KR20140049813A - 클램쉘 버켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 클램쉘 버켓은 암에 설치되고 개폐되는 쉘, 상기 쉘을 개폐시키는 제1 액츄에이터부 및 상기 암의 단부와 상기 쉘 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부를 포함함으로써, 쉘의 개폐와 신축 구동을 신뢰성 있게 수행할 수 있다.

Description

클램쉘 버켓{CLAMSHELL BUCKET}
본 발명은 클램쉘 버켓에 관한 것으로 암에 설치되고 암과의 거리를 조절할 수 있는 클램쉘 버켓에 관한 것이다.
굴삭기 등에 설치되는 암의 단부에는 굴삭 작업을 위한 각종 버켓이 착탈된다.
굴삭기의 최대 굴삭 깊이는 미리 정해져 있기 때문에, 작업 환경에 따라 버켓이 지면에 닿지 않을 수 있다. 특히, 암이 다단 신축 암(telecsopic arm)인 경우 최대 굴삭 깊이는 대단히 중요하다.
버켓의 높이 또는 길이는 고정값이므로, 수m 정도의 굴삭 깊이를 추가적으로 더 요구할 경우 암의 길이를 증가시키기 위해 암을 교체하거나 버켓과 암 사이에 확장 암을 추가 장착할 수 있다. 그러나 전자의 경우에는 암의 교체로 인한 비용 증가가 발생하며 후자의 경우에는 버켓의 수용물을 트럭에 덤프시키기가 어렵다.
한국등록특허공보 제0251085호에는 케이지 스위벨 장치를 소정 위치에 배치시키기 위한 다단 신축 암이 개시되고 있다. 그러나, 케이지 스위벨 장치의 자체 길이 조절에 대한 내용은 개시되지 않고 있다.
한국등록특허공보 제0251085호
본 발명은 암에 설치되고 암과의 거리를 조절할 수 있는 클램쉘 버켓을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 클램쉘 버켓은 암에 설치되고 개폐되는 쉘, 상기 쉘을 개폐시키는 제1 액츄에이터부 및 상기 암의 단부와 상기 쉘 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부를 포함할 수 있다.
본 발명의 클램쉘 버켓은 쉘을 개폐시키는 제1 액츄에이터와 암과 쉘 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부를 포함함으로써, 쉘의 개폐와 신축 구동을 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 클램쉘 버켓에 의하면 추가 비용의 발생없이 기존의 암을 그대로 사용하면서 최대 굴삭 깊이를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 클램쉘 버켓이 개방된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 클램쉘 버켓이 폐쇄된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 클램쉘 버켓을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 유압 호스를 포함하는 본 발명의 클램쉘 버켓의 평면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 유압 호스를 포함하는 본 발명의 클램쉘 버켓의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로도이다.
도 9는 암과 클램쉘 버켓을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 클램쉘 버켓이 개방된 상태를 나타낸 개략도이다. 도 2는 본 발명의 클램쉘 버켓이 폐쇄된 상태를 나타낸 개략도이다. 도 9는 암과 클램쉘 버켓을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 클램쉘 버켓은 암(210)에 설치되고 개폐되는 쉘(110), 쉘(110)을 개폐시키는 제1 액츄에이터부(130) 및 암(210)의 단부와 쉘(110) 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부(150)를 포함할 수 있다.
쉘(110)은 굴삭기가 목적으로 하는 굴삭 작업을 수행하는 요소이다. 도 1에 도시된 쉘(110)은 별도로 마련된 복수개의 하위 쉘이 서로 맞닿음으로써 토사를 수용할 수 있는 완성된 쉘(110)을 형성한다. 제1 위치의 토사를 수용하고, 수용된 토사를 제2 위치에서 배출하기 위해 쉘(110)은 토사에 대해서 개폐될 필요가 있다.
쉘(110)의 개폐에 제1 액츄에이터부(130)가 이용된다.
제1 액츄에이터부(130)는 유압 등을 이용하여 신축되는 요소이다. 제1 액츄에이터부(130)는 피스톤에 연결되고 일 방향을 따라 왕복 운동하는 쉘 로드(131), 상기 피스톤과 유체가 수납되는 쉘 실린더 튜브(133)를 포함한다. 쉘 실린더 튜브(133) 내에서 피스톤을 기준으로 좌우 공간의 유체량/유체 압력에 따라 피스톤이 이동하고, 이에 따라 피스톤에 연결된 쉘 로드(131)도 이동한다. 제1 액츄에이터부(130)는 쉘(110)을 구성하는 하위 쉘의 개수만큼 마련되어 각 하위 쉘에 하나씩 설치될 수 있다.
클램쉘 버켓은 쉘(110)과 제1 액츄에이터부(130)가 설치되는 몸체부(170)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 액츄에이터부(130)의 일단은 몸체부(170)에 연결되고 타단은 쉘(110)에 연결된다. 따라서, 몸체부(170)를 고정점으로 하여 제1 액츄에이터부(130)가 신축되면 쉘(110)이 오픈 또는 클로즈된다. 몸체부(170)에는 제1 액츄에이터부(130)를 구성하는 쉘 실린더 튜브(133)가 연결되고, 쉘(110)에는 쉘 로드(131)가 연결된다. 물론 이 둘의 위치를 바꿀 수도 있다.
제2 액츄에이터부(150)는 암(210)의 단부와 쉘(110) 사이의 거리를 조절한다. 제2 액츄에이터부(150)는 이동 로드(151)와 이동 실린더 튜브(153)를 포함할 수 있다. 이동 로드(151)는 피스톤에 연결되고 일 방향을 따라 왕복 운동할 수 있다. 이동 실린더 튜브(153)에는 피스톤과 유체가 수납될 수 있다.
쉘(110)과 제1 액츄에이터부(130)가 몸체부(170)에 설치된다. 제2 액츄에이터부(150)는 그 일단이 암(210)에 연결되고, 타단이 몸체부(170)에 연결된다. 따라서, 제2 액츄에이터부(150)의 신축에 따라 암(210)과 몸체부(170)의 이격 거리를 조절할 수 있다.
제2 액츄에이터부(150) 역시 유압 등을 이용하여 신축된다. 따라서, 제2 액츄에이터부(150)의 일단 및 타단을 암(210) 및 몸체부(170)에 각각 연결하면, 제2 액츄에이터부(150)의 신축에 의해 암(210)과 몸체부(170) 간의 거리를 조절할 수 있다. 일예로 도 1에는 제2 액츄에이터부(150)를 구성하는 이동 실린더 튜브(153)가 암(210)에 연결되고, 제2 액츄에이터부(150)를 구성하는 이동 로드(151)가 몸체부(170)에 연결되어 있다.
도 9에는 다단 신축 암이 개시되어 있다. 다단 신축 암은 복수의 암(210)과 각 암(210)을 연결하는 도르레와 와이어을 포함할 수 있다. 이때 도르레는 이동 도르레로 와이어의 이동 거리의 1/2배를 이동한다. 다단 신축 암은 붐(boom)(10)을 통해 굴삭기 본체에 연결된다. 도 9에 도시된 것은 3개의 암이 설치된 실시예이며, 붐(10)에 연결된 암과 클램쉘 버켓이 설치되는 암 사이에 중간 암이 개재된다. 도르레가 중간 암에 고정될 때 와이어의 양단은 붐(10)에 연결된 암 및 클램쉘 버켓이 설치되는 암에 각각 고정된다. 이러한 원리를 이용해 중간 암이 1의 거리만큼 이동할 때 클램쉘 버켓이 설치되는 암은 2의 거리만큼 이동한다.
다시 도 2를 참조하면, 이동 로드(151)는 이동 실린더 튜브(153)에 비하여 단면적이 적으므로 좌굴에 취약하다. 따라서 좌굴에 대한 대책이 필요하다. 또한, 제1 액츄에이터부(130)에 유체 등을 공급하는 유압 호스가 외부로 노출됨으로써 미관상 또는 안전상 대책이 필요하다.
이를 위하여 쉘(110)과 제1 액츄에이터부(130)가 설치된 몸체부(170)에는 중공이 형성될 수 있다. 이때, 제2 액츄에이터부(150)는 그 일단이 암(210)에 연결되고 타단이 몸체부(170)의 중공 안쪽 면에 연결될 수 있다. 이에 따라 제2 액츄에이터부(150)를 구성하는 이동 로드(151)의 신축에 의해 몸체부(170)가 이동하게 된다. 구체적으로 몸체부(170)의 중공이 제2 액츄에이터부(150)에 끼워진 상태로, 몸체부(170)는 제2 액츄에이터부(150)의 외면을 따라 그 이동이 안내된다.
제2 액츄에이터부(150)의 길이가 신장되면 암(210)의 단부와 몸체부(170) 사이의 거리가 증가하고, 제2 액츄에이터부(150)의 길이가 축소되면 암(210)의 단부와 몸체부(170) 사이의 거리가 감소한다.
도 3은 본 발명의 클램쉘 버켓을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
좌굴과 유압 호스의 외부 노출에 대한 문제를 동시에 해소하기 위해 몸체부(170)는 단면이 다각형인 관 형상으로 형성될 수 있다. 관 형상으로 형성된 몸체부(170)는 중공을 갖는다. 이때, 몸체부(170)의 내벽면의 적어도 2개 변에는 몸체부(170)의 길이 방향으로 연장되는 가이드부(175)가 형성될 수 있다.
가이드부(175)에서 이동 실린더 튜브(153)에 대면하는 면은 이동 실린더 튜브(153)에 형합되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한 가이드부(175)와 이동 실린더 튜브(153) 중 적어도 하나에는 서로 맞물리는 맞물림부가 형성될 수 있다. 이때의 맞물림부에 의해 몸체부(170)는 제2 액츄에이터부(150)에 대해 회동이 방지된다.
도 3의 (a)에는 이동 실린더 튜브(153)의 외부에 길이 방향으로 연장되는 슬라이딩부(173)가 형성되고, 슬라이딩부(173)가 몸체부(170) 내면의 가이드부(175)에 끼워진 상태가 개시된다.
슬라이딩부(173)는 원 기둥 형상의 제2 액츄에이터부(150)의 외형에 따라 제2 액츄에이터부(150)의 외주에 맞게 굴곡져 있다. 또한, 슬라이딩부(173)와 제2 액츄에이터부(150) 서로 간의 회동을 방지하기 위해 슬라이딩부(173)와 제2 액츄에이터부(150)에는 대면부(157, 177)가 형성되어 있다. 슬라이딩부(173)에 형성된 대면부(177)는 홈이고 제2 액츄에이터부(150)의 외면에 형성된 대면부(157)는 위 홈에 대응되는 돌기이다. 또한, 슬라이딩부(173)와 제2 액츄에이터부(150)는 체결 나사(179)로 고정될 수 있다.
한편, 몸체부(170) 내면에는 슬라이딩부(173)가 슬라이딩되는 경로를 형성하고 슬라이딩부(173) 및 제2 액츄에이터부(150)에 대해 몸체부(170)의 회동을 방지하는 가이드부(175)가 형성된다. 가이드부(175)는 몸체부(170)의 길이 방향을 따라 연장되는 돌기 등으로 형성될 수 있다. 가이드부(175)에 대면하는 슬라이딩부(173) 부위는 가이드부(175)에 형합되는 형상으로 구성될 수 있다. 도 3의 (a)에서 가이드부(175)는 평면상으로 슬라이딩부(173)가 사이에 배치되는 2개의 돌기로 구성되어 있다.
가이드부(175)에 의해 슬라이딩부(173)는 가이드부(175)를 따라 이동하며 결과적으로 제2 액츄에이터부(150) 역시 가이드부(175)를 따라 이동한다.
도 3의 (b)에는 측면이 개구된 몸체부(170)에 가이드부(175)를 설치하는 상태가 개시된다. 도 3의 (a)에 따르면 몸체부(170) 형성시 가이드를 함께 형성할 필요가 있으나, 도 3의 (b)에 따르면 몸체부(170)를 형성한 후에 가이드부(175)를 설치할 수 있다. 도 3의 (b)에 도시된 가이드부(175)는 제2 액츄에이터부(150)의 외형과 형합되는 형상으로 형성되고 부착부(181)에 부착되어 있다. 부착부(181)는 몸체부(170)의 개구된 측면을 덮는 요소로 부착부(181)의 설치에 의해 몸체부(170)의 내면에는 가이드부(175)가 형성된다.
중공이 형성된 몸체부(170)는 제2 액츄에이터부(150)를 구성하는 이동 실린더 튜브(153)에 끼워진 상태로 이동할 수 있는데, 이 과정에서 몸체부(170)가 이동 실린더 튜브(153)로부터 이탈되어서는 곤란하다. 이를 방지하기 위해 제2 액츄에이터부(150)를 구성하는 이동 실린더 튜브(153)의 쉘(110) 측 단부에는 제1 이탈 방지부(155)가 형성될 수 있다. 또한, 몸체부(170)의 중공 내면에서 암(210) 측 단부에는 제1 이탈 방지부(155)의 이탈을 방지하는 제2 이탈 방지부(171)가 형성될 수 있다. 이때 제2 이탈 방지부(171)는 가이드부(175)와 일체로 형성될 수 있다.
단면이 다각형인 몸체부(170)에서 내벽면의 변에 가이드부(175)가 설치되므로, 몸체부(170)의 내벽면의 꼭지점 부분은 빈 공간인 상태이다. 따라서, 제1 액츄에이터부(130)에 쉘(110)의 구동력을 전달하는 유압 호스(190)를 몸체부(170)의 내벽면의 꼭지점 부분에 수납시킬 수 있다.
이에 따르면 유압 호스(190)가 외부로 노출되지 않으므로 미관상, 안전상 유리하다.
도 4는 유압 호스를 포함하는 본 발명의 클램쉘 버켓의 평면을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 유압 호스를 포함하는 본 발명의 클램쉘 버켓의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 살펴보면 몸체부(170)의 내벽면 꼭지점 부위에 형성된 공간에 유압 호스(190)가 수납된 것을 알 수 있다. 도 5에서와 같이 유압 호스(190)는 제2 액츄에이터부(150)의 구동 여부와 상관없이 정상적으로 몸체부(170)의 내부에 수납되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 클램쉘 버켓은 암(210)과 쉘(110) 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부(150)를 포함한다. 또한, 쉘(110)을 개폐시키는 제1 액츄에이터부(130)도 포함한다. 따라서, 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)를 모두 제어할 수 있는 제어부(290)가 필요하다.
도 6은 본 발명의 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로를 나타낸 개략도이고. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로도이다.
도 6의 실시예에 따르면, 제1 액츄에이터부(130) 및 제2 액츄에이터부(150)의 동작을 각각 제어하거나 동시에 제어할 수 있다. 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)를 제어하는 제1 컨트롤 밸브(233)의 후단 또는 하류에 위치하고, 제1 컨트롤 밸브(233)로부터 출력된 유압/유량을 입력받아 제1 액츄에이터부(130) 및 제2 액츄에이터부(150)의 동작을 각각 제어하거나 동시에 제어할 수 있다. 정리하면, 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)의 유압/유량을 제어할 수 있다.
일 실시예로서, 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)를 제어하는 요소와 제2 액츄에이터부(150)를 제어하는 요소를 모두 포함할 수 있다. 제1 액츄에이터부(130)를 제어하는 요소는 제1 컨트롤 밸브(233)와 같이 기설비된 상태일 수 있다. 따라서, 제1 액츄에이터부(130)에 대한 제어 및 제2 액츄에이터부(150)에 대한 제어를 최대한 기설비된 제1 액츄에이터부(130)의 제어 요소를 이용하여 수행하는 것이 생산성에 유리하다. 따라서, 본 발명의 제어부(290)를 구성하는 요소를 최소화하는 방안이 필요하다.
기 설정값으로 제1 압력값 및 이보다 높은 압력인 제2 압력값을 생각할 때, 예를 들어 도 7에서 제1 압력값은 330kgf/㎠일 수 있으며, 제2 압력값은 350kgf/㎠일 수 있다. 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)에 인가되는 부하(load)에 의해 형성되는 유압이 제1 압력값보다 작으면 제1 액츄에이터부(130)만을 구동시키고, 유압이 제2 압력값보다 작으면 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)를 함께 구동시킬 수 있다. 일 실시예로서, 제2 액츄에이터부(150)는 제1 액츄에이터부(150)의 구동이 완료된 후에 구동될 수 있다.
제2 압력값이 제1 압력값보다 큰 값으로 설정된 경우에, 제2 액츄에이터부(150)가 구동되는 유압의 범위는 제1 압력값과 제2 압력값의 사이일 수 있다. 이상 동작으로 인해 유로에 공급되는 압력이 제2 압력값 이상이 되면 장치의 파손 방지 및 안전 동작을 위해 제1 액츄에이터부(130) 및 제2 액츄에이터부(150)의 유압 상승을 억제하는 안전 밸브 수단 또는 릴리프 밸브 수단이 필요하다.
제1 컨트롤 벨브(control valve)(233)는 각 쉘(110)의 개폐 구동을 명령하는 버켓 레버(232)에서 생성된 파이로트(pilot) 유압에 따라 정방향 또는 역방향으로 이동되는 스풀 밸브(spool valve)가 적당하다. 제1 컨트롤 벨브(control valve)(233)의 제어 동작에 따라 제1 액츄에이터부(130) 또는 제2 액츄에이터부(150)로 공급되는 유체의 방향이 변경된다.
도 6에서 제1 컨트롤 밸브(233)는 버켓 레버(232)에서 출력되는 제어용 유체의 압력을 좌우에서 받아 좌우(정방향/역방향)로 이동한다. 제1 컨트롤 밸브(233)는 각 액츄에이터부에 연결된 유로를 변경시킨다. 예를 들어 제1 컨트롤 밸브(233)는 유체의 흐름을 제1 방향으로 유도하는 제1 경로, 유체의 흐름을 정지시키는 제2 경로, 유체의 흐름을 제2 방향으로 유도하는 제3 경로를 선택적으로 제공할 수 있다. 예를 들어 도 6에서 왼쪽 입력 관으로 입력된 유체를 왼쪽 출력 관으로 출력시키는 구성이 제1 경로이고, 왼쪽 관으로 입력된 유체를 오른쪽 관으로 출력시키는 구성이 제3 경로이다. 또한, 제1 컨트롤 밸브(233)로 입력되는 관과 제1 컨트롤 밸브(233)에서 출력된 관을 차단시키는 구성이 제2 경로이다.
제1 컨트롤 밸브(233)에 연결된 입력 관에 설정값 이상의 압력이 가해진 경우 유체를 외부로 배출함으로써 제어부(290), 각 액츄에이터부(130, 150)를 보호하는 안전 밸브(235)가 설치될 수 있다.
안전 밸브(235)는 제2 액츄에이터부(150)의 제어에 관여할 수 있다. 예를 들어 안전 밸브(235)의 개통 압력이 320kgf/㎠로 설정된 경우를 가정한다. 이 경우 메인 펌프부(237)의 유압이 320kgf/㎠ 이상이면 안전 밸브(235)가 동작하여 메인 펌프부(237)에서 출력되는 유체는 안전 밸브(235)로 바이패스(bypass)되고, 제1 액츄에이터부(130) 및 제2 액츄에이터부(150)의 비정상적인 압력 상승이 억제된다.
도 7 이하에 후술되는 제어부(290)를 구성하는 릴리프 밸브(292)의 개통 압력이 330kgf/㎠이라면 위 안전 밸브(235)로 인해 릴리프 밸브(292)는 개통되지 못한다. 릴리프 밸브(292) 압력이 330kgf/㎠에 도달하기 전에 320kgf/㎠로 개통 압력이 설정된 안전 밸브(235)로 유체가 바이패스되기 때문이다.
릴리프 밸브(292)를 개통시켜 제2 액츄에이터부(150)를 구동하기 위해서는 안전 밸브(235)의 개통 압력을 릴리프 밸브(292)의 개통 압력보다 높일 필요가 있다. 예를 들어, 320kgf/㎠으로 개통 압력이 설정된 안전 밸브(235)의 개통 압력을 350kgf/㎠으로 변경하고자 할 경우, 보조 컨트롤 밸브(238)에 의해 안전 밸브(235)의 개통 압력 설정치를 조절한다.
보조 컨트롤 밸브(238)는 솔레노이드와 같은 전기 제어 수단(239)에 의해 제어될 수 있다. 전기 제어 수단(239)에 의해 보조 컨트롤 밸브(238)가 도 6과 같은 상태를 유지한다면 보조 컨트롤 밸브(238)가 안전 밸브(235)의 개통 유압을 변경시키지 못하므로 안전 밸브(235)의 개통 압력은 기설정값인 320kgf/㎠이 된다. 만약 보조 컨트롤 밸브(238)를 통해 30kgf/㎠의 유압을 안전 밸브(235)의 개통 압력에 추가하면, 안전 밸브(235)의 개통 압력은 350kgf/㎠로 변경된다. 안전 밸브(235)의 개통 압력은 350kgf/㎠로 변경되면 릴리프 밸브(292)의 개통 압력 330kgf/㎠보다 높은 유압이 공급되므로 제2 액츄에이터부(150)가 동작할 수 있는 환경이 된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 컨트롤 밸브(233)의 입력 관에는 입력되는 메인 펌프부(237)가 설치될 수 있다. 유압/유량의 가변 조작이 가능한 유압 가변형 또는 유량 가변형으로 메인 펌프부(237)를 설치할 때, 메인 펌프부(237)에 의해 가변되는 유체의 압력을 이용해 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)의 동작을 제어할 수 있다.
도 7의 실시예에 따르면, 제1 액츄에이터부(130)가 상사점 또는 하사점에 대응되는 엔드 스트로크 상태에 도달하였을 때 제2 액츄에이터부(150)가 동작된다.
도 7에서 제1 컨트롤 밸브(233)의 하류/후단에 위치한 제어부(290)는 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관에 병렬로 연결된 셔틀 밸브(291), 셔틀 밸브(291)의 파이로트 유압으로 구동되는 릴리프 밸브(292), 릴리프 밸브(292) 개통시 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단을 연결시키는 제2 컨트롤 밸브(294)를 포함할 수 있다.
제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관은 기본적으로 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단에 연결되어 있다.
제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관은 유량의 공급 및 회수용으로 제1 관과 제2 관을 포함한다. 셔틀 밸브(291)는 제1 관 또는 제2 관 중 어느 하나의 유체를 일방향으로 개통시키는 'OR' 연산을 하는 일방향 체크 밸브로 볼 수 있다. 2개의 제1 액츄에이터부(130) 중 적어도 어느 하나의 부하로 인하여 변동되는 유압은 셔틀 밸브(291)를 거쳐 릴리프 밸브(292)에 인가된다.
릴리프 밸브(292)는 셔틀 밸브(291)를 거쳐 인가되는 유압이 설정값 이상이면 개통될 수 있다. 일예로 도 9에서는 330kgf/㎠ 이상이면 개통되는 릴리프 밸브(292)가 개시되고 있다. 즉, 2개의 제1 액츄에이터부(130) 중 어느 하나에 과중한 로드가 걸리거나, 상사점 또는 하사점에 해당하는 엔드 스트로크 상태가 되면 셔틀 밸브(291)를 거쳐 릴리프 밸브(292)에 인가되는 유압이 상승되고, 상기 유압이 설정값 330kgf/㎠ 이상이면 릴리프 밸브(292)가 개통되며, 이에 따라 제2 컨트롤 밸브(294)의 스풀은 유로 개방 위치로 이동된다.
제2 컨트롤 밸브(294)는 릴리프 밸브(292)가 개통되면 스풀이 이동되며, 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단을 연결시킨다. 만약, 릴리프 밸브(292)가 폐쇄되면 제2 컨트롤 밸브(294)는 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단의 연결을 해제시킬 수 있다.
제2 컨트롤 밸브(294)가 자체 탄성력 등을 이용하여 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부의 입출력단의 연결을 해제시키는 위치로 복귀하기 위해서는 릴리프 밸브(292)를 통과한 파이로트 유체가 릴리프 밸브(292)의 전단으로 바이패스되어야 한다. 이를 위해 릴리프 밸브(292)에 병렬로 연결되는 제1 체크 밸브(293)가 마련될 수 있다. 제1 체크 밸브(293)는 셔틀 밸브(291)의 방향으로부터 파이로트 유체가 입력되는 방향에 대해서는 폐쇄되고 제2 컨트롤 밸브(294)의 방향으로부터 파이로트 유체가 입력되는 방향에 대해서는 개방되도록 설치될 수 있다.
이상의 구성에 의해 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)는 다음과 같이 구동할 수 있다.
제1 액츄에이터부(130)만 동작하여 쉘(110)의 개폐 동작만 이루어지는 모드를 설명하면 다음과 같다.
안전 밸브(235)의 압력이 320kgf/㎠로 설정되면 제1 액츄에이터부(130)만 동작한다. 제2 액츄에이터부(150)가 동작하기 위해서는 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단에 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단이 연결되어야 하는데, 이를 위해서는 각 액츄에이터부의 입출력단의 연결에 관여하는 제2 컨트롤 밸브(294)를 조작하여야 한다. 개통 압력 330kgf/㎠로 설정된 릴리프 밸브(292)는 안전 밸브(235)의 설정값 320kgf/㎠로 인하여 개통되지 못한다.
제1 액츄에이터부(130)가 상사점 또는 하사점에 해당하는 엔드 스트로크 상태에서 제2 액츄에이터부(150)가 동작되는 모드를 설명하면 다음과 같다.
안전 밸브(235)의 압력이 350kgf/㎠로 설정되면 제2 액츄에이터부(150)가 동작할 수 있는 환경이 마련된다.
상사점 또는 하사점에서는 제1 액츄에이터부(130)를 구성하는 피스톤이 최대로 상승하거나 최대로 하강한다. 제1 액츄에이터부(130)가 엔드 스트로크(end stroke)에 걸릴 때까지는 제1 액츄에이터부(130)만 작동하고 제2 액츄에이터부(150)는 동작하지 못한다. 제1 액츄에이터부(130)의 엔드 스트로크 상태 이후에는 유압이 상승한다. 유압이 330kgf/㎠ 이상 상승하게 되면 릴리프 밸브(292)가 개통되고 제2 컨트롤 밸브(294)가 도 7에서 우측 방향으로 이동한다. 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단이 연결된다. 따라서, 제2 액츄에이터부(150)로도 유체가 공급된다. 유체의 공급에 의해 제2 액츄에이터부(150)는 구동된다.
도 7의 실시예에서는 제1 액츄에이터부(130)의 상사점 도달로 쉘(110)이 완전 오픈된 다음 몸체부(170)가 하강되고, 제1 액츄에이터부(130)의 하사점 도달로 쉘(110)이 완전 클로즈된 다음 몸체부(170)가 상승된다.
이를 구현하기 위하여, 제1 액츄에이터부(130)의 입출력단과 제2 액츄에이터부(150)의 입출력단의 연결은 다음과 같을 수 있다. 각 실린더 튜브 내의 공간에서 피스톤의 아래에 형성된 공간을 아래 공간이라 하고 피스톤의 위에 형성된 공간을 위 공간이라 정의하기로 한다. 쉘 실린더 튜브(133)의 아래 공간은 이동 실린더 튜브(153)의 위 공간에 연결되고, 쉘 실린더 튜브(133)의 위 공간은 이동 실린더 튜브(153)의 아래 공간에 연결될 수 있다.
유체가 쉘 실린더 튜브(133)의 위 공간으로 유입되면 피스톤이 하강하게 되고 이에 따라 쉘이 폐쇄된 상태가 된다. 이후에 유체가 이동 실린더 튜브(153)의 아래 공간으로 유입되므로 몸체부(170)가 상승한다.
유체가 쉘 실린더 튜브(133)의 아래 공간으로 유입되면 피스톤이 상승하게 되고 이에 따라 쉘이 개방된 상태가 된다. 이후에 유체가 이동 실린더 튜브(153)의 위 공간으로 유입되므로 몸체부(170)는 하강한다.
도 7에 도시된 제어부(290)에 의하면 쉘(110)이 완전히 폐쇄되거나 완전히 개방된 이후에 몸체부(170)가 이동한다. 즉, 쉘(110)의 동작이 완료된 후에 몸체부(170)가 동작하는 셈이다. 이러한 제어부(290)의 구성 및 동작은 하나의 예로써 다양한 구성과 동작이 가능하다.
도 7에 도시되지는 않았지만 도 7에 도시된 실시예를 변형하면 쉘(110)의 개폐 동작과 몸체부(170)의 이동 동작이 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어 도 8에 도시된 제3 컨트롤 밸브(296)의 상측에 표시된 제3 컨트롤 밸브(296)의 내부 유로와 유사한 유로로서, 제3 컨트롤 밸브(296) 그 자체는 설치되지 않지만 도 8에 도시된 제3 컨트롤 밸브(296)의 내부 유로 일부를 차용하여 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관으로부터 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)에 동시에 유압이 공급되는 변형 실시예를 상정할 수 있다.
이에 따르면, 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)를 동시에 구동시킬 수 있다. 일 실시예로서, 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)의 동시 구동은 암(210) 또는 붐(10)이 구동 중인 상태에서 이루어질수도 있다.
제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)를 함께 구동시킬 수 있다. 이때, 제어부(290)는 제1 액츄에이터부(130)의 구동 완료 후에 제2 액츄에이터부(150)를 구동시키는 제1 모드, 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)를 동시에 구동시키는 제2 모드를 선택할 수 있다. 제어부(290)는 암(210) 또는 암(210)에 연결된 붐(10)이 정지 중이면 제1 모드를 선택하고, 암(210) 또는 암(210)에 연결됨 붐(10)이 구동 중이면 제2 모드를 선택할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램쉘 버켓을 구동시키는 회로도이다.
도 8에 도시된 실시예는 쉘(110)의 개폐 동작과 몸체부(170)의 이동 동작이 동시에 수행되는 모드와, 도 7과 같이 쉘(110)의 동작이 완료된 후에 몸체부(170)의 동작이 수행되는 모드를 다양하게 구현할 수 있다.
도 8을 살펴보면 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관(2개의 관으로 구성)에 연결될 수 있는 2개의 관부(각 관부는 2개의 관으로 구성)가 마련된 것을 알 수 있다. 2개의 관부 중 아래 관부 ⓐ는 기본적으로 제1 액츄에이터부(130)에 연결되고, 위 관부 ⓑ는 제2 액츄에이터부(150)에 연결될 수 있다. 제어부(290)는 아래 관부 ⓐ에 대해 도 7에서 같이 셔틀 밸브(291), 릴리프 밸브(292), 제1 체크 밸브(293), 제2 컨트롤 밸브(294)를 포함할 수 있다.
제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관이 아래 관부 ⓐ에 연결되는 경우(다시 말해 제1 액츄에이터부(130)의 입출력관에 연결되는 경우) 도 7의 구성 및 동작과 매우 유사하다. 이에 대한 설명은 앞의 설명과 중복되므로 생략한다.
한편, 제어부(290)는 위 관부 ⓑ를 형성하는 관과 제2 액츄에이터부(150)에 대해 직렬로 연결되는 가변 교축 밸브(297), 가변 교축 밸브(297)에 병렬로 연결되는 제2 체크 밸브(298)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 체크 밸브(298)는 제1 컨트롤 밸브(233)로부터 제2 액츄에이터부(150)로의 유체 흐름을 제한하고, 제2 액츄에이터부(150)로부터 제1 컨트롤 밸브(233)로의 유체 흐름을 허용하도록 배치된다.
도 8에 직접적으로 도시되지는 않았지만 도 8에 도시된 구성을 활용한 도 8의 변형 실시예로서, 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관이 위 관부 ⓑ에만 연결되는 경우, 제1 액츄에이터부(130)는 동작하지 않고 제2 액츄에이터부(150)만 동작하는 상태가 된다. 이 상태에서는 가변 교축 밸브(297)와 제2 체크 밸브(298)가 마련되지 않아도 무방하다.
도 8에 직접적으로 도시된 실시예에 따르면, 제어부(290)는 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관에 대해 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ를 선택적으로 연결하거나 함께 연결하는 제3 컨트롤 밸브(296)를 포함할 수 있다. 가변 교축 밸브(297)와 제2 체크 밸브(298)는 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관에 대해 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ를 함께 연결할 때 필요하다.
도 8에 도시된 제3 컨트롤 밸브(296)는 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관을 아래 관부 ⓐ에만 연결시키거나, 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관을 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ에 함께 연결시키는 구성을 갖는다. 경우에 따라 제3 컨트롤 밸브(296)는 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관을 위 관부 ⓑ에만 연결시키는 구성을 더 포함할 수도 있다.
제3 컨트롤 밸브(296)는 별도의 지령(파이로트 유압의 인가)이 없을 경우 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관을 아래 관부 ⓐ에 연결시킨다.
도 8에서 파이로트 유압의 인가로 제3 컨트롤 밸브(296)가 구동되면(도 8에서는 아래 방향으로 이동) 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관은 아래 관부 ⓐ 및 위 관부 ⓑ에 연결된다.
구체적으로 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관 중 하나는 제1 액츄에이터부(130)의 아래 공간과 제2 액츄에이터부(150)의 위 공간에 연결되고, 다른 하나는 제1 액츄에이터부(130)의 위 공간과 제2 액츄에이터부(150)의 아래 공간에 연결된다.
이러한 구성에 의하면 제1 컨트롤 밸브(233)로부터 출력되는 유체는 제1 액츄에이터부(130)와 제2 액츄에이터부(150)로 동시에 유입된다.
제1 액츄에이터부(130)의 위 공간으로 유체가 유입되면 제2 액츄에이터부(150)의 아래 공간으로도 유체가 유입된다. 분석해보면 몸체부(170)가 점진적으로 상승함에 따라 쉘(110)도 점진적으로 폐쇄되는 상태임을 알 수 있다.
제1 액츄에이터부(130)의 아래 공간으로 유체가 유입되면 제2 액츄에이터부(150)의 위 공간으로도 유체가 유입된다. 분석해보면 몸체부(170)가 점진적으로 하강함에 따라 쉘(110)도 점진적으로 개방되는 상태임을 알 수 있다.
제1 액츄에이터부(130)의 부하(load)와 제2 액츄에이터부(150)의 부하(load)가 다를 수 있으며, 이 경우 부하가 적은 쪽으로만 유체가 흐르려는 경향이 있다. 이런 경향에 의하면 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관에 대해 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ가 함께 연결된 상태라 하더라도 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ 중 어느 하나로만 유체가 흐를 수 있다. 이런 형상을 방지하기 위해 위에서 언급된 가변 교축 밸브(297)가 이용된다.
가변 교축 밸브(297)는 유체가 흐르는 관의 단면적을 조절함으로써(즉, 오리피스 단면적을 조절함으로써) 제2 액츄에이터부(150)의 부하에 의해 형성되는 유압을 조절할 수 있다. 가변 교축 밸브(297)의 조절을 통해, 제2 액츄에이터부(150)의 부하에 의해 형성되는 유압과 제1 액츄에이터부(130)의 부하에 의해 형성되는 유압의 균형을 맞추면 유체의 공급에 무리가 없고 쉘(110)의 개폐 동작과 몸체부(170)의 이동 동작이 동시에 이루어지게 된다.
제3 컨트롤 밸브(296)의 구동은 버켓 레버(232)와 별도로 마련된 모드 선택 레버(295)에 의해 수행될 수 있다. 제3 컨트롤 밸브(296)의 조작을 위한 별도의 모드 선택 레버(295)를 마련할 수도 있으며, 굴삭기에 기장착된 기존의 레버를 그대로 모드 선택 레버(295)로 이용할 수도 있다.
도 8의 실시예에서는 기설비된 붐 레버 및 다단 신축 암 레버 중 적어도 하나를 제3 컨트롤 밸브(296)의 조작을 위한 모드 선택 레버(295)로 사용하고 있다.
붐 레버는 굴삭기에 마련된 회전축을 중심으로 도 9에 도시된 붐(10)을 상하로 회동시키기 위한 레버이고, 다단 신축 암 레버는 붐(10)의 단부에 마련된 다단 신축 암을 신장시키거나 축소시키기 위한 레버이다.
모드 선택 레버(295)의 조작으로 제1 컨트롤 밸브(233)의 출력 관에 대해 아래 관부 ⓐ와 위 관부 ⓑ가 함께 연결된 상태라 하더라도 버켓 레버(232)의 조작이 없으면 제1 액츄에이터부(130) 및 제2 액츄에이터부(150)는 동작하지 않는다.
버켓 레버(232)와 모드 선택 레버(295)가 동시에 조작되는 경우는 쉘(110)의 개폐 동작을 수행하면서 암(210) 또는 붐(10)도 이동시키고자 하는 경우이다. 암(210) 또는 붐(10)을 이동시키는 경우는 큰 움직임이 요구되는 경우이므로 몸체부(170)를 이동시킴으로써 요구되는 큰 움직임을 보다 신속하게 달성할 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어 붐(10)을 아래로 내리거나, 암(210)을 신장시키면서 쉘(110)을 개방시키는 경우를 가정하면 깊은 곳을 타겟으로 하는 것임을 유추할 수 있다. 이때, 몸체부(170)을 아래로 이동시키게 되면 타겟 위치로 셀(110)을 보다 신속하게 움직일 수 있다. 또한 암(210)이나 붐(10)을 몸체부(170)의 이동 거리만큼 덜 움직여도 되므로 자원의 낭비를 방지할 수 있다. 암(210)이나 붐(10)을 이동시키는 것에 비해 암(210)과 붐(10)에 비해 작은 부하를 갖는 몸체부(170)를 이동시키는 것이 적은 자원을 소비하기 때문이다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...붐
110...쉘 130...제1 액츄에이터부
131...쉘 로드 133...쉘 실린더 튜브
150...제2 액츄에이터부 151...이동 로드
153...이동 실린더 튜브 155...제1 이탈 방지부
157, 177...대면부 170...몸체부
171...제2 이탈 방지부 173...슬라이딩부
175...가이드부 179...체결 나사
181...부착부 190...유압 호스
210...암(arm) 232...버켓 레버
233...제1 컨트롤 밸브 235...안전 밸브
237...메인 펌프부 291...셔틀 밸브
292...릴리프 밸브 293...제1 체크 밸브
294...제2 컨트롤 밸브 295...모드 선택 레버
296...제3 컨트롤 밸브 297...가변 교축 밸브
298...제2 체크 밸브

Claims (11)

  1. 암에 설치되고 개폐되는 쉘;
    상기 쉘을 개폐시키는 제1 액츄에이터부; 및
    상기 암의 단부와 상기 쉘 사이의 거리를 조절하는 제2 액츄에이터부;
    를 포함하는 클램쉘 버켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쉘과 상기 제1 액츄에이터부가 설치되는 몸체부;를 포함하고,
    상기 제2 액츄에이터부의 일단이 상기 암에 연결되고 상기 제2 액츄에이터부의 타단이 상기 몸체부에 연결되어 상기 암과 상기 몸체부의 이격 거리가 조절되는 클램쉘 버켓.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 쉘과 상기 제1 액츄에이터부가 설치되고 중공을 갖는 몸체부;를 포함하고,
    상기 제2 액츄에이터부의 일단이 상기 암에 연결되고 상기 제2 액츄에이터부의 타단이 상기 몸체부의 상기 중공 안쪽 면에 연결되며,
    상기 몸체부는 상기 중공이 상기 제2 액츄에이터부에 끼워진 상태로 상기 제2 액츄에이터부를 따라 이동하는 클램쉘 버켓.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쉘과 상기 제1 액츄에이터가 설치되고 단면이 다각형인 관 형상의 몸체부; 및
    상기 몸체부의 내벽면의 적어도 2개 변에 설치되고, 상기 몸체부의 길이 방향으로 연장되는 가이드부;를 포함하고,
    상기 제2 액츄에이터부는 이동 로드, 상기 이동 로드를 안내하는 이동 실린더 튜브를 포함하며,
    상기 이동 실린더 튜브는 상기 암에 연결되며 상기 이동 로드의 움직임에 의해 상기 가이드부를 따라 슬라이딩되는 클램쉘 버켓.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드부와 상기 이동 실린더 튜브 중 적어도 하나에는 맞물림부가 형성되며,
    상기 맞물림부에 의해 상기 이동 실린더 튜브는 상기 가이드부에 대한 회동이 방지되는 클램쉘 버켓.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터부에 상기 쉘의 구동력을 전달하고, 상기 몸체부의 내벽면의 꼭지점 부분에 수납되는 유압 호스;를 포함하는 클램쉘 버켓.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터부와 상기 제2 액츄에이터부를 유압으로 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 액츄에이터부를 제어하는 제1 컨트롤 밸브의 후단에 위치하는 클램쉘 버켓.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터부에 인가되는 부하(load)에 의해 형성되는 유압이 제1 압력값보다 작으면 상기 제1 액츄에이터부만을 구동시키며, 상기 제1 액츄에이터부에 인가되는 부하(load)에 의해 형성되는 유압이 제2 압력값보다 작으면 상기 제1 액츄에이터부와 상기 제2 액츄에이터부를 구동시키는 제어부;를 포함하는 클램쉘 버켓.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 암 또는 상기 암에 연결됨 붐의 구동 중인 상태에서 상기 제1 액츄에이터부와 상기 제2 액츄에이터부를 동시에 구동시키는 제어부;를 포함하는 클램쉘 버켓.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터부와 상기 제2 액츄에이터부를 함께 구동시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 액츄에이터부의 구동 완료 후에 상기 제2 액츄에이터부를 구동시키는 제1 모드, 상기 제1 액츄에이터부와 상기 제2 액츄에이터부를 동시에 구동시키는 제2 모드를 선택하는 클램쉘 버켓.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 암 또는 상기 암에 연결됨 붐이 정지 중이면 상기 제1 모드를 선택하고, 상기 암 또는 상기 암에 연결됨 붐이 구동 중이면 상기 제2 모드를 선택하는 클램쉘 버켓.
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