KR20120011865A - 유압 회로 - Google Patents

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KR20120011865A
KR20120011865A KR1020117026504A KR20117026504A KR20120011865A KR 20120011865 A KR20120011865 A KR 20120011865A KR 1020117026504 A KR1020117026504 A KR 1020117026504A KR 20117026504 A KR20117026504 A KR 20117026504A KR 20120011865 A KR20120011865 A KR 20120011865A
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pump
actuators
fluid
valve
hydraulic circuit
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KR1020117026504A
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Inventor
데니스 레이놀즈
아미르 슈노다
Original Assignee
파커-한니핀 코포레이션
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Abstract

유압 회로는 기능을 수행하도록 작동될 수 있는 하나 이상의 액추에이터를 구비한다. 상기 하나 이상의 액추에이터 내외로 유체의 흐름을 제어하도록 상기 하나 이상의 액추에이터와 복수의 밸브가 연결된다. 상기 유압 회로는 상기 하나 이상의 액추에이터에 유체를 공급하는 다수의 펌프를 더 구비한다. 상기 다수의 펌프는 제 1 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 1 펌프 및 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 2 펌프를 구비한다.

Description

유압 회로{HYDRAULIC CIRCUIT WITH MUTIPLE PUMPS}
본 발명은 유압 회로, 특히 액추에이터에 유체를 공급하도록 다수의 펌프를 갖는 유압 회로에 관한 것이다.
이동형 기계류, 예컨대 증발기에 통상적으로 사용되는 몇 가지의 공지된 유압 회로는 2개의 펌프를 구비한다. 증발기가 최소한 4가지의 별도 기능[붐(boom), 아암(arm), 버켓(bucket) 및 스윙(swing)]을 구비하기 때문에, 각각의 펌프는 이들 기능 중 2가지를 위한 주요 공급원으로서 작용한다. 예를 들면, 대부분의 증발기 회로에서, 제 1 펌프는 스윙 및 버켓 기능을 위한 1차 유압 유체 공급원으로서 작용하고, 상승 동작 동안에 붐 기능을 위한 2차 유압 유체 공급원으로서 작용하는 한편; 제 2 펌프는 붐 및 아암 기능을 위한 1차 유압 유체 공급원으로서 작용하고, 버켓 기능을 위한 2차 유압 유체 공급원으로서 작용한다. 이러한 설계의 결과로서, 증발기의 동작 동안에, 제 1 및 제 2 펌프 양자는 종종 비교적 적은 변위로 작동한다. 예를 들면, 스윙 및 붐 기능만을 위한 동작 동안에는, 제 1 펌프가 스윙을 동작하도록 50% 변위에서 동작할 수 있는 한편, 제 2 펌프는 붐을 동작하도록 30% 변위에서 동작할 수 있다. 일반적으로, 유압 펌프는 부분적인 변위에서 매우 비효율적이다. 이와 같은 비효율성으로 인해, 상술한 타입의 유압 회로를 동작하는데에는 비용이 많이 들 수 있다.
본 발명에 따르면, 기능을 수행하도록 작동될 수 있는 하나 이상의 액추에이터를 구비하는 유압 회로가 제공된다. 상기 하나 이상의 액추에이터 내외로 유체의 흐름을 제어하도록 복수의 밸브가 상기 하나 이상의 액추에이터와 연결된다. 또한, 상기 유압 회로는 상기 하나 이상의 액추에이터에 유체를 공급하는 다수의 펌프를 구비한다. 상기 다수의 펌프는 제 1 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 1 펌프, 및 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 2 펌프를 구비한다.
일 실시예에 따르면, 전자 제어기는 밸브를 제어한다. 상기 제어기는 상기 밸브를 제어하는 입력 장치로부터의 신호에 응답한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 펌프는 제 1 공급 도관 내에 유체를 제공하고, 상기 제 2 펌프는 제 2 공급 도관 내로 유체를 제공한다. 상기 제 1 공급 도관과 상기 제 2 공급 도관 사이에는 혼합 밸브가 연결된다. 상기 혼합 밸브는 상기 제 1 및 제 2 공급 도관을 유체식으로 연결하도록 상기 제어기에 응답한다.
다른 실시예에 따르면, 상기 유압 회로는 어큐뮬레이터, 및 상기 어큐뮬레이터 외부로의 유체 흐름을 제어하는 밸브를 갖는 유체 동력 저장 서브시스템(fluid power storage sub-system)을 구비한다. 상기 제어기는 상기 어큐뮬레이터로부터의 유체를 이용하여 상기 하나 이상의 액추에이터를 작동시키도록 상기 유체 동력 저장 서브시스템의 밸브를 제어한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 유압 회로를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 유압 회로를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 유압 회로를 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 유압 회로(10)를 도시한다. 유압 회로(10)는 헤드측 챔버(14)와 로드측 챔버(16)를 갖는 액추에이터(12)를 구비한다. 헤드측 챔버(14)와 로드측 챔버(16)는 피스톤/로드 조립체(15)의 피스톤(13)에 의해 분리된다. 액추에이터(12)는 참조번호 "18"로 나타낸 기능을 동작하도록 전원 공급될 수 있다. 유압 회로(10)는 2개의 유압 펌프(24, 26)를 더 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 펌프(24, 26)는 모터와 같이 작용하도록 오버센터 작동될 수 있는 가변 변위 펌프이다. 펌프(24, 26)는 실질적으로 일정한 출구 압력을 유지하도록 제어된다. 일 실시예에서, 펌프(24, 26)는 가동형 스와시플레이트(swashplate)를 갖는 축방향 피스톤 펌프이지만, 변위를 가변시킬 수 있는 임의 타입의 유압 펌프가 사용될 수 있다. 펌프(24, 26)에는 전력 공급원(28)이 연결되어, 펌프를 구동하도록 작동가능하다. 전력 공급원(28)은 연소기관, 전기모터, 또는 임의의 달리 공지된 원동력 공급원을 포함할 수 있다. 유체를 펌핑하는 동작 동안에, 펌프(24)는 탱크(30)로부터의 유체를 끌어당기고, 공급 도관(34) 내로 유체를 제공한다. 마찬가지로, 유체를 펌핑하는 동작 동안에, 펌프(26)는 탱크(30)로부터의 유체를 끌어당기고, 공급 도관(36) 내로 유체를 제공한다.
도 1의 유체 회로(10)는 액추에이터 내외로 유체 흐름을 제어하도록 액추에이터(12)와 관련된 복수의 밸브를 더 구비한다. 밸브는 2개의 공급측 밸브(40, 42) 및 2개의 복귀측 밸브(44, 46)를 구비한다. 변형 실시예에서, 2개의 복귀측 밸브는 단일의 3위치 밸브로 결합될 수 있다. 유압 회로(10)는 혼합 밸브(48)를 선택적으로 구비할 수 있다. 도 1의 유압 회로(10)가 단일의 액추에이터(12)만을 구비하기 때문에, 단일의 혼합 밸브(48)가 회로 내에 구비된다. 유압 회로가 하나 이상을 구비하면, 하나 이상의 혼합 밸브가 사용될 수 있다. 공급측 밸브(40)는 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)로 안내하는 도관(54)과 공급 도관(34) 사이에 연결되어 그 사이의 유체 흐름을 제어한다. 공급측 밸브(42)는 액추에이터(12)의 로드측 챔버(18)로 안내하는 도관(56)과 공급 도관(36) 사이에 연결되어 그 사이의 유체 흐름을 제어한다. 복귀측 밸브(44)는 도관(54)과 복귀 도관(58) 사이에 연결되어 그 사이의 유체 흐름을 제어한다. 마찬가지로, 복귀측 밸브(46)는 도관(56)과 복귀 도관(58) 사이에 연결되어 그 사이의 유체 흐름을 제어한다. 혼합 밸브(48)는 공급 도관(34, 36) 사이에 연결되어 그 사이의 흐름을 제어한다.
도 1은 양방향 압력 보상 밸브로서 각각의 밸브(40, 42, 44, 46, 48)를 도시한다. 그러나, 밸브는 단방향 밸브를 포함하는 임의의 공지된 타입의 밸브일 수 있다. 그러나, 적어도 공급 밸브(40, 42) 및 혼합 밸브(48)를 위한 양방향 밸브를 사용하면, 후술한 바와 같이 유압 회로(10)용의 추가적인 제어 모드를 가능하게 한다.
또한, 도 1은 선택적인 유체 동력 저장 서브시스템(70)을 도시한다. 유체 동력 저장 서브시스템(70)은 어큐뮬레이터(accumulrator)(72), 관련 밸브(74), 및 선택적으로 충전 펌프(76)를 구비한다. 충전 펌프(76)는 펌프(24, 26) 및 전력 공급원(28)에 작동식으로 연결된다. 도 1은 펌프(24, 26) 및 충전 펌프(76)를 구동시키는 공통 샤프트를 도시한다. 충전 펌프(76)는 탱크(30)로부터의 유체를 끌어당겨서 어큐뮬레이터를 충진하도록 충전 도관(78)을 거쳐 어큐뮬레이터(72)에 유체를 제공하도록 작동가능하다. 충전 도관(78) 내에 위치된 체크 밸브(80)는 어큐뮬레이터(72)로부터의 유체가 충전 도관(78)을 통해 충전 펌프(76) 쪽으로 다시 흐르는 것을 방지한다. 밸브(74)는 어큐뮬레이터(72)를 도관(54)에 연결하여, 어큐뮬레이터 외부로의 유체 흐름을 제어한다. 밸브(74)는 어큐뮬레이터(72)가 도관(54)에 유체를 제공가능하게 하고, 도관(54)이 어큐뮬레이터(72)로 유체를 제공가능하게 하는 양방향 밸브이다.
유압 회로(10)는 전자 제어기(64)를 더 구비한다. 제어기(64)는 밸브(40, 42, 44, 46, 48, 74)에 작동식으로 연결되어 그들의 동작을 제어한다. 제어기(64)는 조작자에 의해 요구되는 바와 같이 액추에이터를 작동하는 방식으로 밸브(40, 42, 44, 48, 74)를 제어하는 조작자 입력 장치(66)로부터 제공된 입력 신호에 응답한다. 밸브(40, 42, 44, 46, 48) 각각은, 밸브를 통한 유체의 흐름을 제어하도록 개폐하는 제어 신호에 응답한다. 또한, 제어기(64)는 전력 공급원(28)을 제어할 수 있거나, 또는 변형적으로, 전력 공급원(28)을 제어하는 또 다른 제어기와 통신할 수 있다. 또한, 펌프(24, 26)는 관련된 스와시플레이트의 각도를 변경하는 등의 변위를 변경하도록 제어기(64)로부터의 제어 신호에 응답할 수 있다. 변형적으로, 펌프(24, 26)는 그 출구에서 실질적으로 일정한 압력을 유지하도록 자체 제어될 수 있다.
펌프(24, 26)를 다시 참조하면, 펌프(24)는 제 1 방향으로의 운동을 위해 액추에이터(12)를 작동시키도록 유체를 공급하는 1차 펌프인 한편, 펌프(26)는 제 1 방향의 반대인 제 2 방향으로의 운동을 위해 액추에이터(12)를 작동시키도록 유체를 공급하는 1차 펌프이다. 도 1은 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)에 유체를 제공하는 1차 펌프로서의 펌프(24)를 도시하고, 액추에이터(12)의 로드측 챔버(16)에 유체를 제공하는 1차 펌프로서의 펌프(26)를 도시한다. 1차 펌프가 액추에이터를 동작시키는데 불충분하다고 액추에이터(12)에서 요구되면, 혼합 밸브(48)가 개방될 수 있고, 1차 펌프에 의해 제공된 유체 흐름을 보충하는데 다른 펌프(이러한 동작에서, 2차 펌프)가 사용될 수 있다.
도 1의 유압 회로(10)는 각종 제어 모드를 갖는다. 제어기(64)는 유압 회로(10)를 통하는 유체 흐름을 제어하도록 적어도 밸브(40, 42, 44, 46, 48, 74)를 제어한다. 제어기(64)는 밸브(40, 42, 44, 46, 48, 74)를 제어하고, 선택적으로, 조작자 입력 장치(66)로부터 수신된 입력 신호에 의해 명령된 바와 같이 수행되는 동안에 유압 회로(10)에 대한 가장 높은 효율을 제공하는 방식으로 펌프(24, 26)를 제어한다.
도 1의 액추에이터(12)를 연장하기 위해서는, 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)에 유체가 제공된다. 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)와 로드측 챔버(16) 사이의 압력차에 응답하여, 피스톤/로드 조립체(15)가 이동하여 액추에이터의 로드측 챔버(16)에서 유체를 배출한다. 하기에는, 도 1의 유압 회로(10) 내에서 액추에이터(12)를 연장시키는 각종 제어 모드가 있다.
? 도관(34), 밸브(40) 및 회로(54)를 통해 펌프(24)로부터 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)로 유체를 흐르게 하도록 밸브(40)를 개방하는 동안에, 펌프(24)를 구동하도록 전력 공급원(28)을 작동시킴. 밸브(46)는 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체가 도관(56), 밸브(46) 및 도관(58)을 거쳐 탱크(30)로 흐르게 하도록 개방된다.
? 밸브(74) 및 도관(54)의 일부를 통해 어큐뮬레이터(72)로부터 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)로 유체를 흐르게 하도록 밸브(74)를 개방함. 밸브(46)는 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체가 도관(56), 밸브(46) 및 도관(58)을 거쳐 탱크(30)로 흐르게 하도록 개방된다.
? 밸브(40, 74)를 개방하고, 펌프(24) 및 어큐뮬레이터(72) 양자가 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)로 유체를 제공하도록 펌프(24)를 작동시킴. 밸브(46)는 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체가 도관(56), 밸브(46) 및 도관(58)을 거쳐 탱크(30)로 흐르게 하도록 개방된다. 이러한 제어 모드는 조작자 입력 장치(66)에 의해 명령된 바와 같이 액추에이터(12)를 작동시키기에 펌프(24)가 불충분하고, 펌프(24)로부터의 유체 흐름을 보충하는데 어큐뮬레이터(72)가 사용되는 경우에 이용된다.
? 명령된 바와 같이 액추에이터(12)를 작동시키기에 펌프(24) 및 어큐뮬레이터(72)로부터의 흐름이 불충분한 경우에는, 어큐뮬레이터(72)와 관련된 밸브(74)가 폐쇄될 수 있고, 혼합 밸브(48)는 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)로의 흐름을 보충(또는 증가)시키는데 펌프(26)가 사용될 수 있도록 개방될 수 있다. 밸브(46)는 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체가 도관(56), 밸브(46) 및 도관(58)을 거쳐 탱크(30)로 흐르게 하도록 개방된다. 이러한 제어 모드에서, 펌프(24)는 1차 펌프이고, 펌프(26)는 펌프(24)의 흐름을 보충하는 2차 펌프이다. 부분적인 변위에서 동작하는 양자의 펌프(24, 26) 대신에, 펌프(24)(1차 펌프)는 전체 변위에서 동작되고, 펌프(26)(2차 펌프)에 의해 추가적인 흐름이 보충된다. 펌프(24, 26)로부터 제공된 흐름을 더욱 보충하기 위해, 필요에 따라서 어큐뮬레이터(72)가 사용될 수 있다.
? 액추에이터(12)의 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체의 에너지를 이용하기 위해, 밸브(46)는 폐쇄 유지되도록 제어될 수 있고, 밸브(42)는 펌프(26)로 흐름을 지향시키도록 개방되어, 모터로서 작용하도록 오버센터 제어(또는 작동)될 수 있다. 모터로서 작용하는 펌프(26)는 헤드측 챔버(14)로 유체를 제공하도록 펌프(24)를 구동[또는 구동 펌프(24) 내의 전력 공급원(28)을 조력]시킨다. 어큐뮬레이터(72)는 펌프(24)로부터의 흐름을 더욱 보충하기 위해 필요에 따라서 사용될 수 있다. 추가로, 충전 펌프(76)는 이러한 제어 모드 동안에 어큐뮬레이터(72)가 충전될 수 있도록 모터로서 작용하는 펌프(26)에 의해 구동된다.
? 또 다른 제어 모드에서, 밸브(42)를 통과한 후에 로드측 챔버(16)에서 배출되는 유체 흐름은, 혼합 밸브(48)를 통해 공급 도관(34)으로 지향됨으로써, 펌프(24)로부터의 흐름을 공급 도관(34, 36) 내의 소정의 압력으로 보충(또는 증가)시킬 수 있다.
액추에이터(12)를 수축시키기 위해서는, 액추에이터(12)의 로드측 챔버(16)에 유체가 제공된다. 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)와 로드측 챔버(16) 사이의 압력차에 응답하여, 피스톤/로드 조립체(15)가 이동하여 액추에이터의 헤드측 챔버(14)에서 유체를 배출한다. 하기에는, 도 1의 유압 회로(10) 내에서 액추에이터(12)를 수축시키는 각종 제어 모드가 있다.
? 도관(36), 밸브(42) 및 회로(56)를 통해 펌프(26)로부터 액추에이터(12)의 로드측 챔버(16)로 유체를 흐르게 하도록 밸브(42)를 개방하는 동안에, 펌프(26)를 구동하도록 전력 공급원(28)을 작동시킴. 밸브(44)는 도관(54)을 거쳐 헤드측 챔버(14)에서 배출되는 유체가 탱크(30) 및 어큐뮬레이터(72)[밸브(74)가 개방된 경우] 중 하나 또는 그 양자로 흐르게 하도록 개방됨으로써, 어큐뮬레이터를 적어도 부분적으로 충진한다.
? 명령된 바와 같이 액추에이터(12)를 작동시키기에 펌프(26)로부터의 흐름이 불충분한 경우에는, 혼합 밸브(48)가 개방될 수 있고, 액추에이터(12)의 로드측 챔버(16)로의 흐름을 보충(또는 증가)시키는데 펌프(24)가 사용될 수 있도록 개방될 수 있다. 밸브(44)는 도관(54)을 거쳐 헤드측 챔버(14)에서 배출되는 유체가 탱크(30) 및 어큐뮬레이터(72)[밸브(74)가 개방된 경우] 중 하나 또는 그 양자로 흐르게 하도록 개방된다. 이러한 제어 모드에서, 펌프(26)는 1차 펌프이고, 펌프(24)는 펌프(26)의 흐름을 보충하는 2차 펌프이다. 부분적인 변위에서 동작하는 양자의 펌프(24, 26) 대신에, 펌프(26)(1차 펌프)는 전체 변위에서 동작되고, 펌프(24)(2차 펌프)에 의해 추가적인 흐름이 보충된다.
? 액추에이터(12)의 헤드측 챔버(14)에서 배출되는 유체의 에너지를 이용하기 위해, 밸브(44)는 폐쇄 유지되고, 밸브(40)는 펌프(24)로 흐름을 지향시키도록 개방되어, 모터로서 작용하도록 오버센터 제어될 수 있다. 모터로서 작용하는 펌프(24)는 로드측 챔버(16)로 유체를 제공하도록 펌프(26)를 구동[또는 구동 펌프(26) 내에서 조력]시킨다.
? 또 다른 제어 모드에서, 밸브(40)를 통과한 후에 헤드측 챔버(14)에서 배출되는 유체의 일부 흐름은, 혼합 밸브(48)를 통해 공급 도관(36)으로 지향됨으로써, 로드측 챔버(16)로 다시 재생할 수 있다. 헤드측 챔버(14)에서 배출되는 나머지의 유체는 어큐뮬레이터(72) 또는 탱크(30) 중 하나로 지향된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 유압 회로(100)를 도시한다. 유압 회로(100)는 다수의 액추에이터를 구비한다. 도 2에 도시한 액추에이터는 3개의 선형 액추에이터(102, 104, 106) 및 하나의 로터리 액추에이터(108)를 구비하지만, 임의 타입 또는 임의 조합의 액추에이터가 유압 회로(100) 내에 구비될 수 있다. 액추에이터(102)는 참조번호 "112"로 나타낸 관련된 기능을 동작시키도록 이동가능한 피스톤/로드 조립체(110)를 구비한다. 피스톤/로드 조립체(110)는 액추에이터(102)의 헤드측 챔버(114)와 로드측 챔버(116)를 분리시킨다. 액추에이터(104)는 참조번호 "122"로 나타낸 관련된 기능을 동작시키도록 이동가능한 피스톤/로드 조립체(120)를 구비한다. 피스톤/로드 조립체(120)는 액추에이터(104)의 헤드측 챔버(124)와 로드측 챔버(126)를 분리시킨다. 마찬가지로, 액추에이터(106)는 참조번호 "132"로 나타낸 관련된 기능을 동작시키도록 이동가능한 피스톤/로드 조립체(130)를 구비한다. 피스톤/로드 조립체(130)는 액추에이터(106)의 헤드측 챔버(134)와 로드측 챔버(136)를 분리시킨다. 액추에이터(108)는 제 1 및 제 2 포트(140, 142)를 각각 구비한다. 제 1 포트(140)에 도입되는 유체는 액추에이터(108)의 회전부에 대한 시계방향 회전(또는 제 1 방향으로의 운동)을 야기하는 경향이 있다. 제 2 포트(142)에 도입되는 유체는 액추에이터(108)의 회전부에 대한 반시계방향 회전(또는 제 2 방향으로의 운동)을 야기하는 경향이 있다.
유압 회로(100)는 2개의 유압 펌프(150, 152)를 더 구비한다. 펌프(150, 152)는 모터와 같이 작용하도록 오버센터 작동될 수 있는 가변 변위 펌프이다. 펌프(150, 152)는 실질적으로 일정한 출구 압력을 유지하도록 제어된다. 일 실시예에서, 펌프(150, 152)는 가동형 스와시플레이트를 갖는 축방향 피스톤 펌프이지만, 변위를 가변시킬 수 있는 임의 타입의 유압 펌프가 사용될 수 있다. 펌프(150)에는 전력 공급원(154)이 연결되어, 펌프를 구동시키도록 작동가능하다. 유체를 펌핑하는 동작 동안에, 펌프(150)는 탱크(158)로부터의 유체를 끌어당기고, 공급 도관(160) 내로 유체를 제공한다. 마찬가지로, 유체를 펌핑하는 동작 동안에, 펌프(152)는 탱크(158)로부터의 유체를 끌어당기고, 공급 도관(162) 내로 유체를 제공한다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프(150)는 도관(160)을 거쳐 각각의 액추에이터의 일측부에 연결된다. 도 2는 액추에이터(102, 104, 106) 각각의 헤드측 챔버(114, 124, 134), 및 액추에이터(108)의 제 1 포트(140)에 연결된 펌프(150)를 도시한다. 이에 따라, 도 2에 도시한 예에서, 펌프(150)는 연장방향으로의 운동을 위해 액추에이터(102, 104, 106)를 작동시키고, 시계방향 회전을 위해 액추에이터(108)를 작동시키도록 유체를 공급하는 1차 펌프로서 작용한다. 도 2에서, 펌프(152)는 도관(163)을 거쳐 액추에이터(102, 104, 106) 각각의 로드측 챔버(116, 126, 136), 및 액추에이터(108)의 제 2 포트(142)에 연결된다. 이에 따라, 도 2에 도시한 예에서, 펌프(152)는 수축방향으로의 운동을 위해 액추에이터(102, 104, 106)를 작동시키고, 반시계방향 회전을 위해 액추에이터(108)를 작동시키도록 유체를 공급하는 1차 펌프로서 작용한다.
또한, 도 2는 공급 도관(160, 162)을 유체식으로 연결하는 선택적인 혼합 밸브(170)를 도시한다. 도 2에 도시한 혼합 밸브(170)는 중립(폐쇄) 위치로 바이어스되는 3위치 밸브이다. 혼합 밸브(170)는 공급 도관(160)으로부터의 흐름을 공급 도관(162)에 연결하는 제 1 위치로 동작될 수 있거나, 또는 공급 도관(162)으로부터의 흐름을 공급 도관(160)에 연결하는 제 2 위치로 동작될 수 있다. 공급 도관(160, 162)들 사이의 흐름은 펌프(150, 152)가 필요에 따라서 결합가능하게 함으로써, 하나의 펌프는 도 1에서 기술한 바와 같은 다른 펌프의 흐름을 보충할 수 있다.
또한, 도 2의 유압 회로(100)는 액추에이터(102, 104, 106, 108) 각각의 내외부로의 유체 흐름을 제어하는 복수의 밸브를 더 구비한다. 도 2에서, 각각의 액추에이터(102, 104, 106, 108)는 4개의 밸브를 구비한다. 4개의 밸브는 2개의 공급측 밸브(180, 182) 및 2개의 복귀측 밸브(184, 186)를 구비한다. 도시한 실시예에서, 적어도 공급측 밸브(180, 182)는 도 1에 도시한 것과 유사한 양방향 압력 보상 밸브 등의 양방향 밸브이다. 복귀측 밸브(184, 186)는 공급측 밸브(180, 182)와 유사할 수 있거나, 또는 단순히, 탱크(158)로의 흐름을 차단 또는 탱크(158)로의 흐름을 가능하게 하는 2위치 단방향 밸브일 수 있다. 변형적으로, 복귀측 밸브는 단일 3위치 밸브로 결합될 수 있다.
또한, 도 2는 2개의 압력 센서(190, 192)를 도시한다. 압력 센서(190)는 공급 도관(160) 내의 압력을 감지하고, 감지된 압력을 나타내는 압력 신호를 출력한다. 마찬가지로, 압력 센서(192)는 공급 도관(162) 내의 압력을 감지하고, 감지된 압력을 나타내는 압력 신호를 출력한다.
도 2의 유압 회로(100)는 제어기(200)를 더 구비한다. 제어기(200)는 압력 센서(190, 192)로부터의 신호를 수신하고, 또한 입력 장치(202)로부터의 신호를 수신한다. 입력 장치(202)는, 예컨대 조작자로부터의 명령을 수용하는 조이스틱일 수 있으며, 이 경우 입력 장치(202)로부터의 신호는 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 조작자 명령된 동작을 나타낸다. 제어기(200)는 명령된 바와 같이 수행하는 동안에 가장 높은 효율을 제공하는 방식으로 유압 회로(100)의 밸브(170, 180, 182, 184, 186) 및 펌프(150, 152)를 제어하도록 압력 센서(190, 192)로부터의 압력 신호 및 입력 장치(202)로부터의 입력 신호에 응답한다. 또한, 제어기(200)는 각종 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 동작을 우선적으로 처리하고, 하나 이상의 액추에이터에 대한 우선권을 제공하는 방식으로 밸브(170, 180, 182, 184, 186)를 제어할 수 있다. 도 2의 유압 회로(100)에 대한 각종 제어 모드를 후술한다. 이와 같이 기술된 제어 모드는 액추에이터 중 어느 것에 우선권을 제공하지 않는다. 제공된 설명으로부터, 당업자는 하나 이상의 액추에이터에 대한 우선권을 제공하는 방식으로 밸브(170, 180, 182, 184, 186)를 제어하는 방법을 인식해야 한다.
액추에이터(102, 104, 106)를 연장하고 그리고/또는 액추에이터(108)의 시계방향 회전을 야기하기 위해, 도 2의 유압 회로(100)는 하기의 제어 모드 중 하나로 제어된다.
? 도관(160)으로부터 액추에이터(102, 104, 106)의 유체 흐름이 연장되는 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 적절한 헤드측 챔버(114, 124, 134) 및/또는 로터리 액추에이터(108)의 제 1 포트(140)로 흐르게 하도록 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 공급측 밸브(180)를 개방하는 동안에, 펌프(150)를 구동하도록 전력 공급원(154)을 작동시킴. 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 적절한 복귀측 밸브(186)는 액추에이터에서 배출되는 유체가 탱크(158)로 흐르게 하도록 개방된다.
? 명령된 바와 같이 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(150)로부터의 흐름이 불충분한 경우에는, 혼합 밸브(170)가 개방되고, 연장되는 액추에이터(102, 104, 106)의 헤드측 챔버 및/또는 로터리 액추에이터(108)의 제 1 포트(140)로의 유체 흐름을 보충(또는 증가)시키는 2차 공급원으로서 사용된다. 제어기(200)는 압력 센서(190)를 모니터링함으로써 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(150)가 충분하지 않다고 판단할 수 있다. 변형적으로, 공급측 밸브(180)가 압력 보상 밸브이면, 제어기(200)는 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(150)가 충분한지의 여부를 판단하도록 보상기(compensator)의 위치를 모니터링할 수 있다. 보상기가 압력 변화에 응답하여 이동하는 이동형 스풀(또는 포펫)을 가지기 때문에, 스풀(또는 포펫)의 위치는 압력을 나타낸다. 이에 따라, 보상기는 압력 센서로서 작용한다. 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 적절한 복귀측 밸브(186)는 액추에이터에서 배출되는 유체가 탱크(158)로 흐르게 하도록 개방된다.
? 액추에이터(102, 104, 106, 108)로부터 배출되는 유체의 에너지를 이용하기 위해, 상술한 바와 같이 액추에이터(102, 104, 106, 108)에 유체가 공급되고, 복귀측 밸브(186)는 폐쇄 위치로 제어된다. 공급측 밸브(182)는 액추에이터에서 배출되는 유체 흐름이 펌프(152)로 지향하도록 개방됨으로써, 모터로서 작용하도록 오버센터 제어된다. 모터로서 작용하는 펌프(152)는 유체를 제공하도록 펌프(150)를 구동[구동 펌프(150) 내에서 조력]시킨다.
? 또 다른 제어 모드에서, 연장되는 하나 이상의 액추에이터의 로드측 챔버, 예컨대 액추에이터(104)의 챔버(126)에서 배출되는 유체 흐름은, 공급측 밸브(182)를 통해 도관(162) 내로 지향될 수 있다. 유체는 혼합 밸브(170)(적절하게 위치설정된 경우)를 통해 도관(162)으로부터 그리고 공급측 밸브(180)를 거쳐 액추에이터(104)의 챔버(124) 내로 도관(160, 162) 내의 소정의 압력으로 지향되도록 도관(160) 내로 통과할 수 있다.
액추에이터(102, 104, 106) 중 하나 이상을 수축시키고 그리고/또는 액추에이터(108)의 반시계방향 회전을 야기하기 위해, 유압 회로(100)는 하기의 제어 모드 중 하나로 제어된다.
? 도관(162)으로부터, 수축되는 액추에이터(102, 104, 106)의 적절한 로드측 챔버(116, 126, 136) 및/또는 로터리 액추에이터(108)의 제 2 포트(142)로 유체가 흐르게 하도록 적절한 공급측 밸브(182)를 액추에이터(102, 104, 106, 108)로 개방하는 동안에, 펌프(152)를 구동하도록 전력 공급원(154)을 작동시킴. 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 적절한 복귀측 밸브(184)는 액추에이터에서 배출되는 유체가 탱크(158)로 흐르게 하도록 개방된다.
? 명령된 바와 같이 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(152)로부터의 흐름이 불충분한 경우에는, 혼합 밸브(170)가 개방되고, 수축되는 액추에이터(102, 104, 106)의 로드측 챔버 및/또는 로터리 액추에이터(108)의 제 1 포트(142)로의 유체 흐름을 보충(또는 증가)시키는 2차 공급원으로서 사용된다. 제어기(200)는 압력 센서(192)를 모니터링함으로써 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(152)가 충분하지 않다고 판단할 수 있다. 변형적으로, 공급측 밸브(182)가 압력 보상 밸브이면, 제어기(200)는 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 작동시키기에 펌프(152)가 충분한지의 여부를 판단하도록 보상기(compensator)의 위치를 모니터링할 수 있다. 액추에이터(102, 104, 106, 108)의 적절한 복귀측 밸브(184)는 액추에이터에서 배출되는 유체가 탱크로 흐르게 하도록 개방된다.
? 액추에이터(102, 104, 106, 108)로부터 배출되는 유체의 에너지를 이용하기 위해, 상술한 바와 같이 액추에이터(102, 104, 106, 108)에 유체가 공급되고, 복귀측 밸브(184)는 폐쇄 위치로 제어된다. 공급측 밸브(180)는 액추에이터에서 배출되는 유체 흐름이 펌프(150)로 지향하도록 개방됨으로써, 모터로서 작용하도록 오버센터 제어된다. 모터로서 작용하는 펌프(150)는 유체를 제공하도록 펌프(152)를 구동[구동 펌프(152) 내에서 조력]시킨다.
? 또 다른 제어 모드에서, 수축되는 하나 이상의 액추에이터의 헤드측 챔버, 예컨대 액추에이터(104)의 챔버(124)에서 배출되는 유체 흐름은, 공급측 밸브(180)를 통해 도관(160) 내로 지향될 수 있다. 유체는 혼합 밸브(170)(적절하게 위치설정된 경우)를 통해 도관(160)으로부터 그리고 공급측 밸브(182)를 거쳐 액추에이터(104)의 챔버(126) 내로 도관(160, 162) 내의 소정의 압력으로 지향되도록 도관(162) 내로 통과할 수 있다.
때때로, 다수의 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 일방향으로 그리고 소수의 액추에이터를 반대방향으로 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(102, 104)가 연장되도록 명령된다고 가정하면, 액추에이터(108)는 시계방향으로 회전하도록 명령되고, 액추에이터(106)는 수축하도록 명령된다. 이러한 시나리오에서, 명령된 동작에 근거하여 다수의 액추에이터(102, 104, 108)를 위한 1차 유체 공급원으로서 작용하는 펌프(150)는, 가능하다면 액추에이터(106)를 포함하는 모든 액추에이터를 작동시키는데 사용될 수 있다. 펌프(150)로부터의 유체와 함께 액추에이터(106)를 작동시키기 위해, 제어기(200)는 공급 도관(160)으로부터 공급 도관(162) 내로 유체를 흐르게 하도록 혼합 밸브(170)를 개방하고, 액추에이터(106)와 관련된 밸브(182, 184)는 챔버(136) 내로 그리고 챔버(134) 외부로 유체가 흐르도록 개방된다. 펌프(150)가 소망한 바와 같이 액추에이터(102, 104, 106, 108)를 동작시키는데 충분한 유체를 공급할 수 없는 경우에, 제어기(200)는 혼합 밸브(170)를 폐쇄하여, 액추에이터(106)를 위한 유체를 펌프(152)로부터 공급할 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 유압 회로(100A)를 도시한다. 도 2에서 상술한 바와 유사한 도 3의 부분은 첨자 "A"와 함께 도 2에서 사용된 동일한 참조부호를 사용하며, 도 3에서 상세하게 기술되지 않는다. 도 3의 유압 회로(100A)는 액추에이터(102A)와 관련된 유체 동력 저장 서브시스템(210)을 구비한다. 다른 액추에이터(104A, 106A, 108A)가 유사한 유체 동력 저장 서브시스템을 구비할 수 있거나, 또는 다수의 액추에이터가 공통의 유체 동력 저장 서브시스템을 공유할 수 있음을 당업자는 이해해야 한다. 유체 동력 저장 서브시스템(210)은 어큐뮬레이터(212), 관련 밸브(214) 및 전력 공급원(154A)에 결합되어 구동되는 충전 펌프(216)를 구비한다. 유압 회로가 다수의 유체 동력 저장 서브시스템을 구비하는 경우, 공통의 충전 펌프가 사용될 수 있다. 충전 펌프(216)는 펌프(150A, 152A) 및 전력 공급원(154A)에 작동식으로 연결된다. 충전 펌프(216)는 탱크(158A)로부터의 유체를 끌어당기고, 어큐뮬레이터를 충진하도록 도관(220)을 거쳐 어큐뮬레이터(212)에 유체를 제공하도록 작동가능하다. 도관(220) 내에 위치된 체크 밸브(222)는 어큐뮬레이터(212)로부터의 유체가 도관(220)을 통해 충전 펌프(216) 쪽으로 다시 흐르는 것을 방지한다. 밸브(214)는 어큐뮬레이터(212)를 공급 도관(160A)에 연결한다. 밸브(214)는 어큐뮬레이터(212)가 공급 도관(160A)에 유체를 공급가능하게 하고, 공급 도관(160A)이 어큐뮬레이터(212)로 유체를 공급가능하게 하는 양방향 밸브이다. 어큐뮬레이터(212)로부터의 유체는 액추에이터(102A)를 연장시키도록 단독으로 또는 펌프(150A)[및 보충 펌프(152)]와의 조합으로 사용될 수 있다. 어큐뮬레이터(212)는 충전 펌프(216)에 의해 제공되는 유체, 액추에이터(102A)의 헤드측 챔버(114A)에서 배출되는 유체, 펌프(150A)에 의해 제공되는 유체에 의해, 또는 이들 장치의 조합에 의해 충전될 수 있다.
또한, 도 3은 공급측 밸브(180A, 182A)가 유체식으로 연결되게 하는 재생 밸브(230)를 갖는 2개의 액추에이터(104A, 106A)를 도시한다. 도 3에 도시한 재생 밸브(230)는 단지 대표적인 것이며, 공급측 밸브(180A, 182A)와 일체인 구조로 형성될 수 있다. 당업자는 임의 개수의 액추에이터가 재생 밸브(230)를 구비할 수 있음을 이해해야 한다. 재생 밸브(230)는 감소되고 있는 용적을 갖는 챔버 외부로 그리고 팽창되고 있는 용적을 갖는 챔버 내로 흐르는 유체를 지향시킨다. 도 3에서의 유압 회로(100A)의 제어 모드는 액추에이터(102A)를 위한 유체 동력 저장 서브시스템(210)의 사용을 추가한 것과 함께 도 2에 도시한 것과 유사하며, 이는 도 1에서의 유체 동력 저장 서브시스템(70), 및 액추에이터(104A, 106A)를 위한 재생 밸브(230)의 사용을 참조하여 기술된 것과 유사하다.
본 발명의 원리, 바람직한 실시예 및 작동 모드를 전술한 설명에 기술하였다. 그러나, 본원에서 보호되도록 의도된 발명은 기술한 특정 형태에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 첨부한 특허청구범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고서, 수정 및 변경이 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 기능을 수행하도록 작동될 수 있는 하나 이상의 액추에이터;
    상기 하나 이상의 액추에이터 내외로 유체의 흐름을 제어하도록 상기 하나 이상의 액추에이터와 연결되는 복수의 밸브; 및
    상기 하나 이상의 액추에이터에 유체를 공급하며, 제 1 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 1 펌프 및 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로의 운동을 위해 상기 하나 이상의 액추에이터를 주로 작동시키는 제 2 펌프를 구비하는 다수의 펌프를 포함하는
    유압 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브를 제어하며, 상기 밸브를 제어하도록 입력 장치로부터의 신호에 응답하는 전자 제어기를 더 구비하는
    유압 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 펌프는 제 1 공급 도관 내에 유체를 제공하고, 상기 제 2 펌프는 제 2 공급 도관 내로 유체를 제공하며, 상기 제 1 공급 도관과 상기 제 2 공급 도관 사이에는 혼합 밸브가 연결되며,
    상기 혼합 밸브는 상기 제 1 및 제 2 공급 도관을 유체식으로 연결하도록 상기 제어기에 응답하는
    유압 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 밸브는, 상기 하나 이상의 액추에이터를 상기 제 1 방향으로 운동시키기 위해 상기 제 2 펌프가 상기 제 1 펌프를 보충가능하고, 상기 하나 이상의 액추에이터를 상기 제 2 방향으로 운동시키기 위해 상기 제 1 펌프가 상기 제 2 펌프를 보충가능하도록 개방될 수 있는 양방향 압력 보상 밸브(bi-directional pressure compensating valve)인
    유압 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 밸브는 상기 제 1 및 제 2 공급 도관들 사이의 중립 위치 차단 흐름 내로 바이어스되는 3위치 밸브(three-position valve)이고,
    상기 혼합 밸브는,
    상기 하나 이상의 액추에이터를 상기 제 2 방향으로 운동시키기 위해 상기 제 1 펌프가 상기 제 2 펌프를 보충가능하도록 상기 제 1 공급 도관으로부터 상기 제 2 공급 도관으로의 유체 흐름을 가능하게 하는 제 1 위치로 작동되고; 그리고 상기 하나 이상의 액추에이터를 상기 제 1 방향으로 운동시키기 위해 상기 제 2 펌프가 상기 제 1 펌프를 보충가능하도록 상기 제 2 공급 도관으로부터 상기 제 1 공급 도관으로의 유체 흐름을 가능하게 하는 제 2 위치로 작동되는
    유압 회로.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제 1 공급 도관 내의 유체 압력을 감지하고 상기 제어기에 제 1 압력 신호를 제공하는 제 1 압력 센서, 상기 제 2 공급 회로 내의 유체 압력을 감지하고 상기 제어기에 제 2 압력 신호를 제공하는 제 2 압력 센서를 더 구비하며,
    상기 제어기는 상기 제 1 및 제 2 압력 신호, 및 상기 제 1 및 제 2 펌프와, 상기 혼합 밸브를 제어하는 입력 장치로부터의 신호에 응답하는
    유압 회로.
  7. 제2항에 있어서,
    어큐뮬레이터, 및 상기 어큐뮬레이터 외부로의 유체 흐름을 제어하는 밸브를 갖는 유체 동력 저장 서브시스템(fluid power storage sub-system)을 더 구비하며,
    상기 제어기는 상기 어큐뮬레이터로부터의 유체를 이용하여 상기 하나 이상의 액추에이터를 작동시키도록 상기 유체 동력 저장 서브시스템의 밸브를 제어하는
    유압 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체 동력 저장 서브시스템의 밸브는 상기 하나 이상의 액추에이터로부터 상기 어큐뮬레이터 내로의 유체 흐름을 더 제어하며,
    상기 어큐뮬레이터는 상기 하나 이상의 액추에이터로부터 수용된 유체에 의해 적어도 부분적으로 충진되는
    유압 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유체 동력 저장 서브시스템은 상기 어큐뮬레이터를 충진하도록 상기 어큐뮬레이터에 유체를 제공하는 충전 펌프(charge pump), 및 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 충전 펌프 쪽으로의 유체 흐름을 방지하도록 상기 충전 펌프와 상기 어큐뮬레이터 사이에 있는 유체 도관을 더 구비하는
    유압 회로.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 밸브는 2개의 공급측 밸브와, 2개의 복귀측 밸브를 구비하며,
    상기 공급측 밸브 중 하나 및 상기 복귀측 밸브 중 하나는 상기 하나 이상의 액추에이터의 상기 제 1 방향으로의 운동과 관련되고, 상기 공급측 밸브 중 다른 하나 및 상기 복귀측 밸브 중 다른 하나는 상기 하나 이상의 액추에이터의 상기 제 2 방향으로의 운동과 관련되는
    유압 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 펌프 중 하나는 모터로서 작동될 수 있는 오버센터 펌프(overcenter pump)이고,
    상기 제어기는 상기 하나 이상의 액추에이터에서 배출되는 유체를 모터로서 작동하는 상기 오버센터 펌프로 지향시키도록 상기 공급측 밸브를 제어하며,
    상기 오버센터 펌프는 상기 제 1 및 제 2 펌프 중 다른 하나를 구동하는 모터로서 작동하는
    유압 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 2개의 공급측 밸브를 유체식으로 연결시키는 재생 밸브(regeneration valve)를 더 구비하며,
    상기 재생 밸브는 상기 제어기에 의해 제어되며, 용적이 감소하고 있는 상기 하나 이상의 액추에이터의 챔버에서 배출되는 유체를 용적이 증대되고 있는 상기 하나 이상의 액추에이터의 챔버로 지향시키도록 개방하는
    유압 회로.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 액추에이터는 복수의 액추에이터를 구비하며,
    상기 복수의 액추에이터 각각은 2개의 공급측 밸브와, 2개의 복귀측 밸브를 구비하며,
    상기 공급측 밸브 중 하나 및 상기 복귀측 밸브 중 하나는 상기 액추에이터의 상기 제 1 방향으로의 운동과 관련되고, 상기 공급측 밸브 중 다른 하나 및 상기 복귀측 밸브 중 다른 하나는 상기 액추에이터의 상기 제 2 방향으로의 운동과 관련되는
    유압 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 펌프와 관련된 공급 도관들을 연결하는 혼합 밸브를 더 구비하며,
    상기 제어기는, 다수의 액추에이터의 상기 제 1 방향으로의 운동을 명령하며 소수의 액추에이터의 상기 제 2 방향으로의 운동을 명령하는 입력 장치로부터의 신호에 응답하여, 상기 제 1 펌프가 명령된 바와 같이 상기 액추에이터를 작동시키기에 충분한 용량을 갖는 경우에 모든 액추에이터를 운동시키는 유체를 상기 제 1 펌프가 제공가능하게 개방하도록 상기 혼합 밸브를 제어하는
    유압 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터는 선형 액추에이터 및 로터리 액추에이터를 구비하는
    유압 회로.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제 1 펌프는 제 1 공급 도관 내로 유체를 제공하고, 상기 제 2 펌프는 제 2 공급 도관 내로 유체를 제공하며, 상기 제 1 공급 도관과 상기 제 2 공급 도관 사이에는 혼합 밸브가 연결되며,
    상기 혼합 밸브는 상기 제 1 및 제 2 공급 도관을 유체식으로 연결하도록 상기 제어기에 응답하고,
    상기 제어기는 상기 액추에이터의 운동을 제어하도록 입력 장치로부터의 신호에 응답하며,
    상기 제어기는, 다수의 액추에이터를 제 1 방향으로 그리고 소수의 액추에이터를 제 2 방향으로 이동시키려는 요구를 지시하는 상기 입력 장치로부터의 신호에 응답하여, 상기 혼합 밸브를 개방하여 상기 제 1 펌프와 함께 모든 액추에이터를 작동시키는 유체를 공급하려고 시도하는
    유압 회로.
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