KR100711124B1 - 고부하 유압전동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량, 압력 맥동 압력보상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속, 고하중으로 작동하는 유압전동장치(HST)의 작동에 있어서 출발, 장지시 충격을 방지하고, 이에 연동되어 발생하는 주행충격과 차량의 떨림을 해결할 수 있는 차량의 고부하 유압전동장치(HST)에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 고부하 유압전동장치(HST)에 의하면, 엔진에 의하여 구동되는 가변용량형 유압펌프와 정량형 유압모터가 폐회로 및 일체형으로 작동관로를 이루며 접속되어 병렬배치되어 있고, 상기 작동관로 내부에서 발생하는 작동유의 유량, 압력맥동을 방지하기 위하여 챠징펌프와 체크밸브로 이루어진 챠징관로를 포함하고 있는 트렉터용 유압전동장치(HST)로서, 상기 챠징관로상에는 평상시 개방되어 작동유를 통과시키고 있다가, 상기 유압전동장치(HST)가 고부하로 작동하여 설정압력 이상의 구동압력에 이르면 절환 후 폐쇄되어 상기 작동관로 내부로 흐르는 작동유의 압력을 보상하여 상기 트렉터의 작동 신뢰성을 향상시키도록 바이패스밸브를 설치한다.

바이패스, 맥동, 유압펌프, 유압모터, 관로

Description

고부하 유압전동장치{Hydrostatic transmission}

도 1은 공지의 유압전동장치(HST)를 이루는 유압회로도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고부하용 유압전동장치(HST)를 이루는 유압회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 유압펌프 12: 모터

20: 유압모터 30: 작동관로

40: 챠징관로 42: 챠징펌프

44: 체크밸브 50: 릴리프관로

60: 바이패스밸브 62: 교축밸브

64: 개폐포트 66: 탄성체

본 발명은 유량, 압력 맥동 압력보상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속, 고하중으로 작동하는 유압전동장치(Hydrostatic transmission :HST 라 칭함)의 출발, 정지시 충격을 방지하고, 이에 연동되어 발생하는 주행충격과 차량의 떨림을 해결할 수 있는 차량의 고부하 유압전동장치(HST)에 관한 것이다.

일반적으로 유압전동장치(HST)는 유압펌프와 유압모터를 개회로 또는 폐회로로 구성하여 기계적 회전동력을 전달하는 전동장치이다. 이러한 유압전동장치(HST)는 유압펌프나 유압모터의 배제용적(Displacement)을 변화시켜 속도비와 토크비를 무단변속할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 소형 및 경량이고, 고강성이며, 제어성이 탁월하여 건설기계 및 농기계, 산업용차량 등에 다양하게 적용된다.

공지의 예로서 소형, 경량의 유압전동장치(HST)를 제공하기 위하여 대한민국 특허공개번호 1999-006308호(1999.01.25) "차축구동장치"가 개시되어 있다.

개시된 공지의 예는 유압펌프와 유압모터를 병렬로 배치시켜 기기의 콤팩트화와 중량균형의 향상을 도모하기 위한 것이고, 이는 산업현장에서 일반적으로 적용되는 유압전동장치(HST)의 대표적인 구성예이다.

또 다른 공지의 예로서, 도 1과 같이 건설기계, 특히 콤바인과 같은 소형의 농기계 차축을 구동하기 위하여 병렬로 구성된 통상의 유압전동장치(HST)가 공지되어 있다.

도시된 바와 같이, 하우징(10) 내로 차축을 구동하기 위한유압전동장치(HST)로서, 유압전동장치(HST)를 구성하는 가변용량형 유압펌프(1), 정용량형 유압모터(2)가 전술한 개시된 공지의 예와 같이 병렬로 배치되어 있음을 알 수 있으며, 폐 회로의 일체형으로 이루어져 있다.

위와 같은 구성은 기계적인 구성이 자유롭고, 설치공간의 문제점이 해결되므로 고압, 고속의 장비를 운용하기에 매우 효율적이다.

한편, 유압펌프(1)와 유압모터(2) 사이의 관로(3)에는 고압의 작동유가 흐르고 있고, 통상적으로 이 관로에서는 유량맥동이 발생하고, 이 유량맥동은 유압펌프(1)와 유압모터(2) 자체의 압력맥동 보다도 복잡한 형태의 압력맥동이 발생된다.

이 압력맥동은 기기의 진동, 소음원인이 될 뿐만 아니라, 기기의 수명과 작동신뢰성에도 악영향을 미치게 된다. 따라서, 도시된 바와 같이 관로(3) 상에 별도의 작동유를 공급할 수 있는 챠징펌프(4)와 체크밸브(5)를 챠징관로(6) 상에 설치하여 캐비테이션(Cavitation, 공동현상)을 방지하고, 고압의 작동유를 적용하는 특성상 발생할 수 있는 유온(油溫)의 상승을 방지함과 동시에 작동압력을 한정하는 릴리프밸브(7)를 추가하여 전술한 맥동현상 등을 예방하고 있다.

그러나, 도 1과 같은 회로를 이루고 있는 유압전동장치(HST)는 트랙터나 건설장비 등과 같은 고 기동력, 고속의 차축에 적용하게 되면 초기 기동력이 소요되어 기동순간 순간적인 고압력이 발생되고, 이로 인해 릴리프밸브(7)의 개방 내지 챠징펌프(4)의 작동과 같은 부수적인 작동이 수반되므로 회로효율이 저하되었다. 또한, 순간적인 고압이 발생되므로 그 기동충격이 차축을 통해 차량으로 전달되어 승차감이 매우 떨어지는 문제점이 발생되었다.

또한, 소형 및 경량으로 제작될 수 밖에 없는 폐회로, 일체형의 회로 특성상 짧은 시간동안 다양한 압력변동으로 차량의 중립셋팅시 그 중립구간이 되는 압력을 간단히 셋팅할 수 없는 단점이 발생되었다.

더욱이, 차량이 최대 기동토크를 발휘하게 되는 작업을 수행하게 되면 챠징관로(4) 내지 릴리프밸브(7) 만으로는 유량, 압력맥동을 제어하기에는 무리가 따랐다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고기동, 고속차량의 기동 내지 고부하 운전시 발생할 수 있는 관로상의 유량, 압력맥동을 완화시키기 위한 폐회로, 일체형의 유압회로를 적용한 고부하 유압전동장치(HST)를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 고부하 HST는, 전술한 문제를 모두 해소하도록 작동유의 유동을 제어하는 바이패스밸브를 설치한다.

본 발명에 따른 바이패스밸브는 기동시 급격한 작동유의 유량 및 압력충격으로 인한 작동유의 급격한 흐름을 일정하게 유동시키는 교축밸브가 설치되어 있고, 부수적인 기타 밸브의 작동을 최소화 시킴으로써 회로효율을 증대시키며, 고부하 운전시 자동으로 바이패스밸브를 자동으로 절환되도록 하여 작동관로 상의 압력손실을 최소화시킨다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터에 의하여 구동되는 가변용량형 유압펌프와 정량형 유압모터가 폐회로 및 일체형으로 작동관로를 이루며 접속되어 병렬배치되어 있고, 상기 작동관로 내부에서 발생하는 작동유의 유량, 압력맥동을 방지하기 위하여 챠징펌프와 체크밸브로 이루어진 챠징관로를 포함하고 있는 트렉터용 유압전동장치(HST)로서, 상기 챠징관로상에는 평상시 개방되어 작동유를 통과시키고 있다가, 상기 HST가 고부하로 작동하여 설정압력 이상의 구동압력에 이르면 절환 후 폐쇄되어 상기 작동관로 내부로 흐르는 작동유의 압력을 보상하여 상기 트렉터의 작동 신뢰성을 향상시키도록 바이패스밸브를 설치한다.

바람직하게, 상기 개폐포트는 작동관로 내부로 흐르는 작동유의 압력이 180 Bar에 이르면 자동으로 절환되어 상기 바이패스밸브를 폐쇄시키는 탄성체를 포함하고 있다.

여기에서, 상기 탄성체는 고장력 스프링이 적용되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 바이패스밸브는 평상시 작동유가 정량으로 통과하도록 하는 교축밸브와, 상기 탄성체의 작동에 따라 상기 교축밸브를 개폐시키는 개폐포트가 설치되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고부하용 유압전동장치(HST)를 이루는 유압회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고부하용 유압전동장치(HST)는 바람직하게 트렉터에 적용되어 일정한 출력토오크와 유압모터의 회전속도를 자유롭게 제어할 수 있도록 모터(12)에 의하여 구동되는 가변용량형 유압펌프(10)와 정량형 유압모터(20)로 크게 이루어져 있고, 이는 폐회로 및 일체형의 작동관로를 이루며 병렬배치되어 있다.

여기에서 유압펌프(10)는 원동기, 바람직하게 디젤엔진이 적용된 모터(12)에 의해서 구동되고, 유압모터(20)는 유압펌프(10)에 송출된 고압의 작동유에 의해서 구동되며, 바람직하게 본 발명에서 적용되는 고부하용 유압전동장치(HST)는 고압의 작동관로(30)에 의해서 접속되어 있다.

작동관로(30) 상에는 작동관로(30) 내부에서 발생하는 작동유의 유량, 압력맥동을 방지하기 위한 챠징관로(40)와, 릴리프밸브관로(50)가 접속되어 있다.

릴리프밸브관로(50)에는 릴리프밸브(52)가 설치되어 있고, 작동관로(40) 내부를 흐르는 작동유의 압력을 조절한다.

챠징관로(40)에는 챠징펌프(42)와 체크밸브(44)가 설치되어 있어 고부하 기동시 작동유의 과급압을 공급하여 작동유의 유량 내지 압력맥동을 방지한다.

이러한, 챠징관로(40)에는 본 발명에 따른 바이패스밸브(60)가 설치되어 있고, 바이패스밸브(60)는 평상시 작동유가 정량으로 통과하도록 하는 교축밸브(62)가 설치되어 있으며, 교축밸브(62)를 개폐시키는 개폐포트(64)가 마련되어 있다.

교축밸브(62)는 오리피스와 같이 일방향으로 흐르는 작동유를 통과시키고 있으며, 개폐포트(64)는 개폐되어 이러한 작동유의 통과를 제어한다.

바이패스밸브(60)에는 탄성체(66)가 마련되어 있고, 작동관로(30) 내부를 흐르는 작동유의 압력을 검지하며, 바람직하게 작동관로(30) 내부를 흐르는 작동유의 압력이 180 Bar 이상이 되면(즉, 릴리프밸브의 셋팅압력을 의미한다), 탄성체(66)는 작동하여 전술한 개폐포트(64)를 폐쇄시켜 교축밸브(62)로 흐르는 작동유의 흐름을 중지시킨다.

따라서, 탄성체(66)는 180 Bar 이상의 압력에 연동될 수 있는 고강력 스프링이 적용됨이 바람직하고, 이러한 탄성체(66)의 작동에 의해 교축밸브(62)로 통과하는 작동유는 유동을 멈추게 된다.

이로 인해, 작동유는 챠징펌프(42)의 압력보상으로 고부하의 기동특성을 발휘할 수 있도록 유압모터(20)로 송출된다.

다음에는 이러한 고부하용 유압전동장치(HST)의 작동과정 및 이에 따른 효과를 상세히 설명한다.

먼저, 미도시된 차량(바람직하게 트렉터와 같이 초기 기동력과 순간적인 가속력을 필요로 하는 차량)을 시동시킨다.

시동 후 주행레버(미도시)를 작동시키면 엔진의 출력에 따라 유압펌프(10)는 작동되고, 작동유는 작동관로(30)를 따라 유동한다.

유동된 작동유는 유압모터(20)로 송출되어 유압모터(20)를 구동시키고, 유압모터(20)는 그 출력측에 연결된 차축을 기동시키게 된다.

이때, 본 발명은 유동된 작동유의 일부를 챠징관로(40) 상에 설치된 바이패스밸브(60)로 흐르게 하여, 급속한 차량의 작동으로 인한 작동유의 유량 및 압력맥동을 상쇄시킨다.

즉, 차량의 기동으로 인한 고압의 작동유는 유동 후 유압모터(20)로 송출될 때, 그 작동충격으로 인한 맥동의 일부가 전술한 바이패스밸브(60)로 작동유와 함께 토출되어 그 맥동충격을 상쇄할 수 있게 되는 것이다.

이러한 바이패스밸브(60)의 작동과정을 보다 상세하게 살펴보면, 유압모터(20)로 송출되어 맥동을 일으키는 작동유는 순간적으로 바이패스밸브(60)의 교축밸브(62)를 통과하게 되고, 교축밸브(62)는 오리피스 원리를 갖는 그 특성상 통과하는 작동유의 압력에 비례하여 작동유의 통과속도를 빠르게 한다.

따라서, 작동유의 맥동은 신속히 작동유와 함께 토출되어 차량으로 전달되는 진동 및 소음, 충격을 완화시켜 차량 운전자의 승차감을 확보할 수 있게 되고, 균일한 작동유의 압력으로 유압모터(20)를 구동시키게 되므로, 운전자는 악셀레버(미도시)의 중립구간을 넓게 확보할 수 있게 된다.

한편, 고부하 기동시 특히, 견인 내지 경사면을 주행하는 경우 차량에는 고부하가 걸리게 된다. 이때, 작동관로(30) 내부를 유동하고 있는 작동유는 고압력으로 변환되고, 이러한 작동유는 압력손실이 없어야 한다.

이를 위하여, 전술한 바이패스밸브(60)는 탄성체(66)의 작동에 의해서 교축밸브(62)로 흐르는 작동유의 통과를 중단시키고, 작동관로(30)에만 작동유를 송출시켜 고압의 작동유로 변환시키게 된다.

따라서, 고압으로 변환된 작동유는 유압모터(20)를 고출력으로 작동시켜 차량은 큰 구동력을 발생시킨다.

또한, 탄성체(66)는 전술한 구성에서 설명한 바와 같이 미리 설정된 압력 이상에만 작동되도록 하여, 빈번한 바이패스밸브(60)의 작동으로 인한 맥동을 제어할 수 있다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 바이패스밸브(60), 그 내부에 마련된 교축밸브(62)와 개폐포트(64), 탄성체(66)의 유기적인 구성 및 작동으로 차량의 초기 시동시 발생하는 작동유의 맥동, 그리고 고부하시 손실 없는 고압의 작동유를 공급할 수 있어 차량의 작동 신뢰성이 향상된다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

한편, 이 명세서에서 말하는 차량은 전술한 바와 같이 가장 넓은 의미로 사용되고 있고, 단지 예시한 차량에만 한정하는 것은 아니다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고부하 유압전동장치 (HST)에 의하면, 차량 시동시 발생하는 맥동으로 인한 구동충격을 제거할 수 있고, 이와 동시에 고부하로 구동하는 경우에도 작동유의 압력을 손실 없이 구동모터로 송출할 수 있어 차량의 고출력을 보장한다. 이로 인해 차량의 작동 신뢰성이 월등하게 향상되는 작용효과가 있다.

Claims (4)

1. 모터(12)에 의하여 구동되는 가변용량형 유압펌프(10)와 정량형 유압모터(20)가 폐회로 및 일체형으로 작동관로(30)를 이루며 접속되어 병렬배치되어 있고, 상기 작동관로(30) 내부에서 발생하는 작동유의 유량, 압력맥동을 방지하기 위하여 챠징펌프(42)와 체크밸브(44)로 이루어진 챠징관로(40)를 포함하고 있는 트렉터용 유압전동장치(HST)로서, 상기 챠징관로(40)상에는 평상시 개방되어 작동유를 통과시키고 있다가, 상기 유압전동장치(HST)가 고부하로 작동하여 설정압력 이상의 구동압력에 이르면 절환 후 폐쇄되어 상기 작동관로(30) 내부로 흐르는 작동유의 압력을 보상하는 바이패스밸브(60)가 설치되며, 상기 개폐포트(60)에는 작동관로(30) 내부로 흐르는 작동유의 압력이 설정압력에 이르면 자동으로 절환되어 바이패스밸브(60)를 폐쇄시키는 탄성체(66)와, 평상시 작동유가 통과하는 교축밸브(62)와, 상기 탄성체(66)의 작동에 따라 상기 교축밸브(62)를 개폐시키는 개폐포트(64)가 구비된 것을 특징으로 하는 고부하 유압전동장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 탄성체(66)는 고장력 스프링이 적용되는 것을 특징으로 하는 고부하 유압전동장치.
4. 삭제

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