KR101754423B1

KR101754423B1 - 굴삭기의 유압펌프 제어방법

Info

Publication number: KR101754423B1
Application number: KR1020100132470A
Authority: KR
Inventors: 방재석
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2017-07-20
Also published as: WO2012087048A2; WO2012087048A3; EP2657534A2; EP2657534B1; CN103270317A; EP2657534A4; US20130282187A1; CN103270317B; KR20120070935A

Abstract

본 발명에 따르면, 전자비례제어밸브에 의해 유압펌프의 토출유량이 제어되고 상기 조절된 토출유량에 의해 상기 유압펌프를 구동하는 엔진의 회전수가 제어되는 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 있어서, 제어기가 작업자에 의해 조작부를 통하여 옵션에 대한 동작이 선택되면 계기판으로부터 작업자에 의해 설정된 유압펌프의 설정토출유량을 입력받는 단계와, 제어기가 저장수단에 저장된 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 이를 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 나타낸 그래프로부터 현재 굴삭기의 유압펌프가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하의 요구토출유량과 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 모두 가지는 해당 구간에서 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 단계와, 제어기가 상기 스캐닝된 엔진회전속도와 요구토출유량을 토대로 상기 계기판에 설정된 설정토출유량이 유압펌프를 통해 토출되도록 엔진회전속도당 최대유량을 연산하는 단계와, 제어기가 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량 중 계기판에 설정된 설정토출유량에 가장 근접한 유량을 토출시키는 엔진회전속도를 가지도록 엔진을 제어함과 동시에, 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량(즉, 설정토출유량)에 대응되는 신호전류가 전자비례제어밸브에 출력되어 유압펌프의 토출 유량이 제어되도록 하는 단계를 포함하는 굴삭기의 유압펌프 제어방법이 제공된다.

Description

굴삭기의 유압펌프 제어방법{HYDRAULIC PUMP CONTROLLING METHOD FOR AN EXCAVATOR}

본 발명은 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 굴삭기의 브레이커나 크러셔 등과 같은 옵션의 작업에 있어서 작업자에 의해 계기판을 통해 미리 설정된 유압펌프의 설정유량 토출시 연비효율이 가장 좋은 엔진회전속도로 엔진이 동작되도록 하여 엔진과 펌프의 최적 제어를 가능하게 할 수 있는 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 관한 것이다.

굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 상부 선회체에 회동 가능하게 연결되는 붐과 암 및 암의 단부에 부착되는 버켓이나 브레이커 등과 같은 옵션 등으로 이루어진 전부 장치로 구성되며, 상기 작업들의 수행시 많은 힘을 낼 수 있어야 하기 때문에 유압이 주로 사용되고 있다.

상기와 같은 종래의 굴삭기에 있어서 유압을 제어하는 방법은, 옵션의 동작시 엔진의 최대 회전 속도를 고려하여 옵션이 파손되지 않는 범위의 펌프 토출 유량을 설정하도록 하고 있는데, 작업자에 의해 계기판넬 등에서 옵션이 동작될 범위의 펌프 토출 유량이 설정된 상태에서 엔진회전수지령다이얼로 옵션이 동작 가능한 엔진의 회전수를 설정한 후 옵션을 이용한 작업이 진행되도록 하고 있다.

즉, 상기와 같은 굴삭기의 유압제어방법은, 펌프레귤레이터가 조작수단으로부터 입력되는 파일럿신호와 작업자에 의해 설정된 옵션 유량을 제어하는 전자비례감압밸브의 설정 압력 중 큰 압력을 유압펌프의 토출 압력으로 사용하는데, 이때, 상기 전자비례감압밸브의 설정 압력은 상기 계기판에서 설정된 펌프의 토출 유량에 의해 결정되며 이는, 엔진이 최대 정격으로 동작할 때의 유량값이기 때문에 상기 계기판을 통하여 설정할 수 있는 펌프의 토출 유량은 상기 엔진의 엔진회전수에 의해 제한을 받게 된다.

따라서 상기와 같은 종래의 굴삭기 유압제어방법은, 계기판에서 펌프 토출 유량을 설정한 상태에서 엔진회전수지령다이얼로 엔진의 회전수를 추가로 설정해야 하는 번거로움과 함께, 제한된 엔진의 회전수 범위내에서 펌프의 토출 유량이 설정되어야 하기 때문에 다양한 펌프의 토출 유량 설정이 제한을 받게 되어 연비 효율과 함께 작업 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 굴삭기의 옵션의 작업에 있어서 작업자에 의해 미리 설정된 유압펌프의 설정유량 토출시 연비효율이 가장 좋은 엔진회전속도로 엔진이 동작되도록 하여 엔진과 펌프의 최적 제어를 가능하게 할 수 있는 굴삭기의 유압펌프 제어방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여, 본 발명에 따르면, 전자비례제어밸브에 의해 유압펌프의 토출유량이 제어되고 상기 조절된 토출유량에 의해 상기 유압펌프를 구동하는 엔진의 회전수가 제어되는 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 있어서, 제어기가 작업자에 의해 조작부를 통하여 옵션에 대한 동작이 선택되면 계기판으로부터 작업자에 의해 설정된 유압펌프의 설정토출유량을 입력받는 단계와, 제어기가 저장수단에 저장된 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 이를 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 나타낸 그래프로부터 현재 굴삭기의 유압펌프가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하의 요구토출유량과 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 모두 가지는 해당 구간에서 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 단계와, 제어기가 상기 스캐닝된 엔진회전속도와 요구토출유량을 토대로 상기 계기판에 설정된 설정토출유량이 유압펌프를 통해 토출되도록 엔진회전속도당 최대유량을 연산하는 단계와, 제어기가 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량 중 계기판에 설정된 설정토출유량에 가장 근접한 유량을 토출시키는 엔진회전속도를 가지도록 엔진을 제어함과 동시에, 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량(즉, 설정토출유량)에 대응되는 신호전류가 전자비례제어밸브에 출력되어 유압펌프의 토출 유량이 제어되도록 하는 단계를 포함하는 굴삭기의 유압펌프 제어방법이 제공된다.

여기서, 상기 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 단계는, 상기 현재 굴삭기의 유압펌프가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하와 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 가지는 해당 구간에서 10 rpm 단위로 엔진회전속도와 요구토출유량이 스캔되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엔진회전속도당 최대유량은, 'Q[lpm] = (q[cc/rev]* rpm)/1000'의 공식을 통해 연산되는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명은 굴삭기의 옵션의 작업에 있어서 작업자에 의해 미리 설정된 유압펌프의 설정유량 토출시 연비효율이 가장 좋은 엔진회전속도로 엔진이 동작되도록 하여 엔진과 펌프의 최적 제어를 가능하게 할 수 있고 이를 통하여 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법이 적용된 유압펌프 제어장치를 개략적으로 나타낸 제어블록도.
도 2와 도 3은 각각 도 1의 굴삭기의 유압펌프 제어장치에 있어서 제어기에 의해 스캐닝되는 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 상기 테이블을 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법을 나타낸 제어 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 공지된 구성요소에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법이 적용된 유압펌프 제어장치를 개략적으로 나타낸 제어블록도이고, 도 2와 도 3은 각각 도 1의 굴삭기의 유압펌프 제어장치에 있어서 제어기에 의해 스캐닝되는 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 상기 테이블을 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 그래프이다.

도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법이 적용된 유압펌프 제어장치는, 엔진(1)의 회전력에 의해 구동되는 가변용량형 유압펌프(2)와, 파일럿압력을 발생시키는 기어펌프(3)로부터 파일럿압력과 제어기(4)로부터 유압펌프(2)의 토출 유량을 제어하는 옵션유량설정압력에 대응된 신호전류를 전달받는 전자비례제어밸브(5)와, 상기 파일럿압력과 옵션유량설정압력 중 압력이 높은 신호전류를 제공받아 구동되어 이를 토대로 유압펌프(2)의 유량 및 유압을 제어하고 이에 대응된 전류를 제어기(4)에 제공하는 펌프레귤레이터(6)와, 유압펌프(2)로부터 공급되는 유압을 옵션(7)에 제공하는 메인콘트롤밸브(8)와, 엔진(1)의 회전수를 측정하여 제어기(4)에 제공하는 회전수측정센서(9)와, 엔진(1)의 회전수를 설정하여 엔진(1)을 구동시키는 엔진조속기(10)에 제공하고 이에 대한 신호를 제어기(4)에 제공하는 엔진회전수지령다이얼(11)을 포함하며, 상기 제어기(4)는, 작업자에 의해 계기판(12)을 통해 기설정되는 유압펌프(2)의 설정토출유량에 대응된 토출 유량이 유압펌프(2)로부터 토출될 수 있도록 엔진회전속도에 따른 요구토출유량이 설정된 테이블로부터 연비효율이 높은 구간부터 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하여 최적의 연비효율을 가지는 엔진회전속도당 최대유량을 연산한 후 상기 계기판(12)을 통해 기설정된 설정토출유량에 대응되는 옵션유량설정압력을 전자비례제어밸브(5)에 제공하여 유압펌프(2)로부터 상기 설정토출유량에 대응되는 유량이 토출되도록 하고 이와 동시에 상기 설정토출유량에 대하여 최적의 연비효율을 가지는 엔진회전속도로 엔진(1)이 구동되도록 한다.

여기서, 상기 옵션(7)은, 붐실린더, 암 실린더, 버켓 실린더, 선회모터 및 브레이커나 크러셔 등을 포함하는 작업장치를 나타내며, 통상적으로 한 쌍이 구비되는 상기 유압펌프(2)에서 토출되는 유량을 공급받아 동작하게 된다.

상기 펌프레귤레이터(6)는 스풀의 스트로크를 제어하여 상기 유압펌프(2)의 토출 유량을 제어하며, 상기 전자비례제어밸브(5)는, 주파수 변조나 펄스폭 제어에 따른 제어기(4)의 신호전류에 의해 작동되어 유압펌프(2)의 유량 및 유압이 제어되도록 펌프레귤레이터(6)를 제어한다.

한편, 상기 제어기(4)에 의해 연산되는 엔진회전속도당 최대유량은 'Q[lpm] = (q[cc/rev]* rpm)/1000'의 공식을 따르며, 'q[cc/rev]'와 'rpm'은, 각각 상기 엔진회전속도에 따른 요구토출유량이 설정된 테이블에서 요구토출유량과 최적의 엔진회전속도를 나타낸다. 또한, 상기 엔진회전속도에 따른 요구토출유량이 설정된 테이블은, 사전에 반복적인 실험과 계산을 통하여 설정된 후 제어기(4)의 저장수단에 저장되는 것이 바람직하며, 상기 요구토출유량은 해당 굴삭기의 유압펌프(2)가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명을 적용하는 굴삭기의 작용을 예를 들어 자세히 설명하면, 굴삭 작업 또는 정지 작업 등의 소정의 작업을 수행하기 위해 작업자가 조작부를 조작하는 경우에 엔진(1)은 제어기(4)의 명령에 의해 정격 회전수로 가동된다. 이후, 상기 가동된 엔진(1)에 의해 유압펌프(2)가 구동되는데, 상기 유압펌프(2)는 전자비례제어밸브(5)에 의해 토출 유량이 조절되며 상기 토출 유량은 제어기(4)로부터 제공되는 옵션유량설정압력이나 조작부에 의해 발생되는 파일럿압력 중 높은 압력에 대응되는 신호전류에 의해 구동되는 펌프레귤레이터(6)에 의해 제어된다.

이때, 제어기(4)는, 작업자에 의해 계기판(12)을 통해 유압펌프(2)에서 토출될 토출 유량이 설정토출유량으로 설정된 경우에 있어서, 최적의 연비를 가지며 엔진(1)이 동작할 수 있도록 하기 위해서, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 이를 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 나타낸 그래프로부터 현재 굴삭기의 유압펌프(2)가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하의 요구토출유량과 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 가지는 구간에서 10 rpm의 엔진회전속도 단위로 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔한 후 이를 토대로 상기 설정토출유량을 토출할 수 있는 엔진회전속도당 최대유량을 'Q[lpm] = (q[cc/rev ]* rpm)/1000'의 공식을 통해 연산하여 최적의 연비효율을 가지는 엔진회전속도로 엔진(1)을 제어한다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법을 나타낸 제어 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압펌프 제어방법은, 먼저, 작업자에 의해 조작부를 통하여 브레이커나 크러셔 등과 같은 옵션(7)에 대한 동작이 선택되면(S10), 제어기(4)는 계기판(12)으로부터 작업자에 의해 설정된 유압펌프(2)의 설정토출유량을 입력받는다(S20).

이후, 제어기(4)는 저장수단에 저장된 높은 연비효율을 가지는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 이를 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 나타낸 그래프로부터 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 가지는 해당 구간에서부터 10 rpm 엔진회전속도 단위로 엔진회전속도를 스캔한다(S30).

이후, 제어기(4)는 상기 스캐닝된 단위별 엔진회전속도를 토대로 상기 계기판(12)에 설정된 설정토출유량이 토출되도록 단위별 엔진회전속도당 최대유량을 'Q[lpm] = (q[cc/rev ]* rpm)/1000'의 공식을 통해 연산한다(S40).

이후, 제어기(4)는 상기 연산된 엔진회전속도에 대응되는 요구토출유량이 현재 굴삭기의 유압펌프(2)가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하인지를 판단하여 상기 연산된 엔진회전속도에 따른 유량이 토출 가능한지를 판단한다(S50).

이후, 제어기(4)는 상기 판단 결과 상기 연산된 엔진회전속도에 대응되는 요구토출유량이 현재 굴삭기의 유압펌프(2)에서 최대로 유량을 토출할 수 있는 요구토출유량의 이하의 값을 가질 경우 제어기(4)는 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량 중 계기판(12)에 설정된 설정토출유량에 가장 근접한 토출 유량을 가지는 즉, 가장 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 가지도록 엔진(1)을 제어함(S60)과 동시에, 상기 연산된 엔진회전속도당 최대유량(즉, 설정토출유량)에 대응되는 옵션유량설정압력에 대응된 전류가 전자비례제어밸브(5)에 출력되어 유압펌프(2)의 토출 유량이 제어되도록 한다(S70).

만약, 상기 S50 단계에서, 판단 결과 상기 연산된 엔진회전속도에 대응되는 요구토출유량이 현재 굴삭기의 유압펌프(2)에서 최대로 유량을 토출할 수 있는 요구토출유량 보다 큰 값을 가질 경우, 제어기(4)는 상기 S30으로 진행하게 된다.

여기서, 상기 S30 단계 내지 S50 단계는, 현재 굴삭기의 유압펌프(2)가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 요구토출유량 이하의 요구토출유량과 연비 효율이 높은 엔진회전속도를 가지는 해당 구간에서 10 rpm 엔진회전속도 단위로 엔진회전속도와 요구토출유량을 동시에 스캔한 후, 상기 스캐닝된 단위별 엔진회전속도와 요구토출유량을 토대로 상기 계기판(12)에 설정된 설정토출유량이 토출되도록 단위별 엔진회전속도당 최대유량을 'Q[lpm] = (q[cc/rev]* rpm)/1000'의 공식을 통해 연산하도록 하는 단계로 대체될 수도 있다.

즉, 상기 과정을 통한 굴삭기의 유압펌프 제어방법을 일예로 나타내면, 현재 굴삭기의 최대 엔진 정격회전속도가 1800 rpm이고 유압펌프(2)의 요구토출유량이 138 cc/rev인 상태에서, 작업자에 의해 계기판(12)을 통해 설정된 유압펌프(2)의 설정토출유량이 240 lpm인 경우, 상기 제어기(4)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 테이블과 그래프를 토대로 상기 요구토출유량인 138 cc/rev 이하일 때와 엔진(1)의 연비효율이 가장 좋은 엔진회전속도인 1700 rpm 전후 구간을 모두 만족하는 범위를 10 rpm 단위로 스캔하여 엔진회전속도당 최대유량을 연산하게 되고, 이에 따라 상기 설정토출유량인 240 lpm에 가장 근접한 유량 토출할 수 있는 엔진회전속도인 1740 rpm을 스캔하여 상기 1740 rpm의 엔진회전속도로 엔진(1)이 구동되도록 함과 동시에, 유압펌프(2)가 상기 240 lpm의 유량을 토출할 수 있도록 전자비례제어밸브(5)에 옵션유량설정압력에 대응되는 신호전류를 발생시킨다.

따라서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 굴삭기의 옵션의 작업에 있어서 미리 설정된 펌프의 유량 토출시 연비효율이 가장 좋은 엔진회전속도로 엔진이 동작되도록 하여 엔진과 펌프의 최적 제어를 가능하게 할 수 있고 이를 통하여 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1 : 엔진 2 : 유압펌프 3 : 기어펌프
4 : 제어기 5 : 전자비례제어밸브 6 : 펌프레귤레이터
7 : 옵션 8 : 메인콘트롤밸브 9 : 회전수측정센서
10 : 엔진조속기 11 : 엔진회전수지령다이얼 12 : 계기판

Claims

전자비례제어밸브에 의해 유압펌프의 토출유량이 제어되고 상기 조절된 토출유량에 의해 상기 유압펌프를 구동하는 엔진의 회전수가 제어되는 굴삭기의 유압펌프 제어방법에 있어서,
제어기가 작업자에 의해 조작부를 통하여 옵션에 대한 동작이 선택되면 계기판으로부터 작업자에 의해 설정된 유압펌프의 설정토출유량을 입력받는 단계와,
제어기가 저장수단에 저장된 상기 설정토출유량에 가장 근접한 토출유량을 토출시키는 엔진회전속도와 요구토출유량을 나타낸 테이블과 이를 토대로 엔진회전속도에 따른 연료소비량을 나타낸 그래프로부터, 최대요구토출유량 이하의 요구토출유량과 상기 설정토출유량에 가장 근접한 토출유량을 토출할 수 있는 엔진회전속도를 모두 가지는 해당 구간에서 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 단계와,
제어기가 상기 스캐닝된 엔진회전속도와 요구토출유량을 토대로 상기 계기판에 설정된 설정토출유량이 유압펌프를 통해 토출되도록 엔진회전속도당 최대토출유량을 연산하는 단계와,
제어기가 상기 연산된 엔진회전속도당 최대토출유량 중 계기판에 설정된 설정토출유량에 가장 근접한 유량을 토출시키도록 엔진의 회전속도를 제어함과 동시에, 상기 설정토출유량에 대응되는 신호전류가 전자비례제어밸브에 출력되어 유압펌프의 토출 유량이 제어되도록 하는 단계를 포함하며,
상기 최대요구토출유량은 현재 굴삭기의 유압펌프가 최대로 유량을 토출할 수 있는 최대토출유량을 나타내는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압펌프 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 단계는,
상기 최대요구토출유량 이하의 요구토출유량과 상기 설정토출유량에 가장 근접한 토출유량을 토출할 수 있는 엔진회전속도를 가지는 해당 구간에서 10 rpm 단위로 엔진회전속도와 요구토출유량을 스캔하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압펌프 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 엔진회전속도당 최대토출유량은,
'Q[lpm] = (q[cc/rev]* rpm)/1000'의 공식을 통해 연산되며,
여기서, Q[lpm]는 엔진회전속도당 최대토출유량을 나타내고, q[cc/rev]는 요구토출유량을 나타내며, rpm은 엔진회전속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압펌프 제어방법.