KR20170084813A - 건설기계의 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

건설기계의 난기 운전 시스템은, 사판 각도에 따라 작동유 토출량이 가변적으로 제어되는 유압 펌프, 작동유의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서, 및 제1 온도 센서로부터 작동유의 온도 정보를 수신하고 수신된 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우 사판 각도를 제어하여 유압 펌프의 작동유 토출량을 증가시킴으로써 작동유의 온도를 증가시키기 위한 제어부를 포함한다.

Description

건설기계의 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법{WARMING UP SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY AND CONTROL METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY USING THE SAME}
본 발명은 건설기계의 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유압 시스템을 갖는 건설기계의 작동유를 예열하기 위한 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법에 관한 것이다.
건설기계, 예를 들어, 굴삭기는 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 이용하여 전진 또는 후진할 수 있고, 작업 장치를 동작시켜 각종 작업들을 수행할 수 있다. 이 때, 건설기계의 파손을 방지하고 그 동작의 신뢰성을 확보하기 위해서는 작동유의 온도가 일정 온도 이상으로 유지되어야 한다.
그런데, 겨울철과 같이 기온이 낮은 경우에는 작동유의 온도 역시 낮은 상태일 수 있다. 따라서, 장비를 구동시키기 전에 작동유를 예열시키기 위한 난기 운전이 선행되어야 한다.
본 발명의 일 과제는 건설기계의 난기 운전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 건설기계의 난기 운전 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 난기 운전 시스템은, 사판 각도에 따라 작동유 토출량이 가변적으로 제어되는 유압 펌프, 작동유의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서, 및 상기 제1 온도 센서로부터 작동유의 온도 정보를 수신하고 상기 수신된 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 사판 각도를 제어하여 상기 유압 펌프의 작동유 토출량을 증가시킴으로써 작동유의 온도를 증가시키기 위한 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 파일럿 펌프와 상기 유압 펌프를 연결하는 파일럿 라인에 설치되며 상기 제어부로부터 제어 신호를 수신하여 상기 사판으로 공급되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 사판의 각도를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도에 도달하면 상기 사판의 각도를 원상으로 회복시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 엔진의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 엔진 오일의 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제2 온도 센서로부터 엔진 오일의 온도 정보를 수신하고 상기 수신된 엔진 오일의 온도가 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우 상기 엔진의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 작동유 냉각 팬(fan)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 릴리프 압력을 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 유압 펌프의 센터바이패스 유로를 차단할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 작동유 탱크에 설치되어 작동유를 가열하기 위한 가열부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 가열부를 작동시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 작동유를 온도를 증가시키는 난기 운전의 수행 여부를 선택하기 위한 선택부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 난기 운전이 진행 중임을 운전자에게 알리기 위한 출력부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 유압 펌프는 가변 용량형 유압 펌프일 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법은, 건설기계의 난기 운전 모드 수행 여부에 대한 운전자의 선택 신호를 수신한다. 운전자의 조작 신호에 따라 유압 펌프로부터 토출되는 토출량이 제어되는 작동유의 온도 정보를 수신한다. 난기 운전 모드가 선택되고 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우, 상기 유압 펌프의 작동유 토출량을 증가시켜 작동유의 온도를 상기 제1 설정 온도까지 상승시키는 난기 운전을 수행한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난기 운전을 수행하는 단계는 작동유의 압력을 증가시키는 단계, 작동유 팬의 회전 속도를 감소시키는 단계, 및 작동유를 직접 가열하는 단계 중에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작동유 토출량을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프의 사판 각도를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작동유 토출량을 증가시키는 단계는 엔진의 속도를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작동유의 압력을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유의 릴리프 압력을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작동유의 압력을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프의 센터바이패스 유로를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 방법은 엔진 오일의 온도 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 수신된 엔진 오일의 온도가 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우에 상기 난기 운전을 수행할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 건설기계의 난기 운전 시스템은, 작동유의 온도를 빠르게 증가시킴으로써 작업 준비에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 작동유 난기를 위하여 운전자가 작업 장치 등을 별도로 구동시킬 필요가 없기 때문에 작업 편의성도 향상시킬 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 난기 운전 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 감압밸브의 동작 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 4는 난기 운전 모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 도 1의 난기 운전 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5의 난기 운전을 수행하는 과정을 나타내는 순서도이다.
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.
제1, 제2 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 난기 운전 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 감압밸브의 동작 특성을 나타내는 그래프들이다. 도 4는 난기 운전 모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다. 이 경우에 있어서, 난기 운전은 작동유의 온도를 상승시키기 위한 일련의 절차들을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 건설기계의 난기 운전 시스템은, 사판(21, 23)의 각도에 따라 작동유 토출량이 가변적으로 제어되는 유압 펌프(20, 22), 파일럿 펌프(30)와 사판(21, 23)을 연결하는 파일럿 라인에 설치되며 사판(21, 23)의 각도를 제어하기 위한 파일럿 압력을 발생시키는 제1 감압밸브(80), 작동유의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서(110), 엔진 오일의 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서(112), 난기 운전 수행 여부를 선택하기 위한 선택부(120), 및 제1 및 제2 온도 센서들(110, 112)로부터 온도 정보를 수신하고 제1 감압밸브(80)로 제어 신호를 출력하여 상기 파일럿 압력을 제어하기 위한 제어부(130)를 포함한다.
상기 건설기계는 굴삭기, 휠 로더, 및 지게차 등 유압 시스템을 사용하는 여러 가지 장비들을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 상기 건설기계가 굴삭기인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 본 발명의 난기 운전 시스템이 굴삭기를 제어하기 위한 것으로 한정되는 것은 아니며, 휠 로더 및 지게차 등에도 이와 실질적으로 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.
제1 유압 펌프(20) 및 제2 유압 펌프(22)는 엔진(10)의 출력축에 연결되며, 상기 출력축이 회전함에 따라 구동되어 작동유를 토출할 수 있다. 상기 작동유는 작동유 탱크(T)에 저장되며, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출된 작동유는 메인 컨트롤 밸브(Main Control Valve, MCV, 40)를 거쳐 주행 모터, 스윙 모터, 및 액츄에이터들로 공급될 수 있다. 상기 액츄에이터는 붐, 암, 버켓 등의 작업장치를 포함할 수 있다. 상기 공급된 작동유는 다시 작동유 탱크(T)로 회수될 수 있다. 예를 들면, 운전자가 조작부(100)를 전혀 조작하지 않은 경우에는, 제1 유압 펌프(20)로부터 토출된 작동유는 제1 유로(L1)를 통해 작동유 탱크(T)로 회수될 수 있고, 제2 유압 펌프(22)로부터 토출된 작동유는 제2 유로(L2)를 통해 작동유 탱크(T)로 회수될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 유로들(L1, L2)은 센터바이패스 유로일 수 있다. 또한, 제2 유로(L2)는 제3 유로(L3)로 분기될 수 있다. 분기된 제3 유로(L3)는 제1 유로(L1) 상에 설치된 제2 유압 스풀(44)과 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)은 각각 가변 용량형 유압 펌프일 수 있다. 예를 들면, 상기 가변 용량형 유압 펌프는 사판식 액시얼 피스톤 펌프(swash plate type axial piston pump)일 수 있다. 이 때, 상기 사판은 상기 유압 펌프의 회전축에 대하여 경사지게 설치된 원판일 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량은 상기 회전축에 대한 상기 사판의 경사각에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 사판의 경사각을 제어함으로써 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 동일한 엔진 회전 속도에서 상기 사판의 경사각이 증가하면 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량은 증가할 수 있고, 상기 사판의 경사각이 감소하면 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량은 감소할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 유압 펌프(20)는 제1 사판(21)을 포함할 수 있고, 제2 유압 펌프(22)는 제2 사판(23)을 포함할 수 있다. 제1 유압 펌프(20)의 작동유 토출량은 제1 사판(21)의 경사각에 따라 가변적일 수 있고, 제2 유압 펌프(22)의 작동유 토출량은 제2 사판(23)의 경사각에 따라 가변적일 수 있다.
도 1 및 도 4에는 두 개의 유압 펌프들(20, 22)을 갖는 난기 운전 시스템이 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 난기 운전 시스템은 필요에 따라 하나의 유압 펌프만을 포함할 수도 있고, 이와는 다르게 3개 이상의 유압 펌프들을 포함할 수도 있다.
파일럿 펌프(30)는 엔진(10)의 출력축에 연결되며, 상기 출력축이 회전함에 따라 구동되어 제어유를 토출할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제어유는 작동유와 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 토출된 제어유는 파일럿 라인을 통해 감압밸브들(80, 82, 84)로 공급되며, 감압밸브들(80, 82, 84)을 거치면서 운전자의 조작에 대응하는 파일럿 압력을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 운전자가 조작부(100)를 조작하면 운전자의 조작량에 대응하는 조작 신호가 제어부(130)로 입력될 수 있다. 제어부(130)는 수신된 조작 신호의 크기에 대응하도록 감압밸브들(80, 82, 84)을 제어함으로써 사판(21, 23) 및 메인 컨트롤 밸브(40)로 제공되는 파일럿 압력을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 파일럿 라인은 제4 내지 제9 유로들(L4, L5, L6, L7, L8, L9)을 포함할 수 있다. 제4 유로(L4)는 파일럿 펌프(30)와 연결되며 제5 및 제6 유로들(L5, L6)로 분기될 수 있다. 제5 및 제6 유로들(L5, L6)은 제4 유로(L4)에서 분기되어 각각 제1 및 제2 감압밸브들(80, 82)과 연결될 수 있다. 제 7 유로(L7)는 제1 감압밸브(80)와 유압 펌프들(20, 22)을 연결할 수 있고, 제8 유로(L8)는 제2 감압밸브(82)와 릴리프 밸브(70)를 연결할 수 있고, 제9 유로(L9)는 제3 감압밸브(84)와 메인 컨트롤 밸브(40)를 연결할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 제7 유로(L7)에 설치되는 레귤레이터(60)를 더 포함할 수 있다. 레귤레이터(60)는 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출되는 작동유의 유량 및 압력이 부하와 관계없이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 제4 유로(L4)에 설치되는 어큐물레이터(32)를 더 포함할 수 있다. 어큐물레이터(32)는 파일럿 펌프(30)로부터 토출된 제어유를 저장하고, 필요 시 공급할 수 있다. 또한, 제4 유로(L4) 내의 맥동 압력을 흡수하여 진동을 방지할 수 있다.
제1 감압밸브(80)는 제5 유로(L5)와 제7 유로(L7) 사이에 설치되며, 제어부(130)로부터 제어 신호를 수신할 수 있다. 제1 감압밸브(80)는 상기 수신된 제어 신호에 대응하도록 유압 펌프들(20, 22)로 공급되는 파일럿 압력의 크기를 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 감압밸브는 전자비례 감압(Electronic Proportional Pressure Reducing, EPPR)밸브일 수 있다. 상기 전자비례 감압밸브는 수신된 제어 신호의 크기, 예를 들면, 전류의 세기에 대응하는 파일럿 압력을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 파일럿 압력의 크기는 제어부(130)로부터 수신된 제어 신호의 크기에 의해 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 감압밸브(80)는 상기 파일럿 압력의 크기가 제어부(130)로부터 입력된 제어 신호의 크기에 비례하도록 제어할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 제5 유로(L5) 내에 형성된 제어유의 압력을 제1 파일럿 압력으로 정의하고, 제7 유로(L7) 내에 형성된 제어유의 압력은 제2 파일럿 압력으로 정의하기로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 파일럿 압력은 운전자의 조작 신호에 대응하는 크기의 파일럿 압력일 수 있고, 상기 제2 파일럿 압력은 사판들(21, 23)의 경사각을 제어하기 위하여 유압 펌프들(20, 22)로 공급되는 제어유의 파일럿 압력일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 감압밸브(80)로 제1 전류(C1)의 제어 신호가 입력되면 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 제1 압력(P1)일 수 있다( 지점). 제1 감압밸브(80)로 제2 전류(C2)의 제어 신호가 입력되면 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 제2 압력(P2)일 수 있다(Ⅱ 지점). 이 때, 상기 제2 전류(C2)는 상기 제1 전류(C1)보다 크고, 상기 제2 압력(P2)은 상기 제1 압력(P1)보다 클 수 있다. 즉, 제1 감압밸브(80)로 입력되는 제어 신호의 크기가 커질수록 제5 유로(L5)을 통해 출력되는 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 커질 수 있다.
이와 다르게, 제1 감압밸브(80)는 상기 파일럿 압력의 크기가 제어부(130)로부터 입력된 제어 신호의 크기에 반비례하도록 제어할 수 있다. 이는 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 감압밸브(80)로 제3 전류(C3)의 제어 신호가 입력되면 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 제3 압력(P3)일 수 있다(Ⅲ 지점). 제1 감압밸브(80)로 제4 전류(C4)의 제어 신호가 입력되면 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 제4 압력(P4)일 수 있다(Ⅳ 지점). 이 때, 상기 제4 전류(C4)는 상기 제3 전류(C3)보다 크고, 상기 제3 압력(P3)은 상기 제4 압력(P4)보다 클 수 있다. 즉, 제1 감압밸브(80)로 입력되는 제어 신호의 크기가 커질수록 제5 유로(L5)을 통해 출력되는 상기 제2 파일럿 압력의 크기는 작아질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 릴리프 밸브(70)를 제어하기 위한 파일럿 압력을 발생시키는 제2 감압밸브(82), 및 메인 컨트롤 밸브(40) 내부의 유압 스풀들을 제어하기 위한 제3 감압밸브(84)를 더 포함할 수 있다. 제2 및 제3 감압밸브들(82, 84)은 제어부(130)로부터 제어 신호를 수신하고, 상기 수신된 제어 신호에 대응하도록 제8 유로(L8) 및 제9 유로(L9)로 공급되는 파일럿 압력의 크기를 각각 제어할 수 있다. 이 경우에 있어서, 제2 및 제3 감압밸브들(82, 84)은 제1 감압밸브(80)와 실질적으로 동일한 밸브들일 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 및 제3 감압밸브들은 전자비례 감압밸브일 수 있으며, 제어부(130)로부터 입력된 제어 신호의 크기에 비례하는 파일럿 압력을 발생시킬 수 있다.
메인 컨트롤 밸브(40)는 제1 및 제2 유로(L1, L2)에 설치되며, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 작동유를 공급받아 주행 모터, 스윙 모터, 및 작업 장치로 제공할 수 있다. 이 때, 상기 작동유의 공급 방향, 압력, 유량 등은 메인 컨트롤 밸브(40) 내부에 이동 가능하도록 설치된 복수 개의 유압 스풀들의 이동 방향에 의해 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 메인 컨트롤 밸브(40)는 제1 유로(L1)에 순차적으로 설치되는 제1 유압 스풀(42) 및 제2 유압 스풀(44), 및 제2 유로(L2)에 순차적으로 설치되는 제3 유압 스풀(46) 및 제4 유압 스풀(48)을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 도 1 및 도 4에는 메인 컨트롤 밸브(40)가 4개의 유압 스풀들(42, 44, 46, 48)만을 포함하는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 메인 컨트롤 밸브는 5개 이상의 유압 스풀들을 포함할 수도 있다.
제1 내지 제4 유압 스풀들(42, 44, 46, 48)의 이동은 파일럿 압력에 의해 제어될 수 있다. 즉, 파일럿 압력의 공급 방향 및 세기에 따라 제1 내지 제4 유압 스풀들(42, 44, 46, 48)의 이동 방향 및 이동 량이 각각 결정될 수 있다. 예를 들어, 파일럿 압력이 제9 유로(L9)를 통해 제4 유압 스풀(48)로 공급되면 제4 유압 스풀(48)은 우측으로 이동할 수 있다.
제1 내지 제4 유압 스풀들(42, 44, 46, 48)은 주행 모터, 스윙 모터, 및 작업 장치들과 각각 연결될 수 있다. 상기 작업 장치는 붐, 암, 및 버켓 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제4 유압 스풀(48)은 암 실린더(50)와 연결될 수 있다.
암 실린더(50)는 건설기계의 암과 연결되어 상기 암의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들어, 암 실린더(50)의 실린더 헤드측으로 작동유가 공급되면 피스톤이 전진하여 상기 암은 덤프 동작을 수행할 수 있고, 암 실린더(50)의 로드측으로 작동유가 공급되면 상기 피스톤이 후진하여 상기 암은 크라우드 동작을 수행할 수 있다.
제1 온도 센서(110)는 작동유 탱크(T)에 설치되며, 작동유의 온도를 측정할 수 있다. 제2 온도 센서(112)는 엔진 오일 팬에 설치되며, 엔진 오일의 온도를 측정할 수 있다. 상기 측정된 온도 정보들은 무선 통신, 예를 들면, CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay 등을 통해 제어부(130)로 송신될 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 온도 센서들(110, 112)이 유선을 통해 직접 제어부(130)와 연결될 수도 있다.
선택부(120)는 운전자의 조작에 따라 난기 운전 모드 수행 여부에 대한 선택 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 운전자가 선택부(120)를 조작하여 난기 운전 모드를 선택하면, 이에 대한 선택 신호가 발생하여 제어부(130)로 입력될 수 있다. 제어부(130)는 난기 운전 모드가 선택된 경우에만 난기 운전을 수행할 수 있다.
제어부(130)는 제1 및 제2 온도 센서들(110, 112)로부터 온도 정보들을 수신하고, 선택부(120)로부터 선택 신호를 수신하고, 조작부(100)로부터 상기 건설기계에 대한 조작 신호를 수신할 수 있다. 제어부(130)는 상기 수신된 정보들을 이용하여 제1 및 제2 사판들(21, 23), 릴리프 밸브(70), 및 메인 컨트롤 밸브(40)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit, ECU)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 난기 운전 모드가 선택되고, 작동유의 온도는 기 설정된 제1 설정 온도 이하이고 엔진 오일의 온도는 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우에, 제어부(130)는 작동유를 가열하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제어 신호는 제1 내지 제3 감압 밸브들(80, 82, 84), 엔진(10), 작동유 냉각 팬(140), 및 가열부(150)로 제공될 수 있다. 이 경우에 있어서, 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도보다 낮다는 것은 작동유를 가열하기 위한 난기 운전이 필요하다는 것을 의미하고, 엔진 오일의 온도가 상기 제2 설정 온도보다 높다는 것은 난기 운전을 수행하더라도 엔진에 무리를 주지 않는 상태임을 의미할 수 있다. 즉, 난기 운전은 엔진 오일에 대한 예열이 완료된 이후에 수행될 수 있다. 이에 따라, 난기 운전시 엔진 계통의 부품들이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(130)는 제1 및 제2 사판들(21, 23)의 경사각을 제어함으로써 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출되는 작동유의 유량을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 제1 감압 밸브(80)로 제어 신호를 출력하여 제1 및 제2 사판들(21, 23)로 공급되는 파일럿 압력의 세기를 증가시킬 수 있다. 파일럿 압력의 세기가 증가함에 따라 제1 및 제2 사판들(21, 23)의 경사각은 커질 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터의 작동유 토출량이 증가될 수 있다. 토출된 작동유는 제1 및 제2 유로들(L1, L2) 내부를 흐르면서 마찰열에 의해 가열될 수 있다.
이후, 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도에 도달하면, 제어부(130)는 제1 및 제2 사판들(21, 23)의 경사각을 원상으로 회복시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출되는 작동유의 유량도 난기 운전 모드 수행 전으로 복귀할 수 있다.
제어부(130)는 엔진(10)의 회전 속도를 증가시킴으로써 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출되는 작동유의 유량을 증가시킬 수도 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 엔진(10)의 회전 속도를 증가시킴으로써 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)의 회전 속도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터의 작동유 토출량이 증가될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(130)는 릴리프 밸브(70)를 제어함으로써 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출된 작동유의 압력을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 제2 감압 밸브(82)로 제어 신호를 출력하여 릴리프 밸브(70)로 공급되는 파일럿 압력의 세기를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 작동유의 릴리프 압력이 증가할 수 있다. 릴리프 밸브(70)는 제2 유로(L2)에 설치되며, 유압 펌프(22)로부터 토출된 작동유의 최대 압력을 릴리프 압력 미만으로 제한할 수 있다. 이 경우에 있어서, 작동유의 압력 증가는 작동유의 점도(viscosity) 증가를 수반하며, 작동유의 점도 증가는 마찰 저항의 증가를 수반할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출된 작동유는 더 빨리 가열될 수 있다.
이후, 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도에 도달하면, 제어부(130)는 상기 릴리프 압력을 원상으로 회복시킬 수 있다.
제어부(130)는 메인 컨트롤 밸브(40)의 유압 스풀들을 제어함으로써 작동유의 압력을 증가시킬 수도 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부는 제3 감압 밸브(84)로 제어 신호를 출력하여 제4 유압 스풀(48)을 우측으로 이동시킴으로써 제2 유압 펌프(22)의 센터바이패스 유로(L2)를 차단시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 유압 펌프(22)로부터 토출된 작동유는 제2 유로(L2) 및 제3 유로(L3) 내에서 가압될 수 있다. 이 경우에 있어서, 도 4에 도시된 유압 회로는 예시적인 것이며, 유압 스풀들의 움직임에 따라 센터바이패스 유로를 차단할 수 있도록 다양한 형태로 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(130)는 가열부(150)를 제어함으로써 작동유를 직접 가열할 수 있다. 가열부(150)는 작동유 탱크(T)에 설치되며, 예를 들면, 열선 등을 포함할 수 있다. 제어부(130)는 가열부(150)를 작동시킴으로써 작동유 탱크(T) 내부의 작동유를 가열할 수 있다.
제어부(130)는 작동유 냉각 팬(140)을 제어함으로써 작동유를 가열할 수도 있다. 작동유 냉각 팬(140)은 작동유를 냉각시키기 위한 라디에이터(도시되지 않음)에 설치되며, 작동유의 온도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 난기 운전 모드가 선택된 경우에는, 작동유 냉각 팬(140)의 회전 속도를 감소시킴으로써 작동유가 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 작동유의 온도는 증가할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 난기 운전 시스템은 난기 운전 모드가 진행 중임을 운전자에게 알리기 위한 출력부(160)를 더 포함할 수 있다. 출력부(160)는 제어부(130)로부터 경고 신호를 수신하여 이를 운전자에게 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 출력부는 부저, 스피커, 램프, 디스플레이 장치 등일 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 난기 운전 시스템은 작동유의 온도를 빠르게 증가시켜 작업 준비 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 난기를 위하여 운전자가 작업 장치 등을 별도로 구동시킬 필요가 없기 때문에, 작업 편의성도 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 난기 운전 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 6은 도 5의 난기 운전을 수행하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 난기 운전 모드 수행 여부에 대한 운전자의 선택 신호를 수신한다(S100).
예를 들면, 선택부(120)는 운전자의 선택에 따른 선택 신호를 발생시킬 수 있고, 제어부(130)는 선택부(120)로부터 상기 선택 신호를 수신할 수 있다.
운전자가 난기 운전 모드를 선택한 경우, 난기 운전의 필요성 및 가능성을 판단한다.
예를 들면, 제어부(130)는 작동유 탱크(T)에 설치된 제1 온도 센서(110)로부터 작동유에 대한 온도 정보를 수신할 수 있다(S110). 제어부(130)는 상기 수신된 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우 난기 운전이 필요한 것으로 판단할 수 있다(S130). 이 경우에 있어서, 상기 제1 설정 온도는 작동유가 작업 수행을 위한 점성(viscosity)을 확보할 수 있는 최소 온도일 수 있다.
또한, 제어부(130)는 엔진 오일 팬에 설치된 제2 온도 센서(112)로부터 엔진 오일의 온도에 대한 정보를 수신할 수 있다(S110). 제어부(130)는 상기 수신된 엔진 오일의 온도가 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우 난기 운전이 가능한 것으로 판단할 수 있다(S120). 이 경우에 있어서, 엔진 오일의 온도가 상기 제2 설정 온도보다 높다는 것은, 엔진 오일에 대한 예열이 이미 완료되어 난기 운전을 수행하더라도 엔진(10) 등에 무리를 주지 않는 상태임을 의미할 수 있다. 즉, 난기 운전은 엔진 오일에 대한 예열이 완료된 이후에 수행될 수 있다. 이에 따라, 난기 운전시 엔진 계통의 부품들이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
난기 운전의 가능성 및 필요성이 인정되는 경우, 난기 운전을 실시하여 작동유의 온도를 증가시킨다(S140).
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난기 운전을 실시하는 단계는 유압 펌프에서의 작동유 토출량을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다(S142).
예를 들면, 제어부(130)는 제1 감압밸브(80)를 제어하여 제1 및 제2 사판들(21, 23)의 각도를 증가시키거나, 또는 엔진(10)의 속도를 증가시켜 제1 및 제2 유압 펌프들(20, 22)로부터 토출되는 작동유의 유량을 증가시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 작동유의 유량 증가는 제1 및 제2 유로들(L1, L2) 내부에서의 마찰열 증가를 가져오고, 이에 따라 유량 증가 전보다 작동유의 온도가 더 빨리 상승할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난기 운전을 실시하는 단계는 작동유를 직접 가열하는 단계를 포함할 수 있다(S144).
예를 들면, 제어부(130)는 작동유 탱크(T)에 설치된 가열부(150)를 동작시켜 작동유를 직접 가열할 수 있다. 가열부(150)는 열 발생이 가능한 열선 등을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 제어부(130)는 작동유 냉각 팬(140)의 회전 속도를 감소시킴으로써 작동유가 다시 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난기 운전을 실시하는 단계는 작동유의 압력을 상승시키는 단계를 포함할 수 있다(S146).
예를 들면, 제어부(130)는 릴리프 밸브(70)를 제어하여 제2 유압 펌프들(22)로부터 토출되는 작동유의 릴리프 압력을 증가시키거나, 또는 메인 컨트롤 밸브(40) 내부의 제4 유압 스풀(48)을 제어하여 제2 유로(L2)를 차단시킴으로써 작동유의 압력을 증가시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 작동유의 압력 증가는 작동유의 점도 증가를 수반하며, 작동유의 점도 증가는 마찰 저항의 증가를 수반할 수 있다. 이에 따라, 제2 유압 펌프들(22)로부터 토출된 작동유가 더 빨리 가열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난기 운전을 실시하는 단계는 난기 운전 중임을 운전자에게 알리는 단계를 포함할 수 있다(S148).
예를 들면, 제어부(130)는 출력부(160)로 경고 신호를 출력하여 난기 운전 중임을 운전자에게 알릴 수 있다. 예를 들면, 상기 출력부는 부저, 스피커, 램프, 디스플레이 장치 등일 수 있다.
난기 운전 중에는 작동유의 토출량 및 압력이 상승하기 때문에, 작업 장치의 이동량 및 속도가 운전자의 의도보다 더 커질 수 있다. 이로 인하여 안전사고가 발생할 우려가 있다. 상기 건설기계의 제어 방법은 출력부(160)를 통해 운전자에게 경고 신호를 출력함으로써 안전사고의 위험을 방지할 수 있다.
이후, 작동유의 온도가 상기 제2 설정 온도에 도달하면 난기 운전을 종료한다.
상술한 바와 같이, 건설기계의 제어 방법은, 작동유의 온도를 빠르게 증가시킴으로써 작업 준비에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 작동유 난기를 위하여 운전자가 작업 장치 등을 별도로 구동시킬 필요가 없기 때문에 작업 편의성도 향상시킬 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: 엔진 20, 22: 제1 및 제2 유압 펌프
21, 23: 제1 및 제2 사판 30: 파일럿 펌프
32: 어큐물레이터 40: 메인 컨트롤 밸브
42, 44, 46, 48: 제1, 제2, 제3, 제4 유압 스풀
50: 암 실린더 60: 레귤레이터
70: 릴리프 밸브
80, 82, 84: 제1, 제2, 제3 감압밸브
100: 조작부 110: 제1 온도 센서
112: 제2 온도 센서 120: 선택부
130: 제어부 140: 엔진 오일 팬
150: 가열부 160: 출력부
T: 작동유 탱크

Claims (20)

  1. 사판 각도에 따라 작동유 토출량이 가변적으로 제어되는 유압 펌프;
    작동유의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서; 및
    상기 제1 온도 센서로부터 작동유의 온도 정보를 수신하고, 상기 수신된 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 사판 각도를 제어하여 상기 유압 펌프의 작동유 토출량을 증가시킴으로써 작동유의 온도를 증가시키기 위한 제어부를 포함하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 파일럿 펌프와 상기 유압 펌프를 연결하는 파일럿 라인에 설치되며, 상기 제어부로부터 제어 신호를 수신하여 상기 사판으로 공급되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 사판의 각도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도에 도달하면 상기 사판의 각도를 원상으로 회복시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 엔진의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 엔진 오일의 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 온도 센서로부터 엔진 오일의 온도 정보를 수신하고, 상기 수신된 엔진 오일의 온도가 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우 상기 엔진의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 작동유 냉각 팬(fan)의 회전 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 릴리프 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 유압 펌프의 센터바이패스 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 작동유 탱크에 설치되어 작동유를 가열하기 위한 가열부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 작동유의 온도가 상기 제1 설정 온도 이하인 경우 상기 가열부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 작동유의 온도를 증가시키는 난기 운전의 수행 여부를 선택하기 위한 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 난기 운전이 진행 중임을 운전자에게 알리기 위한 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 펌프는 가변 용량형 유압 펌프인 것을 특징으로 하는 건설기계의 난기 운전 시스템.
  14. 건설기계의 난기 운전 모드 수행 여부에 대한 운전자의 선택 신호를 수신하는 단계;
    운전자의 조작 신호에 따라 유압 펌프로부터 토출되는 토출량이 제어되는 작동유의 온도 정보를 수신하는 단계; 및
    난기 운전 모드가 선택되고 작동유의 온도가 기 설정된 제1 설정 온도 이하인 경우, 상기 유압 펌프의 작동유 토출량을 증가시켜 작동유의 온도를 상기 제1 설정 온도까지 상승시키는 난기 운전을 수행하는 단계를 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 난기 운전을 수행하는 단계는 작동유의 압력을 증가시키는 단계, 작동유 팬의 회전 속도를 감소시키는 단계, 및 작동유를 직접 가열하는 단계 중에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 작동유 토출량을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프의 사판 각도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 작동유 토출량을 증가시키는 단계는 엔진의 속도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 작동유의 압력을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유의 릴리프 압력을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 작동유의 압력을 증가시키는 단계는 상기 유압 펌프의 센터바이패스 유로를 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 엔진 오일의 온도 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수신된 엔진 오일의 온도가 기 설정된 제2 설정 온도 이상인 경우 상기 난기 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
KR1020160004111A 2016-01-13 2016-01-13 건설기계의 난기 운전 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 KR20170084813A (ko)

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