KR950002377B1 - 건설기계의 로드센싱 유압 자동제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

건설기계의 로드센싱 유압 자동제어장치

제 1 도는 본 발명에 의한 건설기계의 축압기를 이용한 로드센싱 전자-유압 제어장치 계통도.

제 2 도는 본 발명 복수개의 작업 조절 레버에 의한 축압기 제어방식 로드센싱 유압 제어장치 계통도.

제 3 도는 본 발명의 축압기 제어방식 로드센싱 유압제어를 위한 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어기(controller) 2 : 원동기(엔진)

3 : 엔진 회전수 계측기(sensor) 4 : 가변용량형 유압펌프

5 : 전자비례 감압 밸브 6 : 서보 포지셔너(servo positioner)

7 : 작업 조절 레버(joystick) 8 : 고정 용량형 펌프

9 : 방향 유량 제어 밸브 10 : 압력제어 밸브

11 : 방향제어(check)밸브 12 : 축압기(accumulator)

13 : 전자비례제어밸브 14 : 방향제어(check)밸브

15 : 3-wat솔레노이드 밸브 16, 17, 18, 19 : 압력 측정 장치

20 : 작업 액츄에이터

본 발명은 건설기계의 로드센싱 제어장치에 관한 것으로 특히 유압 액츄에이터의 부하 압력의 크기에 따라 축압기 및 밸브들의 조합으로 구성된 장치에 의해 공급 압력 및 유량을 자동제어 하는 부하감지(로드센싱) 제어에 관한 것이다.

본 발명에서 제시하고 있는 로드센싱(부하감지) 방법은 펌프에서 토출되는 압유의 일부를 축압기를 이용하여 축압시킨 상태에서, 액츄에이터에서의 과부하 및 커다란 부하압력의 변동이 발생하였을 경우, 전자 비례 제어 밸브를 이용 축압기에 저장된 압력 및 유량을 적절히 공급 제어하는 방법으로써, 과부하의 계속적 발생으로 인해 야기되는 엔진, 펌프의 성능저하 문제, 노후화의 속도 증대문제, 그리고 액츄에이터의 작업속도가 감소하는 문제 등을 해결할 수 있게 하는 것이다.

종래의 건설기계에서는 엔진을 제어하여 요구되는 마력을 설정하고 배기 용적 가변수단을 구비한 유압 펌프의 사판각을 조절하여 부하 압력의 변화에 대해서 엔진 회전수를 설정된 값에서 일정하게 유지시켜 주기위해 전자제어 밸브들을 이용하여 펌프 사각판을 제어하는 방식을 취하고 있다.

이 경우 복수개의 유압 액츄에이터에서 발생되는 부하의 크기가 다르고 또한 각 액츄에이터에서의 과부하가 발생시에는 펌프 회전수의 급격한 감소를 야기시키며, 이것은 액츄에이터의 작업속도를 저하시키게 되고, 펌프 및 엔진에 무리한 힘이 가해지게 된다. 이것은 엔진 및 펌프의 커다란 성능저하를 야기시키고, 이것이 반복될 시에는 엔진 및 펌프의 급속한 노후화를 초래하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 부하 압력을 측정, 요구되는 펌프 토출 압력을 연산하여 요구되는 펌프 사판각을 조절해 주는 방식이 제안된 것이 있으나, 이 방식의 경우 엔진의 일정 회전수를 유지시켜 주기 위해 회전수를 측정하여 펌프의 사판각을 제어하는 기존의 건설기계에 적용할 경우, 오히려 토출 압력 및 유량의 변동을 가중시켜 주게 되고, 설정된 엔진 출력을 100% 사용하지 못하는 결과를 초래하게 된다.

이를 상세히 설명하면, 먼저 펌프 출력을 증가시켜 주기 위해서는 펌프 사각판의 크기를 크게 증가시켜 주어야 하며, 이로서 토출 압력 및 유량이 증가하게 된다.

그러나 종래의 제안된 로드센싱 방식을 적용할 경우에는 액츄에이터의 부하압력이 크게 증가할 경우 펌프의 사판각을 더욱 크게 감소시켜야 하나 앞의 엔진 속도를 유지시켜 주기 위한 제어시의 사판각이 최소로 되었을 경우 더욱 감소시킨다는 것은 곤란하며, 따라서 엔진 제어시 사판각이 최소로 제어되지 않도록 사판각을 일정한 각도로 유지시켜 주어야 하며, 즉 과부하 발생시 사판각을 더욱 감소시켜 줄 수 있도록 여유를 두어야 하는데, 이것은 액츄에이터의 작업 속도를 크게 감소시키는등 작업속도를 생명을 하는 건설기계의 제어장치에 있어서 오히려 단점으로 작용하게 된다.

또한 이러한 사판각 제어 방식의 로드센싱을 적용한 경우에 있어서도 과부하가 순간적인 엔진 및 펌프에 미치는 영향은 제거되지 못하며, 이것은 엔진 및 펌프의 커다란 성능저하를 야기시키고, 이것이 반복될 시에는 엔진 및 펌프의 급속한 노후화를 초래하게 되는등의 문제점은 로드센싱이 적용되지 않은 장비의 경우와 마찬가지로 나타나게 된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 선정된 엔진 출력에 100%의 출력이 발휘되도록 펌프의 사판각을 제어하여 부하가 가해졌을 경우에 있어서도 엔진 회전수를 일정 회전수로 유지시켜 줌과 동시에 펌프에서 토출되는 압유의 일부를 축압기(Accumulator)를 이용하여 축압시킨 상태에서 유압 액츄에이터에서 부하압력이 증가할 경우, 액츄에이터로의 공급 압력 및 유량을 제어 밸브를 통하여 자동제어 함으로써, 액츄에이터의 부하 압력을 최적으로 제어하는 로드센싱 유압 제어장치를 제공함에 그 목적이 있으며, 또한 액츄에이터에서 발생되는 과부하 압력이 엔진 및 펌프에는 영향을 미치지 않도록 하여 펌프의 성능저하 및 노후화를 방지하고, 과부하로 인해 작업 액츄에이터의 작업속도가 감소하는 영향을 제거하여 최적의 작업속도를 발휘하면서 운전자의 작업느낌을 최적 상태로 유지시켜 주는 로드센싱 유압 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 요지는 작업 액츄에이터에서 발생하는 과부하 압력 변화에 대해 축압기에 저장시킨 압유를 이용하여 자동제어하는 로드센싱 유압제어장치로서 배기 용적 가변수단을 갖는 유압 펌프와 토출되는 유량을 작업 조절레버에 의해 작업 액츄에이터에 유입되는 유량을 조절하는 방향유량 제어밸브와, 펌프 토출압력 액츄에이터들의 입ㆍ출구 압력을 측정하는 수단인 압력측정장치와 압유를 저장하는 축압기와, 축압기에 유입되는 압유의 압력을 제어하는 압력제어 밸브와 축압기에 저장된 압유가 역류되지 않도록 하는 방향제어밸브와 압유로부터 액츄에이터에 공급되는 압력 및 유량을 제어하는 전자비례 제어밸브와, 액츄에이터로부터 축압기 쪽으로의 압유의 역류가 발생하지 않도록 하는 방향제어 밸브와 액츄에이터의 작동 방향에 따라 달라지는 유입 라인과 축압기의 압유 라인 사이를 연결시켜 주기 위한 3-way 솔레노이드 밸브등으로 구성된 축압기를 이용한 로드센싱 유압 제어장치이며, 또한 상기의 장치에서 액츄에이터의 부하압력 변동을 측정하고, 축압기에 저장된 압유의 압력을 측정할 수 있는 수단과 축압기의 압유를 액츄에이터에 공급할 수 있는지를 판단할 수 있는 수단과, 측정된 부하압력으로부터 축압기에 저장된 압유의 일부를 제어하는 전자비례 제어 밸브의 입력신호의 크기를 연산하는 연산수단과 액츄에이터의 입ㆍ출구 압력을 측정하여 작동 방향을 판단할 수 있는 판단수단과 이 판단에 근거하여 축압기로부터의 압유가 액츄에이터의 입구측과 연결될 수 있도록 하는 연산 제어수단과 각각이 액츄에이터의 입·출구 압력을 측정하여 각각의 필요한 압력 및 유량을 연산하는 연산 수단과 이 연산에 의해서 축압기의 압유를 각 액츄에이터에 적절히 조절 공급시켜 주기위한 제어수단으로 구성된 로드센싱 유압 제어장치인 것이다.

이와 같이된 요지의 구성은 원동기(2)에 의해 작동되는 유압 펌프(4)의 토출 압력에 의해, 배기용적 가변수단을 구비한 유압 펌프의 사판각을 서보포지셔너(6)에 의해 조절하고 선정된 엔진 출력에 따라 펌프 출력을 제어하기 위해 엔진 회전수 센서(3)을 통해 엔진 회전수를 측정하여 제어기(1)에 피드백하여 연산과정을 거친후 전자비례 감압 밸브(5)를 이용하여 서보포지셔너(6)에 마력 보상치를 가하는 유압 펌프 출력 제어장치와 작업 조절레버(7)에 의해 방향유량 조절 밸브(9)를 움직여서 작업 액츄에이터(20)에의 유량을 조절하는 제어장치에 있어서 펌프로부터 공급되어지는 압유중 축압기(12)에서 높은 압력의 작동유만을 축적할 수 있도록 축압기(12)에 유입되는 압유의 압력을 제어하는 압력 제어밸브(10), 펌프 토출 압력보다 축압기에 저장된 작동유의 압력이 더 클 경우라 하더라도 역류가 발생되지 않도록 하는 방향제어 밸브(11), 제어기(1)의 출력 신호를 받아 작동되는 전자비례 제어밸브(13)와 축압기로부터 작업 액츄에이터(20)로 공급되는 압유의 역류를 방지하기 위한 방향제어 밸브(14), 그리고 액츄에이터(21)로의 유입되는 압유 라인쪽으로 축압기의 압유를 선택 공급시켜 주기 위한 방향제어 밸브(15), 그리고 각 부위의 압력을 측정하는 압력 측정장치(16, 17, 18, 19)등을 구비하여 구성된 것이다. 미설명부호 8은 고정용량형펌프이다.

이와 같이된 본 발명의 작용효과를 설명하면 제 1 도는 본 발명에 따른 로드센싱 유압장치를 포함하여 건설기계의 전자 유압제어 장치를 간단히 도시한 그림이고, 제 2 도는 건설기계에서 복수개의 작업조절레버의 작동시 각각의 액츄에이터를 축압기를 사용하여 로드센싱하는 제어 원리를 상세히 나타낸 그림인데 먼저 제 1 도에서의 전체 장치의 작동원리를 설명하면, 제어기(1)에서 엔진 마력을 설정 제어하면 무부하 상태에서 일정 회전수로 엔진이 구동되고, 이 경우 펌프의 사판각은 제어하지 않고 토출되는 유량을 전부 탱크로 복귀시킨다. 작업 조절기 레버(7)를 조절하였을 경우 방향유량 제어밸브(9)가 제어되어 엔진 및 펌프에서의 부하압력이 발생되고 엔진 회전속도는 급격히 감속하게 되며 이를 보상해 주기 위해 즉 엔진 회전수를 요구하는 일정 회전수로 제어하기 위해 회전수를 엔진 회전수 센서(3)에서 측정하여 제어기(1)에 피드백하여 연산한 후 적절한 제어기 출력 신호를 전자비례 감압 제어밸브(5)에 출력하여 주며, 이로 인해 서보포지셔너(6)를 작동시켜 펌프 사판각을 줄여서 회전수를 목표 회전수로 유지시켜 주기 위해 증가 및 조절해 준다. 따라서 이것은 펌프 입력 마력을 조절시켜 주는 결과가 되며 엔진의 설정된 출력 마력을 100% 사용하게 된다.

이상은 엔진과 펌프 제어장치의 작동원리에 대한 내용이며, 본 발명인 축압기를 이용한 건설기계의 로드센싱 유압 자동제어 장치의 작동원리 및 그 작용은 다음과 같다.

먼저 엔진과 펌프 제어장치로부터 토출된 압력과 유량은 작업 액츄에이터(20)를 작동시킨 상태에서 작업조절기 레버(7)가 중립상태에 있을 때는 압유의 압력을 최고 압력(릴리프 압력)이 발생하게 되고, 이 릴리프 압력보다 설정된 크기만큼 작은 압력으로 설정치를 정하여 압력 조절 밸브(10)를 조절시켜 둔다. 따라서 압력을 축적시켜 주거나 압력의 진동 및 충격을 방지시켜 주는 장치인 축압기(12)에는 항상 앞의 압력 조절밸브(10)를 통해 설정치 이상의 높은 압력의 작동유가 항상 저장되게 된다.

또한 펌프의 토출압력(16)이 축압기(12)에 저장된 압유의 압력보다 작은 경우에 있어서는 역류가 발생하지 않고, 계속 저장될 수 있도록 방향유량 제어밸브(11)를 설치한다.

다음에는 펌프 토출 압력보다 큰 부하 압력이 발생할 경우에 대해 축압기(12)에 의해 축압된 압유를 이용하여 자동제어하는 작동원리를 설명한다.

먼저 펌프 토출압력 측정장치(16)와 방향 유량 제어밸브(9)를 통과하여 작업 액츄에이터(20)에서 발생되는 입구측 압력 측정장치(18 혹은 19)과의 크기를 비교하여 펌프 토출압력이 액츄에이터 입구측 압력보다 클 경우 상기에서 제안된 축압기에 계속적으로 압유가 축적되도록 하며, 이때는 전자비례 제어밸브(13)의 스풀 개도를 차단한 상태를 유지하도록 한다. 또한 작을 때는 즉 작업 액츄에이터에서 과부하 압력이 발생하여 액츄에이터 입구측 압력이 펌프 토출압력보다 클 경우에는 필요한 압력 및 유량을 제어기(1)에서 연산하여 전자비례 제어밸브(13)의 스풀 개도를 제어하도록 한다.

또한, 작업 조절레버의 작동 방향이 반대일 때는 작업 액츄에이터, 즉 실린더의 작동 방향이 반대가 되며, 따라서 액츄에이터의 입ㆍ출구 압력의 크기가 반대가 되는데 이를 압력 측정장치(18)과 (19)를 통해서 감지하여 작업 액츄에이터의 작동 방향을 알 수 있도록 하며 액츄에이터로의 유입되는 라인으로 축압기(12)로부터의 유압라인을 연결시켜 주도록 3-way 솔레노이드 밸브(15)를 작동시켜 준다.

이 결과 작업 액츄에이터(20)의 작동 방향에 관계 없이, 또한 부하압력의 크기에 따라 축압기(12)로부터의 압유가 적절히 공급되도록 제어해 주게 된다.

제 2 도는 복수개의 작업 조절기 레버의 복합 작동에 따른 부하 감지 유압제어 장치의 작동원리를 설명하는 것이다.

먼저 기본적인 작동원리는 제 1 도에서 설명한 바와 같으나 복합 동작시에는 각 작업 액츄에이터에 미치는 외력(External force)이 다르기 때문에는 각 작업 액츄에이터의 입ㆍ출구 압력을 측정하여 펌프 토출 압력과 비교하여 제어기(1)에서 각 액츄에이터에서 필요한 유량 및 압력들을 연산하여 각 제어밸브들에 제어기 출력신호를 보내 주며, 이 결과 축압기(12)에서 저장된 압유가 각 액츄에이터에 적절히 공급되는 것이다.

이상 설명한 것처럼 본 발명에 의한 축압기를 이용한 로드센싱 유압제어장치에 의하면, 각 작업 조절 레버의 작동에 의해 유압 액츄에이터의 작동시 발생하는 부하를 감지하여 축압기에 저장된 압유를 제어기 출력신호에 의해 전자비례 제어밸브를 적절히 제어하여 각 작업 액츄에이터에서 필요로 하는 압력 및 유량을 공급 제어해 줌으로써 작업 액츄에이터의 최적제어를 수행할 수 있고 또한 액츄에이터에서 발생하는 펌프 토출압력 보다도 큰 과부하나 커다란 부하의 변동이 발생할 경우에 있어서도 엔진 및 펌프에는 이의 영향이 전혀 미치지 않게 되어 엔진 및 펌프의 최적 제어 및 성능의 극대화를 이룰 수 있으며, 장치의 노후화를 크게 방지할 수 있게 되어 장비의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.

그리고 작업 액츄에이터에서 발생되는 과부하 압력이 엔진 및 펌프에 영향을 미치지 않게 하면서 축압기 및 압력 제어 밸브, 그리고 전자 비례 제어밸브들을 이용하여 적절히 조절해 줌으로써 과부하로 인해 발생되는 엔진 회전속도 및 액츄에이터의 작업속도가 감소되는 성질은 제거되면서도 부드러운 액츄에이터의 작동으로 말미암아 운전자의 운전 느낌이 최적의 상태를 유지시켜 주는 부가적 상승효과가 발생하는 것이다.

Claims (2)

1. 작업 액츄에이터(20)에서 발생하는 과부하 압력 변화에 대해 축압기(12)에 저장시킨 압유를 이용하여 자동제어하는 로드센싱 유압제어장치로서 배기 용적 가변수단을 갖는 유압 펌프(4)와 토출 되는 유량을 작업 조절레버(7)에 의해 작업 액츄에이터에 유입되는 유량을 조절하는 방향유량 제어밸브(9)와, 각 부위의 입ㆍ출구 압력을 측정하는 압력측정장치(16) (17) (18) (19) 축압기에 유입되는 압유의 압력을 제어하는 압력제어 밸브(10)와 축압기에 저장된 압유가 역류되지 않도록 하는 방향 제어 밸브(11)와 압유로부터 액츄에이터에 공급되는 압력 및 유량을 제어하는 전자비례 제어밸브(13)와, 액츄에이터로부터 축압기 쪽으로의 압유의 역류가 발생하지 않도록 하는 방향제어 밸브(14)와 액츄에이터의 작동방향에 따라 달라지는 유입 라인과 축압기의 압유 라인 사이를 연결시켜 주기 위한 3-way를 솔레노이드 밸브(15) 등으로 구성됨을 특징으로 하는 "건설기계의 로드센싱 유압 자동제어장치".
2. 작업 액츄에이터(20)의 부하압력 변동을 회전수센서(3)으로서 측정하고, 축압기(12)에 저장된 압유의 압력을 측정할 수 있는 수단과 축압기의 압유를 액츄에이터에 공급할 수 있는지를 판단할 수 있는 수단과 측정과 부하압력으로부터 축압기에 저장된 압유의 일부를 제어하는 전자비례 제어 밸브의 입력신호의 크기를 연산하는 연산수단과 액츄에이터의 입ㆍ출구 압력을 측정하여 작동 방향을 판단할 수 있는 판단수단과 이 판단에 근거하여 축압기로부터의 압유가 액츄에이터의 입구측과 연결될 수 있도록 하는 연산 제어수단과 각각의 액츄에이터의 입ㆍ출구 압력을 측정하여 각각의 필요한 압력 및 유량을 연산하는 연산 수단과 잉 연산에 의해서 축압기의 압유를 각 액츄에이터에 적절히 조절 공급시켜 주기 위한 제어수단 등으로 구성됨을 특징으로 하는 "건설기계의 로드센싱 유압 자동제어장치".