KR20140122339A - 에너지 회수 건설장비 및 그 에너지 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 회수 건설장비에 관한 것이다. 본 발명에 의한 에너지 회수 건설장비는, 유압 엑츄에이터가 구비된 작업부; 주행부; 기름을 저장하는 기름 저장부; 기름저장부와 연결된 어큐뮬레이터; 및 주행부에 구비되고 주행부가 감속되는 경우에 펌프로서 작동되어 기름저장부의 기름을 어큐뮬레이터로 이동시키는 유압펌프모터;를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 종래의 건설장비에 비하여 동일한 작업성능을 가지면서도 연료 사용량이 저감될 수 있는 효과가 있다.

Description

에너지 회수 건설장비 및 그 에너지 회수 방법{ENERGY REGENERATING CONSTRUCTION EQUIPMENT AND ENERGY REGENERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 회수 건설장비에 관한 것이고, 보다 상세하게는 주행기능과 작업기능을 동시에 갖는 건설장비에 있어서 주행시 감속할 때의 운동 에너지 및 작업시 작업기의 위치 에너지를 유압에너지로 회수할 수 있는 건설장비에 관한 것이다.
일반적으로 건설장비는 건설 공사에 사용되는 각종 기계 장치를 말하고, 이러한 건설장비를 운전하기 위해서는 경유, 전기 등의 각종 연료가 사용된다.
주행과 작업 동작이 동시에 실시되는 휠 로더와 같은 건설장비는 감속 시에는 건설장비의 운동 에너지가 마찰에 의하여 버리고 있으며, 작업 시에는 건설장비의 위치에너지가 탱크로 압유를 버리면서 소실되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하여 건설장비의 연료 사용량을 저감하는 것이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건설장비의 주행 운동에너지 및 유압식 에너지의 회수기능을 건설장비에 부가하여 연료 사용량이 저감되는 에너지 회수 건설장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 회수 건설장비는 유압 엑츄에이터가 구비된 작업부; 주행부; 기름을 저장하는 기름 저장부; 상기 기름저장부와 연결된 어큐뮬레이터; 및 상기 주행부에 구비되고 상기 주행부가 감속되는 경우에 펌프로서 작동되어 상기 기름저장부의 기름을 상기 어큐뮬레이터로 이동시키는 유압펌프모터를 포함한다.
주행부는 트랜스미션을 포함하고, 유압펌프모터는 트랜스미션에 연결될 수 있다.
유압 엑츄에이터, 유압펌프모터, 어큐뮬레이터, 기름 저장부 가운데 적어도 하나와 연결되어 유압을 조절할 수 있는 유압컨트롤밸브를 더 포함할 수 있다.
유압펌프모터는 주행부가 가속되는 경우에 어큐뮬레이터에 축압된 기름이 상기 유압펌프모터를 모터로서 작동하도록 제어할 수 있다.
유압 엑츄에이터가 압축되는 경우에는 유압 엑츄에이터의 고압유가 어큐뮬레이터에 축압될 수 있다.
작업부는 붐 또는 버킷이고, 유압 엑츄에이터가 압축되는 경우는 붐이 다운되거나, 버킷이 덤프되는 경우일 수 있다.
유압 엑츄에이터가 신장되는 경우에는 어큐뮬레이터에 축압된 기름이 유압 엑츄에이터를 동작시킬 수 있다.
작업부는 붐 또는 버킷이고, 유압 엑츄에이터가 신장되는 경우는 붐이 업 되거나, 버킷이 크러우드 되는 경우일 수 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설장비의 에너지 회수 방법은 건설장비의 브레이크페달의 입력 정도를 전기 신호로 환산하는 단계(S10); 현재의 장비 주행 속도를 확인(S20)하고, 브레이크 페달 입력 전기 신호값에 의해 제동 완료 목표 시간을 설정하는 단계(S30); 설정된 제동 완료 목표 시간과 측정된 현재의 장비 주행 속도에 의해 목표 감속도를 계산하는 단계(S40); 어큐뮬레이터의 압력을 계측하는 단계(S50); 및 상기 어큐뮬레이터의 압력 계측 결과 축압이 가능할 경우에는 차량의 운동 에너지를 어큐뮬레이터의 유압에너지로 회수하여 차량을 감속하는 단계(S60)를 포함한다.
또한, 상기 어큐뮬레이터의 압력 계측 결과 축압이 불가능한 경우 또는 상기 운동에너지를 유압에너지로 회수하여 차량을 감속하는 단계(S60)에서 목표 감속도를 만족시키지 못할 경우에는, 어큐뮬레이터의 축압과 동시에 유압 제동 장치를 전자 제어하여 마찰 제동 토크를 함께 발생시킴에 의해 원하는 건설 장비 제동을 하는 단계(S70);를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 건설장비에 비하여 동일한 작업성능을 가지면서도 연료 사용량이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 주행 및 작업하는 경우의 어큐뮬레이터의 동작 및 에너지 회수를 나타내는 도표이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 제동 상황에서의 동작을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 구조도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 주행 및 작업하는 경우의 어큐뮬레이터의 동작 및 에너지 회수를 나타내는 도표이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비(1)는 제어부(10)와, 유압컨트롤밸브(20)와, 유압펌프모터(30)와, 어큐뮬레이터(40)와, 기름 저장부(50)와, 엔진(60)과, 유압펌프(70)와, 트랜스미션(80)이 포함된다.
제어부(10)는 건설장비(1)의 가속페달(11)과, 브레이크페달(12)과, 변속레버(13)와, 붐 조이스틱(boom joystick)(14)과, 버킷 조이스틱(bucket joystick)(15) 과 연결된다. 제어부(10)는 가속페달(11)과, 브레이크페달(12)과, 변속레버(13)와, 붐 조이스틱(boom joystick)(14)과, 버킷 조이스틱(bucket joystick)(15)으로부터 사용자의 조작 신호를 받고, 이러한 조작 신호로부터 건설장비(1)의 주행속도, 어큐뮬레이터(40)의 압력 등을 모니터링하여 적절하게 시스템 제어를 수행하는 역할을 한다.
유압컨트롤밸브(20)는 붐(21) 및 버킷(22)과 연결되고, 붐(21) 및 버킷(22)에 구비되는 유압 엑츄에이터에 유입되거나 유출되는 기름, 즉 압유의 유압을 조절할 수 있다. 또한, 유압컨트롤밸브(20)는 유압펌프모터(30)와 어큐뮬레이터(40)와 기름 저장부(50)와 유압펌프(70)와 연결되고 유압펌프모터(30)와 어큐뮬레이터(40)와 기름 저장부(50)와 유압펌프(70)에 유입 또는 유출되는 기름, 즉 압유의 유압을 조절할 수 있다.
유압펌프모터(30)는 트랜스미션(80)에 연결되고, 유압펌프 또는 유압모터로 작용한다. 유압펌프모터(30)가 유압펌프로 작용하는 경우에는 외부에서 공급되는 기계적 에너지를 압유의 압력에너지로 변환시키고 유압펌프모터(30)가 유압모터로 작용하는 경우에는 유압에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전운동을 발생시킨다.
어큐뮬레이터(40)는 유압컨트롤밸브(20)를 통하여 기름 저장부(50)와 유압펌프(70)와 유압펌프모터(30)와 붐(21) 및 버킷(22)에 구비되는 유압 엑츄에이터와 연결된다. 어큐뮬레이터(40)는 유압펌프(70)로부터 고압의 기름을 저장해놓을 수 있다.
건설장비(1)가 주행 감속의 경우에 어큐뮬레이터(40)가 축압이 가능한 상태일 때 에너지를 회수할 수 있다. 건설장비(1)가 주행 감속의 경우에 에너지의 회수를 위해 유압펌프모터(30)는 펌프로서 작동하도록 제어되고, 이때 발생한 압유의 압축에너지를 이용하여 기름 저장부(50)에서 어큐뮬레이터(40) 측으로 기름이 축압된다. 만약 어큐뮬레이터(40)의 축압이 불가능할 경우에는 마찰 제동을 행하여 상기 건설장비(1)를 감속시킨다.
또한, 붐(21)이 다운(down)되거나, 버킷(22)이 덤프(dump)되는 경우, 즉 붐(21) 및 버킷(22)에 구비된 유압 엑츄에이터가 압축되는 경우에는 유압 엑츄에이터의 고압유가 어큐뮬에이터(40)에 축압할 수 있도록 유압컨트롤밸브(20)를 제어하여 에너지를 회수할 수 있다. 어큐뮬레이터(40)의 축압이 불가능한 경우에는 기름 저장부(50)로 고압유를 배출하여 붐(21)의 다운 및 버킷(22)의 덤프 동작을 실시할 수 있다.
건설장비(1)가 가속하는 경우 어큐뮬레이터(40)에 축압된 기름이 유압펌프모터(30)를 모터로서 작동하도록 제어하여 건설장비(1)의 가속을 돕는다. 또한, 붐(21)이 업(UP)되거나, 버킷(22)이 크러우드(CROWD)되는 경우, 즉 붐(21) 및 버킷(22)에 구비된 유압 엑츄에이터가 신장하는 경우에는 어큐뮬레이터(40)에 축압된 고압의 기름이 유압 엑츄에이터를 동작시킬 수 있도록 유압컨트롤밸브(20)를 제어하여 붐(21) 및 버킷(22)의 부하 작업을 돕는다. 어큐뮬레이터(40)에 축압된 에너지가 모두 소진되는 경우에는, 가속 주행의 경우 엔진(60)에서부터 트랜스미션(80)을 거쳐서 바퀴를 구동하며, 작업 시의 부하작업은 엔진(60)에서부터 유압펌프(70)를 거쳐서, 유압펌프(70)에서 토출된 고압유가 붐(21) 및 버킷(22)에 구비된 유압 엑츄에이터를 상승 또는 신장하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수 건설장비의 제동 상황에서의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 작업자가 브레이크페달(12)을 밟으면 제어부(10)에서 그 입력 정도를 전기 신호로서 환산한다(S10).
그 다음에 현재의 장비 주행 속도를 확인(S20)하고, 브레이크 페달 입력 전기 신호값에 의해 제동 완료 목표 시간을 설정한다(S30).
그 다음에, 설정된 제동 완료 목표 시간과 측정된 현재의 장비 주행 속도에 의해 목표 감속도를 계산한다(S40).
어큐뮬레이터(40)의 압력을 계측(S50)하여 축압이 가능할 경우에는 유압컨트롤밸브(20)와 유압펌프모터(30)를 제어하여 차량의 운동 에너지가 어큐뮬레이터(40)의 유압에너지로 회수하게 하여 차량이 감속되게 한다(S60). 건설장비(1)의 감속 제어는 연산에 의해 결정된 건설장비(1)의 목표 감속도를 만족할 수 있도록 유압컨트롤밸브(20)와 유압펌프모터(30)를 제어한다.
이 경우 어큐뮬레이터(40)의 축압에 의한 감속 토크가 충분치 않아서 목표 감속도를 만족시키지 못할 경우에는 어큐뮬레이터(40)의 축압과 동시에 유압 제동 장치를 전자 제어하여 마찰 제동 토크를 함께 발생시킴에 의해 원하는 건설 장비 제동이 가능토록 한다(S70).
한편, 어큐뮬레이터(40)의 압력을 계측하였을 때 더 이상 축압이 불가능한 경우 주행 에너지 회수는 불가하며, 이 경우에는 유압컨트롤밸브(20)를 전자 제어하여 연산에 의해 결정된 상기 건설장비(1)의 목표 감속도를 만족할 수 있도록 한다.
본 발명에 의하면, 종래의 건설장비에 비하여 동일한 작업성능을 가지면서도 연료 사용량이 저감될 수 있는 효과가 있다.
1: 에너지 회수 건설장비 10: 제어부
20: 유압컨트롤밸브 30: 유압펌프모터
40: 어큐뮬레이터 50: 기름 저장부
60: 엔진 70: 유압펌프
80: 트랜스미션

Claims (10)

  1. 유압 엑츄에이터가 구비된 작업부;
    주행부;
    기름을 저장하는 기름 저장부;
    상기 기름저장부와 연결된 어큐뮬레이터; 및
    상기 주행부에 구비되고 상기 주행부가 감속되는 경우에 펌프로서 작동되어 상기 기름저장부의 기름을 상기 어큐뮬레이터로 이동시키는 유압펌프모터;
    를 포함하는 에너지 회수 건설장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행부는 트랜스미션을 포함하고, 상기 유압펌프모터는 상기 트랜스미션에 연결되는 에너지 회수 건설장비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유압 엑츄에이터, 상기 유압펌프모터, 상기 어큐뮬레이터, 상기 기름 저장부 가운데 적어도 하나와 연결되어 유압을 조절할 수 있는 유압컨트롤밸브를 더 포함하는 에너지 회수 건설장비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압펌프모터는 상기 주행부가 가속되는 경우에 상기 어큐뮬레이터에 축압된 기름이 상기 유압펌프모터를 모터로서 작동하도록 제어하는 에너지 회수 건설장비.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 엑츄에이터가 압축되는 경우에는 상기 유압 엑츄에이터의 고압유가 상기 어큐뮬레이터에 축압되는 에너지 회수 건설장비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 작업부는 붐 또는 버킷이고, 상기 유압 엑츄에이터가 압축되는 경우는 상기 붐이 다운되거나, 상기 버킷이 덤프되는 경우인 에너지 회수 건설장비.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 엑츄에이터가 신장되는 경우에는 상기 어큐뮬레이터에 축압된 기름이 상기 유압 엑츄에이터를 동작시킬 수 있도록 하는 에너지 회수 건설장비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 작업부는 붐 또는 버킷이고, 상기 유압 엑츄에이터가 신장되는 경우는 상기 붐이 업 되거나, 상기 버킷이 크러우드 되는 경우인 에너지 회수 건설장비.
  9. 건설장비의 에너지 회수 방법에 있어서,
    건설장비의 브레이크페달의 입력 정도를 전기 신호로 환산하는 단계(S10);
    현재의 장비 주행 속도를 확인(S20)하고, 브레이크 페달 입력 전기 신호값에 의해 제동 완료 목표 시간을 설정하는 단계(S30);
    설정된 제동 완료 목표 시간과 측정된 현재의 장비 주행 속도에 의해 목표 감속도를 계산하는 단계(S40);
    어큐뮬레이터의 압력을 계측하는 단계(S50); 및
    상기 어큐뮬레이터의 압력 계측 결과 축압이 가능할 경우에는 차량의 운동 에너지를 어큐뮬레이터의 유압에너지로 회수하여 차량을 감속하는 단계(S60)를 포함하는 건설기계의 에너지 회수 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터의 압력 계측 결과 축압이 불가능한 경우 또는 상기 운동에너지를 유압에너지로 회수하여 차량을 감속하는 단계(S60)에서 목표 감속도를 만족시키지 못할 경우에는, 어큐뮬레이터의 축압과 동시에 유압 제동 장치를 전자 제어하여 마찰 제동 토크를 함께 발생시킴에 의해 원하는 건설 장비 제동을 하는 단계(S70);
    를 더 포함하는 건설기계의 에너지 회수 방법.
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