KR100286517B1 - 건설 기계용 제어 장치 - Google Patents

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가즈노리 요시노
마코토 사메지마
도모히로 아카키
시게요시 미쯔모리
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사쿠마 하지메
신카타피라 미쓰비시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 유압 셔블 등의 건설 기계용 제어 장치에 관한 것으로, 상기 건설 기계용 제어 장치는 전설 기계 선회체(14)를 조작하기 위한 선회 조작 부재와, 유압 펌프 및 유압 펌프(2)로부터의 작동유를 축적하기 위한 어큐물레이터(5)와, 유압 펌프(2) 및 어큐물레이터(5)로부터의 작동유로 건설 기계 선회 유닛을 선회시키도록 구동하기 위한 유압 액츄에이터(7)와, 상기 유압 펌프(2) 및 유압 액츄에이터(7) 사이에 삽입된 제 1 밸브(8)와, 유압 액츄에이터(7)로부터 상기 어큐물레이터(5) 내로의 유체의 유입 조건을 제어하기 위한 제 2 제어 밸브(11)와, 상기 제 2 제어 밸브(11)를 제어하기 위한 제 2 밸브 제어 수단(9b) 및 제 1 제어 밸브(8)를 제어하기 위한 제 1 밸브 제어 수단(9a)을 포함하는 제어 수단(9)을 포함한다.

Description

건설 기계용 제어 장치
일반적으로, 유압 셔블 등의 건설 기계(작업 기계)는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 선회체(102)와 하부 주행체(100) 및 작업 장치(118)로 구성된다.
하부 주행체(100)는 서로 독립적으로 구동될 수 있는 우측 트랙(100R)과 좌측 트랙(100L)을 포함한다. 한편, 상부 선회체(102)는 하부 주행체(100)에 대해 수평면내에서 선회가능하게 설치되어 있다.
작업 장치(118)는 주로 붐(103; boom)과, 스틱(104; stick)과, 버킷(108; bucket) 등으로 구성되고, 붐(103)은 상부 선회체(102)에 대해 선회가능하게 장착된다. 더욱이, 붐(103)의 단부에는 스틱(104)이 동일하게 수직면내에서 선회가능하게 연결되어 있다.
붐 구동 유압 실린더(붐 실린더; 105)는 붐(103)을 구동하기 위해 상부 선회체(102)와 붐(103) 사이에 제공되고, 스틱 구동 유압 실린더(스틱 실린더; 106)는 스틱(104)을 구동하기 위해 붐(103)과 스틱(104) 사이에 제공된다. 또한, 버킷 구동 유압 실린더(버킷 실린더; 107)는 버킷(108)을 구동하기 위해 스틱(104)과 버킷(108) 사이에 제공된다.
상술한 바와 같은 구성에 의해, 붐(103)은 도면에서 a방향과 b방향에서 선회가능하게 구성되고, 스틱(104)은 도면에서 c방향과 d방향에서 선회가능하게 구성되며, 버킷 실린더(107)는 도면에서 e방향과 f방향에서 선회가능하게 구성된다.
도 4는 상술한 바와 같은 유압 셔블의 유압 회로의 주요부의 구성을 도시하는 개략적인 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동력원으로서 주행 모터(109L, 109R)가 서로에 대해 독립적으로 좌측 트랙(100L)과 우측 트랙(100R)용으로서 각각 제공되어 있으며, 하부 주행체(100)에 대해 선회하도록 상부 선회체(102)를 구동시키기 위한 선회 모터(110)가 상부 선회체(102)를 위해 제공된다.
상술한 주행 모터(109L, 109R)와 선회 모터(110)는 유압에 의해 작동되는 유압 모터로서 구성되고, 사전 설정된 유압의 작동유는 도시되지 않은 엔진(주로 디젤 엔진에 의해)에 의해 구동되거나 도 4에 도시된 유압 제어 회로 장치(111)에 의해 구동되는 유압펌프를 통해 공급된다.
이 방식으로 공급된 작동유 압력에 응답하여, 상기 유압 모터(109L, 109R)가 구동된다. 또한 상기 실린더(105 내지 107)는 상술한 바와 동일한 방식으로 도시되지 않은 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프로부터의 유압에 의해 구동된다.
운전 조작실(101)은 유압 셔블의 작동(주행, 선회, 붐의 회동, 스틱의 회동 및 버킷의 회동)을 제어하기 위한 조작 부재로서 좌측 레버(101B)와, 우측 레버(101C)와, 좌측 패달(101L)과, 우측 패달(101R) 등을 포함한다.
예로서, 운전자가 레버(101B 또는 101C) 및/또는 패달(101L 또는 101R)을 조작하였을 때, 유압 제어 회로 장치(111)는 실린더(105 내지 107) 중 적절한 하나 또는 몇 개와 유압 모터(109L, 109R, 110)가 구동되도록 제어된다. 상기 구동의 결과로서, 상부 선회체(102)는 선회될 수 있거나, 붐(103), 스틱(104), 버킷(108) 등이 회동될 수 있거나, 유압 셔블이 주행을 위해 구동될 수 있다.
그런데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유압 제어 회로 장치(111)는 실린더(105 내지 107)과 유압 모터(109L, 109R 및 110)의 제어량을 각각 제어하기 위해 유압 제어 밸브(주 제어 밸브; 111-1 내지 111-6)를 포함한다.
여기에서, 모든 주 제어 밸브(111-1 내지 111-6)는 중립, 신장(정방향 조작), 수축(역방향 조작)의 세가지 모드를 가진 3모드 방향 제어 밸브이고, 그 조작 조건은 파일럿(pilot) 유로(112-1 내지 112-6)를 경유하여 그곳으로 공급되는 파일럿 유압에 의해 각각 변환된다.
상기 유로(112-1 내지 112-6)는 조작 부재(레버 및 패달; 101B, 101C, 101L, 101R)에 원격 제어 밸브(14-1 내지 14-6)를 경유하여 기계적으로 연결된다.
예로서, 붐(103)을 그 정지위치로부터 상방(도 3의 방향에서)으로 이동시키기 위해서는 조작자는 파일럿 유로(112-1)내의 파일럿 유압의 공급 조건을 변화시키기 위해 원격 제어 밸브(14-1)를 변화시키도록 우측 레버(101C)를 조작한다. 결과적으로, 파일럿 유압이 원하는 조건에서 제어 밸브(111-1)상에 작용하고, 그래서, 제어 밸브(111-1)가 중립 모드로부터 신장 모드로 변화된다.
제어 밸브(111-1)가 이런 방식으로 신장 모드로 전환된 이후에, 유압 펌프로부터 작용 유압이 유로(113-1)를 통해 도면에서 하부측의 붐 실린더(105)의 유압 챔버로 공급되고, 도면의 상부측의 붐 실린더(105)의 다른 유압 챔버에서는 작동유가 배출되어 붐 실린더(105)가 신장된다.
동일하게, 제어 밸브(111-2)는 우측 레버(101C)의 조작에 의해 파일럿 유압이 공급되어 변화된다. 이 파일럿 유압은 파일럿 유로(112-2)를 통해 공급되며, 제어 밸브(111-2)가 이 파일럿 유압의 작용에 의해 변화되었을 때 상기 유로(113-2)로부터 버킷 실린더(107)로의 작동유의 공급 상태가 제어된다. 결과적으로, 버킷 실린더(107)는 버킷(108)을 구동하기 위해 수축되도록 구동된다.
더욱이, 제어 밸브(111-3)는 좌측 패달(101L)의 조작에 의해 그곳으로 공급되는 파일럿 유압에 의해서 변화된다. 이 파일럿 유압은 파일럿 유로(112-3)를 통해 공급되고, 제어 밸브(111-3)가 이 파일럿 유압의 작용에 의해 변화되었을 때, 상기 유로(113-3)로부터 좌측 주행 모터(109L)로의 작동유의 공급 조건이 제어된다. 결과적으로, 좌측 주행 모터(109L)의 구동 조건이 좌측 트랙(100L)의 구동 조건을 제어하도록 제어된다(즉, 회전 속도가 제어된다).
다른 한편으로, 상기 유압 제어 밸브(111-4)는 우측 패달의 조작에 의해 변화되고, 우측 주행 모터(109R)의 구동 조건은 상술한 제어 밸브(111-3)의 구동 조건과 유사하게 작용함에 의해 제어된다.
더욱이, 제어 밸브(111-5)는 좌측 레버(101B)의 조작에 의해 그곳으로 공급되는 파일럿 유압에 의해 변화된다. 이 파일럿 유압은 파일럿 유로(112-5)를 통해 공급되고, 제어 밸브(111-5)가 상기 파일럿 유압의 작용에 의해 변화되었을 때, 유로(113-5)로부터 선회 모터(110)로의 작용유의 공급 조건이 제어된다. 결과적으로, 선회 모터(110)의 구동 조건이 상부 선회체(102)를 선회시키게 구동되도록 제어된다.
다른 한편으로, 제어 밸브(111-6)는 좌측 레버(101B)의 조작에 의해 그곳으로 공급되는 파일럿 유압에 의해 변화되고, 상술한 제어 밸브(111-1, 111-2)와 동일한 방식으로 작용한다. 그후, 제어 밸브(111-6)의 변화에 의해, 스틱 실린더(106)에 작용하는 유압은 스틱(104)의 구동 조건을 제어하도록 제어될 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 상이한 부품의 이런 조작 제어로부터 예로서, 상부 선회체(102)를 선회시키기 위해서는 조작자는 선회 모터(110)의 조작을 시작하기 위해 먼저 레버(101B)를 조작하여야 한다.
그후, 선회 모터(110)의 회전 구동력에 의해 상부 선회체가 그 선회 이동을 시작한 이후에, 조작자는 상부 선회체(102)가 그 목표 위치로 선회되기 이전에 레버(101B)를 그 중립 위치로 복귀 시켜야 한다. 이는 선회 이동의 관성력이 상기 상부 선회체 상에 작용하기 때문이고, 만약 상부 선회체(102)가 목표 정지 위치로 선회된 이후에 레버(101B)가 중립 위치로 복귀된다면, 그때 실제 정지위치는 목표 정지 위치를 지나치기 때문에 수행되는 것이다.
더욱이, 조작자가 이런 방식으로 레버(101B)를 그 중립 위치로 복귀시킨 이후에도 상부 선회체(102)가 관성력에 의해 선회될 때는 선회 모터(110)의 유로(113-5) 사이에 배치된 크로스오버 릴리프 밸브(120; crossover relief valve)가 상부 선회체(102)의 운동 에너지를 흡수하도록 작용한다.
이 크로스오버 릴리프 밸브(120)는 선회 모터(110)가 상부 선회체(102)에 의해 구동되고 상기 선회 모터(110)가 펌프로서 작용할 때 상부 선회체(102)의 운동 에너지를 흡수하도록 선회모터(110)로부터 배출되는 작동유에 대한 저항력을 제공한다. 결과적으로, 상기 크로스오버 릴리프 밸브(120)는 또한 저항기로서의 기능을 갖는다.
더욱이, 크로스오버 릴리프 밸브(120)는 유로(113-5)내의 유압이 사전 설정된 압력보다 높을 때 개방되는 밸브이고, 상기 제어 밸브(111-5)가 그 중립 위치이며 선회 모터(110)가 상부 선회체(102)에 의해 구동될 때, 상기 작동유는 크로스오버 릴리프 밸브(120)를 경유하여 선회 모터(110)와 유로(113-5) 사이에서 순환된다. 이 경우에, 상부 선회체(102)의 운동 에너지를 흡수하도록 크로스오버 릴리프 밸브(120)의 작용에 의해 작동유상에 저항력이 작용한다.
그러나, 이런 상술한 바와 같은 크로스오버 릴리프 밸브가 상부 선회체를 정지시키도록 조작될 때, 상부 선회체의 운동 에너지는 주로 열 에너지로서 대기중으로 배출되고, 이는 에너지 이용 효과의 측면에서 항상 바람직한 것은 아니다.
특히, 건설 기계의 상부 선회체가 작업시의 하중에 의해 본체가 경사지는 것을 방지하기 위해 상부 선회체의 선회 이동의 중심으로부터 가능한 멀리 이격된 위치에 배치된 평형추를 구비하기 때문에 각 운동이 앵글러 모멘트(angular moment)가 높고 운동 에너지가 높다.
그러므로, 상술한 바와 같이 이런 상부 선회체가 정지될 때 자원의 효율적인 이용을 위해 상부 선회체의 운동에너지를 효과적으로 재생하는 것이 필요하다.
본 발명은 이런 상술한 바와 같은 필요성에 적합하게 수행된 것이며, 본 발명의 목적은 에너지의 효과적인 이용을 위해 건설 기계의 유압 조작 부재의 관성력으로부터 발생되는 에너지를 재생할 수 있는 건설기계용 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 유압 셔블(shovel) 등의 건설기계용 제어 장치에 관한 것이고, 특히, 효율적인 에너지 이용을 달성하도록 구성된 건설 기계용 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예로서 건설 기계용 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 개략적인 유압 회로 다이어그램.
도 2는 본 발명의 실시예로서 건설 기계용 제어 장치의 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략적인 블록 다이어그램.
도 3은 일반적인 건설 기계의 예로서 유압 셔블의 외관을 도시하는 개략적인 사시도.
도 4는 일반적인 건설 기계용 제어 장치를 예시하는 개략적인 유압 회로 다이어그램.
이 때문에, 본 발명의 건설기계용 제어 장치는 건설 기계의 건설 기계 선회체를 조작하기 위한 선회 조작 부재를 적어도 구비한 조작 수단과, 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프와 상기 유압 펌프의 배출측에 작동 유체를 축적하기 위한 어큐물레이터를 적어도 포함하는 작동 유체 공급 수단과, 상기 작동 유체 공급 수단으로부터의 작동 유체로 상기 건설 기계 선회체를 선회시키도록 구동하기 위한 유압 액츄에이터를 포함하는 구동 수단과, 상기 유압 액츄에이터에 의해 상기 건설 기계 선회체의 선회 조건을 제어하기 위해 상기 작동 유체 공급 수단과 상기 구동 수단 사이에 삽입된 제 1 제어 밸브와 상기 유압 액츄에이터가 상기 건설 기계 선회체에 의해 구동될 때, 상기 유압 액츄에이터로부터 상기 어큐물레이터내로 유체의 유입 조건을 제어하기 위해 상기 어큐물레이터와 상기 유압 액츄에이터 사이에 배치된 제 2 밸브를 포함하는 밸브 수단과, 상기 선회 조작 부재로부터 수신된 조작 명령에 응답하여 상기 제 1 제어 밸브를 제어하기 위한 제 1 밸브 제어 수단과 상기 유압 액츄에이터가 상기 건설 기계 선회체에 의해 구동될 때 상기 제 2 제어 밸브를 제어하기 위한 제 2 밸브 제어 수단을 포함하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 건설 기계 선회체에 의해 유압 액츄에이터로 구동력이 입력될 때, 유압 액츄에이터에 의해 가압된 작동유는 어큐뮬레이터 내에 축적되고, 그래서, 유압 액츄에이터의 다음 조작이 시작될 때, 유압 액츄에이터가 어큐물레이터 내의 고압 작동 유체를 사용하여 조작될 수 있으며, 유압 펌프에 대한 하중이 감소될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이런 에너지 재생에 의해 유압 펌프의 조작에 의한 연료 소모량이 감소될 수 있다는 또다른 장점이 있다.
더욱이, 상기 전설 기계용 제어 장치는 상기 유압 액츄에이터와 상기 어큐물레이터 사이에 상기 제 1 제어 밸브를 바이패스하기 위한 바이패스 통로가 삽입되고, 상기 제 2 제어 밸브가 상기 바이패스 통로내에 삽입되도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 에너지 재생에 있어서, 제 1 제어 밸브상에 어떠한 영향도 미치지 않는 에너지 재생이 실행된다는 장점이 있다.
더욱이, 상기 건설 기계용 제어 장치는 상술한 구성에 부가하여 상기 유압 액츄에이터의 한쌍의 유입/유출 포트로부터 유체를 도입하기 위한 체크밸브 기구가 상기 유입/유출 포트 사이에 제공되도록 구성될 수 있다. 단지 기술된 바와 같은 이런 단순한 구성에 의해, 어큐물레이터로부터의 작동유의 역류가 간단하고 확실하게 방지될 수 있다.
상기 건설 기계용 제어 장치는 부가적으로 상기 체크 밸브 기구에 병렬적으로 상기 건설 기계 선회체의 선회에 의해 발생되는 회전 에너지를 흡수하기 위한 크로스오버 릴리프 밸브 기구가 제공되도록 구성될 수 있다. 이 구성에 의해, 어큐물레이터내의 압력이 필요한 수준보다 높게 상승되었을 때, 건설 기계 선회체의 선회는 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구의 작동에 의해 정지될 수 있다.
이 경우에, 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구를 위해 설정된 릴리프 압력보다 낮게 설정된 릴리프 압력을 가지는 시퀀스 밸브가 상기 제 2 제어 밸브의 위치에 대해 상기 어큐물레이터의 측면에 인접한 상기 바이패스 통로의 일부에 삽입되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 에너지 재생에 있어서, 유압 액츄에이터 내에서 발생된 고압 작동유는 우선적으로 어큐물레이터로 도입되고, 에너지 재생은 효율적으로 수행된다.
또는, 상기 건설 기계용 제어 장치는 개폐밸브가 상기 어큐물레이터의 유체 유입/유출 포트에 제공되도록 구성될 수 있다. 이 구성에 의해, 어큐물레이터 내의 압력이 과도하게 높아질 때, 어큐물레이터는 개폐밸브를 폐쇄함에 의해 확실히 보호될 수 있다는 장점을 갖는다. 더욱이, 이 개폐밸브를 제어함에 의해, 어큐물레이터 내에 축적된 고압 작동유가 필요할때에만 그 필요한 양만큼이 유압 액츄에이터로 공급될 수 있다.
하기에, 도면을 참조로 본 발명의 실시예로서 건설 기계용 제어장치가 설명된다. 도 1은 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 개략적인 유압 회로 다이어그램이고, 도 2는 제어 장치의 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(원동기; 1)에 의해 구동되는 유압식 펌프(유압 펌프; 2)가 건설기계의 내측에 제공되고, 작동유 탱크(3)내의 작동유는 이 유압 펌프(2)에 의해 사전 설정된 압력으로 가압된다. 본 건설 기계에 있어서, 붐과, 스틱과, 버킷 등이(모두 도시되어 있지 않다) 이 방식으로 가압된 작동유를 사용하여 조작된다.
더욱이, 도 1에 있어서, 참조부호 22는 작동 유체 공급 수단을 나타내고, 이 작동 유체 공급 수단(22)은 상술한 엔진(1) 및 유압 펌프(2)에 부가하여 하기에 기술될 어큐물레이터(5)를 포함하여 구성된다. 스틱, 버킷 또는 선회 모터(7)는 이 작동 유체 공급 수단(22)으로부터 공급되는 작동유에 의해 조작된다.
여기에서 유압 펌프(2)는 공지된 피스톤형 가변 딜리버리 펌프이고, 펌프(2)내에 제공된 피스톤(도시되지 않음)의 행정량을 변화시킴으로서 흐름율을 제어하는 것을 허용하도록 구성된다. 특히, 피스톤은 그 단부가 도시되지 않은 캠판(크리프 판; creep plate)과 접촉하고, 캠판의 경사각을 변화시킴으로서 펌프(2)의 딜리버리 유량을 변화시키도록 피스톤의 행정을 변화시키게 구성된다.
더욱이, 유압 펌프(2)는 드레인 통로(10j)로 작동유 탱크(3)와 소통하는 릴리프 밸브(20)를 포함하고, 그래서 유압 펌프(2)의 딜리버리 압력이 사전 설정된 압력 보다 높아졌을 때, 이 릴리프 밸브(20)가 개방되어 상기 탱크(3)로 가압된 작동유가 복귀되는 것을 가능하게 한다.
또한, 참조부호 6은 체크 밸브를 나타내고, 상기 체크 밸브는 펌프(2) 측면으로의 작동유의 역류를 방지한다. 체크 밸브(6)의 하류측에서, 유체 통로(10a)는 두 방향으로 분관되어 있고, 그 분관된 유체 통로 중 하나인 흐름 통로(10b)로 상기 어큐물레이터(5)가 솔레노이드 밸브로부터 형성된 개폐밸브를 경유하여 연결된다. 여기에서, 어큐물레이터(5)는 유압 펌프(2)로부터 공급된 작동유를 임시로 저장하고, 에너지 재생시에 선회 모터(7)에 의해 가압된 작동유를 축적한다. 이 에너지 재생은 하기에 기술된다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이, 하류측면에서 다른 유체 통로(10c)는 복수개의 유체 통로(10d 내지 10g)로 추가적으로 분기되고, 건설 기계에 제공된 복수개의 유압 어큐물레이터에 독립적으로 연결된다. 여기에서, 특히, 유압 어큐물레이터는 붐과, 스틱과, 버킷 등을(모두 도시되어 있지 않음) 구동하기 위한 유압 실린더와, 선회 및 주행 조작을 수행하기 위한 유압 모터이다. 본 실시예에서, 이 유압 실린더와 유압 모터 중 단지 버킷 실린더(30)와 선회 모터(스윙 모터; 7)만이 도시된다. 언급된 바와 같은 이런 선회 모터(7)로부터 구동 수단(23)이 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 유입/유출 포트(제 1 포트 및 제 2 포트; 7a, 7b)는 선회 모터(7)상에 제공되고, 만약 작동유가 상기 포트중 하나로 공급된다면, 그때 상기 모터(7)는 작동유의 압력에 의해 회전되고, 작동유는 나머지 포트로부터 배출된다.
선회 모터(7)로의 작동유 공급 조건을 변화시키기 위한 제 1 제어 밸브(8)는 선회 모터(7)와 유압 펌프(2) 사이에 제공되고, 그래서 선회 모터(7)의 정방향 회전과, 역방향 회전과, 정지(중립)의 조건이 도 2에 도시된 조작 레버 등의 선회 조작부재를 제 1 제어 밸브(8)의 변화를 제어하도록 조작함에 의해 제어될 수 있다. 조작 수단(24)은 상술한 바와 같은 조작 레버(16)와 다른 조작 레버(18)로 형성된다.
더욱이, 밸브 수단(19)은 제 1 제어 밸브(8)와 하기에 설명될 제 2 제어 밸브(11)로 형성된다. 제 1 제어 밸브(8)는 간단하게 기술된다. 제 1 제어 밸브(8)는 일반적인 건설 기계의 주 제어 밸브에 대응하고, 여기서는 선회 모터(7)의 상기 포트(7a, 7b)로의 작동유 공급 및 상기 포트로부터의 작동유 배출이 서로에 독립적으로 제어되는 분리 제어형 밸브 기구로서 구성된다.
설명한 바와 같은 이런 분리 제어형 밸브 기구는 액츄에이터(선회모터(7), 버킷 실린더(30) 등)의 조작을 감지하고, 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 제어 밸브는 네 개의 투웨이(two-way) 솔레노이드 밸브(81 내지 84)로 형성된다. 이 방식에서 서로 독립적으로 제공된 솔레노이드 밸브(81 내지 84)를 개별적으로 제어함에 의해, 작동유의 공급 및 배출이 신속하고 고 정밀도로 수행될 수 있다.
상술한 솔레노이드 밸브(81 내지 84)의 조작은 모두 하기에 기술될 제어기(제어 수단; 9)에 의해 제어되고, 솔레노이드밸브(81 내지 84) 각각은 어떠한 조작 명령 신호도 제어기(9)로부터 그곳으로 입력되지 않을 때 작동유를 분배하지 않는 일반적으로 폐쇄되어 있는 형태의 솔레노이드 밸브로서 구성된다.
솔레노이드 밸브(81 내지 84)에서, 작동유를 공급하는 솔레노이드 밸브(81)와 작동유를 배출하는 솔레노이드 밸브(82)는 선회 모터(7)의 제 1 포트(7a) 측면상의 유로(10h)에 제공되어 있으며, 작동유를 공급하는 솔레노이드 밸브(83)와 작동유를 배출하는 솔레노이드 밸브(84)는 제 2 포트(7b) 측면상의 유로(10i)에 배치된다.
더욱이, 상술한 솔레노이드 밸브(81 내지 84)에서, 솔레노이드 밸브(81, 83)는 유압 펌프(2)로부터의 작동유 공급 유로(10g)에 연결되어 있으며, 솔레노이드 밸브(82, 84)는 탱크(3)로 작동유를 배출하기 위한 오일 통로(복귀 통로; 10j)에 연결되어 있다.
본 실시예에서, 선회모터(7)는 제 1 포트(7a)로 작동유를 공급하고 복귀 통로(10j)를 통해 제 2 포트(7b)로부터 배출된 작동유를 탱크(3)로 복귀시키도록 상기 솔레노이드 밸브(81)와 상기 솔레노이드 밸브(84)를 작동 상태로 동시에 변화시킴에 의해 정방향으로 회전된다. 대조적으로, 상기 선회 모터(7)는 제 2 포트(7b)로 작동유를 공급하고, 복귀 통로(10j)를 통해 제 1 포트(7a)로부터 배출된 작동유를 탱크(3)로 복귀시키도록 상기 솔레노이드 밸브(83)와 상기 솔레노이드 밸브(82)를 동시에 변화시킴에 의해 역방향으로 회전된다.
그런데, 상기 제 1 제어 밸브(8; 즉, 상기 솔레노이드 밸브81 내지 84)를 바이패스하기 위한 유로(바이패스 통로; 10k)가 상기 선회 모터(7)와 어큐물레이터(5) 사이에 제공되고, 상기 바이패스 통로(10k)를 소통 및 단절 시키기 위해 구성된 솔레노이드 밸브(제 2 제어 밸브; 11)가 상기 바이패스 통로(10k)내에 삽입된다.
또한 이 솔레노이드 밸브(11)는 상술한 제어기(9)에 의해 온 및 오프 상태 사이에서 제어되고, 일반적으로 바이패스 통로(10k)를 단절시키도록 일반적으로는 폐쇄되어 있는 솔레노이드 밸브이다.
더욱이, 이 바이패스 통로(10k)는 솔레노이드 밸브(11)의 상류측에서 제 1 포트(7a) 및 제 2 포트(7b)에 체크 밸브 기구(12)를 통해 연결되며, 그래서, 상기 솔레노이드 밸브(11)가 소통 상태로 제어될 때, 제 1 포트(7a) 또는 제 2 포트(7b)로부터의 작동유는 바이패스 통로(10k)를 경유하여 어큐물레이터(5)로 공급된다.
도면에 도시된 바와 같이, 이 체크 밸브 기구(12)는 제 1 포트(7a)측면에 연결되고, 제 2 체크 밸브(12b)는 제 2 포트(7b) 측면에 연결된다.
이 구성은 상기 선회 모터(7)가 정방향으로 회전되거거나, 다른 경우, 즉, 선회 모터(7)가 역방향으로 회전되는 경우 양쪽 모두의 경우를 처리하기 위해 채택되며, 어떠한 경우라도, 제 1 포트(7a) 또는 제 2 포트(7b)로부터 배출되는 작동유는 제 1 체크 밸브(12a) 또는 제 2 체크 밸브(12b)를 경유하여 어큐물레이터(5)로 공급된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)가 상기 제 1 포트(7a)와 제 2 포트(7b) 사이에 제공된다. 이 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)는 상기 체크 밸브(12a, 12b)에 병렬로 배치된 두 개의 크로스오버 릴리프 밸브(13a, 13b)로 구성된다.
여기에서, 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)는 선회 모터(7)의 회전에 의해 발생되는 회전 에너지를 흡수하도록 제공되고, 제 1 크로스오버 릴리프 밸브(13a)는 사전 설정된 압력 보다 높은 압력이 적용될 때 제 1 포트(7a)로부터 제 2 포트(7b)로 작동유가 흐르는 것을 허용하는 밸브로서 형성되며, 제 2 크로스오버 릴리프 밸브(13b)는 사전 설정된 압력보다 높은 압력이 적용될 때 상기 제 2 포트(7b)로부터 제 1 포트(7a)로의 작동유의 흐름을 허용하는 밸브로서 형성된다.
각각의 크로스오버 릴리프 밸브(13a, 13b)는 저항장치로서의 기능을 하며, 작동유가 크로스오버 릴리프 밸브(13a, 13b)를 통과할 때, 작동유의 압력이 하강하고, 열에너지로서 방출되며, 결과적으로, 작동유의 운동 에너지가 하강한다.
상술한 바와 같은 이런 구성을 가진 크로스오버 릴리프 밸브(13)는 조작자가 상부 선회체(건설기계 선회체; 14)의 선회를 정지시키려고 할 때, 상부 선회체(14)가 신속하게 정지될 수 있게하기 위해 제공된다.
특히, 상부 선회체(14)가 선회될 때는 조작자는 조작 레버(16) 등의 선회 조작 부재(도 2 참조)를 선회 모터(7)가 회전하도록 상기 제 1 제어 밸브(8)의 개방/폐쇄 작동을 제어하지만, 상부 선회체(14)가 정지될 때는 상기 조작레버(16)를 상기 상부 선회체(14)가 목표 정지 지점에 도착하기 이전에 중립 위치로 복귀되어야만 한다.
이는 상부 선회체(14)에 평형추(도지되지 않음)가 배치되어 있으므로, 상부 선회체(14)가 선회시에 높은 관성력을 가지기 때문이다. 더욱이, 상기 평형추는 상부 선회체(14)의 선회 중심으로부터 가능한 먼 거리로 이격된 위치에 배치되기 때문에, 앵글러 모멘트가 높다는 다른 이유도 있다.
그러므로, 상술한 바와 같은 이런 관성력에 의해 필요한 양보다 크개 유발되는 상부 선회체(14)의 선회를 방지하기 위해서, 상부 선회체(14)가 관성력에 의해 회전될 때, 솔레노이드 밸브(81 내지 84)는 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)를 경유하여 제 1 또는 제 2 포트(7a, 7b)로부터 배출된 작동유를 순환시키도록 제어기(9)에 의해 오프상태로 제어된다. 따라서, 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)가 레지스터로서 기능하기 때문에, 유로 저항이 작동유에 작용되고, 상부 선회체(14)의 운동 에너지는 유로의 저항에 의해 흡수된다.
그런데, 상부 선회체(14)가 상술한 관성력에 의해 선회될 때, 상기 선회 모터(7)는 유압 펌프로서의 역할을 한다. 특히, 일반적인 조작에서, 고압 작동유가 선회모터(7)에 공급될 때, 상기 선회 모터(7)는 작동유의 압력에 의한 유압 모터로서 작동하지만, 대조적으로, 만약, 선회력이 상부 선회체(14)로부터 상기 선회 모터(7)로 입력되면, 그후, 선회 모터(7)의 포트(7a, 7b) 중 하나에서 작동유는 상부 선회체(14)로부터 입력된 운동 에너지에 의해 고압으로 가압되고, 고압 작동유는 포트(7b, 7a)중 다른 하나로부터 배출된다.
따라서, 만약, 그곳에 발생된 에너지가 열에너지 등으로 변환될 수 있고, 단지 대기로 상기 에너지를 배출하는 대신 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)에 의해 효율적으로 회복될 수 있다면, 그때, 효율적인 에너지 이용이 얻어지고, 또한 엔진(1)의 연료 소모량이 감소될 수 있다.
상술한 어큐물레이터(5)와, 바이패스 통로(10K)와, 솔레노이드 밸브(11)는 상술한 바와 같은 요구에 부합되도록 제공되고, 상기 상부 선회체(14)가 관성력에 의해 회전될 때, 상기 선회 모터(7)에 의해 발생되는 에너지를 재생한다. 이경우에 상기 선회 모터(7)에 의해 가압된 작동유는 어큐물레이터(5)에 임시로 축적되고, 그래서 에너지의 재생이 수행될 수 있다.
시퀀스 밸브(15)는 솔레노이드 밸브(11)의 위치의 하류측(어큐물레이터; 5) 상에서 바이패스(10k)내의 부분에 삽입된다. 이 시퀀스 밸브(15)는 릴리프 밸브로서 기능하고, 상기 시퀀스 밸브(15)의 릴리프 압력은 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)의 릴리프 압력 보다 낮게 설정된다.
또한, 버킷 실린더(30)를 위해서, 상기 실린더(30)에 작동유 공급 상태를 변화시키기 위한 제 1 제어 밸브(8)가 제공된다. 그러나, 이 제 1 제어 밸브(8)는 상술한 선회 모터(7)를 위해 제공된 것과 유사하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
참조부호 21은 상기 제 1 제어 밸브의 상류측에 제공된 체크 밸브(8)를 나타낸다.
하기에, 본 장치의 제어 시스템의 구성을 도 2를 참조로 설명한다. 센서(16a, 18a)는 선회 모터(7)와 버킷 실린더(30) 등의 유체 액츄에이터를 조작하기 위한 조작 부재(16, 18; 조작 레버, 패달 등)의 조작 상태를 검출하고, 센서(17)는 유체 통로내의 유압을 검출하며, 상기 어큐물레이터(5) 등은 상술한 제어기(9)에 연결되어 있고, 상기 제어기(9)는 센서(16a, 17, 18a)로부터의 검출 정보에 근거하여 솔레노이드 밸브(4, 11, 81 내지 84)의 작동을 제어한다.
더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 밸브 제어 수단(9a)과 제 2 밸브 제어 수단(9b)이 제어기(9)에 제공된다. 제 1 및 제 2 밸브 제어 수단(9a, 9b)에서, 상기 제 1 밸브 제어 수단(9a)은 조작 레버(16)로부터의 조작 명령을 수신하여 제어 신호를 설정하고 그 제어 신호를 제 1 제어 밸브(8)로 출력하는 수단이고, 상기 제 2 제어 밸브 제어 수단(9b)은 센서(17)로부터의 검출 정보에 근거하여 선회 모터(7)가 상부 선회체(14)에 의해 구동된다는 것이 식별될 때 솔레노이드 밸브(제 2 제어 밸브; 11)를 제어하기 위한 수단이다.
상술한 바와 같은 구성을 가진 제 1 밸브 제어 수단(9a)과 제 2 밸브 제어 수단(9b)은 조작 레버(16, 18) 등과 선회 모터(7)의 조작 상태에 근거하여 솔레노이드 밸브(4, 11, 81 내지 84)의 작동을 제어하도록 제어 신호를 설정한다.
본 발명의 실시예에 따른 건설 기계용 제어 장치가 상술한 바와 같은 방식으로 구성되기 때문에, 솔레노이드 밸브(4, 11, 81 내지 84)의 조작 제어는 하기의 방식으로 수행된다.
먼저, 만약 조작 레버(16)가 선회 모터(7)를 회전시키도록 조작자에 의해 조작된다면, 그때, 제어기(9)는 솔레노이드 밸브(81, 84) 또는 솔레노이드 밸브(82, 83)를 온 상태로 변화시키고, 어큐물레이터(5)의 솔레노이드 밸브(4)를 조작 레버(16)의 조작 상태에 응답하는 온상태로 변화시킨다. 솔레노이드 밸브(81 내지 84, 4)의 이런 제어는 주로 제어기(9)내의 제 1 밸브 제어 수단(9a)에 의해 실행된다.
결과적으로, 어큐물레이더(5)와 유압 펌프(2)내의 작동유는 선회 모터(7)의 제 1 포트(7a) 또는 제 2 포트(7b)로 공급되고, 그래서 선회모터(7)는 정방향 또는 역방향으로 회전된다. 또한, 제 1 포트(7a) 또는 제 2 포트(7b)로부터 배출된 작동유는 유로(10h) 도는 유로(10i)로부터 솔레노이드 밸브(82) 또는 솔레노이드 밸브(84)를 경유하여 작동유 탱크(3)로 배출된다.
더욱이, 만약 조작자가 선회 모터(7)를 정지시키기 위해 중립위치로 상기 레버의 위치를 복귀시킨다면, 그때 상기 솔레노이드 밸브(81, 84) 또는 솔레노이드 밸브(82, 83)는 제 1 밸브 수\제어 수단(9a)에 의해 오프 상태로 변화되고, 솔레노이드 밸브(11)는 제 2 밸브 제어 수단(9b에 의해 온 상태로 변화된다.
이 경우에 있어서, 선회모터(7)가 상기 상부 선회체(14)의 관성력에 의해 구동되고, 유압 펌프로서 작동하기 때문에, 고압으로 가압된 작동유는 제 1 포트(7a) 또는 제 2 포트(7b)로부터 전달된다. 이 작동유는 모든 솔레노이드 밸브(81 내지 84)가 오프 상태이기 때문에 체크 밸브(12a 또는 12b), 솔레노이드 밸브(11) 및 시퀀스 밸브(15)를 경유하여 어큐물레이터(5)로 축적되며, 그에의해 에너지를 재생한다.
그래서, 상기 시퀀스 밸브(15)의 릴리프 압력이 크로스오버 릴리프 밸브(13a, 13b)의 릴리프 압력 보다 낮게 설정되기 때문에, 작동유는 솔레노이드 밸브(4)가 오프상태로 변화되지 않는한 어큐물레이터(5)로 축적된다.
그후, 어큐물레이터(5)내의 압력이 사전 설정된 값보다 높아진 것이 검출되었을 때, 제어기(9)는 솔레노이드 밸브(11)와 솔레노이드 밸브(4)를 오프 상태로 변화시키고, 그에 의해 어큐물레이터(5)를 보호한다.
어큐물레이터(5)내의 압력이 사전 설정된 값에 도달하고 솔레노이드 밸브(4)가 본 방식에따라 오프 상태로 변화된다고 하더라도, 만약 선회 모터(7)가 여전히 상부 선회체(14)에 의해 연속적으로 구동되고 있다면, 그때는 선회모터(7)를 정지시키기 위한 힘이 크로스오버 릴리프 밸브(13a, 13b)의 작용의 결과로서 작용하고, 그래서 운동 에너지가 흡수된다.
이 방식에서, 본 발명의 건설 기계용 제어 장치는 상기 선회 모터(7)가 정지될 때, 상부 선회체(14)의 관성력을 사용하여 재생된 운동 애너지를 재생함에 의해 효율적인 에너지 이용이 달성될 수 있다는 장점을 갖는다.
특히, 상기 선회 모터(7)가 상부 선회체(14)의 관성력에 의해 구동되기 때문에, 선회 모터(7)에 의해 가압된 작동유는 어큐물레이터(5)로 축적되고, 그래서, 선회 모터(7)의 다음 작업이 시작될 때, 선회모터(7)는 어큐물레이터(5)내의 고압 작동유를 사용하여 조작될 수 있고, 엔진(1)의 부하와, 유압 펌프(2)의 부하는 감소될 수 있다. 더욱이 이런 에너지 재생에 의해, 연료소모의 양이 감소된다.
더욱이, 제 1 제어 밸브(8)를 파이패스하기 위한 바이패스 통로(10k)가 선회 모터(7)와 어큐물레이터(5) 사이에 제공되고, 제 2 제어 밸브(11)가 바이패스 통로(10k)에 제공되기 때문에, 에너지 재생시에 작동유는 제 1 제어 밸브(8)(솔레노이드 밸브; 81 내지 84)를 지나가지 않으며 고 정밀도가 필요한 제 1 제어 밸브(8)상에 어떠한 영향도 미치지 않는다는 장점이 있다.
더욱이, 선회모터(7)의 포트(7a, 7b)로부터 바이패스 통로(11k)로 작동유를 도입하기 위한 체크 밸브 기구(12)가 두 개의 포트(7a, 7b) 사이에 제공되기 때문에, 어큐물레이터(5)로부터 작동유가 역류하는 것을 단순하고 확실하게 방지할 수 있다.
더욱이, 상부 선회체(14)의 선회에 의해 발생된 회전 에너지를 흡수하기 위한 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)가 상기 체크 밸브 기구(12)에 병렬로 제공되기 때문에, 만약 어큐물레이터(5)의 압력이 필요한 수준보다 높게 상승되면 회전 에너지가 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)에 의해 흡수되고, 상부 선회체(14)는 확실하게 정지될 수 있다.
더욱이, 상기 시퀀스 밸브(15)가 상술한 솔레노이드 밸브(제 2 제어 밸브; 11)의 위치에 대하여 어큐물레이터에 인접한 부분에 제공되기 때문에, 상기 시퀀스 밸브(15)의 릴리프 압력은 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)의 릴리프 압력보다 낮게 설정되고, 에너지의 재생에 있어서, 선회 모터(7)에 의해 발생된 고압 작동유는 상기 어큐물레이터(5)내로 우선적으로 도입될 수 있고, 결과적으로 에너지 재생이 매우 효율적으로 수행될 수 있다는 장점이 있다.
더욱이, 솔레노이드 밸브(개폐밸브; 4)가 어큐물레이터(5)의 유입/유출 포트에 제공되기 때문에, 어큐물레이터(5)내의 압력이 과도하게 상승하였을 때, 상기 어큐물레이터(5)는 이 솔레노이드 밸브(4)를 폐쇄함에 의해 확실하게 보호될 수 있다. 더욱이, 고압 작동유를 제어함에 의해, 필요시에만 어큐물레이터(5)내의 축적된 고압 작동유를 필요한 양만큼 유압 액츄에이터로 공급할 수 있다.
스풀(spool) 밸브형의 솔레노이드 밸브를 사용하여 구성된 제 1 제어 밸브(8)가 상술되었지만, 상기 제 1 제어 밸브(8)는 스풀 밸브형 솔레노이드 밸브 대신 예로서 포핏 밸브형 솔레노이드 밸브 등의 다른 형태의 솔레노이드 밸브를 사용하여 구성될 수도 있다.
더욱이, 본 실시예의 상술한 설명에서는 상기 제 1 제어 밸브(8)가 작동유 공급과 작동유 배출이 서로 독립적으로 제어되는 분리 제어형 밸브 기구로서 구성되었지만 본 발명에 있어서, 본 발명의 장치의 적용은 상술한 바와 같은 분리 제어형 밸브를 사용하는 유압 회로에 제한되지 않으며 본 장치는 예로서 일반적인 3위치 변환 밸브(3-position change-valve) 등을 채용하는 유압 회로에도 사용될 수 있다.
더욱이, 선회 모터(7)로부터 전달되는 작동유가 재생되는 구성만이 상술한 기술에서 설명되었지만 본 발명은 상술한 바와 같은 구성에만 제한되는 것은 아니며, 도시되지 않은 주행 모터와 어큐물레이터(5) 사이의 구성이 상술한 바와 동일한 방식으로 구성되면서 주행 모터가 외부로부터 작용되는 힘에 의해 구동될때도 에너지를 재생할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명이 유압 굴착기 또는 유압 셔블 등의 건설 기계에 적용되면, 건설 기계의 선회체의 선회가 시작되었을 때, 유압 액츄에이터가 어큐물레이터내에 축적된 고압 작동유를 사용하여 작동될 수 있고, 유압 펌프를 작동시키기 위한 연료 소모량이 감소된다. 따라서, 상술한 형태의 건설 기계의 과도한 에너지가 효과적으로 이용될 수 있으며, 본 발명의 효용성은 매우 높다.

Claims (6)

  1. 건설 기계용 제어 장치에 있어서,
    상기 건설 기계의 건설 기계 선회체(14)를 조작하기 위한 선회 조작 부재(16, 18)를 적어도 구비한 조작 수단(24)과,
    원동기(1)에 의해 구동되는 유압 펌프(2)와, 상기 유압 펌프의 배출측에 작동 유체를 축적하기 위한 어큐물레이터(5)를 적어도 포함하는 작동 유체 공급 수단(22)과,
    상기 건설 기계 선회체(14)를 상기 작동 유체 공급 수단(22)으로부터의 작동 유체와 함께 선회하도록 구동하기 위한 유압 액츄에이터(7)를 포함하는 구동 수단(23)과,
    상기 유압 액츄에이터(7)에 의해 상기 건설 기계 선회체(14)의 선회 상태를 제어하기 위해 상기 작동 유체 공급 수단(22)과 상기 구동 수단(23) 사이에 삽입된 제 1 제어 밸브(8)와, 상기 유압 액츄에이터(7)가 상기 건설 기계 선회체(14)에 의해 구동될 때, 상기 유압 액츄에이터(7)로부터 상기 어큐물레이터(5)내로의 유체 유입 상태를 제어하기 위해 상기 어큐물레이터(5)와 상기 유압 액츄에이터(7) 사이에 배치된 제 2 밸브(11)를 포함하는 밸브 수단(19)과,
    상기 선회 조작 부재(16, 18)로부터 수신된 조작 명령에 응답하여 상기 제 1 제어 밸브(8)를 제어하기 위한 제 1 밸브 제어 수단(9a)과, 상기 유압 액츄에이터(7)가 상기 전설 기계 선회체(14)에 의해 구동될 때 상기 제 2 제어 밸브(11)를 제어하기 위한 제 2 밸브 제어 수단(9b)을 구비하는 제어 수단(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 액츄에이터(7)와 상기 어큐물레이터(5) 사이에 상기 제 1 제어 밸브(8)를 바이패스하기 위한 바이패스 통로(10k)가 삽입 배치되고,
    상기 제 2 제어 밸브(11)가 상기 바이패스 통로(10k)내에 삽입 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유압 액츄에이터(7)의 한쌍의 유입/유출 포트(7a, 7b)로부터 유체를 도입하기 위한 체크밸브 기구(12)가 상기 유입/유출 포트(7a, 7b) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 건설 기계 선회체(14)의 선회에 의해 발생되는 회전 에너지를 흡수하기 위한 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)가 상기 체크 밸브 기구(12)에 병렬적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 제어 밸브(11)의 위치에 대해 상기 어큐물레이터(5)측에 인접한 상기 바이패스 통로(10k)의 일부에 시퀀스 밸브(15)가 삽입 배치되고,
    상기 시퀀스 밸브(15)는 상기 크로스오버 릴리프 밸브 기구(13)를 위해 설정된 릴리프 압력보다 더 낮게 설정된 릴리프 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 어큐물레이터(5)의 유체 유입/유출 포트에 개폐밸브(4)가 제공되는 것을 특징으로 하는 건설 기계용 제어 장치.
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