KR102169318B1

KR102169318B1 - 선회 제어장치 및 이를 갖는 건설기계의 유압 시스템

Info

Publication number: KR102169318B1
Application number: KR1020140042982A
Authority: KR
Inventors: 박형준; 안현식
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2020-10-23
Also published as: KR20150117481A

Abstract

선회 제어장치는 상부 선회체를 회동시키기 위한 선회 모터의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서, 선회 펌프의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터의 입력값으로 제공되는 파일롯 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브, 및 상기 압력 센서로부터의 상기 검출 신호를 수신하고 상기 파일럿 압력이 상기 상부 회전체의 헌팅을 발생시키는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

선회 제어장치 및 이를 갖는 건설기계의 유압 시스템{SWING CONTROL APPARATUS AND HYDRAULIC SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 선회 제어장치 및 이를 갖는 건설기계의 유압 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부 선회체를 위한 선회 제어장치 및 이를 갖는 건설기계의 유압 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 건설기계의 유압 시스템으로서 네가티브 유량제어(NFC: Negative Flow Control) 시스템이 알려져 있다. 상기 네가티브 유량제어 유압 시스템은 메인 펌프로 다수개의 액추에이터들을 구동함으로써 펌프의 압력 손실이 발생할 수 있다. 특히, 상기 액추에이터들의 복합 작동을 구현할 때 유압이 각 액추에이터에 분배되기 때문에 각각의 액추에이터의 작동속도가 느려지는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 네가티브 유량제어 유압 시스템의 문제점을 개선하기 위하여, 상부 선회체를 독립적으로 선회시키도록 하는 구성을 구비하는선회독립유압시스템이 개발되고 있다.

상기 선회독립유압시스템은 개방형 루프(Open Loop) 형식과 폐쇄형 루프(Closed Loop) 형식이 있다. 개회로 선회독립유압시스템은 선회 상부체의 선회 작동을 구현하는 전용의 선회 모터와 전용의 메인 펌프가 구비될 수 있다. 폐회로 선회독립유압시스템은 선회 펌프와 선회 모터 사이에 별도의 제어 밸브가 존재하지 않고, 조이스틱을 조작할 때에 발생하는 파일럿 압력이 선회 펌프의 사판각을 직접 제어하도록 하는 입력값으로 사용될 수 있다.

상기 폐회로 선회독립시스템은 선회 모터와 선회 펌프 사이에 제어 밸브 없이 고압 호스로 연결되기 때문에 압력 손실을 줄일 수 있으며, 상기 제어 밸브를 거치지 않기 때문에 미터 인, 미터 아웃 손실을 줄임으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

그러나, 상기 폐회로 선회독립시스템은 기본적으로 시스템이 가지는 특성으로 인해, 특정 주파수에서 미세 조작 헌팅이 발생할 수 있는 특성을 지니고 있다. 이는 기존의 네가티브 유량제어 시스템과는 다른 시스템 구조로 기인한 것으로서, 이러한 헌팅 현상은 고객들이 장비를 사용함에 있어 미세 조작이 어렵고, 제어 성능 또한 떨어질 수 있는 치명적인 단점으로 작용된다.

본 발명의 일 목적은 폐회로 선회독립시스템에서의 헌팅 현상을 방지할 수 있는 선회 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 선회 제어장치를 갖는 건설기계의 유압 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 선회 제어장치는 상부 선회체를 회동시키기 위한 선회 모터의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서, 선회 펌프의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터의 입력값으로 제공되는 파일롯 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브, 및 상기 압력 센서로부터의 상기 검출 신호를 수신하고 상기 파일럿 압력이 상기 상부 회전체의 헌팅을 발생시키는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력 제어밸브는 상기 파일럿 라인의 상기 파일럿 압력을 감압시키는 드레인 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 드레인 밸브는 상기 파일럿 압력을 발생시키는 조작부 및 상기 레귤레이터 사이의 상기 파일럿 라인에 연결될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 드레인 밸브는 전자비례제어 밸브로 구성될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 상부 회전체의 헌팅을 발생시킬 수 있는 파일럿 압력을 변경시키기 위한 제어 이득값을 출력하는 매칭부, 및 상기 검출 신호와 상기 제어 이득값을 연산하여 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 매칭부는 입력된 RPM의 특정 범위 및 상기 파일럿 압력의 특정 범위에 대응하는 제어기 이득값으로의 매칭을 수행할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 파일럿 라인은 한 쌍의 제1 및 제2 파일럿 라인들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 선회 제어장치는 상기 제1 및 제2 파일럿 라인들 사이에 설치되어 상기 제1 및 제2 파일럿 라인들 중에서 더 높은 파일럿 압력의 라인을 선택하는 셔틀 밸브를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 선회 펌프와 상기 선회 모터는 폐쇄형 루프 형태로 연결될 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 건설기계의 유압 시스템은 상부 선회체를 회동시키기 위한 선회 모터, 상기 선회 모터와 폐쇄형 루프 형태로 연결되어 상기 선회 모터에 작동유를 공급하기 위한 선회 펌프, 상기 선회 펌프의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터, 상기 선회 모터의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서, 상기 레귤레이터의 입력값으로 제공되는 파일럿 라인의 파일럿 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브, 및 상기 압력 센서로부터의 상기 검출 신호를 수신하고 상기 파일럿 압력이 상기 상부 회전체의 헌팅이 발생하는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 드레인 밸브는 전자비례제어 밸브로 구성되고, 상기 제어부는, 상기 상부 회전체의 헌팅이 발생하지 않도록 상기 파일럿 압력을 변경시키기 위한 제어 이득값을 출력시키는 매칭부 및 상기 검출 신호와 상기 제어 이득값을 연산하여 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유압 시스템은 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더를 구동시키기 위한 메인 펌프를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따르면, 선회 제어장치는 상부 선회체의 공진을 발생시키는 입력 주파수 영역대에 있는 파일럿 압력(Pi)을 정상적인 선회 운동을 위한 새로운 입력 주파수로 변경함으로써, 상기 상부 선회체의 헌팅 현상을 방지할 수 있다. 선회 모터의 입출구 포트 사이의 압력차를 검출 신호로 수신하고, 상기 검출 신호와 제어맵에 의해 매칭된 제어기 이득값을 연산하여 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제어 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 변경하고 새롭게 변경된 파일럿 압력이 레귤레이터의 입력값으로 사용되어 선회 펌프의 사판 각도를 조절하여, 헌팅 문제를 개선할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 유압 시스템의 선회 제어장치를 나타내는 유압 회로도이다.
도 3a는 도 1의 상부 선회체의 모델링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a의 모델링 시스템의 입력을 나타내는 그래프이다.
도 3c는 3a의 모델링 시스템의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 선회 제어장치의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 선회 제어장치를 나타내는 유압 회로도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

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 설시된 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 유압 시스템의 선회 제어장치를 나타내는 유압 회로도이다. 도 3a는 도 1의 상부 선회체의 모델링 시스템을 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 모델링 시스템의 입력을 나타내는 그래프이며, 도 3c는 3a의 모델링 시스템의 출력을 나타내는 그래프이다. 도 4는 도 2의 선회 제어장치의 제어부를 나타내는 블록도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 건설기계의 유압 시스템(10)은 상부 선회체(45)를 회동시키기 위한 선회 모터(40), 선회 모터(40)와 폐쇄형 루프로 연결되어 선회 모터(40)에 작동유를 공급하기 위한 선회 펌프(20), 선회 펌프(20)의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터(30), 및 상부 선회체(45)의 진동을 억제하기 위하여 레귤레이터(30)의 입력값으로 제공되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 선회 제어장치를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 선회 펌프(20)는 동력전달장치(14)을 통하여 구동원으로서의 엔진(12)에 독립적으로 연결될 수 있다. 엔진(12)은 또한 동력전달장치(14)를 통하여 메인 펌프(16) 및 보조 펌프(18)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 엔진(12)으로부터의 동력은 메인 펌프(16), 보조 펌프(18) 및 선회 펌프(20)에 각각 전달될 수 있다.

굴삭기와 같은 건설기계는 하부 주행체(도시되지 않음) 상에 탑재된 상부 선회체(45), 및 상부 선회체(45)에 설치된 운전실, 및 붐, 암 및 버켓을 구비하는 작업 장치를 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 메인 펌프(16)는 고압유압라인을 통하여 제어 밸브(MCV)에 연결되고, 상기 제어 밸브는 고압유압라인을 통하여 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더를 포함하는 다수개의 액추에이터들에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와 같은 액추에이터들 각각은 메인 펌프(16)로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 선회 펌프(20)는 별도의 제어밸브를 사이에 두지 않고 유압 라인을 통하여 선회 모터(40)에 직접 연결되고, 조작부로서의 조이스틱(50)을 조작할 때 발생하는 파일럿 압력이 선회 펌프(20)의 사판 각도를 직접 조절하는 입력값으로 사용됨으로써, 폐회로 선회독립유압시스템을 구현할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선회 펌프(20)는 양방향으로 작동유를 토출할 수 있는 양방향 펌프일 수 있다. 선회 펌프(20)는 제1 유압 라인(42)에 의해 선회 모터(40)의 A포트에 연결되고 제2 유압 라인(44)에 의해 선회 모터(40)의 B포트에 연결될 수 있다. 선회 모터(40)는 선회 기구를 통해 상부 선회체(45)에 연결될 수 있다.

선회 펌프(20)로부터 토출되는 작동유가 제1 유압 라인(42)를 통해 선회 모터(40)의 A포트에 공급되고 선회 모터(40)를 구동한 후 저압이 되어 제2 유압 라인(44)을 통하여 탱크로 회수될 수 있다. 이에 따라, 선회 모터(40)가 구동됨으로써 상부 선회체(45)가 선회하게 된다. 예를 들면, 선회 모터(40)의 A포트에 유압이 공급되었을 때, 상부 선회체(45)는 우측방향으로 선회할 수 있다.

선회 펌프(20)로부터 토출되는 작동유가 제2 유압 라인(44)을 통해 선회 모터(40)의 B포트에 공급되고 선회 모터(40)를 구동하여 저압이 되어 제1 유압 라인(42)을 통하여 탱크로 회수될 수 있다. 이에 따라, 선회 모터(40)가 구동됨으로써 상부 선회체(45)가 선회하게 된다. 예를 들면, 선회 모터(40)의 B포트에 유압이 공급되었을 때, 상부 선회체(45)는 좌측방향으로 선회할 수 있다.

작업자가 조이스틱(50)을 조작하면 조작 변위에 해당하는 파일럿 압력(Pi)이 형성되고, 이 파일럿 압력(Pi)이 선회 펌프(20)의 사판 각도를 조절하기 위한 입력값으로 사용될 수 있다.

구체적으로, 파일럿 압력(Pi)은 조이스틱(50)에 연결된 파일럿 라인(51)을 통해 레귤레이터(30)의 입력값으로서 제공될 수 있다. 파일럿 라인(51)은 제1 파일럿 라인(52) 및 제2 파일럿 라인(54)을 포함할 수 있다. 조이스틱(50)의 출력단은 제1 파일럿 라인(52) 및 제2 파일럿 라인(54)에 연결될 수 있다. 조이스틱(50)을 일방향으로 조작하면 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54) 중 어느 하나의 라인에 파일럿 압력(Pi)이 형성될 수 있다. 이와 다르게, 파일럿 압력(Pi)은 조이스틱(50)에 연결된 하나의 파일럿 라인을 통해 레귤레이터(30)에 제공될 수 있다.

제1 파일럿 라인(52)은 제1 제어 밸브(56)에 연결되고, 제2 파일럿 라인(54)은 제2 제어 밸브(58)에 연결될 수 있다. 제1 제어 밸브(56)는 레귤레이터(30)의 제1 챔버(32)에 연결되고, 제2 제어 밸브(58)는 레귤레이터(30)의 제2 챔버(34)에 연결될 수 있다.

서브 펌프(22)는 선회 펌프(20)와 직접 연결될 수 있다. 이와 다르게, 서브 펌프(22)는 선회 펌프(20)와 별개로 엔진(12)과 연결될 수 있다. 서브 펌프(22)는 파일럿 작동유를 토출할 수 있다. 서프 펌프(22)는 제1 및 제2 제어 밸브들(56, 58)에 연결되어 파일럿 작동유를 각각에 공급할 수 있다. 따라서, 서브 펌프(22)로부터의 파일럿 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(56, 58) 각각의 입력단에서 대기한다.

작업자가 원하는 선회 방향 및 선회 속도에 따라 조이스틱(50)을 조작하면 제1 파일럿 라인(52) 및 제2 파일럿 라인(54) 중 어느 하나에 조작 변위에 해당하는 파일럿 압력(Pi)이 형성되고, 이 파일럿 압력(Pi)에 해당하는 파일럿 작동유가 제1 및 제2 제어 밸브들(56, 58) 중 대응하는 하나의 제어 밸브를 개방시킬 수 있다.

제1 및 제2 제어 밸브들(56, 58) 중 하나가 개방되면, 파일럿 작동유는 레귤레이터(30)의 제1 및 제2 챔버들(32, 34) 중 대응하는 어느 하나의 챔버에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 챔버들(32, 34) 중 어느 하나에 유입된 파일럿 작동유는 선회 펌프(20)의 사판을 조절하여 작동유의 토출 방향 및 유량을 제어할 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 폐회로 선회독립시스템에서 상부 선회체(45)는 질량-스프링 시스템으로 모델링될 수 있다. 선회 모터(40)의 AB포트들에 각각 연결된 제1 및 제2 유압 라인들(42, 44)은 스프링으로 나타내고 상부 선회체(45)는 질량으로 나타낼 수 있다.

예를 들면, 사용자가 상부 선회체(45)를 우측으로 선회하기 위하여 조이스틱(50)을 우측으로 조작하면, 선회 펌프(20)로부터 토출된 고압의 작동유가 제1 유압 라인(42)를 통해 선회 모터(40)의 A포트에 공급되어 상부 선회체(45)는 우측으로 회전하게 된다. 폐회로 선회독립시스템에서의 상부 선회체 시스템은 질량과 스프링으로 구성되므로, 특정 주파수, 예를 들면, 엔진(12)의 낮은 RPM, 특정 범위의 조이스틱 파일럿 압력(Pi)에서 불안정한 특성, 즉 헌팅 현상이 발생될 수 있다. 이러한 헌팅 현상에서는, 조이스틱 파일럿 압력(Pi)이 일정하게 유지하고 있을 때 선회 상부체(45)는 회전과 정지를 반복하게 된다.

도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이 상부 선회체(45) 시스템에 계단 입력(step input)(f(t))이 가해질 때, 상부 선회체(45)는 감쇠 운동을 하는 출력(x1(t))을 나타낼 수 있다. 그러나, 입력값의 진동수가 상기 시스템이 가지는 고유 진동수와 일치할 경우 헌팅 현상이 발생하여 공진하는 출력(x2(t))을 나타낼 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 건설기계의 유압 시스템(10)은 상부 선회체(45)의 진동과 같은 불안정한 선회 운동을 방지하기 위하여 레귤레이터(30)의 입력값으로 제공되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 선회 제어장치를 포함할 수 있다. 상기 선회 제어장치는 상부 선회체 시스템을 안정한 상태로 하기 위하여 공진이 발생하는 입력 주파수의 영역대를 정상적인 선회 운동을 위한 새로운 입력 주파수로 변경함으로써, 시스템에서 댐퍼의 역할을 수행할 수 있다.

상기 선회 제어장치는, 선회 모터(40)의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서(62, 64), 레귤레이터(30)의 입력값으로 제공되는 파일롯 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브, 및 압력 센서(62, 64)로부터의 상기 검출 신호를 수신하고 상기 파일럿 압력이 상부 회전체(45)의 헌팅을 발생시키는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부(60)를 포함할 수 있다.

상기 압력 센서는 제1 압력 센서(62) 및 제2 압력 센서(64)를 포함할 수 있다. 제1 압력 센서(62)는 제1 유압 라인(42)을 통해 선회 모터(40)의 A포트로 유출입하는 작동유의 압력(PA)을 측정하고, 제2 압력 센서(64)는 제2 유압 라인(44)을 통해 선회 모터(40)의 B포트로 유출입하는 작동유의 압력(PB)을 측정할 수 있다.

제어부(60)는 제1 및 제2 압력 센서들(62, 64)에 연결되어 선회 모터(40)의 입출구 포트 사이의 압력차를 검출 신호로 수신할 수 있다. 제어부(60)는 엔진(12)의 회전속도(RPM) 및 조이스틱 파일럿 압력(Pi)를 입력 신호로서 수신할 수 있다. 예를 들면, 제어부(60)는 유압제어시스템(EPOS)로부터 엔진(12)의 RPM, 조이스틱 파일럿 압력(Pi)에 관한 신호를 수신할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(60)는 상부 회전체(45)의 헌팅을 발생시키는 입력 주파수 영역대를 변경시키기 위한 제어기 이득값을 출력하는 매칭부(61) 및 상기 검출 신호와 상기 제어기 이득값을 연산하여 제어 신호를 출력하는 연산부(63)를 포함할 수 있다. 상기 압력 제어밸브는 연산부(63)로부터의 상기 제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호에 기초하여 상기 파일럿 압력을 변경할 수 있다.

상기 압력 제어밸브는 조이스틱(50)에 의해 형성된 파일럿 압력을 감압시키기 위한 드레인 밸브(70)를 포함할 수 있다. 드레인 밸브(70)는 전자비례제어밸브(EPPRV)로 구성될 수 있다. 드레인 밸브(70)는 상기 제어 신호로서 인가된 입력 전류에 따라 2차압을 형성할 수 있다.

매칭부(61)는 엔진(12)의 RPM 및 조이스틱 파일럿 압력(Pi)을 수신하고, 파일럿 압력 대비 이득 제어맵에 기초하여 수시된 파일럿 압력(Pi)값에 대응하는 제어기 이득값으로 매칭할 수 있다. 상부 선회체의 헌팅이 발생하는 영역대는 입력되는 엔진의 RPM 및 조이스틱 파일럿 압력(Pi)에 따라 결정될 수 있다. 조이스틱 파일럿 압력(Pi)이, 예를 들면, 약 6bar 이상이면 상부 선회체(45)가 회전을 시작할 수 있다. 상부 선회체(45)의 헌팅은 엔진(12)의 RPM이 850 내지 1266 사이의 범위 그리고 조이스틱 파일럿 압력(Pi)이 0 내지 25bar 사이의 범위에서 발생할 수 있다.

상기 파일럿 압력 대비 이득맵은, 입력된 RPM의 특정 범위 및 파일럿 압력(Pi)의 특정 범위에 대응하는 제어기 이득값으로의 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들면, 엔진 RPM이 850 내지 1052 사이의 범위에 있을 때, 파일럿 압력이 0 내지 10bar 사이의 범위에서는 제어기 이득값이 A로, 파일럿 압력이 10 내지 15bar 사이의 범위에서는 제어기 이득값이 B로, 파일럿 압력이 15 내지 20bar 사이의 범위에서는 제어기 이득값이 C로, 파일럿 압력이 20bar 이상의 범위에서는 제어기 이득값이 0로 매핑될 수 있다.

연산부(63)는 압력 센서(62, 64)로부터의 압력차의 절대값(|PA-PB|)에 상기 제어기 이득값을 곱하여 특정 전압 신호(Vout)를 출력할 수 있다. 상기 출력 신호는 EPPRV 드라이버를 통해 전류 신호(mA)로 변환된 후 드레인 밸브(70)로 입력될 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54) 사이에 셔틀 밸브(55)가 연결될 수 있다. 셔틀 밸브(55)는 드레인 밸브(70)와 연결될 수 있다. 조이스틱(50)을 조작하면 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54) 중 어느 하나의 라인에 파일럿 압력(Pi)이 형성될 수 있다. 파일럿 압력(Pi)이 형성된 파일럿 라인은 셔틀 밸브(55)를 경유하여 드레인 밸브(70)에 연결될 수 있다.

드레인 밸브(70)는 자신의 설정된 개방 압력보다 큰 파일럿 압력(Pi)이 입력될 때 개방될 수 있다. 드레인 밸브(70)의 개방 압력은 입력 전류에 따라 변경 및 설정될 수 있다. 따라서, 드레인 밸브(70)의 설정 압력은 제어부(60)에 의해 튜닝될 수 있다.

파일럿 압력(Pi)이 드레인 밸브(70)에 작용할 때 상기 파일럿 압력(Pi)이 드레인 밸브(70)의 설정 압력보다 크면 개방되어 상기 파일럿 압력(Pi)을 형성하는 파일럿 작동유가 배출될 수 있다. 이에 따라, 파일럿 압력(Pi)은 설정 압력과 동일한 크기를 갖도록 변경된 후, 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54)을 통해 레귤레이터(30)의 입력값으로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 선회 제어장치는 상부 선회체(45)의 공진을 발생시키는 입력 주파수 영역대에 있는 파일럿 압력(Pi)을 정상적인 선회 운동을 위한 새로운 입력 주파수로 변경함으로써, 상부 선회체(45)의 헌팅 현상을 방지할 수 있다. 선회 모터(40)의 입출구 포트 사이의 압력차를 검출 신호로 수신하고, 상기 검출 신호와 상기 제어맵에 의해 매칭된 제어기 이득값을 연산하여 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제어 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 변경하고 새롭게 변경된 파일럿 압력이 레귤레이터(30)의 입력값으로 사용되어 선회 펌프(20)의 사판 각도를 조절하여, 헌팅 문제를 개선할 수 있다.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 선회 제어장치를 나타내는 유압 회로도이다. 상기 유압 시스템은 파일럿 라인의 구성 및 파일럿 압력 센서의 추가를 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 유압 시스템과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 선회 펌프(20)는 제1 유압 라인(42)에 의해 선회 모터(40)의 A포트에 연결되고 제2 유압 라인(44)에 의해 선회 모터(40)의 B포트에 연결될 수 있다. 선회 모터(40)는 선회 기구를 통해 상부 선회체(45)에 연결될 수 있다. 선회 모터(40)로부터 토출되는 작동유는 제1 및 제2 유압 라인들(42, 44)을 통해 선회 모터(40)에 공급되어 선회 모터(40)를 순방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있다.

조이스틱(50)은 파일럿 작동유 라인을 통해 서브 펌프(22)에 연결되어 서브 펌프(22)로부터 파일럿 작동유를 제공받을 수 있다. 조이스틱(50)의 출력단은 제1 파일럿 라인(52) 및 제2 파일럿 라인(54)에 연결될 수 있다. 있다. 제1 파일럿 라인(52)은 레귤레이터(30)의 제1 챔버(32)에 연결되고, 제2 파일럿 라인(54)는 레귤레이터(30)의 제2 챔버(34)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54) 사이에 셔틀 밸브(55)가 연결될 수 있다. 셔틀 밸브(55)는 드레인 밸브(70)와 연결될 수 있다.

조이스틱(50)을 조작하면 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54) 중 어느 하나의 라인에 파일럿 압력(Pi)이 형성될 수 있다. 파일럿 압력(Pi)이 형성된 라인은 셔틀 밸브(55)를 경유하여 드레인 밸브(70)에 연결될 수 있다. 파일럿 압력(Pi)은 드레인 밸브(70)의 설정 압력과 동일한 크기를 갖도록 변경된 후, 제1 및 제2 파일럿 라인들(52, 54)을 통해 레귤레이터(30)의 입력값으로 제공될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 압력 센서(62)는 제1 유압 라인(42)을 통해 선회 모터(40)의 A포트로 유출입하는 작동유의 압력(PA)을 측정하고, 제2 압력 센서(64)는 제2 유압 라인(44)을 통해 선회 모터(40)의 B포트로 유출입하는 작동유의 압력(PB)을 측정할 수 있다.

제1 파일럿 압력 센서(66)는 제1 파일럿 라인(52)에 설치되고, 제2 파일럿 압력 센서(68)는 제2 파일럿 라인(54)에 설치될 수 있다. 조이스틱(50)에 의해 형성된 파일럿 압력(Pi)은 상기 파일럿 압력 센서들에 의해 검출될 수 있다.

제어부(60)는 제1 및 제2 압력 센서들(62, 64)에 연결되어 선회 모터(40)의 입출구 포트 사이의 압력차를 검출 신호로 수신할 수 있다. 제어부(60)는 제1 및 제2 파일럿 압력 센서들(66, 68)에 연결되어 조이스틱(50)에 의해 형성된 파일럿 압력(Pi)을 검출 신호로 수신할 수 있다. 제어부(60)는 엔진(12)의 회전속도(RPM)을 입력 신호로 수신할 수 있다. 예를 들면, 제어부(60)는 유압제어시스템(EPOS)로부터 엔진(12)의 RPM에 관한 신호를 수신할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

10: 건설기계의 유압 시스템 12: 엔진
14: 동력전달장치 16: 메인 펌프
18: 보조 펌프 20: 선회 펌프
22: 서브 펌프 30: 레귤레이터
32: 제1 챔버 34: 제2 챔버
40: 선회 모터 42: 제1 유압 라인
44: 제2 유압 라인 45: 상부 선회체
50: 조이스틱 51: 파일럿 라인
52: 제1 파일럿 라인 54: 제2 파일럿 라인
55: 셔틀 밸브56: 제1 제어 밸브 58: 제2 제어 밸브
60: 제어부 61: 매칭부
62: 제1 압력 센서 63: 연산부
64: 제2 압력 센서 66: 제1 파일럿 압력 센서
68: 제2 파일럿 압력 센서 70: 드레인 밸브

Claims

상부 선회체를 회동시키기 위한 선회 모터의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서;
선회 펌프의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터의 입력값으로 제공되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브; 및
상기 압력 센서로부터의 상기 압력차로서의 검출 신호, 엔진 RPM 및 상기 파일럿 압력을 수신하고, 상기 파일럿 압력이 상기 상부 선회체의 헌팅을 발생시키는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 선회 펌프와 상기 선회 모터는 폐쇄형 루프 형태로 연결되고,
상기 상부 선회체의 헌팅을 발생시키는 범위는 상기 엔진 RPM이 850 내지 1266 사이의 범위 그리고 상기 파일럿 압력이 0 내지 25bar 사이의 범위 이내에 있고,
상기 제어부는
상기 엔진 RPM의 특정 범위 및 상기 파일럿 압력의 특정 범위에 대응하는 제어기 이득값을 출력하는 매칭부; 및
상기 압력차에 상기 제어기 이득값을 곱한 값에 비례하는 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선회 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 압력 제어밸브는 파일럿 라인의 상기 파일럿 압력을 감압시키는 드레인 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 선회 제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 드레인 밸브는 상기 파일럿 압력을 발생시키는 조작부 및 상기 레귤레이터 사이의 상기 파일럿 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 선회 제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 드레인 밸브는 전자비례제어 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 건설 기계의 선회 제어장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 라인은 한 쌍의 제1 및 제2 파일럿 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 선회 제어장치.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파일럿 라인들 사이에 설치되어 상기 제1 및 제2 파일럿 라인들 중에서 더 높은 파일럿 압력의 라인을 선택하는 셔틀 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 선회 제어장치.
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상부 선회체를 회동시키기 위한 선회 모터;
상기 선회 모터와 폐쇄형 루프 형태로 연결되어 상기 선회 모터에 작동유를 공급하기 위한 선회 펌프;
상기 선회 펌프의 사판 각도를 조절하는 레귤레이터;
상기 선회 모터의 입출구 포트에서의 압력차를 검출하는 압력 센서;
상기 레귤레이터의 입력값으로 제공되는 파일럿 라인의 파일럿 압력을 제어하기 위한 압력 제어밸브; 및
상기 압력 센서로부터의 상기 압력차로서의 검출 신호, 엔진 RPM 및 상기 파일럿 압력을 수신하고, 상기 파일럿 압력이 상기 상부 선회체의 헌팅이 발생하는 범위 이내에 있는 경우 상기 파일럿 압력을 변경하기 위한 제어 신호를 상기 압력 제어밸브로 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 상부 선회체의 헌팅을 발생시키는 범위는 상기 엔진 RPM이 850 내지 1266 사이의 범위 그리고 상기 파일럿 압력이 0 내지 25bar 사이의 범위 이내에 있고,
상기 제어부는
상기 엔진 RPM의 특정 범위 및 상기 파일럿 압력의 특정 범위에 대응하는 제어기 이득값을 출력하는 매칭부; 및
상기 압력차에 상기 제어기 이득값을 곱한 값에 비례하는 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 압력 제어밸브는 상기 파일럿 라인의 상기 파일럿 압력을 감압시키는 드레인 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 드레인 밸브는 전자비례제어 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
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제 10 항에 있어서, 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더를 구동시키기 위한 메인 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.