KR20160030227A - 기계 본체 및 작업 기계 - Google Patents

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토루 이마노
준야 토쿠나가
신이치 니시야마
카즈히라 와타나베
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캐터필러 에스에이알엘
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Abstract

배기가스 정화 장치의 냉각이 필요한 부분을 냉각할 수 있는 공간 절약적인 저렴한 기계가 제공된다. 배기가스 정화 장치(22)는, 환원제 공급원으로부터 환원제 공급관으로서 역할하는 요소 수용액 호스(34)를 통해 공급되는 액체 환원제인 요소 수용액을 분사하는 분사기(29), 배기가스 내의 질소 산화물의 농도를 검출하는 NOX 센서(30), 및 입구측 개구(42)와 출구측 개구(53)를 포함하고 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액, NOX 센서(30) 또는 분사기(29) 중의 적어도 하나를 기계실(19)의 외부에서 도입되는 냉각용 공기로 냉각하는 공기 통로체(35)를 포함한다. 기계실(19)의 외부에서 개방되어 있는 환기 포트(26)가 공기 통로체(35)의 입구측 개구(42)와 연통하고, 공기 통로체(35) 내의 공기는, 배가 가스 유동 주위에 형성되는 부압(negative pressure)을 이용하여 배기 라인(24)에 배치되어 있는 이젝터(51)에 의해 공기 통로체(35)의 출구측 개구(53)로부터 강제 배출된다.

Description

기계 본체 및 작업 기계{MACHINE BODY AND WORKING MACHINE}
본 발명은 배기가스 정화 장치용 냉각 구조에 특징이 있는 기계 본체 및 작업 기계에 관한 것이다.
디젤 엔진용 배기가스 정화 장치는 환원제(DEF: Diesel Exhaust Fluid; 일반적으로 요소(urea) 수용액)를 분사하는 분사기 및 질소 산화물 센서(NOX 센서)를 포함한다.
일반적으로, 배기가스 정화 장치는 배기 라인에 설치된다. 고온의 배기가스가 배기 라인을 통해 흐르며 그래서 그 배기 라인과 배기가스 정화 장치는 고온으로 된다.
배기가스 정화 장치가 고온으로 되면, 이 배기가스 정화 장치 안에 설치되어 있는 분사기 및 NOX 센서도 높은 온도에 노출된다. 더욱이, 환원제가 분사기에 공급될 때 통과하게 되는 환원제 공급관(일반적으로, 요소 수용액 호스)이 높은 온도에 부분적으로 노출된다. 요소 수용액 호스, NOX 센서 또는 분사기가 장기간 높은 온도에 노출되면, 그것들의 내구성이 구조적 이유로 악화될 수 있고, 요소 수용액 호스 내의 요소 수용액의 온도가 상승하여 요소 수용액의 환원 효과에 영향을 주게 된다.
자동차와 같은 주행 차량에서, 상기 분사기는 주행 중에 외부 공기에 노출될 때 또는 저온의 환원제가 분사기 안으로 유입할 때 냉각될 수 있지만, 냉각 성능은 여전히 부족할 수 있다. 이러한 경우, 냉각수와 같은 냉매를 분사기에 원형으로 공급하는 것을 포함하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
엔진 배기가스에 대한 이젝터(ejector) 효과에 기초하여 배가 가스 정화 장치를 위한 수용 챔버 전체에 걸쳐 냉각용 공기를 도입하는 것을 포함하는 다른 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 제 H9-96212 호
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 공보 제 2003-41627 호
특허 문헌 1 은, 냉각수와 같은 냉매가 분사기 주변에 흐를 때 통과하게 되는 전용의 냉각수 회로를 필요로 한다. 이러한 냉각수 회로는 대규모인 비싼 냉각 장치이다.
특허 문헌 2 는, 냉각용 공기가 배기가스 정화 장치를 위한 수용 챔버 전체에 걸쳐 도입되는 구조를 사용하며, 그래서 큰 격리 챔버를 필요로 한다. 그래서 불리하게도 큰 설치 공간이 필요하게 된다.
이들 문제를 감안한 본 발명의 목적은, 단지 낮은 비용과 작은 공간을 필요로 하고 또한 배기가스 정화 장치의 원하는 부분만 냉각될 수 있게 해주는 기계 본체 및 작업 기계를 제공하는 것이다.
청구항 1 에 기재되어 있는 발명은 기계 본체인데, 이 기계 본체는, 기계실; 상기 기계실 안에 설치되는 엔진; 상기 엔진에서 나온 배기가스가 배출될 때 통과하게 되는 배기 라인; 상기 배기 라인에 제공되어 배기가스 내의 질소 산화물에 대해 환원 처리를 행하는 배기가스 정화 장치; 및 환원제 공급관을 통해 액체 환원제를 상기 배기가스 정화 장치에 공급하는 환원제 공급 장치를 포함하고, 상기 배기가스 정화 장치는, 상기 환원제 공급관을 통해 환원제 공급 장치에 의해 공급되는 액체 환원제를 분사하는 분사기; 배기가스 내의 질소 산화물의 농도를 검출하는 질소 산화물 센서; 상기 환원제 공급관의 일 부분, 질소 산화물 센서의 일 부분, 및 분사기의 일 부분 중의 적어도 하나를 둘러싸 상기 환원제 공급관 내의 액체 환원제, 질소 산화물 센서, 및 분사기 중의 적어도 하나가 기계실의 외부에서 들어온 냉각용 공기를 사용하여 냉각될 수 있게 하고, 입구측 개구와 출구측 개구를 포함하는 공기 통로체; 상기 공기 통로체의 입구측 개구와 연통하고 기계실의 외부에 개방되어 있는 외부 공기 흡입 포트; 및 배가 가스 유동 주위에 형성되는 부압(negative pressure)을 이용하여 상기 공기 통로체 내의 공기를 이 공기 통로체의 상기 출구측 개구를 통해 강제 배출시키도록 상기 배기 라인에 제공되어 있는 이젝터를 포함한다.
청구항 2 에 기재되어 있는 발명은 청구항 1 에 기재되어 있는 기계 본체 및 이 기계 본체에 장착되는 작업 장치를 포함하는 작업 기계이다.
청구항 1 에 기재되어 있는 발명은, 공기 통로체의 입구측 개구가 기계실 외부의 외부 공기 흡입 포트와 연통되어 있고 또한 배기 라인에 제공되어 있는 이젝터는 배기가스 유동 주위에 형성되는 부압을 이용하여 공기 통로체 내의 공기를 이 공기 통로체의 출구측 개구를 통해 배기가스 라인 내의 배기가스 유동 안으로 흡입시켜 그 공기가 강제 배출될 수 있게 해주는 구조를 제공한다. 따라서, 엔진이 구동되어 배기가스를 배출하고 있을 때, 외부 공기가 지속적으로 공기 통로체 안으로 도입되어, 환원제 공급관 내의 액체 환원제, 질소 산화물 센서, 및 분사기 중의 적어도 하나를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 특별한 냉각수 라인 또는 펌프에 대한 필요 없이 저렴한 덕트 구조를 사용하여 냉각 효과를 얻을 수 있다. 또한, 냉각 목표 영역을 국부적으로 둘러싸는 공기 통로체가 설치될 수 있어, 공간을 절약할 수 있다.
청구항 2 에 기재되어 있는 발명은, 고정된 위치에서 작업을 수행하는 작업 기계를 위한 저렴한 냉각 수단을 제공할 수 있는데, 이 냉각 수단에 의해, 환원제 공급관 내의 액체 환원제, 질소 산화물 센서, 및 분사기 중의 적어도 하나가 효율적으로 냉각될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 기계 본체에 있는 기계실의 일 실시 형태를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 2 는 기계 본체에 있는 배기가스 정화 장치 및 이 배기가스 정화 장치의 주변부를 보여주는 사시도이다.
도 3 은 기계 본체에 있는 배기가스 정화 장치의 주변부만 보여주는 사시도이다.
도 4 는 기계 본체를 포함하는 작업 기계를 보여주는 정면도이다.
이하, 도 1 ∼ 4 에 나타나 있는 실시 형태에 근거하여 본 발명을 설명할 것이다.
도 4 에 나타나 있는 바와 같이, 유압 굴착기와 같은 작업 기계(10)는, 하부 주행체(12) 및 이 하부 주행체(12) 위에 회전 가능하게 장착되는 상부 회전체(13)를 포함하는 기계 본체(11)를 갖는다. 버킷과 같은 작업 장치(14)가 기계 본체(11)의 상부 회전체(13)에 장착되어 있다.
상부 회전체(13)에는, 작업자의 좌석이 제공되어 있는 운전실(15) 및 공구 등이 수용되는 보관 박스(16)가, 작업 장치(14)가 장착되는 영역을 가로질러 제공되어 있다. 연료 탱크(17) 및 유압 오일 탱크(18)가 보관 박스(16)에 뒤에 제공되어 있다. 기계실(엔진룸)(19)이 상부 회전체(13) 위에서 회전 베어링부 뒤에 설치되어 있다. 카운터웨이트(20)가 기계실(19) 뒤에 더 설치되어 있다.
도 1 에 나타나 있는 바와 같이, 엔진(21)이 기계실(19) 안에 설치되어 있다. 엔진(21)의 일측에는 냉각 팬(21f)이 위치되어, 외부에서 흡입된 냉각용 공기를 라디에이터, 오일 냉각기 등을 포함하는 냉각 패키지(도면에는 나타나 있지 않음)에 불어서 그 냉각 패키지를 냉각시키게 된다. 엔진(21)의 다른 측에는 배기가스 정화 장치(22)가 위치되어 있어, 엔진(21)을 위한 배기계에 대해 배기가스 정화 처리를 행하게 된다.
도 4 에서 보는 바와 같이, 기계실(19)의 정상부에는 엔진 후드(23)가 개폐 가능하게 제공되어 있다. 엔진(21)에서 나온 배기가스가 배출될 때 통과하게 되는 배기 라인(24)의 선단이 엔진 후드(23)로부터 돌출되어 있다. 또한, 기계실(19)의 외측면에는 측면 도어(25)가 개폐 가능하게 제공되어 있다. 외부 공기 흡입 포트로서 역할하는 환기 포트(26)가 측면 도어(25)의 상부에 형성되어 있고 기계실(19)의 외부에 개방되어 있다.
도 1 및 2 에 나타나 있는 바와 같이, 배기가스 정화 장치(22)에서, 엔진(21)의 배기 개구가, 배기 라인(24)에 대한 출발점으로서 역할하는 연결 수단(21e)을 통해 흑색 배기 제거 장치(디젤 미립자 필터)(27)의 단부(27a)에 연결되어 있고, 그 제거 장치는 엔진(21)에서 배출되는 배기가스에 들어 있는 흑색 배기를 제거한다. 흑색 배기 제거 장치(27)의 단부(27a)의 반대쪽 단부에 제공되어 있는 관 연결부(27b)는 관(28a)을 통해 질소 산화물 환원 장치(선택적 촉매 환원)(28)의 반대쪽 단부(28b)에 연결되어 있고, 그 환원 장치는 배기가스 내의 질소 산화물에 대해 환원 처리를 행하게 된다. 배기 라인(24)의 나머지 부분은 반대쪽 단부(28b)의 반대쪽에 있는 질소 산화물 환원 장치(28)의 단부에 제공되어 있는 관 연결부(28c)에 연결되어 있다.
흑색 배기 제거 장치(27)의 관 연결부(27b)에는 분사기(29)가 부착되어 있어 요소(urea) 수용액과 같은 액체 환원제를 관(28a) 쪽으로 분사하게 되며, 흑색 배기 제거 장치(27)와 질소 산화물 환원 장치(28)는 상기 관을 통해 서로 연통한다. 분사기(29) 근처에는 NOX 센서(30)가 위치되어 있고, 배기가스 내의 질소 산화물(NOX)의 농도를 검출하는 질소 산화물 센서로서 역할한다.
NOX 센서(30)는 흑색 배기 제거 장치(27)의 관 연결부(27b)에 제공되는 상류측 NOX 센서 본체(30a), 질소 산화물 환원 장치(28)의 관 연결부(28c)에 제공되는 하류측 NOX 센서 본체(30b), 상류측 NOX 센서 본체(30a)에 연결되어 있는 제어 박스(30A), 및 하류측 NOX 센서 본체(30b)에 연결되어 있는 제어 박스(30B)를 포함한다.
환원제 공급 장치(31)가 분사기(29)에 대해 제공되어 있는데, 이 환원제 공급 장치는 도 4 에 나타나 있는 바와 같이 엔진(21)의 열적 영향을 받지 않는 위치에 있는 보관 박스(16)의 내부로부터 요소 수용액과 같은 액체 환원제를 질소 산화물 환원 장치(28)에 공급하게 된다.
도 4 에 나타나 있는 바와 같이, 환원제 공급 장치(31)는, 보관 박스(16) 안에 설치되고 액체 환원제가 저장되는 액체 환원제 탱크(32), 이 액체 환원제 탱크(32) 안에 있는 액체 환원제를 펌핑하여 방출하는 액체 환원제 공급원으로서 역할하는 액체 환원제 펌프(33), 및 환원제 공급관으로서 역할하고 액체 환원제 펌프(33)로부터 기계 본체(11) 내의 배관 경로를 통해 액체 환원제 분사용 분사기(29)까지 연장되어 있는 요소 수용액 호스(34)를 포함한다. 공기 통로체(35)가 요소 수용액 호스(34)의 선단의 일 부분을 둘러싸도록 제공되어 있다.
도 1 에 나타나 있는 바와 같이, 상기 공기 통로체(35)의 내부에는, 분사기(29)의 일 부분, NOX 센서(30)의 일 부분, 및 액체 환원제로서 역할하는 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액이 배기가스 정화 장치(22)의 열적 영향을 받기 쉬운 요소 수용액 호스(34)의 일 부분이 수용되어 있다.
도 2 및 3 에 나타나 있는 바와 같이, 공기 통로체(35)는 플레이트(41)에 고정 설치되는 박스형으로 형성되어 있다. 입구측 개구(42)가 공기 통로체(35)의 하측면에 형성되어 있고 흡입 덕트(43)에 연결되어 이 흡입 덕트(43)와 연통한다. 흡입 덕트(43)는, U 형 단면을 가지면서 상측 플레이트(44)와 하측 플레이트(45) 사이에 형성되어 있는 코너 통로(46)를 통해, U 형 단면을 가지면서 플레이트(41)와 플레이트(44) 사이에 형성되어 있는 개구(47)와 연통되어 있다. 이 개구(47)는 측면 도어(25)에 있는 환기 포트(26)와 대향하도록 형성된다. 환기 포트(26)는, 기계실(19)의 외부로부터 냉각용 공기가 공기 통로체(35) 안으로 들어갈 때 입구로서 역할한다.
코너 통로(46)는 이 코너 통로(46)의 외부에 있는 개방 표면을 가지고 있으며, 그 개방 표면은 기계 덮개 또는 이 기계 덮개와 관련된 부재로 덮여 덕트를 형성하게 된다. 흡입 덕트(43) 및 코너 통로(46)는 덕트형 공기 통로(43, 46)를 형성한다. 배기가스 정화 장치(22)는 장착 플레이트(48)를 사용하여 플레이트(44)에 고정 설치된다.
도 2 에 나타나 있는 바와 같이, 배기 라인(24)은 질소 산화물 환원 장치(28)의 관 연결부(28c)로부터 수평 방향으로 일시적으로 인출되어 있고 그런 다음 위쪽으로 비스듬히 향해 있다. 이젝터(51)는 배기 라인(24)의 도중에 제공되어 있다. 이젝터(51)의 외측면에 형성되어 있는 흡입 포트(52)는, 흡입관(54)을 통해, 공기 통로체(35)의 상단 표면부에 형성되어 있는 출구측 개구(53)와 연통한다. 이젝터(51)는 배기가스 유동의 주변에 형성되는 부압을 이용하여 공기 통로체(35) 내의 공기를 공기 통로체(35)의 출구측 개구(53)를 통해 강제적으로 흡입하게 된다.
도 2 및 3 에 나타나 있는 바와 같이, 벽체(55)가 플레이트(44)에 제공되어 있고 배기가스 정화 장치(22)의 외부를 에워싸도록 L 형으로 배치되어 있다. 요소 수용액 호스(34)는 벽체(55)의 외측면에 제공되어 있는 훅크(56) 및 플레이트(44)에 설치되어 있는 피팅(fitting)(57)을 사용하여 벽체(55)를 따라 배치된다. 더욱이, 요소 수용액 호스(34)는 플레이트(44)의 일 부분에 절개되어 있는 관 도입 입구부(58)를 통해 코너 통로(46) 안으로 들어가 있고 그리고 흡입 덕트(43)를 통과해 공기 통로체(35) 안으로 삽입되어 분사기(29)에 더 연결되어 있다.
NOX 센서(30)의 제어 박스(30A, 30B)에 연결되는 공기 통로체(35) 내의 배선은 흡입 덕트(43) 등을 통해, 기계 본체(11)에 설치되어 있는 제어기(도면에는 나타나 있지 않음)에 연결되어 액체 환원제 펌프(33)를 제어한다.
이제, 상기 도 1 ∼ 4 에 나타나 있는 실시 형태의 효과를 설명할 것이다.
환원제 공급 장치(31)는 액체 환원제 펌프(33)를 사용하여 보관 박스(16) 안에 있는 액체 환원제 탱크(32) 내의 요소 수용액을 펌핑하여 그 요소 수용액을 요소 수용액 호스(34)를 통해 기계실(19) 내의 배기가스 정화 장치(22)에 공급한다. 그런 다음 분사기(29)가 요소 수용액을 질소 산화물 환원 장치(28)의 상류측에 연결되어 있는 관(28a) 안으로 분사한다.
이때, 상기 벽체(55), 코너 통로(46), 흡입 덕트(43) 및 공기 통로체(35)는, 배기가스 정화 장치(22)에 의해 발해지는 열을 차단하여 이 열로부터 요소 수용액 호스(34)를 보호하는 열 차폐 구조체로서 기능하게 된다. 또한, 배기 라인(24)에 제공되어 있는 이젝터(51)는 배기가스 유동의 주변에 형성되는 부압을 이용하여 공기 통로체(35) 내의 공기를 이 공기 통로체(35)의 출구측 개구(53)를 통해 배기 라인(24) 내의 배기가스 유동 안으로 흡입시키게 되며, 그래서 공기가 외부로 강제 배출될 수 있다. 따라서, 기계 본체(11) 외부의 저온 외부 공기가 환기 포트(26)(측면 도어(25)의 외부 공기 흡입 포트로서 역할함)를 통과하여 개구(47), 코너 통로(46) 및 흡입 덕트(43)를 경유해 공기 통로체(35) 안으로 흡입될 수 있다.
따라서, 엔진(21)이 작동 중에 있을 때, 공기 통로체(35)의 내부가 저온의 외부 공기에 의해 냉각되어, 그 공기 통로체(35) 안에 설치되어 있는 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액, NOX 센서(30) 및 분사기(29)가 냉각될 수 있다.
그래서, 공기 통로체(35)의 입구측 개구(42)는 기계실 외부의 환기 포트(26)와 연통하고, 배기 라인(24)에 제공되어 있는 이젝터(51)는 배기가스 유동의 주변에 형성되는 부압을 이용하여 공기 통로체(35) 내의 공기를 이 공기 통로체(35)의 출구측 개구(53)를 통해 배기 라인(24) 내의 배기가스 유동 안으로 흡입시키게 되며, 그래서 공기가 외부로 강제 배출될 수 있다. 따라서, 엔진(21)이 구동되어 배기가스를 배출하고 있을 때, 외부 공기가 지속적으로 공기 통로체(35) 안으로 도입되어, 배기가스 정화 장치(22)의 높은 온도에 노출되는 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액, NOX 센서(30) 및 분사기(29)가 효율적으로 냉각될 수 있다. 따라서, 특별한 냉각수 라인 또는 펌프에 대한 필요 없이 저렴한 덕트 구조를 사용하여 냉각 효과를 얻을 수 있다. 또한, 요소 수용액 호스(34)의 일 부분, NOX 센서(30)의 일 부분 및 분사기(29)의 일 부분, 즉 냉각 목표 영역을 국부적으로 둘러싸는 공기 통로체(35)가 설치될 수 있어, 공간을 절약할 수 있다.
또한, 고정된 위치에서 작업을 수행하는 작업 기계(10)를 위한 저렴한 냉각 수단이 제공될 수 있는데, 이 냉각 수단에 의해, 배기가스 정화 장치(22)의 높은 온도에 노출되는 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액, NOX 센서(30) 및 분사기(29)가 효율적으로 냉각될 수 있다.
공기 통로체(35)는 도 2 및 3 에 나타나 있는 박스형에 한정되지 않는다. 입구측 개구(42)에서 출구측 개구(53)까지 이르는 공기 통로체(35)의 일 부분은, 높은 온도에 노출되는 요소 수용액 호스(34)의 일 부분, NOX 센서(30) 및 분사기(29)의 일 부분이 덕트 안에 배치될 수 있도록 덕트형으로 형성될 수 있다. 이러한 구조도 유사한 효과를 준다.
또한, 상기 공기 통로체(35)는 요소 수용액 호스(34) 내의 요소 수용액, NOX 센서(30) 및 분사기(29)의 냉각을 가능하게 해준다. 그러나, 공기 통로체(35)는, 요소 수용액 호스(34)의 일 부분, NOX 센서(30)의 일부분 및 분사기(29)의 일 부분 중의 하나 또는 둘을 둘러싸 외부에서 얻어지는 냉각용 공기를 사용하여 그 하나 또는 둘을 냉각할 수 있도록 설치될 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명은 배기가스 정화 장치의 냉각 구조에 특징이 있는 기계 본체 및 작업 기계의 제조에 관련된 제조업에 이용가능하다.
10 작업 기계
11 기계 본체
14 작업 장치
19 기계실
21 엔진
22 배기가스 정화 장치
24 배기 라인
26 외부 공기 흡입 포트인 환기 포트
29 분사기
30 질소 산화물 센서인 NOX 센서
31 환원제 공급 장치
34 환원제 공급관인 요소 수용액 호스
35 공기 통로체
42 입구측 개구
51 이젝터
53 출구측 개구

Claims (2)

  1. 기계 본체로서,
    기계실;
    상기 기계실 안에 설치되는 엔진;
    상기 엔진에서 나온 배기가스가 배출될 때 통과하게 되는 배기 라인;
    상기 배기 라인에 제공되어 배기가스 내의 질소 산화물에 대해 환원 처리를 행하는 배기가스 정화 장치; 및
    환원제 공급관을 통해 액체 환원제를 상기 배기가스 정화 장치에 공급하는 환원제 공급 장치를 포함하고,
    상기 배기가스 정화 장치는,
    상기 환원제 공급관을 통해 환원제 공급 장치에 의해 공급되는 액체 환원제를 분사하는 분사기;
    배기가스 내의 질소 산화물의 농도를 검출하는 질소 산화물 센서;
    상기 환원제 공급관의 일 부분, 질소 산화물 센서의 일 부분, 및 분사기의 일 부분 중의 적어도 하나를 둘러싸 상기 환원제 공급관 내의 액체 환원제, 질소 산화물 센서, 및 분사기 중의 적어도 하나가 기계실의 외부에서 들어온 냉각용 공기를 사용하여 냉각될 수 있게 하고, 입구측 개구와 출구측 개구를 포함하는 공기 통로체;
    상기 공기 통로체의 입구측 개구와 연통하고 기계실의 외부에 개방되어 있는 외부 공기 흡입 포트; 및
    배가 가스 유동 주위에 형성되는 부압(negative pressure)을 이용하여 상기 공기 통로체 내의 공기를 이 공기 통로체의 상기 출구측 개구를 통해 강제 배출시키도록 상기 배기 라인에 제공되어 있는 이젝터를 포함하는 기계 본체.
  2. 제 1 항에 따른 기계 본체; 및
    상기 기계 본체에 장착되는 작업 장치를 포함하는 작업 기계.
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