KR102577950B1 - 유압 가변 펌프 세트 및 굴착기 - Google Patents

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Abstract

유압 가변 펌프 세트는 펌프 바디 부품(1) 및 오일 보충 부품(2)을 포함하고, 상기 펌프 바디 부품(1)은 펌프 본체(11), 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 1 제어 밸브(13)를 포함하며, 제 1 슬라이드 밸브(12)는 스프링단(122) 및 파일럿 캐비티(121)를 포함하고, 제 1 제어 밸브(13)에는 오일 입구(A), 오일 출구(B) 및 오일 출구(T)가 설치되며; 상기 펌프 본체(11)는 가변 펌프(111) 및 가변 실린더(112)를 포함하고, 상기 가변 펌프(111)는 사판(1111)을 포함하며, 상기 가변 실린더(112)는 로드 캐비티(1122) 및 로드리스 캐비티(1123)를 포함하며, 상기 가변 실린더(112)는 상기 스프링단(122) 및 상기 사판(1111)에 기계적으로 연결되고, 상기 오일 보충 부품(2)은 상기 파일럿 캐비티(121)와 연통되며; 상기 설치는 가변 펌프의 출력 배출량을 제어하는 구조와 가변 펌프를 일체로 통합할 수 있고, 동시에 다양한 제어 부품을 통합하여, 서로 다른 제어 기능을 구현할 수 있으며, 구조가 간단하고, 부피가 작은 이점을 갖는다.

Description

유압 가변 펌프 세트 및 굴착기
본 개시는 유압 펌프 기술분야에 관한 것으로서, 예를 들어, 유압 가변 펌프 세트 및 굴착기에 관한 것이다.
특허 CN105113570A에서는 굴착기 유압 소자 구성을 개시하였고, 메인 펌프에 의해 제공되는 유압 오일은 메인 제어 밸브를 통과한 후 네거티브 유량 피드백 밸브에 진입하고, 네거티브 유량 피드백 밸브의 오리피스를 통해 압력 신호를 생성하며, 해당 압력 신호는 메인 펌프의 배출량 조절 기구를 제어하여, 메인 펌프의 유량을 제어한다.
특허 CN104480991A에서는 굴착기 유압 펌프 제어 회로를 개시하였고, 제 1 가변 펌프는 제 1 가변 펌프 조절 기구를 통해 출구 압력과 배출량의 대응 관계의 변화를 제어하고, 제 2 가변 펌프는 제 2 가변 펌프 조절 기구를 통해 출구 압력과 배출량의 대응 관계의 변화를 제어한다. 여기서, 제 1 가변 펌프 조절 기구와 제 2 가변 펌프 조절 기구는 각각 네 개의 제어 신호를 포함하고, 여기서, 제 1 가변 펌프 출구 압력, 제 2 가변 펌프 출구 압력 및 전력 제어 신호 등 세 개의 신호를 통해 가변 펌프의 전력 곡선을 제어하며, 제 4 제어 신호는 가변 펌프의 배출량을 제어한다. 가동암 실린더 변위 센서, 스틱 실린더 변위 센서, 버킷 실린더 변위 센서, 제 1 가변 펌프의 출구 압력 및 제 2 가변 펌프의 출구 압력을 통해 가동암 실린더, 스틱 실린더 및 버킷 실린더의 위치를 판단하고, 이에 기반하여, 제 1가변 펌프 및 제 2 가변 펌프를 제어한다.
상기 기술 방안은 모두 외부 제어 시스템의 피드백 신호를 통해 가변 펌프의 배출량을 제어하기 때문에, 제어 시스템 구조가 복잡하고, 시스템 비용이 높으며, 추후 유지 관리가 복잡하고, 시스템의 부피가 크며, 큰 공간을 점용하게 된다.
본 개시는 가변 펌프의 출력 배출량을 제어하는 구조와 가변 펌프를 일체로 통합할 수 있고, 동시에 다양한 제어 부품을 통합하여, 서로 다른 제어 기능을 구현할 수 있으며, 구조가 간단하고, 부피가 작은 이점을 갖는 유압 가변 펌프 세트 및 굴착기를 제공한다.
일 실시예에서는 유압 가변 펌프 세트를 제공하며, 상기 유압 가변 펌프 세트는 펌프 바디 부품 및 오일 보충 부품을 포함하고, 상기 펌프 바디 부품은 펌프 본체, 제 1 슬라이드 밸브 및 제 1 제어 밸브를 포함하며; 제 1 슬라이드 밸브는 스프링단 및 파일럿 캐비티를 포함하고, 제 1 제어 밸브에는 오일 입구(A), 오일 입구(B) 및 오일 출구(T)가 설치되며; 상기 펌프 본체는 가변 펌프 및 가변 실린더를 포함하고, 상기 가변 펌프는 사판을 포함하며, 가변 실린더는 로드 캐비티 및 로드리스 캐비티를 포함하며, 상기 가변 실린더는 상기 스프링단 및 상기 사판에 기계적으로 연결되고, 상기 오일 보충 부품은 상기 파일럿 캐비티와 연통되며; 여기서, 상기 가변 펌프는 상기 오일 입구(A)와 연통되고, 오일 보충 부품은 상기 오일 입구(B)와 연통되며, 상기 오일 출구(T)는 상기 로드 캐비티와 연통되고, 상기 로드리스 캐비티는 상기 제 1 슬라이드 밸브를 통해 상기 오일 출구(T)와 연통된다.
일 실시예에서는 굴착기를 더 제공하며, 상기 굴착기는 상기 유압 가변 펌프 세트를 포함한다.
도 1은 일 실시예의 유압 가변 펌프 세트의 작동 원리 구조 개략도이다.
도 2는 일 실시예의 유압 가변 펌프 세트의 구조 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 유압 가변 펌프 세트를 제공하며, 해당 유압 가변 펌프 세트는 펌프 바디 부품(1), 오일 보충 부품(2), 전자 제어 감압 부품(4), 페일세이프 부품(5) 및 압력 차단 부품(6)을 포함한다.
펌프 바디 부품(1)은 펌프 본체(11), 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 1 제어 밸브(13)를 포함하고, 여기서, 펌프 본체(11)는 가변 펌프(111) 및 가변 실린더(112)를 포함하며, 본 실시예에서 가변 펌프(111)는 단방향 가변 펌프이고, 가변 펌프(111)의 오일 입구는 연료탱크(3)와 연통되며, 가변 펌프(111)의 오일 출구는 제 1 제어 밸브(13)의 오일 입구(A)와 연결되고, 오일 보충 부품(2)은 제 1 제어 밸브(13)의 오일 입구(B)와 연통되며, 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)는 하나의 파이프라인을 통해 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)와 연통되고, 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)는 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 상기 오일 출구(T) 및 연료탱크(3)와 연통된다.
상기 오일 보충 부품(2)이 제 1 제어 밸브(13)에 제공하는 유압 오일(Hydraulic oil)은 제 1 제어 밸브(13)의 제어 파일럿 오일이고, 동시에 가변 펌프(111)도 제 1 제어 밸브(13)에 오일을 제공하며, 제 1 제어 밸브(13)는 선택 밸브로 사용되고, 오일 보충 부품(2)이 제공한 유압 오일 및 가변 펌프(111)가 제공한 유압 오일 중 압력이 비교적 높은 것을 제 1 제어 밸브(13)의 제어 오일 소스로 선택한다.
상기 제 1 제어 밸브(13)는 셔틀 밸브이고, 2포지션 2웨이 솔레노이드 밸브일 수도 있다.
가변 실린더(112)는 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(122) 및 가변 펌프(111)의 사판(111)에 기계적으로 연결된다. 일 실시예에서, 가변 실린더(112)의 피스톤 로드(1121)는 가변 펌프(111)의 사판(111)에 기계적으로 연결되고, 가변 펌프(111)의 사판(111)은 피드백 로드(14)에 연결되며, 피드백 로드(14)는 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(122)에 연결된다. 가변 실린더(112)의 동작은 피드백 로드(14)를 통해 파일럿 캐비티(122)에 작용되고, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)는 오일 보충 부품(2)과 연통되며, 오일 보충 부품(2)은 제 1 슬라이드 밸브(12)에 파일럿 오일을 제공하고, 오일 보충 부품(2)이 제공한 파일럿 오일은 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어를 밀어 동작시킨다.
가변 펌프(111)의 오일 출구는 도 1의 포트(P1)를 통해 외부 유압 제어 시스템과 연통되어, 굴착기의 다양한 동작을 제어한다.
상기 펌프 바디 부품(1)이 작동하는 경우, 가변 펌프(111)의 출력 배출량이 안정적인 값이면, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어는 미리 설정된 위치에 있고, 즉 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어의 양측에 가해지는 파일럿 오일의 압력과 스프링의 압력은 동일하며, 이때 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)와 로드리스 캐비티(1123)의 압력은 평형을 유지한다.
제 1 슬라이드 밸브(12)가 초기 상태일 때, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 스프링은 압축되고, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어는 최좌측 위치(leftmost position)에 있다. 이때, 피드백 로드(14)가 왼쪽으로 이동하면 스프링의 압축량이 항상 변하고, 스프링은 인장 상태가 아니다.
가변 펌프(111)의 배출량을 조정해야 하는 경우, 예를 들어, 가변 펌프(111)의 배출량을 증가해야 하는 경우, 오일 보충 부품(2)이 제 1 슬라이드 밸브(12)의 우측 단부의 파일럿 캐비티(121)에 파일럿 오일을 제공하도록 제어함으로써, 파일럿 캐비티(121) 내의 압력의 세기가 증가하며, 이때, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어는 왼쪽으로 이동한다. 가변 펌프(111)의 오일 출구로부터 출력되는 유압 오일의 압력이 오일 보충 부품(2)이 제공한 유압 오일의 압력보다 크면, 제 1 제어 밸브(13)의 밸브 코어는 위로 이동하고, 가변 펌프(111)가 제공한 유압 오일이 제 1 제어 밸브(13)를 통과하는 경로는 오일 입구(A)에서 오일 출구(T)로의 경로이다.
제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)는 파이프라인을 통해 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122) 및 로드리스 캐비티(1123)로 분기되고, 즉 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)는 제 1 분기를 통해 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)와 직접 연통되며, 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)는 제 2 분기 상의 제 1 슬라이드 밸브(12)의 내부 통로를 통해 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)와 연통된다.
제 1 슬라이드 밸브(12)는 서보 밸브이므로, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어의 동작은 밸브 포트의 개도에 영향을 미치게 되고, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어가 왼쪽으로 이동하는 경우, 유압 오일이 로드리스 캐비티(1123)에 진입하는 방향에 따라 제 1 슬라이드 밸브(12)의 오일 포트의 개도가 작아지고, 유압 오일이 제 1 슬라이드 밸브(12)로부터 연료탱크(3)로 흐르는 방향에 따라 로드리스 캐비티(1123) 상의 오일 포트의 개도가 커지며, 로드리스 캐비티(1123) 내의 압력은 낮아진다. 이때, 피스톤에 대한 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)의 유압 오일의 작용력은 피스톤에 대한 로드리스 캐비티(1123)의 유압 오일의 작용력보다 크므로, 피스톤(A)을 밀어 오른쪽으로 이동시키고, 동시에 피스톤 로드(1121)를 통해 사판(111)을 밀어, 사판(111)의 스윙각(swing angle)을 증가시켜, 가변 펌프(111)의 배출량을 증가시키고, 사판(111)은 피드백 로드(14)를 이끌어 피드백 로드(14)가 파일럿 캐비티(122)에 작용하도록 하여 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어를 오른쪽으로 이동시킨다. 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122) 및 로드리스 캐비티(1123) 내의 압력을 부단히 조정하는 과정에서, 로드리스 캐비티(1123)와 로드 캐비티(1122)는 평형 상태에 도달하고, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어는 다시 미리 설정된 위치에 안정화되며, 이때, 가변 펌프(111)의 배출량의 출력은 안정된다.
상기 제 1 제어 밸브(13)의 제어 오일 소스는 오일 보충 부품(2)이 제공한 파일럿 오일 소스 및 가변 펌프(111)가 제공한 유압 오일 중 압력이 비교적 높은 것을 제어 오일 소스로 사용한다. 일반적인 경우, 가변 펌프(111)의 출구(P1)측이 외부 부하(external load)에 연결되므로, 가변 펌프(111)가 작동하는 경우, 가변 펌프(111)와 제 1 제어 밸브(13) 사이의 파이프라인에서 발생한 압력의 세기는 오일 보충 부품(2)이 제공한 파일럿 오일의 압력의 세기보다 크고, 가변 펌프(111)가 제공한 유압 오일은 제 1 제어 밸브(13)의 제어 오일로 사용된다.
그러나, 가변 펌프(111)가 작동하는 경우, 가변 펌프(111)와 제 1 제어 밸브(13) 사이의 파이프라인에서 제 1 제어 밸브(13)의 밸브 코어를 밀어 동작시키는 오일 압력(oil pressure)을 생성할 수 없으면, 오일이 오일 입구(A)로 진입하지 못하며(예를 들어, 설비가 항상 슬립 상태(slipping state)이면, 유압 가변 펌프 세트 내의 압력은 부하에 의해 결정되므로, 가변 펌프(111)와 제 1 제어 밸브(13) 사이에 압력을 설정할 수 없는 경우), 가변 펌프(111)의 출력 배출량을 조정하려는 경우, 가변 펌프(111)와 제 1 제어 밸브(13) 사이의 파이프라인에서 압력을 설정할 수 없으므로, 가변 펌프(111)로부터 출력되는 유압 오일이 제 1 제어 밸브(13)를 통해 가변 실린더(112)로 흐르지 못하며, 가변 실린더(112) 내에서 로드리스 캐비티(1123) 및 로드 캐비티(1122) 내의 유압 오일은 기본적으로 변하지 않으며, 가변 펌프(111)는 배출량을 변경하지 못한다. 이때, 오일 보충 부품(2)은 제 1 제어 밸브(13)의 제어 오일 소스로 사용되고, 오일 보충 부품(2) 내의 유압 오일은 제 1 제어 밸브(13)의 오일 입구(B)와 오일 출구(T)를 통과한 후, 제 1 분기와 제 2 분기로 나뉘어지고, 제 1 분기를 통해 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)에 오일을 제공하고, 제 2 분기를 통해 로드 캐비티(1122)에 오일을 제공하며, 가변 실린더(112)에 오일을 제공한 후, 피스톤 로드(1121)가 동작하기 시작하고, 마지막으로 가변 실린더(112)의 피스톤 로드(1121)는 다시 평형 상태에 도달한다. 가변 실린더(112)의 피스톤의 조정 및 평형 과정에서, 가변 펌프(111)의 사판(111)은 피스톤 로드(1121)와 함께 동작하고, 사판(111)을 통해 피드백 로드(14)를 이끌어 동작시키며, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어가 안정적인 상태이면, 가변 펌프(111)의 배출량도 다시 안정을 유지한다.
전자 제어 감압 부품(4)의 오일 입구(42)는 오일 보충 부품(2)과 연통되고, 전자 제어 감압 부품(4)의 오일 출구(43)는 펌프 바디 부품(1)과 연통되며, 전자 제어 감압 부품(4)은 오일 보충 부품(2)이 펌프 바디 부품(1)에 제공하는 파일럿 오일 소스의 압력을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 제어 감압 부품(4)은 솔레노이드 밸브(41)를 포함하고, 솔레노이드 밸브(41)를 통해 펌프 바디 부품(1)으로 출력되는 유압 오일의 압력을 제어하며, 본 실시예의 솔레노이드 밸브(41)는 전자 제어 비례 감압 밸브이다. 솔레노이드 밸브(41)의 출력단은 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)에 연결되고, 제어 시스템이 전류 신호를 보내면, 솔레노이드 밸브(41)가 작동하기 시작하며, 솔레노이드 밸브(41)의 입구 압력은 오일 보충 부품(2)으로부터 유래된다. 솔레노이드 밸브(41)의 일측에는 제어단이 설치되어, 입력된 전류 신호를 통해 제어단이 솔레노이드 밸브(41) 내부의 밸브 코어를 밀어 이동시켜, 솔레노이드 밸브(41) 내의 오일 회로의 개도를 조절함으로써, 솔레노이드 밸브(41)의 출구의 유압 오일의 압력을 조절하게 된다. 일 실시예에서, 솔레노이드 밸브(41)의 출구 압력과 입력된 전류 신호는 정비례 관계를 가지며, 즉 솔레노이드 밸브(41)의 출구의 유압 오일의 압력은 전류가 증가함에 따라 증가하며, 선형 비례 관계를 나타낸다.
이외, 본 실시예에서 페일세이프 부품(5)은 전자 제어 감압 부품(4)과 펌프 바디 부품(1) 사이의 파이프라인에 설치되고, 페일세이프 부품(5)은 파일럿 제어 밸브이며, 전자 제어 감압 부품(4)을 통해 페일세이프 부품(5)의 작동 상태를 제어한다. 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하는 경우, 오일 보충 부품(2)은 전자 제어 감압 부품(4), 페일세이프 부품(5)을 통해 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공하고, 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하지 않는 경우, 오일 보충 부품(2)은 페일세이프 부품(5)을 통해 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공한다.
페일세이프 부품(5)은 제 2 제어 밸브(51)를 포함한다. 일 실시예에서, 솔레노이드 밸브(41)의 출력단은 제 2 제어 밸브(51)의 오일 포트(A)와 연통되는 동시에 제 2 제어 밸브(51)의 파일럿 캐비티와 연통되며, 오일 보충 부품(2)은 제 2 제어 밸브(51)의 오일 포트(B)와 연통된다. 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하지 않는 경우, 오일 보충 부품(2)은 페일세이프 부품(5)을 통해 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공하고, 이때, 제 2 제어 밸브(51)의 파일럿 캐비티에는 파일럿 오일이 존재하지 않으며, 제 2 제어 밸브(51)는 우측 작동 상태이고, 제 2 제어 밸브(51)의 오일 포트(B)는 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)와 항상 연통된다. 오일이 오일 포트(B)에서 제 2 제어 밸브(51)로 진입한 후, 두 가지 경로로 나뉘어지는데, 한 경로는 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)와 연통되고, 다른 경로는 연료탱크와 연통되며, 연료탱크에 연결된 오일 경로에는 오리피스가 설치된다. 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하는 경우, 전자 제어 감압 부품(4)의 출구를 통과한 유압 오일의 일부는 파일럿 오일로서 제 2 제어 밸브(51)의 일단에 작용하여, 제 2 제어 밸브(51)가 좌측 작동 상태에 있도록 하며, 이때 오일 포트(B)는 닫히고, 오일 보충 부품(2)의 오일은 전자 제어 감압 부품(4)을 통해 제 2 제어 밸브(51)와 연통된 후, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)와 연통될 수 밖에 없다. 상기 구조를 통해 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)와 오일 보충 부품(2)을 연통시키고, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(121)의 제어 압력은 전자 제어 감압 부품(4)과 페일세이프 부품(5)의 서로 다른 작동 위치에 의해 조절된다. 본 실시예의 제 2 제어 밸브(51)는 2포지션 4웨이 서보 슬라이드 밸브이고, 제 2 제어 밸브(51)는 양방향으로 오일을 통과시킨다.
가변 펌프(111)의 배출량이 크고, 시스템의 압력이 과도하게 큰 경우, 가변 펌프(111)의 배출량을 줄이는 방식으로 유압 가변 펌프 세트의 출력 전력을 감소시켜, 전력이 과도하게 큼으로 인해 발생되는 엔진 고장 및 에너지 손실을 방지할 수 있으므로, 압력 차단 부품(6)을 설치한다. 압력 차단 부품(6)은 제 1 제어 밸브(13)와 제 1 슬라이드 밸브(12) 사이의 파이프라인에 연결되고, 가변 펌프(111)의 출력 압력이 미리 설정된 압력 임계값에 도달하는 경우, 압력 차단 부품(6)이 동작하여 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)와 로드리스 캐비티(1123)를 연통시킨다.
압력 차단 부품(6)은 제 3 제어 밸브(61)를 포함하고, 제 3 제어 밸브(61)는 2포지션 3웨이 서보 슬라이드 밸브이며, 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)는 제 3 제어 밸브(61)의 파일럿단(611) 및 제 3 제어 밸브(61)의 오일 포트(A)와 동시에 연통될 수 있고, 제 3 제어 밸브(61)의 오일 포트(T)는 제 1 슬라이드 밸브(12)와 연통된다. 가변 펌프(111)의 배출량이 최대가 아니고(즉, 제 1 슬라이드 밸브(12)가 최좌측 위치에 있지 않음), 제 3 제어 밸브(61)가 동작하지 않는 경우, 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)는 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 3 제어 밸브(61)를 통해 연료탱크(3)와 항상 연통된다. 이러한 작동 상태에서, 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)는 제 2 제어 밸브(12)의 내부 통로, 제 3 제어 밸브(61)의 오일 포트(T) 및 오일 포트(B)를 통해 연료탱크(3)와 연통된다. 제 3 제어 밸브(61)가 동작하는 경우, 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)는 제 3 제어 밸브(61) 및 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 가변 펌프(111)의 로드리스 캐비티(1123)와 연통될 수 있고, 이때, 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어가 완전히 좌측 작동 상태에 있지 않는 경우, 로드리스 캐비티(1123)는 여전히 연료탱크(3)와 연통된다.
초기 위치일 때, 제 3 제어 밸브(61)는 우측 작동 상태이고, 이때 가변 실린더(112)의 로드 캐비티(1122)는 로드리스 캐비티(1123)와 연통되지 않는다. 그러나, 이때 가변 펌프(111)가 배출량이 안정된 상태이면, 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)는 제 1 슬라이드 밸브(12), 제 3 제어 밸브(61)를 통해 연료탱크와 연통된다. 해당 가변 펌프(111)를 굴착기에 적용하면, 가변 펌프(111)의 배출량이 매우 큼으로 인해 굴착기의 동작이 차단되는 경우, 본 실시예의 유압 가변 펌프 세트의 포트(P1)가 외부 부하 시스템에 연결되고, 외부 부하 시스템은 본 실시예의 유압 가변 펌프 세트의 파이프라인의 압력을 제어하며, 해당 압력은 외부 부하 시스템에 의해 결정된다. 유압 가변 펌프 세트의 압력이 증가하여, 압력이 제 3 제어 밸브(61)의 미리 설정된 압력 임계값까지 증가하면, 압력 차단 부품(6)은 작용을 일으키며, 즉 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어가 동작하도록 한다. 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어가 동작하면, 로드리스 캐비티(1123)와 로드 캐비티(1122)가 연통되고, 가변 실린더(112)의 조절을 통해 가변 펌프(111)의 배출량을 제어한다. 가변 펌프(111)의 배출량을 제어하여, 가변 펌프(111)의 출력 전력을 제어하는 목적을 달성한다. 일 실시예에서, 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구(T)를 통과한 유압 오일은 제 3 제어 밸브(61)의 파일럿 오일로서 제 3 제어 밸브(61)의 파일럿단(611)에 작용하여, 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어를 밀어 오른쪽으로 이동시킨다. 이때, 로드리스 캐비티(1123)는 로드 캐비티(1122)와 연통된다.
유압 오일이 로드리스 캐비티(1123)로 흐르는 방향에 따라 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어의 개도가 커지고, 로드리스 캐비티(1123)에서 연료탱크(3)로 환류하는 방향에 따라 제 3 제어 밸브(61)의 밸브 코어의 개도가 작아진다. 즉 로드 캐비티(1122)를 통과한 고압 오일은 제 3 제어 밸브의 오일 포트(A), 오일 포트(T), 및 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)로 흐르고, 로드 캐비티(1122)와 로드리스 캐비티(1123)는 고압 오일이며, 연료탱크로 환류하는 유압 오일에 의해 발생된 로드리스 캐비티(1123)의 압력이 비교적 적게 감소된다. 따라서, 로드리스 캐비티(1123)의 유압 오일이 피스톤에 작용하는 압력은 점차 피스톤에 대한 로드 캐비티(1122)의 유압 오일의 압력보다 커지고, 피스톤을 밀어 왼쪽으로 이동시키며, 이때, 사판(111)의 스윙각은 작아지고, 가변 펌프(111)의 출력 배출량은 두 개의 캐비티가 평형 상태가 되도록 조절할 때까지 작은 배출량으로 변하며, 가변 펌프(111)의 출력 배출량은 다시 안정된다.
상기 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 3 제어 밸브(61)는 가변 펌프(111)의 가변 제어 밸브로서, 파일럿 오일의 압력에 따라 가변 펌프(111)의 가변 방향 및 가변 정도를 제어하고, 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 3 제어 밸브(61)의 개구의 크기와 가변 펌프(111)의 가변 정도는 정비례 선형 관계를 갖는다.
오일 보충 부품(2)은 오일 보충 펌프(21) 및 오버플로우 밸브(22)를 포함하고, 오일 보충 펌프의 오일 출구(211)는 펌프 바디 부품(1), 페일세이프 부품(5) 및 압력 차단 부품(6)에 연결되며, 오일 보충 펌프(21)는 상기 복수의 부품에 파일럿 오일을 제공한다. 일 실시예에서, 오일 보충 펌프(21)는 필터(23)를 통해 솔레노이드 밸브(41), 제 1 제어 밸브(13) 및 제 2 제어 밸브(51)와 연통된다.
오버플로우 밸브(22)는 오일 보충 펌프(21)와 병렬로 연통되고, 해당 오일 보충 펌프(21)는 정량 기어 펌프 형식이며, 오버플로우 밸브와 통합된다. 정량 기어 펌프의 출력 유량이 일정하지만, 시스템은 수요에 따라 지속적으로 변화되도록 오일을 제어하므로, 시스템의 복수의 부품에 필요한 파일럿 오일을 제공하는 것을 보장하는 기초상에서, 나머지 유압 오일은 오버플로우 밸브(22)를 통해 연료탱크(3)로 오버플로우되고, 일부는 오일 보충 펌프(21)의 오일 흡수구로 오버플로우되어, 시스템 냉각과 에너지 절감의 평형을 구현하게 된다.
본 실시예의 유압 가변 펌프 세트는 두 개의 펌프 바디 부품(1)을 포함하고, 각 펌프 바디 부품(1)은 모두 하나의 전자 제어 감압 부품(4), 하나의 페일세이프 부품(5) 및 하나의 압력 차단 부품(6)에 대응되며, 일 실시예에서, 각 펌프 바디 부품(1)은 모두 하나의 솔레노이드 밸브(41), 제 2 제어 밸브(51) 및 제 3 제어 밸브(61)에 대응되게 연결되고, 두 개의 펌프 본체(11)의 가변 펌프(111)는 서로 연통되지만, 두 개의 펌프 본체(11)의 가변 펌프(111)는 서로 독립적으로 제어된다. 여기서, 하나의 펌프 본체(11)의 가변 펌프(111)의 출력단에는 포트(P1)가 설치되고, 다른 하나의 펌프 본체(11)의 가변 펌프(111)의 출력단에는 포트(P2)가 설치되며, 포트(P2) 및 포트(P1)는 모두 외부 유압 제어 시스템과 연통되도록 설치되어, 굴착기의 다양한 동작을 제어한다.
여기서, 두 개의 펌프 바디 부품(1)의 가변 펌프(111)와 하나의 오일 보충 부품(2)의 오일 보충 펌프(21)는 순차적으로 직렬로 연결되고, 두 개의 가변 펌프(111)의 구동축과 오일 보충 펌프(21)의 구동축은 순차적으로 직렬로 연결되며, 하나의 엔진(모터)를 공동으로 사용하여 구동함으로써 삼중 펌프 구조(triple pump structure)를 형성한다. 여기서, 두 개의 펌프 바디 부품(1), 전자 제어 감압 부품(4), 페일세이프 부품(5) 및 압력 차단 부품(6)은 모두 하나의 오일 보충 부품(2)을 공동으로 사용하고, 오일 보충 부품(2)을 통해 파일럿 오일을 제공한다. 두 개의 전자 제어 감압 부품(4)은 서로 다른 오일 압력 출력을 단독적으로 각각 제어할 수 있다.
본 실시예에서 솔레노이드 밸브(41)와 슬라이드 밸브의 조합을 통해, 굴착기 유압 메인 펌프의 다기능을 구현하고, 다기능은 전자 제어 비례 제어 기능, 압력 차단 기능, 페일세이프 기능 및 오일 보충 펌프 기능을 포함하며, 전자 제어 부품을 결합하여 전력 제어를 구현하고, 기능이 완비되며, 구조가 합리적이고, 제어하기 간단하며, 신뢰성이 높고, 굴삭기의 사용 수요를 완전히 만족시킨다.
본 실시예에서, 굴착기의 전자 제어 시스템에 고장이 발생하여 실효되는 경우, 유압 펌프는 자동으로 최대 배출량에 도달하여 굴착기가 작동 및 주행 기능을 수행할 수 있도록 보장한다.
본 실시예는 부품화 배치를 채택하여, 실제 응용에 따라 기능 부품을 추가 하거나 제거할 수 있으므로, 구조가 간단하고, 유지 관리가 편리하며, 레이아웃이 아름답고, 비용이 저렴하다.
본 실시예는 굴착기를 더 제공하며, 상기 굴착기는 상기 유압 가변 펌프 세트를 포함한다. 본 실시예의 굴착기는 크롤러 굴착기이다.
본 실시예의 오일 보충 부품(2)은 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 1 제어 밸브(13)에 파일럿 오일을 제공하고, 동시에 유압 펌프는 제 1 제어 밸브(13)에 유압 오일을 제공하며, 제 1 제어 밸브(13)는 파일럿 오일과 유압 오일이 가하는 압력의 크기에 따라, 파일럿 오일 또는 유압 오일을 출력 오일로 선택한다. 제 1 제어 밸브(13)의 오일 출구는 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 가변 실린더(112)의 로드리스 캐비티(1123)와 연통되므로, 로드리스 캐비티(1123) 내의 오일은 오일 보충 부품(2)에 의해 제공되는 파일럿 오일 또는 가변 펌프(111)에 의해 제공되는 유압 오일이다.
가변 펌프(111)의 출력 배출량을 증가시켜야 하는 경우, 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어가 오른쪽으로 이동하도록 제어하며, 이때, 로드리스 캐비티(1123) 내의 오일이 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 연료탱크(13)로 환류하는 방향에 따라 제 1 슬라이드 밸브(12)의 개도가 점차 커지고, 오일이 제 1 슬라이드 밸브(12)로부터 로드리스 캐비티(1123) 내에 진입하는 방향에 따라 제 1 슬라이드 밸브(12)의 개도가 작아지므로, 로드리스 캐비티(1123) 내의 오일 압력은 점차 감소된다. 이때, 로드 캐비티(1122)의 오일이 가변 실린더(112)의 피스톤에 작용하는 힘은 로드리스 캐비티(1123)의 오일이 피스톤에 작용하는 힘보다 크고, 가변 실린더(112)는 제 1 슬라이드 밸브(12)의 파일럿 캐비티(122)에 기계적으로 연결되며, 이때, 피스톤은 오른쪽으로 이동하여, 사판(1111)의 스윙각을 증가시키고, 동시에 제 1 슬라이드 밸브(12)의 밸브 코어를 오른쪽으로 이동하도록 이끌어, 가변 펌프(111)의 출력 배출량을 조정하는 효과를 구현하게 된다.
해당 유압 가변 펌프 세트는 가변 펌프(111), 가변 실린더(112), 제 1 제어 밸브(13) 및 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통합하여 설치함으로써, 구조 부피가 작고, 사용하기 간편하며, 외부 제어 구조를 감소하고, 비용을 줄인다.
도면에서,
1. 펌프 바디 부품; 11. 펌프 본체; 111. 가변 펌프; 1111. 사판(swash plate); 112. 가변 실린더; 1121. 피스톤 로드; 1122. 로드 캐비티; 1123. 로드리스 캐비티; 12. 제 1 슬라이드 밸브; 121. 파일럿 캐비티; 122. 스프링단; 13. 제 1 제어 밸브; 14. 피드백 로드;
2. 오일 보충 부품; 21. 오일 보충 펌프; 211. 오일 보충 펌프의 오일 출구; 22. 오버플로우 밸브; 23. 필터;
3. 연료탱크;
4. 전자 제어 감압 부품; 41. 솔레노이드 밸브; 42. 오일 입구; 43. 오일 출구;
5. 페일세이프 부품(failure-safety component); 51. 제 2 제어 밸브;
6. 압력 차단 부품; 61. 제 3 제어 밸브; 611. 파일럿단

Claims (13)

  1. - 펌프 바디 부품(1) 및 오일 보충 부품(2)을 포함하고, 상기 펌프 바디 부품(1)은 펌프 본체(11), 제 1 슬라이드 밸브(12) 및 제 1 제어 밸브(13)를 포함하며, 제 1 슬라이드 밸브(12)는 스프링단(122) 및 파일럿 캐비티(121)를 포함하고, 제 1 제어 밸브(13)에는 오일 입구(A), 오일 입구(B) 및 오일 출구(T)가 설치되며;
    상기 펌프 본체(11)는 가변 펌프(111) 및 가변 실린더(112)를 포함하고, 상기 가변 펌프(111)는 사판(1111)을 포함하며, 상기 가변 실린더(112)는 로드 캐비티(1122) 및 로드리스 캐비티(1123)를 포함하며, 상기 가변 실린더(112)는 상기 스프링단(122) 및 상기 사판(1111)에 기계적으로 연결되고, 상기 오일 보충 부품(2)은 상기 파일럿 캐비티(121)와 연통되며;
    여기서, 상기 가변 펌프(111)는 상기 오일 입구(A)와 연통되고, 오일 보충 부품(2)은 상기 오일 입구(B)와 연통되며, 상기 오일 출구(T)는 상기 로드 캐비티(1122)와 연통되고, 상기 로드리스 캐비티(1123)는 상기 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 상기 오일 출구(T)와 연통되고,
    - 전자 제어 감압 부품(4)을 더 포함하고, 상기 전자 제어 감압 부품(4)에는 오일 입구(42) 및 오일 출구(43)가 설치되며, 상기 오일 입구(42)는 상기 오일 보충 부품(2)과 연통되고, 상기 오일 출구(43)는 상기 펌프 바디 부품(1)과 연통되며, 상기 전자 제어 감압 부품(4)은 상기 오일 보충 부품(2)이 상기 펌프 바디 부품(1)에 제공하는 파일럿 오일의 압력을 제어하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 감압 부품(4)은 솔레노이드 밸브(41)를 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브(41)는 상기 오일 보충 부품(2) 및 상기 제 1 슬라이드 밸브(12)와 각각 연통되며, 상기 솔레노이드 밸브(41)의 출구 압력값과 상기 솔레노이드 밸브(41)를 제어하는 전류값은 선형 정비례 관계를 가지고,
    - 페일세이프 부품(5)을 더 포함하고, 상기 페일세이프 부품(5)은 상기 전자 제어 감압 부품(4)과 상기 펌프 바디 부품(1) 사이의 파이프라인에 설치되고;
    상기 오일 보충 부품(2)은 상기 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하는 경우, 상기 전자 제어 감압 부품(4), 상기 페일세이프 부품(5)을 통해 상기 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공하도록 구성되고;
    상기 오일 보충 부품(2)은 상기 전자 제어 감압 부품(4)이 작동하지 않는 경우, 상기 페일세이프 부품(5)을 통해 상기 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브(13)는 셔틀 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 페일세이프 부품(5)은 제 2 제어 밸브(51)를 포함하고, 상기 오일 보충 부품(2)은 상기 솔레노이드 밸브(41)가 작동하지 않는 경우, 상기 제 2 제어 밸브(51)를 통해 상기 파일럿 캐비티(121)와 항상 연통되도록 구성되고, 상기 오일 보충 부품(2)은 상기 솔레노이드 밸브(41)가 작동하는 경우, 상기 솔레노이드 밸브(41)를 통해 상기 제 2 제어 밸브(51)의 작동을 제어하여, 상기 파일럿 캐비티(121)에 오일을 제공하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    압력 차단 부품(6)을 더 포함하고, 상기 압력 차단 부품(6)은 상기 제 1 제어 밸브(13) 및 상기 제 1 슬라이드 밸브(12)에 각각 연결되며, 상기 압력 차단 부품(6)은 상기 가변 펌프(111)의 출력 압력이 미리 설정된 압력에 도달하는 경우, 상기 로드 캐비티(1122)와 상기 로드리스 캐비티(1123)를 연통시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력 차단 부품(6)은 제 3 제어 밸브(61)를 포함하고, 제 3 제어 밸브(61)는 파일럿단(611), 오일 포트(A), 오일 포트(B) 및 오일 포트(T)를 포함하며, 상기 로드 캐비티(1122)는 상기 파일럿단(611) 및 상기 오일 포트(A)와 각각 연통되고, 상기 오일 포트(T)는 상기 제 1 슬라이드 밸브(12)와 연통되며;
    상기 로드 캐비티(1122)는 상기 제 3 제어 밸브(61)가 동작하는 경우, 상기 제 3 제어 밸브(61) 및 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 상기 로드리스 캐비티(1123)와 연통 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 오일 보충 부품(2)은,
    오일 보충 펌프의 오일 출구(211)가 설치되고, 상기 오일 보충 펌프의 오일 출구(211)는 상기 펌프 바디 부품(1), 상기 페일세이프 부품(5) 및 상기 압력 차단 부품(6)에 각각 연결되는 오일 보충 펌프(21);
    상기 오일 보충 펌프(21)와 병렬로 연통되는 오버플로우 밸브(22); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유압 가변 펌프 세트는 두 개의 펌프 바디 부품(1)을 포함하고, 각 상기 펌프 바디 부품(1)은 모두 하나의 상기 전자 제어 감압 부품(4), 하나의 상기 페일세이프 부품(5) 및 하나의 상기 압력 차단 부품(6)에 대응되고;
    두 개의 상기 펌프 바디 부품(1)의 상기 가변 펌프(111)의 구동축과 상기 오일 보충 펌프(21)의 구동축은 순차적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 가변 펌프 세트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 유압 가변 펌프 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴착기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 굴착기는 크롤러 굴착기인 것을 특징으로 하는 굴착기.
  10. 제 8항에 있어서,
    연료탱크(3)를 더 포함하고, 상기 로드리스 캐비티(1123)는 상기 제 1 슬라이드 밸브(12)를 통해 상기 오일 출구(T) 및 상기 연료탱크(3)와 연통되는 것을 특징으로 하는 굴착기.
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