KR101977112B1

KR101977112B1 - 건설 기계의 폐회로 유압 시스템

Info

Publication number: KR101977112B1
Application number: KR1020150006615A
Authority: KR
Inventors: 강병일; 김주호
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: KR20160087540A

Abstract

건설 기계의 폐회로 유압 시스템은 유압 펌프, 엑튜에이터, 제 1 유압 라인, 제 2 유압 라인, 및 압력 제어 유닛을 포함할 수 있다. 유압 펌프는 작동유를 토출할 수 있다. 엑튜에이터는 상기 작동유가 출입하는 제 1 포트와 제 2 포트를 가질 수 있다. 제 1 유압 라인은 상기 제 1 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 제 2 유압 라인은 상기 제 2 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 압력 제어 유닛은 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 2 압력이 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력보다 높도록 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력을 제어할 수 있다. 따라서, 암의 크라우드 동작 중에 실린더의 속도는 유압 펌프로부터 제 2 유압 라인을 통해서 실린더 로드로 공급되는 작동유의 유량에 의해서만 제어되므로, 유압 펌프의 사판각을 일정하게 유지시키는 것에 의해서 실린더의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

Description

건설 기계의 폐회로 유압 시스템{CLOSED CIRCUIT TYPE HYDRAULIC SYSTEM OF A CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 건설 기계의 폐회로 유압 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 굴삭기의 암을 독립적으로 제어하는 폐회로 유압 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기의 유압 시스템은 메인 컨트롤 밸브(MCV)를 이용해서 굴삭기의 모든 장비들로 제공되는 유압을 제어할 수 있다. 그러나, MCV에서 손실되는 에너지가 크기 때문에, 굴삭기의 암, 버켓 등과 같은 장비들을 실린더와 같은 엑튜에이터를 복수개의 펌프들을 이용해서 독립적으로 제어할 수 있는 폐회로 유압 시스템이 굴삭기에 채용될 수 있다.

굴삭기의 암이 크라우드(crowd)하는 동작에 있어서, 암이 초기 위치로부터 최하 위치까지 하강하는 제 1 구간에서는 암의 자중에 의해서 실린더의 로드측 압력이 실린더의 헤드측 압력보다 높을 수 있다. 따라서, 실린더 로드로부터 토출되는 작동유의 유량을 유압 펌프의 사판각을 이용해서 암의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 유압 펌프의 유량은 실린더의 속도에 실린더의 로드 면적을 곱한 값일 수 있다. 반면에, 암이 최하 위치로부터 상승하는 제 2 구간에서는 실린더의 헤드측 압력이 실린더의 로드측 압력보다 높을 수 있다. 따라서, 유압 펌프가 실린더 헤드로 작동유를 공급하여 암의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 유압 펌프의 유량은 실린더의 속도에 실린더의 헤드 면적을 곱한 값일 수 있다.

이와 같이, 실린더의 헤드 면적이 실린더의 로드 면적보다 넓으므로, 제 1 구간과 제 2 구간에서의 유압 펌프의 유량들은 서로 다를 수 있다. 따라서, 제 1 구간으로부터 제 2 구간으로 변경되는 시점에서 실린더의 속도를 일정하기 유지시키기 위해서는, 유압 펌프의 사판각을 실린더 로드 면적에 대한 실린더 헤드 면적의 차이 비율만큼 순간적으로 증가시킬 것이 요구될 수 있다.

그러나, 유압 펌프의 응답성에는 제한이 있고, 또한 작동유의 흐름을 제어하는 밸브의 응답성에도 지연이 발생되므로, 실린더 속도에 불연속성이 발생될 소지가 매우 높을 수 있다.

본 발명은 엑튜에이터의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 견지에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은 유압 펌프, 엑튜에이터, 제 1 유압 라인, 제 2 유압 라인, 및 압력 제어 유닛을 포함할 수 있다. 유압 펌프는 작동유를 토출할 수 있다. 엑튜에이터는 상기 작동유가 출입하는 제 1 포트와 제 2 포트를 가질 수 있다. 제 1 유압 라인은 상기 제 1 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 제 2 유압 라인은 상기 제 2 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 압력 제어 유닛은 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 2 압력이 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력보다 높도록 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력을 제어할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 제어 유닛은 상기 엑튜에이터 제어 밸브와 상기 제 1 포트 사이의 상기 제 1 유압 라인 부분에 배치되고, 상기 제 1 압력이 상기 제 2 압력보다 낮도록 제어 가능한 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 압력 제어 밸브는 릴리프 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 제어 유닛은 상기 압력 제어 밸브와 상기 유압 펌프 사이의 상기 제 1 유압 라인의 상기 제 1 압력을 감지하는 제 1 압력 센서, 상기 제 2 유압 라인의 상기 제 2 압력을 감지하는 제 2 압력 센서, 및 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 2 압력 센서에서 감지된 제 1 및 제 2 압력들과 상기 건설 기계의 조작부로부터의 조작 신호를 전달받아 상기 압력 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 제어 유닛은 상기 압력 제어 밸브를 우회하여 상기 제 1 유압 라인을 연결하는 바이패스 라인, 및 상기 바이패스 라인에 배치되어, 상기 작동유의 흐름을 상기 유압 펌프로부터 상기 제 1 포트를 향해서만 허용하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 폐회로 유압 시스템은 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인으로 보충유를 선택적으로 제공하기 위한 차징 유닛(charging unit)을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차징 유닛은 상기 보충유를 토출하는 차징 펌프, 상기 차징 펌프로부터 토출된 상기 보충유를 저장하는 어큐뮬레이터(accumulator), 상기 어큐뮬레이터를 상기 제 1 유압 라인 및 상기 제 2 유압 라인에 연결시키는 보충유 라인, 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인 상에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 유압 라인들 사이의 압력 차이에 따라 상기 보충유 라인을 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인에 선택적으로 연결시키는 차징 제어 밸브, 상기 제 1 유압 라인으로 연장된 상기 보충유 라인에 배치되어 상기 보충유의 흐름을 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 제 1 유압 라인을 향해서만 허용하는 제 1 체크 밸브, 및 상기 제 2 유압 라인으로 연장된 상기 보충유 라인에 배치되어 상기 보충유의 흐름을 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 제 2 유압 라인을 향해서만 허용하는 제 2 체크 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 엑튜에이터는 실린더를 포함할 수 있다. 상기 제 1 포트는 상기 실린더의 로드 포트(rod port)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 포트는 상기 실린더의 헤드 포트(head port)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 엑튜에이터는 굴삭기의 암 구동용 엑튜에이터, 상기 암에 장착된 어태치먼트 구동용 엑튜에이터 등을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 폐회로 유압 시스템은 기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 흐름을 제어하는 엑튜에이터 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 견지에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은 유압 펌프, 굴삭기의 암 구동용 실린더, 제 1 유압 라인, 제 2 유압 라인, 실린더 제어 밸브, 압력 제어 유닛 및 차징 유닛을 포함할 수 있다. 유압 펌프는 작동유를 토출할 수 있다. 실린더는 상기 작동유가 출입하는 로드 포트와 헤드 포트를 가질 수 있다. 제 1 유압 라인은 상기 로드 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 제 2 유압 라인은 상기 헤드 포트와 상기 유압 펌프를 연결할 수 있다. 실린더 제어 밸브는 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 흐름을 제어할 수 있다. 압력 제어 유닛은 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 2 압력이 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력보다 높도록 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력을 제어할 수 있다. 차징 유닛은 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인으로 보충유를 선택적으로 제공할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 제어 유닛은 상기 엑튜에이터 제어 밸브와 상기 제 1 포트 사이의 상기 제 1 유압 라인 부분에 배치되고 상기 제 1 압력이 상기 제 2 압력보다 낮도록 제어 가능한 압력 제어 밸브, 상기 압력 제어 밸브와 상기 유압 펌프 사이의 상기 제 1 유압 라인의 상기 제 1 압력을 감지하는 제 1 압력 센서, 상기 제 2 유압 라인의 상기 제 2 압력을 감지하는 제 2 압력 센서; 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 2 압력 센서에서 감지된 제 1 및 제 2 압력들과 상기 건설 기계의 조작부로부터의 조작 신호를 전달받아 상기 압력 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어부, 상기 압력 제어 밸브를 우회하여 상기 제 1 유압 라인을 연결하는 바이패스 라인, 및 상기 바이패스 라인에 배치되어, 상기 작동유의 흐름을 상기 유압 펌프로부터 상기 제 1 포트를 향해서만 허용하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.

상기된 본 발명에 따르면, 압력 제어 유닛이 제 2 유압 라인에서의 작동유 압력이 제 1 유압 라인에서의 작동유 압력보다 항상 높도록 제어할 수 있다. 따라서, 암의 크라우드 동작 중에 실린더의 속도는 유압 펌프로부터 제 2 유압 라인을 통해서 실린더 로드로 공급되는 작동유의 유량에 의해서만 제어되므로, 유압 펌프의 사판각을 일정하게 유지시키는 것에 의해서 실린더의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 유압 회로도이다.
도 2는 굴삭기의 암 위치에 따라 도 1의 유압 시스템에 의해서 제어된 압력들을 비교해서 나타낸 그래프이다.
도 3은 굴삭기의 암 위치에 따라 도 1의 유압 시스템에 의해서 제어된 실린더의 속도와 유압 펌프의 사판각을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 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, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템을 나타낸 유압 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 건설 기계의 폐회로 유압 시스템은 유압 펌프(110), 엑튜에이터(120), 제 1 유압 라인(130), 제 2 유압 라인(132), 엑튜에이터 제어 밸브(140) 및 압력 제어 유닛(150)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 건설 기계는 굴삭기를 포함할 수 있다. 굴삭기는 붐, 붐에 연결된 암, 암에 장착된 어태치먼트 등을 포함할 수 있다. 폐회로 유압 시스템은 붐, 암, 어태치먼트 등을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 굴삭기는 붐, 암, 어태치먼트 등의 동작을 종합적으로 제어하는 메인 컨트롤 밸브를 포함하지 않고, 붐, 암 및 어태치먼트를 독립적으로 제어하는 엑튜에이터(120)가 폐회로 유압 시스템에 개별적으로 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 엑튜에이터(120)가 굴삭기의 암을 독립적으로 제어하는 용도인 것으로 예시적으로 설명한다. 그러나, 엑튜에이터(120)는 굴삭기의 붐이나 어태치먼트를 독립적으로 제어하는 용도로도 이용될 수 있다. 또한, 폐회로 유압 시스템은 굴삭기 이외의 다른 건설 기계들에도 적용될 수 있다.

유압 펌프(110)는 암을 작동시키는 작동유를 토출할 수 있다. 특히, 유압 펌프(110)는 암의 크라우드 동작과 덤핑 동작을 수행시키는 작동유를 토출할 수 있다.

엑튜에이터(120)는 유압 펌프(110)로부터 토출된 작동유를 공급받아서, 암을 크라우드시키거나 덤핑시킬 수 있다. 엑튜에이터(120)는 작동유에 의해서 전후진하는 실린더를 포함할 수 있다. 실린더(120)는 작동유가 출입하는 제 1 포트(122)와 제 2 포트(124)를 가질 수 있다. 제 1 포트(122)는 실린더(120)의 로드 포트에 해당하고, 제 2 포트(124)는 실린더(120)의 헤드 포트에 해당될 수 있다. 작동유가 헤드 포트(124)로 인가되면, 암은 크라우드 동작을 할 수 있다. 반면에, 작동유가 로드 포트(122)로 인가되면, 암은 덤핑 동작을 할 수 있다.

제 1 유압 라인(130)은 로드 포트(122)와 유압 펌프(110)를 연결시킬 수 있다. 암의 크라우드 동작 중에, 작동유는 로드 포트(122)로부터 유압 펌프(110)를 향해서 이동될 수 있다. 반면에, 암의 덤핑 동작 중에, 작동유는 유압 펌프(110)로부터 로드 포트(122)를 향해서 이동될 수 있다.

제 2 유압 라인(132)은 헤드 포트(124)와 유압 펌프(110)를 연결시킬 수 있다. 암의 크라우드 동작 중에, 작동유는 유압 펌프(110)로부터 헤드 포트(124)를 향해서 이동될 수 있다. 반면에, 암의 덤핑 동작 중에, 작동유는 헤드 포트(124)로부터 유압 펌프(110)를 향해서 이동될 수 있다.

엑튜에이터 제어 밸브(140)는 제 1 유압 라인(130)과 제 2 유압 라인(132) 상에 배치되어, 제 1 유압 라인(130)과 제 2 유압 라인(132)을 통해 흐르는 작동유를 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 엑튜에이터(120)는 암을 구동하는 실린더를 포함하므로, 엑튜에이터 제어 밸브(140)는 실린더를 제어하는 밸브를 포함할 수 있다.

압력 제어 유닛(150)은 제 2 유압 라인(132)을 통해 흐르는 작동유의 제 2 압력(P2)이 제 1 유압 라인(130)을 통해 흐르는 작동유의 제 1 압력(P1)보다 항상 높도록 제 1 유압 라인(130) 내의 작동유의 제 1 압력(P1)을 제어할 수 있다. 압력 제어 유닛(150)은 압력 제어 밸브(152), 제 1 압력 센서(153), 제 2 압력 센서(154) 및 제어부(156)를 포함할 수 있다.

압력 제어 밸브(152)는 로드 포트(122)와 실린더 제어 밸브(140) 사이인 제 1 유압 라인(130) 부분에 배치될 수 있다. 압력 제어 밸브(152)는 제 1 압력이 제 2 압력보다 항상 낮도록 제어할 수 있다. 따라서, 제 1 압력이 제 2 압력보다 항상 낮도록 하기 위한 기준 압력이 압력 제어 밸브(152)에 설정될 수 있다. 압력 제어 밸브(152)는 릴리프 밸브를 포함할 수 있다.

암의 크라우드 동작은 암이 초기 위치로부터 최하 위치까지 하강하는 제 1 구간, 및 암이 최하 위치로부터 상승하는 제 2 구간을 포함할 수 있다. 제 1 구간에서, 로드 포트(122)로부터 토출되는 작동유의 압력은 유압 펌프(110)로부터 헤드 포트(124)로 전달되는 작동유의 제 2 압력(P2)보다 높을 수 있다. 즉, 로드 포트(122)와 압력 제어 밸브(152) 사이인 제 1 유압 라인(130) 부분 내의 작동유의 압력은 제 2 유압 라인(132) 내의 작동유의 제 2 압력(P2)보다 높을 수 있다. 압력 제어 밸브(152)에 설정된 기준 압력은 제 2 압력(P2)보다 낮으므로, 압력 제어 밸브(152)를 통과한 작동유에 제 2 압력(P2)보다 항상 낮은 제 1 압력(P1)이 부여될 수 있다. 따라서, 암의 크라우드 동작 중에 제 2 압력(P2)보다 낮은 제 1 압력(P1)을 갖는 작동유가 유압 펌프(110)로 유입될 수 있다. 결과적으로, 제 1 구간에서의 실린더(120)의 속도는 유압 펌프(110)로부터 헤드 포트(124)로 공급되는 작동유의 유량으로 제어하는 미터-인(meter-in) 방식으로 제어할 수가 있게 되어, 유압 펌프(110)의 사판각을 일정하게 제어하는 것에 의해서 실린더(120)의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 특히, 암의 위치가 제 1 구간에서 제 2 구간으로 변경되는 시점에서도 미터-인 제어가 이루어지므로, 암의 크라우드 동작의 전 구간에서 실린더(120)의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

제 1 압력 센서(153)는 압력 제어 밸브(152)와 유압 펌프(110) 사이인 제 1 유압 라인(130) 부분에 배치될 수 있다. 제 1 압력 센서(153)는 압력 제어 밸브(152)를 통과하여 유압 펌프(110)로 유입되는 작동유의 제 1 압력(P1)을 측정할 수 있다.

제 2 압력 센서(154)는 제 2 유압 라인(132)에 배치될 수 있다. 제 2 압력 센서(154)는 유압 펌프(110)로부터 토출되어 헤드 포트(124)로 공급되는 작동유의 제 2 압력(P2)을 측정할 수 있다. 제 2 압력 센서(154)는 유압 펌프(110)와 실린더 제어 밸브(140) 사이인 제 2 유압 라인(132) 부분에 배치될 수 있다.

제어부(156)는 제 1 압력 센서(153)와 제 2 압력 센서(154)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제어부(156)는 굴삭기의 조이스틱과 같은 조작부(157)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(156)는 조이스틱(157)의 암 크라우드 신호, 제 1 압력 센서(153)에서 측정된 작동유의 제 1 압력(P1), 및 제 2 압력 센서(154)에서 측정된 작동유의 제 2 압력(P2)을 입력받아서, 압력 제어 밸브(152)를 작동시키는 신호를 압력 제어 밸브(152)로 전송할 수 있다.

한편, 암의 덤핑 동작 중에는, 작동유가 유압 펌프(110)로부터 제 1 유압 라인(130)을 통해서 로드 포트(122)로 공급될 수 있다. 이러한 덤핑 동작 중에 제 1 유압 라인(130) 내의 작동유의 제 1 압력이 압력 제어 밸브(152)에 의해 감소되지 않아야 하므로, 바이패스 라인(158)이 압력 제어 밸브(152)를 우회해서 제 1 유압 라인(130)을 연결시킬 수 있다. 체크 밸브(159)가 바이패스 라인(158)에 배치될 수 있다. 체크 밸브(159)는 작동유가 로드 포트(122)로부터 유압 펌프(110)로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 즉, 체크 밸브(159)는 작동유가 유압 펌프(122)로부터 로드 포트(122)로만 흐르는 것을 허용할 수 있다. 따라서, 암의 덤핑 동작 중에는 작동유가 체크 밸브(159)를 통해서 유압 펌프(110)로부터 로드 포트(122)로 공급될 수 있지만, 암의 크라우드 동작 중에는 작동유가 체크 밸브(159)를 통과하지 못하고 오직 압력 제어 밸브(152)를 통해서만 유압 펌프(110)로 흐를 수가 있다.

도 2는 굴삭기의 암 위치에 따라 도 1의 유압 시스템에 의해서 제어된 압력들을 비교해서 나타낸 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 암의 크라우드 동작의 전체 구간에서, 압력 제어 유닛(150)에 의해서 제 2 압력(P2)이 제 1 압력(P1)보다 항상 높게 제어된다는 것을 알 수 있다. 도 3은 굴삭기의 암 위치에 따라 도 1의 유압 시스템에 의해서 제어된 실린더의 속도와 유압 펌프의 사판각을 나타낸 그래프이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 유압 펌프(110)의 사판각을 일정하게 제어하는 것에 의해서 실린더(120)의 속도도 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다.

도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 압력 제어 유닛(150)이 제 2 압력(P2)이 제 1 압력(P1)보다 항상 높도록 제어하므로, 실린더(120)의 속도는 유압 펌프(110)로부터 헤드 포트(124)로 공급되는 작동유의 유량을 미터-인 제어할 수가 있게 된다. 따라서, 암이 초기 위치로부터 최하 위치까지 하강하는 제 1 구간, 및 암이 최하 위치로부터 상승하는 제 2 구간을 포함하는 암의 크라우드 동작의 모든 구간들에서, 유압 펌프(110)의 사판각을 일정하게 제어하는 것에 의해서 실린더(120)의 속도는 불연속성 없이 일정하게 유지될 수 있다.

부가적으로, 폐회로 유압 시스템은 차징 유닛(160)을 더 포함할 수 있다. 차징 유닛(160)은 제 1 유압 라인(130)과 제 2 유압 라인(132)을 통해 흐르는 작동유에 보충유를 선택적으로 공급하여, 실린더(120)의 속도가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 차징 유닛(160)은 차징 펌프(162), 어큐뮬레이터(164), 차징 제어 밸브(165), 보충유 라인(166), 제 1 체크 밸브(167) 및 제 2 체크 밸브(168)를 포함할 수 있다.

차징 펌프(162)는 보충유를 토출할 수 있다. 어큐뮬레이터(164)는 차징 펌프(162)로부터 토출된 보충유를 저장할 수 있다. 차징 제어 밸브(165)는 제 1 유압 라인(130)과 제 2 유압 라인(132) 상에 배치될 수 있다. 보충유 라인(166)은 어큐뮬레이터(164)로부터 연장되어 차징 제어 밸브(165), 제 1 유압 라인(130) 및 제 2 유압 라인(132)에 연결될 수 있다. 제 1 유압 라인(130)과 제 2 유압 라인(132) 사이의 압력 차이에 의해서 차징 제어 밸브(165)는 제 1 및 제 2 유압 라인(130, 132)들 어느 하나를 어큐뮬레이터(164)에 선택적으로 연결시킬 수 있다.

제 1 체크 밸브(167)는 제 1 유압 라인(130)에 이어진 보충유 라인(166)에 배치되어, 보충유가 제 1 유압 라인(130)으로부터 어큐뮬레이터(164)로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 제 2 체크 밸브(168)는 제 2 유압 라인(132)에 이어진 보충유 라인(166)에 배치되어, 보충유가 제 2 유압 라인(132)으로부터 어큐뮬레이터(164)로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 작동유가 보충유 라인(166)을 통해서 어큐뮬레이터(165)로 흐르는 것도 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 압력 제어 유닛이 제 2 유압 라인에서의 작동유 압력이 제 1 유압 라인에서의 작동유 압력보다 항상 높도록 제어할 수 있다. 따라서, 암의 크라우드 동작 중에 실린더의 속도는 유압 펌프로부터 제 2 유압 라인을 통해서 실린더 로드로 공급되는 작동유의 유량에 의해서만 제어되므로, 유압 펌프의 사판각을 일정하게 유지시키는 것에 의해서 실린더의 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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.

110 ; 유압 펌프 120 ; 실린더
122 ; 로드 포트 124 ; 헤드 포트
130 ; 제 1 유압 라인 132 ; 제 2 유압 라인
140 ; 실린더 제어 밸브 150 ; 압력 제어 유닛
152 ; 압력 제어 밸브 153 ; 제 1 압력 센서
154 ; 제 2 압력 센서 156 ; 제어부
158 ; 바이패스 라인 159 ; 체크 밸브
160 ; 차징 유닛 162 ; 차징 펌프
164 ; 어큐뮬레이터 165 ; 차징 제어 밸브
166 ; 보충유 라인 167 ; 제 1 체크 밸브
168 ; 제 2 체크 밸브

Claims

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작동유를 토출하는 유압 펌프;
상기 작동유가 출입하는 로드 포트와 헤드 포트를 갖는 굴삭기의 암 구동용 엑튜에이터;
상기 로드 포트와 상기 유압 펌프를 연결하는 제 1 유압 라인;
상기 헤드 포트와 상기 유압 펌프를 연결하는 제 2 유압 라인;
상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 흐름을 제어하는 엑튜에이터 제어 밸브;
상기 제 2 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 2 압력이 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력보다 높도록 상기 제 1 유압 라인에서의 상기 작동유의 제 1 압력을 제어하는 압력 제어 유닛; 및
상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인으로 보충유를 선택적으로 제공하기 위한 차징 유닛(charging unit)을 포함하고,
상기 압력 제어 유닛은
상기 엑튜에이터 제어 밸브와 상기 제 1 포트 사이의 상기 제 1 유압 라인 부분에 배치되고, 상기 제 1 압력이 상기 제 2 압력보다 낮도록 제어 가능한 압력 제어 밸브;
상기 압력 제어 밸브와 상기 유압 펌프 사이의 상기 제 1 유압 라인의 상기 제 1 압력을 감지하는 제 1 압력 센서;
상기 제 2 유압 라인의 상기 제 2 압력을 감지하는 제 2 압력 센서;
상기 제 1 압력 센서와 상기 제 2 압력 센서에서 감지된 제 1 및 제 2 압력들과 건설 기계의 조작부로부터의 조작 신호를 전달받아 상기 압력 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어부;
상기 압력 제어 밸브를 우회하여 상기 제 1 유압 라인을 연결하는 바이패스 라인; 및
상기 바이패스 라인에 배치되어, 상기 작동유의 흐름을 상기 유압 펌프로부터 상기 제 1 포트를 향해서만 허용하는 체크 밸브를 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.
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제 11 항에 있어서, 상기 차징 유닛은
상기 보충유를 토출하는 차징 펌프;
상기 차징 펌프로부터 토출된 상기 보충유를 저장하는 어큐뮬레이터(accumulator);
상기 어큐뮬레이터를 상기 엑튜에이터 제어 밸브, 상기 제 1 유압 라인 및 상기 제 2 유압 라인에 연결시키는 보충유 라인;
상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인 상에 배치되어, 상기 제 1 및 제 2 유압 라인들 사이의 압력 차이에 따라 상기 보충유 라인을 상기 제 1 유압 라인과 상기 제 2 유압 라인에 선택적으로 연결시키는 차징 밸브;
상기 제 1 유압 라인으로 연장된 상기 보충유 라인에 배치되어, 상기 보충유의 흐름을 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 제 1 유압 라인을 향해서만 허용하는 제 1 체크 밸브; 및
상기 제 2 유압 라인으로 연장된 상기 보충유 라인에 배치되어, 상기 보충유의 흐름을 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 제 2 유압 라인을 향해서만 허용하는 제 2 체크 밸브를 포함하는 건설 기계의 폐회로 유압 시스템.