KR20190063894A - 휠로더용 유압펌프 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠로더용 유압펌프 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유압펌프와 연결되는 엔진 과부하를 방지하고 에너지 손실을 줄일 수 있도록 유압펌프를 제어할 수 있는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 휠로더용 유압펌프 제어 시스템은, 사판 및 상기 사판의 각도를 조절하는 카운터 피스톤과 컨트롤 피스톤을 구비하여 오일의 토출량이 조절되는 유압펌프; 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일의 토출압력이 미리 설정된 최대압력 이상이면 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일 중 일부를 상기 컨트롤 피스톤으로 전달하여 상기 사판의 각도를 감소시키는 압력 보상 스풀; 휠로더의 작업장치에 걸리는 부하압력에 따라 검출되는 로드센싱압력과 상기 토출압력을 비교하여 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일이 상기 컨트롤 피스톤으로 전달되는 유로를 개폐하는 유량 보상 스풀; 및 상기 로드센싱압력은 로드센싱라인을 통해 상기 유량 보상 스풀로 전달되고, 상기 로드센싱압력이 미리 설정된 압력 이상이면, 상기 로드센싱라인을 통과하는 오일을 드레인 라인을 통해 유압탱크로 배출하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휠로더용 유압펌프 제어 시스템{Hydraulic pump control system for wheel loader}

본 발명은 휠로더용 유압펌프 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유압펌프와 연결되는 엔진 과부하를 방지하고 에너지 손실을 줄일 수 있도록 유압펌프를 제어할 수 있는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 휠로더용 유압펌프의 유량제어장치는 작업 액추에이터의 부하압력에 따라 유압펌프의 유량을 제어하는 로드센싱방식을 이용한다.

도 1은 종래의 휠로더용 유압펌프 제어장치에 대한 개략적인 유압회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 휠로더용 유압펌프 제어장치는, 엔진(10)에 의해 구동되어 프론트작업장치(23,24)로 압유를 공급하는 가변용량형 메인펌프(P1)와, 상기 엔진(10)에 의해 메인펌프(P1)와 함께 구동되어 압유를 토출하고, 토출된 압유는 조향우선밸브(31)에 의해 방향이 제어되어 조향장치(35)에 우선공급되거나 엠인펌프(P1)의 압유에 합류되어 프론트작업장치(23,24)와 조향장치(35)에 분배되는 가변용량형 조향펌프(P2)를 포함한다.

상기 메인펌프(P1)에서 토출되는 압유는 컨트롤밸브(20)의 붐제어스풀(21)과 버켓제어스풀(22)에서 흐름에 제어되어 붐실린더(23)와 버켓실린더(24)에 제공되어 이들 붐실린더(23)와 버켓실린더(24)를 작동시킨다. 그리고 조향펌프(P2)에서 토출되는 압유는 조향우선밸브(31)를 거쳐 조향제어밸브(32)에서 제어된 후 조향유닛(34)의 조작방향에 따라 조향실린더(35)에 제공되어 조향실린더(35)를 작동시킨다.

보조펌프(P3)는 엔진(10)에 의해 메인펌프(P1)와 조향펌프(P2)와 함께 구동되면서 압유를 토출하고, 보조펌프(P3)에서 토출되는 압유는 리모트컨트롤밸브(25)에서 제어되어 컨트롤밸브(20)의 각 제어스풀(21, 22)에 파이롯신호를 제공함으로써 제어스풀을 절환시킨다.

한편, 상기 메인펌프(P1)에는 붐실린더(23) 또는 버켓실린더(24)의 부하압력에 따라 메인펌프(P1)의 토출유량을 가변시키는 메인유량조절기구(14)가 구비되고, 상기 조향펌프(P2)에는 토출유량을 상기 붐실린더(23), 버켓실린더(24)의 부하압력과 조향실린더(35)의 부하압력 중 높은 부하압력에 의해 가변조절되도록 조향유량조절기구(15)가 구비되어 있다.

구체적으로 붐실린더(23)의 부하압력은 붐실린더 부하검출라인(41B)을 통하여 검출되고, 버켓실린더(24)의 부하압력은 버켓실린더 부하검출라인(41A)을 통하여 검출되며, 이들 붐실린더 부하검출라인(41B)과 버켓실린더 부하검출라인(41A)은 셔틀밸브(42)에 접속되어 붐실린더 부하압력과 버켓실린더 부하압력 중 높은 압력이 프론트 로드센싱압력으로 검출되어 프론트 로드센싱라인(47)을 통하여 메인펌프(P1)의 메인유량제어기구(14)에 제공된다. 따라서 프론트 로드센싱라인(47)을 통하여 검출되는 프론트 로드센싱압력이 증가 또는 감소함에 따라 메인펌프(P1)의 토출유량도 증감하게 된다.

한편, 조향펌프(P2)의 조향유량제어기구(15)는 조향제어밸브(32)를 통하여 조향실린더(35)의 부하압력으로부터 조향부하압력을 검출하는 조향 로드센싱라인(44)과 프론트작업장치의 부하압력으로부터 프론트작업부하를 검출하는 프론트 로드센싱라인(47)이 셔틀밸브(46)에 접속되고, 셔틀밸브(46)는 조향부하압력과 프론트 작업부하 중 높은 압력을 조향펌프(P2)의 토출유량 제어신호압력으로 선택하여 조향유량제어기구(15)에 제공된다.

전술한 바와 같은 종래의 휠로더용 유압펌프 제어장치는 부하압력에 따라 유압펌프의 유량을 제어하더라도 특정 부하조건에서 엔진에 과부하가 발생하고 여전히 에너지 손실이 많이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0656070호(2006.12.11.) 대한민국 등록특허공보 제10-1241713호(2013.03.08.)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유압펌프와 연결되는 엔진 과부하를 방지하고 에너지 손실을 줄일 수 있는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 휠로더용 유압펌프 제어 시스템은, 사판 및 상기 사판의 각도를 조절하는 카운터 피스톤과 컨트롤 피스톤을 구비하여 오일의 토출량이 조절되는 유압펌프; 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일의 토출압력이 미리 설정된 최대압력 이상이면 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일 중 일부를 상기 컨트롤 피스톤으로 전달하여 상기 사판의 각도를 감소시키는 압력 보상 스풀; 휠로더의 작업장치에 걸리는 부하압력에 따라 검출되는 로드센싱압력과 상기 토출압력을 비교하여 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일이 상기 컨트롤 피스톤으로 전달되는 유로를 개폐하는 유량 보상 스풀; 및 상기 로드센싱압력은 로드센싱라인을 통해 상기 유량 보상 스풀로 전달되고, 상기 로드센싱압력이 미리 설정된 압력 이상이면, 상기 로드센싱라인을 통과하는 오일을 드레인 라인을 통해 유압탱크로 배출하는 출력제어부를 포함한다.

그리고 상기 유량 보상 스풀의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 유량 보상 스프링을 더 포함하고, 상기 로드센싱라인을 통과하는 오일이 상기 드레인 라인을 통해 유압탱크로 배출되면, 상기 로드센싱압력과 상기 유량 보상 스프링의 탄성력의 합력이 상기 토출압력보다 작아져 상기 유량 보상 스풀이 이동하여 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일 중 일부가 상기 유로를 통해 상기 컨트롤 피스톤으로 전달되고, 상기 사판의 각도는 감소한다.

그리고 상기 카운터 피스톤의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 카운터 스프링을 더 포함하고, 상기 컨트롤 피스톤으로 오일이 전달되면 상기 사판의 각도가 감소하면서 상기 카운터 스프링이 압축된다.

본 발명의 휠로더용 유압펌프 제어 시스템은 유압펌프와 연결되는 엔진의 과부하를 방지하고 에너지 손실을 줄일 수 있으며 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 휠로더용 유압펌프 제어장치에 대한 개략적인 유압회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휠로더용 유압펌프의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더용 유압펌프 제어 시스템의 유압회로도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휠로더용 유압펌프 제어 시스템의 유압호로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 휠로더용 유압펌프의 출력제어에 의한 유량-압력 특성을 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 휠로더용 유압펌프(100) 제어 시스템은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 유압펌프(100), 압력 보상 스풀(200), 유량 보상 스풀(300) 및 출력제어부(400)를 포함하여 이루어진다.

유압펌프(100)는 사판(110) 및 사판(110)의 각도를 조절하는 카운터 피스톤(140)과 컨트롤 피스톤(130)을 구비한다. 이러한 유압펌프(100)는 사판(110)의 각도에 따라 오일의 토출량이 조절된다.

구체적으로 유압펌프(100)에는 구동축(120)을 중심으로 사판(110)의 각도를 조절할 수 있고, 사판(110)에는 복수의 피스톤이 연결되어 구동축(120)에 의해 회전하면서 오일을 흡입 및 토출하게 된다.

그리고 구동축(120)을 중심으로 사판(110)의 어느 일단에는 컨트롤 피스톤(130)이 연결되고 사판(110)의 다른 일단에는 카운터 피스톤(140)이 연결된다. 카운터 피스톤(140)에는 카운터 피스톤(140)의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 카운터 스프링(150)이 있다. 컨트롤 피스톤(130)과 카운터 피스톤(140)은 서로 반대방향으로 이동하면서 사판(110)의 각도를 증가시키거나 감소시킨다.

컨트롤 피스톤(130)은 직경이 카운터 피스톤(140)의 직경보다 커서 컨트롤 피스톤(130)에 작용하는 오일 압력이 카운터 스프링(150)의 탄성력을 극복할 수 있다.

만약, 컨트롤 피스톤(130)으로 오일이 전달되어 컨트롤 피스톤(130)이 어느 일방향으로 이동하면 카운터 피스톤(140)이 반대방향으로 이동하면서 카운터 스프링(150)이 압축되고, 사판(110)의 각도는 감소하게 된다.

반대로, 컨트롤 피스톤(130)으로 전달된 오일이 배출되면 카운터 스프링(150)의 탄성력에 의해 카운터 피스톤(140)이 어느 일방향으로 이동하면서 컨트롤 피스톤(130)은 반대방향으로 이동하고, 사판(110)의 각도는 증가하게 된다.

이와 같이 사판(110)의 각도가 변함에 따라 사판(110)에 연결되어 있는 복수의 피스톤의 위치가 변경되면서 오일의 토출량 및 토출압력이 조절된다.

유압펌프(100)의 오일 토출압력은 제1 유로(L1)를 통해 카운터 피스톤(140)으로 전달된다. 또한, 유압펌프(100)의 오일 토출압력은 제2 유로(L2)를 통해 압력 보상 스풀(200) 및 유량 보상 스풀(300)로 전달된다.

전술한 유압펌프(100)는 휠로더의 조향을 위한 조향펌프 또는 휠로더의 작업을 위한 로더펌프가 될 수 있다.

압력 보상 스풀(200)은 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 토출압력이 미리 설정된 최대압력 이상이면 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일 중 일부를 제3 유로(L3)를 통해 컨트롤 피스톤(130)으로 전달하여 사판(110)의 각도를 감소시킨다. 이러한 압력 보상 스풀(200)은 시스템의 최대 압력을 제한하여 조향 및 작업을 위한 유압 시스템이 과도한 압력에 의해 손상되는 것을 방지한다.

유량 보상 스풀(300)은 휠로더의 작업장치(또는 조향장치)에 걸리는 부하압력에 따라 검출되는 로드센싱압력과 토출압력을 비교하여 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일이 컨트롤 피스톤(130)으로 전달되는 제2 유로(L2)를 개폐한다. 로드센싱압력은 로드센싱라인(LS)을 통해 유량 보상 스풀(300)로 전달된다. 그리고 유량 보상 스풀(300)에는 유량 보상 스풀(300)의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 유량 보상 스프링이 있다.

출력제어부(400)는 로드센싱압력이 미리 설정된 압력 이상이면, 로스센싱라인을 통과하는 오일을 드레인 라인(L5)을 통해 유압탱크(500)로 배출시킨다. 이러한 출력제어부(400)는 직동형 릴리프밸브가 될 수 있다.

다음은 상술한 구성을 포함하는 휠로더용 유압펌프(100) 제어 시스템의 작동구조를 설명한다.

유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 토출량은 로드센싱압력에 따라 컨트롤될 수 있다. 로드센싱압력은 로드센싱라인(LS)을 통해 유량 보상 스풀(300)로 전달되며, 유량 보상 스풀(300)은 유압 시스템의 유량과 압력에 대한 요구조건을 만족시킬 수 있는 수준으로 유압펌프(100)의 출력을 유지한다.

먼저, 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 토출압력은 제1 유로(L1)를 통해 카운터 피스톤(140)으로 전달된다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 유량 보상 스풀(300)로 전달되는 로드센싱압력과 유량 보상 스프링의 탄성력의 합력이 토출압력보다 작으면 유량 보상 스풀(300)이 이동하여 제2 유로(L2)가 개방된다. 이에 따라 제2 유로(L2)와 제3 유로(L3)가 연결되어 제3 유로(L3)를 통해 컨트롤 피스톤(130)으로 오일이 공급된다.

컨트롤 피스톤(130)으로 오일이 공급됨으로써 컨트롤 피스톤(130)에 작용하는 압력은 카운터 피스톤(140)에 작용하는 압력과 카운터 스프링(150)의 탄성력의 합력보다 크게 되고, 이에 따라 사판(110)의 각도가 감소하여 유압펌프(100)로 토출되는 오일의 유량과 토출압력이 감소한다.

이후, 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 유량이 요구되는 조건에 만족하면 유량 보상 스풀(300)이 원위치로 이동하여 제2 유로(L2)를 차단하고, 사판(110)의 각도는 유지된다.

반대로, 도 4에 도시된 바와 같이, 유량 보상 스풀(300)로 전달되는 로드센싱압력과 유량 보상 스프링의 탄성력의 합력이 토출압력보다 크면, 유량 보상 스풀(300)이 이동하여 제2 유로(L2)를 차단하고 제3 유로(L3)와 제4 유로(L4)를 연결한다.

이에 따라 제3 유로(L3) 내의 오일이 제4 유로(L4)로 전달되고, 제4 유로(L4)로 전달된 오일은 드레인 라인(L5)을 통해 유압탱크(500)로 배출된다. 그리고 카운터 피스톤(140)에 작용하는 압력과 카운터 스프링(150)의 탄성력에 의해 사판(110)의 각도가 증가하고, 컨트롤 피스톤(130)으로 공급된 오일은 제3 유로(L3), 제4 유로(L4) 및 드레인 라인(L5)을 통해 유압탱크(500)로 배출된다.

이와 같이 사판(110)의 각도가 증가하면 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 유량 및 토출압력이 증가한다.

이후, 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 유량이 요구되는 조건에 만족하면 유량 보상 스풀(300)이 원위치로 이동하여 제2 유로(L2) 및 제3 유로(L3)를 차단하고, 사판(110)의 각도는 유지된다. 이에 따라 시스템에서 필요한 압력과 유량을 유지한다.

한편, 휠로더의 고출력 작업이 요구됨에 따라 휠로더의 작업장치에 걸리는 부하압력이 증가하게 된다. 그리고 유압펌프(100)로부터 일정량의 오일이 지속적으로 토출되고 토출압력이 계속해서 증가하게 된다. 이에 따라 구동축(120)과 연결되는 엔진에 과부하가 걸리게 되고, 고출력 작업 및 고압 유지를 위해 필요한 유량보다 유압펌프(100)로부터 토출되는 유량이 많아져 에너지 손실이 증가할 뿐만 아니라 내구성이 떨어지게 된다.

이때, 로드센싱압력이 미리 설정된 압력에 도달하면, 출력제어부(400)에 의해 로드센싱라인(LS)을 통과하는 오일이 드레인 라인(L5)을 통해 유압탱크(500)로 배출된다. 그리고 로드센싱압력과 유량 보상 스프링의 탄성력의 합력이 토출압력보다 작아져 유량 보상 스풀(300)이 이동하여 제2 유로(L2)가 개방됨으로써, 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일 중 일부가 제2 유로(L2) 및 제3 유로(L3)를 통해 컨트롤 피스톤(130)으로 전달한다.

이에 따라 사판(110)의 각도가 감소하고, 고출력 작업에 필요한 시스템의 압력을 유지하면서 유압펌프(100)로부터 토출되는 오일의 토출량을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 휠로더용 유압펌프 제어 시스템은 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100 : 유압펌프,
110 : 사판,
120 : 구동축,
130 : 컨트롤 피스톤,
140 : 카운터 피스톤,
150 : 카운터 스프링,
200 : 압력 보상 스풀,
300 : 유량 보상 스풀,
400 : 출력제어부,
500 : 유압탱크,

Claims (3)

1. 사판 및 상기 사판의 각도를 조절하는 카운터 피스톤과 컨트롤 피스톤을 구비하여 오일의 토출량이 조절되는 유압펌프;
   상기 유압펌프로부터 토출되는 오일의 토출압력이 미리 설정된 최대압력 이상이면 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일 중 일부를 상기 컨트롤 피스톤으로 전달하여 상기 사판의 각도를 감소시키는 압력 보상 스풀;
   휠로더의 작업장치에 걸리는 부하압력에 따라 검출되는 로드센싱압력과 상기 토출압력을 비교하여 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일이 상기 컨트롤 피스톤으로 전달되는 유로를 개폐하는 유량 보상 스풀; 및
   상기 로드센싱압력은 로드센싱라인을 통해 상기 유량 보상 스풀로 전달되고, 상기 로드센싱압력이 미리 설정된 압력 이상이면, 상기 로드센싱라인을 통과하는 오일을 드레인 라인을 통해 유압탱크로 배출하는 출력제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유량 보상 스풀의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 유량 보상 스프링을 더 포함하고,
   상기 로드센싱라인을 통과하는 오일이 상기 드레인 라인을 통해 유압탱크로 배출되면, 상기 로드센싱압력과 상기 유량 보상 스프링의 탄성력의 합력이 상기 토출압력보다 작아져 상기 유량 보상 스풀이 이동하여 상기 유압펌프로부터 토출되는 오일 중 일부가 상기 유로를 통해 상기 컨트롤 피스톤으로 전달되고,
   상기 사판의 각도는 감소하는 것을 특징으로 하는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 카운터 피스톤의 이동방향으로 탄성력을 제공하는 카운터 스프링을 더 포함하고,
   상기 컨트롤 피스톤으로 오일이 전달되면 상기 사판의 각도가 감소하면서 상기 카운터 스프링이 압축되는 것을 특징으로 하는 휠로더용 유압펌프 제어 시스템.

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