KR101333458B1 - Hybrid Working machine using the PTO - Google Patents

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KR101333458B1 KR1020100137912A KR20100137912A KR101333458B1 KR 101333458 B1 KR101333458 B1 KR 101333458B1 KR 1020100137912 A KR1020100137912 A KR 1020100137912A KR 20100137912 A KR20100137912 A KR 20100137912A KR 101333458 B1 KR101333458 B1 KR 101333458B1
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Abstract

본 발명에 따른 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기는 트랙터 작업기의 PTO축에 연결되어 엔진의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 PTO축에 사용되는 토크와 PTO축의 RPM 변화를 일정하게 유지시키는 발전기 모터와, 상기 트랙터 작업기에 견인 부하가 걸릴 때 작동하여 기계적 에너지를 발생시키는 전기 모터와, 상기 전기 모터와 연결되고 견인 부하가 걸릴 때 유압을 발생시키는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프에 의해 공급되는 유압을 통해 상기 작업기를 상승 또는 하강시키는 3점 히치 유압 실린더와, 상기 작업기에 연결되는 3점 히치 장치의 변위를 감지하는 변위 센서와 상기 작업기의 회전 속도를 감지하는 속도 센서, 및 상기 변위 센서 및 속도 센서로부터 신호를 받고, 발전기 모터, 전기 모터 등을 작동시킬 수 있도록 제어 신호를 보내주고 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어하는 제어기를 구비한다.The hybrid work machine using the PTO according to the present invention is connected to the PTO shaft of the tractor work machine to convert the mechanical energy of the engine into electrical energy to maintain a constant change in torque and RPM of the PTO shaft used in the PTO shaft, The electric motor is operated when the tractor working load is applied to generate mechanical energy, a hydraulic pump connected to the electric motor and generating hydraulic pressure when the towing load is applied, and a hydraulic pressure supplied by the hydraulic pump. A three-point hitch hydraulic cylinder for raising or lowering the work machine, a displacement sensor for detecting displacement of the three-point hitch device connected to the work machine, a speed sensor for detecting a rotational speed of the work machine, and a signal from the displacement sensor and the speed sensor And send control signals to operate generator motors, electric motors, etc. And a controller for controlling the electric energy to maintain a constant level.

Description

ＰＴＯ를 사용하는 하이브리드 작업기{Hybrid Working machine using the PTO} Hybrid working machine using the PTO

본 발명은 하이브리드 작업기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전기 겸용 모터를 통해 출력 토크를 보조함으로써 고효율점에서의 운전을 가능하게 하고, 유압 펌프 및 3점 히치 유압 실린더를 이용하여 작업기를 승하강시킴으로써 작업 부하를 조절할 수 있는, PTO를 사용하는 하이브리드 작업기에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid work machine, and more particularly, by operating the output torque through the generator combined motor to enable operation at a high efficiency point, by lifting the work machine by using a hydraulic pump and a three-point hitch hydraulic cylinder A hybrid work machine using a PTO that can adjust the workload.

일반적으로, 트랙터의 로터리 작업은 농경작지의 땅을 갈아서 부드럽게 만드는 쇄토 작업으로 주로 트랙터 PTO(power take off, 동력 취출 장치) 동력을 이용하여 많이 사용되어진다. 로터리 작업시 로터리의 회전 칼날의 회전력은 트랙터 엔진으로부터 PTO축을 통해 전달된다.In general, the rotary work of the tractor is a distillation work to soften the ground of the farmland, and is mainly used by using the tractor power take off (PTO) power. During rotary operation, the rotary forces of the rotary blades of the rotary are transmitted from the tractor engine via the PTO shaft.

이 작업을 원활하게 진행하기 위해서는 로터리 회전 칼날의 깊이가 작업 토양에 일정하게 유지되어야 하고, 작업 토양이 작업 차량의 진행 방향 기준에서 좌우 경사지에서도 로터리 작업기가 좌우 경사지에 일정하게 수평을 유지하여 로터리 칼날이 좌우측 토양에 모두 일정한 깊이에서 작업이 진행되어야 한다. In order to make this work smoothly, the rotary rotary blade depth must be kept constant in the working soil, and even if the working soil is inclined horizontally from the left and right slopes based on the direction of travel of the work vehicle, the rotary cutter is constantly leveled on the left and right slopes. Work must be carried out at a constant depth on both the left and right soils.

이를 위해, 기존 기술은 3점 히치 유압 장치에 견인 부하 센서, 경심 센서, 수평 제어 센서 등을 이용한 전자 유압 시스템을 통하여 3점 히치 링크의 승하강을 제어함으로써 작업기 PTO축의 작업 부하를 조절하였다.To this end, the existing technology regulates the work load of the work machine PTO shaft by controlling the lifting and lowering of the three-point hitch link through an electrohydraulic system using a three-point hitch hydraulic device, a traction load sensor, a hard sensor, a horizontal control sensor.

그러나 이것은 로터리 작업기가 부담하는 부하에 대하여 3점 히치 유압 실린더를 통해 로터리를 올려줌으로써 PTO축을 통해 엔진이 부담하는 부하를 덜어주는 방식으로 엔진이 일정하게 토크와 회전 속도의 고효율점에서 상시적으로 운전하는 것과는 다소 거리가 있다. 또한, 3점 히치 유압 실린더를 작동하기 위해서는 유압 펌프가 엔진에 직결로 연결된 상태에서 상시적으로 유량을 전달하고 유압력이 필요할 때만 유압 밸브를 통해 유압력을 형성시켜 유압 실린더를 작동하였다. 하지만 유압력이 필요하지 않을 때는 유량이 드레인되어 손실 수두가 발생하는 원인이 된다. However, this reduces the load on the engine through the PTO shaft by raising the rotary through the three-point hitch hydraulic cylinder against the load on the rotary work machine. That's a bit far from doing. In addition, in order to operate the three-point hitch hydraulic cylinder, the hydraulic pump was constantly connected to the engine to continuously transmit the flow rate, and when the hydraulic force was required, the hydraulic cylinder was operated by forming the hydraulic force through the hydraulic valve. However, when hydraulic pressure is not needed, the flow rate is drained, causing loss head.

그리고, PTO를 통해 로터리 작업시 로터리 회전 칼날이 토양의 강도와 울퉁불퉁한 토양 면의 위치에 따라 상시적인 부하 변동이 있는 경우 PTO 단수는 항상 고 토크, 저 RPM의 저단에서 작업을 해야 하고 엔진의 연료 절감을 위한 효율적인 운전이 어려워진다는 문제가 발생한다. 특히, 로터리 작업시에는 트랙터 엔진 전체 출력의 약 70∼80%를 PTO 출력에서 차지하므로 PTO 출력 변동은 엔진의 운전 효율에 큰 영향을 미친다고 볼 수 있다.And, if rotary rotary blade has constant load fluctuation depending on soil strength and uneven soil surface during rotary operation through PTO, the PTO stage should always work at the low stage of high torque, low RPM and fuel of engine The problem arises that it becomes difficult to operate efficiently for savings. In particular, about 70-80% of the tractor engine's total power is taken up by the PTO output during the rotary operation. Therefore, it can be said that the PTO output fluctuation has a great influence on the engine's operating efficiency.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진이 일정한 토크와 회전 속도로 고효율점에서 상시적으로 운전할 수 있도록 하고, 운전영역보다 큰 부하가 걸릴 경우 로터리 작업기가 부담하는 부하에 대하여 3점 히치 유압 실린더를 통해 로터리를 올려줌으로써 PTO축을 통해 엔진이 부담하는 운전 영역을 일정한 고효율 영역에서 이루어지도록 위함이다. The present invention is to solve the above problems, to enable the engine to operate constantly at a high efficiency point with a constant torque and rotational speed, when the load is greater than the operating range, three-point hitch hydraulic The purpose of this is to raise the rotary position through the cylinder so that the operating area that the engine bears through the PTO shaft is made in a constant high efficiency area.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기는 트랙터 작업기의 PTO축에 연결되어 엔진의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 PTO축에 사용되는 토크와 PTO축의 RPM 변화를 일정하게 유지시키는 발전기 모터와, 상기 트랙터 작업기에 견인 부하가 걸릴 때 작동하여 기계적 에너지를 발생시키는 전기 모터와, 상기 전기 모터와 연결되고 견인 부하가 걸릴 때 유압을 발생시키는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프에 의해 공급되는 유압을 통해 상기 작업기를 상승 또는 하강시키는 3점 히치 유압 실린더와, 상기 작업기에 연결되는 3점 히치 장치의 변위를 감지하는 변위 센서와 상기 작업기의 회전 속도를 감지하는 속도 센서, 및 상기 변위 센서 및 속도 센서로부터 신호를 받고, 발전기 모터, 전기 모터 등을 작동시킬 수 있도록 제어 신호를 보내주고 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the hybrid work machine using the PTO according to the present invention is connected to the PTO shaft of the tractor work machine to convert the mechanical energy of the engine into electrical energy to constant the RPM change of the torque and PTO shaft used in the PTO shaft A generator motor for maintaining the engine, an electric motor that operates when the tractor work load is applied to generate mechanical energy, a hydraulic pump that is connected to the electric motor and generates hydraulic pressure when the towing load is applied, and the hydraulic pump. A three-point hitch hydraulic cylinder for raising or lowering the work machine through the hydraulic pressure supplied by the hydraulic pressure sensor; a displacement sensor for detecting displacement of the three-point hitch device connected to the work machine; and a speed sensor for detecting a rotational speed of the work machine; Receive signals from displacement sensors and speed sensors, and can operate generator motors, electric motors, etc. It is characterized in that it comprises a controller for controlling to send a control signal so as to maintain a constant level of electrical energy.

상기 변위 센서는 상기 3점 히치 장치의 내부에 구비된 부하 압축 스프링의 변위를 감지하여 상기 3점 히치 장치의 변위 신호를 제어기에 송신하는 것을 특징으로 한다.The displacement sensor may detect a displacement of the load compression spring provided in the three-point hitch device and transmit a displacement signal of the three-point hitch device to the controller.

상기 발전기 모터는 작업 부하가 적게 걸리는 저 토크, 고 RPM 영역에서 전기 에너지를 발생시켜 배터리에 저장함으로써 상기 엔진의 부하 토크를 올려주고 RPM을 낮추어 주는 것을 특징으로 한다.The generator motor generates electric energy in a low torque, high RPM region that requires less work load and stores the energy in a battery to increase the load torque of the engine and lower the RPM.

또한, 상기 발전기 모터는 작업 부하가 많이 걸리는 고 토크, 저 RPM 영역에서는 상기 발전기 모터가 토크를 보조함으로써 상기 엔진에서 나오는 출력을 보조하는 역할을 하는 것을 특징으로 한다. In addition, the generator motor is characterized in that it serves to assist the output from the engine by the generator motor assists the torque in a high torque, low RPM region that takes a lot of work load.

상기 작업기는 로터리 작업기인 것을 특징으로 할 수 있다.The work machine may be a rotary work machine.

상기 변위 센서는 상기 부하 압축 스프링에 구비되고, 상기 3점 히치 장치가 상승함에 따라 변위 센서 신호를 상기 제어기로 송신하고 엔진과 연결되어 있는 발전기용 모터를 작동시킴으로써 엔진에 일정한 부하를 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.The displacement sensor is provided in the load compression spring, and as the three-point hitch device rises, it transmits a displacement sensor signal to the controller and maintains a constant load on the engine by operating a generator motor connected to the engine. You can do

상기 유압 펌프는 상기 3점 히치 장치에 견인 부하가 걸릴 때 상기 부하 압축 스프링의 변위가 변함에 따라 이에 장착된 상기 변위 센서의 신호를 수신하여 상기 유압 펌프에 연결된 전기 모터가 작동하게 되어 상기 3점 히치 유압 실린더에 유압 에너지를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.The hydraulic pump receives the signal of the displacement sensor mounted thereon as the displacement of the load compression spring changes when the traction load is applied to the three-point hitch device so that the electric motor connected to the hydraulic pump is operated. The hydraulic energy may be supplied to the hitch hydraulic cylinder.

상기 유압 펌프는 엔진으로부터 분리되고 필요에 따라 상기 전기 모터를 이용하여 구동되는 것을 특징으로 할 수 있다.The hydraulic pump may be separated from the engine and driven using the electric motor as necessary.

상기 3점 히치 장치의 작동으로 인한 엔진의 부하 변동을 발전기를 작동시켜 흡수하여 충격을 완화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The load change of the engine due to the operation of the three-point hitch device may be characterized by mitigating the shock by operating the generator.

이러한 본 발명에 따르면, 로터리 작업시 최대 효율점 영역에 해당하는 출력으로 작업함으로써 에너지 절감 효과가 있다. 또한, 강도가 고르지 않은 토양에서 로터리 작업시 PTO의 출력 토크를 보조함으로써 PTO 단수 조작을 자주하지 않고 유연하게 대처할 수 있다. 그리고, 3점 링크 유압 장치에 유압을 공급하는 유압 펌프를 엔진으로부터 분리시켜 유압 라인을 짧게 최소화시킴으로써 유압 장치의 손실 수두를 최소화할 수 있다.According to the present invention, there is an energy saving effect by working at the output corresponding to the maximum efficiency point area during the rotary operation. In addition, by assisting the output torque of the PTO during rotary operation in soil with uneven strength, it is possible to cope flexibly without frequent PTO singular manipulation. In addition, by separating the hydraulic pump supplying the hydraulic pressure to the three-point link hydraulic device from the engine to minimize the hydraulic line short, it is possible to minimize the head loss of the hydraulic device.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 트랙터의 PTO 동력 전달 및 유압 시스템의 작동도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 트랙터의 로터리 작업을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a의 실시예에 대한 PTO 동력 전달 및 유압 시스템의 작동을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 종래에 비해 개선되는 하이브리드 트랙터 장치의 PTO축 토크 변화와 PTO축 회전 속도 변화를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 트랙터 장치에 의해 엔진의 고효율 운전 영역에서의 운전을 나타내는 개략적인 그래프이다. 1 is a view schematically showing the operation of the PTO power transmission and hydraulic system of the hybrid tractor according to the present invention.
Figure 2a is a diagram schematically showing the rotary operation of the hybrid tractor according to the present invention, Figure 2b is a view schematically showing the operation of the PTO power transmission and hydraulic system for the embodiment of Figure 2a.
3 is a graph schematically showing a PTO shaft torque change and a PTO shaft rotation speed change of the hybrid tractor apparatus improved according to the present invention.
4 is a schematic graph showing operation in the high efficiency operating region of the engine by the hybrid tractor apparatus according to the present invention.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기의 구조에 관하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the drawings, it will be described in more detail with respect to the structure of a hybrid work machine using a PTO according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 트랙터 작업기의 유압 하이브리드 장치의 개략적인 전체 구성도이다. 1 is a schematic overall configuration diagram of a hydraulic hybrid device of a tractor work machine according to the present invention.

도 1을 참조하면, 발전기 모터(10)와, 전기 모터(20)와, 유압 펌프(30)와, 3점 히치 유압 실린더(40)와, 변위 센서(42)와 속도 센서(44), 및 제어기(50)를 포함한다. 상기 발전기 모터(10)는 트랙터 작업기의 PTO축(8)에 연결되어 엔진(2)의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 PTO축(8)에 사용되는 토크와 PTO축(8)의 RPM 변화를 일정하게 유지시킨다. 상기 전기 모터(20)는 상기 트랙터 작업기에 견인 부하가 걸릴 때 작동하여 기계적 에너지를 발생시킨다. 상기 유압 펌프(30)는 상기 전기 모터(20)와 연결되고 견인 부하가 걸릴 때 작동하여 기계적 에너지를 발생시킨다. 상기 3점 히치 유압 실린더(40)는 상기 유압 펌프(30)에 의해 공급되는 유압을 통해 상기 작업기를 상승 또는 하강시킨다. 상기 변위 센서(42)는 상기 작업기에 연결되는 3점 히치 장치(46)의 변위를 감지하고, 상기 속도 센서(44)는 상기 작업기의 회전 속도를 감지한다. 상기 제어기(50)는 상기 변위 센서(42) 및 속도 센서(44)로부터 신호를 받고, 발전기 모터(10), 전기 모터(20) 등을 작동시킬 수 있도록 제어 신호를 보내주고 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어한다.Referring to FIG. 1, a generator motor 10, an electric motor 20, a hydraulic pump 30, a three-point hitch hydraulic cylinder 40, a displacement sensor 42 and a speed sensor 44, and Controller 50. The generator motor 10 is connected to the PTO shaft 8 of the tractor work machine to convert the mechanical energy of the engine 2 into electrical energy to change the torque used in the PTO shaft 8 and the RPM of the PTO shaft 8 Keep it constant. The electric motor 20 is operated when a traction load is applied to the tractor work machine to generate mechanical energy. The hydraulic pump 30 is connected to the electric motor 20 and operates when a traction load is applied to generate mechanical energy. The three-point hitch hydraulic cylinder 40 raises or lowers the work machine through the hydraulic pressure supplied by the hydraulic pump 30. The displacement sensor 42 detects the displacement of the three-point hitch device 46 connected to the work machine, and the speed sensor 44 detects the rotational speed of the work machine. The controller 50 receives signals from the displacement sensor 42 and the speed sensor 44, sends a control signal to operate the generator motor 10, the electric motor 20, and the like, and provides a constant level of electrical energy. To keep it in place.

종래의 트랙터 주행은 유압 펌프가 엔진에 직결되어 있으나 본 발명에 따른 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 신호를 받는 제어기(50)의 제어 신호에 의해 발전기 모터(10), 전기 모터(20) 등이 작동할 수 있도록 유압 펌프(30)와 엔진(2)이 분리된 구조를 갖는다. 즉, 평소에 견인 부하가 없는 경우, 트랙터의 엔진(2)이 작동하면 엔진(2)의 기계적 에너지에 의해 PTO축(8)에 연결되어 있는 발전기 모터(10)가 전기를 발생시키고, 전기 에너지 변환 장치(6)와 에너지 저장 장치(4)를 통해 평소의 전기 에너지가 저장된다. 상기 발전기 모터(10)에 의해 생산된 전기 에너지는 배터리 또는 울트라 캐패시터(ultra capacitor) 등의 에너지 저장 장치(4)에 저장된다. In the conventional tractor driving, the hydraulic pump is directly connected to the engine, but the apparatus according to the present invention, as shown in Figure 1, by the control signal of the controller 50 receives a sensor signal, the generator motor 10, the electric motor 20 ), The hydraulic pump 30 and the engine 2 are separated from each other. That is, when there is no traction load normally, when the engine 2 of the tractor operates, the generator motor 10 connected to the PTO shaft 8 by the mechanical energy of the engine 2 generates electricity, and the electric energy Usual electrical energy is stored via the converter 6 and the energy storage device 4. The electrical energy produced by the generator motor 10 is stored in an energy storage device 4 such as a battery or ultra capacitor.

PTO를 통해 로터리 작업시 로터리 회전 칼날이 토양의 강도와 울퉁불퉁한 토양면의 위치에 따라 상시적인 부하 변동이 있는 경우 PTO 단수는 고 토크, 저 RPM을 유지하여야 한다. 따라서, 평소에 견인 부하가 없는 경우 발전기 모터(10)에 의해 배터리(4)에 저장된 전기 에너지는 견인 부하가 발생할 때 엔진(2)의 토크를 상승시켜주고 PTO의 RPM을 낮춰 엔진의 고효율점 운전을 유지하게 한다. 즉, 부하가 많이 걸리는 고 토크, 저 RPM 영역에서는 상기 발전기 모터(10)가 토크를 보조함으로써 상기 엔진(2)에서 나오는 출력을 보조하는 역할을 한다. 따라서, 발전기 모터(10)는 PTO(8)축에 출력 토크를 보조함으로써 엔진의 고효율점에서의 운전 부하를 일정하게 유지시키고 PTO축(8)에서의 전달 토크를 높여 트랙터 작업기의 출력을 높일 수 있다.If rotary rotary blades have constant load fluctuations depending on soil strength and uneven soil surface during rotary operation through PTO, the PTO stage should maintain high torque and low RPM. Therefore, when there is no traction load, the electrical energy stored in the battery 4 by the generator motor 10 increases the torque of the engine 2 when the traction load occurs and lowers the RPM of the PTO to operate the engine at high efficiency. To keep. That is, the generator motor 10 serves to assist the output from the engine 2 by assisting the torque in the high torque, low RPM region is a lot of load. Therefore, the generator motor 10 assists the output torque to the PTO shaft to maintain a constant operating load at the high efficiency point of the engine and increase the transmission torque at the PTO shaft 8 to increase the output of the tractor work machine. have.

로터리 작업을 하면서 실제 견인 부하가 발전기 모터(10)에 의해 보조되는 것 이상일 경우, 상기 전기 모터(20)가 작동하여 기계적 에너지를 유압 펌프(30)로 전달한다. 유압 펌프(30)에 의해 발생된 유압 에너지는 3점 히치 유압 실린더(40)로 전달된다. 상기 3점 히치 유압 실린더(40)에는 내부에 부하 압축 스프링이 구비되어 있고, 유압 에너지를 받아 상기 부하 압축 스프링이 눌러지도록 동작한다. 일정 견인력보다 큰 부하가 걸리면 상기 3점 히치 장치(46)는 상승하게 된다. 상기 부하 압축 스프링에는 변위 센서(42)가 구비되어 있어, 부하 압축 스프링의 변위를 감지하여 변위 센서 신호를 발생시킨다. 이 변위 센서 신호는 제어기(50)로 전달되고, 상기 제어기(50)는 이 신호를 전달받아 상기 발전기 모터(10), 전기 모터(20), 에너지 저장장치(4)를 제어하는 제어 신호를 발생, 전달한다. If the actual traction load is more than assisted by the generator motor 10 during the rotary operation, the electric motor 20 is operated to transfer mechanical energy to the hydraulic pump 30. Hydraulic energy generated by the hydraulic pump 30 is transferred to the three-point hitch hydraulic cylinder 40. The three-point hitch hydraulic cylinder 40 is provided with a load compression spring therein, and operates to press the load compression spring by receiving hydraulic energy. When a load greater than a predetermined traction force is applied, the three-point hitch device 46 is raised. The load compression spring is provided with a displacement sensor 42 to detect the displacement of the load compression spring to generate a displacement sensor signal. The displacement sensor signal is transmitted to the controller 50, and the controller 50 receives the signal to generate a control signal for controlling the generator motor 10, the electric motor 20, and the energy storage device 4. , Pass.

상기 제어기(50)는 제어 신호에 의해 트랙터(60)의 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어한다. 상기 제어기(50)의 제어에 의해 엔진(2)에 일정한 부하를 유지하도록 하여 트랙터 구동축의 속도 변화를 줄일 수 있다. 즉, 전기 모터(20), 유압 펌프(30), 3점 히치 유압 실린더(40)의 작동에 의해 트랙터 작업기(48)가 상기 3점 히치 장치(46)와 함께 상승하게 되면, 순간 트랙터(60)의 견인 부하는 감소하게 되며, 차축에 걸려 있는 부하 토크는 순간 속도로 전환되어 차량의 충격으로 이어지게 된다. 이를 방지하기 위해, 상기 부하 압축 스프링에 변위 센서(42)가 장착되고, 이를 3점 히치 장치(46)가 상승할 시점 즉, 부하가 풀리는 시점에서 변위 센서 신호를 받은 제어기(50)가 송출하는 제어 신호를 통해 엔진(2)에 연결되어 있는 발전기 모터(10)를 작동시킴으로써 엔진(2)에 일정한 부하를 유지하여 구동축의 속도 변화를 줄이는 것이다. The controller 50 controls to maintain a constant level of electrical energy of the tractor 60 by a control signal. By maintaining the constant load on the engine 2 by the control of the controller 50 it is possible to reduce the speed change of the tractor drive shaft. That is, when the tractor work machine 48 is raised together with the three-point hitch device 46 by the operation of the electric motor 20, the hydraulic pump 30, the three-point hitch hydraulic cylinder 40, the momentary tractor 60 The towing load is reduced, and the load torque on the axle is converted to instantaneous speed, which leads to the impact of the vehicle. In order to prevent this, the displacement sensor 42 is mounted on the load compression spring, which is transmitted by the controller 50 receiving the displacement sensor signal when the three-point hitch device 46 rises, that is, when the load is released. By operating the generator motor 10 connected to the engine 2 through a control signal to maintain a constant load on the engine 2 to reduce the speed change of the drive shaft.

도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 트랙터의 로터리 작업을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a의 실시예에 대한 PTO 동력 전달 및 유압 시스템의 작동을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 3점 히치 장치(46)에 트랙터 작업기(48)(이하, '로터리 작업기'라고도 함)를 구비하는 트랙터(60)가 우측 방향으로 주행하면, 트랙터 작업기(48)의 회전 칼날은 작업 토양에 박히고 일정 깊이의 토양을 뒤엎게 된다. 흙의 강도가 큰 지점에서는 트랙터 작업기(48)의 날이 토양에 계속 파고 들어가게 되고 견인 부하가 증가하게 된다. 견인 부하가 증가하게 되면, 제어기(50)로부터 제어 신호를 받아 전기 모터(20)에 의해 유압 펌프(30)가 작동한다. 상기 유압 펌프(30)는 유압을 제공하여 3점 히치 유압 실린더(40)에 구비된 부하 압축 스프링을 압축시키고, 이 압축력으로 상기 트랙터 작업기(48)가 상승하게 된다. 상기 트랙터 작업기(48)가 상승함으로써 걸려 있던 견인 부하가 순간 해제된다. 상기 트랙터 작업기(48)가 상승할 시점에, 변위 센서 신호에 의해 제어기(50)를 통해 발전기 모터(10)를 작동시킴으로써 엔진(2)에 일정한 부하를 유지하여 트랙터 구동축의 속도 변화를 줄여 차량의 충격을 줄일 수 있다. Figure 2a is a diagram schematically showing the rotary operation of the hybrid tractor according to the present invention, Figure 2b is a view schematically showing the operation of the PTO power transmission and hydraulic system for the embodiment of Figure 2a. 2A and 2B, when the tractor 60 having the tractor work tool 48 (hereinafter also referred to as a rotary work machine) in the three-point hitch device 46 travels in the right direction, the tractor work tool 48 The rotary blade of) is lodged in the working soil and overturns the soil to a certain depth. At the point where the strength of the soil is large, the blade of the tractor work tool 48 continues to dig into the soil and the towing load is increased. When the traction load increases, the hydraulic pump 30 is operated by the electric motor 20 by receiving a control signal from the controller 50. The hydraulic pump 30 provides hydraulic pressure to compress the load compression spring provided in the three-point hitch hydraulic cylinder 40, and the tractor work 48 is raised by this compression force. As the tractor work machine 48 ascends, the towing load which has been hung is momentarily released. At the time when the tractor work tool 48 is raised, the generator motor 10 is operated through the controller 50 by the displacement sensor signal, thereby maintaining a constant load on the engine 2 to reduce the speed change of the tractor drive shaft, Shock can be reduced.

도 3은 본 발명에 따라 종래에 비해 개선되는 하이브리드 트랙터 장치의 PTO축 토크 변화와 PTO축 회전 속도 변화를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 기존의 트랙터에서는 트랙터가 이동하면서 토양의 강도가 높은 곳에서 로터리가 깊이 박힘으로써 PTO축의 부하 토크가 증가하고 모터, 3점 히치 장치 유압 실린더, 3점 히치 장치의 작용으로 로터리가 상승하면 부하 토크는 감소한다. 이러한 방식으로 PTO축의 부하 토크는 요동치고, 상기 PTO축의 부하 토크가 증가할 때 PTO축의 회전 속도도 증가하고, PTO축의 부하 토크가 감소할 때 PTO축의 회전 속도도 감소하면서 PTO축의 회전 속도도 요동친다. 이는 트랙터의 충격으로 작용하므로 이를 줄이기 위해 PTO 단수 조작을 자주 해주어야 한다.3 is a graph schematically showing a PTO shaft torque change and a PTO shaft rotation speed change of the hybrid tractor apparatus improved according to the present invention. Referring to FIG. 3, in a conventional tractor, the rotary torque is deeply embedded in a place where the soil strength is high while the tractor moves, thereby increasing the load torque of the PTO shaft, and rotating the rotary cylinder by the action of a motor, a three-point hitch hydraulic cylinder, and a three-point hitch device. When is raised, the load torque decreases. In this way, the load torque of the PTO shaft fluctuates, and when the load torque of the PTO shaft increases, the rotational speed of the PTO shaft increases, and when the load torque of the PTO shaft decreases, the rotational speed of the PTO shaft decreases while the rotational speed of the PTO shaft fluctuates. . This acts as a shock to the tractor, so frequent PTO cuts should be made to reduce it.

그러나, 본 발명의 개선된 하이브리드 트랙터(60)는 3점 히치 장치(46)의 트랙터 작업기(48)가 토양 속에 파묻히면, 제어기(50)가 발생시키는 제어 신호에 따라 유압 펌프(30), 3점 히치 유압 실린더(40)를 통해 부하 압축 스프링이 압축되고, 3점 히치 장치(46)를 우측으로 끌어당기고 트랙터 작업기(48)를 상부로 들어 올리게 된다. 상기 부하 압축 스프링에는 변위 센서(42)가 구비되어 있어서 상기 부하 압축 스프링의 변위를 감지하고, 트랙터 작업기(48)에는 속도 센서가 구비되어 트랙터 작업기(48)의 회전 속도를 감지하게 된다. 상기 설명한 바와 같이 제어기(50)는 상기 변위 센서(42)와 속도 센서(44)로부터 센서 신호를 받고, 발전기 모터(10), 전기 모터(20) 등을 작동시킬 수 있도록 제어 신호를 보내주고 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어한다. 따라서, 종래의 트랙터와 달리 일정한 수준의 전기 에너지에 의해 PTO축(8)의 부하 토크는 높은 수준으로 일정하게 되고, PTO축(8)의 회전 속도도 일정하게 유지된다. However, the improved hybrid tractor 60 of the present invention is a hydraulic pump 30, 3 according to the control signal generated by the controller 50 when the tractor work tool 48 of the three-point hitch device 46 is buried in the soil. The load compression spring is compressed through the point hitch hydraulic cylinder 40, pulling the three point hitch device 46 to the right and lifting the tractor work tool 48 upwards. The load compression spring is provided with a displacement sensor 42 to detect the displacement of the load compression spring, and the tractor work tool 48 is provided with a speed sensor to detect the rotational speed of the tractor work tool 48. As described above, the controller 50 receives sensor signals from the displacement sensor 42 and the speed sensor 44, and transmits control signals to operate the generator motor 10, the electric motor 20, and the like. Control to keep energy at a constant level. Therefore, unlike the conventional tractor, the load torque of the PTO shaft 8 is constant at a high level by a constant level of electric energy, and the rotational speed of the PTO shaft 8 is also kept constant.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 트랙터 장치에 의해 엔진의 고효율 운전 영역에서의 운전을 나타내는 개략적인 그래프이다. 도 4를 참조하면, 음영이 있는 부분은 엔진(2)의 고효율 운전 영역으로서 특정 엔진 회전수(RPM) 영역에서, 연료 소비율은 최저 수준으로 유지된다. 엔진(2)의 RPM이 증가할수록 엔진(2)의 출력이 증가하지만 엔진(2)의 고효율 운전 영역을 넘어서면 출력이 감소된다. PTO축(8)의 부하 토크도 특정 RPM 영역에서 최대가 된다. 상기 검토한 바와 같이 변위 센서 및 속도 센서로부터 받은 센서 신호를 제어기가 받아들여 제어 신호를 통해 발전기 모터(10)에 의한 전기 에너지 발생이 일정하게 유지되고 엔진 출력을 보조한다. 따라서, PTO축을 통해 엔진이 부담하는 운전 영역을 일정한 고효율 영역에서 이루어지도록 하여 고출력 고토크를 유지할 수 있다.4 is a schematic graph showing operation in the high efficiency operating region of the engine by the hybrid tractor apparatus according to the present invention. Referring to Fig. 4, the shaded portion is a high efficiency operating region of the engine 2, and in a specific engine speed (RPM) region, the fuel consumption rate is kept at the lowest level. As the RPM of the engine 2 increases, the output of the engine 2 increases, but the output decreases beyond the high efficiency operating range of the engine 2. The load torque of the PTO shaft 8 also becomes maximum in a specific RPM region. As discussed above, the controller receives the sensor signals received from the displacement sensor and the speed sensor, and the generation of electrical energy by the generator motor 10 is kept constant through the control signal and assists the engine output. Therefore, it is possible to maintain the high output high torque by making the driving region that the engine bears through the PTO shaft in a constant high efficiency region.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.

2: 엔진 4: 배터리
6: 전기 에너지 변환 장치 8: PTO축
10: 발전기 모터 20: 전기 모터
30: 유압 펌프 40: 3점 히치 유압 실린더
42: 변위 센서 44: 속도 센서
46: 3점 히치 장치 48: 트랙터 작업기
50: 제어기 60: 트랙터2: engine 4: battery
6: electric energy converter 8: PTO shaft
10: generator motor 20: electric motor
30: hydraulic pump 40: three-point hitch hydraulic cylinder
42: displacement sensor 44: speed sensor
46: three-point hitch device 48: tractor implement
50: controller 60: tractor

Claims (9)

트랙터 작업기의 PTO축에 연결되어 이를 구동시키는 엔진, PTO축에 연결되어 상기 엔진의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하거나 상기 엔진에서 나오는 출력을 보조하여 상기 PTO축에 사용되는 토크와 PTO축의 RPM 변화를 일정하게 유지시키는 발전기 모터;
상기 트랙터 작업기에 견인 부하가 걸릴 때 작동하여 기계적 에너지를 발생시키는 전기 모터;
상기 전기 모터와 연결되고 견인 부하가 걸릴 때 유압을 발생시키는 유압 펌프;
상기 유압 펌프에 의해 공급되는 유압을 통해 상기 작업기를 상승 또는 하강시키는 3점 히치 유압 실린더;
상기 작업기에 연결되는 3점 히치 장치의 변위를 감지하는 변위 센서와 상기 작업기의 회전 속도를 감지하는 속도 센서; 및
상기 변위 센서 및 속도 센서로부터 신호를 받고, 발전기 모터, 전기 모터 등을 작동시킬 수 있도록 제어 신호를 보내주고 전기 에너지를 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 3점 히치 장치의 작동으로 인한 상기 엔진의 부하 변동을 상기 발전기 모터를 작동시켜 흡수하며, 견인 부하의 증가로 상기 3점 히지 장치가 상승하여 상기 트랙터 작업기를 상승시키는 시점에, 상기 변위 센서의 신호에 의해 상기 제어기를 통해 상기 발전기 모터를 작동시킴으로써 상기 엔진의 부하 변동을 방지하여 충격을 완화시키는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.Engine connected to the PTO shaft of the tractor work machine to drive it, connected to the PTO shaft to convert the mechanical energy of the engine into electrical energy or to assist the output from the engine to change the torque used in the PTO shaft and RPM of the PTO shaft Generator motor to keep constant;
An electric motor that is operated when a tractor load is applied to the tractor work machine to generate mechanical energy;
A hydraulic pump connected to the electric motor and generating hydraulic pressure when a traction load is applied;
A three-point hitch hydraulic cylinder for raising or lowering the work machine through the hydraulic pressure supplied by the hydraulic pump;
A displacement sensor detecting a displacement of a three-point hitch device connected to the work machine and a speed sensor detecting a rotational speed of the work machine; And
A controller for receiving a signal from the displacement sensor and the speed sensor, sending a control signal to operate a generator motor, an electric motor, and the like, and controlling to maintain electric energy at a constant level;
When the load change of the engine due to the operation of the three-point hitch device is operated by absorbing the generator motor, and when the three-point hitch device is raised by the increase of the traction load to raise the tractor work machine, Hybrid working machine using a PTO to mitigate the impact by preventing the load variation of the engine by operating the generator motor through the controller by a signal. 제1항에 있어서,
상기 변위 센서는 상기 3점 히치 장치의 내부에 구비된 부하 압축 스프링의 변위를 감지하여 상기 3점 히치 장치의 변위 신호를 제어기에 송신하는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기. The method of claim 1,
The displacement sensor senses the displacement of the load compression spring provided in the three-point hitch device and transmits the displacement signal of the three-point hitch device to the controller. 제1항에 있어서,
상기 발전기 모터는 작업 부하가 적게 걸리는 저 토크, 고 RPM 영역에서 전기 에너지를 발생시켜 배터리에 저장함으로써 상기 엔진의 부하 토크를 올려주고 RPM을 낮추어 주는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
The generator motor is a hybrid work machine using a PTO to increase the load torque and lower the RPM of the engine by generating electrical energy in the low torque, high RPM region that takes less work load to the battery. 제1항에 있어서,
상기 발전기 모터는 작업 부하가 많이 걸리는 고 토크, 저 RPM 영역에서는 상기 발전기 모터가 토크를 보조함으로써 상기 엔진에서 나오는 출력을 보조하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
The generator motor is a hybrid work machine using a PTO in the high torque, low RPM region that takes a lot of work load, the generator motor assists the output from the engine by assisting the torque. 제1항에 있어서,
상기 작업기는 로터리 작업기인 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
The work machine is a hybrid work machine using a PTO, characterized in that the rotary work machine. 제1항에 있어서,
상기 변위 센서는 상기 3점 히치 장치의 내부에 구비된 부하 압축 스프링에 구비되는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
The displacement sensor is a hybrid work machine using a PTO, characterized in that provided in the load compression spring provided in the interior of the three-point hitch device. 제1항에 있어서,
상기 유압 펌프는 상기 3점 히치 장치에 견인 부하가 걸릴 때 상기 3점 히치 장치의 내부에 구비된 부하 압축 스프링의 변위가 변함에 따라 이에 장착된 상기 변위 센서의 신호를 수신하여 상기 유압 펌프에 연결된 전기 모터가 작동하게 되어 상기 3점 히치 유압 실린더에 유압 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
The hydraulic pump is connected to the hydraulic pump by receiving a signal of the displacement sensor mounted thereon as the displacement of the load compression spring provided inside the three-point hitch device changes when a traction load is applied to the three-point hitch device. And an electric motor is operated to supply hydraulic energy to the three-point hitch hydraulic cylinder. 제1항에 있어서,
상기 유압 펌프는 엔진으로부터 분리되고 상기 전기 모터를 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 PTO를 사용하는 하이브리드 작업기.The method of claim 1,
And the hydraulic pump is separated from the engine and driven using the electric motor. 삭제delete
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