KR100334521B1 - 차량 특히 건설기계에 대한 구동장치 - Google Patents

차량 특히 건설기계에 대한 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량, 특히 건설기계에 대한 구동장치에 관한 것이다.
하나의 디젤엔진(24)에 하나의 제어펌프(25), 하나의 제어모터(1)와 하나의 공급펌프(26)로 구성된 유체정력학적 변속기가 연결되어 있다. 부하변속이 가능한 유성변속기(2)와 변속변환을 위하여 변속변환밸브(34,40)가 감안이 되어 있다. 하나의 제동변환밸브(30)에 의하여 하나의 브레이크(14)가 작동된다. 제동변환밸브(30)는 도관부(33,39)에 의하여 변속변환밸브와 연결되어 있다. 제동변환밸브(30)의 한 변환위치에서 하나의 축압기(37)는 압력매체로 충진된다. 또다른 변화위치에서는 하나의 연결이 축압기로부터 브레이크의 한 압력실(20)로 이루어진다. 정상주행에 있어서 축압기는 항시 압력매체로 채워진다. 브레이크 작동시에 조정가능한 잔유압이 항시 브레이크에 작용된다. 이것은 동력학적 제동을 위하여 감안되었다. 제동은 항상 보다 고단에서 행해지며 허용되지 않은 긴 지체시간치들이 저지된다.

Description

차량 특히 건설기계에 대한 구동장치
특히 예컨대 휠로더, 굴착기나 또는 불도저와 같은 건설기계에 적용되는 바와같이 서두에 언급된 유형의 구동장치에 있어서 구동엔진, 특히 디젤엔진이 유압제어펌프를 구동한다. 유압제어펌프는 제어모터와 더불어 하나의 유압변속기를 형성하며 그의 변속비는 특히 회전수에 따르는 제어압에 의하여 조정이 된다(자동 구동제어). 유압변속기 외에도 이러한 구동장치에 부하 전환변속기가 있다(자주 2-단-유성변속기). 이러한 부하 전환변속기로 구동장치의 유효변속범위가 증대된다.
건설기계 이를테면 휠로더는 제 1단에서 그의 작동싸이클을 시작한다. 주행속도는 디젤엔진의 가변회전수와 유압변속기에 의하여 변속이 된다. 부하 전환변속기에 의하여 기계식변속 또는 주행중 및 부하를 받는 상태에서도 변속이 가능하다.
일정한 주행속도 예컨대 25km/시간보다 빠르게 주행이 가능한 건설기계에 대하여 제도에 관한 다양한 법적요건 또는 규정을 준수하게 되어 있다. 일반 주행제동 이외에 단회로 제동계의 경우에는 하나의 보조운전제동이 있어야 한다. 이와 똑같이 하나의 고정 또는 파킹브레이크가 필요하다.
EP-A 0408 592에는 부하 변속이 가능한 2-단-유성변속기가 공지되어 있는데 여기에서 2개의 마찰크러치들(하나의 크러치와 하나의 브레이크)은 서로가 독립적으로 조작이 가능하다. 내장 마찰크러치는 유성변속기의 내외 중심 치차 사이에서작동된다. 이에 따라서 양 중심치차들은 선택적으로 서로간에 고정이 될 수 있다.(고정-및/또는 보조브레이크 기능). 제동밸브가 작동이 되면 동적 비상브레이크를 안내하거나 또는 조정압력 또는 전원이 떨어진 후 언급된 법적인 규정에 따라서 일정한 지연이 이루어져야 한다. 이로인하여 요구되는 제동토르크는 마찰크러치에 의하여 전달이 가능한 최대 설계토르크보다 명백히 작다. 이러한 상태는 허용이 안되는 고도의 제동 또는 구동휠의 기능정지상태에 이르게 된다. 이러한 경우 차량은 운전자에게 이 이상 더 조정이 불가한 상태가 된다.
상기 발명은 차량주행속도와 차량중량에 대한 제동작용이 도로와 비도로 운행에도 적합한 구동장치를 창안하기 위한 과제를 기본으로 하고 있다.
발명에 의한 과제는 이로인하여 제동밸브가 변속변환밸브와 더불어 도관부에 의하여 연결되며 제동밸브의 변속위치에서 하나의 축압실이 압력매체로 충전이되고 제동밸브의 기타 변속위치에서 축압기로부터 브레이크의 압축실에 이르는 연결이 이루어지게 하므로서 해결이 된다. 제안된 해결방안으로 축압기는 정상차량운행시(제동밸브가 열려있음) 항시 압력매체로 충진된다. 제동작용에 있어서 그것은 압력매체량을 압력매체도관으로 토출하는 바 크러치 또는 브레이크의 압축실로 유동한다. 이러한 방법으로 조정이 가능한 잔여압력이 항상 브레이크에 걸린다. 이것은 동력제동을 위하여 설치되어 있다. 제동은 항상 보다 높은단에서 이루어지며 위험소지가 될 수도 있는 허용되지 않는 큰 지연값들은 안전조치로 저지된다.
제동변환밸브는 보다 유리한 방식으로 변속변환밸브에 직렬로 접속되어 있으므로 연결토관이 공급펌프로부터 제동변환밸브의 입구로 안내된다. 축압기는 제동변환밸브를 따르는 도관부에서 한 도관을 통하여 접속이 되어 있다.
구동장치의 유리한 형태로 제동변환밸브는 하나의 도관부에 의하여 압력매체관에 연결되는데 한쪽은 제동밸브와 또 다른쪽은 제동/또는 크러치의 압력실과 연결되어 있도록 구성되어 있다. 제동작용에 있어서 제동밸브는 축압기가 압력매체를 보충하는 것과같이 설정된 압력을 오랜동안 유지한다.
축압기는 조정된 잔여압이 항상 브레이크에 작동하도록 압력매체관에 공급된다. 합리적 제작을 위하여 변속변환밸브, 제동변환밸브와 제동밸브는 하나의 공동밸브브록에 통합되어 있다. 변속변환과 연계되어 변속변환밸브로부터 떨어진 압력매체도관들이 역지변에 의하여 병렬로된 교축에 의하여 크러치와 제동의 압력실에 접속될 때 유리하다. 병렬 오리피스를 가진 역지변에 의하여 비교적 간단한 방법으로 효과적인 압력변조가 가능하게 된다. 이와같은 방식으로 크러치 또는 제동의 전달작용은 닫힘에서 열린상태로 이와반대인 상태에서 적응할 수 있게되어 있다.
구조적으로 간단한 방법은 변속변환밸브가 신호유동케블에 의하여 전자변속기제어장치와 결부되는 3/2-변환밸브로 구성될 때 해결된다. 모든 밸브들이 구조가 같도록 조성이 가능하다.
제동변환밸브와 변속변환밸브는 압력매체관류를 공급펌프측에서 차단하는 변환위치에서는 유체의 흐름이 없는 상태가 된다. 이와같은 방식으로 일반제동작용 이외에 유체손실이 있을 때 비상제동도 가능하다. 제어압력을 감시하기 위하여 압력센서가 압력매체 도관에 작용하는 압력을 파악할 경우 유리하다. 이러한 압력이 크러치 또는 제동의 공기빼기에 불충분하면 주행은 전자제어장치에 의하여 차단이가능하다. 제동작용이 안되어 크러치 또는 브레이크에 이르는 압력매체도관에 압력이 없을 때 변속기제어장치는 변속변환밸브가 작동이되는 방식으로 반응한다.
압력센서 대신에 선택적으로 압력스위치의 사용이 가능하다.
파킹브레이크의 조작을 위하여 하나의 스위치가 제어신호케블을 거쳐서 변속기제어장치에 접속된다. 스위치는 파킹브레이크-램프가 켜져 있는 동안에 변속변환밸브를 흐름없이 변환하기 위하여 신호를 전달한다.
도면에서 제시된 내용은 다음과 같다 :
제 1도는 구동장치의 부분으로 부하변속이 가능한 유성변속기로 구성된 2-단-변속기의 변속기 약도이며,
제 2도는 변속과 제동을 위한 주요구성부품들을 갖춘 구동장칭의 유압식 변속제어 약도이며,
제 3도는 제 1도와 제 2도에 의한 구동장치의 보다 상세한 상세도이다.
제 1도는 구동장치의 일부를 약도로 재현한 것으로서 부하변속이 가능한 2-단-변속기의 구동연결장치로 되어 있다. 후자는 특히 유성변속기(2)로서 구성되어 있으며 한편 구동연결장치는 특히 유압제어모터(1)로 되어 있다. 부하변속이 가능한 변속기는 또한 2단이상으로 할 수도 있다.
제어모터(1)는 양방향으로 무단 회전수와 토크변환으로 초기회전수 0(영)부터 작동이 가능하다. 제어모터는 유성변속기(2)의 구동축(3)을 돌린다.
유성변속기(2)는 개별적으로 하나의 내 중심치차(4), 하나의 외 중심치차(5), 다수의 유성치차(6)와 하나의 유성캐리어(7)로 구성되어 있다. 유상캐리어(7)는 종동축(8)상에 지지되어 있으며 스위치를(9) 켬과동시 이와함께 회전이 된다. 종동축(8)은 하나의 치차(10)를 가지고 있는데 출력축(12)의 하나의 또다른 치차(11)와 구동측과 결부되어 있다. 출력축(12)에 의하여 휠들의 구동 예컨대 휠로더의 구동이 이루어 진다.
부하변속이 가능한 유성변속기의 양 변속단들은 하나의 크러치(13)와 하나의 브레이크(14)에 의하여 유압식 변속이 가능하다. 크러치(13)와 브레이크(14)의 공동 디스크캐리어(15)는 외 중심치차(5)와 일체형으로 제작되어 있다.
1단으로 변속하기 위하여 내부에 있는 커러치(13)는 압력매체가 도시된 압력매체도관(17)을 거쳐 압력실(16)에 공급됨으로서 열린다. 피스톤(18)은 이때 스프링하중 특히 컵스프링(19)에 의한 하중을 이겨 좌측으로 밀린다. 외부에 위치한 브레이커(14)가 닫힌다.
2단변속을 위하여 크러치(13)가 닫히며 한편 특히 압력변조로 중첩변환에 따라서 브레이크(14)가 열린다. 이를 위하여 압력실(20)에 압력도관(21)을 통하여 압력매체가 유입된다. 피스톤(22)은 컵스프링(23)의 하중을 이겨 도면에 대하여 좌측으로 밀린다.
제 2도에는 부하변속이 가능한 유성변속기(2)의 구동과 조작에 필요한 기능구룹이 함께 도시되어 있다. 유성변속기 조작하에서 이에 크러치(13)와 브레이크(14)의 공동작용은 변속과 주행중 제동을 하기위한 것으로 간주된다.
구동엔진 특히 디젤엔지(24)은 유압제어펌프(25)를 구동시킨다. 이것은 제어모터(1)와 더불어 그의 변속비가 자동구동제어에 의하여 전기적으로 제어되는 유압식 변속기를 구성한다.
전기-유압식 변속기에 대하여 필요한 압력매체는 탱크(27)로부터 공급펌프에 의하여 올려지고 역지변(30)이 열린 연결도관(28)을 경유하여 제동변환밸브(30)에 이른다. 제동변환밸브(30)는 전기-자기식 3/2-변환밸브로 전자변속제어장치(31)로부터 제어신호케블(32)에 의하여 제어가 된다. 표시된 변환위치에서 제동변환밸브(30)는 꺼진상태이다(전류차단). 도관부(33)가 제동변환밸브로부터 변속변환밸브(34)에 이른다. 이러한 변속변환밸브는 동시에 3/2-변환밸브로 구성되어 있으며 전자변속제어장치(31)에 의하여 제어신호케블을 거쳐 제어 가능하다.
변속변환밸브(34)는 표시된 위치에서 전류가 흐르지 않는다(관류차단).
도관부(33)로부터는 도관(36)이 분기된다. 이것은 유공압축기(37)와 연결된다. 도관(36)에는 오리피스(38)가 설치되어 있다.
또 다른 도관부(39)는 도관부(33)로부터 분기되어 또 다른 변속변환밸브(40)의 입구와 연결된다. 이 변속변환밸브는 구조상 변속변환밸브(34)와 동일하며 제어신호케블(41)에 의하여 변속제어장치(31)와 연결되어 있다.
변속변환밸브(34)에 의하여 유성변속기(2)의 크러치가 열린다. 이에 추가로 감안된 압력매체도관(17)은 변속변환밸브(34)로부터 유성변속기(2)와 연결된다(제 1도, 압력실(16))
변속변환밸브(40)에 의하여 브레이크(14)가 작동된다. 이를위하여 감안된 압력매체도관(21)은 변속변환밸브(40)로부터 유성변속기(2)에 이른다(제 1도 압력실(20)).
제어신호케이블(42)에 의하여 압력센서(43)가 변환밸브(44)를 거쳐서 압력매체도관(17,21)과 연결되어 있다. 이러한 압력매체도관내 압력은 압력센서(43)에 의하여 계속 감시된다. 이 압력이 크러치(13)와 브레이크(14)의 공기빼기를 위하여 충분치 않으면 변속제어장치는 주행을 중단시킨다. 브레이크(14)가 닫히지 않고 압력매체도관(17 및 21)에 압력이 걸리지 않을 경우, 변속제어장치는 예컨대 변속변환밸브(34 또는 40)의 하나가 작동되도록 반응하게 되어 있다. 이러한 접속으로 차량구동휠들의 기능정지가 저지된다. 압력이 상이한 부위가 감지될 수 있는 압력센서 대신에 압력스위치 사용이 가능하다. 압력센서(34)/ 변환밸브(44) 결합 대신에 3개의 압력센서의 사용이 가능하다. 리턴도관(49)은 변속변환밸브(40)를 탱크(27)와 연결시켜 준다.
리턴도관(49)으로 변속변환밸브(34)의 리턴도관(50)이 합류된다. 제동변환밸브(30)를 거치는 압력매체의 리턴도관을 도관부(51)에 의하여 이루어 지는데 또다른 압력매체도관(52)으로 합류된다. 압력매체도관(52)은 한쪽으로는 제동밸브(53)에 접속되어 있다. 다른쪽으로는 유성변속기(2)에 이르며 도관교차점(54)에서 압력매체도관(21)과 연결되어 있다. 도관교점(54)은 브레이크(14)의 압력실에 작용하는 압력은 압력매체도관(21)내의 압력매체압력은 물론이고 또한 압력매체도관(54)내의 압력매체 압력에도 좌우되도록 보장해준다.
유성변속기(2)의 제 2단은 다음과 같이 변속된다 :
변속변환밸브(40)의 우단이 작동된다. 공급펌프(26)에 의하여 이송되는 압력매체는 열려있는 제동변환밸브(30)와 압력도관(21)에 의하여 실린더공간(55)에 이른다(제 3도). 실린더공간(55)에는 피스톤(56)이 압축스프링(57)의 하중을 받아서 축방향으로 밀려 지지되어 있다. 압력매체는 스프링 하중을 받는 역지변(58)과 압력매체도관(21)의 연장부를 거쳐 브레이크(14)의 압력실(20)에 이른다. 피스톤(22)은 좌측으로 밀려지며 브레이크(14)가 열린다.
2단에서 1단으로 저변속을 할 경우 변속변환밸브(40)는 그의 위치를 바꾸어 제 1도에 도시된 변환위치를 취한다. 압력매체도관(21)은 리턴도관(49)에 의하여 탱크(27)와 연결이 된다. 변속변환밸브(40)의 변환위치를 바꿈으로서 피스톤(56)은 압력실(20)에서 유출되는 압력매체에 의하여 역지변이 닫혀있는 경우엔-압축스프링(57)의 하중을 이겨 좌측으로 밀린다. 마찰요소의 유격이 영(0) 값으로 감소될 때 브레이크(14)가 순간적으로 전회전력(토르크)을 전달하는 것을 억제하기 위하여 이제 피스톤(56)에 의하여 우측으로 실린더 공간(55)내 포함된 압력매체는 피스톤(56)내에 있는 오리피스(59)와 원주방향 구멍들(60)을 경유 압력도관(21)을 거쳐서 탱크로 배출된다. 시간의 경과는 압축스프링(57)의 특성곡선에 의해서 뿐아니라 오리피스(59)의 구조에 의해서도 영향을 받는다. 피스톤(56) 전면에 작용하는 압력을 점진적으로 감소시켜서 브레이크(14)가 점진적으로 전달이되어 마지막에는 컵스프링(23)에 의하여 완전히 닫혀진다.
압력매체도관(17)에서 구동축(3)에 스프링 하중을 받는 피스톤(61)을 가진 실린더 공간(61)과 명렬로 개폐되는 오리피스토(64)를 가진 스프링 하중을 받는 역지변(63)이 통합되어 있다. 크러치(13)의 압력실(16)을 채우거나 비우는 과정은 압력실(20)과 유관하여 설명된 유형과 방법으로 행해진다. 크러치(13)를 열기위하여서는 변속변환밸브(34)의 우필드로 작동된다. 닫히고 있거나 닫힌 크러치에서 압력매체도관(17)은 리턴도관(49)과 함께 도관(50)을 거쳐서 탱크(27)로 통한다(제 2도와 비교).
크러치(13)와 브레이크(14)에 대하여 별도 변속변환밸브(34 또는 40)가 감안되어 있으므로 다양한 중첩변환이 비교적 간단히 이루어 질 수가 있다.
유공압축압기(37)가 주행중(제동변환밸브(30)가 관류로 변환)에는 항상 압력매체로 충진된다.
제동중 제동변환밸브(30)에는 전류가 흐르지 않는다. 즉 제 2도에 대한 좌필드로 전환된다. 유공압축압기(37)는 저장된 압력매체량을 오리피스(38)에 의하여 도관(51)을 경유 도관(52) 및 열린역지변(65)과 압력매체도관(21)(도관교점(54))을 거쳐서 압력실(20)에 전달한다.
제동밸브(53)는 유공압축압기가 보충될때가지 조정압력을 유지한다. 이때에 이 축압기는 오리피스(59)에 의한 감소보다도 더 많은 압축매체를 배출한다. 압력매체도관(52)에 의하여 압력실(20)은 브레이크 작동중에 항상 잔여압을 받는다. 브레이크(14)는 이에따라 동적제동 예컨대 최대 속도에서 완전제동을 시크는데 적당하다. 제동은 항시 2단에서 행해진다(크러치에는 잔압이 없고 브레이크에는 잔압이 있음). 이에 필요한 제동토르크는 브레이크(14)(또는 크러치(13))에 의하여 전달가능한 최대 설계 토르크 보다도 분명히 작다. 제동중 압력실(20)에 작용되는 잔압은 허용할 수 없는 긴 지연시간 또는 차량휠의 고장을 저지한다. 차량은 여하한 경우에도 운전자가 조정이 가능하도록 된다. 보다 유리한 방법으로 잔압은 차량중량에따라서 조정이 가능하므로 도로- 및 도로가 없는 들에서 최대 주행속도의 경우 각기 최적화된 제동효과가 이루어 진다.
밸브들 제동변환밸브(30), 변속변환밸브(34), 변속변환밸브(40), 변환밸브(44) 및 제동밸브(53)는 하나의 일체형 밸브브록(66)(도면상에 굵은 쇄선으로 표시되어 있음)으로 통합시키는 것이 유리하다.
스위치(45)가 제어신호케블(46)에 의하여 변속제어장치(31)에 연결되어 있다. 스위치(45)가 파킹브레이크 조작으로 신호를 전달하면 제동변환밸브(30)와 변속변환밸브(34 및 40)는 전류없이 작동된다 : 동시에 그 자체가 도시되어 있지 않은 파킹브레이크 램프가 커진다.
전자 변속제어장치(31)는 케블(47)에 의하여 변속스위치(48)와 연결되어 있다.
변속스위치(48)는 변속위치들 전진, 중립 및 후진(V,N,R)을 취할 수 있다. 1단과 2단의 선택위치 외에도 변속스위치는 D위치로 전환이 가능하다. 여기에서 유성변속기의 양단들이 자동으로 변속이 된다.
제동밸브(53)는 일정한 제동에 이르기 위하여 핸드브레이크밸브에 의하여 조정이 가능하다.

Claims (13)

  1. 하나의 제어펌프(25), 하나의 제어모터(1), 하나의 공급펌프(26) 및 부하변속이 가능한 변속기 특히 2단으로 된 유성변속기의 변속을 위한 변속변환밸브(34,40)와 브레이크 작동을 위한 하나의 제동변환밸브(30)를 가진 전기-유압식 변속기 제어장치로 구성되어 있는 구동력원(디젤엔진(24))과 유체변속기를 구비한 차량 특히 휠로더, 굴착기 불도저와 같은 건설기계의 구동장치에 있어서, 제동변환밸브(30)는 도관부(33,39)에 의하여 변속변환밸브(34,40)와 연결되어 있으며, 제동변환밸브(30)의 한 변환위치에서 하나의 축압기(37)는 얍력매체로 충진되고, 제동밸브(30)의 또다른 변환위치에서는 축압기(37)로부터 브레이크(14)의 압력실과 연결이 되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 하나의 공급펌프(26)로부터 하나의 연결도관(28)이 제동변환밸브(30)의 입구에 이르며 축압기(37)는 하나의 도관(36)에 의하여 도관부((33) 또는 (39))에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서, 도관(36)에는 하나의 오리피스(38)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서, 제동변환밸브(30)는 하나의 도관부(51)에 의하여 하나의압력매체도관(52)에 접속이 되고 한쪽은 하나의 제동밸브(53)와 또 다른쪽은 압력실(20)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서, 변속변환밸브(34,40)와 제동밸브(53)는 하나의 리턴(귀환)도관부(49)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  6. 제 4항에 있어서, 제동밸브(53)는 핸드브레이크밸브에 의하여 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 구동장치.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 변속변환밸브(34,40), 제동변환밸브(30) 및 제동밸브(53)는 하나의 일체형 밸브브록(66)내에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  8. 제 1항에 있어서, 변속전환밸브(34,40)로부터 돌출된 압력매체도관(17,21)은 역지변(58,63)을 거쳐서 병렬 개방 오리피스(59,64)로 크러치(13)와 브레이크(14)에 접속되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  9. 제 1항에 있어서, 제동변환밸브(30)와 변속변환밸브(34,40)는 전기-자기식 작동 3/2-위치변환밸브로 구성되어 신호케블(32,35,41)에 의하여 하나의 전자변속기 제어장치와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  10. 제 9항에 있어서, 제동변환밸브(30)와 변속변환밸브(34,40)는 무전류 상태로 압력매체관류를 차단하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  11. 제 8항에 있어서, 하나의 압력센서(43)는 압력매체도관(17,21)내에 작용하는 압력을 감시하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  12. 제 10항에 있어서, 크러치(13)와 브레이크(14)의 공기빼기를 위하여 압력매체도관(17,21)내 압력이 불충분한 경우 변속제어장치(31)가 운행을 정지시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  13. 제 1항에 있어서, 하나의 제어신호케블(46)에 의하여 변속기제어장치에 접속이 되고 파킹브레이크램프가 켜져 있는 동안 변속변환밸브(34,40)를 무전류상태에서 변환이 되도록 하나의 신호를 전달하는 하나의 스위치(45)가 작동이 되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
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