KR100310447B1 - 유압기계식 변속장치 - Google Patents

Abstract

단순한 구성으로 이점을 최대한으로 이끌어낼 수 있는 유압기계식 변속장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

유압펌프와 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환해서 사용할 수 있게 설치해서 입력회전을 변속해서 출력하는 유압기계식 변속장치에 있어서,

(a) 기계식 동력전달기구(20)는, 적어도 1개의 유성기어기구를 구비하는 동시에, 이 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24)온 직접 외부로 출력가능하게 설치하고,

(b) 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와 유압모우터(12)는 가변용량식으로 하고, 또한,

(c) 유압식 동력전달기구(10)의 출력축(14)과 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24) 사이에 1개의 직결클러치(30)를 설치한 구성으로 되어 있다.

Description

유압기계식 변속장치

본 발명은, 예를 들면 주륜(走輪)식 유압셔블 등의 변속장치로서, 유용하게 사용할 수 있는 유압기계식 변속장치에 관한다.

변속장치는, 기계식, 유압식(소위 HST), 유압기계식, 벨트식 등, 각종으로 알려 져왔다. 또 이들 각각의 형식도, 예를 들면 기계식이 선택접동식, 상시이맞물림식, 동시이맞물림식, 유성기어식 등으로 분류할 수 있도록, 각각 분류된다.

그런데, 상기한 각종 변속장치중에서, 유압기계식은, 유압펌프와 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환사용가능하게 설치해서 입력회전을 변속해서 출력하는 것이다. 그리고 최근에, 고토크를 얻을 수 있는 유압식 동력전달기구를 저속출력시에 사용하고, 또, 높은 전달 효율을 얻을 수 있는 기계식 동력전달기구를 고속출력시에 사용하는, 예를 들면 다음과 같은 유압기계식 변속장치가 알려져있다.

(1) 특개평5-448l5호 공보 기재의 유압기계식 변속장치(본 출원인에 의한 먼저의 제안)는, 기계식 동력전달기구와 유압식 동력전달기구에 있어서 2개의 유성기어기구를 공용하고, 또한, 4개의 직결클러치를 사용하므로써, 전후진 각 3종류 속도의 유압식 변속주행과, 전후진 각 3종류 속도의 기계식 변속주행의 전환을 가능하게 하고 있다.

(2) 특개평6-159474호 공보 기재의 유압기계식 변속장치는, 기계식 동력전달기구와 유압식 동력전달기구로 4개의 여러개의 축 클러치를 공용하고, 또한 2개의 직결클러치를 사용하므로써, 회송시에 있어서의 후진 1단속도와, 전진발진시의 유압식 주행과, 전진1단속도 내지 전진4단속도의 기계식 주행과, 작업주행시에 있어서의 전진1단속도 내지 전진4단속도의 유압식 주행의 전환을 가능하게 하고 있다.

그런데, 예를 들면, 주륜식 유압셔블과 같이, 유압구동되는 작업기를 별도로 구비한 자주차량에 있어서는, 저속주행을 하면서 작업기를 풀구동하는 기회가 극히 많다. 또, 올바르게는 고속이동도 요구된다. 이와같은 자주차량에 대하여 유압기계식 변속장치를 탑재하면, 저속주행시는, 유압식 동력전달기구를 사용하므로써, 또한, HST와 같이 유압펌프와 유압모우터를 가변용량식으로한 유압식 동력전달기구를 사용하므로써, 전후진의 전환을 효율적으로 할 수가 있고, 높은 토크로 발진이 가능하며, 무단변속시킬 수 있고, 또한 주행속도에 관계없이 작업기에 대해서 큰 유압마력을 분배할 수 있을 뿐아니라, 고속주행시에는, 기계식 동력전달기구를 사용하므로써 고전달효율의 주행을 할 수가 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 상기한 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

상기한 2가지 사례의 유압기계식 변속장치는, 유압식 동력전달기구의 유압펌프와 유압모우터가 가변용량식인지 아닌지에 대해서는 명기되어 있지 않다. 가령, 2가지 사례인 유압펌프와 유압모우터를 가변용량식으로 한다면, 그것 자체가 무단 변속할 수 있으므로, 이들 2가지 사례가 「2개의 유성기어장치나, 4개의 여러개의 축 클러치에 의해서 다단변속화 되어 있다」라고 하는 취지가 불필요하게 된다.또, 2가지 사례는, 다단변속된 유압식 주행과, 역시 다단변속된 기계식 주행을 전환가능하게 하기 위하여 다수의 직결클러치를 사용하지만, 이렇게해서는 구조가 복잡해질 뿐이다. 즉, 2가지 사례는, 상기한 설명의 유압기계식 변속장치의 이점을 충분하게 이끌어낼 수 있었다고는 할 수 없다.

본 발명은, 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여, 단순한 구성으로 유압기계식 변속장치의 이점을 최대한으로 이끌어낸 유압기계식 변속장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 유압기계식 변속장치는, 예를 들면, 제1도를 참조해서 설명한다면, 유압펌프와 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환해서 사용가능하게 설치해서 입력회전을 변속출력하는 유압기계식 변속장치에 있어서,

(a) 기계식 동력전달기구(20)는 적어도 1개의 유성기어기구를 구비하는 동시에, 이 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24)을 직접 외부로 출력가능하게 설치하고,

(b) 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와, 유압모우터(12)는 가변용량식으로 하며, 또한,

(c) 유압식 동력전달기구(10)의 출력축(14)과 기계식 동력전달기구(20)의 출력 축(24)의 사이에 1개의 직결클러치(30)를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기한 구성에 있어서, 직결클러치(30)를 변속장치케이스(b)의 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치해도 된다.

보다 구체적으로는, 유압펌프와, 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환해서 사용가능하게 설치하여 입력회전을 변속해서 출력하는 유압기계식 변속장치에 있어서,

(a) 기계식 동력전달기구(20)는 2개의 유성기어기구(22, 23)를 구비하는 동시에, 이 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24)을 직접 외부로 출력할 수 있게 설치하며,

(b) 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와, 유압모우터(12)는 가변용량식으로 하고 또한,

(c) 유압식 동력전달기구(10)의 출력축(14)과, 기계식 동력전달기구(20)의 출력 축(24)의 사이에 1개의 회전클러치(30)를 변속장치케이스(b)의 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 유압기계식 변속장치라도 된다.

상기한 구성에 의하면, 기계식 동력전달기구(20)에 유성기어기구를 채용해서 작은 공간으로 큰 감속비가 1단 또는 다단으로 얻을 수 있도록 되어 있다. 또, 유압식 동력전달기구(10)에 가변용량식인 유압펌프(11)와, 유압모우터(12)를 채용해서, 그것자체로 무단변속할 수 있도록 되어 있다. 그리고 직결클러치(30)는, 단지 1개로 해서, 이것을 접속하므로써, 유압식 동력전달기구(10)의 출력이 기계식 동력전달기구(20)의 출력으로 변해서 외부로 출력이 가능하게 되어 있다.

그리고 이들의 유기적 결합의 결과로서, 직결클러치(30)를 접속해서 유압식 동력전달기구(10)의 출력회전을 외부로 출력할 때에는, 그 회전속도에 관계없이, 구동원을 동일하게 하는 다른 액츄에이터에 대하여 필요한 마력을 공급하는 것을달성하고 있다. 또 상기한 구성에 의하면, 유압식 동력전달기구(10)의 그 자체가 무단변속이 가능하기 때문에, 종래의 기술과 같이 여러개의 유성기어장치나, 여러개의 축 클러치를 유압식 동력전달기구(10)와 기계식 동력전달기구(20)로 공용시키고, 또한 유압식 주행과 기계식 주행을 다단변속시킬 필요가 없이, 기계식 동력전달기구(20)만을 유압식 동력전달기구(10)와 관계없이 다단변속 가능하게 하고 있다. 따라서 종래의 기술과 같이, 유압식 주행과 기계식 주행의 다단변속 사이의 전환용으로 필요하게 되는 여러개의 직결클러치는 불필요하게 된다. 그래서, 상기한 구성에 있어서는, 단 1개의 직결클러치(30)를 채용하고 있다. 즉, 상기한 구성에 의하면, 구조의 소형화는 물론이고, 유압기계식 변속장치의 이점을 최대한으로 이끌어낼 수 있게 된다.

또, 직결클러치(30)를 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치했기 때문에, 직결클러치(30)에 의한 윤활유의 휘젓기가 없어진다. 이 결과, 윤활유의 휘젓기에 의한 동력전달효율의 저하나, 윤활유의 거품이 인다거나 하는 등의 결점도 저지시킬 수 있게 된다.

(실시예)

실시예를, 그 기어의 골조구성도인 제1도를 참조해서 설명한다. 제1도에 있어서, 실시예B가 되는 유압기계식 변속장치는, 도면에 표시하지 않은 주륜식 유압셔블(아래, 단지 「예기」라 한다)에 탑재되어 있다. 그러므로, 예기의 엔진(A)은, 본 실시예B와, 유압셔블인 작업기(C)에 동력을 필요량만큼 배분가능하게 할 필요가 있다.

즉, 실시예B는, 제1도에 표시하듯이, 유압식 동력전달기구(10)와, 기계식 동력전달기구(20)와, 1개의 직결클러치(30) 등을 구비하고 있다. 또, 유압식 동력전달기구(10)의 일부(출력축(14))와, 기계식 동력전달기구(20)와, 직결클러치(30)는, 변속장치케이스(b)에 내장되어 있다. 상세하게는 다음과 같다.

유압식 동력전달기구(10)는, 오퍼레이터의 지령과, 작업기(C)의 상태에 따라서 마이크로컴퓨터로 제어된 지령(Sl)을 받아서, 이 지령(Sl)에 대응한 필요한 최적의 유량을 토출하도록, 밀어내어 용적을 변화하는 가변용량식 유압펌프(11)(아래, 단지 펌프(11)라고 함)와, 오퍼레이터나 마이크로컴퓨터 등의 지령(S2)을 받아서, 이 지령(S2)에 대응한 필요한 최적의 토크를 얻을 수 있도록, 밀어내어 용적을 변화하는 가변용량식 유압모우터(12)(아래, 단지 「모우터」라고 함)와, 유로(13)에 의해 유압회로를 구성하고 있다. 또, 펌프(11)와 모우터(12)는, 변속장치케이스(b)에 있어서의 엔진(A)의 장착면과는 반대측 면에 장착하고, 실시예B의 소형화에 기여시키도록 되어 있다.

기계식 동력전달기구(20)는, 한쪽 끌에서 엔진(A)으로부터 회전력을 입력하고, 다른 한쪽 끝에서 상기한 펌프(11)를 구동하는 주축(21)을 구비하고 있다. 주축(21)에는, 2개의 유성기어기구(22, 23)의 선기어(22a, 23a)가 고정설치되어 있다.

도면에 표시한 좌측의 유성기어기구(22)의 플라네트캐리어(22b)와, 도면에 표시한 우측의 유성기어기구(23)의 링기어(23c)와 하나로 연결되고, 또 도면에 표시한 우측의 유성기어기구(23)의 플라네트캐리어(23b)는 출력축(24)에 기어연결되어 있다. 출력축(24)은 도면에 표시하지 않은 드라이브샤프트에 접속되고, 차동기나 종감속기 등을 통하여 출력회전을 휘일에 전달하므로써 예기를 자주가능하게 하고 있다.

따라서, 유성기어기구(22)의 링기어(22c)를 공전시키고, 또한 유성기어기구(23)의 링기어(23c)를 변속장치케이스(b)에 고정시켜서 얻어지는 출력축(24)의 회전속도는, 유성기어기구(22)의 링기어(22c)를 변속장치케이스(b)에 고정시키고, 또한 유성기어기구(23)의 링기어(23c)를 공전시켜서 얻어지는 출력축(24)의 회전속도보다도 저속으로 된다.

구체적으로는, 본 실시예에서는, 클러치(23d)로 도면에 표시하지 않은 유압회로에서 압유를 보내서 링기어(23c)를 변속장치케이스(b)에 고정하며, 또한 클러치(22d)의 압유를 드레인시켜서 링기어(22c)를 공전시키므로써, 출력축(24)의 저속회전을 달성하고 있다. 또한, 상기한 것과는 반대로, 클러치(22d)로 도면에 표시하지 않은 유압회로에서 유압을 보내서 링기어(22c)를 변속장치케이스(b)에 고정하고, 또한 클러치(23d)의 유압을 드레인시켜서 링기어(23c)를 공전시키는 것에 의해, 출력축(24)의 고속회전을 달성하고 있다. 이들, 클러치(22d, 23d)의 압유의 급배는, 오퍼레이터석의 변속레버나, 마이크로컴퓨터로부터 지령에 의해서 실시하고 있다.

또, 상기한 모우터(12)의 출력축(14)에는, 이 출력축(14)의 회전을 상기한 출력축(24)에 단속자재하게 전달하는 l개의 회전클러치(30)가 설치되어 있다. 즉, 오퍼레이터석으로부터 변속레버나, 마이크로컴퓨터 등으로 지령에 의거하여, 상기한 두 유성기어기구(22, 23)의 클러치(22d, 23d)의 압유가 드레인하고, 또한 도면에 표시하지 않은 유압회로에서 압유가 회전클러치(30)에 작용하면, 출력축(24)에는 유성기어기구(22, 23)로부터의 회전입력이 차단되고, 그 대신에 출력축(14)의 회전을 입력한다. 즉, 단 1개의 회전클러치(30)로 유압식 동력전달기구(10)와 기계식 동력전달기구(20)의 사용을 자유자재하게 전환해서 변속을 달성하고 있다(물론, 상기한 바와 같이, 2단변속을 달성하고 있는 것은 말할것도 없다). 즉, 상기한 회전클러치(30)는, 직결클러치가 된다.

상기한 실시예B의 효과를 진술한다. 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와 유압모우터(12)를 가변용량식으로 했으므로, 무단변속이 가능하게 된다. 따라서,

(1) 전후진 전환을 효과적으로 할 수가 있다.

(2) 펌프(11)의 토출량을 많게 하고, 다른쪽 모우터(12)가 밀어내어 용적을 작게하면, 작업기(C)를 풀가동시키면서 미속주행을 할 수 있다.

(3) 유압회로속에 예를 들면 유량제어밸브 등을 추가로 설치하면, 유압펌프의 토출량을 많게 하고, 또한 유압모우터가 밀어내어 용적도 크게한 상태로, 상기한 유량제어밸브 등에 의해서 유압모우터에 유량을 교축시키면, 유압펌프로부터 유량을 유압기계식 변속장치 이외의 구동계로 대부분을 돌려서 이것을 풀가동시키면서, 유압기계식 변속장치 자체는 높은 토크로 미속출력할 수 있다. 또, 작업기(C)가 없으면, 유압펌프의 토출량을 적게하고, 다른쪽 유압모우터가 밀어내어 용적을 크게하면, 높은 토크로 미속주행이 가능하다.

(4) 상기한 (1)∼(3)의 효과를 구비한 유압식 동력전달기구(10)를 전진 1단 속도용과 후진용으로 하고, 또, 기계식 동력전달기구(20)의 저속회전측을 2단 속도로 해서, 고속회전측을 3단 속도로 할 수가 있다.

또, 두 유성기어기구(22, 23)를 기계식 동력전달기구(20)에 전속시키므로써 단 1개의 직결클러치(30)로 유압식 주행과 기계식 주행의 전환을 가능하게 했으므로, 극히 간소한 구조인 유압기계식 변속장치가 된다. 물론, 기계식 동력전달기구(20)의 유성기어기구는, 본 실시예와 같이 2개에 한정될 필요는 없고, 1개라도, 또는 3개이상이라도 된다. 그리고, 이와같은 경우에도, 직결클러치(30)는 단 1개를 설치하기만 하면 된다.

또, 상기한 실시예B의 직결클러치(30)는, 제2도(본 실시예B의 펌프(11)측에서 본 단면도)에 표시하듯이, 변속장치케이스(b)의 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치되어 있다. 이 결과, 직결클러치(30)가 회전시, 윤활유를 휘젓는 일이 없고, 윤활유를 휘젓는 것에 의한 동력의 전달손실과 윤활유의 비산이나 거품의 읾 등의 결점을 저지할 수 있다. 또, 직결클러치(30)는, 상기한 실시예와 같이, 회전클러치(30)에 한정될 필요는 없다.

상기한 실시예B에서는, 작업기(C)에 압유를 보내는 유압펌프를, 실시예B에 있어서의 유압펌프와 같은 부호(11)로 했지만, 작업기(C)용의 유압펌프를 별도로 구비해도 된다. 이 경우에도, 동력원인 엔진(10)은, 단 1개이기 때문에, 상기한 실시 예B와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기한 실시예의 설명에서 명확하듯이, 본 발명은, 예를 들면, 특허청구의범위 기재의 수단을 강구한 것으로서, 상기한 실시예의 설명으로도 알 수 있듯이, 단순한 구성으로 유압기계식 변속장치의 이점을 최대한으로 이끌어낸 유압기계식 변속장치가 될 수 있다. 상세하게는 다음과 같은 효과를 나타낸다.

(1) 유압식 동력전달기구에 의해, 정역전출력(차량이라면 전후진)의 전환을 효율적으로 할 수가 있다.

(2) 유압펌프의 토출량을 많게하고, 다른쪽 유압모우터가 밀어내어 용적을 작게 하면, 유압기계식 변속장치 이외의 구동계를 풀구동시키면서, 유압기계식 변속장치 자체는 미속출력시킬 수 있다.

(3) 압유펌프의 토출량을 적게하고, 다른쪽 유압모우터가 밀어내어 용적을 크게 하면, 높은 토크로 미속출력시킬 수 있다. 또, 유압기계식 변속장치 이외에 구동계가 있을 때에는, 유압회로속에 예를 들어서 유량제어밸브 등을 추가로 설치해서, 유압펌프의 토출량을 많게하고, 또한 유압모우터가 밀어내어 용적도 크게한 상태로, 상기한 유량제어밸브 등에 의하여 유압모우터의 유량을 교축하면, 유압펌프로부터 유량을 유압기계식 변속장치 이외의 구동계로 대부분을 돌려서 이것을 풀구동시키면서, 유압기계식 변속장치 자체는 높은 토크로 미속출력시킬 수 있다.

(4) 단 1개의 직결클러치로, 유압식 출력과, 기계식 출력을 전환시킬 수 있으므로, 소형화한 유압기계식 변속장치가 된다.

제l도는 실시예의 기어의 골조구성도(제2도의 X-X단면에서의 gear Skeleton).

제2도는 실시예의 앞에서 본 단면도.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 ---------------------- 유압식 동력전달기구,

11 ---------------------- 가변용량식 유압펌프,

12 ---------------------- 가변용량식 유압모우터,

14 ---------------------- 출력축,

20 ---------------------- 기계식 동력전달기구,

22 ---------------------- 유성기어기구,

23 ---------------------- 유성기어기구,

24 ---------------------- 출력축,

30 ---------------------- 직결클러치,

A ----------------------- 엔진,

b ----------------------- 변속장치케이스,

C ----------------------- 작업기,

H ----------------------- 오일면,

Claims (3)

1. 유압펌프와 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환해서 사용할 수 있도록 설치하여 입력회전을 변속하여 출력하는 유압기계식 변속장치에 있어서,

   (a) 기계식 동력전달기구(20)는, 적어도 1개의 유성기어기구를 구비하는 동시에, 이 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24)을 직접 외부로 출력가능하게 설치하고,

   (b) 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와 유압모우터(12)는 가변용량식으로 하고, 또한,

   (c) 유압식 동력전달기구(10)의 출력축(14)과 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24) 사이에 1개의 직결클러치(30)를 설치한 것을 특징으로 하는 유압기계식 변속장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 직결클러치(30)를 변속장치케이스(b)의 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 유압기계식 변속장치.
3. 유압펌프와 유압모우터에 의한 유압식 동력전달기구와, 기어에 의한 기계식 동력전달기구를 전환해서 사용할 수 있도록 설치하여 입력회전을 변속하여 출력하는 유압기계식 변속장치에 있어서,

   (a) 기계식 동력전달기구(20)는 2개의 유성기어기구(22, 23)를 구비하는 동시에, 이 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24)을 직접 외부로 출력가능하게 설치하고,

   (b) 유압식 동력전달기구(10)의 유압펌프(11)와 유압모우터(12)는 가변용량식으로 하고, 또한,

   (c) 유압식 동력전달기구(10)의 출력축(14)과, 기계식 동력전달기구(20)의 출력축(24) 사이에 l개의 회전클러치(30)를 변속장치케이스(b)의 윤활유면(H)보다도 높은 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 유압기계식 변속장치.