KR20130137211A - 작동 기계의 지브 및 작동 기계를 위한 리프팅 시스템 및 리프팅 방법 - Google Patents

작동 기계의 지브 및 작동 기계를 위한 리프팅 시스템 및 리프팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 작동 기계의 지브를 위한 리프팅 시스템이 개시되며, 상기 시스템은,
에너지 저장 실린더(4) 및 어큐뮬레이터(7)를 포함하는 에너지 저장 장치로서, 상기 에너지 저장 실린더(4)는 상부 챔버(4a), 하부 챔버(4b) 및 지브(1)에 연결된 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 포함하며, 어큐뮬레이터(7)의 상부 부분은 가스로 채워지고 어큐뮬레이터(7)의 하부 부분은 유압 오일로 채워지고 어큐뮬레이터는 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b)와 소통되는, 에너지 저장 장치;
지브(1)를 들어올리는 것을 제어하고, 상부 챔버(12a), 하부 챔버(12b) 및 지브(1)에 연결되는 제어 피스톤 막대(23)를 포함하는, 제어 실린더(12);
유압 펌프(9)로서, 상기 유압 펌프가 오일을 제어 실린더의 상부 챔버(12a)에 공급할 때, 지브(1)는 하강하며 지브의 중량이 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀어서 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b) 안의 유압 오일을 어큐뮬레이터의 하부 부분으로 밀어서, 그 상부 부분의 가스를 압축시켜 포텐셜 에너지를 회복하고, 상기 유압 펌프가 오일을 제어 실린더의 하부 챔버(12b)로 공급할 때, 지브(1)는 상승하여 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 들어올리고 어큐뮬레이터의 상부 부분 안의 압축된 가스는 그 하부 부분의 오일(19)을 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b)로 밀어서 회복된 포텐셜 에너지를 방출하고 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀어서 지브를 들어올리는, 유압 펌프;를 포함한다.
상기 시스템은 하강하는 지브의 포텐셜 에너지를 효율적으로 회복하고 재활용하여 에너지가 절약되고 지브의 작동 효율이 향상된다. 또한 상기 리프팅 시스템을 가진 작동 기계 및 상기 리프팅 시스템을 사용하여 지브를 들어올리기 위한 방법이 본 발명에 개시된다.

Description

작동 기계의 지브 및 작동 기계를 위한 리프팅 시스템 및 리프팅 방법{Lifting system and lifting method for jib of project machine and project machine thereof}
본 발명은 작동 기계의 지브(jib)를 위한 리프팅 시스템, 리프팅 시스템의 사용에 의해서 작동 기계의 지브를 들어올리기 위한 방법 및 상기 시스템을 포함하는 작동 기계와 관련된다.
굴착기, 로더 도저(loader dozeer), 크레인 등과 같은 작동 기계들은 작동을 수행하기 위해서 지브의 상승 및 하강을 사용하지만, 지브를 위한 기존의 리프팅 시스템에서는, 지브의 중량은 항상 크므로 지브가 올라갈 때, 작동 기계의 동력 시스템이 높은 에너지 소모가 수반되는 매우 큰 힘을 제공하는 것이 필요하며, 지브를 올리는 속도는 상대적으로 낮고, 지브가 내려갈 때에는 지브의 중력 포텐셜 에너지는 보통 낭비되어 효율적으로 활용 될 수 없다. 지브가 내려갈 때 중력 포텐셜 에너지를 재활용 할 수 있는 몇몇 시스템들이 개발되었음에도 불구하고, 이러한 시스템들은 그 구성에 있어서 복잡하고, 작동상 불편하며, 지브를 빠르게 들어올리기 위해 회복된 에너지를 효율적으로 해제할 수 없다.
본 발명은 종래 기술의 상기 문제점을 해결하려는 것으로, 즉 구조에 있어서 단순하고, 쉽게 작동되며, 에너지를 절약하며, 지브를 빠르게 들어올리도록 지브가 내려가는 중에 생성되는 중력 포텐셜 에너지를 효율적으로 회복하고 활용할 수 있는, 지브를 위한 리프팅 시스템을 제공하려는 것이다.
본 발명의 일 측면은 작동 기계의 지브를 위한 리프팅 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 시스템은 지브를 내리는 도중에 중력 포텐셜 에너지를 저장하고 지브를 올리는 중에는 저장된 에너지를 사용하여 지브를 들어올리기 위해 사용되는 에너지 저장 장치를 포함한다. 상기 에너지 저장 장치는 에너지 저장 실린더 및 어큐뮬레이터를 포함하며, 상기 에너지 저장 실린더는 에너지 저장 피스톤에 의해서 분리되는 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버 및 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버를 포함하며, 지브에 작동 가능하도록 연결되는 에너지 저장 피스톤 막대를 포함한다. 어큐뮬레이터의 상부 체적은 가압된 가스(pressurized gas)로 채워지며, 어큐뮬레이터의 하부 체적은 가압된 유압 오일로 채워지고 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버와 유체 소통된다. 상기 시스템은 지브 들어올림을 제어하기 위한 제어 실린더를 포함하는데, 상기 제어 실린더는 제어 피스톤에 의해서 분리되는 제어 실린더를 위한 상부 챔버 및 제어 실린더를 위한 하부 챔버를 포함하며 지브에 작동 가능하도록 연결되는 제어 피스톤 막대를 포함한다. 상기 시스템은 가압된 유압 오일을 제어 실린더를 위한 상부 챔버 또는 제어 실린더를 위한 하부 챔버에 분배기(distributor)를 통하여 선택적으로 공급하기 위한 유압 펌프를 제공하는데, 상기 유압 펌프가 가압된 유압 오일을 분배기를 통해 제어 실린더를 위한 상부 챔버에 제공할 때, 상기 제어 피스톤 막대는 지브를 내려가도록 하며, 지브의 중량은 에너지 저장 실린더의 에너지 저장 피스톤 막대를 맞서 밀어서 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버 안의 유압 오일이 어큐뮬레이터의 하부 체적 안으로 밀려지고, 그리하여 어큐뮬레이터의 상부 체적 안의 가스는 압축되어 지브의 중력 포텐셜 에너지를 회복한다. 상기 유압 펌프가 가압된 유압 오일을 분배기를 통해 제어 실린더를 위한 하부 챔버에 공급 할 때, 상기 제어 피스톤 막대는 지브를 올라가도록 하여 에너지 저장 피스톤 막대를 들어올리게 하며 그리하여 어큐뮬레이터의 상부 체적 안의 압축된 가스는 어큐뮬레이터의 하부 체적 안의 유압 오일을 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버 안으로 밀고, 그리하여 상기 회복된 에너지는 지브를 들어올리기 위하여 에너지 저장 피스톤 막대를 상향으로 밀기 위해 방출된다.
상응하여, 본 발명은 지브 및 상기 지브 리프팅 시스템을 포함하는 작동 기계를 추가로 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 지브 리프팅 시스템을 수단으로 하여 작동 기계의 지브를 들어올리기 위한 방법을 제공하며 상기 방법은, 가압된 가스로 어큐뮬레이터의 상부 체적을 채움, 그리고 어큐뮬레이터의 하부 체적 및 어큐뮬레이터의 하부 체적과 유체 소통되는 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버를 가압된 유압 오일로 채움, 유압 펌프가 가압된 유압 오일을 분배기를 통해 제어 실린더를 위한 상부 챔버로 공급하도록 하여 제어 피스톤 막대가 지브를 내려가도록 하면, 지브의 중량은 에너지 저장 실린더의 에너지 저장 피스톤 막대를 맞서 밀어서 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버 안의 유압 오일이 어큐뮬레이터의 하부 체적 안으로 밀려지고, 그리하여 어큐뮬레이터의 상부 체적 안의 가스가 압축되어 지브의 중력 포텐셜 에너지를 회복함, 유압 펌프가 가압된 유압 오일을 분배기를 통하여 제어 실린더를 위한 하부의 챔버로 공급하도록 하여 제어 피스톤 막대가 지브를 올라가도록 하여 에너지 저장 피스톤 막대를 들어올리도록 하며 그리하여 어큐뮬레이터의 상부 체적 안의 압축된 가스는 어큐뮬레이터의 하부 체적 안의 유압 오일을 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버 안으로 밀고 그리하여 상기 회복된 에너지는 지브를 올리기 위해 에너지 저장 피스톤 막대를 상향으로 밀도록 방출됨;의 단계들을 포함한다.
본 발명은 어큐뮬레이터와 에너지 저장 실린더로 이루어진 에너지 저장 장치에 의해서 저장되는 에너지를 사용하여 지브의 자체 중량을 실질적으로 균형 맞추며, 어큐뮬레이터 및 에너지 저장 실린더 그 자체는 완전히 닫힌 시스템을 구성하여 어떤 제어 밸브 없이 에너지 저장 및 방출을 위해서만 기능하며 누출이 일어나지 않는다면 작동을 계속 할 수 있다. 그러므로 종래 기술과 비교하여 작동 기계의 유압식 동력 시스템은 들어올림에 있어서 더 이상 전체적 역할을 하지 않지만, 상기 시스템은 제어 실린더를 통해서 지브를 들어올리는 것을 제어하며 추진력의 일부를 제공한다.
그러므로 본 발명의 지브 리프팅 시스템은 단순한 구조를 가지며, 조립하고 조작하기 편리하고 신뢰할 수 있고 내구성이 있으며 또한 상기 시스템은 에너지를 절약할 수 있고 지브의 작동 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 기계의 지브를 위한 리프팅 시스템의 도식적 도면이다.
도 1은 예로서 굴착기의 지브(1)를 구비하는 본 발명의 지브 리프팅 시스템의 일 실시예를 도시하며 상기 굴착기는 절차를 수행하기 위해 굴착 및 들어올릴 대상(3)을 옮기기 위해 지브(1)의 단부에 조립된 삽(shovel)을 사용한다. 지브 리프팅 시스템은 지브(1) 아래에 조립된 세 개의 실린더들을 포함하며 지브(1)의 아래에 연결된 하나는 제어 실린더(12)이며, 제어 실린더(12)의 각각의 옆쪽에서 지브(1)의 각각의 옆쪽에 연결된 다른 두 개는 두 개의 에너지 저장 실린더(4)이다. 각각의 실린더는 실린더 몸통, 피스톤 및 피스톤 막대를 포함하며, 각각의 피스톤들(22, 13)에 의해서 두 챔버들 즉 상부 챔버 및 하부 챔버로 분리되고, 이 챔버들은 피스톤 및 피스톤 막대가 움직이기 위해 이에 맞서서 누르도록 유압 오일로 채워진다. 세 개의 실린더들은 나란히 배치된다. 실린더들의 하부 단부들은 굴착기의 섀시(chassis)에 고정되며 상부 단부들은 각각의 피스톤 막대를 거쳐서 지브(1)에 연결된다.
에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버(4b)는 파이프라인(17, 6)을 통하여 어큐뮬레이터(7)에 연결될 수 있다. 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(7)는 함께 에너지 저장 장치를 구성한다. 하나 이상의 어큐뮬레이터(7)는 에너지 저장 실린더(4)와 소통하도록 조립될 수 있다. 이 실시예에서는 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적은 가압된 가스(20)로 채워지며 이에 비하여 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적은 가압된 유압 오일(19)로 채워진다. 가스 충전 장치(21)(이 실시예에서 팽창 밸브) 및 유압 탱크를 갖춘 유압작동식 펌프스테이션(5)은 어큐뮬레이터(7)를 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버와 연결하는 파이프라인(6)에 연결될 수 있고, 가스 충전 장치(21) 및 유압작동식 펌프스테이션(5)은 가압된 가스와 가압된 유압 오일을 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b)로 각각 공급하기 위해 사용된다. 추가로, 유압 오일은 작동 중에 열을 발생시킬 수 있으므로 유압 오일이 정상 온도에 있을 것을 보장하기 위해서 방열기(29) 또한 유압 오일의 방열을 위해서 파이프라인(6)에 연결 될 수 있다. 제어 실린더(12)는 유압 파이프라인(27)을 통해 굴착기의 엔진(8)에 의해서 구동되는 유압 시스템에 연결될 수 있으며 유압 시스템은 이 실시예에서 유압 펌프(9)이다. 유압 펌프(9)는 분배기(10)가 장착될 수 있으며 유압 펌프(9)는 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a) 및 하부 챔버(12b)와 각각 분배기(10) 및 유압 파이프라인(27)을 거쳐서 유체 소통된다. 분배기(10)는 굴착기 운전자로부터의 신호 또는 운전자의 수동 작동에 반응하여 유압 펌프(9)로 하여금 가압된 유압 오일을 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a) 또는 하부 챔버(12b)로 공급하도록 선택적으로 허용할 수 있다.
이 실시예에서는, 도 1에 도시된 것과 같이, 제어기(11) 또한 제공 될 수 있으며 제어기(11)는 유압 파이프라인들(27, 28) 및 오일 리턴 파이프라인(25)을 각각 통하여 유압 펌프(9)의 분배기(10), 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a), 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버(4a) 그리고 유압작동식 펌프스테이션(5)의 유압 탱크에 연결되어, 유압 펌프(9)의 분배기(10), 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a), 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버(4a) 및 유압작동식 펌프스테이션(5) 간의 유체 소통을 선택적으로 열거나 닫는다. 일반적으로 제어기(11)는, 유압 펌프(9)가 분배기(10)를 통해 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a)로 유압 오일을 공급하려 할 때, 분배기(10)로부터 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a)로의 경로를 개방하여 유압 펌프(9)로 하여금 분배기(10) 및 제어기(11)를 통하여 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a)로 가압된 유압 오일을 공급하는 것을 허용한다. 제어기(11)의 다른 제어 작동은 아래에 설명될 것이다.
다음에는, 본 발명의 상기 실시예에 따른 지브 리프팅 시스템을 수단으로 하여 지브(1)를 올리고 내리기 위한 방법을 설명할 것이다.
지브 리프팅 시스템은 먼저 지브(1)을 올리고 내리기 전에 사전 가압될 것이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 파이프라인(6)에 제공되는 밸브(14)는 먼저 열리고, 파이프라인(6)에 조립된 팽창 밸브(21)는 질소 가스와 같은 가스를 파이프라인(6)을 통해 어큐뮬레이터(7) 안으로 채우기 위해 사용되며 그동안에 유압작동식 펌프스테이션(5)의 밸브(24)는 닫혀서 가스가 파이프라인(6) 및 유압작동식 펌프스테이션(5)을 통해서 흘러나가는 것을 방지한다. 가스 압력이 특정한 수준에 도달한 때에, 가스 충전은 중단되고 팽창 밸브(21)는 닫힌다. 그러면 밸브(24)는 열리고 유압작동식 펌프스테이션(5)은 유압 오일을 그것에 연결되는 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버 안으로 일방향 밸브(15)를 거쳐서 채우도록 작동되고, 상응하여, 파이프라인들(6, 17) 및 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버 내부의 가스는 유압 오일에 의해서 밸브(24)를 거쳐서 배출된다. 파이프라인(6) 상에 조립된 유압 압력 게이지(16)의 압력 눈금값이 특정 요구조건에 도달하였을 때, 유압작동식 펌프스테이션(5)은 꺼지고 유압 오일의 충전은 중단된다. 그 순간에, 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적은 가압된 가스(20)로 채워지고 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 및, 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적과 유체 소통되는, 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b)는 가압된 유압 오일(19)로 채워진다(가스(20)의 비중은 상대적으로 낮고, 이에 비해 유압 오일(19)의 비중은 상대적으로 높으며, 그리하여 가스(20)는 항상 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적에 유지되며, 유압 오일(19)은 항상 하부 체적에 유지된다). 더 나아가, 특정 압력이 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더의 하부 챔버(4b)에 존재하는데, 이 압력은 에너지 저장 실린더(4)의 피스톤 막대(2)에 가해지는 어큐뮬레이터(7) 안의 유압 오일에 의한 힘이 지브(1)의 중량에 의해서 피스톤 막대(2)에 가해지는 힘과 균형을 이루는 방식으로 설정될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 사전 가압을 위한 가스 및 유압 오일의 충전 후에는 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)에 의하여 구성되는 에너지 저장 장치는, 누출이 일어나지 않는 한 가스 및 유압 오일의 재충전 없이 계속 하여 작동 될 수 있는, 폐쇄된 시스템이 된다. 누출이 일어나더라도, 어큐뮬레이터(7) 안의 유압 오일에 의해서 에너지 저장 실린더(4)의 피스톤 막대(2)에 가해지는 힘이 지브(1)의 중량에 의해서 피스톤 막대(2)에 가해지는 힘과 실질적으로 균형을 이룰 때까지, 가스 충전 장치(21) 및 유압작동식 펌프스테이션(5)에 의해서 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버(4b)에 가압된 가스 및 가압된 유압 오일을 보충하는 것이 가능하다.
상기 사전 가압 후에는, 지브 리프팅 시스템은 지브(1)가 올라가고 내려가도록 하는 데 사용될 수 있다. 먼저, 엔진(8)은 유압 시스템(유압 펌프 9)이 일을 시작하도록 하게끔 시동된다. 지브(1)가 내려갈 필요가 있을 때, 작동 기계의 운전자는 유압 펌프(9)의 분배기(10)에 신호를 보내기 위해 제어 레버를 밀고, 그러면 분배기(10)는 유압 오일을 제어 실린더(12)의 상부 챔버로 전달하여, 제어 실린더(12)의 피스톤 막대(23)가 내려가고 그리하여 지브(1)가 내려간다. 이때에, 지브(1)(및 들어올릴 대상 3)의 중량이 에너지 저장 실린더(4)에 전반적으로 가해진다. 그리하여 자체 중량에 기인하여 지브의 하강 도중에 생성되는, 포텐셜 에너지는 에너지 저장 실린더(4)를 작동시키도록 활용되어 에너지 저장 실린더(4)의 피스톤 막대 아래의 유압 오일은 압축되며, 압력은 상승하기 시작하고 그리하여 에너지 저장 실린더(4)의 피스톤 막대 아래의 유압 오일을 파이프라인(6)을 거쳐서 어큐뮬레이터(7)의 바닥에 있는 오일 유입구로부터 어큐뮬레이터(7)의 안쪽으로 들어가게 한다. 어큐뮬레이터(7)의 바닥에 있는 오일 유입구로부터 어큐뮬레이터의 내부로 유압 오일이 보내질 때, 어큐뮬레이터(7)의 내부 가스 공간은 줄어들며 그리하여 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적 안의 가스(20)는 압축되어 에너지 저장의 목적을 달성하게 된다. 지브(1)가 올라갈 필요가 있을 때, 작동 기계의 운전자는 유압 시스템의 분배기(10)에 신호를 보내기 위해서 제어 레버를 밀며, 분배기(10)는 유압 오일을 제어 실린더(12)의 하부 챔버로 전달하여 제어 실린더(12)의 피스톤 막대(23)가 올라가고 그리하여 지브(1)가 올라간다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버 안의 유압 오일과 어큐뮬레이터(7) 안의 유압오일 사이의 압력 균형은 깨어진다. 이 때에, 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버의 내부 압력은 떨어지기 시작하며 어큐뮬레이터(7)의 내부의 유압 오일의 압력은 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버 안의 압력보다 높다. 그러면 어큐뮬레이터(7) 안의 고압의 유압 오일(19)은 파이프라인(6)을 거쳐서 에너지 저장 실린더(4)의 하부 챔버를 향해 흐르며, 에너지 저장 실린더(4)의 피스톤 막대(2)는 상향으로 움직이도록 눌려지며 그리하여 지브(1)는 신속하고 용이하게 상승한다.
종전 기술에서는 지브(1)의 수직 왕복운동은 엔진(8)의 유압 시스템들(9, 10)에 의해서 강제되지만 본 발명은 지브(1)의 중량과 들어올릴 대상(3)의 중량을 균형 맞추기 위해서 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)를 사용한다. 이러한 방식으로 유압 펌프(9) 및 엔진(8)의 분배기(10)는 더 이상 지브(1)를 들어올림에 있어서 단독의 역할을 하지 않으며 이들은 지브(1)의 수직 왕복 운동을 제어하고 부분적 구동 힘을 제공한다. 본 발명의 특징들 중 하나는 제어 실린더(12)는 지브의 상승 및 하강을 제어하기 위해서 활용된다는 것이며, 또 다른 특징은 지브(1)의 에너지 저장 실린더(4) 및 어큐뮬레이터(7)는 에너지 저장을 위해서 사용된다는 것이며, 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4) 그 자체는 제어 밸브가 없으며 그들은 단지 지브(1)의 중량과 어큐뮬레이터(7) 안의 압력 사이의 실질적 균형을 유지하도록 에너지 저장 및 에너지 방출을 위한 것이다. 그리하여 유압 펌프(9)에 의해서 제어 실린더(12)를 향해 제공되는 지브(1)를 들어올리는데 필요한 유압 동력을 감소시키는 것이 가능하며, 그럼으로써 종래 기술에 비교하여 엔진(8)의 연료 소모를 절약할 수 있고 지브(1)를 들어올리는 속도를 높일 수 있다. 다시 말하여 본 발명에 따르면, 에너지 저장 실린더(4)와 협동하여, 어큐뮬레이터(7)는 내려갈 때 지브(1)의 자체 중량에 의해서 생기는 중력 포텐셜 에너지를 저장하며 지브(1)가 올라가는 중에 저장된 에너지를 방출하여 상승을 보조하고 상승 속도를 높인다. 이러한 방식으로, 지브(1)의 하강 중에 중력 포텐셜 에너지를 효율적으로 회복하고 활용하며 작동 기계의 작동 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
더 나아가, 에너지 저장 실린더(4) 및 어큐뮬레이터(7)에 의해서 구성되는 에너지 저장 장치는 주 유압 시스템(main hydraulic system)(9)과 연결되지 않으며 지브(1)의 자체 중량과 균형을 맞추기 위해서 제공되는 별도의 메커니즘과 연결된다. 그러므로 지브(1)의 상승 및 하강 중에 지브(1)의 자체 중량을 위해서 너무 많은 에너지가 소모되는 것을 우려할 필요가 없으며, 지브(1)는 지브(1)의 강도를 보강하기 위해서 더 무겁게 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 지브 리프팅 시스템은 단순한 구조를 가지며, 조립하기 쉽고, 사용에 있어서 신뢰할 수 있고 내구성이 있으며 다루기 쉽고 단순하며 놀랄 만한 에너지 절약 효과를 제공할 수 있다.
다음으로, 제어기(11)의 특정 작동과 관련하여 설명될 것이다. 제어 실린더(12)에 의해서 제어되는, 지브(1)의 상승 중에는, 제어기(11)는 에너지 저장 실린더의 상부 챔버(4a)로부터 유압작동식 펌프스테이션(5)의 유압 탱크로의 경로를 개방하여, 에너지 저장 실린더의 상부 챔버(4a) 안의 유압 오일이 제어기(11) 옆에 배치된 오일 리턴 파이프라인(25)을 거쳐서 유압 탱크로 되돌아가도록 허용한다. 제어 실린더(12)가 지브(1)를 내려가도록 할 때, 에너지 저장 실린더(4) 안의 피스톤(13)은 내려가기 시작하며, 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버(4a)는 비워져서 유압 오일을 유압작동식 펌프스테이션(5)의 유압 탱크로부터 제어기(11)를 거쳐 상부 챔버(4a)로 끌어들인다. 제어 실린더(12)가 지브(1)를 아래로 움직이게 할 때 더 많은 힘이 필요하면(즉, 제어 실린더(12)의 상부 챔버 안의 압력에 의한 구동 힘이 충분하지 않으면), 제어 실린더의 상부 챔버 안의 압력은 더 높아지고 이때에는, 신호가 제어기(11)에 보내져서 제어기(11)는 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버로부터 유압작동식 펌프스테이션(5)의 유압 탱크로의 경로를 닫게 되며, 동시에 분배기(10)로부터 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버로의 경로를 개방하며, 그리하여 유압 펌프(9)에 의해서 제공되는 가압된 유압 오일은 또한 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해서 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버로 전달 될 수 있다. 다시 말해서 그 순간에는 제어기(11)는 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버를 제어 실린더(12)의 상부 챔버와 병렬적인 방식으로 소통시킨다. 그리하여 제어 실린더(12)의 상부 챔버의 영역으로부터 다중 실린더의 상부 챔버들의 영역으로 작용 영역이 증가되며, 이는 실린더의 상부 챔버에 의한 추진력을 증가시키고, 실린더들의 피스톤들을 하향으로 더 누르고, 지브(1)의 하강을 위한 작용 힘이 증가된다. 여기에서 예를 들어, 파이프라인(27) 또는 제어 실린더의 상부 챔버에 배치되는 센서(26)가 제어 실린더(12)의 상부 챔버(12a) 안의 압력이 미리 정해진 값을 초과하는 것을 감지하면, 그것은 아래로의 추진력이 더 많이 요구됨을 나타내고, 그리하여 센서(26)는 제어기(11)에 제어 실린더(12)의 상부 챔버를 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버와 소통시키도록 알리는 신호를 보내서 지브(1)의 하강을 돕는다.
여기서, 제어기(11) 없는 실시예가 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 유압 오일은 분배기(10)에 의해서 제어 실린더(12)의 상부 챔버로 직접 공급되며, 이 경우에, 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버 및 유압작동식 펌프스테이션(5)의 유압 탱크는 제어기(11)의 참여 없이 서로 간에 직접 소통된다. 다른 실시예에서는 분배기(10)는 유압 오일을 제어 실린더(12)의 상부 챔버 및 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버로 병렬적인 방식으로 직접 공급한다. 또한 분배기(10)가 에너지 저장 실린더(4)의 상부 챔버로 직접 유압 오일을 공급하는 것이 가능하고, 여기에서 제어 실린더(12)의 상부 챔버 및 유압 탱크는 제어기(11)의 참여 없이 서로 간에 직접 소통된다. 이러한 방식들 모두는 지브(1)의 상승 및 하강을 위한 추진력 및 속도가 제어기(11)를 가지는 경우만큼 좋지 않은 것을 제외하고는 지브(1)의 들어올림을 제어하는 효과를 달성할 수 있다.
지브(1)의 상승 및 하강은 작동 기계가 작업을 중단할 때까지 번갈아가면서 그리고 상반되게 수행된다. 기계가 셧다운 되었을 때, 파이프라인(6)의 밸브(14)는, 어큐뮬레이터(7) 안의 가압된 유압 오일이 지브를 밀어서 수동 제어 없이 지브가 자동으로 상승하게 하는 것을 피하도록 닫힐 수 있다. 추가적으로 어큐뮬레이터를 교체할 때 편의성뿐만 아니라 안전성을 향상시키기 위해서 개별 밸브(18)가 어큐뮬레이터(7)에 제공될 수 있다.
지브(1)가 상승하고 하강하는 작업 프로세스 도중에, 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)에 의해서 구성되는 닫힌 시스템 안의 압력은 지브(1)의 들어올림 때문에 변동할 것이다. 그러나 에너지 저장 실린더의 피스톤 막대에 가해지는, 지브(1)의 중량으로부터 기인하는 힘은 지브의 들어올림 때문에 그에 상응하여 변동할 것이므로, 어큐뮬레이터(7)의 내부의 유압 오일에 의해서 에너지 저장 실린더의 피스톤 막대에 가해지는 힘은 지브(1)의 중량에 의해서 에너지 저장 실린더의 피스톤 막대에 가해지는 힘과 실질적으로 균형을 이루도록 항상 유지되어, 엔진의 유압 시스템에 의해 제공되는 에너지 및 힘은 절약된다. 이에 불구하고 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더(4)로 구성되는 닫힌 시스템 안의 압력의 크기는 또한 필요에 따라 통제될 수 있다(예를 들어서 가스 충전 장치(21) 및/또는 유압작동식 펌프스테이션(5)에 의해서 가스 및/또는 오일을 충전 하고 배출함에 의해서).
본 발명의 어떤 실시예는 위에서 설명되었으나, 에너지 저장 실린더 및 제어 실린더의 개수 및 그들의 상대적 위치 조합은 상기 실시예에서 설명된 것에 한정되지 않는다. 임의의 적합한 개수(예를 들어 하나, 또는 둘 이상)의 에너지 저장 실린더 그리고 임의의 적합한 개수(예를 들어 하나, 또는 둘 이상)의 제어 실린더는 지브(1)의 어느 한쪽 또는 중간 또는 양 쪽에 제공될 수 있고 에너지 저장 실린더 및 제어 실린더는 그들의 위치를 서로 맞바꾸어서도 작동할 수 있다.
본 발명은 어큐뮬레이터 및 에너지 저장 실린더로 구성되는 에너지 저장 장치에 의해서 저장되는 에너지를 사용하여 지브의 자체 중량을 실질적으로 균형 맞추며, 어큐뮬레이터 및 에너지 저장 실린더 그 자체는 완전히 닫힌 시스템을 구성하고, 이는 어떤 제어 밸브 없이도 에너지 저장 및 방출을 위해서만 기능하고 누출이 없는 한 작동을 계속할 수 있다. 그리하여 종래 기술에 비교하여, 작동 기계의 유압 동력 시스템(엔진에 의해서 구동됨)은 더 이상 들어올림에 있어서 전반적인 역할을 수행하지 않으며, 한편 상기 시스템은 제어 실린더를 통하여 지브의 들어올림을 제어하며 추진력의 일부를 제공한다. 그러므로 본 발명의 지브 리프팅 시스템은 단순한 구조를 가지고, 조립하고 다루기 편리하며, 신뢰할 수 있고 내구성이 있으며, 또한 상기 시스템은 에너지를 절약할 수 있고 지브의 작동 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 지브 리프팅 시스템은 굴착기, 로더 도저, 크레인 등과 같은, 지브를 가지는 임의의 작동 기계에 적용가능하다.
명백하게도, 본 발명의 범위 및 취지로부터 벗어나지 않고 본 기술 분야의 당업자에 의해서 다양한 수정 및 변경이 상기 개시된 실시예에 가해질 수 있다. 이 명세서에 개시된 본 발명의 실시예에 따르면 본 발명의 다른 실시예는 본 기술 분야의 당업자에 명백할 것이다. 명세서 및 그것의 개시된 예들은 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해진다.
1 지브
2 에너지 저장 실린더의 피스톤 막대
3 들어올릴 대상
4 에너지 저장 실린더
4a 에너지 저장 실린더의 상부 챔버
4b 에너지 저장 실린더의 하부 챔버
5 유압 탱크를 갖춘 유압작동식 펌프 스테이션(hydraumatic pumpstation)
6 파이프라인
7 어큐뮬레이터
8 엔진
9 유압 펌프
10 분배기
11 제어기
12 제어 실린더
12a 제어 실린더의 상부 챔버
12b 제어 실린더의 하부 챔버
13 에너지 저장 실린더의 피스톤
14 밸브
15 일방향 밸브(one-way valve)
16 유압 압력 게이지(hydraulic pressure gauge)
17 파이프라인
18 밸브
19 유압 오일
20 가스
21 가스 충전 장치(팽창 밸브)
22 제어 실린더의 피스톤
23 제어 실린더의 피스톤 막대
24 밸브
25 오일 리턴 파이프라인(oil return pipeline)
26 센서
27 유압 파이프라인
28 유압 파이프라인
29 방열기(radiator)

Claims (13)

  1. 작동 기계의 지브(jib)(1)를 위한 리프팅 시스템으로서,
    지브(1)를 하강시키는 도중에 중력 포텐셜 에너지를 저장하고 지브(1)를 상승시키는 도중에 저장된 에너지를 사용하여 지브를 들어올리기 위해 사용되는 에너지 저장 장치로서, 상기 에너지 저장 장치는 에너지 저장 실린더(4) 및 어큐뮬레이터(7)를 포함하고, 상기 에너지 저장 실린더(4)는 에너지 저장 피스톤(13)에 의해 분리되는 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a) 및 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)를 포함하며 지브(1)에 작동가능하도록 연결되는 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 포함하고, 상기 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적은 가압된 가스(20)로 채워지며, 상기 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적은 가압된 유압 오일(19)로 채워지고 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)와 유체 소통되는, 에너지 저장 장치;
    지브 들어올림을 제어하기 위한 제어 실린더(12)로서, 상기 제어 실린더(12)는 제어 피스톤(22)에 의해서 분리되는, 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 및 제어 실린더를 위한 하부 챔버(12b)를 포함하고, 지브(1)에 작동가능하도록 연결되는 제어 피스톤 막대(23)를 포함하는, 제어 실린더(12);
    가압된 유압 오일을 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 또는 제어 실린더를 위한 하부 챔버(12b)로 선택적으로 공급하기 위한 유압 펌프(9)로서, 상기 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 공급할 때, 제어 피스톤 막대(23)는 지브(1)를 내려가도록 하고, 지브(1)의 중량은 에너지 저장 실린더(4)의 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀어서 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b) 안의 유압 오일이 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 안으로 밀려들어가도록 하고, 그리하여 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적 안의 가스는 압축되어 지브(1)의 중력 포텐셜 에너지를 회복하며, 상기 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 하부 챔버(12b)로 공급할 때, 제어 피스톤 막대(23)는 지브(1)를 올라가도록 하여 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 들어올리고 그리하여 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적 안의 압축된 가스가 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 안의 유압 오일을 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b) 안으로 밀어서, 회복된 에너지가 배출되어 지브(1)를 상승시키기 위하여 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀도록 하는, 유압 펌프(9);를 포함하는,
    작동 기계의 지브(1)를 위한 리프팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    어큐뮬레이터(7) 안의 유압 오일에 의해서 에너지 저장 피스톤 막대(2)로 가해진 힘이 지브(1)의 중량에 의해서 에너지 저장 피스톤 막대(2)에 가해진 힘과 실질적으로 균형을 이루도록 하는 방식으로 상기 어큐뮬레이터(7) 안에 채워진 가스 및 유압 오일의 압력이 설정되는, 리프팅 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    어큐뮬레이터(7) 안에 채워진 가스 및 유압 오일의 압력이 필요에 따라 조정될 수 있는, 리프팅 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅 시스템은 제어기(11) 및 센서(26)를 더 포함하고, 상기 제어기는 유압 펌프(9)에 장착된 분배기(10), 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a), 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 및 유압 탱크에 각각 연결되고, 상기 제어기(11)는,
    유압 펌프(9)가 유압 오일을 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 공급하려 할 때, 유압 펌프(9)로부터 분배기(10)를 거쳐서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로의 경로가 개방되어 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 공급하는 것을 허용하며,
    지브(1)가 상승할 때 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로부터 상기 유압 탱크로의 경로가 개방되어 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a) 안의 유압 오일이 제어기(11)를 거쳐서 상기 유압 탱크로 돌아가도록 허용하며,
    지브(1)가 하강할 때 상기 유압 탱크로부터 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로의 경로가 개방되어 상기 유압 탱크 내의 유압 오일이 제어기(11)를 거쳐서 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로 들어가도록 허용하며,
    유압 펌프(9)에 의해서 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 전달되는 유압 오일의 압력이 미리 정해진 값을 초과하는 것을, 센서(26)가 감지하였을 때, 센서(26)로부터의 신호에 반응하여, 유압 펌프(9)로부터 분배기(10)를 거쳐서 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로의 경로가 개방되고 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로부터 상기 유압 탱크로의 경로가 닫혀서 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 및 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로 동시에 공급할 수 있도록, 설정되는, 리프팅 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    분배기(10)는 작동 기계의 운전자에 의해서 작동 핸들을 조작함에 의해서 제어되어 가압된 유압 오일을 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 및/또는 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로 선택적으로 공급하거나 가압된 유압 오일을 제어 실린더를 위한 하부 챔버(12b)로 공급하는, 리프팅 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅 시스템은, 어큐뮬레이터(7)와 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b) 사이에 연결되는, 가스 충전 장치(21) 및 유압작동식 펌프스테이션(5)을 더 포함하고, 상기 가스 충전 장치(21)는 가압된 가스를 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)로 공급하기 위하여 사용되고, 상기 유압작동식 펌프스테이션(5)은 가압된 유압 오일을 어큐뮬레이터(7) 및 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)로 공급하기 위하여 사용되는, 리프팅 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅 시스템은, 어큐뮬레이터(7)와 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b) 사이의 유압 오일 경로에 연결되어 유압 오일을 위한 방열(heat dissipation)을 제공하는 방열기(radiator)(29)를 더 포함하는, 리프팅 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    제어 실린더(12)의 수량은 하나 이상이고, 에너지 저장 실린더(4)의 수량은 하나 이상이며, 제어 실린더(12) 및 에너지 저장 실린더(4)는 그들의 위치를 서로 바꿀 수 있는, 리프팅 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    한 개의 제어 실린더(12)와 상기 제어 실린더의 각 측에 위치하는 두 개의 에너지 저장 실린더(4)가 지브(1)의 아래에 병렬로 조립되는, 리프팅 시스템.
  10. 지브(1) 및 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 리프팅 시스템을 포함하는 작동 기계.
  11. 제1항에 따른, 작동 기계의 지브(1)를 위한 리프팅 시스템을 이용하여 작동 기계의 지브를 들어올리기 위한 방법으로서,
    a) 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적을 가압된 가스(20)로 채우고, 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 및, 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적과 유체 소통되는, 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)를 가압된 유압 오일(19)로 채움;
    b) 유압 펌프(9)로 하여금 가압된 유압 오일을 분배기(10)를 통해 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 공급하도록 하여 제어 피스톤 막대(23)가 지브(1)를 하강하도록 하고, 그리하여 지브(1)의 중량이 에너지 저장 실린더(4)의 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀어서 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b) 안의 유압 오일이 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 안으로 밀려들어가도록 하고, 그리하여 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적 안의 가스가 압축되어 지브(1)의 중력 포텐셜 에너지를 회복시킴;
    c) 유압 펌프(9)로 하여금 가압된 유압 오일을 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 하부 챔버(12b)로 공급하도록 하여 제어 피스톤 막대(23)가 지브(1)를 상승하도록 하여 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 들어올리고, 그리하여 어큐뮬레이터(7)의 상부 체적 안의 압축된 가스가 어큐뮬레이터(7)의 하부 체적 안의 유압 오일을 에너지 저장 실린더를 위한 하부 챔버(4b)안으로 밀어 넣어서, 회복된 에너지가 방출되어 에너지 저장 피스톤 막대(2)를 밀어서 지브(1)를 들어올림; 을 포함하는, 작동 기계의 지브(1)를 위한 리프팅 시스템을 이용하여 작동 기계의 지브를 들어올리기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    단계 a)에서, 어큐뮬레이터(7)에 채워진 가스 및 유압 오일의 압력은 어큐뮬레이터(7) 안의 유압 오일에 의해서 에너지 저장 피스톤 막대(2)에 가해지는 힘이 지브(1)의 중량에 의해서 에너지 저장 피스톤 막대(2)에 가해지는 힘과 실질적으로 균형을 이루도록 하는 방식으로 설정되는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 리프팅 시스템은 제어기(11) 및 센서(26)를 더 포함하며, 상기 제어기는 유압 펌프(9)에 장착되는 분배기(10), 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a), 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a), 및 유압 탱크에 각각 연결되며, 상기 방법은,
    유압 펌프(9)가 분배기(10)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)에 유압 오일을 제공하려고 할 때, 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 공급하는 것을 허용하도록, 제어기(11)를 이용하여 유압 펌프(9)로부터 분배기(10)를 거쳐서 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로의 경로를 개방함;
    지브(1)가 상승할 때, 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a) 안의 유압 오일이 제어기(11)를 거쳐서 상기 유압 탱크로 되돌아가도록 함;
    지브(1)가 내려갈 때 상기 유압 탱크 안의 유압 오일이 제어기(11)를 거쳐서 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로 들어가도록 함;
    그리고 유압 펌프(9)에 의해 분배기(10) 및 제어기(11)를 통하여 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a)로 전달되는 유압 오일의 압력이 미리 정해진 값을 초과함을 센서(26)를 사용하여 감지하였을 때, 제어기(11)가 유압 펌프(9)로부터 분배기(10)를 거쳐서 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로의 경로를 개방하고 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로부터 상기 유압 탱크로의 경로를 닫아, 유압 펌프(9)가 가압된 유압 오일을 분배기(10) 및 제어기(11)를 통해 제어 실린더를 위한 상부 챔버(12a) 및 에너지 저장 실린더를 위한 상부 챔버(4a)로 동시에 공급하는 것을 허용하도록, 센서(26)로 하여금 제어기(11)로 신호를 보내도록 함; 을 더 포함하는, 방법.
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