KR102185198B1 - 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법 - Google Patents

유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일정한 압력을 유지하도록 공압을 유지한 상태에서 유압공급 방향을 전환함으로써, 반복하여 진퇴하도록 한 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리는, 실린더(51)의 전단과 후단에 각각 유압유가 출납하는 실린더(51)와 상기 실린더(51)의 내부에 슬라이딩 가능하게 피스톤(52)이 설치되는 유압식 액츄에이터(50)를 포함하는 액츄에이터 어셈블리에 있어서, 공압이 생성되도록 공기를 압축시키는 공기압축기(11)와, 상기 공기압축기(11)로부터 발생된 공압이 충전되는 메인축압기(15)와, 상기 메인축압기(15)의 하류에 각각 병렬로 설치되며, 상기 메인축압기(15)로부터 공압이 작동하면, 가압된 유압유를 배출하는 제1구동축압기(21) 및 제2구동축압기(23)를 포함하고, 상기 제1구동축압기(21)는 상기 실린더(51)의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하고, 상기 제2구동축압기(23)는 상기 실린더(51)의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하며, 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)는 교번하여 작동하는 것을 특징으로 한다.

Description

유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법{ACTUATOR ASSEMBLY OPERATED BY AIR PRESSURE AND OIL PRESSURE AND CONTROL METHOD FOR THE ACTUATOR ASSEMBLY}
본 발명은 운동체로부터 운동체에 적재된 무장을 발사시키는데 사용되는 액츄에이터 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정한 압력을 유지하도록 공압을 유지한 상태에서 유압공급 방향을 전환함으로써, 반복하여 진퇴하도록 한 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법에 관한 것이다.
잠수함, 항공기와 같은 운동체에는 각종 무장이 탑재되고, 이는 필요시 발사된다. 상기 무장은 액츄에이터 등을 통하여 상기 운동체로부터 발사된다.
이때, 상기 액츄에이터는 도 1과 같이 구성될 수 있다. 유압을 발생시키는 HPU(Hydraulic Power Unit, 111)와, 상기 HPU에서 발생한 유압이 충전되는 축압기(121)와, 상기 축압기(121)로부터 공급된 유압에 의해 작동하는 액츄에이터(150)를 구비한다.
상기 HPU(111)와 상기 축압기(121)는 유압충전라인(141)으로 연결되고, 상기 축압기(121)와 상기 액츄에이터(150)의 전단은 유압공급라인(144)으로 연결되며, 상기 액츄에이터(150)의 후단과 상기 HPU(111)는 유압리턴라인(145)으로 연결된다. 상기 유압공급라인(144)은 제1밸브(131)와 제2밸브(132)가 설치되는데, 상기 제1밸브(131)는 상기 축압기(121)에 인접하게 설치되고, 상기 제2밸브(132)는 상기 액츄에이터(150)의 전단에 인접하게 설치된다. 상기 유압리턴라인(145)은 제3밸브(133)와 제4밸브(134)가 설치된다. 상기 제3밸브(133)는 상기 액츄에이터(150)에 인접하게 설치되고, 상기 제4밸브(134)는 상기 HPU(111)에 인접하게 설치된다. 상기 유압공급라인(144)과 상기 유압리턴라인(145)은 유압스위치라인(146)으로 연결된다. 상기 유압스위치라인(146)은 상기 제1밸브(131)와 상기 제2밸브(132) 사이에서 상기 유압공급라인(144)과 연결되고, 상기 제3밸브(133)와 상기 제4밸브(134) 사이에서 상기 유압리턴라인(145)과 연결되며, 상기 유압스위치라인(146)의 중간에는 제5밸브(135)가 설치된다.
한편, 상기 HPU(111)는 릴리프밸브(113)가 설치되는 릴리프라인(147)과 연결되어, 상기 유압충전라인(141)의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지한다.
이러한 종래기술에 따른 액츄에이터 어셈블리는 상기 HPU(111)로 전원이 인가되면, 상기 HPU(111)로부터 가압된 오일은 상기 유압충전라인(141)을 통하여 상기 축압기(121)에 충전된다(도 2a 참조).
상기 축압기(121)가 정해진 압력으로 충전되면, 상기 제1밸브(131)와 상기 제2밸브(132)를 개방시켜, 상기 유압공급라인(144)을 통하여 상기 액츄에이터(150)의 전단으로 유압유를 공급한다(도 2b 참조). 이후, 상기 제3밸브(133)와 상기 제4밸브(134)를 개방시키면, 상기 유압리턴라인(145)을 통하여 유압유는 오일탱크로 리턴되고, 상기 액츄에이터(150) 내에서 피스톤(152)은 후진한다(도 2c 참조).
이후, 상기 제1밸브(131)와 상기 제4밸브(134)는 폐쇄하고, 상기 제2밸브(132), 상기 제3밸브(133) 및 상기 제5밸브(135)를 개방시키면, 상기 유압스위치라인(146)를 통하여 유압유가 유동할 수 있는 상태가 된다. 상기 유압스위치라인(146)이 개방되면, 상기 실린더(151)의 내부에서 상기 피스톤(152)이 전진한다(도 2d 참조). 상기 유압스위치라인(146)이 개방되어, 상기 액츄에이터(150)의 전단과 후단이 연통되면, 상기 액츄에이터(150)의 전단과 후단의 압력이 서로 같아진다. 이때, 상기 피스톤(152)의 전면과 후면에 작용하는 압력은 같지만, 상기 후면의 면적이 더 넓으므로, 상기 후면에 작용하는 힘이 전면에 작용하는 힘 보다 커져 상기 피스톤(152)은 전진하고, 이를 이용하여 상기 피스톤(152)을 복귀시킨다.
이와 같은 상기 피스톤(152)의 전진과 후진을 이용하여 무장을 발사시킬 수 있다.
한편, 이러한 종래기술에 따른 액츄에이터 어셈블리는 상기 액츄에이터(150)를 작동시킬때마다, 상기 축압기(121)를 충전시켜야 하고, 상기 액츄에이터(150)를 연속적으로 작동시켜야 하는 경우(예컨대 왕복운동), 상기 축압기(121)의 용량을 키우거나, 상기 축압기(121)를 여러 개를 설치해야 한다. 또한, 상기 축압기(121)의 재충전을 위하여, 상기 HPU(111)의 구성이 필수적인데, 이는 비용의 상승, 진동 및 소음을 유발시키는 요인이 된다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '유압구동기를 이용한 유압제어장치'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2013-0040553 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 오일을 직접 가압하지 않고, 공압을 발생시켜 유압식 액츄에이터의 작동을 제어하면서, 액츄에이터 작동후 회수되는 유압을 다시 다음 작동에 이용할 수 있도록 한 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리는, 실린더의 전단과 후단에 각각 유압유가 출납하는 실린더와 상기 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 피스톤이 설치되는 유압식 액츄에이터를 포함하는 액츄에이터 어셈블리에 있어서, 공압이 생성되도록 공기를 압축시키는 공기압축기와, 상기 공기압축기로부터 발생된 공압이 충전되는 메인축압기와, 상기 메인축압기의 하류에 각각 병렬로 설치되며, 상기 메인축압기로부터 공압이 작동하면, 가압된 유압유를 배출하는 제1구동축압기 및 제2구동축압기를 포함하고, 상기 제1구동축압기는 상기 실린더의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하고, 상기 제2구동축압기는 상기 실린더의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하며, 상기 제1구동축압기와 상기 제2구동축압기는 교번하여 작동하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기압축기와 상기 메인축압기 사이에는 공기의 흐름을 단속하는 제1밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기압축기와 상기 제1밸브 사이에는 릴리프밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인축압기와 상기 제1구동축압기 사이에는 상기 메인축압기로부터 배출된 공압이 상기 제1구동축압기로 작용하는 것을 단속하는 제2밸브가 구비되고, 상기 메인축압기와 상기 제2구동축압기 사이에는 상기 메인축압기로부터 배출된 공압이 상기 제2구동축압기로 작용하는 것을 단속하는 제3밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1구동축압기와 상기 실린더의 전단은 상기 제1구동축압기로부터 상기 실린더의 전단으로 가압된 유압유를 공급하는 제1유압공급라인으로 연결되고, 상기 제2구동축압기와 상기 실린더의 후단은 상기 제2구동축압기로부터 상기 실린더의 후단으로 가압된 유압유를 공급하는 제2유압공급라인으로 연결되며, 상기 제1유압공급라인과 상기 제2유압공급라인을 서로 교차하여 연결하는 제1유압스위치라인 및 제2유압스위치라인이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2유압스위치라인의 일단은 상기 제2유압공급라인으로부터 상기 제1유압스위치라인이 분기되는 지점과 상기 제2구동축압기 사이에 연결되고, 상기 제2유압스위치라인의 타단은 상기 제1유압공급라인으로부터 상기 제1유압스위치라인이 분기되는 지점과 상기 실린더의 전단 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인와 연결되는 부위와 상기 제2유압스위치라인이 연결되는 부위 사이에는 상기 제1구동축압기로부터 상기 실린더의 전단으로 상기 제1구동축압기의 유압유가 공급되는 것을 단속하는 제4밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1유압스위치라인에는 상기 실린더의 후단으로부터 상기 실린더의 전단으로 유압유가 유동하는 것을 단속하는 제7밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인와 연결되는 부위와 상기 제2유압스위치라인이 연결되는 부위 사이에는 상기 제2구동축압기로부터 상기 실린더의 후단으로 상기 제2구동축압기의 유압유가 공급되는 것을 단속하는 제5밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2유압스위치라인에는 상기 실린더의 전단으로부터 상기 실린더의 후단으로 유압유가 유동하는 것을 단속하는 제8밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인과 연결되는 부위와 상기 실린더의 후단 사이에는 상기 실린더의 후단으로부터 배출되는 유압유의 유동을 개폐하는 제6밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2밸브와 상기 제1구동축압기 사이에는 제1배기라인이 형성되고, 상기 제1배기라인의 단부에는 제1소음기가 설치되고, 상기 제3밸브와 상기 제2구동축압기 사이에는 제2배기라인이 형성되고, 상기 제2배기라인의 단부에는 제2소음기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1배기라인에는 상기 제1구동축압기로부터 배기되는 것을 단속하는 제9밸브와, 상기 제2배기라인에는 상기 제2구동축압기로부터 배기되는 것을 단속하는 제10밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법은, 공기압축기에서 압축된 공기를 메인축압기에 충전하는 공압생성단계와, 상기 메인축압기의 공압으로 제1구동축압기를 작동시켜 피스톤을 후퇴시키는 제1작동준비단계와, 상기 메인축압기의 공압이 상기 제1구동축압기에 작용하는 상태에서 실린더의 후단과 상기 실린더의 전단을 연통시켜 상기 피스톤을 전진시키는 제1작동단계와, 상기 메인축압기의 공압으로 제2구동축압기를 작동시켜 피스톤을 후퇴시키는 제2작동준비단계와, 상기 메인축압기의 공압이 상기 제2구동축압기에 작용하는 상태에서 상기 실린더의 후단과 상기 실린더의 전단을 연통시켜 상기 피스톤을 전진시키는 제2작동단계를 포함한다.
상기 제2작동단계이후에는 상기 제1작동준비단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1작동준비단계는, 상기 메인축압기와 상기 제1구동축압기를 연통시켜, 상기 메인축압기에 저장된 압축된 공기를 상기 제1구동축압기로 공급하는 제1공압공급단계와, 상기 제1구동축압기와 상기 실린더의 전단을 연통시켜, 상기 제1구동축압기의 유압유를 상기 실린더의 전단으로 공급하는 제1유압공급단계와, 상기 실린더의 후단과 상기 제2구동축압기을 연통시켜, 상기 실린더 내부의 유압유를 상기 제2구동축압기로 배출하는 제1유압배출단계와, 상기 제2구동축압기의 공기를 외부로 배기하는 제1배기단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2작동준비단계는, 상기 메인축압기와 상기 제2구동축압기를 연통시켜, 상기 메인축압기에 저장된 압축된 공기를 상기 제2구동축압기로 공급하는 제2공압공급단계와, 상기 제2구동축압기와 상기 실린더의 전단을 연통시켜, 상기 제2구동축압기의 유압유를 상기 실린더의 전단으로 공급하는 제2유압공급단계와, 상기 실린더의 후단과 상기 제1구동축압기을 연통시켜, 상기 실린더 내부의 유압유를 상기 제1구동축압기로 배출하는 제2유압배출단계와, 상기 제1구동축압기의 공기를 외부로 배기하는 제2배기단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법에 따르면, 고압의 HPU없이 공압을 발생시켜 공압으로 유압 액츄에이터의 작동을 제어함으로써, HPU의 설치에 필요한 공간이 줄어들고, HPU의 작동에 따른 소음, 진동을 감소시킬 수 있다.
또한, 액츄에이터를 연속적으로 작동시키더라도, 상기 액츄에이터의 전진과 후진을 담당하는 축압기를 하나만 설치하므로, 그 이상의 축압기를 설치하지 않아도 된다.
뿐만 아니라, 축압기로부터 회수되는 유압은 다시 액츄에이터의 작동에 사용될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 액츄에이터 어셈블리를 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2d는 종래기술에 따른 액츄에이터 어셈블리의 작동을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리를 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 작동을 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리 및 그 제어방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리는, 실린더(51)의 전단과 후단에 각각 유압유가 출납하는 실린더(51)와 상기 실린더(51)의 내부에 슬라이딩 가능하게 피스톤(52)이 설치되는 유압식 액츄에이터(50)를 포함하는 액츄에이터 어셈블리에서, 공압이 생성되도록 공기를 압축시키는 공기압축기(11)와, 상기 공기압축기(11)로부터 발생된 공압이 충전되는 메인축압기(15)와, 상기 메인축압기(15)의 하류에 각각 병렬로 설치되며, 상기 메인축압기(15)로부터 공압이 작동하면, 가압된 유압유를 배출하는 제1구동축압기(21) 및 제2구동축압기(23)를 포함하고, 상기 제1구동축압기(21)는 상기 실린더(51)의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하고, 상기 제2구동축압기(23)는 상기 실린더(51)의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하며, 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)는 교번하여 작동하도록 한다.
공기압축기(11)는 전원이 인가되면, 공기를 압축하여 압축된 공기를 토출한다.
메인축압기(15)는 상기 공기압축기(11)와 제1공압충전라인(41)으로 연결되어, 상기 공기압축기(11)에서 토출된 압축공기가 유입된다. 상기 메인축압기(15)에 상기 공기압축기(11)로부터 압축된 공기가 유입되어 상기 메인축압기(15)는 공압이 충전된다.
상기 제1공압충전라인(41)에는 상기 제1공압충전라인(41)을 통하여 압축공기의 유동을 단속(斷續)하는 제1밸브(31)가 구비된다. 또한, 제1공압충전라인(41)에서 상기 공기압축기(11)와 상기 제1밸브(31) 사이에는 상기 제1공압충전라인(41)을 정해진 압력을 유지하기 위한 릴리프밸브(13)가 구비된다.
제1구동축압기(21)와 제2구동축압기(23)는 상기 메인축압기(15)의 하류에 각각 구비된다. 상기 제1구동축압기(21)와 양쪽에 각각 공기와 오일에 각각 충전되는 구조로서, 어느 한 쪽으로 가압된 유체가 유입됨으로써, 상기 제1구동축압기(21)의 내부에 압력이 저장된다. 또한, 상기 제1구동축압기(21)에 압력이 저장된 상태에서 어느 한 쪽이 개방되면 외부로 가압된 유체가 공급된다. 상기 제2구동축압기(23)로 상기 제1구동축압기(21)와 같은 구조를 갖는다.
상기 메인축압기(15)는 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)와 각각 제2공압충전라인(42)과 제3공압충전라인(43)을 통하여 연결된다. 상기 제2공압충전라인(42)에는 제2밸브(32)가 구비되어, 상기 메인축압기(15)로부터 상기 제1구동축압기(21)로 압축된 공기가 유동하는 것을 단속한다. 마찬가지로, 상기 제3공압충전라인(43)도 제3밸브(33)가 구비되어, 상기 메인축압기(15)로부터 상기 제2구동축압기(23)로 압축된 공기가 유동하는 것을 단속한다.
액츄에이터(50)는 유압식으로 작동된다. 상기 액츄에이터(50)는 실린더(51)이 내부에 피스톤(52)이 슬라이딩가능하게 설치된다. 상기 실린더(51)의 전단 또는 후단으로 가입된 유압유가 공급되면, 상기 피스톤(52)이 슬라이딩된다.
상기 실린더(51)의 전단(피스톤이 전진하는 방향의 단부)은 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)에 연결된다. 상기 실린더(51)의 전단과 상기 제1구동축압기(21)를 제1유압공급라인(44)으로 연결되어, 상기 제1구동축압기(21)로부터 가압된 유압유가 상기 실린더(51)의 전단으로 공급되도록 한다. 상기 제1유압공급라인(44)에는 제4밸브(34)가 구비되어 있어서, 유압유의 유동을 단속한다. 또한, 상기 실린더(51)의 전단은 상기 제2구동축압기(23)와 제2유압공급라인(45)으로 연결되고, 상기 제2유압공급라인(45)에 제5밸브(35)가 구비된다.
한편, 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)는 상기 실린더(51)의 후단과도 연결된다. 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)가 상기 실린더(51)의 후단과 연결되기 위하여, 상기 제1유압공급라인(44)과 상기 제2유압공급라인(45)을 서로 교차하여 연결하는 제1유압스위치라인(46) 및 제2유압스위치라인(47)이 구비된다. 상기 제1구동축압기(21)는 상기 제1유압스위치라인(46)으로 상기 실린더(51)의 후단과 연결되는데, 상기 제1유압스위치라인(46)은 상기 제1유압공급라인(44)과 상기 제2유압공급라인(45)을 연결하도록 설치된다. 상기 제1유압스위치라인(46)의 일단은 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제4밸브(34) 사이에서 상기 제1유압공급라인(44)과 연결되고, 상기 제1유압스위치라인(46)의 타단은 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제5밸브(35) 사이에서 연결된다. 상기 제2구동축압기(23)는 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제2유압스위치라인(47)으로 연결되는데, 상기 제2유압스위치라인(47)의 일단은 상기 제2유압공급라인(45)으로부터 상기 제1유압스위치라인(46)이 분기되는 지점과 상기 제2구동축압기(23) 사이에 연결되고, 상기 제2유압스위치라인(47)의 타단은 상기 제1유압공급라인(44)으로부터 상기 제1유압스위치라인(46)이 분기되는 지점과 상기 실린더(51)의 전단 사이에 연결된다. 상기 제2유압공급라인(45)에서 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제1유압스위치라인(46)이 분기되는 지점 사이에는 상기 실린더(51)의 후단으로부터 유압유가 배출되는 것을 단속하는 제6밸브(36)가 구비된다. 또한, 상기 제1유압스위치라인(46)과 상기 제2유압스위치라인(47)에는 각각 제7밸브(37)와 제8밸브(38)가 구비되어, 상기 제1유압스위치라인(46)과 상기 제2유압스위치라인(47)를 통하여 유압유의 흐름을 단속한다.
상기 제1구동축압기(21)의 입구측, 즉 상기 제2밸브(32)와 상기 제1구동축압기(21) 사이에는 상기 제1구동축압기(21)로 공급된 압축공기를 배기하기 위한 제1배기라인(48)인 연결되고, 상기 제1배기라인(48)에는 압축공기의 배기를 단속하는 제9밸브(39)가 구비되며, 상기 제9밸브(39)는 제1소음기(39a)와 연결된다. 마찬가지로 상기 제2구동축압기(23)도 상기 제3밸브(33)와 상기 제2구동축압기(23) 사이에 제2배기라인(49)이 연결되고, 상기 제2배기라인(49)에 제10밸브(40)가 구비되며, 상기 제10밸브(40)는 제2소음기(40a)와 연결된다.
상기 제1밸브(31) 내지 제5밸브(35), 제7밸브 내지 제10밸브(40)는 작동신호에 따라 개방되면, 미리 정해진 방향으로 압축공기 또는 유압유가 유동하도록 하고, 상기 제6밸브(36)는 개방시 양방향으로 유압유가 유동한다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 작동을 제어하기 위해 제어부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 제어부와 앞서 설명한 각 구성요소를 전기적으로 연결하고, 상기 제어부에 후술되는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법이 로직으로 저장되어 있어서, 상기 액츄에이터 어셈블리가 작동하도록 제어한다.
상기 제어부는 상기 메인축압기(15), 상기 제1구동축압기(21), 상기 제2구동축압기(23) 및 상기 제1밸브(31) 내지 상기 제10밸브(40)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어부는 상기 메인축압기(15), 상기 제1구동축압기(21) 및 상기 제2구동축압기(23)와 연결되어, 상기 메인축압기(15), 상기 제1구동축압기(21) 및 상기 제2구동축압기(23)로 작동에 필요한 제어신호를 보낸다. 한편, 상기 제어부는 제1밸브(31) 내지 제10밸브(40)와도 전기적으로 연결되어, 상기 제1밸브(31) 내지 상기 제10밸브(40)를 개방 또는 폐쇄되도록 한다.
본 발명에 따른 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법에 대하여 설명하기로 한다.
공압생성단계(S110)는 공기압축기(11)에서 압축된 공기를 메인축압기(15)로 공급하여, 상기 메인축압기(15)에 공압이 충전되도록 한다(도 4a 참조). 상기 공기압축기(11)로 전원이 인가되면, 상기 공기압축기(11)가 작동하면서, 상기 공기압축기(11)로부터 압축된 공기가 토출된다. 상기 제2밸브(32)와 상기 제3밸브(33)가 폐쇄되고, 상기 제1밸브(31)가 개방된 상태에서 상기 공기압축기(11)가 작동하면, 상기 제1공압충전라인(41)를 통하여 압축된 공기가 상기 메인축압기(15)로 공급되어, 상기 메인축압기(15)는 공압이 충전된다.
한편, 상기 제1공압충전라인(41)이 정해진 압력 보다 높아지면, 상기 릴리프밸브(13)가 개방되면서 상기 제1공압충전라인(41)의 압력을 적정수준으로 유지한다.
제1작동준비단계(S120)는 상기 메인축압기(15)의 공압으로 상기 제1구동축압기(21)를 작동시켜 피스톤(52)을 후퇴시키는 과정이다.
상기 제1작동준비단계(S120)는 상기 메인축압기(15)와 상기 제1구동축압기(21)를 연통시켜, 상기 메인축압기(15)에 저장된 압축된 공기를 상기 제1구동축압기(21)로 공급하는 제1공압공급단계(S121)와, 상기 제1구동축압기(21)와 상기 실린더(51)의 전단을 연통시켜, 상기 제1구동축압기(21)의 유압유를 상기 실린더(51)의 전단으로 공급하는 제1유압공급단계(S122)와, 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제2구동축압기(23)을 연통시켜, 상기 실린더(51) 내부의 유압유를 상기 제2구동축압기(23)로 배출하는 제1유압배출단계(S123)와, 상기 제2구동축압기(23)의 공기를 외부로 배기하는 제1배기단계(S124)를 포함한다.
제1공압공급단계(S121)는 상기 제2밸브(32)를 개방시켜, 상기 메인축압기(15)의 압축공기를 상기 제1구동축압기(21)로 공급하여, 상기 제1구동축압기(21)에 공압이 충전되도록 한다(도 4b 참조). 상기 메인축압기(15)로부터 상기 제1구동축압기(21)로 압축공기가 공급되면, 상기 제1구동축압기(21)의 내부에 압축공기가 채워져 상기 제1구동축압기(21) 내부의 공압이 상승된다.
제1유압공급단계(S122)는 상기 제1구동축압기(21)와 상기 실린더(51)의 전단이 연통되도록 상기 제4밸브(34)를 개방시킨다(도 4c 참조). 상기 제4밸브(34)가 개방되면, 상기 제1구동축압기(21)로부터 상기 실린더(51)의 전단으로 유압유가 공급된다.
제1유압배출단계(S123)는 상기 실린더(51)의 후단으로부터 상기 제2구동축압기(23)로 유압유가 배출되도록 한다(도 4d 참조). 상기 제5밸브(35)와 상기 제6밸브(36)가 모두 개방되면, 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제2구동축압기(23)의 후단이 연통되는 상태가 되어, 상기 실린더(51)의 후단으로부터 상기 제2구동축압기(23)로 유압유가 공급되도록 한다.
제1배기단계(S124)는 상기 제10밸브(40)를 개방하여, 유압유가 채워지는 상기 제2구동축압기(23)에 저장된 압축공기가 대기로 배기되도록 함으로써, 상기 실린더(51)의 후단으로부터 유압유가 원활하게 배출되도록 한다(도 4d 참조).
상기 제1작동준비단계(S120)가 수행되면, 상기 실린더(51)의 전단으로는 유압유가 공급되고, 상기 실린더(51)의 후단에서는 유압유가 배출되므로 상기 액츄에이터(50) 내에서 상기 피스톤(52)이 후진된다(피스톤이 실린더의 내부로 삽입).
제1작동단계(S130)는 상기 실린더(51)의 후단과 상기 실린더(51)의 전단을 연통시켜 상기 피스톤(52)을 전진시킨다(도 4e 참조). 상기 메인축압기(15)의 공압이 상기 제2구동축압기(23)에 작용하는 상태에서 상기 제7밸브(37)를 개방시키면, 상기 실린더(51)의 후단과 상기 실린더(51)의 전단이 연통된다. 상기 실린더(51)의 후단과 상기 실린더(51)의 전단이 연통되며, 상기 피스톤(52)의 전후의 압력이 같아지면서, 상기 피스톤(52)은 전진한다. 상기 제5밸브(35)와 제8밸브(38)가 폐쇄된 상태에서 상기 제3밸브(33), 제6밸브(36) 및 제7밸브(37)가 개방되면, 상기 피스톤(52)의 전면과 후면의 압력이 같아지게 된다. 상기 피스톤(52)의 전면과 후면의 압력이 같아지더라도, 상기 피스톤(52)의 후면이 전면보다 면적이 더 크다. 이에 따라, 피스톤(52)의 후면에 작용하는 힘이 피스톤 전면에 작용하는 힘보다 커지게 되므로, 상기 피스톤(52)은 상기 실린더(51)의 내부에서 전진하여 상기 피스톤(52)이 문장을 발사할 수 있다.
상기 제1작동단계(S130)이 수행된 이후에는 상기 제2구동축압기(23)를 이용하여 제2작동준비단계(S140)를 수행한다.
상기 제2작동준비단계(S140)는 상기 메인축압기(15)와 상기 제2구동축압기(23)를 연통시켜, 상기 메인축압기(15)에 저장된 압축된 공기를 상기 제2구동축압기(23)로 공급하는 제2공압공급단계(S141)와, 상기 제2구동축압기(23)와 상기 실린더(51)의 전단을 연통시켜, 상기 제2구동축압기(23)의 유압유를 상기 실린더(51)의 전단으로 공급하는 제2유압공급단계(S142)와, 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제1구동축압기(21)을 연통시켜, 상기 실린더(51) 내부의 유압유를 상기 제1구동축압기(21)로 배출하는 제2유압배출단계(S143)와, 상기 제1구동축압기(21)의 공기를 외부로 배기하는 제2배기단계(S144)를 포함한다. 상기 제2작동준비단계(S140)는 상기 제1작동준비단계(S120)와 유사하되. 상기 제2구동축압기(23)를 이용하여 상기 실린더(51)의 내에서 상기 피스톤(52)을 후진시킨다.
제2공압공급단계(S141)는 상기 메인축압기(15)와 상기 제2구동축압기(23)를 연통시켜, 상기 메인축압기(15)에 저장된 압축된 공기를 상기 제2구동축압기(23)로 공급한다(도 4f 참조). 상기 제3밸브(33)가 개방되면, 상기 메인축압기(15)의 압축공기가 상기 제2구동축압기(23)로 공급되고 상기 제2구동축압기(23)의 공압이 상승된다.
제2유압공급단계(S142)는 상기 제8밸브(38)를 개방시켜 상기 제2구동축압기(23)와 상기 실린더(51)의 전단을 연통시킨다(도 4g 참조). 상기 제8밸브(38)가 개방되면, 상기 제2구동축압기(23)의 유압유가 제2유압공급라인(45)과 상기 제2유압스위치라인(47)을 통하여 상기 실린더(51)의 전단으로 공급된다.
제2유압배출단계(S143)는 상기 실린더(51)의 후단과 상기 제1구동축압기(21)를 연통시켜, 상기 실린더(51) 후단의 유압유가 상기 제1구동축압기(21)로 유동하도록 한다(도 4g 참조). 상기 제6밸브(36)와 상기 제7밸브(37)가 개방되면, 상기 실린더(51)의 후단으로 배출된 유압유는 상기 제2구동축압기(23)로 배출된다.
또한, 상기 제9밸브(39)를 개방시키면, 상기 제1구동축압기(15)에 저장된 압축공기가 배기되므로(S144), 상기 실린더(51)에서 상기 피스톤(52)은 후진한다. 상기 제2유압공급단계(S142) 내지 상기 제2배기단계(S144)는 도 4g에 함께 도시되어 있다.
제2작동단계(S150)는, 상기 실린더(51)의 후단과 상기 실린더(51)의 전단을 연통시켜 상기 피스톤(52)을 전진시킨다(도 4h 참조). 상기 메인축압기(15)의 공압이 상기 제2구동축압기(23)에 작용하는 상태(제3밸브(33)가 개방된 상태)에서, 상기 제5밸브(35), 제6밸브(36) 및 제8밸브(38)를 개방시켜 상기 실린더(51)의 후단과 전단을 연통시키고, 상기 제4밸브(34)와 상기 제7밸브(37)를 폐쇄시킨다. 상기 실린더(51)의 전단과 후단이 연통하여, 상기 제1작동단계(S130)에서와 마찬가지로, 상기 피스톤(52)의 전면과 후면의 압력은 같지만, 면적의 차이로 사이 피스톤(52)의 후면에 작용하는 힘이 커지므로, 상기 실린더(51)의 전단과 후단이 연통되면, 상기 피스톤(52)은 상기 실린더(51)로부터 인출되어 전진할 수 있다.
이와 같이, 상기 제2작동단계(S150)에서 상기 피스톤(52)이 전진하면, 전진하는 상기 피스톤(52)에 의해 무장이 발사될 수 있다.
상기 제2작동단계(S150)가 수행된 이후에는 상기 제1작동준비단계(S120)로 리턴되어, 상기 제1작동준비단계(S120) 내지 상기 제2작동단계(S150)가 반복 수행되면서, 상기 액츄에이터(50)에서 상기 피스톤(52)이 전진과 후퇴를 반복하고, 이를 통하여 연속적으로 무장을 발사할 수 있다.
한편, 상기 제1작동준비단계(S120) 내지 상기 제2작동단계(S150)가 수행되면서, 상기 메인축압기(15)의 압력이 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)를 작동시키기 위한 압력보다 낮아지면, 상기 공압생성단계(S110)로 리턴되어, 상기 메인축압기(15)로 압축공기를 공급하여 상기 메인축압기(15)의 압력을 높인다.
이와 같이, 본 발명에서는 상기 메인축압기(15)에 공압을 저장한 상태에서, 상기 제1구동축압기(21)와 상기 제2구동축압기(23)로 교번하여, 공압을 제공하고, 공압이 제공된 상태에서 피스톤(52)을 후진 전진되도록 하는 과정을 반복 수행함으로써, 무장을 연속적으로 발사할 수 있다. 이때, 상기 무장의 발사마다 축압기를 구동하지 않아도 되므로, 무장의 연속발사를 위하여, 매번 축압기를 작동시키지 않아도 된다.
또한, 액츄에이터(50)의 작동에 필요한 압력을 생성하기 위해 HPU 대신에 공기를 압축하여 상기 메인축압기(15)에 저장하면 되므로, HPU가 적용되는 경우에 비하여, 설치에 필요한 공간이 줄어들고, 작동시 발생하는 소음이 감소한다. 또한 고가를 HPU를 사용하지 않아도 되므로, 비용도 절감시킬 수 있다.
11 : 공기압축기 13 : 릴리프밸브
15 : 메인축압기 21 : 제1구동축압기
23 : 제2구동축압기 31 : 제1밸브
32 : 제2밸브 33 : 제3밸브
34 : 제4밸브 35 : 제5밸브
36 : 제6밸브 37 : 제7밸브
38 : 제8밸브 39 : 제9밸브
39a : 제1소음기 40 : 제10밸브
40a : 제2소음기 41 : 제1공압충전라인
42 : 제2공압충전라인 43 : 제3공압충전라인
44 : 제1유압공급라인 45 : 제2유압공급라인
46 : 제1유압스위치라인 47 : 제2유압스위치라인
48 : 제1배기라인 49 : 제2배기라인
50 : 액츄에이터 51 : 실린더
52 : 피스톤 111 : HPU
113 : 릴리프밸브 121 : 축압기
131 : 제1밸브 132 : 제2밸브
133 : 제3밸브 134 : 제4밸브
135 : 제5밸브 141 : 유압충전라인
144 : 유압공급라인 145 : 유압리턴라인
146 : 유압스위치라인 147 : 릴리프라인
150 : 액츄에이터 151 : 실린더
152 : 피스톤 S110 : 공압생성단계
S120 : 제1작동준비단계 S121 : 제1공압공급단계
S122 : 제1유압공급단계 S123 : 제1유압배출단계
S124 : 제1배기단계 S130 : 제1작동단계
S140 : 제2작동준비단계 S141 : 제2공압공급단계
S142 : 제2유압공급단계 S143 : 제2유압배출단계
S144 : 제2배기단계 S150 : 제2작동단계

Claims (17)

  1. 실린더의 전단과 후단에 각각 유압유가 출납하는 실린더와, 상기 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 피스톤이 설치되는 유압식 액츄에이터를 포함하는 액츄에이터 어셈블리에 있어서,
    공압이 생성되도록 공기를 압축시키는 공기압축기와,
    상기 공기압축기로부터 발생된 공압이 충전되는 메인축압기, 및
    상기 메인축압기의 하류에 각각 병렬로 설치되며, 상기 메인축압기로부터 공압이 작동하면, 가압된 유압유를 배출하는 제1구동축압기 및 제2구동축압기를 포함하고,
    상기 제1구동축압기는 상기 실린더의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하고,
    상기 제2구동축압기는 상기 실린더의 전단과 후단으로 각각 선택적으로 유압유를 공급하며,
    상기 제1구동축압기와 상기 실린더의 전단은 상기 제1구동축압기로부터 상기 실린더의 전단으로 가압된 유압유를 공급하는 제1유압공급라인으로 연결되고,
    상기 제2구동축압기와 상기 실린더의 후단은 상기 제2구동축압기로부터 상기 실린더의 후단으로 가압된 유압유를 공급하는 제2유압공급라인으로 연결되며,
    상기 제1유압공급라인에서 상기 제1구동축압기와 상기 실린더 후단이, 유압유의 흐름을 단속하는 밸브를 갖춘 제1유압스위치라인으로 연결되고,
    상기 제2유압공급라인에서 상기 제2구동축압기와 상기 실린더 전단이, 유압유의 흐름을 단속하는 밸브를 갖춘 제2유압스위치라인으로 연결되며,
    상기 제1유압스위치라인 및 상기 제2유압스위치라인이 상기 서로 제1유압공급라인과 상기 제2 유압공급라인에 교차하여 연결되고, 상기 제1구동축압기와 상기 제2구동축압기가 교번하여 작동하여 상기 유압식 액츄에이터를 반복하여 작동시켜 연속적으로 무장을 발사할 수 있는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기압축기와 상기 메인축압기 사이에는 공기의 흐름을 단속하는 제1밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기압축기와 상기 제1밸브 사이에는 릴리프밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인축압기와 상기 제1구동축압기 사이에는 상기 메인축압기로부터 배출된 공압이 상기 제1구동축압기로 작용하는 것을 단속하는 제2밸브가 구비되고,
    상기 메인축압기와 상기 제2구동축압기 사이에는 상기 메인축압기로부터 배출된 공압이 상기 제2구동축압기로 작용하는 것을 단속하는 제3밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2유압스위치라인의 일단은 상기 제2유압공급라인으로부터 상기 제1유압스위치라인이 분기되는 지점과 상기 제2구동축압기 사이에 연결되고,
    상기 제2유압스위치라인의 타단은 상기 제1유압공급라인으로부터 상기 제1유압스위치라인이 분기되는 지점과 상기 실린더의 전단 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인과 연결되는 부위와 상기 제2유압스위치라인이 연결되는 부위 사이에는 상기 제1구동축압기로부터 상기 실린더의 전단으로 상기 제1구동축압기의 유압유가 공급되는 것을 단속하는 제4밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인과 연결되는 부위와 상기 제2유압스위치라인이 연결되는 부위 사이에는 상기 제2구동축압기로부터 상기 실린더의 후단으로 상기 제2구동축압기의 유압유가 공급되는 것을 단속하는 제5밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2유압공급라인에서 상기 제1유압스위치라인과 연결되는 부위와 상기 실린더의 후단 사이에는 상기 실린더의 후단으로부터 배출되는 유압유의 유동을 개폐하는 제6밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제2밸브와 상기 제1구동축압기 사이에는 제1배기라인이 형성되고, 상기 제1배기라인의 단부에는 제1소음기가 설치되고,
    상기 제3밸브와 상기 제2구동축압기 사이에는 제2배기라인이 형성되고, 상기 제2배기라인의 단부에는 제2소음기가 설치되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1배기라인에는 상기 제1구동축압기로부터 배기되는 것을 단속하는 제9밸브와,
    상기 제2배기라인에는 상기 제2구동축압기로부터 배기되는 것을 단속하는 제10밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리.
  14. 공기압축기에서 압축된 공기를 메인축압기에 충전하는 공압생성단계와,
    상기 메인축압기의 공압으로 제1구동축압기를 작동시켜 유압 액츄에이터의 실린더에 장착된 피스톤을 후퇴시키는 제1작동준비단계와,
    상기 메인축압기의 공압이 상기 제1구동축압기에 작용하는 상태에서 상기 실린더의 후단과 상기 실린더의 전단을 연통시켜 상기 피스톤을 전진시키는 제1작동단계와,
    상기 메인축압기의 공압으로 제2구동축압기를 작동시켜 상기 피스톤을 후퇴시키는 제2작동준비단계와,
    상기 메인축압기의 공압이 상기 제2구동축압기에 작용하는 상태에서 상기 실린더의 후단과 상기 실린더의 전단을 연통시켜 상기 피스톤을 전진시키는 제2작동단계를 포함하고,
    상기 제2작동단계가 수행된 이후에는 상기 제1작동준비단계로 리턴되어, 상기 제1작동준비단계 내지 상기 제2작동단계가 반복 수행되면서, 상기 피스톤이 전진과 후퇴를 반복하여 연속적으로 무장을 발사하는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2작동단계 이후에는 상기 제1작동준비단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1작동준비단계는,
    상기 메인축압기와 상기 제1구동축압기를 연통시켜, 상기 메인축압기에 저장된 압축된 공기를 상기 제1구동축압기로 공급하는 제1공압공급단계와,
    상기 제1구동축압기와 상기 실린더의 전단을 연통시켜, 상기 제1구동축압기의 유압유를 상기 실린더의 전단으로 공급하는 제1유압공급단계와,
    상기 실린더의 후단과 상기 제2구동축압기을 연통시켜, 상기 실린더 내부의 유압유를 상기 제2구동축압기로 배출하는 제1유압배출단계와,
    상기 제2구동축압기의 공기를 외부로 배기하는 제1배기단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2작동준비단계는,
    상기 메인축압기와 상기 제2구동축압기를 연통시켜, 상기 메인축압기에 저장된 압축된 공기를 상기 제2구동축압기로 공급하는 제2공압공급단계와,
    상기 제2구동축압기와 상기 실린더의 전단을 연통시켜, 상기 제2구동축압기의 유압유를 상기 실린더의 전단으로 공급하는 제2유압공급단계와,
    상기 실린더의 후단과 상기 제1구동축압기을 연통시켜, 상기 실린더 내부의 유압유를 상기 제1구동축압기로 배출하는 제2유압배출단계와,
    상기 제1구동축압기의 공기를 외부로 배기하는 제2배기단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압과 공압으로 작동하는 액츄에이터 어셈블리의 제어방법.
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