KR20140128787A - 농용 작업차량 - Google Patents

Abstract

농용 작업차량이 개시된다. 본 발명에 따른 농용 작업차량은, HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식의 농용 작업차량이며, 오일탱크에 저장된 오일이 기어펌프, 오일쿨러, 오일필터, 상기 HST를 차례로 경유하여 오일탱크로 귀환하는 순환형 유압회로를 형성하고, 상기 유압회로 내 오일의 압력저하 및 부족한 유량을 보상하기 위하여 오일필터에 병렬로 축압기를 장착한 구성으로 된 것을 요지로 한다.

Description

농용 작업차량{Agricultural vehicle}

본 발명은 농용 작업차에 관한 것으로, 상세하게는 엔진 동력을 변속 출력하는 변속장치로서 정유압식 무단변속장치(HST)를 채택한 HST 구동방식의 농용 작업차량에 관한 것이다.

'트랙터(Tractor)'라 불리우는 농업용 작업차량은 구조적으로 일반 자동차와 비슷하지만 강력한 엔진을 장착하고 있어 견인력이 좋고 튼튼하여 경작용(耕作用)으로 주로 이용되고 있으며, 경작의 용도로 활용될 수 있도록 기체 후방으로 다양한 형태의 작업기를 선택적으로 부착하거나 떼어낼 수 있도록 되어 있다.

이처럼 경작(耕作)에 주로 이용되는 농용 작업차량은 작업 특성상 저속에서 고속 또는 고속에서 저속으로의 변속, 그리고 전, 후진 이동방향 변속이 빈번하게 요구된다. 따라서 작업 또는 주행 중 변속 조작, 나아가서는 기체 조작의 용이함의 확보를 위한 수단으로서 정유압식 무단변속장치(HST)를 널리 채택하고 있다.

정유압식 무단변속장치(HST)는 엔진 출력축에 직결되는 가변 용량형 유압펌프와 유압펌프에서 제공되는 압유로 회전하여 실질적인 주행동력을 출력하는 정용량형 유압모터를 포함하며, 가변 용량형 유압펌프의 경사판 각도를 변경 조작하는 것에 연동하여 정용량형 유압모터의 회전속도 및 회전방향을 바꿀 수 있도록 되어 있다,

도 1은 종래 농용 작업차량(트랙터)의 동력 전달 구조를 개략적으로 나타낸 동력 계통도이다. 이를 참조하여 종래 농작업 차량의 동력 계통에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 엔진(100)으로부터 출력된 동력은 정유압식 무단변속장치(HST)로 된 주변속장치(110)로 전달된다. 그리고 주변속장치(110)에 의한 변속 후의 유압식 동력은 기어식 변속장치를 이용하여 구성한 주행용 부변속장치(120)를 거쳐 전륜 구동을 위한 동력으로서 좌우 전륜(200)에 전달되거나 후륜 구동용 동력으로서 좌우 후륜(300)에 전달된다.

엔진에서 출력된 동력 중 비변속 기계식 동력은 작업기용 클러치(130)와 작업기용 변속장치(140)를 거쳐 동력 취출용 PTO축(150)에 작업용 동력으로 전달되고, 주변속장치(110)를 통해 무단 변속된 유압식 동력은 상기 부변속장치(120)에서 주행 또는 작업에 적합한 속도로 변속된 채 동력전달축을 거쳐 후륜 또는 후륜 및 전륜에 전달된다.

도 1에서 미설명 부호 170는 정유압식 무단변속장치(HST)에 의한 주변속장치(110)와 상기 부변속장치(120), 그리고 PTO축(150)으로의 동력 취출을 위한 상기 클러치(130)와 변속장치(140)를 보호하기 위한 트랜스미션 케이스이며, 160은 후륜(4) 제동을 위한 좌, 우 한 쌍의 다판식 사이드 브레이크를 나타내고 있다.

위와 같은 구성의 정유압식 무단변속장치(HST)를 탑재한 농용 작업차량은 주로 습전이나 비포장 길과 같은 험로에서 주행 또는 작업을 하게 된다. 따라서 작업 또는 주행 중 변속계통에 상당한 부하가 작용하며, 이로 인해 변속 구현 시 오일 온도가 상승하고 오일점도는 낮아져 오일 리크(lekage)가 발생하는 문제가 있다.

오일 리크(lekage)는 유압시스템 압력저하의 주요 원인이 되며, 압력저하는 차량 성능에 심각한 영향을 미친다. 특히, 압력저하가 생기면 작업 또는 주행 중 과부하가 걸렸을 때 엔진 꺼짐(Engine stall)이 제대로 이루어지지 않아 변속계통과 엔진에 과도한 무리가 가해지고 따라서 내구수명이 줄어들게 되는 문제가 있다.

한국공개특허 제2009-0076592호(공개일자 2004.09.01)

본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 정유압식 무단변속장치(HST)를 채택한 HST 구동방식의 농용 작업차량에 있어, 축압기를 마련함으로써 오일 리크(leakage)로 인한 유압계통 내 압력저하 및 유량감소가 보상될 수 있도록 하고, 이에 따라 오일온도가 상승했을 때의 차량 성능 저하와 엔진 및 변속계통에 무리가 가는 것을 방지하고자 하는 것이다.

상기 과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명은, HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식의 농용 작업차량에 있어서, 오일탱크에 저장된 오일이 기어펌프, 오일쿨러, 오일필터, 상기 HST를 차례로 경유하여 오일탱크로 귀환하는 순환형 유압회로를 형성하고, 상기 유압회로 내 오일의 압력저하 및 부족한 유량을 보상하기 위하여 상기 오일필터에 병렬로 축압기를 장착한 것을 특징으로 하는 농용 작업차량을 제공한다.

바람직하게는, 상기 오일필터를 운전석 아래 차체 길이방향으로 배치되는 트랜스미션 케이스 일측면에 브래킷을 이용해 취부하고, 트랜스미션 케이스의 오일필터 설치 측 후방위치와 연료탱크 사이의 공간에 상기 축압기를 배치시킬 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 트랜스미션 케이스는, 클러치 하우징, 중간 케이스, 뒷차축 케이스가 차체 길이방향을 따라 순서대로 배치되어 직결되는 구성을 갖고, 뒷차축 케이스에 인접한 상기 중간 케이스 일측과 이 중간 케이스 측방에 배치되는 연료탱크 사이의 여유공간에 축압기를 배치시키는 것이 바람직하다.

트랜스미션 측면부에 상기 축압기를 장착함에 있어서는, 중간 케이스 일측면에 고정브래킷을 볼트로 고정하고 이에 축압기를 장착하며, 축압기에서 뻗은 축압기 유압라인이 오일필터와 HST 측을 연결하는 유압라인과 중간 케이스 외측으로 노출되는 HST 측 유압포트에서 합류하도록 유압라인을 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식의 농용 작업차량에 따르면, 작업 또는 주행 중 부하로 인해 유압회로 내 오일의 온도가 상승하고 리크(leakage)가 발생했을 때 유압회로의 압력저하 및 부족한 유량의 보상을 위하여, HST를 포함하는 순환형 유압회로에 축압기를 병렬로 배치시킨 구성으로 이루어져 있다.

즉, HST(정유압식 무단변속장치)를 포함하는 유압회로에 축압기가 마련됨으로써, 오일 리크로 인해 회로 내 압력저하 및 유량이 감소했을 때 상기 축압기가 이를 보상하여 차량 성능이 저하되는 것이 방지되며, 과부하가 걸렸을 때 엔진 꺼짐(Engine stall)이 제대로 이행되지 못해 변속계통과 엔진 내구수명이 줄어드는 문제가 해소될 수 있다.

또한, 구조적으로는 트랜스미션 케이스와 그 측부로 배치되는 연료탱크 사이의 여유공간으로 축압기가 취부됨으로써, 설치공간의 유효화를 도모한다는 측면에서 효과가 있으며, 여유공간의 유효한 활용으로 기존 농용 작업차량 레이아웃 변경 없이도 축압기를 구비하는 농용 작업차량으로의 개조를 도모할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래 HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식 농용 작업차량의 동력전달 계통도.
도 2는 본 발명과 관련한 농용 작업차량의 전체적인 구성을 보인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식 농용 작업차에서 HST(정유압식 무단변속장치)를 포함하는 오일 순환 시스템 구성도.
도 4는 도 3에 따른 유압 회로도.
도 5는 도 3 내지 도 4에 나타난 축압기의 구체적인 장착위치를 보여주기 위한 본 발명에 따른 농용 작업차의 트랜스미션 측 사시도.
도 6은 도 5의 트랜스미션 평면도.
도 7은 도 5의 트랜스미션 정면도.
도 8은 축압기 부착으로 인해 발현되는 작용, 효과를 보여주기 위한 실험 데이터.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명과 관련한 농용 작업차량의 전체적인 구성을 보인 측면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 실시예에 나타낸 농용 작업차량의 전체적인 구성부터 먼저 개략적으로 살펴보기로 하되, 운전석이 투명한 유리체의 캐빈(cabin)에 의해 보호되는 구성의 농용 작업차량을 예를 들어 살펴보기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 관련한 농용 작업차량은, 전륜(FW)과 후륜(RW)으로 구분되는 주행륜을 갖고, 차량 조작을 운전석(1)이 투명한 유리로 된 박스 형태의 캐빈(cabin, 2)으로 보호되며, 캐빈(2) 전방에는 엔진(5)을 비롯하여 차량 구동에 관련한 주요부품이 탑재될 수 있는 공간을 형성하는 엔진룸(3)이 형성된 구성을 기반으로 한다.

엔진(5)은 풋악셀페달 또는 핸드악셀레버의 변위를 센서가 감지하고 그 감지된 변위 값을 기반으로 한 엔진제어유닛(ECU, 미도시)의 제어로서 출력이 조절되는 전자식 다기통 디젤엔진(diesel-engine) 또는 케이블 변위로 출력이 조절되는 기계식 엔진일 수 있으며, 보닛(4)으로 보호되는 엔진룸(3) 저부에 차체 길이방향을 따라 종(縱)으로 배치된다.

엔진룸(3)에는 또한, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키고 걸러내는 등의 일련의 정화처리가 행해지는 후처리장치(6)가 설치되며, 엔진(3) 과열 방지를 위한 냉각수가 냉각될 수 있도록 순환경로를 형성하는 라디에이터(7)가 차량 주행 시 도입되는 외기를 적극적으로 활용할 수 있는 위치인 엔진룸 앞쪽에 배치된다.

캐빈(2) 내 운전석(1) 공간에는 전륜 조향을 위한 조향력이 입력되는 조향 핸들(스티어링 휠, 11)을 포함하여, 각종 조작레버, 버튼, 그리고 스위치가 마련되어 있으며, 조향실린더(미도시)로 공급될 작동유체의 흐름을 제어하는 파워스티어링유닛(도시 생략)이 스티어링컬럼유닛(10)을 매개로 상기 조향 핸들(11)에 연동 가능하게 연결된다.

엔진에서 출력되는 동력은 운전석 하방으로 배치되는 트랜스미션 케이스(8) 내 정유압식 무단변속장치(이하, 'HST'라 함)를 통해 속도 및 방향이 결정되고, HST(도 3참조)를 통해 무단 변속된 유압식 동력은 상기 HST의 유압모터 측에 직결되는 부변속장치(도 1참조)에서 주행 또는 작업에 적합한 속도로 변속되고 동력전달축을 거쳐 주행륜(FW)(RW)으로 전달된다.

트랜스미션 케이스(8)의 선단에는 상기 엔진(5) 후단의 출력 측 플라이 휠 하우징(5a)이 연결됨으로써 각각에 내설되는 HST의 입력축(유압펌프 입력축)과 엔진(5)의 출력축이 동력 전달가능하게 직결되고, HST는 엔진 동력으로 구동하고 유압장치 구동에 필요한 유압을 발생시키는 기어펌프(도 3참조)를 통해 구동에 필요한 오일을 제공받는다.

도 3은 본 발명에 따른 농용 작업차에서 HST 구동을 위한 오일 순환 시스템의 개략 구성도이며, 도 4는 도 3에 따른 유압 회로도이다.

도면과 같은 오일 순환 시스템은, 오일탱크(18)에 저장된 오일이 기어펌프(13)의 강제 송출에 의하여, 오일쿨러(14), 오일필터(15), HST(16)를 차례로 경유하여 다시 오일탱크(18)로 귀환될 수 있는 순환형 유압회로를 형성하고 있으며, 그 순환형 유압회로 내 오일의 압력저하 및 부족한 유량 보상을 위한 축압기(17)를 포함하고 있다.

HST(16)는 통상의 것과 마찬가지로, 엔진 출력축에 직결되는 가변 용량형 유압펌프(16a)와 이 유압펌프(16a)에서 제공되는 압유로 회전하여 실질적인 주행동력을 출력하는 정용량형 유압모터(16b)로 된 구성이며, 기어펌프(13)의 강제 송출로 오일쿨러(14)와 오일필터(15)를 차례로 경유한 오일은 상기 HST(16)의 유압펌프(16a)로 공급된다.

오일필터(15)에서 상기 HST(16)의 유압펌프(16a)로 유동하는 과정에서 오일의 일부는 압력 및 유량 보상용으로 상기 축압기(17)에 임시 저장되며, 축압기(17)에 임시 저장된 높은 압력의 오일은 필요에 따라 예를 들어, 오일 리크로 유압회로 내 압력이 저하되고 유량이 부족한 때에 상기 HST(16)로 공급된다.

축압기(accumulator, 17)는 밀폐된 공간 안에 높은 압력의 오일을 임시저장하고 이를 필요에 따라 공급할 수 있는 통상의 구성일 수 있으며, 오일 리크가 발생했을 때 제일 먼저 HST(16) 구동에 문제가 생기는 점을 고려하여 도면과 같이 오일필터(15)에서 HST(16)로 연결되는 유압라인(21)과 연결되도록 배치하는 것이 좋다.

도 5 내지 도 7은 상기 축압기의 구체적인 장착위치를 보여주기 위한 본 발명에 따른 농용 작업차의 트랜스미션 측 도면을 나타내고 있다.

도 5 내지 도 7을 통해 도시한 바와 같이, 상기 HST(16)를 내설하는 트랜스미션 케이스(8)는 앞서도 언급했듯이 운전석 아래 차체 길이방향으로 배치되고(도 2참조). 클러치 하우징(8a), 중간 케이스(8b), 뒷차축 케이스(8c)가 직결된 구성을 이루며, 이중 상기 클러치 하우징(8a) 측면으로 전술한 오일필터(15)가 브래킷에 의해 지지 고정된다.

축압기(18)는 트랜스미션 케이스(8)의 상기 오일필터(15) 설치 측 후방위치와 트랜스미션 케이스 측방에 위치하는 연료탱크(25) 사이의 공간에 배치된다. 구체적으로는, 상기 뒷차축 케이스(8c)에 인접하고 중간 케이스(8b) 일측으로 근접 배치되는 연료탱크(25)와의 사이에 형성되는 여유공간으로 축압기(17)가 취부된다.

축압기(17)는 트랜스미션 케이스(8)의 측면에 볼트 고정되는 고정브래킷(23)에 의해 상기 여유공간 상에 위치하도록 취부되며, 축압기(17)에서 연장된 축압기 유압라인(22)은 오일필터(15)와 HST(16) 측을 잇는 유압라인(21)과 중간 케이스(8b) 외측으로 노출되는 HST(16) 측 유압포트에서 합류하는 형태로 연결된다.

도 8은 축압기 부착 전(前) 그리고 축압기 부착 후(後), 동일 마력(HP)의 엔진으로 동일한 온도 및 부하조건에서 전진 혹은 후진방향으로 페달을 밟았을 때 유압계통 내 압력 변화 및 이에 연계한 엔진 꺼짐(E/G stall) 실험결과를 나타내는 데이터이다.

축압기 장착전인 도 8의 (a)를 보면, 엔진이 구동하는 상태에서 전진페달을 밟았을 경우 HST 출력축에 걸린 부하로 회로 내 압력이 급격히 상승하지만, 압력 손실로 인하여 HST 내 압력이 역으로 엔진을 정지시킬 수 있을 정도의 높은 압력을 유지하지 못하고 페달을 밟고 있는 동안 압력 변화가 심하게 나타나는 것을 그래프를 통해 알 수 있다.

이는 다시 말해, 엔진 및 변속계통에 큰 무리를 줄 수 있을 정도로 HST 출력축에 과도한 부하가 걸렸음에도 엔진은 완전히 꺼지지 못하고 꺼짐에 근접한 상태까지 갔다가 다시 회생하는 것과 같이 매우 불안정한 상태로 구동하고 있음을 의미하며, 이처럼 불안정한 운전상태가 반복되면 엔진 및 HST 내구수명이 현저히 줄어 들게 된다.

반면, 축압기 장착후인 도 8의 (b)를 보면, 전진페달을 밟았을 때, 마찬가지로 HST 출력축에 걸려 있는 부하로 인해 회로 내 압력이 급격히 상승하며, 압력 손실이 발생해도 축압기가 이를 보상해 HST 내 압력은 엔진 구동을 정지시킬 수 있을 정도의 높은 압력을 유지하며, 따라서 목적하는 엔진 꺼짐(E/G stall)이 단시간에 이루어졌음을 확인할 수 있다.

즉, 엔진 및 변속계통에 큰 무리를 줄 수 있을 정도로 HST 출력축에 과도한 부하가 걸렸을 때 엔진 꺼짐(E/G stall)이 단시간 내에 이루어지므로 과부하로부터 엔진 및 HST를 보호할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 HST(정유압식 무단변속장치) 구동방식의 농용 작업차량에 따르면, 작업 또는 주행 중 부하로 인해 유압회로 내 오일의 온도가 상승하고 리크(leakage)가 발생했을 때 유압회로의 압력저하 및 부족한 유량의 보상을 위하여, HST를 포함하는 순환형 유압회로에 축압기를 병렬로 배치시킨 구성으로 되어 있다.

즉, HST(정유압식 무단변속장치)를 포함하는 유압회로에 축압기가 마련됨으로써, 오일 리크로 인해 회로 내 압력저하 및 유량이 감소했을 때 상기 축압기가 이를 보상하여 차량 성능이 저하되는 것이 방지되며, 과부하가 걸렸을 때 엔진 꺼짐(Engine stall)이 제대로 이행되지 못해 변속계통과 엔진 내구수명이 줄어드는 문제가 해소될 수 있다.

또한, 구조적으로는 트랜스미션 케이스와 그 측부로 배치되는 연료탱크 사이의 여유공간으로 축압기가 취부됨으로써, 설치공간의 유효화를 도모한다는 측면에서 효과가 있으며, 여유공간의 유효한 활용으로 기존 농용 작업차량 레이아웃 변경 없이도 축압기를 구비하는 농용 작업차량으로의 개조를 도모할 수 있다는 장점이 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.

1 : 운전석 2 : 캐빈
3 : 엔진룸 4 : 보닛
5 : 엔진 6 : 후처리장치
7 : 라디에이터 8 : 트랜스미션 케이스
10 : 스티어링컬럼유닛 11 : 조향 핸들
13 : 기어펌프 14 : 오일쿨러
15 : 오일필터 16 : HST(정유압식 무단변속장치)
17 : 오일탱크 18 : 축압기
19 : 승강제어부

Claims (4)

1. HST(정유압식 무단변속장치)가 장착된 농용 작업차량에 있어서,
   오일탱크에 저장된 오일이 기어펌프, 오일쿨러, 오일필터, 상기 HST를 차례로 경유하여 오일탱크로 귀환하는 순환형 유압회로를 형성하고, 상기 유압회로 내 오일의 압력저하 및 부족한 유량 보상을 위하여 상기 오일필터와 HST를 연결하는 유압라인에 축압기를 장착한 것을 특징으로 하는 농용 작업차량.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오일필터를 운전석 아래 차체 길이방향으로 배치되는 트랜스미션 케이스 일측면에 브래킷을 이용해 취부하고, 트랜스미션 케이스의 오일필터 설치 측 후방위치와 연료탱크 사이의 공간에 상기 축압기를 배치시킨 것을 특징으로 하는 농용 작업차량.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 트랜스미션 케이스는, 클러치 하우징, 중간 케이스, 뒷차축 케이스가 직결된 구성으로 이루어지고, 뒷차축 케이스에 인접한 상기 중간 케이스와 연료탱크 사이의 여유공간에 축압기를 배치시킨 것을 특징으로 하는 농용 작업차량.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 중간 케이스 일측면에 고정브래킷을 볼트로 고정하고 이에 축압기를 장착하며, 축압기에서 뻗은 축압기 유압라인이 오일필터와 HST 측을 연결하는 유압라인과 중간 케이스 외측으로 노출되는 HST 측 유압포트에서 합류하도록 유압라인을 형성시킨 것을 특징으로 하는 농용 작업차량.

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