KR20180058317A - Hydraulic energy recovery system for construction-machinery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건설기계에서 유압 액추에이터의 압력 손실 에너지를 회수하여 저장하였다가 동작 단말에 사용할 수 있도록 함으로써 에너지를 절감할 수 있도록 한 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydraulic energy recovery system for a construction machine that can save energy by recovering and storing pressure loss energy of a hydraulic actuator in a construction machine and making it available for an operation terminal.
굴착기, 휠 로더, 지게차 등의 건설기계에서는 유압펌프로부터 토출되는 압유를 이용하여 복수의 유압 액추에이터를 움직여서 작업을 수행하게 된다.In a construction machine such as an excavator, a wheel loader, and a forklift, work is performed by moving a plurality of hydraulic actuators using pressure oil discharged from a hydraulic pump.
이러한 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서는, 하나 또는 복수의 유압펌프를 구비하고, 각 하나의 유압펌프에는 복수 개의 유압 액추에이터를 병렬 연결하여, 하나의 유압펌프에서 토출 되는 압유에 의해 유압 액추에이터를 단독으로 또는 복수 개를 동시에 작동시켜 작업을 수행한다.In the hydraulic energy recovery system of such a construction machine, one or a plurality of hydraulic pumps are provided, and a plurality of hydraulic actuators are connected in parallel to each hydraulic pump so that the hydraulic actuator can be operated solely by pressure oil discharged from one hydraulic pump Or a plurality of operations are carried out simultaneously.
예를 들어, 굴착기가 흙을 파서 트럭에 옮겨 싣는 이른바 '상차작업'에서, 굴착기는 버킷으로 흙을 파서 담은 후, 흙을 담은 버킷을 위로 들어올리면서 동시에 선회하는 복합운동을 통해 트럭에 싣는다.For example, in a so-called "cargo operation" where excavators dig deeper into trucks, excavators dig deeper into buckets, load them on trucks with simultaneous revolving movements while lifting the bucket with the soil up.
이러한 복합운동을 위해, 굴착기는 차체에 관절 연결된 붐(boom)과, 붐에 관절 연결된 암(arm)과, 암에 관절 연결된 버킷(bucket)을 구비하고, 이것들을 움직이기 위한 유압 액추에이터로서 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더를 구비하며, 그와 함께 하부 주행 몸체를 구동하기 위한 주행용 유압모터와, 상부 선회 몸체를 구동하기 위한 선회용 유압모터를 함께 구비한다.For this combined movement, the excavator has a boom connected to the vehicle body, an arm connected to the boom, and a bucket connected to the arm, and as a hydraulic actuator for moving the boom cylinder, A female cylinder, and a bucket cylinder, together with a hydraulic motor for driving for driving the lower running body and a hydraulic motor for turning for driving the upper turning body.
붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 주행용 유압모터 및 선회용 유압모터를 포함하는 유압 액추에이터들은, 굴착기에 갖추어진 동력원(엔진 또는 전기 모터)에 의해 구동하는 하나 또는 복수 개의 유압펌프에 연결되어 있으며, 각 유압펌프로부터 토출 되는 압유에 의해 작동한다.Hydraulic actuators including a boom cylinder, an arm cylinder, a bucket cylinder, a hydraulic motor for driving, and a hydraulic motor for swiveling are connected to one or a plurality of hydraulic pumps driven by a power source (engine or electric motor) equipped in the excavator , And hydraulic oil discharged from each hydraulic pump.
또한, 각각의 유압 액추에이터에는 제어밸브가 설치되며, 운전자에 의한 조작 레버의 조작 방향 및 조작량 등에 상응하여 제어밸브가 절환(차단 및 전환) 및 개도 조절되어 각각의 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어하게 된다(특허문헌 1 내지 4 참조).In addition, each hydraulic actuator is provided with a control valve, and the control valve is switched (blocked and switched) and the opening degree is controlled in accordance with the operation direction and the manipulated variable of the operating lever by the driver and the direction of the pressure oil supplied to each of the hydraulic actuators Thereby controlling the flow rate (see
도 1에는 일반적인 건설기계에서 복수 개의 액추에이터가 고부하 액추에이터와 저부하 액추에이터를 가짐과 함께 복수의 액추에이터가 하나의 유압펌프에 연결된 형태의 유압 제어 시스템을 보인 도면이 도시되어 있다. 하나의 유압펌프에는 2개 이상이 연결될 수 있으며, 이러한 유압펌프와 액추에이터 그룹이 복수 개 구비될 수도 있다. 예를 들어. 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보, 공개번호 제10-2015-0033928호)에는 2개의 유압펌프에 각각 4개의 액추에이터가 연결되어 있다.1 is a view showing a hydraulic control system in which a plurality of actuators in a general construction machine have a high-load actuator and a low-load actuator, and a plurality of actuators are connected to a single hydraulic pump. Two or more hydraulic pumps may be connected to one hydraulic pump, and a plurality of such hydraulic pumps and actuator groups may be provided. E.g. In Patent Document 2 (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0033928), four actuators are connected to two hydraulic pumps, respectively.
도 1을 참조하면, 이러한 형태의 유압 제어 시스템은, 건설기계의 엔진이나 전기모터와 같은 동력원(1)에 의해 구동하는 유압 펌프(2)와, 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)에 병렬로 분기되는 고부하 측 공급라인(4)과 저부하 측 공급라인(5)에 각각 입력측이 연결되어 각각 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)의 동작을 제어하는 고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)를 구비한다.1, this type of hydraulic control system includes a
상기 고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)는 각각 그 내부에 스풀(spool)을 구비하고 있으며, 각각 고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)에 대한 압유의 공급방향과 공급유량을 조작신호(31, 32, 41, 42)에 따라 제어한다. 고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)에 대한 조작신호(31, 32, 41, 42)는, 각 밸브(10, 20)의 양단에 있는 파일럿 포트(11, 12, 13, 14)를 통해 입력된다.The high load
고부하 액추에이터(100)인지 저부하 액추에이터(200)인지는 감당하는 최대부하의 크기에 따라 구분되며, 둘 중 부하가 큰 액추에이터가 고부하 액추에이터이고 부하가 작은 액추에이터가 저부하 액추에이터가 된다.Whether the
건설기계가 굴착기라면, 일례로 고부하 액추에이터(100)는 붐 실린더이고 저부하 액추에이터(200)는 선회 모터일 수 있으며, 다른 예로 고부하 액추에이터(100)는 붐 실린더이고 저부하 액추에이터(200)는 암 실린더일 수 있으며, 또 다른 예로 고부하 액추에이터(100)는 주행 모터이고 저부하 액추에이터(200)는 선회 모터일 수 있는 등, 다양한 조합이 가능하다.If the construction machine is an excavator, for example, the
이처럼 하나의 유압 펌프에 부하가 다른 복수의 액추에이터가 연결되어 사용되고, 부하가 다른 복수의 액추에이터에 동시에 사용될 때, 유압 펌프의 압력(출력)은 고부하 액추에이터의 압력에 의해 결정되므로, 저부하측 공급라인(5)에도 고부하 액추에이터의 압력과 동일한 압력이 공급됨으로써 그만큼 에너지 손실이 발생한다.Since the pressure (output) of the hydraulic pump is determined by the pressure of the high-load actuator when a plurality of actuators having different loads are used and connected to a plurality of actuators having different loads, 5) is supplied with the same pressure as the pressure of the high-load actuator, thereby causing energy loss.
즉, 저부하측 공급라인(5)에 고부하 액추에이터의 압력과 동일한 압력이 공급되는 것에 의해, 펌프와 저부하 액추에이터 사이에 압력차가 발생하고, 저부하측 제어밸브(20)에서는 저부하 액추에이터(200)에 필요한 압력으로 낮추기 위한 에너지 손실(예; 교축 손실)이 발생하게 된다. 그 손실만큼 유압 펌프(2)를 가동하기 위해 필요한 에너지(예; 엔진의 연료 또는 모터의 전력)가 낭비되는 것이다.That is, a pressure difference equal to the pressure of the high load actuator is supplied to the low load
본 발명은 위와 같이, 하나의 유압 펌프에 부하가 다른 복수의 액추에이터가 연결되어 사용될 때, 저부하 액추에이터를 통해 버려지는 에너지를 회수하여 저장하였다가 재사용할 수 있도록 함으로써 에너지를 절감할 수 있도록 한 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.As described above, when a plurality of actuators having different loads are connected to one hydraulic pump, energy that is discharged through a low-load actuator can be collected, stored, and reused, thereby saving energy And to provide a hydraulic energy recovery system of the machine.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 건설기계의 유압 제어 시스템은, 동력원(1)에 의해 구동하는 유압 펌프(2); 상기 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)으로부터 병렬로 분기되어 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)에 연결되는 고부하 측 공급라인(4) 및 저부하 측 공급라인(5); 상기 고부하 측 공급라인(4) 및 저부하측 공급라인(5)에 각각 연결되고 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)에 각각 제1, 2 유압라인(101, 102) 및 제1, 2 유압라인(201, 202)으로 연결되어 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)의 동작을 제어하는 고부하 측 제어밸브(10) 및 저부하측 제어밸브(20); 상기 저부하 액추에이터(200)의 제1, 2 유압라인(201, 202) 중 어느 하나의 유압라인으로부터 분기되는 축압용 유압라인(300) 및 그 축압용 유압라인(300)에 설치되는 축압기(310); 상기 축압용 유압라인(300)으로부터 분기되어 상기 축압기(310)에 저장된 압력 에너지를 상기 제3 동작부(500)에 인출하기 위한 유압 인출 라인(400); 을 포함하며; In order to achieve the above object, a hydraulic control system of a construction machine of the present invention comprises: a hydraulic pump (2) driven by a power source (1); A high load
상기 제1, 2 유압라인(201, 202) 중 상기 축압용 유압라인(300)이 분기된 유압라인에 제1 제어밸브(330)를 설치하고, 상기 유압 인출 라인(400) 접속점(JP2) 하류의 축압용 유압라인(300)에 제2 제어밸브(340)를 설치하며, 상기 유압 인출 라인(400)에 제3 제어밸브(510)를 설치하여, 축압 신호(51) 및 축압 에너지 사용 신호(52)의 여부에 따라 상기 저부하 액추에이터(200)에서 나오는 압유를 상기 압유 탱크(7)로 귀환시키거나 상기 축압용 유압라인(300)을 통해 상기 축압기(310)에 연결하여 압력 에너지를 저장하고, 축압기(310)에 저장한 압력 에너지를 상기 유압 인출 라인(400)을 통해 인출하여 상기 제3 동작부(500)에 사용하도록 구성된다.A
본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서, 상기 제3 동작부(500)는, 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)를 제외한 건설기계의 또 다른 동작 말단으로서의 액추에이터일 수 있다.In the hydraulic energy recovery system of the construction machine according to the present invention, the
본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서, 상기 고부하 액추에이터(100)는 굴착기의 붐 실린더이고, 상기 저부하 액추에이터(200)는 굴착기의 선회용 유압 모터일 수 있다.In the hydraulic energy recovery system of the construction machine according to the present invention, the
본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서, 상기 제3 동작부(500)는, 상기 유압 펌프(2)의 토출 유량을 보조하기 위한 수단으로서, 상기 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)을 상기 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)에 연결하여 구성할 수 있다.In the hydraulic energy recovery system of a construction machine according to the present invention, the
본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서, 상기 제3 동작부(500)는, 상기 유압 펌프(2)의 구동을 보조하기 위한 수단으로서, 상기 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)에 유압 모터(502)를 설치하고, 상기 유압 모터(502)의 출력 축(502a)을 상기 유압 펌프(2)의 구동축(1a)에 연결하여 구성할 수 있다.In the hydraulic energy recovery system of the construction machine according to the present invention, the
본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템에서, 상기 축압기(310)에 압력을 회수하여 저장하는 동작은, 상기 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)가 동시에 작동하는 복합 조작 중에 이루어지도록 구성할 수 있다.In the hydraulic energy recovery system of the construction machine according to the present invention, the operation of recovering and storing the pressure in the
본 발명에 따른 유압 제어 시스템에 의하면, 하나의 유압 펌프에 부하가 다른 복수 개의 액추에이터가 연결되어 사용되는 건설기계의 유압회로에서, 복수 개의 액추에이터 중 저부하 액추에이터로부터 압유 탱크로 귀횐되는 유압 라인으로부터 축압용 유압라인을 분기하여 축압기를 연결하고, 고부하 액추에이터와 저부하 액추에이터가 동시에 사용되는 조건하에서 저부하 액추에이터로부터 압유 탱크로 귀환되는 압유의 압력 에너지를 축압기에 저장하는 한편, 축압기에 저장된 압력 에너지는 별도의 제3 동작부에 사용할 수 있다.According to the hydraulic control system of the present invention, in a hydraulic circuit of a construction machine in which a plurality of actuators having different loads are used by being connected to one hydraulic pump, an oil pressure line from a low-load actuator of a plurality of actuators to a pressure- The pressure energy of the pressure returning from the low load actuator to the pressure oil tank under the condition that the high load actuator and the low load actuator are used simultaneously is stored in the accumulator while the pressure stored in the accumulator The energy can be used in a separate third operating portion.
따라서, 유압 펌프와 저부하 액추에이터 사이에 압력차에 의한 교축 손실을 줄이고, 그 에너지를 축압기에 유도하여 저장하였다가 다른 액추에이터에 사용하거나, 유압 펌프의 유량을 보조하거나, 유압 펌프의 구동을 보조하는 등에 활용할 수 있다.Accordingly, it is possible to reduce the throttle loss caused by the pressure difference between the hydraulic pump and the low-load actuator, to store the energy in the accumulator and to use it for other actuators, to assist the flow rate of the hydraulic pump, And the like.
도 1은 하나의 유압 펌프에 부하가 다른 복수의 액추에이터가 연결되어 사용되는 종래의 일례에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a conventional example in which a plurality of actuators having different loads are connected to one hydraulic pump.
2 is a view showing a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a third embodiment of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템의 구체적인 실시 형태들을 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of a hydraulic energy recovery system of a construction machine of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템을 나타내는 도면이 도시되어 있다.2 is a view showing a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템은, 동력원(1)에 의해 구동하는 유압 펌프(2)를 구비하고, 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)으로부터 병렬로 분기되는 고부하 측 공급라인(4)과 저부하 측 공급라인(5)을 구비하며, 고부하 측 공급라인(4)에 입력측이 연결되어 고부하 액추에이터(100)의 동작을 제어하는 고부하 측 제어밸브(10)와, 저부하 측 공급라인(5)에 입력측이 연결되어 저부하 액추에이터(200)의 동작을 제어하는 고부하 측 제어밸브(10)를 구비한다.2, the hydraulic energy recovery system for a construction machine according to the present invention includes a
고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)는, 센터 바이패스라인(6)을 구비하고, 각 액추에이터(100, 200)의 제1 압력실(100a, 200a)에 유압을 공급 또는 귀환시키기 위한 포트들과 제2 압력실(100b, 200b)에 유압을 공급 또는 귀환시키기 위한 포트들을 구비한다, 각 액추에이터(100, 200)에서 귀환되는 압유는 압유 탱크(7)로 보내진다.The high load
고부하 측 제어밸브(10)의 각 포트는 제1, 2 유압라인(101, 102)을 통해 고부하 액추에이터(100)의 제1, 2 압력실(100a, 100b)과 연결된다.Each port of the high load
마찬가지로, 저부하 측 제어밸브(20)의 각 포트는 제1, 2 유압라인(201, 202)을 통해 저부하 액추에이터(200)의 제1, 2 압력실(200a, 200b)과 연결된다.Similarly, each port of the low load
저부하 액추에이터(200)의 제1, 2 유압라인(201, 202) 중 한 유압 라인, 즉, 본 실시예에서는 제2 유압라인(202)으로부터 축압용 유압라인(300)이 분기되고, 분기된 축압용 유압라인(300)에는 저부하 액추에이터(200)로부터 귀환되는 압유의 압력 에너지를 회수하여 저장하는 축압기(310)가 설치된다.One hydraulic line among the first and second
도 2에 도시된 실시예에서, 축압용 유압라인(300)은 저부하 액추에이터(200)의 제2 유압실(200b)에 연결되는 제2 유압라인(202)으로부터 분기되는 것으로 도시하였으나, 제1 유압실(200a)에 연결되는 제1 유압라인(201)으로부터 분기하여도 좋다.2, the hydraulic pressure
고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)는, 각각 그 내부에 압유의 방향과 유량을 제어하도록 동작하는 스풀(spool)을 구비하고 있으며, 각 고부하측 제어밸브(10) 각각의 스풀의 움직임은 운전자의 조작레버의 조작방향 및 조작량에 의한 조작신호(31, 32, 41, 42)에 종속된다.The high load
고부하 측 제어밸브(10)와 저부하 측 제어밸브(20)에 대한 조작신호(31, 32, 41, 42)는, 각 밸브(10, 20)의 양단에 있는 파일럿 포트(11, 12, 13, 14)를 통해 입력된다.The operation signals 31, 32, 41 and 42 for the high load
축압용 유압라인(300)으로부터는, 상기 축압기(310)에 저장된 압력 에너지를 제3 동작부(500)로 인출하기 위한 유압 인출 라인(400)이 분기된다.From the hydraulic pressure
즉, 유압 인출 라인(400)은 축압기(310)에 저장된 압력 에너지를 고부하 액추에이터(100)나 저부하 액추에이터(200) 이외의 제3 동작부(500)에 인출(take off)하여 사용하기 위한 유압 라인이다.That is, the hydraulic lead-out
예를 들어, 상기 제3 동작부(500)는, 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)를 제외한 건설기계의 또 다른 동작 말단으로서의 액추에이터일 수 있다.For example, the third actuating
다른 한편으로, 상기 고부하 액추에이터(100)는 굴착기의 붐 실린더일 수 있고, 상기 저부하 액추에이터(200)는 굴착기의 선회용 유압 모터일 수 있으며, 상기 제3 동작부(500)는 암 실린더, 버킷 실린더, 또는 주행용 유압모터 중 하나일 수 있다.On the other hand, the high-
또한, 제2 유압라인(202), 축압용 유압라인(300) 및 유압 인출 라인(400)에는, 축압 신호(51) 및 축압 에너지 사용 신호(52)에 맞추어 각각의 유압라인을 선택적으로 개폐하기 위한 제1 제어밸브(330), 제2 제어밸브(340) 및 제3 제어밸브(510)가 각각 설치된다.The second
즉, 제1 제어밸브(330)는 축압용 유압라인(300)의 분기점(JP1) 하류의 유압라인, 즉, 제2 유압라인(202))에 설치되고, 제2 제어밸브(340)는 축압용 유압라인(300)에 설치되며, 제3 제어밸브(510)는 유압 인출 라인(400)에 설치된다.That is, the
이러한 제1 내지 제3 제어밸브(330, 340, 510)는, 축압 신호(51) 및 축압 에너지 사용 신호(52)에 따라 저부하 액추에이터(200)로부터 압유 탱크(7)로 귀환되는 압유를, (첫째) 압유 탱크(7)로 귀환시키거나, (둘째) 축압용 유압라인(300)을 통해 축압기(310)에 연결하여 압력 에너지를 저장하거나, (셋째) 축압기(310)에 저장된 압력 에너지를 유압 인출 라인(400)을 통해 인출하여 제3 동작부(500)에 사용하도록 제어된다.The first to
축압 신호(51)는, 컨트롤러에 의해 축압기(310)에 압력을 저장하고자 할 때 하달되도록 구성된다. 축압 신호(51)는 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)가 동시에 작동할 때, 예를 들어, 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)의 제1 압력실(100a, 200a)에 유압이 동시에 유입되는 복합조작 시에 이루어지도록 구성된다.The
축압 에너지 사용 신호(52)는, 컨트롤러에 의해 축압기(310)에 저장된 압력을 제3 동작부(500)에 사용하고자 할 때 하달되도록 구성된다.The accumulation
제어밸브들(330, 340, 510)은 도 2 내지 도 4에 도시된 상태가 상시(常時) 상태이다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 상태가 초기 상태이고, 각각의 제어단(331, 341, 511)에 제어신호(51 또는 52)가 인가되면 반대방향으로 움직인다.The
즉, 제1 제어밸브(320)는 상시 열림 밸브(Normally Opened V/V)로서, 축압 신호(51)가 입력될 때에만, 즉, 축압기(310)에 에너지를 저장하라는 신호가 입력될 때에만 닫힌다.That is, the first control valve 320 is a normally open valve (Normally Opened V / V), and only when the
제2 제어밸브(340)는, 상시 닫힘 밸브(Normally Closed V/V)로서, 축압 신호(51)가 입력될 때에만 열린다.The
제3 제어밸브(510)는, 상시 닫힘 밸브로서, 축압 에너지 사용 신호(52)가 입력될 때에만 열린다. 이러한 제3 제어밸브(510)는 비례제어밸브로 구성할 수 있다.The
본 발명에서, 축압기(310)에 압력을 회수하여 저장하는 동작은, 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)가 동시에 사용될 때에 이루어지도록 구성된다.In the present invention, the operation of recovering and storing the pressure in the
즉, 유압 펌프(2)의 압력(출력)이 고부하 액추에이터(100)의 압력에 맞추어 공급됨으로써 유압 펌프(2)와 저부하 액추에이터(200) 사이에 압력차가 발생하고, 저부하측 제어밸브(20)에서는 저부하 액추에이터(200)에 필요한 압력으로 낮추기 위한 에너지 손실(예; 교축 손실)이 발생하는 경우, 그 손실될 에너지를 축압기(310)에 유도하여 저장해 두는 것이다.That is, the pressure (output) of the
이러한 동작을 도 2를 통해 더 자세히 설명한다. 두 가지 액추에이터(100, 200)가 동시에 사용되는 복합조작의 경우라고 가정한다. 예를 들어, 고부하 액추에이터(100)가 굴착기의 붐 실린더이고, 저부하 액추에이터(200)가 선회 실린더이라면, 굴착기가 흙을 파서 트럭에 옮겨 싣는 이른바 '상차작업'에서, 굴착기는 붐 실린더를 통해 흙을 담은 버킷을 위로 들어올리면서 동시에 선회용 유압 모터를 작동시켜 상부 선회체를 선회시키는 복합운동을 하게된다.This operation will be described in more detail with reference to FIG. It is assumed that the two
이에, 축압기(310)에 압력 에너지가 저장되는 과정을 설명하면, 운전자의 조작레버의 조작을 통해, 고부하 액추에이터(100)의 조작신호(31)가 고부하 측 제어밸브(10)의 파일럿 포트(11)를 통해 인가되고, 저부하 액추에이터(200)의 조작 신호(41)가 저부하측 제어밸브(20)의 파일럿 포트(21)를 통해 인가되어, 고부하 측 제어밸브(10)와 저부하측 제어밸브(20)가 모두 좌측으로 절환 된다.The
따라서, 유압 펌프(2)에서 토출된 압유는 고부하 측 제어밸브(10)를 통해 고부하 액추에이터(100)의 제1 압력실(100a)로 유입되는 한편, 저부하측 제어밸브(20)를 통해 저부하 액추에이터(200)의 제1 유압실(200a)로 유입됨으로써, 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)가 동시에 우측으로 움직인다. 따라서, 굴착기의 붐 실린더는 상승하고 선회 모터가 선회작동한다.Therefore, the pressurized oil discharged from the
유압 펌프(2)의 토출 압력은 부하가 큰 고부하 액추에이터(100)에 맞추어지므로, 고부하 액추에이터(100)에는 그만큼 높은 압력의 압유가 공급된다. 이때, 제어부에서는 축압 신호(51)가 하달되며, 그에 따라 제1 제어밸브(330)는 축압 신호(51)에 의해 도면상 위쪽으로 작동하여 닫히게 되고, 제2 제어밸브(340)는 오른쪽으로 작동하여 열리게 되어, 제2 유압라인(202)은 닫히고 축압용 유압라인(300)만 개통된다.Since the discharge pressure of the
이에, 저부하 액추에이터(200)의 제2 유압실(200b)에서 나오는(즉, 압유 탱크(7)로 귀환되는) 압유가 축압기(310)에 작용하여, 유압 펌프(2)의 토출압력과 저부하 액추에이터(200)의 작동측 압력의 차압만큼의 압력 에너지가 축압기(310)에 저장된다.Therefore, the pressure oil discharged from the second
예를 들어, 붐 업(Boom up)(붐 실린더 상승) 및 선회 복합 동작에서, 붐 업에 필요한 유압이 200bar이고, 선회 모터에 필요한 압력이 80bar이며, 저부하 액추에이터(200)의 귀환 압력이 10bar라면, 축압을 행하지 않을 경우 110bar(=200-80-10bar)의 압력이 손실될 것이다.For example, in the boom up (boom cylinder lift) and revolving composite operation, the hydraulic pressure required for boom up is 200 bar, the pressure required for the swing motor is 80 bar, the return pressure of the
하지만, 본 발명과 같이, 저부하 액추에이터(200)의 제2 유압실(200b) 측의 제2 유압라인(202) 쪽에 축압기(310)를 설치하여 배압(back pressure)을 증가시키면, 제1 유압실(200a)의 압력을 더 높여도 되어, 교축손실 에너지를 축압기(310)에 저장할 수 있다.However, as in the present invention, when the
예를 들어, 축압기(310)의 저장 압력이 100bar라면, 저부하 액추에이터(200)에는 100bar의 배압이 작용한다. 그러면, 제1 유압실(200a)에는 180bar(=100+80bar)의 압력이 필요하게 되고, 유압 펌프(2)로부터 180bar의 압력을 유입시켜야 함으로써 교축 손실 압력은 20bar(=200-180bar) 만큼만 매우 작게 발생하게 된다. 이때, 100bar의 압력 에너지는 축압기(310)에 저장된다. 축압기(310)에 압력 에너지가 저장될수록 축압기(310)의 압력이 상승함에 따라 교축 손실 압력도 감소하게 된다.For example, if the storage pressure of the
도 2에서 'SV1', 'SV2', 'SV3'는 압유의 역류를 방지하는 역류방지밸브이다.In FIG. 2, 'SV1', 'SV2', and 'SV3' are reverse flow prevention valves that prevent backflow of pressurized fluid.
다음으로, 축압기(310)에 회수(저장)된 압력을 사용하는 동작에 대해 설명한다.Next, the operation of using the pressure recovered (stored) in the
도 2를 참조하면, 축압기(310)에 저장된 압력의 사용은, 컨트롤러로부터 축압 에너지 사용 신호(52)가 하달되는 것에 의해 수행된다.Referring to Fig. 2, the use of the pressure stored in the
축압 에너지 사용 신호(52)는, 제3 제어밸브(510)에 인가되며, 그에 따라 제3 제어밸브(510)는 열림 방향으로 스위칭 되어 유압 인출 라인(400)이 개통된다.The accumulation
따라서, 축압기(310)에 저장된 압력 에너지는 유압 인출 라인(400)을 통해 제3 동작부(500)에 전달되어 사용된다.Accordingly, the pressure energy stored in the
다음으로, 도 3에는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템이 도시되어 있다.Next, Fig. 3 shows a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a second embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 실시 형태는, 도 2에서 설명한 제3 동작부(500)에 대한 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.In the embodiment shown in Fig. 3, only the configuration of the
도 3을 참조하면, 제3 동작부(500)는 특별히 유압 펌프(2)의 토출 유량을 보조하기 위한 수단으로서 사용된다.Referring to FIG. 3, the
즉, 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)을 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)에 연결하여 구성한 것이다.That is, the
이에 따르면, 축압기(310)에 저장된 압력이 유압 인출 라인(400)을 통해 메인 유압라인(3)에 작용함으로써 유압 펌프(2)의 유량을 보조할 수 있고, 펌프 토출 유량을 감소시키도록 제어함으로써 엔진(1)의 부하를 경감시켜 연료 소비율을 낮출 수 있게 된다.According to this, the pressure stored in the
도 3에서 'SV5'는 '역류방지밸브'이다.In FIG. 3, 'SV5' is a backflow prevention valve.
다음으로, 도 4에는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템이 도시되어 있다.Next, Fig. 4 shows a hydraulic energy recovery system of a construction machine according to a third embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 실시 형태는, 도 2 및 도 3에서 설명한 제3 동작부(500)에 대한 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.The embodiment shown in Fig. 4 differs from that of the
도 4를 참조하면, 제3 동작부(500)는 특별히 유압 펌프(2)의 구동을 보조하기 위한 수단으로서 사용된다.Referring to FIG. 4, the
즉, 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)에 유압 모터(502)를 설치하고, 유압 모터(502)의 출력 축(502a)을 유압 펌프(2)의 구동축(1a)에 연결하여 구성한 것이다.That is, the
이에 따르면, 축압기(310)에 저장된 압력 에너지가 유압 모터(502)를 구동시키고, 유압 모터(502)의 출력이 출력 축(502a)을 통해 유압 펌프(2)의 구동축(1a)을 구동시킴으로써 유압 펌프(2)의 구동을 보조할 수 있고, 그에 따라 엔진(1)의 부하를 경감시켜 연료 소비율을 낮출 수 있게 된다.The pressure energy stored in the
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.The foregoing is a description of certain preferred embodiments of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; rather, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .
1: 엔진
1a: 구동축
2: 유압 펌프
3: 메인 유압라인
4: 고부하측 공급라인
5: 저부하측 공급라인
6: 센터 바이패스라인
7: 압유 탱크
10: 고부하측 제어밸브
11, 12, 21, 22, 331, 321, 511: 파일럿 포트
20: 저부하측 제어밸브
31, 32, 41, 42: 조작신호
51: 축압 신호
52: 축압 에너지 사용 신호
100: 고부하 액추에이터
100a, 200a: 제1 압력실
100b, 200b: 제2 압력실
101, 201: 제1 유압라인
102, 202: 제2 유압라인
300: 축압용 유압라인
310: 축압기
330: 제1 제어밸브
331, 341, 511: 제어단
340: 제2 제어밸브
400: 유압 인출 라인
500: 제3 동작부
502: 유압 모터
502a: 출력축
510: 제3 제어밸브1: engine
1a: drive shaft
2: Hydraulic pump
3: Main hydraulic line
4: High load side supply line
5: Low load side supply line
6: Center bypass line
7: Pressure oil tank
10: High load side control valve
11, 12, 21, 22, 331, 321, 511: Pilot port
20: Low load control valve
31, 32, 41, 42: Operation signal
51: Axial pressure signal
52: Signal used for accumulating energy
100: High load actuator
100a, 200a: first pressure chamber
100b, 200b: a second pressure chamber
101, 201: first hydraulic line
102, 202: second hydraulic line
300: Axial pressure hydraulic line
310: Accumulator
330: first control valve
331, 341, 511: control stage
340: second control valve
400: Hydraulic drawing line
500: third operating portion
502: Hydraulic motor
502a: Output shaft
510: third control valve
Claims (6)
상기 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)으로부터 병렬로 분기되어 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)에 연결되는 고부하 측 공급라인(4) 및 저부하 측 공급라인(5);
상기 고부하 측 공급라인(4) 및 저부하측 공급라인(5)에 각각 연결되어 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)의 동작을 제어하는 고부하 측 제어밸브(10) 및 저부하측 제어밸브(20);
상기 저부하 액추에이터(200)의 제1, 2 유압라인(201, 202) 중 어느 하나의 유압라인으로부터 분기되는 축압용 유압라인(300)에 설치되는 축압기(310); 및
상기 축압용 유압라인(300)으로부터 분기되어 상기 축압기(310)에 저장된 압력 에너지를 제3 동작부(500)에 인출하기 위한 유압 인출 라인(400); 을 포함하고,
상기 제1, 2 유압라인(201, 202) 중 상기 축압용 유압라인(300)이 분기된 유압라인에 제1 제어밸브(330)를 설치하고, 상기 유압 인출 라인(400) 접속점(JP2) 하류의 축압용 유압라인(300)에 제2 제어밸브(340)를 설치하며, 상기 유압 인출 라인(400)에 제3 제어밸브(510)를 설치하여, 축압 신호(51) 및 축압 에너지 사용 신호(52)의 여부에 따라 상기 저부하 액추에이터(200)에서 나오는 압유를 상기 압유 탱크(7)로 귀환시키거나 상기 축압용 유압라인(300)을 통해 상기 축압기(310)에 연결하여 압력 에너지를 저장하고, 축압기(310)에 저장한 압력 에너지를 상기 유압 인출 라인(400)을 통해 인출하여 상기 제3 동작부(500)에 사용하도록 구성되는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.A hydraulic pump 2 driven by the power source 1;
A high load side supply line 4 and a low load side supply line 5 branched in parallel from the main hydraulic line 3 of the hydraulic pump 2 and connected to the high load actuator 100 and the low load actuator 200;
A high load side control valve 10 and a low load side control valve 10 connected to the high load side supply line 4 and the low load side supply line 5 for controlling the operation of the high load actuator 100 and the low load actuator 200, (20);
An accumulator 310 installed in the hydraulic pressure line 300 for branching from the hydraulic line of any one of the first and second hydraulic lines 201 and 202 of the low load actuator 200; And
A hydraulic pressure drawing line 400 branched from the hydraulic pressure hydraulic line 300 for drawing the pressure energy stored in the accumulator 310 to the third actuating part 500; / RTI >
A first control valve 330 is provided on a hydraulic line branched from the first and second hydraulic lines 201 and 202 and the hydraulic pressure line 300 is branched, The second control valve 340 is installed in the hydraulic pressure line 300 for the accumulation of hydraulic fluid and the third control valve 510 is installed in the hydraulic pressure line 400 so that the axial pressure signal 51 and the axial pressure energy use signal 52 to the pressure oil tank 7 or to the accumulator 310 through the hydraulic pressure line for accumulation 300 to store the pressure energy And draws the pressure energy stored in the accumulator (310) through the hydraulic lead-out line (400) to be used in the third operation part (500).
상기 제3 동작부(500)는, 상기 고부하 액추에이터(100) 및 저부하 액추에이터(200)를 제외한 건설기계의 또 다른 동작 말단으로서의 액추에이터인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.The method of claim 1,
Wherein the third operating portion (500) is an actuator as another operational end of the construction machine except for the high load actuator (100) and the low load actuator (200).
상기 고부하 액추에이터(100)는 굴착기의 붐 실린더이고,
상기 저부하 액추에이터(200)는 굴착기의 선회용 유압 모터인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.The method of claim 1,
The high load actuator 100 is a boom cylinder of an excavator,
Wherein the low load actuator (200) is a hydraulic motor for turning the excavator.
상기 제3 동작부(500)는, 상기 유압 펌프(2)의 토출 유량을 보조하기 위한 수단으로서, 상기 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)을 상기 유압 펌프(2)의 메인 유압라인(3)에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.The method of claim 1,
The third operating portion 500 is a means for assisting the discharge flow rate of the hydraulic pump 2 so that the outlet line 402 of the third control valve 510 of the hydraulic drawing- And a main hydraulic line (3) of the pump (2).
상기 제3 동작부(500)는, 상기 유압 펌프(2)의 구동을 보조하기 위한 수단으로서, 상기 유압 인출 라인(400)의 제3 제어밸브(510)의 출구 라인(402)에 유압 모터(502)를 설치하고, 상기 유압 모터(502)의 출력 축(502a)을 상기 유압 펌프(2)의 구동축(1a)에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.The method of claim 1,
The third operating portion 500 is a means for assisting driving of the hydraulic pump 2 and includes a hydraulic motor (not shown) connected to the outlet line 402 of the third control valve 510 of the hydraulic drawing- 502) and the output shaft (502a) of the hydraulic motor (502) is connected to the drive shaft (1a) of the hydraulic pump (2).
상기 축압기(310)에 압력을 회수하여 저장하는 동작은, 상기 고부하 액추에이터(100)와 저부하 액추에이터(200)가 동시에 작동하는 복합 조작 중에 이루어지도록 구성되는 건설기계의 유압 에너지 회수 시스템.The method of claim 1,
Wherein the operation of recovering and storing the pressure in the accumulator (310) is configured to be performed during a combined operation in which the high load actuator (100) and the low load actuator (200) operate simultaneously.
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