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WO2011062379A2 - 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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WO2011062379A2
WO2011062379A2 PCT/KR2010/007579 KR2010007579W WO2011062379A2 WO 2011062379 A2 WO2011062379 A2 WO 2011062379A2 KR 2010007579 W KR2010007579 W KR 2010007579W WO 2011062379 A2 WO2011062379 A2 WO 2011062379A2
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WO
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pump
pressure
discharge
discharge pressure
swash plate
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PCT/KR2010/007579
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WO2011062379A3 (ko
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방재석
정우용
손원선
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HD Hyundai Infracore Co Ltd
Original Assignee
Doosan Infracore Co Ltd
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Publication date
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Priority to US13/510,814 priority patent/US9010102B2/en
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    • F15B2211/7135—Combinations of output members of different types, e.g. single-acting cylinders with rotary motors

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic pump control device and a control method of a construction machine, such as an excavator, in particular, a hydraulic pump of a construction machine that can improve the fuel efficiency by reducing the swing relief flow rate of the swing motor and the main relief flow rate of the system with a simplified structure It relates to a control device and a control method.
  • construction machinery such as excavators are provided with a plurality of actuators for driving and driving various kinds of work devices and upper swing structures.
  • Such a plurality of actuators are driven by the hydraulic oil discharged from the variable displacement hydraulic pump.
  • the upper swinging body has a large inertia, so that a large part of the flow rate of the hydraulic oil supplied to the swinging motor at the beginning of the swinging operation of the upper swinging body is drained into the tank through the swinging relief valve, and the hydraulic oil drained through the swinging relief valve as described above. causes a large loss of power.
  • a technique for reducing the discharge flow rate of the hydraulic pump during swing driving has been developed, and an example of the technique is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0080177.
  • the load pressure detection flow path for detecting the switching of the control valve for the swing motor to control the discharge flow rate of the hydraulic pump to be reduced in the relief condition of the swing motor Many hydraulic components are needed, including shuttle valves, boosters and solenoid valves. Therefore, when using a hydraulic system such as the Korean Laid-open Patent, the structure of the construction machine is complicated and of course, the cost rises. In addition, the added hydraulic component not only increases the loss due to pressure loss or the like, but also lowers the reliability of the hydraulic system.
  • the present invention has been made in view of the above-described point, and can provide a hydraulic pump control apparatus and control method for a construction machine that can simplify the structure and minimize the power loss by minimizing the flow rate drained through the relief valve. Its purpose is to.
  • Hydraulic pump control device for a construction machine for achieving the object as described above, the first pump 10 for supplying the hydraulic oil to the swing motor 30 through the swing control valve 31, the work machine control valve A hydraulic pump of a construction machine including a second pump 20 for supplying hydraulic oil to a work machine actuator 40 through a 41, and according to an input pump control signal of the first pump 10.
  • a first swash plate angle adjusting unit 12 adjusting the swash plate angle to adjust the discharge flow rate of the first pump 10; And calculating the pump differential pressures P1-P2 by subtracting the discharge pressure P2 of the second pump 20 from the discharge pressure P1 of the first pump 10, and calculating the calculated pump differential pressure P1-P2.
  • the first swash plate angle adjusting unit (P1) is less than or equal to the first reference pressure less than or equal to the turning relief pressure when the discharge pressure P1 of the first pump 10 is less than or equal to the reference differential pressure.
  • a control unit 60 for outputting the pump control signal.
  • the hydraulic pump control apparatus of the construction machine is adjusted to the swash plate angle of the second pump 20 in accordance with the pump control signal input from the control unit 60 to the second pump (20).
  • a second swash plate angle adjusting unit 22 for adjusting the discharge flow rate of the pump, and the controller 60 controls the discharge of the first pump 10 when the pump differential pressures P1-P2 are smaller than the reference differential pressure.
  • the first and second swash plate angles such that a larger discharge pressure of the discharge pressure P1 and the discharge pressure P2 of the second pump 20 is equal to or less than a second reference pressure larger than the turning relief pressure and smaller than the main relief pressure.
  • the pump control signal is output to the adjustment units 12 and 22.
  • the first swash plate angle adjusting unit 12 includes a first regulator 13 for adjusting the swash plate angle of the first pump 10 according to an input pilot pressure; And a first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14 for adjusting a pilot pressure input to the first regulator 13 according to the pump control signal input.
  • the purpose as described above is to supply the hydraulic oil to the work machine actuator 40 through the first pump 10 and the work machine control valve 41 to supply hydraulic oil to the swing motor 30 through the swing control valve 31.
  • a method for controlling a hydraulic pump of a construction machine including a second pump 20 for supplying a, a) from the discharge pressure P1 of the first pump 10 to the discharge pressure P2 of the second pump 20.
  • the method of controlling the hydraulic pump is d) if it is determined that the current working state is not the turning alone, the discharge pressure (P1) of the first pump 10 and the second pump 20 Controlling the discharge flow rates of the first and second pumps 10 and 20 such that a larger discharge pressure among the discharge pressures P2 of the discharge pressure P2 is equal to or less than a second reference pressure larger than the turning relief pressure and smaller than the main relief pressure. It may further include.
  • Step c) may include: c1) comparing the discharge pressure P1 of the first pump 10 with the first reference pressure; And c2) when the discharge pressure P1 of the first pump 10 is greater than the first reference pressure, the first discharge pressure P1 of the first pump 10 is maintained at the first reference pressure. Controlling the discharge flow rate of the pump 10.
  • the problem solving means by determining whether the current working state is turning alone from the discharge pressure difference between the first pump and the second pump, the necessary load pressure detection flow path for determining whether the existing turning operation; Additional components, such as shuttle valves, boosters and solenoid valves, can be omitted, thereby reducing costs.
  • the discharge flow rate of the first pump is controlled so that the discharge pressure of the first pump is equal to or less than the first reference pressure less than or equal to the swing relief pressure, thereby draining through the swing relief valve.
  • the flow rate of the working oil can be minimized, thereby improving fuel economy.
  • the first and the second pumps are configured such that the larger discharge pressure of the discharge pressures of the first and second pumps is less than the second reference pressure that is larger than the swing relief pressure but smaller than the main relief pressure.
  • the hydraulic pump control apparatus of the present invention can be applied to a mechanical hydraulic system for controlling the swash plate angle of the pump at the pilot pressure.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a hydraulic system of a construction machine to which a hydraulic pump control apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention is applied;
  • FIG. 2 is a control block diagram for explaining an integral proportional control process of a control unit shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flow chart for explaining a hydraulic pump control method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining operation S130 of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a graph schematically showing a boost mode in which the pump discharge flow rate with respect to the pump discharge pressure is set and a step-down mode stepped down from the boost mode.
  • the hydraulic pump control apparatus of a construction machine by controlling the discharge flow rate of the first pump 10 and the second pump 20, the swing relief valve 32 and the main relief In order to minimize the flow rate of the hydraulic oil drained through the valve 50, the first and second swash plate angle control unit 22 for adjusting the swash plate angle of each of the first and second pump 10, 20 And first and second pressure sensors 11 and 21 for sensing discharge pressures P1 and P2 of the first and second pumps 10 and 20, respectively, and the first and second pressure sensors.
  • Control unit 60 for outputting a pump control signal to the first and second swash plate angle control unit 12, 22 based on the discharge pressure (P1) (P2) detected by the pressure sensor (11) (21) It includes.
  • the hydraulic oil discharged from the first pump 10 is supplied to the swing motor 30 by controlling the flow direction by the swing control valve 31.
  • a swing relief valve 32 is installed in the swing motor 30, and the swing relief valve 32 drains the hydraulic oil to the drain tank T when the hydraulic oil of the swing motor 30 rises above the swing relief pressure. Let's do it.
  • only one swing motor 30 is illustrated as an actuator driven by the operating oil of the first pump 10, but unlike the present exemplary embodiment, a plurality of actuators may be set to be driven by the first pump 10. It may be.
  • the hydraulic oil discharged from the second pump 20 is controlled by the work machine control valve 41 and is supplied to the work machine actuator 40.
  • the work machine actuator 40 driven by the operating oil of the second pump 20 is illustrated as one, but may be composed of a plurality of actuators, such as a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder. Each of the actuator control valves is connected to each of the plurality of actuators.
  • a main relief valve 50 is installed on a flow path connected to the first and second pumps 10 and 20, and the main relief valve 50 is formed of the first and second pumps 10 and 20.
  • the discharge pressures P1 and P2 rise above the main relief pressure, the hydraulic oil is drained to the drain tank T. That is, the main relief valve 50 is for preventing the pressure of the entire hydraulic system from rising above the allowable pressure.
  • the technical idea of the present invention is to minimize the flow rate of the hydraulic oil drained through the swing relief valve 32 and the main relief valve 50, especially when the current working state is the swing alone, the first pump 10 Control the discharge pressure (P1) is less than the swing relief pressure to minimize the hydraulic oil drained through the swing relief valve 32, when the current working state is not the swing alone, the first and second pump 10
  • the pressure of 20 is controlled to be smaller than the main relief pressure to minimize the flow rate of the hydraulic oil drained through the main relief valve 50.
  • the first swash plate angle adjusting unit 12 adjusts the discharge flow rate of the first pump 10 by adjusting the swash plate angle of the first pump 10 according to the input pump control signal, and inputs pilot pressure.
  • the first regulator 13 to adjust the swash plate angle of the first pump 10
  • a first electronic proportional pressure reducing valve for controlling the pilot pressure input to the first regulator (13) (EPPR) valve, 14).
  • the first regulator 13 is connected to a pilot pump 70 via the first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14.
  • the first regulator 913 drives the swash plate of the first pump 10 in a direction of decreasing flow rate when a high pilot pressure is input, and increases the flow rate of the first pump 10 in a direction of increasing flow rate when a low pilot pressure is input. Drive the swash plate.
  • the first regulator 13 in addition to the pilot pressure controlled by the first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14, the negative pressure at the end of the center bypass flow path, the posicon generated by the operation of the operation lever. (posicon) pressure or load sensing pressure sensed from each actuator may be input.
  • the first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14 is installed between the pilot pump 70 and the first regulator 13 to adjust the opening amount of the flow path connecting the pilot pump 70 and the first regulator 13.
  • the pilot pressure input to the first regulator 13
  • the pump control signal which is a high current command value
  • the opening amount of the flow path connecting the pilot pump 70 and the first regulator 13 increases.
  • the pilot pressure input to the first regulator 13 is increased to decrease the flow rate of the first pump 10.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a pump discharge flow rate with respect to a pump discharge pressure, and a diagram indicated by a dotted line is a graph showing a state in which a pump control signal of i is input to the first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14 (hereinafter, 'high pressure mode').
  • the solid line is a graph showing a state where the pump control signal of the 3i is input (hereinafter referred to as the step-down mode).
  • the discharge flow rate in the boost mode is smaller than the discharge flow rate in the boost mode for the same pressure.
  • the pump in the boost mode, the pump can output a large power as the discharge flow rate of the pump is large, whereby the swing motor 30 or the work machine actuator 40 can be driven with a large power.
  • the pump discharge flow rate is smaller than that in the step-up mode, so that the pump outputs less power than the step-up mode, whereby the turning motor 30 or the work machine actuator 40 are driven with a small power.
  • the discharge flow rate of the pump can be increased, so that the discharge pressure of the pump can be increased, and if the current command value of the pump control signal is increased, the discharge pressure of the pump is decreased by decreasing the discharge flow rate of the pump. Can be reduced.
  • the second swash plate angle adjusting unit 22 is the same as the first swash plate angle adjusting unit 12 except for the function of adjusting the swash plate angle of the second pump 20. More specifically, the second swash plate angle adjusting unit 22 includes a second regulator 23 and a second electromagnetic proportional pressure reducing valve 24, the structure and operation of which are associated with the first regulator 13 Since it is the same as the 1st electromagnetic proportional pressure reducing valve 14, detailed description is abbreviate
  • the first and second pressure sensors 11 and 21 are used to detect discharge pressures P1 and P2 of the first and second pumps 10 and 20, respectively.
  • the discharge pressures P1 and P2 sensed by the pressure sensors 11 and 21 are output to the controller 60.
  • the control unit 60 outputs to the first and second swash plate angle adjusting units 12 and 22 from the discharge pressures P1 and P2 sensed by the first and second pressure sensors 11 and 21. To calculate the pump control signal.
  • the detailed function of the control unit 60 will be described in detail in the method of controlling the hydraulic pump to be described below.
  • the controller 60 receives an input from the first and second pressure sensors 11 and 21 (S100). Thereafter, the controller 60 calculates the pump differential pressure P1-P2 by subtracting the discharge pressure P2 of the second pump 20 from the discharge pressure P1 of the first pump 10, The pump differential pressure P1-P2 is compared with the reference differential pressure to determine whether the pump differential pressure P1-P2 is greater than the reference differential pressure (S110). This determination step is for determining whether the current working state is turning alone. If the pump differential pressure P1-P2 is greater than the reference differential pressure, the control unit 60 determines that the current working state is turning alone.
  • the swing relief pressure of the swing relief valve 32 is p
  • the discharge pressure P2 of the second pump 20 is less than about 0.2p. to be. Therefore, when the discharge pressure P1 of the first pump 10 is 0.8p or more greater than the discharge pressure of the second pump 20, the operation is not performed by the second pump 20 and the first pump ( It can be judged that the turning work is performed only by 10).
  • the reference differential pressure can be set to 0.8p.
  • the controller 60 adjusts the first swash plate angle such that the discharge pressure P1 of the first pump 10 is equal to or less than the first reference pressure less than or equal to the turning relief pressure.
  • the pump control signal is output to the unit 12 (S120).
  • the first reference pressure may be set to less than p when the turning relief pressure is p, but is preferably set to p in consideration of the responsiveness of the turning drive.
  • the control unit 60 determines whether the discharge pressure P1 of the first pump 10 is greater than the first reference pressure. It is determined whether or not (S121). When it is determined that the discharge pressure P1 of the first pump 10 is smaller than the first reference pressure, the controller 60 considers the responsiveness of the swing motor 30 and, as shown in FIG. The current command value corresponding to the output is supplied to the first electromagnetic proportional pressure reducing valve 14 as a pump control signal, whereby the flow rate of the first pump 10 is controlled in the boost mode (S122).
  • the control unit 60 controls the flow rate of the first pump 10 in the step-down mode (S123). In this case, as shown in FIG. 2, the controller 60 sets a first reference pressure as a target value and sets the discharge pressure P1 of the first pump 10 and the first reference pressure as an error value. Perform integral proportional control (PI control).
  • PI control integral proportional control
  • the step-down mode outputs the current command value of 3i as the pump control signal, but the step-down mode means that the current command value is higher than the step-up mode as the pump control signal. 1 Current command value of the step-down mode to be output to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 14 is determined.
  • the flow rate of the first pump 10 is controlled so that the discharge pressure of the first pump 10 is kept below the turning relief pressure, so that the operating oil drained through the turning relief valve 32
  • the flow rate can be minimized, thereby improving fuel economy.
  • step S110 if it is determined in step S110 that the current working state is not the turning alone, the control unit 60 is the discharge pressure (P1) and the second pump 20 of the first pump 10 is greater than the discharge pressure (P2)
  • the pump control signal is output to the first and second swash plate angle adjustment units 12 and 22 so that the pressure is less than or equal to the main relief pressure and less than or equal to the second reference pressure larger than the turning relief pressure (S130). That is, when the turning relief pressure is p and the main relief pressure is 1.2p, the second reference pressure may be set to be larger than p and smaller than 1.2p, but the second reference pressure may take into account the responsiveness of the work machine actuator 40. Is preferably set to 1.2p.
  • step S120 when the control unit 60 is determined that the current working state is not the turning alone, the discharge pressure (P1) and the second pump 20 of the first pump (10) It is determined whether the larger pressure among the discharge pressures P2 is greater than the second reference pressure (S131).
  • the controller 60 of the work machine actuator 40 In consideration of the responsiveness, as shown in FIG. 6, the current command value corresponding to the boosting mode is output to the first and second electromagnetic proportional pressure reducing valves 14 and 24 as pump control signals, and the first and The flow rate of the second pump 10, 20 is controlled (S132).
  • the controller 60 is in the step-down mode.
  • the flow rates of the first and second pumps 10 and 20 are controlled (S133).
  • the control unit 60 sets a second reference pressure as a target value, and the discharge pressure P1 of the first pump 10 and the discharge pressure of the second pump 20. Integral proportional control (PI control) is performed using the large pressure and the second reference pressure as error values.
  • PI control Integral proportional control
  • the present invention can be applied to a variety of construction machinery using a swing motor as well as an excavator.

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Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 유압펌프 제어장치는 선회제어밸브(31)를 통해 선회모터(30)에 작동유를 공급하는 제 1 펌프(10)와, 작업기 제어밸브(41)를 통해 작업기 액츄에이터(40)에 작동유를 공급하는 제 2 펌프(20)를 포함하는 건설기계의 유압펌프를 제어하기 위한 것으로서, 입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하여 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 조절하는 제 1 사판각 조절유닛(12); 및 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감하여 펌프차압(P1-P2)을 산출하고, 상기 산출된 펌프차압(P1-P2)을 기준차압과 비교하여 상기 기준차압보다 크면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력 보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)에 상기 펌프제어신호를 출력하는 제어부(60)를 포함한다.

Description

건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법
본 발명은 굴삭기 등과 같이 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 특히 간소화된 구조로 선회모터의 선회 릴리프 유량과 시스템의 메인 릴리프 유량을 줄여 연비를 개선할 수 있는 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기와 같은 건설기계는 주행이나 각종 작업장치 및 상부 선회체를 선회 구동시키기 위한 복수의 액츄에이터를 구비한다. 이러한 복수의 액츄에이터는 가변 용량형 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.
그러나 전술한 건설기계의 유압시스템은 각 액츄에이터가 스톨(stall) 상태 또는 고부하 작업상태에서 각 액츄에이터로 공급될 수 있는 유량 이상의 유량이 유압펌프로부터 토출되는 경우가 발생한다. 이러한 경우, 잉여 유량은 유압시스템의 압력을 상승시키게 되며, 상승된 작동유의 압력이 릴리프 압력을 초과하면, 릴리프 밸브를 통해 탱크로 드레인된다. 이때, 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유는 그 압력이 릴리프 압력을 초과하는 높은 압력이어서, 시스템의 동력 손실이 매우 크다.
특히, 상부 선회체는 관성이 커서, 상부 선회체의 선회 구동 초기에 선회모터에 공급되는 작동유의 유량 중 많은 부분이 선회 릴리프 밸브를 통해 탱크로 드레인되며, 이와 같은 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유는 큰 동력의 손실를 초래한다. 이러한 동력 손실을 줄이기 위해, 선회 구동시 유압펌프의 토출유량을 줄이는 기술이 개발되고 있으며, 그 기술의 일 예가 한국공개특허 제2004-0080177호에 개시된다.
상기 한국공개특허에 개시된 유압펌프의 유량제어장치에 의하면, 선회모터의 릴리프 조건에서 유압펌프의 토출 유량이 감소되도록 제어하기 위해 선회모터용 제어밸브의 절환유무를 검출하기 위한 부하압력 검출유로와, 셔틀밸브와, 증압기 및 솔레노이드 밸브 등 많은 유압 구성 부품이 필요하다. 따라서, 상기 한국공개특허와 같은 유압 시스템을 사용할 경우, 건설기계의 구조가 복잡해짐은 물론 원가상승을 초래하게 된다. 또한, 추가되는 유압 구성 부품으로 인해 압손 등에 의한 손실이 커질 뿐만 아니라 유압 시스템의 신뢰성이 저하될 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 구조를 간소화할 수 있으면서도 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 유량을 최소화하여 동력 손실을 최소화할 수 있는 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 유압펌프 제어장치는 선회제어밸브(31)를 통해 선회모터(30)에 작동유를 공급하는 제 1 펌프(10)와, 작업기 제어밸브(41)를 통해 작업기 액츄에이터(40)에 작동유를 공급하는 제 2 펌프(20)를 포함하는 건설기계의 유압펌프를 제어하기 위한 것으로서, 입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하여 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 조절하는 제 1 사판각 조절유닛(12); 및 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감하여 펌프차압(P1-P2)을 산출하고, 상기 산출된 펌프차압(P1-P2)을 기준차압과 비교하여 상기 기준차압보다 크면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력 보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)에 상기 펌프제어신호를 출력하는 제어부(60)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 건설기계의 유압펌프 제어장치는 상기 제어부(60)로부터 입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 2 펌프(20)의 사판각을 조절하여 상기 제 2 펌프(20)의 토출유량을 조절하는 제 2 사판각 조절유닛(22)을 포함하며, 상기 제어부(60)는 상기 펌프차압(P1-P2)이 상기 기준차압보다 작으면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 토출압력이 상기 선회 릴리프 압력보다 크고 메인 릴리프 압력보다 작은 제 2 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(12)(22)에 펌프제어신호를 출력한다.
상기 제 1 사판각 조절유닛(12)은 입력되는 파일럿 압력에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하는 제 1 레귤레이터(13); 및 입력되는 상기 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 레귤레이터(13)에 입력되는 파일럿 압력을 조절하는 제 1 전자비례감압밸브(14)를 포함한다.
한편, 전술한 바와 같은 목적은 선회제어밸브(31)를 통해 선회모터(30)에 작동유를 공급하는 제 1 펌프(10)와, 작업기 제어밸브(41)를 통해 작업기 액츄에이터(40)에 작동유를 공급하는 제 2 펌프(20)를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어방법으로서, a) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감한 펌프차압(P1-P2)을 산출하는 단계; b) 상기 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 크면 현재 작업상태가 선회단독인 것으로 판단하고, 상기 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 작으면 현재 작업상태가 선회단독이 아닌 것으로 판단하는 단계; 및 c) 현재 작업상태가 선회단독인 것으로 판단되면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력 보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유압펌프 제어방법은 d) 현재 작업상태가 선회단독인 아닌 것으로 판단되면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 토출압력이 상기 선회 릴리프 압력보다 크고 메인 릴리프 압력보다 작은 제 2 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 토출유량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 c)단계는 c1) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력과 비교하는 단계; 및 c2) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력보다 크면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력으로 유지되도록 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 제어하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 제 1 펌프와 제 2 펌프의 토출압력 차로부터 현재 작업상태가 선회 단독여부를 판단함으로써, 기존의 선회작업여부를 판단하기 위한 필요한 부하압력 검출유로와, 셔틀밸브와, 증압기 및 솔레노이드 밸브 등과 같은 추가 구성부품을 생략할 수 있게 되고, 이에 의해 원가를 절감할 수 있게 된다.
또한, 현재 작업상태가 선회단독인 것으로 판단되면, 제 1 펌프의 토출압력이 선회 릴리프 압력보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 제 1 펌프의 토출유량을 제어함으로써, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화할 수 있고, 이에 의해 연비를 개선할 수 있게 된다.
또한, 현재 작업상태가 선회단독이 아닌 것으로 판단되면, 제 1 및 제 2 펌프의 토출압력 중 큰 토출압력이 선회 릴리프 압력보다는 크나 메인 릴리프 압력보다는 작은 제 2 기준압력 이하가 되도록 제 1 및 제 2 펌프의 토출유량을 제어함으로써, 현재 작업상태가 선회단독이 아닌 복합 작업상태에서도 메인 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화할 수 있게 되고, 이에 의해 건설기계의 연비를 극대화할 수 있게 된다.
한편, 사판각 조절유닛을 레귤레이터와 전자비례감압밸브로 구성함으로써, 본 발명의 유압펌프 제어장치는 파일럿 압력으로 펌프의 사판각을 제어하는 기계식 유압 시스템에도 적용될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압펌프 제어장치가 적용된 건설기계의 유압시스템은 개략적으로 나타낸 회로도,
도 2는 도 1에 도시된 제어부의 적분비례제어 과정을 설명하기 위한 제어블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 도 3의 S120 단계를 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 도 3의 S130 단계를 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 펌프토출압력에 대한 펌프 토출유량이 설정된 승압모드와 승압모드로부터 강압된 강압모드를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어장치는 제 1 펌프(10)와 제 2 펌프(20)의 토출유량을 제어하여 선회 릴리프 밸브(32)와 메인 릴리프 밸브(50)를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화하기 위한 것으로서, 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20) 각각의 사판각을 조절하기 위한 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(22)과, 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20) 각각의 토출압력(P1)(P2)을 감지하기 위한 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)와, 상기 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)에 의해 감지된 토출압력(P1)(P2)을 기초로 상기 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(12)(22)에 펌프제어신호를 출력하는 제어부(60)를 포함한다.
상기 제 1 펌프(10)로부터 토출되는 작동유는 선회제어밸브(31)에 의해 흐름 방향이 제어되어 선회모터(30)에 공급된다. 상기 선회모터(30)에는 선회 릴리프 밸브(32)가 설치되며, 상기 선회 릴리프 밸브(32)는 상기 선회모터(30)의 작동유가 선회 릴리프 압력 이상으로 상승하면 작동유를 드레인 탱크(T)로 드레인시킨다. 본 실시예에서는 제 1 펌프(10)의 작동유에 의해 구동되는 액츄에이터로 하나의 선회모터(30)만 예시하였으나, 본 실시예와 달리 제 1 펌프(10)에 의해 복수의 액츄에이터가 구동되도록 설정될 수도 있다.
상기 제 2 펌프(20)로부터 토출되는 작동유는 작업기 제어밸브(41)에 의해 흐름 방향이 제어되어 작업기 액츄에이터(40)로 공급된다. 본 실시예에서는 상기 제 2 펌프(20)의 작동유에 의해 구동되는 작업기 액츄에이터(40)가 하나인 것을 예시하였으나, 붐 실린더, 아암 실린더 및 버켓 실린더와 같이 복수의 액츄에이터로 구성될 수 있으며, 이러한 경우, 복수의 액츄에이터 각각에는 작업기 제어밸브 각각이 연결된다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)에 연결된 유로 상에는 메인 릴리프 밸브(50)가 설치되며, 상기 메인 릴리프 밸브(50)는 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 토출압력(P1)(P2)이 메인 릴리프 압력 이상으로 상승하면 작동유를 드레인 탱크(T)로 드레인 시킨다. 즉, 상기 메인 릴리프 밸브(50)는 유압 시스템 전체의 압력을 허용 압력 이상으로 상승하는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 선회 릴리프 밸브(32)와 상기 메인 릴리프 밸브(50)를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화하기 위한 것으로서, 특히 현재 작업상태가 선회단독인 경우, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력보다 작도록 제어하여 선회 릴리프 밸브(32)를 통해 드레인되는 작동유를 최소화하고, 현재 작업상태가 선회 단독이 아닌 경우, 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 압력을 메인 릴리프 압력보다 작도록 제어하여 메인 릴리프 밸브(50)를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화하는 것이다. 이하에서는 이와 같은 기술적 사상을 구현하기 위한 구성에 대하여 설명한다.
상기 제 1 사판각 조절유닛(12)은 입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하여 제 1 펌프(10)의 토출유량을 조절하기 위한 것으로서, 입력되는 파일럿 압력에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하는 제 1 레귤레이터(13)와, 상기 제 1 레귤레이터(13)에 입력되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 제 1 전자비례감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reduce(EPPR) 밸브, 14)를 포함한다.
상기 제 1 레귤레이터(13)는 상기 제 1 전자비례감압밸브(14)를 매개로 파일럿 펌프(70)와 연결되어 있다. 상기 제 1 레귤레이터913)는 높은 파일럿 압력이 입력되면 유량이 감소하는 방향으로 상기 제 1 펌프(10)의 사판을 구동시키고, 낮은 파일럿 압력이 입력되면 유량이 증가하는 방향으로 상기 제 1 펌프(10)의 사판을 구동시킨다. 이러한 상기 제 1 레귤레이터(13)에는 상기 제 1 전자비례감압밸브(14)에 의해 제어된 파일럿 압력 이외에 센터바이패스 유로의 끝단의 네가콘(negacon) 압력, 조작레버의 조작에 의해 발생하는 포지콘(posicon) 압력 또는 각 액츄에이터로부터 감지되는 부하압(load sensing pressure)이 입력될 수도 있다.
상기 제 1 전자비례감압밸브(14)는 파일럿 펌프(70)와 상기 제 1 레귤레이터(13) 사이에 설치되어 상기 파일럿 펌프(70)와 제 1 레귤레이터(13)를 연결하는 유로의 개도량을 조절하여 상기 제 1 레귤레이터(13)에 입력되는 파일럿 압력을 조절하게 된다. 따라서, 상기 제 1 전자비례감압밸브(14)에 높은 전류 지령치인 펌프제어신호가 입력되면 상기 파일럿 펌프(70)와 상기 제 1 레귤레이터(13)를 연결하는 유로의 개도량이 증가한다. 이에 의해, 상기 제 1 레귤레이터(13)에 입력되는 파일럿 압력이 증가하게 되어 제 1 펌프(10)의 유량이 감소하게 된다. 그 일 예가 도 6에 도시된다.
도 6은 펌프 토출 압력에 대한 펌프 토출 유량을 도시한 것으로서, 점선으로 표시된 선도는 상기 제 1 전자비례감압밸브(14)에 i의 펌프제어신호가 입력된 상태를 나타낸 그래프(이하, '승압모드'라 함)이고, 실선으로 표시된 선도는 3i의 펌프제어신호가 입력된 상태를 나타낸 그래프(이하, '강압모드'라 함)이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 압력에 대해 승압모드의 토출유량이 강압모드에서의 토출유량보다 작다. 즉, 승압모드는 펌프의 토출유량이 큰 상태로서 펌프가 큰 동력을 출력할 수 있게 되고, 이에 의해 선회모터(30)나 작업기 액츄에이터(40)는 큰 동력으로 구동될 수 있다. 반면, 강압모드는 승압모드보다 펌프 토출유량이 작은 상태로서 펌프가 승압모드보다 작은 동력을 출력하게 되고, 이에 의해 선회모터(30)나 작업기 액츄에이터(40)가 작은 동력으로 구동된다.
이를 달리 말하면, 펌프제어신호의 전류지령치를 줄이면 펌프의 토출 유량을 증가시킬 수 있어 펌프의 토출압력을 높일 수 되고, 펌프제어신호의 전류지령치를 증가시키면 펌프의 토출유량을 감소시켜 펌프의 토출압력을 감소시킬 수 있게 된다.
이와 같은 펌프제어신호의 전류지령치와 펌프의 토출유량 및 토출압력의 관계를 이용하여 선회 릴리프 밸브(32) 및 메인 릴리프 밸브(50)를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 줄일 수 있게 된는 것이다.
상기 제 2 사판각 조절유닛(22)은 상기 제 2 펌프(20)의 사판각을 조절하는 기능을 제외하면 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)과 동일하다. 보다 구체적으로, 상기 제 2 사판각 조절유닛(22)은 제 2 레귤레이터(23)와 제 2 전자비례감압밸브(24)를 포함하며, 이들의 구조 및 작동관계는 상기 제 1 레귤레이터(13)와 제 1 전자비례감압밸브(14)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)는 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20) 각각의 토출압력(P1)(P2)을 감지하기 위한 것으로서, 상기 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)에 의해 감지된 토출압력(P1)(P2)은 상기 제어부(60)에 출력된다.
상기 제어부(60)는 상기 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)로부터 감지된 토출압력(P1)(P2)으로부터 상기 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(12)(22)에 출력할 펌프제어신호를 산출하기 위한 것이다. 이러한 제어부(60)의 상세한 기능에 대해서는 이하에서 설명될 유압펌프 제어방법 란에서 상세히 설명한다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 유압펌프 제어장치의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 우선, 제어부(60)는 상기 제 1 및 제 2 압력센서(11)(21)로부터 입력받는다(S100). 그런 후에, 상기 제어부(60)는 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감하여 펌프차압(P1-P2)을 산출하고, 상기 산출된 펌프차압(P1-P2)을 기준차압과 비교하여 상기 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 큰 지를 판단한다(S110). 이러한 판단 단계는 현재 작업상태가 선회 단독인지를 판단하기 위한 것으로서, 판단결과, 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 크면, 제어부(60)는 현재의 작업 상태가 선회 단독인 것으로 판단한다.
통상적으로, 선회 릴리프 밸브(32)의 선회 릴리프 압력이 p 라면, 제 2 펌프(20)에 의해 작업이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)은 약 0.2p 미만이다. 따라서, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력보다 0.8p 이상 크면, 상기 제 2 펌프(20)에 의해 작업이 이루어지지 않고 제 1 펌프(10)에 의해서만 선회 작업이 이루어지는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 경우, 기준차압은 0.8p로 설정될 수 있다.
이와 같이 현재 작업상태가 선회 단독인지 여부를 제 1 펌프(10)와 제 2 펌프(20)의 토출압력(P1)(P2) 만으로 판단함으로써, 추가 구성부품이 불필요하게 된다.
현재 작업 상태가 선회 단독인 것으로 판단되면, 상기 제어부(60)는 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력보다 작거나 같은 제 1 기준압력이하가 되도록 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)에 펌프제어신호를 출력한다(S120). 여기서, 제 1 기준압력은, 선회 릴리프 압력이 p 인 경우, p 미만으로 설정될 수 있으나, 선회 구동의 응답성을 고려하면 p로 설정하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하여 S120단계를 보다 구체적으로 설명하면, 제어부(60)는 현재 작업상태가 선회 단독인 것으로 판단되면, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 제 1 기준압력보다 큰 지 여부를 판단한다(S121). 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 제 1 기준압력보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(60)는 선회모터(30)의 응답성을 고려하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 승압 모드에 대응하는 전류 지령치를 펌프제어신호로 제 1 전자비례감압밸브(14)에 출력하며, 이에 의해 제 1 펌프(10)는 승압모드로 그 유량이 제어된다(S122). 한편, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 제 1 기준압력보다 큰 것으로 판단되면, 상기 제어부(60)는 강압모드로 제 1 펌프(10)의 유량을 제어한다(S123). 이때, 상기 제어부(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 기준압력을 목표값으로 하고, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 상기 제 1 기준압력을 오차값으로 하여 적분비례제어(PI 제어)를 수행한다.
여기서, 도 6에서는 강압모드가 3i의 전류 지령치를 펌프제어신호로 출력하는 것을 예시하였으나, 강압모드는 승압모드보다 높은 전류 지령치를 펌프제어신호로 출력하는 것을 의미하며, 상기 PI 제어에 의해 상기 제 1 전자비례감압밸브(14)에 출력될 강압모드의 전류지령치가 결정된다.
이와 같이, 선회 단독인 경우, 제 1 펌프(10)의 토출압력이 선회 릴리프 압력 이하로 유지되도록 상기 제 1 펌프(10)의 유량을 제어함으로써, 선회 릴리프 밸브(32)를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화할 수 있고, 이에 의해 연비를 개선할 수 있게 된다.
한편, S110 단계에서 현재 작업 상태가 선회 단독이 아닌 것으로 판단되면, 상기 제어부(60)는 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 제 2 펌프(20)이 토출압력(P2) 중 큰 압력이 메인 릴리프 압력보다 작거나 같고 선회 릴리프 압력보다는 큰 제 2 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(12)(22)에 펌프제어신호를 출력한다(S130). 즉, 선회 릴리프 압력이 p이고 메인 릴리프 압력이 1.2p 인 경우, 제 2 기준압력은 p 보다 크고 1.2p 보다 작도록 설정될 수 있으나, 제 2 기준압력은 작업기 액츄에이터(40)의 응답성을 고려하면 1.2p로 설정되는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하여 S120단계를 보다 구체적으로 설명하면, 제어부(60)는 현재 작업상태가 선회 단독이 아닌 것으로 판단되면, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)와 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 압력이 제 2 기준압력보다 큰 지 여부를 판단한다(S131). 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)와 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 압력이 제 2 기준압력보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(60)는 작업기 액츄에이터(40)의 응답성을 고려하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 승압 모드에 대응하는 전류 지령치를 펌프제어신호로 제 1 및 제 2 전자비례감압밸브(14)(24)에 출력하여 승압모드로 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 유량을 제어한다(S132). 한편, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)와 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 압력이 제 2 기준압력보다 큰 것으로 판단되면, 상기 제어부(60)는 강압모드로 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 유량을 제어한다(S133). 이때, 상기 제어부(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 기준압력을 목표값으로 하고, 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)와 제 2 펌프(20)의 토출압력 중 큰 압력과 상기 제 2 기준압력을 오차값으로 하여 적분비례제어(PI 제어)를 수행한다.
본 발명은 굴삭기는 물론이고 선회모터를 사용하는 다양한 건설기계에 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 선회제어밸브(31)를 통해 선회모터(30)에 작동유를 공급하는 제 1 펌프(10)와, 작업기 제어밸브(41)를 통해 작업기 액츄에이터(40)에 작동유를 공급하는 제 2 펌프(20)를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어장치에 있어서,
    입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하여 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 조절하는 제 1 사판각 조절유닛(12); 및
    상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감하여 펌프차압(P1-P2)을 산출하고, 상기 산출된 펌프차압(P1-P2)을 기준차압과 비교하여 상기 기준차압보다 크면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력 보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)에 상기 펌프제어신호를 출력하는 제어부(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(60)로부터 입력되는 펌프제어신호에 따라 상기 제 2 펌프(20)의 사판각을 조절하여 상기 제 2 펌프(20)의 토출유량을 조절하는 제 2 사판각 조절유닛(22)을 포함하며,
    상기 제어부(60)는,
    상기 펌프차압(P1-P2)이 상기 기준차압보다 작으면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 토출압력이 상기 선회 릴리프 압력보다 크고 메인 릴리프 압력보다 작은 제 2 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 사판각 조절유닛(12)(22)에 펌프제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 1 사판각 조절유닛(12)은,
    입력되는 파일럿 압력에 따라 상기 제 1 펌프(10)의 사판각을 조절하는 제 1 레귤레이터(13); 및
    입력되는 상기 펌프제어신호에 따라 상기 제 1 레귤레이터(13)에 입력되는 파일럿 압력을 조절하는 제 1 전자비례감압밸브(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어장치.
  4. 선회제어밸브(31)를 통해 선회모터(30)에 작동유를 공급하는 제 1 펌프(10)와, 작업기 제어밸브(41)를 통해 작업기 액츄에이터(40)에 작동유를 공급하는 제 2 펌프(20)를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어방법에 있어서,
    a) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)으로부터 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2)을 차감한 펌프차압(P1-P2)을 산출하는 단계;
    b) 상기 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 크면 현재 작업상태가 선회단독인 것으로 판단하고, 상기 펌프차압(P1-P2)이 기준차압보다 작으면 현재 작업상태가 선회단독이 아닌 것으로 판단하는 단계; 및
    c) 현재 작업상태가 선회단독인 것으로 판단되면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 선회 릴리프 압력 보다 작거나 같은 제 1 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    d) 현재 작업상태가 선회단독인 아닌 것으로 판단되면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)과 상기 제 2 펌프(20)의 토출압력(P2) 중 큰 토출압력이 상기 선회 릴리프 압력보다 크고 메인 릴리프 압력보다 작은 제 2 기준압력 이하가 되도록 상기 제 1 및 제 2 펌프(10)(20)의 토출유량을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 c)단계는,
    c1) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력과 비교하는 단계; 및
    c2) 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력보다 크면, 상기 제 1 펌프(10)의 토출압력(P1)이 상기 제 1 기준압력으로 유지되도록 상기 제 1 펌프(10)의 토출유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어방법.
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