WO2013002429A1 - 건설기계용 유압제어밸브 - Google Patents

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WO2013002429A1
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center bypass
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김진욱
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic control valve for a construction machine, and more particularly, to unloading the center by pass line is not blocked in the combined operation of simultaneously operating a work device such as a swing and arm
  • the present invention relates to a hydraulic control valve for a construction machine that can prevent a hydraulic pump pressure increase.
  • Hydraulic control valve for construction machinery according to the prior art shown in Figure 1, and the hydraulic pump (1) connected to the engine (not shown),
  • a swing spool installed upstream of the center bypass passage 5 communicating with the discharge passage 2 of the hydraulic pump 1 and controlling the starting, stopping, and direction change of a swing motor (not shown) during switching. spool) (3),
  • the discharge passage 2 described above is composed of a center bypass passage 5 communicating with this and a parallel passage 6 branched to the discharge passage 2.
  • reference numeral 14 denotes a relief valve installed in the cylinder passages 12 and 13, respectively.
  • the swing spool 3 is switched to the left in the drawing by the pilot signal pressure supplied to the port al1 for turning the equipment. At this time, the flow rate discharged from the hydraulic pump 1 passes through the check valve 7 installed at the inlet line of the swing spool 3 and the switched swing spool 3 in order, and then passes through the port 8 through the passage 8. Supplied to AL1). This drives the swing motor so that the machine can swing.
  • the flow rate of the hydraulic pump 1 is supplied to the arm side with a relatively small load, so that the flow rate is not supplied to the swing side.
  • the orifice 11 is provided in the parallel passage 6 for supplying the flow rate to the arm side to limit the flow rate supplied to the arm side, and at the same time, the swing drive is preferentially operated in the entire hydraulic system. Due to the blocking of the center bypass passage 5 according to the switching, the pressure of the hydraulic pump 1 is increased so that the flow rate is preferentially supplied to the swing motor in accordance with the starting pressure.
  • the orifice 11 is used to secure the swing-priority drive, which causes an increase in the pressure of the hydraulic pump 1, resulting in energy loss.
  • the pressure b of the hydraulic pump 1 is the arm side pressure c.
  • the pressure of the hydraulic pump 1 rises to the same pressure (300 Kgf / cm 2) as the swing side load e. A pattern is formed.
  • the arm side pressure c maintains a load in the region of relatively low pressure (60-80 Kgf / cm ⁇ 2>).
  • the arm-side load forms a relatively low pressure, so that the hydraulic pump 1 pressure and excessive pressure loss occur, resulting in energy loss. It has a problem of low fuel economy.
  • the directional valve In the negative control method, the directional valve is in a neutral position, and the discharge flow rate of the hydraulic pump is unloaded into the center bypass passage of the control valve to keep the discharge flow rate of the hydraulic pump to a minimum.
  • the unloading flow rate passing through the center bypass passage is cut off and the hydraulic pump discharge flow rate is increased while at the same time the hydraulic pump pressure is increased.
  • the arm side center bypass passage is unloaded without being interrupted during the combined operation of simultaneously operating a work device such as a swing and an arm, thereby preventing an excessive pressure rise of the hydraulic pump to reduce energy loss to reduce fuel economy. It is related to the hydraulic control valve for construction machinery that can be improved.
  • Hydraulic control valve for construction machinery according to an embodiment of the present invention
  • a hydraulic pump connected to the engine A hydraulic pump connected to the engine,
  • a swing spool installed upstream of the center bypass passage communicating with the discharge passage of the hydraulic pump and controlling the start, stop, and direction change of the swing motor during switching;
  • An arm spool that is installed downstream of the center bypass passage and controls the start, stop, and direction change of the arm cylinder at the time of switching;
  • Center bypass control valve is installed in the arm spool and is switched by the discharge flow pressure of the hydraulic pump that rises during the combined operation of swing and arm simultaneously, and unloads the swing side elevated pressure into the center bypass passage during switching. It includes a hydraulic control valve for a construction machine comprising a.
  • the setting pressure of the above-described center bypass regulating valve is set to the arm load pressure, so that the pressure is linearly increased to the swing-side starting pressure in accordance with the swing pilot pressure during the swing.
  • a sleeve installed in the arm spool and having a passage formed in communication with the discharge flow path of the hydraulic pump;
  • a first piston which is installed in the sleeve so as to be slidably switchable, and which is switched during a combined operation of simultaneously operating a swing and an arm, unloading a part of the discharge flow rate of the hydraulic pump side to the center bypass passage to maintain the arm side load pressure;
  • the third piston is provided with a third piston which is installed in the other end of the first piston by the valve spring.
  • the setting pressure of the valve spring for supporting the third piston described above is set higher than the hydraulic pump side load pressure in the arm operation and smaller than the hydraulic pump side load pressure in the swing operation.
  • the pair of center bypass passages which are formed in a bridge form to the hydraulic control valves so as to communicate with the discharge passages of the hydraulic pumps described above, are connected to the discharge passages of the hydraulic pumps via the passages formed in the arm spools and the center bypass control valves. It communicates with the center bypass passage.
  • the hydraulic pump described above is controlled by a positive control method for controlling the discharge flow rate in proportion to the switching amount of the hydraulic control valve installed in the center bypass passage.
  • the hydraulic pump described above is controlled by a negative control method that controls the discharge flow rate in inverse proportion to the discharge flow rate pressure formed by the pressure forming means provided on the downstream side of the center bypass passage.
  • Hydraulic control valve for a construction machine according to an embodiment of the present invention configured as described above has the following advantages.
  • the center bypass control valve is installed in the arm side control valve spool, and the high pressure hydraulic pump pressure is unloaded through the center bypass control valve to reduce the pressure. Reducing the high load pressure on the pump can reduce energy losses and improve fuel economy.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a hydraulic control valve for a construction machine of the prior art
  • Figure 2 is a graph showing the pressure during swing and arm combined operation in the hydraulic control valve for construction machinery according to the prior art
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of a hydraulic control valve for a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a hydraulic control valve for a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • a swing spool (3) installed upstream of the center bypass passage (5) communicating with the discharge passage (2) of the hydraulic pump (1) and controlling the starting, stopping, and direction change of a swing motor (not shown) during switching. )and,
  • An arm spool 15 installed downstream of the center bypass passage 5 to control the start, stop, and direction change of the arm cylinder (not shown) during switching;
  • the setting pressure of the above-described center bypass control valve 16 is set to the arm load pressure, so that the pressure is linearly increased to the swing side starting pressure according to the swing pilot pressure during the swing.
  • a sleeve 18 installed in the arm spool 15 and having a passage 17 formed therein so as to communicate with the discharge passage 2 of the hydraulic pump 1;
  • the first piston is in close contact with one end of the first piston 19 and is switched by a load pressure variably increased according to the swing side pilot pressure applied to the arm side load pressure during the combined operation of simultaneously operating the swing and the arm.
  • the other end of the first piston (19) is provided with a third piston (22) which is installed by the valve spring (21).
  • the setting pressure of the valve spring 21 supporting the above-mentioned third piston 22 is set larger than the hydraulic pump 1 side load pressure in the arm operation and smaller than the hydraulic pressure of the hydraulic pump 1 side in the swing operation.
  • a pair of center bypass passages 24 and 25 are formed in the arm spool 15 so as to communicate in a bridge form with the hydraulic control valve 23 so as to communicate with the discharge passage 2 of the hydraulic pump 1 described above. It communicates with the center bypass passage 5 which communicates with the discharge passage 2 of the hydraulic pump 1 via the passage 26 and the center bypass adjustment valve 16.
  • the hydraulic pump 1 described above is controlled by a positive control system that controls the discharge flow rate in proportion to the switching amount of the hydraulic control valve (referred to as the spool of the MCV) installed in the center bypass passage 5. do.
  • the above-described hydraulic pump 1 is controlled by a negative control system that controls the discharge flow rate in inverse proportion to the discharge flow rate pressure formed by the pressure forming means provided downstream of the center bypass passage 5. .
  • the arm spool 15 is leftward in the drawing due to the arm-in pilot signal pressure supplied to the port al2. Is switched to. Accordingly, the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 passes through the discharge passage 2, the orifice 11 of the parallel passage 6, and the arm spool 15 that is switched through the check valve in order, and then the cylinder passage 12. Since it is supplied to the port AL2 along, it is supplied to the arm cylinder (not shown) to drive it arm-in.
  • the flow rate supplied from the hydraulic pump 1 to the center bypass passage 5 is a state in which the center bypass passage 5 is blocked by the switching of the arm spool 15, so that the flow rate is supplied only to the parallel passage 6. do.
  • the load pressure formed on the arm side is delivered to the pressure of the hydraulic pump (1) as it is, the pressure is also formed in the center bypass passage (5), the pressure is passed through the passage 27, the center bypass control valve ( 16 is supplied to the inlet side, and at the same time acts as a pressure to switch the center bypass regulating valve 16 to the left in the figure through the passage 28.
  • the pressure for switching the center bypass regulating valve 16 is in pressure equilibrium with the valve spring 21, but the setting pressure of the valve spring 21 is greater than the load pressure on the hydraulic pump 1 side during arm operation, and the swing It is set smaller than the load pressure during operation.
  • the center bypass regulating valve 16 when operating the arm alone, the center bypass regulating valve 16 is not operated.
  • the swing spool 3 is shown in the drawing by the pilot signal pressure supplied to the port al1.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 passes through the check valve 7 installed at the inlet line of the swing spool 3 and the switched swing spool 3 in order, and then the passage ( It is supplied to the port AL1 via 8). This drives the swing motor so that the machine can turn.
  • the swing pilot pressure applied to the port al1 against the elastic force of the valve spring 21 set above the arm side pressure on the right side of the third piston 22. It is variably transmitted to the cross-sectional area of the third piston 22.
  • the load pressure is increased in accordance with the pilot pressure on the swing side.
  • the pressure of the discharge passage 2 is supplied to the groove 19a of the first piston 19 through the passage 42 formed in the sleeve 18 through the passage 41 formed in the arm spool 15. .
  • the center bypass passages 24 and 25 communicate with each other in the hydraulic control valve 23 in the form of a bridge so that the pressure supplied from the hydraulic pump 1 is equally pressurized.
  • the first piston is supplied to the spool notch 43 and the passage 28 of the switched arm spool 15 and slides inside the sleeve 18. It is pressed against the left side of the second piston 20 in close contact with 19.
  • the second piston 20 is switched to the right direction when the elastic force of the valve spring 21 supported by the third piston 22 adjacent to the plug 44 is exceeded.
  • the initial control pressure of the valve spring 21 is set to the load pressure (60 ⁇ 80 Kgf / cm2) of the arm, and when the setting pressure is exceeded, in the figure, it is switched to the right direction.
  • the hydraulic pump pressure pressurized in the groove 19a of the first piston 19 is in communication with the passage 17 of the sleeve 18, and the arm spool
  • the hydraulic control valve 23 communicates with the center bypass passage 24 in the form of a bridge and is bypassed to the hydraulic tank. Is returned. In other words, by unloading a part of the flow rate of the hydraulic pump 1 side to the center bypass passage 5, it can be kept constant at the arm side load pressure.
  • the center bypass passage 24 is communicated in the form of a bridge and bypassed and returned to the hydraulic tank. That is, by unloading a part of the flow rate of the hydraulic pump 1 to the center bypass passage 5, it is possible to prevent an overload caused by the swing operation and to maintain the swing side load pressure in proportion to the swing pilot pressure.
  • the hydraulic pump discharge flow rate can be reduced to prevent excessive pressure rise of the hydraulic pump.
  • the hydraulic control valve for a construction machine in the hydraulic control valve in which the swing spool is installed upstream of the arm spool and the discharge flow rate is controlled by the negative control system or the positive control system.
  • the hydraulic pump pressure of the high load is unloaded through the center bypass control valve to reduce the pressure in the combined operation of simultaneously operating the work equipment such as the swing and the arm. By reducing the high load pressures generated, energy losses can be reduced.

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Abstract

스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 센터바이패스통로가 차단되지않고 언로딩되어 유압펌프 압력 상승을 방지하기 위한 유압제어밸브를 개시한다. 본 발명에 따른 건설기계용 유압제어밸브에 있어서, 엔진에 연결되는 유압펌프와, 유압펌프의 토출유로에 연통되는 센터바이패스통로 상류측에 설치되며 절환시 스윙 모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스윙 스풀과, 센터바이패스통로 하류측에 설치되며 절환시 아암실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암 스풀과, 아암 스풀 내에 설치되며 스윙과 아암을 동시 조작하는 복합작동시 상승되는 유압펌프의 토출유량 압력에 의해 절환되고, 절환시 스윙측 상승된 압력을 센터바이패스통로로 언로딩시키는 센터바이패스 조정밸브을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압제어밸브를 제공한다.

Description

건설기계용 유압제어밸브
본 발명은 건설기계용 유압제어밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스윙과 아암 등의 작업장치를 동시조작하는 복합작동시 센터바이패스통로(center by pass line)가 차단되지않고 언로딩(unloading)되어 유압펌프 압력 상승을 방지할 수 있도록 한 건설기계용 유압제어밸브에 관한 것이다.
도 1에 도시된 종래 기술에 의한 건설기계용 유압제어밸브는, 엔진(미도시됨)에 연결되는 유압펌프(1)와,
유압펌프(1)의 토출유로(2)와 연통되는 센터바이패스통로(5) 상류측에 설치되며, 절환시 스윙 모터(미도시됨)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스윙 스풀(swing spool)(3)과,
유압펌프(1)의 센터바이패스통로(5) 하류측에 설치되며, 절환시 아암실린더(미도시됨)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암 스풀(arm spool)(4)을 구비한다.
이때, 전술한 토출유로(2)는 이와 연통되는 센터바이패스통로(5)와 토출유로(2)에 분기접속되는 병렬통로(parallel line)(6)로 이뤄진다.
도면중 미 설명부호 14는 실린더통로(12,13)에 각각 설치되는 릴리프밸브이다.
장비를 선회 구동시키기 위해 포트(al1)에 공급되는 파일럿 신호압에 의해 스윙 스풀(3)이 도면상, 좌측 방향으로 절환된다. 이때 유압펌프(1)로부터 토출되는 유량은 스윙 스풀(3)의 입구라인에 설치된 체크밸브(7)와, 절환된 스윙 스풀(3)을 차례로 통과한 후, 통로(8)를 경유하여 포트(AL1)에 공급된다. 이로 인해 스윙모터가 구동되므로 장비를 선회시킬 수 있다.
이때, 스윙 모터로부터 리턴되는 유량은 포트(BL1)로 유출되므로, 통로(9)를 경유하여 절환된 스윙 스풀(3)을 통과하여 리턴통로(10)를 통해 유압탱크로 리턴된다.
이와같이 관성체인 유압모터를 구동시키기 위해서는 초기에 충분한 기동압력을 필요로 한다. 즉 스윙 스풀(3)을 설계시에 유압펌프(1)에서 스윙 모터로 연결되는 통로를 충분히 작게하여 유압펌프(1) 압력을 상승시키게 된다.
한편, 상대적으로 부하가 작은 아암의 작업장치와 동시에 스윙을 동시에 구동시킬 경우에, 유압펌프(1)의 유량이 상대적으로 부하가 작은 아암측으로 모두 공급되므로 스윙측으로는 유량이 공급되지 않는다.
따라서, 아암측으로 유량을 공급하는 병렬통로(6)에 오리피스(11)를 설치하여 아암측으로 공급되는 유량을 제한하고, 동시에 유압시스템 전체에 스윙 구동이 우선적으로 작동되도록 함에 따라, 아암 스풀(4) 절환에 따른 센터바이패스통로(5)의 차단으로 인해 유압펌프(1)의 압력을 상승시켜 기동 압력에 맞춰 스윙 모터에 유량이 우선적으로 공급되도록 한 유압시스템이다.
아암을 단독으로 구동시킬 경우에 병렬통로(6)의 오리피스(11)를 경유하여 아암 스풀(4)에 유량이 공급되므로, 유압펌프(1) 압력 상승과 함께 압력 손실이 발생된다. 이와같이 스윙 우선 구동을 확보하기 위해 오리피스(11)가 사용되므로 유압펌프(1) 압력 상승을 초래하여 에너지 손실이 발생하게 된다.
도 2의 그래프에서와 같이, 아암 스풀(4)에 아암-인(arm in) 파일럿 신호압(a)이 유입되어 절환되는 경우, 유압펌프(1)측 압력(b)이 아암측 압력(c)과 유사한 패턴으로 형성된 후, 스윙 스풀(3)에 선회 파일럿 신호압(d)이 유입될 경우 유압펌프(1)의 압력은 스윙측 부하(e)와 동일한 압력(300Kgf/㎠)까지 상승하는 패턴이 형성된다. 이때 아암측 압력(c)은 상대적으로 낮은 압력(60∼80Kgf/㎠)의 영역에서 부하를 유지하고 있다.
따라서, 유압펌프(1) 압력은 스윙 작동시에 높은 스윙 압력을 추종하면서 아암-인측 부하는 상대적으로 낮은 압력을 형성하므로, 유압펌프(1) 압력과 과다한 압력 손실이 발생하여 에너지 손실을 초래하므로 연비가 떨어지는 문제점을 갖는다.
네가티브 컨트롤방식에서는 방향절환밸브가 중립위치에 있고, 유압펌프의 토출유량이 제어밸브의 센터바이패스통로로 언로딩되어 유압펌프의 토출유량을 최소로 유지시켜주게 된다. 한편 적어도 하나의 제어밸브가 절환되는 경우에, 센터바이패스통로를 통과하는 언로딩 유량은 차단되고 유압펌프 토출유량은 증대되면서 동시에 유압펌프 압력은 상승된다.
이때, 스윙 모터와 같은 관성체를 구동 또는 정지시키기 위해서는 초기에 높은 구동압력이 필요하게 되므로 릴리프밸브 압력까지 상승하는 경우도 발생된다. 따라서 스윙 구동 또는 스윙과 아암실린더 등의 유압 액츄에이터의 복합작동시에는 스윙측의 높은 부하압력이 제어밸브 시스템에 영향을 주게 되므로 제어밸브 조작에 따른 토출유량 증대에 따라서 압력은 더욱 상승하게 된다.
이로 인해 장비의 적정한 요구마력보다도 휠씬 높은 마력을 사용하게 되어 연비가 떨어지면서 과다한 에너지 손실을 초래하게 된다. 이는 포지티브 제어방식에서도 제어밸브의 조작량에 따라 유압펌프의 토출유량이 증대되므로 유압펌프의 압력이 동일하게 과다하게 상승되어 에너지 손실을 초래하게 된다.
본 발명의 실시예는, 스윙과 아암 등의 작업장치를 동시조작하는 복합작동시 아암측 센터바이패스통로가 차단되지않고 언로딩되어, 유압펌프의 과다한 압력 상승을 방지하여 에너지 손실을 줄여 연비를 개선할 수 있도록 한 건설기계용 유압제어밸브와 관련된다.
본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브는,
엔진에 연결되는 유압펌프와,
유압펌프의 토출유로에 연통되는 센터바이패스통로 상류측에 설치되며, 절환시 스윙 모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스윙 스풀과,
센터바이패스통로 하류측에 설치되며, 절환시 아암실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암 스풀과,
아암 스풀 내에 설치되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 상승되는 유압펌프의 토출유량 압력에 의해 절환되고, 절환시 스윙측 상승된 압력을 센터바이패스통로로 언로딩시키는 센터바이패스 조정밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브를 포함한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 센터바이패스 조정밸브의 셋팅압력은 아암 부하압력으로 셋팅하여, 스윙시 스윙 파일럿 압력에 따라 스윙측 기동압력으로 선형적으로 압력이 증가되도록 제어된다.
전술한 센터바이패스 조정밸브는,
아암 스풀 내에 설치되며, 유압펌프의 토출유로에 연통되도록 통로가 형성되는 슬리브와,
슬리브에 슬라이딩 절환가능하게 내설되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 절환되어 유압펌프측 토출유량 일부를 센터바이패스통로로 언로딩시켜 아암측 부하 압력으로 유지하는 제1피스톤과,
제1피스톤 일단부에 밀착되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 아암측 부하 압력에 대해 추가적으로 가해지는 스윙측 파일럿 압력에 따라 가변적으로 상승시킨 부하압력에 의해 절환되어 제1피스톤을 가압하는 제2피스톤과,
제1피스톤 타단부에 밸브스프링에 의해 탄설되는 제3피스톤을 구비하여 이뤄진다.
전술한 제3피스톤을 지지하는 밸브스프링의 셋팅압력은 아암 작동시 유압펌프측 부하 압력보다는 크고, 스윙 작동시 유압펌프측 부하 압력보다는 작게 설정된다.
전술한 유압펌프의 토출유로에 연통되도록 유압제어밸브에 브릿지형태로 연통되게 형성되는 한 쌍의 센터바이패스통로는 아암 스풀에 형성되는 통로와 센터바이패스 조정밸브를 경유하여 유압펌프의 토출유로에 연통되는 센터바이패스통로로 연통된다.
전술한 유압펌프는 센터바이패스통로에 설치되는 유압제어밸브의 절환량에 비례하여 토출유량을 제어하는 포지티브 제어방식에 의해 제어된다.
전술한 유압펌프는 센터바이패스통로 하류측에 설치되는 압력형성수단에 의해 형성되는 토출유량 압력에 반비례하여 토출유량을 제어하는 네가티브 제어방식에 의해 제어된다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에의한 건설기계용 유압제어밸브는 아래와 같은 이점을 갖는다.
아암측 제어밸브 스풀 내에 센터바이패스 조정밸브를 설치하여, 스윙과 아암 등의 작업장치를 동시조작하는 복합작동시 고부하의 유압펌프 압력이 센터바이패스 조정밸브를 통하여 언로딩되면서 압력이 줄어들어, 유압펌프에 발생되는 고부하 압력을 줄임에 따라 에너지 손실을 줄여 연비를 개선시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술의 건설기계용 유압제어밸브의 유압회로도,
도 2는 종래 기술에 의한 건설기계용 유압제어밸브에서, 선회 및 아암 복합작동시 압력을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브의 유압회로도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브의 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
1; 유압펌프
3; 스윙 스풀(swing spool)
5; 센터바이패스통로
7; 체크밸브
9; 통로
11; 오리피스
13; 실린더통로
15; 아암 스풀(arm spool)
17; 통로
19; 제1피스톤
21; 밸브스프링
23; 유압제어밸브
25; 센터바이패스통로
27; 통로
31; 통로
33; 밸브스프링
35; 병렬통로(parallel line)
37; 오리피스(orifice)
39; 스풀 노치(spool notch)
41; 통로
43; 스풀 노치
45; 포켓(pocket)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브는, 엔진(미도시됨)에 연결되는 유압펌프(1)와,
유압펌프(1)의 토출유로(2)에 연통되는 센터바이패스통로(5) 상류측에 설치되며, 절환시 스윙 모터(미도시됨)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스윙 스풀(3)과,
센터바이패스통로(5) 하류측에 설치되며, 절환시 아암실린더(미도시됨)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암 스풀(15)과,
아암 스풀(15) 내에 설치되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 상승되는 유압펌프(1)의 토출유량 압력에 의해 절환되고, 절환시 스윙측 상승된 압력을 센터바이패스통로(5)로 언로딩시키는 센터바이패스 조정밸브(16)를 포함한다.
이때, 전술한 센터바이패스 조정밸브(16)의 셋팅압력은 아암 부하압력으로 셋팅하여, 스윙시 스윙 파일럿 압력에 따라 스윙측 기동압력으로 선형적으로 압력이 증가되도록 제어된다.
전술한 센터바이패스 조정밸브(16)는,
아암 스풀(15) 내에 설치되며, 유압펌프(1)의 토출유로(2)에 연통되도록 통로(17)가 형성되는 슬리브(18)와,
슬리브(18)에 슬라이딩 절환가능하게 내설되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 절환되어 유압펌프(1)측 토출유량 일부를 센터바이패스통로(5)로 언로딩시켜 아암측 부하 압력으로 유지하는 제1피스톤(19)과,
제1피스톤(19) 일단부에 밀착되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 아암측 부하 압력에 대해 추가적으로 가해지는 스윙측 파일럿 압력에 따라 가변적으로 상승시킨 부하압력에 의해 절환되어 제1피스톤(19)을 가압하는 제2피스톤(20)과,
제1피스톤(19) 타단부에 밸브스프링(21)에 의해 탄설되는 제3피스톤(22)을 구비하여 이뤄진다.
전술한 제3피스톤(22)을 지지하는 밸브스프링(21)의 셋팅압력은 아암 작동시 유압펌프(1)측 부하 압력보다는 크고, 스윙 작동시 유압펌프(1)측 부하 압력보다는 작게 설정된다.
전술한 유압펌프(1)의 토출유로(2)에 연통되도록 유압제어밸브(23)에 브릿지형태로 연통되게 형성되는 한 쌍의 센터바이패스통로(24,25)는 아암 스풀(15)에 형성되는 통로(26)와 센터바이패스 조정밸브(16)를 경유하여 유압펌프(1)의 토출유로(2)에 연통되는 센터바이패스통로(5)로 연통된다.
전술한 유압펌프(1)는 센터바이패스통로(5)에 설치되는 유압제어밸브(MCV의 스풀을 말함)의 절환량에 비례하여 토출유량을 제어하는 포지티브 제어방식(positive control system)에 의해 제어된다.
전술한 유압펌프(1)는 센터바이패스통로(5) 하류측에 설치되는 압력형성수단에 의해 형성되는 토출유량 압력에 반비례하여 토출유량을 제어하는 네가티브 제어방식(negative control system)에 의해 제어된다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브의 사용예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3에서와 같이, 아암과 스윙을 동시 조작하는 복합구동시킬 경우에, 포트(al2)에 공급되는 아암-인(arm-in) 파일럿 신호압에 의해 아암 스풀(15)이 도면상, 좌측방향으로 절환된다. 따라서 유압펌프(1)의 토출유량은 토출유로(2)와, 병렬통로(6)의 오리피스(11)와, 체크밸브를 차례로 경유하여 절환된 아암 스풀(15)을 통과하여 실린더통로(12)를 따라 포트(AL2)에 공급되므로, 미도시된 아암실린더에 공급되어 이를 아암-인 구동시킨다.
한편, 유압펌프(1)로부터 센터바이패스통로(5)로 공급되는 유량은 아암 스풀(15)의 절환에 따라 센터바이패스통로(5)가 차단된 상태이므로 병렬통로(6)에만 유량이 공급된다.
이때, 아암측에 형성되는 부하압은 유압펌프(1) 압력이 그대로 전달되며, 센터바이패스통로(5)에도 압력이 형성되는데, 이 압력은 통로(27)를 경유하여 센터바이패스 조정밸브(16)의 입구측에 공급되며, 동시에 통로(28)를 통해 센터바이패스 조정밸브(16)를 도면상, 좌측방향으로 절환시키는 압력으로 작용한다. 센터바이패스 조정밸브(16)를 절환시키는 압력은 밸브스프링(21)과 압력 평형을 이루고 있으나, 밸브스프링(21)의 셋팅압력은 아암 작동시의 유압펌프(1)측 부하압력보다는 크고, 스윙 작동시의 부하압력보다는 작게 미리 설정하게 된다.
한편, 아암을 단독으로 동작시킬 경우에는 센터바이패스 조정밸브(16)의 작동은 없으나, 동시에 스윙을 작동시킬 경우에는 포트(al1)에 공급되는 파일럿 신호압에 의해 스윙 스풀(3)을 도면상, 좌측방향으로 절환시킴에 따라, 유압펌프(1)의 토출유량은 스윙 스풀(3)의 입구라인에 설치된 체크밸브(7)와, 절환된 스윙 스풀(3)을 차례로 통과한 후, 통로(8)를 경유하여 포트(AL1)에 공급된다. 이로 인해 스윙 모터가 구동되므로 장비를 선회시킬 수 있다.
이때, 스윙 모터로부터 리턴되는 유량은 포트(port)(BL1)로 유출되므로, 통로(9)를 경유하여 절환된 스윙 스풀(3)을 통과하여 리턴통로(10)를 통해 유압탱크(T)로 리턴된다. 따라서 아암과 스윙을 동시에 구동시킬 수 있다.
한편, 아암 스풀(15)이 이미 완전하게 절환된 상태이므로 센터바이패스통로(5)도 이미 차단되어 있다. 이로 인해 조작레버 조작량에 따른 유압펌프측 토출유량 증대로 유압펌프(1) 압력 또한 점차 증대되고 있으나, 포트(al1)에 파일럿 신호압을 공급할 경우 셔틀밸브(30)와 파일럿 통로(31)를 경유하여 센터바이패스 조정밸브(16)에 인접한 제3피스톤(22)에 압력이 전달된다.
이와같이 제3피스톤(22)에 압력이 전달될 경우에, 제3피스톤(22) 우측에 아암측 압력이상으로 셋팅된 밸브스프링(21)의 탄성력에 대해, 포트(al1)에 가해지는 스윙 파일럿 압력이 제3피스톤(22)의 단면적에 가변적으로 전달된다. 밸브스프링(21)의 초기 아암 부하 이상의 압력에 추가적으로 스윙측의 파일럿 압력에 따라 가변적으로 부하 압력을 상승시킨다.
이때 유압펌프(1)측에 걸리는 스윙측의 부하압력은 충분히 큰 압력으로 센터바이패스 조정밸브(16)를 도면상, 좌측방향으로 절환시킨다. 이로 인해 스윙 스풀(3)의 센터바이패스통로(3a)를 통과한 유량은 절환된 센터바이패스 조정밸브(16)를 통과하여, 통로(32)를 통해 아암 스풀(15)을 경유한 센터바이패스통로(5)로 유출되므로 유압탱크(T)로 귀환된다.
도 4에서와 같이, 포트(a)에 아암-인(arm-in) 파일럿 신호압이 공급될 경우에, 아암 스풀(15)에 전달되는 파일럿 신호압이 밸브스프링(33)의 탄성력을 초과하여 아암 스풀(15)을 도면상, 우측방향으로 절환시킨다. 토출유로(2)에서 공급된 유량은 포펫(poppet)(34)을 도면상, 상방향으로 가압하므로 병렬통로(35)에 공급되며, 동시에 토출유로(6)에 공급된 유량은 플러그(36)의 오리피스(37)를 경유하여 포펫(38)을 가압한다. 이로 인해 포펫(38)의 슬라이딩 외측면에 형성된 홈을 경유하여 병렬통로(35)에 합류된 후, 절환된 아암 스풀(15)에 형성된 스풀 노치(spool notch)(39)를 경유하여 실린더통로(12)에 공급된다. 따라서 포트(AL2)를 경유하여 미도시된 아암실린더로 공급되어 아암-인 구동시키며, 아암실린더에서 리턴되는 작동유는 포트(BL2)를 경유하여 실린더통로(13)로 공급되므로, 절환된 아암 스풀(15)에 형성된 스풀 노치(40)를 경유하여 탱크통로(50)를 통하여 유압탱크로 리턴된다.
이때, 도면상, 우측방향으로 절환된 아암 스풀(15) 내에 장착된 센터바이패스 조정밸브(16)의 작동을 설명한다.
토출유로(2)의 압력은 아암 스풀(15)에 형성된 통로(41)를 통하여 슬리브(18)에 형성된 통로(42)를 통해 제1피스톤(19)의 그루브(groove)(19a)에 공급된다. 센터바이패스통로(24,25)는 브릿지 형태로 유압제어밸브(23) 내부에서 서로 연통되어 있어 유압펌프(1)에서 공급된 압력이 동일하게 가압된다. 센터바이패스통로(24)에 유압펌프(1) 압력이 가압되면 절환된 아암 스풀(15)의 스풀 노치(43) 및 통로(28)에 공급되어 슬리브(18) 내부에서 슬라이딩되면서, 제1피스톤(19)과 밀착되어 있는 제2피스톤(20) 좌측에 가압된다.
제2피스톤(20)은 플러그(44)에 인접하여 제3피스톤(22)에 의해 지지된 밸브스프링(21)의 탄성력을 초과해야 도면상, 우측방향으로 절환된다. 이때 밸브스프링(21)의 초기 제어압력은 아암의 부하압력(60∼80Kgf/㎠) 정도로 셋팅된 후, 셋팅압력을 초과할 경우에 도면상, 우측방향으로 절환된다. 이때 제1피스톤(19)이 도면상, 우측방향으로 절환됨에 따라 제1피스톤(19)의 그루브(19a)에 가압된 유압펌프 압력은 슬리브(18)의 통로(17)와 연통되고, 아암 스풀(16)의 통로(26)를 경유하여 센터바이패스통로(25)와 연통된 후, 유압제어밸브(23) 내부에서 브릿지 형태로 센터바이패스통로(24)와 연통되어 바이패스되어 유압탱크로 리턴된다. 즉 유압펌프(1)측 일부 유량을 센터바이패스통로(5)로 언로딩시킴에 따라 아암측 부하압력으로 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 아암과 스윙을 동시에 조작할 경우에는, 스윙 포트(sw)에 스윙 파일럿 압력이 공급되면서 통로(31)를 경유하여 포켓(45)에 공급되며, 도면상, 우측방향으로 절환된 아암 스풀(15)의 통로(46)를 경유하여 제3피스톤(22)의 우측 단부를 가압하여 밸브스프링(21)을 압축한다. 이로 인해 초기에 셋팅된 아암 부하압력에 추가적으로 스윙측의 파일럿 압력에 따라 가변적으로 부하압력을 상승시킨다.
한편, 아암-인 단독 작동과 동일하게 스윙 작동에 따른 유압펌프(1)측에 걸리는 충분히 큰 고부하 압력이 절환된 아암 스풀(15)에 내장된 제2피스톤(20)의 좌측에 가압되어진다. 이때 아암 부하압력에 추가적으로 스윙측의 파일럿 압력에 따라 가변적으로 상승시킨 부하압력을 초과하고, 제2피스톤(20)이 도면상, 우측방향으로 절환되는 경우, 동시에 제1피스톤(19)이 우측방향으로 이동된다. 이와 동일하게 제1피스톤(19)의 그루브(19a)에 가압된 유압펌프(1) 압력은 슬리브(18)의 통로(17)와 연통되고, 아암 스풀(15)의 통로(26)를 경유하여 센터바이패스통로(25)와 연통된 후, 센터바이패스통로(24)와 브릿지 형태로 연통되어 바이패스된 후 유압탱크로 리턴된다. 즉 유압펌프(1)측 일부 유량을 센터바이패스통로(5)로 언로딩시킴에 따라 스윙 작동에 따른 과부하를 방지하고, 스윙 파일럿 압력에 비례하여 가변적으로 스윙측 부하압력을 유지할 수 있게 된다.
이로 인해 스윙 우선에 따른 유압펌프측의 과다한 압력 상승을 방지하여 과다한 마력 소비 및 에너지 손실을 줄이므로 연비를 개선시킬 수 있다.
따라서, 네가티브 컨트롤시스템일 경우에는, 센터바이패스 유량 증대에 따른 네가티브 컨트롤 압력 증대로 유압펌프의 사판 경전각을 줄임에 따라 유압펌프 토출유량을 줄여 유압펌프의 과도한 압력 상승을 방지할 수 있다.
한편, 포지티브 컨트롤시스템일 경우에는, 조작량 증대에 따라 증대된 유압펌프 유량을 센터바이패스통로로 유출시킴에 따라 유압펌프의 과다한 압력 상승을 줄이고, 아암과 스윙을 동시 작동시킬 경우 센터바이패스통로 차단에 따른 유압펌프의 과다한 압력 상승을 방지할 수 있다. 이때 센터바이패스 조정밸브를 아암 스풀 내에 설치하여 아암과 스윙을 동시 조작시에 센터바이패스통로가 차단되지않고 언로딩시켜 유압펌프 압력 과다한 상승을 방지하여 에너지 손실을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 건설기계용 유압제어밸브에 의하면, 스윙 스풀이 아암 스풀보다 상류측에 설치되며 네가티브 컨트롤시스템 또는 포지티브 컨트롤시스템에 의해 토출유량이 제어되는 유압제어밸브에 있어서, 아암 스풀 내에 센터바이패스 조정밸브를 설치하여, 스윙과 아암 등의 작업장치를 동시 조작하는 복합작동시 고부하의 유압펌프 압력이 센터바이패스 조정밸브를 통하여 언로딩되면서 압력이 줄어들어, 유압펌프에 발생되는 고부하 압력을 줄임에 따라 에너지 손실을 줄일 수 있다.

Claims (7)

  1. 엔진에 연결되는 유압펌프와,
    상기 유압펌프의 토출유로에 연통되는 센터바이패스통로 상류측에 설치되며, 절환시 스윙 모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 스윙 스풀과,
    상기 센터바이패스통로 하류측에 설치되며, 절환시 아암실린더의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 아암 스풀과,
    상기 아암 스풀 내에 설치되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 상승되는 유압펌프의 토출유량 압력에 의해 절환되고, 절환시 스윙측 상승된 압력을 상기 센터바이패스통로로 언로딩시키는 센터바이패스 조정밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센터바이패스 조정밸브의 셋팅압력은 아암 부하압력으로 셋팅하여, 스윙시 스윙 파일럿 압력에 따라 스윙측 기동압력으로 선형적으로 압력이 증가되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센터바이패스 조정밸브는,
    상기 아암 스풀 내에 설치되며, 상기 유압펌프의 토출유로에 연통되도록 통로가 형성되는 슬리브와,
    상기 슬리브에 슬라이딩 절환가능하게 내설되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 절환되어 유압펌프측 토출유량 일부를 센터바이패스통로로 언로딩시켜 아암측 부하 압력으로 유지하는 제1피스톤과,
    상기 제1피스톤 일단부에 밀착되며, 스윙과 아암을 동시조작하는 복합작동시 아암측 부하 압력에 대해 추가적으로 가해지는 스윙측 파일럿 압력에 따라 가변적으로 상승시킨 부하압력에 의해 절환되어 제1피스톤을 가압하는 제2피스톤과,
    상기 제1피스톤 타단부에 밸브스프링에 의해 탄설되는 제3피스톤을 구비하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제3피스톤을 지지하는 밸브스프링의 셋팅압력은 아암 작동시 유압펌프측 부하 압력보다는 크고, 스윙 작동시 유압펌프측 부하 압력보다는 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프의 토출유로에 연통되도록 유압제어밸브에 브릿지형태로 연통되게 형성되는 한 쌍의 센터바이패스통로는 상기 아암 스풀에 형성되는 통로와 상기 센터바이패스 조정밸브를 경유하여 상기 유압펌프의 토출유로에 연통되는 센터바이패스통로로 연통되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프는 상기 센터바이패스통로에 설치되는 유압제어밸브의 절환량에 비례하여 토출유량을 제어하는 포지티브 제어방식에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프는 상기 센터바이패스통로 하류측에 설치되는 압력형성수단에 의해 형성되는 토출유량 압력에 반비례하여 토출유량을 제어하는 네가티브 제어방식에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압제어밸브.
PCT/KR2011/004659 2011-06-27 2011-06-27 건설기계용 유압제어밸브 WO2013002429A1 (ko)

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