KR-20260061227-A - 건설 기계의 유압 제어 시스템

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Abstract

조작 레버의 비조작 시에 메인 펌프의 토출압을 소정의 최저압 이상의 압력으로 유지하고, 또한 조작 레버의 조작 시에는, 센터 바이패스 유로의 도중에 배치한 바이패스 커트 밸브의 하류측에 탠덤 접속된 방향 제어 밸브의 유압 액추에이터에 충분한 유량의 압유를 공급할 수 있게 한다. 그 때문에, 센터 바이패스 유로의 제1 방향 제어 밸브와 제2 방향 제어 밸브 사이에 바이패스 커트 밸브를 배치하고, 컨트롤러는, 방향 제어 밸브의 전부가 중립 위치에 있을 때, 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 소정의 최소 개구 면적으로 보지하고, 또한 메인 펌프의 토출압이 소정의 최저 토출압 이상의 압력이 되도록 메인 펌프의 토출 유량을 제어하고, 바이패스 커트 밸브의 하류측에 위치하는 제2 방향 제어 밸브가 조작되었을 때, 제2 방향 제어 밸브의 스풀 스트로크량이 커짐에 따라 증가하도록 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 제어한다.

Inventors

아마노 히로아키
구마가이 겐토
아키타 다로
후쿠치 료헤이
가네하마 미츠히코

Assignees

히다치 겡키 가부시키 가이샤

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20240902
Priority Date: 20230929

Claims (6)

상류측이 메인 펌프에 접속되고, 하류측이 탱크에 접속된 센터 바이패스 유로와, 상기 센터 바이패스 유로에 배치된 제1 방향 제어 밸브, 상기 센터 바이패스 유로의 상기 제1 방향 제어 밸브의 하류측에 배치되고, 상기 메인 펌프로부터 토출된 압유가 상기 제1 방향 제어 밸브에 우선적으로 공급되도록 상기 제1 방향 제어 밸브에 대하여 탠덤 접속된 제2 방향 제어 밸브를 포함하는 복수의 방향 제어 밸브와, 컨트롤러를 구비한 건설 기계의 유압 제어 시스템에 있어서, 상기 센터 바이패스 유로의 상기 제1 방향 제어 밸브와 상기 제2 방향 제어 밸브 사이에 배치되고, 개구 면적을 소정의 최소 개구 면적부터 최대 개구 면적까지 비례적으로 변경 가능한 바이패스 커트 밸브를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 센터 바이패스 유로에 배치된 복수의 상기 방향 제어 밸브의 전부가 중립 위치에 있을 때, 상기 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 상기 소정의 최소 개구 면적으로 보지하고, 또한 상기 메인 펌프의 토출압이 소정의 최저 토출압 이상의 압력이 되도록 상기 메인 펌프의 토출 유량을 제어하고, 상기 바이패스 커트 밸브의 하류측에 위치하는 상기 제2 방향 제어 밸브가 조작되었을 때, 상기 제2 방향 제어 밸브의 스풀 스트로크량이 커짐에 따라 증가하도록 상기 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향 제어 밸브를 각각 조작하기 위한 조작 신호를 생성하는 제1 및 제2 조작 장치를 포함하는 복수의 조작 장치를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 바이패스 커트 밸브의 상기 소정의 최소 개구 면적을 상기 복수의 조작 장치의 비조작 시의 스탠바이 개구 면적으로서 미리 설정해 두고, 상기 제2 조작 장치의 조작 신호에 기초하여 상기 바이패스 커트 밸브의 조작 목표 개구 면적을 연산하고, 상기 바이패스 커트 밸브의 상기 소정의 최소 개구 면적과 상기 조작 목표 개구 면적 중 큰 쪽을 제어용의 목표 개구 면적으로서 선택하고, 상기 제어용의 목표 개구 면적이 되도록 상기 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향 제어 밸브를 각각 조작하기 위한 조작 신호를 생성하는 제1 및 제2 조작 장치를 포함하는 복수의 조작 장치와, 상기 메인 펌프의 토출 압력을 검출하는 제1 압력 센서를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 메인 펌프의 상기 소정의 최저 토출압을 상기 복수의 조작 장치의 비조작 시의 스탠바이 압력으로서 미리 설정해 두고, 상기 복수의 조작 장치의 조작 신호에 기초하여 상기 메인 펌프의 요구 유량을 연산하고, 상기 제1 압력 센서에 의해 검출한 상기 메인 펌프의 토출압과 상기 메인 펌프의 소정의 최저 토출압에 기초하여, 상기 복수의 조작 장치의 비조작 시에 상기 메인 펌프의 토출압을 상기 소정의 최저 토출압으로 유지하는 데에 필요로 되는 상기 메인 펌프의 스탠바이 유량을 연산하고, 상기 메인 펌프의 요구 유량과 상기 메인 펌프의 스탠바이 유량 중 큰 쪽을 펌프 목표 유량으로서 선택하고, 선택한 상기 펌프 목표 유량이 되도록 상기 메인 펌프의 토출 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 방향 제어 밸브에 의해 구동되는 유압 액추에이터의 부하압을 추정하고, 상기 추정한 부하압이 낮아짐에 따라 작아지도록 상기 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향 제어 밸브를 각각 조작하기 위한 조작 신호를 생성하는 제1 및 제2 조작 장치를 포함하는 복수의 조작 장치와, 상기 제2 방향 제어 밸브에 의해 구동되는 유압 액추에이터의 공급 압력과 배출 압력을 각각 검출하는 제2 압력 센서 및 제3 압력 센서를 추가로 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 바이패스 커트 밸브의 상기 소정의 최소 개구 면적을 상기 복수의 조작 장치의 비조작 시의 스탠바이 개구 면적으로서 미리 설정해 두고, 상기 제2 조작 장치의 조작 신호에 기초하여 상기 바이패스 커트 밸브의 조작 목표 개구 면적을 연산하고, 상기 제2 및 제3 압력 센서의 검출값에 기초하여 상기 제2 방향 제어 밸브에 의해 구동되는 유압 액추에이터의 부하압을 추정하고, 상기 추정한 부하압이 낮아짐에 따라 작아지도록 상기 바이패스 커트 밸브의 조작 목표 개구 면적을 보정하고, 상기 바이패스 커트 밸브의 상기 소정의 최소 개구 면적과 상기 보정한 조작 목표 개구 면적 중 큰 쪽을 제어용의 목표 개구 면적으로서 선택하고, 상기 제어용의 목표 개구 면적이 되도록 상기 바이패스 커트 밸브의 개구 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 바이패스 커트 밸브의 하류측에 배치되고, 상기 제1 방향 제어 밸브에 대하여 탠덤 접속된 상기 제2 방향 제어 밸브는, 추가로, 패럴렐 유로를 개재하여 상기 메인 펌프에 대하여 상기 제1 방향 제어 밸브와 패럴렐로 접속되고, 상기 제2 방향 제어 밸브의 입력 포트는, 역류 방지용의 체크 밸브를 구비한 피더 유로를 개재하여 상기 패럴렐 유로에 접속되고, 상기 피더 유로의 상기 입력 포트와 상기 체크 밸브 사이에 고정 스로틀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 제어 시스템.

Description

건설 기계의 유압 제어 시스템 본 발명은, 유압 셔블 등의 건설 기계의 유압 제어 시스템에 관한 것이다. 메인 펌프로부터 토출하는 압유를, 방향 제어 밸브를 개재하여 각 유압 액추에이터에 배분하고, 잉여 오일을 탱크로 환류하는 건설 기계의 유압 제어 시스템에 있어서, 메인 펌프와 작동유 탱크간의 바이패스 유로를 조임으로써, 메인 펌프의 토출압을 소정의 최저압 이상의 압력으로 유지하도록 한 것이 공지이다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 유압 제어 시스템에 있어서는, 메인 펌프에 접속되고, 복수의 방향 제어 밸브를 배치한 센터 바이패스 유로의 최상류에 바이패스 시퀀스 밸브를 배치하고, 조작 레버의 비조작 시에는 바이패스 시퀀스 밸브의 솔레노이드를 비여자(非勵磁)로 하여 바이패스 시퀀스 밸브를 무부하 연통 상태로 하고, 펌프 토출압을 탱크 라인에 언로드하여 저압으로 하는 한편, 조작 레버의 조작 시에는 바이패스 시퀀스 밸브의 솔레노이드를 여자하여, 바이패스 시퀀스 밸브의 개구를 좁힘(센터 바이패스 유로를 조임)으로써, 메인 펌프로부터 토출되는 압유의 압력(토출압)을 파일럿 유압원의 파일럿 1차압(소정의 최저압) 이상의 압력으로 유지하고, 그 압유의 일부를 파일럿 유압원의 감압 밸브로 유도함으로써, 파일럿 펌프를 사용하지 않고 파일럿 유압원을 확보할 수 있게 하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 유압 제어 시스템에 있어서는, 펌프 토출 유로로부터 분기되어, 펌프 토출 유로와 탱크를 연통하는 리턴 유로(바이패스 유로)에 바이패스 밸브를 배치하고, 모든 조작 레버가 비조작 상태에 있는 스탠바이 상태에 있을 때에, 바이패스 밸브의 개구 면적을 설정값까지 조이는 위치로 제어하고 있고, 이에 의해 모든 조작 레버의 비조작 시에 메인 펌프의 토출압을 소정값 이상의 압력으로 유지하고, 메인 펌프에 배압(背壓)을 작용시켜, 스탠바이 상태로부터의 조작 입력이 있었을 때의 메인 펌프의 응답성 향상이나, 메인 펌프의 슬라이딩 기기의 대미지의 방지를 도모하고 있다. 도 1a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)을 나타내는 도면이다. 도 1b는 버킷 대신에 유압 그래플(어태치먼트)을 구비한 유압 셔블의 프론트 작업기의 작업구 부분을 나타내는 도면이다. 도 2a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 건설 기계의 유압 제어 시스템의 유압 회로를 나타내는 도면이다. 도 2b는 선회 방향 제어 밸브, 붐 3 방향 제어 밸브, 어태치먼트 2 방향 제어 밸브의 밸브 기능을 유압 심벌로 나타내는 도면이다. 도 3은 제1 실시형태의 유압 제어 시스템의 제어 회로 부분을 나타내는 도면이다. 도 4a는 컨트롤러의 방향 제어 밸브의 제어 알고리즘을 나타내는 도면이다. 도 4b는 컨트롤러의 바이패스 커트 밸브의 제어 알고리즘을 나타내는 도면이다. 도 5는 컨트롤러의 메인 펌프의 제어 알고리즘을 나타내는 도면이다. 도 6a는 어태치먼트 2용의 조작 레버 장치를 단독으로 조작하였을 때의 바이패스 커트 밸브의 목표 개구 면적, 메인 펌프의 목표 유량, 메인 펌프의 토출압의 각각의 시간적 변화를 나타내는 도면이다. 도 6b는 어태치먼트 2용의 조작 레버 장치를 단독으로 조작한 후, 붐용의 조작 레버 장치를 붐 인상 방향으로 동시 조작하였을 때의 바이패스 커트 밸브의 목표 개구 면적, 메인 펌프의 목표 유량, 메인 펌프의 토출압의 각각의 시간적 변화를 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 건설 기계의 유압 제어 시스템의 유압 회로를 나타내는 도면이다. 도 8a는 압력 센서의 검출값에 기초하는 액추에이터 부하 추정 수단(부하 추정 알고리즘)을 나타내는 도면이다. 도 8b는 컨트롤러의 바이패스 커트 밸브의 제어 알고리즘을 나타내는 도면이다. 이하, 본 발명에 따른 복수의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. <제1 실시형태> ~건설 기계~ 도 1a는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)을 나타내는 도면이다. 유압 셔블은, 하부 주행체(100)와 상부 선회체(101)와 프론트 작업기(102)를 구비하고 있다. 하부 주행체(100)는 우좌의 크롤러식 주행 장치(100a, 100b)를 갖고, 우좌의 주행 모터(100c, 100b)에 의해 구동된다. 상부 선회체(101)는 하부 주행체(100) 상에 선회 가능하게 탑재되고, 선회 모터(101a)에 의해 선회 구동된다. 프론트 작업기(102)는 상부 선회체(101)의 전부(前部)에 부앙(俯仰) 가능하게 장착되어 있다. 상부 선회체(101)에는 캐빈(운전실)(101b)이 구비되고, 캐빈(101b) 내에는, 운전석(도시 생략), 운전석의 전부에 마련된 프론트·선회용의 좌우의 조작 레버 장치(41a, 41b)(도 3 참조), 운전석의 전측 바닥부에 마련된 주행용의 좌우의 조작 레버/페달 장치(도시 생략), 운전석 근처의 적소에 배치된 어태치먼트 1 및 어태치먼트 2용의 조작 레버 장치(41c, 41d)(도 3 참조)가 배치되어 있다. 프론트 작업기(102)는 붐(102a), 아암(102b), 버킷(102c)을 갖는 다관절 구조로, 붐(102a)은 붐 실린더(112a)의 신축에 의해 상하 방향으로 회전 운동하고, 아암(102b)은 아암 실린더(112b)의 신축에 의해 상하, 전후 방향으로 회전 운동하고, 버킷(102c)은 버킷 실린더(112c)의 신축에 의해 상하, 전후 방향으로 회전 운동한다. 프론트 작업기(102)는, 버킷(102c) 대신에, 그래플, 브레이커, 크러셔 등의 어태치먼트를 구비하는 경우가 있고, 이들 어태치먼트도, 각각의 유압 실린더 또는 유압 모터 등의 유압 액추에이터(이하, 간단히 액추에이터라고 하는 경우가 있다)에 의해 구동된다. 도 1b는, 버킷(102c) 대신에 유압 그래플(102d)을 구비한 유압 셔블의 프론트 작업기(102)의 작업구 부분을 나타내는 도면이다. 유압 그래플(102d)은 액추에이터로서 유압 실린더(112d)와 유압 모터(도시 생략)를 내장하고, 유압 실린더(112d)에 의해 클로(102d1)를 A1 방향 및 A2 방향으로 개폐하고, 유압 모터에 의해 클로(102d1)를 B1 방향 및 B2 방향으로 회전시킨다. ~유압 회로~ 도 2a는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 건설 기계의 유압 제어 시스템의 유압 회로를 나타내는 도면이다. 도 2a에 있어서, 본 실시형태의 유압 제어 시스템은, 메인 펌프(유압 펌프)(20a)를 포함하는 유압 회로(HC1)와, 메인 펌프(유압 펌프)(20b)를 포함하는 유압 회로(HC2)와, 메인 펌프(유압 펌프)(20c)를 포함하는 유압 회로(HC3)의 3개의 유압 회로(HC1, HC2, HC3)를 구비하고 있다. 유압 회로(HC1)는, 주행 우방향 제어 밸브(21), 버킷 방향 제어 밸브(22), 아암 2 방향 제어 밸브(23), 붐 1 방향 제어 밸브(24)를 갖고, 이들 방향 제어 밸브(21~24)는, 상류측이 메인 펌프(20a)의 펌프 유로에 접속되고, 하류측이 리턴 유로(L1)를 개재하여 탱크(T)에 접속된 센터 바이패스 유로(51a)에, 메인 펌프(20a) 쪽(상류측)으로부터 순서대로 접속되어 있다. 주행 우방향 제어 밸브(21), 버킷 방향 제어 밸브(22), 아암 2 방향 제어 밸브(23), 붐 1 방향 제어 밸브(24)는, 각각, 메인 펌프(20a)로부터 도 1에 나타내어지는 유압 액추에이터인 우주행 모터(100c), 버킷 실린더(112c), 아암 실린더(112b), 붐 실린더(112a)로 공급되는 압유의 흐름 방향과 유량을 제어하여, 이들 유압 액추에이터를 구동한다. 리턴 유로(L1)에는 최저 펌프 토출압 생성용의 스로틀(33a)이 마련되어 있다. 유압 회로(HC2)는, 붐 2 방향 제어 밸브(25), 아암 1 방향 제어 밸브(26), 어태치먼트 1 방향 제어 밸브(27), 주행 좌방향 제어 밸브(28)를 갖고, 이들 방향 제어 밸브(25~28)는, 상류측이 메인 펌프(20b)의 펌프 유로에 접속되고, 하류측이 리턴 유로(L2)를 개재하여 탱크(T)에 접속된 센터 바이패스 유로(51b)에, 메인 펌프(20b) 쪽(상류측)으로부터 순서대로 접속되어 있다. 붐 2 방향 제어 밸브(25), 아암 1 방향 제어 밸브(26), 주행 좌방향 제어 밸브(28)는, 각각, 메인 펌프(20b)로부터 도 1에 나타내어지는 유압 액추에이터인 붐 실린더(112a), 아암 실린더(112b), 좌주행 모터(100d)로 공급되는 압유의 흐름 방향과 유량을 제어하여, 이들 유압 액추에이터를 구동한다. 어태치먼트 1 방향 제어 밸브(27)는, 버킷(102c)이 버킷 이외의 어태치먼트로 교환되었을 때, 메인 펌프(20b)로부터 그 어태치먼트의 제1 유압 액추에이터(어태치먼트가 전술한 유압 그래플(102d)인 경우, 예를 들어 도시하지 않은 유압 모터)로 공급되는 압유의 흐름 방향과 유량을 제어하여, 그 제1 유압 액추에이터를 구동한다. 리턴 유로(L2)에는 최저 펌프 토출압 생성용의 스로틀(33b)이 마련되어 있다. 유압 회로(HC3)는, 선회 방향 제어 밸브(29), 붐 3 방향 제어 밸브(30), 어태치먼트 2 방향 제어 밸브(31)를 갖고, 이들 방향 제어 밸브(29~31)는, 상류측이 메인 펌프(20c)의 펌프 유로에 접속되고, 하류측이 리턴 유로(L3)를 개재하여 탱크(T)에 접속된 센터 바이패스 유로(51c)에, 메인 펌프(20c) 쪽(상류측)으로부터 순서대로 접속되어 있다. 선회 방향 제어 밸브(29) 및 붐 3 방향 제어 밸브(30)는, 각각, 메인 펌프(20c)로부터 도 1에 나타내어지는 유압 액추에이터인 선회 모터(101a) 및 붐 실린더(112a)로 공급되는 압유의 흐름 방향과 유량을 제어하여, 이들 유압 액추에이터를 구동한다. 어태치먼트 2 방향 제어 밸브(31)는, 버킷(102c)이 어태치먼트로 교환되고, 그 어태치먼트가 제2 유압 액추에이터(어태치먼트가 전술한 유압 그래플(102d)인 경우, 유압 실린더(112d))를 구비할 때, 메인 펌프(20c)로부터 그 어태치먼트의 제2 유압 액추에이터로 공급되는 압유의 흐름 방향과 유량을 제어하여, 그 제2 유압 액추에이터를 구동한다. ~유압 회로(HC3)~ 본 발명의 특징은, 유압 회로(HC3)에 있