KR20100073496A - 건설기계의 유압펌프 유량제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 유압펌프 유량제어장치는, 릴리프 밸브에 마련되어 릴리프 밸브의 허용 압력을 조절하는 수압부와, 적어도 하나의 보조 펌프와 유압 라인에 의해 연결되어 있으며, 제어부로부터 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 나타내는 신호를 받아 유압 라인의 작동유를 릴리프 밸브의 수압부에 전달하거나 차단하여 릴리프 밸브의 허용 압력을 조절하도록 작동하는 솔레노이드 밸브를 더 포함하여, 중립 상태의 압력을 낮게 유지할 수 있다.
펌프, 센터바이패스 라인, 오리피스, 릴리프 밸브, 솔레노이드 밸브

Description

건설기계의 유압펌프 유량제어장치{HYDRAULIC PUMP CONTROL APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 굴삭기 등과 같이 유압을 작업장치의 구동원으로 이용하는 건설기계에 있어서 중립 상태의 압력을 낮게 유지하기 위한 유압펌프 유량제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 건설기계는 주행이나 각종 작업장치를 구동시키기 위한 복수의 액츄에이터를 구비하며, 상기 복수의 액츄에이터는 엔진 또는 전기모터에 의해 구동되는 가변 용량형 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.
한편, 상기 엔진의 출력과 상기 가변용량형 유압펌프로부터 토출되는 작동유의 유량은 작업 부하에 따라 제어되어 동력 손실을 줄이고 있다. 이와 같은 유압펌프의 유량을 제어하는 유압펌프 유량제어장치의 일 예가 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 건설기계는 엔진(E)에 직결되어 구동되는 2개의 메인 펌프(P1)(P2)와 하나의 보조 펌프(P3)를 구비한다. 상기 메인 펌프(P1)(P2)는 사판(2a)(2b)의 각도에 따라 토출되는 유량이 가변하는 가변용량형 펌프가 이용된다. 이러한 메인 펌프(P1)(P2)는 레귤레이터(Regulator)(1a)(1b)에 의해 그 사판(2a)(2b)의 각도가 조절되어 토출 유량이 조절된다. 보다 구체적으로, 상기 레귤레이터(1a)(1b)에 입력되는 신호압에 의해 사판 제어밸브(4a)(4b)가 변환되고 이에 의해 서보 피스톤(3a)(3b)이 신축 구동된다. 그러면, 상기 서보 피스톤(3a)(3b)의 구동에 연동되어 사판(2a)(2b)이 경사 운동을 하고, 이에 의해 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량이 조절된다.
상기 레귤레이터(1a)(1b)에 인가되는 신호압 중 하나는 복수의 컨트롤 밸브(9a ~ 9i)를 통과하는 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 압력으로 구성된다. 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)은 드레인 탱크(T)와 연결되며, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)에는 오리피스(6a)(6b)와 릴리프 밸브(7a)(7b)가 상호 병렬 연결된다.
전술한 바와 같은 유압펌프 유량제어장치의 작동 과정을 살펴보면, 우선, 엔진(E)의 시동이 켜지면 메인 펌프(P1)(P2) 및 보조 펌프(P3)가 구동되어 각 펌프(P1)(P2)(P3)로부터 작동유가 토출된다. 이때, 레귤레이터(1a)(1b)에 가해지는 압력이 없기 때문에 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량은 최대가 된다.
이와 같은 상황에서, 조이스틱과 같은 조작부가 조작되지 않으면, 각 메인 펌프(P1)(P2)로부터 토출되는 작동유는 센터바이패스 라인(5a)(5b)을 통해 드레인 탱크(T)로 드레인된다. 이때, 센터바이패스 라인(5a)(5b)을 통해 유동하는 작동유는 오리피스(6a)(6b)에 의해 탱크(T)로 드레인되는 작동유의 유량이 제한되어 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력까지 그 압력이 상승하게 된다. 그러면, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)로부터 분기된 신호라인(8a)(8b)의 압력이 상승하게 되고, 상 승된 압력은 레귤레이터(1a)(1b)의 파일럿 피스톤(10a)(10b)으로 전달되어 사판 제어밸브(4a)(4b)를 변환시키게 된다. 이에 의해 서보 피스톤(3a)(3b)의 대경실에 작동유가 공급되어 사판(2a)(2b)은 그 경사각이 감소하는 방향으로 경사운동하고, 이에 의해 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량은 감소하게 된다. 즉, 작업 장치 및 주행장치가 구동되지 않는 경우, 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 유량 증가에 의해 작동유 압력이 상승하고, 메인 펌프(P1)(P2)는 토출 유량이 감소되는 방향으로 제어되며, 이러한 제어를 수행하는 시스템을 네가콘 시스템이라 한다.
한편, 조작에 의해 복수의 컨트롤 밸브(9a ~ 9i) 중 적어도 어느 하나가 절환되게 되면, 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 작동유의 유량은 감소하게 되고, 이에 의해 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 작동유 압력은 감소하게 된다. 이와 같이 감소한 압력은 신호라인(8a)(8b)을 통해 파일럿 피스톤(10a)(10b)으로 전달되어 사판 제어밸브(4a)(4b)를 전술한 방향과 반대방향으로 변환시킨다. 이에 의해 서보 피스톤(3a)(3b)의 대경실의 작동유는 드레인되고 이에 의해 사판(2a)(2b)의 경사 각도는 커져서 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량이 증가하게 된다.
전술한 바와 같은 유압펌프 유량제어장치에 의하면, 작업 장치나 주행 장치가 구동되지 않은 경우에도 센터바이패스 라인(5a)(5b)이 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력에 도달될 수 있게 메인 펌프(P1)(P2)는 일정한 유량을 토출해야 한다. 즉, 복수의 컨트롤 밸브(9a ~ 9i)가 모두 중립 상태에 있는 경우에도 메인 펌프(P1)(P2)는 일정한 유량을 공급할 수 있도록 구동되어야 하고, 이는 엔진의 동력 손실을 초래하게 된다.
특히 건설기계의 경우 일반적으로 작업 비율이 70% 정도이고, 30% 정도는 작업중 트럭을 기다리거나 하면서 시동을 걸어놓고 중립 상태로 대기하는 경우가 많다. 이때의 동력 손실도 무시할 수 없는데, 종래의 네가콘 시스템을 사용하는 경우 중립시, 즉 작업이나 주행이 없는 경우에 펌프의 토출 유량이 적더라도 네거티브 콘트롤 압력이 예컨대 약 35 ~ 40 bar 까지 올라가게 되므로 연비가 좋지 않다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 지나치게 높은 중립 상태의 압력을 유압 회로의 간단한 수정 및 전자제어만으로 낮출 수 있는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 유압펌프 유량제어장치는, 적어도 하나의 메인 펌프와, 적어도 하나의 보조 펌프와, 상기 메인 펌프로부터 토출되는 작동유의 흐름 방향을 제어하여 작업장치에 선택적으로 공급하는 복수의 컨트롤밸브와, 작업장치에 공급되지 않고 상기 복수의 컨트롤밸브를 통과한 작동유를 드레인 탱크로 드레인시키는 센터바이패스 라인과, 상기 센터바이패스 라인과 상기 드레인 탱크 사이에 상호 병렬로 연결된 유량제한용 오리피스 및 릴리프 밸브와, 상기 메인 펌프의 유량을 제어하기 위한 레귤레이터에 신호압을 인가할 수 있도록 상기 센터바이패스 라인으로부터 인출된 네가콘 신호라인을 포함하고, 상기 릴리프 밸브에 마련되어 릴리프 밸브의 허용 압력을 조절하는 수압부와, 상기 적어도 하나의 보조 펌프와 유압 라인에 의해 연결되어 있으며, 제어부로부터 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 나타내는 신호를 받아 상기 유압 라인의 작동유를 상기 릴리프 밸브의 상기 수압부에 전달하거나 차단하여 상기 릴리프 밸브의 허용 압력을 조절하도록 작동하는 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제어부로부터 건설기계가 중립 상태라는 신호를 받은 경우, 상기 유압 라인의 작동유가 상기 릴리프 밸브의 수압부에 전달되지 않도록 차단하고 상기 릴리프 밸브의 수압부가 드레인 탱크에 연결되도록 하여 상기 릴리프 밸브의 허용 압력을 낮게 유지하도록 상기 솔레노이드 밸브가 작동하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제어부로부터 건설기계가 중립 상태가 아니라는 신호를 받은 경우, 상기 유압 라인의 작동유가 상기 릴리프 밸브의 수압부에 전달되도록 하여 상기 릴리프 밸브의 허용 압력을 상승시키도록 상기 솔레노이드 밸브가 작동하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 조작부가 조작되지 않아 작업 장치나 주행 장치가 구동되지 않는 중립 상태의 경우 릴리프 밸브의 허용 압력을 낮게 유지함으로써, 중립 상태의 압력을 낮게 예컨대 20 bar 미만으로 유지할 수 있으므로, 동력 손실을 최소화할 수 있게 되고 건설기계의 연비가 향상된다.
반면, 중립 상태가 아닌 경우에는, 릴리프 밸브의 허용 압력이 약 35 ~ 40 bar 정도로 상승되게 되므로, 종전과 동일한 제어가 가능해진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압 펌프 유량제어장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 유량제어장치의 유압 회로도가 도시되어 있다. 도시된 유압 회로도는 엔진(E)에 의해 구동되는 한 쌍의 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량을 제어하기 위한 것으로서, 특히 붐, 아암, 버켓 등의 작업 장치나 주행 장치가 구동되지 않는 경우에 메인 펌프(P1)(P2)로부터 토출되는 작동유의 압력 손실을 줄여 동력 손실을 최소화시킬 수 있는 있도록 고안된 것이다.
굴삭기와 같은 건설기계는 일반적으로 한 쌍의 메인 펌프(P1)(P2)와, 파일럿 펌프인 보조 펌프(P3)와, 조이스틱과 같은 조작부로부터 인가되는 신호에 따라 상기 메인 펌프(P1)(P2)로부터 토출되는 작동유의 흐름 방향을 제어하여 작업 장치 및 주행 장치에 공급하는 복수의 컨트롤밸브(9a ~ 9i)와, 상기 작업 장치 및 주행 장치로부터 전달되는 부하에 따라 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량을 조절하는 유압펌프 유량제어장치를 포함한다.
이러한 복수의 컨트롤밸브(9a ~ 9i)는 각 조작부로부터 전달되는 신호압이 각 컨트롤밸브(9a ~ 9i)의 수압부에 전달되어 변환되며, 이와 같이 변환된 컨트롤밸브(9a ~ 9i)는 유로를 변경하여 메인 펌프(P1)(P2)로부터 토출되는 작동유의 흐름 방향을 제어하게 된다.
이와 같은 복수의 컨트롤밸브(9a ~ 9i)에는 작업 장치에 공급되지 않는 작동유를 드레인 탱크(T)로 드레인시키기 위한 센터바이패스 라인(5a)(5b)이 마련된다. 여기서, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)과 드레인 탱크(T)의 사이에는 드레인 탱 크(T)로 드레인되는 작동유의 유량을 제한하기 위한 유량제한용 오리피스(6a)(6b)가 설치되고, 상기 유량제한용 오리피스(6a)(6b)와 병렬로 릴리프 밸브(7a)(7b)가 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)을 따라 유동하는 작동유는 유량제한용 오리피스(6a)(6b)에 의해 드레인 탱크(T)로 드레인되는 유량이 제한되고, 이와 같이 제한된 유량은 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 압력을 상승시키게 된다. 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 압력 상승은 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력에 도달할 때까지 계속되며, 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 초과하는 순간 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)가 개방되어 작동유는 드레인 탱크(T)로 드레인되게 된다. 따라서, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 최대 압력은 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력이 된다.
한편, 상기 메인 펌프(P1)(P2) 각각에는 레귤레이터(1a)(1b)가 마련되며, 상기 레귤레이터(1a)(1b)는 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)으로부터 인출된 신호에 따라 상기 메인 펌프(P1)(P2)의 사판(2a)(2b) 경사각을 조절하여 메인 펌프(P1)(P2)의 토출 유량을 조절하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 레귤레이터(1a)(1b)는 파일럿 피스톤(10a)(10b)과, 상기 파일럿 피스톤(10a)(10b)의 구동에 의해 변환되는 사판 제어밸브(4a)(4b)와, 상기 사판 제어밸브(4a)(4b)의 변환에 따라 선택적으로 작동유가 유입되는 대경실을 구비하며 상기 사판(2a)(2b)에 연결된 서보 피스톤(3a)(3b)을 포함한다. 레귤레이터(1a)(1b)의 나머지 구성요소들은 본 실시예와는 관련이 없으므로 그 설명을 생략한다.
전술한 바와 같은 구성을 가지는 건설기계의 메인 펌프(P1)(P2) 토출 유량을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유압펌프 유량제어장치는, 릴리프 밸브(7a)(7b)에 마련되어 릴리프 압력을 조절하는 수압부(11a)(11b)와, 보조 펌프(P3)와 유압 라인(14)에 의해 연결되어 있는 솔레노이드 밸브(12a)(12b)를 포함한다. 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)는 유압 라인(14)의 작동유를 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 상기 수압부(11a)(11b)에 전달하거나 차단하여 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)는 신호라인(13a)(13b)을 통해 예컨대 EPOS 시스템과 같은 제어부(15)에 연결되어 있다. 건설기계에 있어서는 작업 장치를 작동시키면 Px 신호가 발생하고, 주행 장치를 작동시키면 Py 신호가 발생하게 된다. 상기 제어부(15)는 이와 같은 Px, Py 신호에 기초하여 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 나타내는 신호를 상기 신호라인(13a)(13b)을 통해 솔레노이드 밸브(12a)(12b)로 보낼 수 있도록 되어 있다.
이하 본 발명의 상기 실시예에 따른 동작을 상세히 설명한다.
먼저, 제어부(15)는 입력되는 Px, Py 신호에 기초하여 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 판별하고, 이에 기초하여 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 나타내는 신호를 상기 신호라인(13a)(13b)을 통해 솔레노이드 밸브(12a)(12b)에 인가하게 된다. 그러면 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 상기 신호에 따라 상기 유압 라인(14)의 작동유를 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 상기 수압부(11a)(11b)에 전달하거나 차단하여 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 릴리프 압력을 조절하게 된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 제어부(15)로부터 건설기계가 중립 상태라는 신 호를 받은 경우, 상기 유압 라인(14)의 작동유가 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되지 않도록 차단하고 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)가 드레인 탱크에 연결되도록 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 작동한다. 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 유압 라인(14)의 작동유가 전달되지 않으므로, 중립상태에서의 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력은 예컨대 20 bar 정도로 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 중립 상태에서의 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 압력 역시 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력 이하로 낮아지게 되므로 동력 손실을 줄이고 연비를 개선할 수 있다.
반면, 제어부(15)로부터 건설기계가 중립 상태가 아니라는 신호를 받은 경우, 상기 유압 라인(14)의 작동유가 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되도록 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 작동한다. 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 작동유가 전달되므로 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력은 예컨대 약 35 ~ 40 bar 정도로 상승된다. 따라서, 중립 상태가 아닌 경우 센터바이패스 라인(5a)(5b)의 압력 역시 약 35 ~ 40 bar 정도로 상승되게 되므로, 종전과 동일한 제어가 가능해진다.
상술한 실시예는, 건설기계가 중립 상태일 때 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 유압 라인(14)의 작동유가 전달되지 않고, 건설기계가 중립 상태가 아닐 때 유압 라인(14)의 작동유가 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되도록 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 작동하지만, 이와 다르게 구성하는 것도 가능하다. 예컨대, 건설기계가 중립 상태일 때 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압 부(11a)(11b)에 유압 라인(14)의 작동유가 전달되어 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 낮추도록 작용하고, 반대로 건설기계가 중립 상태가 아닐 때 유압 라인(14)의 작동유가 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되지 않도록 차단하여 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 낮추도록 솔레노이드 밸브(12a)(12b)와 릴리프 밸브(7a)(7b)를 설계하는 것도 가능하다.
이상 본 발명의 실시예를 상술하였다. 그렇지만, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 정하여지며, 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위가 당해 분야의 통상의 기술자의 입장에서 충분히 이해가능한 균등한 기술범위까지 미치는 것은 당연하다.
도 1은 일반적인 건설기계의 유압펌프 유량제어장치를 설명하기 위한 유압 회로도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 유량제어장치를 개략적으로 나타낸 유압 회로도,

Claims (3)

  1. 적어도 하나의 메인 펌프(P1)(P2)와, 적어도 하나의 보조 펌프(P3)와, 상기 메인 펌프(P1)(P2)로부터 토출되는 작동유의 흐름 방향을 제어하여 작업장치에 선택적으로 공급하는 복수의 컨트롤밸브(9a ~ 9i)와, 작업장치에 공급되지 않고 상기 복수의 컨트롤밸브(9a ~ 9i)를 통과한 작동유를 드레인 탱크(T)로 드레인시키는 센터바이패스 라인(5a)(5b)과, 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)과 상기 드레인 탱크(T) 사이에 상호 병렬로 연결된 유량제한용 오리피스(6a)(6b) 및 릴리프 밸브(7a)(7b)와, 상기 메인 펌프(P1)(P2)의 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(1a)(1b)에 신호압을 인가할 수 있도록 상기 센터바이패스 라인(5a)(5b)으로부터 인출된 네가콘 신호라인(8a)(8b)을 포함하는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치에 있어서,
    상기 릴리프 밸브(7a)(7b)에 마련되어 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 조절하는 수압부(11a)(11b)와,
    상기 적어도 하나의 보조 펌프(P3)와 유압 라인(14)에 의해 연결되어 있으며, 제어부(15)로부터 건설기계가 중립 상태인지 아닌지를 나타내는 신호를 받아 상기 유압 라인(14)의 작동유를 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 상기 수압부(11a)(11b)에 전달하거나 차단하여 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 조절하도록 작동하는 솔레노이드 밸브(12a)(12b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제어부(15)로부터 건설기계가 중립 상태라는 신호를 받은 경우, 상기 유압 라인(14)의 작동유가 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되지 않도록 차단하고 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)가 드레인 탱크에 연결되도록 하여 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 낮게 유지하도록 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 작동하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제어부(15)로부터 건설기계가 중립 상태가 아니라는 신호를 받은 경우, 상기 유압 라인(14)의 작동유가 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 수압부(11a)(11b)에 전달되도록 하여 상기 릴리프 밸브(7a)(7b)의 허용 압력을 상승시키도록 상기 솔레노이드 밸브(12a)(12b)가 작동하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 유량제어장치.
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