KR19980041623A - 유압식 건설기계의 유압펌프 제어방법 및 그 제어장치 - Google Patents

Abstract

펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생하였을 경우에 엔진의 구동 속도를 줄여 유압 펌프가 안전하게 구동되도록 하고, 이를 경보하여 사용자가 즉시 조치를 취할 수 있도록 하는 것으로서 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 공급되는 구동 전압과 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 흐르는 구동 전류를 검출하고, 검출 신호를 미리 설정된 기준 값과 비교하여 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상 상태로 구동되는 지를 판단하며, 판단 결과 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상으로 구동될 경우에는 상기 엔진을 현재의 상태로 구동시키고, 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동에 이상이 있을 경우에는 이를 경보 표시함과 아울러 엔진의 구동 속도를 줄임으로써 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동에 이상이 발생하였을 경우에 이를 경보 표시 상태로 사용자가 확인하여 즉시 조치할 수 있고, 엔진의 구동 속도가 낮아짐에 따라 유압 펌프는 입력 최대 허용 토크의 이하에서 안전하게 구동된다.

Description

유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치

본 발명은 건설 기계에 구비되어 엔진의 구동에 따라 함께 구동되는 유압 펌프를 안전하게 운전하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.

굴삭기, 포크레인 및 로다 등과 같은 각종 유압식 건설 기계들은 통상적으로 디젤 엔진을 구비하고, 상기 디젤 엔진에 복수 개의 가변 용량형 유압 펌프를 직렬로 연결하여 엔진의 구동에 따라 복수 개의 가변 용량형 유압 펌프가 함께 구동되게 하고 있다.

상기 엔진이 구동되면서 발생되는 기계적 에너지는 상기 유압 펌프에 의해 유체 에너지로 변환되고, 상기 유체 에너지는 유량 제어 밸브를 통해 작업 장치로 전달되어 소정의 작업을 수행한다.

도 1은 건설 기계의 엔진과 유압 펌프의 관계를 보인 특성 곡선 그래프이다.

상기 그래프에서와 같이 엔진은 구동 속도에 따라 토크가 가변되어 발생하고, 유압 펌프는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동에 따라 입력 토크가 가변된다.

그리고 상기 유압 펌프는 입력 최대 허용 토크가 결정되어 있는 것으로서 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크 이상으로 운전될 경우에 과부하 상태에서 운전되어 사용 수명이 단축된다.

그러므로 유압 펌프는 입력 최대 허용 토크 이하에서 운전되도록 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브를 제어하고 있다.

상기 유압 펌프가 입력 최대 허용 토크 이하에서 운전되게 하고 있는 상태에서 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생하여 제어 전류가 정상으로 공급되지 않을 경우에 엔진의 출력 토크와 유압 펌프의 입력 토크가 일치되는 상태점 ①에서 엔진 및 유압 펌프가 운전된다.

상기 상태점 ①에서 엔진 및 유압 펌프가 운전되면, 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 높게 된다.

그러나 종래에는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생함에 관계없이 엔진 및 유압 펌프를 운전하였으므로 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생하였을 경우에 유압 펌프에 과부하가 걸려 사용 수명이 단축되었다.

따라서 본 발명의 목적은 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생하였을 경우에 엔진의 구동 속도를 줄여 유압 펌프가 안전하게 구동되도록 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 계통에 이상이 발생하였을 경우에 이를 경보하여 사용자가 즉시 조치를 취할 수 있도록 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 공급되는 구동 전압과 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 흐르는 구동 전류를 검출하고, 검출 신호를 미리 설정된 기준 값과 비교하여 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상 상태로 구동되는 지를 판단한다.

상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상으로 구동될 경우에는 상기 엔진을 현재의 상태로 구동시키고, 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동에 이상이 있을 경우에는 이를 경보 표시함과 아울러 엔진의 구동 속도를 낮추게 된다.

그러므로 본 발명에 의하면, 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동에 이상이 발생하였을 경우에 이를 사용자가 경보 표시 상태로 확인하여 즉시 조치할 수 있고, 엔진의 구동 속도가 낮아짐에 따라 유압 펌프는 입력 최대 허용 토크의 이하에서 안전하게 구동된다.

도 1은 건설 기계의 엔진과 유압 펌프의 관계를 보인 특성 곡선 그래프.

도 2는 본 발명의 유압 펌프 제어장치의 전체 구성을 보인 회로도.

도 3은 도 2의 콘트롤러의 구성을 보인 회로도.

도 4는 도 3의 구동 전압 검출 수단의 구성을 보인 회로도.

도 5는 도 3의 구동 전류 검출 수단의 구성을 보인 회로도.

도 6은 본 발명의 유압 펌프 제어방법을 보인 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 엔진

2 : 유압 펌프

3 : 콘트롤러

4 : 엔진 속도 검출 수단

5: 쓰로틀 밸브 구동 모터

6 : 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브

7: 엔진 속도 조절 수단

8 : 경보 표시 수단

11 : 마이크로 컴퓨터

12 : 디지털/아날로그 변환부

13 : 밸브 구동부

14 : 구동 전압 검출 수단

15 : 구동 전류 검출 수단

141 : 레벨 변환부

142, 152 : 비교기

151 : 증폭기

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법 및 제어장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 유압 펌프 제어장치의 전체 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에 직결되어 함께 구동되는 복수 개의 유압 펌프(2)와, 상기 엔진(1) 및 유압 펌프(2)의 구동을 제어하는 콘트롤러(3)와, 상기 엔진(1)의 구동 속도를 검출하여 상기 콘트롤러(3)에 입력시키는 엔진 속도 검출 수단(4)과, 상기 콘트롤러(3)의 제어에 따라 쓰로틀 밸브(도면에 도시되지 않았음)의 개폐 각도를 조절하여 상기 엔진(1)의 구동 속도를 조절하는 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)와, 상기 콘트롤러(3)의 제어에 따라 상기 유압 펌프(2)의 토출 유량을 조절하는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)와, 사용자의 조작에 따른 상기 엔진(1)의 속도 조절 명령을 상기 콘트롤러(1)로 입력시키는 엔진 속도 조절 수단(7)과, 상기 콘트롤러(1)의 제어에 따라 이상 상태를 경보하는 경보 표시 수단(8)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유압 펌프 제어장치는 엔진(1)이 구동될 경우에 엔진(1)에 직결되어 있는 복수 개의 유압 펌프(2)가 함께 구동되어 엔진(1)의 기계적 에너지를 유체 에너지로 변환하고, 소정의 작업을 수행하는 작업 장치로 전달하게 된다.

이와 같은 상태에서 사용자의 조작에 따른 엔진 속도 조절 수단(7)의 출력신호에 따라 콘트롤러(3)는 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)를 구동시키게 된다.

상기 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)의 구동에 따라 쓰로틀 밸브가 개폐 각도가 조절되어 엔진(1)의 공기 흡입량이 조절되고, 엔진(1)의 구동 속도가 조절되는 것으로서 엔진 속도 검출 수단(4)이 엔진(1)의 구동 속도를 검출하여 상기 콘트롤러(3)로 입력시키게 된다.

그리고 상기 콘트롤러(3)의 제어에 따라 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 구동되어 유압 펌프(2)의 토출 유량이 조절된다.

이와 같은 상태에서 콘트롤러(3)는 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)로 출력하는 구동 전압과 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)로 흐르는 구동 전류를 검출하고, 검출 신호로 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)의 계통에 이상이 발생하여 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 높은 상태에서 운전되는 지를 판단하며, 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 높은 상태에서 운전될 경우에 경보 표시 수단(8)을 제어하여 이를 경보함과 아울러 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)를 제어하여 엔진(1)의 구동 속도를 줄이고, 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 낮은 상태에서 운전되게 한다.

도 3은 도 2의 콘트롤러(3)에서 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 높은 상태에서 운전되는 지를 검출하는 부위의 구성을 보인 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)의 구동을 제어함과 아울러 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)의 구동 전압 및 구동 전류의 검출신호로 이상 발생을 판단하고 이상이 있을 경우에 경보 출력을 제어하고 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 낮은 상태에서 운전되게 하는 마이크로 컴퓨터(11)와, 상기 마이크로 컴퓨터(11)가 출력하는 구동신호를 아날로그 구동 전압으로 변환하는 디지털/아날로그 변환부(12)와, 상기 디지털/아날로그 변환부(12)의 출력신호에 따라 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)를 구동시키는 밸브 구동부(13)와, 상기 디지털/아날로그 변환부(12)의 출력신호를 미리 설정된 제 1 기준 값과 비교하고 비교 결과를 상기 마이크로 컴퓨터(11)에 구동 전압 검출신호로 입력시키는 구동 전압 검출 수단(14)과, 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)로 흐르는 구동 전류를 미리 설정된 제 2 기준 값과 비교하고 비교 결과를 상기 마이크로 컴퓨터(11)에 구동 전류 검출신호로 입력시키는 구동 전류 검출 수단(14)으로 구성하였다.

상기 구동 전압 검출 수단(14)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디지털/아날로그 변환부(12)의 출력신호의 레벨을 조절하는 레벨 조절부(141)와, 상기 레벨 조절부(141)의 출력 전압을 미리 설정된 제 1 기준 값과 비교하여 상기 마이크로 컴퓨터(11)로 입력시키는 비교기(142)로 구성하였다.

상기 구동 전류 검출 수단(15)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)로 흐르는 구동 전류를 전압 레벨로 변환하고 증폭하는 증폭기(151)와, 상기 증폭기(151)의 출력 전압을 미리 설정된 제 2 기준 값과 비교하여 상기 마이크로 컴퓨터(11)로 입력시키는 비교기(152)로 구성하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유압 펌프 제어장치는 마이크로 컴퓨터(11)가 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)를 구동시킬 구동 전류를 출력하게 된다.

상기 마이크로 컴퓨터(11)가 출력한 구동 전류는 디지털/아날로그 변환부(12)에서 아날로그 구동 전압으로 변환되어 출력되고, 출력된 아날로그 구동 전압에 따라 밸브 구동부(13)가 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)를 구동시켜 유압 펌프(2)의 토출 유량을 조절하게 된다.

이와 같은 상태에서 디지털/아날로그 변환부(12)에서 출력되는 아날로그 구동 전압(Vin)이 구동 전압 검출 수단(14)의 레벨 조절부(141)에 입력되어 레벨이 조절된다.

예를 들면, 상기 아날로그 구동 전압(Vin)은 (Vin-5) X 2.1로 레벨이 조절된다.

상기 레벨 조절부(141)에서 레벨이 조절되어 출력되는 아날로그 구동 전압은 비교기(142)의 비반전 입력단자(+)에 인가되고, 비교기(142)의 반전 입력단자(-)에는 미리 설정된 제 1 기준값이 인가된다.

그러면, 비교기(142)는 레벨 조절부(141)의 출력신호 레벨과 미리 설정된 제 1 기준 값을 비교하고, 비교 신호를 구동 전압 검출신호로 출력하여 마이크로 컴퓨터(11)의 입력단자(IN1)로 입력된다.

그리고 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)를 통해 흐르는 구동 전류는 구동 전류 검출 수단(15)의 증폭기(151)에서 전압으로 변환됨과 아울러 증폭되어 출력된다.

예를 들면, 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)로 흐르는 전류를 변환한 전압이 증폭기(151)에서 5배로 증폭되어 출력된다.

상기 증폭기(151)의 출력 전압은 비교기(152)의 비반전 입력단자(+)에 인가되고, 비교기(152)의 반전 입력단자(-)에는 미리 설정된 제 5 기준 값이 인가된다.

그러면, 비교기(152)는 증폭기(151)의 출력신호 레벨과 미리 설정된 제 2 기준 값을 비교하고, 비교 신호를 구동 전류 검출신호로 출력하여 마이크로 컴퓨터(11)의 입력단자(IN2)로 입력된다.

상기 제 1 기준 값 및 제 2 기준 값은 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 동작할 경우의 한계값으로 설정되는 것으로서 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 구동될 경우에 비교기(142)(152)가 모두 고전위를 출력하게 한다.

이와 같이 입력단자(IN1)(IN2)로 입력되는 구동 전압 검출 신호 및 구동 전류 검출신호로 마이크로 컴퓨터(11)는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)의 계통에 이상이 발생하였는 지를 판단하고, 이상이 발생하였을 경우에 상기 경보 표시 수단(8)을 제어하여 경보함과 아울러 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)를 제어하여 엔진(1)의 구동 속도를 줄이고, 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 낮은 상태에서 운전되게 한다.

한편, 도 6은 본 발명의 유압 펌프 제어방법을 보인 신호 흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이, 마이크로 컴퓨터(11)는, 단계(S1)에서 엔진 속도 조절 수단(7)의 현재 값을 입력하고, 단계(S2)에서 입력단자(IN1)(IN2)로 입력되는 구동 전압 검출신호 및 구동 전류 검출신호를 입력한다.

다음 단계(S3)에서는 상기 단계(S2)에서 입력한 구동 전압 검출신호 및 구동 전류 검출신호로 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 구동되는 지를 판단한다.

즉, 구동 전압 검출신호 및 구동 전류 검출신호가 모두 고전위인지를 판단한다.

상기 구동 전압 검출신호 및 구동 전류 검출신호가 모두 고전위일 경우에 마이크로 컴퓨터(11)는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 구동됨을 판단하고, 상기 단계(S1)에서 입력한 엔진 속도 조절 수단(7)의 현재 값에 따라 엔진(1)기 구동되게 쓰로틀 밸브 구동 모터(5)를 구동시킨다.

상기 단계(S3)에서 구동 전압 검출신호 및 구동 전류 검출신호중에서 어느 하나라도 고전위가 아닐 경우에는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 구동되지 않는 것으로서 마이크로 컴퓨터(11)는 단계(S5)에서 경보 표시 수단(8)을 제어하여 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브(6)가 정상으로 구동되지 않음을 경보하고, 단계(S6)에서 엔진(1)의 구동 속도를 줄여 유압 펌프(2)의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 작은 값으로 운전되게 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상으로 구동되지 않아 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 큰 값으로 운전될 경우에 이를 검출하여 경보함과 아울러 엔진의 구동 속도를 줄임으로써 이상이 발생하였을 경우에 사용자가 이상의 발생에 대한 조치를 취할 수 있음은 물론 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 작은 값으로 운전되어 손상되지 않는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 엔진의 구동 속도의 제어 값을 입력하고 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동 전압 및 구동 전류의 검출신호를 입력하는 제 1 과정과, 상기 제 1 과정에서 입력한 구동 전압 및 구동 전류의 검출신호로 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상 구동되는 지를 판단하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정에서 정상 구동이 판별될 경우에 상기 제 1 과정에서 입력한 엔진의 구동 속도의 제어 값에 따라 엔진을 구동시키는 제 3 과정과, 상기 제 2 과정에서 정상 구동이 아닐 경우에 엔진의 구동 속도를 감속시키는 제 4 과정으로 제어됨을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서, 제 4 과정은, 정상 구동이 아닐 경우에 경보 표시하는 경보 표시 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 4 과정은, 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 작은 값으로 운전되게 엔진의 구동 속도를 감속하는 것을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어방법.
4. 엔진과, 상기 엔진에 직결되어 함께 구동되는 복수 개의 유압 펌프와, 상기 엔진 및 유압 펌프의 구동을 제어하고 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크 이상으로 운전될 경우에 엔진의 구동 속도를 감속시키는 콘트롤러와, 상기 엔진의 구동 속도를 검출하여 상기 콘트롤러에 입력시키는 엔진 속도 검출 수단과, 상기 콘트롤러의 제어에 따라 상기 엔진의 구동 속도를 조절하는 쓰로틀 밸브 구동 모터와, 상기 콘트롤러의 제어에 따라 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조절하는 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브와, 사용자의 조작에 따른 상기 엔진의 속도 조절 명령을 상기 콘트롤러로 입력시키는 엔진 속도 조절 수단과, 상기 콘트롤러의 제어에 따라 이상 상태를 경보하는 경보 표시 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 콘트롤러는, 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동을 제어함과 아울러 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브의 구동 전압 및 구동 전류의 검출신호로 이상 발생을 판단하고 이상이 있을 경우에 경보 출력을 제어하고 유압 펌프의 입력 토크가 입력 최대 허용 토크보다 낮은 상태에서 운전되게 하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터가 출력하는 구동신호를 아날로그 구동 전압으로 변환하는 디지털/아날로그 변환부와, 상기 디지털/아날로그 변환부의 출력신호에 따라 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브를 구동시키는 밸브 구동부와, 상기 디지털/아날로그 변환부의 출력신호를 미리 설정된 제 1 기준 값과 비교하고 비교 결과를 상기 마이크로 컴퓨터에 구동 전압 검출신호로 입력시키는 구동 전압 검출 수단과, 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 흐르는 구동 전류를 미리 설정된 제 2 기준 값과 비교하고 비교 결과를 상기 마이크로 컴퓨터에 구동 전류 검출신호로 입력시키는 구동 전류 검출 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 구동 전압 검출 수단은, 상기 디지털/아날로그 변환부의 출력신호의 레벨을 조절하는 레벨 조절부와, 상기 레벨 조절부의 출력 전압을 미리 설정된 제 1 기준 값과 비교하여 상기 마이크로 컴퓨터로 입력시키는 비교기로 구성됨을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어장치.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 구동 전류 검출 수단은, 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브로 흐르는 구동 전류를 전압 레벨로 변환하고 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력 전압을 미리 설정된 제 2 기준 값과 비교하여 상기 마이크로 컴퓨터로 입력시키는 비교기로 구성됨을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어장치.
8. 청구항 5 내지 청구항 7 중에서 어느 하나의 항에 있어서, 제 1 기준 값 및 제 2 기준 값은, 상기 펌프 사판 조절용 전자 비례 감압 밸브가 정상으로 동작할 경우의 한계값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 유압식 건설 기계의 유압 펌프 제어장치.