WO2012015087A1 - 건설기계용 선회유량 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

건설기계용 선회유량 제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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김동수
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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    • F15B2211/7135—Combinations of output members of different types, e.g. single-acting cylinders with rotary motors

Definitions

  • the present invention relates to a swing flow rate control system for a construction machine and a control method thereof, and more particularly, to limit the flow rate discharged from the hydraulic pump while the upper swing is accelerated to reduce the hydraulic energy consumed by the relief valve to improve energy efficiency. It relates to a turning flow control device for construction machinery that can be increased.
  • the hydraulic pump which is the main element, discharges according to the operating angle or pilot pressure of the operating lever regardless of the load required for each operation, and discharges the flow rate, and when the operating lever is operated at maximum or the preset pilot pressure is above a certain pressure. Only to discharge at the maximum flow rate.
  • the flow rate calculating means determines the desired pump discharge flow rate relative to the manipulated value, and controls the swash plate of the hydraulic pump through the output means with a current corresponding to the flow rate value. To control the device.
  • the relief valve is used so that the torque or the excess pressure input to the swing motor is limited to a predetermined value or less for the protection of the swing motor and the swing device.
  • the present invention was created to solve the above-mentioned problems, the construction machinery that can increase the energy efficiency by reducing the hydraulic energy consumed by the relief valve by limiting the flow rate discharged from the hydraulic pump while the upper swing is accelerated Its purpose is to provide a swing flow control system and a control method thereof.
  • the swing flow control system for construction machinery the engine; Actuators and swing motors for a plurality of work devices, including booms, arms and buckets; A variable displacement hydraulic pump connected to the engine and providing hydraulic pressure to the actuator for the work device and the swing motor; An operation unit including an operation lever or a joystick and instructing movement of the plurality of actuators; A control valve for supplying a flow rate of the hydraulic pump to the actuator and the swing motor by the operation unit, respectively; A work device position detecting means installed at one side of the actuator and sensing a relative position of the actuator; An operation amount sensing means installed on one side of the operation unit and sensing an operation amount of an operation lever or a joystick; And a flow rate control controller connected to the manipulated variable sensing means and the swash plate control device and receiving a signal sensed by the manipulated variable sensing means 9 to control the discharge flow rate of the hydraulic pump.
  • the flow control controller When the flow control controller receives a signal from the manipulated variable detecting means and sets a discharge flow rate of the hydraulic pump, and receives a signal from the work device position detecting means, it is determined that the rotational inertia becomes a predetermined position or more.
  • the control signal to the swash plate control device to reduce the rate of increase of the flow rate of the pump, and to limit the rate of increase of the flow rate determined by the flow rate limiter and the flow rate limiter for increasing the rate of increase when the rotational inertia is at a position below a predetermined value.
  • Characterized in that comprises an output means for providing a.
  • another feature of the present invention is the engine; Actuators and swing motors for a plurality of work devices, including booms, arms and buckets; A variable displacement hydraulic pump connected to the engine and providing hydraulic pressure to the actuator for the work device and the swing motor; An operation unit including an operation lever or a joystick and instructing movement of the plurality of actuators; A control valve for supplying a flow rate of the hydraulic pump to the actuator and the swing motor by the operation unit, respectively; A work device position detecting means installed at one side of the actuator and sensing a relative position of the actuator; An operation amount sensing means installed on one side of the operation unit and sensing an operation amount of an operation lever or a joystick; And a flow rate control controller connected to the manipulated variable sensing means and the swash plate control device, and receiving a signal detected from the manipulated variable sensing means 9 to control a discharge flow rate of the hydraulic pump.
  • Actuators and swing motors for a plurality of work devices, including booms, arms and buckets
  • a variable displacement hydraulic pump connected to
  • Compensating for the required volume ratio Dr by comparing the change rate dQr of the turning demand flow rate Qr that changes according to the relative position detected by the work device position detecting means with the slope S ( ⁇ ) of a preset reference state ( S3); and the control method of the turning flow control system for construction machinery comprising a.
  • another feature of the present invention is a control system of a turning flow control system for a construction machine, wherein the signal of the manipulation amount sensing means and the signal of the swash plate control device include an electric solenoid control signal or a pilot signal pressure.
  • FIG. 2 is a block diagram of the hydraulic pump control during the swing operation according to an embodiment of the present invention
  • 3a and 3b is a graph showing the relief pressure and flow control characteristics during the turning operation in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flow chart illustrating a method of controlling a turning demand flow rate during a turning operation according to an embodiment of the present invention
  • a plurality of work device actuators and swing motors 3 including a boom or arm and a bucket;
  • a variable displacement hydraulic pump (4) connected to the engine (1) and providing hydraulic pressure to the actuator (2) for the work device and the swing motor (3);
  • An operation unit 5 including an operation lever or a joystick to instruct movement of the plurality of actuators 2;
  • a work device position detecting means (8) installed at one side of the actuator (2) for detecting a relative position of the actuator (2);
  • a manipulation amount sensing means (9) installed at one side of the manipulation part (5), for sensing the manipulation amount of the manipulation lever or the joystick;
  • the flow rate control controller for controlling the discharge flow rate of the hydraulic pump (4) by receiving a signal detected from the manipulated variable sensing means (9) 10); including,
  • the flow rate control unit 5 receives a signal from the manipulated variable detecting means 9 and sets a flow rate setting unit 10a for setting the discharge flow rate of the hydraulic pump 4 and a signal from the work device position detecting means 8.
  • Receive the input flow rate limiter for reducing the increase rate of the flow rate of the hydraulic pump 4 when it is determined that the rotational inertia is a predetermined or more position, and increases the increase rate when the rotational inertia is placed at a predetermined or less position ( 10b) and an output means (10c) for providing a control signal to the swash plate control device to limit the rate of increase of the flow rate determined by the flow rate limiting section (10b).
  • the flow rate limiting unit 10b may be configured to include an operator for calculating the increase rate according to the position detection signal of the work device position detection means 8 in a predetermined algorithm or table, the flow control controller
  • the flow rate setting unit 10a of (5) receives a signal from the manipulated variable detecting means 9 and a speed sensor (not shown) of the engine 1 to set the discharge flow rate of the hydraulic pump 4.
  • the flow control controller 5 receives a signal from the manipulated variable sensing means 9 to set the flow rate setting section 10a for setting the discharge flow rate of the hydraulic pump 4 ),
  • a flow rate limiter 10b that receives a signal from a work device position detecting means 8 and a speed sensor (not shown) of the engine 1 and calculates an increase rate of the flow rate to compensate for the turning demand flow rate; It may be configured to include an output means (10c) for providing a control signal to the swash plate control device 11 in order to limit the rate of increase of the flow rate to the turning request inclination c calculated by the flow rate limiting portion (10b).
  • the signal of the manipulated variable sensing means 9 and the signal of the swash plate control device 11 include an electric solenoid control signal or a pilot signal pressure.
  • Fig. 3A if the rate of increase of the flow rate is limited by the turning request inclination b when calculating the desired required volume ratio Dr by the manipulated variable signal detected from the manipulated variable sensing means 9 of the operating unit 5;
  • the pressure of the hydraulic pump 4 is limited to the pressure B near the relief pressure to minimize the loss of the pressurized oil returned to the tank by the relief, and also to obtain the maximum acceleration.
  • the swing flow control system for construction machinery is designed so that the swing structure of the upper swing structure with respect to the reference state (for example, the upper swing stop state) in order to minimize the loss flow back to the relief valve during the sudden swing operation.
  • the flow rate is limited to the optimum flow restriction slope (b) required according to the rotational state, and the system hydraulic pressure due to the rotational inertia of the upper swing body that changes according to the state of the work device is compared with the preset reference pressure.
  • the flow loss is minimized by compensating with a proportional turn demand gradient (c).
  • a plurality of work device actuators and swing motors 3 including a boom or arm and a bucket;
  • a plurality of variable displacement hydraulic pumps (4) connected to the engine (1) and providing hydraulic pressure to the actuator (2) for the work device and the swing motor (3);
  • An operation unit 5 including an operation lever or a joystick to instruct movement of the plurality of actuators 2;
  • a work device position detecting means (8) installed at one side of the actuator (2) for detecting a relative position of the actuator (2);
  • a manipulation amount sensing means (9) installed at one side of the manipulation part (5), for sensing the manipulation amount of the manipulation lever or the joystick;
  • the flow control controller for controlling the discharge flow rate of the hydraulic pump (4) by receiving a signal detected from the manipulated variable sensing means (9)
  • the control method of the turning flow control system for construction machinery comprising;
  • the required volume fraction Dr is determined according to the speed? Of the engine 1.
  • the turning request flow rate (Qr) is a flow rate setting unit for setting the discharge flow rate of the hydraulic pump (4) by receiving a signal relating to the operation amount of the operator and the speed of the engine (1) detected by the manipulated variable sensing means (9) Receiving a signal from the position (10a) and the work device position detection means (8) when the rotational inertia is determined to be a predetermined position or more decreases the increase rate of the flow rate of the hydraulic pump 4, the rotational inertia is predetermined When placed in the following position can be controlled by the flow rate limiting portion (10b) to increase the increase rate.
  • the optimal tilt correction can also be calculated and compensated for.
  • the flow control controller 5 receives a signal from the manipulated variable sensing means 9 and the speed sensor (not shown) of the engine 1 discharge of the hydraulic pump 4
  • the rate of increase of the flow rate of the hydraulic pump 4 is determined when it is determined that the rotational inertia becomes a predetermined position by receiving a signal from the flow rate setting unit 10a for setting the flow rate and the work device position detecting means 8.
  • a control signal to the swash plate controller to limit the increase rate of the flow rate determined by the flow rate limiting portion 10b and the flow rate limiting portion 10b to decrease and increase the increase rate when the rotational inertia is at a predetermined position or less. It is configured as including the output means 10c for providing the same as described above.
  • the swing flow control system for construction machinery has an optimum flow rate limit that is changed according to the rotation state of the upper swing body in comparison with the reference state in order to minimize the loss flow rate returned to the relief valve during sudden swing operation.
  • Flow rate loss by limiting the flow rate by the inclination (c) and compensating the system hydraulic pressure due to the rotational inertia of the upper swing body that changes according to the state of the working device to a turning demand inclination proportional to the difference compared with a preset reference pressure.

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Abstract

게시된 발명은 엔진; 붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터; 상기 엔진에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터에 유압을 제공하는 복수의 가변 용량형 유압펌프; 조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터의 움직임을 지시하는 조작부; 상기 조작부에 의해 상기 유압펌프의 유량을 상기 액츄에이터 및 선회모터로 각각 공급하는 컨트롤 밸브; 상기 액츄에이터의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단; 상기 조작부 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단; 및 유량설정부와 작업장치 위치검출수단 및 엔진의 스피드 센서로부터 신호를 입력받아 선회요구유량을 보상하기 위해 유량의 증가율을 산출하는 유량제한부와 사판제어장치에 제어신호를 제공하는 출력수단을 구비하며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러;을 포함하여 구성되는 건설기계용 선회유량제어 시스템에 관한 것이다.

Description

건설기계용 선회유량 제어시스템 및 그 제어방법
본 발명은 건설기계용 선회유량 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부선회체가 가속되는 동안에는 유압펌프에서 토출되는 유량을 제한하여 릴리프 밸브로 소모되는 유압에너지를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 건설기계용 선회유량 제어장치에 관한 것이다.
종래에는, 굴삭기를 포함하는 건설기계용 유압장치 및 유압회로는 붐이나 암, 버켓을 포함하는 작업장치나 주행장치 및 스윙장치에 요구되는 고부하의 작업조건을 효율적으로 수행하기 위한 연구개발이 지속되고 있으며, 주요소인 유압펌프는 각각의 작업에 소요되는 부하에 관계 없이 조작레버의 조작각도 또는 파일럿 압력에 따라서 토출하며 유량을 토출하며, 조작레버를 최대로 조작하거나 미리 설정한 파일럿 압력이 일정 압력 이상인 경우에 한하여 최대의 유량으로 토출하는 실정이다.
종래의 건설기계용 유압장치는 조작량 감지수단으로 부터 조작량 신호가 입력되면, 유량계산수단에서 조작량 대비 바람직한 펌프 토출유량을 결정하고, 해당 유량값에 대응하는 전류로 출력수단을 통하여 유압펌프의 사판제어장치를 제어한다.
통상적으로, 운전자가 급격한 선회조작을 수행하고자 하는 경우, 조작레버가 급격하게 움직여 조작량 감지수단에 의해 감지되는 입력신호가 급격히 상승한다. 이때, 유압펌프에서 선회모터 측으로 유로가 형성되며, 그에 따른 유압펌프 유량도 급격하게 상승하여 급가속이 이루어진다.
이때, 선회모터 및 선회장치의 보호를 위하여 선회모터로 입력되는 토오크 또는 초과 압력이 일정치 이하로 제한되도록 릴리프 밸브가 사용된다.
즉, 유압펌프에서 공급되는 유량이 많아져서 릴리브 밸브에서 설정된 압력 이상이 형성되면 선회모터를 회전시키는데 사용되는 유량이외의 초과 유량이 유압탱크로 리턴된다. 따라서, 리턴되는 유량과 릴리프 압력에 비례하는 에너지가 손실이되어 장비의 연료 효율이 나빠진다.
궁극적으로, 종래의 유압장치 및 유압회로에 있어서, 스윙조작시 상부선회체가 회전을 시작되는 시점부터 가속이 되는 시점까지는 많은 유량이 필요하지 않으나 상부선회체의 회전시 유압펌프가 항상 최대의 유량을 토출하기 때문에 리턴되는 유량 및 릴리프 압력에 비례하는 에너지 손실이 발생하게 되고, 그에 따른 연료 소모가 많이 되는 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 상부선회체가 가속되는 동안에는 유압펌프에서 토출되는 유량을 제한하여 릴리프 밸브로 소모되는 유압에너지를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 건설기계용 선회유량 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템은, 엔진; 붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터; 상기 엔진에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터에 유압을 제공하는 가변 용량형 유압펌프; 조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터의 움직임을 지시하는 조작부; 상기 조작부에 의해 상기 유압펌프의 유량을 상기 액츄에이터 및 선회모터로 각각 공급하는 컨트롤 밸브; 상기 액츄에이터의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단; 상기 조작부 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단; 및 상기 조작량 감지수단 및 사판제어장치에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러;을 포함하여 구성하되,
상기 유량제어 컨트롤러가 조작량 감지수단으로부터 신호를 입력받아 유압펌프의 토출유량을 설정하는 유량설정부와, 작업장치 위치검출수단으로 부터 신호를 입력받아 회전관성이 소정 이상으로 되는 위치로 판단될 경우 유압펌프의 유량의 증가율을 감소시키고, 상기 회전관성이 소정 이하로 되는 위치에 놓일 경우 상기 증가율을 증가시키는 유량제한부 및 상기 유량제한부에서 결정되는 유량의 증가율을 제한하기 위하여 사판제어장치에 제어신호를 제공하는 출력수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 특징은 엔진; 붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터; 상기 엔진에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터에 유압을 제공하는 가변 용량형 유압펌프; 조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터의 움직임을 지시하는 조작부; 상기 조작부에 의해 상기 유압펌프의 유량을 상기 액츄에이터 및 선회모터로 각각 공급하는 컨트롤 밸브; 상기 액츄에이터의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단; 상기 조작부 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단; 및 상기 조작량 감지수단 및 사판제어장치에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러;를 포함하는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법에 있어서,
상기 조작량 감지수단으로 부터 감지된 신호를 입력받아 선회요구유량(Qr)을 산출하는 단계(S1);
상기 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)을 산출하는 단계(S2);
상기 작업장치 위치검출수단으로부터 감지되는 상대위치에 따라서 변화하는 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)과 미리 설정된 기준상태의 기울기 S(α)를 비교하여 요구용적율(Dr)을 보상하는 단계(S3);를 포함하여 구성되는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징은, 상기 조작량 감지수단의 신호 및 사판제어장치의 신호는 전기적 솔레노이드 제어신호 또는 파일럿 신호압을 포함하여 구성되는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어시스템에 있다.
본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템은, 급격한 선회 작동시에 릴리프 밸브로 귀환하는 손실유량을 최소화하기 위하여 기준상태에 비교하여 상부선회체의 회전상태에 따라 변화되는 최적의 유량제한 기울기(b)로 유량을 제한하고, 또한 작업장치의 상태에 따라 변화하는 상부선회체의 회전관성으로 인한 시스템 유압을 미리 설정된 기준압력과 비교하여 그 차이에 비례하는 선회요구 기울기(c)로 보상함으로써 유량손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유압펌프제어시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선회작업시 유압펌프제어 블럭구성도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 선회작업시 릴리프 압력 및 유량제어특성을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선회작업시 선회요구유량의 제어방법을 도시한 플로우 챠트,
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적법하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 건설기계용 선회유량 제어시스템은,
엔진(1);
붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터(2) 및 선회모터(3);
상기 엔진(1)에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터(2) 및 선회모터(3)에 유압을 제공하는 가변 용량형 유압펌프(4);
조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터(2)의 움직임을 지시하는 조작부(5);
상기 조작부(5)에 의해 상기 유압펌프(4)의 유량을 상기 액츄에이터(2) 및 선회모터(3)로 각각 공급하는 컨트롤 밸브(6,7);
상기 액츄에이터(2)의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터(2)의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단(8);
상기 조작부(5) 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단(9); 및
상기 조작량 감지수단(9) 및 사판제어장치(11)에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프(4)의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러(10);을 포함하여 구성하되,
상기 유량제어 컨트롤러(5)가 조작량 감지수단(9)으로부터 신호를 입력받아 유압펌프(4)의 토출유량을 설정하는 유량설정부(10a)와, 상기 작업장치 위치검출수단(8)으로 부터 신호를 입력받아 회전관성이 소정 이상으로 되는 위치로 판단될 경우 상기 유압펌프(4)의 유량의 증가율을 감소시키고, 상기 회전관성이 소정 이하로 되는 위치에 놓일 경우 상기 증가율을 증가시키는 유량제한부(10b) 및 상기 유량제한부(10b)에서 결정되는 유량의 증가율을 제한하기 위하여 사판제어장치에 제어신호를 제공하는 출력수단(10c)을 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 유량제한부(10b)는 상기 작업장치 위치검출수단(8)의 위치검출 신호에 따른 증가율을 미리 정해진 알고리즘 또는 테이블로 산출하는 연산자를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 유량제어 컨트롤러(5)의 유량설정부(10a)는 조작량 감지수단(9) 및 엔진(1)의 스피드 센서(미도시함)로부터 신호를 입력받아 유압펌프(4)의 토출유량을 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계용 선회유량 제어시스템에 있어서, 상기 유량제어 컨트롤러(5)는 조작량 감지수단(9)으로 부터 신호를 입력받아 유압펌프(4)의 토출유량을 설정하는 유량설정부(10a)와, 작업장치 위치검출수단(8) 및 엔진(1)의 스피드 센서(미도시함)로부터 신호를 입력받아 선회요구유량을 보상하기 위해 유량의 증가율을 산출하는 유량제한부(10b)와, 상기 유량제한부(10b)에서 산출되는 선회요구 기울기 c로 유량의 증가율을 제한하기 위하여 사판제어장치(11)에 제어신호를 제공하는 출력수단(10c)을 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 조작량 감지수단(9)의 신호 및 사판제어장치(11)의 신호는 전기적 솔레노이드 제어신호 또는 파일럿 신호압을 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템은, 상기 선회모터(3)에 일정한 압력이 유지되도록 상기 유압펌프(4)로부터 충분한 유량을 공급할 경우, 다음의 식으로부터 선회 모터(3)로 입력되는 토크(Tm)가 일정하게 설정된다.
Tm = Km*P*Dm = J*dω/dt + B*ω
(Km : 토크상수, Dm : 선회모터 용적율, J 상부선회체 회전 관성, B : 속도에 대한 저항계수)
여기서, 회전속도에 대한 저항력이 작다고 가정하면 선회모터에 가해지는 토크는 일정하므로, 작업장치용 액츄에이터(2)를 포함하는 상부선회체의 회전 속도의 증가율은 일정함을 알 수 있다.
역으로 상기 선회모터(3)로 입력되는 유량의 증가율이 일정치로 유지된다면 선회모터(3)와 유압펌프(4) 사이에 형성되는 유압시스템의 유압은 일정치로 제한됨을 알 수 있으며, 그 압력은 유량의 증가율의 기울기에 따라 비례한다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 조작부(5)의 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 조작량 신호에 의한 바람직한 요구용적율(Dr)을 산출할 때에 선회요구 기울기 b로 유량의 증가율을 제한한다면 유압펌프(4)의 압력은 릴리프 압력 근처의 압력 B로 제한되어 릴리프에 의한 압유가 탱크로 귀환되는 손실을 최소화할 수 있으며, 또한 최대의 가속도를 얻을 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 만약 붐 및 아암 작업장치를 최대로 펼치거나 버켓 작업장치를 이용하여 중량물을 굴삭하는 작업과정에서 상부선회체의 회전관성이 변화하는데, 이때 변화되는 상부선회체의 회전관성에 대한 최적의 유량제한 기울기를 c라고 한다면, 선회요구 기울기 b로 제한하게 될 경우 유량제한 기울기 c이상의 유량은 모두 릴리프 밸브를 통하여 유압탱크로 귀환하여 손실이 발생하게 된다.
이 경우, 종래에는 릴리프 되는 유량에 따라 선형적으로 압력 상승이 발생하는 릴리프 밸브의 오버라이드 현상이 있으므로, 손실되는 유량에 따라 유압펌프(4)의 압력이 상승하게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템은, 급격한 선회 작동시에 릴리프 밸브로 귀환하는 손실유량을 최소화하기 위하여 기준상태(예를 들면, 상부선회체 정지상태)에 대하여 상부선회체의 회전상태에 따라 요구되는 최적의 유량제한 기울기(b)로 유량을 제한하고, 또한 작업장치의 상태에 따라 변화하는 상부선회체의 회전관성으로 인한 시스템 유압을 미리 설정된 기준압력과 비교하여 그 차이에 비례하는 선회요구 기울기(c)로 보상함으로써 유량손실을 최소화한다.
궁극적으로, 본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법은,
엔진(1);
붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터(2) 및 선회모터(3);
상기 엔진(1)에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터(2) 및 선회모터(3)에 유압을 제공하는 복수의 가변 용량형 유압펌프(4);
조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터(2)의 움직임을 지시하는 조작부(5);
상기 조작부(5)에 의해 상기 유압펌프(4)의 유량을 상기 액츄에이터(2) 및 선회모터(3)로 각각 공급하는 컨트롤 밸브(6,7);
상기 액츄에이터(2)의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터(2)의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단(8);
상기 조작부(5) 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단(9);
상기 조작량 감지수단(9) 및 경사판제어장치(11)에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프(4)의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러(10);을 포함하여 구성되는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법에 있어서,
상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 선회요구유량(Qr)을 산출하는 단계(S1);
상기 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)을 산출하는 단계(S2);
상기 작업장치 위치검출수단(8)으로부터 감지되는 상대위치에 따라서 변화하는 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)과 미리 설정된 기준상태의 기울기 S(α)를 비교하여 요구용적율(Dr)을 보상하는 단계(S3);를 포함하여 구성된다.
도 4를 참조하면, 상기 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)은 dQr=Qr-Qr(t-1)의 관계식에 의해 결정된다. 이후, 상기 작업장치 위치검출수단(8)으로부터 감지되는 상대위치에 따라서 변화하는 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)과 미리 설정된 기준상태의 기울기(S(α))를 비교하여 요구용적율(Dr)이 보상된다(단계 S3).
전술한 단계 S3에 있어서, 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)이 기준상태의 기울기(S(α))보다 작을 경우 요구용적율(Dr)은 도 4에 표기된 바와 같이 Dr=(Qr(t-1)+S(α)*dt)/ω의 관계식에 의하여 결정된다. 반면에, 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)이 기준상태의 기울기 S(α)보다 클 경우 요구용적율(Dr)은 엔진(1)의 속도(ω)에 따라서 결정된다.
여기서, 상기 선회요구유량(Qr)은 상기 조작량 감지수단(9)에서 감지되는 작업자의 조작량 및 엔진(1)의 속도에 관한 신호를 입력받아 유압펌프(4)의 토출유량을 설정하는 유량설정부(10a) 및 상기 작업장치 위치검출수단(8)으로 부터 신호를 입력받아 회전관성이 소정 이상으로 되는 위치로 판단될 경우 상기 유압펌프(4)의 유량의 증가율을 감소시키고, 상기 회전관성이 소정 이하로 되는 위치에 놓일 경우 상기 증가율을 증가시키는 유량제한부(10b)에 의하여 제어될 수 있다.
한편, 붐이나 아암을 포함하는 상부선회체와의 상대위치를 검출하여 상대위치에 해당하는 유량제한 기울기의 보정치를 미리 실험적으로 구하거나, 상대위치에 해당하는 회전관성을 추정하여 해당 관성치에 대한 최적의 기울기 보정치를 계산하여 보상할 수도 있다.
또한, 상기 유량제어 컨트롤러(5)가, 상기 유량제어 컨트롤러(5)가 조작량 감지수단(9) 및 엔진(1)의 스피드 센서(미도시함)로부터 신호를 입력받아 유압펌프(4)의 토출유량을 설정하는 유량설정부(10a)와, 상기 작업장치 위치검출수단(8)으로 부터 신호를 입력받아 회전관성이 소정 이상으로 되는 위치로 판단될 경우 상기 유압펌프(4)의 유량의 증가율을 감소시키고, 상기 회전관성이 소정 이하로 되는 위치에 놓일 경우 상기 증가율을 증가시키는 유량제한부(10b) 및 상기 유량제한부(10b)에서 결정되는 유량의 증가율을 제한하기 위하여 사판제어장치에 제어신호를 제공하는 출력수단(10c)을 포함하여 구성됨은 전술한 바와 마찬가지이다.
이와 같이, 본 발명에 의한 건설기계용 선회유량 제어시스템은, 급격한 선회 작동시에 릴리프 밸브로 귀환하는 손실유량을 최소화하기 위하여 기준상태에 비교하여 상부선회체 회전상태에 따라 변화되는 최적의 유량제한 기울기(c)로 유량을 제한하고, 또한 작업장치의 상태에 따라 변화하는 상부선회체의 회전관성으로 인한 시스템 유압을 미리 설정된 기준압력과 비교하여 그 차이에 비례하는 선회요구 기울기로 보상함으로써 유량손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 엔진;
    붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터;
    상기 엔진에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터에 유압을 제공하는 가변 용량형 유압펌프;
    조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터의 움직임을 지시하는 조작부;
    상기 조작부에 의해 상기 유압펌프의 유량을 상기 액츄에이터 및 선회모터로 각각 공급하는 컨트롤 밸브;
    상기 액츄에이터의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단;
    상기 조작부 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단; 및
    상기 조작량 감지수단 및 사판제어장치에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러;을 포함하여 구성하되,
    상기 유량제어 컨트롤러가
    조작량 감지수단으로부터 신호를 입력받아 유압펌프의 토출유량을 설정하는 유량설정부와, 작업장치 위치검출수단으로 부터 신호를 입력받아 회전관성이 소정 이상으로 되는 위치로 판단될 경우 유압펌프의 유량의 증가율을 감소시키고, 상기 회전관성이 소정 이하로 되는 위치에 놓일 경우 상기 증가율을 증가시키는 유량제한부 및 상기 유량제한부에서 결정되는 유량의 증가율을 제한하기 위하여 사판제어장치에 제어신호를 제공하는 출력수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회유량 제어시스템.
  2. 엔진;
    붐이나 아암 및 버켓을 포함하는 복수의 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터;
    상기 엔진에 연결되며, 상기 작업장치용 액츄에이터 및 선회모터에 유압을 제공하는 가변 용량형 유압펌프;
    조작레버 또는 조이스틱을 포함하며, 상기 복수의 액츄에이터의 움직임을 지시하는 조작부;
    상기 조작부에 의해 상기 유압펌프의 유량을 상기 액츄에이터 및 선회모터로 각각 공급하는 컨트롤 밸브;
    상기 액츄에이터의 일측에 설치되며, 상기 액츄에이터의 상대위치를 감지하는 작업장치 위치검출수단;
    상기 조작부 일측에 설치되며, 조작레버 또는 조이스틱의 조작량을 감지하는 조작량 감지수단; 및
    상기 조작량 감지수단 및 사판제어장치에 연결설치되며, 상기 조작량 감지수단(9)으로 부터 감지된 신호를 입력받아 상기 유압펌프의 토출유량을 제어하는 유량제어 컨트롤러;를 포함하는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 조작량 감지수단으로 부터 감지된 신호를 입력받아 선회요구유량(Qr)을 산출하는 단계(S1);
    상기 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)을 산출하는 단계(S2);
    상기 작업장치 위치검출수단으로부터 감지되는 상대위치에 따라서 변화하는 선회요구유량(Qr)의 변화율(dQr)과 미리 설정된 기준상태의 기울기 S(α)를 비교하여 요구용적율(Dr)을 보상하는 단계(S3);를 포함하여 구성되는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작량 감지수단의 신호 및 사판제어장치의 신호는 전기적 솔레노이드 제어신호 또는 파일럿 신호압을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 선회유량 제어시스템의 제어시스템.
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