WO2020071690A1 - 건설기계의 제어 시스템 - Google Patents

건설기계의 제어 시스템

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WO2020071690A1
WO2020071690A1 PCT/KR2019/012585 KR2019012585W WO2020071690A1 WO 2020071690 A1 WO2020071690 A1 WO 2020071690A1 KR 2019012585 W KR2019012585 W KR 2019012585W WO 2020071690 A1 WO2020071690 A1 WO 2020071690A1
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hydraulic
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tank
line
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안현식
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두산인프라코어 주식회사
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    • F15B2211/40553—Flow control characterised by the type of flow control means or valve with pressure compensating valves
    • F15B2211/40569—Flow control characterised by the type of flow control means or valve with pressure compensating valves the pressure compensating valve arranged downstream of the flow control means

Definitions

  • the present invention relates to a control system for construction machinery. More specifically, it relates to a control system for a construction machine for controlling a hydraulic cylinder of an excavator.
  • a regeneration cut valve is used to generate hydraulic oil that is returned from the rod side chamber of the arm cylinder to the drain tank during arm crowd operation. It can be regenerated into the head side chamber of the arm cylinder.
  • a regenerative cut valve it is very difficult to tune the area diagram of the arm control spool, and there is a problem that the processing cost for applying the regenerative cut valve to the arm control valve is high.
  • One object of the present invention is to provide a control system for a construction machine that can facilitate speed control in an arm crowd at a low cost.
  • a control system for a construction machine is disposed between a hydraulic cylinder, a hydraulic pump and the hydraulic cylinder operable by hydraulic oil discharged from a hydraulic pump, and provided therein.
  • a control valve having a first spool position for controlling the operation of the actuator according to the position of the spool and for discharging hydraulic oil discharged from the chamber of the hydraulic cylinder to a drain tank, and discharge from the control valve at the first spool position It is installed in the return hydraulic line for discharging the hydraulic oil to the tank and includes a pressure compensation valve for controlling the flow rate of the hydraulic oil passing through according to the pressure difference between the front end and the rear end of the control valve.
  • the opening amount of the pressure compensation valve is a first pilot pressure supplied through a first pilot line branched from a rod hydraulic line communicating with the chamber, and the return hydraulic line before the pressure compensation valve. It can be controlled according to the pressure difference of the second pilot pressure supplied through the second pilot line branched from.
  • the chamber may be a rod-side chamber of the hydraulic cylinder.
  • the hydraulic cylinder may include an arm cylinder.
  • valve body of the pressure compensation valve may be formed on a valve body of the control valve or on a separate valve body separate from the valve body.
  • the pressure compensating valve may include a compensating spring connected to a compensating spool to compensate for a pressure difference between a front end and a rear end of the control valve by a spring force.
  • the hydraulic oil is discharged to the drain tank via a return passage, a tank passage and a tank port selectively communicated by a valve spool of the control valve, and the return passage, the tank passage and the tank port May constitute a part of the return hydraulic line, the inlet of the pressure compensation valve may be in communication with a second pilot line in communication with the return passage, and the outlet of the pressure compensation valve may be in communication with the tank passage.
  • a control system for a construction machine is disposed between a hydraulic cylinder, a hydraulic pump and the hydraulic cylinder operable by hydraulic oil discharged from a hydraulic pump, and provided therein.
  • a control valve having a first spool position for controlling the operation of the actuator according to the position of the spool and for discharging hydraulic oil discharged from the rod-side chamber of the hydraulic cylinder to a drain tank, and the control valve at the first spool position It is installed in the return hydraulic line for discharging the hydraulic oil discharged from the tank and includes a pressure compensation valve for controlling the flow rate of the hydraulic oil passing through according to the pressure difference between the front end and the rear end of the control valve.
  • the opening amount of the pressure compensation valve is a first pilot pressure supplied through a first pilot line branched from a rod hydraulic line communicating with the rod-side chamber, and a second pilot branched from the return hydraulic line before the pressure compensation valve. It is controlled according to the pressure difference of the second pilot pressure supplied through the line.
  • the pressure compensating valve includes a compensating spring connected to the compensating spool to compensate for the pressure difference between the front end and the rear end of the control valve by a spring force.
  • the hydraulic fluid is discharged to the drain tank via a return passage, a tank passage and a tank port selectively communicated by a valve spool of the control valve so that the return passage, the tank passage and the tank port form part of the return hydraulic line. Configured, the inlet of the pressure compensation valve is in communication with the second pilot line in communication with the return passage, and the outlet of the pressure compensation valve is in communication with the tank passage.
  • the control system of the construction machine includes a pressure compensation valve for controlling the flow rate of the hydraulic oil returning to the drain tank through the arm control valve according to the pressure difference between the front end and the rear end of the arm control valve. can do.
  • the pressure compensating valve may save energy by reducing pressure loss and back pressure by performing meter-out speed control to have proper back pressure in the no-load condition as well as the load condition during arm crowd operation.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is an enlarged hydraulic circuit diagram of a part of the hydraulic system of the construction machine of FIG. 1.
  • Fig. 3 is a sectional view showing a part of a control valve of a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the pressure compensation valve of FIG. 4.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is an enlarged hydraulic circuit diagram of a part of the hydraulic system of the construction machine of FIG. 1.
  • Fig. 3 is a sectional view showing a part of a control valve of a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG. 3.
  • 5 is a cross-sectional view showing the pressure compensation valve of FIG. 4.
  • the control system of the construction machine is disposed between the hydraulic cylinder 10, the hydraulic pump 100 and the hydraulic cylinder 10 as an actuator operable by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 Pressure between the front end and the rear end of the control valve 310 to control the flow rate of the hydraulic oil that is returned to the drain tank T through the control valve 310 and the control valve 310 to control the operation of the hydraulic cylinder 10
  • It may include a pressure compensation valve 400 for controlling according to the difference.
  • the construction machine may include an excavator, a wheel loader, a forklift, and the like.
  • an excavator a case where the construction machine is an excavator will be described.
  • the control system according to the exemplary embodiments is not limited to controlling excavators, and the same may be applied to a wheel loader, a forklift, and the like.
  • the construction machine may include a lower traveling body, an upper pivoting body mounted to be pivotable on the lower traveling body, and a cab and a front working device installed in the upper pivoting body.
  • the front working device may include a boom, an arm and a bucket.
  • a boom cylinder for controlling movement of the boom may be installed between the boom and the upper frame.
  • the arm cylinder for controlling the movement of the arm may be installed between the boom and the arm.
  • a bucket cylinder for controlling the movement of the bucket may be installed between the arm and the bucket.
  • the hydraulic pump 100 may be connected to an engine (not shown) or an electric motor (not shown) through a power transmission device. Power from the engine or electric motor may be transmitted to the hydraulic pump 100. The hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 may be distributed and supplied to the actuators through the first and second control valves 300 and 310, respectively.
  • control system of the construction machine may include a first circuit system connected to the hydraulic pump 100 and supplied with hydraulic oil from the hydraulic pump 100.
  • control system of the construction machine may further include a second circuit system to which hydraulic oil is supplied from another second hydraulic pump.
  • the first circuit system may include first and second control valves 300 and 310 sequentially connected to the main hydraulic line 200 connected to the hydraulic pump 100.
  • the second control valve 310 may be connected to the parallel line 210 branching from the main hydraulic line 200.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 may be distributed and supplied to the actuators through the first and second control valves 300 and 310.
  • the second control valve 310 may control the operation of the arm cylinder 10.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 may be supplied to the arm cylinder 10 through the parallel line 210 and the second control valve 310.
  • the second control valve 310 that is, the arm control valve is arm arm side chamber 12 and arm rod side chamber of the arm cylinder 10 through the arm head hydraulic line 212 and the arm rod hydraulic line 214. It can be connected to each of (14). Accordingly, the second control valve 310 is switched to selectively supply hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 to the arm head side chamber 12 and the arm rod side chamber 14.
  • the hydraulic oil driving the arm cylinder 10 may be returned to the drain tank T through the first and second return hydraulic lines 222 and 224.
  • the hydraulic oil from the arm rod side chamber 14 may be discharged to the drain tank T through the second control valve 310, that is, the first return hydraulic line 222 via the arm control valve. have.
  • the hydraulic oil from the arm head side chamber 12 may be discharged to the drain tank T through the second return hydraulic line 224 via the second control valve 310.
  • the second control valve 310 may be switched to the first position (A), the second position (B) and the third position (C) according to the displacement of the control spool (312) that is moved by the pilot pressure.
  • the main hydraulic line 200 In the first position (neutral position (A)), the main hydraulic line 200 is connected to the drain tank T, and the remaining hydraulic lines can be cut off. Accordingly, hydraulic oil is not supplied to the arm head side chamber 12 and the arm rod side chamber 14 of the arm cylinder 10, and the arm can be maintained at that position.
  • the parallel flow path 210 can be connected to the arm rod hydraulic line 214 and the arm head hydraulic line 212 to the second return hydraulic line 224.
  • the main hydraulic line 200 may be completely blocked or partially blocked. Accordingly, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 200 is supplied to the arm rod side chamber 14 through the parallel line 210 and the arm rod hydraulic line 214, and the hydraulic oil in the arm head side chamber 12 is an arm. It may be discharged to the drain tank (T) through the head hydraulic line 212 and the second return hydraulic line (224).
  • the parallel flow path 210 is connected to the arm head hydraulic line 212 and the arm rod hydraulic line 214 is connected to the first return hydraulic line 222. You can.
  • the main hydraulic line 200 may be completely blocked or partially blocked. Accordingly, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 200 is supplied to the arm head side chamber 12 through the parallel line 210 and the arm head hydraulic line 212, and the hydraulic oil in the arm rod side chamber 14 is an arm. It may be discharged to the drain tank (T) through the rod hydraulic line 214 and the first return hydraulic line (222).
  • a pressure compensated valve 400 is installed in the first return hydraulic line 222 and controls the flow rate of the hydraulic fluid passing through the pressure compensated valve 400 to the second control valve ( 310) can be controlled according to the pressure difference between the front end and the rear end.
  • the pressure compensation valve 400 includes a first hydraulic pressure part 401A and a pressure compensation valve (receiving a first pilot pressure supplied through the first pilot line 410 branched from the arm rod hydraulic line 214) 400) may include a second hydraulic pressure unit 401B that receives the second pilot pressure supplied through the second pilot line 412 branched from the first return hydraulic line 222 of the front end.
  • the opening amount of the pressure compensation valve 400 may be controlled such that the difference between the first pilot pressure and the second pilot pressure is a constant value.
  • the pressure compensation valve 400 may be formed on the valve body 311 of the second control valve 310.
  • the pressure compensation valve 400 may be formed on a separate valve body separate from the valve body 311 of the second control valve 310.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 is introduced into the supply port 313 of the second control valve 310 through the parallel line 210 and It will be supplied to the arm head side chamber 12 of the load arm cylinder 10 via the arm head hydraulic line 212 via the first branch passage 314A, the first load passage 315A, and the first load port 316A. You can.
  • the hydraulic fluid in the arm rod side chamber 14 of the arm cylinder 10 flows into the second load port 316B of the second control valve 310 through the arm rod hydraulic line 214 and enters the second load passage ( 315B), the return passage 317, the tank passage 403 and the first tank port 318B, and may be discharged to the drain tank T.
  • the hydraulic oil from the arm rod side chamber 14 of the arm cylinder 10 may be discharged to the drain tank T via the second control valve 310 and through the first return hydraulic line 222.
  • the pressure compensation valve 400 may be installed in the first return hydraulic line 222.
  • the pressure compensation valve 400 may include a first water pressure part 401A and a second water pressure part 401B on both sides of the compensation spool 402.
  • the first hydraulic pressure part 401A communicates with the first pilot line 410 branched from the second load passage 315B of the second control valve 310, and the arm load hydraulic line in front of the second control valve 310 ( The pressure of the hydraulic oil flowing through 214) may be received as the first pilot pressure.
  • the arm rod hydraulic line 212 may include a flow path from the second load port 316B to the second load passage 315B.
  • the second hydraulic pressure part 401B is connected to the second pilot line 412 branched from the return passage 317 selectively communicating with the first tank port 318B of the second control valve 310, and the second control valve
  • the pressure of the hydraulic oil flowing through the first return hydraulic line 222 at the rear end 310 may be received as the second pilot pressure.
  • the first return hydraulic line 222 may include a flow path from the first tank port 318B of the second control valve 310 to the return passage 317 through the tank passage 403.
  • the second pilot line 412 communicated with the return passage 317 communicates with the second hydraulic part 401B as an inlet of the pressure compensation valve 400, and the tank passage 403 communicated with the first tank port 318B. ) May communicate with the outlet 405 of the pressure compensation valve 400.
  • the flow rate of hydraulic oil flowing from the inlet 401B of the pressure compensating valve 400 through the outlet 405 is the first pilot pressure in the first hydraulic pressure portion 401A and the second pilot pressure in the second hydraulic pressure portion 401B.
  • the force due to the difference can be adjusted to be equal to the spring force of the compensation spring 406.
  • the compensation spool 402 is connected to the compensation spring 406 so that the pressure difference between the front end and the rear end of the control valve can be compensated by the spring force of the compensation spring 406.
  • the pressure compensation valve 400 performs meter-out speed control in the third position (C) of the second control valve 310 to have proper back pressure in the load condition as well as in the no-load condition when operating the arm crowd. By reducing pressure loss and back pressure, energy can be saved.
  • first return hydraulic line 224 second return hydraulic line
  • first control valve 310 control valve, second control valve
  • valve body 313 supply port
  • 315A first load passage 315B: second load passage
  • compensation spring 410 first pilot line

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Abstract

건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 유압 실린더, 유압 펌프 및 상기 유압 실린더 사이에 배치되어 내부에 구비된 스풀의 위치에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하고 상기 유압 실린더의 챔버로부터 배출되는 작동유를 드레인 탱크로 배출시키기 위한 제1 스풀 위치를 갖는 제어 밸브, 및 상기 제1 스풀 위치에서의 상기 제어 밸브로부터 배출되는 작동유를 상기 탱크로 배출시키는 리턴 유압 라인에 설치되며 통과하는 작동유의 유량을 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함한다.

Description

건설기계의 제어 시스템
본 발명은 건설기계의 제어 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 굴삭기의 유압 실린더를 제어하기 위한 건설기계의 제어 시스템에 관한 것이다.
예를 들면, 암 실린더(arm cylinder)를 갖는 굴삭기에 있어서, 재생 커트 밸브(regeneration cut valve)가 사용되어 암 크라우드(arm crowd) 동작 시 상기 암 실린더의 로드측 챔버로부터 드레인 탱크로 귀환되는 작동유를 상기 암 실린더의 헤드측 챔버로 재생할 수 있다. 그러나, 이러한 재생 커트 밸브 적용 시 암 제어 스풀의 면적 선도 튜닝이 매우 어렵고, 상기 암 제어 밸브에 이러한 재생 커트 밸브를 적용하기 위한 가공 비용이 높다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 저 비용으로 암 크라우드 시 속도 제어를 용이하게 할 수 있는 건설기계의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 유압 실린더, 유압 펌프 및 상기 유압 실린더 사이에 배치되어 내부에 구비된 스풀의 위치에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하고 상기 유압 실린더의 챔버로부터 배출되는 작동유를 드레인 탱크로 배출시키기 위한 제1 스풀 위치를 갖는 제어 밸브, 및 상기 제1 스풀 위치에서의 상기 제어 밸브로부터 배출되는 작동유를 상기 탱크로 배출시키는 리턴 유압 라인에 설치되며 통과하는 작동유의 유량을 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 보상 밸브의 개구량은 상기 챔버에 연통된 로드 유압 라인으로부터 분기된 제1 파일럿 라인을 통해 공급되는 제1 파일럿 압력 및 상기 압력 보상 밸브 전단의 상기 리턴 유압 라인으로부터 분기된 제2 파일럿 라인을 통해 공급되는 제2 파일럿 압력의 압력 차이에 따라 제어될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 챔버는 상기 유압 실린더의 로드측 챔버일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유압 실린더는 암 실린더를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 보상 밸브의 밸브 바디는 상기 제어 밸브의 밸브 바디에 형성되거나 상기 밸브 바디와는 분리된 별개의 밸브 바디에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 보상 밸브는, 보상 스풀에 연결되어 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이를 스프링 힘에 의해 보상하기 위한 보상 스프링을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작동유는 상기 제어 밸브의 밸브 스풀에 의해 선택적으로 연통되는 리턴 통로, 탱크 통로 및 탱크 포트를 거쳐 상기 드레인 탱크로 배출되어 상기 리턴 통로, 상기 탱크 통로 및 상기 탱크 포트는 상기 리턴 유압 라인의 일부를 구성하고, 상기 압력 보상 밸브의 입구는 상기 리턴 통로에 연통된 제2 파일럿 라인과 연통되고 상기 압력 보상 밸브의 출구는 상기 탱크 통로에 연통될 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 유압 실린더, 유압 펌프 및 상기 유압 실린더 사이에 배치되어 내부에 구비된 스풀의 위치에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하고 상기 유압 실린더의 로드측 챔버로부터 배출되는 작동유를 드레인 탱크로 배출시키기 위한 제1 스풀 위치를 갖는 제어 밸브, 및 상기 제1 스풀 위치에서의 상기 제어 밸브로부터 배출되는 작동유를 상기 탱크로 배출시키는 리턴 유압 라인에 설치되며 통과하는 작동유의 유량을 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함한다. 상기 압력 보상 밸브의 개구량은 상기 로드측 챔버에 연통된 로드 유압 라인으로부터 분기된 제1 파일럿 라인을 통해 공급되는 제1 파일럿 압력 및 상기 압력 보상 밸브 전단의 상기 리턴 유압 라인으로부터 분기된 제2 파일럿 라인을 통해 공급되는 제2 파일럿 압력의 압력 차이에 따라 제어된다. 상기 압력 보상 밸브는, 보상 스풀에 연결되어 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이를 스프링 힘에 의해 보상하기 위한 보상 스프링을 포함한다. 상기 작동유는 상기 제어 밸브의 밸브 스풀에 의해 선택적으로 연통되는 리턴 통로, 탱크 통로 및 탱크 포트를 거쳐 상기 드레인 탱크로 배출되어 상기 리턴 통로, 상기 탱크 통로 및 상기 탱크 포트는 상기 리턴 유압 라인의 일부를 구성하고, 상기 압력 보상 밸브의 입구는 상기 리턴 통로에 연통된 상기 제2 파일럿 라인과 연통되고 상기 압력 보상 밸브의 출구는 상기 탱크 통로에 연통된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 건설기계의 제어 시스템은 암 제어 밸브를 통해 드레인 탱크로 귀환하는 작동유의 유량을 상기 암 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함할 수 있다. 상기 압력 보상 밸브는 암 크라우드 동작 시 무부하 조건뿐만 아니라 부하 조건에서도 적절한 배압을 갖도록 미터-아웃(meter-out) 속도 제어를 수행하여 압손과 배압을 감소시켜 에너지를 절약할 수 있다.
따라서, 기존의 재생 커트 밸브 적용에 따른 문제점인 어려운 튜닝 문제를 매우 손쉽게 해결하여 원하는 암 크라우드 제어 성능을 달성할 수 있다. 더욱이, 버켓의 무게 변화(부하 적재, 무거운 버켓 등)가 있어도, 암 제어 스풀의 면적 선도 튜닝이 불필요하게 되는 장점이 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 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설기계의 유압 시스템의 일부를 확대한 유압 회로도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템의 제어 밸브의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 4의 압력 보상 밸브를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2는 도 1의 건설기계의 유압 시스템의 일부를 확대한 유압 회로도이다. 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템의 제어 밸브의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 5는 도 4의 압력 보상 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 액추에이터로서의 유압 실린더(10), 유압 펌프(100) 및 유압 실린더(10) 사이에 배치되어 유압 실린더(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브(310), 및 제어 밸브(310)를 통해 드레인 탱크(T)로 귀환하는 작동유의 유량을 제어 밸브(310)의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브(400)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계는 굴삭기, 휠 로더, 지게차 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 건설기계가 굴삭기인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 제어 시스템이 굴삭기를 제어하기 위한 것으로 한정되는 것은 아니며, 휠 로더, 지게차 등에도 이와 실질적으로 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 건설기계는 하부 주행체, 상기 하부 주행체 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체, 및 상기 상부 선회체에 설치된 운전실과 프론트 작업 장치를 포함할 수 있다. 상기 프론트 작업 장치는 붐, 암 및 버켓을 포함할 수 있다. 상기 붐과 상기 상부 프레임 사이에는 상기 붐의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더가 설치될 수 있다. 상기 붐과 상기 암 사이에는 상기 암의 움직임을 제어하기 위한 상기 암 실린더가 설치될 수 있다. 그리고, 상기 암과 상기 버켓 사이에는 상기 버켓의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더가 설치될 수 있다. 상기 붐 실린더, 상기 암 실린더 및 상기 버켓 실린더가 신장 또는 수축함에 따라 상기 붐, 상기 암 및 상기 버켓은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 상기 프론트 작업장치는 여러가지 작업을 수행할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 유압 펌프(100)는 동력전달장치를 통하여 엔진(도시되지 않음) 또는 전동기(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 엔진 또는 전동기로부터의 동력은 유압 펌프(100)에 전달될 수 있다. 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(300, 310)을 거쳐 액추에이터들에 각각 분배되어 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프(100)에 연결되고 유압 펌프(100)로부터 작동유가 공급되는 제1 회로 계통을 포함할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 건설기계의 제어 시스템은 또 다른 제2 유압 펌프로부터 작동유가 공급되는 제2 회로 계통을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 회로 계통은 유압 펌프(100)에 연결된 메인 유압 라인(200)에 순차적으로 접속되는 제1 및 제2 제어 밸브들(300, 310)을 포함할 수 있다. 제2 제어 밸브(310)는 메인 유압 라인(200)으로부터 분기되는 병렬 라인(210)에 연결될 수 있다.
유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(300, 310)을 통해 액추에이터들로 분배되어 공급될 수 있다. 예를 들면, 제2 제어 밸브(310)는 암 실린더(10)의 동작을 제어할 수 있다. 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 병렬 라인(210) 및 제2 제어 밸브(310)를 통해 암 실린더(10)로 공급될 수 있다.
제2 제어 밸브(310), 즉, 상기 암 제어 밸브는 암 헤드 유압 라인(212) 및 암 로드 유압 라인(214)을 통해 암 실린더(10)의 암 헤드측 챔버(12) 및 암 로드측 챔버(14)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제2 제어 밸브(310)가 절환되어 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 암 헤드측 챔버(12) 및 암 로드측 챔버(14)에 선택적으로 공급할 수 있다.
암 실린더(10)를 구동시키는 작동유는 제1 및 제2 리턴 유압 라인들들(222, 224)을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예를 들어, 암 로드측 챔버(14)로부터의 작동유는 제2 제어 밸브(310), 즉, 상기 암 제어 밸브를 거쳐 제1 리턴 유압 라인(222)을 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 암 헤드측 챔버(12)로부터의 작동유는 제2 제어 밸브(310)를 거쳐 제2 리턴 유압 라인(224)을 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
제2 제어 밸브(310)는 파일럿 압력에 의해 이동하는는 제어 스풀(312)의 변위에 따라 제1 위치(A), 제2 위치(B) 및 제3 위치(C)로 전환될 수 있다.
제1 위치(중립 위치(A))에서, 메인 유압 라인(200)은 드레인 탱크(T)에 연결되고, 나머지 유압 라인들은 차단될 수 있다. 이에 따라, 암 실린더(10)의 암 헤드측 챔버(12) 및 암 로드측 챔버(14)에 작동유가 공급되지 않고, 상기 암은 그 위치에서 유지될 수 있다.
제2 위치(B)에서, 병렬 유로(210)는 암 로드 유압 라인(214)에 연결되고 암 헤드 유압 라인(212)은 제2 리턴 유압 라인(224)에 연결될 수 있다. 이 때, 메인 유압 라인(200)은 완전히 차단되거나 부분적으로 차단될 수 있다. 이에 따라, 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유는 병렬 라인(210), 암 로드 유압 라인(214)을 통해 암 로드측 챔버(14)로 공급되고, 암 헤드측 챔버(12) 내의 작동유는 암 헤드 유압 라인(212) 및 제2 리턴 유압 라인(224)을 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제3 위치(C)에서, 병렬 유로(210)는 암 헤드 유압 라인(212)에 연결되고 암 로드 유압 라인(214)은 제1 리턴 유압 라인(222)에 연결될 수 있다. 이 때, 메인 유압 라인(200)은 완전히 차단되거나 부분적으로 차단될 수 있다. 이에 따라, 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유는 병렬 라인(210), 암 헤드 유압 라인(212)을 통해 암 헤드측 챔버(12)로 공급되고, 암 로드측 챔버(14) 내의 작동유는 암 로드 유압 라인(214) 및 제1 리턴 유압 라인(222)을 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 압력 보상 밸브(pressure compensated valve)(400)는 제1 리턴 유압 라인(222)에 설치되며, 압력 보상 밸브(400)를 통과하는 작동유의 유량을 제2 제어 밸브(310)의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어할 수 있다.
구체적으로, 압력 보상 밸브(400)는 암 로드 유압 라인(214)으로부터 분기된 제1 파일럿 라인(410)을 통해 공급되는 제1 파일럿 압력을 수신하는 제1 수압부(401A) 및 압력 보상 밸브(400) 전단의 제1 리턴 유압 라인(222)으로부터 분기된 제2 파일럿 라인(412)을 통해 공급되는 제2 파일럿 압력을 수신하는 제2 수압부(401B)를 포함할 수 있다. 압력 보상 밸브(400)의 개구량은 상기 제1 파일럿 압력과 상기 제2 파일럿 압력의 차이가 일정한 값이 되도록 제어될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 압력 보상 밸브(400)는 제2 제어 밸브(310)의 밸브 바디(311)에 형성될 수 있다. 이와 다르게, 압력 보상 밸브(400)는 제2 제어 밸브(310)의 밸브 바디(311)와는 분리된 별개의 밸브 바디에 형성될 수 있다.
제2 제어 밸브(310)의 제3 위치(C)에서, 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 병렬 라인(210)을 통해 제2 제어 밸브(310)의 공급 포트(313)로 유입되고 제1 분기 통로(314A), 제1 부하 통로(315A) 및 제1 부하 포트(316A)를 거쳐 암 헤드 유압 라인(212)을 통해 로드 암 실린더(10)의 암 헤드측 챔버(12)로 공급될 수 있다. 또한, 암 실린더(10)의 암 로드측 챔버(14) 내의 작동유는 암 로드 유압 라인(214)를 통해 제2 제어 밸브(310)의 제2 부하 포트(316B)로 유입되고 제2 부하 통로(315B), 리턴 통로(317), 탱크 통로(403) 및 제1 탱크 포트(318B)를 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
암 실린더(10)의 암 로드측 챔버(14)로부터의 작동유는 제2 제어 밸브(310)를 거쳐 제1 리턴 유압 라인(222)을 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 압력 보상 밸브(400)는 제1 리턴 유압 라인(222)에 설치될 수 있다. 압력 보상 밸브(400)은 보상 스풀(402)의 양측에 제1 수압부(401A) 및 제2 수압부(401B)을 포함할 수 있다.
제1 수압부(401A)는 제2 제어 밸브(310)의 제2 부하 통로(315B)로부터 분기된 제1 파일럿 라인(410)에 연통되어 제2 제어 밸브(310) 전단의 암 로드 유압 라인(214)을 통해 흐르는 작동유의 압력을 상기 제1 파일럿 압력으로 수신할 수 있다. 이 때, 암 로드 유압 라인(212)은 제2 부하 포트(316B)로부터 제2 부하 통로(315B)에 이르는 유로를 포함할 수 있다.
제2 수압부(401B)는 제2 제어 밸브(310)의 제1 탱크 포트(318B)에 선택적으로 연통되는 리턴 통로(317)로부터 분기된 제2 파일럿 라인(412)에 연통되어 제2 제어 밸브(310) 후단의 제1 리턴 유압 라인(222)을 통해 흐르는 작동유의 압력을 상기 제2 파일럿 압력으로 수신할 수 있다. 이 때, 제1 리턴 유압 라인(222)은 제2 제어 밸브(310)의 제1 탱크 포트(318B)로부터 탱크 통로(403)를 거쳐 리턴 통로(317)에 이르는 유로를 포함할 수 있다.
리턴 통로(317)에 연통된 제2 파일럿 라인(412)은 압력 보상 밸브(400)의 입구로서의 제2 수압부(401B)에 연통되고, 제1 탱크 포트(318B)에 연통된 탱크 통로(403)는 압력 보상 밸브(400)의 출구(405)에 연통될 수 있다. 압력 보상 밸브(400)의 입구(401B)로부터 출구(405)를 통해 흐르는 작동유의 유량은 제1 수압부(401A) 내의 상기 제1 파일럿 압력과 제2 수압부(401B) 내의 상기 제2 파일럿 압력의 차이에 의한 힘이 보상 스프링(406)의 스프링 힘과 같아지도록 조정될 수 있다. 보상 스풀(402)은 보상 스프링(406)에 연결되어 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이는 보상 스프링(406)의 스프링 힘에 의해 보상될 수 있다.
따라서, 제2 제어 밸브(310)의 제3 위치(C)에서, 암 실린더(10)의 암 로드측 챔버(14) 내의 작동유는 암 로드 유압 라인(214)를 통해 제2 제어 밸브(310)의 제2 부하 포트(316B)로 유입되고 제2 부하 통로(315B), 리턴 통로(317), 압력 보상 밸브(400), 탱크 통로(403) 및 제1 탱크 포트(318B)를 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
압력 보상 밸브(400)는 제2 제어 밸브(310)의 제3 위치(C)에서, 암 크라우드 동작 시 무부하 조건뿐만 아니라 부하 조건에서도 적절한 배압을 갖도록 미터-아웃(meter-out) 속도 제어를 수행하여 압손과 배압을 감소시켜 에너지를 절약할 수 있다.
따라서, 기존의 재생 커트 밸브 적용에 따른 문제점인 어려운 튜닝 문제를 매우 손쉽게 해결하여 원하는 암 크라우드 제어 성능을 달성할 수 있다. 더욱이, 버켓의 무게 변화(부하 적재, 무거운 버켓 등)가 있어도, 암 제어 스풀의 면적 선도 튜닝이 불필요하게 되는 장점이 있다.
상기 건설기계의 제어 시스템은 자중에 의해 동작하는 암 크라우드 동작 시에 암 제어 밸브를 제어하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
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: 유압 실린더, 암 실린더 12: 암 헤드측 챔버
14: 암 로드측 챔버 100: 유압 펌프
200: 메인 유압 라인 210: 병렬 라인
212: 암 헤드 유압 라인 214: 암 로드 유압 라인
222: 제1 리턴 유압 라인 224: 제2 리턴 유압 라인
300: 제1 제어 밸브 310: 제어 밸브, 제2 제어 밸브
311: 밸브 바디 313: 공급 포트
314A: 제1 분기 통로 314B: 제2 분기 통로
315A: 제1 부하 통로 315B: 제2 부하 통로
316A: 제1 부하 포트 316B: 제2 부하 포트
317: 리턴 통로 318B: 제1 탱크 포트
400: 압력 보상 밸브 401A: 제1 수압부
401B: 제2 수압부 402: 보상 스풀
403: 탱크 통로 405: 출구
406: 보상 스프링 410: 제1 파일럿 라인
412: 제2 파일럿 라인

Claims (8)

  1. 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 유압 실린더;
    유압 펌프 및 상기 유압 실린더 사이에 배치되어 내부에 구비된 스풀의 위치에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하고, 상기 유압 실린더의 챔버로부터 배출되는 작동유를 드레인 탱크로 배출시키기 위한 제1 스풀 위치를 갖는 제어 밸브; 및
    상기 제1 스풀 위치에서의 상기 제어 밸브로부터 배출되는 작동유를 상기 탱크로 배출시키는 리턴 유압 라인에 설치되며, 통과하는 작동유의 유량을 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 보상 밸브의 개구량은 상기 챔버에 연통된 로드 유압 라인으로부터 분기된 제1 파일럿 라인을 통해 공급되는 제1 파일럿 압력 및 상기 압력 보상 밸브 전단의 상기 리턴 유압 라인으로부터 분기된 제2 파일럿 라인을 통해 공급되는 제2 파일럿 압력의 압력 차이에 따라 제어되는 건설기계의 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 유압 실린더의 로드측 챔버인 건설기계의 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 실린더는 암 실린더를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 보상 밸브의 밸브 바디는 상기 제어 밸브의 밸브 바디에 형성되거나 상기 밸브 바디와는 분리된 별개의 밸브 바디에 형성되는 건설기계의 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 보상 밸브는, 보상 스풀에 연결되어 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이를 스프링 힘에 의해 보상하기 위한 보상 스프링을 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 작동유는 상기 제어 밸브의 밸브 스풀에 의해 선택적으로 연통되는 리턴 통로, 탱크 통로 및 탱크 포트를 거쳐 상기 드레인 탱크로 배출되어 상기 리턴 통로, 상기 탱크 통로 및 상기 탱크 포트는 상기 리턴 유압 라인의 일부를 구성하고,
    상기 압력 보상 밸브의 입구는 상기 리턴 통로에 연통된 제2 파일럿 라인과 연통되고 상기 압력 보상 밸브의 출구는 상기 탱크 통로에 연통되는 건설기계의 제어 시스템.
  8. 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 유압 실린더;
    유압 펌프 및 상기 유압 실린더 사이에 배치되어 내부에 구비된 스풀의 위치에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하고, 상기 유압 실린더의 로드측 챔버로부터 배출되는 작동유를 드레인 탱크로 배출시키기 위한 제1 스풀 위치를 갖는 제어 밸브; 및
    상기 제1 스풀 위치에서의 상기 제어 밸브로부터 배출되는 작동유를 상기 탱크로 배출시키는 리턴 유압 라인에 설치되며, 통과하는 작동유의 유량을 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이에 따라 제어하기 위한 압력 보상 밸브를 포함하고,
    상기 압력 보상 밸브의 개구량은 상기 로드측 챔버에 연통된 로드 유압 라인으로부터 분기된 제1 파일럿 라인을 통해 공급되는 제1 파일럿 압력 및 상기 압력 보상 밸브 전단의 상기 리턴 유압 라인으로부터 분기된 제2 파일럿 라인을 통해 공급되는 제2 파일럿 압력의 압력 차이에 따라 제어되고,
    상기 압력 보상 밸브는, 보상 스풀에 연결되어 상기 제어 밸브의 전단과 후단 사이의 압력 차이를 스프링 힘에 의해 보상하기 위한 보상 스프링을 포함하고,
    상기 작동유는 상기 제어 밸브의 밸브 스풀에 의해 선택적으로 연통되는 리턴 통로, 탱크 통로 및 탱크 포트를 거쳐 상기 드레인 탱크로 배출되어 상기 리턴 통로, 상기 탱크 통로 및 상기 탱크 포트는 상기 리턴 유압 라인의 일부를 구성하고,
    상기 압력 보상 밸브의 입구는 상기 리턴 통로에 연통된 상기 제2 파일럿 라인과 연통되고 상기 압력 보상 밸브의 출구는 상기 탱크 통로에 연통되는 건설기계의 제어 시스템.
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