KR20140103924A - 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템 - Google Patents

레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템 Download PDF

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KR20140103924A
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박성복
지세립
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

액츄에이터에 발생되는 부하압을 신호 압력으로서 이용하여 미터 아웃 유량을 자동으로 가변 제어함에 따라, 불필요한 유체 저항을 최소화하고, 액츄에이터에 발생되는 캐비테이션 현상을 방지하기 위한 유압 제어시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 미터 아웃 유압 제어시스템은, 엔진에 연결되는 유압펌프와, 유압펌프에 연결되는 액츄에이터와, 유압펌프와 액츄에이터사이의 유로에 설치되며 스풀 절환시 유압펌프로부터의 작동유를 각 액츄에이터에 미터 인 시키거나 각 액츄에이터로부터 유압탱크로 미터 아웃 시키도록 유로가 형성되는 콘트롤밸브와, 콘트롤밸브의 미터 아웃용 유로와 유압탱크사이의 유로에 설치되며 액츄에이터에 발생되는 부하압에 대응되게 피스톤이 시프트되어 액츄에이터로부터 배출되는 작동유를 유압탱크로 미터 아웃시키는 통로의 개구량을 가변 조정하는 레귤레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압 제어시스템을 제공한다.

Description

레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템{METER-OUT FLOW CONTROL SYSTEM CONTROLLED BY A REGULATOR}
본 발명은 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액츄에이터로부터 유압탱크로 미터 아웃되는 유량을 제어하는 유압 제어시스템에 있어서, 액츄에이터에 발생되는 부하압을 신호압력으로서 이용하여 미터 아웃 유량을 자동으로 가변 제어할 수 있도록 한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템에 관한 것이다.
도 1에 도시된 종래 기술에 의한 미터 아웃 유압 제어시스템은,
엔진(1)과,
엔진(1)에 연결되는 가변 용량형 유압펌프(2)(이하 "유압펌프" 라고 함)와,
유압펌프(2)로부터 공급되는 작동유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터(이하 "액츄에이터" 라고 함)(3)와,
액츄에이터(3) 작동에 따라 구동되는 붐, 아암, 버킷으로 이뤄지며, 각 액츄에이터(3)에 의해 구동되는 작업장치(4)와,
유압펌프(2)와 액츄에이터(3)사이의 유로에 설치되며, 절환시 유압펌프(2)로부터의 작동유를 각 액츄에이터(3)에 미터 인 시키거나, 각 액츄에이터(3)로부터 유압탱크(T)로 미터 아웃 시키도록 유로가 형성되는 콘트롤밸브(5)(MCV를 말함)와,
액츄에이터(3)의 귀환측 관로를 좁히도록 콘트롤밸브(5)에 설치되며, 작업장치(4)에 견인되는 작업물체(6) 또는 작업장치(4)의 자중으로 인한 액츄에이터(3)의 변위로 인해 액츄에이터(3)에 발생되는 캐비테이션 현상을 방지하는 미터 아웃 제어용 오리피스(7)를 포함한다.
도면 중 미 설명부호 a는 하부 주행체이고, b는 하부 주행체(a) 상에 탑재되는 상부 선회체이며, c는 상부 선회체 상에 장착되는 운전실캡으로서, 이들은 당해분야에서의 굴삭기 구성과 동일하므로 이들의 구성 및 작동에 대한 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이 작업물체(6) 또는 작업장치(4)의 자중에 의해 변위되는 액츄에이터(3)의 변위에 대해, 유압펌프(2)로부터 액츄에이터(3)의 라지챔버에 공급되는 유량이 부족할 경우 액츄에이터(3)의 라지챔버에 발생되는 진공상태인 캐비테이션 현상을 방지하기 위해 오리피스(7)를 설치하게 된다.
이때, 전술한 오리피스(7)는 액츄에이터(3)로부터 유압탱크(T)로 귀환되는 유량이 적을 경우를 감안하여 설치된 것으로, 액츄에이터(3)에 공급되는 유량이 증가될 경우에는 오리피스(7)로 인해 액츄에이터(3)의 귀환측 통로가 좁혀지게 되므로 액츄에이터(3)에 불필요한 부하압이 발생된다. 이로 인해 유압시스템의 발열, 소음, 성능 저하를 초래하고, 불필요한 연료 손실을 초래하게 된다.
본 발명의 실시예는, 미터 아웃 유압 제어시스템에 있어서, 액츄에이터에 고부하가 발생될 경우, 미터 아웃되는 유량을 증대시켜 액츄에이터에 불필요하게 부하압 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템과 관련된다.
본 발명의 실시예는, 미터 아웃 유압 제어시스템에 있어서, 액츄에이터에 저부하가 발생될 경우, 미터 아웃되는 유량을 감소시켜 액츄에이터에 발생되는 캐비테이션 현상을 방지할 수 있도록 한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템과 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템은,
엔진과,
엔진에 연결되는 가변 용량형 유압펌프와,
유압펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터와,
유압펌프와 액츄에이터사이의 유로에 설치되며, 스풀 절환시 유압펌프로부터의 작동유를 각 액츄에이터에 미터 인 시키거나, 각 액츄에이터로부터 유압탱크로 미터 아웃 시키도록 유로가 형성되는 콘트롤밸브와,
콘트롤밸브의 미터 아웃용 유로와 유압탱크사이의 유로에 설치되며, 액츄에이터에 발생되는 부하압에 대응되게 피스톤이 시프트되어 액츄에이터로부터 배출되는 작동유를 유압탱크로 미터 아웃시키는 통로의 개구량을 가변 조정하는 레귤레이터를 구비한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 레귤레이터는 콘트롤밸브의 미터 아웃 통로를 개폐시키는 스풀 내부에 형성된다.
전술한 레귤레이터는 콘트롤밸브의 미터 아웃 통로를 개폐시키도록 콘트롤밸브 외측면에 부착된다.
전술한 액츄에이터는 붐실린더, 아암실린더 및 버킷실린더 중 어느 하나이다.
전술한 레귤레이터는
액츄에이터에 발생되는 부하압이 신호압으로서 입력되는 신호압 포트와,
콘트롤밸브로부터 미터 아웃되는 유량이 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구가 형성되는 밸브몸체와,
밸브몸체에 슬라이딩이동되도록 내설되며, 신호압 포트를 통해 유입되는 신호압에 대응되게 시프트되어 유입구 및 배출구사이의 통로를 개폐시키는 피스톤과,
피스톤을 가압하여 유입구 및 배출구사이의 통로를 닫힌상태로 탄성지지하는 탄성부재를 구비하여 이뤄진다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템은 아래와 같은 이점을 갖는다.
미터 아웃 유압 제어시스템을 이루는 액츄에이터의 부하압을 신호압력으로서 이용하여 미터 아웃 유량을 가변 조정함에 따라, 액츄에이터에 고부하가 발생될 경우 미터 아웃되는 유량을 증대시켜 불필요한 유체 저항을 최소화하므로, 연료 및 동력 손실을 방지하고, 유압시스템의 소음 및 발열을 최소화할 수 있다. 또한 액츄에이터에 저부하가 발생될 경우 미터 아웃되는 유량을 감소시키므로 액츄에이터에 유량 부족으로 인한 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 미터 아웃 유압 제어시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃유압 제어시스템에서, 액츄에이터에 공급 유량이 많을 경우 가변 오리피스의 개구량이 최대 조건일 경우를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃유압 제어시스템에서, 액츄에이터에 공급 유량 적을 경우 가변 오리피스의 개구량이 최소 조건일 경우를 나타내는 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
11; 엔진
12; 가변용량형 유압펌프
13; 유압 액츄에이터
14; 작업장치
15; 콘트롤밸브(MCV)
16; 레귤레이터
17; 신호압 포트
18; 유입구
19; 배출구
20; 밸브몸체
21; 통로
22; 피스톤
23; 탄성부재
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 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템은,
엔진(11)과,
엔진(11)에 연결되는 가변 용량형 유압펌프(이하 "유압펌프" 라고 함)(12)와,
유압펌프(12)로부터 공급되는 작동유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터(이하 "액츄에이터" 라고 함)(일 예로서, 아암실린더가 도시됨)(13)와,
유압 액츄에이터(13)에 의해 구동되는 붐, 아암 및 버킷으로 이뤄지는 작업장치(14)와,
유압펌프(12)와 액츄에이터(13)사이의 유로에 설치되며, 스풀(spool) 절환시 유압펌프(12)로부터의 작동유를 각 액츄에이터(13)에 미터 인(meter-in) 시키거나, 각 액츄에이터(13)로부터 유압탱크(T)로 미터 아웃(meter-out) 시키도록 유로가 형성되는 콘트롤밸브(15)(MCV를 말함)와,
콘트롤밸브(15)의 미터 아웃용 유로와 유압탱크(T)사이의 유로에 설치되며, 액츄에이터(13)에 발생되는 부하압에 대응되게 피스톤(22)이 시프트되어 액츄에이터(13)로부터 배출되는 작동유를 유압탱크(T)로 미터 아웃시키는 통로(21)의 개구량을 가변 조정하는 레귤레이터(16)를 구비한다.
이때, 전술한 레귤레이터(16)는 콘트롤밸브(15)의 미터 아웃 통로를 개폐시키는 스풀(spool) 내부에 형성될 수 있다.
전술한 레귤레이터(16)는 콘트롤밸브(15)의 미터 아웃 통로를 개폐시키도록 콘트롤밸브(15) 외측면에 부착될 수 있다.
전술한 액츄에이터(13)는 붐실린더, 아암실린더 및 버킷실린더 중 어느 하나이다.
전술한 레귤레이터(16)는,
액츄에이터(13)에 발생되는 부하압이 신호압 통로(25)를 따라 신호압으로서 입력되는 신호압 포트(17)와,
콘트롤밸브(15)로부터 미터 아웃되는 유량이 유입 및 배출되는 유입구(18) 및 배출구(19)가 형성되는 밸브몸체(20)와,
밸브몸체(20)에 슬라이딩이동되도록 내설되며, 신호압 포트(17)를 통해 유입되는 신호압에 대응되게 시프트되어 유입구(18) 및 배출구(19)사이의 통로(21)를 개폐시키는 피스톤(22)과,
피스톤(22)을 가압하여 유입구(18) 및 배출구(19)사이의 통로(21)를 닫힌상태로 탄성지지하는 탄성부재(23)(일 예로서, 압축코일스프링이 사용됨)를 구비하여 이뤄진다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템의 사용예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
굴삭작업 등의 작업조건, 액츄에이터(13)에 공급되는 유량, 작업장치(14)에 의해 인양되는 작업물체(24)의 하중 등에 의해 가변되는 액츄에이터(13)에 발생되는 부하압을 신호 압력으로서 이용하여 액츄에이터(13)로부터의 작동유를 유압탱크(T)로 미터 아웃시키는 통로(21)의 개구량을 가변 조정할 수 있다.
도 2에서와 같이, 전술한 유압펌프(12)로부터 액츄에이터(13)에 공급되는 유량이 많거나, 작업장치(14)에 의해 인양되는 작업물체(24)의 하중이 적을 경우(light - weight)에는 전술한 통로(21)의 개구량을 최대 상태로 전환시킴에 따라, 불필요한 유체 저항을 최소화한다.
전술한 액츄에이터(13)에 발생되는 부하압이 신호압 통로(25)를 통해 레귤레이터(16)의 신호압 포트(17)에 신호압력으로서 공급됨에 따라, 피스톤(22)을 도면상, 좌측 방향으로 시프팅시키므로(신호압 포트(17)에 공급되는 신호압이 탄성부재(23)의 설정압력을 초과하는 경우를 말함) 통로(21)의 개구량을 최대 상태로 전환시킨다. 즉 액츄에이터(13)로부터의 작동유를 유압탱크(T)로 미터 아웃시키는 통로(21)에서의 유체 저항은 줄어든다.
이로 인해, 액츄에이터(13)의 스몰챔버로부터 배출되는 작동유는 콘트롤밸브(15)를 경유하여 레귤레이터(16)의 유입구(17) - 통로(21) - 배출구(19)를 원활하게 통과하여 유압탱크(T)로 귀환된다. 따라서 액츄에이터(13) 및 유압펌프(12)에 발생되는 부하압이 감소되므로, 엔진(11) 부하도 감소되어 불필요한 연료 소모량을 줄이고 작업시 동력 손실을 최소화하며, 유압시스템의 소음 및 발열을 최소화할 수 있다.
도 3에서와 같이, 전술한 유압펌프(12)로부터 액츄에이터(13)에 공급되는 유량이 상대적으로 적어 압력이 설정값 이하로 떨어지거나, 작업장치(14)에 의해 인양되는 작업물체(24)의 하중이 클 경우(heavy - weight)에는 전술한 통로(21)의 개구량을 최소 상태로 전환시킴에 따라, 액츄에이터(13)에 최적의 설정압이 형성되므로 캐비테이션 현상을 방지한다.
전술한 유압펌프(12)로부터 액츄에이터(13)에 공급되는 유량이 적은 상태에서, 작업장치(14)의 자중 및 작업물체(24)의 하중 등으로 인해 액츄에이터(13)의 변위가 유압펌프(12)로부터 액츄에이터(13)에 공급되는 유량에 비해 상대적으로 클경우, 액츄에이터(13)의 라지챔버에 진공 상태가 되어 캐비테이션 현상이 발생될 수 있다.
이때, 액츄에이터(13)의 라지챔버측 압력이 떨어지게 되므로, 라지챔버에 형성되는 압력이 신호압 통로(25)를 통하여 레귤레이터(16)의 신호압 포트(17)에 공급될 경우에도, 피스톤(22)은 탄성부재(23)의 탄성력에 의해 도면상, 우측방향으로 이동되어 통로(21)의 개구량을 최소화시킨다(신호압 포트(17)에 공급되는 신호압이 탄성부재(23)의 설정압력보다 작은 경우를 말함).
이로 인해, 액츄에이터(13)로부터의 작동유를 유압탱크(T)로 미터 아웃시키는 통로(21)에 유체 저항이 형성된다. 따라서 액츄에이터(13)의 라지챔버에 설정된 압력을 형성하므로 액츄에이터(13)에 발생되는 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 작업조건 등에 의해 가변되는 액츄에이터에 발생되는 부하압을 신호 압력으로서 이용하여 미터 아웃 유량을 가변 조정함에 따라, 액츄에이터에 고부하가 발생될 경우 미터 아웃되는 유량을 증대시켜 불필요한 유체 저항을 최소화하여 연료 및 동력 손실을 방지하고, 액츄에이터에 저부하가 발생될 경우 미터 아웃되는 유량을 감소시켜 액츄에이터에 발생되는 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 엔진과,
    상기 엔진에 연결되는 가변 용량형 유압펌프와,
    상기 유압펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터와,
    상기 유압펌프와 액츄에이터사이의 유로에 설치되며, 스풀 절환시 유압펌프로부터의 작동유를 각 액츄에이터에 미터 인 시키거나, 각 액츄에이터로부터 유압탱크로 미터 아웃 시키도록 유로가 형성되는 콘트롤밸브와,
    상기 콘트롤밸브의 미터 아웃용 유로와 유압탱크사이의 유로에 설치되며, 상기 액츄에이터에 발생되는 부하압에 대응되게 피스톤이 시프트되어 상기 액츄에이터로부터 배출되는 작동유를 유압탱크로 미터 아웃시키는 통로의 개구량을 가변 조정하는 레귤레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레귤레이터는 상기 콘트롤밸브의 미터 아웃 통로를 개폐시키는 스풀 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 레귤레이터는 상기 콘트롤밸브의 미터 아웃 통로를 개폐시키도록 상기 콘트롤밸브 외측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 붐실린더, 아암실린더 및 버킷실린더 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레귤레이터는
    상기 액츄에이터에 발생되는 부하압이 신호압으로서 입력되는 신호압 포트와,
    상기 콘트롤밸브로부터 미터 아웃되는 유량이 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구가 형성되는 밸브몸체와,
    상기 밸브몸체에 슬라이딩이동되도록 내설되며, 상기 신호압 포트를 통해 유입되는 신호압에 대응되게 시프트되어 상기 유입구 및 배출구사이의 통로를 개폐시키는 피스톤과,
    상기 피스톤을 가압하여 상기 유입구 및 배출구사이의 통로를 닫힌상태로 탄성지지하는 탄성부재를 구비하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 레귤레이터에 의해 제어되는 미터 아웃 유압 제어시스템.
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