KR101486988B1 - 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템 - Google Patents

소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템에 관한 것으로, 소형급 건설장비에 펌프의 유량제어를 가능케 하는 네거티브 유량조절 방식을 적용하여, 작업장치를 사용하지 않을 때에는 최소한의 유량만을 토출시켜 연비를 절감시킬 수 있고, 작업장치를 사용할 때에는 필요한 유량만을 토출시켜 조작성을 향상시킬 수 있다.
이를 위한, 본 발명에 의한 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템은, 각 펌프에서 유입된 유량이 메인컨트롤밸브를 지나면서 스풀의 움직임에 따라 바이패스 유량의 크기를 결정하는 메인컨트롤밸브(MCV)와; 상기 메인컨트롤밸브(MCV)로부터 입력받은 바이패스 유량의 크기에 따라 유량의 압력을 각각 변화시키는 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브와; 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브로부터 입력받은 2개의 유량 중에서 하나를 선별하여 출력하는 저압선별밸브; 및 상기 저압선별밸브로부터 입력받은 유량에 의해 동작하여 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량을 제어하는 레귤레이터;를 포함하고 있다.

Description

소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템{Negative Flow Control System of Small Size Construction Heavy Equipment}
본 발명은 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템(Negative Flow Control System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형급 건설장비에 펌프의 유량제어를 가능케 하는 네거티브 유량조절 방식을 적용하여, 작업장치를 사용하지 않을 때에는 최소한의 유량만을 토출시켜 연비를 절감시키고, 작업장치를 사용할 때에는 필요한 유량만을 토출시켜 조작성을 향상시킨 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 네거티브 유량조절(Negative Flow Control) 방식은 바이패스 되는 유량의 크기를 가지고 펌프의 유량을 제어하는 방식으로, 네거티브 유량조절밸브(Negative Flow Control Valve)에 있는 오리피스(orifice)를 통하여 유량의 크기에 따라 압력이 변하게 된다. 이때, 통과하는 유량이 클 때 오리피스에 의해서 높은 압력이 형성되고, 통과하는 유량이 작을 때 낮은 압력이 형성된다. 여기서, 바이패스 유로의 압력이 높을 때 펌프의 토출 유량을 감소시키고, 압력이 낮을 때 펌프의 토출 유량을 증가시키기 때문에 네거티브 유량조절 방식이라 부르고 있다.
도 1은 종래의 기술 형태에 따른 네거티브 유량조절 시스템의 메인컨트롤밸브(MCV)의 측면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선의 절단면으로, 메인컨트롤밸브(MCV)의 중앙통로를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고, 도 3a 및 도 3b는 메인컨트롤밸브(MCV)의 평행통로 및 중앙통로를 나타낸 도면이다.
상기 중앙통로 ①은 컨트롤밸브가 중립에 있을 때 작동유 탱크로 나가는 회로이고 상기 평행통로 ②는 컨트롤 밸브 안의 스풀이 작동하여 중앙 통로가 차단되었을 때, 옆으로 돌아서 그 해당 스풀 쪽에 작동유를 공급되는 통로이다.
펌프에서 작동유가 들어오면 메인컨트롤밸브(MCV) 내부의 중앙통로를 통해 도 2와 같이 지나가게 된다. 이때, 상기 바이패스 되는 유로의 끝단에는 도 4와 같은 네거티브 유량조절밸브가 위치되어 있다. 중앙통로로 바이패스 되는 유량은 네거티브 유량조절밸브의 오리피스를 통과하여 유압탱크로 작동유가 빠져나간다. 여기서, 네거티브 유량조절밸브에 위치한 오리피스가 바이패스 되는 유량의 비례하여 그림 5와 같이 압력(Pi)으로 전환되고, 전환된 압력에 의해 펌프 레귤레이터가 작동하여 유량을 조절하게 된다.
상기 네거티브 유량조절밸브(Negative Flow Control Valve)는 오리피스와 과부하 방지밸브(오버로드릴리프밸브), 2가지 기능을 가지고 있다. 도 4를 참조하여 설명하면, 바이패스 통로(4)를 지나 네거티브 유량조절밸브(Nc1)에 도달한 작동유는 포페트(1)의 오리피스를 통과 하여 유량에 따른 신호를 압력신호로 바꾸어 준다. 유량에 따른 압력변화는 도 8의 그래프와 같다.
상기 오리피스를 통과하는 유량이 네가티브 유량제어하는 압력이상으로 높아지게 될때에는 포펫트(1)이 뒤로 밀려 밸브의 과부하를 방지한다.
작업장치를 사용하지 않을 때 펌프에서 토출되어 메인콘트롤 밸브 내부로 들어온 작동유는 바이패스 유로를 통해 네가티브 유량조절 밸브의 오리피스를 통과하여 작동유 탱크로 빠져 나가게 되는데 오리피스에 의하여 해당유랑에 대응되는 압력신호로 바뀌게 된다. 그 압력은 f1 라인을 통해 P1 펌프의 레귤레이터(pi)로 전달되어 P1 펌프유량을 조절하게 한다.
도 5는 종래의 네거티브 유량조절 방식에 따른 펌프의 유량과 네거티브 유량조절압력(pi) 압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5의 그래프에서 볼 수 있듯이, 상기 네거티브 유량조절밸브에 의해 형성된 레귤레이터(pi) 라인의 압력과 펌프의 토출 유량은 반비례한다. 즉, 상기 레귤레이터(pi) 라인의 압력이 올라가면 상기 펌프의 유량이 줄어들고, 상기 레귤레이터(pi) 라인의 압력이 내려가면 상기 펌프의 유량이 늘어나게 된다. 이러한 동작에 의해 네거티브 유량조절 방식이라고 부르고 있다.
종래의 소형급 건설장비에서는 네거티브 유량제어를 하기 위해서 2개의 펌프(P1,P2)를 각각 제어하도록 2개의 네거티브 유량조절밸브가 설치되어 있다. 그리고, 소형 건설장비에 적용되는 펌프는 2중 피스톤 펌프(Double Piston Pump)로서, 한 개의 실린더 블록과 레귤레이터를 구비하고 있으며, 2개의 펌프(P1,P2)로 오일을 공급하는 컨트롤 플레이트가 토출 쪽에 설치되어 있다.
현재에 국내 소형급 건설장비에 적용되고 있는 네거티브 유량조절 방식은 오픈센터 방식으로 장비가 움직이지 않을 때에도 해당 RPM의 유량이 토출되고 있다. 따라서 에너지 손실이 크고 미세 조작시에도 토출 유량이 조절되지 않아 조작성이 좋지 못한 문제점이 있었다.
또한, 소형급 건설장비의 경우 2개의 펌프를 사용하고 있는데, 네거티브 유량조절 방식을 사용하려면 각각의 네거티브 신호가 각 펌프의 레귤레이터에 영향을 주어 토출량을 변화시켜야 한다. 그러나, 종래에는 소형급 건설장비(예를 들어, 소형 굴삭기 등)의 구조적인 제약으로 2개의 레귤레이터가 들어가는 펌프를 장착하기가 불가능하였다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 작업장치를 사용하지 않을 때에는 최소한의 유량만을 토출시켜 연비를 절감시키고, 작업장치를 사용할 때에는 필요한 유량만을 토출시켜 조작성을 향상시킨 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 소형급 건설장비에 펌프의 유량제어를 가능케 하는 네거티브 유량조절(Negative Flow Control) 방식을 적용한 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 네거티브 유량조절밸브에서 출력되는 2개의 신호를 저압선별밸브를 이용하여 1개로 줄여 펌프의 유량을 제어하는 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템은 각 펌프에서 유입된 유량이 메인컨트롤밸브를 지나면서 스풀의 움직임에 따라 바이패스 유량의 크기를 결정하는 메인컨트롤밸브(MCV)와, 상기 메인컨트롤밸브(MCV)로부터 입력받은 바이패스 유량의 크기에 따라 유량의 압력을 각각 변화시키는 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브와, 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브로부터 입력받은 2개의 유량 중에서 하나를 선별하여 출력하는 저압선별밸브와, 상기 저압선별밸브로부터 입력받은 유량에 의해 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량을 제어하는 레귤레이터를 포함하고 있다.
여기서, 상기 메인컨트롤밸브(MCV)의 스풀 움직임에 따라 바이패스 유량이 줄어들면, 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브의 오리피스에 의해 유량의 압력이 낮아지게 된다. 상기 저압선별밸브는 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브로부터 입력받은 2개의 유량을 비교하여 압력이 낮은 유량을 선별하여 출력한다. 이때, 상기 레귤레이터로 입력되는 유량의 압력이 높으면 상기 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량이 감소하고, 반대로 상기 유량의 압력이 낮으면 상기 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량이 증가한다.
본 발명에 따르면, 작업장치를 사용하지 않을 때에는 최소한의 유량만을 토출시킴으로써 연비를 절감시킬 수 있고, 작업장치를 사용할 때에는 필요한 유량만을 토출시켜 조작성을 향상시킬 수 있다.
또한, 소형급 건설중장비에 소형급 건설장비에 펌프의 유량제어를 가능케 하는 네거티브 유량조절(Negative Flow Control) 방식을 적용할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 기술 형태에 따른 네거티브 유량조절 시스템의 메인컨트롤밸브(MCV)의 측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선의 절단면으로, 메인컨트롤밸브(MCV)의 중앙통로를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 메인컨트롤밸브(MCV)의 평행통로 및 중앙통로를 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 기술 형태에 따른 네거티브 유량조절 시스템의 네거티브 유량조절밸브의 내부 단면도이다.
도 5는 종래의 네거티브 유량조절 방식에 따른 펌프의 유량과 네거티브 유량조절 압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 네거티브 유량조절 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 저압선별밸브를 나타낸 구성도이다.
도 8은 유량에 따른 압력변화를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
네거티브 유량조절 시스템의 실시 예
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 네거티브 유량조절 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 7은 도 6에 도시된 저압선별밸브를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 의한 네거티브 유량조절 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, 메인컨트롤밸브(Main Control Valve; MCV)(100), 제 1 네거티브 유량조절 밸브(Negative Flow Control Valve)(210), 제 2 네거티브 유량조절 밸브(220), 저압선별밸브(300), 레귤레이터(Regulator)(410)와 제 1 및 제 2 펌프(420,430)를 구비한 펌프(Pump)(400)를 포함하고 있다.
상기 메인컨트롤밸브(MCV)(100)는 각 펌프에서 유입된 유량이 메인컨트롤밸브를 지나면서 스풀의 움직임에 따라 바이패스 유량의 크기를 결정하게 된다.
상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브(210,220)는 상기 메인컨트롤밸브(MCV)(100)로부터 입력받은 바이패스 유량의 크기에 따라 유량의 압력을 각각 변화시켜 출력한다. 만약, 상기 메인컨트롤밸브(MCV)(100)의 스풀 움직임에 따라 바이패스 유량이 줄어들면, 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브(210,220)의 오리피스에 의해 낮은 압력의 유량이 형성된다.
상기 저압선별밸브(300)는 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브(210,220)로부터 입력받은 2개의 유량 중에서 하나를 선별하여 출력하게 되는데, 플런저(plunger)에 의해 압력이 낮은 유량을 선별하여 출력하는 것이 바람직하다.
상기 레귤레이터(Regulator)(410)는 상기 저압선별밸브(300)로부터 입력받은 유량의 압력에 의해 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 토출 유량을 제어한다. 이때, 상기 레귤레이터(410)로 입력되는 유량의 압력이 높으면 상기 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 토출 유량이 감소하고, 반대로 상기 유량의 압력이 낮으면 상기 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 토출 유량이 증가한다.
이와 같이, 본 발명에 의한 네거티브 유량조절 시스템은 상기 메인컨트롤밸브(MCV)(100)의 다음 단에 상기 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 동작을 제어하는 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브(210,220)가 구성되어 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브(210,220)에 의해 형성된 2개의 유량 압력이 상기 저압선별밸브(300)로 들어가도록 구성되어 있다. 계속해서, 상기 저압선별밸브(300)에서 출력된 신호가 상기 펌프(400)의 레귤레이터(Regulator)(410)로 전달되어 상기 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
상기 저압선별밸브(300)의 상세 구조는 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 네거티브 신호(a,b)가 입력되고, 이 중 높은 압력을 갖는 신호가 플런저(plunger)(310)를 절환시키게 된다. 계속해서, 상기 플런저(plunger)(310)가 절환되면 낮은 압력 쪽의 유로가 생겨 상기 2개의 네거티브 신호(a,b) 중 낮은 압력의 신호(c)가 상기 펌프(40)의 레귤레이터(410)로 출력된다. 이어서, 상기 레귤레이터(410)는 상기 제 1 및 제 2 펌프(420,430)의 사각판을 조절하여 토출 유량을 증가시키게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 기존의 소형 건설장비(예, 굴삭기)의 구조적인 제약으로 인해 2개의 레귤레이터가 들어가는 펌프의 장착이 불가능한 문제를 해결하기 위해서, 2개의 네거티브 신호를 저압선별밸브(300)를 이용하여 2개의 네거티브 신호 중 낮은 압력을 선별하여 그 압력으로 펌프(40)의 레귤레이터(410)를 작동시켜 펌프의 토출 유량을 조절하도록 하였다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템은 네거티브 유량조절밸브에서 출력되는 2개의 신호를 저압선별밸브를 이용하여 1개로 줄여 펌프의 유량을 제어함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 메인컨트롤밸브(Main Control Valve; MCV)
210 : 제 1 네거티브 유량조절 밸브(Negative Flow Control Valve)
220 : 제 2 네거티브 유량조절 밸브(Negative Flow Control Valve)
300 : 저압선별밸브
400 : 펌프(Pump)
410 : 레귤레이터(Regulator)
420 : 제 1 펌프
430 : 제 2 펌프

Claims (5)

  1. 각 펌프에서 유입된 유량이 메인컨트롤밸브를 지나면서 스풀의 움직임에 따라 바이패스 유량의 크기를 결정하는 메인컨트롤밸브(MCV)와;
    상기 메인컨트롤밸브(MCV)로부터 입력받은 바이패스 유량의 크기에 따라 유량의 압력을 각각 변화시키는 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브와;
    상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브로부터 입력받은 2개의 유량 중에서 하나를 선별하여 출력하는 저압선별밸브; 및
    상기 저압선별밸브로부터 입력받은 유량에 의해 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량을 제어하는 레귤레이터를 포함하며,
    상기 레귤레이터로 입력되는 유량의 압력이 높으면 상기 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량이 감소하고, 반대로 상기 유량의 압력이 낮으면 상기 제 1 및 제 2 펌프의 토출 유량이 증가하는 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절밸브는:
    상기 메인컨트롤밸브(MCV)의 스풀 움직임에 따라 바이패스 유량이 줄어들면, 오리피스에 의해 유량의 압력을 각각 낮추는 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 저압선별밸브는:
    상기 제 1 및 제 2 네거티브 유량조절 밸브로부터 입력받은 2개의 유량을 비교하여 압력이 낮은 유량을 선별하여 출력하는 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 저압선별밸브는:
    플런저(plunger)에 의해 압력이 낮은 유량을 선별하는 소형급 건설중장비의 네거티브 유량조절 시스템.
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