KR20120079686A - 농작업 차량의 변속장치 - Google Patents

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Abstract

농작업 차량의 변속장치를 개시한다. 본 발명에 따른 농작업 차량의유압식 변속장치는, 정유압식 무단변속장치(HST)와, 정유압식 무단변속장치의 유압식 출력과 기계식 출력을 합성하는 유성기어 및 유성기어 출력에 의해 구동되며 기체 전진 또는 후진과 관련한 동력을 출력하는 셔틀기구;를 포함하여 구성되며, 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

농작업 차량의 변속장치{Transmission unit for Agriculture machine}
본 발명은 농작업 차량의 변속장치에 관한 것으로, 상세하게는 정유압식 무단변속장치(HST)로부터의 출력과 엔진으로부터의 출력을 합성하는 유성기어를 갖춘 농작업 차량의 변속장치에 관한 것이다.
농작업 차량(흔히, '트랙터'라 불림)은 구조적으로 일반 자동차와 같으나 강력한 엔진을 장비하고 있어 견인력이 좋고 튼튼하여 경작용으로 주로 이용되며, 경작의 용도로 활용을 위해 그 후방에는 복토 내지는 땅을 고르는 정지작업에 적합하도록 다수의 회전날개를 가진 작업기가 필요에 따라 연결되어 사용된다.
도 1은 종래 농작업 차량(트랙터)의 동력 전달 구조를 개략적으로 나타낸 계통도이다. 이를 참조하여 종래 농작업 차량의 동력 계통에 대해 간단히 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 엔진(1)으로부터 출력된 동력은 정유압식 무단변속장치(HST)를 포함하는 주 변속장치(8)로 전달되며, 주 변속장치(8)에 의한 변속 후의 유압식 동력은 기어식 변속 장치를 이용하여 구성한 주행용 부 변속장치(9)를 거쳐 전륜 구동을 위한 동력으로서 좌우 전륜(3)에 전달되거나, 후륜 구동용 동력으로서 좌우 후륜(4)에 전달된다.
주 변속장치(8)로부터의 비변속 기계식 동력은 동력 접속을 단속하는 작업용 클러치(13) 및 작업기용 변속장치(14)를 거쳐 동력 취출용 PTO축(15)에 작업용 동력으로서 전달되며, 트렌스 밋션 케이스(2) 후방부의 좌우 양 측부에는 후륜(4) 제동을 위한 다판식 사이드 브레이크(16)를 장치하고 있다.
위와 같이 종래 농작업 차량은, HST라는 무단변속장치를 포함하는 주 변속장치(8)를 통해 전륜(3) 및 후륜(4)으로의 유압식 동력 전달과 PTO축(15)으로의 기계식 동력 전달이 동시에 이루어질 수 있도록 되어 있다.
이처럼 유압식동력과 기계식동력을 필요에 따라 주행 측 동력으로 합성시킬 수 있는 구성을 갖는 변속장치를 정유압기계식 변속장치 즉, HMT(Hydro-Mechanical Transmission)라 한다. 이 HMT는 상기 정유압식 무단변속장치(HST)를 포함하며, 정유압식 무단변속장치(이하, 'HST'라 한다)의 유압식 출력과 기계식 출력의 합성을 위해 유성기어를 채택하고 있다.
일본특허공개 제2003-130174호를 비롯해 일본특허공개 제2001-108061호, 제2007-218435호에는 위와 같이 유성기어로서 출력 측 동력을 합성, 증강시키는 구성의 상기 HMT에 대해 자세히 개시되어 있다. 그 중 일본특허공개 제2003-130174호에 나타난 구성을 예로 들어 상기 HMT에 대해 간단히 살펴보기로 한다.
도 2는 일본특허공개 제2003-130174호에 개시된 HMT 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 HMT(8)는 크게, HST(80), 유성기어(84), 셔틀기구(88)로 구성된다. HST(80)는 PTO축(15) 구동과 관련한 기계식 동력을 출력하는 유압펌프(82)와 차량 주행과 관련한 유압식 동력을 출력하는 유압모터(83)로 구성되며, 유성기어(84)는 썬기어(85), 위성기어(86) 및 링기어(87)를 포함한다. 그리고 셔틀기구(88)는 일반적으로 알려진 다판식 유압 클러치의 구성을 갖는다.
위와 같은 구성의 HMT(8)는, 주행동력만을 필요로 할 경우, 상기 유성기어(84)를 이용, 상기 HST(80)를 구성하는 유압펌프(82)에 의한 기계식 출력과 유압모터(83)에 의한 유압식 출력을 합성시키며, 그 합성된 출력의 구동방향을 셔틀기구를 통해 제어함으로써 기체 전진 또는 후진 주행을 위한 동력을 출력한다.
그러나 위와 같은 구성의 종래 HMT는, 상기 유성기어와 셔틀기구가 동축(同軸) 상에 배치된 구조 즉, 유성기어 후방에 셔틀기구가 상호 직렬로 연결 배치된 구조임에 따라, 상기 HMT는 기체 길이방향으로 길게 형성될 수 밖에 없었다. 이에 따라 트랜스 미션을 구성하는 축간 거리 및 기체 전장 역시 길이방향으로 길어져 기체 사이즈가 불필요하게 커지는 구조적인 문제가 있었다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 유성기어와 셔틀기구를 이축(異軸) 상에 배치하는 구조 구현을 통해, HMT의 전장을 짧게 하고, 따라서 축간 거리 및 기체 길이의 축소를 구현할 수 있는 농작업 차량의 변속장치를 제공하고자 한다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에 따르면, 정유압식 무단변속장치(HST); 상기 정유압식 무단변속장치의 유압식 출력과 기계식 출력을 합성하는 유성기어; 및 상기 유성기어 출력에 의해 구동되며 기체 전진 또는 후진과 관련한 동력을 출력하는 셔틀기구;를 포함하여 구성되며, 상기 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 농작업 차량의 변속장치를 제공한다.
본 실시예에서 상기 유성기어는 동력 출력을 위한 구동기어를 갖고, 상기 셔틀기구는 상기 유성기어의 출력을 전달받는 종동기어를 가지며, 상기 구동기어와 종동기어는 외접하는 형태로 상호 치합됨으로써, 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 구성을 구현할 수 있다.
또한 본 실시예에서 상기 유성기어는, 유압식 출력에 의해 회전하는 썬기어와; 썬기어와 맞물리며 상기 기계식 출력에 의해 회전하는 복수의 위성기어와; 위성기어가 내접하는 링기어; 및 링기어 외연에 일체로 형성되는 상기 구동기어;를 포함하는 구성일 수 있다.
그리고 상기 셔틀기구는, 상기 유성기어 중심축과 이축(異軸) 상에 배치되는 셔틀축과; 셔틀축에 설치되는 상기 종동기어; 종동기어로부터 이격된 셔틀축 상에 존재하는 전후진 클러치; 및 상기 전후진 클러치의 후진방향 접속 시 동력 구동방향을 역전시켜 주행 구동축에 전달하는 후진 기어부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 농작업 차량의 변속장치에 의하면, 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 구조임에 따라, 트랜스 미션의 전반적인 길이를 축소시키는 것이 가능하며, 따라서 전동계를 구성하는 축간 거리를 포함하여 전체적인 기체 전장 역시 축소시킬 수 있다.
또한, 위와 같이 트랜스 미션의 길이 축소로 인하여, 기체 안쪽에 보다 많은 공간을 확보할 수 있게 됨으로써, 기체 설계에 따른 레이아웃(Ray-out)에도 유리한 이점이 발현되며, 기체의 전체적인 전장 축소로 인해, 선회 반경이 작더라도 용이한 선회가 이루어질 수 있는 농작업 차량을 구현할 수 있다.
도 1은 종래 농작업 차량(트랙터)의 동력 전달 구조를 개략적으로 나타낸 계통도.
도 2는 종래 정유압기계식 변속장치(HMT)의 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 농작업 차량 변속장치(HMT)의 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 변속장치의 주요부 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속장치의 작동 상태도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 농작업 차량 변속장치(HMT)의 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도로서, 이를 참조하여 본 발명에 적용된 변속장치의 구성에 대해 개략적으로 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변속장치(10; 이하, 'HMT'라 한다)는, 엔진 출력을 기체 주행을 위한 출력과 작업기 구동을 위한 PTO축(108) 출력으로 분할하는 정유압식 무단변속장치(100; 이하, HST(100)라 한다)와, 기계식 출력을 주행 측 동력으로 합성시키는 유성기어(120)를 포함한다.
상기 HST(100)는 상기 PTO축(108) 구동과 관련한 기계식 동력을 출력하는 유압펌프(102)와 차량 주행과 관련한 유압식 동력을 출력하는 유압모터(104)로 구성되며, 상기 유성기어(120)는 썬기어(122), 위성기어(124) 및 링기어(126)로 이루어져, 상기 HST(100)를 구성하는 유압펌프(102)에 의한 기계식 출력과 유압모터(104)에 의한 유압식 출력을 합성시킨다.
출력 합성을 위해 상기 HST(100)의 출력이 유성기어(120) 쪽으로 전달됨에 있어서는, 상기 HST(100)와 유성기어(120) 사이에 배치되는 복수의 기어(110)(112)(114)(116)에 의해 HST(100)의 출력이 상기 유성기어(120) 쪽으로 전달될 수 있으며, 유성기어(120)는 썬기어(122)와 이에 외접하는 위성기어(124) 및 이 위성기어(124)가 내접하는 링기어(126) 회전 조합으로 상기한 출력들을 합성한다.
이때, 썬기어(122)는 상기한 유압모터(104)의 유압식 출력에 의해 회전하며, 상기 위성기어(124)는 상기한 유압펌프(102)의 기계식 출력에 의해 회전한다. 그리고 상기 링기어(126)는 이에 내접하는 상기 위성기어(124) 및 이 위성기어(124)와 맞물려 회전하는 상기 썬기어(122)의 합성된 출력으로 회전하면서 이를 후술하는 셔틀기구(140)에 전달한다.
유성기어(120)에 의해 합성된 출력이 주행관련 동력으로 출력될 수 있도록, 상기 유성기어(120)와 전동 가능하게 앞서 언급한 셔틀기구(140)가 연결되며, 이러한 셔틀기구(140)는 상기 유성기어(120)에 의해 합성된 출력을 기체 전진 또는 후진 주행을 위한 동력으로 변환하여 주행 구동축(150)으로 그 변환된 출력을 전달한다.
셔틀기구(140)는 구체적으로, 상기 유성기어(120) 중심축선(C) 과 이축(異軸) 상에 배치되는 셔틀축(142)과, 이러한 셔틀축(142)에 설치되는 상기 종동기어(144)를 포함하며, 종동기어(144)로부터 이격된 셔틀축(142) 상에는 유성기어(120)를 통해 합성된 출력의 구동방향 제어를 위해 유압에 의해 축방향 슬라이딩 변위가 이루어지는 구성의 전후진 클러치(146)가 형성된다.
상기 유성기어(120)와 셔틀기구(140)의 접속관계에 대해 이하 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 변속장치의 주요부 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 상기 셔틀기구(140)는 유성기어(120) 측방에 배치되며, 이에 따라 유성기어(120)와 상기 셔틀기구(140)는 서로 다른 축 즉, 이축(異軸) 상에 배치되는 구성을 이룬다.
구체적으로, 상기 셔틀기구(140)는 유성기어(120)의 출력을 전달받는 종동기어(144)를 그 셔틀축(142) 상에 가지며, 상기 종동기어(144)는 유성기어(120) 외연에 일체로 형성된 구동기어(128)와 외접하는 형태로 상호 치합됨으로써, 상기 유성기어(120)와 셔틀기구(140)가 이축(異軸) 상에 배치되는 구성을 구현할 수 있다.
위의 구성과 같이, 유성기어(120)와 셔틀기구(140)가 이축(異軸) 상에 배치되면, HMT를 포함하는 트랜스 미션의 전반적인 길이를 축소시킬 수 있으며, 따라서 전동계를 구성하는 축간 거리를 포함하여 전체적인 기체 전장 역시 축소시킬 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있다.
다음은 상기한 구성으로 이루어진 변속장치에 의해 수행되는 출력의 합성 및 그 합성 출력의 정?역회전 변속과정을 본 발명에 따른 변속장치의 동작과 연계하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속장치의 작동 상태도로서, 유압식 출력과 기계식 출력의 합성 및 그 합성된 출력이 셔틀기구(140)에 전달되고 이를 통해 정?역회전 변속되는 과정을 화살표로 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, HST(100)를 구성하는 유압펌프(102)에 의한 기계식 출력은 기어(114)(116)를 통해 복수의 위성기어(124)로 입력되며, 유압모터(104)에 의한 유압식 출력은 다른 기어(110)(112)를 통해 썬기어(122)로 입력된다. 이때 상기 위성기어(124)는 썬기어(122)와 외접하면서 동시에 링기어(126)에 내접하고 있다.
따라서, 위와 같이 위성기어(124)로 입력된 기계식 출력 및 썬기어(122)로 입력된 유압식 출력은 링기어(126)의 상대회전으로 합성되어 링기어(126) 외연에 일체로 형성된 구동기어(128)를 통해 출력되며, 이처럼 합성된 출력은 상기 구동기어(128)와 외접한 종동기어(144)를 통해 셔틀기구(140)로 입력된다.
셔틀기구(140)로 입력된 상기 합성 출력으로 셔틀축(142)은 회전하며, 이러한 셔틀축(142)과 연동하여 클러치(146)를 구성하는 구동판(146a)이 회전한다. 구동판(146a)과 좌,우의 종동판(146b)은 운전자 레버 조작에 따라 도면의 화살표의 도시와 같이 선택적으로 접속한다.
클러치(146)를 구성하는 구동판(146a)의 회전력이 클러치(146) 내부의 구성품(미도시)에 의하여 좌측 종동판(146b)에 전달되면, 상기 셔틀축(142)의 회전력은 후진 기어부(후진방향 아이들 기어, 부호 생략)를 통해 도면에서 흰색 화살표로 도시한 방향으로 우회하면서 그 회전방향이 역전된 채 주행 구동축(150)에 전달된다.
이와는 달리, 우측에 위치한 종동판(146b)에 상기 구동판(146a)의 회전력이 전달되면, 셔틀축(142) 회전력을 곧바로 상기 주행 구동축(150)에 전달될 수 있다.
즉, 유성기어(120)를 거쳐 셔틀기구(140)로 입력된 합성 출력은 상기 구동판(146a)의 슬라이딩 변위에 따라 그 회전방향이 결정됨으로써, 기체가 전진 또는 후진주행을 할 수 있게 되는 것이다.
상기한 본 발명의 실시예에 의한 농작업 차량의 변속장치에 따르면, 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 구조임에 따라, 트랜스 미션의 전반적인 길이를 축소시키는 것이 가능하며, 따라서 전동계를 구성하는 축간 거리를 포함하여 전체적인 기체 전장 역시 축소시킬 수 있다.
또한, 위와 같이 트랜스 미션의 길이 축소로 인하여, 기체 안쪽에 보다 많은 공간을 확보할 수 있게 됨으로써, 기체 설계에 따른 레이아웃(Ray-out)에도 유리한 이점이 발현되며, 기체의 전체적인 전장 축소로 인해, 선회 반경이 작더라도 용이한 선회가 이루어질 수 있는 농작업 차량을 구현할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : HMT 100 : HST
102 : 유압펌프 104 : 유압모터
108 : PTO축
120 : 유성기어 122 : 썬기어
124 : 위성기어 126 : 링기어
128 : 구동기어 140 : 셔틀기구
142 : 셔틀축 144 : 종동기어
146 : 클러치

Claims (4)

  1. 정유압식 무단변속장치(HST);
    상기 정유압식 무단변속장치의 유압식 출력과 기계식 출력을 합성하는 유성기어; 및
    상기 유성기어 출력에 의해 구동되며 기체 전진 또는 후진과 관련한 동력을 출력하는 셔틀기구;를 포함하여 구성되며,
    상기 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 농작업 차량의 변속장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유성기어는 동력 출력을 위한 구동기어를 갖고,
    상기 셔틀기구는 상기 유성기어의 출력을 전달받는 종동기어를 가지며,
    상기 구동기어와 종동기어는 상호 외접하는 형태로 치합됨으로써 유성기어와 셔틀기구가 이축(異軸) 상에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 농작업 차량의 변속장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유성기어는,
    기계식 출력에 의해 회전하는 썬기어와;
    썬기어와 맞물리며 상기 유압식 출력에 의해 회전하는 복수의 위성기어와;
    위성기어가 내접하는 링기어; 및
    링기어 외연에 일체로 형성되는 상기 구동기어;로 구성되는 것을 특징으로 하는 농작업 차량의 변속장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 셔틀기구는,
    상기 유성기어 중심축과 이축(異軸) 상에 배치되는 셔틀축과;
    셔틀축에 설치되는 상기 종동기어;
    종동기어로부터 이격된 셔틀축 상에 존재하는 전후진 클러치; 및
    상기 전후진 클러치의 후진방향 접속 시 동력 구동방향을 역전시켜 주행 구동축에 전달하는 후진 기어부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 농작업 차량의 변속장치.
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