KR20090059188A

KR20090059188A - 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로

Info

Publication number: KR20090059188A
Application number: KR1020070125898A
Authority: KR
Inventors: 방상호
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-11
Also published as: KR101301234B1

Abstract

개시된 내용은, 작업모드 선택에 따른 엔진 회전수를 제어시 유압펌프의 토출 유량이 감소되는 경우에도 파일럿 신호압력의 증가없이 유압실린더를 구동시킴에 따라 유압펌프의 토출 유량 증가로 인한 에너지 손실을 방지하고, 유압실린더의 작동 제어구간을 엔진 회전수의 제어 전(前) 단계와 동일하게 확보되도록 하여 작업장치 조작성을 향상시킬 수 있도록 한 것으로,

본 발명의 실시예에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로는,

엔진에 연결되는 유압펌프 및 파일럿 펌프와,

유압펌프에 연결되는 유압실린더와,

유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되고, 외부로부터 공급되는 파일럿 신호압력에 의해 절환시 유압실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스풀과,

유압펌프의 유로 하류측에 설치되고, 외부로부터 입력되는 제어신호에 대응되게 개구량이 조절되는 센터바이패스 밸브와,

파일럿 펌프와 센터바이패스 밸브사이의 유로에 설치되고, 사용자에 의해 스위치를 조작시 전기적 신호의 인가에 따라 절환되어 센터바이패스 밸브에 제어신호를 공급하는 제어밸브를 포함하여,

엔진 회전수의 제어에 의해 유압펌프의 토출유량이 감소되는 경우, 유압펌프의 감소되는 토출유량에 비례하여 센터바이패스 밸브의 개구량을 감소시켜 스풀에 공급되는 파일럿 신호압력을 증가시키지 않고 유압실린더의 작동을 위한 압력을 보상할 수 있다.

굴삭기, 엔진 회전수, 스풀, 유압실린더, 압력 보상 유압회로

Description

굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로{pressure compensation hydraulic circuit of control engine revolution of excavator}

본 발명은 운전자에 의한 작업모드 선택에 따른 엔진 회전수(rpm) 제어로 인해 유압펌프의 토출 유량(Q)이 감소되는 경우에 컨트롤밸브(스풀을 말함) 제어용 파일럿 신호압력을 증가시키지않고 유압실린더를 구동시킬 수 있도록 한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 모드(H(중 굴삭작업), G(일반 굴삭작업), F(미세작업)) 선택에 따른 엔진 회전수를 제어시 유압펌프의 토출 유량이 감소되는 경우에도 파일럿 신호압력의 증가없이 유압실린더를 구동시킬 수 있고, 유압실린더의 작동 제어구간을 엔진 회전수의 제어 전(前) 단계와 동일하게 확보할 수 있도록 한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기는 인양작업, 지면 고르기 작업 등의 적은 힘을 요하는 경 부하에서 굴삭 및 적입작업 등의 큰 힘을 요하는 중 부하까지 다양한 작업이 가능하도록 작업조건을 설정할 수 있다. 이때 작업조건에 따라 굴삭기는 엔진과 펌프 의 출력을 설정하기 위한 장치가 마련된다. 즉 엔진과 펌프의 출력을 설정하기 위한 장치는 복수의 선택스위치 중에서 작업에 적합한 모드 스위치를 선택하면, 각 모드에 따라 미리 설정되어 저장된 제어맵에 의해 제어되도록 하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로는,

엔진(미도시됨)에 연결되는 유압펌프(1)와,

유압펌프(1)에 연결되어 붐 등의 작업장치를 구동시키는 유압실린더(5)와,

유압펌프(1)와 유압실린더(5)사이의 유로에 설치되고, 외부로부터 공급되는 파일럿 신호압력(pilot pressure)에 의해 절환시 유압실린더(5)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 컨트롤밸브(2)(도 1의 도면상에서 스풀(3) 및 센터바이패스 밸브(4)로 이루어짐)를 포함한다.

도 2는 종래의 기술에 의해 엔진 정격 회전시와 엔진 회전수를 제어할 경우에 유압펌프의 토출유량을 각각 나타내는 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 운전자에 의한 작업모드 선택에 따라 엔진 회전수를 제어할 경우 유압펌프로부터 토출되는 유량(도 2에 실선으로 표기됨)은, 엔진 정격 회전시의 토출유량(도 2에 점선으로 표기됨)에서 엔진 회전수의 감소된 만큼 비례하여 감소하게 된다.

Q ∝ f(Area √△P).....관계식 1

(Q는 유압펌프의 토출유량이고, △P는 유압펌프와 유압실린더사이의 압력차이며, Area는 스풀의 중립시 개구면적(An)을 나타낸다)

도 1 및 관계식 1로부터,

엔진 회전수를 제어시 유압실린더(5)를 작동시키기 위한 유압펌프(1)의 형성 압력은, 유압펌프(1)에서 요구되는 압력(Ppump) 대비 유압펌프(1)의 토출유량 감소분의 제곱에 비례하여 감소되는 것을 확인할 수 있다.

이로 인해 유압실린더(5)를 작동시키기 위한 파일럿 신호압력(Pstart)은 유압펌프(1)의 토출유량 감소분 만큼 스풀(3)의 개구면적(An)을 줄이기 위해 증가하게 된다. 따라서 유압실린더(5)의 작동 제어구간(Pstart;유압실린더가 초기에 움직일 수 있도록 요구되는 파일럿 신호압력을 말함 ∼ Pmax;유압실린더가 풀상태로 움직일 경우 요구되는 파일럿 신호압력을 말함)이 줄어들어 작업장치를 조작하는 조작레버의 조작성이 떨어지는 문제점을 갖는다.

도 3은 종래의 다른 기술에 의해 엔진 정격 회전시와 엔진 회전수를 제어할 경우에 유압펌프의 토출유량을 각각 나타내는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 운전자에 의한 작업모드 선택에 따라 엔진 회전수를 제어할 경우 유압펌프로부터 토출되는 유량(도 3에 실선으로 표기됨)을 유압실린더를 작동시키기 위하여 요구되는 파일럿 신호압력(Pstart)보다 앞선 파일럿 신호압력(P1)에서 엔진 정격 회전시의 유압펌프의 토출유량(도 3에 점선으로 표기됨)과 동일하게 보상해줌에 따라, 유압실린더를 작동시키기 위한 파일럿 신호압력의 증가되는 것을 방지할 수 있다.

이와 반면에, 엔진 회전수를 제어시 유압실린더의 작동에 요구되는 압력을 형성하기 위한 유압펌프의 토출유량이, 도 2에 도시된 종래 기술의 엔진 회전수를 제어시 발생되는 유압펌프의 토출유량보다 상대적으로 증가(도 4에 빗금친 부위만큼 증가됨)되므로 이와 대응되게 에너지가 손실되는 문제점을 갖는다.

본 발명의 실시예는, 작업모드 선택에 따른 엔진 회전수를 제어시 유압펌프의 토출 유량이 감소되는 경우에도 파일럿 신호압력의 증가없이 유압실린더를 구동시킴에 따라 유압펌프의 토출 유량 증가로 인한 에너지 손실을 방지하고, 유압실린더의 작동 제어구간을 엔진 회전수의 제어 전(前) 단계와 동일하게 확보되도록 하여 작업장치 조작성을 향상시킬 수 있도록 한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로와 관련된다.

엔진에 연결되는 유압펌프 및 파일럿 펌프와,

유압펌프에 연결되는 유압실린더와,

파일럿 펌프와 센터바이패스 밸브사이의 유로에 설치되고, 사용자에 의해 스위치를 조작시 전기적 신호의 인가에 따라 절환되어 센터바이패스 밸브에 제어신호 를 공급하는 제어밸브를 포함하여,

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 제어밸브는

스위치를 조작시 인가되는 전기적인 신호에 의해 절환되어 파일럿 펌프로부터의 파일럿 신호압력을 센터바이패스 밸브에 공급하는 비례제어밸브가 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로는 아래와 같은 이점을 갖는다.

작업모드 선택에 따른 엔진 회전수를 제어시 유압펌프의 토출 유량이 감소되는 경우에도 파일럿 신호압력을 증가시키지 않고 유압실린더를 구동시킴에 따라 유압펌프의 토출 유량 증가로 인한 에너지 손실을 방지하고, 유압실린더의 작동 제어구간을 엔진 회전수의 제어 전(前) 단계와 동일하게 확보하여 작업장치 조작성을 향상시킴에 따라 운전자에게 편리성 및 신뢰성을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로는,

엔진(미도시됨)에 연결되는 유압펌프(1) 및 파일럿 펌프(7)와,

유압펌프(1)와 유압실린더(5)사이의 유로에 설치되고, 외부로부터 공급되는 파일럿 신호압력(pilot pressure)에 의해 절환시 유압실린더(5)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스풀(3)과,

유압펌프(1)의 유로 하류측에 설치되고, 외부로부터 공급되는 파일럿 신호압력에 대응되게 개구량이 조절되는 센터바이패스 밸브(4)와,

파일럿 펌프(7)와 센터바이패스 밸브(4)사이의 유로에 설치되고, 사용자가 스위치(8)를 조작시 전기적 신호의 인가에 따라 절환되어 센터바이패스 밸브(4)에 제어용 파일럿 신호압력을 공급하는 제어밸브(6)를 포함하여,

엔진 회전수의 제어에 의해 유압펌프(1)의 토출유량이 감소되는 경우, 유압펌프(1)의 감소되는 토출유량에 비례하여 센터바이패스 밸브(4)의 개구량(개구면적을 말함)을 감소시켜(축소됨을 말함) 스풀(3)에 공급되는 파일럿 신호압력을 증가 시키지 않고 유압실린더(5)의 작동을 위한 압력을 보상할 수 있다.

이때, 전술한 제어밸브(6)는

사용자가 스위치(8)를 조작시 인가되는 전기적인 신호에 의해 절환되어 파일럿 펌프(7)로부터의 파일럿 신호압력을 센터바이패스 밸브(4)에 공급하는 비례제어밸브가 사용될 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 사용자가 작업모드 선택에 따라 엔진 회전수를 제어시, 유압펌프(1)로부터 토출되는 유량(도 2에 실선으로 표기됨)은, 엔진 정격 회전시의 토출유량(도 2에 점선으로 표기됨)에서 엔진 회전수의 감소된 만큼 비례하여 감소하게 된다.

이때, 엔진 회전수의 감소에 따라 유압펌프(1)로부터 토출유량이 감소되는 경우, 센터바이패스 밸브(4)의 개구면적(Anc)을 감소시킴에 따라 유압실린더(5)의 작동을 위해 스풀(3)에 공급되는 파일럿 신호압력을 증가시키지 않고 유압실린더(5)를 작동시킬 수 있다. 전술한 스풀(3)에 공급되는 파일럿 신호압력은 엔진 회전수를 제어하는 전(前) 단계의 파일럿 신호압력과 동일한 압력을 유지한다.

즉 사용자가 스위치(8)를 조작시 인가되는 전기적인 신호에 의해 제어밸브(6)를 절환시킨다. 파일럿 펌프(7)로부터의 파일럿 신호압력은 제어밸브(6)를 통 과하여 센터바이패스 밸브(4)에 공급되어 개구면적(Anc)을 줄여준다.

전술한 센터바이패스 밸브(4)의 개구면적(Anc)의 축소는, 엔진 회전수의 제어에 따라 감소되는 유압펌프(1)의 토출유량에 비례하여 감소된다.

따라서, 작업모드 선택에 따라 엔진 회전수의 감속에 의해 유압펌프(1)로부터 토출되는 유량이 감소되는 경우에, 유압실린더(5)에 공급되는 작동유를 제어하는 스풀(3)에 공급되는 파일럿 신호압력을 증가시키지않고 유압실린더(5)를 작동시키기 위해 요구되는 압력을 형성할 수 있다.

이로 인해, 유압펌프(1)의 토출유량 증가로 인한 에너지의 불필요한 손실을 방지하고, 유압실린더(5)의 작동 제어구간(Pstart ∼ Pmax))을 엔진 회전수 제어 전(前) 단계와 동일하게 확보할 수 있어 작업장치의 조작성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로도,

도 2는 종래 기술에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상을 설명하기 위한 그래프,

도 3은 종래 기술에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상을 설명하기 위한 다른 그래프,

도 4는 도 3에 도시된 종래 기술에 의해 압력을 보상하는 경우 유량 증가로 인해 발생되는 에너지 손실을 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상을 설명하기 위한 유압회로도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 유압펌프

2; 컨트롤밸브

3; 스풀

4; 센터바이패스 밸브

5; 유압실린더

6; 제어밸브

7; 파일럿 펌프

8; 스위치

Claims

엔진에 연결되는 유압펌프 및 파일럿 펌프;

상기 유압펌프에 연결되는 유압실린더;

상기 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되고, 외부로부터 공급되는 파일럿 신호압력에 의해 절환시 유압실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스풀;

상기 유압펌프의 유로 하류측에 설치되고, 외부로부터 입력되는 제어신호에 대응되게 개구량이 조절되는 센터바이패스 밸브; 및

상기 파일럿 펌프와 센터바이패스 밸브사이의 유로에 설치되고, 사용자에 의해 스위치를 조작시 전기적 신호의 인가에 따라 절환되어 상기 센터바이패스 밸브에 제어신호를 공급하는 제어밸브를 포함하여,

엔진 회전수의 제어에 의해 유압펌프의 토출유량이 감소되는 경우, 상기 유압펌프의 감소되는 토출유량에 비례하여 상기 센터바이패스 밸브의 개구량을 감소시켜 상기 스풀에 공급되는 파일럿 신호압력을 증가시키지 않고 상기 유압실린더의 작동을 위한 압력을 보상할 수 있는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로.
청구항 1에 있어서, 상기 제어밸브는

상기 스위치를 조작시 인가되는 전기적인 신호에 의해 절환되어 상기 파일럿 펌프로부터의 파일럿 신호압력을 상기 센터바이패스 밸브에 공급하는 비례제어밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 엔진 회전수의 제어에 따른 압력 보상 유압회로.