KR101945644B1

KR101945644B1 - 작업 기계의 유압 구동 시스템

Info

Publication number: KR101945644B1
Application number: KR1020177008109A
Authority: KR
Inventors: 세이지 히지카타; 고지 이시카와; 다카토시 오키; 신야 이무라
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: WO2016051579A1; CN107076181A; US20170298590A1; EP3203087A4; CN107076181B; EP3203087B1; JP6453898B2; JPWO2016051579A1; EP3203087A1; US10301793B2; KR20170045306A

Abstract

유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 유압 액추에이터의 구동에 재생하는 경우에, 재생 빈도를 증가시켜, 더 한층의 에너지 절약화를 도모할 수 있도록 하기 위해서, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)와 로드측 관로(24)를 접속하는 연통 통로(26)에 승압 연통 밸브(12)를 배치한 승압 회로(36)를 설치하고, 제1 조작 장치(5)가 붐 하강 방향(붐의 자중 낙하 방향)으로 조작되고, 이것과 동시에 제2 조작 장치(6)가 조작되었을 때, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 압유의 재생처인 아암 실린더측의 압력보다도 높을 때만 재생 제어 밸브(11)를 개방해서 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출한 유량을 아암 실린더측에 재생하도록 재생 제어 밸브(11)를 제어한다.

Description

작업 기계의 유압 구동 시스템{WORK VEHICLE HYDRAULIC DRIVE SYSTEM}

본 발명은, 작업 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것으로, 특히, 피구동 부재(예를 들어 붐)의 자중 낙하 등, 피구동 부재의 관성 에너지에 의해 유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 유압 액추에이터의 구동에 재이용(재생)하는 재생 회로를 구비한 유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것이다.

붐의 자중 낙하에 의해 붐 실린더로부터 배출된 압유를 아암 실린더의 구동에 재이용(재생)하는 재생 회로를 구비한 작업 기계의 유압 구동 시스템이 알려져 있으며, 그 일례가 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 특허문헌 1의 유압 구동 시스템에서는, 붐 실린더로부터의 배출유를 아암 실린더에 재생할 때, 그만큼, 아암 실린더에 압유를 공급하는 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜, 엔진의 연비 향상을 도모하고 있다.

일본 특허 공개 제2010-190261호 공보

특허문헌 1의 유압 구동 시스템에서는, 붐 실린더로부터 아암 실린더에의 압유의 재생 분만큼, 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 연비 향상을 도모하기 때문에, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

그러나, 통상, 일련의 굴삭 작업에서는 붐 실린더의 보텀측 압력은 아암 실린더에 압유를 공급하는 유압 펌프의 토출압이나 아암 실린더의 부하압보다도 낮은 경우가 많고, 기름은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다는 성질상, 실제로는 재생하는 빈도가 적어져, 충분한 에너지 절약화를 도모하는 것이 어렵다.

본 발명의 목적은, 유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 유압 액추에이터의 구동에 재생하는 경우에, 재생 빈도를 증가시켜, 더 한층의 에너지 절약화를 도모할 수 있는 작업 기계의 유압 구동 시스템을 제공하는 것이다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 유압 펌프 장치와, 이 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제1 피구동체를 구동하는 제1 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제2 피구동체를 구동하는 제2 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제1 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제2 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 제어 밸브와, 상기 제1 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력해서 상기 제1 제어 밸브를 전환하는 제1 조작 장치와, 상기 제2 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력해서 상기 제2 제어 밸브를 전환하는 제2 조작 장치를 구비하고, 상기 제1 유압 액추에이터는, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때, 상기 제1 피구동체의 자중 낙하에 의해 보텀측으로부터 압유를 배출하고 로드측으로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더인 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 상기 유압 실린더의 보텀측을 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 접속하는 재생 통로 및 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 상기 재생 통로를 통해 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터의 사이에 공급하는 재생 제어 밸브를 갖는 재생 회로와, 상기 유압 실린더의 보텀측을 상기 유압 실린더의 로드측에 접속하는 연통 통로 및 상기 연통 통로에 배치되고, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작 신호에 기초해서 완전 개방하여, 상기 유압 실린더의 보텀측을 로드측에 연통시킴으로써 상기 유압 실린더의 보텀측 압력을 승압시키는 연통 승압 밸브를 갖는 승압 회로와, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되고, 이것과 동시에 상기 제2 조작 장치가 조작되었을 때, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력이 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력보다도 높은 경우에 상기 재생 제어 밸브를 개방해서 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제1 제어 밸브는, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때 미터 아웃 통로가 탱크에 연통함과 함께, 미터 인 통로가 폐쇄되도록 구성되며, 상기 연통 승압 밸브는, 완전 개방했을 때 상기 유압 실린더의 보텀측과 로드측의 압력이 동일 압력으로 되도록 최대 개구 면적이 설정되어 있으며, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작된 경우에, 상기 제1 제어 밸브가 상기 미터 인 통로가 폐쇄되는 방향으로 전환됨과 함께, 상기 연통 승압 밸브가 완전 개방하여, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력을 상기 유압 실린더의 보텀측과 로드측의 수압 면적비에 따른 배율로 승압시키는 것으로 한다.

이렇게 구성한 본 발명에서는, 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 보텀측 수압 면적에 대한 로드측 수압 면적의 비를 k로 나타낸 경우, 승압 회로에 의해 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 보텀측 압력을 약 1/(1-k)배(수압 면적비(k)를 2로 한 경우에는 약 2배)까지 승압하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 유압 실린더의 보텀측으로부터 유압 펌프 장치와 제2 유압 액추에이터의 사이(제2 유압 액추에이터측)에 재생되는 압유의 에너지가 증가하여, 더 한층의 에너지 절약화가 가능하게 된다.

(2) 상기 (1) 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 바람직하게는 상기 유압 실린더의 보텀측과 탱크와의 사이에 설치된 배출 스로틀 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작량과, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력에 기초하여 상기 배출 스로틀 밸브를 제어한다.

이에 의해 배출 스로틀 밸브는 적절한 개방도로 제어되어, 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되는 유량을 제2 유압 액추에이터측에 재생하면서, 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 목표 속도를 확보할 수 있다.

(3) 상기 (2)의 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 또한 바람직하게는, 상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작 신호에 기초하여 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되어야 할 목표 보텀 유량을 산출함과 함께, 상기 제2 제어 밸브가 요구하는 재생 가능 유량을 산출하여, 상기 목표 보텀 유량과 상기 재생 가능 유량 중, 작은 쪽을 목표 재생 유량으로서 설정하고, 상기 목표 보텀 유량에서 상기 목표 재생 유량을 차감해서 목표 배출 유량을 산출하여, 상기 제2 유압 액추에이터측에 재생되는 압유의 유량이 상기 목표 재생 유량에 일치하도록 상기 재생 제어 밸브를 제어하고, 상기 탱크로 되돌려지는 유량이 상기 목표 배출 유량에 일치하도록 상기 배출 스로틀 밸브를 제어한다.

이에 의해 재생 제어 밸브와 배출 스로틀 밸브는 적절한 개방도로 제어되어, 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되는 유량을 제2 유압 액추에이터측에 재생해서 제2 유압 액추에이터의 목표 속도를 확보하면서, 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 목표 속도를 확보할 수 있다.

(4) 상기 (1)의 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 바람직하게는 상기 재생 제어 밸브는, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 탱크에 배출되는 압유의 유량을 제어하는 제1 스로틀과, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터의 사이에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제2 스로틀을 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작량과, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력에 기초하여, 상기 재생 제어 밸브를 제어한다.

이에 의해 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되는 유량의 일부를 제2 유압 액추에이터측에 재생하는 제어와, 나머지 유량을 탱크로 되돌리는 제어의 양쪽을 1개의 밸브(재생 제어 밸브)로 행할 수 있게 되고, 밸브를 전기적으로 제어하기 위한 전자기 밸브가 1개이면 되므로, 유압 구동 시스템을 간이한 구성으로 실현 가능하여, 비용 저감, 또한 탑재성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 바람직하게는 상기 유압 펌프 장치는 적어도 하나의 가변 용량형 유압 펌프를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 재생 제어 밸브를 개방해서 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 압유를 공급할 때, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 공급되는 재생 유량 분만큼, 상기 유압 펌프의 용량을 감소시키도록 제어한다.

이에 의해 제2 유압 액추에이터는, 제2 조작 장치의 조작 신호에 따른 원하는 속도로 제어됨과 함께, 재생 유량 분만큼 유압 펌프의 토출 유량을 저감함으로써 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 의하면, 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 보텀측 수압 면적에 대한 로드측 수압 면적의 비를 k로 나타낸 경우, 승압 회로에 의해 유압 실린더(제1 유압 액추에이터)의 보텀측 압력을 약 1/(1-k)배(수압 면적비(k)를 2로 한 경우에는 약 2배)까지 승압하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 유압 실린더의 보텀측으로부터 유압 펌프 장치와 제2 유압 액추에이터의 사이(제2 유압 액추에이터측)에 재생되는 압유의 에너지가 증가하여, 더 한층의 에너지 절약화가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 유압 구동 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 유압 구동 시스템이 탑재되는 작업 기계(건설기계)인 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.
도 3은 연통 승압 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에서의 재생 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 유압 구동 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6은 제2 실시 형태에서의 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 7은 제2 실시 형태에서의 재생 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용해서 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 유압 구동 시스템을 도시하는 도면이다.

도 1에서, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 메인의 유압 펌프(1) 및 파일럿 펌프(2)를 포함하는 펌프 장치(50)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 제1 피구동체인 유압 셔블의 붐(205)(도 2 참조)을 구동하는 붐 실린더(4)(제1 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 제2 피구동체인 유압 셔블의 아암(206)(도 2 참조)을 구동하는 아암 실린더(8)(제2 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 붐 실린더(4)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(3)(제1 제어 밸브)와, 유압 펌프(1)로부터 아암 실린더(8)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(7)(제2 제어 밸브)와, 붐의 동작 명령을 출력해서 제어 밸브(3)를 전환하는 제1 조작 장치(5)와, 아암의 동작 명령을 출력해서 제어 밸브(7)를 전환하는 제2 조작 장치(6)를 구비하고 있다. 유압 펌프(1)는, 도시하지 않은 다른 액추에이터(후술)에도 압유가 공급되도록 도시하지 않은 제어 밸브에도 접속되어 있지만, 그것들의 회로 부분은 생략하고 있다.

유압 펌프(1)는 가변 용량형이며, 레귤레이터(1a)를 구비하고, 컨트롤러(15)(후술)로부터의 제어 신호에 의해 레귤레이터(1a)를 제어함으로써 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)이 제어되고, 토출 유량이 제어된다. 또한, 도시는 하지 않지만, 레귤레이터(1a)는 공지된 바와 같이, 유압 펌프(1)의 토출압이 유도되어, 유압 펌프(1)의 흡수 토크가 미리 정한 최대 토크를 초과하지 않도록 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)을 제한하는 토크 제어부를 갖고 있다. 유압 펌프(1)는, 압유 공급관로(9a, 10a)를 통해서 제어 밸브(3, 7)에 접속되어, 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(3, 7)에 공급된다.

제어 밸브(3, 7)는, 각각, 보텀측 관로(23, 28) 또는 로드측 관로(24, 29)를 통해서 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 또는 로드측에 접속되어, 제어 밸브(3, 7)의 전환 위치에 따라, 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(3, 7)로부터 보텀측 관로(23, 28) 또는 로드측 관로(24, 29)를 통해서 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 또는 로드측에 공급된다. 붐 실린더(4)로부터 배출된 압유는, 적어도 그 일부가 제어 밸브(3)로부터 탱크 관로(9b)를 통해서 탱크에 환류된다. 아암 실린더(8)로부터 배출된 압유는, 그 모두가 제어 밸브(7)로부터 탱크 관로(10)를 통해서 탱크에 환류된다.

제1 및 제2 조작 장치(5, 6)는, 각각, 조작 레버(5a, 6a)와 파일럿 밸브(5b, 6b)를 갖고, 파일럿 밸브(5b, 6b)는, 각각, 파일럿 관로(5c, 5d) 및 파일럿 관로(6c, 6d)를 통해 제어 밸브(3)의 조작부(3a, 3b) 및 제어 밸브(7)의 조작부(7a, 7b)에 접속되어 있다.

조작 레버(5a)가 붐 상승 방향(BU)(도시 좌측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(5b)는 조작 레버(5a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압(Pbu)을 생성하고, 이 조작 파일럿압(Pbu)은, 파일럿 관로(5c)를 통해 제어 밸브(3)의 조작부(3a)에 전달되어, 제어 밸브(3)는 붐 상승 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(5a)가 붐 하강 방향(BD)(도시 우측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(5b)는 조작 레버(5a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압(Pbd)을 생성하고, 이 조작 파일럿압(Pbd)은, 파일럿 관로(5d)를 통해서 제어 밸브(3)의 조작부(3b)에 전달되어, 제어 밸브(3)는 붐 하강 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다.

조작 레버(6a)가 아암 크라우드 방향(AC)(도시 우측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압(Pac)을 생성하고, 이 조작 파일럿압(Pac)은, 파일럿 관로(6c)를 통해서 제어 밸브(7)의 조작부(7a)에 전달되어, 제어 밸브(7)는 아암 크라우드 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(6a)가 아암 덤프 방향(AD)(도시 좌측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압(Pad)을 생성하고, 이 조작 파일럿압(Pad)은, 파일럿 관로(6d)를 통해서 제어 밸브(7)의 조작부(7b)에 전달되어, 조작 밸브(7)는 아암 덤프 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다.

붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)와 로드측 관로(24)와의 사이, 아암 실린더(8)의 보텀측 관로(28)와 로드측 관로(29)와의 사이에는, 각각, 메이크업 구비 오버로드 릴리프 밸브(20, 22)가 접속되어 있다. 메이크업 구비 오버로드 릴리프 밸브(20, 22)는, 보텀측 관로(23, 28) 및 로드측 관로(24, 29)의 압력이 너무 올라감으로써 유압 회로 기기가 손상되는 것을 방지하는 기능과, 보텀측 관로(23, 28) 및 로드측 관로(24, 29)가 부압으로 됨으로써 캐비테이션이 발생하는 것을 저감하는 기능을 갖고 있다.

또한, 본 실시 형태는, 펌프 장치(50)가 1개의 메인 펌프(유압 펌프(1))를 포함하는 경우의 것인데, 펌프 장치(50)는, 복수(예를 들어 2개)의 메인 펌프를 포함하고, 제어 밸브(3, 7)에 각각 별도의 메인 펌프를 접속하여, 붐 실린더(4)와 아암 실린더(8)에 각각 별도의 메인 펌프로부터 압유를 공급하도록 해도 된다.

도 1에서, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 메인의 유압 펌프(1) 및 파일럿 펌프(2)를 포함하는 펌프 장치(50)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 제1 피구동체인 유압 셔블의 붐(205)(도 2 참조)을 구동하는 붐 실린더(4)(제1 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 제2 피구동체인 유압 셔블의 아암(206)(도 2 참조)을 구동하는 아암 실린더(8)(제2 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 붐 실린더(4)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(3)(제1 제어 밸브)와, 유압 펌프(1)로부터 아암 실린더(8)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(7)(제2 제어 밸브)와, 붐의 동작 명령을 출력해서 제어 밸브(3)를 전환하는 제1 조작 장치(5)와, 아암의 동작 명령을 출력해서 제어 밸브(7)를 전환하는 제2 조작 장치(6)를 구비하고 있다. 유압 펌프(1)는, 도시하지 않은 다른 액추에이터(후술)에도 압유가 공급되도록 도시하지 않은 제어 밸브에 접속되어 있지만, 그것들의 회로 부분은 생략하고 있다.

도 2는, 본 실시 형태에서의 유압 구동 시스템이 탑재되는 작업 기계(건설기계)인 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.

유압 셔블은, 하부 주행체(201)와 상부 선회체(202)와 프론트 작업기(203)를 구비하고 있다. 하부 주행체(201)는, 좌우의 크롤러식 주행 장치(201a, 201a)(편측만 도시)를 갖고, 좌우의 주행 모터(201b, 201b)(편측만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(202)는, 하부 주행체(201) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 선회 모터(202a)에 의해 선회 구동된다. 프론트 작업기(203)는, 상부 선회체(202)의 전방부에 부앙 가능하게 설치되어 있다. 상부 선회체(202)에는 캐빈(운전실)(202b)이 구비되고, 캐빈(202b) 내에는 상기 제1 및 제2 조작 장치(5, 6)나 도시하지 않은 주행용 조작 페달 장치 등의 조작 장치가 배치되어 있다.

프론트 작업기(203)는, 붐(205)(제1 피구동체), 아암(206)(제2 피구동체), 버킷(207)을 갖는 다관절 구조이며, 붐(205)은, 붐 실린더(4)의 신축에 의해 상부 선회체(202)에 대하여 상하 방향으로 회동하고, 아암(206)은, 아암 실린더(8)의 신축에 의해 붐(205)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동하고, 버킷(207)은, 버킷 실린더(208)의 신축에 의해 아암(206)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동한다.

도 1에서는, 좌우의 주행 모터(201b, 201b), 선회 모터(202a), 버킷 실린더(208) 등의 유압 액추에이터에 관한 회로 부분을 생략해서 나타내고 있다.

여기서, 붐 실린더(4)는, 제1 조작 장치(5)의 조작 레버(5a)가 붐 하강 방향(제1 피구동체의 자중 낙하 방향)(BD)으로 조작되었을 때, 붐(205)을 포함하는 프론트 작업기(203)의 중량에 기초하는 자중 낙하에 의해, 보텀측으로부터 압유를 배출하고 로드측으로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더이다.

도 1로 돌아가서, 본 발명의 유압 구동 시스템은, 상술한 구성 요소 외에, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)로부터 분기하여, 보텀측 관로(23)를 아암 실린더(8)측의 압유 공급관로(10a)에 접속하는 재생 통로(27) 및 재생 통로(27)에 배치되고, 압유의 유량을 조정 가능하고, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 아암 실린더(8)측의 압유 공급관로(10a)에 공급하는 재생 제어 밸브(11)를 갖는 재생 회로(35)와, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23) 및 로드측 관로(24)로부터 각각 분기하여, 보텀측 관로(23) 및 로드측 관로(24)를 접속하는 연통 통로(26) 및 연통 통로(26)에 배치되고, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작 파일럿압(Pbd)(조작 신호)에 기초해서 밸브 개방하여, 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유의 일부를 붐 실린더(4)의 로드측에 재생해서 공급함과 함께, 붐 실린더(4)의 보텀측을 로드측에 연통시킴으로써 붐 실린더(4)의 보텀측 압력(보텀측 관로(23)의 압력)을 승압시키는 연통 승압 밸브(12)를 갖는 승압 회로(36)와, 전자 비례 밸브(13, 17)와, 압력 센서(14, 19, 21, 41)와, 재생 컨트롤러(16)와, 차체 컨트롤러(42)를 구비하고 있다.

연통 승압 밸브(12)는, 조작부(12a)를 갖고, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작 파일럿압(Pbd)이 조작부(12a)에 전달됨으로써 밸브 개방한다.

도 3은, 연통 승압 밸브(12)의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. 제1 조작 장치(5)의 조작 레버(5a)가 붐 하강 방향(BD)으로 조작되고, 조작 파일럿압(Pbd)(레버 조작 신호)이 증대될 때, 연통 승압 밸브(12)의 개구 면적이 빠르게 최대 개구 면적(Amax)까지 증대되고, 또한 유량의 증가가 매끄러워 쇼크를 발생시키지 않도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 또한, 연통 승압 밸브(12)는, 완전 개방했을 때 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)와 로드측 관로(24)의 압력이 대략 동일한 압력으로 되도록, 완전 개방했을 때의 최대 개구 면적(Amax)이 충분히 넓게 설정되어 있다. 이에 의해 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)의 압력을 붐 실린더(4)의 보텀측과 로드측의 수압 면적비에 따른 배율로 승압시키는 것이 가능하게 된다.

연통 승압 밸브(12)의 승압 원리는 다음과 같다.

연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전과 밸브 개방 후 각각에 있어서, 붐 실린더(4)가 붐을 지지하고 있을 때의 힘의 균형을 생각한다. 그때의 붐 실린더(4)에 관련하는 파라미터를 이하와 같이 심볼로 나타낸다.

W: 붐 실린더(4)가 지지하는 붐 등의 부하의 크기(하중)

Pb1: 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력

Pr1: 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전의 붐 실린더(4)의 로드측 압력

Pb2: 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 후의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력

Pr2: 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 후의 붐 실린더(4)의 로드측 압력

Ab: 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적

Ar: 붐 실린더(4)의 로드측 수압 면적

k: 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적에 대한 로드측 수압 면적의 비(수압 면적비(Ar/Ab))

또한, 붐 실린더(4)가 부하를 지지할 때, 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전의 붐 실린더(4)의 로드측 압력(Pr1)은 대략 탱크압이며, 이 탱크압을 0이라 가정한다. 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 후에는, 상술한 바와 같이, 로드측 압력(Pr2)은 보텀측 압력(Pb2)과 동등해진다(Pr2≒Pb2).

연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전의 부하(W)와 붐 실린더(4)와의 힘의 균형은 이하의 식으로 표현된다.

W=Pb1×Ab … (1)

또한, 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 후의 부하(W)와 붐 실린더(4)와의 힘의 균형은 이하의 식으로 표현된다.

W=Pb2×Ab-Pr2×Ar=Pb2×Ab-Pb2×k×Ab

=Pb2×Ab(1-k) … (2)

(2)식을 변형해서, (1)식의 W를 대입하면, 다음과 같이 된다.

Pb2=W/Ab(1-k)

=(Pb1×Ab)/(Ab(1-k))

=Pb1/(1-k) … (3)

(3)식으로부터, 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 후의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력(Pb2)은, 연통 승압 밸브(12)의 밸브 개방 전의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력(Pb1)의 1/(1-k)배로 승압된다.

본 실시 형태에서는, 붐 실린더(4)의 보텀측에 대한 로드측의 수압 면적비(k)는 1/2이다. 이 경우, 연통 승압 밸브(12)가 개방됨으로써 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)의 압력을 약 2배까지 승압시킬 수 있다. 또한, 제어 밸브(3)의 미터 아웃의 개구 면적은, 붐 실린더(4)의 하강 동작 시에 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)의 압력이 약 2배까지 승압하는 것을 상정해서 개구 면적이 설정되어 있다.

압력 센서(14)는 파일럿 관로(5d)에 접속되어, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작 파일럿압(Pbd)을 검출하고, 압력 센서(19)는 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)에 접속되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력(Pb)을 검출하고, 압력 센서(21)는 아암 실린더(8)측의 압유 공급관로(10a)에 접속되어, 유압 펌프(1)의 토출압(Pp)을 검출한다. 압력 센서(41)는, 제2 조작 장치(6)의 파일럿 관로(6c, 6d)에 접속된 셔틀밸브(43)에 접속되어, 제2 조작 장치(6)의 아암 크라우드 방향의 조작 파일럿압(Pac)과 아암 덤프 방향의 조작 파일럿압(Pad)의 고압측 압력(Pa)을 제2 조작 장치(6)의 조작 파일럿압으로서 검출한다.

차체 컨트롤러(42)는 다양한 기능을 갖고 있으며, 그 기능의 하나로서, 제2 조작 장치(6)의 조작 파일럿압을 검출하는 압력 센서(41)로부터의 검출 신호(141)와, 제1 조작 장치(5) 및 도시하지 않은 기타 조작 장치의 조작 파일럿압을 검출하는 압력 센서로부터의 검출 신호를 입력하여, 각 액추에이터를 구동하는데 필요한 압유의 유량을 펌프 요구 유량으로서 산출한다. 차체 컨트롤러(42)는, 붐 하강과 아암의 구동을 동시에 행하는 경우, 붐 실린더(4)의 로드측에 공급되는 압유는 붐 실린더(4)의 보텀 측으로부터의 배출유로 조달하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 아암 실린더(8)를 구동하는데 필요한 압유의 유량을 펌프 요구 유량으로서 산출한다. 차체 컨트롤러(42)는, 산출한 펌프 요구 유량을 펌프 요구 유량 신호(104)로서 재생 컨트롤러(25)에 출력한다.

재생 컨트롤러(15)는, 압력 센서(14, 19, 21)로부터의 검출 신호(114, 119, 121)와 차체 컨트롤러(42)로부터의 펌프 요구 유량 신호(104)를 입력하고, 그것들의 신호에 기초해서 소정의 연산 처리를 행하여, 전자 비례 밸브(13, 17)와 레귤레이터(1a)에 제어 명령을 출력한다.

전자 비례 밸브(13, 17)는, 컨트롤러(15)로부터의 제어 명령에 의해 동작한다. 이때 전자 비례 밸브(13)는, 제1 조작 장치(5)의 파일럿 밸브(5b)에 의해 생성된 붐 하강 방향(BD)의 조작 파일럿압(Pbd)을 원하는 압력으로 감압해서 제어 밸브(3)의 조작부(3b)에 출력하여, 제어 밸브(3)의 스트로크를 제어함으로써 제어 밸브(3)의 개방도(개구 면적)를 제어한다. 전자 비례 밸브(17)는, 파일럿 펌프(2)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환해서 재생 제어 밸브(11)의 조작부(11a)에 출력하여, 재생 제어 밸브(11)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다. 레귤레이터(1a)는, 컨트롤러(15)로부터의 제어 명령에 의해 동작하여, 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)을 제어해서 토출 유량을 제어한다.

이어서, 붐 하강과 아암의 구동을 동시에 행하는 경우의 동작의 개요에 대해서 설명한다. 또한, 원리로서는 아암 덤프를 하는 경우와 클라우드 하는 경우에 마찬가지이기 때문에, 아암 덤프 동작을 예로 들어 설명한다.

제1 조작 장치(5)의 조작 레버(5a)가 붐 하강 방향(BD)으로 조작되고, 동시에 제2 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)가 아암 덤프 방향(AD)으로 조작된 경우, 제1 조작 장치(5)의 파일럿 밸브(5b)로부터 발생한 조작 파일럿압(Pbd)은, 전자 비례 밸브(13)를 통해서 제어 밸브(3)의 조작부(3b)와 연통 승압 밸브(12)의 조작부(12a)에 입력된다. 그것에 의해 제어 밸브(3)는 도시 좌측의 위치로 전환되어, 보텀 관로(23)가 탱크 관로(9b)와 연통함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유가 탱크에 배출되어, 붐 실린더(4)가 축소 동작(붐 하강 동작)을 행한다. 또한, 연통 승압 밸브(12)가 도시 하측의 연통 위치로 전환됨으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)를 로드측 관로(24)에 연통하여, 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유의 일부를 붐 실린더(4)의 로드측에 공급함과 함께, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력을 약 2배까지 승압시킨다. 제어 밸브(3)의 미터 아웃의 개구 면적은, 보텀측 압력이 약 2배까지 승압하는 것을 전제로 설정하고 있기 때문에, 특별한 제어가 필요 없고, 제어 밸브(3)를 조작 파일럿압(Pbd)에 따라서 전환 조작해서 미터 아웃의 개방도(개구 면적)를 제어함으로써, 붐 실린더(4)를 오퍼레이터가 요망하는 양호한 조작 속도로 동작시킬 수 있다.

제2 조작 장치(6)의 파일럿 밸브(6b)로부터 발생한 조작 파일럿압(Pad)은, 제어 밸브(7)의 조작부(7b)에 입력된다. 그것에 의해 제어 밸브(7)는 전환되고, 보텀 관로(28)가 탱크 관로(10b)와 연통하고 또한 로드 관로(29)가 압유 공급관로(10a)와 연통함으로써, 아암 실린더(8)의 보텀측의 압유는 탱크에 배출되어, 유압 펌프(1)로부터의 토출유가 아암 실린더(8)의 로드측에 공급됨으로써, 아암 실린더(8)는 축소 동작을 행한다.

차체 컨트롤러(42)에는, 제2 조작 장치(6)의 조작 파일럿압(Pa)을 검출하는 압력 센서(41)로부터의 검출 신호(141)가 입력되어, 아암 실린더(8)를 구동하는데 필요한 펌프 요구 유량이 산출된다.

재생 컨트롤러(15)에는, 압력 센서(14, 19, 21)로부터의 검출 신호(114, 119, 121)와 차체 컨트롤러(42)로부터의 펌프 요구 유량 신호(104)가 입력되어, 후술하는 제어 로직에 의해, 전자 비례 밸브(13, 17)와 유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)에 제어 명령을 출력한다.

전자 비례 밸브(17)는 제어 명령에 따른 제어 압력을 생성하고, 이 제어 압력에 의해 재생 제어 밸브(11)는 제어되어, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 압유의 일부 또는 전부가 재생 제어 밸브(11)를 통해 아암 실린더(28)에 재생해서 공급된다.

전자 비례 밸브(13)는, 제어 명령에 따라서 파일럿 밸브(5b)의 조작 파일럿압(Pbd)을 감압하고, 붐 실린더(4)를 목표 속도로 유지하도록 제어 밸브(3)의 개방도를 제어한다.

유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)는, 제어 명령에 기초하여 유압 펌프(1)의 틸팅각을 제어하고, 아암 실린더(8)의 목표 속도를 유지하도록 적절하게 펌프 유량을 제어한다.

이어서, 재생 컨트롤러(15)의 제어 기능에 대해 설명한다.

재생 컨트롤러(15)는, 대략, 이하의 3개의 기능을 갖고 있다.

먼저, 재생 컨트롤러(15)는, 제1 조작 장치(5)가 붐(205)(제1 피구동체)의 자중 낙하 방향인 붐 하강 방향(BD)으로 조작되고, 이것과 동시에 제2 조작 장치(6)가 조작되었을 때, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8)와의 사이의 압유 공급관로(10a)의 압력보다 높은 경우에, 재생 제어 밸브(11)를 개방해서 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유 공급관로(10a)에 공급되는 압유의 유량을 제어한다(제1 기능).

또한, 재생 컨트롤러(15)는, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작량과, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력과, 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8)와의 사이의 압유 공급관로(10a)의 압력에 기초하여 (붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 유량 중 붐 실린더(4)의 로드측과 압유 공급관로(10a)의 어느 쪽에도 공급되지 않는 유량을 산출하여, 이 유량을 탱크로 되돌리도록) 제어 밸브(3)(배출 스로틀 밸브)를 제어한다(제2 기능).

이 제2 기능에 있어서, 재생 컨트롤러(15)는, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작 신호인 조작 파일럿압(Pbd)에 기초하여 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되어야 할 목표 보텀 유량을 산출함과 함께, 아암 실린더(8)의 제어 밸브(7)가 요구하는 재생 가능 유량을 산출하여, 목표 보텀 유량과 재생 가능 유량 중, 작은 쪽을 목표 재생 유량으로서 설정하고, 목표 보텀 유량에서 목표 재생 유량을 차감해서 목표 배출 유량을 산출하여, 아암 실린더(8)측에 재생되는 압유의 유량이 목표 재생 유량에 일치하도록 재생 제어 밸브(11)를 제어하고, 탱크로 되돌려지는 유량이 목표 배출 유량에 일치하도록 제어 밸브(3)(배출 스로틀 밸브)를 제어한다.

또한, 재생 컨트롤러(15)는, 재생 제어 밸브(11)를 개방해서 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8)와의 사이의 압유 공급관로(10a)에 압유를 공급할 때, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유 공급관로(10a)에 공급되는 재생 유량 분만큼, 유압 펌프(1)의 용량을 감소시키도록 제어한다(제3 기능).

도 4는, 상기 3개의 기능을 실행하는 재생 컨트롤러(15)의 제어 로직을 도시하는 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 재생 컨트롤러(15)는, 가산기(105), 펌프 최소 유량 설정부(106), 함수 발생기(109), 최솟값 선택기(111), 가산기(112), 출력 변환부(115), 가산기(123), 출력 변환부(124), 출력 변환부(126), 게인 발생기(131), 함수 발생기(132), 적산기(133), 가산기(130)를 갖고 있다.

도 4에서, 검출 신호(114)는, 제1 조작 장치(5)의 조작 레버(5a)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압(Pbd)을 압력 센서(14)에 의해 검출한 신호(레버 조작 신호)이며, 검출 신호(119)는, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력(보텀측 관로(23)의 압력)을 압력 센서(19)에 의해 검출한 신호(보텀압 신호)이며, 검출 신호(121)는, 유압 펌프(1)의 토출압(압유 공급관로(10a)의 압력)을 압력 센서(21)에 의해 검출한 신호(펌프압 신호)이다.

함수 발생기(109)에는 레버 조작 신호(114)와 보텀압 신호(119)가 입력되어, 목표 보텀 유량이 산출된다. 함수 발생기(109)에 있어서의 목표 보텀 유량의 산출 특성은, 레버 조작 신호(114)(조작 파일럿압(Pbd))에 비례해서 목표 보텀 유량이 증가하고, 보텀압 신호(119)(붐 실린더(4)의 보텀측 압력)가 증가함에 따라서 목표 보텀 유량의 레버 조작 신호(114)에 대한 증가 비율이 증대되도록(기울기가 급하게 되도록) 설정되어 있다.

함수 발생기(109)의 출력은 게인 발생기(131)에 입력된다. 게인 발생기(131)에서는, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(23)에 배출되는 복귀유 중, 로드측 관로(24)에 보내지지 않고, 제어 밸브(3) 및/또는 재생 제어 밸브(11)에 흐르는 유량을 산출한다. 연통 승압 밸브(12)를 개방함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 유량의 면적비 배가 붐 실린더(4)의 로드측에 흐른다. 즉, 상술한 바와 같이 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적(Ab)에 대한 로드측 수압 면적(Ar)의 수압 면적비(Ar/Ab)를 k로 하면, 게인 발생기(131)의 게인은 (1-k)가 된다.

한편, 차체 컨트롤러(42)로부터 출력된 펌프 요구 유량 신호(104)와 펌프 최소 유량 설정부(106)에 미리 설정한 유압 펌프(1)의 최소 유량이 가산기(105)에 입력되고, 펌프 요구 유량에서 펌프 최소 유량을 차감함으로써 재생 가능 유량이 연산된다. 여기서, 유압 펌프(1)는, 액추에이터 구동 개시 시의 응답성의 개선이나 액추에이터 비구동 시의 윤활성 확보의 목적 등에서, 모든 조작 레버가 중립 위치에 있는 경우에도, 최소 틸팅각으로 유지되어, 최소 유량을 토출하도록 되어 있고, 최소 유량 설정부(106)에는 그 최소 유량이 설정되어 있다.

게인 발생기(131)로부터 출력되는 목표 보텀 유량과 가산기(105)로부터 출력되는 재생 가능 유량이 최솟값 선택기(111)에 입력되고, 입력된 값의 작은 쪽을 선택하여, 목표 재생 유량으로서 출력한다.

가산기(130)에는 보텀압 신호(119) 및 펌프압 신호(121)가 입력되고, 보텀압 신호(119)와 펌프압 신호(121)의 편차(붐 실린더(4)의 보텀측 압력과 유압 펌프(1)의 토출압과의 차압)가 구해져서, 이 편차(차압)가 함수 발생기(132)에 입력된다. 함수 발생기(132)는, 가산기(130)에서 구해진 편차(차압)가 미리 정한 역치 이상인 경우에는 재생 가능한 것을 의미하는 1을 출력하고, 역치 미만인 경우에는 재생 불능인 것을 의미하는 0을 출력한다. 역치로서는, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 유압 펌프(1)의 토출압보다도 높아 재생 가능한지 여부를 판정할 수 있도록 하기 위해서, 제로에 가까운 작은 값이 설정되어 있다.

적산기(133)에서는, 최솟값 선택부(111)에서 결정된 목표 재생 유량과 함수 발생기(132)의 출력이 입력되고, 함수 발생기(132)가 1을 출력하는 경우에는, 최솟값 선택부(111)에서 결정된 목표 재생 유량을 출력하고, 함수 발생기(132)가 0을 출력하는 경우에는 제로의 목표 재생 유량을 출력한다.

가산기(130)에 의해 산출된 보텀압 신호(119)와 펌프압 신호(121)의 편차(차압)와 적산기(133)에 의해 산출된 목표 재생 유량이 출력 변환부(115)에 입력되고, 오리피스의 식으로부터 재생 제어 밸브(11)의 목표 개구 면적이 연산되어, 전자 밸브 명령(117)으로서 전자 비례 밸브(17)에 출력된다.

여기서, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력보다도 유압 펌프(1)의 토출압이 더 높아 재생 불능인 경우에는, 함수 발생기(132)가 0을 출력하고 적산기(133)가 0의 목표 재생 유량을 출력함으로써, 출력 변환부(115)는, 재생 제어 밸브(11)를 동작시키지 않도록 전자 비례 밸브(17)에 전자 밸브 명령(117)을 보낸다. 또한, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 유압 펌프(1)의 토출압보다도 높아 재생 가능한 경우에는, 함수 발생기(132)가 1을 출력하고 적산기(133)가 최솟값 선택부(111)에서 결정된 목표 재생 유량을 출력함으로써, 출력 변환부(115)는, 재생 제어 밸브(11)를 개방해서 목표 재생 유량이 얻어지도록 전자 비례 밸브(17)에 전자 밸브 명령(117)을 보낸다(제1 기능).

적산기(133)에 의해 산출된 목표 재생 유량과 게인 발생기(131)로부터 출력된 목표 보텀 유량이 가산기(112)에 입력되어, 목표 보텀 유량에서 목표 재생 유량을 차감함으로써 목표 배출 유량이 산출된다. 산출된 목표 배출 유량과 보텀압 신호(119)가 출력 변환부(124)에 입력되고, 오리피스의 식으로부터 제어 밸브(3)의 미터 아웃의 스로틀 개방도를 연산하여, 전자 밸브 명령(113)으로서 전자 비례 밸브(13)에 출력된다. 이에 의해 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 유량 중 붐 실린더(4)의 로드측과 압유 공급관로(10a)의 어느 쪽에도 공급되지 않는 유량이 탱크로 되돌려지도록 제어 밸브(3)(배출 스로틀 밸브)가 제어된다(제2 기능).

차체 컨트롤러(42)로부터 출력된 펌프 요구 유량 신호(104)와 적산기(133)에 의해 산출된 목표 재생 유량이 가산기(123)에 입력되어, 펌프 요구 유량에서 목표 재생 유량을 차감함으로써 목표 펌프 유량이 산출된다. 가산기(123)로부터 출력된 목표 펌프 유량은, 출력 변환부(126)에 의해 유압 펌프(1)의 틸팅 명령(101)으로 변환되어, 레귤레이터(1a)에 출력된다. 이에 의해 유압 펌프(1)는, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유 공급관로(10a)에 공급되는 재생 유량 분만큼, 용량을 감소시키도록 제어된다(제3 기능).

이어서, 재생 컨트롤러(15)의 동작에 대해서 설명한다.

제1 조작 장치(5)의 조작 레버(5a)를 붐 하강 방향(BD)으로 조작함으로써, 압력 센서(14)에 의해 검출된 조작 파일럿압(Pbd)의 신호는 레버 조작 신호(114)로서 컨트롤러(15)에 입력된다. 또한, 압력 센서(19, 21)에 의해 검출된 붐 실린더(4)의 보텀측 압력, 유압 펌프(1)의 토출압의 각 신호는 보텀압 신호(119), 펌프압 신호(121)로서 재생 컨트롤러(15)에 입력된다.

레버 조작 신호(114)와 보텀압 신호(119)가 함수 발생기(109)에 입력되어, 목표 보텀 유량을 산출하고, 게인 발생기(131)에 의해 제어 밸브(3)와 재생 제어 밸브(11)에 흐르는 유량이 연산된다.

한편, 제2 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)를 아암 덤프 방향(AD)으로 조작함으로써, 압력 센서(41)에 의해 검출된 조작 파일럿압(Pad)의 신호(141)는 차체 컨트롤러(42)에 입력되어, 아암 실린더(8)를 구동하는데 필요한 펌프 요구 유량이 산출된다. 이 펌프 요구 유량은, 펌프 요구 유량 신호(104)로서 재생 컨트롤러(15)에 보내지고, 재생 컨트롤러(15)에서는, 펌프 요구 유량에서 펌프 최소 유량을 차감해서 재생 가능 유량을 산출하고, 산출된 재생 가능 유량과 목표 보텀 유량이 최솟값 선택기(111)에 입력되어, 입력된 값이 작은 쪽을 선택해서 목표 재생 유량으로서 출력한다.

가산기(130), 함수 발생기(132) 및 적산기(133)에 의해, 보텀압 신호(119)의 압력(붐 실린더(4)의 보텀측 압력)이 펌프압 신호(121)의 압력(유압 펌프(1)의 토출압)보다도 높은지 여부가 판정되고, 보텀압 신호(119)의 압력이 더 높은 경우(재생 가능한 경우)에는, 최솟값 선택부(111)에서 결정된 목표 재생 유량이 출력되고, 펌프압 신호(119)의 압력이 더 높은 경우(재생 불능인 경우)에는, 적산기(133)로부터(0)의 목표 재생 유량이 출력된다.

연산된 목표 재생 유량과 보텀압 신호(119), 펌프압 신호(121)가 출력 변환부(115)에 입력되고, 오리피스의 식에 기초하여 재생 제어 밸브(11)의 개구 면적을 산출하여, 전자 밸브 명령(117)으로서 전자 비례 밸브(17)에 출력된다(기능 1).

이에 의해, 붐 실린더(4)로부터 배출되는 압유의 적어도 일부가 재생 제어 밸브(11)를 통해서 목표대로의 유량으로 제어되어, 아암 실린더(8)측에 재생된다. 그리고 이때, 연통 승압 밸브(12)가 개방되고, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 약 2배까지 승압하고 있기 때문에, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 아암 실린더(8)측에 재생되는 압유의 에너지가 증가하여, 더 한층의 에너지 절약화가 가능하게 된다.

목표 보텀 유량과 목표 재생 유량의 차를 가산기(112)로 연산해서 목표 배출 유량을 구하고, 구해진 목표 배출 유량과 보텀압 신호(119)가 출력 변환부(124)에 입력되고, 오리피스의 식을 사용하여, 제어 밸브(3)의 미터 아웃의 개구 면적을 산출하여, 전자 비례 밸브(13)에 전자 밸브 명령(113)으로서 출력된다(제2 기능).

이에 의해 제어 밸브(3)는 적절한 개방도로 제어되어, 유량을 아암 실린더(8)측에 재생하면서 붐 실린더(4)의 목표 속도를 확보할 수 있다.

또한, 목표 재생 유량은 재생 가능 유량과 함께 가산기(123)에 입력되어, 목표 펌프 유량을 산출한다. 산출된 목표 펌프 유량은 출력 변환부(126)에 입력되어, 유압 펌프(1)의 틸팅각을 제어한다(제3 기능).

이에 의해 아암 실린더(8)는, 제2 조작 장치(6)의 조작 신호(조작 파일럿압(Pad))에 따른 원하는 속도로 제어됨과 함께, 재생 유량 분만큼 유압 펌프(1)의 토출 유량을 저감함으로써, 유압 펌프(1)를 구동하는 엔진의 연비를 저감하여, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

<제2 실시 형태>

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 유압 구동 시스템을 도시하는 도면이다. 또한, 도 1과 마찬가지의 개소에 대해서는 설명을 생략한다.

도 5에서, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에서의 재생 제어 밸브(11) 대신에 재생 제어 밸브(44)를 갖는 재생 회로(35A)를 구비하고 있다. 재생 제어 밸브(44)는, 보텀측 관로(23)와 재생 통로(27)와의 분기부에 배치되어, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터의 배출유를 탱크측(제어 밸브(3)측)과 재생 통로(27)측에 흐르게 할 수 있도록, 탱크측 통로(제1 스로틀)와 재생측 통로(제2 스로틀)를 갖고 있다. 재생 제어 밸브(44)의 스트로크는 전자 비례 밸브(17)에 의해 제어된다.

도 6은 재생 제어 밸브(44)의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. 도 5의 횡축은 재생 제어 밸브(44)의 스풀 스트로크를 나타내고, 종축은 개구 면적을 나타내고 있다.

도 6에서, 스풀 스트로크가 최소인 경우(노멀 위치에 있는 경우)는, 탱크측 통로가 개방되어 있어 개구 면적은 최대이며, 재생측 통로가 폐쇄되어 개구 면적은 제로다. 스트로크를 서서히 증가시켜 나가면, 탱크측 통로의 개구 면적이 서서히 감소하고, 재생측 통로가 개방되어 개구 면적이 서서히 증가해 나간다. 스트로크를 더욱 증가시키면, 탱크측 통로가 폐쇄되고(개구 면적이 제로가 되고), 재생측 통로의 개구 면적은 더욱 증가해 나간다. 이렇게 구성되어 있는 결과, 스풀 스트로크가 최소인 경우에는, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 압유는 재생되지 않고, 전량이 제어 밸브(3)측에 유입되고, 스트로크를 서서히 우측으로 움직여 나가면, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 압유의 일부가 재생 통로(27)에 유입된다. 또한, 스트로크를 조정함으로써, 탱크측과 재생측 통로의 개구 면적을 변화시키지 않고, 재생 유량을 제어할 수 있다.

즉, 제1 조작 장치(5)의 레버 조작량이 큰 경우에는, 재생 제어 밸브(44)의 스트로크를 크게 해서 재생측 통로의 개구 면적을 크게 함으로써, 재생 유량을 많이 흘리도록 제어한다. 이때의 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유가, 재생하지 않는 경우와 동등하게 되도록, 재생 제어 밸브(44)의 개구 면적 특성을 조정하면 된다.

다음으로 동작에 대해서 설명한다.

붐 하강과 아암 덤프의 동작에 있어서, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 아암 실린더(8)의 로드측의 압력보다도 낮은 경우에는, 재생 제어 밸브(44)를 노멀 위치로 함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유는, 모두 제어 밸브(3)의 미터 아웃 통로를 지나서, 탱크에 배출된다. 이에 의해 통상의 붐 하강 동작이 행하여진다.

붐 하강과 아암 덤프의 동작에 있어서, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 아암 실린더(8)의 로드측의 압력보다도 높은 경우에는, 재생 제어 밸브(44)를 노멀 위치로부터 전환함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유가 아암 실린더(8)의 로드측에 재생되고, 재생 유량 분만큼, 유압 펌프(1)의 토출 유량을 저감함으로써, 유압 펌프(1)의 출력을 억제하고, 유압 펌프(1)를 구동하는 엔진의 연비를 저감하여, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 탱크측에 배출되는 유량과 재생되는 유량을 각각 독립해서 미세하게 제어할 수 없는 대신에, 전자 밸브가 하나이면 되므로 간이적인 구성으로 할 수 있어, 비용의 저감이 도모되고, 탑재성도 향상된다.

또한, 통상, 붐 하강 및 아암 덤프 동작은, 주로 자갈 쌓기 동작 및 수평 당김 동작에 있어서 자주 행하여져, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 아암 실린더(8)의 로드측 압력보다도 높아 재생 가능한 경우에는, 제1 및 제2 조작 장치(5, 6)의 레버 조작량이 어느 정도 일정해져 있는 경우가 많다. 이로부터, 자갈 쌓기 동작 및 수평 당김 동작을 분석함으로써, 최적의 재생 제어 밸브(44)의 개구 면적 특성을 설정하는 것이 가능하게 되고, 단순한 구성으로 제1 실시 형태와 거의 동등한 에너지 절약 효과를 달성하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에서의 재생 컨트롤러(15) 대신에 재생 컨트롤러(15A)를 구비하고 있다.

컨트롤러(15A)는, 컨트롤러(15)가 갖는 상술한 제1 내지 제3 기능을 갖고 있다. 또한, 컨트롤러(15A)는, 제1 조작 장치(5)의 붐 하강 방향(BD)의 조작량과, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력과, 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8)와의 사이의 압유 공급관로(10a)의 압력에 기초하여 재생 제어 밸브(44)를 제어한다(제4 기능).

도 7은, 제2 실시 형태에서의 재생 컨트롤러(15A)의 제어 로직을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 2와 마찬가지의 제어 요소에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 재생 컨트롤러(15A)는, 도 4의 제1 실시 형태에서의 함수 발생기(109), 최솟값 선택기(111), 가산기(112), 가산기(123), 출력 변환부(124), 게인 발생기(131), 적산기(133) 대신에, 함수 발생기(141, 142, 144), 적산기(145, 146, 147, 148), 가산기(149)를 갖고 있다.

함수 발생기(141)는, 제1 조작 장치(5)의 레버 조작량 신호(114)에 따라서 재생 제어 밸브(44)의 재생측 통로의 개구 면적을 산출하는 것이며, 도 6에 나타낸 재생 제어 밸브(44)의 재생측 통로의 개구 면적 특성과 동일한 특성이 설정되어 있다.

함수 발생기(142)는, 레버 조작량 신호(114)에 따라서 유압 펌프(1)의 저감 유량(이하, 펌프 저감 유량이라고 함)을 구하는 것이다. 함수 발생기(142)는, 함수 발생기(141)에서 설정한 개구 면적 특성에 따라서 설정하는 것이 좋다. 즉, 함수 발생기(141)에서 산출되는 개구 면적이 넓을수록, 재생 유량이 많아지므로, 함수 발생기(141)에서 산출되는 개구 면적에 따라서 펌프 저감 유량도 많게 설정할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 함수 발생기(142)는, 함수 발생기(141)의 개구 면적 특성과 동일한 특성이 설정되어 있다.

가산기(130)는, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 보텀압 신호(119)와 펌프압 신호(121)의 편차(붐 실린더(4)의 보텀측 압력과 유압 펌프(1)의 토출압과의 차압)를 산출하고, 이 편차(차압)가 함수 발생기(132)에 입력된다. 함수 발생기(132)는, 가산기(130)에서 구해진 편차(차압)가 미리 정한 역치 이상인 경우에는 재생 가능한 것을 의미하는 1을 출력하고, 역치 미만인 경우에는 재생 불능인 것을 의미하는 0을 출력한다. 역치로서는, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력이 유압 펌프(1)의 토출압보다도 높아 재생 가능한지 여부를 판정할 수 있도록 하기 위해서, 제로에 가까운 작은 값이 설정되어 있다.

적산기(145)는, 함수 발생기(141)에서 산출된 개구 면적과 함수 발생기(132)에서 산출된 값을 입력하고, 함수 발생기(132)가 1을 출력하는 경우(차압이 역치 이상인 경우)는 재생 가능이라 판단하여, 함수 발생기(141)에서 산출된 개구 면적을 출력하고, 함수 발생기(132)가 0을 출력하는 경우(차압이 역치보다 작은 경우)는 재생 불가능이라 판단하여, 재생측 통로의 개구 면적으로서 0을 출력한다.

적산기(146)는, 함수 발생기(142)에서 산출된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(132)에서 산출된 값을 입력하고, 함수 발생기(145)와 마찬가지로, 함수 발생기(132)가 1을 출력하는 경우(차압이 역치 이상인 경우)는 재생 가능이라 판단하여, 함수 발생기(142)에서 산출된 펌프 저감 유량을 출력하고, 함수 발생기(132)가 0을 출력하는 경우(차압이 역치보다 작은 경우)는 재생 불가능이라 판단하여, 펌프 저감 유량으로서 0을 출력한다.

펌프 요구 유량 신호(104)와 펌프 최소 유량 설정부(106)에 미리 설정한 유압 펌프(1)의 최소 유량이 가산기(105)에 입력되고, 펌프 요구 유량에서 펌프 최소 유량을 차감함으로써 재생 가능 유량이 연산된다.

재생 가능 유량은 함수 발생기(144)에 입력되고, 함수 발생기(144)는, 재생 가능 유량이 미리 정한 역치 이상인 경우에는 재생 가능한 것을 의미하는 1을 출력하고, 역치 미만인 경우에는 재생 불능인 것을 의미하는 0을 출력한다. 재생 가능 유량이 적은 경우에는, 제어 밸브(7)의 미터 인의 개구가 폐쇄될 기미가 보여, 재생 제어 밸브(44)의 재생측 통로의 개구 면적을 개방해도, 아암 실린더(8)의 로드측에는 압유가 거의 흐르지 않는다. 반대로 재생 가능 유량이 충분히 많은 경우에는, 제어 밸브(8)의 미터 인의 개구가 개방되어 있어, 재생 유량을 충분히 흘리는 것이 가능하다. 그 때문에 함수 발생기(144)에서는, 재생 가능한지 여부의 판단을 행하고 있고, 역치로서는 그러한 판단을 가능하게 하는 작은 값이 설정되어 있다.

적산기(147)에서는, 적산기(145)의 출력과 함수 발생기(144)의 출력이 입력되고, 함수 발생기(144)가 1을 출력하는 경우에는, 함수 발생기(145)의 출력(함수 발생기(132)가 1을 출력하고 있는 경우에는 함수 발생기(141)에서 산출된 개구 면적)을 출력하고, 함수 발생기(144)가 0을 출력하는 경우에는 제로의 개구 면적을 출력한다.

적산기(148)에서는, 적산기(146)의 출력과 함수 발생기(144)의 출력이 입력되고, 함수 발생기(147)와 마찬가지로, 함수 발생기(144)가 1을 출력하는 경우에는, 함수 발생기(146)의 출력(함수 발생기(132)가 1을 출력하고 있는 경우에는 함수 발생기(142)에서 산출된 펌프 저감 유량)을 출력하고, 함수 발생기(144)가 0을 출력하는 경우에는 제로의 펌프 저감 유량을 출력한다.

적산기(147)의 출력은 출력 변환부(115)에 입력되고, 전자 밸브 명령(117)으로서 전자 비례 밸브(17)에 출력되어, 재생 제어 밸브(44)의 스트로크(개구 면적)가 제어된다.

차체 컨트롤러(42)로부터 출력된 펌프 요구 유량 신호(104)와 적산기(148)의 출력(펌프 저감 유량)이 가산기(149)에 입력되어, 가산기(149)에 있어서, 펌프 요구 유량에서 펌프 저감 유량을 차감함으로써 목표 펌프 유량이 산출된다. 이 목표 펌프 유량은, 출력 변환부(126)에 의해 유압 펌프(1)의 틸팅 명령(101)으로 변환되어, 레귤레이터(1a)에 출력된다. 이에 의해 유압 펌프(1)는, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유 공급관로(10a)에 공급되는 재생 유량 분만큼, 용량을 감소시키도록 제어된다.

이상의 제어 로직에 의해, 레버 조작 신호(114)가 입력되면, 함수 발생기(141) 및 함수 발생기(142)로부터, 각각, 재생 제어 밸브(44)의 재생측 통로의 개구 면적과 펌프 저감 유량이 출력된다. 또한, 보텀압 신호(119)와 펌프압 신호(121)로부터 가산기(130)에 의해 붐 실린더(4)의 보텀측 압력과 유압 펌프(1)의 토출압과의 차압이 산출되어, 재생 가능/불가의 판단을 함수 발생기(132)에서 행한다.

마찬가지로, 펌프 요구 유량 신호(104)를 가산기(105)에 입력하고, 펌프 요구 유량에서 펌프 최소 유량을 감한 값을 재생 가능 유량으로서 산출하여, 재생 가능/불가의 판단을 함수 발생기(144)에서 행한다.

연산된 차압 및 재생 가능 유량에 대하여 각각 재생 가능이라 판단된 경우에는, 함수 발생기(141)로부터 출력된 재생측 통로의 개구 면적이 출력 변환부(115)에 의해 전자 밸브 명령(117)으로 변환되고, 전자 비례 밸브(17)에 출력되어 재생 제어 밸브(44)의 스트로크가 제어된다.

이에 의해 재생 제어 밸브(44)는, 레버 조작 신호(114)에 따른 개구 면적에 설정되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 배출유가 아암 실린더(8)의 로드에 재생된다.

또한, 함수 발생기(142)로부터 출력된 펌프 저감 유량은, 가산기(149)에 의해, 펌프 요구 유량 신호(104)의 유량에서 펌프 저감 유량을 감한 값으로서 산출되어, 출력 변환부(126)에 의해 틸팅 명령(101)으로서 출력된다.

이에 의해 유압 펌프(1)는, 재생 유량 분만큼, 토출 유량을 저감할 수 있어, 유압 펌프(1)를 구동하는 엔진의 연비를 저감하여, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 유량의 일부를 아암 실린더(8)측에 재생하는 제어와, 나머지 유량을 탱크로 되돌리는 제어의 양쪽을 1개의 밸브(재생 제어 밸브(44))로 행할 수 있게 되어, 밸브를 전기적으로 제어하기 위한 전자 밸브(전자 비례 밸브(17))가 1개이면 되므로, 유압 구동 시스템을 간이적인 구성으로 실현 가능하여, 비용 저감, 또한 탑재성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

<기타>

이상에서, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명의 실시 형태는 본 발명의 정신의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 유압 셔블에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 제1 조작 장치가 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때, 제1 피구동체의 자중 낙하에 의해 보텀측으로부터 압유를 배출하고 로드측으로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더를 구비하는 작업 기계라면, 유압 크레인, 휠 로더 등, 기타 작업 기계에도 적용할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 붐용의 제어 밸브(3)의 미터 아웃 스로틀을 배출 스로틀 밸브로서 사용하여, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출되는 유량 중 붐 실린더(4)의 로드측과 아암 액추에이터(8)측의 어느 쪽에도 공급되지 않는 유량을 탱크로 되돌렸지만, 제어 밸브(3)와는 별도로 전용의 배출 스로틀 밸브를 설치하여, 이 배출 스로틀 밸브부터 탱크로 되돌려도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 연통 통로(26)를 보텀측 관로(23)와 로드측 관로(24) 사이에 접속하여, 이 연통 통로(26)에 연통 승압 밸브(12)를 배치했지만, 연통 통로(26)를 제어 밸브(3)의 내부 통로로서 형성하고, 또한 연통 승압 밸브(12)를 제어 밸브(3) 내에 배치해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 재생 컨트롤러(15)와 차체 컨트롤러(42)의 2개의 컨트롤러를 사용했지만, 이들 2개의 컨트롤러를 1개의 컨트롤러로 통합해도 된다.

1 : 유압 펌프 2 : 파일럿 펌프
3 : 제어 밸브
4 : 붐 실린더(제1 유압 액추에이터)
5 : 제1 조작 장치 5a : 조작 레버
5b : 파일럿 밸브 5c, 5d : 파일럿 관로
6 : 제1 조작 장치 6a : 조작 레버
6b : 파일럿 밸브 6c, 6d : 파일럿 관로
7 : 제어 밸브
8 : 아암 실린더(제2 유압 액추에이터)
9a, 10a : 압유 공급관로 9b, 10b : 탱크 관로
11 : 재생 제어 밸브 12 : 연통 승압 밸브
13 : 전자 비례 밸브 14 : 압력 센서
15, 15A : 재생 컨트롤러 16 : 전자 비례 밸브
17 : 전자 비례 밸브 18 : 압력 센서
19 : 압력 센서
20 : 메이크업 구비 오버로드 릴리프 밸브
21 : 압력 센서
22 : 메이크업 구비 오버로드 릴리프 밸브
23 : 보텀측 관로 24 : 로드측 관로
26 : 연통 관로 27 : 재생측 관로
28 : 보텀측 관로 29 : 로드측 관로
31 : 제어 밸브 32 : 체크 밸브
35, 35A : 재생 회로 36 : 승압 회로
41 : 압력 센서 42 : 차체 컨트롤러
43 : 셔틀 밸브 101 : 틸팅 명령
104 : 펌프 요구 유량 신호 105 : 가산기
106 : 펌프 최소 유량 설정부 109 : 함수 발생기
111 : 최솟값 선택기 112 : 가산기
113 : 전자 밸브 명령 114 : 레버 조작 신호
115 : 출력 변환부 117 : 전자 밸브 명령
119 : 보텀압 신호 121 : 펌프압 신호
123 : 가산기 124 : 출력 변환부
126 : 출력 변환부 130 : 가산기
131 : 게인 발생기 132 : 함수 발생기
133 : 적산기 141 내지 143 : 함수 발생기
145 내지 148 : 적산기 149 : 가산기
203 : 프론트 작업기 205 : 붐(제1 피구동체)
206 : 아암(제2 피구동체) 207 : 버킷

Claims

유압 펌프 장치와, 이 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제1 피구동체를 구동하는 제1 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제2 피구동체를 구동하는 제2 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제1 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제2 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 제어 밸브와, 상기 제1 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력해서 상기 제1 제어 밸브를 전환하는 제1 조작 장치와, 상기 제2 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력해서 상기 제2 제어 밸브를 전환하는 제2 조작 장치를 구비하고,
상기 제1 유압 액추에이터는, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때, 상기 제1 피구동체의 자중 낙하에 의해 보텀측으로부터 압유를 배출하고 로드측으로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더인 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서,
상기 유압 실린더의 보텀측을 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 접속하는 재생 통로 및 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 상기 재생 통로를 통해 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터의 사이에 공급하는 재생 제어 밸브를 갖는 재생 회로와,
상기 유압 실린더의 보텀측을 상기 유압 실린더의 로드측에 접속하는 연통 통로 및 상기 연통 통로에 배치되고, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작 신호에 기초해서 완전 개방하여, 상기 유압 실린더의 보텀측을 로드측에 연통시킴으로써 상기 유압 실린더의 보텀측 압력을 승압시키는 연통 승압 밸브를 갖는 승압 회로와,
상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되고, 이것과 동시에 상기 제2 조작 장치가 조작되었을 때, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력이 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력보다도 높은 경우에 상기 재생 제어 밸브를 개방해서 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제1 제어 밸브는, 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때 미터 아웃 통로가 탱크에 연통함과 함께, 미터 인 통로가 폐쇄되도록 구성되며,
상기 연통 승압 밸브는, 완전 개방했을 때 상기 유압 실린더의 보텀측과 로드측의 압력이 동일 압력으로 되도록 최대 개구 면적이 설정되어 있으며,
상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작된 경우에, 상기 제1 제어 밸브가 상기 미터 인 통로가 폐쇄되는 방향으로 전환됨과 함께, 상기 연통 승압 밸브가 완전 개방하여, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력을 상기 유압 실린더의 보텀측과 로드측의 수압 면적비에 따른 배율로 승압시키는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압 실린더의 보텀측과 탱크와의 사이에 설치된 배출 스로틀 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작량과, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력에 기초하여 상기 배출 스로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작 신호에 기초하여 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 배출되어야 할 목표 보텀 유량을 산출함과 함께, 상기 제2 제어 밸브가 요구하는 재생 가능 유량을 산출하여, 상기 목표 보텀 유량과 상기 재생 가능 유량 중, 작은 쪽을 목표 재생 유량으로서 설정하고, 상기 목표 보텀 유량에서 상기 목표 재생 유량을 차감해서 목표 배출 유량을 산출하여, 상기 제2 유압 액추에이터측에 재생되는 압유의 유량이 상기 목표 재생 유량에 일치하도록 상기 재생 제어 밸브를 제어하고, 상기 탱크로 되돌려지는 유량이 상기 목표 배출 유량에 일치하도록 상기 배출 스로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제1항에 있어서,
상기 재생 제어 밸브는, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 탱크에 배출되는 압유의 유량을 제어하는 제1 스로틀과, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터의 사이에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제2 스로틀을 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 제1 조작 장치의 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향의 조작량과, 상기 유압 실린더의 보텀측 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이의 압력에 기초하여, 상기 재생 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 펌프 장치는 적어도 하나의 가변 용량형 유압 펌프를 포함하고,
상기 제어 장치는, 상기 재생 제어 밸브를 개방해서 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 압유를 공급할 때, 상기 유압 실린더의 보텀측으로부터 상기 유압 펌프와 상기 제2 유압 액추에이터와의 사이에 공급되는 재생 유량 분만큼, 상기 유압 펌프의 용량을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 시스템.