KR20130087166A - 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템은, 모터 또는 발전기로 작동되는 전동기; 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 울트라 커패시터; 전동기로 구동되어 붐 액추에이터(100)에 작동유를 공급하는 유압펌프모터(120); 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)과 유입라인(122)을 붐 액추에이터(100)에 순방향 또는 역방향으로 연결하거나 차단하도록 제어하는 붐 제어밸브(125); 프런트 작업장치 또는 주행 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2유압펌프(141, 142); 제1 유압펌프(141)의 제1 병렬라인(173)을 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 보조밸브(144); 제2 유압펌프(142)의 제2 병렬라인(174)을 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 비상밸브(180); 및 전동기와 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)와 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)를 제어하는 제어부(160); 를 포함한다. 전자장치가 고장일 경우에 붐 액추에이터(100)는 제1 유압펌프(141)로부터 작동유를 공급받고, 붐 상승 속도를 가속하고자 할 때에 제2 유압펌프(142)로부터 작동유를 보충하여 받도록 하여 작업성을 향상시킬 수 있다.

Description

하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법{Boom Actuating System of Hybrid Excavator and Control Method}
본 발명은 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압펌프모터를 구동하여 붐을 승강 작동시키고, 붐의 회생동력을 전동기에 의해 회수하여 연비가 향상되도록 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 굴삭기는 붐을 승강 작동시키기 위한 유압펌프모터가 구비되고, 유압펌프모터의 한쪽에는 발전과 전동을 구현하는 전동기가 연결되며, 전동기의 다른 한쪽에는 발전된 전력을 충전하거나 전동기의 구동 전력을 제공하는 울트라 커패시터 등의 에너지 저장 장치를 포함하여 구성된다.
또한, 유압펌프모터로부터 토출되는 작동유는 붐 제어 밸브를 경유하여 붐에 제공되고, 붐 제어 밸브의 제어에 의해 붐이 상승, 정지 또는 하강된다.
상술한 바와 같은 하이브리드 굴삭기의 구성을 첨부도면 도 1을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.
붐 액추에이터(100)은 붐 제어 밸브(125)에 연결되고, 붐 제어 밸브(125)는 유압펌프모터(120)에 연결된다.
붐 제어 밸브(125)는 제1위치(126)에서는 붐 액추에이터(100)이 상승작용을 하도록 하고, 제2위치(127)에서는 붐 액추에이터(100)이 하강작용을 하도록 하며, 제3위치(128)는 중립위치로서 붐 액추에이터(100)의 승강이 멈추도록 하는 것이다.
상술한 유압펌프모터(120)는 유압펌프와 유압모터의 작용을 겸할 수 있다.
유압펌프모터(120)에는 토출라인(121)과 유입라인(122)이 연결된다. 또한, 토출라인(121)과 유입라인(122)의 다른 한쪽은 상술한 붐 제어 밸브(125)에 연결된다.
또한, 유입라인(122)의 한쪽에는 드레인 탱크로 연결되는 경로 상에 제1 제어밸브(151)가 연결된다. 제1 제어밸브(151)는 붐 액추에이터(100)의 하강에 의해 재생에너지를 회수할 때에 폐쇄 제어되고, 재생에너지를 회수하지 않거나 유압펌프모터(120)에 허용유량을 초과하는 경우에 개방 제어되어 작동유를 배출시키도록 한다.
또한, 토출라인(121)의 한쪽에는 드레인 탱크로 연결되는 경로 상에 제2 제어밸브(152)가 연결된다. 제2 제어밸브(152)는 붐이 상승 작용할 때에 폐쇄 제어되고, 붐 액추에이터(100)이 하강 작용할 때에 개방 제어되어 작동유를 배출시키도록 한다.
다른 한편으로 하이브리드 굴삭기에는 제1, 제2 유압펌프(141, 142)와 프런트 작업장치(버킷, 암 등)와 주행 액추에이터를 구동하도록 하는 유압장치가 구비된다.
제1 유압펌프(141)와 제2 유압펌프(142)에는 각각 제1, 제2 센터바이패스라인(171)(172)이 연결되고, 제1, 제2 센터바이패스라인(171)(172)의 한쪽에는 각각 제1, 제2 병렬라인(173)(174)이 연결된다.
또한, 제1, 제2 센터바이페스라인(171)(172)에는 상술한 프런트 작업장치와 주행 액추에이터 등에 작동유를 제공하도록 하는 액추에이터의 밸브 제어 유닛이 구비된다.
또한, 붐 제어 밸브(125)의 상류 쪽의 토출라인(121)에는 붐 보조 라인(145)이 연결되고, 붐 보조 라인(145)의 다른 한쪽은 붐 보조 밸브(144)에 연결된다.
붐 보조 밸브(144)는 제1 센터바이패스라인(171)과 제1 병렬라인(173)의 하류 쪽에 연결된다. 붐 보조 밸브(144)는 일반적인 상황에서 제1 센터바이패스라인(171)을 경유하는 작동유를 드레인 탱크 쪽으로 배출하도록 개방 제어되고, 제1 병렬라인(173)은 패쇄 제어된다.
한편, 붐 액추에이터(100)을 상승시킬 때에 유량이 부족할 경우에는 붐 보조 밸브(144)를 동작시켜 제1 센터바이패스라인(171)을 폐쇄하고, 제1 병렬라인(173)은 개방하여 제1유압펌프(141)로부터 토출되는 작동유를 상술한 토출라인(121)에 합류시킨다.
이로써 붐 상승에 필요한 유량을 확보하여 붐 상승속도를 증속시킬 수 있게 한다.
붐이 하강할 때에는 붐의 액추에이터에서 배출되는 작동유에 의해 유압펌프모터(120)가 유압모터의 기능을 수행하여 전동기를 구동시키고, 이로써 전동기는 발전기 기능을 수행하여 발전하게 된다.
이때 유압펌프모터(120)에서 수용할 수 있는 허용용량은 한계가 정해져 있고, 허용유량을 초과하는 경우에는 상술한 바와 같이, 제1 제어밸브(151)를 개방하여 잉여 유량을 배출한다.
그러나 상술한 하이브리드 굴삭기는 전자장치(전동기, 인버터, 커패시터 등)가 고장상태이거나 커패시터의 충전 상태가 최소 또는 최대일 때에 다음과 같은 문제점이 지적된다.
상술한 바와 같이, 전자장치에 문제가 발생하는 경우에는 유압펌프모터(120)의 구동이 불가능하므로 토출라인(121)과 유입라인(122)에는 작동유가 흐를 수 없음을 의미한다(X표시 참조).
또한, 붐 상승 동작 중에 커패시터에 충전된 전기에너지가 부족할 경우에는, 전동기를 모터로 구동시켜 유압펌프모터(120)가 유압펌프로서의 기능을 수행할 수 없는 문제가 있다.
또한, 종래의 하이브리드 굴삭기의 유압회로는 붐 상승할 때, 유압펌프모터(120)를 동작시키지 않고 붐 보조 밸브(144)만으로 붐을 상승 시킬 경우, 유량이 부족하여 어느 일정한 수준의 이상의 붐 상승 속도를 구현할 수 없는 문제점이 있다.
대한민국 공개 특허공보 제10-2011-0072723호(2011.06.29.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하이브리드 굴삭기에서 전자장치에 문제가 발생하더라도 붐의 승강작용 구현이 가능하도록 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 붐의 상승 동작을 구현함에 있어서 붐 상승 속도를 증속시킬 수 있도록 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템은, 모터 또는 발전기로 작동되는 전동기; 상기 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 울트라 커패시터; 상기 전동기로 구동되어 붐 액추에이터(100)에 작동유를 공급하는 유압펌프모터(120); 상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)과 유입라인(122)을 상기 붐 액추에이터(100)에 순방향 또는 역방향으로 연결하거나 차단하도록 제어하는 붐 제어밸브(125); 프런트 작업장치 또는 주행 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2유압펌프(141, 142); 상기 제1 유압펌프(141)의 제1 병렬라인(173)을 상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 보조밸브(144); 상기 제2 유압펌프(142)의 제2 병렬라인(174)을 상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 비상밸브(180); 및 상기 전동기와 상기 유압펌프모터(120)와 상기 붐 제어밸브(125)와 상기 붐 보조 밸브(144)와 상기 붐 비상 밸브(180)를 제어하는 제어부(160);를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180) 중에 어느 하나는 붐 상승 신호에 대응하는 요구 유량이 상기 유압펌프모터(120)의 공급유량을 초과하거나 상기 전동기(110)의 용량을 초과하는 경우, 상기 제1 유압펌프(141)에서 토출되는 작동유가 붐 액추에이터(100)에 공급되도록 개방 제어되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180) 중 적어도 하나는, 상기 유압펌프모터의 제어가 비정상상태에서 운전자에 의해 붐의 구동이 요청된 경우 개방되어 상기 붐 액츄에이터(100)로 작동유의 공급이 가능한 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180)는, 상기 붐 액추에이터(100)에서 필요한 작동유의 유량과 상기 유압펌프모터(120)로부터 공급되는 작동유의 유량 차이가 기 설정된 크기보다 큰 경우 모두 개방되어 상기 제1 및 제 2 유압펌프(141, 142)의 작동유를 상기 붐 액추에이터(100)로 공급하는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법은, 붐 상승 조작 신호를 검출하는 제1 검출 단계(S10); 상기 붐 상승 조작신호가 입력되면 제1 제어밸브(151)를 개방하는 제1 개방단계(S20); 전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장인지를 판단하는 제1 고장판단 단계(S30); 상기 제1고장판단 단계(S30)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최소인지를 판단하여 충전상태가 최소가 아닌 경우에 하기 제1 수행단계(S50)로 진행하고, 충전상태가 최소인 경우에 하기 기준치 판단단계(S60)로 진행하도록 하는 제1 충전판단 단계(S40); 상기 제1 충전판단 단계(S40)에서 충전상태가 최소가 아닌 경우에 상기 전동기는 모터 기능을 수행하는 제1 수행단계(S50); 상기 제1 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 붐 상승에 따른 요구 조작량은 기준치 이상인지를 판단하는 기준치 판단단계(S60); 상기 기준치 판단단계(S60)에서 상기 요구 조작량이 기준치 이상이면 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)를 동시에 개방을 수행하는 제2 수행단계(S70); 및 상기 기준치 판단단계(S60)에서 상기 요구 조작량이 기준치 이하이면 붐 보조 밸브(144)를 단독으로 개방을 수행하는 제3 수행단계(S70);를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법은, 붐 하강 조작 신호를 검출하는 제2 검출 단계(S90); 상기 붐 하강 조작신호가 입력되면 제2 제어밸브(152)를 개방하는 제2 개방단계(S100); 전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장인지를 판단하는 제2 고장판단 단계(S110); 상기 제2 고장판단 단계(S110)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최대인지를 판단하여 충전상태가 최대가 아닌 경우에 하기 제4 수행단계(S130)로 진행하고, 충전상태가 최대인 경우에 하기 제5수행단계(S60)로 진행하도록 하는 제2 충전판단 단계(S120); 상기 제2 충전판단 단계(S120)에서 충전상태가 최대가 아닌 경우에 상기 전동기는 발전기 기능을 수행하는 제4 수행단계(S130); 및 상기 제2 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 제1제어밸브(151)를 단독으로 개방을 수행하는 제5 수행단계(S70);를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법은, 상기 검출 단계(S10)와 상기 검출 단계(S90)는 붐의 승강 조작신호가 상승 조작신호인지 하강 조작신호인지를 판단하는 승강 판단 단계;이고, 상기 승강판단 단계에서, 상승 조작신호로 판단되면 상기 제1 개방 단계(S20)로 진행되고, 하강 조작신호로 판단되면 상기 제2 개방 단계(S100)로 진행되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법은 하이브리드 굴삭기에서 전자장치에 문제가 발생하더라도 붐의 승강작용 구현이 가능하도록 하다.
본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법은, 붐의 상승 동작을 구현함에 있어서 붐 비상 밸브를 제어하여 작동유를 추가로 보충할 수 있고, 이로써 붐 상승 속도를 증속시킬 수 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면으로써 붐 상승할 때를 설명하기 위한 도면 및 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면으로써 붐 하강할 때를 설명하기 위한 도면 및 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 종래의 기술과 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면으로써 붐 상승할 때를 설명하기 위한 도면 및 순서도이다. 첨부도면 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면으로써 붐 하강할 때를 설명하기 위한 도면 및 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템은, 전자장치와 유압장치가 결합된 것이다.
전자장치는 전동기 울트라 커패시터, 인버터 등을 포함한다. 전동기는 모터 또는 발전기로 작동된다. 인버터는 제어부(160)의 지령에 따라 전동기를 구동시킨다. 울트라 커패시터는 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 에너지 저장 장치 기능을 수행하며, 전동기의 구동 전력을 공급한다.
유압장치는 붐 액추에이터(100)와 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)를 포함하여 구성된다.
상술한 유압펌프모터(120)는 유압펌프와 유압모터의 작용을 겸할 수 있다. 유압펌프모터(120)가 유압펌프로 작동되는 경우에는 전동기로 구동되어 붐 액추에이터(100)에 작동유를 공급한다. 유압펌프모터(120)가 유압모터로 작동되는 경우에는 붐 액추에이터(100)로부터 배출되는 작동유에 의해 구동되어 상술한 전동기를 구동시킨다.
유압펌프모터(120)의 한쪽에는 토출라인(121)과 유입라인(122)이 연결된다. 토출라인(121)과 유입라인(122)의 다른 한쪽은 상술한 붐 제어 밸브(125)에 연결된다.
상술한 붐 제어 밸브(125)는 상기 붐 액추에이터(100)를 상승 작용시키기 위하여 순방향으로 연결될 수 있고, 상기 붐 액추에이터(100)를 하강 작용시키기 위하여 역방향으로 연결될 수 있으며, 상기 붐 액추에이터(100)의 승강을 정지하도록 중립위치가 제공될 수 있다.
또한, 유압장치에는 프런트 작업장치(버킷, 암, 옵션 장치 등) 또는 주행 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2유압펌프(141, 142)가 구비된다.
제1 유압펌프(141)에는 제1 센터바이패스라인(171)과 제1 병렬라인(173)이 연결된다. 제1 유압펌프(141)에서 토출되는 작동유는 제1 센터바이패스라인(171) 또는 제1 병렬라인(173)을 경유하여 드레인 탱크로 배출된다.
제2 유압펌프(142)에는 제2 센터바이패스라인(172)과 제2 병렬라인(174)이 연결된다. 제2 유압펌프(142)에서 토출되는 작동유는 제2 센터바이패스라인(172) 또는 제2 병렬라인(174)을 경유하여 드레인 탱크로 배출된다.
상술한 프런트 작업장치 또는 주행 액추에이터에 작동유를 제공하도록 제어되는 각종 밸브 유닛은 상술한 제1, 제2 센터바이패스라인(171, 172)과 제1, 제2 병렬 라인(173, 174) 상에 배치된다.
한편, 상술한 제1 유압펌프(141)의 제1 병렬라인(173)을 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 보조라인(145)이 구비되고, 붐 보조 라인(145)에는 붐 보조밸브(144)가 구비된다.
또한, 상술한 제2 유압펌프(142)의 제2 병렬라인(174)을 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하도록 하는 붐 합류 라인(181)이 구비되고, 붐 합류 라인(181)에는 붐 비상밸브(180)가 구비된다.
상술한 붐 보조 밸브(144)와 상술한 붐 비상 밸브(180)는 일반적인 상황에서는 폐쇄된 상태를 유지하고, 개방 지령이 내려지는 경우에만 개방제어 된다.
다른 한편으로, 제어부(160)가 추가로 구비될 수 있고, 제어부(160)는 전동기와 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)와 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)를 제어한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템은, 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)를 연결하는 유입라인(122)과 작동유의 드레인 탱크를 연결하는 제1제어밸브(151)를 더 포함할 수 있다. 또한, 유압펌프모터(120)와 붐 제어밸브(125)를 연결하는 토출라인(121)과 작동유의 드레인 탱크를 연결하는 제2제어밸브(152)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(160)는 제1 제어밸브(151)와 제2제어밸브(152)를 제어한다.
좀 더 상세하게는 제1 제어밸브(151)는 붐 액추에이터(100)가 상승 작용될 때에 선택적으로 연결되고, 붐 액추에이터(100)가 하강 작용될 때에 선택적으로 차단된다. 상술한 선택적 연결은 붐 실린더로부터 배출되어 유입라인(122)으로 공급되는 작동유가 다시 붐 실린더로 공급되기에 부족하거나, 과할 경우에 연결될 수 있다는 의미이다. 상기 선택적 차단은 유압펌프모터(120)에 의한 에너지 회생 한계보다 과한 작동유가 붐 실린더로부터 배출될 경우 개방될 수 있다는 의미이다.
제2 제어밸브(152)는 붐 액추에이터(100)가 상승 작용될 때에 선택적으로 차단되고, 붐 액추에이터(100)가 하강 작용될 때에 연결된다. 상기 선택적 차단은 유압펌프모터(120)에 의해 작동유가 공급됨에 있어 토출라인(121)의 압력이 전체 시스템 내구성을 저해하는 압력 이상으로 높아진 경우 개방될 수 있다는 의미이다.
한편, 붐 보조밸브(144)는 붐 상승 신호에 대응하는 요구 유량이 유압펌프모터(120)의 공급유량을 초과하거나 전동기(110)의 용량을 초과하는 경우, 제1 유압펌프(141)에서 토출되는 작동유가 붐 액추에이터(100)에 공급되도록 개방 제어될 수 있다.
또한, 제1 제어밸브(151)는 붐 액추에이터(100)가 하강 작용할 때 붐 액추에이터(100)로부터 유압펌프모터(120) 측으로 유입되는 유량이 유압펌프모터(120)의 허용유량을 초과하거나 전동기(110)의 발전용량을 초과하는 경우, 연결되어 잉여의 유량을 탱크로 배출시키는 것일 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법에서 붐 상승 작용을 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 먼저 설명하고, 이후에 붐 하강 작용을 설명한다.
제1 검출단계(S10): 조이스틱을 조작하여 붐 상승신호 또는 붐 하강신호를 발생시킬 수 있고, 제1 검출 단계(S10)에서는 붐 상승 조작 신호를 검출한다.
제1 개방단계(S20): 상술한 바와 같이, 붐 상승 조작신호가 입력되면 제1 제어밸브(151)를 개방한다.
제1 고장판단 단계(S30): 전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장으로, 유압펌프모터(120)의 정상 제어가 불가능한 것인지를 판단한다.
제1 충전판단 단계(S40): 제1고장판단 단계(S30)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최소인지를 판단한다. 충전상태가 최소가 아닌 경우에 후술된 제1 수행단계(S50)로 진행하고, 충전상태가 최소인 경우에 후술된 기준치 판단단계(S60)로 진행하도록 한다.
제1 수행단계(S50): 제1 충전판단 단계(S40)에서 충전상태가 최소가 아닌 경우에 상기 전동기는 모터 기능을 수행한다. 모터 기능을 수행함으로써 유압펌프모터(120)는 작동유를 토출하여 붐 액추에이터(100)에 제공할 수 있게 된다.
기준치 판단단계(S60): 제1 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 붐 상승에 따른 요구 조작량은 기준치 이상인지를 판단한다. 즉, 요구 조작량이 기준치 이상이라는 의미는 붐 액추에이터(100)를 작동시키는 데에 대유량을 필요로 하거나 고부하 작업을 수행한다는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 상술한 기준치 판단 단계(S60)는 반드시 유압펌프모터(120)가 정상 제어되지 못하는 경우에만 진행하는 것은 아닐 수 있다. 예컨대, 유압펌프모터(120) 단독으로 운전자가 원하는 작동유의 유량을 공급할 수 없을 경우 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180) 중에 적어도 어느 하나를 개방시킬 수 있도록 제 1 고장판단 단계(S30)의 결과와 무관하게 진행될 수도 있다. 이 경우, 붐 액추에이터(100)의 빠른 구동을 원활하게 구현할 수 있고, 붐 액추에이터(100) 구동을 위한 작동유를 토출하는 각 구성품(유압펌프모터, 제 1 유압펌프, 제 2 유압펌프) 중 적어도 하나의 용량을 축소시켜 제조단가 등의 절감효과도 도모할 수 있게 된다.
제2 수행단계(S70): 기준치 판단단계(S60)에서 요구 조작량이 기준치 이상이면 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)를 동시에 개방을 수행한다. 즉, 대유량을 필요로 할 때에 유압펌프모터(120)에서 토출유량이 부족한 현상이 발생할 수 있어 붐 상승속도가 느리거나 상승되지 않을 수 있지만, 상술한 바와 같이, 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)가 개방됨으로써 제1, 제2 유압펌프(141)(142)에서 토출되는 작동유 유량을 보충 받을 수 있게 되어 작업성이 향상된다.
제3 수행단계(S70): 기준치 판단단계(S60)에서 요구 조작량이 기준치 이하이면 붐 보조 밸브(144)를 단독으로 개방을 수행한다. 즉 수행하고자 하는 작업부하는 소유량의 작동유로 작업이 가능한 정도로 이해될 수 있다. 따라서 붐 보조 밸브(144)를 단독으로 개방함으로써 제1 유압펌프(141)에서 토출되는 작동유를 붐 액추에이터(100)에 제공할 수 있는 것이다. 여기서 붐 보조 밸브(144) 대신 붐 비상 밸브(180)이 단독으로 개방될 수 있으며, 이 경우 붐 보조 밸브(144) 단독으로 개방된 경우와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
이하, 붐 하강 작용에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
제2 검출 단계(S90): 붐 하강 조작 신호를 검출하는 단계이다. 붐 하강 조작신호는 조이스틱을 조작하여 붐 하강을 요구하는 신호이다.
제2 개방단계(S100): 붐 하강 조작신호가 입력되면 제2 제어밸브(152)를 개방한다.
제2 고장판단 단계(S110): 전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장으로, 유압펌프모터(120)의 정상 제어가 불가능한 것인지를 판단한다.
제2 충전판단 단계(S120): 제2 고장판단 단계(S110)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최대인지를 판단한다. 충전상태가 최대가 아닌 경우에 하기 제4 수행단계(S130)로 진행하고, 충전상태가 최대인 경우에 하기 제5수행단계(S60)로 진행하도록 한다.
제4 수행단계(S130): 제2 충전판단 단계(S120)에서 충전상태가 최대가 아닌 경우에 전동기는 발전기 기능을 수행한다. 전동기가 발전기 기능을 수행함으로써 전기를 생산하게 되고, 그 전기는 커패시터에 충전된다.
제5 수행단계(S70): 제2 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 제1제어밸브(151)를 단독으로 개방을 수행한다. 이로써 붐 액추에이터(100)에서 배출되는 작동유는 유압펌프모터(120)를 경유하지 않고 곧바로 드레인 탱크로 배출된다. 이로써 붐 하강의 최대 속도를 구현할 수 있게 된다.
즉, 전자장치가 고장인 상태에서 붐이 하강 작용을 하면, 제2 제어밸브(152)를 통하여 작동유를 흡입하고, 흡입된 작동유는 붐 액추에이터(100)의 로드 측으로 제공된다. 붐 액추에이터(100)의 헤드 측에서 배출되는 작동유는 제1 제어밸브(151)를 경유하여 배출된다. 따라서 붐 하강 작동은 자중에 의해 구현이 가능하고, 붐 하강에 압력이 필요한 경우에는 제1 유압펌프(141)로부터 작동유를 제공받을 수 있다.
한편, 붐 상승 작용에서의 검출 단계(S10)와 붐 하강 작용에서의 검출 단계(S90)는 승강 판단 단계로 통합될 수 있고, 승강 판단 단계에서 붐의 승강 조작신호가 상승 조작신호인지 하강 조작신호인지를 판단한다.
상술한 승강판단 단계에서, 상승 조작신호로 판단되면 상기 제1 개방 단계(S20)로 진행되고, 하강 조작신호로 판단되면 제2 개방 단계(S100)로 진행된다.
또 다른 한편으로, 상술한 전기장치의 고장을 판단하는 제1, 제2 고장판단(S30, S110)에서 전기장치가 고장으로 판단될 때에는 작업자에게 시각 또는 청각으로 알 수 있도록 알람을 출력할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템 및 그 제어방법은 붐을 승강 구현하도록 하고, 붐이 하강할 때에 재생에너지를 회수하도록 하는 데에 이용될 수 있다.
100: 붐 액추에이터
110: 전자장치
120: 유압펌프모터
121: 토출라인
122: 유입라인
125: 붐 제어 밸브
126, 127, 128: 제1, 제2, 제3 위치
141, 142: 제1, 제2 유압펌프
144: 붐 보조 밸브
145: 붐 보조 라인
151, 152: 제1, 제2 제어밸브
160: 제어부
171, 172: 제1, 제2 센터바이패스라인
173, 174: 제1, 제2 병렬라인
180: 붐 비상 밸브
181: 붐 합류 라인

Claims (7)

  1. 모터 또는 발전기로 작동되는 전동기;
    상기 전동기에서 생산된 전기를 저장하는 울트라 커패시터;
    상기 전동기로 구동되어 붐 액추에이터(100)에 작동유를 공급하는 유압펌프모터(120);
    상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)과 유입라인(122)을 상기 붐 액추에이터(100)에 순방향 또는 역방향으로 연결하거나 차단하도록 제어하는 붐 제어밸브(125);
    프런트 작업장치 또는 주행 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2유압펌프(141, 142);
    상기 제1 유압펌프(141)의 제1 병렬라인(173)을 상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 보조밸브(144);
    상기 제2 유압펌프(142)의 제2 병렬라인(174)을 상기 유압펌프모터(120)의 토출라인(121)에 연결하는 붐 비상밸브(180); 및
    상기 전동기와 상기 유압펌프모터(120)와 상기 붐 제어밸브(125)와 상기 붐 보조 밸브(144)와 상기 붐 비상 밸브(180)를 제어하는 제어부(160);
    를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템


  2. 제 1항에 있어서,
    상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180) 중에 어느 하나는 붐 상승 신호에 대응하는 요구 유량이 상기 유압펌프모터(120)의 공급유량을 초과하거나 상기 전동기(110)의 용량을 초과하는 경우, 상기 제1 유압펌프(141)에서 토출되는 작동유가 붐 액추에이터(100)에 공급되도록 개방 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180) 중 적어도 하나는, 상기 유압펌프모터의 제어가 비정상상태에서 운전자에 의해 붐의 구동이 요청된 경우 개방되어 상기 붐 액츄에이터(100)로 작동유의 공급이 가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 보조밸브(144) 및 상기 붐 비상밸브(180)는, 상기 붐 액추에이터(100)에서 필요한 작동유의 유량과 상기 유압펌프모터(120)로부터 공급되는 작동유의 유량 차이가 기 설정된 크기보다 큰 경우 모두 개방되어 상기 제1 및 제 2 유압펌프(141, 142)의 작동유를 상기 붐 액추에이터(100)로 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동 시스템.
  5. 붐 상승 조작 신호를 검출하는 제1 검출 단계(S10);
    상기 붐 상승 조작신호가 입력되면 제1 제어밸브(151)를 개방하는 제1 개방단계(S20);
    전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장인지를 판단하는 제1 고장판단 단계(S30);
    상기 제1고장판단 단계(S30)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최소인지를 판단하여 충전상태가 최소가 아닌 경우에 하기 제1 수행단계(S50)로 진행하고, 충전상태가 최소인 경우에 하기 기준치 판단단계(S60)로 진행하도록 하는 제1 충전판단 단계(S40);
    상기 제1 충전판단 단계(S40)에서 충전상태가 최소가 아닌 경우에 상기 전동기는 모터 기능을 수행하는 제1 수행단계(S50);
    상기 제1 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 붐 상승에 따른 요구 조작량은 기준치 이상인지를 판단하는 기준치 판단단계(S60);
    상기 기준치 판단단계(S60)에서 상기 요구 조작량이 기준치 이상이면 붐 보조 밸브(144)와 붐 비상 밸브(180)를 동시에 개방을 수행하는 제2 수행단계(S70); 및
    상기 기준치 판단단계(S60)에서 상기 요구 조작량이 기준치 이하이면 붐 보조 밸브(144)를 단독으로 개방을 수행하는 제3 수행단계(S70);
    를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법.
  6. 붐 하강 조작 신호를 검출하는 제2 검출 단계(S90);
    상기 붐 하강 조작신호가 입력되면 제2 제어밸브(152)를 개방하는 제2 개방단계(S100);
    전동기, 인버터, 커패시터 중에 어느 하나의 전자장치가 고장인지를 판단하는 제2 고장판단 단계(S110);
    상기 제2 고장판단 단계(S110)에서 고장이 아닌 경우에 상기 커패시터에 충전상태가 최대인지를 판단하여 충전상태가 최대가 아닌 경우에 하기 제4 수행단계(S130)로 진행하고, 충전상태가 최대인 경우에 하기 제5수행단계(S60)로 진행하도록 하는 제2 충전판단 단계(S120);
    상기 제2 충전판단 단계(S120)에서 충전상태가 최대가 아닌 경우에 상기 전동기는 발전기 기능을 수행하는 제4 수행단계(S130); 및
    상기 제2 고장판단 단계(S30)에서 고장인 경우에 제1제어밸브(151)를 단독으로 개방을 수행하는 제5 수행단계(S70);
    를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 검출 단계(S10)와 상기 검출 단계(S90)는 붐의 승강 조작신호가 상승 조작신호인지 하강 조작신호인지를 판단하는 승강 판단 단계;이고,
    상기 승강판단 단계에서, 상승 조작신호로 판단되면 상기 제1 개방 단계(S20)로 진행되고, 하강 조작신호로 판단되면 상기 제2 개방 단계(S100)로 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 붐 구동시스템의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004190845A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 作業機械の駆動装置
US7562472B2 (en) * 2005-06-02 2009-07-21 Caterpillar Japan Ltd. Work machine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190085720A (ko) * 2018-01-11 2019-07-19 주식회사 두산 건설 기계
CN113833469A (zh) * 2021-09-28 2021-12-24 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司 一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法
CN113833469B (zh) * 2021-09-28 2024-05-17 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司 一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法

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