KR20140050009A - 건설기계용 유압시스템 - Google Patents

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KR20140050009A
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배상기
고준석
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

아암과 선회장치를 동시에 조작하는 복합 작동시 전자비례제어밸브 구동에 의해 아암재생밸브의 개구도를 제어하기 위한 유압시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 건설기계용 유압시스템에 있어서, 유압펌프와, 유압펌프의 토출유량을 제어하는 제어밸브와, 유압펌프에 각각 연결되는 아암실린더 및 선회모터와, 아암 조작장치 및 선회 조작장치와, 유압펌프의 압력 검출수단과, 아암 조작장치의 조작량 검출수단과, 선회 조작장치의 조작량 검출수단과, 아암실린더의 구동을 제어하는 아암제어밸브와, 선회모터의 구동을 제어하는 선회제어밸브와, 아암의 자연 하강시 아암제어밸브의 상류측 리턴유로의 압력을 제어하는 아암재생밸브와, 아암재생밸브를 절환시키도록 신호압을 출력하는 전자비례제어밸브와, 압력 및 조작량 검출수단들로부터 입력되는 검출신호에 대응되게 제어밸브 및 전자비례제어밸브에 전기적 제어신호를 각각 출력하여 2차 신호압을 발생시키도록 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압시스템을 제공한다.

Description

건설기계용 유압시스템{HYDRAULIC SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계용 유압시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아암과 선회장치를 동시에 조작하는 복합 작동시, 전자비례제어밸브 구동에 의해 아암재생밸브의 개구도를 제어할 수 있도록 한 건설기계용 유압시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 재생(regeneration)은 하나의 유압 액츄에이터 리턴측에서 귀환되는 유량을 환원시켜 공급측 유로에 보충 공급함에 따라, 공급측에서 유량 부족으로 인한 캐비테이션을 방지하고 유압 액츄에이터의 원활한 작동 속도를 확보하는 것을 의미한다.
도 1에 도시된 종래 기술에 의한 건설기계용 유압시스템은, 가변용량형 유압펌프(1)(이하 "유압펌프" 라고 함)와,
유압펌프(1)에 각각 연결되는 아암실린더(2) 및 선회모터(3)와,
조작량에 따른 제어신호를 각각 출력하는 아암 조작장치(4) 및 선회 조작장치(5)와,
유압펌프(1)의 출구측 압력을 검출하는 압력 검출수단(6)과,
아암 조작장치(4)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단(7)과,
선회 조작장치(5)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단(8,8a)과,
아암 조작장치(4)로부터의 제어신호에 의해 절환시 아암실린더(2)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암제어밸브(9)와,
선회 조작장치(5)로부터의 제어신호에 의해 절환시 선회모터(3)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 선회제어밸브(10)와,
아암제어밸브(9)의 상류측 리턴유로(9a)에 설치되고, 아암의 자연 하강시 재생유로(9b)를 통해 아암실린더(2)의 스몰챔버(small chamber)측 유량이 헤드챔버(head chamber)측으로 공급될 수 있도록 리턴유로(9a)의 압력을 제어하는 아암재생밸브(11)와,
전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 유압펌프(1)의 토출유량을 제어하도록 2차 신호압을 출력하는 제어밸브(15)와,
전술한 압력 검출수단(6) 및 조작량 검출수단(7,8,8a)들로부터 입력되는 검출신호에 대응되게 제어밸브(15)에 전기적 제어신호를 출력함에 따라, 파일럿 유압펌프(16)로부터 토출되어 제어밸브(15)에 의해 생성되는 2차 신호압력에 의해 유압펌프(1)의 토출유량을 제어하는 제어기(12)를 포함한다.
따라서, 전술한 선회 조작장치(5)의 조작에 따라 선회제어밸브(10)가 도면상, 좌측 또는 우측 방향으로 절환됨에 따라 유압펌프(1)로부터 공급되는 작동유에 의해 선회모터(3)가 정회전 또는 역회전으로 구동하게 된다. 이때 선회 조작장치(5)의 조작량은 이를 검출하는 검출수단(8,8a)에 의해 제어기(12)에 입력된다. 또한 유압펌프(1)의 토출측 압력은 이를 검출하는 검출수단(6)에 의해 제어기(12)에 입력된다.
이와 동시에, 아암 조작장치(4)의 조작량에 따라 아암제어밸브(9)가 도면상, 우측방향으로 절환되므로 유압펌프(1)로부터 공급되는 작동유에 의해 아암실린더(2)가 신장구동될 수 있다. 이때 아암 조작장치(4)의 조작량은 이를 검출하는 검출수단(7)에 의해 제어기(12)에 입력된다.
이로 인해, 평탄정지작업 등에서와 같이 아암과 선회장치를 동시에 구동시켜 복합작업을 원활하게 수행할 수 있게 된다.
이때, 아암이 자연 하강되는 경우에 아암재생밸브(11)의 개구면적을 작게 설계하였기 때문에 아암제어밸브(9)의 상류측 리턴유로(9a) 압력이 상승되며, 이로 인해 아암제어밸브(9)에 구비된 재생유로(9b)를 통해 재생유량이 아암실린더(2)의 헤드측으로 원활하게 공급된다.
한편, 아암에 의해 굴삭작업을 수행하게 될 경우, 아암실린더(2) 하류측 배압이 상승되게 되므로 굴삭작업하는 아암 굴삭력이 떨어지는 문제점이 발생된다. 이를 감안하여 전술한 상류측 공급유로(13)로부터의 제어신호에 의해 아암재생밸브(11)를 절환시킴에 따라, 아암제어밸브(9) 상류측 압력이 상승되는 경우에 아암재생밸브(11)의 개구면적을 증대시켜 하류측 배압이 상승시 발생되는 문제점을 해소하게 된다.
또한, 선회와 아암을 동시에 구동시키는 복합작동시, 선회모터(3)의 작동압력이 아암실린더(2)의 구동압력보다 크게 되므로, 아암재생밸브(11)에 선회조작장치(5) 조작에 따른 압력을 셔틀밸브(14)를 통해 연결하여 조작성을 향상시키고 있다.
전술한 바와 같이 선회와 아암을 동시에 구동시키는 복합 작동시, 아암재생밸브(11)의 개구면적을 증대시킬 경우에 캐비테이션이 발생하는 등의 한계점이 발생된다. 이로 인해 압력 손실이 발생되어 효율이 떨어지며, 아암재생밸브(11)에 의해 아암의 구동속도를 제어할 수 있으나, 다양한 작업조건을 모두 만족시키는데에는 한계가 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 아암과 선회장치를 동시에 조작하는 복합 작동시, 전자식 제어밸브에 의해 아암재생밸브의 개구도를 다양한 작업조건에 따라 제어하여 다양한 작업을 수행하고, 아암재생밸브의 개구도를 증대시켜 압력 손실을 줄일 수 있도록 한 건설기계용 유압시스템과 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템은, 가변용량형 유압펌프와,
전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 유압펌프의 토출유량을 제어하는 제어밸브와,
유압펌프에 각각 연결되는 아암실린더 및 선회모터와,
조작량에 따른 제어신호를 각각 출력하는 아암 조작장치 및 선회 조작장치와,
유압펌프의 출구측 압력을 검출하는 압력 검출수단과,
아암 조작장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단과,
선회 조작장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단과,
아암 조작장치로부터의 제어신호에 의해 절환시 아암실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암제어밸브와,
선회 조작장치로부터의 제어신호에 의해 절환시 선회모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 선회제어밸브와,
아암의 자연 하강시 재생유로를 통해 아암실린더의 스몰챔버측 유량이 헤드챔버측으로 공급될 수 있도록 아암제어밸브의 상류측 리턴유로의 압력을 제어하는 아암재생밸브와,
전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 아암재생밸브를 절환시키도록 2차 신호압을 출력하는 전자비례제어밸브와,
압력 및 조작량 검출수단들로부터 입력되는 검출신호에 대응되게 제어밸브 및 전자비례제어밸브에 전기적 제어신호를 각각 출력하여 2차 신호압을 발생시키도록 제어하는 제어기를 포함한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 선회장치 조작장치의 조작량에 따라 입력되는 검출신호와, 아암 조작장치의 조작량에 따른 검출신호가 제어기에 각각 입력될 경우, 아암재생밸브의 개구면적을 줄여 선회우선 기능을 수행할 수 있도록 제어기로부터 전자비례제어밸브에 제어신호를 출력한다.
전술한 유압펌프의 토출측에서 감지된 압력의 검출신호가 제어기에 입력될 경우, 검출신호가 설정값을 초과한 경우 아암재생밸브의 개구면적을 증대시키도록 제어기로부터 전자비례제어밸브에 제어신호를 출력한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템은 아래와 같은 이점을 갖는다.
아암과 선회장치를 동시에 조작하는 복합 작동시, 전자식 제어밸브에 의해 아암재생밸브의 개구도를 다양한 작업조건에 따라 제어하여 다양한 작업을 수행하므로 조작성을 향상시키고, 유압펌프의 토출측 압력이 설정값을 초과할 경우 아암재생밸브의 개구도를 증대시켜 압력 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건설기계용 유압시스템의 유압회로도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템의 유압회로도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
1; 가변용량형 유압펌프
2; 아암실린더
3; 선회모터
4; 아암 조작장치
5; 선회장치 조작장치
6; 압력 검출수단
7; 아암 조작량 검출수단
8,8a; 선회장치 조작량 검출수단
9; 아암제어밸브
10; 선회제어밸브
11; 아암재생밸브
12; 제어기
15; 제어밸브
16; 파일럿 유압펌프
17; 전자비례제어밸브
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 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 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템은,
가변용량형 유압펌프(1)(이하 "유압펌프" 라고 함)와,
유압펌프(1)에 각각 연결되는 아암실린더(2) 및 선회모터(swing motor)(3)와,
조작량에 따른 제어신호를 각각 출력하는 아암 조작장치(4) 및 선회 조작장치(8,8a)와,
유압펌프(1)의 출구측 압력을 검출하는 압력 검출수단(6)과,
아암 조작장치(4)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단(7)과,
선회 조작장치(5)의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단(8,8a)과,
아암 조작장치(4)로부터의 제어신호에 의해 절환시 아암실린더(2)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암제어밸브(9)와,
선회 조작장치(5)로부터의 제어신호에 의해 절환시 선회모터(3)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 선회제어밸브(10)와,
아암제어밸브(9)의 상류측 리턴유로(9a)에 설치되고, 아암의 자연 하강시 재생유로(9b)를 통해 아암실린더(2)의 스몰챔버측 유량이 헤드챔버측으로 공급될 수 있도록 리턴유로(9a)의 압력을 제어하는 아암재생밸브(11)와,
전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 유압펌프(1)의 토출유량을 제어하는 제어밸브(15)와,
전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 아암재생밸브(11)를 절환시키도록 2차 신호압을 출력하는 전자비례제어밸브(17)와,
압력 검출수단(6) 및 조작량 검출수단(7,8,8a)들로부터 입력되는 검출신호에 대응되게 제어밸브(15) 및 전자비례제어밸브(17)에 전기적 제어신호를 각각 출력하여 2차 신호압을 발생시키도록 제어하는 제어기(12)를 포함한다.
전술한 선회장치 조작장치(5)의 조작량에 따라 입력되는 검출신호와, 아암 조작장치의 조작량에 따른 검출신호가 제어기(12)에 각각 입력될 경우, 아암재생밸브(11)의 개구면적을 줄여 선회우선 기능을 수행할 수 있도록 제어기(12)로부터 전자비례제어밸브(17)에 제어신호를 출력한다.
전술한 유압펌프(1)의 토출측에서 감지된 압력의 검출신호가 제어기(12)에 입력될 경우, 검출신호가 임의의 설정값을 초과한 경우 아암재생밸브(11)의 개구면적을 증대시키도록 제어기(12)로부터 전자비례제어밸브(17)에 제어신호를 출력한다.
이때, 전술한 아암제어밸브(9)의 상류측 리턴유로(9a)에 설치되며 별도의 2차신호압 공급에 의해 절환되는 아암재생밸브(11)와, 아암재생밸브(11)와 제어밸브(15)사이의 유로에 설치되며 제어기(21)로부터의 전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 2차신호압을 발생시키는 전자비례제어밸브(17)를 제외한 구성은, 도 1에 도시된 유압시스템의 구성과 동일하므로 이들의 구성 및 작동의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 구성에 대한 도면부호는 동일하게 표기한다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템의 사용예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2에서와 같이, 전술한 선회 조작장치(5)의 조작에 따라 선회제어밸브(10)가 도면상, 좌측 또는 우측 방향으로 절환됨에 따라 유압펌프(1)로부터 공급되는 작동유에 의해 선회모터(3)가 정회전 또는 역회전으로 구동된다. 이때 선회 조작장치(5)의 조작량은 이를 검출하는 검출수단(8,8a)에 의해 제어기(12)에 입력된다. 또한 유압펌프(1)의 토출측 압력은 이를 검출하는 검출수단(6)에 의해 제어기(12)에 입력된다.
이와 동시에, 아암 조작장치(4)의 조작량에 따라 아암제어밸브(9)가 도면상, 우측방향으로 절환되므로 유압펌프(1)로부터 공급되는 작동유에 의해 아암실린더(2)가 신장구동된다. 이때 아암 조작장치(4)의 조작량은 이를 검출하는 검출수단(7)에 의해 제어기(12)에 입력된다.
이로 인해, 아암과 선회장치를 동시에 구동시켜 평탄정지작업 등의 복합작업을 원활하게 수행할 수 있다.
이때, 전술한 선회장치 조작장치(5)의 조작에 따라 제어기(12)에 입력되는 검출신호와, 아암 조작장치(4)의 조작량에 따른 검출신호가 제어기(12)에 입력될 경우, 선회모터(3)의 작동압력이 아암실린더(2)의 구동압력보다 크게 되므로, 아암재생밸브(11)의 스풀 개구면적을 줄이게 된다(도 2에 도시된 상태를 말함)(이때는 전자비례제어밸브(17)로부터 아암재생밸브(11)에 제어신호압이 공급되지않은 상태임). 따라서 아암실린더(2) 구동에 대해 선회모터(3) 구동을 우선적으로 제어할 수 있게 된다.
한편, 전술한 유압펌프(1)의 토출측 압력이 검출수단(6)에 의해 감지되어 제어기(12)에 입력될 경우, 압력 검출신호가 임의의 설정값을 초과시 아암재생밸브(11)의 개구면적을 증대시키도록 제어기(12)로부터 전자비례제어밸브(17)에 제어신호를 출력한다. 이로 인해 전자비례제어밸브(17)에 의해 생성되는 2차신호압이 아암재생밸브(11)의 밸브스프링(11a) 대향측에 전달되므로 스풀을 도면상, 상방향으로 절환시킨다. 이와 같이 아암재생밸브(11)의 개구면적을 증대시키도록 제어하므로 압력 손실을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압시스템에 의하면, 평탄정지작업에서와 같이 아암과 선회장치를 동시에 조작하는 복합 작동시, 전자식 제어밸브에 의해 아암재생밸브의 개구도를 작업조건에 따라 다양하게 제어하므로 조작성을 향상시키고, 유압펌프의 토출측 압력이 설정값을 초과할 경우 아암재생밸브의 개구도를 증대시켜 압력 손실을 줄일 수 있다.

Claims (3)

  1. 가변용량형 유압펌프와,
    전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 제어밸브와,
    상기 유압펌프에 각각 연결되는 아암실린더 및 선회모터와,
    조작량에 따른 제어신호를 각각 출력하는 아암 조작장치 및 선회 조작장치와,
    상기 유압펌프의 출구측 압력을 검출하는 압력 검출수단과,
    상기 아암 조작장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단과,
    상기 선회 조작장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단과,
    상기 아암 조작장치로부터의 제어신호에 의해 절환시 아암실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암제어밸브와,
    상기 선회 조작장치로부터의 제어신호에 의해 절환시 선회모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 선회제어밸브와,
    아암의 자연 하강시 재생유로를 통해 상기 아암실린더의 스몰챔버측 유량이 헤드챔버측으로 공급될 수 있도록 상기 아암제어밸브의 상류측 리턴유로의 압력을 제어하는 아암재생밸브와,
    전기적 제어신호 입력에 따라 구동되어 상기 아암재생밸브를 절환시키도록 2차 신호압을 출력하는 전자비례제어밸브와,
    상기 압력 및 조작량 검출수단들로부터 입력되는 검출신호에 대응되게 제어밸브 및 전자비례제어밸브에 전기적 제어신호를 각각 출력하여 2차 신호압을 발생시키도록 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선회장치 조작장치의 조작량에 따라 입력되는 검출신호와, 상기 아암 조작장치의 조작량에 따른 검출신호가 상기 제어기에 각각 입력될 경우, 상기 아암재생밸브의 개구면적을 줄여 선회우선 기능을 수행할 수 있도록 상기 제어기로부터 전자비례제어밸브에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프의 토출측에서 감지된 압력의 검출신호가 상기 제어기에 입력될 경우, 상기 검출신호가 설정값을 초과한 경우 상기 아암재생밸브의 개구면적을 증대시키도록 상기 제어기로부터 전자비례제어밸브에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압시스템.
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