KR950004531B1 - 토목 건설기계의 유압구동장치 - Google Patents

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KR950004531B1
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가즈노리 나까무라
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히다찌 겐끼 가부시기가이샤
오까다 하지메
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
토목·건설기계의 유압구동장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본원 발명의 제1의 실시예에 의한 유압구동장치의 개략도이다.
제2도는 본원 발명의 제2의 실시에에 의한 유압구동장치의 개략도이다.
제3도는 제2의 실시예에 구비된 콘트롤러로부터 출력되는 구동신호를 도시한 도면이다.
제4도는 제2의 실시예에 있어서의 펌프제어장치의 처리순서를 도시한 플로챠트이다.
제5도는 제2의 실시예에 의해 얻어지는 특성을 도시한 도면이다.
제6도는 본원 발명의 제3의 실시예에 구비된 콘트롤러에 기억되는 펌프경전(傾轉)위치와 불감대의 한계치와의 관계를 도시한 도면이다.
제7도는 제3의 실시예에 있어서의 펌프제어장치의 처리순서를 돗한 플로챠트이다.
제8도는 유량제어밸브 개구면적과 로드센싱차압이 불감대와 유량불감대와의 관계를 도시한 도면이다.
제9도는 제3의 실시에에 의해 얻어지는 특성을 도시한 도면이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본원 발명은 토목·건설기계의 유압구동장치에 관한 것이며, 특히, 유압쇼벨 등의 토목·건설기계에 탑재되어 주유압펌프의 토출유량을 당해 주유압펌프의 토출압력과 액튜에이터의 최대부하압력과의 차압이 일정해지도록 제어하는 이른바 로드센싱시스템을 구성하는 유압구동장치에 관한 것이다.
[배경기술]
토목·건설기계 예를들면, 유압 쇼벨에는 붐, 암, 선회체 등의 복수의 조작부재를 구동하기 위한 유압구동장치가 탑재되어 있다. 이 유압구동장치는 일반적으로 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되는 주유압펌프와, 이 주유압펌프로부터 토출되는 압유(壓油)에 의해 구동되며, 상기 작업부재를 구동하는 유압실린더, 유압모터 등의 복수의 액튜에이터와, 주유압펌프로부터 액튜에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 유량제어밸브를 구비하고 있다.
그러나, 근년 이 종류의 유압구동장치에 이른바 로드센싱시스템을 채용하는 것이 검토되고 있다. 로드센싱시스템이란 주유압펌프의 토출압력과 복수의 액튜에이터의 최대부하압력과의 차압을 로드센싱차압으로서 입력하고, 이 로드센싱차압이 미리 설정된 목표차압이 되도록 유압펌프의 토출유량을 제어하는 것이다. 예를 들면 일본국 특개소 60(1985)-11706호 공보에는 주유압펌프의 배기량가변수다인 경사판을 구동하는 제어용 액튜에이터, 상기 로드센싱차압에 응답하여 작동하고, 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 조정밸브로 이루어진 펌프제어장치를 구비한 유압구동장치가 개시되어 있다. 펌프제어장치의 조정밸브에는 로드센싱차압의 목표치를 설정하기 위한 스프링이 설치되어 있다.
이와 같은 로드센싱시스템을 구성하는 유압구동장치에 있어서는 펌프토출압력과 최대부하압력과의 차압, 즉, 로드센싱차압이 조정밸브의 스프링의 힘에 맞는 일정한 수치가 되도록 주유압펌프의 토출유량이 제어된다. 그리고, 예를 들면 액튜에이터의 단독구동시에는 유량제어밸브를 통과하는 유량은 유량제어밸브의 개구면적에 대략 비례하고, 주유압펌프의 토출유량은 이 유량제어밸브의 통과유량과 같아지므로, 주유압펌프의 토출유량은 유량제어밸브의 개구면적에 대략 비례하는 관계가 있다. 이것은 복수의 액튜에이터의 복합구동에 있어서도 기본적으로 같다.
그러나, 상기 종래의 펌프제어장치를 구비한 유압구동장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
유압구동장치가 구비되는 토목·건설기계, 예를 들면 유압쇼벨에 있어서는 어떠한 충격 등의 외적부하가 가해져서 큰흘들림이나 진동이 발생된 경우 그때까지 액튜에이터의 작동속도를 일정하게 유지하는 것을 의도하여 유량제어밸브의 개구면적을 일정하게 유지하도록 조작레버를 유지하고 있었음에도 불구하고, 상기 흔들림등으로 인해 조작레버가 움직여서 그 개구면적이 변화하고, 이에 따라 로드센싱차압이 변동한다. 또한, 유량제어밸브의 개구면적을 일정하게 해서 압유를 액튜에이터에 공급했다 해도 액튜에이터가 구동하는 조작부재의 관성부하가 큰 경우에는 작옹유의 압축성에 의해 부하압력이 변동하여 로드센싱차압이 변동한다.
그러나, 상기 종래의 유압구동장치는 펌프제어장치의 조정밸브가 로드센싱차압의 변화에 그대로 추종하여 작동하며, 펌프토출유량을 변화시키는 것이므로, 상기 외적부하나 관성부하, 오일의 압축성 등에 의해 로드센싱차압이 변동해 버린 경우에는 이 로드센싱차압의 변동에 추종하여 조정밸브가 작동해 버려서, 그 결과로 펌프토출유량도 의도하는 토출유량에 대하여 변화되고, 그로 인해 조작 중의 액튜에이터의 작동속도가 바람직하지 못하게 변화되어 조작성이 저하된다.
본원 발명의 목적은 상기한 종래기술에 있어서의 실정에 비추어 외적부하나 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압의 변동에 따르는 펌프의 토출유량의 변화를 억제할 수 있는 토목·건설기계의 유압구동장치를 제공하는데 있다.
[발명의 개시]
상기 목적을 달성하기 위해 본원 발명에 의하면, 가변용량형의 주유압펌프와, 이 주유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액튜에이터와, 이들 액튜에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 유량제어밸브와, 상기 주유압펌프의 토출압력과 상기 복수의 액튜에이터의 최대부하압력과의 차압을 로드센싱차압으로서 입력하고, 이 로드센싱차압이 미리 설정된 목표차압이 되도록 상기 주유압펌프의 토출유량을 제어하는 펌프제어수단을 구비하는 토목·건설기계의 유압구동장치에 있어서, 상기 로드센싱차압과 목표차압과의 편차에 대한 불감대(不感帶)를 가지고, 당해 편차가 상기 불감대내에 있을 때에는 상기 펌프제어수단에 의한 제어를 보류하고, 상기 주유압펌프의 토출유량을 대략 일정하게 유지하는 유량유지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압구동장치가 제공된다.
상기와 같은 유량유지수단을 구비하고, 또한 상기 불감대를 미리 상정되는 외적부하나 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압의 변화를 고려한 크기로 설정해둠으로써, 외적부하 등에 의한 로드센싱차압의 변동에 수반되는 펌프토출유량의 변화를 억제하고, 따라서 액튜에이터의 조작중의 상기의 외적부하 등에 의한 당해 액튜에이터의 작동속도의 의도에 상반되는 변화를 양호하게 억제할 수 있다.
바람직하게는 상기 펌프제어수단은 상기 주유압펌프의 배기량가변수단을 구동하는 제어용 액튜에이터와, 상기 로드센싱차압에 응답하여 작동하고, 상기 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 밸브수단을 포함하며, 상기 유량유지수단이 상기 밸브수단에 장치되며, 상기 불감대가 상기 제어용 액튜에이터를 정지상태로 유지하는 상기 밸브수단의 특정의 스트로크영역에 의해 제공된다.
상기 펌프제어수단은 상기 주유압펌프의 비기량가변수단을 구동하는 제어용 액튜에이터와, 이 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 밸브수단과, 상기 로드센싱차압을 검출하는 차압센서와, 이 차압센서를 검출된 로드센싱수단과 상기 목표차압과의 차압편차를 연산하고, 이 차압편차가 작아지도록 상기 밸브수단을 구동하는 콘트롤러를 포함하는 구성이라도 되며, 이 경우 상기 유량유지수단은 상기 콘트롤러내에 장치되고, 또한 상기 불감대를 결정하는 한계치를 기억하는 수단과, 상기 차압편차가 상기 한계치로 결정되는 불감대내에 있는지의 여부를 판단하고, 불감대내에 있을 때에는 상기 제어용 액튜에이터를 정지상태로 유지하는 신호를 상기 밸브수단에 출력하는 수단을 포함한다.
또한, 상기 불감대를 상기 주유압펌프의 토출유량이 증가함에 따라 작아지도록 가변으로 설정해도 된다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
다음에, 본원 발명의 적합한 실시에를 도면에 따라 설명한다.
[제1의 실시예]
먼저, 본원 발명의 제1의 실시예를 제1도에 의해 설명한다.
제1도에 있어서, 본 실시예의 유압구동장치는 원동기(1)와, 이 원동기(1)에 의해 구동되는 가변용량형 주유압펌프(2)와, 이 주펌프(2)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압실린더(3), 유압펌프(4)를 포함한 복수의 액튜에이터와, 주펌프(2)로부터 유압실린더(3) 및 유압모터(4)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유랑제어밸브( 5),(6)와, 유압실린더(3)의 부하압력과 유압모터(4)의 부하압력중 큰쪽의 부하압력을 선택하는 셔틀밸브(10) 및 이 셔틀밸브(10)에서 선택된 부하압력과 도시생략된 다른 액튜에이터의 부하압력 중 큰쪽의 부하압력, 즉, 최대부하압력 Pamax을 선택하는 셔틀밸브(11)와, 주펌프(2)의 토출압력 즉, 펌프압력 Ps과 최대부하압력 Pamax과의 차압을 로드센싱차압 △PLS으로서 입력하고, 이 로드센싱차압 △PLS이 미리 설정된 목표차압이 되도록 주펌프(2)의 토출유량을 제어하는 펌프제어장치(30)와, 펌프압력 Ps과 최대부하압력 Pamax과의 차압을 로드센싱차압 △PLS으로서 입력하고, 로드센싱차압 △PLS의 과도적인 상승을 제어하는 동시에, 유량제어밸브(5),(6)의 중립시에 있어서의 펌프압력 Ps을 규정치로 유지하는 언로드밸브(12)를 구비하고 있다.
펌프제어장치(30)는 주펌프(2)의 배기량가변기구, 즉 사판(斜板)(2a)을 구동하고, 배기량을 제어하는 제어용 액튜에이터(7)와, 제어용 액튜에이터(7)의 헤드측과 로드측에의 압유의 유출입을 제어하여 그 구동을 제어하는 조정밸브(8)을 가지고, 조정밸브(8)는 그 대항하는 구동부(8a),(8b)의 각각에 펌프압력 Ps 및 최대부하압력 Pam ax이 유도되고, 이로써 조정밸브(8)는 로드센싱차압 △PLS에 응답해서 작동한다. 또한, 조정밸브(8)의 구동부(8b)쪽에는 스프링(9)이 배치되고, 로드센싱차압 △PLS과 스프링(9)의 부세력과의 밸런스에 의해 조정밸브(8)의 스트로크위치가 정해지고, 주펌프 (2)의 토출유량이 제어된다. 즉, 스프링(9)에 의해 그 부세력에 맞는 로드센싱차압 △ PLS의 목표치가 설정된다.
또한, 조정밸브(8)는 그 중립위치에 제어용 액튜에이터(7)의 헤드측과 로드측과의 연통 및 이들과 탱크(31)와의 연통을 차단하는 특징의 스트로크영역(8c)을 가지고 있다. 이 특정의 스트로크 영역(8c)은 통상 생각되는 외적부하나, 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압 △PLS의 변화에 대해 불감대를 제공하는 것이며, 그 로드센싱차압 △PLS의 변화에 수반되는 조정밸브(8)의 이동에 대하여는 상기 연통을 차단하고, 주펌프(2)의 토출유량을 대략 일정하게 유지하도록 영역(8c)의 스트로크의 크기가 설정되어 있다. 즉, 조정밸브(8)는 로드센싱차압 △PLS과 스프링(9)에 의해 설정된 목표차압의 차압편차 △△P가 스트로크영역(8c)에 의해 제공되는 불감대내에 있을 때에는 펌프제어장치(30)에 의한 제어를 보류하고, 주펌프(2)의 토출유량을 대략 일정하게 유지하는 유량유지수단을 구비하고 있다.
이와 같이 구성된 제1의 실시예에 있어서는 예를 들면 펌프압력 Ps이 증가되고, 이로써 펌프압력 Ps과 최대부하압력 Pamax과의 차압, 즉, 로드센싱차압 △PLS이 증가하여, 이 로드센싱차압 △PLS과 스프링(9)에 의해 설정되는 목표차압의 편차 △△P가 조정밸브(8)의 불감대를 넘어서 커지면, 조정밸브(8)는 제1도에 도시한 중립위치로부터 도시 좌측의 위치로 전환되어, 제어용 액튜에이터(7)의 로드측과 헤드측이 연통되고, 그 수압면적의 차에 따라 피스톤은 제1도에 도시한 상태에서 도시 우측으로 이동한다. 이로써, 주펌프(2)의 배기량은 작아지고, 주펌프(2)의 토출유량은 감소되고, 그 감소된 유량이 유압실린더(3), 유압모터(4) 등의 액튜에이터에 공급된다. 이와 동시에, 펌프압력 Ps도 감소되고, 로드센싱차압 △PLS이 감소되는 결과, 상기 차압편차 △△P가 0에 가까와 진다. 차압편차 △△P가 0에 가까와지면, 조정밸브(8)가 상기 좌측의 위치로부터 도시 좌측으로 이동하여, 로드센싱차압 △PLS이 스프링(9)에 의해 설정된 목표 차압과 같은 중립상태가 되도록 제어된다.
또한, 최대부하압력 Pamax이 증가되고, 이로써 로드센싱차압 △PLS과 스프링 (9)에 의해 설정된 목표차압과의 편차 △△P가 조정밸브(8)의 불감대를 넘어서 작아지면, 조정밸브(8)가 제1도에 도시한 중립위치로부터 도시 우측의 위치로 전환되어 제어용 액튜에이터(7)의 헤드측과 탱크(31)가 연통된다. 이로써, 제어용 액튜에이터(7)의 피스톤은 제1도의 좌측으로 이동하고, 이에 수반하여 주펌프(2)의 배기량은 커지고, 주펌프(2)의 토출유량은 증가되고, 그 증가된 유량이 유압실린더(3), 유압모터(4)등의 액튜에이터에 공급된다. 이와 동시에, 펌프압력 Ps도 상승하고, 로드센싱차압 △PLS이 증가되는 결과, 상기 차압편차 △△P가 0에 가까와진다. 차압편차 △△P가 0에 가까와지면, 조정밸브(8)가 상기 우측의 위치로부터 도시 우측으로 이동하여, 로드센싱차압 △PLS이 스프링(9)에 의해 설정된 목표차압과 같은 중립상태가 되도록 제어된다.
그리고, 외적부하나, 관성부하, 오일의 압축성등에 의해 로드센싱차압 △PLS이 변화된 경우에는 로드센싱차압 △PLS과 스프링(9)에 의해 설정된 목표차압과의 편차 △△P는 조정밸브(8)의 불감대내에 있으며, 제어용 액튜에이터(7)의 헤드측과 로드측과의 연통 및 이들과 탱크(31)와의 연통은 조정밸브(8)의 특정 스트로크영역(8c)에 의해 차단된다. 따라서, 가령 주펌프(2)로부터 일정한 유량이 유압실린더(3), 유압모터 ( 4) 등의 액튜에이터에 공급되어 있는 것이라고 한다면, 제어용 액튜에이터(7)는 그때의 작동상태로 정지유지되고, 이로써 주펌프(2)의 배기량도 그때의 상태가 유지되고, 펌프토출유량, 즉, 유압실린더(3), 유압모터(4) 등의 액튜에이터로의 공급유량의 변화가 생기지 않는 상태로 유지된다.
따라서, 본 실시예에 의하면 조정밸브(8)에 불감대, 즉, 특정의 스트로크영역 (8 c)을 배설하고, 이 스트로크영역(8c)을 미리 상정되는 외적부하나, 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압 △PLS의 변화에 수반되는 조정밸브(8)의 이동량보다 큰 스트로크가 되도록 설정하였으므로, 유압실린더(3)나 유압모터(4)에 일정한 유량을 공급하여 행해지는 작동중에 가량 외적부하 등에 의해 로드센싱차압 △PLS이 변화해도 제어용 액튜에이터(7)는 정지유지되며, 즉, 주펌프(2)의 배기량은 변경되지 않고, 따라서 펌프토출유량이 변화지 않고, 유압실린더(3)나 유압모터(4) 등의 액튜에이터로의 공급유량은 일정하게 유지된다. 따라서, 당해 액튜에이터의 작동속도의 변화가 생기지 않으며, 이와 같은 외적부하 등의 발생에 관계없이 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
[제2의 실시예]
본원 발명의 제2의 실시예를 제2도~제5도에 의해 설명한다. 본 실시예는 펌프제어장치를 전자적으로 구성한 예이다.
제2도에 있어서, 본 실시예의 유압구동장치도 상기한 제1의 실시예와 같이 원동기(1), 주유압펌프(2), 유압실린더(3), 유압모터(4), 유량제어밸브(5), (6), 셔틀밸브 (10),(11) 및 언로드밸브(12)를 구비하고 있다.
그리고, 본 실시예의 펌프제어장치(30A)는 주펌프(2)의 사판(2a)을 구동하여, 배기량을 제어하는 제어용 액튜에이터(7A)와, 이 제어용 액튜에이터(7A)의 로드측에 연락되는 파일롯펌프(13)와, 이 파일롯펌프(13)의 토출압력을 일정하게 유지하는 파일롯 릴리프밸브(14)와, 제어용 액튜에이터(7A)의 로드측과 헤드측을 연락하는 관로중에 설치한 전자밸브(15)와, 이 전자밸브(15)에 연락되는 동시에 제어용 액튜에이터 (7A)의 헤드측과 탱크(31)를 연락하는 관로중에 설치한 전자밸브(16)에 의해 구성되어 있다. 또한, 펌프압력 Ps과 액튜에이터의 최대부하압력 Pamax과의 차압 즉, 로드센싱차압 △PLS을 검출하여, 신호로서 출력하는 차압센서(17)와, 이 차압센서(17)로부터의 신호에 따라 연상 등의 처리를 하고, 전자밸브(15),(16)를 구동하는 신호를 출력하는 콘트롤러(18)를 구비하고 있다.
콘트롤러(18)는 차압센서(17)로부터 출력된 신호를 입력하는 입력부(18a)와, 회로상 바람직한 목표차압 △Po을 기억하는 기억부(18b)와, 차압센서(17)로부터 출력되는 로드센싱차압 △PLS과 목표 차압 △Po과의 편차 △△P를 연산하는 연산부(18c)와, 이 연산부(18c)에서 연산된 편차 △△P에 맞는 구동신호를 전자밸브(15),(16)에 출력하는 출력부(18d)를 구비하고 있다.
또한, 상기 콘트롤러(18)의 기억부(18b)는 통상 생각되는 외적부하나, 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압 △PLS의 변동에 관계없이 펌프의 토출유량의 변화를 발생시키지 않는 제3도에 도시한 바와 같은 마이너스측의 한계치 -E와 플러스측의 한계치 E와의 사이의 영역인 불감대(19)를 기억하고, 또한 연산부(18c)는 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po의 편차 △△P가 제4도의 불감대(19)내에 있는지의 여부를 판단하고, 또한 출력부(18d)는 연산부(18c)에 있어서의 상기 판별에 의해 편차 △△P가 불감대(19)내에 있을 때에 전자밸브(15),(16)의 양쪽을 OFF상태로 유지하는 구동신호를 출력한다. 즉, 콘트롤러(18)는 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po과의 편차 △△P가 제4도에 도시한 불감대(19)내에 있을 때에는 펌프제어장치(30A)에 의한 제어를 보류하고, 주펌프(2)의 토출량을 대략 일정하게 유지하는 유량유지수단을 구비하고 있다.
이와 같이 구성한 제2의 실시예의 동작은 다음과 같다.
콘트롤러(18)로 제4도에 도시한 순서에 따라 각 처리가 행해진다. 제3도에 도시한 순서 S1에 도시한 바와 같이, 처음에 차압센서(17)에 의한 신호 즉, 펌프압력 Ps과 액튜에이터의 최대부하압력 Pamax과의 차압인 로드센싱차압 △PLS이 입력부(18a)를 통해서 연산부(18c)에 입력된다. 이어서, 순서 S2에 도시한 바와 같이 기억부(18b)에 기억되어 있는 회로상 바람직한 목표차압 △Po과, 제3도에 도시한 불감대(19)를 정하고 있는 한계치 E,-E가 연산부(18c)에 독출된다. 이어서, 순서 S3로 이동하며, 연산부(18c)에서 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po과의 편차 △△P를 구하는 연산, 즉
△PLS-△Po=△△P ………………………………………………………(1)
이 행해진다. 이어서, 순서 S4로 이행하여, 상기 (1)식에서 산출된 편차 △△P가 한계치 E보다 큰지의 여부가 연산부(18c)에서 판별된다.
이 판별이 만족되고, 편차 △△P가 한계치 E보다 클 경우는 편차 △△P가 주펌프(2)의 토출유량을 변경시키지 않으면 안될 정도로 충분히 큰 경우이며, 순서 S5로 이행된다. 이 순서 S5에서는 출력부(18d)로부터 편차 △△P를 0으로 하는 구동신호 즉, 제3도의 특성선(20)으로 표시한 구동신호가 전자밸브(16)에 출력된다. 이로써, 제2도에 도시한 제어용 액튜에이터(7A)의 헤드측과 탱크(31)가 연통되고, 이 제어용 액튜에이터(7A)의 로드측에 파일롯펌프(13)의 파일롯 압력이 공급되고 있으므로, 이 제어용 액튜에이터(7A)의 피스톤로드는 제2도의 우측으로 이동하고, 주펌프(2)의 배기량이 작아지도록 제어된다. 이로써, 주펌프(2)의 토출유량은 비교적 작은 유량이되며, 이 유량이 유압실린더(3), 유압모터(4) 등의 액튜에이터에 공급되어, 상기 편차 △△P가 0이 되도록 즉, 로드센싱차압 △PLS이 목표차압 △PO과 같아지도록 제어된다.
또한, 상기 제3의 순서 S4의 판별이 만족되지 않을 경우는 순서 S6으로 이행한다. 이 순서 S6에서는 편차 △△P가 한계치 -E보다 작은지의 여부가 연산부(18c)에서 판별된다. 이 판별이 만족되고, 편차 △△P가 한계치 -E보다 작을 경우는 편차 △△P가 주펌프(2)의 토출유량을 변경시키지 않으면 안될 정도로 충분히 작을 경우이며, 순서 S7로 이행한다. 이 순서 S7에서는 출력부(18d)로부터 편차 △△P를 0으로 하는 구동신호 즉, 제3도의 특성선(21)으로 표시한 구동신호가 전자밸브(15)에 출력된다. 이로써, 제2도에 도시한 제어용 액튜에이터(7A)의 로드축과 헤드측이 연통되고, 로드측과 헤드측의 쌍방에 파이롯압력이 공급되고, 그 수압면적의 차에 의해 이 제어용 액튜에이터(7A)의 피스톤로드는 제2도의 좌측으로 이동하고, 주펌프(2)의 배기량이 커지도록 제어된다. 이로써, 주펌프(2)의 토출유량은 비교적 큰 유량이 되고, 이 유량이 유압실린더(3), 유압모터(4) 등의 액튜에이터에 공급되고, 상기 편차 △△P가 0이 되도록 즉, 로드센싱차압력 △PLS이 목표차압 △PO과 같아지도록 제어된다.
그리고, 상기 제4도의 순서 S6의 판별이 만족되지 않을 경우는 편차 △△P가 주펌프(2)이 토출유량을 변경시킬 필요가 없을 경우, 즉, 편차 △△P가 제3도에 도시한 불감대(19)내에 있는 경우이며, 순서 S8로 이행한다. 이 순서 S8에서는 출력부(18d)로부터 제2도에 도시한 제어용 액튜에이터(7A)를 정지유지시키는 구동신호 즉, 전자밸브(15),(16)의 양쪽을 OFF로 하는 구동신호가 출력된다. 이로써, 전자밸브(15),(16)의 각각은 제2도에 도시한 폐지상태로 유지되며, 제어용 액튜에이터(7A)는 그때까지의 상태를 유지하고, 따라서 주펌프(2)의 배기량은 변경되지 않고, 주펌프의 토출유량은 변화되지 않도록 유지된다.
이와 같이 구성된 제2의 실시예에 있어서는 액튜에이터의 단독구동시 예를 들면 유압실린더(3)의 단독구동시에는 유량제어밸브(5)의 개구면적을 y, 유량계수(밀도, 중력가속도 등을 포함한 상수)를 Cp로 하면, 유량제어밸브(5)를 통과하는 유량 Q1은
로 표현된다. 이 경우, 주펌프(2)의 토출유량을 Qp로 하면, Qp는 상기 유량제어밸브(5 )의 통과유량 Q1과는 같아진다. 즉,
따라서, 편차 △△P가 한계치 E와 같을 때의 유량제어밸브 개구면적 y과 펌프토출유량 Qp과의 관계는 △PLS=△PO+E이므로, 상기 (3)식에서
로 되며, 제5도의 특성선(22)으로 표시한 것이 된다. 또한, 편차 △△P가 한계치 -E와 같을 때의 유량제어밸브 개구면적 y과 펌프토출량 Qp과의 관계는 △PLS=△PO-E이므로,
로 되며, 제5도이 특성선(23)으로 표시한 것으로 된다.
또한, 로드센싱차압 △PLS이 목표차압 △PO에 엄밀하게 일치하도록 제어되는 종래의 로드센싱시스템에 있어서는 상기 (3)식에서 명백한 바와 같이 유량제어밸브 개구면 y과 펌프토출유량 Qp과의 관계는 제5도의 특성선(24)이 된다.
따라서, 종래에는 제5도에 도시한 바와 같이, 유량제어밸브개구면적 y이 y1일 때는 특성선(24)상에서 펌프토출유량은 Qp은 Q1에 일의적으로 정해지고, y1이 전후로 변화되었을 때는 펌프토출유량 Qp도 그에 따라 변화한다. 이에 대해, 이 제2의 실시예에서는 제5도에 도시한 바와 같이 유량제어밸브개구면적 y이 y1일 때의 펌프토출유량 Qp이 Q1이라고 하면,
에 의해 결정되는 토출유량 Q1에 대한 유량제어밸브개구면적 y1의 불감대 영역(25)을 가지고 즉, 유량제어밸브개구면적 y이 어느 정도의 변화에 대하여는 펌프토출유량 Qp이 변화되지 않는다.
따라서, 이 제2의 실시예에 있어서도 유압실린더(3)나 유압모터(4)에 일정한 유량을 공급해서 행해지는 작동중에 가령 외적부하 등에 의해 로드센싱차압 △PLS이 변화해도 제어용 액튜에이터(7A)는 정지 유지되며, 상기 제1의 실시예와 같이 이때 주펌프(2)의 배기량은 변경되지 않고, 따라서 상기와 같이 펌프토출유량 Qp이 변화되지 않고, 유압실린더(3)나 유압모터(4) 등의 액튜에이터의 공급유량은 일정하게 유지된다. 따라서, 당해 액튜에이터 작동속도의 변화를 일으키지 않으며, 이와 같은 외적부하 등의 발생에 관계없이 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
[제3의 실시예]
본원 발명의 제3의 실시예를 제2도 및 제6도~제9도에 의해 설명한다. 본 실시예는 불감대의 크기를 펌프토출량에 따라 가변으로 한 것이다.
본 실시예의 유압구동장치의 하드구성은 펌프제어장치(30B)가 제2도에 가상선으로 표시한 주유압펌프(2)의 사판(2a)의 경전위치 q를 검출하여, 신호를 출력하는 사판위치센선(32)를 더 구비하고, 그 신호가 콘트롤러(18)에 입력되는 점을 제외하고는 제2의 실시예와 실질적으로 같다.
또한, 콘트롤러(18)는 기억부(18b)에 통상 고려되는 외적부하나, 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱차압 △PLS의 변도에 관계없이 펌프이 토출유량의 변화를 일으키지 않는 불감대를 정하는 한계치 E를 제6도에 도시한 바와 같은 주펌프(2)의 사판(2a)의 경전위치 q의 함수로서 기억하고 있다. 제6도에있어서, 한계치 E와 펌프 경전위치 q와의 관계는 펌프경전위치 q가 작아짐에 따라 한계치 E가 커지는 관계로 설정되어 있다. 콘트롤러(18)의 그 외의 기능은 제2의 실시예와 실질적으로 같다. 즉, 본 실시예에 있어서도 콘트롤러(18)는 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po과의 편차 △△P가 한계치 E,-E로 정해지는 불감대내에 있을 때에는 펌프제어장치(30B)에 의한 제어를 보류하고, 주펌프(2)의 토출유량을 대략 일정하게 유지하는 유량유지수단을 구비하는 동시에, 그 불감대의 크기를 펌프경정위치 q에 따라 변환시키는 구성으로 되어 있다.
콘트롤러(18)에서는 제7도에 도시한 순서에 따라 처리가 행해진다. 즉, 처음에는 순서 S1A에 있어서, 차압센서(17)로부터의 신호 즉, 펌프토출압력 Ps과 액튜에이터의 최대부하압력 Pamax과의 차압 △PLS과, 사판위치센서(32)로부터의 신호 즉, 주펌프(2)의 사판경전위치 q가 입력부(18a)를 통해서 연산부(18c)에 입력된다. 이어서, 순서 S2A에 있어서, 기억부(18b)에 기억되어 있는 회로상 바람직한 목표차압 △P'이 독출된다. 또한, 순서 S2B에 있어서, 기억부(18b)에 기억되어 있는 제6도에 도시한 함수로서부터 순서 S1A에서 입력한 펌프경전위치 q에 대응하는 한계치 E를 독출하여, 불감대를 정하는 한계치 E, -E를 독출한다.
이후, 순서 S4~S8로 진행하고, 제2의 실시예와 같은 처리를 행한다. 즉, 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po과의 편차 △△P가 한계치 E보다 큰 경우 주펌프(2)의 배기량이 작아지도록 제어되고(순서 S4,S5), 차압편차 △△P가 한계치 -E보다 작을 경우는 주펌프(2)의 배기량이 증가하도록 제어되고(순서 S4,S6,S7), 모두 로드센싱차압 △PLS이 목표차압 △Po이 되도록 제어된다. 또한, 차압 편차 △△P가 한계치 E, -E로 정해지는 불감대내이면, 주펌프(2)의 배기량은 변경하지 않고(순서 S4,S6,S8), 주펌프(2)의 토출유량은 변화되지 않도록 유지된다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 있어서, 불감대의 한계치 E를 펌프경전각에 다라서 변화시킨 이유는 다음과 같다.
본 실시예가 관련되는 로드센싱시스템에 있어서, 펌프토출유량 Qp은 상기 (3)식, 즉
로 표현되므로, 유량제어밸브개구면적 y를 파라미터로서 펌프토출유량 Qp과 로드센싱차압 △PLS과의 관계는 제8도에 도시한 바와 같이 된다. 제8도에 있어서, 특성선(40)은 유량제어밸브개구면적 y이 y1으로 비교적 큰 때이며, 특성선(41)은 동 개구면적 y이 y2로 비교적 작은 때이다. 개구면적 y이 작아짐에 따라 차압 △PLS에 대한 유량 Qp의 변화비율은 작아진다. 따라서, 로드센싱차압 △PLS과 목표차압 △Po과의 편차에 대한 불감대의 한계치 E를 일정하게 하면, 개구면적 y이 커짐에 따라 일정한 E에 대응하는 펌프토출유량 Qp의 영역 즉, 유량불감대 △Q는 커진다.
즉, 제8도에 있어서 같은 일정의 불감대 E2에 대해 개구면적이 y1일 때의 특성선(40)에 의해 얻어지는 유량불감대 △Q21는 개구면적이 y2일 때의 특성선(41)에 의해 얻어지는 유량불감대 △Q2보다 커진다. 한편, 개구면적이 y1일 때에 유량불감대 △Q2와 대략 같은 크기의 유량불감대 △Q1를 얻으려고 하면, 로드센싱차압 △PLS에 관한 불감대는 E2보다 작은 E1이 된다.
이상은 차압편차가 불감대내의 한계치 ±E의 범위내에 있을 때의 펌프토출유량 Qp이
로 표현되며, 이 식에 있어서 같은 일정치 한계치 E에 대하여 개구면적 y이 작아짐에 따라 펌프토출유량 Qp이 작아지는 것에서도 알 수 있다.
여기서, 유량불감대 △Q는 로드센싱차압 △PLS의 변화에 관계없이 펌프토출유량 Qp이 제어되지 않은 영역이며, 이 영역이 과도하게 커지는 것은 펌프토출유량의 제어성이 악화되는 것을 의미하며, 작업능력이 저하되고, 또한 미조작성(微操作性)도 저하된다. 한편, 개구면적 y이 y1과 같이 작을 경우는 회로가 유량제어 밸브로 강하게 좁혀지기 때문에, 펌프토출압력의 변화에 관여하는 펌프토출유량이 유량제어밸브상류의 관로부분의 좁은 용적에 유입되는 것과 등가되며, 일정의 유량변화에 대한 로드센싱차압 △PLS의 변화가 커진다. 이로 인해, 불감대 E가 너무 작으면 로드센싱차압 △PLS의 변화에 대한 불감대의 효과를 얻지 못하며, 펌프토출량의 제어가 불안정해진다.
상기로부터 개구면적 y에 관계없이 불감대 E가 일정할 경우, 개구면적이 y1일 때에 적절한 제어를 할 수 있는 크기, 예를 들면 E2에 불감대를 설정하면, 개구면적이 y2일 때에 유량불감대 △Q가 과도하게 커져서, 펌프토출유량의 제어성이 악화되어, 작업능력 및 미조작성이 저하된다는 문제가 있다. 한편, 개구면적이 y2일 때에 적절한 유량불감대 △Q가 얻어지도록 불감대 E의 크기를 예를 들면 E1과 같이 설정하면, 개구면적이 작을 때에 펌프토출유량의 제어가 불안정해지는 문제가 생긴다.
본 실시예에 있어서는 상기와 같이 불감대를 결정하는 한계치 E를 펌프경전위치 q에 따라서 변화시키고 있다. 로드센싱시스템에 있어서는 상기와 같이, 로드센싱차압 △PLS이 목표차압 △PO에 일치하도록 제어되고, 유량제어밸브개구면적 y과 펌프토출유량 Qp과의 관계는 (2)식으로 표현할 수 있으므로, 제5도의 특성선(24)과 같이 개구면적 y과 펌프토출유량 Qp과는 대략 비례관계에 있다. 또한, 주펌프(2)를 구동하는 원동기(1)의 회전수를 대략 일정하게 한다면, 펌프토출량 Qp과 주펌프(2)의 사판경전위치 q와도 대략 비례관계에 있다. 따라서, 펌프경전위치 q와의 한계치 E의 관계를 제6도에 도시한 바와 같이 펌프경전위치 q가 작아짐에 따라 한계치 E가 커지도록 설정하면 유량제어밸브개구면적이 y2와 같이 작을 때에는 대응하는 펌프경전위치 q2로부터 커다란 불감대 E2가 얻어지며, 개구면적이 y2와 같이 커지면, 대응하는 펌프경전위치 q1에서 작은 불감대 E1가 얻어진다.
이와 같이 불감대 E가 변화할 때의 제5도에 대응하는 유량제어 밸브개구면적 y과 펌프토출유량 Qp와의 관계는 제9도에 도시한 바와 같이 된다. 제9도에 있어서, (22A)는 제5도의 특성선(22)에 대응하고, 특성선(23A)은 특성선(23)에 대응한다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 불감대의 크기를 상기와 같이 변화시킨 경우는 개구면적 y의 대략 전역에 걸쳐서, 유량불감대는 △Q1,△Q2와 같이 대략일정해진다.
따라서, 개구면적 y이 작은 소유량시에는 불감대 E가 커져서, 펌프토출유량의 안정된 제어를 할 수 있으며, 개구면적 y이 큰 대유량시에는 불감대 E가 작아져서 대략 일정의 유량불감대 △Q를 유지하며, 작업능력의 저하를 방지하고, 양호한 미조작성을 확보할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면 펌프제어장치(30B)에 유량유지수단을 설치하였으므로, 제2의 실시예와 같이 외적부한 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 펌프의 토출유량의 변화를 억제할 수 있으므로, 양호한 조작성을 확보할 수 있는 동시에, 불감대의 크기를 펌프경전각에 따라서 변화시켰으므로, 소류(小流)영역에 있어서 펌프제어의 안정성을 손상하지 않고, 펌프토출유량의 대략 전역에 걸쳐서 뛰어난 작업능력과 미조작성을 확보할 수 있다.
또한, 이 제3의 실시예에서는 주펌프(2)의 사판위치를 검출하고, 이 사판위치에 따라서 불감대의 한계치 E를 가변으로 하였으나, 이상의 설명에서 명백한 바와 같이 불감대의 한계치 E는 펌프토출유량에 따라서 가변으로 해도 같은 효과를 얻을 수 있으며, 이 경우는 예를 들면 사판위치로부터 주펌프(2)의 배기량을 구하고, 이 배기량에 주펌프(2)의 회전수를 곱해서 펌프토출량을 구하면 된다. 또한, 유량제어밸브의 스트로크량을 검출하고, 불감대 E를 이 스트로크량에 가변으로 해도 된다.
이상, 본원 발명의 몇가지 실시예를 설명하였으나, 본원 발명은 이것에 하정되지 않고 다양한 변경이 가능하다. 예를 들면 이상의 실시예에서는 로드센싱차압과 미리 정해진 목표차압과의 차압편차가 미리 정해지는 불감대내에 있을 때는 주유압펌프의 토출유량을 전혀 변화시키지 않도록 하였으나, 액튜에이터의 조작에 거의 영향을 미치지 않을 정도의 펌프토출유량의 변화를 허용하는 구성으로 해도 된다.
또한, 본원 발명은 로드센싱차압과 목표차압과의 차압편차가 불감대내에 있을 때에는 주펌프의 토출유량을 대략 일정하게 유지하는 것이지만, 유압기기에는 통상 근소한 압유의 누출이 있으므로, 주펌프토출유량을 대략 일정하게 유지하도록 제어하려고 해도 이 누출에 의해 펌프토출유량이 미소변화하는 경우가 있으며, 이 미소변화는 “대략 일정”의 범위내라고 이해해야 한다.
[산업상의 이용가능성]
본원 발명에 의하면, 로드센싱시스템에 있어서 외적부하나 관성부하, 오일의 압축성 등에 의한 로드센싱 차압의 변동에 수반되는 펌프 토출유량의 변화를 억제할 수 있으며, 따라서 이들의 외적부하 등에 의한 액튜에이터의 작동속도의 변화를 방지할 수 있으며, 종래의 것에 비해 액튜에이터의 조작성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 가변용량형의 주유압펌프(2)와, 이 주유압펌프로부터 토출되는 압유(壓油)에 의해 구동되는 복수의 액튜에이터(3,4)와, 이들 액튜에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 유량제어밸브(5,6)와, 상기 주유압펌프의 토출압력과 상기 복수의 액튜에이터의 최대부하압력과의 차압을 로드센싱차압으로서 입력하고, 이 로드센싱차압이 미리 설정된 목표차압이 되도록 상기 주유압펌프의 토출유량을 제어하는 펌프제어수단(30 ; 30A ; 30B)을 구비하는 토목·건설기계의 유압구동장치에 있어서, 상기 로드센싱차압과 목표차압과의 편차에 대한 불감대(不感帶)(8c ; 19)를 가지고, 당해 편차가 상기 불감대내에 있을 때에는 상기 펌프제어수단(30 ; 30A ; 30B)에 의한 제어를 보류하고, 상기 주유압펌프(2)의 토출유량을 대략 일정하게 유지하는 유량유지수단(8c ; 18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프제어수단(30)이 상기 주유압펌프(2)의 배기량가변수단(2a)을 구동하는 제어용 액튜에이터(7)와, 상기 로드센싱차압에 응답하여 작동하고, 상기 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 밸브수단(8)을 포함하며, 상기유량유지수단(8c)이 상기 밸브수단에 장치되며, 상기 불감대가 상기 제어용 액튜에이터를 정지상태로 유지하는 상기 밸브수단의 특정의 스트로크영역(8c)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 유압구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프제어수단(30A)이 상기 주유압펌프(2)의 배기량가변수단(2a)을 구동하는 제어용 액튜에이터(7A)와, 이 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 밸브수단(15,16)과, 상기 로드싱차압을 검출하는 차압센서(17)와, 이 차압센서로 검출된 로드센싱차압과 상기 목표차압과의 차압편차를 연산하고, 이 차압편차가 작아지도록 상기 밸브수단을 구동하는 콘트롤러(18)를 포함하며, 상기 유량유지수단은 상기 콘트롤러내에 장치되고, 또한 상기 불감대(19)를 결정하는 한계치(E,-E)를 기억하는 수단(18b)과, 상기 차압편차가 상기 한계치로 결정되는 불감대내에 있는지의 여부를 판단하고, 불감대내에 있을 때에는 상기 제어용 액튜에이터를 정지상태로 유지하는 신호를 상기 밸브수단에 출력하는 수단(19c,18d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압구동장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불감대(E)는 상기 주유압펌프(2)의 토출유량이 증가함에 따라 작아지도록 가변으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유압구동장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펌프제어수단(30B)이 상기 주유압펌프(2)의 배기량가변수단(2a)을 구동하는 제어용 액튜에이터(7A)와, 이 제어용 액튜에이터의 구동을 제어하는 밸브수단(15,16)과, 상기 로드센싱차압을 검출하는 차압센서(17)와, 이 차압센서로 검출된 로드센싱차압과 상기 목표차압과의 차압편차를 연산하고, 이 차압편차가 작아지도록 상기 밸브수단을 구동하는 콘트롤러(18)를 포함하며, 상기 유량유지수단은 상기 주유압펌프의 토출유량을 검출하는 수단(32)과, 상기 콘트롤러내에 장치되고, 또한 상기 주유압펌프의 토출유량과 이에 따라 변화하는 상기 불감대를 결정하는 한계치와의 관계를 기억하는 수단(18b)과, 이 기억한 관계로부터 상기 검출된 펌프토출유량에 대응하는 불감대의 한계치(E)를 구하고, 상기 차압편차가 상기 한계치로 결정되는 불감대내에 있는지의 여부를 판단하며, 불감대내에 있을 때에는 상기 제어용 액튜에이터를 정지상태로 유지하는 신호를 상기 밸브수단에 출력하는 수단(18c,18d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압구동장치.
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