력이 릴리프되지 않고 붐실린더측으로 분배되어 사용되게 하여 선회복합동작을 원활하게 하는 동시에 유압에너지의 불필요한 낭비를 막는다.

이하, 본 발명에 따른 굴삭기의 선회제어장치의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 굴삭기 선회제어장치의 일실시예를 도시한 개략적인 유압회로도로서, 본 발명에 따른 굴삭기의 선회제어장치는 엔진에 연결되어 구동되는 가변용량형 메인유압펌프(1)와 파이롯펌프(2)를 구비하고, 상기 메인유압펌프(1)에서 토출되는 압유는 유압공급라인(3)에 각각 병렬로 연결된 유압라인(6a,6b)을 따라 컨트롤밸브(7)의 선회제어스풀(8)과 붐제어스풀(9)에서 각각 흐름이 제어되어 선회모터(4)와 붐실린더(5)에 공급된다. 그리고 선회모터(4)에는 릴리프밸브(13)가 연결되어 선회모터(4)에 공급되는 메인유압펌프(1)의 압유가 일정한 압력(릴리프압력)을 초과하지 않도록 제어한다.

한편, 리모트컨트롤밸브(10)는 파이롯펌프(2)의 압유를 감압하여 상기 컨트롤밸브(7)의 선회제어스풀(8)과 붐제어스풀(9)을 각각 제어하는 파이롯압력(pi1,pi2)(pi3,pi4)을 생성하고, 상기 파이롯압력(pi1-pi4)은 각각 파이롯라인(11a,11b)(12a,12b)을 통하여 각각 컨트롤밸브(7)의 각 제어스풀(8,9)의 양쪽 수압부에 전달된다.

그리고 메인유압펌프(1)와 붐제어스풀(9)를 연결하는 유압라인(6b)에는 선회동작시 붐실린더(5)보다 선회모터(4)로 공급되는 유량을 상대적으로 증대시켜 선회작동초기에 필요한 유량을 선회모터(4)에 신속하게 우선 제공하는 선회우선밸브(15)가 구비되어 있다.

상기 선회우선밸브(15)는 메인유압펌프(1)와 붐제어스풀(9)을 연결하는 유압라인(6b)의 유로 단면적을 교축시키는 상대적으로 큰 개구면적의 제1오리피스(16)를 가진 제1위치(15a)와, 상기 유압라인(6b)의 유로를 최소로 교축하도록 상기 제1오리피스(16)의 개구면적보다 상대적으로 작은 개구면적으로 형성된 제2오리피스(17)를 가진 제2위치(15b)를 구비하고, 일측 수압부(15c)는 선회우선 제어라인(20)을 통하여 파이롯펌프(2)와 연결된다. 상기 선회우선 제어라인(20)에는 선회작동압력에 따라 선회우선 제어라인(20)의 압력을 조절하는 전자비례 감압밸브(21)가 구비된다.

즉 선회우선밸브(15)는 상기 선회우선 제어라인(20)을 통하여 수압부(15c)에 작용하는 선회우선제어압력의 세기에 따라 제1오리피스(16) 또는 제2오리피스(17)를 통하여 붐제어스풀측 유압라인(6b)의 유로를 가변적으로 교축시킴으로써 선회제어스풀측 유압라인(6a)의 압력을 가변적으로 제어한다.

상기 리모트컨트롤밸브(10)에서 선회제어스풀(8)의 수압부에 작용하는 선회제어 파이롯압력으로부터 선회작동여부를 감지하는 선회작동 감지수단이 구비된다. 상기 선회작동 감지수단은 상기 리모트컨트롤밸브(10)에서 선회제어스풀(8)로 선회제어 파이롯압력(Pi1,Pi2)을 전달하는 1쌍의 선회제어 파이롯라인(11a,11b)에 연결된 셔틀밸브(23)와, 상기 셔틀밸브(23)에서 검출한 선회제어 파이롯압력이 일정한 압력 이상인 경우에 선회작동신호를 출력하여 상기 컨트롤러(25)에 입력하는 압력스위치(24)로 구성된다.

그리고, 메인유압펌프(1)와 선회제어스풀(8)을 연결하는 유압라인(6a)에는 선회작동압력을 검출하는 압력센서(31)가 구비되고, 이 압력센서(31)에서 검출한 선회작동압력은 컨트롤러(25)에 입력된다.

컨트롤러(25)는 상기 압력스위치(24)로부터 선회작동신호가 입력되고, 압력센서(31)에서 입력되는 현재의 선회작동압력과 기준 설정압력을 비교하여 그 차압에 따른 제어신호를 상기 선회우선 제어라인(20)의 전자비례 감압밸브(21)에 출력한다.

즉, 컨트롤러(25)는 압력센서(31)에서 감지한 선회작동압력이 기준 설정압력(선회모터의 릴리프압력)보다 낮은 경우, 선회우선제어라인(20)의 압력이 선회우선밸브(15)의 스프링(18)힘보다 우세하도록 상기 전자비례 감압밸브(21)에 해당 제어신호를 출력하여 선회우선밸브(15)를 제2위치(15b)로 절환시킴으로써 붐제어스풀측 유압라인(6b)의 유로를 최소로 줄인다. 이에 따라 붐제어스풀측 유압라인(6b)을 통과하여 붐실린더(5)로 공급되는 메인유압펌프(1)의 유량은 감소하는 반면, 선회제어스풀측 유압라인(6a)을 따라 선회모터(4)로 공급되는 메인유압펌프(1)의 유량은 상대적으로 증가시킴으로써 선회작동압력을 증가시켜 선회작동을 원활하게 한다.

이와 같이 선회작동압력이 증가하다가 기준 설정압력(선회모터에 연결된 릴리프밸브(13)의 릴리프압력)에 도달하게 되면, 이 선회작동압력은 압력감지센서(31)에서 감지되어 컨트롤러(25)에 입력된다. 이 때 컨트롤러(25)는 전자비례 감압밸브(21)에 제어신호를 인가하여 선회우선 제어라인(20)의 압력이 선회우선밸브(15)의 스프링힘보다 작도록 선회우선 제어라인(20)을 압력을 감소시킨다. 이에 따라 선회우선밸브(15)는 제2오리피스(17)보다 상대적으로 개구면적이 큰 제1오리피스(16)의 제1위치(15a)로 절환하여 선회제어스풀측 유압라인(6a)의 유량을 상대적으로 감소시킴으로써 선회작동압력이 릴리프압력을 초과하지 않도록 제어하는 동시에 그 여유유량은 붐제어스풀측 유압라인(6b)을 통하여 붐실린더(5)로 공급함으로써 붐작동을 원활하게 한다.

한편, 선회동작을 하지 않는 경우는 선회제어 파이롯라인(11a,11b)에는 파이롯압력이 형성되지 않으므로 컨트롤러(25)는 전자비례 감압밸브(21)에 제어신호를 인가하지 않음으로써 선회우선 제어라인(20)을 탱크(T)로 연통시켜 선회우선밸브(15)의 수압부에 선회우선 제어신호를 작용시키지 않는다. 이 때 선회우선밸브(15)는 수압부(15c)의 반대쪽에 구비된 스프링(18)의 힘에 의해 상대적으로 큰 개구면적의 제1오리피스(16)을 가진 제1위치(15a)를 유지함으로써 붐실린더(5)로 충분한 유량을 공급함으로써 붐동작을 포함한 다른 동작이 원활하게 이루어지게 된다.

상기 선회작동 감지수단은 압력스위치(24)대신에 선회제어 파이롯압력에 비례하는 전기적신호를 출력하는 압력센서로 구성할 수도 있다. 이 경우 컨트롤러(25)는 작업자가 리모트컨트롤밸브(10)를 조작하는 량에 따라 가변되는 선회제어 파이롯압력의 세기에 따라 선회우선 제어라인(20)의 압력을 가변적으로 제어함으로써 선회우선밸브(15)에서 제어하는 유압라인(6)을 압력이 미세하게 제어되고, 그에 따라 선회속도와 붐속도도 미세하게 제어할 수 있다.

본 발명은 높은 선회작동압력이 요구되는 선회작동초기에는 선회모터로 공급되는 유량을 증가시켜 선회작동이 원활하게 이루어지게 하고, 선회도중에는 선회작동압력이 불필요하게 릴리프되지 않게 제어함으로써 발생하는 에너지 손실과 온도상승을 방지할 수 있고, 아울러 여유유량을 붐실린더와 같은 다른 액츄에이터에 분배하여 사용함으로써 선회복합동작을 원활하게 수행할 수 있다.

도 1은 종래 굴삭기의 선회제어장치의 개략적인 유압회로도,

도 2는 종래 굴삭기의 선회모터측 유압특성곡선,

도 3은 본 발명에 따른 굴삭기 선회제어장치의 개략적인 유압회로도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 가변용량형 메인유압펌프 2: 파이롯펌프

3: 유압공급라인 4: 선회모터

5: 붐실린더 6a: 선회제어스풀측 유압라인

6b: 붐제어스풀측 유압라인 7: 컨트롤밸브

8: 선회제어스풀 9: 붐제어스풀

10: 리모트컨트롤밸브 11a,11b: 선회제어 파이롯라인

12a,12b: 붐제어 파이롯라인

13: 릴리프밸브 15: 선회우선밸브

15a: 제1위치 15b: 제2위치

16: 제1오리피스 17: 제2오리피스

18: 스프링 20: 선회우선 제어라인

21:전자비례 감압밸브 23: 셔틀밸브

24: 압력스위치 25: 컨트롤러

pi1-pi4: 파이롯압력

Claims (4)

1. 가변용량형 메인유압펌프(1)와, 파이롯펌프(2)와, 상기 메인유압펌프(1)에서 토출되는 압유의 흐름방향을 제어하여 선회모터(4)로 공급하는 선회제어스풀(8)과, 상기 메인유압펌프(1)의 유압공급라인에서 분기된 유압라인(6)을 통하여 공급되는 상기 메인유압펌프(1)의 압유의 흐름방향을 제어하여 액츄에이터(5)로 공급하는 복수개의 액츄에이터 제어스풀(9)을 구비한 컨트롤밸브(7)와, 상기 파이롯펌프(2)의 압유를 감압시켜 상기 컨트롤밸브(7)의 제어스풀(9)들을 각각 제어하는 파이롯압력을 생성하는 리모트컨트롤밸브(10)와, 선회작동시 상기 메인유압펌프(1)의 압유를 붐실린더(5)에 우선하여 선회모터(4)로 공급하는 선회우선밸브(15)를 포함한 굴삭기의 선회제어장치에 있어서,

   선회작동 여부를 감지하는 선회작동 감지수단과,

   상기 메인유압펌프(1)와 선회제어스풀(8)을 연결하는 유압라인(6a)으로부터 선회작동압력을 검출하는 선회작동압력 검출수단과,

   상기 선회작동압력 검출수단에서 검출한 선회작동압력과 기준 설정압력을 비교하여 상기 선회작동압력이 기준 설정압력에 이르지 않는 경우에 상기 선회우선밸브(15)를 제어하여 선회제어스풀측 유압라인(6a)의 압력이 설정압력까지 신속하게 상승하게 제어하고, 상기 선회작동압력이 기준 설정압력에 도달하는 경우에는 상기 선회제어스풀측 유압라인(6a)의 압력이 기준 설정압력을 초과하지 않도록 압력을 낮추는 제어신호를 출력하는 컨트롤러(25)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선회우선밸브(15)는 상기 선회제어측 유압라인(6a)으로 공급되는 유량을 최대로 증가시키도록 상기 붐제어스풀측 유압라인(6b)의 유로를 최소로 교축시키는 제2오리피스(17)와, 상기 선회제어측 유압라인(6a)의 압력이 기준 설정압력을 초과하지 않도록 상기 제2오리피스(17)보다 큰 개구면적을 가진 제1오리피스(16)를 구비하고, 일측 수압부(15c)에는 상기 파이롯펌프(2)의 압유가 전달되게 선회우선 제어라인(20)이 연결되고, 상기 선회우선 제어라인(20)에는 전자비례 감압밸브(21)가 구비되며,

   상기 컨트롤러(25)는 상기 선회작동압력 검출수단에서 검출한 선회작동압력이 기준 설정압력에 이르지 않는 경우에 상기 선회우선밸브(15)가 제2오리피스(17)에 위치하도록 상기 전자비례 감압밸브(21)에 제어신호를 출력하고, 상기 선회작동압력이 기준 설정압력에 도달하는 경우에 상기 선회우선밸브(15)가 제1오리피스(16)에 위치하도록 상기 전자비례 감압밸브(21)에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선회작동 감지수단은 상기 리모트컨트롤밸브(10)에서 상기 선회제어스풀(8)의 양쪽 수압부에 작용하는 선회제어 파이롯압력(pi1,pi2)중 높은 압력을 선택하는 셔틀밸브(23)와, 상기 셔틀밸브(23)에서 출력되는 파이롯압력을 검출하여 상기 컨트롤러(25)에 입력하는 압력스위치(24)로 구성되고,

   상기 선회작동압력 검출수단은 상기 메인유압펌프(1)와 선회제어스풀(8)을 연결하는 유압라인(6a)의 압력을 검출하는 압력센서(31)로 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선회작동 감지수단은 상기 리모트컨트롤밸브(10)에서 상기 선회제어스풀(8)의 양쪽 수압부에 작용하는 선회제어 파이롯압력중 높은 압력을 선택하는 셔틀밸브(23)와, 상기 셔틀밸브(23)에서 출력되는 파이롯압력에 비례하여 전기적 신호를 출력하는 압력센서로 구성되고,

   상기 선회작동압력 검출수단은 상기 메인유압펌프(1)와 선회제어스풀(8)을 연결하는 유압라인(6a)의 압력을 검출하는 압력센서(31)로 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.