KR20080075493A

KR20080075493A - 작업기계

Info

Publication number: KR20080075493A
Application number: KR1020087008728A
Authority: KR
Inventors: 레노 필라; 조아킴 운네백; 스벤-에케 칼손; 한스 에릭슨
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-08-18
Also published as: ZA200802691B; KR101393660B1; RU2008118492A; RU2403348C2; WO2007043953A1; US20080223631A1; EP1937904A1; EP1937904A4; EP1937904B1

Abstract

본 발명은 기구를 이동시키거나 기계를 조향하는 것을 포함하는 적어도 두 개의 기능에 적합한 작업기계에 관한 것이다.

기구(2)를 이동시키고 기계를 조향시키는 적어도 두 개의 기능에 적용되는 작업기계(1)에 있어서, 한 개의 유압회로는 상기 기능들을 각각 가지며, 그 내부에는 각각의 유압회로가 연결된 도구나 조향장치를 작동시키고, 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함하는 적어도 두개의 유압회로(121, 122, 123); 펌프에 에너지를 개별적으로 공급하고 펌프로부터 에너지를 추출하기 위해 상기 각각의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 작동 가능하도록 연결되고 분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c); 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110, 210, 310)의 사이에서 동력을 교환하기 위해 상기 제1전기장치에 작동 가능하도록 연결되는 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)를 구비하고 구동 휠(130)을 경유하여 작업기계를 작동시키기 위한 트랜스미션 라인(110, 210, 310)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계를 제공한다.

작업기계, 유압펌프, 유압회로, 트랜스미션 라인

Description

작업기계{Working machine}

본 발명은 산업건설기계 분야의 작업기계 중 휠 로더에 적용할 수 있다. 본 발명은 휠 로더에 관하여 개시되지만, 본 발명은 차량에만 국한되지 않을 뿐만 아니라, 연결차량, 트럭 및 굴착기같은 중장비에도 사용될 수 있다.

일반적으로 휠 로더는 구동 휠에 토크를 전달하기 위한 내연기관, 트랜스미션 라인 및 기어박스로 이루어진다. 기어박스는 차량의 속도변화와 전후진의 전환을 위해 여러 기어비를 제공한다. 트랜스미션 라인은 내연기관과 기어박스 사이에 형성되는 유체역학적 토크 컨버터를 포함한다. 토크 컨버터는 버킷을 채우거나 휠 로더를 가속해야하는 경우와 같이 특히 무거운 작업 시에 토크를 증가시키기 위해 사용된다. 토크 컨버터는 현재 작업상태에 대하여 매우 신속하게 토크출력을 적용할 수 있다. 그러나, 현재 구동상태에 의존하는 토크 컨버터는 매우 낮은 효율을 갖는다. 만약 토크 컨버터가 직접운전이 가능한 록 업(lock-up) 장치가 제공된다면 이와 같은 효율이 증가될 수 있다. 그러나, 록 업 장치가 사용될 수 없는 작업운전 중에는 기어비가 고정(1:1)되고 저효율의 문제가 남게 된다.

구동바퀴에 토크를 전달하는 것 외에, 내연기관은 휠 로더의 유압펌프 시스템에 에너지를 공급해야한다. 이와 같은 유압시스템은 승강장치나 휠 로더를 조향하는데 사용된다. 유압작동 실린더는 버킷이나 다른 타입의 부착형태 혹은 작업기구(예를 들면 포오크)가 결합된 승강 암 유닛을 승강하거나 하강시키기 위해 설치된다. 또 다른 유압작동 실린더를 사용함으로써, 버킷은 틸트이나 피벗이 가능하게 된다. 또한, 유압실린더는 휠 로더의 몸체를 앞뒤로 움직이는 기구에 의해 휠 로더를 회전시키기 위해 설치되는 실린더를 조종하게 된다.

일예로, 휠 로더의 속도가 ‘0'에 가까울 때 버킷을 채우는 동안, 한편으로는 내연기관의 회전속도가 유압펌프에 대응되어야 하고 다른 한편으로는, 내연기관이 매우 높은 토크에 대한 요구에 대응되어야만 한다. 유압시스템에 의해 결정되는 내연기관의 회전속도는 현 상태에 대한 휠 로더의 속도에 대응하기 위해 제동되어야만 한다. 여러 상황에서 회전속도와 토크에 대한 요구를 충족시키기 위해서, 내연기관은 출력이 필요하지 않거나 오직 간헐적으로 요구되는 불필요하게 높은 효율에 대해 설계되어야 한다. 몇 가지 측면에서 손실되고, 또한 토크컨버터가 낮은 효율을 갖는 상황에서 작동되어야만 하고, 유압시스템에 따라 제동되어야만 하는 휠 로더의 상황에서의 내연기관의 사용은 높은 연료소비를 초래할 것이다.

휠 로더는 일반적으로 버킷을 가지고 지면을 굴착하며 그것을 덤프트럭에 하역하는데 사용된다. 도 7은 휠 로더(101)의 굴착으로부터 덤프트럭(103)에 하역하는 것까지 일련의 운전패턴을 도시하며, 이것은 가장 빈번하게 사용되는 V형태 운 전이라 불리는 운전패턴이다. 특히, 휠 로더(101)는 일예로서, 2단 기어(W1)로 지면(102)을 향해 운전한다. 휠 로더가 지면(102)을 향할 때, 그것은 일 예로서, 굴착작업이 수행(W2)되는 경우 견인력을 증가시키기 위해 1단기어로 지면(102)을 꿰뚫는다. 굴착이 완료되면, 휠 로더(101)는 일 예로서, 후진 2단기어(W3)의 최고속도로 굴착작업지점으로부터 벗어난다. 실질적으로, 휠 로더(101)의 진행 방향이 바뀌고, 고속(W4)으로 덤프트럭(103)을 향해 나아간다. 덤프트럭(103)에 하역 작업이 완료되면, 휠 로더는 고속(W5)으로 덤프트럭(103)으로부터 벗어난다. 몇몇 작업과정에서, 유압시스템은 내연기관이 출력을 빈번히 요구하지 않는데 불필요하게 높은 출력으로 설계되는 내연기관에 대하여 모순된 요구사항을 설정한다. 유압시스템에 있어서 한 가지 치명적인 경우는 버킷이 비어있는 때와 같이, 승강 및 틸트장치가 분리되지 않는 때이다.

전술한 휠 로더의 V형태 운전패턴에 의하면, 휠 로더가 덤프트럭을 향하고 버킷이 덤프트럭의 승강대 위로 오를 때, 버킷은 틸트되어야 함과 동시에 자갈을 승강대위에 뿌리기 위해 더욱 승강되어야 한다. 이러한 승강장치는 무거운 짐을 갖는 버킷이 승강될 때 높은 유압을 요구한다. 그러나, 그것은 작은 거리를 승강 시키는 것뿐이고, 단지 작은 유압작동을 요구한다. 다른 한편으로는, 버킷이 앞선 지점에 대해 접히는 지점으로부터 멀리 틸트되어야 하기 때문에 틸트장치는 높은 유압작동을 요구한다. 이러한 기계적 결합의 설계와 작은 유압력에 대한 중력이 요구될 뿐이다. 또한, 유압력은 압력과 유체유동을 곱함으로써, 승강과 틸트 두 장치 모두 적당한 유압력이 요구될 뿐이다. 승강 및 틸트장치가 같은 유압시스템으로 연 결되고 같은 유압펌프에 의해 작동되기 때문에, 펌프는 이러한 모든 요구사항들을 충족시키도록 설계되어야 한다. 따라서, 이러한 펌프는 고압과 높은 유체유동 모두 제공하기 위해서 매우 높은 유압력을 전달하며, 이는 내연기관이 비교적 높은 기계적 힘을 제공하도록 설계되어야 한다는 것을 내포한다. 요약하면, 유압시스템의 설계에 따라, 승강 및 틸트장치의 합보다 초과되어 더 높은 유압력이 제공된다는 것이다. 이러한 초과된 유압력이 유압 오일저장부로 빠져나오게 되므로 손실을 초래한다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같이 더욱 효율적이고, 저연비의 작업차량을 제공하는데 있다.

상기 목적은 적어도 두 개의 유압회로를 포함하되, 각각의 유압회로는 기구나 운전장치에 결합되어 작동하는 적어도 한 개의 유압펌프를 포함하는 한 개의 유압회로, 상기 유압펌프에 각각 결합되어 펌프에 에너지와 펌프로부터의 추출에너지를 개별적으로 공급하여서 분리되는 제1전기장치, 구동바퀴를 경유하여 작업차량을 이동시키기 위해 적어도 한 개의 제2전기장치를 포함하고 유압회로와 트랜스미션 라인의 사이에서 동력의 교환하기 위한 제1전기장치에 연결되는 트랜스미션 라인에 의해 달성된다.

따라서, 작업기계는 트랜스미션 라인에서 운동에너지와 완전한 작업사이클 과정 중 승강 암 유니트의 작동으로부터 위치에너지를 보충하기 위한 상태를 조성한다.

한편으로, 각각의 유압장치는 분리된 서킷을 갖고 분리된 전기장치에 의해 구동된다. 이와 같이, 각각의 유압장치는 또 다른 유압장치에 부정적인 영향을 주지 않고 개별적으로 작동될 수 있다. 따라서, 각각의 유압장치는 일예로 보충에너지에 개별적으로 제어될 수 있다.

이것은 여러 작업시 트랜스미션 라인과 유압회로의 사이에서 대략 큰 에너지를 제공할 수 있도록 환경을 조성한다. 또한, 그것은 개별적으로 분리된 유압장치의 펌프구동을 위한 상태를 만들 뿐만 아니라, 유압회로 사이에서 에너지를 분배하며, 전술한 바와 같이 일 예로 버킷이 비어있는 동안 이점이 있다. 분리된 유압회로의 설비는 전기장치와 각각의 장치에 펌프가 결합된 펌프의 더욱 자유도를 만들어낸다.

또한, 유압회로를 전기적으로 작동함으로써, 펌프는 트랜스미션 라인(그리고 내연기관)의 작동으로부터 독립적으로 최적의 회전속도로 작동될 수도 있다. 따라서, 내연기관의 작동은 펌프(들)의 회전속도를 증가시키는 동안 영향을 끼치지 않도록 할 수도 있다.

트랜스미션 라인 설비는 구동 휠을 작동시키거나 제동시키고, 유압펌프에 전력을 발생시키기 위한 전기장치, 동력원을 더 적게 사용되도록 하여 더욱 효과적으로 사용됨으로써 연료소비가 더욱 낮아질 수 있는 동력원을 포함한다. 예를 들면, 유압시스템은 적어도 동력원 대신에 전기장치에 의해 부분적으로 작동될 수 있다. 동력원은 내연기관에 의해 예시로 구성되는 것에 의한다. 따라서, 내연기관의 회전속도는 유압펌프를 연구에 적용되어 결정될 필요가 없다. 트랜스미션 라인의 전기장치는 휠 로더의 제동작동 중에 브레이크로 사용됨과 동시에 보충에너지를 위한 발전기로서 사용될 수 있다. 이와 같은 에너지는 유압회로에 바로 공급되거나 전기에너지 저장수단 즉, 이후 사용될 배터리, 수퍼 콘덴서에 저장될 수 있다.

큰 견인력이 요구될 때, 전기모터와 같은 전기장치 수단에 의하여 부가적으로 토크가 구동 휠에 공급될 수 있다.

또한, 이처럼 동력원은 전기에너지에 변환이 없이 기계적 트랜스미션 라인을 경유하여 구동 휠에 바로 에너지가 전달될 수도 있다. 따라서, 예를 들면 운송방식에서, 동력원의 모든 동력은 구동 휠에 전달될 수도 있다. 그 외의 방식에서, 동력원에 의해 공급되는 모든 동력은 트랜스미션, 유압회로, 저장수단으로 보다 더 분배하기 위한 전기에너지로 전환될 수도 있다. 더 나아가, 이러한 동력원으로부터 제1동력부는 바로 구동 휠에 공급될 수도 있을 뿐만 아니라, 동력원으로부터 제2동력부가 전기에너지로 변환될 수도 있다.

전술한 구성에 따르면, 트랜스미션 라인은 구동 휠에 연결되는 동력원을 결합 및 해지하기 위한 트랜스미션을 포함한다. 바꿔 말하면, 트랜스미션 유닛은 동력원과 구동 휠 사이의 기계적 연결을 위해 장착된다.

더욱이, 트랜스미션 라인의 전기장치는 구동 휠이 반대방향으로 작동하도록 사용될 수 있다. 트랜스미션 라인은 기어박스를 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 기어박스의 후진기어가 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 보다 더한 효과는 트랜스미션 라인에 포함되는 트랜스미션 유닛의 직접 작동상태의 결합 및 분리가 쉽도록 전기장치가 내연기관의 회전속도 및 각각의 트랜스미션 라인의 회전속도에 대응되도록 사용될 수 있다는 것이다.

또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 동력원은 상기 제2전기장치에만 동력을 공급하기 위해 상기 적어도 한 개의 제2전기장치중 하나에 작동 가능하게 연결된다. 바꿔 말하면, 작업기계는 일련의 각종조합을 포함한다. 따라서, 동력원으로부터 공급되는 모든 동력은 유압회로와 구동 휠에 대해 또한, 전자적인 전송을 위해 전기장치에 전달된다. 마지막으로 언급된 실시 예의 또 다른 안출에 의하면, 트랜스미션 라인은 제2전기장치를 더 포함하고 동력의 교환을 위한 상기 제2전기장치에 동작 가능하도록 연결되는 동력원에 동작 가능하도록 연결된다.

마지막으로 언급된 실시 예의 또 다른 안출에 의하면, 트랜스미션 라인은 제2전기장치를 더 포함하고 동력의 교환을 위한 상기 제2전기장치에 동작 가능하도록 연결되는 동력원에 동작 가능하도록 연결된다.

또한, 본 발명의 효과와 효과를 갖는 형태는 다음의 설명과 독립된 청구항에서 상세히 설명한다.

“전기장치”란 전기모터와 발전기로 구성된 것을 의미한다. 전기장치는 샤프트에 출력토크를 공급하기 위해 전기적으로 작동되거나 샤프트에 전기를 공급하기 위해 토크를 적용함으로써 기계적으로 작동될 수 있다.

“트랜스미션 유닛”은 유압 클러치를 포함하며 기계적인 클러치뿐만 아니라 토크 컨버터와 유체정역학 클러치와 같은 유체동역학 클러치 모두를 포함한다. 따라서, “트랜스미션 유닛”은 토크를 증가시킬 수 있는 토크 컨버터와 단지 기어비 1:1로 해지 및 연동하는 작동에 사용되는 일반적인 클러치 모두를 포함한다.

도 1은 버킷(3)형상의 기구(2)를 갖는 휠 로더(1)를 도시한 것이다. 버킷(3)은 버킷(3)을 승강 및 하강시키기 위해 암 유닛(4)에 형성되고 또한, 버킷(3)은 암 유닛(4)에 연동되어 틸트 및 피벗될 수 있다. 휠 로더(1)는 암 유닛(4)과 버킷(3)의 작동을 위해 적어도 한 개의 유압펌프(도 1에 도시되지 않음)와 작동실린더(5a ,5b ,6)를 포함하는 유압시스템을 제공한다. 더욱이, 유압시스템은 프론트바디(8)와 리어바디(9)의 연동되는 동작에 의해 휠 로더를 선회시키기 위한 작동실린더(7a, 7b)를 포함한다. 유압시스템의 개략도는 도 2에 도시하는 바와 같다.

도 2에서는 유압회로(121, 122, 123)가 개시되어 있다. 제1유압회로(121)는 승강기능을 위해 형성되고, 제2유압회로(122)는 틸트기능을 위해 형성되며, 제3유압회로(123)는 조향기능을 위해 형성된다. 각각의 유압회로는 연결된 기구 혹은 조향장치를 작동시키기 위해 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함한다. 또한, 승강실린더(5a, 5b)로 도시된 두 개의 작동실린더는 암 유닛(4)을 승강 및 하강시킬 수 있도록 배치되고, 틸트실린더(6)로 도시된 작동실린더는 암 유닛(4)에 연동되는 버킷(3)을 내향 틸트이나 외향 틸트시킬 수 있도록 배치된다. 아울러, 조향실린더(7a, 7b)로 도시된 두 개의 작동실린더는 휠 로더(1)를 조향하기 위해 배치된다. 세 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)는 유압오일을 갖는 유압실린더를 공급하도록 형성된다. 작업기계의 사용자는 컨트롤유닛(미도시)에 연결된 기구를 이용하여 작동실린더를 제어할 수 있다.

도 3은 종래기술에 따른 휠 로더(1)의 트랜스미션 라인(11)을 도시한 개략도이다. 트랜스미션 라인(11)의 일단에 내연기관(12)이 형성된다. 트랜스미션 라인(11)의 타단은 휠 로더(1)의 구동 휠(13)에 결합된다. 내연기관(12)은 트랜스미션 라인(11)을 경유하여 휠 로더의 구동 휠(13)에 토크를 공급한다. 도시한 바와 같이, 트랜스미션 라인(11)은 차량(1)의 속도를 변화시키거나 휠 로더(1)의 전진 및 후진을 제어하기 위해 기어박스(14)를 포함할 수도 있다. 유체동역학 컨버터(15)는 내연기관(12)과 기어박스(14)의 사이에 형성된다. 휠 로더(1)의 상기 트랜스미션 라인(11)은 휠 로더(1)의 승강작동 및 조향을 위해 유압시스템에서 유압펌프(10)를 작동시키기 위한 수단을 갖는다. 종래기술에 따르면, 유압펌프(10)는 내연기관(12)에 의해 작동되고 토크컨버터(15)와 기어박스(14)의 사이에 형성되는 기어휠(16)을 경유하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 작동기계(1)의 트랜스미션 라인(110)은 도 4에 개략적으로 도시된다. 트랜스미션 라인(110)의 일단에 내연기관(120) 형태의 동력원이 형성된다. 트랜스미션 라인(110)의 타단은 작동기계(1)의 구동 휠(130)에 연동된다. 내연기관(120)은 트랜스미션 라인(110)을 경유하여 작동기계(1)의 구동 휠(130)에 토크를 공급한다. 도시한 바와 같이, 트랜스미션 라인(110)은 차량(1)의 속도를 변화시키거나 작동기계(1)의 전후진을 제어하기 위해 기어박스를 포함할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같은 구성에서, 트랜스미션 라인(110)은 구동 휠(130)에 대응되는 내연기관(120)의 연동 및 해지를 위해 트랜스미션 유닛(150)도 포함한다. 트랜스미션 유닛(150)은 유체동역학 토크라 불리는 형태의 유압클러치로 이루어지는 것이 바람직하다. 토크컨버터는 또한 토크를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 토크컨버터의 출력토크가 일예로, 내연기관(120)의 1-3간격마다의 토크로 될 수 있다. 더욱이, 토크컨버터는 어떠한 증가되는 토크없이 연동을 위해 자유휠장치(free wheel function)와 록 업 장치를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 록 업상태에서 토크컨버터의 트랜스미션비는 고정되되 실질적으로 1:1비율이 바람직하다. 그러나, 또 다른 실시 예에서는, 트랜스미션 유닛(150)은 어떠한 증가되는 토크없이 해지 혹은 연동을 위한 일반적인 클러치가 될 수 있다. 이러한 클러치는 기계식 클러치뿐만 아니라, 유압식 클러치도 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 작업기계(1)의 트랜스미션 라인(110)은 구동 휠(130)을 작동시키거나 제동하며, 상기 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 구동하기 위해 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)를 포함한다.

도 4에 도시한 바와 같은 구성은 도 2를 참조하여 설명한 장치를 공급하기 위해 사용되는 세 개의 유압펌프를 갖지만, 또 다른 구성에서 한 개, 두 개, 네 개 혹은 그 이상의 유압펌프가 이러한 장치나 다른 장치에 공급하기 위해 유압시스템(20)에서 사용될 수도 있다. 전술한 바와 같은 본 발명에서 작업기계는 적어도 두 개의 기구와 조향장치, 각각의 기구와 조향장치에 형성되는 상기 적어도 한 개의 유압펌프를 갖는다. 도 2 내지 도 4에 개략적으로 도시한 바에 따르면, 작업기계는 세 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함한다; 제1유압펌프(100a)는 기구의 승강기능과 하강기능을 제공하기 위해 형성되고, 제2유압펌프(100b)는 기구의 틸트기능을 제공하기 위해 형성되며, 제3유압펌프(100c)는 작업기계의 조향기능을 제공하기 위해 형성된다. 이러한 기능들을 위해 분리된 유압펌프에 의해 작업기계의 작동은 또한, 최적화될 수 있으므로 총에너지 소비가 낮아질 수 있다.

분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c)는 펌프에 개별적인 에너지를 공급하고 펌프로부터 에너지를 추출하기 위해 상기 각각의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 연동되도록 연결된다.

또한, 상기 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)는 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110)의 사이에서 동력의 교환을 위해 상기 제1전기장치에 연동되도록 연결된다.분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c)는 펌프에 개별적인 에너지를 공급하고 펌프로부터 에너지를 추출하기 위해 상기 각각의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 연동되도록 연결된다.

또한, 상기 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)는 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110)의 사이에서 동력의 교환을 위해 상기 제1전기장치에 연동되도록 연결된다.

따라서, 제2전기장치(17a, 17b)는 전기로 구동되는 각각의 제1전기장치(모터/발전기)를 경유하여 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 전기적으로 연결된다. 제2전기장치(17a, 17b)는 배터리 혹은 수퍼 콘덴서와 같은 전기에너지 저장수단(19)에 연결될 뿐만 아니라, 유압펌프의 제1전기장치에 바로 연결될 수 있으며, 차례로 유압펌프의 제1전기장치에 연결된다. 작업기계는 에너지를 저장하고 유압펌프나 전기장치(17a, 17b, 18a, 18b, 18c)에 에너지를 공급하기 위해 전기에너지 저장수단(19)을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱이, 통상적인 컨트롤유닛(미도시)은 도 4에 도시된 시스템의 여러 부분에서 에너지 전달을 제어하는데 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 2에 연관지어 설명하면, 작업기계(1)는 유압시스템(20)의 수단에 의해 작동되는 버킷(3)형상의 기구(2)를 구비할 수 있다. 그러나, 이는 다른 기구도 사용될 수 있음에 중점을 둔다. 연결차량이나 트럭과 같은 작업기계에 대하여 본 발명을 적용할 때, 상기 기구는 예를 들어 덤프체(dump body)로 대체할 수 있다. 일반적으로 유압펌프와 작동실린더는 쏟는 동작시에 덤프체의 작동을 위해 사용된다.

보다 바람직하게, 트랜스미션 라인(110)은 두 개의 제2전기장치(17a, 17b) 즉, 한 개는 트랜스미션 유닛(150)의 상류측에 형성되고, 다른 하나는 트랜스미션 유닛(150)의 하류측에 형성된다. 두 개의 제2전기장치를 사용함으로써, 가능한 작동방식의 수가 증가된다.

도 4에 도시한 바와 같은 실시 예에서는, 트랜스미션 라인은 내연기관(120)과 트랜스미션 유닛(150) 사이에 형성되는 한 개의 전기장치(17a)를 포함한다. 즉, 한 개의 전기장치(17b)는 트랜스미션 유닛(150)과 기어박스(140) 사이에 형성된다. 상기 제2전기장치(17a, 17b)는 내연기관(120)으로부터 구동 휠(130)까지 전기장치(17a, 17b)를 경유하여 토크를 전달하기 위해 각각 전기적으로 연결된다. 더욱이, 제2전기장치는 전기에너지 저장수단(19)과 유압펌프의 각 제1전기장치(모터 : 8a, 8b, 8c)에 전기적으로 연결된다.

제2전기장치(17a)중 첫 번째는 유압펌프나 전기에너지 저장수단(19) 혹은 다른 제2전기장치(17b)에 직접적으로 에너지를 공급하기 위해 내연기관(120)에 의해 작동될 수 있다. 다른 제2전기장치(17b)는 작업기계의 제동동작 중에 작업기계(1)의 구동 휠(130)을 제동하는데 사용되고, 유압펌프에 직접적으로 에너지를 제공하거나 전기에너지 저장수단(19)에 사용될 수 있다. 또한, 전기장치(17a) 혹은 다른 전기장치(17b)는 작업기계(1)의 구동 휠을 구동하기 위해 전기에너지 저장수단(19)에 의해 작동될 수 있고 또는, 다른 제2전기장치(17b)가 같은 이치로 첫 번째 제2전기장치(17a)에 의해 작동될 수 있다.

비록 두 개의 전기장치를 포함하는 트랜스미션 라인(110)이 바람직하지만, 그럼에도 불구하고 단지 한 개의 전기장치를 사용함으로써 효과가 얻어질 수 있으며, 보다 바람직하게는, 트랜스미션 유닛과 구동 휠의 사이 즉, 도 4에서 제2전기장치(17b)가 형성된 방식과 마찬가지로 트랜스미션 유닛과 기어박스의 사이에 형성되되 어떠한 기어박스의 상류측으로 형성된다. 또한, 각각의 구동 휠에 대하여 한 개의 상기 전기장치를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 보통 네 개의 전기장치는 네 개의 구동 휠을 작동시키는데 사용된다. 각각의 전기장치는 이후에 각각의 기어박스를 경유하여 각각의 구동 휠에 연결되는 것이 바람직하다.

더욱이, 예를 들면 유압펌프를 작동시키기 위한 전기장치로 도 3과 연관되어 설명되는 바와 같이 유압펌프가 내연기관에 의해 작동되는 종래기술을 조합하는 것이 가능할 것이다. 이후, 유압펌프는 작동을 최적화하기 위해 여러 번 내연기관이나 전기장치에 의해 작동될 수 있다.

게다가, 전기에너지 저장수단(19)에 의해 저장된 에너지는 때때로 압축기, 팬, 액츄에이터 등과 같이 휠 로더의 다른 기능(61)으로 사용될 수도 있다. 트랜스미션 라인(110)에 포함되는 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)는 구동 휠(130)을 작동시키거나 제동하며, 적어도 상기 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 전력을 발생시킨다. 한 개 혹은 그 이상의 제2전기장치(17a, 17b)로부터 동력의 수단에 의해 유압펌프의 작동으로 얻어지는 효과뿐만 아니라, 제2전기장치(17a, 17b)는 구동 휠(130)에 토크를 공급하는데 사용될 수 있다. 내연기관과 전기장치(17a, 17b)를 현 상태에 사용하여 적용함으로써, 트랜스미션 라인(110)의 총효율이 증가될 수 있다.

도 4를 참고하면, 구동 휠(130)은 록 업이나 토크컨버터(150)를 구비하는 내연기관(120)에 의해 구동되거나, 혹은 록 업이나 토크컨버터(150)를 함께 구비하는 내연기관(120)과 제2전기장치(17a) 중 한 개와 나머지 제2전기장치(17b)에 의해 구동되거나, 혹은 록 업이나 토크컨버터(150)를 구비하지 않는 제2전기장치(17a)와 나머지 제2전기장치(17b)에 의해 구동되거나, 혹은 록 업이나 토크컨버터(150)를 구비하지 않는 다른 제2전기장치(17b)에 의해 구동된다.

제2전기장치(17a)는 전기를 발생시키기 위해 내연기관(120) 혹은 작동되거나 토크를 제공하기 위해 전기에너지 저장수단(19)에 의해 작동되고 다른 제2전기장치(17b)는 첫 번째 제2전기장치(17a) 혹은 토크를 제공하기 위해 전기에너지 저장수단(19)에 의해 작동된다. 토크컨버터는 일반적으로 유체동역학 토크컨버터의 록 업상태와 같이 대안을 제공하는 유압식이나 기계식 클러치로 대신할 수 있다.

도 5에는 작업기계에 전력을 공급하기 위한 전력 발생모터(200)를 포함하는 작업기계가 도시된다. 작업기계는 적어도 두 개의 유압회로(121, 122, 123)와 각각의 상기 기능을 위한 한 개의 유압회로를 포함하며, 각각의 유압회로는 설치된 기구 혹은 조향장치를 작동시키기 위해 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함한다.

또한, 분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c)는 펌프에 대한 에너지의 개별적인 공급과 펌프로부터 에너지의 추출을 위해 각각의 상기 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 구동되게 연결된다. 아울러, 작업기계는 구동 휠(130)을 경유하여 작동기계를 작동시키기 위해 트랜스미션 라인(210)을 더 포함하며, 트랜스미션 라인은 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110, 210, 310)의 사이에서 동력의 교환을 위해 상기 제1전기장치에 동작 가능하도록 연결된다. 따라서, 전력발생모터(200)은 적어도 상기 한 개의 전기장치(17)와 상기 제1전기장치(18a, 18b, 18c)를 경유하여 상기 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 전력을 공급할 수 있도록 형성된다.

작업기계의 구동 휠을 작동시키기 위한 적어도 한 개의 전기장치와 전기 형태의 에너지를 공급하는 모터가 설치됨으로써, 전력 발생모터가 상기 적어도 한 개의 전기장치와 상기 적어도 한 개의 유압펌프, 전력 발생모터로부터의 에너지, 예를 들어 발전기를 구비하는 내연기관은 더욱 효율적이고 총에너지소비가 낮아질 수 있다.

유압시스템은 전력발생 모터의 회전속도에 대응될 필요없이 작동될 수 있다. 더욱이, 전기장치는 휠 로더와 같은 작업기계의 제동동작 중에 브레이크로 사용됨과 동시에 보충에너지를 위한 발전기의 기능을 담당할 수 있다. 전력발생 모터의 에너지는 전기장치와 유압시스템에 바로 공급되거나, 추후에 사용될 배터리 혹은 수퍼 콘덴서와 같은 전기에너지 저장수단에 저장될 수 있다.

더욱이, 전기장치는 구동 휠을 역방향으로 작동시키는데 사용될 수 있다. 이것은 기어박스의 후진기어가 생략될 수 있다는 것을 의미한다.

비록 도 5에 도시된 작업기계는 한 개의 전기장치(17)를 구비할지라도, 두 개 혹은 그 이상의 전기장치를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 작업기계는 각각의 구동 휠마다 상기 한 개의 전기장치를 포함할 수도 있다. 이런 경우, 보통 네 개의 전기장치는 네 개의 구동 휠을 작동시키는데 사용된다. 각각의 전기장치는 각각의 기어박스를 경유하여 각각의 구동 휠에 연결되는 것이 바람직하다.

작업기계는 전력발생 모터(200) 혹은 상기 적어도 한 개의 전기장치(17)로부터 에너지를 저장하기 위해 전기에너지 저장수단(19)을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 전기에너지 저장수단(19)은 이후에 상기 적어도 한 개의 전기장치(17) 혹은 상기 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 전기를 공급하는데 사용된다.

구동 휠(130)을 작동시키는 것 외에, 상기 적어도 한 개의 전기장치(17)중 한 개 혹은 그 이상은 작업기계의 제동동작중에 작업기계의 구동 휠을 제동시키는데 사용될 수 있다. 이와 동시에, 전기장치(17)는 전기에너지 저장수단(19)에 저장될 수 있는 보충에너지를 위한 발전기의 기능을 담당하거나 유압시스템(20)에 사용될 수 있다.

첨부된 도면을 참고로 예를 들어 개시되는 본 발명의 구성에 대한 보다 더 상세한 설명은 다음과 같다.

도 1은 하역 작업을 위해 버킷을 구비하고, 버킷을 작동시키기 위한 유압시스템과 휠 로더를 작동시키는 것을 도시한 휠 로더의 측면도이다.

도 2는 휠 로더를 위한 유압시스템을 도시한 개략도이다.

도 3은 종래기술에 따른 휠 로더의 트랜스미션 라인을 도시한 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 작업기계의 트랜스미션 라인을 도시한 개략도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 작업기계의 트랜스미션 라인을 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 작업기계의 트랜스미션 라인을 도시한 개략도이고,

도 7은 종래기술에 따른 휠 로더의 단사이클 방식을 도시한 개략도이다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의하면, 작업기계는 적어도 두 개의 기구와 조향장치, 각각의 기구에 형성되는 상기 적어도 한 개의 유압펌프 혹은 조향장치를 구비한다. 도 2 내지 도 5에 개략적으로 도시한 실시 예에 의하면, 작업기계는 세 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c); 기구의 승강 및 하강기능을 제공하도록 형성되는 제1유압펌프(100a), 기구에 틸트기능을 제공하도록 형성되는 제2유압펌프(100b), 작업기계의 조향기능을 제공하도록 형성되는 제3유압펌프(100c)를 포함 한다. 작업기계의 이러한 기능들을 위하여 분리된 유압펌프들에 의해, 또한 최적화될 수 있으므로 총에너지소비가 낮아진다.

도 6은 본 발명에 따른 작업기계의 더욱 변형된 트랜스미션 라인(310)을 도시한 개략도이다. 트랜스미션 라인(310)은 도 6에서 두 개의 제2전기장치(17a, 17b) 사이에 트랜스미션 유닛(150)이 없다는 점에서 도 4의 트랜스미션 라인(110)과 다르다.

도 6에 개략적으로 도시된 작업기계는 적어도 두 개의 장치로 적용되고, 기구(2)의 이동 혹은 기계의 조향을 포함하며, 기계는 세 개의 유압회로(121, 122, 123), 상기 각각의 장치들을 위한 한 개의 유압회로를 포함하며, 각각의 유압회로는 연결된 기구 혹은 조향장치를 작동시키기 위한 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함한다. 분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c)는 펌프에 에너지를 개별적으로 공급하거나 펌프로부터 에너지를 추출하기 위해 상기 각각의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 구동되도록 연결된다.

또한, 구동 휠(130)을 경유하여 작업기계를 작동시키기 위한 트랜스미션 라인(310)은 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(310) 사이에서 동력의 교환을 위해 상기 제1전기장치에 연동되어 연결되는 상기 두 개의 제2전기장치(17a, 17b)를 포함한다.

동력원(120)은 상기 제2전기장치(17a)에 동력을 공급하기 위해 상기 한 개의 제2전기장치(17a)에 동작 가능하게 연결된다. 또한, 트랜스미션 라인(310)은 제2전기장치(17b)를 더 포함하며 동력원(120)에 동작 가능하게 연결되는 제2전기장 치(17a)는 동력의 교환을 위해 상기 제2전기장치(17b)에 동작 가능하게 연결된다.

본 발명의 범위 내에서, 전력발생모터(200)는 전기를 공급할 수 있도록 여러 방법으로 설계될 수 있다. 한가지 선택권은 전기를 공급하기 위한 연료전지를 사용하는 것이다. 또 다른 전력발생모터의 예로서는 전기발생기를 갖는 내연기관이다. 아울러, 해결방안은 전기 발생기를 갖는 가스터빈을 사용하는 것이다. 또한, 전력발생모터는 전기발생기를 갖는 자유피스톤 엔진이 될 수 있다.

본 출원의 “구동 휠”이라는 단어는 무한궤도차량(track) 혹은 크롤러(crawler) 혹은 이와 같이 지면접촉부재를 작동시키기 위한 차량바퀴뿐만 아니라, 지면에 직접 맞닿는 차량바퀴를 포함함을 의미하는 것이 주지되어야 한다.

본 발명은 상기 설명과 도면에 도시된 구성에 한정되지 않으며, 오히려 당업자가 첨부된 청구항의 범주 내에서 여러 가지의 변형 및 수정이 될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

예를 들면, 동력은 작업기계 자체로서만 한정될 필요가 없다. 예를 들면, 외부동력공급이 사용될 수도 있다. 좀더 상세하게, 작업기계는 일반적인 전기공급 네트워크로의 플러그인(plug-in)을 위한 수단으로 제공될 수도 있다. 이런 경우, 작업기계의 에너지 저장수단은 기본적인 것임에 틀림없다.

본 발명은 휠 로더, 트럭, 굴착기 등의 작업기계에 적용되는 것으로, 특히 트랜스미션 라인의 구동이나 제동에 적용되며, 유압시스템 내에 유압펌프가 구비된 작업기계에 적용되는 것이다.

Claims

기구(2)를 이동시키고 기계를 조향시키는 적어도 두 개의 기능에 적용되는 작업기계(1)에 있어서,

한 개의 유압회로는 상기 기능들을 각각 가지며, 그 내부에는 각각의 유압회로가 연결된 도구나 조향장치를 작동시키고 적어도 한 개의 유압펌프(100a, 100b, 100c)를 포함하는, 적어도 두개의 유압회로(121, 122, 123);

펌프에 에너지를 개별적으로 공급하고 펌프로부터 에너지를 추출하기 위해 상기 각각의 유압펌프(100a, 100b, 100c)에 작동 가능하도록 연결되고 분리된 제1전기장치(18a, 18b, 18c);

유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110, 210, 310)의 사이에서 동력을 교환하기 위해 상기 제1전기장치에 작동 가능하도록 연결되는 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)를 구비하고 구동 휠(130)을 경유하여 작업기계를 작동시키기 위한 트랜스미션 라인(110, 210, 310)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1에 있어서, 유압회로(121, 122, 123)와 트랜스미션 라인(110, 210, 310)에 동력을 공급하도록 형성된 동력원(120, 200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 2에 있어서, 동력원(120)은 내연기관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 2에 있어서, 트랜스미션 라인(110)은 구동 휠(130)에 연동되는 동력원(120)의 연동 및 해지를 위한 트랜스미션 유닛(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 4에 있어서, 트랜스미션 유닛은 유체동역학 토크컨버터(150)인 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 5에 있어서, 유체동역학 토크컨버터(150)는 토크컨버터의 트랜스미션비가 고정되는 록 업 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 4에 있어서, 트랜스미션 유닛(150)은 기계식 클러치인 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 2 또는 3에 있어서, 동력원(120, 200)은 상기 제2전기장치(17a)에만 동력을 공급하도록 상기 적어도 한 개의 제2전기장치에 작동 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 8에 있어서, 트랜스미션 라인(210, 310)은 동력원(120, 200)에 작동 가능하도록 연결되는 제2전기장치(17b)를 더 포함하고, 상기 제2전기장치(17a)는 동력의 교환을 위해 상기 제2전기장치(17b)에 연동되어 연결되는 동력원(120, 200)에 작동 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 2 또는 3에 있어서, 동력원(200)은 전기공급을 위한 전력발생모터(200)인 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 10에 있어서, 전력발생모터(200)는 연료전지로 이루어지는 작업기계.
청구항 10에 있어서, 전력발생모터(200)는 전기발전기를 구비하는 내연기관으로 이루어지는 작업기계.
청구항 10에 있어서, 전력발생모터(200)는 전기발전기를 구비하는 가스터빈으로 이루어지는 작업기계.
청구항 10에 있어서, 전력발생모터(200)는 전기발전기를 구비하는 자유피스톤 엔진으로 이루어지는 작업기계.
청구항 1 내지 14중 어느 한 항에 있어서, 트랜스미션 라인(210, 310)은 기 어박스(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1 내지 15중 어느 한 항에 있어서, 작업기계(1)는 상기 제1전기장치(18a, 18b, 18c)와 상기 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)에 작동 가능하도록 연결되는 전기에너지 저장수단(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 15에 있어서, 한 개 혹은 그 이상의 상기 전기장치(17a, 17b, 18a, 18b, 18c)는 전기장치가 발전기기능을 할 때, 전기에너지 저장수단(19)에 충전되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1 내지 17중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b)중 한 개 혹은 그 이상은 작업기계의 제동동작 중에 작업기계(1)의 구동 휠(130)을 제동하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1 내지 18중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 제2전기장치(17a, 17b) 중 한 개 혹은 그 이상은 기구(2)의 작동 중 혹은 작업기계(1)의 가속 중에 작업기계(1)의 구동 휠(130)을 작동시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 4 내지 7중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 제2전기장 치(17a, 17b)중 한 개 혹은 그 이상은 내연기관(120)의 회전속도와 트랜스미션 라인(110)의 회전속도 각각에 대하여 대응됨으로써 트랜스미션 유닛(150)의 직접적인 작동상태의 연동 혹은 해지를 쉽게 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1 내지 20중 어느 한 항에 있어서, 세 개의 유압펌프를 포함하되, 기구의 승강 또는 하강기능을 제공하도록 형성되는 제1유압펌프(100a), 기구의 틸트기능을 제공하도록 형성되는 제2유압펌프(100b), 작업기계의 조향기능을 제공하도록 형성되는 제3유압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
청구항 1 내지 21중 어느 한 항에 있어서, 작업기계는 휠 로더(1)로 이루어지는 작업기계.