KR101973872B1

KR101973872B1 - 작업 기계의 유압 구동 시스템

Info

Publication number: KR101973872B1
Application number: KR1020177003467A
Authority: KR
Inventors: 세이지 히지카타; 고오지 이시카와; 신야 이무라
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-04-29
Also published as: JP2016075301A; CN106662131A; US10227997B2; EP3203089A4; WO2016052209A1; US20170234334A1; KR20170026627A; CN106662131B; JP6317656B2; EP3203089A1; EP3203089B1

Abstract

유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 액추에이터의 구동에 재생하는 경우에, 양호한 조작성을 확보할 수 있는 작업 기계의 유압 구동 시스템을 제공한다. 유압 실린더(4)의 보텀측 유실을 유압 펌프(50)와 제2 유압 액추에이터(8) 사이에 접속하는 재생 통로(18)와, 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 재생 통로(18)를 통해 유압 펌프(50)와 제2 유압 액추에이터(8) 사이에 공급하는 재생 유량 조정 수단과, 제1 압력 검출 수단(25)이 검출한 유압 실린더의 보텀측 유실의 압력 및 제2 압력 검출 수단(26)이 검출한 유압 펌프(50)와 제2 유압 액추에이터(8) 사이의 압력을 판독하여, 차압을 산출하는 차압 산출 수단, 또는 차압 검출 수단과, 차압 산출 수단이 산출한 차압, 또는 차압 검출 수단이 검출한 차압의 증가에 따라 재생 통로(18)를 흐르는 압유의 유량을 서서히 증가시키도록 재생 유량 조정 수단을 제어하는 제어 장치를 구비했다.

Description

작업 기계의 유압 구동 시스템 {HYDRAULIC DRIVE SYSTEM FOR WORK MACHINE}

본 발명은 작업 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것이고, 상세하게는 피구동 부재(예를 들어, 붐)의 자중 낙하 등, 피구동 부재의 관성 에너지에 의해 유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 액추에이터의 구동에 재이용(재생)하는 재생 회로를 구비한 유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것이다.

붐의 자중 낙하에 의해 붐 실린더로부터 배출된 압유를 아암 실린더에 재생하는 재생 회로를 구비한 작업 기계의 유압 구동 시스템이 알려져 있고, 그 일례가 특허문헌 1에 기재되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 작업 기계의 유압 구동 시스템은 붐 실린더로부터의 배출유를 아암 실린더로 재생할 때에, 유압 펌프의 토출 유량을 감소시킴과 함께, 복합 동작 시의 유압 펌프의 토출 유량이 규정 유량 이하인 경우에는, 엔진의 회전수를 저하시키는 제어 장치를 구비하고 있다.

일본 특허 공개 제2013-204223호 공보

특허문헌 1의 유압 구동 시스템에서는 복합 동작 시의 유압 펌프의 구동의 손실을 충분히 억제할 수 있다. 그러나, 붐 실린더의 배출유를 아암 실린더에 재생할 때에 회생 밸브가 급격하게 개방되어 쇼크가 발생할 가능성이 있다. 이하에 이유를 설명한다.

특허문헌 1의 유압 구동 시스템에서는 붐 하강 조작량에 따라 붐 실린더로부터 배출되는 배출유의 배출량을 산출하고, 아암 덤프 조작량에 따라 아암 실린더의 미터인 유량을 산출하여, 각각의 값의 작은 쪽을 회생 유량이라고 정의하고 있다. 그리고, 회생 밸브의 개방도 명령의 산출에, 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력과 아암 실린더의 로드측 유실의 압력을 사용하고 있고, 양자의 차압이 작을 때에는 설정된 회생 유량을 흐르게 하기 위한 대개방도 명령이 산출된다. 한편, 양자의 차압이 클 때에는, 회생 유량이 과대해지지 않도록 회생 밸브 개방도를 폐쇄 방향으로 교축하는 명령이 산출된다.

여기서, 붐 하강 조작과 아암 덤프 조작을 동시에 행하는 복합 동작이 이루어지면, 통상의 액추에이터가 움직이기 시작할 때에 있어서, 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력은 아암 실린더의 로드측 유실의 압력보다 낮기 때문에, 상술한 양자의 차압은 음의 값이 된다. 이로 인해, 붐 실린더의 배출유를 아암 실린더에 재생할 수는 없어, 회생 밸브는 완전 폐쇄의 상태가 된다.

그 후, 시간의 경과와 함께 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력이 상승하므로, 상술한 양자의 차압이 음의 값으로부터 양의 값으로 전환된다. 이 전환 시에는, 차압의 절댓값이 작으므로, 설정된 회생 유량을 흐르게 하기 위해 회생 밸브에는 대개방도 명령이 출력된다. 이에 의해, 회생 밸브는 완전 폐쇄 상태로부터 급격하게, 예를 들어 완전 개방이 되도록 제어된다. 이 회생 밸브의 급격한 전환은 압력 쇼크를 일으키는 것이 상정되어, 조작성의 위화감을 오퍼레이터에게 부여할 가능성이 있다.

본 발명은 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 액추에이터의 구동에 재생하는 경우에, 양호한 조작성을 확보할 수 있는 작업 기계의 유압 구동 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 제1 발명은 유압 펌프 장치와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제1 피구동체를 구동하는 제1 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 제2 피구동체를 구동하는 제2 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제1 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 유량 조정 장치와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 제2 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 유량 조정 장치와, 상기 제1 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력하여 상기 제1 유량 조정 장치를 전환하는 제1 조작 장치와, 상기 제2 피구동체의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력하여 상기 제2 유량 조정 장치를 전환하는 제2 조작 장치를 구비하고, 상기 제1 유압 액추에이터는 상기 제1 조작 장치가 상기 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때에, 상기 제1 피구동체의 자중 낙하에 의해 보텀측 유실로부터 압유를 배출하고 로드측 유실로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더인 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 상기 유압 실린더의 보텀측 유실을 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터 사이에 접속하는 재생 통로와, 상기 유압 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 상기 재생 통로를 통해 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터 사이에 공급하는 재생 유량 조정 장치와, 상기 유압 실린더의 보텀측 유실의 압력을 검출하는 제1 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 보텀측 유실의 압력 및 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터 사이의 압력을 검출하는 제2 압력 검출기가 검출한 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터 사이의 압력을 판독하여, 차압을 산출하는 차압 산출부, 또는 상기 유압 실린더의 보텀측 유실의 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 제2 유압 액추에이터 사이의 압력의 차압을 검출하는 차압 검출기와, 상기 차압 산출부가 산출한 차압, 또는 상기 차압 검출기가 검출한 차압의 증가에 따라 상기 재생 통로를 흐르는 압유의 유량을 서서히 증가시키도록 상기 재생 유량 조정 장치를 제어하는 제어 장치를 구비한 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 유압 액추에이터로부터 배출된 압유를 다른 유압 액추에이터의 구동에 재생하는 경우에, 유압 액추에이터로부터 배출된 압유의 압력과 다른 유압 액추에이터의 압력과 차압에 따라 재생 밸브의 개방도를 조정하므로, 전환 쇼크가 억제됨과 함께, 양호한 조작성을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 도시하는 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 탑재한 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 구성하는 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 도시하는 제어 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 탱크측 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 재생측 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.

이하, 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 도시하는 제어 시스템의 개략도이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은 메인의 유압 펌프(1) 및 파일럿 펌프(3)를 포함하는 펌프 장치(50)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되고, 제1 피구동체인 유압 셔블의 붐(205)(도 2 참조)을 구동하는 붐 실린더(4)(제1 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되고, 제2 피구동체인 유압 셔블의 아암(206)(도 2 참조)을 구동하는 아암 실린더(8)(제2 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 붐 실린더(4)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(5)(제1 유량 조정 장치)와, 유압 펌프(1)로부터 아암 실린더(8)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(9)(제2 유량 조정 장치)와, 붐의 동작 명령을 출력하여 제어 밸브(5)를 전환하는 제1 조작 장치(6)와, 아암의 동작 명령을 출력하여 제어 밸브(9)를 전환하는 제2 조작 장치(10)를 구비하고 있다. 유압 펌프(1)는 도시하지 않은 다른 액추에이터에도 압유가 공급되도록 도시하지 않은 제어 밸브에도 접속되어 있지만, 그것들의 회로 부분은 생략하고 있다.

유압 펌프(1)는 가변 용량형이고, 토출 유량 조정 장치인 레귤레이터(1a)를 구비하고, 컨트롤러(27)(후술)로부터의 제어 신호에 의해 레귤레이터(1a)를 제어함으로써 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)이 제어되고, 토출 유량이 제어된다. 또한, 도시는 하지 않지만, 레귤레이터(1a)는 공지와 같이, 유압 펌프(1)의 토출압이 유도되어, 유압 펌프(1)의 흡수 토크가 미리 정한 최대 토크를 초과하지 않도록 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)을 제한하는 토크 제어부를 갖고 있다. 유압 펌프(1)는 압유 공급 관로(7a, 11a)를 통해 제어 밸브(5, 9)에 접속되고, 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(5, 9)에 공급된다.

유량 조정 장치인 제어 밸브(5, 9)는 각각, 보텀측 관로(15, 20) 또는 로드측 관로(13, 21)를 통해 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 유실 혹은 로드측 유실에 접속되고, 제어 밸브(5, 9)의 전환 위치에 따라, 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(5, 9)로부터 보텀측 관로(15, 20) 또는 로드측 관로(13, 21)를 통해 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 유실 혹은 로드측 유실에 공급된다. 붐 실린더(4)로부터 배출된 압유는 적어도 그 일부가 제어 밸브(5)로부터 탱크 관로(7b)를 통해 탱크로 환류된다. 아암 실린더(8)로부터 배출된 압유는 그 전체가 제어 밸브(9)로부터 탱크 관로(11b)를 통해 탱크로 환류된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 유압 펌프(1)로부터 각 유압 액추에이터(4, 8)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 유량 조정 장치를, 각각 1개의 제어 밸브(5, 9)로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유량 조정 장치는 복수의 밸브로 공급하는 구성이어도 되고, 공급과 배출을 각각의 밸브로 구성하는 것이어도 된다.

제1 및 제2 조작 장치(6, 10)는 각각, 조작 레버(6a, 10a)와 파일럿 밸브(6b, 10b)를 갖고, 파일럿 밸브(6b, 10b)는 각각, 파일럿 관로(6c, 6d) 및 파일럿 관로(10c, 10d)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5a, 5b) 및 제어 밸브(9)의 조작부(9a, 9b)에 접속되어 있다.

조작 레버(6a)가 붐 상승 방향 BU(도시 좌측 방향)로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pbu를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pbu는 파일럿 관로(6c)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5a)로 전해지고, 제어 밸브(5)는 붐 상승 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향 BD(도시 우측 방향)로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pbd를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pbd는 파일럿 관로(6d)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5b)로 전해지고, 제어 밸브(5)는 붐 하강 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다.

조작 레버(10a)가 아암 크라우드 방향 AC(도시 우측 방향)로 조작되면, 파일럿 밸브(10b)는 조작 레버(10a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pac를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pac는 파일럿 관로(10c)를 통해 제어 밸브(9)의 조작부(9a)로 전해지고, 제어 밸브(9)는 아암 크라우드 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(10a)가 아암 덤프 방향 AD(도시 좌측 방향)로 조작되면, 파일럿 밸브(10b)는 조작 레버(10a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pad를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pad는 파일럿 관로(10d)를 통해 제어 밸브(9)의 조작부(9b)로 전해지고, 조작 밸브(9)는 아암 덤프 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다.

붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)와 로드측 관로(13) 사이, 아암 실린더(8)의 보텀측 관로(20)와 로드측 관로(21) 사이에는 각각, 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브(12, 19)가 접속되어 있다. 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브(12, 19)는 보텀측 관로(15, 20) 및 로드측 관로(13, 21)의 압력이 지나치게 올라감으로써 유압 회로 기기가 손상되는 것을 방지하는 기능과, 보텀측 관로(15, 20) 및 로드측 관로(13, 21)가 부압이 됨으로써 캐비테이션이 발생하는 것을 저감하는 기능을 갖고 있다.

또한, 본 실시 형태는 펌프 장치(50)가 1개의 메인 펌프[유압 펌프(1)]를 포함하는 경우의 것이지만, 펌프 장치(50)는 복수(예를 들어, 2개)의 메인 펌프를 포함하고, 제어 밸브(5, 9)에 각각의 메인 펌프를 접속하여, 붐 실린더(4)와 아암 실린더(8)에 각각의 메인 펌프로부터 압유를 공급하도록 해도 된다.

도 2는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 탑재한 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.

유압 셔블은 하부 주행체(201)와 상부 선회체(202)와 프론트 작업기(203)를 구비하고 있다. 하부 주행체(201)는 좌우의 크롤러식 주행 장치(201a, 201a)(편측만 도시)를 갖고, 좌우의 주행 모터(201b, 201b)(편측만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(202)는 하부 주행체(201) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 선회 모터(202a)에 의해 선회 구동된다. 프론트 작업기(203)는 상부 선회체(202)의 전방부에 부앙 가능하게 설치되어 있다. 상부 선회체(202)에는 캐빈(운전실)(202b)이 구비되고, 캐빈(202b) 내에는 상기 제1 및 제2 조작 장치(6, 10)나 도시하지 않은 주행용의 조작 페달 장치 등의 조작 장치가 배치되어 있다.

프론트 작업기(203)는 붐(205)(제1 피구동체), 아암(206)(제2 피구동체), 버킷(207)을 갖는 다관절 구조이고, 붐(205)은 붐 실린더(4)의 신축에 의해 상부 선회체(202)에 대해 상하 방향으로 회전하고, 아암(206)은 아암 실린더(8)의 신축에 의해 붐(205)에 대해 상하 및 전후 방향으로 회전하고, 버킷(207)은 버킷 실린더(208)의 신축에 의해 아암(206)에 대해 상하 및 전후 방향으로 회전한다.

도 1에서는 좌우의 주행 모터(201b, 201b), 선회 모터(202a), 버킷 실린더(208) 등의 유압 액추에이터에 관한 회로 부분을 생략하여 도시하고 있다.

여기서, 붐 실린더(4)는 제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향(제1 피구동체의 자중 낙하 방향) BD로 조작되었을 때에, 붐(205)을 포함하는 프론트 작업기(203)의 중량에 기초하는 자중 낙하에 의해, 보텀측 유실로부터 압유를 배출하고 로드측 유실로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더이다.

도 1로 돌아가, 본 발명의 유압 구동 시스템은 상술한 구성 요소에 더하여, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)에 배치되고, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 유량을, 제어 밸브(5)측(탱크측)과 아암 실린더(8)의 압유 공급 관로(11a)측(재생 통로측)으로 분배 조정 가능하게 하는 2위치 3포트의 재생 제어 밸브(17)와, 재생 제어 밸브(17)의 한쪽의 출구 포트에 일단부측이 접속되고 타단부측이 압유 공급 관로(11a)에 접속되는 재생 통로(18)와, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15) 및 로드측 관로(13)로부터 각각 분기하여, 보텀측 관로(15) 및 로드측 관로(13)를 접속하는 연통 통로(14)와, 연통 통로(14)에 배치되고, 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향 BD의 조작 파일럿압 Pbd(조작 신호)에 기초하여 개방하고, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 배출유의 일부를 붐 실린더(4)의 로드측 유실에 재생하여 공급함과 함께, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실을 로드측 유실에 연통시킴으로써 로드측 유실의 부압의 발생을 방지하는 연통 제어 밸브(16)와, 전자 비례 밸브(22)와, 압력 센서(23, 24, 25, 26)와, 컨트롤러(27)를 구비하고 있다.

재생 제어 밸브(17)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터의 배출유를 탱크측[제어 밸브(5)측]과 재생 통로(18)측으로 흐르게 할 수 있도록 탱크측 통로(제1 스로틀)와 재생측 통로(제2 스로틀)를 갖고 있다. 재생 제어 밸브(17)의 스트로크는 전자 비례 밸브(22)에 의해 제어된다. 재생 제어 밸브(17)의 다른 쪽의 출구 포트는 제어 밸브(5)의 포트와 접속하고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 재생 제어 밸브(17)가, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 재생 통로(18)를 통해 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8) 사이에, 그 유량을 조정하여 공급하는 재생 유량 조정 장치와, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를, 그 유량을 조정하여 탱크에 배출하는 배출 유량 조정 장치를 구성한다.

연통 제어 밸브(16)는 조작부(16a)를 갖고, 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향 BD의 조작 파일럿압 Pbd가 조작부(16a)로 전해짐으로써 개방한다.

압력 센서(23)는 파일럿 관로(6d)에 접속되어, 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향 BD의 조작 파일럿압 Pbd를 검출하고, 압력 센서(25)는 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)에 접속되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력을 검출하고, 압력 센서(26)는 아암 실린더(8)측의 압유 공급 관로(11a)에 접속되어, 유압 펌프(1)의 토출압을 검출한다. 압력 센서(24)는 제2 조작 장치(10)의 파일럿 관로(10d)에 접속되어, 제2 조작 장치(10)의 아암 덤프 방향의 조작 파일럿압 Pad를 검출한다.

컨트롤러(27)는 압력 센서(23, 24, 25, 26)로부터의 검출 신호(123, 124, 125, 126)를 입력하고, 그것들의 신호에 기초하여 소정의 연산을 행하여, 전자 비례 밸브(22)와 레귤레이터(1a)에 제어 명령을 출력한다.

전자 비례 밸브(22)는 컨트롤러(27)로부터의 제어 명령에 의해 동작한다. 전자 비례 밸브(22)는 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환하여 재생 제어 밸브(17)의 조작부(17a)에 출력하고, 재생 제어 밸브(17)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다.

도 3은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 구성하는 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다. 도 3의 횡축은 재생 제어 밸브(17)의 스풀 스트로크를 나타내고, 종축은 개구 면적을 나타내고 있다.

도 3에 있어서, 스풀 스트로크가 최소인 경우(노멀 위치에 있는 경우)는, 탱크측 통로가 개방되어 있어 개구 면적은 최대이고, 재생측 통로가 폐쇄되어 개구 면적은 제로이다. 스트로크를 서서히 증가시켜 가면, 탱크측 통로의 개구 면적이 서서히 감소하고, 재생측 통로가 개방되어 개구 면적이 서서히 증가해 간다. 스트로크를 더욱 증가시키면, 탱크측 통로가 폐쇄되어(개구 면적이 제로가 되어), 재생측 통로의 개구 면적은 더욱 증가해 간다. 이와 같이 구성되어 있는 결과, 스풀 스트로크가 최소인 경우는, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출된 압유는 재생되는 일없이, 전량이 제어 밸브(5)측에 유입되고, 스트로크를 서서히 우측으로 움직여 가면, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출된 압유의 일부가 재생 통로(18)에 유입된다. 또한, 스트로크를 조정함으로써, 탱크측 통로와 재생측 통로(18)의 개구 면적을 변화시킬 수 있어, 재생 유량을 제어할 수 있다.

이어서, 붐 하강만을 행하는 경우의 동작의 개요에 대해 설명한다.

도 1에 있어서, 제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향 BD로 조작된 경우, 제1 조작 장치(6)의 파일럿 밸브(6b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pbd는 제어 밸브(5)의 조작부(5b)와 연통 제어 밸브(16)의 조작부(16a)에 입력된다. 그것에 의해 제어 밸브(5)는 도시 좌측의 위치로 전환되고, 보텀 관로(15)가 탱크 관로(7b)와 연통함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 압유가 탱크에 배출되어, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드가 축소 동작(붐 하강 동작)을 행한다.

또한, 연통 제어 밸브(14)가 도시 하측의 연통 위치로 전환됨으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)를 로드측 관로(13)에 연통하여, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 배출유의 일부를 붐 실린더(4)의 로드측 유에 공급한다. 이에 의해, 로드측 유실에서의 부압의 발생을 방지함과 함께, 유압 펌프(1)로부터 압유를 공급할 필요가 없어지므로, 유압 펌프(1)의 출력이 억제되어 연비를 저감할 수 있다.

이어서, 붐 하강과 아암의 구동을 동시에 행하는 경우의 동작의 개요에 대해 설명한다. 또한, 원리로서는 아암 덤프를 하는 경우와 클라우드하는 경우가 마찬가지이므로, 아암 덤프 동작을 예로 들어 설명한다.

제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향 BD로 조작되고, 동시에 제2 조작 장치(10)의 조작 레버(10a)가 아암 덤프 방향 AD로 조작된 경우, 제1 조작 장치(6)의 파일럿 밸브(6b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pbd는 제어 밸브(5)의 조작부(5b)와 연통 제어 밸브(16)의 조작부(16a)에 입력된다. 그것에 의해 제어 밸브(5)는 도시 좌측의 위치로 전환되고, 보텀 관로(15)가 탱크 관로(7b)와 연통함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 압유가 탱크에 배출되어, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드가 축소 동작(붐 하강 동작)을 행한다.

제2 조작 장치(10)의 파일럿 밸브(10b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pad는 제어 밸브(9)의 조작부(9b)에 입력된다. 그것에 의해 제어 밸브(9)는 전환되고, 보텀 관로(20)가 탱크 관로(11b)와 연통하고 또한 로드 관로(21)가 압유 공급 관로(11a)와 연통함으로써, 아암 실린더(8)의 보텀측 유실의 압유는 탱크에 배출되고, 유압 펌프(1)로부터의 토출유가 아암 실린더(8)의 로드측 유실에 공급된다. 이 결과, 아암 실린더(8)의 피스톤 로드는 축소 동작을 행한다.

컨트롤러(27)에는 압력 센서(23, 24, 25, 26)로부터의 검출 신호(123, 124, 125, 126)가 입력되고, 후술하는 제어 로직에 의해, 전자 비례 밸브(22)와 유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)에 제어 명령을 출력한다.

전자 비례 밸브(22)는 제어 명령에 따른 제어 압력을 생성하고, 이 제어 압력에 의해 재생 제어 밸브(17)는 제어되고, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 배출된 압유의 일부 혹은 전부가 재생 제어 밸브(17)를 통해 아암 실린더(8)에 재생하여 공급된다.

유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)는 제어 명령에 기초하여 유압 펌프(1)의 틸팅각을 제어하고, 아암 실린더(8)의 목표 속도를 유지하도록 적절하게 펌프 유량을 제어한다.

이어서, 컨트롤러(27)의 제어 기능에 대해 설명한다. 컨트롤러(27)는 개략 이하의 2개의 기능을 갖고 있다.

먼저, 컨트롤러(27)는 제1 조작 장치(6)가 붐(205)(제1 피구동체)의 자중 낙하 방향인 붐 하강 방향 BD로 조작되고, 이것과 동시에 제2 조작 장치(10)가 조작되었을 때, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력이 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8) 사이의 압유 공급 관로(11a)의 압력보다 높은 경우에 재생 제어 밸브(17)를 노멀 위치로부터 전환함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터의 배출유가 아암 실린더의 로드측 유실에 재생된다. 컨트롤러(27)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8) 사이의 압유 공급 관로(11a)의 압력과의 차압을 산출하는 차압 산출부를 구비하고, 차압 산출부가 산출한 차압에 따라 재생 제어 밸브(17)의 개방도를 제어한다(제1 기능).

구체적으로는, 차압 산출부가 산출한 차압이 작을 때에는 재생 제어 밸브(17)의 스트로크를 작게 하여 재생측 통로의 개구 면적을 수축함과 함께, 탱크측 통로의 개구 면적을 확장한다. 차압이 커짐에 따라, 재생측 통로의 개구 면적을 확장하고, 탱크측 통로의 개구 면적을 수축한다. 차압이 일정값 이상으로 클 때에, 재생측 통로의 개구 면적을 최댓값으로 하고, 탱크측 개구를 폐지하도록 제어한다. 이와 같이 제어함으로써, 재생 제어 밸브(17)의 전환 쇼크를 억제한다.

붐 하강 조작과 아암 구동을 동시에 행한 경우, 움직이기 시작할 때는 차압이 작고, 시간이 흘러감에 따라 차압이 커진다. 그로 인해, 차압에 따라 재생측 통로의 개구 면적을 서서히 개방함으로써, 전환 쇼크가 억제되어, 양호한 조작성을 실현할 수 있다.

또한, 차압이 작은 경우는, 재생측 개구를 확장해도 재생 유량이 적은 점에서, 붐 실린더의 피스톤 로드의 속도가 느려지는 경우가 있다. 그로 인해, 차압이 작은 경우는, 탱크측 통로의 개구 면적을 확장함으로써, 보텀측 유실로부터의 배출 유량을 증가시켜, 붐 실린더의 피스톤 로드의 속도를 오퍼레이터가 원하는 속도로 하도록 제어하고 있다. 한편, 차압이 큰 경우는, 재생 유량이 충분히 많아지는 점에서, 탱크측 통로의 개구를 수축함으로써, 붐 실린더의 피스톤 로드의 속도가 지나치게 빨라지는 것을 방지하고 있다.

또한, 컨트롤러(27)는 재생 제어 밸브(17)를 제어하여 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 유압 펌프(1)와 아암 실린더(8) 사이의 압유 공급 관로(11a)에 압유를 공급할 때, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터 압유 공급 관로(11a)에 공급되는 재생 유량만큼, 유압 펌프(1)의 용량을 감소시키도록 제어한다(제2 기능).

도 4는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(27)는 가산기(130), 함수 발생기(131), 함수 발생기(133), 함수 발생기(134), 함수 발생기(135), 승산기(136), 승산기(138), 함수 발생기(139), 승산기(140), 승산기(142), 가산기(144), 출력 변환부(146)를 갖고 있다.

도 4에 있어서, 검출 신호(123)는 제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압 Pbd를 압력 센서(23)에 의해 검출한 신호(레버 조작 신호)이고, 검출 신호(124)는 제2 조작 장치(10)의 조작 레버(10a)의 아암 덤프 방향의 조작 파일럿압 Pad를 압력 센서(24)에 의해 검출한 신호(레버 조작 신호)이고, 검출 신호(125)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력[보텀측 관로(15)의 압력]을 압력 센서(25)에 의해 검출한 신호(보텀압 신호)이고, 검출 신호(126)는 유압 펌프(1)의 토출압[압유 공급 관로(11a)의 압력]을 압력 센서(26)에 의해 검출한 신호(펌프압 신호)이다.

차압 산출부로서의 가산기(130)에는 보텀압 신호(125) 및 펌프압 신호(126)가 입력되어, 보텀압 신호(125)와 펌프압 신호(126)의 편차[붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)의 토출압의 차압]가 구해지고, 이 차압 신호가 함수 발생기(131)와 함수 발생기(132)에 입력된다.

함수 발생기(131)는 가산기(130)에서 구한 차압 신호에 따른 재생 제어 밸브(17)의 재생측 통로의 개구 면적을 산출하는 것이고, 도 3에 도시한 재생 제어 밸브(17)의 개구 면적 특성을 기초로 특성이 설정되어 있다. 구체적으로는, 차압이 작은 경우에는, 재생 제어 밸브(17)의 스트로크를 작게 하여 재생측 통로의 개구 면적을 수축하고, 탱크측 통로의 개구 면적을 확장한다. 한편 차압이 큰 경우에는 재생 통로측의 개구 면적을 확장하여, 차압이 일정값에 달하면 재생측 통로의 개구 면적을 최대로 하고, 탱크측 통로의 개구를 폐쇄하도록 제어한다.

함수 발생기(133)는 가산기(130)에서 구한 차압 신호에 따른 유압 펌프(1)의 저감 유량(이하, 펌프 저감 유량이라고 함)을 구하는 것이다. 함수 발생기(131)의 특성에 의해 차압이 커질수록 재생측 통로의 개구 면적이 커져 재생 유량이 증가한다. 이것으로부터, 차압이 커질수록, 펌프 저감 유량도 많아지도록 설정하고 있다.

함수 발생기(134)는 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)에 따라 승산기에서 사용하는 계수를 산출하는 것이고, 레버 조작 신호(123)가 0일 때에 최솟값 0을 출력하고, 레버 조작 신호(123)의 증가에 수반하여 출력을 증대시켜 최댓값으로 하여 1을 출력한다.

승산기(136)는 함수 발생기(131)에서 산출된 개구 면적과 함수 발생기(134)에서 산출된 값을 입력하고, 승산값을 개구 면적으로 하여 출력한다. 여기서, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 작은 경우는, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 느리게 할 필요가 있으므로, 재생 유량도 줄이는 것이 요구된다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 함수 발생기(131)에서 산출된 개구 면적을 더욱 작은 값으로 하여 출력한다.

한편, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 큰 경우는, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 빠르게 할 필요가 있으므로, 재생 유량도 증가할 수 있다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 함수 발생기(131)에서 산출된 개구 면적의 감소량을 줄이고, 큰 개구 면적의 값을 출력한다.

승산기(138)는 함수 발생기(133)에서 산출된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(134)에서 산출된 값을 입력하고, 승산값을 펌프 저감 유량으로 하여 출력한다. 여기서, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 작은 경우는, 재생 유량도 적으므로, 펌프 저감 유량도 적게 설정하는 것이 요구된다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 함수 발생기(133)에서 산출된 펌프 저감 유량을 더욱 작은 값으로 하여 출력한다.

한편, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 큰 경우는, 재생 유량이 많아져, 펌프 저감 유량도 크게 설정할 필요가 있다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 함수 발생기(133)에서 산출된 펌프 저감 유량의 감소량을 줄이고, 큰 펌프 저감 유량의 값을 출력한다.

함수 발생기(135)는 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)에 따라 승산기에서 사용하는 계수를 산출하는 것이고, 레버 조작 신호(124)가 0일 때에 최솟값 0을 출력하고, 레버 조작 신호(124)의 증가에 수반하여 출력을 증대시켜 최댓값으로 하여 1을 출력한다.

승산기(140)는 승산기(136)에서 산출된 개구 면적과 함수 발생기(135)에서 산출된 값을 입력하고, 승산값을 개구 면적으로 하여 출력한다. 여기서, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 작은 경우는, 아암 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 느리게 할 필요가 있으므로, 재생 유량도 줄이는 것이 요구된다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 승산기(136)에서 보정된 개구 면적을 더욱 작은 값으로 하여 출력한다.

한편, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 큰 경우는, 아암 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 빠르게 할 필요가 있으므로, 재생 유량도 증가할 수 있다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 승산기(136)에서 보정된 개구 면적의 감소량을 줄이고, 큰 개구 면적의 값을 출력한다.

승산기(142)는 승산기(138)에서 산출된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(135)에서 산출된 값을 입력하고, 승산값을 펌프 저감 유량으로 하여 출력한다. 여기서, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 작은 경우는, 재생 유량도 적으므로, 펌프 저감 유량도 적게 설정하는 것이 요구된다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 승산기(138)에서 보정된 펌프 저감 유량을 더욱 작은 값으로 하여 출력한다.

한편, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 큰 경우는, 재생 유량이 많아져, 펌프 저감 유량도 크게 설정할 필요가 있다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 승산기(138)에서 보정된 펌프 저감 유량의 감소량을 줄이고, 큰 펌프 저감 유량의 값을 출력한다.

함수 발생기(139)는 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)에 따라 펌프 요구 유량을 산출하는 것이다. 레버 조작 신호(124)가 0인 경우에는, 최저한의 유량을 유압 펌프(1)로부터 출력하는 특성이 설정되어 있다. 이는, 제2 조작 장치(10)의 조작 레버(10a)를 온으로 했을 때의 응답성을 양호하게 하는 것과, 유압 펌프(1)의 시징을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 레버 조작 신호(124)의 증가에 수반하여 유압 펌프(1)의 토출 유량을 증가시켜, 아암 실린더(8)에 유입되는 압유의 유량을 증가시킨다. 이에 의해, 조작량에 따른 아암 실린더(8)의 피스톤 로드 속도를 실현한다.

가산기(144)에는 승산기(142)에서 산출된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(139)에서 산출된 펌프 요구 유량이 입력되고, 펌프 요구 유량으로부터 펌프 저감 유량, 즉 재생 유량이 감산되어 목표 펌프 유량이 산출된다.

출력 변환부(146)에는 승산기(140)로부터의 출력과 가산기(144)로부터의 출력이 입력되어, 각각 전자 비례 밸브(22)로의 전자 밸브 명령(222) 및 유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)로의 틸팅 명령(201)이 출력된다.

이에 의해, 전자 비례 밸브(22)는 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환하여 재생 제어 밸브(17)의 조작부(17a)에 출력하고, 재생 제어 밸브(17)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다. 또한, 레귤레이터(1a)가 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)을 제어함으로써, 토출 유량이 제어된다. 이 결과, 유압 펌프(1)는 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 압유 공급 관로(11a)에 공급되는 재생 유량만큼, 용량을 감소시키도록 제어된다.

이어서, 컨트롤러(27)의 동작에 대해 설명한다.

제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)를 붐 하강 방향 BD로 조작함으로써, 압력 센서(23)에 의해 검출된 조작 파일럿압 Pbd의 신호는 레버 조작 신호(123)로서 컨트롤러(27)에 입력된다. 제2 조작 장치(10)의 조작 레버(10a)를 아암 덤프 방향 AD로 조작함으로써, 압력 센서(24)에 의해 검출된 조작 파일럿압 Pad의 신호는 레버 조작 신호(124)로서 컨트롤러(27)에 입력된다. 또한, 압력 센서(25, 26)에 의해 검출된 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력, 유압 펌프(1)의 토출압의 각 신호는 보텀압 신호(125), 펌프압 신호(126)로서 컨트롤러(27)에 입력된다.

보텀압 신호(125)와 펌프압 신호(126)가 차압 산출부로서의 가산기(130)에 입력되어, 차압 신호를 산출한다. 차압 신호는 함수 발생기(131)와 함수 발생기(133)에 입력되어, 각각 재생 제어 밸브(17)의 재생측 통로의 개구 면적과 펌프 저감 유량을 산출한다.

레버 조작 신호(123)가 함수 발생기(134)에 입력되고, 함수 발생기(134)는 레버 조작량에 따른 보정 신호를 산출하여, 승산기(136)와 승산기(138)로 출력한다. 승산기(136)는 함수 발생기(131)로부터 출력되는 재생측 통로의 개구 면적을 보정하고, 승산기(138)는 함수 발생기(133)로부터 출력되는 펌프 저감 유량을 보정한다.

마찬가지로 레버 조작 신호(124)가 함수 발생기(135)에 입력되면, 함수 발생기(135)는 레버 조작량에 따른 보정 신호를 산출하여, 승산기(140)와 승산기(142)로 출력한다. 승산기(140)는 승산기(136)로부터 출력되는 보정된 재생측 통로의 개구 면적을 더욱 보정하여 출력 변환부(146)로 출력하고, 승산기(142)는 승산기(138)로부터 출력되는 보정된 펌프 저감 유량을 더욱 보정하여 가산기(144)로 출력한다.

출력 변환부(146)는 보정된 재생측 통로의 개구 면적을 전자 밸브 명령(222)으로 변환하여, 전자 비례 밸브(22)에 출력한다. 이에 의해 재생 제어 밸브(17)의 스트로크가 제어된다. 이 결과, 재생 제어 밸브(17)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)의 토출압의 차압에 따른 개구 면적으로 설정되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터의 배출유가 아암 실린더(8)로 재생된다.

레버 조작 신호(124)가 함수 발생기(139)에 입력되고, 함수 발생기(139)는 레버 조작량에 따른 펌프 요구 유량을 산출하여 가산기(144)로 출력한다.

연산된 펌프 요구 유량과 펌프 저감 유량이 가산기(144)로 입력되고, 펌프 요구 유량으로부터 펌프 저감 유량, 즉 재생 유량을 감산하여 목표 펌프 유량을 산출하여 출력 변환부(146)로 출력한다.

출력 변환부(146)는 이 목표 펌프 유량을 유압 펌프(1)의 틸팅 명령(201)으로 변환하여, 레귤레이터(1a)에 출력한다. 이에 의해, 아암 실린더(8)는 제2 조작 장치(10)의 조작 신호(조작 파일럿압 Pad)에 따른 원하는 속도로 제어됨과 함께, 재생 유량만큼 유압 펌프(1)의 토출 유량을 저감함으로써, 유압 펌프(1)를 구동하는 엔진의 연비를 저감하여, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능해진다.

이상의 동작에 의해, 재생 제어 밸브(17)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)의 토출압의 차압에 따라, 재생측 통로의 개구 면적을 서서히 증가시켜 가므로, 전환 쇼크가 억제되어, 양호한 조작성을 실현할 수 있다. 또한, 상술한 차압과, 제1 조작 장치(6)의 조작량과, 제2 조작 장치(10)의 조작량이 모두 작을 때에는, 재생 제어 밸브(17)의 재생측 통로의 개구 면적을 작게 설정하고, 탱크측 통로의 개구 면적을 크게 설정하므로, 재생 유량이 적어도 탱크측 유량이 많아진다. 이에 의해, 오퍼레이터가 원하는 붐 실린더의 피스톤 로드 속도를 확보할 수 있다.

한편, 차압과, 제1 조작 장치(6)의 조작량과, 제2 조작 장치(10)의 조작량이 클 때에는, 재생 제어 밸브(17)의 재생측 통로의 개구 면적을 크게 설정하고, 탱크측 통로의 개구 면적을 작게 설정하므로, 붐 실린더의 피스톤 로드 속도가 지나치게 빨라지는 것을 억제하여, 오퍼레이터가 원하는 붐 실린더의 피스톤 로드 속도를 확보할 수 있다. 또한, 재생 유량에 따라 유압 펌프(1)의 토출 유량을 저감함으로써, 아암 실린더(8)의 피스톤 로드 속도에 관해서도 오퍼레이터가 원하는 속도를 확보할 수 있다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제1 실시 형태에 의하면, 유압 액추에이터(4)로부터 배출된 압유를 다른 유압 액추에이터(8)의 구동에 재생하는 경우에, 유압 액추에이터(4)로부터 배출된 압유의 압력과 다른 유압 액추에이터(8)의 압력과 차압에 따라 재생 제어 밸브(17)의 개방도를 조정하므로, 전환 쇼크가 억제됨과 함께, 양호한 조작성을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 컨트롤러(27)의 차압 산출부가, 유압 액추에이터(4)로부터 배출된 압유의 압력과, 유압 펌프(1)와 다른 유압 액추에이터(8) 사이의 압력을 각각의 압력 센서로부터 판독하여, 이들 차압을 산출하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유압 액추에이터(4)의 배출부와, 유압 펌프(1)와 다른 유압 액추에이터(8) 사이의 차압을 계측하는 차압 센서인 차압 검출부를 설치하고, 차압 검출부가 출력하는 차압에 따라 재생 제어 밸브(17)의 개방도를 조정해도 된다.

[실시예 2]

이하, 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 도시하는 제어 시스템의 개략도, 도 6은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 탱크측 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도, 도 7은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 재생측 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도, 도 8은 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다. 도 5 내지 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 4에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태에 있어서는, 도 1에 도시하는 재생 제어 밸브(17) 대신에 보텀측 관로(15)에 배출 유량 조정 장치로서 탱크측 제어 밸브(41)를, 재생 통로(18)에 재생 유량 조정 장치로서 재생측 제어 밸브(40)를 각각 구비한 점이 제1 실시 형태와 상이하다. 탱크측 제어 밸브(41)의 스트로크는 전자 비례 밸브(44)에 의해 제어되고, 재생측 제어 밸브(40)의 스트로크는 전자 비례 밸브(22)에 의해 제어된다.

전자 비례 밸브(44)는 컨트롤러(27)로부터의 제어 명령에 의해 동작한다. 전자 비례 밸브(44)는 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환하여 탱크측 제어 밸브(41)의 조작부(41a)에 출력하고, 탱크측 제어 밸브(41)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다. 또한, 전자 비례 밸브(22)는 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환하여 재생측 제어 밸브(40)의 조작부(40a)에 출력하고, 재생측 제어 밸브(40)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다.

도 6은 탱크측 제어 밸브(41)의 개구 면적 특성을 도시하고, 도 7은 재생측 제어 밸브(40)의 개구 면적 특성을 각각 도시하고 있다. 이들의 횡축은 각 밸브의 스풀 스트로크를 나타내고, 종축은 개구 면적을 나타내고 있다. 이들의 특성은 도 3에 도시하는 제1 실시 형태에 있어서의 재생 제어 밸브(17)의 특성에 있어서, 탱크측과 재생측으로 분리한 것과 동등하게 형성되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 재생측 통로의 개구 면적과 탱크측 통로의 개구 면적을 독립하여 미세하게 제어할 수 있으므로, 연비의 향상을 더욱 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(27) 대신에 컨트롤러(27A)를 구비하고 있다.

도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(27A)의 제어 로직을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 4와 동일한 제어 요소에 대해서는 설명을 생략한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(27A)는 도 4의 제1 실시 형태에 있어서의 가산기(130), 함수 발생기(131), 함수 발생기(133), 함수 발생기(134), 함수 발생기(135), 승산기(136), 승산기(138), 함수 발생기(139), 승산기(140), 승산기(142), 가산기(144)에 더하여, 함수 발생기(132), 승산기(137), 승산기(141), 가산기(143), 출력 변환부(146A)를 갖고 있다.

여기서, 추가된 연산기는 탱크측 제어 밸브(41)를 제어하기 위한 전자 밸브 명령(244)을 연산하는 로직을 형성한다. 재생측 제어 밸브(40)를 제어하기 위한 전자 밸브 명령(222)에 관해서는, 제1 실시 형태에서 나타낸 재생 제어 밸브(17)를 제어하기 위한 전자 밸브 명령(222)과 동일한 개념이므로 설명을 생략한다.

본 실시 형태에서는 차압 산출부로서의 가산기(130)가 산출한 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)의 토출압의 차압과, 제1 조작 장치(6)의 조작량인 레버 조작 신호(123)와, 제2 조작 장치(10)의 조작량인 레버 조작 신호(124)에 따라, 재생측 통로의 개구 면적과 탱크측 통로의 개구 면적을 미세하게 조정할 수 있으므로, 연비의 향상을 더욱 도모할 수 있다.

도 8에 있어서, 함수 발생기(132)는 가산기(130)에서 구한 차압 신호에 따른 탱크측 제어 밸브(41)에 의한 탱크측 통로의 좁혀야 할 개구 면적을 산출하는 것이다. 도 6에 도시한 탱크측 제어 밸브(41)의 개구 면적 특성에 의하면, 스풀 스트로크가 최소인 경우에는, 개구 면적이 최대가 되어 있고, 스트로크를 서서히 증가함으로써 개구 면적은 감소하는 특성이 되어 있다. 한편, 재생측 제어 밸브(40)의 개구 면적 특성은, 도 7에 도시한 바와 같이 스풀 스트로크가 최소인 경우에는, 개구 면적이 최소가 되어 있고, 스트로크를 서서히 증가함으로써 개구 면적은 증가하는 특성이 되어 있다.

이들 특성으로부터, 본 실시 형태에 있어서는, 재생을 행하는 경우에 재생측 제어 밸브(40)를 개방함과 함께, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도가 지나치게 빨라지지 않도록, 탱크측 제어 밸브(41)를 교축하도록 제어한다.

도 8로 돌아가, 함수 발생기(132)는 가산기(130)에서 구한 차압 신호가 작은 경우는, 재생측 제어 밸브(40)가 폐지하고 있으므로, 탱크측 제어 밸브(41)를 좁히지 않도록 작은 값을 출력하도록 설정한다. 반대로, 차압 신호가 큰 경우는, 붐 실린더의 피스톤 로드 속도가 지나치게 빨라지지 않도록, 탱크측 제어 밸브(41)를 교축하도록 큰 값을 출력한다.

승산기(137)는 함수 발생기(132)에서 산출된 탱크측 개구 면적의 교축량과 함수 발생기(134)에서 산출된 값을 입력하여, 승산값을 출력한다. 여기서, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 작은 경우는, 재생측 제어 밸브(40)가 폐지하고 있으므로, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 확보하기 위해, 탱크측 제어 밸브(41)를 개방하도록 제어한다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 작은 교축량의 값을 출력한다.

한편, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 큰 경우는, 재생측 제어 밸브(40)가 개방되어 있으므로, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도가 지나치게 빨라지지 않도록, 탱크측 제어 밸브(41)를 폐쇄하도록 제어한다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 큰 교축량의 값을 출력한다.

승산기(141)는 승산기(137)에서 산출된 탱크측 개구 면적의 교축량과 함수 발생기(135)에서 산출된 값을 입력하여, 승산값을 출력한다. 여기서, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 작은 경우는, 재생측 제어 밸브(40)가 폐지하고 있으므로, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도를 확보하기 위해, 탱크측 제어 밸브(41)를 개방하도록 제어한다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 작은 교축량의 값을 출력한다.

한편, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 큰 경우는, 재생측 제어 밸브(40)가 개방되어 있으므로, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드 속도가 지나치게 빨라지지 않도록, 탱크측 제어 밸브(41)를 폐쇄하도록 제어한다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 큰 값을 출력하고, 큰 교축량의 값을 출력한다.

가산기(143)에는 탱크측 제어 밸브(41)의 최대 개구 면적 신호(147)와 승산기(141)에서 산출된 탱크측 개구 면적의 교축량이 입력되어, 최대 개구 면적으로부터 탱크측 개구의 교축량이 감산되어 탱크측 제어 밸브(41)의 목표 개방도가 산출된다.

출력 변환부(146A)에는 가산기(143)로부터의 출력이 입력되어, 전자 비례 밸브(44)로의 전자 밸브 명령(244)이 출력된다. 이에 의해, 전자 비례 밸브(44)는 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 압력으로 변환하여 탱크측 제어 밸브(41)의 조작부(41a)에 출력하고, 탱크측 제어 밸브(41)의 스트로크를 제어함으로써 개방도(개구 면적)를 제어한다.

그리고, 이때, 출력 변환부(146A)는 보정된 재생측 통로의 개구 면적을 전자 밸브 명령(222)으로 변환하여, 전자 비례 밸브(22)에 출력한다. 이에 의해 재생측 제어 밸브(40)의 스트로크가 제어된다. 이 결과, 재생측 제어 밸브(40)는 붐 실린더(4)의 보텀측 유실의 압력과 유압 펌프(1)의 토출압의 차압에 따른 개구 면적으로 설정되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 유실로부터의 배출유가 아암 실린더(8)로 재생된다.

또한, 출력 변환부(146A)는 목표 펌프 유량을 유압 펌프(1)의 틸팅 명령(201)으로 변환하여, 레귤레이터(1a)에 출력한다. 이에 의해, 아암 실린더(8)는 제2 조작 장치(10)의 조작 신호(조작 파일럿압 Pad)에 따른 원하는 속도로 제어됨과 함께, 재생 유량만큼 유압 펌프(1)의 토출 유량을 저감함으로써, 유압 펌프(1)를 구동하는 엔진의 연비를 저감하여, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능해진다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 유압 구동 시스템의 제2 실시 형태에 의하면, 재생측 통로의 개구 면적과 탱크측 통로의 개구 면적을 각각 독립적으로 제어할 수 있으므로, 미세한 제어가 가능해지고, 재생 유량을 최대한 증가할 수 있다. 이 결과, 연비 저감 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 본 발명을 유압 셔블에 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 제1 조작 장치가 제1 피구동체의 자중 낙하 방향으로 조작되었을 때에, 제1 피구동체의 자중 낙하에 의해 보텀측으로부터 압유를 배출하고 로드측으로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더를 구비하는 작업 기계라면, 유압 크레인, 휠 로더 등, 그 밖의 작업 기계에도 적용할 수 있다.

1 : 유압 펌프
1a : 레귤레이터
3 : 파일럿 펌프
4 : 붐 실린더(제1 유압 액추에이터)
5 : 제어 밸브
6 : 제1 조작 장치
6a :조작 레버
6b : 파일럿 밸브
6c, 6d : 파일럿 관로
8 : 아암 실린더(제2 유압 액추에이터)
9 : 제어 밸브
10 : 제1 조작 장치
10a : 조작 레버
10b : 파일럿 밸브
10c, 10d : 파일럿 관로
7a, 11a : 압유 공급 관로
7b, 11b : 탱크 관로
12 : 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브
13 : 로드측 관로
14 : 연통 관로
15 : 보텀측 관로
16 : 연통 제어 밸브
17 : 재생 제어 밸브
18 : 재생 통로
19 : 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브
20 : 보텀측 관로
21 : 로드측 관로
22 : 전자 비례 밸브
23 : 압력 센서
24 : 압력 센서
25 : 압력 센서
26 : 압력 센서
27 : 컨트롤러
123 : 레버 조작 신호
124 : 레버 조작 신호
125 : 보텀압 신호
126 : 펌프압 신호
130 : 가산기
131 : 함수 발생기
133 : 함수 발생기
134 : 함수 발생기
135 : 함수 발생기
136 : 승산기
138 : 승산기
139 : 함수 발생기
140 : 승산기
142 : 승산기
144 : 가산기
146 : 출력 변환부
201 : 틸팅 명령
222 : 전자 밸브 명령
203 : 프론트 작업기
205 : 붐(제1 피구동체)
206 : 아암(제2 피구동체)
207 : 버킷

Claims

유압 펌프 장치와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 붐을 구동하는 붐 실린더와, 상기 유압 펌프 장치로부터 압유가 공급되어 암을 구동하는 암 실린더와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 붐 실린더에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 유량 조정 장치와, 상기 유압 펌프 장치로부터 상기 암 실린더에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 유량 조정 장치와, 상기 붐의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력하여 상기 제1 유량 조정 장치를 전환하는 제1 조작 장치와, 상기 암의 동작을 명령하는 조작 신호를 출력하여 상기 제2 유량 조정 장치를 전환하는 제2 조작 장치를 구비하고,
상기 붐 실린더는 상기 제1 조작 장치가 상기 붐의 하향 방향으로 조작되었을 때에, 보텀측 유실로부터 압유를 배출하고 로드측 유실로부터 압유를 흡입하는 유압 실린더이며,
상기 붐 실린더의 보텀측 유실을 상기 유압 펌프 장치와 상기 암 실린더 사이에 접속하는 재생 통로와, 상기 붐 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 상기 재생 통로를 통해 상기 유압 펌프 장치와 상기 암 실린더 사이에 공급하는 재생 유량 조정 수단과,
상기 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력을 검출하는 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력 및 상기 유압 펌프 장치와 상기 암 실린더 사이의 압력을 검출하는 제2 압력 검출 수단이 검출한 상기 유압 펌프 장치와 상기 암 실린더의 사이의 압력을 판독하여, 차압을 산출하는 차압 산출 수단, 또는 상기 붐 실린더의 보텀측 유실의 압력과, 상기 유압 펌프 장치와 상기 암 실린더 사이의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출 수단과,
상기 차압 산출 수단이 산출한 차압, 또는 상기 차압 검출 수단이 검출한 차압에 따라 상기 재생 통로를 흐르는 압유의 유량을 제어하는 제어장치를 포함하는 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서,
상기 제어장치는 상기 차압이 작을 때에는 상기 재생 통로의 개구 면적을 줄이고, 상기 차압이 증가함에 따라 상기 재생 통로의 개구 면적을 서서히 넓히고, 상기 차압이 소정값 이상으로 클 때에는 상기 재생 통로의 개구 면적이 최대치가 되도록 상기 재생 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유압 펌프 장치는 적어도 1개의 가변 용량형의 유압 펌프를 포함하고,
상기 가변 용량형의 유압 펌프는 토출 유량을 조정 가능하게 하는 토출 유량 조정 수단을 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 차압 산출 수단이 산출한 차압, 또는 상기 차압 검출 수단이 검출한 차압에 따라, 상기 유압 펌프 장치의 토출 유량을 제어하기 위해, 상기 토출 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제1항에 있어서, 상기 붐 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 탱크에 배출하는 배출 유량 조정 수단을 더 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 차압 산출 수단이 산출한 차압, 또는 상기 차압 검출 수단이 검출한 차압에 따라, 상기 탱크에 배출하는 압유의 배출 유량을 제어하기 위해, 상기 배출 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제2항에 있어서, 상기 붐 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 압유의 적어도 일부를 탱크에 배출하는 배출 유량 조정 수단을 더 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 차압 산출 수단이 산출한 차압, 또는 상기 차압 검출수단이 검출한 차압에 따라, 상기 탱크에 배출하는 압유의 배출 유량을 제어하기 위해, 상기 배출 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제1 조작량 검출기와, 상기 제2 조작 장치의 조작량을 검출하는 제2 조작량 검출기를 더 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 제1 조작량 검출기가 검출한 상기 제1 조작 장치의 조작량과 상기 제2 조작량 검출기가 검출한 상기 제2 조작 장치의 조작량을 판독하여, 상기 제1 조작 장치, 또는 상기 제2 조작 장치 중 적어도 한쪽의 조작량에 따라, 상기 재생 유량 조정 수단, 상기 배출 유량 조정 수단 또는 상기 토출 유량 조정 수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
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제4항에 있어서, 상기 재생 유량 조정 수단과 상기 배출 유량 조정 수단은 재생측 스로틀과 배출측 스로틀을 갖는 1개의 재생 제어 밸브인 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.
제4항에 있어서, 상기 재생 유량 조정 수단은 재생 유량을 조정하는 재생 밸브이고, 상기 배출 유량 조정 수단은 배출 유량을 조정하는 배출 밸브인 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 구동 시스템.