KR102635590B1 - 유압 장치, 유압 시스템 및 작업 기계 - Google Patents

유압 장치, 유압 시스템 및 작업 기계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 시스템(12)용 유압 장치(38)에 관한 것이다. 유압 장치(38)는 유압 시스템(12)의 고압 측(40)에 연결하기 위한 하나 이상의 고압 챔버(48), 및 유압 시스템(12)의 저압 측(42)에 연결하기 위한 하나 이상의 저압 챔버(50)를 포함하는 챔버 장치(46); 및 하나 이상의 고압 챔버(48) 및 하나 이상의 저압 챔버(50) 내의 압력 변화에 응답하여 챔버 장치(46) 내부에서 적어도 부분적으로 왕복하도록 배열된 가동 부재(96)를 포함한다. 챔버 장치(46)는 유압 시스템(12)의 탱크 압력 측(44)에 연결하기 위한 하나 이상의 탱크 챔버(52)를 더 포함한다.

Description

유압 장치, 유압 시스템 및 작업 기계
본 발명은 유압 시스템용 유압 장치, 작업 기계용 유압 시스템, 및 작업 기계에 관한 것이다.
본 발명은 산업 건설 기계, 자재 취급 기계 또는 건설 장비, 특히 휠 로더와 굴착기 분야에서 작업 기계의 유압 시스템에 적용 가능하다. 본 발명은 굴착기에 관하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이 특정 기계에 제한되지 않고, 고-압력 측, 저-압력 측 및 탱크-압력 측이 있는 유압 시스템을 포함하는, 휠 로더, 굴절식 또는 고정식 지게차 및 백호 로더와 같은, 임의의 작업 기계에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 작업 기계 이외의 적용을 위한 유압 시스템, 예를 들어 유압 리프트의 유압 시스템에 적용 가능하다.
유압 시스템은 광범위한 응용 분야에서 사용된다. 예를 들어, 작업 기계는 일반적으로 부하를 처리하기 위한 동력을 제공하기 위해 유압 시스템에 의존한다. 작업 기계용 유압 시스템은 다양한 유압 액추에이터, 예를 들어 유압 실린더 및 회전식 유압 모터를 포함할 수 있다. 유압 하이브리드 시스템은 유압식 액추에이터로부터 에너지를 회수하고 나중에 내연 기관(internal combustion engine)의 부하를 줄이는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 고-압력 어큐뮬레이터에 에너지를 저장하기 위해, 회수 중 유압 액추에이터가 오일을 고-압력 측으로 푸쉬하는 경우, 유압 액추에이터는 캐비테이션(cavitation)을 피하기 위해 흡입 측(suction side)에서 충분히 큰 압력을 유지하려고 가압된 오일의 공급을 필요로 한다. 이 공급은 저-압력 어큐뮬레이터를 포함하는 저-압력 측으로부터 제공될 수 있다.
전용 고-압력 측 및 전용 저-압력 측을 포함하는 유압 시스템은 이중 압력 유압 시스템으로 지칭될 수 있으며, 이전에는 그렇게 알려져 있다. 이중 압력 유압 시스템은 일반적으로 고-압력 측에 연결된 하나 이상의 고-압력 어큐뮬레이터와 저-압력 측에 연결된 하나 이상의 저-압력 어큐뮬레이터로 구성된다. 이중 압력 유압 시스템과 관련된 이점은 예를 들어 향상된 에너지 효율성과 제어 가능성이다. 그러나, 작업 기계용 이중 압력 유압 시스템에는 많은 수의 부품을 포함하고, 예를 들어 서브시스템의 경우, 그래서 공간이 종종 제한된다. 따라서, 이러한 이중 압력 유압 시스템에 에너지 회수 장치(energy recuperation arrangement)를 통합하는 것은 종종 어렵다.
참고문헌 1은 주위 압력 탱크(ambient pressure tank)를 제거하기 위해 상승된 압력을 견디도록 펌프 회전 샤프트 씰(pump rotary shaft seal)이 교체되는 개념을 개시한다. 참고문헌 1: Compact and efficient implementation of a pressurized tank line; Paloniitty, Miika; Linjama, Matti; Huova, Mikko; Tampere University of Technology; 4 p. 2018; White paper; 6 November 2018.
본 발명의 목적은 간단하고 저렴하며 컴팩트한 설계를 갖고 간단하고 저렴하며 컴팩트한 유압 시스템을 가능하게 하는 유압 시스템용 유압 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 유압 시스템용 유압 장치에 의해 달성된다. 이 유압 장치는 유압 시스템의 고압 측에 연결하기 위한 하나 이상의 고압 챔버, 및 유압 시스템의 저압 측에 연결하기 위한 하나 이상의 저압 챔버를 포함하는 챔버 장치; 하나 이상의 고압 챔버 및 하나 이상의 저압 챔버 내의 압력 변동에 응답하여 챔버 장치 내에서 적어도 부분적으로 왕복 이동하도록 배열된 가동 부재를 포함한다. 상기 챔버 장치는 유압 시스템의 탱크 압력 측에 연결하기 위한 하나 이상의 탱크 챔버를 더 포함한다.
챔버 장치에 하나 이상의 탱크 챔버를 제공함으로써 유압 시스템으로부터 종래의 탱크를 제거할 수 있다. 따라서 유압 시스템은 더 간단하고 저렴하며 소형화될 수 있다.
유압 장치의 하나 이상의 저압 챔버는 유압 시스템에서 저압 어큐뮬레이터의 필요성을 추가로 제거한다. 유압 장치에 의해 고압 측 및 저압 측에서 유압 유체의 가압은 기존의 저압 어큐뮬레이터에서와 같이 스프링 또는 밀봉 가스 충전 없이 달성될 수 있다. 유압 시스템에서 하나 이상의 저압 어큐뮬레이터 및 관련 안전 밸브를 제거하면 유압 장치가 간소화되고 비용이 절감된다.
본 발명에 따른 유압 장치는 3가지 상이한 압력 레벨을 갖는 3-레벨 탱크를 구성한다. 가동 부재가 고압 챔버 및/또는 저압 챔버의 압력 변화에 응답하여 왕복하도록 배열되기 때문에, 유압 장치는 자체-가압 어큐뮬레이터 또는 부트스트랩 어큐뮬레이터를 제공한다고 말할 수 있다.
고압은 저압보다 높다. 저압은 탱크 압력보다 높다. 고압 측, 저압 측 및 탱크 압력 측의 압력은 특정 압력 값으로 제한되지 않는다. 오히려 "고압", "저압" 및 "탱크 압력"이라는 용어는 이러한 압력 수준이 다르고 저압이 탱크 압력보다 높지만 고압보다는 낮다는 것을 나타낸다. 고압 측, 저압 측 및 탱크 압력 측의 압력 레벨 또는 압력 레벨 범위는 각 구성에 따라 선택된다. 고압 측, 저압 측 및 탱크 압력 측의 압력 레벨은 유압 시스템 작동 중에 달라질 수 있다. 예를 들어, 유압 시스템이 작동하는 동안 고압은 200-350bar, 저압은 15-30bar, 탱크 압력은 1-5bar로 변할 수 있다.
고압 측은 제1 압력 수준에서 체적 흐름을 생성하고 수용하도록 배열된 유압 동력원으로 지칭될 수 있으며, 저압 측은 제1 압력 레벨보다 낮은 제2 압력 레벨에서 체적 흐름을 생성하고 수용하도록 배열된 유압 동력원으로 지칭될 수 있다. 탱크 압력은 대기압보다 높을 수 있다. 탱크 압력은 예를 들어 2bar±10% 일 수 있다.
하나 이상의 고압 챔버에 노출된 가동 부재의 전체 면적은 고압 영역으로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 저압 챔버에 노출된 가동 부재의 전체 면적은 저압 영역으로 지칭될 수 있다. 유압 장치에서 저압 영역은 고압 영역보다 크며 고압 영역과 저압 영역의 비율은 압력 증배 효과를 제공한다. 따라서 유압 장치는 다양한 크기의 활성 영역을 포함한다. 이에 의해, 저압 측의 유압 유체는 가동 부재를 통해 고압 측의 유압 유체에 의해 가압될 수 있고, 그 역도 마찬가지이다.
하나 이상의 탱크 챔버는 예를 들어 챔버 장체에 통합될 수 있다. 이는 유압 장치의 제조를 더욱 단순화한다. 챔버 장치는 실린더 장치일 수 있다.
유압 장치는 하나 또는 여러 개의 고압 챔버, 하나 또는 여러 개의 저압 챔버 및 하나 또는 여러 개의 탱크 챔버를 포함할 수 있다. 각각의 고압 챔버, 각각의 저압 챔버 및 각각의 탱크 챔버는 원형 또는 비원형 단면을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 하나 이상의 탱크 챔버는 하나 이상의 고압 챔버를 둘러싼다.
가동 부재는 하나 이상의 고압 챔버 각각 및 하나 이상의 저압 챔버 각각의 범위를 정할 수 있다. 고압 측의 압력이 증가하면, 가동 부재는 하나 이상의 저압 챔버를 향해 이동한다. 대응하여, 저압 측의 압력이 증가할 때, 가동 부재는 하나 이상의 고압 챔버를 향해 이동한다. 따라서, 가동 부재는 하나 이상의 고압 챔버 및 하나 이상의 저압 챔버의 압력 변화에 반응하여 앞뒤로 이동하도록 배열된다. 이로써, 고압과 저압 사이의 미리 정의된 관계가 유압 장치에 의해 유지되거나 실질적으로 유지될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 탱크 챔버는 공기를 대기와 소통시키도록 구성된다. 이를 위해, 유압 장치는 하나 이상의 탱크 챔버와 대기 사이의 유체 연통로를 개폐하도록 배열된 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 능동적으로 또는 수동적으로 작동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 탱크 챔버는 대기로 통기된다. 하나 이상의 탱크 챔버는 탱크 압력과 대기압의 차이가 1bar를 초과할 때 자동으로 대기로 배출되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 유압 장치는 예를 들어 하나 이상의 차압 밸브를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유압 장치는 하우징을 포함하고, 여기서 하나 이상의 고압 챔버, 하나 이상의 저압 챔버 및 하나 이상의 탱크 챔버는 하우징 내부에 제공된다. 공통 하우징 내부에 하나 이상의 고압 챔버, 하나 이상의 저압 챔버 및 하나 이상의 탱크 챔버를 제공함으로써, 특히 컴팩트한 유압 장치가 제공된다. 하우징은 예를 들어 실린더로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 탱크 챔버는 하우징의 벽에 의해 제한된다. 이로써 하우징 내부의 공간이 효율적으로 활용되고 유압 장치가 소형화된다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 고압 챔버 및/또는 하나 이상의 저압 챔버는 하우징의 벽에 의해 제한된다. 이로써 하우징 내부의 공간이 효율적으로 활용되고 유압 장치가 소형화된다.
일 실시예에 따르면, 유압 장치는 고압 측으로 연결하기 위한 하나 이상의 고압 유압 에너지 저장부를 더 포함하고, 하나 이상의 고압 유압 에너지 저장부는 하나 이상의 탱크 챔버 중 하나의 내부 또는 하나 이상의 저압 챔버 중 하나의 내부에 배열된다. 하나 이상의 고압 유압 에너지 저장부는 유압(hydraulic) 어큐뮬레이터와 같은 공유압(hydro-pneumatic) 어큐뮬레이터일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 챔버 장치는 제1 실린더 및 제2 실린더를 포함한다. 제1 실린더 및 제2 실린더 각각은 원형 단면, 또는 다각형 단면과 같은 비원형 단면을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 탱크 챔버는 제1 실린더 및/또는 제2 실린더 내부에 제공된다. 이것은 유압 장치의 컴팩트하고 단순한 설계에 기여한다.
일 실시예에 따르면, 제1 실린더는 제2 실린더보다 더 큰 내부 단면적을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 제2 실린더는 제1 실린더 내부에 배열된다. 일 실시예에 따르면, 가동 부재는 2개의 피스톤을 포함한다. 각 피스톤은 예를 들어 원형 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 피스톤은 제1 실린더 내부에서 왕복하도록 배열되고, 제2 피스톤은 제2 실린더 내부에서 왕복하도록 배열되며, 제2 피스톤은 하나 이상의 고압 챔버 중 하나의 범위를 정한다.
일 실시예에 따르면, 피스톤 중 적어도 하나는 하나 이상의 탱크 챔버 중 하나의 범위를 정한다.
본 발명은 또한 작업 기계용 유압 시스템에 관한 것이다. 유압 시스템은 고압 측; 저압 측; 탱크 압력 측; 및 본 발명에 따른 유압 장치를 포함한다. 하나 이상의 고압 챔버는 고압 측에 연결되고, 하나 이상의 저압 챔버는 저압 측에 연결되며, 하나 이상의 탱크 챔버는 탱크 압력 측에 연결된다. 유압 시스템이 작동하는 동안 고압은 저압보다 높고 저압은 탱크 압력보다 높다. 고압 측 및 저압 측은 공통 압력 레일 구조로 배열될 수 있다. 고압 측은 고압력 레일을 포함할 수 있고, 저압 측은 저압 레일을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가동 부재는 하나 이상의 고압 챔버 내의 고압 영역 및 하나 이상의 저압 챔버 내의 저압 영역을 포함하고, 고압 영역과 저압 영역 사이의 비율은 유압 시스템의 작동에서 고압 측과 저압 측 사이의 압력 비율에 실질적으로 대응하거나 대응한다. 유압 시스템의 작동에 있어서, 고압 측의 유압 유체는 가동 부재의 적어도 일측에 작용하고, 저압 측의 유압 유체는 가동 부재의 적어도 일측에 작용한다.
상기 가동 부재의 고압 영역과 저압 영역의 비율에 기초하여, 스프링(탱크 챔버용 옵션 스프링 제외) 또는 밀봉된 가스 충전 없이 유체 가압을 제공하는 압력 증배 효과가 달성된다. 유압 장치의 작동 중 탱크 챔버가 가압되는 경우 고압 영역과 저압 영역의 비율이 고압 측과 저압 측의 압력 비율과 완벽하게 일치하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유압 시스템은 저압 측과 고압 측 사이에 연결된 메인 펌프를 더 포함한다. 메인 펌프는 펌프와 모터로 작동하는 유압 기계로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유압 시스템은 탱크 압력 측과 고압 측 및 저압 측 중 하나 사이에 연결된 보조 펌프를 더 포함한다. 보조 펌프는 유압 시스템의 시동 시퀀스에 사용될 수 있으며, 그 동안 보조 펌프는 고압 측 또는 저압 측을 가압한다. 고압 측과 저압 측 중 다른 하나는 유압 장치에 의해 가압된다. 메인 펌프와 보조 펌프는 공통 구동 샤프트에 의해 구동될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 보조 펌프는 고정 용량을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 유압 시스템을 포함하는 작업 기계에 관한 것이다. 작업 기계는 예를 들어 굴착기, 휠 로더, 굴절식 또는 고정식 지게차 또는 백호 로더일 수 다.
본 발명의 추가 이점 및 유리한 특징은 다음 설명 및 종속항에 개시되어 있다.
첨부된 도면을 참조하여, 아래에서 예로서 인용된 본 발명의 실시예의 보다 상세한 설명을 따른다.
도 1은 유압 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 작업 기계의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 장치를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템의 블록도이다.
도 3은 도 2의 유압 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치의 개략도이다.
이하, 유압 시스템용 유압 장치, 작업 기계용 유압 시스템, 및 유압 시스템을 포함하는 작업 기계에 대해 설명한다. 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구조적 특징을 나타내기 위해 사용될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 작업 기계(10)의 개략도이다. 작업 기계(10)는 본 발명에 따른 유압 시스템(12)을 포함한다.
도 1에서, 작업 기계(10)는 굴삭기로서 예시된다. 작업 기계(10)는 상부 스윙 구조(14), 하부 주행 구조(16) 및 작업 장치(18)를 포함한다. 작업 기계(10)는 상부 스윙 구조(14)의 캡(20), 및 상부 스윙 구조(14)와 하부 주행 구조(16) 사이의 스윙 모터(22)를 더 포함한다. 하부 주행 구조(16)는 이동 장치(24)를 포함하며, 여기서는 2개의 크롤러 트랙으로 예시된다(도 1에서는 하나만 볼 수 있음).
작업 장치(18)는 붐(26), 아암(28) 및 버킷(30)을 포함한다. 작업 장치(18)는 2개의 붐 실린더(32)(도 1에서 하나만 볼 수 있음), 아암 실린더(34) 및 버킷 실린더(36)를 더 포함한다. 붐 실린더(32)는 상부 스윙 구조(14)와 붐(26) 사이에서 작동한다. 아암 실린더(34)는 붐(26)과 아암(28) 사이에서 작동한다. 버킷 실린더(36)는 아암(28)과 버킷(30) 사이에서 작동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 유압 시스템(12)의 블록도이다. 유압 시스템(12)은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 장치(38)를 포함한다. 유압 시스템(12)은 고압 측(40), 저압 측(42) 및 탱크 압력 측(44)을 더 포함한다.
도 2의 예에서, 고압 측(40) 및 저압 측(42)은 공통 압력 레일(common pressure rail, CPR) 아키텍처로 배열된다. 고압 측(40)은 고압 레일을 포함하고 저압 측(42)은 저압 레일을 포함한다. 고압 측(40) 및 저압 측(42)은 대안적으로 각각 고압 회로 및 저압 회로로 지칭될 수 있다. 고압 측(40) 및 저압 측(42)은 상이한 압력 레벨(고압측(40) 및 저압측(42))에서 2개의 충전 회로를 포함하는 이중 압력 시스템을 형성한다.
유압 시스템(12)의 작동 동안, 저압 측(42)의 압력은 고압 측(40)의 압력보다 낮고, 탱크 압력 측(44)의 압력보다 높다. 고압 측(40)의 압력은 저압 측(42)의 압력보다 높고 저압 측(42)의 압력은 탱크 압력 측(44)의 압력보다 높은 동안 이 세 가지 압력 레벨은 유압 시스템(12)의 작동 중 다소 다를 수 있다.
고압 측(40)의 고압력은 예를 들어 유압 시스템(12)의 작동중 200-350bars 사이에서 변할 수 있다. 저압 측(42)의 저압력은 예를 들어 유압 시스템(12)의 작동중 15-30bar 사이에서 변할 수 있다. 탱크 압력 측(44)의 탱크 압력은 예를 들어 유압 시스템(12)의 작동중 1-5bar 사이에서 변할 수 있다.
유압 장치(38)는 챔버 장치(46)를 포함한다. 유압 장치(38)의 챔버 장치(46)는 고압 챔버(48), 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52)를 포함한다. 탱크 챔버(52)는 유압 장치(38)에 통합된다.
유압 장치(38)는 고압 챔버(48)에 대한 고압 연결부(54)를 더 포함한다. 유압 시스템(12)은 고압 연결부(54)와 고압 측(40) 사이에 연결된 고압 라인(56)을 포함한다. 유압 장치(38)는 저압 챔버(50)에 대한 저압 연결부(58)를 더 포함한다. 유압 시스템(12)은 저압 연결부(58)와 저압 측부(42) 사이에 연결된 저압 라인(60)을 포함한다. 유압 장치(38)는 탱크 챔버(52)에 대한 탱크 흡입 연결부(62)를 더 포함한다. 유압 시스템(12)은 탱크 흡입 연결부(62)에 연결된 탱크 압력 측(44)에 흡입 라인(64)을 더 포함한다.
도 1에 도시된 스윙 모터(22)에 더하여, 유압 시스템(12)은 2개의 주행 모터(66) 및 팬 모터(68)를 더 포함한다. 유압 시스템(12)은 팬 모터(68)에 의해 구동되도록 배열된 팬(70)을 더 포함한다. 스윙 모터(22)는 하부 주행 구조(16)에 대해 상부 스윙 구조(14)를 회전시키도록 배열된다. 주행 모터(66)는 하부 주행 구조(16)의 각각의 크롤러 트랙을 구동하도록 배열된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36), 팬 모터(68), 스윙 모터(22) 및 주행 모터(66) 각각은 고압 측(40) 및 저압 측(42)에 연결된다.
유압 시스템(12)은 고압 유압 에너지 저장부(72)를 더 포함한다. 고압 유압 에너지 저장부(72)는 고압 측(40)에 연결된다. 도 2에서, 고압 유압 에너지 저장부(72)는 어큐뮬레이터로서 예시된다. 고압 유압 에너지 저장부(72)는 고압 측(40)으로부터/으로 유압 에너지를 저장/방출하도록 구성된다. 고압 측의 큰 압력 변화 범위는 고압 유압 에너지 저장부(72)에 의한 유압 에너지의 저장 및 방출을 용이하게 한다.
유압 시스템(12)은 메인 펌프(74)를 더 포함한다. 메인 펌프(74)는 작업 기계(10)의 내연 기관(76)에 의해 구동되도록 배치된다. 도 1에서 메인 펌프(74)의 고압 포트(78)는 고압 측(40)에 연결되고 메인 펌프(74)의 저압 포트(80)는 저압 측(42)에 연결된다. 따라서 메인 펌프(74)는 고압 측(40)과 저압 측(42) 사이에 연결된다. 메인 펌프(74)는 여기에서 펌프와 모터 모두로서 작동하는 유압 기계로 예시된다.
유압 시스템(12)은 보조 펌프(82)를 더 포함한다. 도 1의 예에서, 보조 펌프(82)의 흡입 측(84)은 탱크 압력 측(44)의 흡입 라인(64)에 연결되고 보조 펌프(82)의 토출 측(86)은 고압 측(40)에 연결된다. 따라서, 이 예의 보조 펌프(82)는 탱크 압력 측(44)과 고압 측(40) 사이에 연결된다. 그러나 보조 펌프(82)는 대안적으로 탱크 압력 측(44)과 저압 측(42) 사이에 연결될 수 있다. 보조 펌프(82)는 탱크 압력 측(44)으로부터 고압 측(40)으로(또는 다시 저압 측(42)으로) 유체를 펌핑하도록 구성된다.
이 예의 보조 펌프(82)는 고정 용량 펌프이다. 또한, 메인 펌프(74) 및 보조 펌프(82)는 내연 기관(76)에 의해 구동되는 공통 구동 샤프트(88)에 연결된다.
유압 장치(38)는 탱크 챔버(52)에 대한 탱크 리턴 연결부(90)를 더 포함한다. 유압 시스템(12)은 리턴 라인(92)을 더 포함한다. 리턴 라인(92)은 메인 펌프(74) 및 보조 펌프(82) 각각으로부터 누출 유체를 수용하도록 배열된다. 누출 유체는 리턴 라인(92)을 통해 유도되고 탱크 리턴 연결부(90)를 통해 탱크 챔버(52)로 배출된다.
밸브(미도시)는 보조 펌프(82)의 하류에 제공될 수 있다. 이 밸브에 의해, 보조 펌프(82)로부터 고압 측(40)(또는 저압 측(42))으로의 흐름은 시동 시퀀스(start-up sequence) 후에 정지될 수 있다.
유압 장치(38)는 통기구(94)를 더 포함한다. 통기구(94)는 탱크 챔버(52)와 주변 대기 사이의 공기 소통을 제공하도록 구성된다. 밸브(도시되지 않음)는 통기구(94)에 제공될 수 있고 수동적으로 또는 능동적으로 탱크 챔버(52)와 대기 사이의 유체 연통로를 개폐하도록 배열될 수 있다. 통기구(94)의 밸브에 의해, 탱크 챔버(52)는 탱크 챔버(52)의 압력과 대기 사이의 차이가 임계값, 예를 들어 1bar를 초과할 때 자동으로 공기를 대기로 배출하도록 구성될 수 있다.
고압 라인(56)과 고압 연결부(54) 사이, 저압 라인(60)과 저압 연결부(58) 사이, 및/또는 흡입 라인(64)과 탱크 흡입 연결부(62) 사이의 연결부는 선택적으로 유압 시스템(12)의 일부 작동 상태에서 닫힐 수 있다. 따라서, 유압 장치(38)의 챔버 장치(46)는 고압 측(40)에 연결하기 위한 고압 챔버(48), 저압 측(42)에 연결하기 위한 저압 챔버(50) 및 탱크 압력 측 (44)에 연결하기 위한 탱크 챔버(52)를 포함한다. 이에 따라 유압 장치(38)는 3개의 상이한 압력 레벨로 작동하는 3-레벨 탱크(three-level tank)를 구성한다.
유압 장치(38)는 가동 부재(96)를 더 포함한다. 가동 부재(96)는 고압 챔버(48) 및 저압 챔버(50) 내의 압력 변화에 응답하여 챔버 장치(46) 내에서 적어도 부분적으로 왕복하도록 배열된다.
도 2의 예에서, 유압 장치(38)는 하우징(98)을 포함한다. 하우징(98)은 여기에서 실린더로 예시된다. 고압 챔버(48), 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52)는 하우징(98) 내부에 제공된다. 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52) 각각은 하우징(98)의 벽에 의해 제한된다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 유압 장치(38)는 특히 컴팩트한 디자인을 갖는다.
가동 부재(96)는 고압 챔버(48) 및 저압 챔버(50) 내의 압력 변화에 대응하여 챔버 장치(46) 내부 및 하우징(98) 내부에서 전체적으로 왕복 이동하도록 배열된다. 따라서 유압 장치(38)는 자체-가압(self-pressurizing) 어큐뮬레이터 또는 부트스트랩(bootstrap) 어큐뮬레이터를 구성한다고 할 수 있다.
예를 들어, 고압 측(40)의 압력이 증가하고/하거나 저압 측(42)의 압력이 감소할 때, 가동 부재(96)는 저압 챔버(50)를 향해 이동한다(도 2에서 위쪽). 고압 측(40)의 압력이 감소하고/하거나 저압 측(42)의 압력이 증가할 때, 가동 부재(96)는 고압 챔버(48)를 향해 이동한다(도 2에서 아래쪽). 따라서 유압 장치(38)는 고압 측(40)과 저압 측(42) 사이의 미리 정해진 압력차를 유지하거나 실질적으로 유지하는 기능을 한다.
시동 동안(During start-up), 보조 펌프(82)는 고압 측(40)을 빠르게 가압할 것이다. 유압 장치(38)에 의해, 저압 측(42)도 이에 의해 빠르게 가압될 것이다. 이러한 방식으로, 유압 시스템(12)은 "프리텐션된(pretensioned)" 이라고 말할 수 있다. 대안으로서, 보조 펌프(82)의 배출(discharge)은 고압 측(40)이 유압 장치(38)를 통해 가압되고 유압 시스템(12)이 빠르게 프리텐션되도록 저압측(42)에 연결될 수 있다. 유압 시스템(12)이 프리텐션되면 메인 펌프(74)가 작동을 시작할 수 있다.
도 2에서, 저압 챔버(50)에 노출된 가동 부재(96)의 면적은 고압 챔버(48)에 노출된 가동 부재(96)의 면적보다 크다. 고압 챔버(48)에 노출된 가동 부재(96)의 영역은 고압 영역을 구성하고, 저압 챔버(50)에 노출된 가동 부재(96)의 영역은 저압 영역을 구성한다. 고압 영역과 저압 영역 사이의 비율은 증배 효과(multiplication effect) 또는 압력 비율(pressure ratio)을 제공한다. 탱크 챔버(52) 및 탱크 압력 측(44)의 비교적 작은 탱크 압력은 예를 들어 스프링(미도시)에 의해 달성될 수 있다. 고압 측(40)과 저압 측(42) 사이의 압력비는 탱크 챔버(52)의 압력으로 인해 약간 오프셋될 수 있다. 도 2의 예에서, 탱크 챔버(52)의 압력과 고압 챔버(48)의 압력은 모두 한 방향으로 가동 부재(96)에 작용하고(도 2에서 위쪽), 저압 챔버(50)의 압력은 반대 방향으로 가동 부재(96)에 작용한다(도 2에서 아래쪽). 따라서, 도 2의 예에서 고압 영역과 저압 영역 사이의 비율은, 완벽하지는 않지만, 실질적으로 고압 측(40)과 저압 측(42)의 압력 사이의 비율에 해당한다.
도 3은 도 2의 유압 장치(38)의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 예의 가동 부재(96)는 피스톤 로드(100)를 포함한다. 가동 부재(96)는 피스톤 로드(100)의 양측에 제1 피스톤(102) 및 제2 피스톤(104)을 더 포함한다. 제1 피스톤(102)은 저압 챔버(50)와 마주하고 경계를 정하고, 제2 피스톤(104)은 고압 챔버(48)를 마주하고 경계를 정한다. 이 예에서 제1 피스톤(102) 및 제2 피스톤(104) 각각은 원형 형상을 갖는다.
유압 장치(38)는 제1 실린더(106) 및 제2 실린더(108)를 더 포함한다. 제1 피스톤(102)은 제1 실린더(106) 내부에서 왕복하도록 배치되고, 제2 피스톤(104)은 제2 실린더(108) 내부에서 왕복하도록 배치된다.
제2 실린더(108)는 제1 실린더(106)의 내부에 배치된다. 제1 실린더(106) 및 제2 실린더(108) 각각은 균일한 원형 단면을 갖는다. 제1 실린더(106)는 제2 실린더(108) 보다 더 큰 내부 단면을 갖는다. 이 예에서, 제1 실린더(106)는 또한 유압 장치(38)의 하우징(98)을 구성한다.
도 3에서, 탱크 챔버(52)는 제2 실린더(108)를 둘러싼다. 탱크 챔버(52)는 제1 실린더(106)(이 경우 하우징(98)) 내부에 제공된다. 탱크 챔버(52)는 제1 실린더(106), 제2 실린더(108) 및 제1 피스톤(102)에 의해 제한된다. 고압 챔버(48)는 제2 실린더(108) 내부에 형성되고 제2 피스톤(104)에 의해 제한된다. 탱크 챔버(52)는 고압 챔버(48)를 완전히 둘러싼다. 저압 챔버(50)는 제1 실린더(106)(이 경우 하우징(98)) 및 제1 피스톤(102)으로 제한된다. 제1 피스톤(102) 및 제2 피스톤(104)에 의해, 가동 부재(96)는 저압 챔버(50) 및 고압 챔버(48)를 각각 한정한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치(38)의 개략도이다. 도 3의 실시예에 대한 주요 차이점이 설명될 것이다. 도 4에서는 제1 실린더(106)와 제2 실린더(108)가 나란히 배치되어 있다. 유압 장치(38)는 제1 실린더(106)와 제2 실린더(108) 사이에 격벽(110)을 포함한다. 피스톤 로드(100)는 격벽(110)을 통해 연장된다.
도 4에서, 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52)는 제1 실린더(106)에 형성되고 제1 피스톤(102)에 의해 제한된다. 저압 챔버(50)와 고압 챔버(48)는 제2 실린더(108)에 형성되고 제2 피스톤(104)에 의해 제한된다. 따라서 도 2의 유압 장치(38)는 2개의 저압 챔버(50)를 포함한다.
유압 장치(38)는 피스톤 로드(100)에 형성된 연통 통로(112)를 더 포함한다. 연통 통로(112)는 제1 실린더(106)에 형성된 저압 챔버(50)와 제2 실린더(108)에 형성된 저압 챔버(50) 사이에 유체 연통을 설정한다.
유압 장치(38)는 제1 피스톤(102)에 형성된 체크 밸브(114)를 더 포함한다. 체크 밸브(114)는 탱크 챔버(52)로부터 제1 실린더(106)의 저압 챔버(50)로의 유체 흐름을 허용하지만 제1 실린더(106)의 저압 챔버(50)로부터 탱크 챔버(52)로의 유체 흐름을 방지한다.
도 4에서, 제1 실린더(106)의 저압 챔버(50)는 제1 실린더(106), 하우징(98), 격벽(110) 및 제1 피스톤(102)에 의해 제한된다. 탱크 챔버(52)는 제1 실린더(106), 하우징(98) 및 제1 피스톤(102)에 의해 제한된다. 제2 실린더(108)의 저압 챔버(50)는 제2 실린더(108), 하우징(98) 및 제2 피스톤(104)에 의해 제한된다. 고압 챔버(48)는 제2 실린더(108), 하우징(98), 격벽(110) 및 제2 피스톤(104)에 의해 제한된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치(38)의 개략도이다. 도 4의 실시예에 대한 주요 차이점이 설명될 것이다. 도 5의 유압 장치(38)는 제1 실린더(106)와 제2 실린더(108) 사이에 어떠한 격벽도 포함하지 않는다. 대신, 연속 탱크 챔버(52)가 제1 실린더(106) 및 제2 실린더(108)에서 제1 피스톤(102)과 제2 피스톤(104) 사이에 형성된다. 저압 챔버(50)는 제1 피스톤(102)의 일측에 있는 제1 실린더(106)에 형성된다. 고압 챔버(48)는 제2 피스톤(104)의 일측에 있는 제2 실린더(108)에 형성된다. 또한, 도 5에서 고압 챔버(48), 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52)는 하우징(98)의 벽에 의해 제한된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치(38)의 개략도이다. 도 3의 실시예에 대한 주요 차이점이 설명될 것이다. 도 6에서, 제1 실린더(106) 및 제2 실린더(108)는 하우징(98) 내부에 제공된다. 이에 의해, 하우징(98)과 제1 실린더(106) 사이에 공간이 형성된다. 도 6에서도 하우징(98)은 실린더로 구성되어 있다. 탱크 챔버(52)는 하우징(98), 제1 실린더(106) 및 제2 실린더(108)에 의해 제한된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 장치(38)의 개략도이다. 도 6의 실시예에 대한 차이점을 주로 설명한다. 도 7에서, 고압 유압 에너지 저장부(72)는 탱크 챔버(52) 내부에 제공된다. 따라서 고압 유압 에너지 저장부(72), 고압 챔버(48), 저압 챔버(50) 및 탱크 챔버(52)는 공통 하우징(98)에 제공된다. 고압 연결부(54), 고압 챔버(48) 및 고압 유압 에너지 저장부(72) 사이에 유압 유체의 흐름을 선택적으로 분배하기 위해 유압 매니폴드(도시되지 않음)가 더 제공될 수 있다. 대안으로서, 고압 유압 에너지 저장부(72)는 탱크 챔버(52) 대신에 저압 챔버(50)에 통합될 수 있다.
본 발명은 위에서 설명되고 도면에 예시된 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 통상의 기술자는 첨부된 청구항의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (19)

  1. 유압 시스템(12)용 유압 장치(38)로서,
    유압 시스템(12)의 고압 측(40)에 연결하기 위한 하나 이상의 고압 챔버(48), 및 유압 시스템(12)의 저압 측(42)에 연결하기 위한 하나 이상의 저압 챔버(50)를 포함하는 챔버 장치(46);
    제1 실린더(106);
    하나 이상의 고압 챔버(48)와 하나 이상의 저압 챔버(50) 내의 압력 변동에 응답하여 챔버 장치(46) 내부에서 적어도 부분적으로 왕복하도록 배열된 가동 부재(96); 및
    상기 제1 실린더(106) 보다 더 작은 내부 단면적을 갖는 제2 실린더(108)를 포함하고,
    상기 가동 부재(96)는 2개의 피스톤(102, 104)을 포함하며;
    제1 피스톤(102)은 상기 제1 실린더(106) 내부에서 왕복하도록 배열되고;
    제2 피스톤(104)은 상기 제 2 실린더(108) 내부에서 왕복하도록 배열되며;
    상기 제2 피스톤(104)은 하나 이상의 고압 챔버(48) 중 하나의 범위를 정하고;
    상기 챔버 장치(46)는 유압 시스템(12)의 탱크 압력 측(44)에 연결하기 위한 하나 이상의 탱크 챔버(52)를 더 포함하며;
    상기 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 상기 하나 이상의 고압 챔버(48)를 둘러싸고;
    상기 유압 장치(38)는 하우징(98)을 포함하며;
    상기 하나 이상의 고압 챔버(48), 하나 이상의 저압 챔버(50) 및 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 상기 하우징(98) 내부에 제공되고; 그리고
    상기 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 상기 하우징(98)의 벽에 의해 제한되는, 유압 장치(38).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 공기를 대기와 소통하도록 구성되는, 유압 장치(38).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 대기로 통기되는, 유압 장치(38).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고압 챔버(48) 및/또는 상기 하나 이상의 저압 챔버(50)는 하우징(98)의 벽에 의해 제한되는, 유압 장치(38).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고압 측(40)에 연결하기 위한 하나 이상의 고압 유압 에너지 저장부(72)를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 고압 유압 에너지 저장부(72)는 하나 이상의 탱크 챔버(52) 중 하나의 내부 또는 하나 이상의 저압 챔버(50) 중 하나의 내부에 배치되는, 유압 장치(38).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 탱크 챔버(52)는 제1 실린더(106) 및/또는 제2 실린더(108) 내부에 제공되는, 유압 장치(38).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 실린더(108)는 제1 실린더(106) 내부에 배치되는, 유압 장치(38).
  8. 제1항에 있어서,
    피스톤(102, 104) 중 적어도 하나는 하나 이상의 탱크 챔버(52) 중 하나의 범위를 정하는, 유압 장치(38).
  9. 작업 기계(10)용 유압 시스템(12)으로서,
    제1 압력 수준에서 체적 흐름을 생성하고 수용하도록 배열된 고압 측(40);
    상기 제1 압력 수준보다 낮은 제2 압력 수준에서 체적 흐름을 생성하고 수용하도록 배열된 저압 측(42);
    탱크 압력 측(44); 및
    유압 장치(38)를 포함하고, 상기 유압 장치(38)는:
    상기 고압 측(40)에 연결되는 하나 이상의 고압 챔버(48), 및 상기 저압 측(42)에 연결되는 하나 이상의 저압 챔버(50)를 포함하는 챔버 장치(46);
    상기 하나 이상의 고압 챔버(48) 내부 및 상기 하나 이상의 저압 챔버(50) 내부의 압력 변화에 응답하여 상기 챔버 장치(46) 내부에서 적어도 부분적으로 왕복 이동하도록 배열된 가동 부재(96);
    상기 탱크 압력 측(44)에 연결하기 위한 하나 이상의 탱크 챔버(52); 및
    상기 저압 측(42)과 상기 고압 측(40) 사이에 연결되는 메인펌프(74)를 포함하는, 유압 시스템(12).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가동 부재(96)는 상기 하나 이상의 고압 챔버(48) 내의 고압 영역 및 상기 하나 이상의 저압 챔버(50) 내의 저압 영역을 포함하고, 상기 고압 영역과 상기 저압 영역 사이의 비율은 유압 시스템(12)의 작동에서 고압 측(40)과 저압 측(42) 사이의 압력 비율에 실질적으로 대응하는, 유압 시스템(12).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고압 측(40) 및 상기 저압 측(42) 중 하나와 상기 탱크 압력 측(44) 사이에 연결되는 보조 펌프(82)를 더 포함하는, 유압 시스템(12).
  12. 제9항에 있어서,
    상기 유압 장치(38)는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유압 장치인, 유압 시스템(12).
  13. 제9항 또는 제11항 중 어느 한 항에 따른 유압 시스템(12)을 포함하는, 작업 기계(10).
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