KR20210035815A - 동력기계용 유압 바이패스 회로 - Google Patents

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KR20210035815A
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bypass circuit
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hydraulic fluid
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KR1020217002369A
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찰스 영
제이슨 알. 쿰스
Original Assignee
클라크 이큅먼트 컴파니
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Abstract

본 발명의 실시예는 고속-흐름 보조 기능을 포함하는 리프트, 틸트 및 보조 기능(예를 들어, 도구)에 증가된 효율로 동력을 제공하는 유압 시스템(220; 238; 305)을 포함한다. 본 발명의 실시예는 주 제어 밸브(320)(예를 들어 리프트, 틸트 및 보조 기능) 및 바이패스 회로(340)에 가압 유체를 제공하는 단일 가변 변위 펌프(224C; 310)를 포함한다. 주 제어 밸브는 도구의 리프트, 틸트 및 보조 흐름을 제어하기 위하여 유체를 공급한다. 바이패스 회로는 주 제어 밸브의 보조 섹션의 출력과의 흐름을 결합하고 선택된 도구를 위한 "고속-흐름"을 선택적으로 제공한다. 다음, 단일 가변 변위 펌프는 다른 상태하에서 바이패스 기능을 다르게 하는 다른 출력 흐름 수준으로 설정될 수 있고, 유압 흐름을 최적화하여 다양한 상태하에서 다양한 작업을 수행한다.

Description

동력기계용 유압 바이패스 회로
본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 동력기계에 부착되는 도구에 서로 다른 정도의 유압 흐름을 제공하는, 로더와 같은 동력기계의 유압 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 일 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 수행하기 위하여 조작될 수 있는 리프트 암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치를 갖는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들면 로더(loaders), 굴착기(excavators), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.
일반적으로, 로더(리프트, 틸트, 보조)의 유압(hydraulic) 기능은 일정 변이(constant displacement) 기어 펌프로부터의 흐름(flow)이 제공된다. 일부 도구(implements)는 유압 오일 또는 다른 유체의 높은 흐름을 필요로 한다. "고속-흐름(high flow)" 선택을 제공하기 위하여, 제2 기어 펌프로부터의 흐름은 선택적으로 제1 기어 펌프에 일치시켜 그러한 흐름을 처리할 수 있는 도구에 추가 흐름을 제공한다. 이 속고-흐름 옵션은 동력기계가 더 많은 도구를 이용하도록 한다. 그러나 고속-흐름을 제공하는 방법은 효율적이지 않다.
상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.
본 발명은 리프트, 틸트, 보조(예를 들어 도구) 기능에 동력을 제공하는 유압 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예는 리프트, 틸트 및 보조 기능(예를 들어, 도구)에 동력을 제공하는 유압 시스템을 포함한다. 본 발명에 개시된 유압 및 동력 시스템은 펌프로부터의 더 효율적인 유압 흐름 속도를 이용하고 고속-흐름 도구가 사용될 수 있게 동력을 보조 기능에 제공한다. 본 발명의 실시예는 주 제어 밸브(예를 들어 리프트, 틸트 및 보조 기능) 및 바이패스 회로에 가압 유체를 제공하는 단일 가변 변위 펌프를 포함한다. 주 제어 밸브는 도구의 리프트, 틸트 및 보조 흐름을 제어하기 위하여 유체를 공급한다. 바이패스 회로는 주 제어 밸브의 보조 섹션의 출력과 만나고 선택된 도구를 위한 "고속-흐름"을 선택적으로 제공한다. 다음, 단일 가변 변위 펌프는 다른 상태하에서 바이패스 기능을 다르게 하는 다른 출력 흐름 수준으로 설정될 수 있고, 유압 흐름을 최적화하여 다양한 상태하에서 다양한 작업을 수행한다.
본 발명의 실시예는 로더와 같은 동력기계 및 동력기계에 장착된 도구의 적어도 하나의 도구 작동기(actuator)에 동력을 제공하도록 구성된 유압 회로를 포함한다. 회로의 제어는 하나 이상의 제어기 또는 시스템이 운전을 수행하도록 작동하는 시스템에 설치된 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그들의 결합을 가짐으로써 특정 작업 또는 운전을 수행하도록 구성된 컴퓨터를 사용하여 이행될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은, 데이터 처리 장치에 의하여 실행될 때 장치가 운전을 수행하도록 하는 지시를 포함함으로써 특정 작업이나 운전을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예의 하나의 관점은 동력기계에 결합된 도구의 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 동력을 제공하는 동력기계(100; 200; 300)의 회로를 포함한다. 유압 회로는 탱크(302)로부터 입력 도관(304)을 통하여 유압 유체를 받고, 도구 펌프 출력(또는 출구) 도관(312)에 가압 유압 유체의 흐름을 공급하도록 구성된 도구 펌프(224C; 310); 도구 펌프 출력 도관(312)에 결합되고, 도구 펌프로부터 제어 밸브 출력 도관(322)을 통하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 가압 유압 유체를 제공하도록 구성된 주 제어 밸브(320); 및 도구 펌프 출력 도관(312)에 결합된 입구 도관(314)을 갖고, 도구 펌프로부터 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 선택적으로 받고, 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 제어 밸브 출력 도관(322)에 결합된 바이패스 회로 출력 도관(342)에서 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 제공하여, 적어도 하나의 도구 작동기에 제공된 가압 유압 유체의 흐름이 주 제어 밸브를 통하는 흐름과 주 제어 밸브를 바이패싱하는(bypassing) 흐름을 포함하는 결합된 흐름인 바이패스 회로(340)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 갖는다. 본 발명의 회로는 주 제어 밸브 및 바이패스 회로와 통신하고 주 제어 밸브 및 바이패스 회로를 선택적으로 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기에 가압 유압 유체의 결합된 흐름을 제공하는 제어기(350)를 더 포함한다.
상기 도구 펌프(224C; 310)는 제어기(350)로부터의 제어 신호에 반응하여 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 가변 흐름을 제공하도록 구성된 가변 변위 펌프이다.
상기 제어기(350)는 사용자 입력장치(360)로부터의 신호에 반응하여 도구 펌프(224C; 310), 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)의 각각을 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기(33)에 증가된 흐름 요구를 표시한다.
상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 표준 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 차단하여 제1 흐름 속도에서 제공되는 가압 유압 유체의 모든 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어한다.
상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 고속 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도보다 높은 제2 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 허용하여 제2 흐름 속도에서 제공되는 가압 유압 유체의 일부 흐름이 바이패스 회로(340)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어한다.
본 발명의 실시예의 또 하나의 관점은 동력기계에 결합된 도구를 갖도록 구성된 동력기계(100; 200; 300)를 포함하고, 상기 도구는 적어도 하나의 도구 작동기(330)를 갖는다. 동력기계는 프레임(110; 210); 프레임에 피벗 가능하게(pivotally) 결합된 리프트 암 조립체(230); 리프트 암 조립체에 피벗 가능하게 결합되고 결합된 도구를 갖도록 구성된 도구 캐리어(272); 프레임과 리프트 암 조립체 사이에 결합되고 리프트 암 조립체를 상승 및 하강하도록 구성된 리프트 작동기(238); 리프트 암 조립체와 도구 캐리어 사이에 결합되고 도구 캐리어를 리프트 암 조립체에 대하여 회전하도록 구성된 틸트 작동기(235); 탱크(302)로부터 입력 도관(304)을 통하여 가압 유압 유체를 받고, 도구 펌프 출력 도관(312)에 가압 유압 유체의 흐름을 공급하도록 구성된 도구 펌프(224C; 310); 도구 펌프 출력 도관(312)에 결합되고, 제어 밸브 출력 도관(322)을 통하여 도구 펌프로부터 리프트 작동기로, 틸트 작동기로 그리고 제어 밸브 도관(322)에서 동력기계에 결합된 도구의 적어도 하나의 작동기(33)로 가압 유압 유체를 제공하도록 구성된 주 제어 밸브(320); 도구 펌프 출력 도관(312)에 결합된 입구 도관(314)을 갖고, 도구 펌프로부터 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 선택적으로 받고, 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 제어 밸브 도관(322)에 결합된 바이패스 회로 출력 도관(342)에서 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 제공하여, 적어도 하나의 도구 작동기에 제공된 가압 유압 유체의 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하는 흐름과 바이패스 회로(340)에 의하여 주 제어 밸브를 바이패싱하는 흐름을 포함하는 결합된 흐름인 바이패스 회로(340); 및 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(34)에 결합되고, 주 제어 밸브 및 바이패스 회로를 선택적으로 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 가압 유압 유체의 결합된 흐름을 제공하는 제어기(350)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 갖는다. 상기 도구 펌프(224C; 310)는 제어기(350)로부터의 신호에 반응하여 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 가변 흐름을 제공하도록 구성된 가변 변위 펌프이다.
상기 제어기(350)는 각각의 도구 펌프(224C; 310)를 제어하고, 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)는 사용자 입력장치(360)로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(33)에 흐름 요구를 표시한다.
상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 표준 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 도구 펌프 출구 도관(312)에서 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 차단하여 도구 펌프 출구 도관(312)에 제공되는 가압 유압 유체의 모든 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어한다.
상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 고속 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 제어기는 제1 흐름 속도보다 높은 가압 유압 유체의 제2 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 허용하여 도구 펌프 출구 도관(312)에 제공되는 가압 유압 유체의 일부 흐름이 바이패스 회로(340)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어한다.
본 발명의 요약 및 초록은 본 발명의 단순화된 형태의 개념을 설명하기 위하여 제공되고 이하 상세한 설명에서 더 개시된다. 본 발명의 요약은 특허청구범위에 기재된 주 특징과 동일한 것으로 간주하는 것은 아니고 본 발명의 청구된 주제 범위를 결정하는데 보조로서 사용되는 것은 아니다.
본 발명의 유압 시스템의 실시예는, 리프트, 틸트 및 보조 기능(예를 들어, 도구)과 같은 동력기계 기능이 효율적인 유압 흐름 속도를 제공하고 고속-흐름 도구가 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 바이패스 회로는 다양한 형태의 도구를 제어하기 위하여 펌프로부터의 복수의 흐름 출력 속도가 제공되는 것을 허용하므로, 동력 시스템은 종래의 동력 시스템에 비하여 이점을 제공한다.
본 발명은 바이패스 회로를 사용함으로써, 흐름은 주 제어 밸브를 통하여 제한되고 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 바이패스 회로의 사용은 도구 펌프가 가변 변위 펌프가 될 수 있게 하고, 따라서 고속 흐름 도구가 요구하면 고속 흐름 속도를 제공함으로써 효율을 증가시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 대표적인 동력기계의 기능적 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 스키드-스티어 로더 형태의 대표적인 동력기계의 사시도이다.
도 4는 도 2-3에 도시된 로더와 같은 로더의 동력 시스템의 구성요소를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는 부착된 "고속-흐름" 도구에 추가 흐름을 제공하도록 구성된 유압 바이패스 회로를 포함하고, 도 2-3에 도시된 로더와 같은 로더의 동력 시스템의 구성요소를 나타내고, 도 4에 도시된 동력 시스템의 특징을 포함하는 블록 다이어그램이다.
도 6은 도 5에 도시된 유압 바이패스 회로의 예를 나타내는 유압 회로 다이어그램이다.
본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배열에 대한 적용에 제한되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 용어는 발명의 설명의 목적으로 사용되고 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 본 발명에서 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 및 "갖는(having)"과 같은 단어 및 그 변형은 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 유압 시스템의 실시예는, 리프트, 틸트 및 보조 기능(예를 들어, 도구)과 같은 동력기계 기능이 효율적인 유압 흐름 속도를 제공하고 고속-흐름 도구가 사용될 수 있게 한다. 본 발명의 실시예는 주 제어 밸브(예를 들어 리프트, 틸트 및 보조 기능) 및 바이패스 회로에 가압 유체를 제공하는 단일 가변 변위 펌프를 포함한다. 주 제어 밸브는 도구의 리프트, 틸트 및 보조 흐름을 제어하기 위하여 유체를 공급한다. 바이패스 회로는 주 제어 밸브의 보조 섹션의 출력과 만나고 선택된 도구를 위한 추가 흐름을 선택적으로 제공한다. 이들 선택된 도구는 일반적으로 "고속-흐름" 도구로 알려져 있다. 다음, 단일 가변 변위 펌프는 다른 상태하에서 바이패스 기능을 다르게 하는 다른 출력 흐름 수준으로 설정될 수 있고, 유압 흐름을 최적화하여 다양한 상태하에서 다양한 작업을 수행한다.
이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실현할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 1의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 하나의 예가 도 2 및 도 3에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 대표적인 동력기계로서 단지 하나의 동력기계가 도시되고 설명된다. 그러나, 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 상이한 형태의 동력기계를 포함한다.
본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 수행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진(self-propelled) 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함하는 동력기계의 한 종류이다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이는 원동(motive) 시스템이다.
도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 삽입될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 및 다양한 구성요소와 시스템 사이의 관계를 확인한다. 전술한 바와 같이 가장 기본적인 수준에서, 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 동력원 및 작업요소를 포함한다. 동력기계(100)는 프레임(110), 동력원(120) 및 작업요소(130)를 갖는다. 도 1에 도시된 동력기계(100)는 자체-추진 작업 차량이기 때문에, 이는 또한 동력기계를 지지표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하기 위한 운전 위치를 제공하는 운전자 스테이션(150)을 갖는다. 운전자에 의해 제공되는 제어신호에 반응하여 다양한 작업을 적어도 부분적으로 수행하기 위하여, 제어 시스템(160)은 다른 시스템과 상호 작용하도록 제공된다.
특정 작업 차량은 전용 작업을 수행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량은 버킷(bucket)과 같은 도구가 핀 고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트 암을 갖는다. 작업요소, 즉 리프트 암은 작업을 수행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 도구를 위치시키기 위하여, 버킷을 리프트 암에 대해 회전시키는 것과 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상 작동하에 버킷이 부착되고 사용된다. 이러한 작업 차량은 원래의 버킷 대신에 도구/작업요소 결합의 분해 및 다른 도구의 재조립에 의하여 다른 도구를 수용할 수 있다. 다른 작업 차량은 널리 다양한 도구를 갖고 사용되도록 의도되고, 도 1에 도시한 도구 인터페이스(170)와 같은 도구 인터페이스를 갖는다. 가장 기본적으로, 도구 인터페이스(170)는 프레임(110) 또는 작업요소(130)와 도구 사이의 연결장치이고, 이는 도구를 프레임(110) 또는 작업요소(130)에 직접 부착하는 연결 포인트와 같이 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고, 아래에 기술된다.
일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 조립체인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 다수의 도구를 작업요소에 수용하고 고정하기 위한 맞물림부(engagement features) 및 잠금부(locking features)를 갖는다. 이러한 도구 캐리어의 일 특성은, 도구가 일단 캐리어에 부착되면 캐리어는 도구에 고정되고(즉, 도구에 대해 이동 가능하지 않음), 도구 캐리어가 작업요소에 대해 이동하는 경우, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 여기서 사용된 용어, 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한 연결 포인트가 아니라, 다양한 도구에 수용되고 고정되도록 의도된 특별한 전용 장치이다. 도구 캐리어 자체는 리프트 암 또는 프레임(110)과 같은 작업요소(130)에 장착 가능하다. 도구 인터페이스(170)는 또한 도구의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하기 위한 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하는 하나의 도구 캐리어를 가질 수 있다. 일부 다른 동력기계는 복수의 도구 인터페이스를 갖는 하나의 작업요소를 가질 수 있고, 단일 작업요소는 복수의 도구를 동시에 수용할 수 있다. 이들 도구 인터페이스 각각은 반드시 필요하지 않지만 하나의 도구 캐리어를 갖는다.
프레임(110)은 그에 부착되거나 그 위에 위치하는 다양한 다른 구성요소를 지지할 수 있는 물리적 조립체를 포함한다. 프레임(110)은 여러 개의 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한 프레임을 갖는다. 즉, 프레임의 어느 한 부분도 프레임의 다른 부분에 대해 이동 가능하지 않다. 다른 동력기계는 프레임의 다른 부분에 대해 움직일 수 있는 적어도 하나의 부분을 갖는다. 예를 들어, 굴착기는 하부 프레임부에 대해 회전하는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향(steering) 기능을 달성하기 위하여 프레임의 일부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절식(articulated) 프레임을 갖는다.
프레임(110)은, 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구 사용을 위한 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공하도록 구성된 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 어디에도 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 수행할 수 있는 구성요소에 동력을 선택적으로 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의해 사용 가능한 동력 형태로 변환할 수 있는 기계 변속기 또는 유압 시스템과 같은 동력 변환 시스템을 포함한다. 일반적으로 전력원 또는 하이브리드 동력원으로 알려진 동력원과의 조합을 포함하는 다른 유형의 동력원이 동력기계에 통합될 수 있다.
도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 수행하는 경우에 프레임에 대해 이동 가능하다. 또한, 견인요소(140)는, 그들의 작업 기능이 일반적으로 동력기계(100)를 지지표면 위로 이동시키는 점에서, 작업요소의 특별한 경우이다. 견인요소(140)는 작업요소(130)와 별개로 도시되어 나타나고, 그 이유는 많은 동력기계는 항상 그렇다고는 할 수 없지만 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이다. 동력기계는 임의 개수의 견인요소를 가질 수 있고, 이들 일부 또는 모두가 동력원(120)으로부터의 동력을 수용해서 동력기계(100)를 추진할 수 있다. 견인요소는, 예를 들어 트랙(track) 조립체, 차축에 부착된 바퀴(wheels) 등일 수 있다. 견인요소는 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록(조향이 스키딩(skidding)에 의하여 달성됨) 프레임에 장착될 수 있고, 또는 대안적으로 견인요소가 프레임에 대하여 피벗함으로써 조향을 달성하도록 프레임에 피벗 가능하게 장착될 수 있다.
동력기계(100)는 운전자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 포함하는 운전자 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서 운전자 스테이션(150)은 밀페된 또는 부분적으로 밀폐된 캡(cab)에 의하여 정의된다. 본 발명의 실시예가 실현될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 형태의 캡 또는 운전실(operator compartment)을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 캡 또는 운전실을 갖지 않고 오히려 동력기계를 적합하게 작동하는 운전자 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량 이외의 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전실과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100)와 같은 일부 동력기계 및 기타는, 이들이 운전실 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계 상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격으로(즉, 원격으로 위치한 작업자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 동력기계의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연결된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어 장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).
도 2 및 도 3은 아래 기술될 실시예가 유리하게 채용될 수 있는, 도 1에 도시된 동력기계의 하나의 특정의 예인 로더(200)를 도시한다. 로더(200)는 스키드-스티어 로더로서, 단단한 차축에 의하여 로더의 프레임에 장착되는 견인요소(이 경우 4 바퀴)를 갖는 로더이다. 여기서 "단단한 차축"은 스키드-스티어 로더(200)가 회전 또는 조향되어 로더의 선회(turn)를 달성할 수 있는 어떠한 견인요소를 갖지 않는다는 것을 말한다. 대신에, 스키드-스티어 로더는 로더의 각각의 측면의 하나 이상의 견인요소에 독립적으로 동력을 주는 구동 시스템을 갖고, 각각의 측면에 다른 견인신호를 제공함으로써 기계가 지지표면 위로 미끄러지는 경향이 있다. 이러한 가변(varying) 신호는 로더를 전방 방향으로 이동시키기 위하여 로더의 한 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것과, 로더를 역방향으로 이동시키기 위하여 다른 측면 상의 견인 요소(들)에 동력을 제공하는 것을 포함하고, 로더를 로더 자체의 발자국(footprint) 내에서 중심 반경 주위로 선회시킬 수 있다. "스키드 스티어(skid-steer)"라는 용어는, 위에서 설명한 바와 같이 견인 요소로서 바퀴를 갖는 미끄러운 조향을 갖는 로더를 통상적으로 지칭한다. 그러나, 많은 트랙 로더도 또한 미끄럼을 통해 선회를 수행하고 바퀴가 없더라도 기술적으로 스키드-스티어 로더라는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 목적상 달리 언급되지 않는 한, 스키드 스티어라는 용어는 견인 요소로서 바퀴를 갖는 로더로 범위를 제한해서는 안 된다.
로더(200)는 도 1에 도시되고 위에 설명된 동력기계(100)의 하나의 특별한 예이다. 이를 위해, 후술되는 로더(200)의 특징부는 도 1에 사용된 것과 대체로 유사한 도면 번호를 사용한다. 예를 들어, 로더(200)는 동력기계(100)가 프레임(110)을 구비한 것처럼 프레임(210)을 구비한다. 여기서 스키드-스티어 로더(200)는 트랙 조립체와 트랙 조립체를 동력기계에 장착하는 장착 요소와 관련한 아래 기술된 실시예가 실현될 수 있는 하나의 환경을 이해하는 기준을 제공하는 것으로 설명되었다. 로더(200)는 여기에 개시된 실시예에서 필수적인 것은 아니고, 따라서 후술되는 실시예가 구현될 수 있는 로더(200)가 아닌 동력기계에 포함될 수도 있고 아닐 수도 있는 것으로 설명되는 특징의 설명에 특별히 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 특별히 언급하지 않는 한, 후술되는 실시예는 그러한 동력기계 중 단지 하나인 로더(200)와 함께 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 예를 들어, 후술되는 본 발명의 일부 또는 전부가, 몇 가지 예를 들면, 많은 다른 로더, 굴삭기, 트렌처(trenchers) 및 도저(dozers) 등 많은 다른 종류의 작업 차량에서 구현될 수 있다.
로더(200)는 동력기계 상의 다양한 기능을 작동시키기 위한 동력을 생성하거나 또는 제공할 수 있는 동력 시스템(220)을 지지하는 프레임(210)을 포함한다. 동력 시스템(220)은 블록 다이어그램 형태로 표시되지만 프레임(210) 안에 위치한다.프레임(210)은 또한 다양한 작업을 수행하기 위하여 동력 시스템(220)에 의해 동력을 받는 리프트 암 조립체(230) 형태의 작업요소를 지지한다. 로더(200)는 작업 차량이기 때문에, 프레임(210)은 또한 동력기계를 지지표면 위로 추진하고 동력 시스템(220)에 의해 동력을 받는 견인 시스템(240)을 지지한다. 리프트 암 조립체(230)는 차례로 다양한 작업을 수행하기 위하여 다양한 도구를 로더(200)에 수용 및 고정할 수 있는 도구 캐리어(272) 및 로더에 연결될 수 있는 도구에 선택적으로 동력을 공급하기 위하여 도구에 결합될 수 있는 동력 커플러(couplers)(274)를 포함하는 도구 인터페이스(270)를 지지한다. 동력 커플러(274)는 유압 또는 전력 또는 모두를 제공할 수 있다. 로더(200)는 운전자가 다양한 제어장치(260)를 조작하여 동력기계가 다양한 기능을 수행할 수 있는 운전자 스테이션(255)을 정의하는 캡(250)을 포함한다. 캡(250)은 축 주위로 뒤로 피벗될 수 있고, 유지 및 보수가 필요하면 마운트(254)를 통하여 확장되어 동력 시스템 구성요소에의 접근을 제공한다.
운전자 스테이션(255)은 운전석(258) 및 다양한 기계 기능을 제어하기 위하여 운전자가 조작할 수 있는 제어 레버(260)를 포함하는 복수의 운전자 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치는 버튼, 스위치, 레버, 슬라이더(sliders), 페달 등을 포함할 수 있고, 수 작동 레버 또는 발 페달과 같은 독립형(stand-alone) 장치이거나 또는 핸드 그립(grips) 또는 디스플레이 패널에 통합될 수 있고, 프로그램 입력장치를 포함한다. 사용자 입력장치의 작동은 전기 신호, 유압 신호 및/또는 기계 신호 형태의 신호를 발생할 수 있다. 사용자 입력장치에 반응하여 발생한 신호는 동력기계의 다양한 기능을 제어하기 위하여 동력기계의 다양한 구성요소에 제공된다. 동력기계(100)의 사용자 입력장치에 의하여 제어되는 기능 중에는 견인요소(219), 리프트 암 조립체(230), 도구 캐리어(272)의 제어를 포함하고, 도구에 작동 가능하게 결합될 수 있는 임의의 도구에 신호를 제공한다.
로더는, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 운전자에 의하여 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동에 관련된 정보의 표시를 주기 위하여 캡(250)에 제공되는 디스플레이 장치를 포함하는 사람-기계 인터페이스를 포함할 수 있다. 청각 표시는 버저(buzzers), 벨 등 또는 언어(verbal) 통신의 형태로 나타날 수 있다. 시각 표시는 그래프, 라이트, 아이콘, 게이지(gauges), 알파벳 문자 등의 형태로 나타날 수 있다. 디스플레이는 경고등이나 게이지와 같은 전용 표시를 제공하거나, 다양한 크기와 기능의 모니터와 같이 프로그램 가능한 디스플레이 장치를 포함하여 프로그램 가능한 정보를 제공하기 위해 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보 및 운전자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 운전자에게 사용될 수 있는 다른 정보 역시 제공할 수 있다. 워크 비하인드 로더와 같은 다른 동력기계는 캡, 운전실 또는 좌석을 갖지 않을 수 있다. 그러한 로더의 운전 위치는 일반적으로 운전자가 운전자 입력장치를 조작하기 위하여 가장 적합한 위치로 정의된다.
이하 기술되는 본 발명의 실시예를 포함하거나 상호 작용하는 다양한 동력기계는 다양한 작업요소를 지지하는 다양한 다른 프레임 구성요소를 가질 수 있다. 본 발명의 프레임(210)의 구성요소는 발명의 목적을 위하여 예시적으로 제공되고, 본 발명이 실시되는 동력기계의 프레임의 유일한 형태는 아니다.
로더(200)의 프레임(210)은 차대(undercarriage) 또는 프레임의 하부(211) 및 차대에 의해 지지되는 메인 프레임 또는 프레임의 상부(212)를 포함한다. 일부 실시예에서 로더(200)의 메인 프레임(212)은 차대와 메인 프레임의 용접 또는 조임장치(fasteners) 같은 것에 의하여 차대(211)에 부착된다. 선택적으로 메인 프레임 및 차대는 일체로 형성될 수 있다. 메인 프레임(212)은, 메인 프레임의 후방을 향하여 양 측면에 위치하고, 리프트 아암 조립체(230)를 지지하고 리프트 아암 조립체(230)가 피벗 부착되는, 한 쌍의 직립부(214A 및 214B)를 포함한다. 리프트 아암 조립체(230)는 직립부(214A 및 214B) 각각에 예시적으로 핀 고정된다. 직립부(214A 및 214B) 상의 장착부와 리프트 아암 조립체(230)와 장착 하드웨어(리프트 아암 조립체를 메인 프레임(212)에 고정하기 위한 핀(pin)을 포함함)의 조합을 본 발명의 목적상 집합적으로 조인트(216A 및 216B)(직립부(214)의 각각에 하나가 위치함)로 지칭한다. 조인트(216A 및 216B)는 차축(218)을 따라 배열되고, 아래에 설명하는 바와 같이, 리프트 아암 조립체가 프레임(210)에 대해 차축(218) 중심으로 피벗할 수 있도록 한다. 다른 동력기계는 프레임의 양쪽 측면 상에 직립부를 포함하지 않거나, 프레임의 후방을 향해 양쪽 측면 상의 직립부에 장착될 수 있는 리프트 아암 조립체를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 동력기계는 동력기계의 단일 측면 또는 동력기계의 전방 또는 후방 단부에 장착된 단일 아암을 가질 수 있다. 다른 기계는 복수의 리프트 아암을 포함하는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 그 자신 고유의 구조로 기계에 장착된다. 프레임(210)은 또한 로더(200)의 양 측면 상에 바퀴(219A-D)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 또한 지지한다.
도 2 및 도 3에 도시된 리프트 암 조립체(230)는, 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 로더(200) 또는 다른 동력기계와 같은 동력기계에 장착될 수 있는 리프트 암 조립체의 많은 상이한 유형 중 하나의 예이다. 리프트 암 조립체(230)는 수직 리프트 암으로 알려진 것이고, 리프트 암 조립체(230)가 로더(200)의 제어하에 프레임(210)에 대하여 일반적으로 수직 경로를 형성하는 리프트 경로(path)(237)를 따라 이동 가능한 것(즉, 리프트 암 조립체는 상승 및 하강할 수 있음)을 의미한다. 다른 리프트 암 조립체는 다른 기하구조를 가질 수 있고, 로더의 프레임에 다양한 방법으로 결합되어 리프트 암 조립체(230)의 방사상(radial) 경로와 다른 리프트 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 로더에서의 일부 리프트 경로는 방사상 리프트 경로를 제공한다. 다른 리프트 암 조립체는 확장 가능한 또는 망원경(telescoping) 부분을 가질 수 있다. 다른 동력기계는 그들의 프레임에 부착된 복수의 리프트 암 조립체를 가질 수 있고, 각각의 리프트 암 조립체는 다른 것에 대해 독립적이다. 본 발명에 특별히 언급하지 않는 한, 상세한 설명에 개시한 본 발명의 개념은 특정한 동력기계에 결합되는 리프트 암 조립체의 형태나 수에 제한되지 않는다.
리프트 암 조립체(230)는 프레임(210)의 대향 측면 상에 배치되는 한 쌍의 리프트 아암(234)을 갖는다. 도 2에 도시된 하강 위치에서의 경우, 리프트 아암(234) 각각의 제1 단부는 조인트(216)에서 동력기계에 피벗 결합되고, 리프트 아암 각각의 제2 단부(232B)는 프레임(210)의 전방을 향해 위치한다. 조인트(216)는 로더(200)의 후면을 향하여 위치하고 리프트 암은 프레임(210)의 측면을 따라 확장한다. 리프트 경로(237)는 리프트 암 조립체(23)가 최소 및 최고 높이 사이에서 이동함에 따라 리프트 암(234)의 제2 단부(232B)의 이동 경로에 의하여 정의된다.
리프트 아암(234) 각각은 조인트(216) 중 하나에서 프레임(210)에 피벗 결합되는 각각의 리프트 암(234)의 제1 부분(234A) 및 제1 부분(234A)에의 연결부로부터 리프트 암 조립체(230)의 제2 단부(232B)로 확장되는 제2 부분(234B)을 갖는다. 리프트 아암(234)은 제1 부분(234A)에 부착되는 교차 부재(cross member)(236)에 각각 결합된다. 교차 부재(236)는 리프트 암 조립체(230)에 증가된 구조 안정성을 제공한다. 동력 시스템(220)으로부터 가압 유체를 수용하도록 로더(200) 상에 구성된 유압 실린더인 한 쌍의 작동기(238)는, 로더(200)의 각 측면 상의 피벗 가능한 조인트(238A 및 238B)에서 각각 프레임(210)과 리프트 아암(234) 모두에 피벗 결합된다. 작동기(238)는 개별적 그리고 집합적으로 리프트 실린더로서 종종 지칭된다. 작동기(238)의 작동(즉, 확장 및 수축)은 리프트 암 조립체(230)가 조인트(216) 주위로 피벗함으로써 화살표(237)로 표시된 고정 경로를 따라 상승 및 하강하도록 한다. 한 쌍의 제어 링크(217) 각각은 프레임(210)의 양 측면 상에서 프레임(210)과 하나의 리프트 아암(232)에 피벗 장착된다. 제어 링크(217)는 리프트 암 조립체(230)의 고정 리프트 경로를 정의하는 것을 보조한다.
굴착기에서 가장 두드러지고 다른 로더에서도 가능한 일부 리프트 아암은, 도 2에 도시된 리프트 암 조립체(230)의 경우와 같이 일제히(즉, 소정 경로를 따라) 이동하는 대신에 다른 세그먼트에 대해 피벗하도록 제어 가능한 부분을 가질 수 있다. 일부 동력기계는, 굴착기 또는 일부 로더 및 다른 동력기계에 알려진 것처럼 단일 리프트 아암을 갖는 리프트 암 조립체를 갖는다. 다른 동력기계는 복수의 리프트 암 조립체를 가질 수 있고, 각각은 다른 것들에 대해 독립적이다.
도구 인터페이스(270)는 리프트 암 조립체(230)의 제2 단부(232B)에 인접하여 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 다양한 서로 다른 도구를 리프트 아암(234)에 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)와 맞물리게 구성되는 상보(complementary) 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 아암(234)의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(235)는 리프트 암 조립체(230)와 도구 캐리어(272)에 작동 가능하게 결합되고, 도구 캐리어(272)를 리프트 암 조립체에 대해 회전하도록 작동 가능하다. 도구 캐리어 작동기(235)는 예시적으로는 유압 실린더이고 종종 틸트 실린더로 알려져 있다.
복수의 다른 도구에 부착될 수 있는 도구 캐리어를 가짐으로써, 하나의 도구에서 다른 도구로의 변경이 비교적 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도구 캐리어를 갖는 기계는 도구 캐리어와 리프트 암 조립체 사이에 작동기를 제공할 수 있고, 도구의 제거 또는 부착은 도구로부터 작동기의 제거 또는 부착, 또는 리프트 암 조립체로부터 도구의 제거 또는 부착을 필요로 하지 않는다. 도구 캐리어(272)는 도구를 리프트 암(또는 동력기계의 다른 부분)에 쉽게 부착하는, 도구 캐리어 를 가질 필요 없는 리프트 암 조립체의 장착 구조를 제공한다.
일부 동력기계는 도구 또는 틸트 작동기를 갖는 리프트 암에 핀 고정(pinned)에 의하여 부착되고 도구 또는 도구 형태 구조에 직접 결합되는 도구 유사 장치를 가질 수 있다. 리프트 암에 회전 가능하게 핀 고정되는 이러한 도구의 보통의 예가 버킷이고, 용접 또는 조임장치에 의하여 버킷에 직접 고정되는 브라킷에 하나 이상의 틸트 실린더가 부착된다. 이러한 동력기계는 도구 캐리어를 갖지 않고, 오히려 리프트 암과 도구 사이의 직접 연결을 갖는다.
도구 인터페이스(270)는 또한 리프트 암 조립체(230)의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(274)을 포함한다. 도구 동력원(274)은 도구가 제거 가능하게 결합될 수 있는 가압 유압 유체 포트를 포함한다. 가압 유압 유체 포트는 도구 상에서 하나 이상의 기능 또는 작동기에 동력을 제공하기 위하여 가압 유압 유체를 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 또한 도구 상에서 전기식 작동기 및/또는 전자식 제어기에 전력을 제공하기 위하여 전력원을 포함할 수 있다. 도구 동력원(274)은 또한, 도구의 제어기와 로더(200)의 전자식 장치 사이에서 통신을 가능하게 하기 위하여 로더(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관(conduits)을 예시적으로 포함한다.
도 2 및 도 3에서 프레임(210)은 동력 시스템(220)을 지지하고 둘러싸서, 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소가 보이지 않는다.
도 4는 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소의 다이어그램을 포함한다. 동력 시스템(220)은 다양한 기계 기능에서 사용하는 동력을 발생 및/또는 저장할 수 있는 하나 이상의 동력원(222)을 포함한다. 동력기계(200)에서, 동력 시스템(220)은 내연기관을 포함한다. 다른 동력기계는 주어진 동력기계 구성요소에 동력을 제공할 수 있는 전기 발생기, 재충전 배터리, 다양한 다른 동력원 또는 동력원들의 결합을 포함할 수 있다. 동력 시스템(220)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합되는 동력 변환 시스템(224)을 포함할 수 있다. 동력 변환 시스템(224)은 차례로 동력기계의 기능을 수행하는 하나 이상의 작동기(226)에 결합된다. 다양한 동력기계의 동력 변환 시스템(224)은 기계적 변속기, 유압 시스템 등을 포함하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 구동 모터(226A, 226B)에 동력 신호를 제공하기 위하여 선택적으로 제어 가능한 한 쌍의 유체(hydrostatic) 구동 펌프(224A, 224B)를 포함한다. 구동 모터(226A, 226B)는 차례로 각각 차축에 작동 가능하게 결합되고, 구동 모터(226A)는 차축(228A, 228B)에 결합되고 구동 모터(226B)는 차축(228C, 228D)에 결합된다. 차축(228A-D)은 차례로 견인요소(219A-D)에 결합된다. 구동 펌프(224A, 224B)는 작동기 입력장치에 기계적, 유압 및/또는 전기적으로 결합되어 구동 펌프를 제어하는 작동 신호를 받는다.
동력기계(200)에서 구동 펌프, 모터 및 차축의 배열은 이들 구성요소의 배열의 하나의 예이다. 위에 기술한 바와 같이, 동력기계(200)는 스키드-스티어 로더이고, 동력기계의 각 측면의 견인요소는 단일 유압 펌프, 동력기계(200)의 단일 구동 모터 또는 개별 구동모터의 어느 하나의 출력을 통하여 함께 제어된다. 유압 구동 펌프의 다양한 다른 구성 및 결합이 유리하게 채용될 수 있다.
동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합된 유압 도구 펌프(224C)를 포함한다. 유압 도구 펌프(224C)는 작업 작동기 회로(238C)에 작동 가능하게 결합된다. 작업 작동기 회로(238C)는 제어 로직(하나 이상의 밸브와 같은)뿐만 아니라 리프트 실린더(238) 및 틸트 실린더(235)를 포함한다. 제어 로직은 운전자 입력에 반응하여 선택적으로 리프트 실린더 및/또는 틸트 실린더의 작동을 허용한다. 일부 기계에서, 작업 작동기 회로는 또한 부착 도구에 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하는 제어 로직을 포함한다.
동력기계(100) 및 로더(200)의 위의 설명은 예시적인 목적으로 제공되었고, 이하의 실시예가 실현될 수 있는 예시적인 환경을 제공한다. 본 발명에 개시된 실시예는 도 1의 블록 다이어그램에 나타낸 동력기계(100), 더 구체적으로는 트랙 로더(200)와 같은 로더에 의하여 일반적으로 기술된 동력기계에 실현될 수 있고, 특별히 달리 언급하지 않는 한 이하 설명하는 본 발명의 개념은 위에 특히 기술한 환경으로 제한되는 것은 아니다.
도 5는 앞에 기술한 실시예에 따른 유압 시스템의 구성요소를 포함하는, 위에 기술한 동력기계(100; 200)와 같은 동력기계일 수 있는 동력기계(300)의 동력 시스템(305)의 일부 구성요소를 나타내는 블록 다이어그램이다. 도 5는 위에 기술한 도 4에 나타난 동력 시스템의 실시예일 수 있다. 도 5는 위에 기술한 도구 펌프(224C)와 유사하고, 탱크(302) 또는 다른 곳으로부터 입력 도관(304)을 통하여 유압 유체를 수용하는 도구 펌프(310)를 도시한다. 도구 펌프(310)는 출력 도관(312)으로부터 주 제어 밸브(320)와 바이패스 회로(340)로 가압 유체 흐름을 공급하는 가변 변위 펌프이다. 바이패스 회로(340)의 입구 도관(314)은 도구 펌프(310)의 출력 도관(312)과 결합되어 특정 환경에서 펌프 흐름의 일부를 선택적으로 받는다. 주 제어 밸브(320)는 리프트 암 구조물의 리프트 및 틸트 작동기(238, 235)를 제어하기 위하여 그리고 부착된 도구의 보조 기능을 제어하기 위하여 가압 유압 유체를 공급한다. 예시적으로, 리프트 및 틸트 작동기는 도 5에 도시되지 않았다. 도구 캐리어를 사용하는 리프트 암 구조물에 부착된 도구의 보조 기능을 나타내는, 주 제어 밸브(320)로부터 도구 작동기(330)로의 흐름은 제어 밸브 출력 도관(322)을 통하여 제공된다.
바이패스 회로(340)는 도관(314)을 통하여 도구 펌프(310)로부터 흐름의 일부를 받고, 출력 도관(342)에 제공된 바이패스 회로(340)로부터의 출력 흐름은 주 제어 밸브(320)의 출력 도관(322)과 결합된다. 이어서, 결합된 흐름은 도구 작동기(330)에 제공된다. 따라서, 바이패스 회로 흐름은 주 제어 밸브(320)의 보조 섹션의 출력과 만나고 높은 흐름 속도를 요구하는 선택된 고속-흐름 도구를 위하여 추가 흐름을 제공한다. 고속-흐름 도구를 위한 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)로부터의 결합된 흐름은, 도구 펌프(310)에 의하여 제공된 추가 흐름이 도구 작동기의 보조 기능에 사용되기 위하여 제공되는 것을 보장한다. 도구 작동기(330)로부터의 되돌이(return) 흐름은 도관(324)을 통하여 주 제어 밸브에 그리고 도관(326)을 통하여 탱크(302)에 제공된다.
전자 제어기는 신호 라인(352)을 통하여 도구 펌프(31)에, 신호 라인(354)을 통하여 주 제어 밸브, 그리고 신호 라인(356)을 통하여 바이패스 회로(340)에 전기적으로 연결된다. 다른 실시예에서, 제어기(350)와 제어 밸브(320), 바이패스 회로(340) 및 도구 펌프(310)의 하나 이상의 작동기와의 통신은 무선일 수 있다. 도구 펌프(310), 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)의 각각은 사용자 입력(360)으로부터의 신호에 반응하여 제어기에 의하여 제어 가능하다. 따라서, 사용자 입력(360)이 도구 작동기(330)에 증가된 흐름 요구를 나타내면, 도구 펌프(310)의 출력 흐름 수준은 증가된다. 동시에, 제어기(350)는 도구 펌프(310)로부터의 출력 흐름의 일부가 바이패스 회로를 통과하고, 주 제어 밸브(320)의 보조 출력 흐름과 결합된 흐름을 출력 도관(322)에 제공되도록 바이패스 회로(340)를 제어할 수 있다.
도구 펌프(310)가 다른 출력 흐름 수준을 제공하도록 제어할 수 있으므로, 제어기(350)는 도구 펌프의 출력 흐름 수준에 근거하여 작용하기 위하여 바이패스 회로(340)를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 도구 펌프(310)에 의하여 제공된 표준 흐름 속도에서, 제어기(350)는 바이패스 회로(340)는 펌프로부터의 모든 출력 흐름이 주 제어 밸브(320)로 가도록 흐름을 차단하도록 제어할 수 있다. 그러나, 고속 흐름 속도에서, 바이패스 회로(340)의 흐름 제어 밸브(416)(도 6에 도시)는 바이패스 회로를 통하여 펌프 출력 흐름의 일부를 인출하도록 제어기(350)에 의하여 열릴 수 있다. 압력 보상 밸브(414)(도 6에 도시)는 펌프의 출구에서 높은 압력 조건 동안에 바이패스 회로를 통하여 흐름을 제한하기 위하여 바이패스 회로에 제공될 수 있다. 이는 적당한 흐름이 주 제어 밸브에 제공되어 리프트 및 틸트 기능(리프트 및 틸트 작동기는 도 5 및 도 6에 미 도시)이 적합하게 제공되는 것을 확인한다. 따라서, 도 5에 나타낸 동력 시스템(305)은 다양한 형태의 도구의 제어에 맞출 수 있는, 도구 펌프(310)로부터의 복수의 흐름 출력 속도를 가능하게 한다. 만약 바이패스를 통하여 제공된 모든 흐름이 대신에 주 제어 밸브를 통하여 제공되면, 주 제어 밸브는 통상적으로 더 복잡하고(즉, 복잡한 통로 그리고 더 소형), 높은 압력 강하를 초래하기 때문에, 고압 바이패스 회로를 포함함으로써 흐름은 주 제어 밸브를 통하여 제한되고, 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 주 제어 밸브를 통과하는 추가 흐름은 리프트 및 틸트 실린더의 작동과 충돌할 수 있다.
도 6은 동력 시스템(305)의 바이패스 회로(340)의 특정의 실시예를 설명하기 위하여 제공된 예시 회로이다. 가변 변위 펌프(310)는 제어기(350)로부터의 신호(352)의 제어하에 도관(312)과 주 제어 밸브(320)에 흐름을 제공한다. 주 제어 밸브(320)는 도구 작동기(330)의 입력으로 제공된 출력 도관(322)에의 흐름 경로 중에 흐름 제한기(restrictor) 및 체크 밸브(404)를 포함한다. 주 제어 밸브(320)는 또한 리프트 및 틸트 작동기에 유압 유체 또는 오일의 흐름을 제공하는 흐름 경로를 제공하는 다른 구성요소 및 특징부를 통상적으로 포함하지만, 주 제어 밸브(320)의 이들 구성요소 및 특징부는 개시된 실시예의 설명을 단순화하기 위하여 생략되었다. 도구 작동기(330)는 모터로 도시되었지만 모든 실시예에서 그럴 필요는 없다. 도구 작동기(330)로부터 도관(324)을 통하여 제공된 되돌이 흐름은 도관(326)을 통하여 탱크(302)로 제공되고, 돌아가기 전에 주 제어 밸브(320)의 흐름 제한기(406)를 통과한다. 선택적으로, 유압 유체를 냉각 및 세정하기 위하여 오일 냉각기(408) 및 필터(410)가 포함될 수 있다.
주 제어 밸브(320) 내에서, 가변 보조 릴리프(relief) 밸브(412)가 초과-압력 릴리프 경로를 제공하기 위하여 공급 라인과 복귀 라인 사이에 결합될 수 있다. 가변 보조 릴리프 밸브(412)는 제어기(350)에 의하여 제어되어 특정의 도구가 사용하는 최고 압력을 설정한다. 일부 도구는 다른 것보다 높은 압력에서 취급될 수 있으므로, 제어기(350)는 밸브(412)의 보조 릴리프 압력 설정을 가능하게 하고 다수의 다른 도구를 이용할 수 있는 높은 유연성을 제공한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 예시적인 실시예에서 바이패스 회로(34)는 압력 보상 밸브(414) 및 흐름 제어 밸브(416)를 포함한다. 흐름 제어 밸브(416)는 다른 펌프 출력 흐름 수준 또는 다른 작동 모드를 위하여 바이패스 회로(340)을 통하여 흐름을 허용 또는 차단하도록 제어기(340)로부터의 신호(356)에 의하여 제어된다. 바이패스 회로(340)의 출력 도관(342)은 흐름 제어 밸브(416)의 출력에 결합되고, 체크 밸브(418)를 통하여 주 제어 밸브(320)로부터의 도관(322)에 결합된다. 압력 보상 밸브(414)는 펌프(310)의 출구에서 고압 조건 동안에 바이패스 회로(340)를 통하여 흐름을 제한하기 위하여 제공된다. 다시, 이는 적당한 흐름이 주 제어 밸브(320)에 제공되어 리프트 및 틸트 기능(도 6에 미도시)이 적합하게 제공되는 것을 보장한다.
바이패스 회로(340)는 다양한 형태의 도구를 제어하기 위하여 펌프(310)로부터의 복수의 흐름 출력 속도가 제공되는 것을 허용하므로, 동력 시스템(300)은 종래의 동력 시스템에 비하여 이점을 제공한다. 주 제어 밸브(320)는 통상적으로 고압 강하를 발생하므로, 바이패스 회로(340)를 사용함으로써, 흐름은 주 제어 밸브를 통하여 제한되고 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 바이패스 회로(340)의 사용은 도구 펌프(310)가 가변 변위 펌프가 될 수 있게 하고, 따라서 고속 흐름 도구가 요구하면 고속 흐름 속도를 제공함으로써 효율을 증가시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 동력 시스템(300)은 펌프(310)로부터 복수의 흐름 속도를 이용할 수 있다. 예를 들어 분당 약 23 갈론(gallons per minute: GPM)의 제1 수준이 사용될 수 있다. 약 37 GPM의 제2 수준이 통상적인 높은 흐름 속도로 또한 제공될 수 있다. 제3 흐름 속도 수준이 다양한 도구 또는 작동 모드를 수용하기 위하여 또한 제공될 수 있다. 예를 들어, 제3 흐름 속도는 제2 흐름 속도 이상 또는 이하일 수 있고, 일 실시예에서 제3 흐름 속도는 약 45 GPM이다. 그러나, 이들 흐름 속도 수준은 예로서 제공되는 것이고, 본 발명에 개시된 실시예는 임의의 특정 수의 흐름 속도 또는 특정 흐름 속도 각각의 범위내로 제한되는 것은 아니다.
이상 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명의 기술분야의 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (11)

  1. 탱크(302)로부터 입력 도관(304)을 통하여 유압 유체를 받고, 도구 펌프 출력 도관(312)에 가압 유압 유체의 흐름을 공급하도록 구성된 도구 펌프(224C; 310);
    도구 펌프 출력 도관(312)에 결합되고, 도구 펌프로부터 제어 밸브 출력 도관(322)을 통하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 가압 유압 유체를 제공하도록 구성된 주 제어 밸브(320); 및
    도구 펌프 출력 도관(312)에 결합된 입구 도관(314)을 갖고, 도구 펌프로부터 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 선택적으로 받고, 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 제어 밸브 출력 도관(322)에 결합된 바이패스 회로 출력 도관(342)에서 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 제공하여, 적어도 하나의 도구 작동기에 제공된 가압 유압 유체의 흐름이 주 제어 밸브를 통하는 흐름과 주 제어 밸브를 바이패싱하는 흐름을 포함하는 결합된 흐름인 바이패스 회로(340)를 포함하는,
    동력기계에 장착된 도구의 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 동력을 제공하는 동력기계(100; 200; 300) 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주 제어 밸브 및 바이패스 회로와 통신하고 주 제어 밸브 및 바이패스 회로를 선택적으로 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기에 가압 유압 유체의 결합된 흐름을 제공하는 제어기(350)를 더 포함하는 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도구 펌프(224C; 310)는 제어기(350)로부터의 제어 신호에 반응하여 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 가변 흐름을 제공하도록 구성된 가변 변위 펌프인 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치(360)로부터의 신호에 반응하여 도구 펌프(224C; 310), 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)의 각각을 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기(33)에 증가된 흐름 요구를 표시하는 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 표준 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 차단하여 제1 흐름 속도에서 제공되는 가압 유압 유체의 모든 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어하는 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 고속 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도보다 높은 제2 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 허용하여 제2 흐름 속도에서 제공되는 가압 유압 유체의 일부 흐름이 바이패스 회로(340)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어하는 회로.
  7. 프레임(110, 210);
    프레임에 피벗 가능하게(pivotally) 결합된 리프트 암 조립체(230);
    리프트 암 조립체에 피벗 가능하게 결합되고 결합된 도구를 갖도록 구성된 도구 캐리어(272);
    프레임과 리프트 암 조립체 사이에 결합되고, 리프트 암 조립체를 상승 및 하강하도록 구성된 리프트 작동기(238);
    리프트 암 조립체와 도구 캐리어 사이에 결합되고, 도구 캐리어를 리프트 암 조립체에 대하여 회전하도록 구성된 틸트 작동기(235);
    탱크(302)로부터 입력 도관(304)을 통하여 유압 유체를 받고, 도구 펌프 출력 도관(312)에 가압 유압 유체의 흐름을 공급하도록 구성된 도구 펌프(224C; 310);
    도구 펌프 출력 도관(312)에 결합되고, 도구 펌프로부터 제어 밸브 출력 도관(322)을 통하여 리프트 작동기로, 틸트 작동기로 그리고 제어 밸브 도관(322)에서 동력기계에 결합된 도구의 적어도 하나의 작동기(33)로 가압 유압 유체를 제공하도록 구성된 주 제어 밸브(320);
    도구 펌프 출력 도관(312)에 결합된 입구 도관(314)을 갖고, 도구 펌프로부터 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 선택적으로 받고, 가압 유압 유체의 흐름의 일부를 제어 밸브 도관(322)에 결합된 바이패스 회로 출력 도관(342)에서 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 제공하여, 적어도 하나의 도구 작동기에 제공된 가압 유압 유체의 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하는 흐름과 바이패스 회로(340)에 의하여 주 제어 밸브를 바이패싱하는 흐름을 포함하는 결합된 흐름인 바이패스 회로(340); 및
    주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(34)에 결합되고, 주 제어 밸브 및 바이패스 회로를 선택적으로 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 가압 유압 유체의 결합된 흐름을 제공하는 제어기(350)를 포함하는,
    적어도 하나의 도구 작동기(330)를 갖는 도구가 결합된 동력기계(100; 200; 300).
  8. 제7항에 있어서, 상기 도구 펌프(224C; 310)는 제어기(350)로부터의 신호에 반응하여 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 가변 흐름을 제공하도록 구성된 가변 변위 펌프인 동력기계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치(360)로부터의 신호에 반응하여 도구 펌프(224C; 310), 주 제어 밸브(320) 및 바이패스 회로(340)의 각각을 제어하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)에 증가된 흐름 요구를 표시하는 동력기계.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 표준 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 도구 펌프 출력 도관(312)에서 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 차단하여 바이패스 회로(340)를 제어하여 도구 펌프 출력 도관(312)에 제공되는 가압 유압 유체의 모든 흐름이 주 제어 밸브(320)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어하는 동력기계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기(350)는 사용자 입력장치로부터의 신호에 반응하여 적어도 하나의 도구 작동기(330)의 고속 흐름 요구를 나타내도록 구성되고, 상기 제어기는 가압 유압 유체의 제1 흐름 속도보다 높은 제2 흐름 속도를 제공하도록 가변 변위 펌프(224C; 310)를 제어하고, 바이패스 회로를 통하여 흐름을 허용하여 도구 펌프 출력 도관(312)에 제공되는 가압 유압 유체의 일부 흐름이 바이패스 회로(340)를 통하여 통과하도록 바이패스 회로(340)를 제어하는 동력기계.
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