KR20050094126A - 유압실린더의 진동 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중장비의 붐 실린더와 같은 유압실린더가 급속히 작동을 멈출 때의 충격으로 발생되는 진동을 능동적으로 제어하는 유압실린더의 진동 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유압실린더의 진동 제어방법은 유압실린더의 급정지 여부를 판단하는 급정지 판단단계와, 압력검출수단으로부터 압력신호를 수신하는 압력신호 수신단계와, 유압실린더가 급정지되는 경우 유압실린더가 신장(붐 상승)되는 중인지 압축(붐 하강)되는 중인지를 판단하는 작동방향 판단단계와, 유압실린더가 신장되는 중 급정지한 경우 압력신호가 처음 최소점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 유압실린더의 라지챔버에 압유를 공급하며 스몰챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 유압실린더의 스몰챔버에 압유를 공급하고 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고, 유압실린더가 압축되는 중 급정지한 경우 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 스몰챔버에 압유를 공급하며 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키는 압유공급단계를 포함한다.

Description

유압실린더의 진동 제어방법 {Hydraulic cylinder suspension method}
본 발명은 유압실린더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중장비의 붐 실린더와 같은 유압실린더가 급속히 작동을 멈출 때의 충격으로 발생되는 진동을 능동적으로 제어하는 유압실린더의 진동 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 중장비에는 붐, 아암, 버켓과 같은 작업장치가 장착되며, 유압펌프로부터 압유를 공급받아 작동되는 유압실린더에 의해 구동되어 다양한 작업을 수행한다. 또한 제어밸브가 유압펌프와 유압실린더 사이에 설치되어 유압펌프로부터의 압유를 제어하여 각각의 유압실린더에 공급하는데, 운전자가 조작레버를 조작함에 따라 제어장치가 제어밸브를 제어하여 유아실린더에 공급되는 압유 압력과 방향 및 유량 등을 제어함으로써 작업장치의 구동이 이루어진다.
작업장치는 큰 부하와 거친 작업환경을 견딜 수 있도록 하기 위해 육중하게 제작되어 큰 관성을 가지므로, 작업장치가 작동되거나 정지될 때 큰 관성력으로 인한 진동이 발생된다. 종래의 중장비를 조종함에 있어서 숙련자의 경우 조작레버를 정교하게 조작할 수 있어서 작업장치를 부드럽게 움직일 수 있지만, 초보자의 경우에는 조작레버의 초기 조작 시 또는 조작 중단 시에 작업장치의 관성에 의한 충격현상이 발생하여 요동이 발생되므로 작업이 어려운 문제점이 있다.
또한 작업을 신속하게 수행하기 위해 조작레버를 급격하게 움직이는 경우가 있으며, 이와 같은 조작으로 인해 작업장치를 구동하는 유압실린더에 압유를 공급하는 제어밸브의 스풀이 급격한 운동을 한다. 따라서 유압실린더의 작동 시작 또는 정지 시의 충격으로 인한 진동이 발생되고, 반복적인 진동의 발생은 운전자의 작업 피로를 가중시키는 요인이 되고 있다.
상술한 바와 같이 작업장치가 급속히 작동 또는 정지될 때에 발생되는 진동은 운전자의 작업 피로를 가중시켜 효율을 저하시킴과 아울러 장비의 수명을 단축시키기 때문에 이를 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다.
종래에는 작업장치가 급속히 작동되어 발생되는 충격을 완화하기 위해, 압력센서 등을 이용하여 조작레버의 급속한 조작 상태를 감지하고, 조작레버가 급조작되면 제어기에 의해 조작레버의 조작신호를 진동이 발생되지 않는 적합한 신호로 변경시켜 제어밸브를 제어하는 등의 기술이 사용되고 있다.
이와 같은 기술에 따르면 조작레버의 조작신호를 변경하여 작업장치가 급속히 작동되지 않도록 제어밸브를 제어하고자 시도하고 있을 뿐 작업장치의 유압실린더에 충격이 작용하여 실제로 발생되는 진동에 대한 근본적인 해결책이 되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 중장비의 유압실린더가 급속히 작동을 멈출 때의 충격으로 발생되는 진동을 능동적으로 제어하는 유압실린더의 진동 제어방법을 제공하여 장비의 내구성을 향상시키고, 작업장치를 이용한 작업의 효율성을 향상시킴과 아울러 운전자의 작업피로를 감소시키는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중장비의 유압실린더가 급속히 작동을 멈출 때의 충격으로 발생되는 진동을 능동적으로 제어하는 유압실린더의 진동 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유압실린더의 진동 제어방법은, 유압펌프로부터 공급되는 압유가 입력되는 라지챔버 및 스몰챔버가 형성되어 작업장치를 구동하는 유압실린더와, 유압펌프의 압유를 유압실린더에 공급하며 유압실린더로부터의 압유를 탱크로 귀환시키는 제어밸브와, 작업장치를 구동하기 위한 조작신호를 발생시키는 조작레버와, 조작신호를 변경하여 제어밸브를 제어하는 제어신호를 발생시키는 제어기와, 제어기의 제어신호에 따라 제어밸브를 제어하는 밸브구동장치와, 유압실린더의 라지챔버에 장착되어 라지챔버에 작용하는 압력을 검출하는 압력검출수단을 구비하는 유압실린더의 진동 제어방법에 있어서, 조작레버의 조작신호를 수신하여 유압실린더의 급정지 여부를 판단하는 급정지 판단단계와, 유압실린더의 라지챔버에 장착된 압력검출수단으로부터 압력신호를 수신하는 압력신호 수신단계와, 유압실린더가 급정지되는 경우 유압실린더가 신장되는 중인지 압축되는 중인지를 판단하는 작동방향 판단단계와, 유압실린더가 신장되는 중 급정지한 경우 압력신호가 처음 최소점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 유압실린더의 라지챔버에 압유를 공급하며 스몰챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 유압실린더의 스몰챔버에 압유를 공급하고 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고, 유압실린더가 압축되는 중 급정지한 경우 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 스몰챔버에 압유를 공급하며 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키는 압유공급단계를 포함한다.
바람직하게는 라지챔버 및 스몰챔버로의 압유 공급은 압력신호가 최대점/최소점에 도달한 시점부터 압력신호 주기의 1/7 내지 1/5에 해당하는 시간 동안 이루어질 수 있다.
이하, 첨부 도면의 바람직한 실시예 들을 통하여, 본 발명에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법이 적용된 유압시스템의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법이 적용된 유압시스템은 엔진(10)에 의해 작동되는 유압펌프(8a,8b)와, 유압펌프(8a,8b)로부터 압유를 공급받아 작업장치의 하나인 붐(미도시)을 구동하는 붐실린더(6)와, 유압펌프(8a,8b)의 압유를 붐실린더(6)에 공급하는 제어밸브(4)와, 작업장치(미도시)를 구동하기 위한 조작신호를 발생시키는 조작레버(2)와, 조작신호를 변경하여 제어신호를 발생시키는 제어기(1)와, 제어기(1)의 제어신호에 따라 제어밸브(4)를 제어하는 밸브구동장치(3a,3b)를 포함하여 이루어진다.
붐실린더(6)는 공지의 유압실린더로 이루어지며 라지챔버(6a)와 스몰챔버(6b)가 형성되어 붐실린더(6)가 신장될 때에는 제어밸브(4)의 작동에 의하여 유압펌프(8a,8b)로부터의 압유가 라지챔버(6a)로 입력되며 스몰챔버(6b)는 탱크(11)에 연결되어 압유가 탱크(11)로 귀환된다. 또한 붐실린더(6)가 압축될 때에는 제어밸브(4)의 작동에 의하여 유압펌프(8a,8b)로부터의 압유가 스몰챔버(6b)로 입력되며 라지챔버(6a)는 탱크(11)에 연결되어 압유가 탱크(11)로 귀환된다. 또한 붐실린더(6)의 라지챔버(6a)에는 압력검출수단(5)이 장착되는데, 압력검출수단(5)은 붐실린더(6)의 라지챔버(6a)에 작용하는 압력을 검출하고 검출된 압력신호는 제어기(1)에 보내진다.
밸브구동장치(3a,3b)는 파일럿펌프(7)에 연결되어 제어기(1)로부터의 제어신호에 의해 파일럿압력을 형성하여 제어밸브(4)에 공급함으로써 제어밸브(4)의 작동을 제어한다. 또한 도 1에서 도면부호 9a와 9b는 펌프유량제어수단을 나타낸다.
상술한 구성으로 이루어지는 유압실린더의 진동 제어방법이 적용된 유압시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
조작레버(2)는 작업장치(미도시)를 구동하기 위한 조작신호를 발생시키는 장치로서, 조작레버(2)의 조작신호는 제어기(1)에 입력되어 밸브구동장치(3a,3b)를 구동할 수 있는 제어신호로 변경된다. 제어기(1)는 조작레버(2)로부터의 조작신호에 따라 밸브구동장치(3a,3b)를 구동하는 제어신호를 출력함으로써 제어밸브(4)의 작동을 제어하여 붐실린더(6)의 동작이 이루어지도록 한다.
또한 제어기(1)는 조작레버(2)의 조작신호로부터 붐실린더(6)의 급정지 여부를 판단하고, 조작레버(2)의 급조작에 의해 붐실린더(6)가 급정지되는 경우에는 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동적으로 제어한다. 상술한 바와 같이 압력검출수단(5)에 의해 검출된 붐실린더(6) 라지챔버(6a)의 압력상태를 나타내는 압력신호 또한 제어기(1)로 전달되므로 제어기(1)는 붐실린더(6) 내의 압력상태에 대응하여 능동적인 진동제어를 수행할 수 있다.
제어기(1)는 조작레버(2)가 급조작되어 붐실린더(6)가 급정지되는 경우에 붐(미도시)이 상승하는 중에 급정지되었는지 또는 붐(미도시)이 하강하는 중에 급정지되었는지의 여부를 판단한 후 각각의 경우에 적합하도록 밸브구동장치(3a,3b)를 구동하여 진동을 제어한다.
붐실린더(6)가 상승하는 중에 급정지되는 경우에는 붐실린더(6)가 신장되는 중에 급정지된 상태에 해당되므로, 제어기(1)는 유압신호가 처음 최소점에 도달한 시점부터 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간동안 라지챔버(6a)에 압유를 공급함과 아울러 스몰챔버(6b)의 압유를 탱크(11)로 귀환시키고, 그 이후에 유압신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 대략 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간동안 스몰챔버(6b)에 압유를 공급함과 아울러 라지챔버(6a)의 압유를 탱크(11)로 귀환시킴으로써 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동제어한다.
또한 붐실린더(6)가 하강하는 중에 급정지되는 경우에는 붐실린더(6)가 압축되는 중에 급정지된 상태에 해당되므로, 제어기(1)는 유압신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 대략 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간동안 스몰챔버(6b)에 압유를 공급함과 아울러 라지챔버(6a)의 압유를 탱크(11)로 귀환시킴으로써 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 제어흐름을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 붐 상승 중 급정지 시 압유공급 시간을 나타내는 설명도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 붐 하강 중 급정지 시 압유공급 시간을 나타내는 설명도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법은 급정지 판단단계(S100,S200)와, 압력신호 수신단계(S300)와, 작동방향 판단단계(S400)와, 압유공급단계(S500,S600,S700)를 포함하여 이루어진다. 여기에서 압유공급단계는 붐실린더(6)가 신장되는 중인 경우(S500,S600)와 붐실린더(6)가 압축되는 중인 경우(S700)으로 나뉘어진다.
급정지 판단단계(S100,S200)는 상기 조작레버(2)로부터 조작신호를 수신하고 붐실린더(6)의 급정지 여부를 판단하는 단계로서, 조작레버(2)의 조작신호가 급조작 신호에 해당되면 제어기(1)는 이를 급정지 상태로 판단하여 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동적으로 제어하는 이하 단계를 수행한다.
압력신호 수신단계(S300)는 상기 붐실린더(6)의 라지챔버(6a)에 장착된 압력검출수단(5)으로부터 압력신호를 수신하는 단계로서, 제어기(1)는 수신된 압력신호에 기초하여, 즉 라지챔버(6a)에 발생되는 압력변화에 능동적으로 대응하여 진동을 제어할 수 있다.
작동방향 판단단계(S400)는 제어기(1)가 붐실린더(6)가 급정지될 때 어느 방향으로 작동 중이었는지를 판단하는 중요한 단계에 해당된다. 즉 붐실린더(6)가 상승하는 중(붐실린더가 신장되는 작동)에 급정지되었는지 또는 하강하는 중(붐실린더가 압축되는 작동)에 급정지되었는지 각각의 경우에 따라 제어기(1)는 붐실린더(6) 내에 급정지로 인한 충격에 의해 발생되는 진동을 상쇄시키기 위해 압유를 공급할 챔버를 선택할 수 있는 것이다.
압유공급단계(S500,S600,S700)는 붐실린더(6)가 신장되는 동작을 하다가 급정지되는 경우(S500,S600)와, 압축되는 동작을 하다가 급정지되는 경우(S700)로 나뉘어진다.
붐실린더(6)가 신장되는 중에 급정지될 때에는 라지챔버(6a)에 압유가 공급되는 단계(S500)와, 그 이후에 스몰챔버(6b)에 압유가 공급되는 단계(S600)가 수행된다.
즉 붐실린더(6)가 신장되는 중에 급정지되면 그 충격으로 인하여 붐실린더(6) 내에 압력이 변동되며 진동이 발생하는데, 압력신호가 변동되는 주기를 T라고 하면, 제어기(1)는 유압신호가 처음 최소점에 도달한 시점(시간 = t1)부터 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간(t2)동안 라지챔버(6a)에 압유를 공급함과 아울러 스몰챔버(6b)의 압유를 탱크(11)로 귀환시키고, 그 이후에 유압신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 대략 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간(t2)동안 스몰챔버(6b)에 압유를 공급함과 아울러 라지챔버(6a)의 압유를 탱크(11)로 귀환시킴으로써 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동제어한다.
또한 붐실린더(6)가 압축되는 중에 급정지될 때에는 스몰챔버(6b)에 압유가 공급되는 단계(S700)가 수행된다. 즉 제어기(1)는 유압신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 대략 유압신호 주기의 대략 1/6이 되는 시간(t2)동안 스몰챔버(6b)에 압유를 공급함과 아울러 라지챔버(6a)의 압유를 탱크(11)로 귀환시킴으로써 붐실린더(6)에 발생되는 진동을 능동제어한다.
상기 라지챔버(6a) 및 스몰챔버(6b)로의 압유 공급은 상기 압력신호가 최대점/최소점에 도달한 시점부터 압력신호 주기의 1/7 내지 1/5에 해당하는 시간 동안 이루어지도록 변경할 수 있으며, 이와 같은 압유 공급 시간은 붐 실린더 및 시스템의 진동특성을 실험적으로 조사하여 진동을 최적 제어할 수 있는 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.
또한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 라지챔버(6a) 및 스몰챔버(6b)로 압유가 공급될 때에 제어밸브(4)가 개구되는 정도는 최대 개구량의 1/3 내지 1/2의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 유압실린더 진동 제어방법에 따르면, 중장비의 유압실린더가 급속히 작동을 멈출 때의 충격으로 발생되는 진동을 능동적으로 제어할 수 있어서 장비의 내구성이 향상되고, 작업장치를 이용한 작업의 효율성이 향상됨과 아울러 운전자의 작업피로가 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법이 적용된 유압시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 제어흐름을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 붐 상승 중 급정지 시 압유공급 시간을 나타내는 설명도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압실린더의 진동 제어방법의 붐 하강 중 급정지 시 압유공급 시간을 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제어기 7 : 파일럿펌프
2 : 조작레버 8a,8b : 유압펌프
3a,3b : 밸브구동장치 9a,9b : 펌프유량제어수단
4 : 제어밸브 10 : 엔진
5 : 압력검출수단 11 : 탱크
6 : 붐실린더 S100,S200 : 급정지 판단단계
6b : 스몰챔버 S300 : 압력신호 수신단계
6a : 라지챔버 S400 : 작동방향 판단단계
S500,S600,S700 : 압유공급단계

Claims (2)

  1. 유압펌프로부터 공급되는 압유가 입력되는 라지챔버 및 스몰챔버가 형성되어 작업장치를 구동하는 유압실린더와, 상기 유압펌프의 압유를 상기 유압실린더에 공급하며 유압실린더로부터의 압유를 탱크로 귀환시키는 제어밸브와, 상기 작업장치를 구동하기 위한 조작신호를 발생시키는 조작레버와, 상기 조작신호를 변경하여 상기 제어밸브를 제어하는 제어신호를 발생시키는 제어기와, 상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 제어밸브를 제어하는 밸브구동장치와, 상기 유압실린더의 라지챔버에 장착되어 라지챔버에 작용하는 압력을 검출하는 압력검출수단을 구비하는 유압실린더의 진동 제어방법에 있어서:
    상기 조작레버의 조작신호를 수신하여 상기 유압실린더의 급정지 여부를 판단하는 급정지 판단단계;
    상기 유압실린더의 라지챔버에 장착된 압력검출수단으로부터 압력신호를 수신하는 압력신호 수신단계;
    상기 유압실린더가 급정지되는 경우 상기 유압실린더가 신장되는 중인지 압축되는 중인지를 판단하는 작동방향 판단단계; 및
    상기 유압실린더가 신장되는 중 급정지한 경우 상기 압력신호가 처음 최소점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 상기 유압실린더의 라지챔버에 압유를 공급하며 스몰챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 상기 유압실린더의 스몰챔버에 압유를 공급하고 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키고, 상기 유압실린더가 압축되는 중 급정지한 경우 상기 압력신호가 처음 최대점에 도달한 시점부터 소정 시간동안 상기 스몰챔버에 압유를 공급하며 라지챔버의 압유는 탱크로 귀환시키는 압유공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 진동 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라지챔버 및 스몰챔버로의 압유 공급은 상기 압력신호가 최대점/최소점에 도달한 시점부터 압력신호 주기의 1/7 내지 1/5에 해당하는 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 진동 제어방법.
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