WO2015093791A1 - 건설 기계의 폐회로 유압 시스템 - Google Patents

건설 기계의 폐회로 유압 시스템 Download PDF

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홍기환
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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 closed circuit hydraulic system of a construction machine, and more particularly, to a closed circuit hydraulic system of a construction machine for implementing a boosting function.
  • construction machinery such as excavators supply hydraulic oil to an actuator such as a hydraulic cylinder or a hydraulic motor to drive a work device such as a boom, an arm, a bucket, or an upper swing structure.
  • an actuator such as a hydraulic cylinder or a hydraulic motor to drive a work device such as a boom, an arm, a bucket, or an upper swing structure.
  • the driving direction of the work device is controlled by a main control valve (MCV). More specifically, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump is supplied to each of the actuators through a main control valve controlled in response to an operation signal of an operation unit such as a joystick or a pedal, whereby driving of each actuator is controlled.
  • MCV main control valve
  • a plurality of spools are provided inside the main control valve, and a plurality of actuators are connected to the outside thereof.
  • the operator uses a control unit, which is a flow request unit such as a joystick or a pedal, to set a required pressure value as a flow control signal.
  • a control unit which is a flow request unit such as a joystick or a pedal.
  • the required pressure value is provided to the main control valve and the pump control device, and the spool corresponding to the required pressure value is opened and closed in the main control valve, so that the working oil is provided to the actuator associated with the spool.
  • the boosting function in a construction machine is a function of increasing the pressure of the hydraulic system to increase the thrust of the cylinder, and is used when a large force is temporarily needed during the operation.
  • the boost button provided on the joystick or the like is pressed.
  • FIG. 1 is a view showing a hydraulic system of a construction machine having a conventional boosting function. A method of implementing a boosting function in a hydraulic system of a conventional construction machine will be described with reference to FIG. 1.
  • two main pumps 10 are provided in a hydraulic system of a conventional construction machine, and hydraulic oil discharged from the main pump 10 is provided to the main control valve 20.
  • the hydraulic oil is provided to an actuator (not shown) associated with the spool so that the actuator receiving the hydraulic oil performs a desired work.
  • a main relief valve 30 is provided between the discharge line 12 connecting the main pump 10 and the main control valve 20 to each other, and the shuttle valve 40 is parallel to the discharge line 12. Connected.
  • the main relief valve 30 is to set the desired maximum pressure, when the maximum pressure is formed in the hydraulic fluid in the hydraulic system serves to stabilize the maximum pressure of the hydraulic system by discharging a part of the hydraulic oil.
  • valve 70 connected to the pilot pump 60 is switched to open, and the pressure of the pilot pump 60 is maintained.
  • the set pressure of the main relief valve 30 rises, thereby increasing the pressure of the entire hydraulic system, thereby increasing the thrust or torque of each actuator.
  • a hydraulic pump is assigned to each actuator.
  • a total of seven hydraulic pumps are provided to drive a boom, an arm, a bucket, an upper swing body, a left and right traveling body, and an optional device.
  • the present invention is to solve the above problems, in a construction machine consisting of a closed circuit hydraulic system using a single variable relief valve to increase the thrust or torque of each actuator, such as a closed circuit of the construction machine can be easily implemented It is to provide a hydraulic system.
  • a closed circuit hydraulic system of a construction machine of the present invention for achieving the above object, in a closed circuit hydraulic system of a construction machine including a plurality of actuators and a plurality of hydraulic pumps for selectively supplying hydraulic oil to the plurality of actuators in both directions, A charge line selectively connected to a low pressure side hydraulic line returning from the actuator to the hydraulic pump, among hydraulic lines connecting the hydraulic pump and the actuator; A charge pump supplying a replenishment flow rate to the charge line; A variable relief valve for selectively changing a normal mode for limiting the pressure of the charge line below a certain pressure and a boost mode for limiting the pressure to a lower pressure than the normal mode; Characterized in that it comprises a.
  • the closed circuit hydraulic system of the construction machine includes: a pair of pilot check valves installed in parallel on the hydraulic line to receive a pilot signal from the high pressure side hydraulic line of the hydraulic line and to communicate the low pressure side hydraulic line with the charge line; It further includes.
  • the closed circuit hydraulic system of the construction machine the control unit for changing the set pressure of the variable relief valve; It further includes.
  • the closed-loop hydraulic system of the construction machine is provided on the charge line, and stores an excess flow rate among the supplementary flow rates discharged from the charge pump, or supplies an insufficient flow rate to the hydraulic line connecting the hydraulic pump and the actuator. Accumulator; It further includes.
  • the accumulator may include a first accumulator for storing surplus flow rate of the replenishment flow rate discharged from the charge pump in the normal mode or supplying an insufficient flow rate to the hydraulic line, and a replenishment flow rate discharged from the charge pump in the boost mode. And a second accumulator for storing an excess flow rate or supplying a flow rate insufficient for the hydraulic line, and having a discharge pressure smaller than that of the first accumulator.
  • the closed circuit hydraulic system of the construction machine includes: a direction switching valve controlled by a control unit such that a supplemental flow rate discharged from the charge pump is supplied to the first accumulator or the second accumulator; It further includes.
  • the boosting function is implemented in the closed-circuit hydraulic system of the present invention, it is not to increase the maximum pressure of the hydraulic system, but to increase the thrust or torque of each actuator by lowering the force acting in the direction opposite to the driving direction of the actuator. There is an advantage to improve the life of the parts.
  • FIG. 1 is a view showing a hydraulic system of a construction machine having a conventional boosting function.
  • FIG. 2 is a view showing a closed circuit hydraulic system of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a closed circuit hydraulic system of a construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 4 and 5 are views showing the operating state of the closed-circuit hydraulic system of the construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • control unit 600 directional control valve
  • FIG. 2 is a view showing a closed circuit hydraulic system of a construction machine according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2 will be described in detail the configuration of the closed-loop hydraulic system.
  • each of the plurality of actuators 110 including a boom, an arm, a bucket, an upper swinging body, a left and right traveling body, an optional device, and the like is connected to each of the plurality of hydraulic pumps 120 to form a closed circuit.
  • the flow rate and flow direction of the hydraulic oil supplied to each actuator 110 is a system controlled by the adjustment of the swash plate angle of each hydraulic pump 120, the charge line 100, the charge pump 200, variable relief valve 400, the pilot check valve 160, the control unit 500, and the like are configured.
  • the charge line 100 is a low pressure side hydraulic line 130 to return from the actuator 110 to the hydraulic pump 120 of the hydraulic line 130 connecting the hydraulic pump 120 and the actuator 110. And selectively connected to the hydraulic circuit 130 to supply the insufficient flow rate due to the difference in the cylinder area of the actuator 110 to the hydraulic line 130 or to discharge the excess flow rate of the hydraulic line 130 due to the characteristics of the closed-loop hydraulic system. do.
  • the charge pump 200 discharges a replenishment flow rate to supply the charge line 100, and the variable relief valve 400 operates the construction machine in a normal mode or a boost mode. Optionally change the mode.
  • variable relief valve 400 limits the pressure of the charge line 100 to a predetermined pressure or less when the construction machine is operated in a normal mode, and according to an embodiment of the present invention, The variable relief valve 400 is operated at a pressure of approximately 20bar to 30bar.
  • variable relief valve 400 changes the set pressure to a pressure lower than the set pressure of the normal mode to implement a boost mode.
  • variable relief valve 400 is the operating direction of the cylinder or hydraulic motor for operating each actuator 110 Step by lowering the pressure acting in the opposite direction to increase the thrust of the cylinder or the torque of the hydraulic motor to implement a boost function, in accordance with an embodiment of the present invention the variable relief valve 400 in the boost mode is less than approximately 10bar pressure It works as
  • the pair of pilot check valves 160 are connected in parallel to the hydraulic line 130, and receive a pilot signal from the high pressure side hydraulic line 130 of the hydraulic line 130 to connect the low pressure side hydraulic line 130. It is connected to the charge line 100.
  • the low pressure side hydraulic line 130 of the charge line 100 and the hydraulic line 130 may maintain the same pressure according to the set pressure of the variable relief valve 400.
  • the controller 500 changes the set pressure of the variable relief valve 400 according to a control signal generated when an operator operates an operation unit such as a joystick or a pedal. That is, when the operator wants to change from the normal mode to the boost mode, the controller 500 controls the variable relief valve 400 according to the boost operation of the operator.
  • FIG. 3 is a view showing a closed circuit hydraulic system of a construction machine according to another embodiment of the present invention. Referring to Figure 3 will be described in detail with respect to the configuration of the closed-loop hydraulic system, the description of the same configuration as the closed-loop hydraulic system according to an embodiment of the present invention will be omitted.
  • the closed-circuit hydraulic system further includes an accumulator 300, a directional valve 600, and the like, as shown in FIG. 3, and the accumulator 300 includes the charge line 100. It is provided on the) to store the surplus flow rate of the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200, or to supply the flow rate insufficient to the hydraulic line (130).
  • the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200 is supplied to the accumulator 300, and the surplus flow rate of the replenishment flow rate supplied to the accumulator 300 is the tank T through the variable relief valve 400.
  • the charge line 100 is maintained at the set pressure of the variable relief valve 400.
  • the accumulator 300 includes a first accumulator 310 and a second accumulator 320, and the supplementary flow rate discharged from the charge pump 200 in the normal mode is the first accumulator 310.
  • the supplementary flow rate discharged from the charge pump 200 in the boosting mode is supplied to the second accumulator 320.
  • the first accumulator 310 stores the surplus flow rate of the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200 in the normal mode, or supplies the flow rate insufficient to the hydraulic line 130, and the second accumulator 320.
  • the accumulator 300 may be operated at a high pressure.
  • the accumulator 310 is divided into a low pressure second accumulator 320, and the control unit 500 lowers the set pressure of the variable relief valve 400 in the boost mode and simultaneously discharges the discharge from the charge pump 200.
  • the flow rate is supplied to the second accumulator 320.
  • the directional valve 600 controls the flow direction of the replenishment flow rate so that the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200 is supplied to the first accumulator 310 or the second accumulator 320, the control unit 500 controls the divert valve 600.
  • control unit 500 sets the set pressure of the variable relief valve 400 to approximately 20 bar to 30 bar, which is a preset pressure, and sets the supplementary flow rate discharged from the charge pump 200 to the first pressure.
  • the directional valve 600 is controlled to be supplied to the accumulator 310.
  • the controller 500 sets the set pressure of the variable relief valve 400 to less than approximately 10 bar lower than a preset pressure, and sets the supplementary flow rate discharged from the charge pump 200 to the second accumulator.
  • the direction switching valve 600 is controlled to supply to 320.
  • 4 and 5 are views showing the operating state of the closed-circuit hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention. 4 and 5 will be described in detail the operation process for implementing the boost function in the closed-loop hydraulic system.
  • FIG 4 is a view illustrating a state in which the cylinder of the actuator 110 extends when the closed-loop hydraulic system is operated in a normal mode.
  • the controller 500 controls the directional valve 600 to connect the charge pump 200 and the first accumulator 310, and the variable relief valve 400.
  • the variable relief valve 400 is controlled to operate at a predetermined pressure of approximately 20 bar to 30 bar.
  • the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200 is supplied to the first accumulator 310, the surplus flow rate is discharged to the tank (T) through the variable relief valve 400, the charge line 100 Is maintained at the set pressure of the variable relief valve 400.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 120 is supplied to the head of the cylinder, and the discharge line 140 of the hydraulic line 130 is provided by the cylinder load. High pressure is formed.
  • the high-pressure pilot signal formed on the discharge line 140 side operates the check valve 160 connected to the low-pressure supply line 150 of the hydraulic line 130 of the pair of check valves 160 to supply the supply line.
  • the charge line 100 and the charge line 100 are connected to each other so that the charge line 100 and the supply line 150 maintain the same pressure.
  • the maximum thrust force of the cylinder of the actuator 110 is a value obtained by subtracting the force of the cylinder rod side from the force of the cylinder head side.
  • FIG. 5 is a view illustrating a state in which the cylinder of the actuator 110 extends when the closed-loop hydraulic system is operated in a boost mode.
  • the control unit 500 when changing from the normal mode to the boost mode in order to temporarily exert a large force, the control unit 500 connects the charge pump 200 and the second accumulator 320 to the direction change valve. And control the variable relief valve 400 so that the set pressure of the variable relief valve 400 operates below a lower pressure of approximately 10 bar, which is a preset pressure.
  • the replenishment flow rate discharged from the charge pump 200 is supplied to the second accumulator 320, the surplus flow rate is discharged to the tank (T) through the variable relief valve 400, the charge line 100 Is maintained at a set pressure lower than the predetermined pressure of the variable relief valve 400.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 120 is supplied to the head of the cylinder, and the discharge line 140 of the hydraulic line 130 is provided by the cylinder load. High pressure is formed.
  • the high-pressure pilot signal formed on the discharge line 140 side operates the check valve 160 connected to the low-pressure supply line 150 of the hydraulic line 130 of the pair of check valves 160 to supply the supply line.
  • the charge line 100 and the charge line 100 are connected to each other so that the charge line 100 and the supply line 150 maintain a pressure equal to a set pressure lower than a preset pressure of the variable relief valve 400. Done.
  • the maximum thrust force of the cylinder of the actuator 110 is a value obtained by subtracting the force of the cylinder rod side from the force of the cylinder head side.
  • the force acting on the cylinder head side in the normal mode and the boost mode is the same, but the cylinder in the boost mode The force acting on the rod side is reduced to realize the boost function.
  • variable relief valve 400 has a boosting function that increases the thrust of the cylinder by lowering the pressure acting in the direction opposite to the extending direction of the cylinder for operating each actuator 110, that is, the force acting on the cylinder rod side.
  • FIG. 4 and 5 illustrate an example in which the actuator 110 is provided as a cylinder while explaining the implementation of the boosting function in the closed-circuit hydraulic system according to the exemplary embodiment of the present invention, the actuator 110 It is obvious that the closed-circuit hydraulic system of the present invention works even when the hydraulic motor is provided.
  • the accumulator 300 is divided into a first accumulator 310 and a second accumulator 320, and a direction for controlling the flow direction of the flow rate discharged from the charge pump 200.
  • the switching valve 600 is provided, a key feature of the present invention is that the pressure acting in the direction opposite to the operating direction of the cylinder or hydraulic motor of each actuator 110 by varying the set pressure of the variable relief valve 400 Since it is possible to implement a boost function by lowering the voltage, it is obvious that a single accumulator can be used, and there is no need to include a directional valve.

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Abstract

본 발명은 복수개의 액츄에이터와 상기 복수개의 액츄에이터에 양방향으로 선택적으로 작동유를 공급하는 복수개의 유압 펌프를 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 관한 것으로서, 상기 유압 펌프와 상기 액츄에이터를 연결하는 유압 라인 중 상기 액츄에이터로부터 상기 유압 펌프로 귀환하는 저압 측 유압 라인과 선택적으로 연결되는 차지 라인, 상기 차지 라인에 보충 유량을 공급하는 차지 펌프, 상기 차지 라인의 압력을 일정 압력 이하로 제한하는 일반 모드(normal mode)와 상기 일반 모드보다 낮은 압력으로 제한하는 승압 모드(boost mode)를 선택적으로 변경시키는 가변 릴리프 밸브를 포함한다. 따라서, 폐회로 유압 시스템을 가지는 건설 기계에서 승압 기능을 구현하고자 하는 경우 유압 시스템을 단순화하여 부품 및 비용을 절감할 수 있고, 부품의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

건설 기계의 폐회로 유압 시스템
본 발명은 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 승압 기능을 구현하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 건설 기계는 유압 실린더나 유압 모터 등의 액츄에이터에 작동유를 공급하여 붐, 아암, 버켓 또는 상부 선회체 등의 작업 장치를 구동시킨다.
이때, 상기 작업 장치의 구동 방향은 메인 컨트롤 밸브(MCV, Main Control Valve)에 의해 제어된다. 보다 구체적으로, 유압 펌프로부터 토출되는 작동유는 조이스틱 또는 페달 등의 조작부의 작업 신호에 대응하여 제어되는 메인 컨트롤 밸브를 통해 상기 각 액츄에이터에 공급됨으로써, 각 액츄에이터의 구동이 제어된다.
즉, 메인 컨트롤 밸브의 내부에는 복수의 스풀(spool)이 구비되고, 외부에는 복수의 액츄에이터가 연결되는데, 작업자가 조이스틱 또는 페달 등의 유량 요구 유닛인 조작부를 이용하여 유량 제어 신호인 요구 압력값을 발생시키면 그 요구 압력값은 메인 컨트롤 밸브와 펌프 제어 장치에 제공되고, 메인 컨트롤 밸브 내에서 요구 압력값에 대응되는 스풀이 개폐됨으로서, 작동유는 해당 스풀과 연계된 액츄에이터에 제공된다.
한편, 굴삭기와 같은 건설 기계에서의 승압 기능은 유압 시스템의 압력을 높여 실린더의 추력을 상승시키는 기능으로서, 작업 도중에 일시적으로 큰 힘이 필요한 경우에 이용한다.
예를 들면, 채석장에서 상대적으로 작은 크기의 석재를 굴착하는 도중에 갑자기 큰 바위를 굴착하거나, 버켓에 평상시보다 많은 양의 흙을 담아야 하는 경우가 있는데, 이때에는 일시적으로 큰 힘을 발휘하기 위하여 승압 기능을 구현하기 위하여 조이스틱 등에 마련된 승압 버튼을 누르게 된다.
도 1은 종래 승압 기능을 갖는 건설 기계의 유압 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 종래 건설 기계의 유압 시스템에서 승압 기능을 구현하는 방식에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 건설 기계의 유압 시스템에서 메인 펌프(10)는 두 개 마련되고, 상기 메인 펌프(10)에서 토출되는 작동유는 메인 컨트롤 밸브(20)에 제공된다. 상기 메인 컨트롤 밸브(20)의 특정한 스풀이 작동되면, 해당 스풀과 연계된 액츄에이터(미도시)에 작동유가 제공되어 작동유를 제공받은 액츄에이터는 소망하는 일을 수행하게 된다.
그리고, 상기 메인 펌프(10)와 메인 컨트롤 밸브(20)를 서로 연결하는 토출 라인(12) 사이에는 메인 릴리프 밸브(30)가 마련되고, 셔틀 밸브(40)는 상기 토출 라인(12)에 병렬 연결된다.
여기서, 상기 메인 릴리프 밸브(30)는 소망하는 최대 압력이 설정되는 것으로서, 유압 시스템에서 작동유에 최대 압력이 형성되면 작동유의 일부를 배출시켜 유압 시스템의 최대 압력을 안정시키는 작용을 한다.
이러한 유압 시스템에서 승압 기능을 구현하기 위하여 작업자가 조이스틱(50) 등에 부착된 버튼을 조작하면, 파일럿 펌프(60)에 연결된 밸브(70)가 절환되어 개방되고, 파일럿 펌프(60)의 압력이 메인 릴리프 밸브(30)에 추가되어 메인 릴리프 밸브(30)의 설정 압력이 상승함으로써 전체 유압 시스템의 압력이 상승하고, 이로 인하여 각 액츄에이터의 추력 또는 토크가 상승하게 된다.
한편, 상술한 전통적인 건설 기계의 유압 시스템에서, 작동유는 메인 컨트롤 밸브를 통과하면서 압력 손실을 포함하여 약 55%의 에너지 손실이 발생한다. 이러한 이유로 최근에는 메인 컨트롤 밸브를 삭제하고, 복수의 액츄에이터 각각에 유압 펌프를 직접 연결하여 폐회로를 구성하고, 유압 펌프의 사판각을 조절하여 액츄에이터에 공급되는 작동유의 흐름 방향을 제어하기 위한 시스템이 개발되고 있다.
이러한 폐회로 유압 시스템으로 구성된 건설 기계에서는 각 액츄에이터 별로 유압 펌프가 할당된다. 예를 들어 별도의 방향 전환 밸브 등을 사용하지 않는 경우 붐, 아암, 버켓, 상부 선회체, 좌우 주행체 및 옵션 장치 등의 구동을 위하여 총 7개의 유압 펌프가 마련된다.
그러나, 폐회로 유압 시스템으로 구성된 건설 기계에 승압 기능을 구현하기 위해서는 기존의 유압 시스템에 적용되는 것과 마찬가지로 모든 펌프에 각각 릴리프 밸브가 구비되어야 하고, 복수의 릴리프 밸브를 제어하기 위한 제어 신호가 증가한다. 이로 인하여, 부품 및 비용의 과다한 상승과 유압 시스템의 복잡성을 야기한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐회로 유압 시스템으로 구성된 건설기계에서 1개의 가변 릴리프 밸브를 사용하여 각 액츄에이터의 추력 또는 토크 등을 상승시키는 승압 기능을 용이하게 구현할 수 있는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은, 복수개의 액츄에이터와 상기 복수개의 액츄에이터에 양방향으로 선택적으로 작동유를 공급하는 복수개의 유압 펌프를 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 있어서, 상기 유압 펌프와 상기 액츄에이터를 연결하는 유압 라인 중 상기 액츄에이터로부터 상기 유압 펌프로 귀환하는 저압 측 유압 라인과 선택적으로 연결되는 차지 라인; 상기 차지 라인에 보충 유량을 공급하는 차지 펌프; 상기 차지 라인의 압력을 일정 압력 이하로 제한하는 일반 모드(normal mode)와 상기 일반 모드보다 낮은 압력으로 제한하는 승압 모드(boost mode)를 선택적으로 변경시키는 가변 릴리프 밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은, 상기 유압 라인 중 고압 측 유압 라인으로부터 파일럿 신호를 받아 저압 측 유압 라인을 상기 차지 라인과 연통시키도록 상기 유압 라인에 병렬로 설치된 한 쌍의 파일럿 체크 밸브; 를 더 포함한다.
그리고, 상기 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은, 상기 가변 릴리프 밸브의 설정 압력을 변경하는 제어부; 를 더 포함한다.
그리고, 상기 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은, 상기 차지 라인 상에 마련되고, 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나, 상기 유압 펌프와 상기 액츄에이터를 연결하는 유압 라인에 부족한 유량을 공급하는 어큐뮬레이터; 를 더 포함한다.
또한, 상기 어큐뮬레이터는, 상기 일반 모드에서 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나 상기 유압 라인에 부족한 유량을 공급하는 제1어큐뮬레이터와, 상기 승압 모드에서 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나 상기 유압 라인에 부족한 유량을 공급하며, 상기 제1어큐뮬레이터보다 작은 토출 압력을 가지는 제2어큐뮬레이터를 포함하는 것 특징으로 한다.
그리고, 상기 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은, 상기 차지 펌프로부터 토출되는 보충 유량이 상기 제1어큐뮬레이터 또는 상기 제2어큐뮬레이터로 공급되도록 제어부에 의하여 제어되는 방향 전환 밸브; 를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 폐회로 유압 시스템으로 구성된 건설기계에서 1개의 가변 릴리프 밸브를 사용하여 각 액츄에이터의 추력 또는 토크 등을 상승시키는 승압 기능을 구현할 수 있고, 이로 인하여 유압 시스템을 단순화하여 부품 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 폐회로 유압 시스템에서 승압 기능을 구현하는 경우 유압 시스템의 최고 압력을 높이는 것이 아니라, 액츄에이터의 구동 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘을 낮춰 각 액츄에이터의 추력 또는 토크 등을 상승시키는 것이므로, 부품의 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 승압 기능을 갖는 건설 기계의 유압 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
*부호의 설명*
100: 차지 라인 110: 액츄에이터
120: 유압 펌프 130: 유압 라인
160: 체크밸브 200: 차지 펌프
300: 어큐뮬레이터 310: 제1어큐뮬레이터
320: 제2어큐뮬레이터 400: 가변 릴리프 밸브
500: 제어부 600: 방향 전환 밸브
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 상기 폐회로 유압 시스템의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
상기 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은 붐, 아암, 버켓, 상부 선회체, 좌우 주행체 및 옵션 장치 등을 포함하는 복수개의 액츄에이터(110) 각각이 복수개의 유압펌프(120) 각각에 연결되어 폐회로를 구성하며, 각 액츄에이터(110)에 공급되는 작동유의 유량 및 흐름 방향은 각 유압 펌프(120)의 사판각의 조절에 의해 제어되는 시스템으로서, 차지 라인(100), 차지 펌프(200), 가변 릴리프 밸브(400), 파일럿 체크 밸브(160), 제어부(500) 등을 포함하여 구성된다.
상기 차지 라인(100)은 상기 유압 펌프(120)와 상기 액츄에이터(110)를 연결하는 유압 라인(130) 중 상기 액츄에이터(110)로부터 상기 유압 펌프(120)로 귀환하는 저압 측 유압 라인(130)과 선택적으로 연결되는 것으로서, 폐회로 유압 시스템의 특성상 상기 액츄에이터(110)의 실린더 면적 차에 의한 부족 유량을 상기 유압 라인(130)에 공급하거나, 상기 유압 라인(130)의 잉여 유량을 배출하는 역할을 한다.
상기 차지 펌프(200)는 보충 유량을 토출하여 상기 차지 라인(100)에 공급하고, 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 상기 건설 기계를 일반 모드(normal mode) 또는 승압 모드(boost mode)로 작동하도록 선택적으로 모드를 변경시킨다.
즉, 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 건설 기계가 일반 모드(normal mode)로 작동할 시 상기 차지 라인(100)의 압력을 일정 압력 이하로 제한하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 일반 모드에서 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 대략 20bar 내지 30bar의 압력으로 작동된다.
한편, 굴삭기 등의 건설 기계가 채석장에서 상대적으로 작은 크기의 석재를 굴착하는 도중에 갑자기 큰 바위를 갑작스럽게 굴착하거나, 버켓에 평상시보다 많은 양의 흙을 담아야 하는 경우가 있는데, 이때에는 일시적으로 큰 힘을 발휘하기 위하여 승압 기능을 구현하도록 하는 조이스틱 등에 마련된 승압 버튼을 누르게 된다.
이때 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 상기 차지 라인(100)을 일반 모드의 설정 압력보다 낮은 압력으로 설정 압력을 변경하여 승압 모드(boost mode)를 구현한다.
즉, 상기 차지 라인(100)은 상기 유압 라인(130) 중 저압 측 유압 라인(130)에 연결되는데, 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 각 액츄에이터(110)를 작동시키는 실린더나 유압 모터의 작동 방향과 반대 방향으로 작용하는 압력을 낮춰 실린더의 추력이나 유압 모터의 토크를 증가시킴으로써 승압 기능을 구현하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 승압 모드에서 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 대략 10bar 미만의 압력으로 작동된다.
상기 한 쌍의 파일럿 체크 밸브(160)는 상기 유압 라인(130)에 병렬 연결되는 것으로서, 상기 유압 라인(130) 중 고압 측 유압 라인(130)의 파일럿 신호를 받아 저압 측 유압 라인(130)을 상기 차지 라인(100)에 연결시킨다.
따라서, 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력에 따라 상기 차지 라인(100)과 상기 유압 라인(130) 중 저압 측 유압 라인(130)은 동일한 압력을 유지하게 된다.
상기 제어부(500)는 작업자가 조이스틱이나 페달 등의 조작부를 조작하는 경우 발생하는 제어 신호에 따라 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력을 변경한다. 즉, 작업자가 일반 모드에서 승압 모드로 변경하고자 할 경우 상기 제어부(500)는 작업자의 승압 조작에 따라 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 상기 폐회로 유압 시스템의 구성에 대하여 상세히 설명하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐회로 유압 시스템과 동일한 구성에 대하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폐회로 유압 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이 어큐뮬레이터(300) 및 방향 전환 밸브(600) 등을 더 포함하여 구성되며, 상기 어큐뮬레이터(300)는 상기 차지 라인(100) 상에 마련되어 상기 차지 펌프(200)로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나, 상기 유압 라인(130)에 부족한 유량을 공급한다.
즉, 상기 차지 펌프(200)에서 토출된 보충 유량은 상기 어큐뮬레이터(300)로 공급되고, 상기 어큐뮬레이터(300)로 공급된 보충 유량 중 잉여 유량은 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 통하여 탱크(T)로 배출됨으로써 상기 차지 라인(100)은 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력으로 유지된다.
구체적으로, 상기 어큐뮬레이터(300)는 제1어큐뮬레이터(310) 및 제2어큐뮬레이터(320)를 포함하여 구성되며, 일반 모드 시 상기 차지 펌프(200)에서 토출되는 보충 유량은 상기 제1어큐뮬레이터(310)로 공급되고, 승압 모드 시 상기 차지 펌프(200)에서 토출되는 보충 유량은 제2어큐뮬레이터(320)로 공급된다.
즉, 상기 제1어큐뮬레이터(310)는 일반 모드에서 상기 차지 펌프(200)로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나, 상기 유압 라인(130)에 부족한 유량을 공급하고, 상기 제2어큐뮬레이터(320)는 승압 모드에서 상기 차지 펌프(200)로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나, 상기 유압 라인(130)에 부족한 유량을 공급하며, 상기 제1어큐뮬레이터(310)보다 작은 토출 압력을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 일반 모드에서 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력이 승압 모드에서 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력보다 높으므로, 상기 어큐뮬레이터(300)를 고압의 제1어큐뮬레이터(310)와 저압의 제2어큐뮬레이터(320)로 구분하고, 상기 제어부(500)는 승압 모드 시 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력을 낮춤과 동시에 상기 차지 펌프(200)로부터 토출되는 보충 유량을 상기 제2어큐뮬레이터(320)로 공급한다.
상기 방향 전환 밸브(600)는 상기 차지 펌프(200)로부터 토출되는 보충 유량이 상기 제1어큐뮬레이터(310) 또는 상기 제2어큐뮬레이터(320)로 공급되도록 상기 보충 유량의 흐름 방향을 제어하며, 상기 제어부(500)는 상기 방향 전환 밸브(600)를 제어한다.
구체적으로, 일반 모드 시 상기 제어부(500)는 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력을 기 설정된 압력인 대략 20bar 내지 30bar로 설정하고, 상기 차지 펌프(200)에서 토출되는 보충 유량을 상기 제1어큐뮬레이터(310)로 공급하도록 상기 방향 전환 밸브(600)를 제어한다.
반면, 승압 모드 시 상기 제어부(500)는 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력을 기 설정된 압력보다 낮은 대략 10bar 미만으로 설정하고, 상기 차지 펌프(200)에서 토출되는 보충 유량을 상기 제2어큐뮬레이터(320)로 공급하도록 상기 방향 전환 밸브(600)를 제어한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 폐회로 유압 시스템에서 승압 기능을 구현하는 작동 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 상기 폐회로 유압 시스템이 일반 모드(normal mode)로 작동 시 상기 액츄에이터(110)의 실린더가 신장하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 일반 모드 시 상기 제어부(500)는 상기 차지 펌프(200)와 상기 제1어큐뮬레이터(310)를 연결하도록 상기 방향 전환 밸브(600)를 제어하고, 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력이 기 설정된 압력인 대략 20bar 내지 30bar로 작동하도록 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 제어한다.
이때 상기 차지 펌프(200)에서 토출된 보충 유량은 상기 제1어큐뮬레이터(310)로 공급되고, 잉여 유량은 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 통하여 탱크(T)로 배출되며, 상기 차지 라인(100)은 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력으로 유지된다.
그리고 일반 모드에서 상기 액츄에이터(110)의 실린더가 신장하는 경우, 상기 유압 펌프(120)의 토출 유량은 실린더의 헤드 측으로 공급되며, 실린더 부하에 의해 상기 유압 라인(130) 중 토출 라인(140) 측에는 고압이 형성된다.
상기 토출 라인(140) 측에 형성된 고압의 파일럿 신호는 상기 한 쌍의 체크 밸브(160) 중 유압 라인(130) 중 저압의 공급 라인(150)과 연결된 체크 밸브(160)를 작동시켜 상기 공급 라인(150)과 상기 차지 라인(100)을 연결시키고, 이로 인하여 상기 차지 라인(100)과 상기 공급 라인(150)은 동일한 압력을 유지하게 된다.
이때 상기 액츄에이터(110)의 실린더의 최대 추력은 실린더 헤드 측의 힘에서 실린더 로드 측의 힘을 뺀 값이 된다.
도 5는 상기 폐회로 유압 시스템이 승압 모드(boost mode)로 작동 시 상기 액츄에이터(110)의 실린더가 신장하는 상태를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 일시적으로 큰 힘을 발휘하기 위하여 일반 모드에서 승압 모드로 변경하는 경우 상기 제어부(500)는 상기 차지 펌프(200)와 상기 제2어큐뮬레이터(320)를 연결하도록 상기 방향 전환 밸브(600)를 제어하고, 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력이 기 설정된 압력인 보다 낮은 압력인 대략 10bar 미만으로 작동하도록 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 제어한다.
이때 상기 차지 펌프(200)에서 토출된 보충 유량은 상기 제2어큐뮬레이터(320)로 공급되고, 잉여 유량은 상기 가변 릴리프 밸브(400)를 통하여 탱크(T)로 배출되며, 상기 차지 라인(100)은 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 기 설정된 압력보다 낮은 설정 압력으로 유지된다.
그리고 승압 모드에서 상기 액츄에이터(110)의 실린더가 신장하는 경우, 상기 유압 펌프(120)의 토출 유량은 실린더의 헤드 측으로 공급되며, 실린더 부하에 의해 상기 유압 라인(130) 중 토출 라인(140) 측에는 고압이 형성된다.
상기 토출 라인(140) 측에 형성된 고압의 파일럿 신호는 상기 한 쌍의 체크 밸브(160) 중 유압 라인(130) 중 저압의 공급 라인(150)과 연결된 체크 밸브(160)를 작동시켜 상기 공급 라인(150)과 상기 차지 라인(100)을 연결시키고, 이로 인하여 상기 차지 라인(100)과 상기 공급 라인(150)은 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 기 설정된 압력보다 낮은 설정 압력과 동일한 압력을 유지하게 된다.
이때 상기 액츄에이터(110)의 실린더의 최대 추력은 실린더 헤드 측의 힘에서 실린더 로드 측의 힘을 뺀 값이 되는데, 일반 모드와 승압 모드 시 실린더 헤드 측에 작용하는 힘은 동일하나, 승압 모드 시 실린더 로드 측에 작용하는 힘이 감소함으로써 승압 기능을 구현하게 된다.
즉, 상기 가변 릴리프 밸브(400)는 각 액츄에이터(110)를 작동시키는 실린더의 신장 방향과 반대 방향으로 작용하는 압력 즉, 실린더 로드 측에 작용하는 힘을 낮춤으로써 실린더의 추력을 증가하는 승압 기능을 구현한다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 폐회로 유압 시스템에서 실린더가 신장하는 경우 일반 모드 또는 승압 모드를 설명하였으나, 실린더가 수축하는 경우에는 반대로 실린더의 수축 방향과 반대 방향으로 작용하는 압력 즉, 실린더 헤드 측에 작용하는 힘을 낮춤으로써 실린더의 추력을 증가하는 승압 기능을 구현할 수 있다.
그리고, 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 폐회로 유압 시스템에서의 승압 기능 구현을 설명하면서, 상기 액츄에이터(110)가 실린더로 마련되는 예를 들었으나, 상기 액츄에이터(110)가 유압 모터로 마련되는 경우에도 본 발명의 폐회로 유압 시스템은 동일하게 작동함은 자명한 사항이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 어큐뮬레이터(300)를 제1어큐뮬레이터(310)와 제2어큐뮬레이터(320)로 구분하고, 상기 차지 펌프(200)에서 토출되는 유량의 흐름 방향을 제어하는 방향 전환 밸브(600)가 구비되어 있으나, 본 발명의 핵심적인 특징은 상기 가변 릴리프 밸브(400)의 설정 압력을 가변함으로써 각 액츄에이터(110)의 실린더 또는 유압 모터의 작동 방향과 반대 방향으로 작용하는 압력을 낮추어 승압 기능을 구현하는 것이므로, 단일의 어큐뮬레이터를 사용할 수 있고 이때에는 방향 전환 밸브를 구비하지 않아도 됨은 자명한 사항이다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 복수개의 액츄에이터와 상기 복수개의 액츄에이터에 양방향으로 선택적으로 작동유를 공급하는 복수개의 유압 펌프를 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 있어서,
    상기 유압 펌프와 상기 액츄에이터를 연결하는 유압 라인 중 상기 액츄에이터로부터 상기 유압 펌프로 귀환하는 저압 측 유압 라인과 선택적으로 연결되는 차지 라인;
    상기 차지 라인에 보충 유량을 공급하는 차지 펌프;
    상기 차지 라인의 압력을 일정 압력 이하로 제한하는 일반 모드(normal mode)와 상기 일반 모드보다 낮은 압력으로 제한하는 승압 모드(boost mode)를 선택적으로 변경시키는 가변 릴리프 밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 라인 중 고압 측 유압 라인으로부터 파일럿 신호를 받아 저압 측 유압 라인을 상기 차지 라인과 연통시키도록 상기 유압 라인에 병렬로 설치된 한 쌍의 파일럿 체크 밸브; 를 더 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 릴리프 밸브의 설정 압력을 변경하는 제어부; 를 더 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차지 라인 상에 마련되고, 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나, 상기 유압 펌프와 상기 액츄에이터를 연결하는 유압 라인에 부족한 유량을 공급하는 어큐뮬레이터; 를 더 포함하는 건설기계의 폐회로 유압 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터는,
    상기 일반 모드에서 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나 상기 유압 라인에 부족한 유량을 공급하는 제1어큐뮬레이터와,
    상기 승압 모드에서 상기 차지 펌프로부터 토출된 보충 유량 중 잉여 유량을 저장하거나 상기 유압 라인에 부족한 유량을 공급하며, 상기 제1어큐뮬레이터보다 작은 토출 압력을 가지는 제2어큐뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차지 펌프로부터 토출되는 보충 유량이 상기 제1어큐뮬레이터 또는 상기 제2어큐뮬레이터로 공급되도록 제어부에 의하여 제어되는 방향 전환 밸브; 를 더 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
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