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KR101861856B1 - 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치 - Google Patents

건설기계의 스윙 모터 유압제어장치 Download PDF

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KR101861856B1
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swing motor
hydraulic
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bypass cut
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임현식
도용호
신경용
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두산인프라코어 주식회사
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Abstract

본 발명은 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는, 건설기계의 상체를 선회 작동시키는 스윙 모터(30); 작동유를 토출하는 유압펌프(P); 상기 작동유가 드레인 탱크(50)로 연결되는 유압라인에 배치되어 상기 작동유를 상기 스윙 모터(30)에 제공하도록 제어되는 스윙 제어 밸브 유닛(22); 상기 유압라인 상에서 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 하류 쪽에 배치되어 유압라인의 개폐하는 바이패스 컷 밸브 유닛(26); 및 상기 스윙 모터(30)와 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류가 연결되어 메이크업 유량을 확보하도록 하는 메이크업 라인(43);을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는 상기 스윙 모터(30)를 정지하도록 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)가 조작되면 설정된 시간동안 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 개방하여 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 상류에 대기된 작동유가 상기 메이크업 라인(43)을 경유하여 상기 스윙 모터(30)에 제공되도록 하고, 설정된 시간이 경과되면 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 폐쇄하도록 제어된다.

Description

건설기계의 스윙 모터 유압제어장치{Hydraulic control system for swing motor for construction machinery}
본 발명은 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계의 상체가 선회동작을 수행한 후에 정지할 때에 스윙 모터에 작동유를 보충할 수 있도록 하는 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계는 붐, 암, 버킷 등의 프런트 작업장치가 구비되고, 상부체를 선회시키도록 하는 스윙 모터가 구비된다.
건설기계의 유압장치를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 건설기계의 유압장치는 유압펌프(P)가 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)로 제공될 수 있고, 유압펌프(P)로부터 작동유가 토출되는 유압라인에는 상기 프런트 작업장치 각각으로의 작동유 공급을 제어하기 위한 복수의 제어밸브 유닛이 배치되며 제어밸브 유닛의 하류 쪽에는 바이패스 컷 밸브 유닛(16, 26)이 배치된다.
제1 유압펌프(P1)에 연결된 유압라인에는 제1 주행모터 제어 밸브 유닛(10)과 붐 제어 밸브 유닛(12)과 버킷 제어 밸브 유닛(14) 등이 배치되고 최하류 쪽에 제1 바이패스 컷 밸브 유닛(16)이 배치되는 것이다.
제2 유압펌프(P2)에 연결된 유압라인에는 제2 주행모터 제어 밸브 유닛(20)과 스윙 제어 밸브 유닛(22)과 암 제어 밸브 유닛(24) 등이 배치되고 최하류 쪽에 제2 바이패스 컷 밸브 유닛(26)이 배치되는 것이다.
상술한 작동유는 제1, 제2 바이패스 컷 밸브 유닛(16, 26)을 경유하여 드레인 탱크(50)로 배출 된다. 이는 건설기계의 정상 구동시 드레인 탱크(50)으로 작동유가 드레인되는 것을 방지함으로써 제1,2 유압펌프가 상시 작동유를 토출함에 따른 연비 손실을 억제하기 위한 것이다.
상술한 제1, 제2 바이패스 컷 밸브 유닛(16, 26)은 일반적인 상황에서는 폐쇄된 상태를 유지하고, 개방 지령이 내려질 때에 개방된다.
스윙 모터 제어 밸브 유닛(22)에는 제1, 제2 유압라인(41, 42)이 연결되고, 제1, 제2 유압라인(41, 42)의 양단부는 스윙 모터(30)에 연결된다.
또한, 스윙 모터(30)의 한쪽에는 메이크업 라인(43)이 연결된다. 메이크업 라인(43)의 다른 한쪽은 드레인 탱크(50)로 연결된다.
종래의 유압장치의 제어(작동)을 살펴보면 다음과 같다.
조이스틱을 조작하여 선회 지령을 내리면, 선회신호가 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 스풀을 움직여 유압펌프(P)로부터 토출되는 작동유를 스윙 모터(30)에 제공한다.
작동유는 제1 유압라인(41) 또는 제2 유압라인(42) 중에 어느 하나의 유압라인을 경유하여 스윙 모터(30)에 제공되는 것이고, 다른 하나의 유압라인을 경유하여 작동유가 배출된다. 이로써 스윙 모터(30)는 구동하여 건설기계의 상체를 선회시킨다.
이후 건설기계의 상체의 선회를 정지하도록 할 때에는 조이스틱을 조작하면 스윙 제어 밸브 유닛(22)은 중립위치로 전환되어 스윙 모터(30)로 제공되는 작동유의 공급을 중지한다.
그러나 상체가 관성에 의해 계속회전하려는 힘이 존재하기 때문에 스윙 모터(30)는 곧바로 정지되지 못하고 일시적으로 좀 더 회전한 다음에 정지된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 스윙 모터(30)에 작동유의 공급이 중지됨으로써 스윙 모터가 회전할 때에 작동유가 공급되는 쪽의 유압라인에는 캐비테이션(cavitation)현상이 발생한다.
좀 더 상세하게는, 스윙 모터(30)의 정지시각(t1)까지 메이크업 유량이 스윙제어 밸브 유닛(22) 등을 통해 제공되지만, 정지시각(t1)의 이후에는 유압펌프(P)로부터 작동유의 공급이 중지되므로 추가로 메이크업 유량은 제공되지 않는다.
그러나 작동유의 공급으로 이용된 제1 유압라인(41)에는 작동유의 유입이 없고 스윙 모터(30)는 관성에 의해 회전되므로 압력이 급격히 감소한다. 작동유의 배출로 이용된 제2 유압라인(42)에는 작동유의 배출이 차단되고 스윙 모터(30)는 관성에 의해 회전되므로 압력이 일시적으로 급상승한 후에 낮아진다.
즉, 압력이 높아지는 쪽에는 유압라인의 내구성에 악영향을 받고, 압력이 낮아지는 쪽에는 캐비테이션 현상이 발생할 우려가 있다.
따라서 캐비테이션 현상을 방지하기 위해서 도 2에 도시된 바와 같이 드레인탱크(50)과 직결된 메이크업 라인(43)을 통하여 드레인 탱크(50)로부터 작동유를 흡입하여 보충하게 된다.
그러나 메이크업 라인(43)을 통하여 유량을 확보하여야 하지만, 드레인 탱크(50)에는 대기압으로써 어떠한 압력도 형성되지 않고, 스윙 모터(30)의 동작에 의해 발생하는 흡입력에는 한계가 있기 때문에 메이크업을 위한 유량의 확보가 현실적으로 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건설기계의 스윙 모터가 정지할 때에 스윙모터에서 필요로 하는 메이크업 유량을 신속하게 확보하도록 하여 장비의 내구성을 향상시키고 캐비테이션 현상을 방지할 수 있도록 하는 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는, 건설기계의 상체를 선회 작동시키는 스윙 모터(30); 작동유를 토출하는 유압펌프(P); 상기 작동유가 드레인 탱크(50)로 연결되는 유압라인에 배치되어 상기 작동유를 상기 스윙 모터(30)에 제공하도록 제어되는 스윙 제어 밸브 유닛(22); 상기 유압라인 상에서 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 하류 쪽에 배치되어 유압라인의 개폐하는 바이패스 컷 밸브 유닛(26); 및 상기 스윙 모터(30)와 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류를 연결하고, 상기 스윙 모터(30)에서 메이크업 유량을 확보하도록 하는 메이크업 라인(43);을 포함하고, 상기 스윙 모터(30)를 정지하도록 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)이 조작되면 설정된 시간동안 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 개방하여 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 상류에 대기하는 작동유가 상기 메이크업 라인(43)을 경유하여 상기 스윙 모터(30)에 제공되도록 하고, 상기 설정된 시간이 경과되면 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 폐쇄하도록 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는, 복수의 프런트 작업장치 및 상기 복수의 프런트 작업장치 각각으로의 작동유공급을 제어하기 위한 복수의 제어밸브 유닛;을 더 포함하며, 상기 유압펌프(P)는, 상기 스윙 모터(30) 및 상기 복수의 프런트 작업장치 중 어느 하나의 구동이 요청되면 작동유를 토출하고, 상기 복수의 프런트 작업장치의 구동이 모두 정지되도록 조작된 경우 상기 작동유의 토출을 중단하며, 상기 스윙 모터(30)의 정지를 위해 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)이 개방되면 상기 설정된 시간동안 작동유의 토출을 더 진행하는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는 스윙 모터(30)가 정지할 때에 스윙 모터(30)에서 필요로 하는 메이크업 유량을 유압펌프(P)로부터 토출되는 작동유를 직접적으로 공급받도록 함으로써 신속하게 확보하도록 하여 장비의 내구성을 향상시키고 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 건설기계의 유압장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 종래에 건설기계의 스윙 모터를 제어하도록 하는 유압제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에서 바이패스 컷 밸브의 개폐를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 종래의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 설명은 생략한다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치를 설명하기 위한 도면이다. 첨부도면 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치에서 바이패스 컷 밸브의 개폐를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는, 유압펌프(P)와 스윙 모터(30)와 스윙 제어 밸브 유닛(22)과 바이패스 컷 밸브 유닛(26) 및 메이크업 라인(43)을 포함하여 구성된다.
스윙 모터(30)는 건설기계의 상부체를 선회 작동시키는 액추에이터이다.
유압펌프(P)는 작동유를 토출하고, 설명의 간소화를 위해 1개를 기재하였지만, 건설기계의 사양에 따라 복수개로 구비될 수 있다.
스윙 제어 밸브 유닛(22)는 작동유가 드레인 탱크(50)로 연결되는 유압라인에 배치되고, 작동유를 스윙 모터(30)에 제공하도록 제어된다.
바이패스 컷 밸브 유닛(26)은 유압라인 상에서 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 하류 쪽에 배치되고, 유압라인의 개폐하며, 일반적으로 폐쇄된 상태를 유지한다. 바이패스 컷 밸브 유닛(26)은 특정한 목적을 달성하기 위하여 개폐 지령이 내려지는 경우에 개방된다.
메이크업 라인(43)은 스윙 모터(30)와 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류를 연결하고, 스윙 모터(30)에서 메이크업 유량을 필요로 할 때에 메이크업 유량을 확보하는 데에 이용된다. 메이크업 유량을 확보할 때에 드레인 탱크(50)로부터 작동유를 흡입할 수도 있다.
상부체의 스윙 동작을 구현하기 위하여 조이스틱을 조작하면 선회조이스틱으로부터 압력 값이 발생된다. 그 압력 값에 해당하는 만큼 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 스풀이 움직이고 스풀의 움직임에 의해 작동유의 흐름 방향과 유량이 제어된다.
상술한 바와 같이, 스윙 제어 밸브 유닛(22)이 작동되면 유압펌프(P)로부터 토출되어 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 상류에 대기 중인 작동유가 스윙 모터(30)에 제공됨과 동시에 유압펌프(P)로부터 작동유 토출이 진행되어 스윙 모터(30)는 정회전 또는 역회전한다.
이후 건설기계의 상체가 정지하고자 할 때에 스윙 모터(30)의 정지 작용을 도 6을 참조하여 설명한다.
선회 조이스틱을 작동하지 않으면 압력 값은 “0bar”이 된다(S10).
압력 값이 “0bar”이 아닌 경우에는 스윙 모터(30)를 계속 구동시키는 것을 의미하므로 스윙 모터(30)의 정지를 위한 제어로직은 종료한다(S20).
압력 값이”0bar”이면(S20), 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 개방한다(S30).
이후 설정된 시간이 경과되는지 판단하고, 설정된 시간이 경과되지 않은 경우 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 개방을 유지한다(S40). 이때, 유압펌프는 작동회로 상의 압력이 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 개방에 의해 저하되는 것을 방지하기 위해 작동유를 추가로 토출한다. 따라서, 유압펌프(P)로부터 드레인 탱크(50) 사이의 작동유 경로는 일정 압력 이상으로 압력이 유지된다.
설정된 시간이 경과되면 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 폐쇄하고, 스윙 모터(30)의 정지를 위한 제어로직은 종료한다(S50).
설정된 시간은 몇 초의 시간일 수 있고, 좀 더 상세하게는 스윙 모터(30)에 연결된 제1, 제2 유압라인(41, 42)의 압력이 안정화되는 시간일 수 있다. 안정화되는 시간은 건설기계의 장비의 특성에 따라 다를 수 있다.
따라서 선회를 위한 조이스틱 조작의 신호(압력 값)가 없을 때에는 스윙 모터(30)를 정지하려는 의미이므로 스윙 제어 밸브 유닛(22)은 스풀이 중립위치로 복귀되면서 스윙 모터(30)로 제공되는 작동유의 공급을 중지한다.
그러나 바이패스 컷 밸브 유닛(26)은 설정된 시간동안 개방된 상태를 유지함으로써 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 상류에 대기하는 작동유가 흐를 수 있다. 이로써 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류에 연결된 메이크업 라인(43)을 통하여 작동유를 신속하고 흡입하여 메이크업 유량을 확보할 수 있다. 이러한 메이크업 유량 확보를 더욱 용이하게 하기 위해, 유압펌프(P)가 작동유를 추가로 토출한다. 즉, 스윙 제어 밸브 유닛(22)가 중립상태로 복귀되어 작동유의 공급이 더 필요 없는 경우이지만, 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 개방으로 유압펌프(P)의 하류인 바이패스 라인(44)의 압력이 낮아짐으로 이를 보상하기 위해 작동유 토출이 더 진행되는 것이다. 이에 의하면, 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류측 즉, 바이패스 라인(44)의 압력을 일정 압력 이상으로 유지시킬 수 있어 스윙 모터(30)에 안정적으로 메이크업 유량을 공급할 수 있게 된다.
좀 더 상세하게는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 선회를 위한 조이스틱 조작의 신호가 없는 시각(t1) 이후에 메이크업 추이를 살펴보면, 메이크업 유량이 소정의 시간동안 확보되는 것을 알 수 있다.
즉, 제1 유압라인(41)과 제2 유압라인(42)의 압력이 안정화되는 시간동안에 메이크업 유량이 확보되어 캐비테이션 현상을 방지하고, 스윙 모터(30)를 안정적으로 정지시킬 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치는 건설기계의 상체가 선회를 수행한 후에 정지할 때에 스윙 모터에 작동유를 직접적으로 신속하게 보충(make up)하여 스윙 모터를 포함한 유압장치를 보호하도록 하는 데에 이용될 수 있다.
10, 20: 제1, 제2 주행모터 제어 밸브 유닛
16, 26: 제1, 제2 바이패스 컷 밸브 유닛
12: 붐 제어 밸브 유닛
14: 버킷 제어 밸브 유닛
22: 스윙 제어 밸브 유닛
24: 암 제어 밸브 유닛
30: 스윙 모터
41, 42: 제1, 제2 유압라인
43: 메이크업 라인
50: 드레인 탱크
P: 유압펌프
P1, P2: 제1, 제2 유압펌프

Claims (2)

  1. 건설기계의 상부체를 선회 작동시키는 스윙 모터(30);
    작동유를 토출하는 유압펌프(P);
    상기 작동유가 드레인 탱크(50)로 연결되는 유압라인에 배치되어 상기 작동유를 상기 스윙 모터(30)에 제공하도록 제어되는 스윙 제어 밸브 유닛(22);
    상기 유압라인 상에서 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)의 하류 쪽에 배치되어 유압라인을 개폐하는 바이패스 컷 밸브 유닛(26); 및
    상기 스윙 모터(30)와 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 하류를 연결하고, 상기 스윙 모터(30)에서 메이크업 유량을 확보하도록 하는 메이크업 라인(43);을 포함하고,
    상기 스윙 모터(30)가 정지하도록 상기 스윙 제어 밸브 유닛(22)이 조작되면 설정된 시간동안 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 개방하여 바이패스 컷 밸브 유닛(26)의 상류에 대기하는 작동유가 상기 메이크업 라인(43)을 경유하여 상기 스윙 모터(30)에 제공되도록 하고, 상기 설정된 시간이 경과되면 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)을 폐쇄하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 프런트 작업장치 및 상기 복수의 프런트 작업장치 각각으로의 작동유공급을 제어하기 위한 복수의 제어밸브 유닛;을 더 포함하며,
    상기 유압펌프(P)는,
    상기 스윙 모터(30) 및 상기 복수의 프런트 작업장치 중 어느 하나의 구동이 요청되면 작동유를 토출하고, 상기 복수의 프런트 작업장치의 구동이 모두 정지되도록 조작된 경우 상기 작동유의 토출을 중단하며,
    상기 스윙 모터(30)의 정지를 위해 상기 바이패스 컷 밸브 유닛(26)이 개방되면 상기 설정된 시간동안 작동유의 토출을 더 진행하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙 모터 유압제어장치.
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