KR101880323B1 - 휠 로더와 같은 작업 기계 장치에서 에너지 재생을 위한 유압 시스템 - Google Patents

휠 로더와 같은 작업 기계 장치에서 에너지 재생을 위한 유압 시스템 Download PDF

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킬 윌리암 슈레더
와데 레오 겔호프
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이턴 코포레이션
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Abstract

유압 시스템은 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 위치 및 운동에너지를 회수하기에 적합하다. 밸브장치는 유압 시스템을 다양한 모드로 구성할 수 있다. 유압 시스템은 작업 부착 기구를 위한 서스펜션 및/또는 액추에이션을 제공한다. 작업 부착 기구의 에너지는 제1실린더의 로드를 이동시킬 수 있다. 로드는 제1실린더 내 유체를 가압할 수 있다. 가압된 유체는 밸브를 통해 제1실린더에서부터 어큐뮤레이터 내로 흐를 수 있다. 제1실린더는 유체의 압력을 증폭시킬 수 있다. 어큐뮤레이터 내 가압된 유체는 제1실린더를 작동시킬 수 있다. 제1실린더의 로더의 이동은 제2실린더의 동시 작동을 일으킬 수 있다. 제어기는 유압 시스템의 부품들의 압력들과 위치들을 감시하여 밸브장치를 제어할 수 있다.

Description

휠 로더와 같은 작업 기계 장치에서 에너지 재생을 위한 유압 시스템{HYDRAULIC SYSTEM FOR ENERGY REGENERATION IN A WORK MACHINE SUCH AS A WHEEL LOADER}
본 출원은 미국을 제외한 모든 국가들을 지정국으로 하는 출원인인, 미국법인 이튼코포레이션과, 미국만을 지정국으로 하는 출원인인, 미국시민인 킬 윌리암 슈레더와, 와데 레요 겔호프의 이름으로 2011년 12월 13일자로 PCT 국제특허출원으로서 출원되었고 또한 2010년 12월 13일자로 출원된 미국특허출원 제61/422,338호와, 2010년 12월 13일자로 출원된 미국특허출원 제61/422,346호와, 2011년 10월 31일자로 출원된 미국특허출원 제61/553,704호와, 2011년 11월 2일자로 출원된 미국특허출원 제61/554,772호를 우선권주장하고, 그 내용은 여기에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 폐기될 수 있는 에너지를 포획하고, 저장하고 그리고 재생하기 위한 시스템과 방법들에 관련된다. 특히, 본 발명은 에너지를 포획하고, 저장하고 그리고 재생하기 위해 어큐뮤레이터(accumulatore)와 유체 제어 장치를 사용하는 유압 시스템에 직접 관련된다. 이외에도, 유압 시스템은 이동 작업기계에 연결된 작업 부착장치(work attachment)를 위한 서스펜션을 제공한다.
작업 기계 장치는 광석, 흙, 및/또는 쓰레기와 같은 물질들을 이동시키는데 사용될 수 있다. 작업 기계 장치들의 예는, 횔 로더와, 트랙 로더(track loader)와, 굴착기, 백호(backhoe), 불도저, 텔레핸들러(telehandler)를 포함한다. 작업 기계 장치는 전형적으로 작업 기계 장치에 연결되는 작업 기구를 포함한다. 작업 기계 장치에 연결된 작업 기구들은 전형적으로 유압 시스템에 의해 동력을 받는다. 유압 시스템은 디젤 엔진과 같은 주 장치에 의해 동력을 받는 유압펌프를 포함할 수 있다. 유압펌프는 유압 액추에이터들로 가압된 유압 유체들의 흐름을 제어하기 위하여 한 세트의 밸브들에 의해 유압 액추에이터들에 연결될 수 있다. 가압된 유압 유체들은 유압 액추에이터들이 팽창하고, 수축하고, 또는 회전하도록 하여, 작업 기구들을 이동시키도록 한다.
작업 기구의 이동은 작업 기구와 그리고 중력에 대항해 작업 기구에 의해 반송되는 소정의 재료를 상승시키는데 사용될 수 있다. 작업 기구가 상승하면, 위치 에너지가 작업 기구에 부여된다. 작업 기구가 하강하면, 위치 에너지는 전형적으로, 밸브를 통해 조절되는 가압된 유압 유체를 통해 열로 손실된다. 작업 기구가 이동하면, 운동 에너지가 작업 기구에 부여된다. 작업 기구의 속도가 늦추어지거나 또는 정지하면, 운동에너지는 밸브를 통해 조절되는 가압된 유압 유체를 통해 열로 손실된다.
작업 기계 장치의 유압 시스템은 또한 작업 기구에 주행제어(ride control)(즉, 서스펜션(suspension))를 제공할 수 있다. 작업 기계 장치가 불균일한 표면들 및/또는 장애물 위를 지나면, 작업 기구는 작업 기계 장치에 원치 않는 동적인 부하를 줄 수 있다. 원치 않는 동적인 부하는 유압 액추에이터에 유동가능하게 연결되는 유압 어큐뮤레이터에 의해 감소될 수 있다(완화될 수 있다).
본 발명의 일면은 작업 기계 장치에서 낭비될 수 있는 에너지를 효율적으로 회수하여 활용하기 위한 시스템들과 방법들에 관련된다. 시스템은 유압 시스템일 수 있고, 또한 에너지는 작업 기계 장치의 작업 부착물의 위치 에너지와 운동 에너지로부터 회수될 수 있다. 시스템은 또한 작업 부착물에 대한 서스펜션을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 면은 이동 작업 기계 장치에 연결되는 작업 기구에 서스펜션을 제공하는 유압 서스펜션 시스템에 관련된다. 유압 서스펜션 시스템은 제1유압 실린더와, 유압 어큐뮤레이터와, 그리고 제1흐름 제어밸브를 포함한다. 제1유압 실린더는 제1유압 실린더의 헤드 챔버에 유동가능하게 연결되는 제1포트를 포함한다. 제1유압 실린더는 제1유압 실린더의 로드 챔버(rod chamber)에 유동가능하게 연결되는 제2포트를 더 포함한다. 제1유압 실린더는 헤드 챔버와 로드 챔버 간에 위치하는 피스톤을 더 포함하고 또한 제1단부와 제2단부 사이에서 연장하고 또한 로드 챔버를 통해 연장하는 로드를 포함한다. 로드의 제1단부는 피스톤에 연결되고 또한 로드의 제2단부는 작업 기구의 부하에 연결된다. 유압 어큐뮤레이터는 유입/유출 포트를 포함한다. 제1흐름 제어밸브는 제1포트와 제2포트를 포함한다. 제1흐름 제어밸브의 제1포트는 제1유압라인에 의해 제1유압 실린더의 제1포트에 유동가능하게 직접 연결되고, 그리고 제1흐름 제어밸브의 제2포트는 제2유체 라인에 의해 유압 어큐뮤레이터의 유입/유출 포트에 직접 유동가능하게 연결된다. 유압 서스펜션 시스템은 작업 기구의 부하로부터 에너지를 포획하여, 유압 어큐뮤레이터 내에 에너지를 저장하도록 이루어진다. 유압 서스센션 시스템은 제1유압 실린더의 로드로 작업 기구를 상승시킬 때 에너지를 재사용하도록 이루어진다.
유압 서스펜션 시스템은 또한 제1흐름 제어 장치와, 제2흐름 제어 장치와, 제2흐름 제어밸브와, 유압 합류점(hydraulic junction)과, 그리고 제1포트와 제2포트를 포함하는 제2유압 실린더를 더 포함할 수 있다. 제1흐름 제어 장치는 제1유압 실린더의 제2포트와 유압 합류점 간에 유동가능하게 연결된다. 제2흐름 제어 장치는 제2유압 실린더의 제1포트와 유압 합류점 사이에 유동가능하게 연결된다. 제2흐름 제어밸브는 제1유압 실린더의 제1포트와 유압 합류점 사이에 유동가능하게 연결된다. 그리고, 유압 서스펜션 시스템은 작업 기구의 부하로부터의 에너지를 제2유압 실린더의 작동에너지로 변환시키도록 이루어진다.
소정의 실시예들에서, 제1흐름 제어 장치와 제2흐름 제어 장치들은 각각 체크밸브들이다.
소정의 실시예들에서, 헤드 챔버의 유체 변위율(displacement rate)은, 피스톤이 이동할 때 로드 챔버의 유체 변위율 약 1.1배와 3배 큰 값 사이이다. 소정의 실시예들에서, 유압 서스펜션 시스템은 제1유압 실린더의 제1 및 제2포트들을 유압적으로 연결하여, 이로써 유압 기구의 부하 하에서 제1유압 실린더에 의해 생성되는 유체압을 증폭시키도록 이루어진다. 유압 서스펜션 시스템은 증폭된 유체압으로 유압 어큐뮤레이터를 충전하도록 이루어진다.
다양한 추가적인 면들이 다음의 상세한 설명에서 주어지게 된다. 이들 면들은 개별적인 특징들과 특징들의 조합에 관련될 수 있다. 상기 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적이고 또한 여기에서 실시예들이 기반으로 하는 폭넓은 개념들을 제한하지 않는다는 것을 알아야 한다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따른 유압 시스템의 개략도.
도 2는 유압 시스템의 제어시스템을 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 3은 유압 시스템의 제1모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 4는 유압 시스템의 제2모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 5는 유압 시스템의 제3모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 6은 유압 시스템의 제4모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 7은 유압 시스템의 제5모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 8은 유압 시스템의 제6모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 9는 유압 시스템의 제7모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 10은 유압 시스템의 제5모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 11은 유압 시스템의 제6모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 12는 유압 시스템의 제7모드를 더 설명하는 도 1의 유압 시스템의 개략도.
도 13은 도 1의 유압 시스템의 제1서브세트인 유압 시스템의 개략도.
도 14는 도 1의 오압시스템의 제2서브세트인 유압 시스템의 개략도.
도 15는 도 1, 13, 및/또는, 14의 유압 시스템이 사용될 수 있는 작업 기계 장치의 사시도.
도 16은 도 15의 작업 기계 장치의 측면도.
도 17은 도 1, 13, 및/또는 14의 유압 시스템이 사용될 수 있는 다른 작업 기계 장치의 사시도.
도 18은 도 2의 제어시스템의 작동을 설명하는 예시적인 흐름도.
이하 본 발명의 예시적 실시예들을 상세히 설명한다. 첨부도면들은 본 발명의 예를 도시한다. 가능하다면, 도면들을 통해 동일하거나 같은 부분에 동일 참조번호를 사용하게 된다.
도 1은 유압 시스템(100)을 개략적으로 도시한 것이다. 유압 시스템(100)은 작업 기계 장치에서 사용을 위해 제공된다. 예시적인 작업 기계 장치는 유압적으로 구동되는 작업 기구를 포함하는 소정의 기계 장치일 수 있다. 도 15와 16은 작업 기계 장치로서 예시적인 휠 로더(800)를 도시하고 있다. 도 17은 작업 기계 장치로서 예시적인 휠 로더(800')를 도시하고 있다. 다른 작업 기계 장치는 예컨대, 굴착기, 불도저, 트랙 로더, 백호, 텔레핸들러 등을 포함할 수 있다. 아래에서 상세하게 기술되는 바와 같이, 유압 시스템(100)은 작업 기구를 위한 서스펜션 시스템(예컨대, 붐(boom) 서스펜션 시스템)과 같은 기능을 하도록 이루어진다. 아래에서 상세하게 기술되는 바와 같이, 유압 시스템(100)은 에너지(예컨대, 작업 기구로부터 및 작업 기구로의 운동 및 위치에너지)를 회수하고, 저장하고 그리고 재생하도록 이루어진다.
유압적으로 구동되는 작업 기구는 작업 기계 장치에 공통적으로 연결되는 소정 유형의 기구일 수 있다. 도 15와 16은 유압적으로 구동되는 작업 기구로서 버킷(826)을 도시하고 있다. 도 17은 유압적으로 구동되는 작업 기구로서 버킷(826')을 도시하고 있다. 유압적으로 구동되는 작업 기구의 다른 예들은 블레이드(blade), 포크(fork), 부삽(shovel), 바스켓 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 원리들에 따라 사용하면, 유압 시스템(100)은 낭비될 수 있는 에너지를 포획하고, 포획된 에너지를 저장하고, 그리고 더 이상의 사용을 위해 저장된 에너지로부터 에너지를 재생할 수 있다. 에너지를 포획하고, 저장하고, 및/또는 재생함으로써, 유압 시스템(100)은 작업 기계 장치의 전반적이 효율을 증가시킬 수 있다. 이외에도, 유압 시스템(100)은 작업 기계 장치의 운영단가를 낮출 수 있어서, 작업 기계 장치에 의해 방출되는 배출물을 줄일 수 있고, 작업 기계 장치가 필요로 하는 냉각부하를 줄일 수 있고, 작업 기계 장치에서 보다 작은 주 무버(prime mover)가 사용될 수 있게 하고, 작업 기계 장치의 작업 싸이클 타임을 줄일 수 있고, 작업 기계 장치의 작업속도를 증가시킬 수 있고, 및/또는 작업 기계 장치의 외부 충격을 줄일 수 있다.
유압 시스템(100)은 작업 기구의 위치 에너지로부터(예컨대, 중력에 의해 작용하는 작업 기구의 중량과 승강으로부터) 에너지를 포획하거나 및/또는 변환할 수 있고 및/또는 작업 기구의 운동에너지로부터(예컨대, 작업 기계 장치에 대한 작업 기구의 이동으로부터) 에너지를 포획하거나 및/또는 변환할 수 있다. 유압 시스템(100)은 포획한 에너지를 유압 어큐뮤레이터에 저장할 수 있고 및/또는 포획한 에너지를 작업 기구의 다른 이동으로 직접 변환할 수 있다(예컨대, 붐 이동을 버킷 이동으로 변환할 수 있다). 유압 시스템(100)은 또한 작업 기계 장치의 서스펜션 시스템으로서 에너지를 동적으로 교환하거나 및/또는 발산할 수 있다. 예컨대, 유압 시스템(100)은 작업 기구와 작업 기계 장치 간에 스프링-형 특징을 제공할 수 있고, 작업 기구와 작업 기계 장치 간에 댐핑 특징을 제공할 수 있고, 작업 기구와 작업 기계 장치 간에 충격흡수 특징을 제공할 수 있다.
소정의 실시예들에서, 유압 시스템(100)에 사용되는 부품들(예컨대, 유압 어큐뮤레이터(120))는 작업 기구 서스펜션 시스템을 가지지만 에너지 회수 시스템이 없는 작업 기계 장치에 사용되는 유압 서스펜션 시스템의 대응 부품들과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 이러한 작업 기계 장치는 유압 시스템(100)이 새로 장착되어 상기에서 언급한 바와 같이, 에너지 재생능력 및/또는 다른 이점들을 부가할 수 있다. 유압 서스펜션 시스템에 전형적으로 사용되는 부품들이 에너지 포획에 더 사용되기 때문에, 에너지 재생능력을 부가할 때 발생하는 비용 증가는 줄어든다.
유압 시스템(100)의 에너지 저장능력은 작업 기계 장치의 작업 싸이클에 부합될 수 있다(예컨대, 굴착과 적재 싸이클 및/또는 무부하 사이클). 예컨대, 작업 싸이클 중에서 붐을 낮추는 부분 동안에 포획된 에너지는 실질적으로 유압 어큐뮤레이터(120)를 채울 수 있고, 작업 싸이클 중에서 붐을 상응하는 부분은 실질적으로 유압 어큐뮤레이터(120)를 고갈시킬 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 유압 시스템(100)은 유사한 통상적인 작업 기계 장치의 성능과 비교해 작업 기계 장치의 성능을 인지할 수 있도록 감소시키기 말아야 하고, 그리고 작업 기계 장치는 작업자에게 통상적인 작업 기계 장치와 동일한 느낌을 주어야만 한다. 소정의 실시예들에서, 작업 기계 장치의 성능은 유압 시스템(100)을 구현함으로써 개선되거나 및/또는 증가될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(100)은 유압 실린더(130)를 포함한다. 유압 실린더(130)는 리프트 실린더, 붐 실린더, 또난 다른 종류의 유압 실린더일 수 있다. 유압 실린더(130)는 중력에 대항해 부하들을 상승시키는데 사용될 수 있다. 도 15와 16에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130)는 붐 실린더(830)로서 사용될 수 있다. 도 15와 16의 실시예에서, 한 쌍의 붐 실린더(830)가 포함되어, 휠 로더(800)의 붐(824)를 상승시키고 또한 하강시키도록 함께 동작한다. 그러므로, 도 1, 15 및 16에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130)는 단일 실린더일 수 있거나 또는 한 세트의 실린더들로서 기능하는 다수의 실린더일 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130)는 붐 실린더(830')로서 사용될 수 있다. 도 17의 실시예에서, 한 쌍의 붐 실린더(830')들이 포함되어, 휠 로더(800')의 붐(824')을 상승시키고 또한 하강시키도록 함께 동작한다. 그러므로, 도 1, 15, 16 및 17에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130)는 단일 실린더이거나 또는 한 세트의 실린더들로서 기능하는 다수의 실린더일 수 있다.
유압 실린더(130)는 실린더 하우징(136)과, 피스톤(138)과, 그리고 피스톤(138)에 연결되는 로드(140)를 포함한다. 실린더 하우징(136)은 제1포트(132)와 제2포트(134)를 포함한다. 제1포트(132) 내로 유압 유체를 주입하면, 로드(140)는 방향(152)로 연장한다. 제2포트(134) 내로 유압 유체를 주입하면, 로드(140)는 방향(154)으로 수축된다. 도시된 바와 같이, 방향(152)은 연장방향이고, 방향(154)은 수축방향이다. 실린더 하우징(136)은 헤드단(head end)(142)과 로드단(rod end)(144) 사이를 연장한다. 제1포트(132) 및/또는 제2포트(134) 내로 유압 유체를 선택적으로 주입함으로써, 유압 실린더(130)는 제어될 수 있고 또한 필요에 따라 선택적으로 연장하거나 또는 수축될 수 있다. 유압 실린더(130) 내로 주입된 유압 유체는 유압펌프(110) 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120)에 의해 제공될 수 있다.
도시된 바와 같이, 밸브세트(200)는 유압펌프(110)에서 유압 실린더(130)로 유압 유체의 흐름을 제어하고, 또한 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 유압 어큐뮤레이터(120)에서부터 및 어큐뮤레이터로 유압 실린더(130) 내로 및 유압 실린더 외부로의 흐름을 제 j나다. 도시된 바와 같이, 밸브세트(200)는 (유압 유체 흐름 합류점(250)을 통해) 유압 실린더(130)에서 탱크(190)로 유압 유체의 흐름을 제어한다. 도시된 바와 같이, 밸브세트(200)는 유압 실린더(130)에서 유압 유체 흐름 합류점(250)으로 유압 유체의 흐름을 제어한다. 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130)의 헤드단(142)은 유압 실린더(130)의 피스톤(138)의 단면적과 실질적으로 동일한 기능적 단면적(AH)을 포함하고, 그리고 유압 실린더(130)의 로드단(144)은 피스톤(138)의 단면적에 유압 실린더(130)의 로드(140)의 단면적(Ar)을 뺀 것과 실질적으로 동일한 기능적 단면적(AR)을 포함한다. 그러므로, AR = AH - Ar 및 AH = AR - Ar 이다.
도 15와 16에 도시된 바와 같이, 붐 실린더(830)는 제1단부에서 휠 로더(800)의 새시(816)에 부착된다. 도시된 바와 같이, 제1단부는 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에 대응한다. 이에 의해, 유압 실린더(130)의 실린더 하우징(136)과 새시(816) 사이에 제1부착 기구(856)가 형성된다. 붐 실린더(830)의 로드(840)와 휠 로더(800)의 붐(824) 사이에 제1부착 기구(858)가 형성된다. 이에 의해, 붐(824)은 붐 실린더(830)에 의해 작동될 수 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 붐 실린더(830')는 제1단부에서 휠 로더(800')의 새시(186')에 부착된다. 도시된 바와 같이, 제1단부는 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에 대응한다. 이에 의해, 유압 실린더(130)의 실린더 하우징(136)과 새시(186') 사이에 제1부착 기구(856')가 형성된다. 붐 실린더(830')의 로드(840')와 휠 로더(800')의 붐(824') 간에 제1부착 기구(858')가 형성된다. 이에 의해, 붐(824')은 붐 실린더(830')에 의해 작동될 수 있다. 붐 실린더(803, 830')는 유압펌프(110) 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120)에 의해 동력을 받을 수 있다. 유압펌프(110)는 휠 로더(800, 800')의 주 무버(810)(예컨대, 디젤엔진, 전기모터 등)에 연결될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유압 시스템(100)은 또한 유압 실린더(160)를 포함한다. 유압 실린더(160)는 틸트 실린더(tilt cylinder), 버킷 실린더, 또는 다른 유형의 유압 실린더일 수 있다. 유압 실린더(160)는 붐(824, 824')에 의해 반송되는 부하를 적재(dump)하는데 사용될 수 있다. 도 15 내지 17에 도시한 바와 같이, 유압 실린더(160)는 버킷 실린더(860, 860')으로서 사용될 수 있다. 도 15 내지 17의 실시예들에서, 단일의 버킷 실린더(860, 860')이 휠 로더(800, 800')의 버킷(826, 826')을 기울인다. 다른 실시예들에서, 한 쌍의 버킷 실린더들이 버킷(826, 826')을 기울이기 위해 함께 작동한다. 그러므로, 유입실린더(160)는 단일 실린더일 수 있거나 또는 한 세트의 실린더들로서 기능하는 다수의 실린더일 수 있다.
유압 실린더(160)는 실린더 하우징(166)과, 피스톤(168)과, 그리고 피스톤(168)에 연결되는 로드(170)를 포함한다. 실린더 하우징(166)은 제1포트(162)와 제2포트(164)를 포함한다. 제1포트(162)에 유압 유체를 주입하면, 로드(170)는 방향(182)으로 연장한다. 제2포트(164)에 유압 유체를 주입하면, 로드(170)는 방향(184)으로 수축한다. 도시한 바와 같이, 방향(182)는 연장방향이고, 방향(184)는 수축방향이다. 실린더 하우징(166)은 헤드단(172)과 로드단(174) 사이에서 연장한다. 제1포트(162) 및/또는 제2포트(164) 내로 유압 유체를 선택적으로 주입함으로써, 유압 실린더(160)는 제어될 수 있고 또한 필요에 따라 선택적으로 연장하거나 또는 수축될 수 있다. 유압 실린더(160) 내로 주입되는 유압 유체는 유압펌프(110) 및/또는 유압 실린더(130)에 의해 제공될 수 있다. 밸브세트(210)는 유압 실린더(160) 내로 및 외부로 유압 유체의 흐름을 제어한다.
도 15와 16에 도시된 바와 같이, 버킷 실린더(860)가 제1단부에서 휠 로더(800)의 새시(816)에 부착된다. 도시된 바와 같이, 제1단부는 유압 실린더(160)의 헤드단(172)에 대응한다. 이에 의해, 유압 실린더(160)의 실린더 하우징(166)과 새시(816) 간에 제1부착 기구(886)가 형성된다. 버킷 실린더(860)의 로드(870)와 휠 로더(800)의 버킷 링키지(828) 간에 제2부착 기구(888)가 형성된다. 버킷(826)은 버킷 실린더(860)와 함께 버킷 링키지(828)에 의해 작동될 수 있다. 버킷 실린더(860)는 유압펌프(110) 및/또는 붐 실린더(830)에 의해 동력을 받을 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 버킷 실린더(860')이 제1단부에서 휠 로더(800')의 새시(816')에 부착된다. 도시된 바와 같이, 제1단부는 유압 실린더(160)의 헤드단(172)에 대응한다. 제1부착 기구(886)와 유사하게, 유압 실린더(160)의 실린더 하우징(166)과 새시(816') 간에 제1부착 기구(886')가 형성된다. 버킷 실린더(860')의 로드(870')와 휠 로더(800')의 버킷 링키지(828') 사이에 제2부착 기구(888')가 형성된다. 버킷(826')은 버킷 실린더(860')와 함께 버킷 링키지(828')에 의해 작동될 수 있다. 버킷 실린더(860')은 유압펌프(110) 및/또는 붐 실린더(830')에 의해 동력을 받을 수 있다.
유압펌프(110)는 가변 변위 유압펌프일 수 있다. 유압펌프(110)는 유입구(112)와 유출구(114)를 포함할 수 있다. 유압 유체는 탱크(190)에서 유압펌프(110)로 공급될 수 있다. 도시된 바와 같이, 탱크(190)의 유입/유출구(192)는 유압펌프(110)의 유입구(112)에 유동가능하게 연결된다. 유압펌프(110)의 유출구(114)는 아래에서 상세히 기술하는 바와 같이, 밸브세트(200)와, 밸브세트(210)와, 그리고 밸브세트(220)에 유동가능하게 연결될 수 있다.
유압 어큐뮤레이터(120)는 유입/유출구(122)를 포함한다. 유입/유출구(122)는 밸브세트(220)에 유동가능하게 연결된다. 도 1 내지 12에 도시된 바와 같이, 밸브세트(220)는 제1유체 흐름 제어 장치(222)와, 제2유체 흐름 제어 장치(224)와, 그리고 제3유체 흐름 제어 장치(226)를 포함한다. 유체 흐름 제어 장치(222, 224, 226)들은 밸브, 비례밸브, 온-오프 밸브, 체크밸브, 가변 오리피스 등일 수 있다. 제1유체 흐름 제어밸브(222)는 유압펌프(110)의 유출구(114)와 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122) 사이에 유동가능하게 연결된다. 상기에서 설명하였듯이, 제2유체 흐름 제어밸브(224)는 유체 통로(150)를 통해 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122)를 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 유동가능하게 연결한다. 도시된 바와 같이, 유체 통로(150)는 밸브세트(200)의 어떠한 유체 흐름 제어 장치도 통과하지 않는다. 도시된 바와 같이, 유체 통로(150)는 밸브세트(220)의 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 통과하고, 그리고 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 유체 통로(150)를 통한 유체 흐름을 차단하는 것을 포함해, 유체 통로(150)를 통한 유체 흐름을 조절한다. 특히, 유체 통로(150)의 제1라인(146)은 유압 실린더(130)의 제1포트(132)와 제2유체 흐름 제어 장치(224)의 제1포트(224a) 사이에 연결되고, 그리고 유체 통로(150)의 제2라인(148)은 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122)와 제2유체 흐름 제어 장치(224)의 제2포트(224b) 사이에 연결된다(도 1 참조). 제3유체 흐름 제어 장치(226)는 유체 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122)와 탱크(190)의 유입/유출구(192) 사이에 유동가능하게 연결된다.
도시된 바와 같이, 밸브세트(200)는 제1유체 흐름 제어 장치(202)와, 제2유체 흐름 제어 장치(204)와, 제3유체 흐름 제어 장치(206)와 그리고 제4유체 흐름 제어 장치(208)를 포함한다. 유체 흐름 제어 장치(202, 204, 206, 208)들은 또한 밸브, 비례밸브, 온-오프 밸브, 체크밸브, 가변 오리피스 등일 수 있다. 밸브세트(200)의 제1유체 흐름 제어 장치(202)는 유압펌프(110)의 유출구(114)와 유압 실린더(130)의 제1포트(132) 사이에 유동가능하게 연결된다. 제1유체 흐름 제어 장치(202)는 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 직접 연결될 수 있거나, 제1라인(146)을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(312)에 연결될 수 있거나, 독립라인을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(312)에 연결될 수 있거나, 또는 제1포트(312)에 대한 제2유체 흐름 제어 장치(204)의 연결과 공유된 라인을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 유동가능하게 연결될 수 있다. 제2유체 흐름 제어 장치(204)는 유압 실린더(130)의 제1포트(312)와 유압 유체 흐름 합류점(250) 간에 유동가능하게 연결된다. 제2유체 흐름 제어 장치(204)는 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 직접 연결될 수 있거나, 제1라인(146)을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 연결될 수 있거나, 독립라인을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(312)에 연결될 수 있거나, 또는 제1포트(132)에 대한 제1유체 흐름 제어 장치(130)의 접속과 공유된 라인을 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(132)에 연결될 수 있다. 제3유체 흐름 제어 장치(206)는 유압펌프(100)의 유출구(114)와 유압 실린더(130)의 제2포트(134) 사이에 유동가능하게 연결된다. 그리고, 제4유체 흐름 제어 장치(208)는 유압 실린더(1300의 제2포트(134)와 유압 유체 흐름 합류점(250) 사이에 유동가능하게 연결된다.
밸브세트(21)는 제1유체 흐름 제어 장치(212)와, 제2유체 흐름 제어 장치(214)와, 제3유체흐흠 제어 장치(216)와, 그리고 제4유체 흐름 제어 장치(218)를 포함한다. 유체 흐름 제어 장치(212, 214, 216, 218)들은 밸브, 비례밸브, 온-오프 밸브, 체크밸브, 가변 오리피스 등일 수 있다. 제1유체 흐름 제어밸브(212)는 유압펌프(110)의 유출구(114)와 유압 실린더(160)의 제1포트(162) 사이에 유동가능하게 연결된다. 제2유체 흐름 제어 장치(214)는 유압 실린더(160)의 제1포트(162)와 유압 유체 흐름 합류점(250) 사이에 유동가능하게 연결된다. 제3유체 흐름 제어 장치(216)는 유압펌프(110)의 유출구(114)와 유압 실린더(160)의 제2포트(164) 사이에 유동가능하게 연결된다. 그리고, 제4유체 흐름 제어 장치(218)는 유압 실린더(160)의 제2포트(164)와 유압 유체 흐름 합류점(250) 사이에 유동가능하게 연결된다.
유압 시스템(100)은 밸브세트(230)를 포함한다. 밸브세트(230)는 탱크(190)의 유입/유출구(192)와 유압 유체 흐름 합류점(250) 사이에 유동가능하게 연결된다. 도시된 바와 같이, 밸브세트(230)는 유체 흐름 제어 장치(232)와 릴리프 밸브(234)를 포함한다. 유체 흐름 제어 장치(232)는 또한 밸브, 비례밸브, 온-오프 밸브, 체크밸브, 가변 오리피스 등일 수 있다. 유체 흐름 제어 장치(232)는 유압 유체 흐름 합류점(250)과 탱크(190)의 유입/유출구(192) 사이에 유동가능하게 연결된다. 릴리프 밸브(234)는 유압 유체 흐름 합류점(250)과 탱크(190)의 유입/유출구(192) 사이에 유동가능하게 연결된다.
도 2로 돌아가 보면, 유압 시스템(100)을 위한 예시적 제어시스템 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제어시스템은 다수의 압력센서(260)들과, 적어도 하나의 온도센서(262)와, 다수의 위치센서(264)와, 제어기(270)와, 오퍼레이터 인터페이스(272)와, 메모리(274)와, 그리고 와이어링 하니스(wiring harness)(280)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제어기(270)는 와이어링 하니스(280)에 의해 제어시스템의 다른 다양한 부품들에 연결된다. 소정의 실시예들에서, 제어기(270)는 제어시스템의 다양한 부품들에 연결되는 분산된 제어기들을 포함할 수 있다. 예컨대, 유압 시스템(100)을 제어하기 위해 제어기 통신망 버스시스템을 사용할 수 있다. 제어시스템의 다양한 부품들은 제어기(270)와 일방향 통신을 확립할 수 있고, 및/또는 다양한 부품들은 제어기(270)와 양방향 통신을 확립할 수 있다. 예컨대, 유압펌프(110)는 제어기(270)로부터 제어신호를 수신할 수 있다. 대안적으로, 유압펌프(110)는 제어기(270)로부터 제어신호를 수신하고 또한 제어기(270)로 피드백 신호를 전송할 수 있다. 압력센서(260)들은 다양한 위치들에서 유압 시스템(100)의 유압을 감시할 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1포트(132)와, 제2포트(134)와, 제1포트(162)와, 제2포트(164)와, 유입/유출구(122)와, 유출구(114)와, 유압 유체 흐름 합류점(250)과, 유입구(112)들 각각은 압력센서(260)들 중 하나를 포함할 수 있다. 압력센서(260)들은 상기 언급한 위치들 중 소정의 위치에서 또는 모두에서 선택적이다. 적어도 하나의 온도센서(262)는 유압 어큐뮤레이터(120) 내 가압된 가스의 온도를 감시할 수 있다. 위치센서(264)는 로드(140)와 실린더 하우징(136) 간의 상대 위치를 감시할 수 있다. 마찬가지로, 위치센서(264)는 실린더 하우징(166)과 로드(170) 간의 상대 위치를 감시할 수 있다. 도 15와 16에 도시된 바와 같이, 휠 로더(800)는 오퍼레이터 스테이션(818)을 포함한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 휠 로더(800')는 오퍼레이터 스테이션(818')을 포함한다. 오퍼레이터 인터페이스(272)는 오퍼레이터 스테이션(818, 818') 내에 설치될 수 있다. 이로써, 오퍼레이터는 유압 시스템(100)을 작동할 수 있고 또한 이로써, 휠 로더(800, 800')는 오퍼레이터 인터페이스(272)와 상호작용할 수 있다.
도 3으로 돌아가면, 유압 시스템(100)의 에너지 포획모드(102)가 도시되어 있다. 에너지 포획모드(102)에서, 유압 실린더(130)로부터 에너지가 회수되어 유압 어큐뮤레이터(120) 내에 저장된다. 특히, 붐(824)과 붐 상에 가해지는 다양한 부하들과 같은 부하가 로드(140)를 방향(154)으로 이동시킨다. 이는, 제1포트(132)로부터 유체 유압이 나오게 한다. 제1포트(132)로부터의 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 포함하는 유체 통로(150)를 통해 유압 어큐뮤레이터(120)를 향해 흐르고, 이로써 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전한다. 이외에도, 제1포트(132)로부터 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(204)와 제4유체 흐름 제어 장치(208)를 통해 흘러 제2포트(134)로 들어갈 수 있다. 이외에도, 제1포트(132)로부터의 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(204)를 통과하고 또한 제2유체 흐름 제어 장치(214)를 통과하여 제1포트(162) 내로 흘러, 이로써 유압 실린더(162)를 방향(182)으로 작동(예컨대, 연장)시킬 수 있다. 제1포트(132)로부터의 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(204)를 통과하고, 유압 유체 흐름 합류점(250)을 통과하고, 그리고 제2유체 흐름 제어 장치(214)를 통과하여 제1포트(162) 내로 흘러, 이로써 유압 실린더(160)를 작동(예컨대, 연장)시킬 수 있다. 유압 실린더(160)의 작동(예컨대, 연장)은 유압 유체가 제2포트(164)로부터 방출되도록 할 수 있다. 제2포트(164)로부터 방출되면, 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(218)와 제2유체 흐름 제어 장치(214)를 통과해 유압 실린더(160)의 제1포트(162) 내로 흐를 수 있다. 소정의 실시예들에서, 시간주기, 및/또는 구성, 제2유체 흐름 제어 장치(214) 및/또는 제4유체 흐름 제어 장치(218)는 폐쇄될 수 있거나 및/또는 유압 실린더(160)가 비유동적인 상태로 있을 수 있다.
유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 규정된 압력보다 낮거나 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120)내 유압 유체압력이 유압 실린더(130) 내 압력보다 낮고 또한 에너지 포획모드(예컨대, 에너지 포획모드(120))가 활성되면, 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 개방되어, 이로써 유압 실린더(130)로부터 유압 에너지를 회수할 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 규정된 압력 이상이거나 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 유압 실린더(130) 내 압력보다 높고 또한 에너지 포획모드가 활성되면, 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 폐쇄될 수 있다.
(예컨대, 피스톤(138)과 실린더 하우징(136) 간에) 무시할 수 있는 마찰력과 그리고 제2유체 흐름 제어 장치(204)와, 제4유체 흐름 제어 장치(208)와, 그리고 다양한 유압 라인들에 걸친 압력강하를 상정하면, 에너지 포획모드(102)에서 로드(140)에 작용하는 주어진 합력(net force)(F)는 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에서 F/Ar=F/(AH-AR)의 유압 유체압력을 생성하고, 이로써 제1포트(132)에서 이 압력이 생성된다. 유압 유체압력 F/(AH-AR)은 유체 통로(150)를 통해 유압 실린더(130)에서 유압 어큐뮤레이터(120)로 전달될 수 있다.
도 10으로 돌아가면, 유압 시스템(100)의 에너지 포획모드(102p)가 도시되어 있다. 에너지 포획모드(102p)에서, 유압 실린더(130)로부터 에너지가 회수되어 유압 어큐뮤레이터(120) 내에 저장된다. 특히, 붐(824, 824')과 붐에 가해지는 다양한 부하들과 같은 부하가 로드(140)를 방향(154)으로 이동시킨다. 이는 유압 유체가 제1포트(132)로부터 나오게 한다. 제1포트(132)로부터의 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 포함하는 유체 통로(150)를 통과해 유압 어큐뮤레이터(120)를 향해 흘러, 이로써 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전할 수 있다. 유압 실린더(130)의 이동은 유압 유체가 유압 실린더(130)의 제2포트(134) 내로 들어가게 할 수 있다. 특히, 유압 유체는 제4유체 흐름 제어 장치(208)와, 유압 유체 흐름 합류점(250)과 그리고 유체 흐름 제어 장치(232)를 통해 탱크(190)로부터 인출될 수 있다.
무시할 수 있는 마찰력과 그리고 제2유체 흐름 제어 장치(208)와 다양한 유압 라인들에 걸친 압력 강하를 상정하면, 로드(140)에 작용하는 주어진 합력(F)은 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에서 F/AH 의 유압 유체압력을 생성하고, 이로써 에너지 포획모드(102p)에서 제1포트(132)에서 이 압력을 생성한다. 유압 유체압력 F/AH 은 유체 통로(150)를 통해 유압 실린더(130)에서 유압 어큐뮤레이터(120)로 전달될 수 있다.
도 9로 돌아가면, 유압 시스템(100)의 에너지 포획모드(102r)가 도시되어 있다. 에너지 포획모드(102r)에서, 유압 실린더(130)로부터 에너지가 회수되어 유압 어큐뮤레이터(120)에 저장된다. 특히, 붐(824, 824')과 이에 가해지는 다양한 부하들과 같은 부하는 로드(140)를 방향(154)으로 이동시킨다. 이외에도, 펌프(110)로부터의 유압 유체는 유압 실린더(130)의 제2포트(134) 내로 도입될 수 있다. 특히, 유압펌프(110)에 의해 유압 유체가 유입/유출구(192)와 유입구(112)를 통해 탱크(190)로부터 인출된다. 유압펌프(110)는 유압 유체를 가압하여 유출구(114)의 외부로 유압 유체를 펌핑한다. 그런 다음 유압 유체는 제3유체 흐름 제어 장치(206)를 통과해 유압 실린더(130)의 제2포트(134) 내로 흐를 수 있다. 펌프(110)로부터의 유압 유체 흐름과 함께 로드(140) 상의 부하는 제1포트(132)에서부터 유압 유체에 힘을 가한다. 제1포트(132)로부터의 유압 유체는 제2유체 흐름 제어 장치(204)를 포함하애, 유체 통로(150)를 통과해 유압 어큐뮤레이터(120)를 향해 흐를 수 있고, 이로써 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전시킬 수 있다.
무시할 수 있는 마찰력과 제3유체 흐름 제어 장치(206)와 다양한 유압 라인들에 걸친 압력 강하를 상정하면, 로드(140) 상에 작용하는 주어진 압력(F)은 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에서 F/AH 의 유압 유체압력을 생성하고, 이로써 에너지 포획모드(102r)에서 제1포트(132)에서 힘을 생성하게 되고, 그리고 유압펌프(110)로부터의 펌프압력(PP)은 유압 실린더(130)의 헤드단(1420)에서 유압 유체압력 PC=PP×(AR/AH)를 생성하고, 이로써 에너지 포획모드(102r)에서 제1포트(132)에사 상기 압력을 생성하게 된다. 조합하여, 전체 압력 Pt=F/AH + Pc = F/AH + PP×(AR/AH)가 유압 실린더(130)의 헤드단(142)에서 생성되고, 이로써 에너지 포획모드(102r)에서 제1포트(132)에서 전체 압력이 생성된다. 전체 압력 F/AH + PP×(AR/AH)는 유체 통로(150)를 통해 유압 실린더(130)에서 유압 어큐뮤레이터(120)로 전달될 수 있다.
예시적인 휠 로더(800, 800')에 적용하면, 에너지 포획모드(102, 102p, 102r)들은 여러 기능들을 제공할 수 있다. 이들 기능들은 붐(824, 824')으로부터 운동 및/또는 위치에너지를 포획하고 또한 유압 어큐뮤레이터(120) 내에 포획한 에너지의 일부를 저장하는 것을 포함할 수 있다. 이외에도, 유압 유체는 유압 실린더(130, 830, 830')의 캐비테이션(cavitation)을 방지하기 위하여 제2포트(134)에 공급될 수 있다. 이외에도, 유압 실린더(160, 860, 860')를 작동시킴으로써, 버킷(826, 826')은 상기 에너지의 일부분으로 동시에 작동할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 유압 실린더(160)는 에너지의 일부에 의해 연장된다. 도 15와 16에 도시한 바와 같이, 유압 실린더(160, 860)를 연장하면 버킷(826)을 아래로 기울게 한다. 다른 실시예들에서, 유압 밸빙들은 재배열될 수 있어서, 이로써 에너지의 일부는 유압 실린더(160, 860)들가 수축하도록 한다(즉, 로드(170)가 도 1에 도시된 바와 같이 방향(184)으로 이동한다). 도 17에 도시된 바와 같이, 유입실린더(160, 860')를 연장하면(예컨대, 로드(170, 870')를 방향(182)으로 이동시킴으로써), 붐(824')이 방향(154) 방향으로 이동하는 로드(840')와 함께 하방으로 이동하기 때문에 버킷(826')을 상방(825)으로 기울게 한다. 이와 같은 동시 이동은, 작업 기계 장치가 휠로더(800')인 경우에 특히 유용하다. "Z-바" 버킷 링키지는 제1단부(827a)와 제2단부(287b) 사이에서 붐(824') 상에 회전가능하게 설치되는 록킹부재(827)를 포함한다. 제1단부(827a)는 제2부착 기구(888')을 포함한다. 제2단부(827b)는 버킷링크(829)의 제2단부(829b)에서 버킷링크(829)에 회전가능하게 연결된다. 버킷링크(829)의 제1단부(829a)는 버킷(826')에 회전가능하게 연결된다. 유압 실린더(160, 860')을 연장시키면(예컨대, 로드(170, 870')를 방향(182)으로 이동시킴으로써) 록킹부재(827)를 방향(823)으로 잠근다.
휠 로더(800, 800')의 전형적인 싸이클은 휠 로더(800, 800')가 재료의 더미 내로 구동하고, 뒤이어 붐(824, 824')이 버킷(826, 826')을 상승시키는 것을 포함한다. 그런 다음, 휠 로더(800, 800')는 덤핑장소의 해발 높이 위에 버킷(826, 826')을 위치시키고서 덤핑장소(예컨대, 운반트럭)로 이동한다. 그런 다음, 버킷 실린더(160, 860, 860')이 방향(182)으로 이동하여, 버킷 링키지(828, 828')를 통한 접속을 통해 버킷(826, 826')을 기울게 한다. 덤핑장소에서 버킷(826, 826')이 재료를 비우면, 휠 로더(800, 800')는 덤핑장소에서 완전히 물러나고, 붐(824, 824')이 하강되어 버킷(826, 826')이 적재(예컨대, 파기)구성으로 돌아가게 한다. 붐(824, 824')의 하방향 이동과 버킷(826, 826')의 상방향 이동은 동시에 발생하고, 그리고 버킷(826, 826')의 이동은 붐 실린더(130, 830, 830')로부터의 에너지에 의해 제공된다. 이와 같은 공동 작용되는 이동은 "리턴 투 디그(return to dig)" 이동 또는 "리턴 투 디그" 동작으로 부를 수 있다. "리턴 투 디그"동작은 선 규정된 위치기반 이동이다. "리턴 투 디그"이동은 예컨대, 붐(824, 824')이 완전히 상승되고 또한 버킷(826, 826')이 완전히 하강되었을 때 작동될 수 있다.
도 4로 돌아가 보면, 에너지 포획모드(102)의 변형이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 모드(102s)는 에너지 포획모드(102)와 유사하지만, 풀(full) 유압 어큐뮤레이터(120)를 수용하기 위한 준비들을(provisions) 포함한다. 이외에, 또는 독립적으로, 모드(102s)는, 유압 실린더(160)가 유압 유체 흐름 합류점(250)을 통한 흐름 모두를 수용할 수 없을 때에 대한 준비를 포함한다. 특히, 유체 통로(150)를 통한 유압 유체 흐름이 제3유체 흐름 제어 장치(226)을 통해 적어도 부분적으로 방향전환되어 유입/유출구(192)를 통해 탱크(190) 내로 흐를 수 있다. 비슷하게, 유압 유체 흐름 합류점(250)을 통한 유압 유체 흐름이 유체 흐름 제어 장치(232)를 통해 적어도 부분적으로 방향전환되어 유입/유출구(192)를 통해 탱크(190) 내로 흐를 수 있다.
도 3과 4에 도시된 바와 같이, 에너지 포획모드(102)와 에너지 포획모드(102s)는 제2유체 흐름 제어 장치(204)와 제4유체 흐름 제어 장치(132)를 통해 제1포트(132)에서 제2포트(134) 내로 채널 유압 유체 흐름일 수 있다. 피스톤(138)이 이동하면 헤드단(142)은, 기능적 단면적(AH)이 기능적 단면적(AR)보다 크기 때문에 로드단(144)보다 높은 유압 유체 변위율을 가진다. 로드(140)가 방향(154)으로 이동하면 제1포트(132)와 제2포트(134) 간의 접속은, 로드(140)에서 방향(154)으로 주어진 부하 하에서(예컨대, 주어진 합력 F) 포트(132)에서 생성되는 압력을 증가시킨다. 특히, 제1포트(132)와 제2포트(134)가 연결될 때 유압 유체 압력 F/(AH-AR)은, 방향(154)로 로드(140)에서 높은 압력의 주어진 동일 부하(예컨대, 주어진 합력 F)에서 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전할 수 있다. 상승된 유압 유체압력, F/(AH-AR)=F/Ar,은 유압 실린더(130)의 유효면적이 로드(140)의 단면적(Ar)이 되게 되는 것으로부터 기인한다(도 1 참조). 소정의 실시예들에서, 헤드단(142)의 유압 유체 변위율은, 약 1.1 내지 1.5 또는 약 1.1 내지 3 사이의 범위에 있는 인자만큼, 로드단(144)의 유압 유체 변위율보다 높을 수 있다. 소정의 실시예들에서, 헤드단(142)의 단면적(AR)은 약 1.1 내지 1.5 또는 1.1 내지 3 사이의 범위에 있는 인자만큼, 로드단(144)의 단면적(AR)보다 높을 수 있다. 이로써, 제1포트(132)에서의 압력은 제2유체 흐름 제어 장치(104)와 제4유체 흐름 제어 장치(208)을 통해 제1포트(132)를 제2포트(134)에 연결함으로써, 방향(154)으로 로드(140)에 위치하는 부하로부터 제1포트(132)에서 발생할 수 있는 압력과 비교하면 증폭될 수 있다.
도 5와 6은 모드(104)와 모드(104m)을 각각 도시하고 있다. 모드(104, 104m)는 유압 어큐뮤레이터(120)의 충전(precharging) 및/또는 프리차징(precharging)을 일으킨다. 유압 어큐뮤레이터(120)는 정상적으로 선 규정된 값으로 가압될 수 있다(즉, 프리차지). 에너지 포획모드(102, 102s, 102r, 102p)들이 활성화되면, 유압 어큐뮤레이터(120)는 선 규정된 값보다 많은 압력을 가질 수 있게 되고, 이에 의해 정상적인 정지 용량(resting capacity) 위로 충전될 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(120)로 과도한 흐름은 제3유체 흐름 제어 장치(226)를 통해 탱크(190)로 통과될 수 있다.
도시된 실시예에서, 유압펌프(110)는 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전하고 및/또는 프리차지하는데 사용된다. 프리차징은 유압 실린더(130)의 작동과 동시에 이루어질 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 유압 유체는 유압펌프(110)에 의해 유입/유출구(192)와 유입구(122)를 통해 탱크(190)로부터 인출된다. 유압펌프(110)는 유압 유체를 가압하고 그리고 유출구(114) 외부로 유압 유체를 펌핑한다. 유압 유체의 적어도 일부분은 제1유체 흐름 제어 장치(222)를 통해 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122) 내로 흘러, 이로써 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전한다. 유압펌프(110)로부터 유압 유체의 다른 부분들은 제1유체 흐름 제어 장치(202)를 통해 유압 실린더(130)의 제1포트(132) 내로 흐를 수 있다. 유압 실린더(130) 내로 유압 유체의 흐름은, 유압 실린더(130)가 연장하여 제2포트(134)로부터 유압 유체를 방출하도록 한다. 제2포트(134)로부터 방출된 유압 유체는 제4유체 흐름 제어 장치(208)와, 유압 유체 흐름 합류점(250)과, 유체 흐름 제어 장치(232)를 통과해 탱크(190)의 유입/유출구(192) 내로 흐른다.
도 6은, 제1유체 흐름 제어 장치(202)로부터의 유압 유체가 흐르고 또한 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 통과해 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122) 내로 흐르는 것을 제외하고는 도 5와 유사하다. 헤드단(142)과 유압 어큐뮤레이터(120) 간에 유압 유체 압력을 평형화시키기 위하여 모드(104m)를 사용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(100)의 모드(106)는 (예컨대, 붐 상승이 명령되면) 유압 어큐뮤레이터(120)에 저장된 유압 유체에너지를 재생(즉, 재활용)하고 그리고 유압 실린더(130)를 연장하는데 사용된다. 특히, 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 규정된 압력 이상이고 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 유압 실린더(130)가 필요로 하는 압력 이상이면, 제2유체 흐름 제어 장치(224)가 개방되어 유압펌프(110)로부터 유압적 부하를 경감한다. 신호(예컨대, 디지털신호)가 유압펌프(110)의 부하감지 제어기로 전송되어 제2유체 흐름 제어 장치(224)의 개방을 조정할 수 있다(예컨대, 어큐뮤레이터에 공급되는 흐름을 줄인다).
도 15 내지 17에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130, 830)를 연장시키면, 붐(824, 824')을 상승시키고, 이로써 버킷(826, 826')을 상승시킨다. 유압펌프(110)는 유압 실린더(130) 내로 유압 유체 흐름을 보충하여, 유압 실린더(130)를 연장시키는데 조력하도록 사용될 수 있다. 특히, 유압 유체는 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122)로부터 흘러, 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 포함하는 유체 통로(150)를 통과해서, 유압 실린더(130)의 제1포트(132) 내로 흐른다. 추가적인 유압 유체 흐름은 탱크(190)의 유입/유출구(192)에서 유압펌프(110)의 유입구(112) 내로 전달될 수 있다. 유압펌프(110)는 유압 유체를 가압하여, 유체가 유출구(114)와 제2유체 흐름 제어 장치(202)를 통과해 제1포트(132) 내로 흐르게 한다. 유압 실린더(130)가 연장하면, 유압 유체는 로드단(144)으로부터 방출되어 제2포트(134)와, 제4유체 흐름 제어 장치(208)와, 유압 유체 흐름 합류점(250)과, 그리고 유체 흐름 제어 장치(232)를 통과하고, 유입/유출구(192)를 통해 탱크(190) 내로 흐른다. 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 선 규정된 압력에 도달하고 및/또는 유압 어큐뮤레이터(120) 내 유압 유체압력이 유압 실린더(130)가 필요로 하는 압력 아래로 감소하면, 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 폐쇄되고, 이로써 유압적 부하를 유압펌프(110)로 전달한다. 신호(예컨대, 디지털신호)가 유압펌프(110)의 부하감지 제어기에 전달되어 제2유체 흐름 제어 장치(224)의 폐쇄를 조정할 수 있다(예컨대, 어큐뮤레이터에 공급되어 현재 고갈되는 유체를 역으로 추가).
도 8에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(100)의 모드(107)는, 펌프(110)로부터 유압 유체압력 하에서 유압 실린더(130)를 수축시킨다. 특히, 유압 유체 흐름은 탱크(190)의 유입/유출구(192)에서부터 유압펌프(110)의 유입구(112) 내로 전달될 수 있다. 유압펌프(110)는 유압 유체를 가압하여, 유압 유체가 유입구(114)와 제3유체 흐름 제어 장치(206)를 통과해 유압 실린더(130)의 제2포트(134) 내로 흐르게 한다. 유압 실린더(130)가 방향(154)로 이동하는 피스톤(138)으로 수축하면, 유압 유체는 헤드단(142)로부터 방출되어 제1포트(132)와, 제2유체 흐름 제어 장치(204)와, 유압 유체 흐름 합류점(250)과, 그리고 유체 흐름 제어 장치(232)를 통과해, 유입/유출구(192)를 통해 탱크(190) 내로 흐른다.
도 11에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(100)은 모드(108m)를 포함한다. 모드(108m)는 유압 어큐뮤레이터(120)의 유압 유체압력을 원하는 값에 설정하는데 사용될 수 있다. 특히, 모드(108m)는 유압 어큐뮤레이터(120)의 유압 유체압력을 헤드단(142)에서의 유압 유체압력과 부합시키는데 사용될 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(120)와 헤드단(142) 간에 유압을 부합시키는 것은, 아래에서 상세히 설명하게 되는, 모드(108)로 돌입하는 유압 시스템(100)의 준비에서 이루어질 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(120)의 유압 유체압력을 증가시키기 위하여, 유압 유체는 유입/유출구(192)를 통해 탱크(190)에서부터 유압펌프(110)의 유입구(112) 내로 인출될 수 있다. 유압펌프(110)는 유압 유체를 가압하고 그리고 유입구(114)와 제1유체 흐름 제어 장치(222)를 통과해 유압 유체를 유압 어큐뮤레이터(120)의 유입/유출구(122) 내로 펌핑한다. 유압 어큐뮤레이터(120)의 유압 유체압력을 낮추기 위하여, 유압 유체는 유입/유출구(122)와 제3유체 흐름 제어 장치(226)를 통해 유압 어큐뮤레이터(120)에서 탱크(190)의 유입/유출구(192) 내로 방출될 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(120)와 유압 실린더(130)의 헤드단(142) 간에 유압 유체압력 차이는 제2유체 흐름 제어 장치(224) 전에 균형 맞추어질 수 있어, 이로써 유체 통로(150)가 개방된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(100)은 서스펜션 모드(108)에서 작업 기계 장치에 서스펜션을 제공할 수 있다. 도 15 내지 17에 도시된 바와 같이, 유압 실린더(130, 830, 830')는 붐(824, 824')를 지지하고, 이로써 버킷(826, 826')을 지지한다. 휠 로더(800, 800')가 불균일한 지면 또는 다른 장애물을 가로질러 이동하면, 붐(824, 824')과 버킷(826, 826')의 동적인 이동이 발생한다. 유압 실린더(130, 830, 830')를 유체 통로(150)를 통해 유압 어큐뮤레이터(120)에 연결함으로써, 유압 실린더(130)는 제1부착 기구(856, 856')와 제2부착 기구(858, 858') 사이에 스프링형 움직임을 제공한다. 스프링형 움직임은, 휠 로더(800, 800')가 불균일한 지면 및/또는 다른 장애물 위를 이동할 때 붐(824, 824')이 휠 로더(800, 800')를 수용하도록 한다. 스프링형 움직임 이외에, 제2유체 흐름 제어 장치(224)는, 유압 유체가 유체 통로(150)를 통해 흐르기 때문에 붐(824, 824')의 이동의 댐핑을 제공할 수 있다. 특히, 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 통해 흐르는 유압 유체는 한 흐름 방향 또는 양 흐름방향에서 조절되어(throttled), 이로써 유압 실린더(130, 830, 830')를 약화시키기 위해 에너지를 소멸시킨다. 특히, 유압 실린더(130, 830, 830')는 방향(152, 154)들로 이동할 수 있다. 유압 실린더(130)의 로드(140)의 이 이동은 유압 유체가, 제1포트(312)와, 제2유체 흐름 제어 장치(224)를 포함한 유체 통로(150)와, 그리고 유입/유출구(122)를 통해 헤드단(142)과 유압 어큐뮤레이터(120) 간에 전달되도록 한다. 유체 통로(150)는 유입/유출구(122)에 직접 유동가능하게 연결될 수 있고 또한 제1포트(132)에 직접 유동가능하게 연결될 수 있다. 유체 통로(150)의 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 단일의 유압 유체 흐름 제어 장치일 수 있다. 제2유체 흐름 제어 장치(224)는 유체 통로(150)를 따라 유일한 유압 유체 흐름 제어 장치일 수 있다.
본 발명의 원리들에 따라, 유압 시스템(400)은 유압 시스템(100)의 서브세트(subset)로서 파생될 수 있고 또한 소정의 모드들에서 펌프와는 독립적으로 기능한다. 특히, 도 13에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(400)은 유압 실린더(130)와 비슷한 유압 실린더(430)와 유입실린더(160)와 유사한 유압 실린더(460)를 포함한다. 유압 실린더(430)는 제1포트(132)와 유사한 제1포트(432)와 제2포트(134)와 유사한 제2포트(434)를 포함한다. 마찬가지로, 유압 실린더(46)는 제1포트(162)와 유사한 제1포트(462)와 제2포트(164)와 유사한 제2포트(464)를 포함한다.
유압 시스템(400)은 유압 어큐뮤레이터(120)와 유사한 유압 어큐뮤레이터(420)를 더 포함한다. 도 13의 도시한 실시예에서, 유압 어큐뮤레이터(420)는 제1유압 어큐뮤레이터(420a)와 제2유압 어큐뮤레이터(420b)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 유압 어큐뮤레이터(120)는 두 개 이상의 유압 어큐뮤레이터들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유압 어큐뮤레이터(420)는 세 개 이상의 유압 어큐뮤레이터들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유압 어큐뮤레이터(420)는 단일의 유압 어큐뮤레이터를 포함할 수 있다. 유압 어큐뮤레이터(420)는 유입/유출구(122)와 유사한 유입/유출구(422)를 포함한다. 제1유압 어큐뮤레이터(420a)는 제2유압 어큐뮤레이터(420b)와는 상이한 스프링 및/또는 가스차지(gas charge)를 가질 수 있다. 제1유압 어큐뮤레이터(420a)는 제2유압 어큐뮤레이터(420b)와는 상이한 단들에서 충전되고 또한 방출될 수 있다. 제1유압 어큐뮤레이터(420a)와 제2유압 어큐뮤레이터(420b)들의 충전 및 방출단들은 서로 중첩될 수 있거나 또는 실질적으로 순차적으로 이루어질 수 있다. 제1유압 어큐뮤레이터(420a)와 제2유압 어큐뮤레이터(420b)를 가짐으로써, 유압 시스템(400)은 유압 실린더(430)의 다양하고 또한 가변적인 부하들을 부합시킬 수 있다. 제1유압 어큐뮤레이터(420a)와 제2유압 어큐뮤레이터(420b)를 가짐으로써, 유압 시스템(400)은 제1유압 어큐뮤레이터(420a)와 제2유압 어큐뮤레이터(420b)들과 모드들(예컨대, 모드 (102 및 102p) 및/또는 고압모드 및 저압모드)을 부합시킬 수 있다.
유압 시스템(400)은 탱크(190)와 유사한 탱크(190)를 더 포함한다. 탱크(490)는 유입/유출구(192)와 유사한 유입/유출구(492)를 포함한다. 유압 시스템(400)은 유체 흐름 제어 장치(204)와 유사한 유체 흐름 제어 장치(504)와, 유체 흐름 제어 장치(208)와 유사한 유체 흐름 제어 장치(508)와, 유체 흐름 제어 장치(214)와 유사한 유체 흐름 제어 장치(514)와 유체 흐름 제어 장치(224)와 유사한 유체 흐름 제어 장치(524)와, 유체 흐름 제어 장치(226)과 유사한 유체 흐름 제어 장치(526)과, 그리고 유체 흐름 제어 장치(232)와 유사한 유체 흐름 제어 장치(532)를 포함한다. 유압 시스템(400)은 유압 유체 흐름 합류점(250)과 유사한 유압 유체 흐름 합류점(550)과 릴리프밸브(234)와 유사한 릴리프밸브(534)를 더 포함한다. 유압 시스템(400)은 유체 통로(150)와 유사한 유체 통로(450)를 더 포함한다. 유체 통로(450)는 비슷하게, 제1라인(146)과 유사한 제1라인(446)과, 제2라인(148)과 유사한 제2라인(448)을 포함한다. 본 문맥에서, 유사한 용어는 유압 시스템(400) 내에서 유사한 부품과 유사한 기능을 나타낸다. 유체 흐름 제어 장치(508)와 유체 흐름 제어 장치(514)는 도 13에서 체크밸브로서 도시되어 있다.
본 발명의 원리들에 따라, 유압 시스템(600)은 유압 시스템(100)의 서브세트로서 파생될 수 있다. 특히, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 유압 시스템(600)은 유압펌프(110)와 유사한 유압펌프(610)을 포함한다. 유압펌프(610)는 유입구(112)와 유출구(114)와 각각 유사한 유입구(612)와 유출구(614)를 포함한다. 유압 시스템(600)은 유압 실린더(130)와 유사한 유압 실린더(630)를 포함한다. 유압 실린더(630)는 제1포트(132)와 유사한 제1포트(632)와 제2포트(134)와 유사한 제2포트(634)를 포함한다. 유압 시스템(600)은 유압 어큐뮤레이터(120)아 유사한 유압 어큐뮤레이터(620)를 더 포함한다. 유압 어큐뮤레이터(620)는 유입/유출구(122)와 유사한 유입/유출구(622)를 포함한다. 유압 시스템(6000은 탱크(190)와 유사한 탱크(690)를 포함한다. 탱크(690)는 유입/유출구(192)와 유사한 유입/유출구(692)를 포함한다. 유압 시스템(600)은 유제흐름 제어 장치(208)와 유사한 유제흐름 제어 장치(708)와, 유제흐름 제어 장치(222)와 유사한 유제흐름 제어 장치(722)와, 유제흐름 제어 장치(224)와 유사한 유제흐름 제어 장치(724)와, 그리고 유제흐름 제어 장치(226)과 유사한 유제흐름 제어 장치(726)를 포함한다. 유압 시스템(600)은 유체 통로(150)와 유사한 유체 통로(650)를 더 포함한다. 유체 통로(650)는 제1라인(146)과 유사한 제1라인(6460과, 제2라인(148)과 유사한 제2라인(648)을 포함한다. 본 문맥에서, 유사한 용어는 유압 시스템(600) 내 유사한 부품과 유사한 기능을 나타낸다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제어기(270)는 유압 시스템(100)을 제어하여, 이로써 유압 시스템(100)의 다양한 모드들 간을 스위칭한다. 흐름도(900)는 단계들의 그룹(902)을 포함한다. 단계들의 그룹(902)은 유압 시스템(100)을 제어할 때 제어기(270)의 정상 동작을 나타낸다. 단계들의 그룹(902)은 운영자에 오퍼레이터 인터페이스(272)에서부터 개시할 수 있다. 다른 동작들은 서비스 동작, 진단 동작, 교정 등을 포함할 수 있다. 제어기(270)가 정상 동작 하에서 유압 시스템(100)을 제어하면, 제어흐름은 예컨대 단계(904)에서, 예컨대 휠 로더(800, 800')의 시동시에 시작할 수 있다. 시동시에, 제어기(270)는 유압 시스템(100)을 비활성 상태(906)에 놓는다. 흐름선(908)로 나타낸 바와 같이, 제어기(270)는 외부 입력스위치(910)의 상태를 주기적으로 체크한다. 외부 입력스위치(910)는 운영자에 의해 동작 위치(on position) 또는 부동작 위치(off positon)에 설정된다. 만일 외부 입력스위치(910)가 부동작 위치에 설정된다면, 유압 시스템(100)의 상태는 흐름선(920)으로 나타낸 바와 같이 비활성 상태로 리턴한다. 외부 입력스위치(910)가 동작 위치로 전환되면, 유압 시스템(100)의 상태는 흐름선(914)으로 나타낸 바와 같이 활성 상태(916)로 전환된다. 활성 상태(916)는 모드(108)에서 동작하는 유압 시스템(100)을 포함할 수 있다.
제어기(270)는 수동 상승 명령(passive lift command)(918)와 재생명령(regeneration command)(940)를 주기적으로 체크한다. 만일 수동 상승 명령(918)이 예이면, 제어기(270)는 흐름선(922)로 표시한 바와 같이 어큐뮤레이터 압력을 판독한다. 만일 수동 상승 명령(918)이 아니오이면, 제어기(270)는 흐름선(920)으로 나타낸 바와 같이 재생명령(940)의 상태를 체크한다. 만일 어큐뮤레이터 압력기 헤드단(142) 내 압력보다 크다면, 흐름선(926)으로 나타낸 바와 같이 모드(106)이 수행된다. 만일 어큐뮤레이터 압력이 헤드단(142) 내 압력보다 낮다면, 흐름선(928)로 나타낸 바와 같이 모드(104) 및/또는 모드(104m)이 구현된다. 박스(930)으로 표시한 바와 같이, 모드(106)와, 모드(104)와, 모드(104m)와, 에너지 포획모드(102)와, 모드(102s)들은 특별한 모드 그룹이다. 제어흐름이 특별한 모드 그룹에 도달하면, 제어기(270)는 흐름선(932)로 나타낸 바와 같이 어큐뮤레이터 압력을 주기적으로 체그하고 제어를 단계(934)로 이동시킨다. 단계(934)에서, 만일 어큐뮤레이터 압력이 설정 포인트보다 낮다면 흐름선(938)로 나타낸 바와 같이, 제어기(270)는 박스(930) 내 현재 모드를 재개한다. 단계(934)에서, 어큐뮤레이터 압력이 설정 포인트와 동일하거나 또는 커지면 제어기(270)는 제어흐름을 단계들의 그룹(902)로 이전한다.
제어흐름이 단계들의 그룹(902)에 있으면, 제어기(270)는 수동 상승 명령(918)과 재생명령(940)을 주기적으로 체크한다. 수동 상승 명령(918)이 노이면, 재생명령(940)이 체크된다. 만일 재생명령(940)이 예이면, 제어기(270)는 흐름선(942)으로 나타낸 바와 같이 어큐뮤레이터 압력을 체크한다. 만일 재생명령(940)이 아니오면, 제어기(270)는 흐름선(944)로 나타낸 바와 같이 제어흐름을 단계들의 그룹(902)로 통과시킨다. 어큐뮤레이터 압력이 단계(946)에서 체크되면, 제어기(270)는 제어흐름을 박스(930)으로 이전하고 그리고 흐름선(948)로 나타낸 바와 같이, 유압 시스템(100)을 에너지 포획모드(102) 및/또는 모드(102s)에 놓는다. 만일 어큐뮤레이터 압력이 헤드단(142)에서의 압력보다 큰 것으로 판명되면, 제어기(270)는 흐름선(950)으로 나타낸 바와 같이 제어흐름을 단계들의 그룹(902)으로 리턴한다.
제어기(270)는 유압 시스템(100)의 효율을 극대화하거나 또는 개선하기 위하여 유압 시스템(100)을 모드들 간에 전환할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 기계적 및/또는 전기적 하드웨어가 유압 시스템(100)의 효율을 극대화하거나 또는 개선하기 위하여 유압 시스템(1000을 모드들 간에 자동적으로 전환할 수 있다. 예컨대, 모드(102p)는, 유압 어큐뮤레이터(120)가 저충전 상태에 있으면, 유압 실린더(130)가 유압 어큐뮤레이터(120)를 보다 효율적으로 충전시키게 할 수 있고, 그리고 유압 어큐뮤레이터(120)가 고충전 또는 초고충전 상태에 있으면 유압 어큐뮤레이터(120)를 충전하기 위해 모드(102)가 유압 실린더(130)에 필요할 수 있다. 또한 유압 시스템(100)의 다양한 모드들은, 유압 어큐뮤레이터(120)가 저충전 상태에 있으면 유압 실린더(130)가 유압 어큐뮤레이터(120)를 방출시킬 수 있고, 또한 유압 어큐뮤레이터(120)가 고충전 또는 초고충전 상태에 있으면 유압 실린더(130)가 유압 어큐뮤레이터(120)를 방출시킬 때 다른 모드들이 보다 효율적일 수 있다. 유압 실린더(130)에 의한 유압 어큐뮤레이터(120)의 충전과 방출은 유압 시스템(100)의 효율 및/또는 성능을 증가시키도록 할 수 있다.
본 발명의 다양한 수정과 대안들이 본 발명의 범위와 사상을 이탈하는 일이 없이 당업자들에게 자명하게 될 것이고, 또한 본 발명의 범위는 여기에서 주어진 설시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다.

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  24. 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    어큐뮤레이터와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되는 제1흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름을 개방하는 단계로서, 제1유압 실린더가 작업 기계 장치의 제1부품에 연결되는, 개방하는 단계와;
    작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤과 로드를 이동시킴으로써 헤더챔버를 압축하고, 이로써 유압 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계와;
    제2유압 실린더와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 연결된 제2흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름을 개방함으로써 상기 제2유압 실린더를 동시에 작동시키는 단계로서, 제2유압 실린더가 작업 기계 장치의 제2부품에 연결되고, 제1유압 실린더로부터 분리해서 이동 가능한, 작동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1유압 실린더는 로드 챔버를 더 포함하고 제2유체 흐름 제어 장치는 헤드 챔버를 로드 챔버에 유동가능하게 연결하고 이로써 제1유압 실린더 내에서 생성되어 어큐뮤레이터를 충전하는데 사용되는 유압을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량에 작용하는 중력에 의해 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량을 감속시킴으로써 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와, 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 작업 기계 장치의 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 작업 기계 장치는 휠 로더이고 또한 제1유압 실린더는 작업 부착 기구의 붐인 제1부품에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 휠 로더의 붐 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 방법.
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  45. 제28항에 있어서,
    제2유압 실린더는 작업 부착 기구의 버킷 링키지인 제2부품에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제24항에 있어서,
    제3흐름 제어 장치를 통해 유압 유체 흐름을 개방함으로써 작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤 및 로드를 이동시키고, 상기 제2유압 실린더를 동시에 작동시킴으로써 헤드 챔버를 가압하는 단계는 제2유압 실린더를 연장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 이동 작업 기계 장치의 작업 부착 기구를 작동시키기 위한 유압 시스템에 있어서, 유압 시스템은:
    작업 부착 기구를 작동시키도록 구성되는 제1유압 실린더를 포함하되, 상기 제1유압 실린더는 로드에 연결된 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에 위치하고, 그리고 상기 로드는 로드 챔버를 통해 연장하며;
    어큐뮤레이터와;
    상기 어큐뮤레이터와 상기 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되고, 어큐뮤레이터 유체 흐름을 전달하는 제1흐름 제어 장치와; 그리고
    제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되고, 유체 흐름을 헤드로부터 로드 챔버로 전달하는 제2흐름 제어 장치를 포함하고;
    작업 부착 기구가 제1유압 실린더를 압축하고 또한 제1흐름 제어 장치가 개방되면 제1유압 실린더의 헤드 챔버로부터의 어큐뮤레이터 유체 흐름은 어큐뮤레이터를 충전하고;
    어큐뮤레이터 유체 흐름의 유압은 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에서 제2흐름 제어 장치를 개방함으로써 증폭되며;
    어큐뮤레이터 유압 유체의 유압이 증폭되어, 어큐뮤레이터를 충전할 때, 헤드 챔버의 총 헤드 챔버 유체 흐름은 어큐뮤레이터 유체 흐름과 헤드로부터 로드 챔버로의 유체 흐름의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  48. 이동 작업 기계 장치의 작업 부착 기구를 작동시키기 위한 유압 시스템에서 사용하는 방법으로서, 상기 방법은:
    유압 시스템을 제공하는 단계로서, 유압 시스템은:
    작업 부착 기구를 작동시키도록 구성되는 제1유압 실린더를 포함하되, 상기 제1유압 실린더는 로드에 연결된 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에 위치하고, 그리고 상기 로드는 로드 챔버를 통해 연장하며;
    어큐뮤레이터와;
    상기 어큐뮤레이터와 상기 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되고, 어큐뮤레이터 유체 흐름을 전달하는 제1흐름 제어 장치와; 그리고
    제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되고, 유체 흐름을 헤드로부터 로드 챔버로 전달하는 제2흐름 제어 장치를 포함하고;
    헤드 챔버의 총 헤드 챔버 유체 흐름은 어큐뮤레이터 유체 흐름과 헤드로부터 로드 챔버로의 유체 흐름의 합과 동일한, 제공하는 단계와;
    작업 부착 기구가 제1유압 실린더를 압축하고 또한 제1흐름 제어 장치가 개방되면 제1유압 실린더의 헤드 챔버로부터의 어큐뮤레이터 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계와;
    어큐뮤레이터 유체 흐름의 유압이 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 로드 챔버 사이에서 제2흐름 제어 장치를 개방함으로써 증폭되는 단계와;
    제1흐름 제어 장치를 개방하는 단계와;
    작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤과 로드를 이동시킴으로써 헤드챔버를 압축하고, 이로써 어큐뮤레이터 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제51항에 있어서,
    제2흐름 제어 장치로 제1유압 실린더의 로드 챔버를 헤드 챔버에 유동가능하게 연결함으로써 유압을 증폭하고, 증폭된 유압으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제51항에 있어서,
    어큐뮤레이터를 방출함으로써 어큐뮤레이터의 충전에 의해 포획된 에너지를 재사용하여 작업 부착 기구를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제51항에 있어서,
    제2유압 실린더와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 간에 연결된 제3흐름 제어 장치를 통해 어큐뮤레이터 유체 흐름을 개방함으로써 상기 제2유압 실린더를 동시에 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량에 작용하는 중력에 의해 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제51항에 있어서,
    상기 피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량을 감속시킴으로써 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제50항에 있어서,
    이동 작업 기계 장치는 휠 로더이고 또한 제1유압 실린더는 작업 부착 기구의 붐에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  55. 제57항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와, 그리고 제1흐름 제어 장치는 휠 로더의 서스 펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  56. 제57항에 있어서,
    작업 기구의 버킷 실린더와 그리고 버킷 실린더와 제1유압 실린더의 헤드챔버 사이에 연결되는 제3흐름 제어 장치를 더 포함하고, 제1유압 실린더와 버킷 실린더의 동시 이동은 제1유압 실린더를 압축하는 작업 부착 기구로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  57. 제50항에 있어서,
    헤드 챔버의 유체 변위율은, 피스톤이 이동할 때, 로드 챔버의 유체 변위율보다 큰 1.1 내지 3배 값 사이인 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  58. 제50항에 있어서,
    펌프를 더 포함하고;
    다수의 밸브들을 포함하는 밸브세트를 더 포함하고, 상기 밸브세트는 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 펌프 사이에 유동가능하게 연결되고 또한 제1유압 실린더의 로드 챔버와 펌프 사이에 유동가능하게 연결되며, 밸브세트는 제1유압 실린더를 연장시키기 위해 펌프에서 헤드 챔버로 유체 흐름이 향하도록 하게 이루어지고 또한 밸브세트는 제1유압 실린더를 수축시키기 위해 펌프에서 로드 챔버로 유체 흐름을 향하도록 하게 이루어지며;
    제1유압 실린더의 헤드 챔버와 유압 어큐뮤레이터 사이에 유동가능하게 연결되는 유체 통로를 더 포함하고, 상기 유체 통로는 밸브세트의 다수의 밸브들 중 어느 것도 통과하지 않고, 유체 통로는 유체 통로의 제1유체 라인에 의해 제1유압 실린더의 헤드 챔버에 연결되고 또한 유체 통로의 제2유체 라인에 의해 유압 어큐뮤레이터에 연결되는 제1흐름 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  59. 제61항에 있어서,
    탱크를 더 포함하고,
    상기 밸브세트는 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 탱크 사이에서 유동가능하게 연결되고 또한 제1유압 실린더의 로드 챔버와 탱크 사이에 유동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  60. 제50항에 있어서,
    유압 시스템은 작업 부착 기구로부터 에너지를 포획하여 에너지를 어큐뮤레이터에 저장하도록 이루어지고, 또한 유압 시스템은 제1유압 실린더의 로드로 작업 기구를 작동시킴으로써 에너지를 재사용하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  61. 제50항에 있어서,
    유압 시스템은 제1유압 실린더의 로드로 작업 부착 기구를 상승시킴으로써 작업 부착 기구를 작동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  62. 이동 작업 기계 장치에 연결되는 작업 기구에 서스펜션을 제공하기 위한 유압 서스펜션 시스템에 있어서, 상기 유압 서스펜션 시스템은:
    제1유압 실린더의 헤드 챔버에 유동가능하게 연결되는 제1포트와, 제1유압실린더의 로드 챔버에 유동가능하게 연결되는 제2포트와, 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 제1유압 실린더의 로드 챔버 사이에 위치하는 피스톤과, 로드 챔버를 통해 로드의 제1단부와 로드의 제2단부 사이에 연장하는 로드를 포함하는 상기 제1유압실린더를 포함하고, 상기 로드의 제1단부는 피스톤에 연결되고 또한 로드의 제2단부는 작업 기구의 부하에 연결되며;
    펌프를 포함하고;
    다수의 밸브들을 포함하는 밸브세트를 포함하고, 밸브세트는 제1유압 실린더의 제1포트와 펌프 사이에 유동가능하게 연결되고 또한 제1유압 실린더의 제2포트와 펌프 사이에 유동가능하게 연결되고, 밸브세트는 제1유압 실린더를 연장시키기 위하여 펌프에서 제1포트로 유체 흐름을 향하게 하도록 이루어지고 또한 밸브세트는 제1유압 실린더를 수축하기 위하여 펌프에서 제2포트로 유체 흐름을 향하게 하도록 이루어지고;
    유입/유출포트를 포함하는 유압 어큐뮤레이터를 포함하고; 그리고
    제1유압 실린더의 제1포트와 유압 어큐뮤레이터의 유입/유출포트 사이에 유동가능하게 연결되는 유체 통로를 포함하고, 상기 유체 통로는 밸브세트의 다수의 밸브들 중 어느 것도 통과하지 않고, 유체 통로는 유체 통로의 제1유체 라인에 의해 제1유압 실린더의 제1포트에 유동가능하게 연결되고 또한 유체 통로의 제2유체 라인에 의해 유압 어큐뮤레이터의 유입/유출포트에 유동가능하게 연결되는 제1흐름 제어 밸브를 포함하고;
    상기 유압 서스펜션 시스템은 작업 기구의 부하로부터 에너지를 포획하여 에너지를 유압 어큐뮤레이터에 저장하도록 이루어지고;
    유압 서스펜션 시스템은 제1유압 실린더의 로드로 작업 기구를 작동시킴으로써 에너지를 재사용하도록 이루어지며;
    헤드 챔버의 유체 변위율은, 피스톤이 이동할 때, 로드 챔버의 유체 변위율보다 큰 1.1 내지 3배 값 사이이고, 유압 서스펜션 시스템은 제1유압 실린더의 제1 및 제2포트를 유동가능하게 연결하도록 이루어지고, 이에 의해 작업 기구의 부하 아래서 제1유압 실린더에 의해 생성된 유압을 증폭하고, 유압 서스펜션 시스템은 증폭된 유압으로 유압 어큐뮤레이터를 충전하도록 이루어지며;
    헤드 챔버의 유체 변위율은, 작업 기구의 부하 아래서 제1유압 실린더에 의해 생성된 유압이 증폭될 때, 유압 어큐뮤레이터의 유체 변위율 및 로드 챔버의 유체 변위율의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  63. 제65항에 있어서,
    탱크를 더 포함하고,
    상기 밸브세트는 제1유압 실린더의 제1포트와 탱크 사이에 유동가능하게 연결되고 또한 제1유압 실린더의 제2포트와 탱크 사이에 유동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  64. 제65항에 있어서,
    상기 유압 서스펜션 시스템은 제1유압 실린더의 로드로 작업 기구를 상승시킴으로써 작업 기구를 작동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  65. 제65항에 있어서,
    밸브세트의 제1흐름 제어 장치와, 제2흐름 제어 장치와, 밸브세트의 제2흐름 제어 밸브와, 유압 합류점과, 그리고 제1포트와 제2포트를 포함하는 제2유압 실린더를 더 포함하고, 상기 제1흐름 제어 장치는 제1유압 실린더의 제2포트와 유압 합류점 사이에 유동가능하게 연결되고, 제2흐름 제어 장치는 제2유압 실린더의 제1포트와 유압 합류점 사이에 유동가능하게 연결되고, 상기 제2흐름 제어 밸브는 제1유압 실린더의 제1포트와 유압 합류점 사이에 유동가능하게 연결되고, 그리고 유압 서스펜션 시스템은 작업 기구의 부하로부터의 에너지를 제2유압 실린더의 작동에너지로 변환시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  66. 제68항에 있어서,
    제1유압 실린더는 작업 기구의 붐 실린더이고 또한 제2유압 실린더는 작업 기구의 버킷 실린더이며, 작업 기구의 부하로부터의 에너지를 작동에너지로의 변환이 붐 실린더와 버킷 실린더의 동시 이동을 일으키는 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  67. 제68항에 있어서,
    제1흐름 제어 장치와 제2흐름 제어 장치는 각각 체크 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  68. 제65항에 있어서,
    이동 작업 기계 장치는 휠 로더인 것을 특징으로 하는 유압 서스펜션 시스템.
  69. 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    어큐뮤레이터와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되는 제1흐름 제어 장치를 통한 어큐뮤레이터 유체 흐름을 개방하는 단계와;
    작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤과 로드를 이동시킴으로써 헤더챔버를 압축하고, 이로써 어큐뮤레이터 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계와;
    제2흐름 제어 장치로 제1유압 실린더의 로드 챔버를 헤드 챔버에 유동가능하게 연결함으로써 제1유압 실린더 내에서 생성되어 어큐뮤레이터를 충전하는데 사용되는 유압을 증폭시키는 단계와;
    제1유압 실린더의 헤드 챔버로부터 로드 챔버로의 헤드로부터 로드로의 챔버 유체 흐름을 전달하는 단계를 포함하고;
    헤드 챔버의 총 헤드 챔버 유체 흐름은, 어큐뮤레이터 유체 흐름의 유압이 증폭되어 어큐뮤레이터를 충전할 때, 어큐뮤레이터 유체 흐름과 헤드로부터 로드 챔버로의 유체 흐름의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법.
  70. 제72항에 있어서,
    피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량에 작용하는 중력에 의해 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법 .
  71. 제72항에 있어서,
    피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량을 감속함으로써 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법 .
  72. 제72항에 있어서,
    제1유압실린더와, 어큐뮤레이터와 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 작업 기계 장치의 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법.
  73. 제72항에 있어서,
    작업 기계 장치는 휠 로더이고 또한 제1유압 실린더는 작업 부착 기구의 붐에 연결되는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법 .
  74. 제76항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 휠 로더의 붐 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법 .
  75. 제72항에 있어서,
    제2유압 실린더와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 연결된 제2흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름을 개방함으로써 상기 제2유압 실린더를 동시에 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법.
  76. 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    어큐뮤레이터와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되는 제1흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름을 개방하는 단계를 포함하고;
    작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤과 로드를 이동시킴으로써 헤드 챔버를 압축하고 또한 이로써 제1흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계를 더 포함하고, 상기 유압 유체 흐름은 제1유압 실린더의 헤드 챔버로부터의 헤드 챔버 유압 유체 흐름에 실질적으로 동일하고;
    제2흐름 제어 장치를 통한 로드 챔버 유압 유체 흐름으로 헤드 챔버를 개방하는 단계를 더 포함하고, 제2흐름 제어 장치는 제1유압 실린더의 헤드 챔버와 제1유압 실린더의 로드 챔버 사이에 유동가능하게 연결되며; 그리고
    작업 부착 기구로 제1유압 실린더의 피스톤과 로드를 이동시킴으로써 헤드챔버를 압축하고 또한 이로써 제1흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름으로 어큐뮤레이터를 충전하는 단계를 더 포함하고, 유압 유체 흐름은, 헤드 챔버 유압 유체 흐름에, 제2흐름 제어 장치를 통한 로드 챔버에 대한 헤드 챔버 유압 유체 흐름을 뺀 것과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법.
  77. 제79항에 있어서,
    피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량에 작용하는 중력에 의해 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  78. 제79항에 있어서,
    피스톤과 로드의 이동은 작업 부착 기구의 질량을 감속시킴으로써 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  79. 제79항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 작업 기계 장치의 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 방법.
  80. 제79항에 있어서,
    작업 기계 장치는 휠 로더이고 또한 제1유압 실린더는 작업 부착 기구의 붐에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  81. 제83항에 있어서,
    제1유압 실린더와, 어큐뮤레이터와 그리고 제1유체 흐름 제어 장치는 휠 로더의 붐 서스펜션 시스템에 속하는 것을 특징으로 하는 방법.
  82. 제79항에 있어서,
    제2유압 실린더와 제1유압 실린더의 헤드 챔버 사이에 연결된 제3흐름 제어 장치를 통한 유압 유체 흐름을 개방함으로써 상기 제2유압 실린더를 동시에 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  83. 제50항에 있어서,
    제2흐름 제어 밸브가 개방될 때, 제2흐름 제어 장치는 제1밸브 및 제2밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  84. 제72항에 있어서,
    제2흐름 제어 장치는 제1밸브 및 제2밸브를 포함하고, 제2흐름 제어 장치로 제1유압 실린더의 로드 챔버를 헤드 챔버에 유동가능하게 연결하는 단계는, 제1밸브 및 제2밸브를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계 장치의 작업 부착 기구의 에너지를 재사용하기 위한 방법.
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