WO2013081220A1 - 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치 - Google Patents

굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치 Download PDF

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accumulator
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김성곤
김재홍
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Definitions

  • the present invention relates to a swing relief energy regeneration device of an excavator, and more particularly, to store the hydraulic oil relief from the swing motor to the hydraulic tank in the accumulator during the turning acceleration and deceleration of the excavator in the accumulator to recycle the fuel consumption of the engine It relates to a swing relief energy regenerative device of an excavator that can be reduced.
  • Variable displacement hydraulic pump 1 (hereinafter referred to as “hydraulic pump”) connected to the engine (not shown),
  • a first passage 7 having one end connected to the first passage 2 and provided with a first check valve 6;
  • One end is branched to the first passage (2), the other end of the passage (8) which is connected to the other end of the first passage (7), the hydraulic tank is a part of the hydraulic oil when the first passage (2) is overloaded
  • a second flow path 10 provided with a first port relief valve 9 for relieving at T2
  • a third passage 12 having one end connected to the second passage 3, communicating with the other end of the first passage 7 and an intersection of the passage 8, and having a second check valve 11 installed;
  • One end is branch-connected to the second passage (3), communicates with the other end of the second passage (10) and the intersection of the passage (8), and when the overload occurs in the second passage (3) to the hydraulic tank (T2) And a fourth flow passage 14 in which the second port relief valve 13 to be relief-released is installed.
  • the second and fourth passages 10 and 14 are parallel to the first and third passages 7 and 12 branched to the first and second passages 2 and 3 to form the first and second passages 2 and 2. And branched to (3).
  • reference numeral 15 denotes an upper swinging structure which pivots the upper frame in the forward or reverse direction with respect to the lower traveling body of the excavator according to the driving of the swinging motor 4.
  • the hydraulic pump 1 is the "A" port of the swing motor 4 via the first passage 2. Is connected to the hydraulic tank (T1) through the second passage (3) of the "B" port of the swing motor (4).
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1 is supplied to the "A" port of the swing motor 4 along the first passage 2 via the flow control valve 5 so that the swing motor 4 is in the forward direction. Rotate At this time, the hydraulic oil discharged from the "B" port of the swing motor 4 is returned to the hydraulic tank (T1) via the second passage (3) and the flow control valve (5).
  • the turning motor rotates in the reverse direction (for example, when the hydraulic oil is sucked into the "B" port of the turning motor 4 and discharged from the "A" port).
  • the hydraulic pump 1 is the "B" port of the swing motor 4 via the second passage 3. It is connected to the "A” port of the swing motor 4 is connected to the hydraulic tank (T1) through the first passage (2).
  • Figure 2 is a graph showing the pressure of the "A" port and "B" port of the revolving motor during the loading operation using the excavator according to the prior art.
  • the graph curve (a) means the turning motor driving in the left direction (LH)
  • the graph curve (b) means the turning motor driving in the right direction (RH).
  • the sections 1 and 2 indicate that the upper swing body 15 is rotated, accelerated, and then decelerated to rotate the upper swing body 15 to the desired swing position of the driver.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1 passes through the flow control valve 5 as the spool of the flow control valve 5 is switched to the left in the drawing according to the control signal from the outside. It is supplied to the "A" port of the turning motor 4 along the first passage 2. On the other hand, the hydraulic oil discharged from the "B" port of the swing motor 4 is returned to the hydraulic tank (T1). In this way, the upper swing body 15 can be swiveled by the swing motor 4.
  • the interval 3 to the interval 4 indicates that the upper swinging body 15 that is rotated is accelerated again in the opposite direction, and then decelerated to return to the initial position.
  • the fuel consumption to drive the engine according to the driving of the hydraulic motor connected to the engine It is associated with the swing relief energy regenerative device of the excavator to reduce the pressure.
  • a swing motor connected to the hydraulic pump through the first passage and the second passage, and for turning the upper swing structure during driving;
  • a flow rate control valve installed in the first and second passages between the hydraulic pump and the swing motor in response to a control signal from the outside and controlling the starting, stopping, and direction change of the swing motor at the time of switching;
  • First passages having both ends connected to the first and second passages, and having first and second check valves respectively installed to allow movement of hydraulic fluid in one direction from the hydraulic tank to the first passage or the second passage side;
  • the third and fourth check valves are formed in parallel with the first flow passage and both ends are connected to the upstream side of the first and second passages, and allow the hydraulic fluid to move in one direction from the first passage or the second passage to the hydraulic tank.
  • the control signal from the outside can supply the hydraulic oil from the accumulator to the hydraulic motor. It includes an intermittent valve that is switched to open the regeneration passage.
  • a solenoid valve that is switched in response to an electrical signal input from the outside and opens and closes the regeneration passage is used.
  • the hydraulic oil stored in the accumulator is connected to the engine cooling fan and configured to supply a hydraulic motor for driving the accumulator.
  • the hydraulic oil stored in the accumulator is configured to be supplied to the hydraulic motor.
  • the pressure sensor for detecting the pressure in the upstream regeneration passage of the accumulator and the control signal value according to the pressure value detected by the pressure sensor are set, and the pressure between the inlet port and the outlet port is set by the set control signal value. It is equipped with a variable relief valve to variably adjust the difference, so that the hydraulic oil pressure supplied to the swing motor during the swing of the upper swing body does not exceed the set value, and the high pressure hydraulic oil is released to the hydraulic tank from the first and second passages. It is configured to be stored in an accumulator.
  • the swing relief energy regeneration device of an excavator according to an embodiment of the present invention configured as described above has the following advantages.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a turning device of an excavator according to the prior art
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of a swing relief energy regeneration device of an excavator according to an embodiment of the present invention.
  • hydraulic pump 51 A variable displacement hydraulic pump (hereinafter referred to as "hydraulic pump") 51 and a hydraulic motor 52 connected to the engine 50,
  • a swing motor 56 connected to the hydraulic pump 51 through the first passage 53 and the second passage 54 and for turning the upper swing body 55 during driving;
  • Both ends are branched to the first and second passages 53 and 54, and the first and second allow the hydraulic oil movement in one direction from the hydraulic tank T1 to the first passage 53 or the second passage 54, respectively.
  • both ends are connected to the upstream side of the first and second passages 53 and 54, and the hydraulic tank T2 is connected to the first passage 53 or the second passage 54.
  • the revolving passage 64 one end of which is connected to the second flow passage 63 between the third and fourth check valves 61 and 62, and the other end of which is connected to the hydraulic motor 52,
  • the operation lever (not shown) (RCV) installed in the regeneration passage 64 between the accumulator 65 and the hydraulic motor 52 to control the driving of the excavator (e.g., boom, arm, etc.)
  • the intermittent valve 66 is switched by a control signal from the outside to open the regeneration passage 64 so that the hydraulic oil from the accumulator 65 can be supplied to the hydraulic motor 52.
  • the intermittent valve 66 a solenoid valve that is switched according to an electrical signal input from the outside and opens and closes the regeneration passage 64 is used.
  • the hydraulic oil stored in the accumulator 65 is connected to a cooling fan of the engine 50 to a cooling fan hydraulic motor for driving the same. It is configured to be able to supply.
  • the pressure sensor 67 for detecting the pressure of the upstream side regeneration passage 64 of the accumulator 65 and the control signal value according to the pressure value detected by the pressure sensor 67 are set, and the set control signal is set.
  • a variable relief valve 68 is provided to variably adjust the pressure difference between the inlet port C and the outlet port D according to the value, and is supplied to the swing motor 56 when the upper swing body 55 swings.
  • the hydraulic oil pressure is maintained so as not to exceed the set value, and the high pressure hydraulic oil which is released from the first and second passages 53 and 54 to the hydraulic tank T2 is configured to be stored in the accumulator 65.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 51 passes through the flow control valve 57 and is supplied to the port "A" of the swing motor 56 along the first passage 53 so that the swing motor 56 is rotated in the forward direction. Or rotate in the reverse direction.
  • the hydraulic oil discharged from the "B" port of the swing motor 56 is returned to the hydraulic tank (T2) via the second passage 54 and the flow control valve (57).
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 51 is supplied to the "B" port of the swing motor 56 along the second passage 54 via the flow control valve 57 so that the swing motor 33 is in the forward direction. Or rotate in the reverse direction.
  • the hydraulic oil discharged from the "A" port of the swing motor 56 is returned to the hydraulic tank (T2) via the first passage (53) and the flow control valve (57).
  • the hydraulic pump 51 is the first passage 53.
  • the port "B" of the swing motor 56 is connected to the hydraulic tank (T2) through the second passage (54).
  • the high pressure hydraulic fluid flowing into the second flow passage 63 between the second passage 54 and the third and fourth check valves 61 and 62 is stored in the accumulator 65 installed in the regeneration passage 64.
  • the operating flow amount insufficient in the "A" port is sucked up from the hydraulic tank (T1) through the first check 58 installed in the first flow path (60) to supplement.
  • the hydraulic pump 51 is the second passage 54. Is connected to the port "B" of the swing motor 56, the port “A” of the swing motor 56 is connected to the hydraulic tank (T2) through the first passage (53).
  • the high pressure hydraulic fluid flowing into the second passage 63 between the first passage 53 and the third and fourth check valves 61 and 62 is stored in the accumulator 65 installed in the regeneration passage 64.
  • the operating flow amount insufficient in the "B" port due to the continuous rotation of the turning motor 56 is sucked from the hydraulic tank (T1) through the second check 59 installed in the first flow path (60) to supplement.
  • the third check valve 61 or the third check valve 61 is installed in the second flow path 63 to supply the high-pressure hydraulic oil relief from the swing motor 56 to the hydraulic tank. Hydraulic energy can be saved by storing the accumulator 65 via the four check valve 62.
  • the hydraulic oil from the hydraulic pump 51 described above is supplied to the "A" port of the swing motor 56 through the flow control valve 57 and the first passage 53 to supply the upper swing structure 55.
  • the operation amount of the operation lever RCV for controlling the driving of the excavator (for example, the boom, the arm, the turning motor, etc.) by the driver is detected by the detecting means (not shown).
  • the control valve 66 is switched downward in the drawing by the control signal.
  • the high-pressure hydraulic fluid stored in the accumulator 65 is supplied to the hydraulic motor 52 along the open regeneration passage 64, and thus, the engine is driven by the hydraulic motor 52 connected to the engine 50. (50) It is possible to reduce the amount of load generated during operation (to reduce the engine 50 torque).
  • the pressure value detected by the pressure sensor 67 provided on the upstream side of the regeneration passage 64 described above is used as a control signal of the variable relief valve 68 provided in the regeneration passage 64. That is, the pressure difference between the inlet port C and the outlet port D of the variable relief valve 68 is adjusted by the control signal value set according to the detected value of the pressure sensor 67.
  • the hydraulic oil pressure supplied to the swinging motor 56 during the swing acceleration and deceleration of the upper swinging body 55 is maintained not to exceed the set value (i.e., when the hydraulic pressure downstream of the variable relief valve 68 is variable).
  • the upstream hydraulic oil pressure of the variable relief valve 68 maintains the set value), and the high pressure hydraulic oil reliefd from the first and second passages 53 and 54 to the hydraulic tank T2 is transferred to the accumulator 65. Can be stored.
  • the engine after storing the hydraulic fluid relief from the swing motor to the hydraulic tank in the accumulator at the time of deceleration after the acceleration of the upper swing structure of the excavator, the engine is driven by driving the hydraulic motor connected to the engine Fuel consumption can be reduced.

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Abstract

선회 가속 및 감속시 유압탱크로 릴리프되는 작동유를 축압기에 저장한 후 이를 재활용하는 선회 릴리프 에너지 회생장치를 개시한다. 본 발명에 따른 선회 릴리프 에너지 회생장치에 있어서, 유압펌프 및 유압모터와, 유압펌프에 제1통로 및 제2통로를 통해 연결되는 선회모터와, 유압펌프로부터 선회모터에 공급되는 작동유를 제어하는 유량제어밸브와, 제1,2통로에 양단이 분기접속되고 유압탱크로부터 제1통로 또는 제2통로측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제1유로와, 제1유로와 병렬형을 이루어 제1,2통로의 상류측에 양단이 분기접속되고 제1통로 또는 제2통로에서 유압탱크측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제2유로와, 제2유로에 일단이 접속되고 유압모터에 타단이 접속되는 재생통로에 설치되며 유압탱크로 릴리프되는 작동유를 저장하는 축압기와, 굴삭기의 구동을 제어하는 조작레버의 조작량이 설정값을 초과할 경우 축압기로부터의 작동유를 유압모터에 공급할 수 있도록 개방되는 단속밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선회 릴리프 에너지 회생장치를 제공한다.

Description

굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치
본 발명은 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴삭기의 선회 가속 및 감속시 선회모터로부터 유압탱크로 릴리프되는 작동유를 축압기에 저장한 후, 이를 재활용하여 엔진의 연료 소모량을 감소시킬 수 있도록 한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 종래 기술에 의한 선회장치는,
엔진(미도시됨)에 연결되는 가변용량형 유압펌프(1)(이하, "유압펌프" 라고함)와,
유압펌프(1)에 제1,2통로(2,3)를 통해 연결되고, 정방향 또는 역방향으로 구동되어 상부 선회체(15)를 선회시키는 선회모터(4)(유압모터 및 유압펌프 기능을 갖는다)와,
유압펌프(1)와 선회모터(4)사이의 제1,2통로(2,3)에 외부로부터의 제어신호에 따라 절환가능하게 설치되고, 절환시 선회모터(4)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 유량제어밸브(5)와,
제1통로(2)에 일단이 분기접속되고, 제1체크밸브(6)가 설치되는 제1유로(7)와,
제1통로(2)에 일단이 분기접속되고, 제1유로(7)의 타단에 일단이 연통되는 통로(8)의 타단에 연통되며, 제1통로(2)에 과부하 발생시 작동유 일부를 유압탱크(T2)로 릴리프시키는 제1포트 릴리프밸브(9)가 설치되는 제2유로(10)와,
제2통로(3)에 일단이 분기접속되고, 제1유로(7)의 타단 및 통로(8)의 교차부와 연통되며, 제2크밸브(11)가 설치되는 제3유로(12)와,
제2통로(3)에 일단이 분기접속되고, 제2유로(10)의 타단 및 통로(8)의 교차부에 연통되며, 제2통로(3)에 과부하 발생시 작동유 일부를 유압탱크(T2)로 릴리프시키는 제2포트 릴리프밸브(13)가 설치되는 제4유로(14)를 포함한다.
이때, 제1,2통로(2,3)에 분기접속된 제1,3유로(7,12)에 대해 제2,4유로(10,14)는 병렬형을 이루어 제1,2통로(2,3)에 분기접속된다.
도면중 미 설명부호 15는 선회모터(4)의 구동에 따라 굴삭기의 하부 주행체에 대해 상부 프레임을 정방향 또는 역방향으로 선회시키는 상부 선회체이다.
가) 선회모터가 정방향으로 회전되는 것을 설명한다(예를 들어, 선회모터(4)의 "A"포트로 작동유가 흡입되고 "B"포트에서 토출되는 경우를 말함).
외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(5)의 스풀이 도면상, 좌측방향으로 절환되는 경우, 유압펌프(1)는 제1통로(2)를 통해 선회모터(4)의 "A"포트에 연결되고, 선회모터(4)의 "B"포트는 제2통로(3)를 통해 유압탱크(T1)와 연결된다.
이로 인해, 유압펌프(1)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(5)를 경유하여 제1통로(2)를 따라 선회모터(4)의 "A"포트에 공급되므로 선회모터(4)를 정방향으로 회전시킨다. 이때 선회모터(4)의 "B"포트로부터 배출되는 작동유는 제2통로(3)와 유량제어밸브(5)를 경유하여 유압탱크(T1)로 귀환된다.
나) 선회모터가 역방향으로 회전되는 것을 설명한다(예를 들어, 선회모터(4)의 "B"포트로 작동유가 흡입되고 "A"포트에서 토출되는 경우를 말함).
외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(5)의 스풀이 도면상, 우측방향으로 절환되는 경우, 유압펌프(1)는 제2통로(3)를 통해 선회모터(4)의 "B"포트에 연결되고, 선회모터(4)의 "A"포트는 제1통로(2)를 통해 유압탱크(T1)와 연결된다.
이로 인해, 유압펌프(1)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(5)를 경유하여 제2통로(3)를 따라 선회모터(4)의 "B"포트에 공급되므로 선회모터(4)를 역방향으로 회전시킨다. 이때 선회모터(4)의 "A"포트로부터 배출되는 작동유는 제1통로(2)와 유량제어밸브(5)를 경유하여 유압탱크(T1)로 귀환된다.
도 2는 종래 기술에 의한 굴삭기를 이용하여 상차 작업시 선회모터의 "A"포트와 "B"포트의 압력을 나타내는 그래프이다. 이때 그래프 곡선(a)은 좌측방향(LH)으로의 선회모터 구동을 의미하고, 그래프 곡선(b)은 우측방향(RH)으로의 선회모터 구동을 의미한다.
구간1 및 구간2는 상부 선회체(15)를 선회 가속한 후, 감속하여 운전자가 원하는 선회 위치까지 상부 선회체(15)를 선회시키는 것을 나타낸다.
구간1에서는, 외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(5)의 스풀을 도면상, 좌측방향으로 절환시킴에 따라, 유압펌프(1)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(5)를 통과하여 제1통로(2)를 따라 선회모터(4)의 "A"포트에 공급된다. 반면에 선회모터(4)의 "B"포트로부터 배출되는 작동유는 유압탱크(T1)로 귀환된다. 이와 같이 선회모터(4) 구동으로 상부 선회체(15)를 선회시킬 수 있다.
구간2에서는, 회전되는 상부 선회체(15)의 급격한 감속이 요구되어 유량제어밸브(5)의 스풀을 중립위치로 전환시킨다. 이로 인해 유압펌프(1)로부터의 작동유를 선회모터(4)에 공급하는 제1통로(2)와, 선회모터(4)로부터의 작동유를 유압탱크(T1)로 귀환시키는 제2통로(3)가 각각 차단된다.
이때, 상부 선회체(15)의 큰 중량 및 회전 관성력으로 인해 상부 선회체(15)가 곧바로 회전을 멈추지 못해 정지하는데 까지는 소정시간이 필요하게 된다. 즉 유량제어밸브(5)를 중립위치로 전환시킨 후 선회모터(4)의 계속적인 회전으로 인해 제2통로(3)에는 과부하가 발생된다.
이때, 회전을 계속하게 되는 선회모터(4)의 "A"포트에 부족되는 작동유 량은 제1체크(6)를 통하여 유압탱크(T2)로부터 흡입하여 보충하고, 선회모터(4)의 "B"포트를 통해 작동유가 배출된다.
이로 인해, 선회모터(4)의 "B"포트에서 배출되는 고압의 작동유는 제2포트 릴리프밸브(13)에 의해 릴리프 압력까지 상승되고, 상부 선회체(15)를 정지시키는 힘으로서 작용한다.
구간3에서 구간4까지는 회전되는 상부 선회체(15)를 다시 반대 방향으로 가속하여 선회시킨 후, 감속 선회시켜 초기위치로 복귀시키는 것을 나타낸다.
구간3에서는, 외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(5)의 스풀을 도면상, 우측 방향으로 절환시킴에 따라, 유압펌프(1)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(5)를 통과하여 제2통로(3)를 따라 선회모터(4)의 "B"포트에 공급된다. 이로 인해 선회모터(4) 구동으로 상부 선회체(15)를 역방향으로 회전시킨다.
이때, 정지상태에 있던 상부 선회체(15)의 선회 가속을 높일 경우 제2통로(3)에 발생되는 설정압력을 초과하는 작동유는 제2포트 릴리프밸브(13)를 통해 유압탱크(T2)로 드레인된다. 이때 선회모터(4)의 "B"포트에 고압이 형성되므로 상부 선회체(15)는 가속된다.
구간4에서는, 상부 선회체(15)를 선회 감속시킬 경우, 유량제어밸브(5)를 중립위치로 전환시키는 경우에도 회전 관성력으로 인해 선회모터(4)는 회전을 계속하게 된다. 이로 인해 선회모터(4)의 "B"포트에 부족되는 작동유 량은 제2체크밸브(11)를 통해 유압탱크(T2)로부터 흡입하여 보충하게 된다.
이때, 선회모터(4)의 "A"포트에 발생되는 고압의 작동유는 제1포트 릴리프밸브(9)를 통하여 유압탱크(T2)로 드레인 된다.
전술한 바와 같이 종래 기술의 굴삭기의 선회장치는, 정지상태에 있던 상부 선회체(15)의 큰 회전 관성으로 인해 많은 량의 작동유가 선회모터(4)에 공급된다. 이로 인해 작동유 일부가 제1포트 릴리프밸브(9) 또는 제2포트 릴리프밸브(13)를 통과하여 유압탱크(T2)로 드레인되므로 에너지 손실을 초래한다.
또한, 상부 선회체(15)의 선회 감속시, 재생할 수 있는 유압 에너지가 제1포트 릴리프밸브(9) 또는 제2포트 릴리프밸브(13)를 통해 소모되는 문제점을 갖는다
한편, 운전자에 의해 선회모터(4)를 구동시키도록 조작하는 조작레버의 미세 조작시 선회 가속 및 감속 압력이 낮아 제1포트 릴리프밸브(9) 또는 제2포트 릴리프밸브(13)는 개방되지않고, 유량제어밸브(5)의 스풀 제어에 따라 선회모터(4)에 공급되는 작동유를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 상부 선회체의 선회 가속 및 감속시 선회모터로부터 유압탱크로 릴리프되는 작동유를 축압기에 저장한 후, 이를 엔진에 연결된 유압모터를 구동시킴에 따라 엔진을 구동시키는 연료 소모량을 감소시킬 수 있도록 한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치와 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치는,
엔진에 연결되는 가변용량형 유압펌프 및 유압모터와,
유압펌프에 제1통로 및 제2통로를 통해 연결되고, 구동시 상부 선회체를 선회시키는 선회모터와,
유압펌프와 선회모터사이의 제1,2통로에 외부로부터의 제어신호에 따라 절환가능하게 설치되고, 절환시 선회모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 유량제어밸브와,
제1,2통로에 양단이 분기접속되고, 유압탱크로부터 제1통로 또는 제2통로측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제1,2체크밸브가 각각 설치되는 제1유로와,
제1유로와 병렬형을 이루어 제1,2통로의 상류측에 양단이 분기접속되고, 제1통로 또는 제2통로에서 유압탱크측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제3,4체크밸브가 각각 설치되는 제2유로와,
제3,4체크밸브사이의 제2유로에 일단이 접속되고 유압모터에 타단이 접속되는 재생통로에 설치되며, 상부 선회체의 선회시 제1,2통로로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 저장하는 축압기와,
축압기와 유압모터사이의 재생통로에 설치되고, 굴삭기의 구동을 제어하는 조작레버의 조작량이 설정값을 초과할 경우, 축압기로부터의 작동유를 유압모터에 공급할 수 있도록 외부로부터의 제어신호에 의해 절환되어 재생통로를 개방시키는 단속밸브를 포함한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 단속밸브로서 외부로부터 전기적 신호 입력에 따라 절환되어 재생통로를 개폐시키는 솔레노이드밸브가 사용된다.
전술한 축압기의 압력이 설정값을 초과할 경우, 축압기에 저장된 작동유를 엔진 냉각팬에 연결되어 이를 구동시키는 유압모터에 공급할 수 있도록 구성된다.
전술한 엔진의 구동 회전수가 설정된 회전수 값에 미치지 못할 경우, 축압기에 저장된 작동유를 유압모터에 공급할 수 있도록 구성된다.
전술한 축압기의 상류측 재생통로의 압력을 검출하는 압력센서와, 압력센서에 의해 검출되는 압력값에 따른 제어신호값이 설정되며, 설정된 제어신호값에 의해 입구측 포트와 출구측 포트간의 압력 차를 가변 조정하는 가변 릴리프밸브를 구비하여, 상부 선회체의 선회시 선회모터에 공급되는 작동유 압력이 설정값을 초과하지않도록 유지되며, 제1,2통로로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 축압기에 저장할 수 있도록 구성된다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치는 아래와 같은 이점을 갖는다.
상부 선회체의 선회 가속후 감속시에 정지상태에 있던 상부 선회체의 큰 회전 관성으로 선회모터로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 축압기에 저장한 후, 이를 엔진에 연결된 유압모터를 구동시킴에 따라 엔진을 구동시 소모되는 연료량을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 굴삭기의 선회장치를 나타내는 유압회로도,
도 2는 종래 기술에 의한 굴삭기를 이용하여 상차 작업시 선회모터의 입구측 압력을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치의 유압회로도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
50; 엔진
51; 가변용량형 유압펌프
52; 유압모터
53; 제1통로
54; 제2통로
55; 상부 선회체
56; 선회모터
57; 유량제어밸브
58; 제1체크밸브
59; 제2체크밸브
60; 제1유로
61; 제3체크밸브
62; 제4체크밸브
63; 제2유로
64; 재생통로
65; 축압기
66; 단속밸브
67; 압력센서
68; 가변 릴리프밸브
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수이 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치는,
엔진(50)에 연결되는 가변용량형 유압펌프(이하, "유압펌프" 라고 함)(51) 및 유압모터(52)와,
유압펌프(51)에 제1통로(53) 및 제2통로(54)를 통해 연결되고, 구동시 상부 선회체(55)를 선회시키는 선회모터(56)와,
유압펌프(51)와 선회모터(56)사이의 제1,2통로(53,54)에 외부로부터의 제어신호에 따라 절환가능하게 설치되고, 절환시 선회모터(56)의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 유량제어밸브(57)와,
제1,2통로(53,54)에 양단이 분기접속되고, 유압탱크(T1)로부터 제1통로(53) 또는 제2통로(54)측으로 일방향으로의 작동유 이동을 각각 허용하는 제1,2체크밸브(58,59)가 각각 설치되는 제1유로(60)와,
제1유로(60)와 병렬형을 이루어 제1,2통로(53,54)의 상류측에 양단이 분기접속되고, 제1통로(53) 또는 제2통로(54)에서 유압탱크(T2)측으로 일방향으로의 작동유 이동을 각각 허용하는 제3,4체크밸브(61,62)가 각각 설치되는 제2유로(63)와,
제3,4체크밸브(61,62)사이의 제2유로(63)에 일단이 접속되고 유압모터(52)에 타단이 접속되는 재생통로(64)에 설치되며, 상부 선회체(55)의 선회시 제1,2통로(53,54)로부터 유압탱크(T2)로 릴리프되는 고압의 작동유를 저장하는 축압기(65)와,
축압기(65)와 유압모터(52)사이의 재생통로(64)에 설치되고, 굴삭기(일 예로서 붐, 아암 등을 말함)의 구동을 제어하는 조작레버(미도시됨)(RCV)의 조작량이 설정값을 초과할 경우, 축압기(65)로부터의 작동유를 유압모터(52)에 공급할 수 있도록 외부로부터의 제어신호에 의해 절환되어 재생통로(64)를 개방시키는 단속밸브(66)를 포함한다.
이때, 전술한 단속밸브(66)로서 외부로부터 전기적 신호 입력에 따라 절환되어 재생통로(64)를 개폐시키는 솔레노이드밸브가 사용된다.
도면에는 미도시 되었으나, 전술한 축압기(65)의 압력이 설정값을 초과할 경우, 축압기(65)에 저장된 작동유를 엔진(50)의 냉각팬에 연결되어 이를 구동시키는 냉각팬용 유압모터에 공급할 수 있도록 구성된다.
한편, 전술한 엔진(50)의 구동 회전수가 설정된 회전수 값에 미치지 못할 경우, 축압기(65)에 저장된 작동유를 유압모터(52)에 공급할 수 있도록 구성된다.
전술한 축압기(65)의 상류측 재생통로(64)의 압력을 검출하는 압력센서(67)와, 압력센서(67)에 의해 검출되는 압력값에 따른 제어신호값이 설정되며, 설정된 제어신호값에 의해 입구측 포트(C)와 출구측 포트(D)간의 압력 차를 가변 조정하는 가변 릴리프밸브(68)를 구비하여, 상부 선회체(55)의 선회시 선회모터(56)에 공급되는 작동유 압력이 설정값을 초과하지않도록 유지하며, 제1,2통로(53,54)로부터 유압탱크(T2)로 릴리프되는 고압의 작동유를 축압기(65)에 저장할 수 있도록 구성된다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치의 작동을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3에서와 같이, 외부로부터의 제어신호에 의해 유량제어밸브(57)의 스풀이 도면상, 좌측방향으로 절환되는 경우, 유압펌프(51)는 제1통로(53)를 통해 선회모터(56)의 "A"포트에 연결되고, 선회모터(56)의 "B"포트는 제2통로(54)를 통해 유압탱크(T2)와 연결된다.
이로 인해, 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(57)를 통과하여 제1통로(53)를 따라 선회모터(56)의 "A"포트에 공급되므로 선회모터(56)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킨다. 이때 선회모터(56)의 "B"포트로부터 배출되는 작동유는 제2통로(54)와 유량제어밸브(57)를 경유하여 유압탱크(T2)로 귀환된다.
이와 반면에, 외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(57)의 스풀이 도면상, 우측방향으로 절환되는 경우, 유압펌프(51)는 제2통로(54)를 통해 선회모터(56)의 "B"포트에 연결되고, 선회모터(56)의 "A"포트는 제1통로(53)를 통해 유압탱크(T2)와 연결된다.
이로 인해, 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유는 유량제어밸브(57)를 경유하여 제2통로(54)를 따라 선회모터(56)의 "B"포트에 공급되므로 선회모터(33)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킨다. 이때 선회모터(56)의 "A"포트로부터 배출되는 작동유는 제1통로(53)와 유량제어밸브(57)를 경유하여 유압탱크(T2)로 귀환된다.
가) 상부 선회체의 선회 가속 및 감속시 유압탱크로 릴리프되는 고압 작동유를 축압기에 저장하는 경우를 설명한다.
도 3 및 도 2의 구간1에서와 같이, 외부로부터의 제어신호에 의해 유량제어밸브(57)의 스풀이 도면상, 좌측방향으로 절환됨에 따라, 유압펌프(51)는 제1통로(53)를 통해 선회모터(56)의 "A"포트에 연결되고, 선회모터(56)의 "B"포트는 제2통로(54)를 통해 유압탱크(T2)에 연결된다.
따라서, 유압펌프(51)로부터 제1통로(53)를 통해 공급되는 작동유에 의해 선회모터(56)가 회전되므로 상부 선회체(55)를 정방향 또는 역방향으로 선회시킨다.
이때, 도 3 및 도 2의 구간2에서와 같이, 회전되는 상부 선회체(55)를 급격하게 감속시키킬 수 있도록 유량제어밸브(57)의 스풀을 중립위치로 전환하는 경우, 상부 선회체(55)의 큰 중량 및 회전 관성력으로 인해 상부 선회체(55)가 곧바로 회전을 멈추지 못한다. 즉 유량제어밸브(57)의 스풀을 중립위치로 전환시킨 후 선회모터(56)의 계속적인 회전으로 인해 제2통로(54)에 과부하가 발생된다. 제2통로(54)에 형성되는 과부하에 해당되는 작동유는 제2유로(63)에 설치된 제4체크밸브(62)를 통과한다.
따라서, 제2통로(54)로부터 제3,4체크밸브(61,62) 사이의 제2유로(63)에 유입된 고압의 작동유는 재생통로(64)에 설치된 축압기(65)에 저장된다.이때 선회모터(56)의 계속적인 회전으로 인해 "A"포트에 부족되는 작동유 량은 제1유로(60)에 설치된 제1체크(58)를 통하여 유압탱크(T1)로부터 흡입하여 보충한다.
도 3 및 도 2의 구간3에서와 같이, 외부로부터의 제어신호에 따라 유량제어밸브(57)의 스풀이 도면상, 우측방향으로 절환됨에 따라, 유압펌프(51)는 제2통로(54)를 통해 선회모터(56)의 "B"포트에 연결되고, 선회모터(56)의 "A"포트는 제1통로(53)를 통해 유압탱크(T2)에 연결된다.
따라서, 유압펌프(51)로부터 제2통로(54)를 통해 공급되는 작동유에 의해 선회모터(56)가 회전되므로, 상부 선회체(55)를 정방향 또는 역방향으로 선회시킨다.
이때, 도 3 및 도 2의 구간4에서와 같이, 회전되는 상부 선회체(55)를 급격하게 감속시키킬 수 있도록 유량제어밸브(57)의 스풀을 중립위치로 전환하는 경우, 상부 선회체(55)의 큰 중량 및 회전 관성력으로 인해 상부 선회체(55)가 곧바로 회전을 멈추지 못한다. 즉 유량제어밸브(57)의 스풀을 중립위치로 전환시킨 후 선회모터(56)의 계속적인 회전으로 인해 제1통로(53)에 과부하가 발생된다. 제1통로(53)에 형성되는 과부하에 해당되는 작동유는 제2유로(63)에 설치된 제3체크밸브(61)를 통과한다.
따라서, 제1통로(53)로부터 제3,4체크밸브(61,62)사이의 제2유로(63)에 유입된 고압의 작동유는 재생통로(64)에 설치된 축압기(65)에 저장된다.이때 선회모터(56)의 계속적인 회전으로 인해 "B"포트에 부족되는 작동유 량은 제1유로(60)에 설치된 제2체크(59)를 통하여 유압탱크(T1)로부터 흡입하여 보충한다.
전술한 바와 같이 상부 선회체(55)의 선회 가속후 감속시킬 경우, 선회모터(56)로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 제2유로(63)에 설치된 제3체크밸브(61) 또는 제4체크밸브(62)를 경유하여 축압기(65)에 저장함에 따라 유압 에너지를 절감할 수 있다.
나) 상부 선회체의 선회 가속시 축압기에 저장된 작동유를 사용하는 경우를 설명한다.
도 3에서와 같이, 전술한 유압펌프(51)로부터의 작동유를 유량제어밸브(57)와 제1통로(53)를 통해 선회모터(56)의 "A"포트에 공급하여 상부 선회체(55)를 선회 가속시킬 경우, 운전자에 의해 굴삭기(일 예로서 붐, 아암, 선회모터 등을 말함)의 구동을 제어하는 조작레버(RCV)의 조작량을 검출수단(미도시됨)에 의해 검출하여, 조작량이 설정값을 초과할 경우에 제어신호에 의해 단속밸브(66)를 도면상, 하측 방향으로 절환시킨다.
이로 인해, 축압기(65)에 저장된 고압의 작동유를 개방된 재생통로(64)를 따라 유압모터(52)에 공급시킴에 따라, 엔진(50)에 연결된 유압모터(52)의 구동으로 인해 엔진(50) 구동시 부하 발생량을 줄일 수 있다(엔진(50) 토오크를 감소시켜 줌).
한편, 전술한 재생통로(64)의 상류측에 설치된 압력센서(67)에 의해 검출된 압력값이 재생통로(64)에 설치된 가변 릴리프밸브(68)의 제어신호로서 사용된다. 즉 압력센서(67)의 검출값에 따라 설정된 제어신호값에 의해 가변 릴리프밸브(68)의 입구측 포트(C)와 출구측 포트(D)간의 압력 차를 조정하게 된다.
이로 인해, 상부 선회체(55)의 선회 가속 및 감속시 선회모터(56)에 공급되는 작동유 압력이 설정값을 초과하지않도록 유지되며(즉 가변 릴리프밸브(68) 하류측 작동유 압력이 가변 되는 경우에도 가변 릴리프밸브(68)의 상류측 작동유 압력은 설정값을 유지하게 됨), 제1,2통로(53,54)로부터 유압탱크(T2)로 릴리프되는 고압의 작동유를 축압기(65)에 저장할 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 굴삭기 상부 선회체의 선회 가속후 감속시 선회모터로부터 유압탱크로 릴리프되는 작동유를 축압기에 저장한 후, 이를 엔진에 연결된 유압모터를 구동시킴에 따라 엔진 구동시 연료 소모량을 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 엔진에 연결되는 가변용량형 유압펌프 및 유압모터와,
    상기 유압펌프에 제1통로 및 제2통로를 통해 연결되고, 구동시 상부 선회체를 선회시키는 선회모터와,
    상기 유압펌프와 선회모터사이의 제1,2통로에 외부로부터의 제어신호에 따라 절환가능하게 설치되고, 절환시 선회모터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어하는 유량제어밸브와,
    상기 제1,2통로에 양단이 분기접속되고, 유압탱크로부터 상기 제1통로 또는제2통로측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제1,2체크밸브가 각각 설치되는 제1유로와,
    상기 제1유로와 병렬형을 이루어 상기 제1,2통로의 상류측에 양단이 분기접속되고, 상기 제1통로 또는 제2통로에서 유압탱크측으로 일방향으로의 작동유 이동을 허용하는 제3,4체크밸브가 각각 설치되는 제2유로와,
    상기 제3,4체크밸브사이의 제2유로에 일단이 접속되고 상기 유압모터에 타단이 접속되는 재생통로에 설치되며, 상기 상부 선회체의 선회시 상기 제1,2통로로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 저장하는 축압기와,
    상기 축압기와 유압모터사이의 재생통로에 설치되고, 굴삭기의 구동을 제어하는 조작레버의 조작량이 설정값을 초과할 경우, 상기 축압기로부터의 작동유를 상기 유압모터에 공급할 수 있도록 외부로부터의 제어신호에 의해 절환되어 상기 재생통로를 개방시키는 단속밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단속밸브로서 외부로부터 전기적 신호 입력에 따라 절환되어 상기 재생통로를 개폐시키는 솔레노이드밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 축압기의 압력이 설정값을 초과할 경우, 상기 축압기에 저장된 작동유를 상기 엔진 냉각팬에 연결되어 이를 구동시키는 유압모터에 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 엔진의 구동 회전수가 설정된 회전수 값에 미치지 못할 경우, 상기 축압기에 저장된 작동유를 상기 유압모터에 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 축압기의 상류측 재생통로의 압력을 검출하는 압력센서와,
    상기 압력센서에 의해 검출되는 압력값에 따른 제어신호값이 설정되며, 설정된 제어신호값에 의해 입구측 포트와 출구측 포트간의 압력 차를 가변 조정하는 가변 릴리프밸브를 구비하여,
    상기 상부 선회체의 선회시 상기 선회모터에 공급되는 작동유 압력이 설정값을 초과하지않도록 유지하며, 상기 제1,2통로로부터 유압탱크로 릴리프되는 고압의 작동유를 상기 축압기에 저장할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 선회 릴리프 에너지 회생장치.
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