KR20110129752A

KR20110129752A - 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터

Info

Publication number: KR20110129752A
Application number: KR1020100049299A
Authority: KR
Inventors: 신우현
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-02
Also published as: KR101489019B1

Abstract

본 발명은 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터에 관한 것으로, 그 목적은 종래의 소형급 굴삭기 유압시스템의 작업 부하에 따른 전마력제어기능 외, 작업장치별 스풀의 절환 스트로크에 따른 네거티브 유량제어가 가능하게 함으로써 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있도록 한 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터를 제공함에 있다.
이를 위한 본 발명의 구성은 굴삭기 유량제어시스템의 메인펌프(110) 내에 마련된 챔버(121) 및 상기 메인펌프(110)의 사판(115)과 연결되도록 챔버(121)에 설치되며, 메인펌프(110)로부터 공급되는 P1, P2 압력 그리고 기어펌프(140)로부터 공급되는 P3 압력에 의하여 일측면에 F1 힘이 가해지며 상기 절환력을 피스톤 홀더(132)를 통해 사판(115)에 전달하는 전마력제어피스톤(130)과; 상기 전마력제어피스톤(130)의 외주면에 체결되어 일측면에 상기 P1, P2, P3 압력의 의한 F1 절환력과 동일한 힘을 전달받으며, 타측면에는 메인컨트롤밸브에 구비된 네거티브 압력형성장치로부터 바이패스유량에 비례하여 형성된 네거티브 압력을 공급받아 F2 힘이 가해지도록 구성되고 F2 힘이 F1힘에 비하여 클 경우, 사판의 경사각을 감소시키도록 이동하여 메인펌프(110)로부터 토출되는 유량을 감소시키는 네거티브 유량제어 피스톤(131);으로 이루어진 구성을 그 기술적 요지로 한다.

Description

소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터{Regulator for Load Sensing - Negative Flow Control in Mini Excavators}

본 발명은 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터에 관한 것으로, 자세하게는 소형급 굴삭기에서 작업장치별 스풀 절환 스트로크에 따른 네거티브 신호를 이용하여 메인펌프의 사판 경사각을 제어함으로써 적정 유량을 토출하도록 하는 네거티브 유량제어 시스템에 사용되는 레귤레이터에 관한 것으로, 특히 그 구조에 있어 종래의 전마력제어 피스톤부와 네거티브 유량제어 피스톤부를 일체화하여 레귤레이터의 설치 공간을 최소화할 수 있도록 한 레귤레이터에 관한 것이다.

종래 소형급 굴삭기에 사용되고 있는 메인펌프는 하나의 실린더 블럭을 이용, 펌프에 마련된 2개의 포트를 통해 동일한 유량을 토출하는 가변유량형 단일 실린더블럭 피스톤 펌프방식을 채택하고 있는데, 이러한 가변유량형 단일 실린더블럭 피스톤 펌프는 사판이 하나이므로 두 개의 펌프(P1, P2)에서 경사각이 동일한 구성을 갖는다.

한편 사판의 경사각은 메인압력인 P1펌프의 압력, P2펌프의 압력을 합한 전체 압력에 따라 변하며, 엔진마력에 따른 P1펌프, P2펌프의 전마력제어기능을 수행한다. 즉, 출력은 토출 압력과 유량의 곱이 일정하도록((P1+P2)ㅧ Q = 일정) 조절된다.

이러한 구성을 갖는 종래 펌프 유량제어 시스템은 작업장치의 부하에 따라 메인펌프의 출력마력이 엔진의 출력마력을 넘지 않게 하는 전마력제어를 가능하게 한다.

그러나 각 작업장치(붐, 암, 버켓, 주행)의 스풀 절환 스트로크에 따른 펌프로부터의 적정 유량 토출은 이루어지지 않아 불필요한 연료 소모가 발생하였다.

이처럼 작업장치의 부하 정도에 따른 전마력제어만으로는 불필요한 연료 소모라는 문제가 발생되므로, 기존의 중형급 굴삭기의 유압제어시스템의 경우, 메인컨트롤밸브 내에 네거티브 압력형성장치를 두어 메인컨트롤밸브의 작업장치별 스풀 절환 스트로크를 네거티브 압력으로 변환시켜 이를 메인펌프에 설치된 레귤레이터에 전달함으로써 메인펌프의 토출유량을 작업장치의 작업조건에 맞게 조절하여 불필요한 연료 소모가 이루어지지 않도록 되어 있다.

따라서 상기와 같이 중형급 굴삭기에 적용되고 있는 유량제어방식을 소형급 굴삭기에 적용하여 소형급 굴삭기에서 전마력제어와 네거티브 유량제어를 구현할 경우, 불필요한 연료가 소모되는 것을 방지할 수 있으나, 종래의 중형급 굴삭기에 적용되고 있는 레귤레이터의 경우 구조적으로 복잡한 링크의 삽입으로 인하여 제작 단가가 증가하는 것은 물론이고, 레귤레이터 자체의 부피로 인해 설치공간의 확보가 어려우므로, 실제 소형급 굴삭기의 유량제어시스템의 경우 불필요한 연료의 소모란 문제점을 갖고 있음에도 불구하고 유량제어를 구현하고 있지 못하고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소형급 굴삭기의 유량제어시스템에서 전마력제어와 네거티브유량제어가 가능하게 함으로써 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있도록 한 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 기존 소형급 굴삭기의 메인펌프 내 전마력제어용 피스톤부와 네거티브 유량제어 피스톤부를 일체화하여 설치공간을 최소화시킨 소형급 굴삭기 유량제어시스템용 레귤레이터를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 메인펌프 내에 마련된 챔버; 및 상기 메인펌프의 사판과 연결되도록 챔버에 설치되며 메인펌프로부터 공급되는 P1, P2 압력, 그리고 기어펌프로부터 공급되는 P3 압력에 의하여 일측면에 F1 힘이 가해지는 전마력제어 피스톤과;

상기 펌프의 P1, P2, P3 압력이 일측면에 동일하게 작용하여 F1 힘이 가해지고 타측면에는 메인컨트롤밸브에 구비된 네거티브 압력형성장치로부터 바이패스유량에 비례하여 형성된 네거티브 압력을 공급받아 F2 힘이 가해지도록 구성되며 F2 힘이 F1에 비하여 클 경우, 전마력제어 피스톤에 의한 F1 절환력에 네거티브 유량제어에 의한 절환력(F2-F1)을 더하여 사판의 경사각을 감소시키도록 이동하여 종래의 전마력제어기능 외, 네거티브 유량제어기능에 의해 메인펌프의 토출유량을 감소시키는 네거티브 유량제어 피스톤으로 이루어진 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터를 제공함으로써 달성된다.

또한 상기 네거티브 유량제어 피스톤은 전마력제어와 네거티브제어기능을 자동선택 가능하며 챔버내 공간을 이동하여 피스톤 홀더에 직접적으로 추가 사판경전력을 전달할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 네거티브 유량제어 피스톤은 피스톤 홀더를 통해 사판과 직접 연결된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은, 작업장치별 스풀 절환 스트로크에 따른 네거티브 신호를 이용하여 메인펌프의 사판 경사각을 제어하는 네거티브 유량제어를 구현하기 위한 레귤레이터의 설치가 가능해짐으로써 소형 굴삭기에서 발생하던 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있게 되었다는 장점과,

또한 레귤레이터의 단순한 구조로 인하여 제작 및 설치가 용이하고, 레귤레이터의 설치로 인한 제작단가의 상승을 최소화할 수 있게 되었다는 장점과,

또한 기존의 작업부하에 따른 전마력제어기능과 작업장치별 스풀 절환 스트로크에 의한 네거티브 유량제어 기능의 선택이 복잡한 링크나 추가장치의 삽입없이 네거티브 유량제어 피스톤의 작용력들에 의해 자동적으로 선택ㅇ적용되는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 주요부인 전마력-네거티브 복합유량제어시스템용 레귤레이터 구조도이고,
도 2는 본 발명인 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터와 시스템의 유압회로도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 주요부인 전마력-네거티브 복합유량제어시스템용 레귤레이터 구조도를, 도 2는 본 발명과 연관되는 전마력-네거티브 복합유량제어시스템의 유압회로도를 도시하고 있다.

먼저 도 1에서, 본 발명에 따른 레귤레이터(100)는 작고 단순한 구조에 의하여 메인펌프(110)에 내장이 가능함으로써 레귤레이터(100)의 설치공간 확보가 어려운 소형급 굴삭기에서 기존의 전마력제어 기능 외, 작업장치별 스풀 절환 스트로크에 따른 네거티브 신호를 이용하여 메인펌프(110)의 사각 경사각을 제어하는 네거티브 유량제어를 구현하도록 한 것이다. 여기서 본 발명에서 언급되는 소형급 굴삭기는 5톤급 이하의 굴삭기로 정의될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 굴삭기의 유량제어시스템은 도 2에서, 작동유를 공급하는 메인펌프(110)와, 메인펌프(110)로부터 공급되는 작동유를 각 작업장치(붐, 암, 버켓, 주행)로 공급하여 사용자의 조작에 의한 작업장치의 구동이 이루어지게 하는 메인컨트롤밸브(200)로 구성되어 있다.

이때 상기 메인컨트롤밸브(200)는 좌/우 주행모터로 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 주행스풀부(210)과, 붐실린더의 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 붐스풀(220)과, 버켓의 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 버켓스풀(230)과, 암실린더의 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 암스풀(240)과, 선회모터의 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 선회스풀(250)과, 추가장치의 사용시 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 옵션스풀(260)과, 도저 블레이드 실린더의 작동유 유입량 및 방향을 결정하는 도저스풀(270)을 구비하고 있으며, 이러한 메인컨트롤밸브(200)의 기본적인 구성은 주지 관용된 굴삭기 메인컨트롤밸브와 동일하다.

다만 본 발명에 따른 메인컨트롤밸브(200)에는 작업장치별 스풀 절환 스트로크를 네거티브 압력(Pi1, Pi2)으로 변환하는 네가콘 밸브(281,282)가 네거티브 압력형성장치로써 구비되어 있다.

또한, 메인컨트롤밸브(200)내에는 상기 Pi1, Pi2 압력 중 상대적으로 낮은 압력(Pi)를 선별하기 위한 선별밸브(280)가 구비되며, 선별된 Pi 압력라인은 메인펌프(110)의 레귤레이터(100)에 연결된다.

한편, 상기 메인펌프(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(111)과, 상기 하우징(111)에 회전가능하게 설치된 회전축(112)과, 상기 회전축(112)과 함께 회전하는 실린더 블록(113)과, 상기 실린더 블록(113)에 설치된 다수개의 피스톤(114)과, 상기 하우징(111)의 내부에 설치된 사판(115)과, 상기 피스톤(114)에 결합되어 사판(115)의 한면에 접하여 미끄러짐 작용하는 슈(116)와, 2개의 토출포트를 구비한 밸브플레이트(125)를 포함하고 있다.

한편 본 발명에 따른 메인펌프(110)에는 각 작업장치의 부하에 따라서 메인펌프(110)의 출력마력이 엔진의 출력마력이 넘지 않도록 P1 펌프와 P2 펌프를 전마력제어하기 위한 전마력제어 피스톤(130)가 구비되어 있으며, 상기 전마력제어 피스톤(130)는 메인펌프(110)로부터 공급되는 P1, P2 압력 그리고 기어펌프(140)로부터 공급되는 P3 압력에 의하여 사판(115)에 작용하는 힘이 사판(115)의 일측을 탄성지지하는 스프링(117,118)의 탄성력 보다 클 경우, 사판(115)의 경사각을 조절함으로써 P1 펌프, P2 펌프의 토출유량을 동시에 감소시키는 전마력제어를 행하게 된다.

앞서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 메인펌프(110)에는 전마력제어피스톤(130)과 일체형인 네거티브 유량제어 피스톤(131)이 구비되어 전마력제어와 함께 네거티브 유량제어를 행함으로써 불필요한 연료 소모를 방지하는 특징을 가지고 있다.

상기 레귤레이터(100)는 메인펌프(110)의 하우징(111)에 마련된 챔버(121)에 삽입되는 전마력제어 피스톤(130)과, 상기 전마력제어 피스톤(130)의 일측면에 체결되는 피스톤 홀더(132)와, 상기 전마력제어 피스톤(130)의 외주면에 체결되는 네거티브 유량제어피스톤(131)로 구성되며, 이때 상기 챔버(121)는 하우징(111)에 마련되어 레귤레이터(100)의 전마력제어피스톤(130)과 네거티브 유량제어피스톤(131)이 설치되는 공간을 제공하되, 상기 전마력제어피스톤(130)과 네거티브 유량제어 피스톤(131)이 메인 펌프의 P1, P2, P3 부하압력, 또는 네거티브 압력(Pi)에 의하여 이동할 수 있는 공간을 제공하게 된다.

상기 전마력제어피스톤(130)은 메인펌프(110)로부터 공급되는 P1, P2 압력 그리고 기어펌프(140)로부터 토출되는 P3 압력이 각각의 P1, P2, P3 압력작용단부에 작용하여 피스톤 홀더(132)를 통해 F1 절환력 사판각을 제어하여 전마력제어를 행하게 된다.

한편, 네거티브 유량제어피스톤(131)의 각각의 P1, P2, P3 압력작용단부를 통해 상기 F1 절환력과 동일한 힘이 네거티브 유량제어피스톤(131)의 일측방향으로 작용하며, 타측면으로부터는 네거티브 압력(Pi)포트를 통해 F2 절환력이 작용하도록 한다. 이때, 전마력제어에 의한 F1 절환력보다 네거티브 유량제어에 의한 F2 절환력이 더 클 경우, F1 절환력이 작용하는 피스톤 홀더(132)의 일측면으로 네거티브 유량제어피스톤(131)이 이동하여 접함에 따라 F2-F1 절환력이 추가로 사판에 작용하여, 최종적으로 F2 절환력이 사판각을 제어하여 메인 펌프의 토출유량을 네거티브 유량제어한다.

이때 상기 P1, P2, P2 압력이 공급되는 전마력제어피스톤(130)과 네거티브 유량제어 피스톤(131)의 일측면은 3단의 계단형으로 형성되어 어느 하나의 단에 압력 P1이 작용하고, 다른 하나의 단에 압력 P2가 작용하며, 나머지 하나의 단에 압력 P3이 작용하도록 구성되어 있다.

이와 같은 전마력제어피스톤(130)과 네거티브 유량제어 피스톤(131)은 피스톤 홀더(132)에 의하여 사판(115)에 사판경전력을 전달할 수 있으며, 전마력제어피스톤(130)과 피스톤 홀더(132)는 작동시 챔버(121)내 잔유 작동유를 배출하기 위한 드레인 유로를 가진다.

상기와 같이 구성된 레귤레이터(100)의 네거티브 유량제어 피스톤(131)의 각단부에는 앞서 설명된 바와 같이 메인펌프(110)로부터 공급되는 P1, P2 부하압력 및 기어펌프(140)로부터 공급되는 P3 압력이 작용함으로써 네거티브 유량제어 피스톤(122)의 일측면에는 상기 압력들에 의한 F1 힘이 가해지게 되며, 네거티브 유량제어 피스톤(131)의 타측면에는 메인컨트롤밸브(200)내 작업장치별 스풀 절환 스트로크가 네가콘 밸브(281,282)를 통해 변환되어 네거티브 압력(Pi1, Pi2)이 형성되고 이 중 상대적으로 낮은 압력(Pi)가 선별밸브(280)를 통해 선별되어 네거티브 유량제어 챔버(122)에 전달, F2 힘이 작용하게 된다.

따라서 네거티브 유량제어 피스톤(131)은 양측면에 작용하는 두 힘(F1, F2) 중 큰 힘에 의하여 이동하게 되며, 두 힘(F1, F2) 중 F1 힘이 클 경우, 네거티브 유량제어 피스톤(131)은 도 1 상의 우측방향으로 이동하며, 우측방향의 F1 절환력은 레귤레이터 케이싱(133)에 전달되어 상쇄되고 사판(115)각 제어에 영향을 주지 않는다. 따라서 사판(115)은 전마력제어 피스톤(130)에 의해 제어된다.

이와 반대로 두 힘(F1,F2) 중 F2 힘이 클 경우, 네거티브 유량제어피스톤(131)은 도 1 상의 좌측방향으로 이동하여 피스톤 홀더(132)의 일측면에 접하게 되며, 따라서 피스톤 홀더(132)는 전마력제어에 의한 F1 절환력 외, 네거티브 유량제어피스톤(131)에 의한 F2-F1 절환력을 추가로 받게 되어, 최종적으로 네거티브 유량제어에 의한 F2 절환력으로 사판(115)각을 제어하게 된다. 따라서 메인펌프(110)의 토출유량은 감소되어 불필요한 연료의 소모를 방지한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(100) : 레귤레이터 (110) : 메인펌프
(115) : 사판 (121) : 챔버
(130) : 전마력제어피스톤 (131) : 네거티브 유량제어피스톤
(132) : 피스톤 홀더 (133) : 레귤레이터 케이싱
(140) : 기어펌프 (200) : 메인컨트롤밸브

Claims

굴삭기 유량제어시스템의 메인펌프(110) 내에 마련된 챔버(121) 및 상기 메인펌프(110)의 사판(115)과 연결되도록 챔버(121)에 설치되며, 메인펌프(110)로부터 공급되는 P1, P2 압력 그리고 기어펌프(140)로부터 공급되는 P3 압력에 의하여 일측면에 F1 힘이 가해지며 상기 절환력을 피스톤 홀더(132)를 통해 사판(115)에 전달하는 전마력제어피스톤(130)과;
상기 전마력제어피스톤(130)의 외주면에 체결되어 일측면에 상기 P1, P2, P3 압력의 의한 F1 절환력과 동일한 힘을 전달받으며, 타측면에는 메인컨트롤밸브에 구비된 네거티브 압력형성장치로부터 바이패스유량에 비례하여 형성된 네거티브 압력을 공급받아 F2 힘이 가해지도록 구성되고 F2 힘이 F1힘에 비하여 클 경우, 사판의 경사각을 감소시키도록 이동하여 메인펌프(110)로부터 토출되는 유량을 감소시키는 네거티브 유량제어 피스톤(131);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 네거티브 유량제어 피스톤(131)은 전마력제어와 네거티브제어기능을 자동선택 가능하며 챔버(121)내 공간을 이동하여 피스톤 홀더(132)에 직접적으로 추가 사판경전력을 전달할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 네거티브 유량제어 피스톤(131)은 피스톤 홀더(132)를 통해 사판과 직접 연결된 것을 특징으로 하는 소형급 굴삭기 전마력-네거티브 복합유량제어용 레귤레이터.