KR20050119762A - 건설중장비의 선회제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 선회제어장치 및 선회제어방법에 관한 것으로, 특히 작업자가 선회조작레버를 급조작하더라도 선회동작이 부드럽게 이루어지게 하여 안정된 선회동작을 수행하고 시스템의 효율을 향상시키며 미세조작성을 개선할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이러한 본 발명은 작업자가 리모트컨트롤밸브(24)의 조작레버를 조작함에 따라 리모트컨트롤밸브(24)는 파이롯펌프(3)의 압유를 감압하여 선회제어스풀(11)의 수압부에 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)을 제공하게 되고, 이 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)은 셔틀밸브(26)에서 검출되어 압력센서(S2)에서 해당 전기적 신호로 변환되어 컨트롤러(22)에 입력된다. 컨트롤러(22)는 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율을 연산하여 순간변화율이 기준 설정값에 비하여 큰 경우 그 차이값에 대응하는 제어신호를 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 출력하여 최대 선회작동압력을 가변조정하게 된다. 따라서 본 발명은 선회동작초기에 선회모터(15)로 공급되는 선회작동압력을 서서히 가변시켜 선회동작이 부드럽게 이루어지게 함은 물론 선회동작을 미세하게 제어할 수 있다.

Description

건설중장비의 선회제어장치 및 방법 { Method of and apparatus for controlling swing operation of an excavator }

본 발명은 굴삭기의 상부선회체 선회제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 굴삭기의 상부선회체를 작동시키는 선회모터의 작동압력을 가변시켜 선회동작을 제어하는 선회제어장치 및 방법에 관한 것이다.

건설중장비의 하나인 굴삭기에서는 통상 메인유압펌프(101)에서 토출되는 압유가 메인컨트롤밸브(103)에 구비된 선회제어스풀(105)과, 붐실린더(107)와 같은 프론트작업장치용 제어스풀(109)에서 흐름이 제어되어 상부선회체를 선회작동시키는 선회모터(111)와, 복수개의 프론트작업장치(도면에는 붐실린더(107)만을 도시하고 나머지 작업장치는 생략한다)에 선택적으로 공급되어 이들 선회모터(111)나 프론트작업장치들을 작동시키게 되어 있다.

그리고 상기 메인컨트롤밸브(103)에 구비된 각 제어스풀(105,109)에 해당 제어신호를 제공하는 리모트컨트롤밸브(113)는 조작레버의 조작에 따라 파이롯펌프(115)의 압유를 감압하여 제어신호압력(Pi1-Pi4)을 발생시키고, 이렇게 발생한 제어신호압력(Pi1-Pi4)은 해당 파이롯라인을 통하여 메인컨트롤밸브(103)의 해당 제어스풀(105,109)의 수압부에 전달되어 제어스풀(105,109)을 절환시킨다.

또한 선회모터(111)는 1쌍의 선회작동라인(117a,117b)을 통하여 선회제어스풀(105)에 연결되고, 상기 선회작동라인(117a,117b)에는 1쌍의 릴리프밸브(119)가 연결되어 선회작동라인(117a,117b)을 통하여 선회모터(111)로 공급되거나 또는 선회모터(111)에서 배출되는 압력이 일정한 압력이상을 초과하는 경우 유압시스템을 보호하기 위하여 탱크로 배출시키도록 되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같이 구성된 종래의 선회제어장치는 릴리프밸브(119)의 릴리프압력이 일정하게 고정설정되어 있기 때문에 다음과 같은 단점을 가지고 있다.

즉, 작업자가 선회작동시 리모트컨트롤밸브(113)를 선회동작방향으로 급조작하는 경우에, 도 2a의 파이롯압력 특성그래프에 도시된 바와 같이, 리모트컨트롤밸브(113)에서 발생하는 선회제어 파이롯압력(Pi1,Pi2)이 선회초기와 선회정지시 급격히 변화하게 되고, 이에 따라 선회제어스풀(105)은 중립위치에서 선회위치로 순간적으로 절환되면서 메인유압펌프(101)에서 선회모터(111)로 제공되는 유량을 급속히 증가시켜 선회모터(111)의 압력을 도 2b에 도시된 바와 같이, 순간적으로 급속히 증가시키게 된다.

그런데 이 경우 상부선회체는 정지관성으로 인하여 선회모터(111)의 작동압력이 일정한 압력에 도달하기 전까지는 선회하지 않다가 일정한 압력에 도달하면 갑자기 선회하면서 울컥거리게 되므로 동작을 정밀하게 제어할 수 없는 것은 물론 작업자에게 불쾌감을 준다.

그리고 선회도중에 리모트컨트롤밸브(113)를 중립위치로 급격히 복귀시키는 경우에, 선회모터(111)의 입구측으로 공급되는 유압은 차단되지만 선회모터(111)는 관성에 의해 회전하면서 출구압력을 급격히 상승시켜 장비에 충격을 주게 된다. 이러한 현상은 작업자에 불쾌감을 줄 뿐아니라 장비의 동작을 정확하게 제어할 수 없게 한다.

뿐만아니라 선회모터(111)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위하여 설치한 릴리프밸브(119)의 설정압력이 항상 일정하게 고정되어 있으므로 상황에 따라 조절할 수 없어 불필요하게 압력상승을 초래하게 되고, 이러한 선회장치의 높은 압력은 메인유압펌프의 토출유량을 감소시켜 시스템의 작동효율을 저하시키는 원인이 된다.

이에 본 발명은 상기 종래 굴삭기의 선회제어장치가 가진 단점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 작업자가 선회조작레버를 급조작하더라도 선회동작이 부드럽게 이루어지게 하여 안정된 선회동작을 수행하고 시스템의 효율을 향상시키며 미세조작성을 개선할 수 있는 굴삭기의 선회제어장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴삭기 선회제어장치는 가변용량형 메인유압펌프와, 파이롯펌프와, 상기 메인유압펌프에서 토출되는 압유의 흐름방향을 제어하여 선회모터로 공급하는 선회제어스풀과, 상기 메인유압펌프의 압유의 흐름방향을 제어하여 액츄에이터로 공급하는 복수개의 액츄에이터 제어스풀을 구비한 컨트롤밸브와, 상기 파이롯펌프의 압유를 감압시켜 상기 컨트롤밸브의 제어스풀들을 각각 제어하는 파이롯압력을 생성하는 리모트컨트롤밸브를 포함한 굴삭기의 선회제어장치에 있어서, 상기 리모트컨트롤밸브에서 출력되는 선회작동신호를 검출하는 선회작동신호 검출수단과, 상기 메인유압펌프에서 상기 선회모터로 공급되는 선회작동유압의 압력을 검출하는 선회작동압력 검출수단과, 상기 선회모터의 작동압력을 가변제어하는 선회작동압력 제어밸브와, 상기 선회작동 신호압력 검출수단에서 검출한 선회작동 신호압력을 입력하여 순간 변화율을 연산하고, 상기 선회작동 신호압력의 순간변화율에 따라 상기 선회작동압력을 가변시키기위하여 선회작동압력 제어밸브에 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한 구성으로 된다.

상기 본 발명의 선회제어장치는 리모트컨트롤밸브를 선회작동방향으로 급조작하거나 선회작동도중에 중립위치로 급조작하여 리모트컨트롤밸브에서 발생하는 선회작동신호압력이 급격히 증감하는 경우, 즉 컨트롤러는 상기 선회작동 신호압력의 순간변화율을 연산하여 이 순간변화율이 기준 설정값보다 큰 경우에 컨트롤러는 선회모터의 릴리프압력을 가변제어하여 선회동작과 선회정지동작이 완만하게 이루어지도록 함으로써 선회동작 또는 선회정지시 장비의 관성에 의한 충격을 감소시키고, 아울러 장비의 미세한 조작성을 향상시키며, 뿐만아니라 필요에 따라 릴리프압력을 낮게 설정함으로써 메인유압펌프의 제어압력을 낮추어 다른 액츄에이터로 공급되는 메인유압펌프의 토출유량 감소를 방지하여 시스템 효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 굴삭기의 선회제어장치의 실시예에 대한 개략적인 유압회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 1개의 엔진(E/G)에 의해 구동되는 적어도 1개 이상의 가변용량형 메인유압펌프(1)와 파이롯펌프(3)이 구비되고, 상기 메인유압펌프(1)에서 토출되는 압유는 유압공급라인(5)에 각각 병렬로 연결된 유압라인(7)을 따라 컨트롤밸브(9)의 선회제어스풀(11)과 붐제어스풀(13)에서 각각 흐름이 제어되어 선회모터(15)와 붐실린더(17)에 공급된다.

그리고 상기 각 메인유압펌프(1)에는 메인유압펌프(1)의 토출유량을 제어하는 유량제어기구(2)가 구비되어 붐, 암등의 프론트작업장치나 선회장치 등의 여러가지 작동장치의 부하압력이 증가하면 메인유압펌프(1)의 토출유량을 감소시키고 반면에 작동장치의 부하압력이 감소하면 메인유압펌프(1)의 토출유량을 증가시키도록 메인유압펌프(1)의 유량을 제어하게 된다.

상기 컨트롤밸브(9)의 선회제어스풀(11)과 선회모터(15)를 연결하는 1쌍의 선회작동라인(19a,19b)에는 상기 메인유압펌프(1)에서 선회모터(15)로 제공되는 선회작동압력이 일정한 압력을 초과하지 않도록 제어하는 릴리프밸브(21)가 설치된다. 따라서 상기 선회작동라인을 통하여 선회모터(15)에 작용하는 선회작동압력이 일정한 릴리프압력을 초과하는 경우에 선회작동압력은 상기 릴리프밸브(21)를 거쳐 탱크(T)로 드레인됨으로써 선회작동압력이 일정한 압력 이상으로 초과하지 않도록 제어한다.

한편 선회작동라인(19a,19b)을 통하여 선회모터(15)에 제공되는 선회작동압력을 제어하는 선회작동압력 제어밸브(20)가 상기 릴리프밸브(21)에 병렬로 연결된다. 상기 선회작동압력 제어밸브(20)는 후술하는 컨트롤러의 제어신호에 따라 선회작동압력의 최고압력을 가변시키는 전자제어밸브로 이루어진다.

그리고 상기 선회작동라인(19a,19b)에는 선회작동압력을 검출하는 압력센서(S1)가 구비되어 선회작동라인(19a,19b)을 통하여 선회모터(15)에 공급되는 선회작동압력을 감지하여 컨트롤러(22)에 해당 선회작동압력에 대한 신호를 입력한다.

또 리모트컨트롤밸브(24)는 파이롯펌프(3)의 압유를 감압하여 상기 컨트롤밸브(9)의 선회제어스풀(11)과 기타 작업장치의 제어스풀(13)을 각각 제어하는 신호압력(Pi1-Pi4)을 생성하고, 상기 신호압력(Pi1-Pi4)은 각각의 파이롯신호라인(L1-L4)을 통하여 각각 컨트롤밸브(9)의 각 제어스풀(11,13)의 양쪽 수압부에 전달되어 해당 제어스풀(11,13)을 좌측 또는 우측으로 절환시킴으로써 메인유압펌프(1)의 압유를 선회모터(15)나 붐실린더(17)와 같은 해당 작동장치로 공급하여 작동시킨다.

아울러 상기 리모트컨트롤밸브(24)의 조작에 따라 작동하는 작동장치의 작동압력은 상기 유량제어기구(2)에 전달되어 상기 메인유압펌프(1)의 토출유량을 제어하게 된다.

한편, 상기 리모트컨트롤밸브(24)에서 발생하는 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)을 상기 선회제어스풀(11)의 양쪽 수압부에 각각 전달하는 1쌍의 선회제어 파이롯신호라인(L1,L2)에는 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)을 검출하는 셔틀밸브(26)가 연결설치되고, 이 셔틀밸브(26)에는 압력센서(S2)가 연결되어 있다.

따라서 작업자가 리모트컨트롤밸브(24)의 조작레버를 조작함에 따라 리모트컨트롤밸브(24)는 파이롯펌프(3)의 압유를 감압하여 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)을 발생시키고, 이 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)은 선회제어 파이롯신호라인을 따라 선회제어스풀(11)의 어느 한쪽 수압부에 전달되고 이와 동시에 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)은 셔틀밸브(26)에서 검출되어 압력센서(S2)에서 해당 전기적 신호로 변환되어 컨트롤러(22)에 입력된다.

상기 컨트롤러(22)는 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율을 연산하고, 이 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율과 기준 설정값을 비교하여 그 차이값에 대응하는 제어신호를 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 출력한다.

이 경우 컨트롤러(22)는 선회작동초기에 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율이 기준 설정값보다 큰 경우(예컨대, 작업자가 리모트컨트롤밸브의 조작레버를 급조작하여 급선회하는 경우나 선회동작중 조작레버를 중립위치로 급속복귀시키는 경우), 상기 선회작동압력 제어밸브(20)가 최대 선회작동압력을 낮추도록 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 제어신호를 인가하게 되고, 이에 따라 선회모터(15)를 작동시키는 선회작동압력은 도 4에 도시된 바와 같이 선회초기에 서서히 가변되게 되므로 선회동작이 부드럽게 이루어지게 된다.

한편, 본 발명은 작업모드를 통상의 작업모드(N)와 미세작업모드(P)로 구별하여 선택하는 작업모드 선택수단(23)을 구비하고, 상기 작업모드 선택수단(23)에서 선택된 작업모드에 대한 신호가 컨트롤러(22)에 입력되고, 컨트롤러(22)는 상기 작업모드 선택수단(23)에서 제공하는 작업모드 신호에 따라 상기 선회작동압력 제어밸브(20)의 최고압력을 가변시키도록 제어신호를 출력한다.

예컨대 상기 작업모드 선택수단(23)에서 통상의 작업모드(N)를 선택하게 되는 경우에 컨트롤러(22)는 상기 작업모드 선택수단(23)으로부터 통상의 작업모드(N)에 대한 신호를 인가받아서 상기 선회작동압력 제어밸브(20)의 최고압력을 상기 릴리프밸브(21)의 릴리프압력보다 높게 설정하여 선회작동압력이 릴리프밸브(21)의 릴리프압력에 의해 제어되게 하고, 반대로 미세작업모드(P)를 선택하는 경우에는 컨트롤러(22)는 상기 선회작동압력 제어밸브(20)의 최고압력이 릴리프밸브(21)의 릴리프압력보다 낮게 설정하여 선회작동압력이 낮은 압력으로 제어되게 함으로써 미세작업을 가능하게 한다.

한편, 본 발명에 따른 선회제어방법은 리모트컨트롤밸브에서 발생하는 선회제어 신호압력을 검출하는 단계와, 상기 선회제어 신호압력의 순간 변화율을 연산하는 단계와, 상기 선회제어 신호압력의 순간변화율과 기준 설정값을 비교하여 그 차이값에 대응하는 제어신호를 출력하는 단계 및 상기 제어신호에 따라 선회모터의 작동압력을 가변제어하는 단계로 이루어진다.

상기 선회모터 작동압력은 메인유압펌프(1)에서 선회모터(15)로 공급되는 선회작동압력의 릴리프압력을 가변시킴으로써 제어한다.

또한 본 발명의 선회제어방법은 작업모드를 구분하고 구분된 작업모드중 선택된 하나의 작업모드에 대응하여 선회작동압력의 최대압력을 릴리프압력보다 높게 또는 낮게 가변설정함으로써 작업모드별로 선회작동을 제어할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 선회작동압력과 선회제어 신호압력의 변화에 따라 선회작동압력을 가변시키게 되므로 작업자가 선회조작레버를 급조작하더라도 선회동작이 부드럽게 이루어져 안정된 선회동작을 수행하고 시스템의 효율을 향상시키며 선회동작을 미세하게 제어할 수 있다.

도 1은 종래 건설중장비의 선회제어장치에 대한 개략적인 유압회로도,

도 2a는 종래 건설중장비에서 리모트컨트롤밸브의 제어압력선도,

도 2b는 종래 건설중장비의 선회모터 작동압력 선도,

도 3은 본 발명에 따른 건설중장비의 선회제어장치에 대한 개략적인 유압회로도,

도 4는 본 발명에 따른 건설중장비의 선회모터 작동압력 선도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 메인유압펌프 2: 유량제어기구

3: 파이롯펌프 5: 유압공급라인

7: 유압라인 9: 컨트롤밸브

11: 선회제어스풀 13: 붐제어스풀

15: 선회모터 17: 붐실린더

19a,19b: 선회작동라인 20: 선회작동압력 제어밸브

21: 릴리프밸브 22: 컨트롤러

23: 작업모드 선택수단 24: 리모트컨트롤밸브

26: 셔틀밸브

T: 탱크 S1,S2: 압력센서

Pi1,Pi2: 선회작동 신호압력 Pi3,Pi4: 붐제어 신호압력

L1,L2: 선회제어 파이롯신호라인 L3,L4: 붐제어 파이롯신호라인

N: 통상의 작업모드 P: 미세작업모드

Claims (8)

1. 가변용량형 메인유압펌프(1)와, 파이롯펌프(3)와, 상기 메인유압펌프(1)에서 토출되는 압유의 흐름방향을 제어하여 선회모터(15)로 공급하는 선회제어스풀(11)과, 상기 메인유압펌프(1)의 압유의 흐름방향을 제어하여 액츄에이터로 공급하는 복수개의 액츄에이터 제어스풀(7,13)을 구비한 컨트롤밸브(9)와, 상기 파이롯펌프(3)의 압유를 감압시켜 상기 컨트롤밸브(9)의 제어스풀(7,13)들을 각각 제어하는 신호압력(Pi1-Pi4)을 생성하는 리모트컨트롤밸브(24) 및

   상기 컨트롤밸브(9)의 선회제어스풀(11)과 선회모터(15)를 연결하는 1쌍의 선회작동라인(19a,19b)에 구비되어 상기 메인유압펌프(1)에서 선회모터(15)로 제공되는 선회작동압력이 일정한 압력을 초과하지 않도록 제어하는 릴리프밸브(21)를 포함한 굴삭기의 선회제어장치에 있어서,

   상기 리모트컨트롤밸브(24)에서 출력되는 선회작동신호를 검출하는 선회작동신호 검출수단과,

   상기 메인유압펌프(1)에서 상기 선회모터(15)로 공급되는 선회작동유압의 압력을 검출하는 선회작동압력 검출수단과,

   상기 선회모터(15)의 최대작동압력을 가변제어하는 선회작동압력 제어밸브(20)와,

   상기 선회작동 신호압력 검출수단에서 검출한 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)을 입력하여 순간 변화율을 연산하고, 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율에 따라 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 제어신호를 출력하는 컨트롤러(22)를 포함한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
2. 제1항에 있어서, 작업모드를 통상의 작업모드(N)와 미세작업모드(P)로 구별하여 선택하는 작업모드 선택수단(23)이 구비되고, 상기 작업모드 선택수단(23)에서 선택된 작업모드에 대한 신호는 컨트롤러(22)에 입력되며, 상기 컨트롤러(22)는 상기 작업모드 선택수단(23)에서 제공하는 작업모드 신호에 따라 상기 선회작동압력 제어밸브(20)의 최고압력을 가변시키도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설중장비의 선회제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 선회작동신호 검출수단은 상기 리모트컨트롤밸브(24)와 선회제어스풀(11)의 양쪽 수압부에 각각 연결된 선회제어 파이롯신호라인(L1,L2) 사이에 연결설치된 셔틀밸브(26)와, 상기 셔틀밸브(26)에서 검출한 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)에 따라 전기적 신호를 출력하여 상기 컨트롤러(22)에 제공하는 압력센서(S2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 선회작동압력 검출수단은 상기 메인유압펌프(1)에서 선회제어스풀(11)을 거쳐 선회모터(15)에 공급되는 압유의 압력에 따라 전기적 신호를 출력하는 압력센서(S1)인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(22)는 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율과 기준 설정값을 비교하여 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율이 기준 설정값보다 큰 경우에는 상기 선회모터(15)의 작동압력을 감소시키도록 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 제어신호를 출력하고 반대로 상기 선회작동 신호압력(Pi1,Pi2)의 순간변화율이 기준 설정값보다 작은 경우에는 상기 선회모터(15)의 작동압력을 증가시키도록 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(22)는 상기 선회작동압력 검출수단에서 검출한 선회작동압력이 기준 설정값에 도달하면 상기 선회작동압력의 최대압력이 감소하도록 상기 선회작동압력 제어밸브(20)에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회제어장치.
7. 건설중장비의 리모트컨트롤밸브에서 발생하는 선회제어 신호압력을 검출하는 단계;

   상기 선회제어 신호압력의 순간 변화율을 연산하는 단계;

   상기 선회제어 신호압력의 순간변화율과 기준 설정값을 비교하여 그 차이값에 대응하는 제어신호를 출력하는 단계;

   상기 제어신호에 따라 선회모터의 작동압력을 가변제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설중장비의 선회제어방법.
8. 제7항에 있어서, 작업모드를 통상의 작업모드(N)와 미세작업모드(P)로 구별하여 선택하는 단계를 포함하고,

   상기 작업모드를 미세작업모드(P)로 선택하는 경우 선회작동압력을 릴리프압력보다 낮은 압력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 건설중장비의 선회제어방법.