KR20220154485A - 유압기계 - Google Patents

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KR20220154485A
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KR
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pressure
hydraulic machine
input device
boom
operator input
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KR1020210062079A
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Inventor
정태랑
주상규
안횡환
윤성근
이승현
이병호
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Publication date
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Abstract

유압기계는, 라지챔버와 스몰챔버를 포함하는 붐 액츄에이터와, 라지챔버로부터 배출되는 유체를 제공받아 에너지를 회수하는 회수부와, 라지챔버와 회수부를 연결하는 회수라인과, 회수라인의 제1 지점에 연결되는 어큐뮬레이터와, 제1 지점과 회수부 사이에서 회수라인 상에 설치되는 디스차징밸브와, 어큐뮬레이터 내의 압력을 측정하는 제1 센서와, 디스차징밸브를 개방/폐쇄를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 기설정된 대응 관계에 따라, 하중에 의하여 라지챔버 내의 유체에 인가되는 하중 압력에 대응되는 어큐뮬레이터의 타겟 압력을 구하고, 제1 센서에 의하여 측정되는 어큐뮬레이터의 압력이 타겟 압력에 도달하도록 디스차징밸브의 개방/폐쇄를 제어할 수 있다. 유압기계는, 라지챔버 내의 압력을 측정하는 제2 센서와, 스몰챔버 내의 압력을 측정하는 제3 센서를 추가적으로 포함할 수 있다. 하중 압력은 Pa - Pb/(Aa/Ab)이고, 여기서, Pa는 제2 센서에 의하여 측정된 라지챔버 내의 압력, Pb는 제3 센서에 의하여 측정된 스몰챔버 내의 압력, Aa는 라지챔버의 면적, Ab는 스몰챔버의 면적일 수 있다.

Description

유압기계{HYDRAULIC MACHINE}
본 발명은 유압기계에 관한 것으로서, 붐 다운 오퍼레이션 시 붐 액츄에이터로부터 배출되는 유체로부터 에너지를 회수하는 하이브리드 유압기계에 있어서, 붐 다운 모션 시 야기될 수 있는 바운싱 내지는 충격을 효과적으로 저감할 수 있는 하이브리드 유압기계에 관한 것이다.
유압기계는 고압의 압력 유체를 작업장치(의 액츄에이터)에 제공하여 작업을 수행하는 장치이다. 이러한 유압기계의 연료 효율을 높이기 위하여 작업장치의 액츄에이터로부터 배출되는 유체로부터 에너지를 회수하는 기술이 제안되고 있다. 이러한 기술에서는 에너지를 회수함으로써 연료 소모를 저감할 수 있다.
본 개시물은, 붐 액츄에이터로부터 배출되는 유체로부터 에너지를 회수하는 하이브리드 유압기계에 있어, 에너지 회수를 통한 연료 저감에 더하여 붐 다운 오퍼레이션 시 야기될 수 바운싱 내지는 충격을 효과적으로 저감할 수 있는 유압기계를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 개시물은, 라지챔버와 스몰챔버를 포함하는 붐 액츄에이터와; 상기 라지챔버로부터 배출되는 유체를 제공받아 에너지를 회수하는 회수부와; 상기 라지챔버와 상기 회수부를 연결하는 회수라인과; 상기 회수라인의 제1 지점에 연결되는 어큐뮬레이터와; 상기 제1 지점과 상기 회수부 사이에서 상기 회수라인 상에 설치되는 디스차징밸브와, 상기 어큐뮬레이터 내의 압력을 측정하는 제1 센서와, 상기 디스차징밸브를 개방/폐쇄를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 기설정된 대응 관계에 따라, 하중에 의하여 상기 라지챔버 내의 유체에 인가되는 하중 압력에 대응되는 상기 어큐뮬레이터의 타겟 압력을 구하고, 상기 제1 센서에 의하여 측정되는 상기 어큐뮬레이터의 압력이 상기 타겟 압력에 도달하도록 상기 디스차징밸브의 개방/폐쇄를 제어하는, 유압기계를 제공한다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는, 상기 라지챔버 내의 압력을 측정하는 제2 센서와, 상기 스몰챔버 내의 압력을 측정하는 제3 센서를 추가적으로 포함하고, 상기 하중 압력은 Pa - Pb/(Aa/Ab)이고, 여기서, Pa는 상기 제2 센서에 의하여 측정된 상기 라지챔버 내의 압력, Pb는 상기 제3 센서에 의하여 측정된 상기 스몰챔버 내의 압력, Aa는 상기 라지챔버의 면적, Ab는 상기 스몰챔버의 면적일 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 상기 기설정된 대응 관계는, 상기 하중 압력이 커질수록 상기 타겟 압력도 커지도록 설정된 것일 수 있다.
상기한 구성에 따르면, 본 개시물은, 붐 액츄에이터로부터 배출되는 유체로부터 에너지를 회수하는 하이브리드 유압기계에 있어, 에너지 회수를 통한 연료 저감에 더하여 붐 다운 오퍼레이션 시 야기될 수 바운싱 내지는 충격을 효과적으로 저감할 수 있는 유압기계를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 어떠한 실시예들에 따른 유압기계의 외관을 보여주는 도면이다.
도 2는 어떠한 실시예들에 따른 유압기계를 보여주는 회로도이다.
도 3은 어떠한 실시예들에 따른 유압기계를 보여주는 회로도이다.
도 4는 어떠한 실시예들에 따른 안티-바운싱 컨트롤 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5는 어떠한 실시예들에 따른 안티-바운싱 컨트롤을 수행하기에 앞서 미리 설정된 하중 압력과 타겟 압력 사이의 대응 관계의 일 예시를 보여주는 도면이다.
도 6는 어떠한 실시예들에 따른 안티-바운싱 컨트롤을 수행함에 따라 어큐뮬레이터 내의 압력과 작업 장치의 속도의 관계의 일 예시를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 어떠한 실시예들에 따른 유압기계의 외관을 보여주는 도면이다.
유압기계는 유압을 이용하여 작업장치(300)를 작동시켜 작업을 수행할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 유압기계는 건설기계일 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 도 1에 도시한 바와 같은 굴삭기일 수 있다. 유압기계는 상부 구조체(Upper structure)(100)와, 하부 구조체(Under structure)(200)와 작업장치(Working device)(300)를 포함할 수 있다.
하부 구조체(200)는 주행 액츄에이터를 포함하여 유압기계가 주행을 할 수 있도록 한다. 주행 액츄에이터는 유압 모터일 수 있다.
상부 구조체(100)는 작동유 탱크, 펌프, 동력원, 제어밸브 등을 포함할 수 있다. 또한, 상부 구조체(100)는 선회 액츄에이터를 포함하여 하부 구조체(200)에 대하여 상대 회전을 할 수 있다. 선회 액츄에이터는 유압 모터일 수 있다.
작업장치(300)는 굴삭기가 작업을 수행할 수 있도록 한다. 작업장치(300)는, 붐(111), 암(121) 및 버킷(131)과 이들을 작동시키는 붐 액츄에이터(313), 암 액츄에이터(323) 및 버킷 액츄에이터(333)를 포함할 수 있다. 붐 액츄에이터(313), 암 액츄에이터(323) 및 버킷 액츄에이터(333)는 유압 실린더들일 수 있다.
도 2는 어떠한 실시예들에 따른 유압기계를 보여주는 도면이다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 붐 액츄에이터(313)와, 에너지 회수 회로(500)와 탱크(101)와 제어부(107)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(500)는 붐 액츄에이터(313)와 탱크(101)의 사이에 제공될 수 있다. 에너지 회수 회로(500)는 붐 액츄에이터(313)에 연결되어, 붐 액츄에이터(313)로부터 배출되는 유체로부터 에너지를 회수할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 에너지 회수 회로(500)는 리턴밸브(513)와, 재생밸브(509)와 차징밸브(517)와 회수부(525)를 포함할 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 에너지 소비 회로(400)를 포함할 수 있다. 에너지 소비 회로(400)는 탱크(101)과 붐 액츄에이터(313)의 사이에 제공될 수 있다. 에너지 소비 회로(400)는 붐 액츄에이터(313)에 연결되어, 붐 액츄에이터(313)에 압력 유체를 공급하거나 붐 액츄에이터(313)로부터 배출되는 유체를 탱크(101)로 리턴시키는 회로이다. 어떠한 실시예들에서, 에너지 소비 회로(400)는, 동력원(401)과 메인 펌프(403)와 제어밸브(409)를 포함할 수 있다. 메인 펌프(403)는 붐 액츄에이터(313)에 압유를 보낼 수 있다. 동력원(401)은 메인 펌프(403)를 구동할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 동력원(401)은 엔진을 포함할 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 상시에는 에너지 소비 회로(400)를 이용하여 작업장치를 구동하고, 하이브리드 기능을 수행하고자 할 때에는 에너지 회수 회로(500)를 이용하여 에너지를 회수하는, 유압기계일 수 있다.
어떠한 실시예들에서 동력원(401)은 메인축(405)을 통하여 메인 펌프(403)에 동력을 전달하여 메인 펌프(403)를 구동시킬 수 있다. 메인 펌프(403)는 유체를 압력유체로 만들어 붐 액츄에이터(313)에 공급할 수 있다. 붐 액츄에이터(313)는 메인 펌프(403)로부터 압력유체를 받는 한편 유체를 탱크(101)로 리턴 할 수 있다. 붐 액츄에이터(313)는 메인 펌프(403)로부터 받은 압력유체의 힘을 붐에 제공하여 붐을 작동시킬 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 붐 액츄에이터(313)는 유압 실린더일 수 있고, 붐 액츄에이터(313)는 라지챔버(313a)와 스몰챔버(313b)를 포함할 수 있다. 붐과 연결되는 피스톤 로드가 스몰챔버(313b)를 관통하므로, 피스톤 로드가 점유하는 면적으로 인하여 스몰챔버(313b) 내의 유체가 피스톤과 접촉하는 면적(Ab)은 라지챔버(313a) 내의 유체가 피스톤과 접촉하는 면적(Aa)보다 작다. 도 1을 함께 참조할 때, 붐이 하강하는 붐 다운 오퍼레이션 시, 피스톤 로드도 하강하고, 따라서 스몰챔버(313b)로 유체가 유입되고, 라지챔버(313a) 내의 유체는 배출된다.
제어밸브(409)는 메인 펌프(403), 탱크(101) 및 붐 액츄에이터(313)를 연결하여, 이들 간에 유체의 흐름의 흐름 방향을 제어할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 제어밸브(409)는 중립 포지션과 제1 비중립 포지션 또는 제2 비중립 포지션에 있을 수 있다. 중립 포지션에 있을 때, 제어밸브(409)는 붐 액츄에이터(313)와의 유체의 소통을 차단하고, 메인 펌프(403)로부터 온 유체를 중앙바이패스통로를 통하여 탱크(101)로 리턴시킬 수 있다. 제어밸브(409)가 제1 비중립 포지션에 있을 때, 제어밸브(409)는 메인 펌프(403)로부터 온 유체가 중앙바이패스통로를 통하여 탱크(101)로 리턴하는 것을 차단하고, 메인 펌프(403)로부터 온 유체를 스몰챔버(313b)로 보내고, 라지챔버(313a)로부터 온 유체를 탱크(101)로 보내, 붐을 다운시킬 수 있다. 제어밸브(409)가 제2 비중립 포지션에 있을 때, 제어밸브(409)는 메인 펌프(403)로부터 온 유체가 중앙바이패스통로를 통하여 탱크(101)로 리턴하는 것을 차단하고, 메인 펌프(403)로부터 온 유체를 라지챔버(313a)로 보내고, 스몰챔버(313b)로부터 온 유체를 탱크(101)로 보내 붐을 업 시킬 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 제어밸브(409)를 절환 시키기 위하여 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)를 포함할 수 있다. 운전자는 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)를 조작하여 붐을 상승시키거나 하강시키는 자신의 요구를 입력할 수 있다. 어떠한 실시예들에서 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)는 레버일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
어떠한 실시예들에서, 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)는 전기식 입력 장치이고, 운전자의 요구에 상응하는 전기 신호를 생성하여 제어부(107)에 보낼 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 유압기계는 파일럿 펌프(115)와 전자비례감압밸브(117)를 포함할 수 있다. 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)로부터 전기 신호를 받으면, 이에 대응하여 제어부(107)는 제어 신호를 전자비례감압밸브(117)에 보내 전자비례감압밸브(117)를 작동시킬 수 있다. 전자비례감압밸브(117)가 제1 포지션에 있을 때, 전자비례감압밸브(117)는 파일럿 펌프(115)로부터 온 파일럿 유체를 제어밸브(409)로 보내 제어밸브(409)를 작동시킬 수 있다. 전자비례감압밸브(117)가 제2 포지션에 있을 때, 전바비례감압밸브는, 파일럿 펌프(115)로부터 제어밸브(409)로의 파일럿 유체의 흐름을 차단하고, 제어밸브(409)에 제공된 파일럿 유체가 드레인 될 수 있도록 한다.
리턴밸브(513)는 라지챔버(313a)와 탱크(101)의 사이에 제공되어, 라지챔버(313a)로부터 탱크(101)로의 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다. 재생밸브(509)는 라지챔버(313a)와 스몰챔버(313b)를 연결하여 라지챔버(313a)로부터 스몰챔버(313b)로의 유체의 흐름을 허용 또는 차단할 수 있다. 차징밸브(517)는 라지챔버(313a)와 회수부(525)의 사이에 제공되어, 라지챔버(313a)로부터 회수부(525)로의 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다.
회수부(525)는 동력을 회수하는 구성부이다. 어떠한 실시예에서 회수부(525)는 유압모터(어시스트 모터)일 수 있다. 어시스트 모터는 동력원(401)을 보조하여 회수된 동력을 동력원(401)에 공급할 수 있다. 이를 위하여, 어떠한 실시예들에서, 유압기계는 동력 전달부를 포함할 수 있다. 동력 전달부는, 동력원(401)과 어시스트 모터에 연결되어, 동력원(401)과 어시스트 모터 간에 동력을 전달할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 동력 전달부는 동력원(401)과 메인 펌프(403)를 연결하는 메인축(405)과 어시스트 모터에 연결된 어시스트축(527)과 동력 전달 기구(119)를 포함할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 동력 전달 기구(119)는, 도 2에 도시한 바와 같은 기어열을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 다른 실시예들을 가질 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는, 운전자로부터 하이브리드 모드의 선택 또는 선택 해제의 요구를 입력 받는 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)를 포함할 수 있다. 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)에 하이브리드 모드의 선택의 요구가 입력되고 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 붐 다운 요구가 입력되면, 제어부(107)는 제어밸브(409)에 파일럿 유체가 공급되지 못하도록 전자비례감압밸브(117)를 제어함으로써 제어밸브(409)를 중립 포지션으로 절환시켜, 붐 액츄에이터(313)와 에너지 소비 회로(400) 간의 유체의 흐름을 차단할 수 있다. 따라서, 하이브리드 모드가 선택된 상태에서 붐 다운 오퍼레이션은 메인 펌프(403)로부터 압력 유체의 공급이 없이 자중만에 의해서 이루어질 수 있다. 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)에 하이브리드 모드의 선택 해제의 요구가 입력되거나, 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)에 하이브리드 모드의 선택의 요구가 입력되더라도 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 붐 다운 요구의 입력이 없으면, 제어부(107)는 리턴밸브(513), 재생밸브(509) 및 차징밸브(517)를 절환시켜, 붐 액츄에이터(313)와 에너지 회수 회로(500) 간의 유체의 흐름을 차단시킬 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 붐을 하강시키는 붐 다운 오퍼레이션 시, 리턴밸브(513)는 라지챔버(313a)로부터 탱크(101)로의 유체의 흐름을 차단하도록 작동될 수 있다. 붐 다운 오퍼레이션 시, 재생밸브(509)는 라지챔버(313a)로부터 스몰챔버(313b)로의 유체의 흐름을 허용하도록 작동될 수 있다. 붐 다운 오퍼레이션 시, 차징밸브(517)는 라지챔버(313a)로부터 회수부(525)로의 유체의 흐름을 허용하도록 작동될 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 에너지 회수 회로(500)는, 라지챔버(313a)와 회수부(525)를 연결하는 회수 라인(523)을 포함할 수 있다. 어떠한 실시예들에서 차징밸브(517)는 회수 라인(523) 상에 제공될 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 에너지 회수 회로(500)는, 회수 라인(523) 상에 제공되는 디스차징밸브(521)를 포함할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 에너지 회수 회로(500)는 차징밸브(517)와 디스차징밸브(521) 사이의 제1 지점에서 회수 라인(523)에 연결되는 어큐뮬레이터(508)를 포함할 수 있다. 차징밸브(517)는 회수 라인(523)을 통하여 라지챔버(313a)로부터 상기 어큐뮬레이터(508)으로의 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다. 디스차징밸브(521)는, 제1 지점과 회수부(525)의 사이에서 회수라인 상에 설치되어, 어큐뮬레이터(508)로부터 회수부(525)로의 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다. 붐 다운 오퍼레이션 시, 디스차징밸브(521)는 회수부(525)로의 유체의 흐름을 허용하도록 작동될 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 제어부(107)는, 붐 다운 오퍼레이션 시, 라지챔버(313a)에서 고압으로 방출되는 유량의 대략 절반 정도가 재생밸브(509)를 통하여 재생되고 나머지 유량은 차징밸브(517)를 통하여 어큐뮬레이터(508)에 저장되도록 제어할 수 있다. 저장된 유량은 디스차징밸브(521)를 거쳐 회수부(525)에 공급된다. 이때 재생밸브(509)와 차징밸브(517) 및 디스차징밸브(521)의 개방 면적을 어떻게 제어 하느냐에 따라 붐 다운 에너지의 손실 여부가 결정된다. 어떠한 실시예들에서, 붐 다운 오퍼레이션 시 (즉, 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)를 통한 운전자의 붐 다운 오퍼레이션 요구가 제어부(107)에 입력됨에 따라), 제어부(107)는 압력 손실이 가장 적도록 재생밸브(509)와 차징밸브(517)를 최대한 열고, 리턴밸브(513)를 폐쇄시킬 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는, 어큐뮬레이터(508) 내의 압력을 측정하는 제1 센서(519)를 포함할 수 있다. 또한, 라지챔버(313a) 내의 압력을 측정하는 제2 센서(507)와, 스몰챔버(313b) 내의 압력을 측정하는 제3 센서(505)를 포함할 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는, 운전자로부터 안티-바운싱 모드의 선택 또는 선택 해제의 요구를 입력 받는 제3 오퍼레이터 입력 장치(109)를 포함할 수 있다. 제어부는 제3 오퍼레이터 입력 장치에 안티 바운싱 모드의 선택의 요구가 입력되는 것을 전제 조건으로, 상기 안티-바운싱 컨트롤을 수행할 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 유압기계는 회수라인의 제1 지점보다 상류인 회수라인의 제2 지점과 펌프(403)를 연결하는 보조라인(531)을 포함할 수 있다. 하이브리드 모드가 선택되더라도, 어큐뮬레이터(508)에 충진된 압력이 충분치 않은 때에는 (예컨대, 하이브리드 모드가 선택된 직후 곧바로 붐 다운 오퍼레이션을 수행할 때), 효과적으로 바운싱을 저감시킬 수 없다. 따라서, 보조적으로 펌프(403)로부터 압유를 공급 받아, 어큐뮬레이터(508) 내의 압력이 신속히 타겟 압력까지 상승할 수 있도록 할 수 있다.
보조라인(531)에는 보조라인을 개방/폐쇄하는 보조밸브(533)가 구비될 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 제어부(107)는 안티-바운싱 컨트롤을 수행하는 때에 보조밸브(533)을 개방시킬 수 있다. 예컨대, 제어부(107)는, 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)에 하이브리드 모드의 선택 요구가 입력되고, 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 붐 다운 오퍼레이션의 요구가 입력되고, 제3 오퍼레이터 입력 장치(109)에 상기 안티 바운싱 모드의 선택의 요구가 입력된 때에, 보조밸브(533)을 개방시킬 수 있다.
위 실시예들에서는 안티-바운싱 기능을 활성화 시키기 위해서는 제2 오퍼레이터 입력 장치(106) 및 제3 오퍼레이터 입력 장치(109)에 각각 입력할 것을 요구하고 있으나, 본 개시물이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 어떠한 대체 실시예들에서는, 운전자가 제3 오퍼레이터 입력 장치(109)에 안티-바운싱 모드의 선택의 요구를 입력하면, 제어부(107)는 하이브리드 기능 및 안티-바운싱 기능이 동시에 실행되도록 관련 밸브들의 개폐를 제어할 수 있다.
도 3은 어떠한 실시예들에 따른 유압기계를 보여주는 회로도이다.
어떠한 대체 실시예들에서, 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)는 감압밸브가 내장된 유압식 입력 장치이고, 유압기계는 보조밸브(117a)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 파일럿 펌프(115)가 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)의 감압밸브에 연결되고, 감압밸브는 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)를 통해 입력된 운전자의 요구에 상응하는 유압신호를 보조밸브(117a)로 보낼 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 유압기계는 감압밸브로부터 보조밸브(117a)로 보내어지는 유압신호의 압력을 측정할 수 있는 센서를 포함하고, 센서는 유압신호에 대응하는 전기신호를 생성하여 제어부(107)에 제공할 수 있다. 따라서, 제어부(107)가 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 직접적으로 연결되어 있지 않더라도, 제어부(107)는 운전자로부터 어떠한 요구가 있는지, 즉 붐 다운 오퍼레이션의 요구가 있는지, 아니면 붐 업 오퍼레이션 요구가 있는지를 알 수 있다. 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)를 통하여 하이브리드 모드의 선택 해제의 요구가 입력 되면, 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 의하여 생성된 유압신호는 보조밸브(117a)를 통하여 제어밸브(409)에 제공될 수 있다. 그러나, 제2 오퍼레이터 입력 장치(106)에 하이브리드 모드의 선택의 요구가 입력 되면, 제어부(107)는 제1 오퍼레이터 입력 장치(105)에 붐 다운 요구가 입력되더라도, 파일럿 유체가 제어밸브(409)에 공급되지 못하도록 보조밸브(117a)를 제어함으로써, 제어밸브(409)를 중립 포지션으로 절환시켜, 붐 액츄에이터(313)와 에너지 소비 회로(400) 간의 유체의 흐름을 차단할 수 있다.
도 4는 어떠한 실시예들에 따른 작업 장치의 안티-바운싱 컨트롤 방법을 보여주는 플로우차트이고, 도 5는 안티-바운싱 컨트롤을 수행하기에 앞서 미리 설정된 하중 압력과 타겟 압력 사이의 대응 관계의 일 예시를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3의 유압기계는 어큐뮬레이터(508)를 에너지 회수에 사용하여 연료 소모를 저감시킬 수 있다. 본 개시물은 이에 더하여 어큐뮬레이터(508) 내의 압력을 제어하여 붐 작동 시 야기되는 바운싱을 저감할 수 있도록 할 수 있다.
일반적으로 붐 다운 모션은 큰 흔들림이 수반될 수 있다. 따라서, 급작스런 붐 다운 오퍼레이션은 유압기계의 안전성을 저해하고 운전자에게 쾌적하지 못한 운전 환경을 조성할 수 있다. 이에 본 개시물에서는 어큐뮬레이터(508)의 압력을 제어함으로써 이러한 바운싱을 저감시키는 방법을 제안한다.
i) 이를 위하여, 도시한 바와 같이, 먼저 제어부(107)는, 운전자로부터 안티-바운싱 모드의 선택의 요구가 있었는지를 판단할 수 있다.
ii) 다음으로, 제어부(107)는 붐 액츄에이터(313)의 라지챔버(313a) 내의 유체에 인가되는 하중 압력(PL)을 계산할 수 있다. 어떠한 실시예들에서는, 제어부(107)는, 제2 센서(507)에 의하여 측정된 라지챔버(313a) 내의 압력(Pa) 및 제3 센서(505)에 의하여 측정된 스몰챔버(313b) 내의 압력(Pb)의 정보를 이용하여, 다음과 같이 하중 압력을 계산할 수 있다.
PL = Pa - Pb/(Aa/Ab)
여기서,
Aa: 라지챔버(313a) 내의 유체가 피스톤과 접촉하는 면적(Aa)
Ab: 스몰챔버(313b) 내의 유체가 피스톤과 접촉하는 면적(Ab)
iii) 다음으로, 제어부(107)는 도 5에 도시한 바와 같은, 붐 액츄에이터(313)에 인가되는 하중 압력들과 어큐뮬레이터(508) 내의 타겟 압력(PT)들의 기설정된 대응 관계에 따라, 계산된 하중 압력에 대응되는 타겟 압력을 구할 수 있다.
하중 압력(PL)과 타겟 압력 (PT) 사이의 대응 관계는 다양한 형태로 제공될 수 있는데, 예컨대, 룩업 테이블 형태로 제공될 수도 있고, 다음과 같은 함수 관계로 제공될 수도 있다.
PT = f(PL)
어떠한 실시예들에서는, 하중 압력(PL)과 타겟 압력 (PT)은 다음과 같은 함수 관계를 가질 수 있다.
PT = a* PL + b (a 및 b는 상수, a > 0)
어떠한 실시예들에서는, 제4 오퍼레이터 입력 장치(미도시)가 제공되어, 운전자가 a 및/또는 b를 선택할 수 있도록 구성될 수 있다. 큰 a의 값을 선택하면, 동일한 하중 압력에 대하여 타겟 압력이 더 큰 값이 되어 안티-바운싱이 강하게 작용하는 모드를 선택할 수 있게 된다.
도 5에서는 하중 압력과 타겟 압력이 선형 관계를 갖고, b가 0인 실시예를 예시하고 있으나, 이는 일 예시일 뿐, 본 개시물이 이에 한정되는 것은 아니다. 큰 하중 압력으로 인한 바운싱을 효과적으로 저감시키기 위해서는 어큐뮬레이터(508) 내의 큰 유체 압력이 필요하다. 따라서, 붐 다운 오퍼레이션 시 하중에 의하여 붐 액츄에이터(313)의 라지챔버(313a)에 인가되는 하중 압력이 커지면, 바운싱을 효과적으로 저감시키기 위하여 붐 다운 오퍼레이션에 저항하는 어큐뮬레이터(508) 내의 타겟 압력도 선형 또는 비선형적으로 증가시킬 수 있다.
iv) 다음으로, 제어부(107)는 어큐뮬레이터(508) 내의 압력이 타겟 압력에 도달하도록 디스차징밸브(521)의 개방/폐쇄를 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 센서(519)에 의하여 측정되는 어큐뮬레이터(508) 내의 압력(Pc)이 타겟 압력보다 낮으면 디스차징밸브(521)를 폐쇄하고, 어큐뮬레이터(508) 내의 압력(Pc)이 타겟 압력보다 높으면 디스차징밸브(521)를 개방하는 식으로, 피드백 컨트롤을 수행할 수 있다.
도 6은 어떠한 실시예들에 따른 안티-바운싱 컨트롤을 수행함에 따라 어큐뮬레이터 내의 압력과 작업 장치의 속도의 관계의 일 예시를 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 붐 다운 오퍼레이션 시, 디스차징밸브(521)의 개폐를 제어함으로써, 어큐뮬레이터(508) 내의 압력(Pc)을 제어하고, 이를 통하여 붐 다운 속도(V)를 제어할 수 있다. 어큐뮬레이터(508) 내의 압력(Pc)은 붐 다운 모션의 저항으로 작용하게 되므로, 어큐뮬레이터(508) 내의 압력(Pc)이 높으면 붐 다운 속도(V)가 감소하게 된다.

Claims (13)

  1. 라지챔버와 스몰챔버를 포함하는 붐 액츄에이터와;
    상기 라지챔버로부터 배출되는 유체를 제공받아 에너지를 회수하는 회수부와;
    상기 라지챔버와 상기 회수부를 연결하는 회수라인과;
    상기 회수라인의 제1 지점에 연결되는 어큐뮬레이터와;
    상기 제1 지점과 상기 회수부 사이에서 상기 회수라인 상에 설치되는 디스차징밸브와,
    상기 어큐뮬레이터 내의 압력을 측정하는 제1 센서와,
    상기 디스차징밸브의 개방/폐쇄를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    기설정된 대응 관계에 따라, 하중에 의하여 상기 라지챔버 내의 유체에 인가되는 하중 압력에 대응되는 상기 어큐뮬레이터의 타겟 압력을 구하고,
    상기 제1 센서에 의하여 측정되는 상기 어큐뮬레이터의 압력이 상기 타겟 압력에 도달하도록 상기 디스차징밸브의 개방/폐쇄를 제어하는,
    안티-바운싱 컨트롤을 수행하는,
    유압기계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 라지챔버 내의 압력을 측정하는 제2 센서와,
    상기 스몰챔버 내의 압력을 측정하는 제3 센서를 추가적으로 포함하고,
    상기 하중 압력은 Pa - Pb/(Aa/Ab)이고,
    여기서, Pa는 상기 제2 센서에 의하여 측정된 상기 라지챔버 내의 압력, Pb는 상기 제3 센서에 의하여 측정된 상기 스몰챔버 내의 압력, Aa는 상기 라지챔버의 면적, Ab는 상기 스몰챔버의 면적인,
    유압기계.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기설정된 대응 관계는, 상기 하중 압력이 커질수록 상기 타겟 압력도 커지도록 설정된,
    유압기계.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기설정된 대응 관계는,
    PT = f (PL),
    여기서, PT는 상기 타겟 압력, PL은 상기 하중 압력인,
    유압기계.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기설정된 대응 관계는,
    PT = a * PL + b,
    여기서, a 및 b는 상수이고, a > 0인,
    유압기계.
  6. 제5 항에 있어서,
    운전자로부터 상기 a의 값의 선택 요구를 입력 받는 제4 오퍼레이터 입력 장치를 추가적으로 포함하는,
    유압기계.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 기설정된 대응 관계는 룩업 테이블로 제공되는,
    유압기계.
  8. 제1 항에 있어서,
    운전자로부터 안티 바운싱 모드의 선택 또는 선택 해제의 요구를 입력 받는 제3 오퍼레이터 입력 장치를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제3 오퍼레이터 입력 장치에 상기 안티 바운싱 모드의 선택의 요구가 입력된 때에, 상기 안티-바운싱 컨트롤을 수행하는,
    유압기계.
  9. 제8 항에 있어서,
    운전자로부터 상기 붐 액츄에이터의 작동의 요구를 입력 받는 제1 오퍼레이터 입력 장치와,
    운전자로부터 하이브리드 모드의 선택 또는 선택 해제의 요구를 입력 받는 제2 오퍼레이터 입력 장치를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 오퍼레이터 입력 장치에 하이브리드 모드의 선택 요구가 입력되고, 상기 제1 오퍼레이터 입력 장치에 붐 다운 오퍼레이션의 요구가 입력된 때에, 상기 안티-바운싱 컨트롤을 수행하는,
    유압기계.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 지점과 상기 붐 액츄에이터의 사이에서 상기 회수라인 상에 설치되는 차징밸브를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 오퍼레이터 입력 장치에 하이브리드 모드의 선택 요구가 입력되고, 상기 제1 오퍼레이터 입력 장치에 붐 다운 오퍼레이션의 요구가 입력된 때에, 상기 차징밸브를 개방하는,
    유압기계.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 붐 액츄에이터에 압유를 공급하기 위한 펌프와,
    상기 펌프와 상기 붐 액츄에이터에 사이에 설치되어, 상기 제1 오퍼레이터 입력 장치를 통한 입력에 따라, 선택적으로 상기 펌프로부터 상기 붐 액츄에이터로의 압유의 공급을 차단하는 중립 포지션과 상기 펌프로부터 상기 붐 액츄에이터로의 압유의 공급을 허용하는 비중립 포지션을 갖는 제어밸브를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제2 오퍼레이터 입력 장치에 하이브리드 모드의 선택 요구가 입력되고, 상기 제1 오퍼레이터 입력 장치에 붐 다운 오퍼레이션의 요구가 입력된 때에, 상기 제어밸브를 중립 포지션으로 절환하는,
    유압기계.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 붐 액츄에이터에 압유를 공급하기 위한 펌프와,
    상기 회수라인의 상기 제1 지점보다 상류의 제2 지점과 상기 펌프를 연결하는 보조라인과,
    상기 보조라인을 개폐하는 보조밸브를 추가적으로 포함하는,
    유압기계.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 안티-바운싱 컨트롤을 수행하는 때에, 상기 보조밸브를 개방하는,
    유압기계.
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