KR20130111532A - 건설기계의 제어장치 - Google Patents

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김동수
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

유압 액츄에이터에 공급되는 작동유를 제어할 수 있도록 양방향 제어가능한 MCV의 스풀을 제어하기 위한 건설기계의 제어장치를 개시한다.
본 발명에 따른 건설기계의 제어장치에 있어서, 사용자의 조작량에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 리모트 컨트롤밸브와, 리모트 컨트롤밸브의 2차 신호압력을 검출하는 조작량 검출수단과, 2차 신호압력을 출력하는 전자비례 감압밸브와, 리모트 컨트롤밸브의 2차 신호압력에 일측 입력부가 각각 연결되고 전자비례 감압밸브의 출력측 포트가 타측 입력부에 각각 연결되는 제1,2셔틀밸브와, 제1,2셔틀밸브로부터 출력되는 신호압력에 의해 절환시 유압 액츄에이터의 구동을 제어하는 양방향 제어 스풀과, 조작량 검출수단으로부터 입력되는 조작량에 대응되게 전자비례 감압밸브에 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치를 제공한다.

Description

건설기계의 제어장치{DEVICE FOR CONTROLLING CONSTRUCTION EQUIPMENT}
본 발명은 건설기계의 제어장치에 관한 것으로, 특히 유압 액츄에이터에 공급되는 작동유를 제어하기 위해 유압식 리모트 컨트롤밸브와 양방향 제어 스풀이 구비된 MCV의 스풀을 제어할 수 있도록 한 건설기계의 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭기와 같은 건설기계의 작업장치(붐 등을 말한다)의 조작성을 향상시키거나, 작업장치와 주행장치를 동시에 조작하는 복합 조작시 작업장치를 우선적으로 제어하거나, 또는 연비를 개선시킬 수 있도록, 사용자에 의한 조작신호를 컨트롤러에서 입력받고 유압 액츄에이터의 바람직한 구동을 달성할 수 있는 MCV의 스풀을 제어하는 기술이 요구되고 있다.
도 1에 도시된 종래 기술의 유압식 MCV 제어회로는, 엔진(1)과,
엔진(1)에 연결되는 메인 유압펌프(2)(이하 "유압펌프" 라 한다) 및 파일럿 펌프(3)와,
유압펌프(2)에 연결되는 유압 액츄에이터(4)(일 예로서 "유압모터"를 말한다)와,
유압펌프(2)와 유압 액츄에이터(4)사이의 유로에 설치되고, 절환시 유압 액츄에이터(4)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 MCV(main control valve)의 스풀(spool)(5)과,
사용자의 조작량에 비례하는 2차 신호압력을 스풀(5)에 출력하는 리모트 컨트롤밸브(RCV;remote control valve)(6)를 포함한다.
전술한 유압 액츄에이터(4)를 구동시기키 위해 사용자에 의해 리모트 컨트롤밸브(6)를 조작함에 따라, 조작량에 비례하도록 파일럿 펌프(3)로부터 토출되어 리모트 컨트롤밸브(6)를 통과하는 2차 신호압력이 스풀(5)에 공급된다. 이로 인해 2차 신호압력에 비례하여 스풀(5)의 변위가 발생 되므로 유압펌프(2)로부터의 작동유를 스풀(5)을 통과시켜 유압 액츄에이터(4)에 공급하게 된다.
이때, 전술한 스풀(5)의 제어는 리모트 컨트롤밸브(6)의 조작량에 의존하게 된다. 이로 인해 사용자가 리모트 컨트롤밸브(6)를 급격하게 조작하는 경우에도 유압 액츄에이터(4)가 부드럽게 가속될 수 있도록, 스풀(5)의 급작스런 개방을 제한할 수 있는 장치가 요구된다. 즉 리모트 컨트롤밸브(6)의 출력측과 스풀(5)사이의 파일럿 신호라인에 오리피스(orifice)를 설치할 경우, 오리피스에 의한 기능이 작동유의 온도 등에 의해 제한적으로 발휘될 수 있는 단점을 갖는다.
도 2에 도시된 종래 기술의 전자 유압식 MCV 제어회로는, 엔진(1)과,
엔진(1)에 연결되는 유압펌프(2) 및 파일럿 펌프(3)와,
유압펌프(2)에 연결되는 유압 액츄에이터(4)와,
유압펌프(2)와 유압 액츄에이터(4)사이의 유로에 설치되고, 절환시 유압 액츄에이터(4)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 MCV의 스풀(5)과,
외부로부터의 전기적 제어신호에 비례하는 2차 신호압력을 스풀(5)에 출력하는 전자비례 감압밸브(7,8)와,
사용자의 조작량에 비례하도록 조작신호를 출력하는 조작레버(8)와,
조작레버(8)의 조작량에 대응되게 조작신호를 연산하여 전자비례 감압밸브(7,8)에 전기적 제어신호를 출력하는 컨트롤러(9)를 포함한다.
전술한 유압 액츄에이터(4)를 구동시기키 위해 사용자에 의해 조작레버(8)를 조작함에 따라 조작량에 비례하는 조작신호가 컨트롤러(9)에 입력된다. 컨트롤러(9)는 조작량에 대응되게 출력값을 연산하여 스풀(5)을 제어할 수 있도록 전자비례 감압밸브(7,8)에 제어신호로 출력한다. 즉 유압 액츄에이터(4)에 공급되는 작동유를 최적의 조건으로 제어할 수 있도록 조작레버(8)의 조작량을 전자비례 감압밸브(7,8)를 통하여 스풀(5)을 제어하게 되므로 사용자에 의한 조작레버(8)의 조작을 보정할 수 있다.
이때, 전술한 조작레버(8)로써 고가의 전자식 조이스틱을 사용하게 되므로 부품의 원가비용 상승을 초래한다. 또한 양방향 제어 가능한 MCV의 스풀(5)을 제어할 수 있도록 한 쌍의 전자비례 감압밸브(7,8)를 사용하게 되므로 부품수 증가로 원가비용 상승을 초래하는 문제점을 갖는다.
본 발명의 실시예는, 운전자가 리모트 컨트롤밸브(RCV)를 급격하게 조작하는 경우에도 유압 액츄에이터가 완만한 가속이 될 수 있도록 양방향 구동가능한 MCV의 스풀을 제어할 수 있고, 밸브 구동 전기회로의 예기치 못한 고장 발생시 MCV의 오동작이 차단될 수 있도록 한 건설기계의 제어장치와 관련된다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 의하면, 엔진과, 엔진에 연결되는 유압펌프와, 유압펌프로부터 작동유를 공급받아 작업장치를 구동시키도록 양방향 구동 가능한 유압 액츄에이터를 구비하는 건설기계의 제어장치에 있어서,
사용자의 조작량에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 리모트 컨트롤밸브와,
리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력을 검출하는 조작량 검출수단과,
외부로부터의 전기적 제어신호에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 전자비례 감압밸브와,
리모트 컨트롤밸브의 2차 신호압력에 일측 입력부가 각각 연결되고 전자비례 감압밸브의 출력측 포트가 타측 입력부에 각각 연결되며, 리모트 컨트롤밸브와 전자비례 감압밸브를 통과하는 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제1,2셔틀밸브와,
유압펌프와 유압 액츄에이터사이의 유로에 설치되고, 제1,2셔틀밸브로부터 출력되는 신호압력에 의해 절환시 유압 액츄에이터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 양방향 제어 스풀과,
조작량 검출수단으로부터 입력되는 조작량에 대응되는 제어신호를 연산하여 전자비례 감압밸브에 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.
더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 리모트 컨트롤밸브의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 리모트 컨트롤밸브를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제3셔틀밸브와, 제3셔틀밸브의 출력측에 연결되고 검출신호를 컨트롤러에 입력하는 압력센서를 포함한다.
전술한 리모트 컨트롤밸브의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 전자비례 감압밸브의 입력측 포트에 출력부가 연결되며, 리모트 컨트롤밸브를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제4셔틀밸브와, 제4셔틀밸브의 출력측에 연결되고 검출신호를 컨트롤러에 입력하는 압력센서를 포함한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.
부품의 원가비용을 줄이면서 컨트롤러를 통하여 양방향 구동가능한 MCV의 스풀을 제어할 수 있으며, 밸브 구동 전기회로의 예기치 못한 고장 발생시 MCV의 오동작이 차단되므로 신뢰성을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 유압식 MCV 제어 회로도,
도 2는 종래 기술의 전자 유압식 MCV 제어 회로도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계 제어장치의 전자 유압식 MCV 제어 회로도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계 제어장치에 있어서, 컨트롤러에 의한 전자비례 감압밸브의 제어를 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 건설기계 제어장치의 전자 유압식 MCV 제어 회로도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11; 엔진
12; 유압펌프
13; 파일럿 펌프
14; 유압 액츄에이터
15; 스풀
16; 리모트 컨트롤밸브(RCV)
17; 전자비례 감압밸브(PPRV)
18; 제1셔틀밸브
19; 제2셔틀밸브
20; 컨트롤러
21; 제3셔틀밸브
22; 압력센서
23; 제4셔틀밸브
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 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계의 제어장치는,엔진(11)과, 엔진(11)에 연결되는 유압펌프(12) 및 파일럿 펌프(13)와, 유압펌프(12)로부터 작동유를 공급받아 작업장치(일 예로서 붐 등을 말한다) 등을 구동시키도록 양방향으로 구동 가능한 유압 액츄에이터(일 예로서 유압모터 등을 말한다)(14)를 구비하는 건설기계의 제어장치에 있어서,
사용자(operator)의 조작량에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 리모트 컨트롤밸브(RCV)(16)와,
리모트 컨트롤밸브(16)의 출력측 2차 신호압력을 검출하는 조작량 검출수단과,
외부로부터의 전기적 제어신호에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 전자비례 감압밸브(17)와,
리모트 컨트롤밸브(16)의 2차 신호압력에 일측 입력부가 각각 연결되고 전자비례 감압밸브(PPRV)(17)의 출력측 포트가 타측 입력부에 각각 연결되며, 리모트 컨트롤밸브(16)와 전자비례 감압밸브(17)를 통과하는 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제1,2셔틀밸브(shuttle valve)(18,19)와,
유압펌프(12)와 유압 액츄에이터(14)사이의 유로에 설치되고, 제1,2셔틀밸브(18,19)로부터 출력되는 신호압력에 의해 절환시 유압 액츄에이터(14)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 양방향 제어 스풀(spool)(15)과,
조작량 검출수단으로부터 입력되는 조작량에 대응되는 출력값을 연산하여 전자비례 감압밸브(17)에 제어신호로 출력하는 컨트롤러(20)를 포함한다.
이때, 전술한 리모트 컨트롤밸브(16)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
리모트 컨트롤밸브(16)의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 리모트 컨트롤밸브(16)를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제3셔틀밸브(21)와, 제3셔틀밸브(21)의 출력측에 연결되고 검출신호를 컨트롤러(20)에 입력하는 압력센서(22)를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계의 제어장치의 작동을 설명한다.
도 3 및 도 4에서와 같이, 사용자에 의해 유압 액츄에이터(14)를 구동시키기 위해 좌측 리모트 컨트롤밸브(16)를 조작할 경우, 파일럿 펌프(3)의 작동유 일부는 해당 리모트 컨트롤밸브를 경유하여 제1셔틀밸브(18)에 공급되며, 파일럿 펌프(3)의 작동유 일부는 전자비례 감압밸브(17)의 입구측 포트에 공급된다.
한편, 해당 리모트 컨트롤밸브를 통과한 2차 신호압력이 제3셔틀밸브(21)의 출력측에 설치된 압력센서(22)를 통하여 검출되고, 검출된 신호압력(P)이 컨트롤러(20)에 입력된다.
사용자가 리모트 컨트롤밸브(16)를 도 4에 도시된 선도 "A"와 같이 조작하는 경우(리모트 컨트롤밸브(16)가 급격하게 조작되어 유압 액츄에이터(14)의 급속하게 가속되는 경우를 말한다)에도, 실제 건설기계에서 선도 "B"에서와 같은 작업장치 가속 제어 특성이 요구되는 상황일 경우(유압 액츄에이터(14)의 가속비가 일정치 이하인 경우)에는 선도 "B"의 제어 특성이 양방향 제어 스풀(15)에 구동력으로 작용할 수 있도록, 전자비례 감압밸브(17)에 선도 "C"의 2차 압력을 출력한다.
이때, 스풀(15)의 좌우측 포트는 제1,2셔틀밸브(18,19)의 출력측과 각각 연결되고, 제1,2셔틀밸브(18,19)의 입력부는 전자비례 감압밸브(17)의 출력측과 리모트 컨트롤밸브(16)의 출력측과 각각 연결된다. 이로 인해 리모트 컨트롤밸브(16)를 조작함에 따른 2차 신호압력(선도 "A"와 같은 기울기 값을 갖는 경우를 말한다)이 제1셔틀밸브(18)를 경유하여 스풀(15)의 좌측 포트에 공급되는 경우, 컨트롤러(20)로부터 전자비례 감압밸브(17)에 출력되는 제어신호에 의해 전자비례 감압밸브의 2차 신호압력(선도 "C"와 같은 기울기 값을 갖는 경우를 말한다)이 제2셔틀밸브(19)를 경유하여 스풀(15)의 우측 포트에 공급된다.
이때, 리모트 컨트롤밸브(16)의 조작에 따라 제1셔틀밸브(18)를 통해 스풀(15)의 일측 포트에 공급되는 신호압력값은, 컨트롤러(20)로부터 제어신호 입력에 따라 전자비례 감압밸브(17)에 의해 생성되어 제2셔틀밸브(19)를 경유하여 스풀(15)의 타측 포트에 공급되는 신호압력값보다 상대적으로 크다.
따라서, 선도 "C"의 2차 압력은 리모트 컨트롤밸브(16)의 조작이 없는 방향으로만 연통되어 스풀(15)의 해당 포트에 연결된다.
이와 같이 사용자에 의해 리모트 컨트롤밸브(16)를 조작시, 스풀(15)에 작용하는 신호압력이 리모트 컨트롤밸브(16)의 조작에 따른 출력측 2차 신호압력과 반대 방향으로 작용하므로, 스풀(15)의 개구율을 일정 이하로 제한할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계의 제어장치에 의하면, 한 개의 조작레버 검출수단 및 전자비례 감압밸브를 사용하면서 양방향 구동가능한 스풀을 제어하게 되므로 원가비용을 줄일 수 있다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2실시예에 의한 건설기계의 제어장치에서, 리모트 컨트롤밸브(16)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
리모트 컨트롤밸브(16)의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 전자비례 감압밸브(17)의 입력측 포트에 출력부가 연결되며, 리모트 컨트롤밸브(16)를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제4셔틀밸브(23)와, 제4셔틀밸브(23)의 출력측에 연결되고 검출신호를 컨트롤러(20)에 입력하는 압력센서(22)를 포함한다.
이때, 전술한 유압펌프(12)와, 유압 액츄에이터(14)와, 스풀(15)과, 리모트 컨트롤밸브(16)와, 전자비례 감압밸브(17) 및 컨트롤러(20)를 포함하는 구성은, 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계의 제어장치의 구성과 실질적으로 동일하므로 이들의 구성 및 작동의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 부품의 도면부호는 동일하게 표기하였다.
사용자에 의해 리모트 컨트롤밸브(16)를 조작할 경우에 파일럿 펌프(13)로부터 토출되는 작동유가 리모트 컨트롤밸브(16)를 통과하여 2차 신호압력으로 변환되므로, 제4셔틀밸브(23)의 출력부를 통과한 신호압력(P1)이 전자비례 감압밸브(17)의 입력측 포트로 공급된다. 이로 인해 밸브 구동 전기회로의 고장에 대한 신뢰성이 상대적으로 높게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 의한 건설기계의 제어장치에 의하면, 밸브 및 전기회로를 포함하는 밸브 제어회로의 예기치 못한 고장 발생으로 인해 밸브에 원치 않는 출력이 발생되는 경우에도, MCV의 스풀 양단에 동일한 신호압이 전달되어 스풀은 중립위치를 유지하게 된다. 이로 인해 작업장치의 오동작을 차단할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
산업상 이용가능성
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 운전자가 리모트 컨트롤밸브를 급격하게 조작하는 경우에도 유압 액츄에이터가 완만하게 가속될 수 있도록 양방향 구동가능한 MCV의 스풀을 제어할 수 있다. 밸브 구동 전기회로의 예기치 못한 고장 발생시 MCV의 오동작이 차단될 수 있다.

Claims (3)

  1. 엔진과, 엔진에 연결되는 유압펌프와, 유압펌프로부터 작동유를 공급받아 작업장치를 구동시키도록 양방향 구동 가능한 유압 액츄에이터를 구비하는 건설기계의 제어장치에 있어서:
    사용자의 조작량에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 리모트 컨트롤밸브;
    상기 리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력을 검출하는 조작량 검출수단;
    외부로부터의 전기적 제어신호에 비례하도록 2차 신호압력을 출력하는 전자비례 감압밸브;
    상기 리모트 컨트롤밸브의 2차 신호압력에 일측 입력부가 각각 연결되고 상기 전자비례 감압밸브의 출력측 포트가 타측 입력부에 각각 연결되며, 상기 리모트 컨트롤밸브와 전자비례 감압밸브를 통과하는 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제1,2셔틀밸브;
    상기 유압펌프와 유압 액츄에이터사이의 유로에 설치되고, 제1,2셔틀밸브로부터 출력되는 신호압력에 의해 절환시 유압 액츄에이터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 양방향 제어 스풀; 및
    상기 조작량 검출수단으로부터 입력되는 조작량에 대응되는 제어신호를 연산하여 상기 전자비례 감압밸브에 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리모트 컨트롤밸브의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
    상기 리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 상기 리모트 컨트롤밸브를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제3셔틀밸브와,
    상기 제3셔틀밸브의 출력측에 연결되고 검출신호를 상기 컨트롤러에 입력하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리모트 컨트롤밸브의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단은,
    상기 리모트 컨트롤밸브의 출력측 2차 신호압력에 입력부가 각각 연결되고 상기 전자비례 감압밸브의 입력측 포트에 출력부가 연결되며, 상기 리모트 컨트롤밸브를 통과하는 양방향 신호압력중 높은 압력을 출력하는 제4셔틀밸브와,
    상기 제4셔틀밸브의 출력측에 연결되고 검출신호를 상기 컨트롤러에 입력하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
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