KR100961432B1 - 재생 에너지를 이용하는 유압회로 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은, 붐 등의 작업장치의 위치에너지 변동에 따라 귀환되는 작동유를 재생시켜 유압 모터-펌프 등을 구동시키는 동력원으로 활용하는 유압시스템에 있어서, 메인 유압펌프의 사양(길이 등을 말함)을 변경하지 않고 메인 유압펌프의 보조 동력원으로 활용 가능하고, 재생되는 에너지를 최적으로 분배 제어가 가능하여 장비의 에너지를 저감할 수 있도록 한 것으로,

본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진과,

엔진에 연결되는 제1,2유압펌프와,

제1,2유압펌프에 연결되고, 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터와,

제1,2유압펌프를 회전가능하게 연결하는 회전축과,

회전축에 장착되는 구동기어와,

작업장치의 위치에너지 변동에 따라 유압 액츄에이터로부터 귀환되는 작동유를 에너지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터와,

재생용 액츄에이터에 일측이 연결되고 구동기어에 타측이 연결되며, 재생용 액츄에이터로부터 전달되는 회전력에 의해 회전축을 회전시켜 유압 액츄에이터로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치를 포함한다.

에너지 재생, 유압회로, 재생용 액츄에이터, PTO, 작업장치, 위치에너지

Description

재생 에너지를 이용하는 유압회로{hydraulic circuit of using recycling energy}

본 발명은 굴삭기의 붐 등의 작업장치의 위치 변동에 따라 유압 액츄에이터(일예로서 붐실린더를 말함)로부터 유압탱크로 귀환되는 작동유를 재생시켜 활용할 수 있도록 한 재생 에너지를 이용하는 유압회로에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 작업장치의 위치에너지 변동에 따라 귀환되는 작동유를 재생시켜 유압모터 또는 유압 모터-펌프를 구동시키는 동력원으로 활용하는 유압시스템에 있어서, 메인 유압펌프의 사양(길이 등을 말함)을 변경하지 않고 메인 유압펌프의 보조 동력원으로 활용 가능하고, 재생되는 에너지를 최적으로 분배 제어가 가능하여 장비의 에너지를 저감할 수 있도록 한 재생 에너지를 이용하는 유압회로에 관한 것이다.

일반적으로, 유압펌프, 콘트롤밸브, 유압실린더, 유압모터 등 유압 액츄에이터를 포함하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 액츄에이터로부터 귀환되는 작동 유는 다른 에너지로 별도로 사용되지 않고 유압탱크로 귀환되는 경우, 재생 에너지를 콘트롤밸브를 통하여 공급되는 유압실린더에 상대적으로 압력이 낮을 경우 그 압력의 차이를 이용하여 작동유를 부분적으로 재생시켜 사용하고 있다.

이때 에너지를 재생시켜 거의 사용하지 못하고, 압력의 차이를 이용하여 특정의 압력 영역에서 캐비테이션(cavitation)을 방지하는 목적으로 재생 에너지를 이용하고 있는 실정이다.

최근에는 작업장치(굴삭기의 경우 붐, 아암, 버킷을 말함)의 위치 변동에 따른 위치에너지를 좀 더 적극적으로 회수하여 재이용 하려는 연구가 진행되고 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진(1)과,

엔진(1)에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프(2,3)와,

제1,2유압펌프(2,3)에 연결되고, 붐 등의 작업장치(4)를 구동시키는 유압 액츄에이터(5)(유압실린더 등을 말함)와,

엔진(1)에 연결되는 동력인출장치(6)(PTO)에 연결되고, 작업장치(4)를 구동시키는 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 에너지로서 활용하는 재생용 액츄에이터(7)(일예로서, 유압모터와 유압펌프의 기능이 가능한 유압 모터-펌프를 말함)를 포함한다.

따라서, 작업장치(4)의 위치 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 유압탱크로 귀 환되는 작동유를 이용하여 재생용 액츄에이터(7)를 구동시킴에 따라, 귀환되는 작동유를 재생시켜 에너지원으로서 사용할 수 있게 된다.

전술한 종래의 유압시스템에서는, 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유에 의해 재생되는 에너지가 항시 일정하지 않다. 이로 인해 재생 에너지가 발생되지 않을 경우에는 동력인출장치(6)를 이용하여 엔진(1) 등의 기존의 에너지를 사용하게 된다.

이로 인해, 엔진(1)에 연결되는 별도의 동력인출장치(6)가 필요하고, 회수되는 에너지를 이용하려는 작업장치 또는 유압시스템까지의 배관 등의 설치가 필요하며, 에너지의 적정한 분배 및 에너지를 이용하기 위한 제어가 복잡해지는 문제점을 갖는다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 다른 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진(1)과,

엔진(1)에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프(2,3)와,

제1,2유압펌프(2,3)에 연결되고, 붐 등의 작업장치(4)를 구동시키는 유압 액츄에이터(5)(유압실린더 등을 말함)와,

제2유압펌프(3)에 축(8)을 통해 회전가능하게 연결되며, 작업장치(4)를 구동시키는 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 동력원으로서 활용하는 재생용 액츄에이터(9)(일예로서, 유압모터, 또는 유압 모터 -펌프를 말함)를 포함한다.

따라서, 작업장치(4)의 위치 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 유압탱크로 귀환되는 작동유를 이용하여 제2유압펌프(3)에 연결되는 재생용 액츄에이터(9)를 구동시킴에 따라, 유압모터(9)에 의해 재생되는 에너지를 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 보조 동력원으로서 직접 활용할 수 있다.

전술한 종래의 다른 유압시스템에서는, 제2유압펌프(3)에 대해 재생용 액츄에이터(9)를 연결하는 축(8)의 기계적 강도의 보완이 필요하게 되고, 별도의 재생용 액츄에이터(9)를 추가시키기 위한 길이(L1)의 확보로 인해 메인 유압펌프의 전체의 길이(L2)가 증가된다. 이로 인해 장비의 유압 에너지의 효율성 및 장비의 상품성이 떨어지는 문제점을 갖는다.

본 발명의 실시예는, 붐 등의 작업장치의 위치에너지 변동에 따라 귀환되는 작동유를 재생시켜 유압 모터-펌프 등을 구동시키는 동력원으로 활용하는 유압시스템에 있어서, 메인 유압펌프의 전체 길이를 길게 변경하지 않고 컴팩트한 구조로서 회수되는 에너지를 메인 유압펌프의 보조 동력원으로 활용할 수 있도록 한 재생 에너지를 이용하는 유압회로와 관련된다.

본 발명의 실시예는, 장비 전체의 작업조건을 판단하여 메인 유압펌프의 토출 유량 및 마력을 제어함에 따라 재생되는 에너지를 최적으로 분배 제어할 수 있어 장비의 에너지를 저감할 수 있도록 한 재생 에너지를 이용하는 유압회로와 관련된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진과,

엔진에 연결되는 제1,2유압펌프와,

제1,2유압펌프에 연결되고, 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터와,

제1,2유압펌프를 회전가능하게 연결하는 회전축과,

회전축에 장착되는 구동기어와,

작업장치의 위치에너지 변동에 따라 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 에너 지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터와,

재생용 액츄에이터에 일측이 연결되고 구동기어에 타측이 연결되며, 재생용 액츄에이터로부터 전달되는 회전력에 의해 회전축을 회전시켜 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진과,

엔진에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프와,

제1,2유압펌프에 연결되고, 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터와,

제1,2유압펌프를 회전가능하게 연결하는 회전축과,

회전축에 장착되는 구동기어와,

작업장치의 위치에너지 변동에 따라 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 에너지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터와,

재생용 액츄에이터에 일측이 연결되고 구동기어에 타측이 연결되며, 재생용 액츄에이터로부터 전달되는 회전력에 의해 회전축을 회전시켜 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치와,

재생용 액츄에이터의 출구와 유압 액츄에이터를 이음연결하고, 재생용 액츄에이터에 의해 재생되는 에너지를 유압 액츄에이터에 공급하는 유로와,

재생용 액츄에이터의 사판 경전각을 제어하는 레귤레이터와,

작업장치의 위치변동에 따라 재생되는 에너지를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로 공급하거나, 유압 액츄에이터에 공급할 수 있도록 레귤레이터에 전기적 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 유로에 분기접속되는 귀환유로에 설치되고, 재생용 액츄에이터에 의해 재생되는 작동유를 유압 액츄에이터에 공급할 경우 유압 액츄에이터에 설정된 압력을 초과하는 부하 발생시 유압탱크로 드레인시키는 릴리프밸브를 포함한다.

또한, 전술한 제1,2유압펌프는 병렬형으로 배치될 수 있다.

또한, 전술한 제1,2유압펌프는 직렬형으로 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는 아래와 같은 이점을 갖는다.

붐 등의 작업장치의 위치에너지 변동에 따라 귀환되는 작동유를 재생시켜 유압 모터-펌프 등을 구동시키는 동력원으로 활용하는 유압시스템에 있어서, 메인 유압펌프의 전체 길이를 길게 변경하지 않고 컴팩트한 구조로서 회수되는 에너지를 메인 유압펌프의 보조 동력원으로 활용함에 따라 장비의 경쟁력을 높일 수 있다.

또한, 장비 전체의 작업조건을 판단하여 메인 유압펌프의 유량 및 마력을 제어함에 따라 재생되는 에너지를 포함하는 장비 전체의 에너지를 최적으로 분배 제어할 수 있어 장비의 에너지를 저감할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진(1)과,

엔진(1)에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프(2,3)와,

제1,2유압펌프(2,3)에 연결되고, 붐 등의 작업장치(4)를 구동시키는 유압 액츄에이터(5)(유압실린더 등)와,

제1,2유압펌프(2,3)를 회전가능하게 연결하는 회전축(10)과,

회전축(10)에 장착되는 구동기어(11)와,

작업장치(4)의 위치에너지 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 에너지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터(7)(유압모터, 또는 유압 모터-펌프 등을 말함)와,

재생용 액츄에이터(7)에 일측(입력측을 말함)이 연결되고 구동기어(11)에 타측(출력측을 말함)이 연결되며, 재생용 액츄에이터(7)로부터 전달되는 회전력에 의 해 회전축(10)을 회전시켜 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프(2,3)의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치(12)(PTO)를 포함한다.

전술한 제1,2유압펌프(2,3)는 직렬형(tandem)으로 배치될 수 있다.

도면에는 미 도시되었으나, 전술한 제1,2유압펌프(2,3)는 병렬형(parallel)(미도시됨)으로 배치될 수 있다.

이때, 전술한 동력인출장치(12)(PTO) 및 구동기어(11)에 의해 동력을 전달하는 구성은 당해분야에서 사용되는 기술내용에 속하는 것이므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 붐 등의 작업장치(4)의 위치 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 유압탱크로 귀환되는 작동유를 이용하여 재생용 액츄에이터(7)(일예로서 유압 모터-펌프를 말함)를 구동시킨다.

재생용 액츄에이터(7)의 구동으로 인한 회전력이 동력인출장치(12)(PTO) - 회전축(10)에 고정된 구동기어(11)를 통해 회전축(10)에 전달되어 회전시킨다. 이로 인해 작업장치(4)의 위치에너지 변동으로 인해 귀환되는 작동유를 재생시켜 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 보조 동력원으로 활용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1,2유압펌프(2,3)의 전체 길이(L3)를 길게 변경하지않 거나 또는 레이아웃(lay -out)을 변경하지않은 상태에서 컴팩트한 구조에서 작업장치(4)의 위치에너지 변동에 따라 귀환되는 작동유를 재생시켜 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 에너지원으로서 활용할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는,

엔진(1)과,

엔진(1)에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프(2,3)와,

제1,2유압펌프(2,3)에 연결되고, 붐 등의 작업장치(4)를 구동시키는 유압 액츄에이터(5)(유압실린더 등)와,

제1,2유압펌프(2,3)를 회전가능하게 연결하는 회전축(10)과,

회전축(10)에 장착되는 구동기어(11)와,

작업장치(4)의 위치에너지 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 에너지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터(7)와,

재생용 액츄에이터(7)에 일측(입력측을 말함)이 연결되고 구동기어(11)에 타측(출력측을 말함)이 연결되며, 재생용 액츄에이터(7)로부터 전달되는 회전력에 의해 회전축(10)을 회전시켜 붐실린더(5a)로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프(2,3)의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치(12)와,

재생용 액츄에이터(7)의 출구와 유압 액츄에이터(5)를 이음연결하고, 재생용 액츄에이터(7)에 의해 재생되는 에너지를 유압 액츄에이터(5)에 공급하는 유로(17) 와,

재생용 액츄에이터(7)의 사판 경전각을 제어하는 레귤레이터(15)와,

작업장치(4)의 위치변동에 따라 재생되는 에너지를 제1,2유압펌프(2,3)의 보조 동력원으로 공급하여 활용하거나, 유압 액츄에이터(5)(일예로서 작업장치를 구동시키는 유압실린더, 옵션장치(option attachment) 등을 말함)에 작동유를 공급할 수 있도록 레귤레이터(15)에 전기적 신호를 출력하는 제어부(13)(CPU)를 포함한다.

전술한 유로(17)에 분기접속되는 귀환유로(14)에 설치되고, 재생용 액츄에이터(7)에 의해 재생되는 작동유를 유압 액츄에이터(5)에 공급할 경우, 유압 액츄에이터(5)에 설정된 압력을 초과하는 부하 발생시 유압탱크(T)로 드레인시키는 릴리프밸브(16)를 포함한다.

이때, 전술한 재생용 액츄에이터(7)의 출구와 유압 액츄에이터(5)를 이음연결하는 유로(17)와, 재생용 액츄에이터(7)의 사판 경전각을 제어하는 레귤레이터(15)와, 레귤레이터(15)에 제어신호를 출력하는 제어부(13)와, 귀환유로(14)에 설치되는 릴리프밸브(16)를 제외한 구성은, 본 발명의 일 실시예에 기재된 구성과 실질적으로 동일하므로 이들의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 도면부호는 동일하게 표기한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로는, 붐 등의 작업장치(4)의 위치 변동에 따라 붐실린더(5a)로부터 유압탱크로 귀환되는 작동유를 이용하여 재생용 액츄에이터(7)를 구동시킨다. 재생용 액츄에이터(7)의 구동으 로 인한 회전력이 동력인출장치(12) - 구동기어(11)를 통해 회전축(10)에 전달되어 회전시킨다.

이로 인해, 작업장치(4)의 위치에너지 변동으로 인해 귀환되는 작동유를 재생시켜 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 보조 동력원으로 활용할 수 있다.

한편, 재생용 액츄에이터(7)에 의해 재생되는 작동유는 유로(17)를 통해 유압 액츄에이터(5)(일예로서, 유압실린더, 옵션장치 등을 말함)에 이를 구동시키는 작동압으로서 공급될 수 있다. 이때 재생용 액츄에이터(7)에 의해 재생되는 작동유를 유로(17)를 통해 유압 액츄에이터(5)에 공급할 경우, 유압 액츄에이터(5)에 설정된 압력을 초과하는 부하가 발생되는 경우에는 유로(17)에 분기접속된 귀환유로(14)에 설치된 릴리프밸브(16)를 통해 유압탱크(T)로 드레인 시킨다.

전술한 재생용 액츄에이터(7)에 의해 재생되는 에너지를 유압 액츄에이터(5)를 구동시키는 작동압으로서 사용하거나, 제1,2유압펌프(2,3)를 구동시키는 보조 동력원으로서 사용할 경우, 제어부(13)에 의해 장비의 작업조건에 따라 재생 에너지를 최적으로 분배 제어할 수 있다.

즉, 제어부(13)에 의해 장비의 작업조건을 판단하여 예측, 연산되는 제1,2유압펌프(2,3)의 토출 유량 및 압력을 제어할 수 있도록 제1,2유압펌프(2,3)의 사판 경전각을 제어하는 레귤레이터(미도시됨)를 구동시킨다. 이와 동시에 제어부(13)로부터 레귤레이터(15)에 입력되는 전기적 제어신호에 의해 재생용 액츄에이터(7)의 사판 경전각을 제어함에 따라 유압 액츄에이터(5)에 공급되는 유량 및 압력을 제어할 수 있다.

따라서, 제어부(13)에 의해 장비 전체의 작업조건을 감안하여 제1,2유압펌프(2,3)의 유량 및 압력을 제어함에 따라, 재생 에너지를 효율적으로 활용할 수 있어 장비의 에너지를 저감시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로에서 유압펌프 구동부의 개략도,

도 2는 종래 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로도,

도 3은 종래 다른 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로에서 유압펌프 구동부의 개략도,

도 4는 종래 다른 기술에 의한 재생 에너지를 이용하는 다른 유압회로도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로에서 유압펌프 구동부의 개략도,

도 6은 도 5의 A-A선에서의 단면도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 재생 에너지를 이용하는 유압회로도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 엔진

2; 제1유압펌프

3; 제2유압펌프

4; 작업장치

5; 유압 액츄에이터

5a; 붐실린더

7; 재생용 액츄에이터

10; 회전축

11; 구동기어

12; 동력인출장치(PTO)

13; 제어부(CPU)

15; 레귤레이터

16; 릴리프밸브

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 엔진;

   상기 엔진에 연결되는 가변용량형 제1,2유압펌프;

   상기 제1,2유압펌프에 연결되고, 작업장치를 구동시키는 유압 액츄에이터;

   상기 제1,2유압펌프를 회전가능하게 연결하는 회전축;

   상기 회전축에 장착되는 구동기어;

   상기 작업장치의 위치에너지 변동에 따라 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 에너지원으로 구동되는 재생용 액츄에이터;

   상기 재생용 액츄에이터에 일측이 연결되고 구동기어에 타측이 연결되며, 상기 재생용 액츄에이터로부터 전달되는 회전력에 의해 회전축을 회전시켜 붐실린더로부터 귀환되는 작동유를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로서 공급하는 동력인출장치;

   상기 재생용 액츄에이터의 출구와 유압 액츄에이터를 이음연결하고, 상기 재생용 액츄에이터에 의해 재생되는 에너지를 유압 액츄에이터에 공급하는 유로;

   상기 재생용 액츄에이터의 사판 경전각을 제어하는 레귤레이터;

   작업장치의 위치변동에 따라 재생되는 에너지를 제1,2유압펌프의 보조 동력원으로 공급하거나, 유압 액츄에이터에 공급할 수 있도록 레귤레이터에 전기적 신호를 출력하는 제어부; 및

   상기 유로에 분기접속되는 귀환유로에 설치되고, 상기 재생용 액츄에이터에 의해 재생되는 작동유를 유압 액츄에이터에 공급할 경우, 유압 액츄에이터에 설정된 압력을 초과하는 부하 발생시 유압탱크로 드레인시키는 릴리프밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 에너지를 이용하는 유압회로.
4. 청구항 3항에 있어서, 상기 제1,2유압펌프는 병렬형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 재생 에너지를 이용하는 유압회로.
5. 청구항 3항에 있어서, 상기 제1,2유압펌프는 직렬형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 재생 에너지를 이용하는 유압회로.

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