KR20180082200A - 건설 기계의 유압 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주행 모드와 작업 모드로 구분 동작하는 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템은 작동유를 토출하는 제1 메인 유압 펌프와 제2 메인 유압 펌프, 주행 장치 및 복수의 작업 장치로 상기 작동유를 선택적으로 공급하는 메인 컨트롤 밸브, 상기 메인 컨트롤 밸브를 그대로 통과하거나 바이패스된 상기 작동유의 유량 변화에 따라 생성된 네가콘 압력을 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프에 전달하여 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프의 토출 유량을 각각 제어하는 제1 네가콘 신호 라인과 제2 네가콘 신호 라인, 상기 제1 네가콘 신호 라인을 상기 제2 네가콘 신호 라인과 연결시키는 네가콘 신호 연결 라인, 및 상기 주행 모드에서 상기 네가콘 신호 연결 라인을 개방하여 상기 제1 네가콘 신호 라인이 상기 제1 메인 유압 펌프에 전달하는 네가콘 압력을 상기 제2 메인 유압 펌프에도 공급시키는 주행 네가콘 밸브를 포함한다.

Description

건설 기계의 유압 시스템{HYDRAULIC SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 모드와 작업 모드로 구분 동작하는 건설 기계의 유압 시스템에 관한 것이다.
건설 기계는 크게 토목 공사나 건축 공사에 사용되는 모든 기계를 말한다. 일반적으로 건설 기계는 엔진과 엔진의 동력으로 동작하는 유압 펌프를 가지며, 엔진과 유압 펌프를 통해 발생한 동력으로 주행을 하거나 작업 장치를 구동한다.
예를 들어, 건설 기계의 한 종류인 굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭 작업, 토사를 운반하는 적재 작업, 건물을 해체하는 파쇄 작업, 지면을 정리하는 정지 작업 등의 작업을 행하는 건설 기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체와, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 그리고 작업 장치로 구성되어 있다.
또한, 굴삭기는 주행에 이용되는 주행 모터와, 상부 선회체 스윙(swing)에 사용되는 스윙 모터, 그리고 작업 장치에 이용되는 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 및 옵션 실린더 등의 구동 장치들을 포함한다. 그리고 이러한 구동 장치들은 엔진 또는 전기모터에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.
건설 기계에서, 가변 용량형 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량은 작업 부하에 따라 제어됨으로써, 동력 손실을 줄이고 있다. 이와 같은 유압 펌프의 유량을 제어하는 유압 시스템을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 건설 기계의 유압 시스템(100)은 복수의 액츄에이터에 작동유를 공급하기 위한 가변 용량형 메인 유압 펌프(30, 40)와, 복수의 제어 스풀(51)을 통해 복수의 액츄에이터를 제어하는 메인 컨트롤 밸브(50), 그리고 메인 컨트롤 밸브(50)의 제어 스풀(51)에 공급하기 위한 파일럿 압력을 생성하는 보조 펌프(80)를 포함한다. 여기서, 메인 유압 펌프는 제1 메인 유압 펌프(30)와 제2 메인 유압 펌프(40)를 포함한다.
그리고 메인 컨트롤 밸브(50)를 그대로 통과하거나 우회하는 바이패스 라인(63, 64)을 따라 이동하는 메인 유압 펌프(30, 40)의 바이패스 유량에 따라 생성된 신호 압력이 신호 라인(66, 67)을 통해 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(34, 45)에 전달된다. 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(34, 45)는 신호 라인(66, 67)의 신호 압력 변화에 따라 메인 유압 펌프(30, 40)의 사판(35, 45)의 각도를 증감시켜 메인 유압 펌프(30, 40)의 토출 유량을 가변 제어하게 된다.
예를 들어, 조작부의 조작에 의해 메인 컨트롤 밸브(50)의 복수의 제어 스풀(51) 중 하나 이상이 절환되면, 바이패스 라인(63, 64)을 따라 이동하는 작동유의 유량과 압력은 감소하게 되고, 이에 신호 라인(66, 67)의 신호 압력도 감소되면서 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(35, 45)는 메인 유압 펌프(30, 40)의 토출 유량을 증가시키게 된다. 반대로, 조작부의 조작이 중단되어 바이패스 라인(63, 64)을 따라 이동하는 작동유의 유량과 압력이 증가되면, 신호 라인(66, 67)의 신호 압력도 증가되면서 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(35, 45)는 메인 유압 펌프(30, 40)의 토출 유량을 감소시키게 된다.
또한, 신호 라인(66, 67)을 통해 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(35, 45)에 전달되는 신호 압력은 각각의 유량 제어 밸브(71, 72)에 의해 조절된다. 즉, 유량 제어 밸브(71, 72)는 메인 유압 펌프(30, 40)의 토출 유량을 최종적으로 제어하게 된다.
한편, 주행 중에는 작업 장치를 동작시키지 않는 것이 일반적이므로, 주행 장치(15)를 가동시킬 때에는 에너지의 이용 효율을 증대시키기 위하여 복수의 메인 유압 펌프(30, 40)에서 각각 토출된 작동유를 합류시켜 주행 장치(15)로 공급하고 있다.
이를 위하여 유압 시스템(100)은 주행 합류 라인(65)과 이를 개폐하는 주행 합류 밸브(76)를 구비할 수 있다.
그런데 복수의 메인 유압 펌프(30, 40)가 함께 주행 장치(15)에 작동유를 공급하지만, 복수의 메인 유압 펌프(30, 40)의 레귤레이터(35, 45)는 각각 서로 다른 신호 라인(66, 67)을 통해 신호 압력을 전달 받을 뿐만 아니라 서로 다른 유량 제어 밸브(71, 72)를 통해 상이하게 제어를 받는다.
즉, 종래에는 어느 하나의 메인 유압 펌프(30)의 유량이 줄어 들면서 다른 메인 유압 펌프(40)의 유량이 이를 보충하는 방식으로 제어되었다.
하지만, 전술한 바와 같이 복수의 메인 유량 펌프(30, 40)를 제어하게 되면, 외부의 압력이 영향을 미치거나 유량 제어에 편차가 발생되기 쉽다. 따라서 건설 기계(101)의 각종 장비에 공급되는 작동유가 불필요하게 급변하여 장비에 부담을 주게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 주행시 복수의 메인 유압 펌프를 동일하게 제어하여 작동유의 유량이 급변하는 것을 방지하고 안정적으로 유량을 공급할 수 있는 건설 기계의 유압 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계의 유압 시스템은 주행 모드와 작업 모드로 구분 동작한다. 그리고 건설 기계의 유압 시스템은 작동유를 토출하는 제1 메인 유압 펌프와 제2 메인 유압 펌프, 주행 장치 및 복수의 작업 장치로 상기 작동유를 선택적으로 공급하는 메인 컨트롤 밸브, 상기 메인 컨트롤 밸브를 그대로 통과하거나 바이패스된 상기 작동유의 유량 변화에 따라 생성된 네가콘 압력을 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프에 전달하여 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프의 토출 유량을 각각 제어하는 제1 네가콘 신호 라인과 제2 네가콘 신호 라인, 상기 제1 네가콘 신호 라인을 상기 제2 네가콘 신호 라인과 연결시키는 네가콘 신호 연결 라인, 및 상기 주행 모드에서 상기 네가콘 신호 연결 라인을 개방하여 상기 제1 네가콘 신호 라인이 상기 제1 메인 유압 펌프에 전달하는 네가콘 압력을 상기 제2 메인 유압 펌프에도 공급시키는 주행 네가콘 밸브를 포함한다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 파일럿 압력을 생성하는 파일럿 펌프와, 상기 파일럿 압력을 상기 제1 네가콘 신호 라인에 공급하는 파일럿 신호 라인, 그리고 상기 파일럿 신호 라인을 개폐하여 상기 제1 메인 유압 펌프의 토출 유량을 최종적으로 제어하는 유량 제어 밸브를 더 포함한다.
또한, 상기 주행 모드에서, 하나의 상기 유량 제어 밸브가 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프를 동일하게 제어할 수 있다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 상기 제1 메인 유압 펌프가 토출한 작동유가 이동하며 상기 주행 장치에 상기 작동유를 공급하는 제1 유압 라인과, 상기 제2 메인 유압 펌프가 토출한 작동유가 이동하는 제2 유압 라인과, 상기 제2 유압 라인을 상기 제1 유압 라인과 연결시키는 주행 합류 라인과, 상기 주행 합류 라인을 개폐하는 주행 합류 밸브, 그리고 상기 주행 장치가 동작할 때, 상기 파일럿 펌프가 생성한 파일럿 압력을 상기 주행 합류 밸브에 공급하여 상기 주행 합류 밸브를 개방시키는 주행 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 작업 모드에서, 상기 주행 네가콘 밸브는 상기 네가콘 신호 연결 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 메인 유압 펌프는 상기 제1 네가콘 신호 라인이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변되며, 상기 제2 메인 유압 펌프는 상기 제2 네가콘 신호 라인이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변될 수 있다.
상기한 건설 기계의 유압 시스템은 상기 제1 네가콘 신호 라인과 상기 파일럿 신호 라인의 합류 지점에 설치되어 상기 제1 네가콘 신호 라인을 통해 입력된 네가콘 압력과 상기 파일럿 신호 라인을 통해 입력된 파일럿 압력 중 높은 압력을 상기 제1 메인 유압 펌프에 전달하는 제1 셔틀 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 건설 기계의 유압 시스템은 상기 제2 네가콘 신호 라인과 상기 네가콘 신호 연결 라인의 합류 지점에 설치되어 상기 네가콘 신호 연결 라인을 통해 입력된 신호 압력과 상기 제2 네가콘 신호 라인을 통해 입력된 네가콘 압력 중 높은 압력을 상기 제2 메인 유압 펌프에 전달하는 제2 셔틀 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계의 유압 시스템은 주행시 복수의 메인 유압 펌프를 동일하게 제어하여 작동유의 유량이 급변하는 것을 방지하고 안정적으로 유량을 공급할 수 있다.
도 1은 종래의 건설 기계의 유압 시스템의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설 기계의 유압 시스템에서, 건설 기계가 주행 모드로 동작할 때 복수의 메인 유압 펌프가 토출하는 유량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템의 유압 회로도이다.
도 4는 도 3의 건설 기계의 유압 시스템의 동작 상태를 나타낸 유압 회로도이다.
도 5는 도 3의 건설 기계의 유압 시스템에서, 건설 기계가 주행 모드로 동작할 때 복수의 메인 유압 펌프가 토출하는 유량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예에 따른 주행 속도, 메인 유압 펌프의 압력, 및 네가콘 압력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예에 따른 주행 속도, 메인 유압 펌프의 압력, 및 네가콘 압력의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)를 설명한다.
또한, 본 명세서에서는, 건설 기계로 굴삭기를 예로 들어 설명한다. 구체적으로, 건설 기계는 주행 장치(150)와 작업 장치를 포함할 수 있다. 주행 장치(150)는 주행에 이용되는 주행 모터를 포함한다. 작업 장치는 상부 선회체 스윙(swing)에 사용되는 스윙 모터, 그리고 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 및 옵션 실린더 등의 각종 구동 장치들을 포함한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 건설 기계는 작업 장치의 동작을 중단시키고 주행 장치(150)를 가동하여 도로 주행 등의 이동을 수행하는 주행 모드와, 작업 장치를 동작시켜 각 종 작업을 수행하는 작업 모드로 구분 동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 작업 장치를 동작시키면서 동시에 주행 장치(150)를 동작시켜 짧은 거리를 이동하는 경우는 작업 모드에 해당할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 건설 기계가 굴삭기에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 주행 모드와 작업 모드로 구분 동작하면서 복수의 메인 유압 펌프를 사용하는 유압 시스템을 사용하는 모든 건설 기계가 해당될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 메인 컨트롤 밸브(500), 제1 네가콘 신호 라인(660), 제2 네가콘 신호 라인(670), 네가콘 신호 연결 라인(680), 및 주행 네가콘 밸브(780)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 파일럿 펌프(800), 파일럿 신호 라인(690), 유량 제어 밸브(710), 제1 유압 라인(610), 제2 유압 라인(620), 주행 합류 라인(650), 주행 합류 밸브(760), 및 주행 제어 밸브(770)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 엔진(200), 제1 바이패스 라인(630), 제2 바이패스 라인(640), 제1 오리피스(811), 제2 오리피스(812), 제1 릴리프 밸브(821), 제2 릴리프 밸브(822), 제1 셔틀 밸브(791), 제2 셔틀 밸브(792), 드레인 탱크(900), 및 제어 장치(700)도 더 포함할 수 있다.
엔진(200)은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 즉, 엔진(200)은 후술할 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 및 파일럿 펌프(800)에 회전 동력을 공급한다. 예를 들어, 엔진(200)은 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 및 파일럿 펌프(800)와 직결되어 이들을 구동시킬 수 있다.
제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프는(400)는 엔진(200)이 발생시킨 동력으로 동작하며 작동유를 토출한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프는(400)는 사판(370, 470)의 각도에 따라 토출되는 유량이 가변하는 가변 용량형 펌프이다.
또한, 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)는 각각 사판(370, 470)의 각도를 조절하기 위한 레귤레이터(Regulator)(350, 450)를 구비한다. 즉, 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)는 레귤레이터(350, 450)에 의해 사판(370, 470)의 각도가 조절되어 토출 유량이 조절된다.
구체적으로, 레귤레이터(350, 450)에 입력되는 신호 압력에 의해 레귤레이터(350, 450)의 사판 제어 밸브가 변환되고 이에 의해 서보 피스톤이 신축 구동된다. 그러면, 서보 피스톤의 구동에 연동하여 사판(370, 470)이 경사 운동을 하고, 이에 의해 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량이 조절된다.
제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)에 각각 인가되는 신호 압력 중 하나는 후술할 메인 컨트롤 밸브(500)를 그대로 통과하거나 우회하는 제1 바이패스 라인(630)과 제2 바이패스 라인(640)의 압력으로부터 각각 도출된다.
메인 컨트롤 밸브(main control valve, MCV)(500)는 복수의 작업 장치 또는 주행 장치(150) 중 하나 이상으로 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)에서 토출된 작동유의 공급을 선택적으로 제어한다. 즉, 메인 컨트롤 밸브(500)를 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)에서 토출된 작동유를 필요한 곳으로 분배한다.
구체적으로, 메인 컨트롤 밸브(500)는 복수의 제어 스풀들(510)을 포함한다. 그리고 복수의 제어 스풀(510)은 각각 주행 모터를 포함하는 주행 장치(150)와 스윙 모터, 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 및 옵션 실린더 등의 각종 구동 장치들(170)에 대한 작동유의 공급을 제어한다.
또한, 메인 컨트롤 밸브(500)는 제어 스풀(510)의 양 단에 각각 연결되어 조작부의 신호에 따라 파일럿 압력을 공급받아 제어 스풀(510)을 스트로크(stroke)시키는 스풀 캡(515)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 스풀 캡(515)에는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)가 설치될 수 있으며, 전자 비례 감압 밸브의 개폐 정도에 따라 파일럿 압력이 제어 스풀(510)에 가하는 압력이 달라지고, 제어 스풀(510)은 파일럿 압력에 의해 양 방향으로 움직이게 된다. 이때, 파일럿 압력은 후술할 파일럿 펌프(800)가 생성할 수 있다.
제1 바이패스 라인(630)은 제1 메인 유압 펌프(300)가 토출한 작동유를 메인 컨트롤 밸브(500)를 그대로 통과시키거나 우회시키고, 제2 바이패스 라인(640)은 제2 메인 유압 펌프(400)가 토출한 작동유를 메인 컨트롤 밸브(500)를 그대로 통과시키거나 우회시킨다. 그리고 제1 바이패스 라인(630)과 제2 바이패스 라인(640)은 각각 드레인 탱크(900)와 연결된다.
제1 오리피스(811) 및 제1 릴리프 밸브(821)가 제1 바이패스 라인(630)에 병렬로 연결되며, 제2 오리피스(821) 및 제2 릴리프 밸브(822)가 제2 바이패스 라인(640)에 병렬로 연결된다.
제1 네가콘 신호 라인(660)은 제1 바이패스 라인(630)에서 인출되고, 제2 네가콘 신호 라인(670)은 상기 제2 바이패스 라인(640)에서 인출된다. 그리고 제1 네가콘 신호 라인(660)과 제2 네가콘 신호 라인(670)은 각각 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)에 연결된다.
전술한 바와 같은 구성에서, 엔진(200)의 시동이 켜지면 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 및 보조 펌프(800)가 구동되어 각 펌프(200, 300, 800)로부터 작동유가 토출된다. 이때, 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)에 가해지는 압력이 없기 때문에 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량은 최대가 된다.
이러한 상태에서, 조이스틱과 같은 조작부가 조작되지 않으면, 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)로부터 토출되는 작동유는 각각 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)을 통해 드레인 탱크(900)로 드레인된다. 이때, 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)을 통해 유동하는 작동유는 제1 오리피스(811) 및 제2 오리피스(812)에 의해 드레인 탱크(900)로 드레인되는 작동유의 유량이 제한되어 제1 릴리프 밸브(821) 및 제2 릴리프 밸브(822)의 허용 압력까지 그 압력이 상승하게 된다. 그러면, 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)으로부터 각각 분기된 제1 네가콘 신호 라인(660) 및 제2 네가콘 신호 라인(670)의 압력이 상승하게 되고, 상승된 압력은 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)의 사판 제어 밸브를 변환시키게 된다. 이에 의해 서보 피스톤의 대경실에 작동유가 공급되어 사판(370, 470)은 그 경사각이 감소하는 방향으로 운동하고, 이에 의해 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량은 감소하게 된다.
즉, 작업 장치 및 주행 장치(150)가 구동되지 않는 경우, 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)의 유량 증가에 의해 작동유 압력이 상승하고, 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)는 토출 유량이 감소되는 방향으로 제어되며, 이러한 제어를 수행하는 시스템을 네가콘 시스템이라 한다.
이하, 본 명세서에서, 제1 네가콘 신호 라인(660)과 제2 네가콘 신호 라인(670)을 통해 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)에 전달되는 신호 압력을 네가콘 압력이라 한다.
이와 같이, 제1 네가콘 신호 라인(660)과 제2 네가콘 신호 라인(670)은 메인 컨트롤 밸브(500)를 그대로 통과하거나 바이패스된 작동유의 유량 변화에 따라 생성된 네가콘 압력을 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)에 각각 전달하게 되고, 레귤레이터(350, 450)는 전달받은 네가콘 압력에 따라 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량을 가변적으로 제어하게 된다.
한편, 조작부의 조작에 의해 메인 컨트롤 밸브(500)에 구비된 복수의 제어 스풀(510) 중 하나 이상이 절환되면, 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)을 통해 이동하는 작동유의 유량이 감소하게 되고, 이에 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)의 작동유 압력도 감소하게 된다.
이와 같이 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)의 작동유 압력이 감소하면 제1 네가콘 신호 라인(660)과 제2 네가콘 신호 라인(670)을 통해 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 유압 메인 펌프(400)로 전달되는 네가콘 압력도 감소되면서, 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(350, 450)는 사판 제어 밸브를 전술한 방향과 반대방향으로 변환시킨다. 이에, 서보 피스톤의 대경실의 작동유는 드레인되면서, 사판(370, 470)의 경사 각도가 커져서 제1 메인 유압 펌프(300) 및 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량이 증가하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)에서는, 작업 장치나 주행 장치(150)가 구동되지 않은 경우에도 제1 바이패스 라인(630) 및 제2 바이패스 라인(640)이 각각 제1 릴리프 밸브(821)와 제2 릴리프 밸브(822)의 허용 압력에 도달될 수 있도록 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)가 일정한 유량을 토출하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 네가콘 신호 연결 라인(680)은 제1 네가콘 신호 라인(660)과 제2 네가콘 신호 라인(670)과 연결한다. 구체적으로는, 네가콘 신호 연결 라인(680)이 제1 네가콘 신호 라인(660)을 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)에 연결시킨다. 이때, 네가콘 신호 연결 라인(680)이 제2 네가콘 신호 라인(670)을 거쳐 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)와 연결되는 것이다.
그리고 주행 네가콘 밸브(780)는 네가콘 신호 연결 라인(680)에 설치되어 네가콘 신호 연결 라인(680)을 개폐한다.
구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 주행 네가콘 밸브(780)는 주행 모드에서 주행 장치(150)를 동작시킬 때, 네가콘 신호 연결 라인(680)을 개방하고, 앞서 도 3에 도시한 바와 같이, 작업 모드에서 복수의 작업 장치 중 하나 이상이 동작할 때 네가콘 신호 연결 라인(680)을 폐쇄한다.
이와 같이, 주행 네가콘 밸브(780)는 주행 장치(150)가 동작할 때 네가콘 신호 연결 라인(680)을 개방하므로, 주행 모드에서 제1 네가콘 신호 라인(660)이 제1 메인 유압 펌프(300)의 레귤레이터(350)에 전달하는 네가콘 압력을 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)에도 동일하게 공급할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시한 바와 같이, 주행 모드에서, 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)는 동일하게 제어될 수 있다.
따라서 주행 모드로 동작하여 후술할 주행 합류 라인(650)을 통해 제2 메인 유압 펌프(400)에서 토출된 작동유를 제1 메인 유압 펌프(300)에서 토출된 작동유에 합류시키더라도 장비에 공급되는 작동유의 유량과 압력의 급격한 변화를 방지할 수 있다.
반면, 복수의 작업 장치가 동작할 때, 주행 네가콘 밸브(780)는 네가콘 신호 연결 라인(680)을 폐쇄하고, 제1 메인 유압 펌프(300)는 제1 네가콘 신호 라인(660)이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변되며, 제2 메인 유압 펌프(400)는 제2 네가콘 신호 라인(670)이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변된다.
파일럿 펌프(800)는 파일럿 압력을 생성한다. 파일럿 압력은, 전술한 바와 같이, 메인 컨트롤 밸브(500)의 복수의 제어 스풀(510)을 동작시키는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 파일럿 펌프(800)가 생성한 파일럿 압력은 파일럿 신호 라인(690)을 통해 제1 네가콘 신호 라인(660)에 공급될 수도 있다. 즉, 파일럿 신호 라인(690)은 파일럿 펌프(800)와 제1 네가콘 신호 라인(660)을 연결할 수 있다.
유량 제어 밸브(710)는 제1 네가콘 신호 라인(660)과 연결되는 파일럿 신호 라인(690) 상에 설치되어 파일럿 신호 라인(690)을 개폐한다. 즉, 유량 제어 밸브(710)가 열리면 파일럿 신호 라인(690)을 통해 파일럿 압력이 제1 네가콘 신호 라인(660)의 네가콘 압력에 더해진다. 반대로, 유량 제어 밸브(710)가 닫히면 파일럿 압력이 제1 네가콘 신호 라인(660)에 공급되지 못한다.
이와 같이, 유량 제어 밸브(710)는 제1 네가콘 신호 라인(660)의 네가콘 압력을 조절하여, 네가콘 압력에 의해 가변되는 제1 메인 유압 펌프(300)의 토출 유량을 최종적으로 제어하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 주행 모드에서 주행 장치(150)를 동작시킬 때에 주행 네가콘 밸브(780)가 열리면서 네가콘 신호 연결 라인(680)을 통해 제1 네가콘 신호 라인(660)의 네가콘 압력으로 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)를 동일하게 제어한다. 따라서, 유량 제어 밸브(710)도 주행 모드에서 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)의 토출 유량을 동시에 최종적으로 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주행 모드에서, 하나의 유량 제어 밸브(710)가 제1 메인 유압 펌프(300)와 제2 메인 유압 펌프(400)를 동일하게 제어할 수 있다.
제1 유압 라인(610)은 제1 메인 유압 펌프(300)가 토출한 작동유를 이동시킨다. 이때, 주행 장치(150)는 메인 컨트롤 밸브(500)를 거친 제1 유압 라인(610)을 통해 작동유를 공급받을 수 있다. 제2 유압 라인(620)은 제2 메인 유압 펌프(300)가 토출한 작동유를 이동시킨다. 그리고 주행 합류 라인(650)은 제2 유압 라인(620)을 제1 유압 라인(610)과 연결시킨다.
주행 합류 밸브(760)는 주행 합류 라인(650)에 설치되어 주행 합류 라인(650)을 개폐한다. 그리고 주행 제어 밸브(770)는 주행 모드에서 개방되어 파일럿 펌프(800)가 생성한 파일럿 압력을 주행 합류 밸브(760)에 공급하고, 이에 파일럿 압력이 주행 합류 밸브(760)를 열어 주행 합류 라인(650)을 개방시키게 된다. 주행 합류 라인(650)이 개방되면 제2 유압 라인(620)을 따라 이동하던 작동유가 주행 합류 라인(650)을 거쳐 제1 유압 라인(610)의 작동유와 합류되며, 주행 장치(150)에 더 많은 작동유가 공급되게 된다.
제1 셔틀 밸브(791)는 제1 네가콘 신호 라인(660)과 파일럿 신호 라인(690)의 합류 지점에 설치된다. 그리고 제2 셔틀 밸브(792)는 2 네가콘 신호 라인(670)과 네가콘 신호 연결 라인(680)의 합류 지점에 설치된다.
제1 셔틀 밸브(791)와 제2 셔틀 밸브(792)는 각각 두 개의 입구와 한 개의 출구를 가지며, 두 개의 입구 중에서 더 높은 압력이 유입되는 입구쪽 압력을 선택하여 출구로 내보낸다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 셔틀 밸브(791)는 제1 네가콘 신호 라인(660)을 통해 입력된 네가콘 압력과 파일럿 신호 라인(690)을 통해 입력된 파일럿 압력 중 높은 압력이 제1 메인 유압 펌프(300)의 레귤레이터(350)에 전달되도록 한다.
또한, 주행 네가콘 밸브(780)가 개방된 경우에는 제1 셔틀 밸브(791)를 통과한 신호 압력이 네가콘 신호 연결 라인(680)을 거쳐 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)에도 전달된다. 여기서, 신호 압력은 제1 네가콘 신호 라인(660)의 네가콘 압력과 파일럿 신호 라인(690)의 파일럿 압력 중 높은 압력이 된다.
제2 셔틀 밸브(792)는 주행 네가콘 밸브(780)가 개방된 경우 네가콘 신호 연결 라인(680)을 통해 입력된 신호 압력과 제2 네가콘 신호 라인(670)을 통해 입력된 네가콘 압력 중 높은 압력이 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)에 전달되도록 한다.
따라서, 주행 네가콘 밸브(780)가 고장 나거나 오작동하여 네가콘 신호 연결 라인(680)이 제2 메인 유압 펌프(400)의 제어를 위한 신호 압력을 전달하지 못하는 경우에, 제2 셔틀 밸브(792)가 제2 네가콘 신호 라인(670)의 네가콘 압력을 제2 메인 유압 펌프(400)의 레귤레이터(450)에 전달하므로, 제2 메인 유압 펌프(400)는 제2 네가콘 신호 라인(670)의 네가콘 압력에 의해 토출 유량이 가변적으로 제어될 수 있다.
드레인 탱크(900)는 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 및 파일럿 펌프(800)에서 토출되어 드레인된 작동유를 회수하고 다시 제1 메인 유압 펌프(300), 제2 메인 유압 펌프(400), 파일럿 펌프(800)에 공급할 수도 있다.
제어 장치(700)는 유압 제어 밸브(710)를 제어한다. 즉, 제어 장치(700)는 유압 제어 밸브(710)를 통해 제1 네가콘 신호 라인(660)의 네가콘 압력을 조절하게 된다. 이에, 제어 장치(700)는 필요에 따라 메인 유압 펌프(300, 400)의 사판(350, 450)의 각도를 강제로 조절할 수 있다.
또한, 제어 장치(700)는 엔진(200)과 메인 컨트롤 밸브(500) 등 건설 기계의 여러 구성들을 제어할 수 있다. 그리고 제어 장치(700)는 엔진 제어 장치(engine control unit, ECU)(710) 및 차량 제어 장치(vehicle control unit, VCU)(720) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 주행시 복수의 메인 유압 펌프(300, 400)를 동일하게 제어하여 작동유의 유량이 급변하는 것을 방지하고 안정적으로 유량을 공급할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예를 대비하여 작용 효과를 설명한다.
도 5는, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)에서 주행 모드시 주행 속도에 따른 메인 유압 펌프(300, 400)와 파일럿 펌프(800)의 압력 변화와 네가콘 압력의 변화를 실험예로서 나타낸 그래프이다.
도 6은, 도 1에서 도시한 건설 기계의 유압 시스템(100)에서 주행 모드시 주행 속도에 따른 메인 유압 펌프(300, 400)와 파일럿 펌프(800)의 압력 변화와 네가콘 압력의 변화를 비교예로서 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 실험예에 따르면 주행 속도가 증가함에 따라 펌프에서 토출하는 작동유의 압력에 큰 변화가 없으며, 네가콘 압력도 상대적으로 균일함을 확인할 수 있다.
반면, 도 6에 도시한 바와 같이, 비교예에 따르면, 주행 속도가 증가함에 따라 펌프에서 토출되는 작동유의 압력이 점차 저하됨을 확인할 수 있으며, 네가콘 압력도 크게 변동됨을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 시스템(101)은 주행시 작동유의 유량과 압력이 급변하는 것을 방지하여 장비에 부담을 주는 것을 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 건설 기계의 유압 시스템
200: 엔진
300: 제1 메인 유압 펌프
350, 450: 레귤레이터
370, 470: 사판
400: 제2 메인 유압 펌프
500: 메인 컨트롤 밸브
510: 복수의 제어 스풀
515: 스풀 캡
610: 제1 유압 라인
620: 제2 유압 라인
630: 제1 바이패스 라인
640: 제2 바이패스 라인
650: 주행 합류 라인
660: 제1 네가콘 신호 라인
670: 제2 네가콘 신호 라인
680: 네가콘 신호 연결 라인
690: 파일럿 신호 라인
700: 제어 장치
710: 유량 제어 밸브
760: 주행 합류 밸브
770: 주행 제어 밸브
780: 주행 네가콘 밸브
791: 제1 셔틀 밸브
792: 제2 셔틀 밸브
800: 파일럿 펌프
811: 제1 오리피스
812: 제2 오리피스
821: 제1 릴리프 밸브
822: 제2 릴리프 밸브
900: 드레인 탱크

Claims (7)

  1. 주행 모드와 작업 모드로 구분 동작하는 건설 기계의 유압 시스템에 있어서,
    작동유를 토출하는 제1 메인 유압 펌프와 제2 메인 유압 펌프;
    주행 장치 및 복수의 작업 장치로 상기 작동유를 선택적으로 공급하는 메인 컨트롤 밸브;
    상기 메인 컨트롤 밸브를 그대로 통과하거나 바이패스된 상기 작동유의 유량 변화에 따라 생성된 네가콘 압력을 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프에 전달하여 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프의 토출 유량을 각각 제어하는 제1 네가콘 신호 라인과 제2 네가콘 신호 라인;
    상기 제1 네가콘 신호 라인을 상기 제2 네가콘 신호 라인과 연결시키는 네가콘 신호 연결 라인; 및
    상기 주행 모드에서, 상기 네가콘 신호 연결 라인을 개방하여 상기 제1 네가콘 신호 라인이 상기 제1 메인 유압 펌프에 전달하는 네가콘 압력을 상기 제2 메인 유압 펌프에도 공급시키는 주행 네가콘 밸브
    를 포함하는 건설 기계의 유압 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    파일럿 압력을 생성하는 파일럿 펌프와;
    상기 파일럿 압력을 상기 제1 네가콘 신호 라인에 공급하는 파일럿 신호 라인; 그리고
    상기 파일럿 신호 라인을 개폐하여 상기 제1 메인 유압 펌프의 토출 유량을 최종적으로 제어하는 유량 제어 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주행 모드에서, 하나의 상기 유량 제어 밸브가 상기 제1 메인 유압 펌프와 상기 제2 메인 유압 펌프를 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 메인 유압 펌프가 토출한 작동유가 이동하며 상기 주행 장치에 상기 작동유를 공급하는 제1 유압 라인과;
    상기 제2 메인 유압 펌프가 토출한 작동유가 이동하는 제2 유압 라인과;
    상기 제2 유압 라인을 상기 제1 유압 라인과 연결시키는 주행 합류 라인과;
    상기 주행 합류 라인을 개폐하는 주행 합류 밸브; 그리고
    상기 주행 장치가 동작할 때, 상기 파일럿 펌프가 생성한 파일럿 압력을 상기 주행 합류 밸브에 공급하여 상기 주행 합류 밸브를 개방시키는 주행 제어 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작업 모드에서, 상기 주행 네가콘 밸브는 상기 네가콘 신호 연결 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 메인 유압 펌프는 상기 제1 네가콘 신호 라인이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변되며, 상기 제2 메인 유압 펌프는 상기 제2 네가콘 신호 라인이 전달하는 네가콘 압력에 따라 토출 유량이 가변되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 네가콘 신호 라인과 상기 파일럿 신호 라인의 합류 지점에 설치되어 상기 제1 네가콘 신호 라인을 통해 입력된 네가콘 압력과 상기 파일럿 신호 라인을 통해 입력된 파일럿 압력 중 높은 압력을 상기 제1 메인 유압 펌프에 전달하는 제1 셔틀 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 네가콘 신호 라인과 상기 네가콘 신호 연결 라인의 합류 지점에 설치되어 상기 네가콘 신호 연결 라인을 통해 입력된 신호 압력과 상기 제2 네가콘 신호 라인을 통해 입력된 네가콘 압력 중 높은 압력을 상기 제2 메인 유압 펌프에 전달하는 제2 셔틀 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 시스템.
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