KR101500750B1

KR101500750B1 - 휠로더의 유압 펌프 제어 장치

Info

Publication number: KR101500750B1
Application number: KR1020080127827A
Authority: KR
Inventors: 김형호; 장인표
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2015-03-09
Also published as: KR20100069203A

Abstract

본 발명은 트랜스미션(9)을 통하여 차축에 연결되어 차량을 구동하는 엔진(8)과, 상기 엔진에 의해 구동되는 적어도 하나의 유압 펌프(P1, P2)를 포함하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치에 있어서, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조절하는 펌프 레귤레이터(1, 14)와,　상기 펌프 레귤레이터를 제어하는 조절 밸브, 그리고 엔진 회전수 당 스톨 토크(stall torque)에 대한 주행 토크와 프런트 토크의 합의 비율을 계산하고, 이 주행 토크와 프런트 토크의 비율이 소정값 이상인 경우에 상기 조절 밸브를 작동시키는 컨트롤러(20)를 포함하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치를 제공한다.

Description

휠로더의 유압 펌프 제어 장치{CONTROLL SYSTEM FOR HYDRAULIC PUMP OF WHEEL LOADER}

본 발명은 주행 복합 성능이 개선된 휠로더에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주행 복합 성능을 개선하도록 주행 구동과 프런트 복합 작업시에 주행 부하에 따라 유압 펌프의 토출 유량을 조절하도록 구성된 휠로더의 유압 펌프 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건설 중장비는 엔진의 동력으로 유압 펌프를 가동시켜, 붐, 암, 버켓 등과 같은 프런트 작업 장치는 물론 주행 모터를 구동시키도록 되어 있다. 즉, 엔진의 동력 전부를 유압을 발생시키는 데 사용하고 이 유압으로 중장비의 작업기에 필요한 동력과 주행에 필요한 동력을 얻도록 되어 있다.

한편, 중장비의 한 종류인 휠로더(wheel loader)는 주행에 필요한 동력을 엔진에서부터 토크 컨버터(torque converter)를 통하여 직접 전달받게 되어 있는 한편, 작업에 필요한 동력은 유압 발생 장치를 통하여 얻도록 되어 있다.

즉, 종래의 휠로더는 트랜스미션을 통하여 차축에 연결되어 차량을 구동하는 엔진과, 엔진에 의해 함께 구동되는 메인 펌프 및 조향 펌프를 구비하고, 상기 메 인 펌프는 버켓, 붐 등과 같은 프런트 작업 장치에 압유를 제공하며, 조향 펌프는 조향 장치에 압유를 공급하거나 프런트 작업시 상기 메인 펌프의 압유에 합류시켜 상기 프런트 작업 장치에 압유를 공급한다.

전술한 바와 같이, 종래의 휠로더는 엔진의 출력을 주행에 필요한 동력, 즉 트랜스미션을 통하여 차축을 구동하는 동력과 메인 펌프, 조향 펌프 등과 같은 유압 장치를 구동하여 유압을 발생시키는 동력으로 나누어 사용하도록 되어 있다.

이러한 휠로더에 있어서, 주행 부하의 경우 단독 주행시에 구동력을 최대한 발휘하기 위하여 엔진의 정격 회전수에서 최대 부하에 매칭시킨다. 또한 프런트 단독 부하의 경우도 작업 속도를 빠르게 하기 위하여 유량을 최대로 토출하도록 엔진의 정격 부하에 근접하게 설정한다. 이로 인해, 주행과 프런트 동작을 동시에 하는 경우 엔진은 과부하를 받을 수 밖에 없고, 이를 어떻게 최적으로 맞추는지가 관건이다.

현재의 시스템은 프런트 부하가 릴리프 압력에 도달하면 부하를 줄여주는 컷오프 회로를 구성하여 엔진의 스톨을 방지하고, 프런트가 부하가 250 바 정도의 릴리프 설정압에 도달할 시에 컷오프 밸브에 의해 유량이 줄어들어 부하가 줄고 주행 구동력을 높일 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 현재의 시스템에서는, 실작업 중에는 프런트가 릴리프 압력에 도달하기 전에는 주행 부하가 자동으로 줄어들어 구동력이 부족하여 작업이 원활하지 못하고, 이로 인해 복합 동작 중에는 주행 구동 저하로 작업 능력이 저하된다.

본 발명의 목적은 전술한 종래의 휠로더 시스템의 결점을 해결하여, 주행 및 프런트 작업기의 복합 동작시 동력을 적절하게 분배하여, 주행 단독 동작시에는 주행 구동력을 확보하고 프런트 단독 동작시에는 속도 및 힘을 확보하며, 복합 동작시에는 주행 및 프런트 작업기의 적절한 부하 분배로 작업 성능을 극대화하는 것이다.

이러한 목적을 해결하기 위해서, 엔진(8)과, 상기 엔진(8)의 구동력을 차축에 전달하는 트랜스미션(9)과, 상기 트랜스미션(9)과는 병렬로 엔진(8)에 연결되어 구동되며 프런트작업장치용 컨트롤 밸브(1)에 압유를 공급하는 메인유압펌프(P1)와, 상기 트랜스미션(9)과는 병렬로 엔진(8)에 연결되어 구동되며 언로딩 밸브(3)를 매개로 조향장치(7)에 우선적으로 압유를 공급하지만 선택적으로 메인 유압 펌프(P1)와도 합류하여 상기 프런트 작업 장치에도 압유를 공급하는 조향 펌프(P2)를 포함하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치에 있어서, 상기 메인 유압 펌프(P1)와 조향 펌프(P2) 중 적어도 어느 하나의 토출 유량을 조절하는 펌프 레귤레이터(14)와, 상기 펌프 레귤레이터(14)를 제어하는 조절수단과, 엔진 회전수 검출 수단(10)에서 검출한 엔진 회전수(N1)와, TCU(11)에서 검출한 트랜스미션 회전수(N2)가 입력되어 이들 입력 값으로부터 주행 토크를 계산하고, 메인 펌프(P1)의 압력 센서(4)와 조향 펌프(P2)의 압력 센서(22)로부터 검출한 압력 값(Pp, Ps)에 의해 프런트 토크를 계산하여, 상기 주행 토크가 미리 설정된 값 이상인 경우 상기 프런트 작업 장치로 공급되는 상기 메인 유압 펌프(P1) 또는 상기 조향 펌프(P2)의 토출 압력이 미리 설정한 압력을 초과하지 못하도록 상기 조절수단을 제어하는 컨트롤러(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 실시예로서, 상기 펌프 레귤레이터(14)는 상기 조향 펌프(P2)의 토출 유량만을 조절하며, 상기 컨트롤러(20)는 상기 프런트 작업 장치로 공급되는 상기 조향펌프(P2)의 토출 압력이 미리 설정한 압력을 초과하지 못하도록 상기 조절 수단을 제어하는 컨트롤러(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 실시예로서,　상기 컨트롤러(20)는 상기 주행 토크와 프런트 토크의 합이 엔진 회전수 당 스톨 토크의 70 % 이상인 경우에 상기 조향펌프(P2)의 토출 압유를 컷오프(Cut-off)시키도록 상기 조절수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 조절 수단은 컨트롤러(20)의 제어 신호에 비례하여 개구 면적을 가변시켜 상기 조향 펌프(P2)의 레귤레이터(14)를 제어하는 전자 비례 제어 밸브(19)인 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면 주행 토크와 프런트 토크의 비율에 따라 펌프의 조절 밸브 를 조절하는 것에 의해 펌프의 토출 유량을 제어함으로써 휠로더와 같은 건설중장비가 최적의 주행 성능과 프런트 작업 성능을 발휘할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

도 1에는 본 발명에 따라 조향 펌프를 컷오프 제어하는 일실시예가 도시되어 있다. 상기 조향 펌프(P2)는 경사판(13)의 경전각에 따라 토출 유량을 가변시키는 가변 용량형 펌프로 구성되고, 경사판(13)에는 토출 유량을 가변 제어하는 펌프 레귤레이터(14)가 연결된다. 이 펌프 레귤레이터는 컷오프 제어 회로를 구성하는 컷오프 밸브(도시 생략)를 포함한다. 조향 펌프(P2)의 압유는 언로딩 밸브(3)에서 조향 장치(7)로 우선 공급되게 제어되는 한편, 메인 펌프(P1)의 압유와 합류하여 프런트 작업 장치를 작동시키는 데 사용된다.

본 실시예에서는, 메인 펌프(P1)와 조향 펌프(P2)의 로드 센싱 압력(LS) 신호를 압력 센서를 통하여 감지하고, TUC(Transmission Control unit)(11)을 통해 주행 부하를 감지하여, 컨트롤러에서 이들 신호에 기초한 제어 신호를 전자 비례 제어 밸브(19)에 전달하여, 조향 펌프의 펌프 레귤레이터(14)에 있는 컷오프 밸브(도시 생략)를 제어한다. 이 경우에, 일반적인 작업에서는 컷오프 밸브의 설정압이 250 바로 설정되어 있지만, 컨트롤러에 의해 제어가 일어나는 경우에는 컷오프 밸브의 설정압을 100 바로 감소시킨다.

보다 구체적으로는, 컨트롤러(20)는 엔진 회전수 검출 수단(10)에서 검출한 엔진 회전수(N1)와, TCU(11)에서 검출한 트랜스미션 회전수(N2)가 입력되어 이들 입력값으로부터 주행 토크를 계산하고, 메인 펌프의 압력 센서(4)와 조향 펌프의 압력 센서(22)로부터 검출한 유압(Pp, Ps)에 의해 프런트 토크를 계산하여, 주행 토크와 프런트 토크의 합이 엔진 회전수별 주행 스톨 토크(stall torque)의 70 % 이상인 경우에 전자 비례 제어 밸브(19)에 제어 신호를 출력하여 컷오프 밸브의 설정압을 낮추도록 제어한다. 이에 따라, 프런트 합류하는 조향 펌프의 토출 유량을 약 95%만큼 감소시켜 프런트 작업기로 가는 부하를 줄여 엔진의 토크를 확보하여 주행 구동력을 높일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 도 2의 그래프에 나타낸 바와 같이 종래의 경우에는 주행과 프런트 복합 작업시 주행 구동력이 a점이었지만, 본 발명의 경우에는 주행과 프런트 복합 작업시 주행 구동력이 b점으로 증가되어 장치의 작업 성능이 향상된다.

도 3에는 본 발명에 따라 휠로더의 주행과 프런트 복합 구동시에 메인 펌프를 제어하는 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 메인 펌프(P1)에서 토출된 압유는 메인 유압 라인(2)을 통하여 컨트롤 밸브(1)로 유입되어 컨트롤 밸브(1)에 포함된 복수 개의 제어 스풀(1a, 1b, 1c)들에 의해 흐름이 제어된 후, 붐 실린더, 버켓 실린더 등과 같은 프런트 작업 장치에 공급되어 이들 프런트 작업 장치를 작동시키는 데 사용된다.

본 실시예에서는 컨트롤러(20)에 연결되는 전자 비례 제어 밸브(19)가 설치되고, 이 전자 비례 제어 밸브(19)는 컨트롤러(20)의 제어 신호에 비례하여 개구 면적을 가변시켜 상기 조향 펌프(P2)의 레귤레이터(14)를 제어한다.

컨트롤러(20)는 일반적인 작업의 경우에는 메인 펌프의 토출 압력(P)과 LS의 차압이 일정하도록 펌프의 토출 유량을 제어하고, 펌프 구동 마력이 일정 마력 이상인 경우에는 펌프 토출 유량을 감소시키며, 설정압 도달시에 압력을 컷오프하여 펌프의 유량을 최소로 하지만, 주행 토크와 프런트 토크의 합이 엔진 회전수별 주행 스톨 토크의 70 % 이상인 경우에, 메인 펌프의 토출 유량을 감소시키도록 전자 비례 제어 밸브(19)에 제어 신호를 출력한다.

본 실시예의 일례에서, 액셀 페달의 개방률이 100 %이고, 주행 속도가 5 km/h 미만이며, 프런트 작동압이 100 바이고, P와 LS의 차압 설정이 20 바인 경우, LS 릴리프 압력을 80 바로 제한하여 프런트 동작을 일시적으로 최소로 하여 메인 펌프(P1)의 소요 동력을 감소시켜 잉여 동력을 트랜스미션의 가속에 이용한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 정지 상태에서 주행 급가속 및 프런트 동작을 동시에 하는 경우에 일시적으로 프런트의 작업 속도를 감소시켜 주행에 필요한 가속력을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 조향 펌프를 컷오프 제어하는 유압 펌프 제어 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 도 1의 본 발명에 따른 주행 구동력과 종래 기술에 따른 주행 구동력을 비교하여 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 따라 메인 펌프를 제어하는 유압 펌프 제어 장치의 개략적인 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

P1 : 메인 펌프 P2 : 조향 펌프

1 : 컨트롤 밸브 4, 22 : 압력 센서

7 : 조향 장치 8 : 엔진

9 : 트랜스미션 10 : 엔진 회전수 검출 수단

11 : TCU 14 : 펌프 레귤레이터

19 : 전자 비례 제어 밸브

Claims

엔진(8)과, 상기 엔진(8)의 구동력을 차축에 전달하는 트랜스미션(9)과, 상기 트랜스미션(9)과는 병렬로 엔진(8)에 연결되어 구동되며 프런트 작업 장치용 컨트롤 밸브(1)에 압유를 공급하는 메인 유압 펌프(P1)와, 상기 트랜스미션(9)과는 병렬로 엔진(8)에 연결되어 구동되며 언로딩 밸브(3)를 매개로 조향 장치(7)에 우선적으로 압유를 공급하지만 선택적으로 메인 유압 펌프(P1)와도 합류하여 상기 프런트 작업 장치에도 압유를 공급하는 조향 펌프(P2)를 포함하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치에 있어서,

상기 메인 유압 펌프(P1)와 조향 펌프(P2) 중 적어도 어느 하나의 토출 유량을 조절하는 펌프 레귤레이터(14)와,

상기 펌프 레귤레이터(14)를 제어하는 조절 수단과,

엔진 회전수 검출 수단(10)에서 검출한 엔진 회전수(N1)와, TCU(11)에서 검출한 트랜스미션 회전수(N2)가 입력되어 이들 입력 값으로부터 주행 토크를 계산하고, 메인 펌프(P1)의 압력 센서(4)와 조향 펌프(P2)의 압력 센서(22)로부터 검출한 압력 값(Pp, Ps)에 의해 프런트 토크를 계산하여, 상기 주행 토크가 미리 설정된 값 이상인 경우 상기 프런트 작업 장치로 공급되는 상기 메인유압 펌프(P1) 또는 상기 조향 펌프(P2)의 토출 압력이 미리 설정한 압력을 초과하지 못하도록 상기 조절 수단을 제어하는 컨트롤러(20);를 포함하고,

상기 컨트롤러(20)는 상기 주행 토크와 프런트 토크의 합이 엔진 회전수 당 스톨 토크의 70 % 이상인 경우에 상기 조향 펌프(P2)의 토출 압유를 컷오프(Cut-off)시키도록 상기 조절 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치.
제1항에 있어서,

펌프 레귤레이터(14)는 상기 조향 펌프(P2)의 토출 유량만을 조절하며,

상기 컨트롤러(20)는 상기 프런트 작업 장치로 공급되는 상기 조향 펌프(P2)의 토출 압력이 미리 설정한 압력을 초과하지 못하도록 상기 조절 수단을 제어하는 컨트롤러(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 유압 펌프 제어 장치.
삭제
　　　　　　　　제1항 또는 2항에 있어서, 상기 조절 수단은 컨트롤러(20)의 제어 신호에 비례하여 개구 면적을 가변시켜 상기 조향 펌프(P2)의 레귤레이터(14)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 비례 제어 밸브(19)인 것인 휠로더의 유압 펌프 제어 장치.