KR20150098680A - 건설기계용 선회 제어 시스템 - Google Patents

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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

건설기계용 선회제어 시스템에 관한 것으로, 관성 모멘트에 기인한 상부선회체의 급격한 움직임 또는 흔들림이 간단한 전기 유압 제어 시스템에 의해 제어될 수 있는 건설기계에 유용하며, 비록 선회조작이 급격하면서 반복적으로 수행되더라도, 굴삭이나 덤핑 작업 동안에 운전자는 상부성회체의 기동.정지를 부드럽게 제어할 수 있으며, 그에 따라서 작업장치의 조작성 및 작업효율이 개선된다.

Description

건설기계용 선회 제어 시스템{Swing Control System For Construction Machines}
본 발명은 건설기계용 선회 제어 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 상부선회체의 선회시에 선회시작 가속과 선회 정지 감속을 제어하여, 선회시작 가속구간 및 선회정지 감속구간에서 상부선회체의 움직임이 부드럽게 제어될 수 있도록 개량된 건설기계용 선회 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기나 로더를 포함하는 건설기계는 하부주행체의 상부에 탑재된 상부선회체에 버켓과 아암 및 붐을 포함하는 작업장치가 장착되며, 토사의 굴삭이나 덤프 작업을 위하여 작업장치와 상부선회체의 움직임이 유기적으로 제어된다.
도 1을 참조하면, 통상적으로 굴삭기(100)는 버켓(2)과 아암(3) 및 붐(4)을 포함하는 작업장치가 상부선회체(1)에 피봇 가능하게 설치되도록 구성되며, 특히 상부선회체(1)는 운전자의 선회조작에 상응하여 , 터닝조인트(미도시함)의 중심을 기점으로 시계방향이나 반시계방향으로 회전하는 선회 움직임을 갖는다.
버켓(2)은 토사의 하중에 따른 부하를 받으며, 굴삭 작업이나 덤프 작업시, 상부선회체(1)는 회전 과정에서 커다란 관성모멘트를 받는다.
이는 구조적으로 버켓(2)이 상부선회체(1)의 무게 중심으로부터의 거리가 떨어진 상태에서 회전하기 때문이며, 상기 관성모멘트는 버켓(2)의 가해지는 부하가 크고 거리가 멀수록 상대적으로 커진다.
버켓(2)이 토사로 채워진 상태에서 상부선회체(1)가 회전할 때 발생하는 관성모멘트는 버켓(2)이 비워진 상태에서 상부선회체(1)가 회전할 때 발생하는 관성모멘트에 비하여 상대적으로 크다.
관성모멘트는 버켓(2)의 부하 뿐만 아니라 수평선에 관하여 붐(4)의 기울어진 각도에 따라 달라질 수 있으며, 잘 알려진 바 관성이 클수록 진동 혹은 진동의 주기도 커진다.
따라서, 시계방향과 반시계 향의 선회 조작이 반복적으로 이루어질 경우, 상부선회체(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 급격한 충격을 받으며, 캡(5) 내부에서 작업장치(work apparatus)의 움직임을 조종하는 운전자 선회 움직임이 시작되거나 혹은 정지될 때, 역시 극심한 충격 또는 진동을 느끼게 된다.
즉, 건설기계가 선회 시작 또는 정지 동작시 상부 선회체를 선회시키려고 이동할 경우, 선회 모터와 상기 선회 이동과 연관되는 제어밸브는 너무 빨리 개방 및 패쇄되어, 유압은 그와 같이 빨리 시작되고 정지된다. 이것은 버킷 로드와 상부 선회체의 관성운동에 기인하여 급격한 충격과 저깅 움직임을 일어나게 한다..
이러한 상황에서 굴삭작업이나 덤프작업을 지속하는 경우, 작업장치의 조작성이 크게 떨어지며, 작업효율 역시 악영향을 받는다.
전술한 단점을 해결하기 위한 여러 가지 다양한 시도가 있었다. 예컨대, 한국특허공개 제2001-0057430호에 유압중장비의 선회제어장치가 개시되어 있으며, 붐 각도가 변화함에 따라 작업장치 측의 선회가속 또는 선회감속에 상응하는 관성모멘트가 달라져 선회시작 또는 선회정지 시에 장비에 가해지는 충격이 크게 되는 문제점을 해결하고자 하였다.
이 특허에 공개된 기술은, 붐 각도가 변화함에 따라 컨트롤러가 상기 붐각도에 대응하는 전류신호를 전자비례 감압밸브로 출력하여 선회제어용 파이럿 압력을 가변시키고, 상기 파이럿 압력에 따라 선회모터로 공급되는 유로면적을 조절하는 방향제어밸브가 가변되어 선회시작 또는 선회정지 시에 가속 또는 감속 정도를 조절하여 급속정지 또는 급속선회에 발생하는 충격을 완화시키는 것으로 제안되었다.
하지만, 붐의 각도에 상응하여 변화하는 상부선회체의 관성과 선회용 방향제어밸브의 가변제어를 고려해야 하기 때문에, 붐 각도 센서나 감압밸브 등이 조합되는 유압회로가 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로,
선회시작 구간 및 선회정지 구간에서 부드럽게 선회 움직임을 제어함으로써 굴삭작업이나 덤프작업시 상부선회체의 선회제어를 반복적으로 수행하더라도, 작업장치의 조작성 및 작업효율을 양호하게 유지할 수 있는 건설기계용 선회제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압력 검출수단과 미리 결정된 변형 알고리즘 사이의 포텐셜 차이에 의존하여 전기 제어 시스템으로 제어함으로써 관성에 따른 충격이 효과적으로 완충되고 선회시작의 가속과 선회 정지의 감속의 선회 움직임이 부드럽게 제어될 수 있는 건설기계용 선회제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 건설기계에서 붐 서스펜션 기능을 제어하는 유압 시스템은:
유압펌프;
상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동되며, 상부선회체를 선회 시키는 선회모터;
상기 유압펌프와 상기 선회모터 사이에 설치되며, 한 쌍의 유압라인을 통하여 상기 선회모터에 공급 및 리턴되는 압유의 유량을 제어하는 선회제어밸브;
상기 선회제어밸브로 운전자의 조작량에 상응하는 스풀절환신호를 공급하는 선회조작수단;
상기 유압라인에 분기된 릴리프 라인에 설치되고, 상기 유압라인들의 압력 중에 높은 압력을 선택하여 상기 릴리프 라인보다 높은 압력을 갖는 선택된 유압라인의 압유를 배출하는 셔틀밸브;
상기 셔틀밸브의 하류측에 있는 상기 릴리프 라인 상에 설치되며, 상기 제 1 컷오프 밸브가 선회시작 가속시에 개방될 때, 제1 컷오프 밸브를 통하여 유압탱크로 유압을 배출시키도록 소프트 선회시작용 요구 유량을 제어하는 릴리프 밸브;
상기 셔틀밸브와 릴리프 밸브 사이에 설치되며, 선회 시작 가속시에 상기 셔틀밸브를 통하여 부드러운 선회시작용 유량(flow rate)을 선택적으로 제어하는 제 1 컷 오프 밸브;
상기 한 쌍의 유압라인에서 분기된 연결라인에 설치되며, 선회정지 감속동안에 연결라인 상에 부드러운 선회 정지용 요구유량을 선택적으로 제어하는 제 2 컷 오프 밸브;
스풀 절환을 위하여 상기 선회제어밸브로 공급되는 신호압을 감지하는 한 쌍의 압력 검출 수단; 및
상기 릴리프 밸브와, 제1 컷 오프 밸브, 제2 컷 오프 밸브 및 압력 센서들에 전기적으로 연결 설치되며, 미리 설정된 알고리즘에 의해 작동되는 미분함수와 관성 변형 함수와 압력 검출수단 사이의 포텐셜 압력차를 토대로 상부선회체가 부드러운 선회 시작 또는 정지에 있는지를 결정하고, 상기 선회시작 가속과 상기 선회정지 감속 동안에 밸브를 제어하는 밸브제어신호를 선택적으로 출력하는 전기 컨트롤러;를 포함한다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템에 의하면, 전자 컨트롤러의 관성 기능은 방정식
Figure pct00001
에 의해 표현되는 압력 검출 수단의 구형파 신호로부터 부드러운 신호를 제공한다. 여기에서 T는 기계/ 버킷 사이즈이고, K는 압력/밸브 전압이다
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템에 따르면, 미분 기능이 방정식 U1(t)=Udt에 의해 표현되는 부드러운 선회시작 또는 부드러운 선회 정지를 인식하도록 적용된다.
본 발명에 따른 상기 전기 컨트롤러는 선회 시작 구간 또는 선회 정지 구간에서 소정의 인터벌 시간을 갖고 불연속적으로 밸브제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 압력 검출 수단은 압력 센서로 구성된다.
본 발명에 따른 일실시예에 있어서, 건설기계용 선회제어 시스템은 상기 연결라인에 가변 스로틀 밸브가 더 설치된다.
본 발명에 따른 상기 선회조작수단은 조이스틱의 조작에 의해서 파일럿 신호압을 제공하는 리모트 콘트롤 밸브를 포함하는 유압식 조이스틱으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일실시예에 있어서, 상기 선회조작수단은 전기 조이스틱으로 구성된다.
본 발명에 다른 실시예에 따르면, 하부 주행체와 상부선회체 및 상기 상부선회체에 부착된 작업장치를 갖는 건설기계가 제공되어 있다. 상부 선회체는 하부 주행체에 장착되어 스위브 되고, 작업 장치는 버킷, 아암 및 상기 상부 선회체상에 피봇가능하게 연결된 붐을 포함한다.
또한, 건설기계는 유압펌프와,
상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동되며, 상부선회체를 선회 시키는 선회모터;
상기 유압펌프와 상기 선회모터 사이에 설치되며, 한 쌍의 유압라인을 통하여 상기 선회모터에 공급 및 리턴되는 압유의 유량을 제어하는 선회제어밸브;
상기 선회제어밸브로 운전자의 조작량에 상응하는 스풀절환신호를 공급하는 선회조작수단;
상기 유압라인에 분기된 릴리프 라인에 설치되고, 상기 유압라인들의 압력 중에 높은 압력을 선택하여 상기 릴리프 라인보다 높은 압력을 갖는 선택된 유압라인의 압유를 릴리프 라인으로 배출하는 셔틀밸브;
상기 셔틀밸브의 하류측에 있는 상기 릴리프 라인 상에 설치되며, 상기 제 1 컷오프 밸브가 선회시작 가속시에 개방될 때, 제1 컷오프 밸브를 통하여 유압탱크로 유압을 배출시키도록 소프트 선회시작용 요구 유량을 제어하는 릴리프 밸브;
상기 셔틀밸브와 릴리프 밸브 사이에 설치되며, 선회 시작 가속시에 상기 셔틀밸브를 통하여 부드러운 선회시작용 유량(flow rate)을 선택적으로 제어하는 제 1 컷 오프 밸브;
상기 한 쌍의 유압라인에서 분기된 연결라인에 설치되며, 선회정지 감속동안에 연결라인 상에 부드러운 선회 정지용 요구유량을 선택적으로 제어하는 제 2 컷오프 밸브;
스풀 절환을 위하여 상기 선회제어밸브로 공급되는 신호압을 감지하는 한 쌍의 압력 검출 수단; 및
상기 릴리프 밸브와, 제1 컷 오프 밸브, 제2 컷 오프 밸브 및 압력 센서들에 전기적으로 연결 설치되며, 미리 설정된 알고리즘에 의해 작동되는 미분함수와 관성 변형 함수와 압력 검출수단사이의 포텐셜 압력차를 토대로 상부선회체가 부드러운 선회 시작 또는 정지에 있는지를 결정하고, 상기 선회시작 가속과 상기 선회정지 감속 동안에 밸브를 제어하는 밸브제어신호를 선택적으로 출력하는 전기 컨트롤러;를 포함한다. 여기서 T는 기계/버킷사이즈이고, K는 압력/밸브 전압이고, 미분함수는 방정식
Figure pct00002
로 표현되는 부드러운 선회시작 또는 부드러운 선회정지를 인식하는 데 이용된다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 선회제어밸브의 스풀 절환신호와 미리 설정된 알고리즘에 의존하여 선회시작가속구간 및 선회정지감속구간에서 제 1 컷 오프밸브와 릴리프 밸브, 제 2 컷 오프 밸브와 가변 스로틀 밸브 요소들을 적절하게 제어함으로써 상부선회체의 선회 움직임이 부드럽게 이뤄지고, 충격 및 진동이 효과적으로 감소 및 댐핑되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 상부선회체의 관성에 따른 급격한 움직임을 심플한 전기 유압 제어 시스템으로 제어하도록 함으로써 굴삭작업이나 덤프 작업시 선회움직임이 장기간 반복적으로 이뤄지더라도 운전자로 하여금 부드러운 선회 움직임 제어를 통하여 작업장치의 조작성 및 작업효율이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 종래 굴삭기를 도시한 개략도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계용 선회 제어 시스템의 유압회로도;
도 3는 본 발명에 따른 전자 컨트롤러에 의하여 밸브제어신호의 처리과정을 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 부드러운 선회시작과 정지동작 동안에 밸브 특성을 나타내는 그래프
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다. 상세한 설명에서 한정된 장치 및 구성요소는 본 발명의 이해를 돕기 위해서 당업자에게 도움을 제공하기 위한 것이지 여기 제시된 실시예에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 심플한 전자제어 방식으로 선회초기구간 및 선회정지구간에서 밸브들을 제어하여 부드러운 선회 움직임을 하는 것이며, 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2의 개략적인 유압회로도에 도시된 바와 같이, 상부선회체(1)의 스윙 움직임을 위하여 유압펌프(10)에서 토출되는 압유는 선회모터(12)에 공급된다.
상기 유압펌프(10)와 상기 선회모터(12) 사이에 선회제어밸브(11)가 설치되며, 상기 선회제어밸브(11)는 한 쌍의 유압라인(13a, 13b)을 통하여 선회모터(12)에 연결된다. 상기 유압라인(13a, 13b)은 상부선회체(1)의 스윙 움직임을 위하여 압유의 공급라인 또는 리턴라인으로 작용한다.
상기 선회제어밸브(11)는 선회모터(12)에 공급 및 리턴되는 압유의 방향과 유량을 제어하며, 양쪽에 수압부(11a, 11b)를 구비한다. 상기 선회제어밸브(11)의 방향절환을 위하여, 상기 선회제어밸브(11)의 양쪽 수압부(11a, 11b)로 운전자의 조작량에 상응하는 스풀절환신호를 공급하는 선회조작수단 (14)이 구성된다.
바람직하게는 상기 선회조작수단 (14)은 스풀절환신호로써, 보조펌프(미도시함)에서 토출되는 압유를 이용하여 상기 선회제어밸브(11)의 수압부(11a, 11b) 에 파일럿 신호압을 제공하는 리모트 콘트롤 밸브(15)를 포함하는 유압 조이스틱으로 구성하는 것이 바람직하다.
다른 변형 실시예에 있어서, 상기 선회조작수단(14)은 전기 조이스틱으로 구성하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 스풀 절환을 위하여 상기 선회제어밸브11의 양쪽 수압부(11a, 11b)에 공급되는 신호압을 감지하는 한 쌍의 압력 검출 수단 (16a, 16b)과 상기 유압라인 (13a, 13b)에서 분기된 드레인 라인(17)에 설치되는 셔틀밸브(24)를 포함한다.
바람직하기는, 상기 압력검출수단(16a, 16b)은 상기 선회조작수단(14)의 조작시 상기 수압부(11a, 11b)에 공급되는 파일럿 신호압을 감지하는 압력 센서로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 압력센서로부터 감지되는 파일럿 신호압은 제어라인(28)을 통하여 전기 컨트롤러(6)에 제공된다.
상기 셔틀밸브(24)는 상기 유압라인(16a, 16b)들의 압력 중에 높은 압력을 선택하며, 선택되는 유압라인(16a 또는 16b)의 압유가 상기 드레인 라인(17)으로 배출된다. 만약, 상기 선회모터(12)의 회전방향이 바뀌는 경우, 상기 셔틀밸브(24)를 통하여 선택되는 높은 압력의 유압라인(13a 또는 13b)도 바뀌어 질 수 있다.
본 발명에 따른 릴리프 밸브 (19)는 상기 드레인 라인(17)에서 상기 셔틀밸브(24)의 하류측에 설치되며, 상기 셔틀밸브(24)를 통하여 선택되는 유압라인(11a 또는 11b)의 압력이 미리 설정된 시스템 압력 이상인 경우, 압유를 유압탱크(T)로 드레인시키는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 제 1 컷 오프 밸브 (20)는 상기 셔틀밸브(24)와 릴리프 밸브 (19) 사이의 드레인 라인 (17)에 설치되며, 상기 셔틀밸브(24)를 통하여 부드러운 선회시작용 압유의 유량(flow rate)을 선택적으로 제어한다. 더욱 상세하게는, 제 1 컷 오프 밸브(20)는 선회시작 가속구간동안 셔틀밸브(24)에 의해 선택된 유압라인(13a,13b)의 압유를 제어하도록 구성된다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 선회제어밸브(11)가 도면상 좌측으로 절환되고, 동시에 제1 컷-오프 밸브(20)가 개방 포지션으로 절환되면, 우측의 유압라인(13a)을 통하여 압유가 선회모터(12)에 공급되고 선회모터(12)를 경유한 압유는 좌측의 유압라인(13b)을 통하여 유압탱크(T)로 리턴된다.
이 경우에서, 우측의 유압라인(13a) 및 좌측의 유압라인(13b)의 압유가 분기라인(26)을 통하여 상기 셔틀밸브(24)에 안내되며, 제 1 컷오프 밸브(20)가 선회 시작 가속 동안에 개방위치로 스위치될 때 상기 셔틀밸브(24)는 유도된 압유보다 높은 유압 수준의 압유를 선택하여 출구포트로 배출한다.
본 발명에 따르면, 부드러운 선회 시작 이후의 시스템 압력을 고려할 때 상기 셔틀밸브(24)의 출구포트를 통하여 배출되는 작동유의 압력이 미리 설정된 시스템 압력 이상인 경우, 상기 릴리프 밸브(19)를 통하여 유압탱크(T)로 배출(drain)될 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 상기 한 쌍의 유압라인(13a, 13b)에서 분기된 연결라인(18)에 설치된 제 2 컷 오프 밸브(21)를 포함하고, 선회 정지 감속 동안 가변 스로틀 밸브 (23)와 연결상태에서의 부드러운 선회 정지를 위한 요구 유량 비율을 선택적으로 제어하도록 구성되어 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 건설기계용 선회 제어 시스템은 제어라인 (27 및28)를 통하여 릴리프 밸브(19), 제 1 컷오프 밸브(20), 제 2 컷오프밸브(21) 및 압력센서 (16a 및 16b)에 전기적으로 연결된 전기 컨트롤러(6)를 포함하고,
상기 전기 컨트롤러(6)는, 상기 센서(16a, 16b)사이의 압력 차이 관성 변형 함수 및 미리 설정된 알고리즘에 의해 작동되는 미분 함수에 근거하여 상부 선회체가 선회 시작 제어 구간 및 선회 정지 제어 구간에 있는지를 판단하여 상기 밸브(19,20,21)들에 요구되는 밸브제어신호(a required valve control signal)를 선택적으로 출력한다.
특히, 전기 컨트롤러(6)의 관성 변형 함수는 구형파 형태 신호로부터의 부드러운 신호를 제공하는 데 그 식은
Figure pct00003
,이고 여기에서 T는 기계/버킷 사이즈이고, K는 압력/ 밸브 전압이다.
전기 컨트롤러(6)의 관성함수에 따르면, 압력센서차이는 구형파 신호를 발생시키도록 제어되고 특히 압력센서로부터 이븐(even) 구형파 신호는 관성 함수에 의해 부드럽게 만들어진다.
그런 다음, 부드러운 선회 시작 구간 또는 부드러운 선회 정지구간으로 결정되도록, 미분 함수가 방정식 U1(t)=Udt에 표시된 바와 같이 전기 컨트롤러(6)에 인가된다.
이러한 변형 이후에, 선회시작동작 또는 선회 정지 동작이 식 U1(t)=Udt. 의 사인에 근거하여 인식되고, 전기컨트롤러(6)는 밸브(19,20 및 21)를 제어하는 요구되는 유량 비율에 해당하는 밸브 제어신호를 출력한다.
본 발명에 따르면, 요구되는 유량 비율은 부드러운 선회시작/정지 동작에 따라 전기 컨트롤러(6)에 의해 독립적으로 조정되고, 또한 부드러운 선회시작 또는 정지 동작을 디스에이블하도록 요구되는 여유폭(margin)은 전기 컨트롤러(6)에 의해 정해진다.
도 3을 참조하면, 전기 컨트롤러(6)의 밸브 신호제어 동안에, 변형함수는 스무더 전기신호를 갖는 증가시간 혹은 감소 시간을 제공하며, 전기 컨트롤러(6)는 제어라인(27)을 통하여 릴리프 밸브(19), 컷 오프밸브(20) 및 제 2 컷 오프밸브(21)용 제어신호들은 발생시킨다.
전기 컨트롤러(6)로부터 출력된 밸브제어신호는 밸브개폐를 조절하여 작업자의 선회조종 동안에 부드러운 선회시작/정지가 되도록 전기 솔레노이드 제어신호 또는 전기 유압신호를 포함하고 있다.
전기 솔레노이드 제어신호 및 전기 유압신호는 제어라인(27)을 통하여 독립적으로 출력될 수도 있다. 더욱이 전기 컨트롤러(6)는 선회시작 동작 또는 선회정지 동작 내의 소정 간격 시간에 연속 또는 불연속적으로 밸브제어신호를 출력할 수 있다. 밸브제어신호가 선회시작 또는 정지동작이 종료라는 결정이 내려질 때까지 연속적 또는 불연속적으로 변화된다는 것은 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
밸브 제어신호에 따르면, 밸브(19,20 및 21)의 유량(flow rate)이 전기적으로 제어된다. 선회시작동작 또는 선회 정지동작 동안에 밸브(20,21)의 솔레노이드부 또는 자기부는 Boolean 타입- TRUE/OPEND 또는 FALSE/CLOSED에 의해서 스위칭된다.
특히 선회 시작동작 동안에 릴리프 라인(17)상의 제 1 컷 오프 밸브(20)는 온-오프 방식으로 작동되고, 제 1 컷 오프 밸브(20)의 유량은 버킷(2)의 적은 부하로 신속 시작을 하고 버킷(2)의 큰 부하로 길게 하는 선회 제어 시스템을 제공하는 선회모터(12) 상의 압력에 의존된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 선회 제어 시스템은 상부 선회체의 관성을 검출하는 포텐시오 미터를 포함하고, 릴리프밸브(190는 전기 컨트롤러(6)의 미분신호에 의존되며, 도 2에 도시된 밸브 조정기(25)를 통하여 제어될 수 있다.
더욱이 만약 셔틀밸브(24)의 출력포트를 통하여 배출된 유압의 압력이 미리 설정된 릴리프 압력을 초과한다면, 유압은 부드러운 선회시작 또는 정지 동작 이후에 릴리프 밸브(19)를 통하여 유압탱크(T)로 배출될 수 있다.
종래에 있어서는, 건설기계가 선회시작 또는 정지동작에서 상부 선회체를 선회하기 위해 움직일 때 큰 흔들림과 저깅 움직임이 있었다.
그러나 본 발명에 따르면 큰 흔들림과 저깅 움직임이 감소되거나 억제 되고 선회 시작 또는 정지가 선회동작시에 부드럽게 작동된다.
예로써, 도 2 및 도 3을 참조하면 굴삭 또는 댐핑 동작을 위한 선회 동작 동안에 파이럿 신호는 조이스틱(14)을 당기거나 미는 선회 조동 수단(14)에 응답하여 스풀의 신호 압력 수신부(11a 및 11b)에 인가된다.
도면상 우측의 수압부(11a)에 인가되는 파일럿 신호에 의하여 선회제어밸브(11)는 도면상 좌측으로 절환되면, 유압은 공급라인(13a)을 통하여 유압펌프(10)로부터 선회모터(12)를 작동시킨 이후 리턴라인(13b)을 통하여 유압탱크(T)로 리턴된다.
본 발명에 따르면, 선회제어밸브(11)의 스풀을 쉬프팅시키는 파일럿 신호압력은 압력센서(16a 및16b)에 의해 감지되고 각 신호압력은 전기 컨트롤러(6)에 인가된다.
전기 컨트롤러(6)는 상부 선회체가 압력센서(16a및 16b) 사이의 압력차( 델타 P)와 관성함수와 미리 설정된 알고리즘의 미분함수에 근거하여 선회 시작 동작인지를 결정한다.
만약, 선회 시작 동작 또는 시작 가속으로 검출되거나 인식되면, 선회움직임의 속도는 증가한다. 이때, 릴리프 라인(17)과 릴리프 밸브(19)상의 제 1 컷 오프 밸브(20)는 전기 컨트롤러(6)로부터의 제어라인(27)을 경유하여 밸브 제어신호에 의해 개방되도록 제어된다.
전술한 바와 같이, 선회 정지동작 동안에 압력센서(16a 및 16b)로부터의 구형파 신호가 전기 컨트롤러(6)의 관성함수에 의해서 부드럽게 만들어짐으로써, 도 4에서와 같이 제 2 컷 오프 밸브(21)와 가변 스로틀 밸브(23)의 유량 또는 밸브 개방이 저속으로 제어된다.
제 2 컷 오프 밸브(21)의 밸브 개방 등급 또는 개방 위치는 선회정지동작이 종료되었는지가 검출될 때까지 연속적으로 또는 불연속적으로 변경될 수 있다.
이때 제 2 컷 오프 밸브(21)가 가변 스로틀 밸브(23)을 통하여 토출된 유압의 유량은 선회 정지동작 동안에 적절하게 조정된다. 가변 스로틀 밸브(23)의 유량은 제 2 컷 오프밸브(21)와 다르고 요구되는 댐핑 수행에 의존된다.
따라서 작업자가 선회정지동작에서 조이스틱(14)을 급격하게 조정하더라도, 건설기계의 상부 선회체(1)는 부드럽고 스무드하게 이동되고 흔들림이나 저깅 움직임이 감소된다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회제어 시스템은, 상부선회체의 관성에 따른 급격한 움직임을 심플한 전기 유압 제어 시스템으로 제어하도록 함으로써 굴삭작업이나 덤프 작업시 선회 움직임이 장기간 반복적으로 이뤄지더라도, 부드러운 선회 움직임 제어를 통하여 작업장치의 조작성 및 작업효율을 향상시키는데 유용하다.
1: 상부선회체
2: 버켓
3: 아암
4: 붐
5: 캡
6: 하부주행체
10: 유압펌프
11: 선회제어밸브
12: 선회모터
14: 선회조작수단
17: 드레인 라인
18: 연결라인
20: 제 1 컷오프 밸브
21: 제 2 컷 오프밸브

Claims (11)

  1. 유압펌프와;
    상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동되며, 상부선회체를 선회 시키는 선회모터;
    상기 유압펌프와 상기 선회모터 사이에 설치되며, 한 쌍의 유압라인을 통하여 상기 선회모터에 공급 및 리턴되는 압유의 유량을 제어하는 선회제어밸브;
    상기 선회제어밸브로 운전자의 조작량에 상응하는 스풀절환신호를 공급하는 선회조작수단;
    상기 유압라인에 분기된 릴리프 라인에 설치되고, 상기 유압라인들의 압력 중에 높은 압력을 선택하여 상기 릴리프 라인보다 높은 압력을 갖는 선택된 유압라인의 압유를 배출하는 셔틀밸브;
    상기 셔틀밸브의 하류측에 있는 상기 릴리프 라인 상에 설치되며, 상기 제 1 컷오프 밸브가 선회시작 가속시에 개방될 때, 제1 컷오프 밸브를 통하여 유압탱크로 유압을 배출시키도록 소프트 선회시작용 요구 유량을 제어하는 릴리프 밸브;
    상기 셔틀밸브와 릴리프 밸브 사이에 설치되며, 선회 시작 가속시에 상기 셔틀밸브를 통하여 부드러운 선회시작용 유량(flow rate)을 선택적으로 제어하는 제 1 컷 오프 밸브;
    상기 한 쌍의 유압라인에서 분기된 연결라인에 설치되며, 선회정지 감속동안에 연결라인 상에 부드러운 선회 정지용 요구유량을 선택적으로 제어하는 제 2 컷 오프 밸브;
    스풀 절환을 위하여 상기 선회제어밸브로 공급되는 신호압을 감지하는 한 쌍의 압력 검출 수단; 및
    상기 릴리프 밸브와, 제1 컷 오프 밸브, 제2 컷 오프 밸브 및 압력 센서들에 전기적으로 연결 설치되며, 미리 설정된 알고리즘에 의해 작동되는 미분함수와 관성 변형 함수와 압력 검출수단사이의 포텐셜 압력차를 토대로 상부선회체가 부드러운 선회 시작 또는 정지에 있는지를 결정하고, 상기 선회시작 가속과 상기 선회정지 감속동안에 밸브를 제어하는 밸브제어신호를 선택적으로 출력하는 전기 컨트롤러;를 포함하는 건설기계용 선회제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 컨트롤러의 관성변형함수는 방정식
    Figure pct00004
    으로 표현되는 압력 검출수단의 구형파 형태 신호로부터 스무더 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템(여기에서 T는 기계/버킷사이즈이고 K는 압력/밸브전압).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미분함수는 방정식 U1(t)=Udt으로 표현되는 부드러운 선회 시작 또는 정지를 인식하도록 인가되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 컨트롤러는 상기 선회시작동작 또는 정지 동작이 종료되었는지를 검출 할 때까지 연속적으로 밸브제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전기 컨트롤러는 상기 선회시작 동작 또는 선회정지 동작에서 연속적으로 상기 밸브제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압력 검출수단은 압력 센스를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연결라인에 설치된 가변 스로틀 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선회조작수단은 유압 조이스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 선회조작수단은 전기 조이스틱인 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회 제어 시스템.
  10. 하부주행체와, 상부선회체 및 상기 상부선회체에 부착된 작업장치를 갖고, 상기 상부선회체는 상기 하부주행체가 스위브하게 장착되고 상기 작업장치는 버팃, 암 및 상기 상부선회체에 피봇 가능하게 결합된 붐을 포함하는 건설기계에 있어서,
    유압펌프와;
    상기 유압펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동되며, 상부선회체를 선회 시키는 선회모터;
    상기 유압펌프와 상기 선회모터 사이에 설치되며, 한 쌍의 유압라인을 통하여 상기 선회모터에 공급 및 리턴되는 압유의 유량을 제어하는 선회제어밸브;
    상기 선회제어밸브로 운전자의 조작량에 상응하는 스풀절환신호를 공급하는 선회조작수단;
    상기 유압라인에 분기된 릴리프 라인에 설치되고, 상기 유압라인들의 압력 중에 높은 압력을 선택하여 상기 릴리프 라인보다 높은 압력을 갖는 선택된 유압라인의 압유를 릴리프 라인으로 배출하는 셔틀밸브;
    상기 셔틀밸브의 하류측에 있는 상기 릴리프 라인 상에 설치되며, 상기 제 1 컷 오프 밸브가 선회시작 가속시에 개방될 때, 제1 컷 오프 밸브를 통하여 유압탱크로 유압을 배출시키도록 소프트 선회시작용 요구 유량을 제어하는 릴리프 밸브;
    상기 셔틀밸브와 릴리프 밸브 사이에 설치되며, 선회 시작 가속시에 상기 셔틀밸브를 통하여 부드러운 선회시작용 유량(flow rate)을 선택적으로 제어하는 제 1 컷 오프 밸브;
    상기 한 쌍의 유압라인에서 분기된 연결라인에 설치되며, 선회정지 감속동안에 연결라인 상에 부드러운 선회 정지용 요구유량을 선택적으로 제어하는 제 2 컷 오프 밸브;
    스풀 절환을 위하여 상기 선회제어밸브로 공급되는 신호압을 감지하는 한 쌍의 압력 검출 수단; 및
    상기 릴리프 밸브와, 제 1 컷 오프 밸브, 제 2 컷 오프 밸브 및 압력 센서들에 전기적으로 연결 설치되며, 미리 설정된 알고리즘에 의해 작동되는 미분함수와 관성 변형 함수와 압력 검출 수단 사이의 포텐셜 압력차를 토대로 상부선회체가 부드러운 선회 시작 또는 정지에 있는지를 결정하고, 상기 선회시작 가속과 상기 선회정지 감속 동안에 밸브를 제어하는 밸브제어신호를 선택적으로 출력하는 전기 컨트롤러;를 포함하는 건설기계용 선회제어 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전기 컨트롤러의 상기 관성 변형 함수는 방정식
    Figure pct00005
    로 표현되는 상기 압력 검출수단의 구형파 형태의 신호로부터 스무더 신호를 제공하고, 상기 미분함수는 방정식 U1(t)=Udt로 표시되는 부드러운 선회시작 또는 부드러운 선회정지를 인식하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회제어 시스템(여기에서 T 는 기계/버킷 사이즈이고, K 압력/밸브전압임).

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