KR20090070802A - 건설장비의 전자유압 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설장비의 전자유압 시스템에 관한 것으로, 작동유의 토출 유량 가변이 가능하고, 작업장치의 구동을 위해 연결된 제1, 제2 그룹 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2 펌프, 제1 펌프로부터 토출된 작동유가 제1 그룹 액추에이터로 이동되는 제1 유압라인, 제2 펌프로부터 토출된 작동유가 제2 그룹 액추에이터로 이동되는 제2 유압라인, 제1 유압라인과 제2 유압라인의 작동유가 합류하도록 방향을 전환하는 방향전환 밸브, 액추에이터로 제공되는 작동유를 제어하는 제어밸브에 마련되고, 액추에이터의 구동에 따라 발생하는 위치에너지 또는 관성에너지를 이용하여 작동유의 일부를 액추에이터로 공급하여 재생하는 재생 회로부, 재생 회로부에서 액추에이터로 공급되는 재생유량(Qregen)을 산출하는 액추에이터 사용유량 계산부, 운전자의 조이스틱 조작에 의해 입력되는 요구 유량(Qset)에서 재생유량(Qregen)을 감산하여 현재 사용 중인 유량(Qscyl)과 현재 제1, 제2 펌프에서 토출되어야 할 유량(Qpump)을 계산하되, 제1 유압라인과 제2 유압라인이 합류될 때 합류된 유량이 토출되어야할 유량(Qpump)에 가감되고, 가감된 결과 값만큼 작동유가 토출되도록 펌프의 사판 각도를 산출하는 사판 제어부 및 사판 제어부에서 결정된 결과 값에 의해 제1, 제2 펌프의 사판 각도를 제어하는 전자비례감압밸브 구동부를 포함한다.

건설기계, 건설장비, 유압회로, 유압시스템, 작동유, 재분배

Description

건설장비의 전자유압 시스템 {ELECTRIC OIL PRESSURE SYSTEM OF CONSTRUCTION EQUIPMENT}

본 발명은 건설장비의 전자유압 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자조이스틱 또는 원격제어기를 조작하여 건설장비의 액추에이터에서 소요되는 적량의 유량과 유압을 공급할 수 있도록 하는 건설장비의 전자유압 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건설장비는 엔진과 엔진의 동력을 이용하여 유압을 발생시키는 펌프와 펌프에서 발생되는 유압을 유압밸브에 의해 제어하는 제어부와 유압에 의해 일을 하는 액추에이터를 포함한다.

특히 상술한 바와 같은 건설장비는 유압제어시스템에 의하여 유량과 유압을 제어함에 따라 각각의 액추에이터 등을 작동시키고, 예컨대 액추에이터는 붐(Boom), 암(Arm), 버킷(bucket), 스윙(Swing), 좌측주행(Travel left), 우측주행(Travel right) 등을 작동시키면서 특정한 일을 하게 된다.

또한 복수 개의 펌프를 구비하여 어느 하나의 펌프는 상술한 액추에이터 중에 좌측주행, 스윙 및 암의 구동을 담당하고, 다른 하나의 펌프는 상술한 액추에이터 중에 우측주행, 붐 및 버킷의 구동을 담당한다.

그러나 상술한 종래의 유압제어시스템은 다음과 같은 문제점이 지적된다.

주행 중에는 좌측주행의 액추에이터와 우측주행의 액추에이터가 구동되어 건설장비의 전진 후진 또는 방향전환을 하게 된다.

다른 한편으로 주행하는 도중에도 붐, 암, 버킷 또는 스윙을 구동시킬 수 있는데, 이렇게 주행과 무관한 별개의 액추에이터가 구동될 때에 해당 액추에이터를 담당하는 펌프에는 과부하가 걸리거나 또는 좌측주행용 액추에이터 또는 우측주행용 액추에이터에 작동유가 편중되는 현상이 발생하여 건설장비의 직진성을 보장할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 복수 개의 펌프 중에 어느 하나의 펌프에서 토출되는 작동유의 사용보다 다른 하나의 펌프에서 토출되는 작동유의 사용이 편중될 때에 건설장비의 안전한 운전을 보장할 수 없는 문제점이 있다.

또 다른 한편으로 종래의 유압제어시스템에서는 각각의 액추에이터에서 사용되는 유량을 정확하게 예측 또는 파악할 수 없고, 이로써 각각의 액추에이터에서 충분하게 사용되어질 수 있도록 대응하기 위하여 엔진과 펌프를 과다하게 가동시키는 문제점이 있다.

또한, 엔진과 펌프를 과다하게 가동시킴에 따라 건설장비의 연비가 떨어짐은 물론 심각한 에너지 낭비를 초래하였다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수 개의 펌프 중에 어느 하나의 펌프에서 토출되는 작동유의 사용보다 다른 하나의 펌프에서 토출되는 작동유의 사용이 편중될 때에 유압회로를 변경하여 편중된 작동유를 보상할 수 있도록 하여 건설장비의 안전한 운전을 보장할 수 있도록 하는 건설장비의 전자유압 시스템을 제공하는데 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 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템은, 작동유의 토출 유량 가변이 가능하고, 작업장치의 구동을 위해 연결된 제1, 제2 그룹 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2 펌프(70a)(70b); 상기 제1 펌프(70a)로부터 토출된 작동유가 제1 그룹 액추에이터로 이동되는 제1 유압라인(91); 상기 제2 펌프(70b)로부터 토출된 작동유가 제2 그룹 액추에이터로 이동되는 제2 유압라인(97); 상기 제1 유압라인(91)과 상기 제2 유압라인(97)의 작동유가 합류하도록 방향을 전환하는 방향전환 밸브(80); 상기 액추에이터로 제공되 는 작동유를 제어하는 제어밸브(130,140)에 마련되고, 상기 액추에이터의 구동에 따라 발생하는 위치에너지 또는 관성에너지를 이용하여 작동유의 일부를 상기 액추에이터로 공급하여 재생하는 재생 회로부; 상기 재생 회로부에서 상기 액추에이터로 공급되는 재생유량(Qregen)을 산출하는 액추에이터 사용유량 계산부(1110); 운전자의 조이스틱 조작에 의해 입력되는 요구 유량(Qset)에서 상기 재생유량(Qregen)을 감산하여 현재 사용 중인 유량(Qscyl)과 현재 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)에서 토출되어야 할 유량(Qpump)을 계산하되, 상기 제1 유압라인(91)과 상기 제2 유압라인(97)이 합류될 때 합류된 유량이 상기 토출되어야할 유량(Qpump)에 가감되고, 가감된 결과 값만큼 상기 작동유가 토출되도록 상기 펌프의 사판 각도를 산출하는 사판 제어부(1220); 및 상기 사판 제어부(1220)에서 결정된 결과 값에 의해 상기 제1, 제2 펌프(70a, 70b)의 사판 각도를 제어하는 전자비례감압밸브 구동부(230);를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템은 각각의 액추에이터의 작용상태를 감지하고 감지된 신호를 전자연산 처리에 의하여 유량 방향제어밸브를 제어할 수 있고, 이로써 작동유의 사용이 어느 한쪽으로 편중되지 않도록 하여 건설장비의 안전운전을 보장할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템은 유량을 더욱 정밀하게 예측하고 제어할 수 있어 엔진과 펌프의 가동시간을 최적의 상태로 줄일 수 있고, 유량과 유압의 제어성 향상과 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

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 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템에 대해서 설명한다.

도 1은 건설장비를 설명하기 위한 예시도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템을 설명하기 위한 유압회로 예시도면이며, 도 5는 도 4의 유압회로 예시도면의 간략도면이다.

건설장비는 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이 하부체의 상측에서 선회하는 상부체, 상부체에 전방에 상하방향으로 각도 회전가능하게 배치되는 붐(boom), 붐의 바깥쪽에 상하방향으로 각도 회전가능하게 배치되는 암(arm) 및 암의 바깥쪽에 상하방향으로 각도 회전가능하게 배치되는 버킷(bucket)으로 구성된다.

또한, 상술한 붐과 상술한 암 또는 버킷을 구동시키는 각각의 작업용 액추에이터(40,50,60)가 배치되고, 상술한 상부체에는 상술한 작업용 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)와 엔진이 배치된다.

또한, 건설장비의 주행을 담당하는 제1 주행모터(10)와 제2 주행모터(20)가 더 배치되고, 상술한 상부체를 선회 구동시키는 제1 액추에이터(30)가 배치된다.

상술한 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)는 사판의 각도제어에 의해 작동유의 유량과 압력을 가변하여 출력하고, 이때 토출되는 작동유는 상술한 각각의 작업용 액추에이터에 공급된다.

상술한 각각의 작업용 액추에이터는 상부체를 선회시키는 제1 액추에이터(30), 붐을 승강시키는 제2 액추에이터(40), 암을 오므리거나 펼치는 제3 액추에이터(50) 및 버킷을 구동시키는 제4 액추에이터(60)일 수 있다.

또한, 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)와 상술한 각각의 작업용 액추에이터의 사이에는 방향제어 밸브(80)가 배치될 수 있고, 상술한 방향제어 밸브(80)는 2위치 4포트로 구성되며 제1 위치에 있을 때에는 입력포트와 출력포트가 직결되고, 제2 위치에 있을 때에 입력포트와 출력포트는 엇갈리게 연결되는 구성이다.

상술한 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)는 붐, 암 및 버킷의 위치에너지와 상부체의 선회에 따른 관성에너지를 이용하여 작동유를 재생하여 에너지를 절략하고 엔진과 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)의 부하를 줄일 수 있고, 상술한 위치에너지와 관성에너지를 이용하여 상술한 제1, 제2 펌프(70a)(70b)를 제어할 수 있으며, 이는 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템을 설명하기 위한 유압회로 예시도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템에서 제어부를 설명하기 위한 예시도면이다.

건설장비는 붐과 상술한 암 또는 버킷을 구동시키는 각각의 작업용 액추에이터가 배치되고, 상술한 상부체에는 상술한 작업용 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 펌프(110)와 엔진(120)이 배치된다.

상술한 펌프(110)는 사판의 각도제어에 의해 작동유의 유량과 압력을 가변 하여 출력하고, 이때 토출되는 작동유는 상술한 각각의 액추에이터에 공급된다.

또한, 상술한 펌프(110)의 한쪽에는 사판각도 검출부(111)가 배치되어 상술한 사판의 각도를 검출하고, 상기 펌프(110)에서 작동유가 토출되는 쪽에는 토출유압 압력 검출부(112)가 배치되어 작동유 토출압력을 검출한다.

상술한 엔진(120)은 한쪽에 엔진속도 검출부(121)가 배치되어 엔진속도 검출부(121)는 엔진(120)의 속도를 검출하고, 엔진(120)에서 출력되는 동력은 상술한 펌프(110)에 제공된다.

상술한 펌프(110)에 의해 구동되도록 작동유 전달 가능하게 작업용 액추에이터에 연결되고, 상술한 작업용 액추에이터의 헤드 측과 로드 측의 유압 압력을 검출하는 액추에이터 압력 검출부가 배치된다.

상술한 작업용 액추에이터는 일예로서 암을 구동시키는 제1 액추에이터(150)와 붐을 구동시키는 제2 액추에이터(160)가 있을 수 있고, 각각의 작업용 액추에이터에는 액추에이터 압력 검출부가 배치될 수 있다.

예컨대, 상술한 제1 액추에이터(150)에 작용되는 유압 압력을 검출하는 것으로 헤드 측에는 제1 헤드측 압력 검출부(151)가 배치되고, 로드 측에는 제1 로드 측 압력 검출 검출부(152)가 배치된다.

또한, 상술한 제2 액추에이터(160)에 작용되는 유압 압력을 검출하는 것으로 헤드 측에는 제2 헤드측 압력 검출부(161)가 배치되고, 로드 측에는 제2 로드 측 압력 검출 검출부(162)가 배치된다.

또한, 상술한 작업용 액추에이터를 제어하는 제어밸브가 배치되는 것으로 예컨대 제1 액추에이터(150)에는 제1 제어밸브(130)가 배치되고, 제2 액추에이터(160)에는 제2 제어밸브(140)가 배치될 수 있다.

상술한 제1 및 제2 제어밸브(130)(140)는 실질적으로 각 제어밸브(130)(140)에는 각 액추에이터(150)(160)의 헤드측 및 로드측에 연결된 유로를 상호 절환시키기 위한 복수의 스풀 및 유로(오리피스) 등이 구비될 수 있고, 이러한 스풀과 유로(오리피스) 등의 기술은 알려진 기술을 적용하는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상술한 제어밸브의 한쪽에는 스풀의 위치를 검출하는 스풀위치 검출부가 배치되는 것으로 예컨대 상술한 제1 제어밸브(130)에는 제1 스풀위치 검출부(131)가 배치되고, 상술한 제2 제어밸브(140)에는 제2 스풀위치 검출부(141)가 배치된다.

상술한 제1, 제2 제어밸브(130)(140)는 스풀의 움직이는 정도에 따라 작동유의 진행방향을 전환할 수 있고 스풀은 인가되는 전기적 제어신호에 따라 이동된다.

즉, 상술한 제1 스풀위치 검출부(131) 또는 제2 스풀위치 검출부(141)에 의해 측정된 결과 값에 의해 상술한 제어밸브의 스풀위치가 연산될 수 있고, 이렇게 연산된 결과 값은 제어밸브의 개도량을 산출하는데 기초 데이터로 활용될 수 있다.

또한, 상술한 액추에이터와 연결된 작업장치가 자중 또는 관성 중 선택된 어느 하나에 의해 구동될 때, 상기 액추에이터의 헤드 측 및 로드 측 유압라인을 연결하여 상기 액추에이터의 헤드 측 및 로드 측 중 어느 하나로부터 토출되는 작동유 중 일부를 상기 액추에이터의 헤드 측 및 로드 측 중 나머지 하나로 공급하도록 하는 재생회로부가 더 배치될 수 있다.

또한, 상술한 사판각도 검출부(111)와 상기 토출유압 압력 검출부(112)와 상기 엔진속도 검출부(121)와 상기 액추에이터 압력 검출부와 상기 스풀위치 검출부의 검출결과 값을 입력받아 연산하고, 연산된 결과 값에 의해 상기 펌프(110)와 상기 제어밸브를 제어하는 제어부(C)가 더 배치될 수 있다.

또한, 상술한 제어부(C)에는 전자조이스틱(1300)이 배치될 수 있고, 전자조이스틱(1300)은 건설장비의 운전자에 의해 조작되는 것이며, 전자조이스틱(1300)을 조작할 때에 전기적인 제어신호가 발생되며 이 제어신호는 상술한 제어부(C)에 인가되는 것이다.

상술한 제어부(C)는 첨부도면 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

상술한 제어부(C)는 밸브 제어부(1100)와 펌프 제어부(1200)를 포함한다.

상술한 밸브 제어부(1100)는, 상술한 작업용 액추에이터에서 사용되는 유량 값(Qscyl)을 계산하는 액추에이터 사용유량 계산부(110)와 상술한 전자조이스틱(1300)의 제어에 의해 발생되는 요구 유량 값(Qset)과 상기 액추에이터 사용유량 계산부(110)의 결과 값의 차이 유량 값을 연산하여 스풀 제어 결과 값을 산출하는 스풀 제어부(120) 및 상기 스플 제어부(120)에서 산출된 결과 값에 의해 상기 제어 밸브의 스풀을 구동시키는 전자비례감압밸브 구동부(130)가 포함되어 구성될 수 있다.

상술한 액추에이터 사용유량 계산부(110)는 상술한 제어밸브에서 스풀의 위치를 검출한 결과 값을 인가 받고, 상술한 액추에이터 압력검출부의 검출한 결과 값을 인가 받으며, 상술한 토출유압 검출부(112)에서 검출한 결과 값을 인가 받는다.

상술한 펌프 제어부(1200)는, 상기 펌프(110)에서 토출되는 유량을 계산하는 토출 유량 계산부(210), 전자조이스틱의 제어에 의해 요구되는 요구 유량(Qset)에서 상술한 액추에이터 압력 검출부에서 검출된 값을 연산하여 계산되는 재생 유량의 유량을 뺀 결과의 유량 값(Qpump)과 상기 펌프(110)에서 토출되는 유량을 계산하여 상기 사판의 경사 각도를 계산하는 사판 제어부(220) 및 상기 사판 제어부(220)에서 결정된 결과 값에 의해 상기 펌프(110)를 제어하는 전자비례감압밸브 구동부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 토출유량 계산부(210)는 상술한 사판각도 검출부(111)의 검출 값과 상술한 엔진속도 검출부(121)의 검출 값을 인가 받고, 또한, 사판 제어부(220)는 상술한 사판각도 검출부(111)의 검출 값을 인가받는다.

이하 첨부도면 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예 따른 건설장비의 전자유압 시스템에서 재생유량을 설명한다.

먼저 전자조이스틱(1300)으로부터 발생된 지령 신호가 제어부(C)로 접수된 다.

상술한 지령 신호는 액추에이터의 속도에 해당되는 요구 유량(Qset)에 상응하는 신호일 수 있다.

상술한 액추에이터 사용 유량 계산부(110)는 제1 제어밸브(130) 또는 제2 제어밸브(140)에 배치된 제1 또는 제2 스풀위치 검출부(131)(141)로부터 스풀 변위의 검출 값을 인가받고, 상술한 제1 또는 제2 헤드측 압력 검출부(151)(161)와 제1 또는 제2 로드 측 압력 검출 검출부(152)(162)로부터 검출 값을 인가 받으며, 토출유압 압력 검출부(112)의 검출 값을 인가받는다.

이때 액추에이터 사용 유량 계산부(110)는 다음의 수학식 1의 오리피스 식을 통해 액추에이터가 현재 사용하고 있는 유량을 예측한다.

여기서, Qscyl: 액추에이터 사용 유량,

Ppump: 펌프 토출 압력,

Pcyl: 액추에이터 부하 압력,

A(x): 스풀 위치 x로 규정되는 밸브의 개구 면적,

Cq: 유량 계수,

ρ: 유체 밀도 이다.

상술한 스풀 제어부(120)는 전자조이스틱(1300)을 조작에 의해 요구하는 액 추에이터 유량(Qset)과 현재의 액추에이터 사용 유량(Qscyl)과의 오차 값을 입력 받아 제1 또는 제2 제어밸브(130)(140)의 스풀의 위치를 결정한다.

여기서 오차 값이 빠르게 소멸될 수 있도록 다양한 제어 알고리즘이 구현되고 일예로서 스풀 제어부로부터 결정된 스풀 위치 지령(Xspool)은 전자비례감압밸브 구동부(130)를 통해 전기신호(공급전류)로 전환되며 이 전기 신호에 의해 상술한 제1 또는 제2 제어밸브(130)(140)의 스풀위치가 변하게 된다.

상술한 펌프 제어부(1200)는 작업용 액추에이터가 필요로 하는 유량만큼만 토출 할 수 있도록 펌프(110)의 사판 각도를 제어한다.

펌프 제어부(1200)는 현재의 토출 유량을 예측하는 토출 유량 계산부(210), 펌프 요구 유량과 현재 토출 유량을 비교 연산하여 사판 각도의 제어 지령을 생성하는 사판각 제어부(220), 사판 각도를 조정하는 압력을 생성시키는 전자비례감압밸브를 구동하는 전자비례감압밸브 구동부(230)로 구성된다.

상술한 펌프 요구 유량(Qpump)은 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Qpump = Qset - Qregen

여기서, Qpump: 펌프 요구 유량,

Qset: 전자 조이스틱의 제어에 의해 발생되는 요구 유량 값,

Qregen: 재생되는 유량이다.

상술한 토출 유량 계산부(210)는 사판각도 검출부(111)의 검출 값과 엔진속 도 검출부(121)의 검출 값을 인가받아 현재의 펌프 토출 유량을 다음의 수학식 3에 의해 계산한다.

여기서, Qspump: 현재 토출 유량,

ω: 엔진 회전속도,

△V : 펌프 토출 유량(displacement)이다.

상술한 사판 제어부(220)는 펌프 요구 유량(Qpump)과 현재 토출 유량(Qspump)간의 오차 값을 입력받고 펌프(110)의 토출유압 압력 검출부(112)의 검출 값을 입력 받아 사판 각도를 연산한다.

여기서 오차 값이 빠르게 소멸될 수 있도록 다양한 제어 알고리즘이 구현될 수 있고 일예로서 사판각 제어 알고리즘은 유량 제어 및 마력 제어 알고리즘일 수 있다.

상술한 사판 제어부(220)로부터 결정된 사판각도 지령(Xangle)은 전자비례감압밸브 구동부(230)를 통해 제어신호(공급전류)로 전환되어 사판의 각도를 변환시킬 수 있다.

일반적으로 펌프 요구 유량(Qpump)과 전자조이스틱의 제어에 의해 요구되는 요구 유량(Qset)은 밸브의 유량 재생 효과로 인하여 차이가 발생하고, 작업용 액추에이터의 특성에 따라 달라지는 유량 재생을 고려하여 펌프 요구 유량(Qpump)을 계산하여야 한다.

상술한 유량 재생(regeneration)이란 제어밸브에 구현된 기능으로, 암(Arm)의 오므릴(Crowd)때와 붐의 하강(Down)할 때의 위치에너지, 또는 상부체 선회시의 관성에너지에 의해 실린더(또는 모터)의 일측에서 토출되는 작동유를 다시 실린더(또는 모터)의 타측으로 재공급함으로써 필요유량을 절감시키는 것을 의미한다.

즉 암을 오므리거나 붐을 하강할 때에 자중에 의해 액추에이터로부터 토출되는 유량을 탱크로 흘러 보내지 않고 액추에이터로 유입되는 유량의 일부로 사용함으로써 에너지 절감 및 속도 증가를 꾀하고 있다.

따라서 실제로 펌프에서 토출 하여야 하는 펌프 요구 유량(Qpump)은 전자조이스틱의 제어에 의해 요구되는 요구 유량(Qset)에서 재생되는 유량(Qregen)을 뺀 만큼에 해당된다.

본 발명의 일실시예의 작업용 액추에이터는 일예로서 암을 구동하는 제1 액추에이터(150)에 해당될 수 있고, 붐을 구동하는 제2 액추에이터(160)에 해당될 수 있다.

상술한 제1 액추에이터(150)는 암을 구동시키는 것으로 제1 액추에이터(150)가 신장 구동될 때에 재생유량을 이용하는 것이다.

암을 오므릴 때에 제1 액추에이터(150)의 로드쪽 유량이 자중에 의해 토출된다.

이 유량은 제1 제어밸브(130)의 메인스풀(Aout)은 지나고 재생 해제 회로의 유로(35)를 지나 탱크로 흘러나간다.

한편 메인스풀을 지난 후의 압력 p*는 미터아웃 제어를 통해 속도가 제어되 므로 일반적으로 제1 액추에이터(150)의 실린더 헤드 쪽 압력보다 높다.

따라서 로드 쪽 유량의 일부는 제1 내부유로(132)를 지나 펌프유량과 합류되어 제1 액추에이터(150)의 실린더 헤드 쪽으로 공급된다.

상술한 제1 액추에이터(150)에서 사용되는 재생유량(Qregen)은 다음의 수학식 4 및 수학식 5에 의해 계산할 수 있다.

여기서, Qregen: 재생 유량,

Aregen: 재생 밸브(체크 밸브) 유로면적,

P*: 스풀 및 재생 해제 회로 사이의 압력,

Ppump: 펌프 토출 압력,

Cq: 유량 계수,

ρ: 유체 밀도,

α=Arod/Ahead: 암 실린더 로드 면적 대 헤드 면적 비,

Qscyl: 액추에이터 사용 유량,

Aout: 액추에이터에서 탱크로 연결되는 스풀 개구 면적,

Prod: 암 로드 쪽 부하 압력이다.

또한, 붐은 하당할 때에 재생유량이 발생된다.

붐이 하강할 때에 자중에 의해 제2 액추에이터(160)는 헤드 쪽 유량의 일부가 제2 내부유로(142)를 지나 붐 로드 쪽으로 재생되고, 이때 제2 액추에이터(160)의 재생유량(Qregen)은 다음과 수학식 6에 의해 계산할 수 있다.

여기서, Qregen: 재생 유량,

Aregen: 재생 밸브(체크 밸브) 유로면적,

Ppump: 펌프 토출 압력,

Cq: 유량 계수,

ρ: 유체 밀도,

Phead: 붐 헤드쪽 부하 압력이다.

따라서 펌프를 실질적으로 구동시켜서 작동유를 토출시킬 요구 유량은 다음의 수학식 7에 의해 계산할 수 있다.

여기서, Qpump: 펌프가 구동되어 토출하여야 할 유량,

Qset: 전자조이스틱의 제어에 의해 요구되는 요구 유량,

Qregen: 제1 또는 제2 액추에이터(150)(160)에 생성되는 재생 유량이다.

다른 한편으로, 도 5에 나타낸 바와 같이 제1 펌프(70a)가 제1 주행모터(10)와 제2 액추에이터(40) 및 제4 액추에이터(60)로 구성되는 제1 그룹 액추에이터를 주 담당으로 하여 작동유를 공급할 수 있으며, 제2 펌프(70b)는 제2 주행모터(20)와 제3 액추에이터(50) 및 제1 액추에이터(30)로 구성되는 제2 그룹 액추에이터를 주 담당으로 하여 작동유를 공급할 수 있다.

또한, 제1 펌프(70a)에서 토출되는 작동유는 제1 유압라인(91)으로 이동하여 상술한 제1 그룹 액추에이터에 공급되고, 제2 펌프(70b)에서 토출되는 작동유는 제2 유압라인(97)으로 이동하여 상술한 제2 그룹 액추에이터에 공급될 수 있다.

또한, 상술한 제1 유압라인(91)과 상술한 제2 유압라인(97)에는 작동유의 흐름을 전환 또는 합류할 수 있는 방향전환 밸브(80)가 더 배치될 수 있다.

상술한 제1 펌프(70a)와 제2 펌프(70b)가 담당하는 액추에이터를 수식으로 표현하면 다음 수식 8, 9와 같다.

여기서,

Qpump1: 제1 펌프(70a)에서 토출하여야 할 유량

Qpump2: 제1 펌프(70a)에서 토출하여야 할 유량

Qtravel_L: 제1 주행모터(10)에서 필요로 하는 유량

Qtravel_R: 제2 주행모터(20)에서 필요로 하는 유량

Qswing: 선회모터인 제1 액추에이터(30)에서 필요로 하는 유량

Qboom2, Qboom1: 붐을 구동하는 제2 액추에이터(40)에서 필요로 하는 유량

Qarm1, Qarm2: 암을 구동하는 제2 액추에이터(50)에서 필요로 하는 유량

Qbucket:버킷을 구동하는 제4 액추에이터(60)에서 필요로 하는 유량

따라서 건설장비가 주행하지 않고 멈춰있는 상태 즉, 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동하지 않은 상태에서는 상술한 각각의 작업용 액추에이터를 구동시킬 수 있고 이러한 상태는 보편적인 상태이다.

이후 건설장비를 주행시키면 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동하고 이렇게 건설장비가 주행하는 도중에 액추에이터를 구동시킬 수 있는데, 예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이 버킷 구동을 담당하는 제4 액추에이터(60)를 구동시키면 상술한 방향제어 밸브(80)가 작동되어 유압회로가 변경된다.

이때 상술한 제1 펌프(70a)와 제2 펌프(70b)가 담당하는 액추에이터를 수식으로 표현하면 다음 수식 10, 11과 같다.

상술한 수학식 10에서 보충되어야 할 유량은 별도의 센서장착 없이 다음의 수학식 12에 의해 계산이 가능하다.

여기서 Qrest : 펌프 1에서 붐, 암, 버킷, 스윙 동작으로 보충되는 유량,

Apt_travel_L : 우측 주행 스풀에서 center bypass 유로의 열린 면적,

P1 : 제1 펌프 1의 압력,

P2 : 제2 펌프 2의 압력,

Cq : 유량 계수,

ρ : 유체 밀도이다.

또한, 상술한 수학식 11에서 보충되어야 할 유량은 별도의 센서장착 없이 다음의 수학식 13에 의해 계산이 가능하다.

여기서 Qtravel_2 : 제2 펌프에서 주행 동작으로 보충되는 유량,

Adrive : 오리피스 면적,

P1 : 제1 펌프의 압력,

P2 : 제2 펌프의 압력,

Cq : 유량 계수,

ρ : 유체 밀도이다.

다른 한편으로 상술한 바와 같이 유압회로 구성의 변경은 액추에이터 사용 유량 계산부에서 변위센서(e)로부터 스풀 변위로부터 인지할 수 있다.

이하 유압회로 구성의 변경에 대하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

만약, 방향제어 밸브(80)가 작동되지 않고 기준 구성으로 제1, 제2 펌프(70a)(70b)에서 담당하는 작업용 액추에이터에 유압이 공급된다면, 제1, 제2 펌프(70a)(70b)중에 어느 하나는 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동 중이므로 다른 작업용 액추에이터에 작동유를 공급하여야 하고 이로써 유압이 부족한 현상이 발생될 수 있으며, 심지어 제1 펌프(70a)와 제2 펌프(70b)가 동일한 회전수로 회전하는 것을 보장할 수 없게 되어 건설장비의 직진성을 보장할 수 없을 수 있다.

그러나 본 발명의 일실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템에서는 상술한 작업용 액추에이터의 구동 신호가 인가되면, 방향제어 밸브(80)가 제1 위치에서 제2 위치로 절환 되어 상술한 제2 펌프(70b)가 상술한 제1 주행모터(10)와 연결되고 상술한 제1 펌프(70a)가 상술한 작업용 액추에이터와 연결된다.

따라서 제2 펌프(70b)가 제1 주행모터(10)와 제2 주행모터(20)를 담당하게 되어 건설장비의 직진 진행이 보장될 수 있고, 건설장비의 주행 중에도 작업용 액 추에이터를 구동시킬 수 있게 된다.

또한, 상술한 작업용 액추에이터와 상술한 제1, 제2 주행모터(10)(20)를 제어하는 복수 개의 제어밸브가 배치되고 특히 상술한 복수 개의 제어밸브에는 각각의 제어밸브의 스풀위치를 검출하는 복수 개의 검출부가 배치될 수 있다.

상술한 복수 개의 검출부의 검출 값을 입력받아 연산하고, 연산된 결과 값에 의해 상기 방향제어 밸브(80)에 지령신호를 보내도록 하는 제어부(C)가 배치될 수 있으며, 제어부(C)는 건설장비의 운전실에 배치되는 전자조이스틱(1300)과 연계된다.

다른 한편으로 상기 제1 펌프(70a)에서 토출되는 작동유를 상기 제1 주행모터(10)에 공급하고 작동유의 역류를 방지하는 제1 체크밸브(81)가 더 배치될 수 있다.

상술한 제1 체크밸브(81)는 상술한 방향제어 밸브(80)가 제2 위치로 절환 되어 제2 펌프(70b)가 제1, 제2 주행모터(10)(20)를 담당할 때에 제1 펌프(70a)에서 토출되는 작동유의 일부를 제1 주행모터(10)에 공급할 수 있도록 하는 것이다.

또 다른 한편으로, 상술한 제2 펌프(70b)에서 토출되는 작동유를 상술한 작업용 액추에이터에 공급하고 작동유의 역류를 방지하는 제2 체크밸브(82)가 더 배치될 수 있고, 상술한 제2 주행모터(20)의 구동을 제어하는 제2 제어밸브(200)가 더 배치될 수 있다.

특히, 상술한 제2 제어밸브(200)가 정지 중일 때에는 상술한 제2 펌프(70b)에서 토출되는 작동유가 제2 제어밸브(200)의 센터바이패스 포트를 경유하여 상술 한 제2 체크밸브(82)에 전달되고 제2 체크밸브(82)를 경유한 작동유는 작업용 액추에이터 중 일부의 액추에이터에 공급될 수 있으며 더욱 상세하게는 제1, 제3 액추에이터(30)(50)에 공급될 수 있게 구성된다.

이하 첨부도면 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템의 작동예를 설명한다.

도 5는 제1 펌프(70a)와 제2 펌프(70b)가 담당하는 액추에이터가 명확하게 구분됨을 알 수 있다.

즉, 제1 펌프(70a)는 제1 주행모터(10)와 붐을 구동하는 제2 액추에이터(40) 및 버킷을 구동하는 제4 액추에이터(60)를 담당하고, 제2 펌프(70b)는 제2 주행모터(20)와 암을 구동하는 제3 액추에이터(50)와 상부체의 스윙 구동하는 제1 액추에이터(30)를 담당한다.

특히, 건설장비가 주행하지 않은 상태 즉, 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동하지 않고 정지한 상태에서는 각각의 작업용 액추에이터가 구동되는 것이다.

이후 건설장비를 주행하게 되면 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동된다.

상술한 바와 같이 건설장비가 주행할 때에 작업용 액추에이터를 구동할 때에 작업용 액추에이터의 구동은 각각의 제어밸브에 배치되는 스풀위치 검출부에 의해 검출되어 제어부(C)에 그 신호가 전달된다.

상술한 제어부(C)에서는 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동 중일 때에 작업용 액추에이터가 구동되는 지를 판단하게 되고, 만약 제1, 제2 주행모터(10)(20)가 구동 중에 작업용 액추에이터가 구동되면 방향제어 밸브(80)는 제2 위치로 절환 된 다.

즉 도 6에 나타낸 바와 같이 방향제어 밸브(80)가 작동하면 유압회로가 변경되는 것이고, 도 6의 유압회로는 도 7에 간략하게 개념도로서 나타낼 수 있다.

도 6 또는 도 7에 나타낸 바와 같이 제1 펌프(70a)는 작업용 액추에이터에 작동유를 공급하고 제2 펌프(70b)는 제1, 제2 주행모터(10)(20)를 전용으로 담당하게 된다.

이때 제1 펌프(70a)에서 토출되는 작동유의 일부는 제1 체크밸브(81)를 통하여 제1 펌프(70b)에서 공급하는 유압라인에 합류될 수 있다.

따라서 제2 펌프(70b)는 일정한 정량의 작동유를 제1 주행모터(10)와 제2 주행모터(20)에 균등하게 공급할 수 있어 건설장비의 이동에 있어서 더욱 정교한 주행이 가능하고 특히 직진성이 보장될 수 있다.

특히, 전자 조작 장치로부터 출력된 신호를 기초로 필요유량(Qset)을 산출하고, 제어밸브 및 유압라인에 설치된 센서를 기초로 현재 사용 중인 유량(Qcyl)과 현재 펌프에서 토출되는 토출유량을 감산함으로써, 펌프로부터 추가로 토출되어야 할 유량(Qpump)를 산출하되, 제1펌프(70a)와 제2펌프(70b)에서 토출된 작동유가 합류할 때 합류된 유량을 고려하여 토출유량(Qpump)을 수정한 후 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b)의 사판 각도를 제어할 수 있다.

아울러 건설장비의 주행 중에도 작업용 액추에이터를 구동시킬 수 있어 복합적인 작업이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 건설장비의 전자유압 시스템은 따른 종래에서처 럼 제1 펌프(70a) 또는 제2 펌프(70b) 구동 중에 작업용 액추에이터를 구동함으로써 발생되는 유압 부족현상을 보상하기 위하여 과도하게 구동되지 않고, 제1, 제2 주행모터(10)(20)와 작업용 액추에이터의 구동에 필요한 최적의 유량을 토출할 수 있어 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 상술한 바와 같이 각각의 검출부에서 얻어지는 검출 값을 제어부(C)에서 연산하여 제1 또는 제2 제어밸브(130)(140)와 펌프(110)를 제어하여 요구 유량에 대응되는 최적의 유량을 토출할 수 있게 된다.

즉, 상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 전자유압시스템에 의하면, 종래의 오픈 센터 유량 제어 유압시스템의 유량 재생의 기능과 두 개의 펌프의 운용 기능과 이미 검증된 제품의 신뢰성을 충분히 활용하면서, 정확한 유량 공급 및 유량 분배가 가능하게 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 상기 상세한 설명은 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 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템은 건설장비에 이용될 수 있고, 특히 복수의 펌프가 구비되고 각 펌프가 특정한 액추에이터를 담당하더라도 어느 한쪽으로 작동유가 편중되는 것을 방지할 수 있어 건설장비의 안전한 운전을 보장할 수 있다.

도 1은 건설장비를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템을 설명하기 위한 유압회로 예시도면이다.

도 5는 도 4의 유압회로 예시도면의 간략도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 전자유압 시스템에서 주행 중에 특정한 액추에이터가 구동할 때를 설명하기 위한 유압회로 예시도면이다.

도 7은 도 6의 유압회로 예시도면의 간략도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10, 20: 제1, 제2 주행모터

30, 40, 50, 60: 제1, 제2, 제3, 제4 액추에이터

70a, 70b: 제1, 제2 펌프

80: 방향제어 밸브 81, 82: 제1, 제2 체크밸브

91: 제1 유압라인 92a, 92b: 제2, 제3 유압라인

93: 제4 유압라인 94: 제5 유압라인

95: 제6 유압라인 96: 제7 유압라인

97: 제8 유압라인 98: 제9 유압라인

99: 제10 유압라인

100, 200, 300, 400, 500, 600: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 제어밸브

C: 제어부

Claims (1)

1. 작동유의 토출 유량 가변이 가능하고, 작업장치의 구동을 위해 연결된 제1, 제2 그룹 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2 펌프(70a)(70b);

   상기 제1 펌프(70a)로부터 토출된 작동유가 제1 그룹 액추에이터로 이동되는 제1 유압라인(91);

   상기 제2 펌프(70b)로부터 토출된 작동유가 제2 그룹 액추에이터로 이동되는 제2 유압라인(97);

   상기 제1 유압라인(91)과 상기 제2 유압라인(97)의 작동유가 합류하도록 방향을 전환하는 방향전환 밸브(80);

   상기 액추에이터로 제공되는 작동유를 제어하는 제어밸브(130,140)에 마련되고, 상기 액추에이터의 구동에 따라 발생하는 위치에너지 또는 관성에너지를 이용하여 작동유의 일부를 상기 액추에이터로 공급하여 재생하는 재생 회로부;

   상기 재생 회로부에서 상기 액추에이터로 공급되는 재생유량(Qregen)을 산출하는 액추에이터 사용유량 계산부(1110);

   운전자의 조이스틱 조작에 의해 입력되는 요구 유량(Qset)에서 상기 재생유량(Qregen)을 감산하여 현재 사용 중인 유량(Qscyl)과 현재 제1, 제2 펌프(70a)(70b)에서 토출되어야 할 유량(Qpump)을 계산하되, 상기 제1 유압라인(91)과 상기 제2 유압라인(97)이 합류될 때 합류된 유량이 상기 토출되어야할 유량(Qpump)에 가감되고, 가감된 결과 값만큼 상기 작동유가 토출되도록 상기 펌프의 사판 각도를 산출하는 사판 제어부(1220); 및

   상기 사판 제어부(1220)에서 결정된 결과 값에 의해 상기 제1, 제2 펌프(70a, 70b)의 사판 각도를 제어하는 전자비례감압밸브 구동부(230);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 전자유압 시스템.

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