KR980008975A

KR980008975A - 중장비의 조향장치

Info

Publication number: KR980008975A
Application number: KR1019960029391A
Authority: KR
Inventors: 디. 리 아나톨리.
Original assignee: 김무; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-04-30
Also published as: KR100201597B1

Abstract

발명은 중장비의 조향장치(Steering System)에 관한 것으로, 특히 로우더(Loader) 등을 비롯한 건설용 중장비의 유압식 조향장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 조향장치는, 유압펌프와, 좌우 조향실린더와, 상기 유압펌프와 상기 좌우 조향실린더사이에 설치되어 스프울 이동에 의한 내부유로의 절환접속으로 상기 유압펌프의 유량을 상기 좌우 조향실린더에 선택적으로 공급함에 의해 상기 조향실린더의 작동을 제어하는 콘트롤밸브와, 조향휠과 연동되어 회전되는 조향컬럼과, 상기 조향컬럼과 상기 스프울의 일단사이에 설치되어 상기 조향컬럼의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제1전동수단과, 상기 조향실린더의 귀환유량에 의해 회전하는 유압모터 및 상기 유압모터의 회전축과 상기 스프울의 타단사이에 설치되어 상기 유압모터의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제2전동수단을 구비하며, 상기 조향컬럼의 회전에 의해 상기 스프울이 소정 방향으로 소정 스트로크 이동한 후, 상기 유압모터의 회전에 의해 상기 스프울이 상기 소정 방향과 반대 방향으로 상기 소정 스트로크와 동일 스트로크만큼 이동함으로써, 1회의 조향작동을 완료하게 된다.

Description

중장비의 조향장치

본 발명은 중장비의 조향장치(Steering System)에 관한 것으로, 특히 로우더(Loader) 등을 비롯한 건설용 중장비의 유압식 조향장치에 관한 것이다. 도1에는 로우더에 적용되는 종래의 조향장치가 개략적으로 도시되어 있다. 로우더는 전방프레임(101)과 후방프레임(102)이 핀(103)에 의해 상호 회동가능하도록 결합되어 있고, 이 두 프레임(101, 102) 사이에 좌측 및 우측 조향실린더(104a, 104b)가 설치되어 있다. 좌측 조향실린더(104a)의 라지챔버에 오일이 공급되면서 우측조향실린더(104b)의 스몰챔버로 부터 오일이 배출되면, 로우더의 전방프레임(101)은 후방프레임(102)에 대해 핀(103) 결합점을 회동축으로 하여 좌측으로 회동하게 되고, 그에 따라 로우더는 좌회전을 하게 되었다. 반면, 우측조향실린더(104b)의 라지챔버에 오일이 공급되면서 좌측조향실린더(104a)의 스몰챔버로 부터 오일이 배출되면, 로우더의 전방프레임(101)은 후방프레임(102)에 대해 핀(103) 결합점을 회동축으로 하여 우측으로 회동하게 되고, 그에 따라 로우더는 우회전을 하게 되었다.

한편, 도2는 위와 같이 구성된 로우더의 조향장치의 유압시스템을 개략적으로 나타내고 있는 데, 유압펌프(P)의 토출유량이 조향유니트(S：Steering Unit)와 증폭기(A：Amplifier)를 통해 전술한 두 조향실린더(104a, 104b)에 전달되도록 구성되어 있다. 조향유니트(S)에서는 운전자의 조향지령에 따라 유압펌프(P)의 토출유량을 조향실린더(104a, 104b)에 공급하여 조향작동을 제어하는 콘트롤밸브 등으로 구성되어 있으며, 증폭기(A)는 유압펌프(P)의 토출유압을 조향작동을 위해 요구되는 압력까지 증폭시키는 작동을 담당하였다.

본 발명의 목적은, 구성을 단순화하면서도 조향응답성과 정확도를 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 조향장치를 제공하는 데에 있다.

제1도는 종래의 로우더에 적용되는 조향장치의 개략도.

제2도는 도1에 의한 조향장치의 개략적 유압회로도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 조향장치의 유압회로도.

제4도는 도3에 의한 조향장치의 기계적 구성도.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명

P：유압펌프 T：탱크

1a, 1b：조향실린더 2：콘트롤밸브

3：스프울 4：조향컬럼

5：유압모터(역미터링모터) 6a, 6b：제1전동수단으로써의 구동기어와 피동기어

7a, 7b：베어링 8：너트슬리이브

9：스프울 일단에 형성된 스크류 11：스플라인슬리이브

12：스프울 타단에 형성된 스플라인

전술한 본 발명의 목적은, 유압식 조향장치에 있어서：유압펌프；좌우 조향실린더；상기 유압펌프와 상기 좌우 조향실린더사이에 설치되어 스프울 이동에 의한 내부유로의 절환접속으로 상기 유압펌프의 유량을 상기 좌우 조향실린더에 선택적으로 공급함에 의해 상기 조향실린더의 작동을 제어하는 콘트롤밸브；조향휠과 연동되어 회전되는 조향컬럼；상기 조향컬럼과 상기 스프울의 일단사이에 설치되어 상기 조향컬럼의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제1전동수단；상기 조향실린더의 귀환유량에 의해 회전하는 유압모터；및 상기 유압모터의 회전축과 상기 스프울의 타단사이에 설치되어 상기 유압모터의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제2전동수단을 구비하며, 상기 조향컬럼의 회전에 의해 상기 스프울이 소정 방향으로 소정 스트로크 이동한 후, 상기 유압모터의 회전에 의해 상기 스프울이 상기 소정 방향과 반대 방향으로 상기 소정 스트로크와 동일 스트로크만큼 이동함으로써, 1회의 조향작동을 완료하게 됨을 특징으로 하는 조향장치를 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제1전동수단이, 상기 조향컬럼의 단부와 결합된 구동기어와, 상기 구동기어와 기어결합된 피동기어와, 상기 피동기어에 의해 회전되는 너트슬리이브로 구성되고, 상기 스프울의 상기 일단 외주면을 따라 상기 너트슬리이브의 너트와 결합되는 스크류가 형성되며, 상기 제2전동수단이, 상기 유압모터의 회전축과 결합되어 함께 회전하는 스플라인슬리이브로 구성되고, 상기 스프울의 타단의 외주면을 따라 상기 스플라인슬리이브의 스플라인과 결합되는 스플라인이 형성된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 우측조향실린더의 라지챔버와 상기 좌측조향실린더의 스몰챔버에 대한 작동유의 공급과 배출을 담당하는 제1공급배출유로와, 상기 좌측조향실린더의 라지챔버와 상기 우측조향실린더의 라지챔버에 대한 작동유의 공급과 배출을 담당하는 제2공급배출유로를 구비하고, 상기 유압펌프로 부터의 작동유가 상기 콘트롤밸브의 내부유로와 상기 제1공급배출유로를 통해 상기 우측조향실린더의 라지챔버와 상기 좌측조향실린더의 스몰챔버에 공급되면 우향조향이 수행되고, 상기 유압펌프로 부터의 작동유가 상기 콘트롤밸브의 내부유로와 상기 제2공급배출유로를 통해 상기 좌측조향실린더의 라지챔버와 상기 우측조향실린더의 스몰챔버에 공급되면 좌향조향이 수행된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 콘트롤밸브는 상기 스프울의 위치에 따라 중립상태와, 제1상태 및 제2상태사이에서 절환되며, 상기 중립상태에서는, 상기 제1공급배출유로, 상기 제2공급배출유로, 상기 유압펌프로 부터의 작동유를 상기 콘트롤밸브로 전달하는 펌프유로 및 상기 제1 또는 제2공급배출유로를 통해 배출되는 귀환유를 탱크로 리턴시키는 탱크유로 상호간의 모든 연결관계가 차단되도록 하는 내부유로접속상태를 갖고, 상기 제1상태에서는, 상기 펌프유로와 상기 제1공급배출유로가 상호 연결되며, 상기 제2공급배출유로는 상기 유압모터를 순환한 후 상기 탱크유로와 연결되는 내부유로접속상태를 가지며, 상기 제2상태에서는, 상기 펌프유로와 상기 제2공급배출유로가 상호 연결되며, 상기 제1공급배출유로는 상기 유압모터를 순환한 후 상기 탱크유로와 연결되는 내부유로접속상태를 갖는다.

본 발명의 다른 특징과 효과들은 이하 첨부도면을 참조하여 설명할 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 보다 명확히 이해되어질 것이다.

도3는 본 발명의 일실시예에 의한 조향장치의 유압회로를 도시하고 있으며, 도4는 이러한 조향장치의 기계적 구조를 도시하고 있다.

본 실시예의 조향장치는, 유압펌프(P)와 좌측 및 우측조향실린더(1a, 1b) 및 유압펌프(P)의 토출유량을 운전자의 지령에 따라 조향실린더(1a, 1b)에 공급하여 조향작동을 제어하는 콘트롤밸브(2)로 구성되어 있다.

콘트롤밸브(2)는 스프울(3)의 좌우이동에 따라 내부유로가 절환접속되면서, 조향실린더(1a, 1b)로의 작동유 공급을 제어하는 데, 이러한 스프울(3)의 좌우이동은, 스프울(3) 양단에 각각 결합된 조향컬럼(4)과 유압모터(5：또는, '역미터링모터'로 표기함-Reverse Metering Motor)에 의해 이루어진다.

즉, 도시하지 않은 조향휠(Steering Wheel)에 의해 회동되는 조향컬럼(4)의 하단부에 구동기어(6a)가 결합되고, 이 구동기어(6a)의 회전력은 피동기어(6b)에 전달된다. 또, 이 피동기어(6b)의 회전력은 베어링(7a, 7b)에 의해 지지되는 너트슬리이브(8)에 전달된다. 스프울(3)의 일단의 외주면에는 전술한 너트슬리이브(8)의 너트와 결합되는 스크류(9)가 형성되어 있다. 따라서, 조향컬럼(5)이 회전하게 되면, 기어(6a, 6b)를 통해 회전력을 전달받은 너트슬리이브(8)가 회전하게 되고, 이 너트슬리이브(8)와 일단이 결합된 스프울(3)이 좌우이동하게 되는 것이다(제1전동수단).

한편, 역미터링모터(5)의 회전축(10)에는 스플라인슬리이브(11)가 결합되어 있으며, 스프울(3)의 타단의 외주면에는 전술한 스플라인슬리이브(11)의 스플라인과 결합되는 스플라인(12)이 형성되어 있다. 역미터링모터(5)가 회전하게 되면, 스플라인슬리이브(11)가 이를 따라 회전하게 되고, 이와 스플라인결합되어 있는 스프울(3)도 함께 회전하게 된다. 그런데, 스프울(3)의 일단은 너트슬리이브(8)와 스크류결합되어 있기 때문에, 역미터링모터(5)의 회전에 의한 스프울(3)의 회전은 스프울(3)을 좌우방향으로 이동시키게 된다(제2전동수단).

전술한 콘트롤밸브(2)는 스프울(3)의 위치에 따라 중립상태(N)와 제1상태(I) 및 제2상태(II)사이에서 절환된다. 각 상태에 따른 내부유로 접속상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 중립상태(N)에서는, 펌프유로(PL)과 탱크유로(TL1, TL2)가 모두 차단되고, 조향실린더(1a, 1b)로의 공급/배출유로(CL1, CL2)도 역시 모두 차단된다. 이 때, 조향실린더(1a, 1b)로의 작동유 공급은 일어나지 않으며, 조향실린더(1a, 1b)는 어느 방향으로 작동되지 않는다.

조향컬럼(4)이 회전되면, 회전방향에 따라 스프울(3)이 좌향 또는 우향으로 이동하여 콘트롤밸브는 제1상태(I) 또는 제2상태(II)로 절환되는 데, 이 경우 제1상태(I)로 절환된다고 가정한다. 제1상태(I)에서는, 우측조향실린더(1b)의 라지챔버와 좌측조향실린더(1a)의 스몰챔버가 연결된 공급/배출유로(CL1)가 내부유로(I1)를 통해 펌프유로(PL)와 연결되어, 우측조향실린더(1b)의 라지챔버와 좌측조향실린더(1a)의 스몰챔버는 작동유를 공급받게 된다. 따라서, 로우더는 우향으로 조향하게 된다. 한편, 좌측조향실린더(1a)의 라지챔버와 우측조향실린더(1b)의 스몰챔버가 연결된 공급배출유로(CL2)는 내부유로(I2)를 통해 유로(ML1)과 연결됨에 따라, 역미터링모터(5)에 공급되어 역미터링모터(5)를 회전시킨 후, 다시 유로(ML2)를 통해 콘트롤밸브(2)의 내부유로(I3)를 경유하여 탱크유로(TL2)를 통해 탱크(T)로 리턴된다. 반면, 제2상태(II)에서는, 좌측조향실린더(1a)의 라지챔버와 우측조향실린더(1b)의 스몰챔버가 연결된 공급/배출유로(CL2)가 내부유로(II1)를 통해 펌프유로(PL)와 연결되어, 좌측조향실린더(1a)의 라지챔버와 우측조향실린더(1b)의 스몰챔버는 작동유를 공급받게 된다. 따라서, 로우더는 좌향으로 조향하게 된다. 한편, 우측조향실린더(1b)의 라지챔버와 좌측조향실린더(1a)의 스몰챔버가 연결된 공급배출유로(CL1)는 내부유로(II2)를 통해 유로(ML2)과 연결됨에 따라, 역미터링모터(5)에 공급되어 역미터링모터(5)를 회전시킨 후, 다시 유로(ML1)를 통해 콘트롤밸브(2)의 내부유로(II3)를 경유하여 탱크유로(TL1)를 통해 탱크(T)로 리턴된다.

이하, 위와 같이 구성된 본 실시예에 의한 조향장치의 작동을 보다 상세히 설명한다.

운전자가 직진하고 있던 로우더를 우향으로 조향시키기 위해 조향휠을 우향으로 회전시키게 되면, 조향컬럼(4)가 회전하게 되고, 이 조향컬럼(4)과 기어결합되어 있는 너트슬리이브(8)의 회전에 의해 스프울(3)이 도면상 좌향으로 이동하여 콘트롤밸브(2)는 제1상태(I)로 절환된다. 콘트롤밸브(2)가 제1상태(I)로 절환되면, 상술한 바와 같이, 펌프유로(PL)과 공급배출유로(CL1)이 내부유로(I1)에 의해 서로 연결되어, 우측조향실린더(1b)의 라지챔버와 좌측조향실린더(1a)의 스몰챔버에는 작동유가 공급되게 되고, 로우더는 우향으로 조향하게 된다. 다음, 좌측조향실린더(1a)의 라지챔버에 있던 오일과 우측조향실린더(1b)의 스몰챔버에 있던 오일은 공급배출유로(CL2)와 내부유로(I2) 및 유로(ML1)을 통해 역미터링모터(5)에 공급되어, 역미터링모터(5)를 회전시키게 된다. 역미터링모터(5)의 회전력은, 스플라인슬리이브(11)를 통해 스프울(3)에 전달되게 되고, 스프울(3)이 회전되면, 스프울(3)은 너트슬리이브(8)와의 스크류결합관계에 의해 지금까지 도면상 좌향으로 이동해온 스트로크만큼 정확하게 이번에는 도면상 우향으로 이동하게 되고, 콘트롤밸브(2)는 중립상태(N)를 되찾게 된다. 한편, 역미터링모터(5)를 회전시킨 오일은 유로(ML2)를 통해 다시 콘트롤밸브(2)로 유입된 후, 내부유로(I3)를 경유하여, 탱크유로(TL2)를 통해 탱크(T)로 리턴된다. 이렇게 함으로써 로우더는 운전자가 소망하는 우향조향동작을 완료하게 된다.

이번에는, 운전자가 직진하고 있던 로우더를 좌향으로 조향시키기 위해 조향휠을 좌향으로 회전시키게 되면, 조향컬럼(4)가 회전하게 되고, 이 조향컬럼(4)과 기어결합되어 있는 너트슬리이브(8)의 회전에 의해 스프울(3)이 도면상 우향으로 이동하여 콘트롤밸브(2)는 제2상태(II)로 절환된다. 콘트롤밸브(2)가 제2상태(II)로 절환되면, 상술한 바와 같이, 펌프유로(PL)과 공급배출유로(CL2)이 내부유로(II1)에 의해 서로 연결되어, 좌측조향실린더(1a)의 라지챔버와 우측조향실린더(1b)의 스몰챔버에는 작동유가 공급되게 되고, 로우더는 좌향으로 조향하게 된다. 다음, 우측조향실린더(1b)의 라지챔버에 있던 오일과 좌측조향실린더(1a)의 스몰챔버에 있던 오일은 공급배출유로(CL1)와 내부유로(II2) 및 유로(ML2)을 통해 역미터링모터(5)에 공급되어, 역미터링모터(5)를 회전시키게 된다. 역미터링모터(5)의 회전력은, 스플라인슬리이브(11)를 통해 스프울(3)에 전달되게 되고, 스프울(3)이 회전되면, 스프울(3)은 너트슬리이브(8)와의 스크류결합관계에 의해 지금까지 도면상 우향으로 이동해온 스트로크만큼 정확하게 이번에는 도면상 좌향으로 이동하게 되고, 콘트롤밸브(2)는 중립상태(N)를 되찾게 된다. 한편, 역미터링모터(5)를 회전시킨 오일은 유로(ML1)를 통해 다시 콘트롤밸브(2)로 유입된 후, 내부유로(II3)를 경유하여, 탱크유로(TL1)를 통해 탱크(T)로 리턴된다. 이렇게 함으로써 로우더는 운전자가 소망하는 좌향조향동작을 완료하게 된다.

결국, 본 실시예의 로우더의 조향장치에 의하면, 조향휠의 조작에 의한 조향조작량 만큼을 조향실린더의 귀환유에 의해 회전되는 역미터링모터가 항상 보상하여 콘트롤밸브를 반대방향으로 정확하게 이동시켜 주기 때문에, 조향시 조향응답성과 조향의 정확도가 현저히 향상될 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 조향실린더의 작동을 제어하기 위한 콘트롤밸브의 스프울이, 조향컬럼과 직결되어 조향컬럼의 좌우 회전에 따라 좌우로 이동되고, 또 조향실린더의 귀환유에 의해 회전되는 역미터링모터가 전술한 스프울을 스프울이 이동한 스트로크만큼 반대방향으로 정확하게 이동시킴으로써 보상하여 주기 때문에, 조향응답성과 조향의 정확도가 향상될 수 있으며, 운전자의 조향각 예측 적중도가 향상됨에 따라 보다 정교한 조향성능을 확보할 수 있다.

본 발명은, 편의상 건설 중장비의 하나인, 로우더에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 개념은 로우더외에, 유압조향시스템을 채용하고 있는 여타의 중장비와 자동차에도 동일하게 적용될 수 있음을 밝혀둔다.

Claims

유압식 조향장치에 있어서：유압펌프；좌우 조향실린더；상기 유압펌프와 상기 좌우 조향실린더사이에 설치되어 스프울 이동에 의한 내부유로의 절환접속으로 상기 유압펌프의 유량을 상기 좌우 조향실린더에 선택적으로 공급함에 의해 상기 조향실린더의 작동을 제어하는 콘트롤밸브；조향휠과 연동되어 회전되는 조향컬럼；상기 조향컬럼과 상기 스프울의 일단사이에 설치되어 상기 조향컬럼의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제1전동수단；상기 조향실린더의 귀환유량에 의해 회전하는 유압모터；및 상기 유압모터의 회전축과 상기 스프울의 타단사이에 설치되어 상기 유압모터의 회전력을 상기 스프울의 좌우방향 이동력으로 변환하여 전달하는 제2전동수단을 구비하며, 상기 조향컬럼의 회전에 의해 상기 스프울이 소정 방향으로 소정 스트로크 이동한 후, 상기 유압모터의 회전에 의해 상기 스프울이 상기 소정 방향과 반대 방향으로 상기 소정 스트로크와 동일 스트로크만큼 이동함으로써, 1회의 조향작동을 완료하게 됨을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1전동수단이, 상기 조향컬럼의 단부와 결합된 구동기어와, 상기 구동기어와 기어결합된 피동기어와, 상기 피동기어에 의해 회전되는 너트슬리이브로 구성되고, 상기 스프울의 상기 일단 외주면을 따라 상기 너트슬리이브의 너트와 결합되는 스크류가 형성됨을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제2전동수단이, 상기 유압모터의 회전축과 결합되어 함께 회전하는 스플라인슬리이브로 구성되고, 상기 스프울의 타단의 외주면을 따라 상기 스플라인슬리이브의 스플라인과 결합되는 스플라인이 형성됨을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 1내지 청구항 3 중, 어느 한 항에 있어서, 상기 우측조향실린더의 라지챔버와 상기 좌측조향실린더의 스몰챔버에 대한 작동유의 공급과 배출을 담당하는 제1공급배출유로와, 상기 좌측조향실린더의 라지챔버와 상기 우측조향실린더의 라지챔버에 대한 작동유의 공급과 배출을 담당하는 제2공급배출유로를 구비하고, 상기 유압펌프로 부터의 작동유가 상기 콘트롤밸브의 내부유로와 상기 제1공급배출유로를 통해 상기 우측조향실린더의 라지챔버와 상기 좌측조향실린더의 스몰챔버에 공급되면 우향조향이 수행되고, 상기 유압펌프로 부터의 작동유가 상기 콘트롤밸브의 내부유로와 상기 제2공급배출유로를 통해 상기 좌측조향실린더의 라지챔버와 상기 우측조향실린더의 스몰챔버에 공급되면 좌향조향이 수행되는 것을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 4에 있어서, 상기 콘트롤밸브는 상기 스프울의 위치에 따라 중립상태와, 제1상태 및 제2상태사이에서 절환되며, 상기 중립상태에서는, 상기 제1공급배출유로, 상기 제2공급배출유로, 상기 유압펌프로 부터의 작동유를 상기 콘트롤밸브로 전달하는 펌프유로 및 상기 제1또는 제2공급배출유로를 통해 배출되는 귀환유를 탱크로 리턴시키는 탱크유로 상호간의 모든 연결관계가 차단되도록 하는 내부유로접속상태를 갖고, 상기 제1상태에서는, 상기 펌프유로와 상기 제1공급배출유로가 상호 연결되며, 상기 제2공급배출유로는 상기 유압모터를 순환한 후 상기 탱크유로와 연결되는 내부유로접속상태를 가지며, 상기 제2상태에서는, 상기 펌프유로와 상기 제2공급배출유로가 상호 연결되며, 상기 제1공급배출유로는 상기 유압모터를 순환한 후 상기 탱크유로와 연결되는 내부유로접속상태를 갖는 것을 특징으로 하는 조향장치.

※ 참고사항：최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.