WO2017094986A1 - 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법 Download PDF

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주춘식
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic system and a hydraulic control method of a construction machine. More specifically, the present invention relates to a hydraulic system and a hydraulic control method of a construction machine for controlling a boom cylinder for raising and lowering a boom of a construction machine.
  • Construction machinery such as excavators may use hydraulic cylinders to raise and lower the front work equipment. For example, by rotating the hydraulic pump using engine power, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump flows into the boom cylinder through the main control valve and raises the boom while the stroke of the boom cylinder is generated. Meanwhile, when the boom is lowered, hydraulic oil may be discharged from the boom cylinder to the drain tank through the main control valve by the weight of the front work device. In such a boom lowering operation, since the potential energy of the front work device is not utilized effectively and is discarded, a technology for recovering and recycling this by an appropriate method has been developed.
  • One object of the present invention is to provide a hydraulic system of a construction machine having a boom energy regeneration device capable of increasing the hourly workload of the construction machine.
  • Another object of the present invention is to provide a hydraulic control method using the hydraulic system of the above-described construction machine.
  • Hydraulic system of a construction machine is a boom cylinder for operating the boom of the construction machine, the hydraulic oil from the hydraulic pump to the boom head hydraulic line and boom rod hydraulic line
  • a main control valve having a boom control spool for selectively supplying the boom head chamber and the boom load chamber of the boom cylinder, and connected to the boom head chamber of the boom cylinder via a hydraulic regeneration line to regenerate energy of the boom cylinder
  • a regeneration device installed at the hydraulic regeneration line, the regeneration valve unit having a discharge control valve for controlling a flow rate of the working oil flowing through the hydraulic regeneration line, and connected to the main control valve and the regeneration valve unit. Control and drain the hydraulic fluid through the regeneration device in the boom down mode.
  • a control unit for lowering the boom at a first speed and controlling the lowering of the boom at a second speed greater than the first speed by discharging hydraulic fluid through the regeneration device and the main control valve in a boom down high speed mode.
  • control unit may include a control valve for applying a pilot signal pressure for opening and closing the discharge control valve.
  • control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve.
  • the regeneration valve unit may further include a check valve installed in the hydraulic regeneration line in front of the discharge control valve.
  • the regeneration valve unit may be installed in a connection line connecting the hydraulic regeneration line and the boom load chamber to supply a portion of the hydraulic oil discharged through the hydraulic regeneration line to the boom load chamber of the boom cylinder. It may further include an on-off valve for selectively supplying.
  • the hydraulic system of the construction machine is provided between the operation unit for operating the boom and the main control valve to bypass the control pressure from the operation unit to be transmitted to the main control valve.
  • the valve may further include.
  • control unit may control to open the discharge control valve in the boom down low speed mode and block the control pressure from the operation unit from being transferred to the boom control spool.
  • control unit may open the discharge control valve in the boom down high speed mode and control the control pressure from the operation unit to be transferred to the boom control spool.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber may be discharged to the drain tank via the boom head hydraulic line and the boom control spool.
  • the regeneration device may include a hydraulic motor connected to the hydraulic regeneration line, and the hydraulic motor may be connected to a drive shaft of an engine and provide rotational force to the hydraulic pump.
  • the regeneration device may further include an accumulator connected to the hydraulic regeneration line.
  • the hydraulic system of the construction machine may further include an on / off valve installed at the hydraulic regeneration line connected to the accumulator to selectively supply hydraulic oil to the accumulator.
  • the hydraulic control method of a construction machine it is determined whether to use the boom down high speed mode of the regeneration mode for recovering the boom energy of the construction machine. If the boom down high speed mode is not selected, the hydraulic fluid is discharged from the boom head chamber through a regeneration device connected to the boom head chamber of the boom cylinder by a hydraulic regeneration line to lower the boom at the first speed.
  • the hydraulic oil is discharged from the boom head chamber through the regeneration device and the hydraulic oil is discharged from the boom head chamber through a main control valve connected to the boom head chamber of the boom cylinder by a boom head hydraulic line. Ejecting and lowering the boom at a second speed greater than the first speed.
  • determining whether to use the boom down high speed mode includes selecting one of the regeneration mode from a boom down low speed mode and the boom down high speed mode, and the method includes: When the down low speed mode is selected, the control pressure from the operation unit for operating the boom may include blocking the transmission of the boom control spool of the main control valve.
  • blocking the transfer of the control pressure from the operation unit to the main control valve may include blocking a bypass valve provided between the operation unit and the main control valve.
  • the method may include transferring control pressure from an operation unit for operating the boom to the boom control spool of the main control valve when the boom down high speed mode is selected.
  • discharging the working oil from the boom head chamber through the regeneration device may include opening a discharge control valve installed in the hydraulic regeneration line.
  • the regeneration device may include an accumulator and a hydraulic motor connected to the hydraulic regeneration line.
  • the method may further include blocking hydraulic oil from being supplied to the accumulator in the boom down high speed mode.
  • the method may further include shutting off the hydraulic regeneration line and transferring the control pressure from the operation unit to the boom control spool of the main control valve when the boom down normal mode is selected.
  • the hydraulic system and the hydraulic control method of the construction machine it is possible to improve the fuel economy by recovering the boom energy through the regeneration device when the boom lowers to reduce the fuel consumption.
  • the productivity can be maximized in a work in which the boom raising and lowering operations are repeated (for example, a loading operation).
  • FIG. 1 is a side view showing a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram when the boom down low speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a hydraulic circuit diagram illustrating a case where a boom down high speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 6 is a hydraulic circuit diagram when the boom down low speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a hydraulic circuit diagram illustrating a case where a boom down high speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a hydraulic control method of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, and / or parts, it is obvious that these members, parts, regions, and / or parts should not be limited by these terms. Do. These terms are only used to distinguish one member, part, region or part from another region or part. Thus, the first member, part, region, or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • top or “above” and “bottom” or “bottom” may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements described above. Thus, the exemplary term “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the figure. If the component faces in the other direction (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein may be interpreted accordingly.
  • 1 is a side view showing a construction machine according to exemplary embodiments.
  • 2 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • 3 is a hydraulic circuit diagram when the boom down low speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 2.
  • 4 is a hydraulic circuit diagram illustrating a case where a boom down high speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 2.
  • the construction machine 10 is mounted on the lower traveling body 20, the upper swinging body 30 mounted on the lower traveling body 20 so as to be pivotable, and the upper swinging body 30.
  • the cab 50 and the front work device 60 may be installed.
  • the lower traveling body 20 may support the upper swinging structure 30 and drive the construction machine 10 such as an excavator by using the power generated by the engine 100.
  • the lower travel body 20 may be a crawler type travel body including a crawler.
  • the lower traveling body 20 may be a wheel-type traveling body including traveling wheels.
  • the upper swing body 30 has an upper frame 32 as a base, and can rotate on a plane parallel to the ground on the lower traveling body 20 to set a working direction.
  • the cab 50 may be installed at the left front portion of the upper frame 32, and the front work device 60 may be mounted at the front portion of the upper frame 32.
  • the front work device 60 may include a boom 70, an arm 80, and a bucket 90.
  • a boom cylinder 72 for controlling the movement of the boom 70 may be installed between the boom 70 and the upper frame 32.
  • An arm cylinder 82 may be installed between the boom 70 and the arm 80 to control the movement of the arm 80.
  • a bucket cylinder 92 for controlling the movement of the bucket 90 may be installed between the arm 80 and the bucket 90.
  • the boom cylinder 72, the arm cylinder 82, and the bucket cylinder 92 extend or contract, the boom 70, the arm 80, and the bucket 90 can implement various movements, and the front work device 60 ) Can do many things.
  • the boom cylinder 72, the arm cylinder 82 and the bucket cylinder 92 may be extended or contracted by the hydraulic oil supplied from the hydraulic pumps (200, 202).
  • an energy regeneration system for regenerating boom energy discharged from the boom cylinder 72 when the boom 70 is lowered may be provided.
  • the regeneration valve unit 400 having a plurality of valves may form part of the energy regeneration system.
  • the energy regeneration system accumulates the high-pressure hydraulic oil discharged from the boom cylinder 72 when accumulating the boom 70 to the accumulator 500 or rotates the hydraulic motor 510 to assist the output of the engine. Can be.
  • a hydraulic system of a construction machine includes at least one hydraulic pump 200, 202 connected to an engine 100, at least one actuator for operating the front work device. (72, 82, 92), the main control valve (MCV) 300 is installed in the flow path between the hydraulic pump and the actuator to control the operation of the actuator, a regeneration device for regenerating the energy of the front work device, And a control unit 600 for controlling the operation of the front work device.
  • MCV main control valve
  • the engine 100 may include a diesel engine as a driving source of construction machinery such as an excavator.
  • At least one hydraulic pump 200 or 202 may be connected to the engine 100 through a power take-off (PTO).
  • PTO power take-off
  • a pilot pump and additional hydraulic pumps may be connected to the engine 100. Therefore, power from the engine 100 can be transmitted to the hydraulic pumps 200 and 202 and the pilot pump.
  • the hydraulic pumps 200 and 202 may be connected to the main control valve 300 through the hydraulic line 210.
  • the main control valve 300 may receive hydraulic oil from the hydraulic pumps 200 and 202 through the hydraulic line 210 and supply the hydraulic fluid to the actuators such as the boom cylinder 72, the arm cylinder 82, the bucket cylinder 92, and the like. have.
  • the main control valve 300 may be connected to a plurality of actuators including the boom cylinder 72, the arm cylinder 82, and the bucket cylinder 92 through the high pressure hydraulic line 220, respectively. Therefore, each of the actuators such as the boom cylinder, the arm cylinder and the bucket cylinder can be driven by the hydraulic pressure of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pumps 200 and 202.
  • the boom control spool 310 may be connected to the boom head chamber 72a and the boom load chamber 72b of the boom cylinder 72 via the boom head hydraulic line 222 and the boom rod hydraulic line 224, respectively. Can be. Therefore, the boom control spool 310 can be switched to selectively supply the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 200 to the boom head chamber 72a and the boom load chamber 72b.
  • the hydraulic oil driving the actuator may be returned to the drain tank T through the return hydraulic line 212.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a when the boom is lowered is passed through the boom control spool 310 through the boom control spool 310 to the drain tank T. Can be discharged.
  • the hydraulic oil from the boom load chamber 72b may be discharged to the drain tank T via the boom control spool 310 through the boom rod hydraulic line 224.
  • the hydraulic system of the construction machine is installed in the hydraulic regeneration line 230 connected to the boom head chamber 72a to control the supply of hydraulic oil to the regeneration device. It may include.
  • the regeneration valve unit may include an emission control valve 410, a check valve 420, and an open / close valve 430, but is not limited thereto, and may include various valves suitable for an energy regeneration system.
  • the hydraulic regeneration line 230 may be connected to the boom head chamber 72a.
  • the hydraulic line from the boom lock valve 76 may branch off from the boom head hydraulic line 222 and the hydraulic regeneration line 230.
  • the discharge control valve 410 may be installed in the hydraulic regeneration line 230 and control the flow rate of the working oil flowing through the hydraulic regeneration line 230.
  • the check valve 420 may be installed in the hydraulic regeneration line 230 in front of the discharge control valve 410 to selectively open and close the hydraulic regeneration line 230 to hold the boom 70.
  • the opening / closing valve 240 is installed in the connection line 240 connecting the hydraulic regeneration line 230 and the boom load chamber 72b to supply a part of the hydraulic oil discharged through the hydraulic regeneration line 230 to the boom cylinder 72. It can supply selectively to the boom load chamber 72b.
  • control unit 600 may output a pilot signal pressure to the regeneration valve unit according to the selected control mode to control the supply of hydraulic oil to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230. have.
  • the control unit 600 includes a selector for selecting a control mode, a controller for applying an electric signal according to the selected control mode, and first to third control for outputting a pilot signal pressure corresponding to the applied electric signal. Valves may be included.
  • the first control valve may apply a pilot signal pressure corresponding to the electric signal applied from the controller to the discharge control valve 410.
  • the first control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPRV).
  • the pilot signal pressure output from the first control valve is supplied to the left port of the discharge control valve 410 to switch to the right direction in the drawing of FIG. 2, thereby opening the hydraulic regeneration line 230.
  • the displacement control valve 410 may have an opening area through which a flow rate passes depending on the position of the control spool. Therefore, the discharge control valve 410 may control the opening and closing operation of the hydraulic regeneration line 230 and the flow rate passing therethrough.
  • the second control valve may apply a pilot signal pressure corresponding to the electrical signal applied from the controller to the check valve 420.
  • the second control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPRV).
  • the pilot signal pressure output from the second control valve may be supplied to the check valve 420 to open the hydraulic regeneration line 230.
  • the check valve 420 may be a pilot-operated check valve opened by the pilot signal pressure.
  • the third control valve may apply a pilot signal pressure corresponding to the electric signal applied from the controller to the on / off valve 430.
  • the third control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPRV).
  • the pilot signal pressure output from the third control valve is supplied to the left port of the on / off valve 430 and switched to the right direction in the drawing of FIG. 2, thereby opening the connection line 240.
  • the boom rod chamber 72b is connected to the hydraulic regeneration line 230 through the connection line 240, thereby reducing the insufficient flow rate due to the area difference between the head side and the rod side of the boom cylinder 72 when the boom is lowered. It can supply to the boom load chamber 72b of the boom cylinder 72.
  • the regeneration device may regenerate energy using high pressure hydraulic oil discharged from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 when the boom 70 is lowered.
  • the regeneration device may include an accumulator 500 and a hydraulic motor 510.
  • One end of the hydraulic regeneration line 230 may be branched and connected to the accumulator 500 and the hydraulic motor 510, respectively.
  • the accumulator 500 may store high pressure hydraulic oil discharged from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 when the boom is lowered.
  • An on / off valve 502 may be installed in the hydraulic regeneration line 230 connected to the accumulator 500 to control supply / discharge of hydraulic oil to / from the accumulator 500.
  • control unit may include a fourth control valve for outputting a pilot signal pressure corresponding to the applied electric signal, and the fourth control valve may apply the pilot signal pressure to the on / off valve 502. .
  • the fourth control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPRV).
  • the pilot signal pressure output from the fourth control valve may switch the on / off valve 502 to block supply / discharge of hydraulic oil to / from the accumulator 500.
  • the hydraulic motor 510 is connected to the drive shaft of the engine 100 and may provide rotational force to the hydraulic pump by assisting the engine output.
  • the hydraulic motor 510 may be connected to the drive shaft of the engine 100 through a power transmission device (PTO) having a constant gear ratio.
  • PTO power transmission device
  • the main control valve 300 may include a hydraulic control valve.
  • the boom control spool 310 may be controlled by a pilot pressure proportional to the amount of operation of the operation unit 52.
  • the pilot hydraulic oil discharged from the pilot pump to pass through the operation unit 52 may be supplied to the boom control spool 310 through control flow paths in proportion to the operation amount. Therefore, since the displacement of the boom control spool 310 occurs in proportion to the pilot pressure of the pilot oil, the hydraulic oil from the hydraulic pump 200 may be supplied to the boom cylinder 72 via the boom control spool 310.
  • the control unit is provided in the control passages between the operation unit 52 and the main control valve 300 to block the control pressure (pilot pressure) from the operation unit 52 to be transmitted to the main control valve 300. It may include a bypass valve 610.
  • the bypass valve 610 may include an on / off valve.
  • control unit includes a fifth control valve for outputting a pilot signal pressure corresponding to the applied electrical signal, wherein the fifth control valve is configured to apply the pilot signal pressure to the bypass valve 610.
  • the fifth control valve may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPRV).
  • EPPRV electromagnetic proportional pressure reducing valve
  • the pilot signal pressure output from the fifth control valve switches the bypass valve 610 to open and close the control flow paths, thereby selectively transferring the pilot pressure from the operation unit 52 to the boom control spool 310. Can be blocked by
  • the selector of the control unit may output a selection signal according to a control mode determined by the operator's selection or control logic to the controller.
  • the selector may select any one of a control mode among a boom down normal mode, a boom down low speed mode, and a boom down high speed mode, and output a corresponding selection signal to the controller.
  • the selector may determine the control mode through information input through a user interface such as a selection switch.
  • the selector may automatically determine the control mode, including control logic to determine the control mode by calculating the operation pattern information of the operator.
  • the control unit may adjust the pilot signal pressure according to the boom down low speed mode.
  • the hydraulic regeneration line 230 may be opened by applying the discharge control valve 410, the check valve 420, and the on / off valve 430.
  • the control unit may apply a pilot signal pressure to the bypass valve 610 to block the transfer of the pilot pressure from the operation unit 52 to the boom control spool 310 of the main control valve 300.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down low speed mode can be supplied to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230 to recover the potential energy of the boom.
  • the boom control spool 310 is the boom of the operation unit 52. Without switching by the falling signal, the working oil from the boom head chamber 72a does not flow along the boom head hydraulic line 222. Accordingly, the hydraulic oil discharged from the boom cylinder 72 in the boom down low speed mode may be discharged to the drain tank T through the hydraulic motor 510 of the regeneration device.
  • the control unit may adjust the pilot signal pressure according to the boom down high speed mode.
  • the hydraulic regeneration line 230 may be opened by applying the discharge control valve 410, the check valve 420, and the on / off valve 430.
  • the control unit may open the bypass valve 610 so that the pilot pressure from the operation unit 52 may be transmitted to the boom control spool 310 of the main control valve 300.
  • the control unit may block the supply of hydraulic oil to the accumulator 500 by applying the pilot signal pressure to the on-off valve 502 of the accumulator 500.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down high speed mode is supplied to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230 and the main control valve through the boom head hydraulic line 222. It is supplied to the boom control spool 310 of 300 may recover the potential energy of the boom.
  • the hydraulic oil discharged from the boom cylinder 72 in the boom down high speed mode is discharged to the drain tank T through the hydraulic motor 510 of the regeneration device and discharged to the drain tank T through the main control valve 300. Can be.
  • the flow path area through which the hydraulic oil can pass in the boom down high speed mode may be larger than the boom down low speed mode. Accordingly, the boom 70 may descend at the first speed V1 in the boom down low speed mode and descend at a second speed V2 greater than the first speed V1 in the boom down high speed mode. Therefore, the amount of work per unit time of the boom 70 in the boom down high speed mode can be increased.
  • the boom energy may be recovered through the regeneration device to reduce fuel consumption to improve fuel economy.
  • the productivity can be maximized in a work in which the boom raising and lowering operations are repeated (for example, a loading operation).
  • control unit closes the hydraulic regeneration line 230 through the hydraulic regeneration line 230 Supply to the regeneration device can be blocked.
  • control unit may open the bypass valve 610 so that the pilot pressure from the operation unit 52 may be transmitted to the boom control spool 310 of the main control valve 300.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down normal mode may be supplied to the boom control spool 310 of the main control valve 300 through the boom head hydraulic line 222. have.
  • the hydraulic oil discharged from the boom cylinder 72 in the boom down normal mode may be discharged to the drain tank T through the main control valve 300.
  • the hydraulic regeneration line 230 is closed so that the hydraulic oil from the boom head chamber 72a is not supplied to the regeneration device.
  • FIG. 5 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 6 is a hydraulic circuit diagram when the boom down low speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a hydraulic circuit diagram illustrating a case where a boom down high speed mode is selected in the hydraulic system of FIG. 5.
  • the hydraulic system is substantially the same as or similar to the hydraulic system of the construction machine described with reference to FIGS. 2 to 4 except that it includes an electrohydraulic control valve. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components are omitted.
  • the main control valve 300 may include an electrohydraulic control valve.
  • the boom control spool 310 may be controlled by electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 that output secondary pressure (pilot pressure) proportional to an external pressure command signal (control current signal).
  • control unit receives an electrical signal proportional to the operator's operation amount from the operation unit 52, and outputs the pressure command signal (control current signal) to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 to correspond to the electrical signal, respectively. can do.
  • the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 may output the secondary pressure proportional to the pressure command signal to the boom control spool 310 to control the boom control spool with an electrical signal.
  • a pair of electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 may be provided at both sides of the boom control spool 310, respectively.
  • the electromagnetic proportional pressure reducing valve supplies a secondary pressure proportional to the pressure command signal to the boom control spool, and displacement of the boom control spool occurs in proportion to the secondary pressure. Accordingly, the hydraulic oil from the hydraulic pump 200 may be supplied to the boom cylinder 72 via the boom control spool 310.
  • the control unit may include a controller for applying a pressure command signal (for example, a control current signal) as an electric signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 of the main control valve 300 according to the selected control mode.
  • the control unit may selectively apply a pressure command signal corresponding to the electric signal input from the operation unit 52 to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 of the main control valve 300.
  • the control unit does not apply the pressure command signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 according to the selected control mode, so that the control pressure (pilot pressure) from the operation unit 52 is changed to the main control valve 300. You can block it from passing through.
  • the control unit discharges the pilot signal pressure according to the selected control mode.
  • the hydraulic regeneration line 230 may be opened by applying to the control valve 410, the check valve 420, and the on / off valve 430.
  • the control unit does not apply the pressure command signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312, so that the pilot pressure from the operation unit 52 is transmitted to the boom control spool 310 of the main control valve 300. Can be blocked.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down low speed mode is supplied to the regeneration device via the hydraulic regeneration line 230 to recover the potential energy of the boom, while the main control valve Since the boom control spool 310 of 300 does not operate, the hydraulic oil from the boom head chamber 72a does not flow along the boom head hydraulic line 222.
  • the working oil may be discharged to the drain tank through the hydraulic motor of the regeneration device.
  • the control unit discharges the pilot signal pressure according to the selected control mode.
  • the hydraulic regeneration line 230 may be opened by applying to the control valve 410, the check valve 420, and the on / off valve 430.
  • the control unit may apply the pressure command signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 312 so that the pilot pressure from the operation unit 52 is transmitted to the boom control spool 310 of the main control valve 300. have.
  • the control unit may block the supply of the hydraulic oil to the accumulator 500 by applying the pilot signal pressure to the on-off valve 502.
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down high speed mode is supplied to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230 and the main control valve through the boom head hydraulic line 222. It is supplied to the boom control spool 310 of 300 may recover the potential energy of the boom.
  • the working oil may be discharged to the drain tank through the hydraulic motor 510 of the regeneration device and discharged to the drain tank T through the main control valve 300.
  • the hydraulic oil When the hydraulic oil is discharged from the boom cylinder 72 by the weight of the front work device, it is discharged through the regeneration device in the boom down low speed mode and discharged through the regeneration device and the main control valve in the boom down high speed mode. do. Therefore, the flow path area through which hydraulic fluid can pass in the boom down high speed mode is larger than in the boom down high speed mode. Accordingly, the boom 70 may descend at the first speed V1 in the boom down high speed mode and descend at a second speed V2 greater than the first speed V1 in the boom down high speed mode.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a hydraulic control method of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • one of the boom down low speed mode and the boom down high speed mode is selected from the regeneration mode for recovering the boom energy of the construction machine (S100, S110).
  • control mode may be determined by operator selection or control logic.
  • the control mode may include a boom down normal mode, a boom down low speed mode, and a boom down high speed mode.
  • control mode may be determined based on information input by the operator through a user interface such as a selection switch.
  • control unit can automatically determine the control mode, including control logic that can calculate the operator's manipulation pattern information to determine the control mode.
  • control pressure from the operation unit 52 may be selectively transmitted to the main control valve 300 according to the selected control mode, and the hydraulic regeneration line 230 may be selectively opened and closed.
  • the control pressure from the operation unit 52 may control the boom of the main control valve 300.
  • the transmission to the spool 310 may be blocked (S200), the discharge control valve 410, the check valve 420, and the opening / closing valve 430 may be switched to open the hydraulic regeneration line 230 (S300).
  • the boom 70 may be lowered while the hydraulic oil from the boom cylinder 72 is supplied to the regeneration device connected to the hydraulic regeneration line 230 (S400).
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 is supplied to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230 to recover the potential energy of the boom, and the main control valve 300 Since the boom spool 310 of () does not operate, the hydraulic oil from the boom head chamber 72a does not flow along the boom head hydraulic line 222.
  • the working oil may be discharged to the drain tank through the hydraulic motor of the regeneration device.
  • the control pressure from the operation unit 52 may control the boom of the main control valve 300.
  • the spool 310 may be transmitted (S210), and the hydraulic regeneration line 230 may be opened by switching the discharge control valve 410, the check valve 420, and the opening / closing valve 430 (S310). Subsequently, the hydraulic oil from the boom cylinder 72 may be supplied to the regeneration device connected to the hydraulic regeneration line 230 and the main control valve 300 connected to the boom head hydraulic line 222 while the boom 70 may be lowered ( S410).
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 is supplied to the regeneration device through the hydraulic regeneration line 230 and the main control valve 300 through the boom head hydraulic line 222. It is supplied to the boom control spool 310 of) can recover the potential energy of the boom.
  • the working oil may be discharged to the drain tank through the hydraulic motor 510 of the regeneration device and discharged to the drain tank T through the main control valve 300.
  • the boom 70 may descend at the first speed V1 in the boom down high speed mode and descend at a second speed V2 greater than the first speed V1 in the boom down high speed mode.
  • the control pressure from the operation unit 52 may control the boom of the main control valve 300. Transfer to the spool 310 (S220), by switching the discharge control valve 410, check valve 420 and the opening and closing valve 430 may be closed the hydraulic regeneration line 230 (S320). Subsequently, the boom 70 may be lowered while the hydraulic oil from the boom cylinder 72 is supplied to the main control valve 300 connected to the boom head hydraulic line 222 (S420).
  • the hydraulic oil from the boom head chamber 72a of the boom cylinder 72 in the boom down normal mode may be supplied to the boom control spool 310 of the main control valve 300 through the boom head hydraulic line 222. have.
  • the hydraulic oil discharged from the boom cylinder 72 in the boom down normal mode may be discharged to the drain tank T through the main control valve 300.
  • the hydraulic regeneration line 230 is closed so that the hydraulic oil from the boom head chamber 72a is not supplied to the regeneration device.
  • construction machine 20 lower traveling body
  • control panel 60 work device
  • boom control spool 312 electronic proportional pressure reducing valve

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Abstract

건설기계의 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더, 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브, 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치, 상기 유압 재생 라인에 설치되며 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛, 및 상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법
본 발명은 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 건설기계의 붐을 승하강 시키는 붐 실린더를 제어하기 위한 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 관한 것이다.
굴삭기와 같은 건설기계는 프론트 작업 장치를 상하로 승하강 시키기 위하여 유압 실린더를 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔진 동력을 사용하여 유압 펌프를 회전시켜, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 메인컨트롤밸브를 거쳐 붐 실린더로 유입되고 상기 붐 실린더의 스트로크가 발생하면서 붐을 상승시킬 수 있다. 한편, 붐을 하강 시에는, 상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 상기 붐 실린더로부터 작동유가 상기 메인컨트롤밸브를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다. 이러한 붐 하강 동작에 있어서, 상기 프론트 작업 장치가 가지는 위치 에너지를 유효하게 활용하지 못하고 버려지기 때문에, 이를 적절한 방법으로 회수하여 재활용하고자 하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명의 일 과제는 건설기계의 시간당 작업량을 증가시킬 수 있는 붐 에너지 재생 장치를 갖는 건설기계의 유압 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 건설기계의 유압 시스템을 사용한 유압 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더, 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브, 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치, 상기 유압 재생 라인에 설치되며 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛, 및 상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 배출량 제어 밸브를 개폐시키기 위한 파일럿 신호압을 인가하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 밸브는 전자비례감압밸브일수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 배출량 제어 밸브의 전방의 상기 유압 재생 라인에 설치되는 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 유압 재생 라인과 상기 붐 로드 챔버를 연결하는 연결 라인에 설치되어 상기 유압 재생 라인을 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 붐 실린더의 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 상기 붐을 조작하는 조작부와 상기 메인컨트롤밸브 사이에 구비되어 상기 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브로 전달되는 것을 차단하기 위한 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 저속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 헤드 챔버로부터의 작동유는 상기 붐 헤드 유압라인과 상기 붐 제어 스풀을 거쳐 드레인 탱크로 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 엔진의 구동축에 연결되며 상기 유압 펌프에 회전력을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 어큘뮬레이터를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 상기 어큐뮬레이터에 연결된 상기 유압 재생 라인에 설치되어 작동유를 상기 어큐뮬레이터로 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법에 있어서, 건설기계의 붐 에너지를 회수하기 위한 재생모드 중에서 붐 다운 고속모드의 사용 여부를 결정한다. 상기 붐 다운 고속모드가 선택되지 않은 경우, 유압 재생 라인에 의해 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시킨다. 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키고 붐 헤드 유압라인에 의해 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 메인컨트롤밸브를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시킨다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드의 사용 여부를 결정하는 것은 상기 재생모드 중에서 붐 다운 저속모드 및 상기 붐 다운 고속모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함하고, 상기 방법은, 상기 붐 다운 저속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브로 전달하는 것을 차단하는 것은 상기 조작부와 상기 메인컨트롤밸브 사이에 구비된 바이패스 밸브를 차단하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키는 것은 상기 유압 재생 라인에 설치된 배출량 제어 밸브를 개방시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 회생 라인에 연결된 어큐뮬레이터 및 유압 모터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 어큐뮬레이터로 작동유가 공급되는 것을 차단하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 붐 다운 통상모드가 선택된 경우, 상기 유압 재생 라인을 차단하고 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 있어서, 붐 하강 시에 재생 장치를 통해 붐 에너지를 회수하여 연료 소비량을 감소시켜 연비를 개선할 수 있다. 또한, 붐 하강 속도를 빠르게 하여 단위 시간당 작업량을 증가시켜 생산성을 개선시킬 수 있다. 특히, 붐 상승 및 하강 작업이 반복되는 작업(예를 들면, 상차 작업)에서 생산성을 극대화시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 3은 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다.
도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 6은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다.
도 7은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역 또는 부분을 다른 영역 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 장치의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 장치가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수 개를 조합하여 구성할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계를 나타내는 측면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 3은 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다. 도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 건설기계(10)는 하부 주행체(20), 하부 주행체(20) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(30), 및 상부 선회체(30)에 설치된 운전실(50)과 프론트 작업 장치(60)를 포함할 수 있다.
하부 주행체(20)는 상부 선회체(30)를 지지하고, 엔진(100)에서 발생한 동력을 이용하여 굴삭기와 같은 건설기계(10)를 주행시킬 수 있다. 하부 주행체(20)는 무한궤도를 포함하는 무한궤도식 타입의 주행체일 수 있다. 이와 다르게, 하부 주행체(20)는 주행 휠들을 포함하는 휠 타입의 주행체일 수 있다. 상부 선회체(30)는 베이스로서의 상부 프레임(32)을 구비하고, 하부 주행체(20) 상에서 지면과 평행한 평면 상에서 회전하여 작업 방향을 설정할 수 있다. 운전실(50)은 상부 프레임(32)의 좌측 전방부에 설치되고, 프론트 작업 장치(60)는 상부 프레임(32)의 전방부에 장착될 수 있다.
프론트 작업 장치(60)는 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)을 포함할 수 있다. 붐(70)과 상부 프레임(32) 사이에는 붐(70)의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더(72)가 설치될 수 있다. 붐(70)과 암(80) 사이에는 암(80)의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더(82)가 설치될 수 있다. 그리고, 암(80)과 버켓(90) 사이에는 버켓(90)의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더(92)가 설치될 수 있다. 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 프론트 작업장치(60)는 여러가지 작업을 수행할 수 있다. 이 때, 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)는 유압 펌프(200, 202)로부터 공급되는 작동유에 의해 신장 또는 수축될 수 있다.
한편, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 배출되는 붐 에너지를 재생하기 위한 에너지 재생 시스템이 구비될 수 있다. 복수 개의 밸브들을 갖는 재생 밸브 유닛(400)은 상기 에너지 재생 시스템의 일부를 구성할 수 있다.
이러한 에너지 재생 시스템은 후술하는 바와 같이, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 토출된 고압의 작동유를 어큐뮬레이터(500)에 축압하거나 유압 모터(510)를 회전시켜 엔진의 출력을 보조할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템은 엔진(100)에 연결된 적어도 하나의 유압 펌프(200, 202), 상기 프론트 작업 장치를 작동시키기 위한 적어도 하나의 엑추에이터(72, 82, 92), 상기 유압 펌프와 상기 엑추에이터 사이의 유로에 설치되어 상기 엑추에이터의 동작을 제어하는 메인컨트롤밸브(MCV)(300), 상기 프론트 작업 장치의 에너지를 재생하기 위한 재생 장치, 및 상기 프론트 작업 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 유닛(600)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 엔진(100)은 굴삭기와 같은 건설기계의 구동원으로서 디젤 엔진을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 유압펌프(200, 202)는 동력전달장치(Power take-off, PTO)를 통하여 엔진(100)에 연결될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 파일럿 펌프 및 추가적인 유압펌프들이 엔진(100)에 연결될 수 있다. 따라서, 엔진(100)으로부터의 동력은 유압펌프(200, 202) 및 상기 파일럿 펌프에 전달될 수 있다.
유압펌프(200, 202)는 유압라인(210)을 통하여 메인컨트롤밸브(300)에 연결될 수 있다. 메인컨트롤밸브(300)는 유압라인(210)을 통하여 유압펌프(200, 202)로부터 작동유를 공급받아 붐 실린더(72), 암 실린더(82), 버켓 실린더(92) 등과 같은 상기 엑추에이터로 공급할 수 있다.
메인컨트롤밸브(300)는 고압유압라인(220)을 통하여 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버킷 실린더(92)를 포함하는 복수 개의 액추에이터들에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 상기 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와 같은 액추에이터들 각각은 유압 펌프(200, 202)로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.
예를 들면, 붐 제어 스풀(310)은 붐 헤드 유압라인(222) 및 붐 로드유압라인(224)을 통해 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 붐 제어 스풀(310)은 절환되어 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있다.
상기 엑추에이터를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인(212)을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 붐 다운 통상모드에서, 붐 하강 시에 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)를 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 또한, 붐 상승 시에 붐 로드 챔버(72b)로부터의 작동유는 붐 로드 유압라인(224)을 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결된 유압 재생 라인(230)에 설치되어 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어하기 위한 재생 밸브 유닛(400)을 포함할 수 있다. 상기 재생 밸브 유닛은 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않고, 에너지 재생 시스템에 적합한 다양한 밸브들을 포함할 수 있다.
유압 재생 라인(230)은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결될 수 있다. 붐 로크 밸브(76)로부터의 유압 라인은 붐 헤드 유압라인(222)과 유압 재생 라인(230)으로부터 분기될 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)에 설치되며 유압 재생 라인(230)을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어할 수 있다. 체크 밸브(420)는 붐(70)을 홀딩(holding)하기 위하여 배출량 제어 밸브(410) 전방의 유압 재생 라인(230)에 설치되어 유압 재생 라인(230)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 개폐 밸브(240)는 유압 재생 라인(230)과 붐 로드 챔버(72b)를 연결하는 연결 라인(240)에 설치되어 유압 재생 라인(230)을 통해 배출되는 작동유의 일부를 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 유닛(600)은 선택된 제어 모드에 따라 파일럿 신호압을 상기 재생 밸브 유닛에 출력하여 유압 재생 라인(230)을 통한 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어할 수 있다.
제어 유닛(600)은 제어 모드를 선택하기 위한 선택부, 상기 선택된 제어 모드에 따라 전기 신호를 인가하는 제어부, 및 상기 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제1 내지 제3 제어 밸브들을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410)에 인가할 수 있다. 상기 제1 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제1 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 배출량 제어 밸브(410)의 좌측 포트에 공급되어 도 2의 도면상 우측 방향으로 절환시킴으로써, 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 제어 스풀의 위치에 따라 유량이 통과될 개도 면적이 가변될 수 있다. 따라서, 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)의 개폐 동작 및 통과하는 유량을 제어할 수 있다.
상기 제2 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 체크 밸브(420)에 인가할 수 있다. 상기 제2 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제2 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 체크 밸브(420)에 공급되어 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 체크 밸브(420)는 상기 파일럿 신호압에 의해 개방되는 파일럿 조작 체크 밸브(pilot-operated check valve)일 수 있다.
상기 제3 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 개폐 밸브(430)에 인가할 수 있다. 상기 제3 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제3 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 개폐 밸브(430)의 좌측 포트에 공급되어 도 2의 도면상 우측 방향으로 절환시킴으로써, 연결 라인(240)을 개방시킬 수 있다. 이에 따라, 붐 로드 챔버(72b)는 연결 라인(240)을 통해 유압 재생 라인(230)에 연결됨으로써, 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 헤드측과 로드측 사이의 면적 차이에 의한 부족 유량을 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 공급할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 붐(70)이 하강할 때 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출된 고압의 작동유를 이용하여 에너지를 재생할 수 있다. 상기 재생 장치는 어큐뮬레이터(500) 및 유압 모터(510)를 포함할 수 있다. 유압 재생 라인(230)의 일단은 분기되어 어큐뮬레이터(500)와 유압 모터(510)에 각각 연결될 수 있다.
어큐뮬레이터(500)는 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출되는 고압의 작동유를 저장할 수 있다. 어큐뮬레이터(500)에 연결된 유압 재생 라인(230)에는 개폐 밸브(502)가 설치되어 어큐뮬레이터(500)로/로부터의 작동유의 공급/배출을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어 유닛은 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제4 제어 밸브를 포함하고, 상기 제4 제어 밸브는 상기 파일럿 신호압을 개폐 밸브(502)에 인가할 수 있다. 상기 제4 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제4 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 개폐 밸브(502)를 전환시켜 어큐뮬레이터(500)로/로부터의 작동유의 공급/배출을 차단할 수 있다.
유압 모터(510)는 엔진(100)의 구동축에 연결되며 엔진 출력을 보조하여 상기 유압 펌프에 회전력을 제공할 수 있다. 유압 모터(510)는 일정한 기어비를 갖는 동력전달장치(PTO)를 통하여 엔진(100)의 구동축에 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 메인컨트롤밸브(300)는 유압식 컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 붐 제어 스풀(310)은 조작부(52)의 조작량에 비례하는 파일럿 압력에 의해 제어될 수 있다.
구체적으로, 작업자가 조작부(52)를 조작함에 따라, 조작량에 비례하도록 상기 파일럿 펌프로부터 토출되어 조작부(52)를 통과하는 파일럿 작동유가 제어 유로들을 통해 붐 제어 스풀(310)에 공급될 수 있다. 따라서, 상기 파일럿 작동유의 파일럿 압력에 비례하여 붐 제어 스풀(310)의 변위가 발생하므로 유압 펌프(200)로부터의 작동유는 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 붐 실린더(72)에 공급될 수 있다.
상기 제어 유닛은 조작부(52)와 메인컨트롤밸브(300) 사이의 상기 제어 유로들에 구비되어 조작부(52)로부터의 제어 압력(파일럿 압력)이 메인컨트롤밸브(300)로 전달되는 것을 차단하기 위한 바이패스 밸브(610)를 포함할 수 있다. 바이패스 밸브(610)는 개폐 밸브를 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제어 유닛은 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제5 제어 밸브를 포함하고, 상기 제5 제어 밸브는 파일럿 신호압을 바이패스 밸브(610)에 인가할 수 있다. 상기 제5 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제5 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 바이패스 밸브(610)를 절환하여 상기 제어 유로들을 개폐하고, 이에 따라 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 선택적으로 차단할 수 있다.
상기 제어 유닛의 상기 선택부는 작업자의 선택 또는 제어 로직에 의해 결정된 제어 모드에 따른 선택 신호를 상기 제어부로 출력할 수 있다. 상기 선택부는 붐 다운 통상모드, 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드 중 어느 하나의 제어 모드를 선택하고 이에 따른 선택 신호를 상기 제어부로 출력할 수 있다.
예를 들면, 상기 선택부는 선택 스위치와 같은 유저 인터페이스를 통해 입력된 정보를 통해 제어 모드를 결정할 수 있다. 이와 다르게, 상기 선택부는 작업자의 조작 패턴 정보를 연산하여 제어 모드를 결정할 수 있는 제어 로직을 포함하여 상기 제어 모드를 자동으로 결정할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 저속모드고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 저속모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 바이패스 밸브(610)에 인가하여 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단시킬 수 있다.
따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 한편, 바이패스 밸브(610)에 의해 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)에 공급되지 않으므로 붐 제어 스풀(310)은 조작부(52)의 상기 붐 하강 신호에 의해 절환되지 않고, 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 이에 따라, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 고속모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 고속모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 바이패스 밸브(610)를 개방시켜, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 어큐뮬레이터(500)의 개폐 밸브(502)에 인가하여 어큐뮬레이터(500)로 작동유가 공급되는 것을 차단할 수 있다.
따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 클 수 있다. 따라서, 붐(70)은 상기 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 상기 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다. 따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐(70)의 단위 시간당 작업량을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 건설기계의 유압 시스템에 있어서, 붐 하강 시에 상기 재생 장치를 통해 붐 에너지를 회수하여 연료 소비량을 감소시켜 연비를 개선할 수 있다. 또한, 붐 하강 속도를 빠르게 하여 단위 시간당 작업량을 증가시켜 생산성을 개선시킬 수 있다. 특히, 붐 상승 및 하강 작업이 반복되는 작업(예를 들면, 상차 작업)에서 생산성을 극대화시킬 수 있다.
한편, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 통상모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 유압 재생 라인(230)을 폐쇄시켜 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되는 것을 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 바이패스 밸브(610)를 개방시켜, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급될 수 있다. 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 한편, 유압 재생 라인(230)은 폐쇄되어 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 상기 재생 장치에 공급되지 않게 된다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 6은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다. 도 7은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다. 상기 유압 시스템은 전자유압식 컨트롤밸브를 포함하는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 건설기계의 유압 시스템과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명을 생략한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 예시적인 실시예들에 있어서, 메인컨트롤밸브(300)는 전자유압식 컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 붐 제어 스풀(310)은 외부의 압력지령 신호(제어전류 신호)에 비례하는 2차 압력(파일럿 압력)을 출력하는 전자비례감압밸브들(312)에 의해 제어될 수 있다.
구체적으로, 제어 유닛은 조작부(52)로부터 작업자의 조작량에 비례하는 전기 신호를 수신하고, 상기 전기 신호에 대응하도록 전자비례감압밸브들(312)로 상기 압력지령 신호(제어전류 신호)를 각각 출력할 수 있다. 전자비례감압밸브들(312)은 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 붐 제어 스풀(310)에 출력함으로써, 전기적 신호로 상기 붐 제어 스풀을 제어할 수 있다.
한 쌍의 전자비례감압밸브들(312)이 붐 제어 스풀(310)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 상기 전자비례감압밸브는 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 붐 제어 스풀로 공급하고, 2차 압력에 비례하여 상기 붐 제어 스풀의 변위가 발생하게 된다. 이에 따라, 유압펌프(200)로부터의 작동유는 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 붐 실린더(72)에 공급될 수 있다.
상기 제어 유닛은 선택된 제어 모드에 따라 전기 신호로서의 압력지령 신호(예를 들면, 제어전류 신호)를 메인컨트롤밸브(300)의 전자비례감압밸브들(312)로 인가하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 조작부(52)로부터 입력되는 전기 신호에 상응하는 압력지령 신호를 메인컨트롤밸브(300)의 전자비례감압밸브들(312)로 선택적으로 인가할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 선택된 제어 모드에 따라 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하지 않음으로써, 조작부(52)로부터의 제어 압력(파일럿 압력)이 메인컨트롤밸브(300)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 저속모드고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 선택된 제어 모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하지 않음으로써, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수하는 한편, 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)은 작동하지 않으므로 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 상기 붐 다운 저속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 고속모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 선택된 제어 모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하여, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 개폐 밸브(502)에 인가하여 어큐뮬레이터(500)로 작동유가 공급되는 것을 차단할 수 있다.
따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드에서는 상기 재생 장치를 통해 배출되고 상기 붐 다운 고속모드에서는 상기 재생 장치와 상기 메인컨트롤밸브를 통해 배출된다. 따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 크다. 따라서, 붐(70)은 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 5의 유압 시스템을 이용하여 건설기계의 유압 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2, 도 5 및 도 8을 참조하면, 건설기계의 붐 에너지를 회수하기 위한 재생모드 중에서 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드 중 어느 하나를 선택한다(S100, S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자의 선택 또는 제어 로직에 의해 제어 모드를 결정할 수 있다. 상기 제어 모드는 붐 다운 통상모드, 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드를 포함할 수 있다.
예를 들면, 선택 스위치와 같은 유저 인터페이스를 통해 작업자가 입력한 정보를 통해 제어 모드를 결정할 수 있다. 이와 다르게, 제어 유닛은 작업자의 조작 패턴 정보를 연산하여 상기 제어 모드를 결정할 수 있는 제어 로직을 포함하여 상기 제어 모드를 자동으로 결정할 수 있다.
이어서, 상기 선택된 제어 모드에 따라 조작부(52)로부터의 제어 압력을 메인컨트롤밸브(300)로 선택적으로 전달하고 유압 재생 라인(230)을 선택적으로 개폐할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 저속모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단하고(S200), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다(S300). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)에 연결된 재생 장치로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S400)
상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수하는 한편, 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)은 작동하지 않으므로 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 상기 붐 다운 저속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되고(S210), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다(S310). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)에 연결된 재생 장치 및 붐 헤드 유압라인(222)에 연결된 메인컨트롤밸브(300)로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S410).
상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 크다. 따라서, 붐(70)은 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 통상모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되고(S220), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 폐쇄시킬 수 있다(S320). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)에 연결된 메인컨트롤밸브(300)로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S420).
따라서, 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급될 수 있다. 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 한편, 유압 재생 라인(230)은 폐쇄되어 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 상기 재생 장치에 공급되지 않게 된다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
<부호의 설명>
10: 건설기계 20: 하부 주행체
30: 상부 선회체 32: 상부 프레임
40: 카운터 웨이트 50: 운전실
52: 조작부 60: 작업 장치
70: 붐 72: 붐 실린더
72a: 붐 헤드 챔버 72b: 붐 로드 챔버
76: 붐 로크(lock) 밸브 80: 암
82: 암 실린더 90: 버켓
92: 버켓 실린더 100: 엔진
200, 202: 유압 펌프 210: 유압라인
212: 리턴 유압라인 220: 고압유압라인
222: 붐 헤드 유압라인 224: 붐 로드 유압라인
230: 유압 재생 라인 300: 메인컨트롤밸브
310: 붐 제어 스풀 312: 전자비례감압밸브
400: 재생 밸브 유닛 410: 배출량 제어 밸브
420: 체크 밸브 430: 개폐 밸브
500: 어큐뮬레이터 502: 개폐 밸브
510: 유압 모터 600: 제어 유닛
610: 바이패스 밸브

Claims (20)

  1. 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더;
    유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브;
    유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며, 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치;
    상기 유압 재생 라인에 설치되며, 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛; 및
    상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고, 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고, 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 배출량 제어 밸브를 개폐시키기 위한 파일럿 신호압을 인가하는 제어 밸브를 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 밸브는 전자비례감압밸브인 건설기계의 유압 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 배출량 제어 밸브의 전방의 상기 유압 재생 라인에 설치되는 체크 밸브를 더 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 유압 재생 라인과 상기 붐 로드 챔버를 연결하는 연결 라인에 설치되어 상기 유압 재생 라인을 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 붐 실린더의 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 붐을 조작하는 조작부와 상기 메인컨트롤밸브 사이에 구비되어 상기 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브로 전달되는 것을 차단하기 위한 바이패스 밸브를 더 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 저속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하도록 제어하는 건설기계의 유압 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되도록 제어하는 건설기계의 유압 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 붐 헤드 챔버로부터의 작동유는 상기 붐 헤드 유압라인과 상기 붐 제어 스풀을 거쳐 드레인 탱크로 배출되는 건설기계의 유압 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 엔진의 구동축에 연결되어 상기 유압 펌프에 회전력을 제공하는 건설기계의 유압 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된어큐뮬레이터를 더 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에 연결된 상기 유압 재생 라인에 설치되어 작동유를 상기 어큐뮬레이터로 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함하는 건설기계의 유압 시스템.
  13. 건설기계의 붐 에너지를 회수하기 위한 재생모드 중에서 붐 다운 고속모드의 사용 여부 결정하고;
    상기 붐 다운 고속모드가 선택되지 않은 경우, 유압 재생 라인에 의해 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고; 그리고
    상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키고 붐 헤드 유압라인에 의해 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 메인컨트롤밸브를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드의 사용 여부를 결정하는 것은 상기 재생모드 중에서 붐 다운 저속모드 및 상기 붐 다운 고속모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 붐 다운 저속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키는 것은 상기 유압 재생 라인에 설치된 배출량 제어 밸브를 개방시키는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 회생 라인에 연결된 어큐뮬레이터 및 유압 모터를 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 어큐뮬레이터로 작동유가 공급되는 것을 차단하는 것을 더 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 붐 다운 통상모드가 선택된 경우, 상기 유압 재생 라인을 차단하고 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 더 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.
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