KR20190124289A - 건설 기계의 유압 시스템 - Google Patents

건설 기계의 유압 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190124289A
KR20190124289A KR1020197029620A KR20197029620A KR20190124289A KR 20190124289 A KR20190124289 A KR 20190124289A KR 1020197029620 A KR1020197029620 A KR 1020197029620A KR 20197029620 A KR20197029620 A KR 20197029620A KR 20190124289 A KR20190124289 A KR 20190124289A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
boom
regenerative
spool
line
boom cylinder
Prior art date
Application number
KR1020197029620A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102309862B1 (ko
Inventor
강병일
Original Assignee
두산인프라코어 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산인프라코어 주식회사 filed Critical 두산인프라코어 주식회사
Publication of KR20190124289A publication Critical patent/KR20190124289A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102309862B1 publication Critical patent/KR102309862B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217—Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • E02F9/2207—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264—Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2267—Valves or distributors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14—Energy-recuperation means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2296—Systems with a variable displacement pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/20507—Type of prime mover
    • F15B2211/20523—Internal combustion engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/2053—Type of pump
    • F15B2211/20546—Type of pump variable capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/21—Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge
    • F15B2211/212—Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge the pressure sources being accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/3058—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve having additional valves for interconnecting the fluid chambers of a double-acting actuator, e.g. for regeneration mode or for floating mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/32—Directional control characterised by the type of actuation
    • F15B2211/327—Directional control characterised by the type of actuation electrically or electronically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313—Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6336—Electronic controllers using input signals representing a state of the output member, e.g. position, speed or acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6346—Electronic controllers using input signals representing a state of input means, e.g. joystick position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058—Rotary output members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/75—Control of speed of the output member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member
    • F15B2211/761—Control of a negative load, i.e. of a load generating hydraulic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/857—Monitoring of fluid pressure systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템은 붐 실린더와, 제1 붐 유압 라인과, 제2 붐 유압 라인과, 회생 라인과, 순환 라인과, 어큐뮬레이터와, 붐 회생 밸브, 그리고 제어부를 포함하며, 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시키면서도 붐의 속도를 조작자의 의도대로 일정하게 제어할 수 있는 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것이다.

Description

건설 기계의 유압 시스템
본 발명은 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시킨 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것이다.
건설 기계는 크게 토목 공사나 건축 공사에 사용되는 모든 기계를 말한다. 일반적으로 건설 기계는 엔진과 엔진의 동력으로 동작하는 유압 펌프를 가지며, 엔진과 유압 펌프를 통해 발생한 동력으로 주행을 하거나 작업 장치를 구동한다.
예를 들어, 건설 기계의 한 종류인 굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭 작업, 토사를 운반하는 적재 작업, 건물을 해체하는 파쇄 작업, 지면을 정리하는 정지 작업 등의 작업을 행하는 건설 기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체와, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 그리고 작업 장치로 구성되어 있다.
또한, 굴삭기는 주행에 이용되는 주행 모터와, 상부 선회체 스윙(swing)에 사용되는 스윙 모터, 그리고 작업 장치에 이용되는 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 및 옵션 실린더 등의 구동 장치들을 포함한다. 그리고 이러한 구동 장치들은 엔진 또는 전기 모터에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.
또한, 굴삭기는 전술한 각종 구동 장치를 제어하기 위한 조이스틱, 조작 레버, 또는 페달 등을 포함하는 조작 장치를 가지고 있다.
또한, 근래에는 작업 장치가 갖는 위치 에너지를 회수하여 회수된 에너지를 각종 구동 장치들의 동작에 보조적으로 활용하는 에너지 회생 시스템이 건설 기계에 적용되고 있다.
붐과 같은 작업 장치가 붐 실린더에 의해 상하로 움직이는 경우, 올린 붐을 내릴 때에는 붐 실린더의 헤드측의 작동유는 붐의 위치 에너지에 의해 붐 실린더로부터 고압으로 밀려 나온다. 이러한 고압의 작동유는 열에너지로 전환되어 발산되거나 저장 탱크로 복귀되면서 붐의 위치 에너지는 사라지게 된다.
따라서 에너지 회생 시스템은 어큐뮬레이터(accumulator)에 고압의 작동유를 축적하였다가 축적된 작동유로 재생 모터를 가동하여 유압 펌프를 구동하는 엔진의 연비를 절감시킬 수 있다.
하지만, 어큐뮬레이터로 인하여 붐 실린더의 헤드측에서 배출된 작동유의 압력이 변동하게 되고, 이러한 압력의 변동은 작업자가 조작하고자 하는 의도대로 붐의 속도를 제어할 수 없게 한다. 즉, 종래의 에너지 회생 시스템은 어큐뮬레이터의 압력 변화로 인하여 작업자의 조작 의도와 상관없이 발생하는 붐 하강 속도 변화에 대응할 수 없는 문제점이 있다.
구체적으로 예를 들어, 작업자가 조이스틱을 조작하여 붐을 하강시킬 때 붐이 일정한 속도로 하강하도록 조이스틱의 조작을 일정하게 유지하고 있는 경우에도 어큐뮬레이터에 축적되는 작동유로 인하여 압력이 변동하게 되고 결과적으로 작업자의 조작 의도와는 다르게 붐의 하강 속도가 감소하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시키면서도 붐의 속도를 조작자의 의도대로 일정하게 제어할 수 있는 건설 기계의 유압 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계의 유압 시스템은 헤드측과 로드측으로 구분된 붐 실린더와, 상기 붐 실린더의 헤드측에 연결되어 붐의 상승 동작 시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 제1 붐 유압 라인과, 상기 붐 실린더의 로드측에 연결되어 붐의 하강 동작 시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 제2 붐 유압 라인과, 상기 제1 붐 유압 라인에서 분기되어 붐의 하강 동작 시 상기 붐 실린더의 헤드측에서 배출된 작동유가 이동하는 회생 라인과, 상기 회생 라인에서 분기되어 상기 제2 붐 유압 라인과 연결된 순환 라인과, 상기 회생 라인과 연결되어 상기 붐 실린더에서 배출된 작동유를 축적하는 어큐뮬레이터와, 상기 회생 라인에 설치된 제1 회생 스풀과 상기 순환 라인에 설치된 제2 회생 스풀을 포함하는 붐 회생 밸브, 그리고 붐의 상승 동작 시 상기 붐 회생 밸브를 닫고 붐의 하강 동작 시 상기 실린더의 속도를 추정하여 상기 제1 회생 스풀과 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 제2 회생 스풀의 양단에 설치되는 압력 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제2 회생 스풀의 양단 압력 차이와 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 통해 상기 제2 회생 스풀을 통과하는 작동유의 유량을 산출하여 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고, 상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 건설 기계에 설치되어 붐의 각도를 측정하는 붐 각도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 붐 각도 센서의 각도 변화량에 따라 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고, 상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시킬 수 있다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 상기 붐 실린더에 대한 작동유의 공급을 제어하는 메인 컨트롤 밸브와, 상기 메인 컨트롤 밸브에 파일럿 신호를 전달하는 조작 장치를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 목표 속도는 상기 조작 장치를 통해 입력된 붐의 이동 속도일 수 있다.
상기 제1 붐 유압 라인은 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 실린더의 헤드측을 연결하고, 상기 제2 붐 유압 라인은 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 실린더의 로드측을 연결할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 회생 스풀의 개방 면적을 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적보다 크게 유지할 수 있다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 작동유를 토출하는 메인 펌프와, 상기 메인 펌프와 상기 메인 컨트롤 밸브를 연결하는 메인 유압 라인과, 상기 메인 펌프를 구동하는 엔진, 그리고 상기 회생 라인과 연결되어 상기 엔진을 보조하는 재생 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 붐의 하강 동작 시 상기 재생 모터의 사판각을 증가시킬 수 있다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 상기 어큐뮬레이터와 상기 회생 라인을 연결하는 에너지 저장 라인과, 상기 에너지 저장 라인에 설치된 어큐뮬레이터 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 붐의 상승 동작 시 상기 어큐뮬레이터 밸브를 닫고 붐의 하강 동작 시 상기 어큐뮬레이터 밸브를 열 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 회생 스풀의 양단 압력 차이와 상기 제1 회생 스풀의 개방 면적을 통해 상기 제1 회생 스풀을 통과하는 작동유의 유량을 산출하여 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고, 상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계의 유압 시스템은 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시키면서도 붐의 속도를 조작자의 의도대로 일정하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설 기계의 유압 시스템의 동작 상태를 나타낸 유압 회로도이다.
도 3은 도 1의 건설 기계의 유압 시스템의 동작에 따른 작동유의 압력 변화 및 제어 신호의 크기 변화 등을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 건설 기계의 유압 시스템의 제어 흐름을 나타낸 제어 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)를 설명한다.
본 명세서에서는, 건설 기계로 굴삭기를 예로 들어 설명한다. 구체적으로, 건설 기계는 상하 운동을 하는 붐을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 건설 기계가 굴삭기에 한정되는 것은 아니며, 붐과 동일한 작업 장치가 장착된 모든 건설 기계가 해당될 수 있다.
또한, 건설 기계에는 붐의 각도를 측정하기 위한 붐 각도 센서(740)가 설치될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 붐 실린더(200), 제1 붐 유압 라인(621), 제2 붐 유압 라인(622), 회생 라인(670), 순환 라인(675), 어큐뮬레이터(accumulator)(800), 붐 회생 밸브(400), 및 제어부(700)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 메인 컨트롤 밸브(500), 조작 장치(900), 메인 펌프(310), 메인 유압 라인(610), 엔진(100), 재생 모터(370), 에너지 저장 라인(680), 및 어큐뮬레이터 밸브(480)를 더 포함할 수 있다.
엔진(100)은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 즉, 엔진(100)은 후술할 메인 펌프(310)에 회전 동력을 공급한다. 또한, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 엔진(100) 대신 전기 모터 등 다른 동력 장치가 사용될 수도 있다.
메인 펌프(310)는 엔진(100)이 발생시킨 동력으로 동작하며 작동유를 토출한다. 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유는 후술할 붐 실린더(200)를 포함한 각종 구동 장치들에 공급될 수 있다. 또한, 메인 펌프(310)는 사판의 각도에 따라 토출되는 유량이 가변하는 가변 용량형 펌프일 수 있다.
메인 컨트롤 밸브(main control valve, MCV)(500)는 붐 실린더(200)를 포함한 각종 구동 장치들에 대한 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유의 공급을 제어한다.
구체적으로, 메인 컨트롤 밸브(500)는 복수 개의 제어 스풀들을 포함할 수 있다. 그리고 각각의 제어 스풀들은 붐 실린더(200)를 포함한 각종 구동 장치들에 대한 작동유의 공급을 제어한다. 또한, 메인 컨트롤 밸브(500)는 제어 스풀의 양 단에 각각 연결되어 후술할 조작 장치의 파일럿 신호를 전달받아 제어 스풀을 스트로크(stroke)시키는 스풀 캡(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 스풀 캡에는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)가 설치될 수 있으며, 전자 비례 감압 밸브의 개폐 정도에 따라 작동유의 압력으로 전달되는 파일럿 신호가 제어 스풀에 가하는 압력이 달라지고, 제어 스풀은 파일럿 신호가 가하는 압력에 의해 양 방향으로 움직이게 된다.
조작 장치(900)는 각종 작업 장치와 주행 장치를 작업자가 조작할 수 있도록 운전실 내에 설치된 조이스틱, 조작 레버, 및 패달(pedal) 등을 포함한다. 조작 장치(900)는 작업자에 의해 조작되며 메인 컨트롤 밸브(500)에 작업자의 의도대로 파일럿 신호를 전달하게 된다. 그리고 메인 컨트롤 밸브(500)는 조작 장치(900)를 통해 전달받은 파일럿 신호에 따라 각종 구동 장치에 공급되는 작동유를 조절할 수 있다.
메인 유압 라인(610)은 메인 펌프(310)와 메인 컨트롤 밸브(500)를 연결한다. 즉, 메인 유압 라인(610)은 메인 펌프(310)가 토출한 작동유를 메인 컨트롤 밸브(500)가 분배 및 조절할 수 있도록 전달한다.
재생 모터(370)는 후술할 회생 라인(670)과 연결되어 회생 라인(670)을 통해 공급받은 작동유의 압력으로 동작한다. 재생 모터(370)는 엔진(100)을 보조하여 메인 펌프(310)를 구동시킬 수 있다. 즉, 재생 모터(370)가 메인 펌프(310)를 구동시킨 만큼 엔진(100)의 연비를 절감할 수 있다.
또한, 재생 모터(370)도 가변 용량형일 수 있으며, 레귤레이터(375)에 의해 사판각이 조절될 수 있다. 그리고 재생 모터(370)의 사판각을 조절하는 레귤레이터(375)는 후술할 제어부(700)에 의해 제어될 수 있다.
일례로, 엔진(100)과, 메인 펌프(310), 그리고 재생 모터(370)는 직결될 수 있다.
붐 실린더(200)는 굴삭기의 붐을 상하 방향으로 구동시킨다. 그리고 붐 실린더(200)는 헤드측(201)과 로드측(202)으로 구분된다.
제1 붐 유압 라인(621)은 메인 컨트롤 밸브(500)와 붐 실린더(200)의 헤드측(201)을 연결하고, 제2 붐 유압 라인(622)은 메인 컨트롤 밸브(500)와 붐 실린더(200)의 로드측(202)을 연결한다. 구체적으로, 제1 붐 유압 라인(621)은 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에 연결되어 붐의 상승 동작 시 붐 실린더(200)에 작동유를 공급한다. 그리고 제2 붐 유압 라인(622)은 붐 실린더(200)의 로드측(202)에 연결되어 붐의 하강 동작 시 붐 실린더(200)에 작동유를 공급한다.
회생 라인(670)은 제1 붐 유압 라인(621)에서 분기되어 붐의 하강 동작 시 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출된 작동유를 이동시킨다. 그리고 회생 라인(670)은 재생 모터(370)와 연결되며, 회생 라인(670)을 따라 이동한 작동유는 재생 모터(370)를 동작시키게 된다.
순환 라인(675)은 회생 라인(670)에서 분기되어 제2 붐 유압 라인(622)과 연결된다. 따라서, 붐의 하강 동작 시 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출된 작동유 중 일부는 순환 라인(675)을 따라 이동하다가 제2 붐 유압 라인(622)을 거쳐 붐 실린더(200)의 로드측(202)으로 유입된다. 이와 같이, 붐의 하강 시 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출된 작동유가 붐 실린더(200)의 로드측(202)으로 유입됨으로써 붐의 하강 속도를 높이고 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
어큐뮬레이터(accumulator)(800)는 회생 라인(670)과 연결되어 붐 실린더(200)에서 배출된 작동유를 축적한다. 어큐뮬레이터(800)는 유압 시스템에서 고압의 작동유를 저장해 놓는 장치이다.
에너지 저장 라인(680)는 어큐뮬레이터(800)와 회생 라인(670)을 연결하고, 어큐뮬레이터 밸브(480)는 에너지 저장 라인(680)에 설치되어 에너지 저장 라인(680)을 개폐한다. 어큐뮬레이터 밸브(480)는 후술할 제어부(700)에 의해 제어되며, 붐의 하강 동작 시와 어큐뮬레이터(800)에 저장된 고압의 작동유를 이용하여 재생 모터(370)를 구동할 때에 열리게 된다.
붐 회생 밸브(400)는 회생 라인(670)에 설치된 제1 회생 스풀(410)과 순환 라인(675)에 설치된 제2 회생 스풀(420)을 포함한다. 그리고, 제1 회생 스풀(410)과 제2 회생 스풀(420)은 각각 회생 라인(670)과 순환 라인(675)을 개폐할 뿐만 아니라 통과 유량을 조절할 수 있다.
제어부(700)는 엔진(100)과 메인 컨트롤 밸브(500) 등 건설 기계의 여러 구성들을 제어할 수 있다. 그리고 제어부(700)는 엔진 제어 장치(engine control unit, ECU) 및 차량 제어 장치(vehicle control unit, VCU) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(700)는 붐의 상승 동작 시 붐 회생 밸브(400)를 닫고 붐의 하강 동작 시 제1 회생 스풀(410)과 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적을 조절한다.
구체적으로, 제어부(700)는 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이와 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적을 통해 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량을 산출하여 붐 실린더(200)의 속도를 추정한다. 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량은 붐의 하강 속도와 비례한다. 그리고 붐 실린더(200)의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적을 증가시키고 붐 실린더(200)의 추정 속도가 목표 속도보다 클 경우 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적을 감소시킨다. 여기서, 목표 속도는 조작 장치(900)를 통해 작업자의 의도대로 입력된 붐의 이동 속도이다.
어큐뮬레이터(800)에 작동유가 축적되기 시작하면 어큐뮬레이터(800)의 압력이 상승되고, 어큐뮬레이터(800)의 압력 상승과 비례하여 회생 라인(670)의 압력도 상승된다. 이로 인하여 제1 회생 스풀(410)의 양단 압력 차이가 감소하면 회생 라인(670)을 통해 배출되는 작동유의 유량이 감소되므로, 붐의 하강 속도가 감소하기 시작한다. 이러한 붐의 하강 속도의 감소는 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량을 감소시키게 되므로, 결과적으로 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이도 감소하게 된다.
제어부(700)는 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이와 제2 회생 스풀(420)의 현재 위치에서의 개방 면적에 대한 정보를 이용하여 붐 실린더(200)의 속도, 즉 붐의 하강 속도를 산출할 수 있다. 그리고 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이가 감소됨으로 인해 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 유량이 감소함을 파악할 수 있게 된다.
제어부(700)는 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량 감소와, 조작 장치(900)의 파일럿 신호에 따른 제2 회생 스풀(420)의 목표 유량을 비교하고, 현재 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량이 목표 유량 보다 작으면 통과 유량이 목표 유량을 추종하도록 제2 회생 스풀(420)에 증가된 제어 신호를 전달하게 된다.
제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량이 증가할수록 붐 실린더(200)의 속도가 증가하고 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량이 감소할수록 붐 실린더(200)의 속도도 감소된다. 따라서, 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량은 붐 실린더(200)의 추정 속도에 대응되며, 조작 장치(900)의 파일럿 신호에 따른 제2 회생 스풀(420)의 목표 유량은 붐 실린더(200)의 목표 속도에 대응된다.
이와 같이, 제어부(700)는 작업자의 조작 장치(900)의 조작에 따라 제2 회생 스풀(420)에 전달되는 제어 기본값과 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이를 통해 산출된 붐 실린더(200)의 추정 속도가 목표 속도보다 감소한 것을 파악하게 되면, 이를 보상하기 위해 제2 회생 스풀 제어 신호값을 증가시킨다. 이에, 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적이 증가되고, 붐 실린더(200)의 로드측(202)에 가해지는 압력이 상승하고 이로 인해 붐 실린더(200)의 헤드측(201)으로 배출되는 작동유의 압력이 더욱 상승하여 어큐뮬레이터(800)에 작동유가 축적되면서 상승되는 압력으로 인한 붐의 하강 속도 감소를 보상하게 된다. 따라서, 최종적으로 작업자의 조작 의도대로 붐의 하강 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 제1 압력 센서(760)와 제2 압력 센서(770)는 제2 회생 스풀(420)의 양단 또는 제2 회생 스풀(420)의 양단에 각각 연결된 순환 라인(675) 상에 설치된다. 제어부(700)는 제1 압력 센서(760)와 제2 압력 센서(770)가 제공하는 정보에 근거하여 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이를 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(700)는 제1 회생 스풀(410)의 개방 면적을 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적보다 크게 유지한다. 제1 회생 스풀(410)의 개방 면적이 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적보다 커져야 회생 라인(670)을 통해 어큐뮬레이터(800)에 더 많은 작동유를 축적할 수 있게 된다. 즉, 어큐뮬레이터(800)에 저장되는 작동유가 더 높은 압력을 가질 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 제2 회생 스풀 제어 신호값이 증가되는 것에 비례하여 제1 회생 스풀 제어 신호값도 증가된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(700)는 어큐뮬레이터(800)에 저장된 에너지를 이용하여 재생 모터(370)를 구동하거나 붐의 하강 동작 시에 재생 모터(370)의 사판각을 증가시키며, 그 외 동작의 경우에는 재생 모터(370)의 사판각을 최소 사판각으로 유지한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시키면서도 붐의 속도를 조작자의 의도대로 일정하게 제어할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)의 동작 원리를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 붐이 상승 중이거나 중립 상태일 때에는 붐 회생 밸브(400)의 제1 회생 스풀(410)과 제2 회생 스풀(420), 그리고 어큐뮬레이터 밸브(480)는 닫힌 상태가 된다. 이러한 중립 상태는 도 3에서 A구간에 해당된다.
일례로, 중립 상태에서 붐 실린더(200)의 헤드측(201)의 압력을 100bar, 붐 실린더(200)의 로드측(202) 압력을 5bar, 그리고 어큐뮬레이터(800)의 충전 전 압력을 130bar로 가정해 볼 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 조작 장치(900)를 통해 붐의 하강을 위한 파일럿 신호가 메인 컨트롤 밸브(500)에 전달되면, 제어부(700)는 어큐뮬레이터 밸브(480)를 개방하고, 붐 회생 밸브(400)의 제1 회생 스풀(410)와 제2 회생 스풀(420)을 조작 장치(900)의 파일럿 신호에 대응하는 제어 기본값에 따라 제어하여 이들의 개방 면적을 조절한다. 그리고 제어부(700)는 재생 모터(370)의 사판각을 최소 사판각에서 증가시킨다. 여기서, 붐의 하강을 위한 파일럿 신호는 붐 다운 조이스틱을 통해 발생될 수 있다.
그러면 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출된 작동유가 제2 회생 스풀(420)을 거쳐 붐 실린더(200)의 로드측(202)으로 전달되어 붐 실린더(200)의 로드측(202) 압력은 상승하며, 상승된 로드측(202) 압력은 다시 헤드측(201) 압력을 증가시키게 된다. 결과적으로, 붐 실린더(200)의 헤드측(201)와 로드측(202) 압력이 모두 상승하게 된다.
이는 도 3에서 B구간에 해당된다. 다만, B구간에서는 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적이 작기 때문에 붐 실린더(200)의 헤드측(201)와 로드측(202) 사이에는 일정 수준의 압력 차이가 존재하게 된다. 그리고 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출되는 작동유가 제1 회생 스풀(410)을 거쳐 회생 라인(670)을 따라 재생 모터(370)로 공급되면서 붐은 하강을 시작하게 된다.
하지만, B구간에서는 회생 라인(670)의 압력이 어큐뮬레이터(800)의 압력보다 낮아 어큐뮬레이터(800)의 에너지 충전은 일어나지 않는다.
회생 라인(670)의 압력이 상승하면서 도 3의 C구간에 진입하게 되면, 회생 라인(670)의 압력이 어큐뮬레이터(800)의 충전 전 압력보다 높아지게 된다. 그러면 제1 회생 스풀(410)을 통과한 작동유 중 일부가 어큐뮬레이터(800)에 충전되기 시작한다.
어큐뮬레이터(800)에 작동유가 축적되면 어큐뮬레이터(800)의 압력이 상승되고, 어큐뮬레이터(800)의 압력이 상승되면 이와 연결된 회생 라인(670)의 압력도 상승하게 된다.
이로 인해, 제1 회생 스풀(410)의 양단 압력 차이가 감소하면 회생 라인(670)을 통해 배출되는 작동유의 유량이 감소되므로, 붐의 하강 속도가 감소하기 시작한다. 이러한 붐의 하강 속도의 감소는 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량을 감소시키게 되므로, 결과적으로 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이도 감소하게 된다.
제어부(700)는 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이와 제2 회생 스풀(420)의 현재 위치에서의 개방 면적에 대한 정보를 이용하여 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량을 산출하고, 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량으로부터 붐 실린더(200)의 현재 속도를 추정한다. 여기서, 붐 실린더(200)의 속도는 붐의 하강 속도와 동일한 의미를 갖는다. 즉, 제2 회생 스풀(420)의 양단 압력 차이가 감소되면 제2 회생 스풀(420)을 통과하는 작동유의 유량이 감소되고, 따라서 붐의 하강 속도가 감소됨을 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제어부(700)는 제1 회생 스풀(410)의 양단 압력 차이와 제1 회생 스풀(410)의 현재 위치에서의 개방 면적에 대한 정보를 이용하여 제1 회생 스풀(410)을 통과하는 작동유의 유량을 산출하고, 제1 회생 스풀(410)을 통과하는 작동유의 유량으로부터 붐 실린더(200)의 현재 속도를 추정할 수도 있다.
또한, 제어부(700)는 건설 기계에 설치되어 붐의 각도를 측정하는 붐 각도 센서(740)를 사용하여 붐 실린더(200)의 현재 속도를 추정할 수도 있다. 즉, 제어부(700)는 붐 각도 센서(740)의 각도 변화량에 따라 붐 실린더(200)의 속도를 추정할 수도 있다.
또한, 제어부(700)는 붐 실린더(200)의 추정 속도가 조작 장치(900)의 조작에 따른 붐 실린더(200)의 목표 속도보다 작은 것을 확인하게 되면 붐 실린더(200)의 추정 속도가 목표 속도를 추종하도록 제2 회생 스풀(420)에 전달하는 제2 회생 스풀 제어 신호값을 증가시켜 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적을 증가시킨다. 이러한 피드백 제어는 비례-적분-미분 제어기(Proportional-Integral-Derivative controller)를 사용하여 구현할 수 있다.
제2 회생 스풀(420)의 개방 면적이 증가되면, 붐 실린더(200)의 로드측(202)에 가해지는 압력이 상승하고 이로 인해 붐 실린더(200)의 헤드측(201)으로 배출되는 작동유의 압력이 더욱 상승하여 어큐뮬레이터(800)에 작동유가 축적되면서 상승되는 압력으로 인한 붐의 하강 속도 감소를 보상하게 된다.
또한, 제1 회생 스풀(410)의 개방 면적을 제2 회생 스풀(420)의 개방 면적보다 크게 유지하여야 어큐뮬레이터(800)에 작동유를 최대한으로 저장할 수 있으므로, 제2 회생 스풀(420)에 전달하는 제2 회생 스풀 제어 신호값의 증가에 비례하여 제1 회생 스풀(410)에 전달하는 제1 회생 스풀 제어 신호값도 증가시킴으로써, 제1 회생 스풀(410)의 개방 면적도 증가시킨다.
도 3의 D구간에 진입하게 되면, 조작 장치(900)를 통해 전달되는 파일럿 신호가 일정하게 유지되며, C구간과 마찬가지로, 붐 실린더(200)의 헤드측(201)에서 배출된 작동유의 일부가 제2 회생 스풀(420)을 거쳐 로드측(202)으로 유입되고, 나머지는 제1 회생 스풀(410)을 거쳐 재생 모터(370)와 어큐뮬레이터(800)로 공급된다.
또한, 어큐뮬레이터(800)에 작동유가 축적될수록 어큐뮬레이터(800)의 압력은 지속적으로 상승되고, 그에 비례하여 회생 라인(670)의 압력도 상승하게 된다.
이로 인하여 제1 회생 스풀(410)의 양단 압력 차이도 지속적으로 감소되므로, 제어부(700)는, C구간에서와 마찬가지로, 붐의 하강 속도 감소를 보상하기 위하여 제1 회생 스풀(4100 및 제2 회생 스풀(420)에 각각 전달하는 제1 회생 스풀 제어 신호값 및 제2 회생 스풀 제어 신호값을 증가시킨다.
따라서, 최종적으로 작업자의 조작 의도대로 붐의 하강 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템은 붐 하강 시 붐이 가지는 위치에너지를 회수하여 연비를 향상시키면서도 붐의 속도를 조작자의 의도대로 일정하게 제어하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 헤드측과 로드측으로 구분된 붐 실린더;
    상기 붐 실린더의 헤드측에 연결되어 붐의 상승 동작 시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 제1 붐 유압 라인;
    상기 붐 실린더의 로드측에 연결되어 붐의 하강 동작 시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하는 제2 붐 유압 라인;
    상기 제1 붐 유압 라인에서 분기되어 붐의 하강 동작 시 상기 붐 실린더의 헤드측에서 배출된 작동유가 이동하는 회생 라인;
    상기 회생 라인에서 분기되어 상기 제2 붐 유압 라인과 연결된 순환 라인;
    상기 회생 라인과 연결되어 상기 붐 실린더에서 배출된 작동유를 축적하는 어큐뮬레이터;
    상기 회생 라인에 설치된 제1 회생 스풀과 상기 순환 라인에 설치된 제2 회생 스풀을 포함하는 붐 회생 밸브; 및
    붐의 상승 동작 시 상기 붐 회생 밸브를 닫고 붐의 하강 동작 시 상기 붐 실린더의 속도를 추정하여 상기 제1 회생 스풀과 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 조절하는 제어부
    를 포함하는 건설 기계의 유압 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회생 스풀의 양단에 설치되는 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 압력 센서를 통해 측정된 상기 제2 회생 스풀의 양단 압력 차이와 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 통해 상기 제2 회생 스풀을 통과하는 작동유의 유량을 산출하여 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고,
    상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 건설 기계에 설치되어 붐의 각도를 측정하는 붐 각도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 붐 각도 센서의 각도 변화량에 따라 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고,
    상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 붐 실린더에 대한 작동유의 공급을 제어하는 메인 컨트롤 밸브;
    상기 메인 컨트롤 밸브에 파일럿 신호를 전달하는 조작 장치
    를 더 포함하며,
    상기 목표 속도는 상기 조작 장치를 통해 입력된 붐의 이동 속도인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 붐 유압 라인은 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 실린더의 헤드측을 연결하고,
    상기 제2 붐 유압 라인은 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 실린더의 로드측을 연결하는 건설 기계의 유압 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 회생 스풀의 개방 면적을 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적보다 크게 유지하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    작동유를 토출하는 메인 펌프;
    상기 메인 펌프와 상기 메인 컨트롤 밸브를 연결하는 메인 유압 라인;
    상기 메인 펌프를 구동하는 엔진; 및
    상기 회생 라인과 연결되어 상기 엔진을 보조하는 재생 모터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 붐의 하강 동작 시 상기 재생 모터의 사판각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터와 상기 회생 라인을 연결하는 에너지 저장 라인과, 상기 에너지 저장 라인에 설치된 어큐뮬레이터 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어부는 붐의 상승 동작 시 상기 어큐뮬레이터 밸브를 닫고 붐의 하강 동작 시 상기 어큐뮬레이터 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 회생 스풀의 양단 압력 차이와 상기 제1 회생 스풀의 개방 면적을 통해 상기 제1 회생 스풀을 통과하는 작동유의 유량을 산출하여 상기 붐 실린더의 속도를 추정하고,
    상기 붐 실린더의 추정 속도가 목표 속도보다 작을 경우 상기 제1 회생 스풀이나 상기 제2 회생 스풀의 개방 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
KR1020197029620A 2017-04-10 2018-04-10 건설 기계의 유압 시스템 KR102309862B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170046226 2017-04-10
KR20170046226 2017-04-10
PCT/KR2018/004193 WO2018190615A1 (ko) 2017-04-10 2018-04-10 건설 기계의 유압 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190124289A true KR20190124289A (ko) 2019-11-04
KR102309862B1 KR102309862B1 (ko) 2021-10-08

Family

ID=63793513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197029620A KR102309862B1 (ko) 2017-04-10 2018-04-10 건설 기계의 유압 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10988915B2 (ko)
EP (1) EP3604691B1 (ko)
KR (1) KR102309862B1 (ko)
CN (1) CN110494612B (ko)
WO (1) WO2018190615A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022025556A1 (ko) * 2020-07-28 2022-02-03 두산인프라코어 주식회사 건설 기계
WO2022139296A1 (ko) * 2020-12-24 2022-06-30 현대두산인프라코어 주식회사 건설기계

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11067004B2 (en) * 2018-03-27 2021-07-20 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine fluid system with accumulator and hydraulic accessory
CN112384662A (zh) * 2018-08-30 2021-02-19 沃尔沃建筑设备公司 用于建筑设备的液压回路
JP7523259B2 (ja) * 2020-06-19 2024-07-26 川崎重工業株式会社 液圧駆動システム
KR20220013169A (ko) * 2020-07-24 2022-02-04 현대두산인프라코어(주) 건설 기계 및 그 제어 방법
JP7389728B2 (ja) * 2020-09-09 2023-11-30 川崎重工業株式会社 油圧ショベル駆動システム
CN113250270B (zh) * 2021-04-27 2021-10-08 徐州徐工挖掘机械有限公司 动臂操作控制系统及挖掘机
CN118715379A (zh) * 2022-02-28 2024-09-27 伊格尔工业股份有限公司 流体压回路
KR20230165716A (ko) 2022-05-27 2023-12-05 레디로버스트머신 주식회사 모바일 연동 건설기계용 붐 에너지 및 선회 에너지 회수 시스템
KR20230165714A (ko) 2022-05-27 2023-12-05 레디로버스트머신 주식회사 건설기계용 붐 에너지 회수 유압시스템
KR20230165717A (ko) 2022-05-27 2023-12-05 레디로버스트머신 주식회사 건설기계용 붐 에너지 회수 유압시스템
KR102594142B1 (ko) 2022-05-27 2023-10-25 레디로버스트머신 주식회사 에너지 회수 장치
KR20240115169A (ko) 2023-01-18 2024-07-25 레디로버스트머신 주식회사 건설기계용 붐 에너지 회수시스템의 축압기 압력 제어 밸브시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090000290A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Caterpillar Inc. Energy recovery system
JP2009275769A (ja) * 2008-05-13 2009-11-26 Caterpillar Japan Ltd 流体圧シリンダ制御回路
KR20120085623A (ko) * 2011-01-24 2012-08-01 두산인프라코어 주식회사 재생 에너지를 이용하는 유압회로
JP2015520347A (ja) * 2012-06-04 2015-07-16 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 位置エネルギーの回収及び再利用のための電気油圧システム
KR20150110597A (ko) * 2013-01-28 2015-10-02 캐터필러 에스에이알엘 엔진 어시스트 장치 및 작업 기계
KR20160101926A (ko) * 2013-12-26 2016-08-26 두산인프라코어 주식회사 붐 에너지 회생 제어 회로 및 제어 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100953809B1 (ko) * 2002-12-27 2010-04-21 두산인프라코어 주식회사 휠로더의 붐완충장치
DE102004033890A1 (de) * 2004-07-13 2006-02-16 Bosch Rexroth Aktiengesellschaft Hydraulische Steueranordnung
DE102008057723A1 (de) 2008-11-07 2010-05-12 Hydac System Gmbh Vorrichtung zum Ausgleich hydraulischer Wirkdrücke
CN102241379B (zh) * 2010-05-13 2014-05-07 济南谨恒节能技术有限公司 节能型行走式液压搬运机械
KR101658326B1 (ko) * 2014-09-10 2016-09-22 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법
KR102510852B1 (ko) * 2015-12-04 2023-03-16 현대두산인프라코어 주식회사 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090000290A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Caterpillar Inc. Energy recovery system
JP2009275769A (ja) * 2008-05-13 2009-11-26 Caterpillar Japan Ltd 流体圧シリンダ制御回路
KR20120085623A (ko) * 2011-01-24 2012-08-01 두산인프라코어 주식회사 재생 에너지를 이용하는 유압회로
JP2015520347A (ja) * 2012-06-04 2015-07-16 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 位置エネルギーの回収及び再利用のための電気油圧システム
KR20150110597A (ko) * 2013-01-28 2015-10-02 캐터필러 에스에이알엘 엔진 어시스트 장치 및 작업 기계
KR20160101926A (ko) * 2013-12-26 2016-08-26 두산인프라코어 주식회사 붐 에너지 회생 제어 회로 및 제어 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022025556A1 (ko) * 2020-07-28 2022-02-03 두산인프라코어 주식회사 건설 기계
WO2022139296A1 (ko) * 2020-12-24 2022-06-30 현대두산인프라코어 주식회사 건설기계
US12110658B2 (en) 2020-12-24 2024-10-08 Hd Hyundai Infracore Co., Ltd. Construction machinery

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018190615A1 (ko) 2018-10-18
KR102309862B1 (ko) 2021-10-08
CN110494612B (zh) 2022-03-11
US20200123737A1 (en) 2020-04-23
EP3604691B1 (en) 2023-07-26
US10988915B2 (en) 2021-04-27
CN110494612A (zh) 2019-11-22
EP3604691A1 (en) 2020-02-05
EP3604691A4 (en) 2020-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102309862B1 (ko) 건설 기계의 유압 시스템
EP3309409B1 (en) Hydraulic drive system of industrial machine
US8340875B1 (en) Lift system implementing velocity-based feedforward control
US8886415B2 (en) System implementing parallel lift for range of angles
CN107882785B (zh) 作业机械的液压驱动装置
US10100495B2 (en) Hydraulic driving system for construction machine
CN104093994B (zh) 液压驱动系统
KR102638727B1 (ko) 쇼벨
KR102107579B1 (ko) 건설 기계의 유압 구동 장치
US10301793B2 (en) Hydraulic drive system for work machine
KR20090070802A (ko) 건설장비의 전자유압 시스템
US9394922B2 (en) Hydraulic control circuit with regeneration valve
JP6033708B2 (ja) 建設機械の油圧回路及びその制御方法
US20140283915A1 (en) Hydraulic Control System Having Relief Flow Capture
US11542683B2 (en) Construction machine
WO2019064555A1 (ja) 作業機械の油圧駆動装置
US8997479B2 (en) Hydraulic control system having energy recovery
KR102620751B1 (ko) 건설 기계
KR20220013169A (ko) 건설 기계 및 그 제어 방법
CN112144591A (zh) 挖掘机

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right