KR20170108995A - 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체 - Google Patents

농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체 Download PDF

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Abstract

비례 방향 밸브(3)를 포함하는 농기계 용 자동 주행 시스템의 유압 제어 밸브 조립체가 개시된다. 비례 방향 밸브(3)와 조향 실린더 사이에 평형 밸브(1)가 배치된다. 비례 방향 밸브(3)와 평형 밸브(1) 사이에 제1셔틀 밸브(2)가 배치된다. 제1셔틀 밸브(2)는 비례 방향 밸브(3)의 일측에 위치한다. 오버플로우 밸브(4)는 비례 방향 밸브(3)의 타측에 위치한다. 오버플로우 밸브(4)는 제2셔틀 밸브(6) 및 로직 밸브(5)에 각각 연결된다. 유압 제어 밸브 조립체는 큰 제어력과 신속한 응답성을 가지며 농기계의 자율 주행 조작에 보다 적합하다. 또한, 시스템은 더 많은 에너지를 절약하므로 농기계의 자율 주행 조작이 보다 안정적이다.

Description

농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체
본 발명은 유압 기술 분야에 관한 것으로, 특히 농기계의 지능형 네비게이션에서의 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체에 관한 것이다.
농기계 용 자율 주행 기술은 선진국에서 심도있는 연구가 이루어지고 있으며, 실제로 널리 응용되고있다. 그러나 중국의 자율 주행 기술에 대한 연구는 여전히 후진적이며 실제 사용은 더욱 심각하다. 농업의 근대화 속도를 높이기 위해 전기 유압식 서보 기반(electro-hydraulic servo based) 피드백 시스템과 스테퍼 모터로 구동되는 완전 유압식 조향 기어(full-hydraulic steering gear)에 대한 연구가 수행되었다. 그러나 이러한 연구는 주로 대학의 연구 업적에 초점을 두고 있으며, 실제 사용되는 것과 거리가 멀다.
상기 자동 조향 기술은 농기계를 지능화하는 핵심 기술 중 하나이다. 생산 환경이 심한 조건에서 농업의 농기계 조향 제어는 일반 도로를 주행하는 차량의 조향 제어와 크게 다르다. 농기계는 다양한 경도로 예측할 수 없는 지형과 험한 포장 도로가 있는 환경에서 작동한다. 따라서, 농업의 농기계의 조향 제어 장치는 차량의 상이한 상태에 적응해야 하고 일반적으로 기민하고 정밀한 제어가 요구되도록 상이한 작업 조건에 따라 적절한 전략을 취할 필요가 있다. 따라서 농기계의 가장 경제적이고 실용적인 자동 조향 제어 장치의 개발과 연구는 정밀 농업을 달성하는 데 중요한 역할을 한다.
전술 한 종래 기술의 농기계 자율 주행 장치의 단점에 대하여, 본 발명은 농기계의 자율 주행 조작을 보다 안정적으로 할 수 있는 농기계의 자동 조향 장치의 유압 제어 밸브 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 해결책은 다음과 같다. 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체가 제공된다. 상기 농기계는, 조향 실린더; 조향 펌프; 및 리턴유 탱크를 포함한다. 상기 조향 펌프는 조향 실린더 및 상기 리턴유 탱크에 각각 연결된다. 본 발명의 상기 유압 제어 밸브 조립체는, 비례 방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 평형 밸브는, 상기 비례 방향 밸브와 상기 조향 실린더 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브는, 상기 비례 방향 밸브와 상기 평형 밸브 사이에 배치된다. 상기 제1셔틀 밸브는 상기 비례 방향 밸브의 일측에 위치된다. 오버플로우 밸브는, 상기 비례 방향 밸브의 타측에 위치한다. 상기 오버플로우 밸브는 제2셔틀 밸브 및 로직 밸브에 각각 연결된다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 평형 밸브는 2개의 일방향 밸브를 포함하고, 상기 2개의 일방향 밸브는 서로 병렬로 연결된다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 각각의 상기 일방향 밸브는 압축 스프링을 구비한다. 상기 압축 스프링은 작동유가 상기 일방향 밸브를 통해 역방향으로 유동하는 것을 방지하도록 구성된다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 비례 방향 밸브는 A 개구 및 B 개구에 연결되고, 상기 A 개구 및 상기 B 개구는 모두 오일 실린더에 연결된다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 로직 밸브는 상기 시스템의 압력 및 작동 중 상기 비례 방향 밸브의 압력차를 제어하도록 구성된다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 압축 스프링의 개방 압력은 조향 정렬 힘의 1.3 배이다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 압축 스프링의 개방 압력은 40바(bar)이다.
상기 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 상기 평형 밸브의 제어 비율은 4.5이다.
농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체는 본 발명에 의해 제공되며, 유압 제어 밸브 조립체는 비례 방향 밸브를 포함한다. 평형 밸브는 비례 방향 밸브와 조향 실린더 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브가 비례 방향 밸브와 평형 밸브 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브는 비례 방향 밸브의 일측에 위치한다. 오버플로우 밸브는 비례 방향 밸브의 타측에 위치한다. 오버플로우 밸브는 제2셔틀 밸브 및 로직 밸브에 각각 연결된다. 본 발명에 의해 제공되는 유압 제어 밸브 조립체는 제어력이 크고 신속한 응답을 가지며 농기계의 자율 주행 조작에 보다 적합하다. 또한, 로드 센서의 설계는 조향 속도가 제어 신호에만 관련되지만 로드에는 관련되지 않도록 보장한다. 시스템이 더 많은 에너지를 절약한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 밸브 조립체에 있어서, 본래의 수동 조향은 전기 자동 조향으로 변경된다. 외부 센서의 감지 신호와 결합하여 컨트롤러를 통해 폐쇄 루프 실시간 작동이 수행되기 때문에, 시스템의 응답 및 제어 정확도가 향상되므로 오류가 적다. 본 발명의 유압 제어 밸브 조립체에는 조향의 방향 및 속도를 제어하기 위한 Y 타입 기능 3위치 4방향 유압 비례 방향 밸브가 제공된다. 로직 밸브는 에너지 절약 및 우선순위 판별 기능을 수행한다. 오버플로우 밸브는 안전을 보호하기 위해 사용된다. 평형 밸브는 조향을 보다 안정하게 만들 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 비 한정적인 실시 양태의 상세한 설명을 통해, 본 발명, 특징, 프로파일 및 이점이 더욱 명백해질 것이다. 도면 전체에 걸쳐, 동일한 번호는 동일한 구성을 지칭한다. 도면은 스케일에 따라 의도적으로 도시된 것이 아니고, 요지는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 제공되는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체의 원리의 개략도이다.
이하, 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위하여 다수의 구체적 세부 사항이 설명된다. 그러나 당업자는 이러한 하나 이상의 세부 사항이 없더라도 본 발명을 구현할 수 있음이 명백하다. 다른 경우, 본 발명의 혼란을 피하기 위해, 당업계에 공지 된 기술적 특징은 설명되지 않는다.
본 발명의 철저한 이해를 돕고, 본 발명의 기술적 해결책을 설명하기 위하여 상세한 단계 및 상세한 구조가 아래의 설명에 기재된다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 상세한 설명을 제외하고, 본 발명은 다른 실시 예를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 농기계 용 자동 조향 시스템(automatic steering system)의 유압 제어 밸브 조립체(hydraulic control valve assembly)가 본 발명에 의해 제공되며, 상기 유압 제어 밸브 조립체는 비례 방향 밸브(proportional directional valve)(3)를 포함한다. 평형 밸브(balancing valve)(1)는 비례 방향 밸브(3)와 조향 실린더(steering cylinder) 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브(shuttle valve)(2)는 비례 방향 밸브(3)와 평형 밸브(1) 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브(2)는 비례 방향 밸브(3)의 일측에 위치한다. 오버플로우 밸브(4)는 비례 방향 밸브(3)의 타측에 위치한다. 오버플로우 밸브(overflow valve)(4)는 제2셔틀 밸브(shuttle valve)(6) 및 로직 밸브(logic valve)(5)에 각각 연결된다. 본 발명에서, 농기계의 작동유(hydraulic oil)는 평형 밸브(1)를 통해 전진할 수 있다. 상기 작동유는 거꾸로 흐르려면, 평형 밸브(1)의 스프링에 의해 설정된 개방 압력을 극복해야 한다. 상기 리턴유(returning oil)에 배압(backpressure)이 가해져 상기 조향이 보다 안정적이다. 또한, 외부 하중에 의한 쓸데없는 흡입 현상을 피할 수 있다. 본 발명의 유압 제어 밸브 조립체에 있어서, 원래의 수동 조향(manual steering)은 전기 자동 조향(electric power automatic steering)으로 변경된다. 외부 센서의 감지 신호와 결합하여 컨트롤러를 통해 폐회로 실시간 작동이 수행 되기 때문에, 시스템의 응답 및 제어 정확도가 향상되어 오류가 적다. 본 발명의 유압 제어 밸브 조립체에는 조향의 방향 및 속도를 제어하기 위한 Y-타입 기능 3위치 4방향 유압 비례 방향 밸브(3)가 제공된다. 로직 밸브(5)는 에너지 절약 및 우선순위 판별 기능을 수행한다. 오버플로우 밸브(4)는 안전을 보호하는 데 사용된다. 평형 밸브(1)는 조향을 보다 안정하게 할 수 있다. 또한, 농기계의 네비게이션(navigation) 시스템과 조합함으로써, 농기계의 자율 주행 조작을 보다 안정적으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 비 제한적인 실시 예에서, 평형 밸브(1)는 2개의 일방향(one-way) 밸브를 포함한다. 상기 2개의 일방향 밸브는 서로 병렬로 연결된다. 즉, 작동유는 제한없이 일방향 밸브로부터 평형 밸브를 통해 전진할 수 있다. 그러나, 작동유가 거꾸로 흐르는 경우 평형 밸브의 스프링에 의해 설정된 개방 압력을 극복할 필요가 있다. 따라서, 상기 리턴유에 배압이 가해져 조향이 보다 안정되고 외부 로드에 의한 쓸데없는 흡입 현상이 회피될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 일방향 밸브는 압축 스프링(compression spring)을 구비한다. 압축 스프링은 작동유가 일방향 밸브를 통해 역류하는 것을 방지하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 비 제한적인 실시 예에서, 도 1에 도시 된 바와 같이, 비례 방향 밸브는 A 개구 및 B 개구에 연결되고, A 개구 및 B 개구는 모두 오일 실린더에 연결된다. 압력이 평형 밸브에 의해 설정된 개방 압력보다 작을 경우, 조향 펌프에 연결된 오일 포트가 열리지 않기 때문에 오일은 조향 실린더로 돌아갈 수 없다. 조향 실린더는 압력이 평형 밸브(1)에 의하여 설정된 압력보다 커질 때까지 작동하지 않는다. 평형 밸브(1)가 열리면 조향 실린더가 작동하기 시작한다. 압력은 휠에 의해 생성 된 정렬 압력보다 크기 때문에, 상기 조향은 보다 안정적이다.
본 발명의 바람직한 비 제한적인 실시 예에서, 로직 밸브(5)는 시스템의 압력 및 작동 중 상기 비례 밸브의 압력차를 제어하기 위해 사용되며, 로직 밸브(5)의 스프링 압축은 7바(bar)로 선택된다. 전기 조향 장치(electric power steering)가 작동할 때는, 시스템의 압력은 항상 로드의 압력보다 7바(bar) 높다. 상기 전기 조향 장치가 작동하지 않을 때, 로드는 오로지 7바(bar)의 압력에 의해 언로드되어, 열의 발생이 크게 감소한다. 또한 로직 밸브(5)는 비례 방향 밸브(3)가 작동할 때 압력차가 대략 7바(bar)가 되도록 하여, 비례 방향 밸브(3)가 로드의 영향을 받지 않도록 한다. 따라서 조향 속도는 주어진 PWM 신호에만 관련되고, 로드에는 관련되지 않도록 한다.
본 발명의 바람직한 비 제한적인 실시 예에서, 압축 스프링의 개방 압력은 조향 정렬 힘의 1.3배이다. 또한, 압축 스프링의 개방 압력은 40바(bar)이다. 압축 스프링의 개방 압력이 40바(bar) 일 때, 평형 밸브(1)의 제어 비율은 바람직하게는 4.5이다.
본 발명을 추가로 설명하기 위한 실시 예가 아래에 제공된다.
도 1을 참조하면, 제1실시 예는, 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체가 본 발명에 의해 제공된다. 본 발명은 원래 농기계의 조향유 라인에 유압 제어 밸브 조립체를 병렬로 설치하여 조향 오일 실린더를 구동시킨다. 원래 수동 조향은 전기 자동 조향으로 변경된다. 외부 센서의 감지 신호와 결합하여 컨트롤러를 통해 폐회로 실시간 작동이 이루어지기 때문에 시스템의 응답 및 제어 정확도가 향상되므로 오류가 더 적다. 본 발명은 조향의 방향 및 속도를 제어하기 위한 Y 타입 기능 3위치 4방향 유압식 비례 방향 밸브(3)를 구비한다. 로직 밸브(5)는 에너지 절약 및 운선순위 판별의 기능을 수행한다. 오버플로우 밸브(4)는 안전을 보호하는데 사용된다. 평형 밸브(1)는 조향을 보다 안정되게 할 수 있다. 구체적인 절차는 다음과 같다. 작동유는 제한없이 일 방향 밸브에서 평형 밸브(1)을 통해 전진할 수 있다. 그러나, 작동유가 거꾸로 흐르는 경우, 평형 밸브의 스프링에 의해 설정된 개방 압력을 극복할 필요가 있다. 따라서, 리턴유에 배압이 가해져 조향이 보다 안정되고 외부 로드에 의한 쓸데없는 흡입 현상이 회피될 수 있다. 일반적으로 평형 밸브(1)의 개방 압력은 조향 정렬 힘의 1.3 배이다. 농기계의 특성에 따라, 평형 밸브(1)의 개방 압력은 일반적으로 대략 40바(bar)로 설정되고, 평형 밸브(1)의 제어 비율은 4.5로 선택된다. 비례 밸브가 반전 될 때, 밸브의 A 개구 및 B 개구 중 하나는 조향 펌프에 연결되고, 다른 하나는 리턴유 탱크에 연결된다. 압력이 평형 밸브에 의해 설정된 개방 압력보다 작을 때 조향 펌프에 연결된 오일 포트가 열리지 않기 때문에 오일은 조향 실린더로 돌아갈 수 없다. 조향 실린더는 압력이 평형 밸브에 의해 설정된 40바(bar)의 압력보다 커질 때까지 작동하지 않는다. 평형 밸브가 열리면 조향 실린더가 작동하기 시작한다. 압력은 휠에 의해 생성 된 정렬 압력보다 크기 때문에, 조향은 보다 안정적이다.
로직 밸브(5)의 스프링 압축은 7바(bar)로 선택된다. 전기 조향 장치가 작동 중일 때, 시스템의 압력은 항상 로드의 압력보다 7바(bar) 높다. 전기 조향 장치가 작동하지 않을 때, 로드는 오로지 7바(bar)의 압력에 의해 언로드 되어, 열의 발생이 크게 감소한다. 또한, 로직 밸브는 비례 밸브가 작동 중일 때 비례 밸브가 로드의 영향을 받지 않도록 대략 7바(bar)의 압력차를 보장한다. 따라서 조향 속도는 주어진 PWM 신호에만 관련되고 로드에는 관련되지 않는다. 또한, 농기계의 네비게이션 시스템과 조합함으로써, 농기계의 자율 주행 조작을 보다 안정적으로 할 수 있다.
결론적으로, 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체는 본 발명에 의해 제공되며, 유압 제어 밸브 조립체는 비례 방향 밸브를 포함한다. 평형 밸브는 비례 방향 밸브와 조향 실린더 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브가 비례 방향 밸브와 평형 밸브 사이에 배치된다. 제1셔틀 밸브는 비례 방향 밸브의 일측에 위치한다. 오버플로우 밸브는 비례 방향 밸브의 타측에 위치한다. 오버플로우 밸브는 제2셔틀 밸브 및 로직 밸브에 각각 연결된다. 본 발명에 의해 제공되는 유압 제어 밸브 조립체는 제어력이 크고 신속한 응답을 가지며 농기계의 자율 주행 조작에 보다 적합하다. 또한, 로드 센서의 설계는 조향 속도가 제어 신호에만 관련되지만 로드에는 관련되지 않도록 보장한다. 시스템이 더 많은 에너지를 절약한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 밸브 조립체에 있어서, 본래의 수동 조향은 전기 자동 조향으로 변경된다. 외부 센서의 감지 신호와 결합하여 컨트롤러를 통해 폐쇄 루프 실시간 작동이 수행되기 때문에, 시스템의 응답 및 제어 정확도가 향상되므로 오류가 적다. 본 발명의 유압 제어 밸브 조립체에는 조향의 방향 및 속도를 제어하기 위한 Y 타입 기능 3위치 4방향 유압 비례 방향 밸브가 제공된다. 로직 밸브는 에너지 절약 및 우선순위 판별 기능을 수행한다. 오버플로우 밸브는 안전을 보호하기 위해 사용된다. 평형 밸브는 조향을 보다 안정하게 만들 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예가 위에 설명되었다. 본 발명은 상술 한 특정 실시 예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 상세하게 설명되지 않은 장치 및 구조는 당업계의 통상적인 방식으로 이해되고 구현되어야 한다. 전술한 방법 및 기술을 이용하여, 당업자는 본 발명의 기술적 해결책의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 동등한 변형의 기술적 해결책에 대한 많은 가능한 변형 및 수정을 하거나 본 발명의 동등한 변형을 유도 할 수 있다. 이러한 보정은 본 발명의 실질적인 내용에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 기술 사상에 의한 상기 실시 예들에 대한 임의의 간단한 수정, 등가 변형 및 개조가 본 발명의 기술적 해결 방안의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (8)

  1. 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체로서,
    상기 농기계는, 조향 실린더; 조향 펌프; 및 리턴유 탱크를 포함하고,
    상기 조향 펌프는 조향 실린더 및 상기 리턴유 탱크에 각각 연결되며;
    상기 유압 제어 밸브 조립체는,
    비례 방향 밸브;
    상기 비례 방향 밸브와 상기 조향 실린더 사이에 배치되는 평형 밸브;
    상기 비례 방향 밸브와 상기 평형 밸브 사이에 배치되는 제1셔틀 밸브; 및
    상기 비례 방향 밸브의 타측에 위치한 오버플로우 밸브를 포함하고,
    상기 제1셔틀 밸브는 상기 비례 방향 밸브의 일측에 위치되고,
    상기 오버플로우 밸브는 제2셔틀 밸브 및 로직 밸브에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평형 밸브는 2개의 일방향 밸브를 포함하고,
    상기 2개의 일방향 밸브는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 일방향 밸브는 압축 스프링을 구비하고,
    상기 압축 스프링은 작동유가 상기 일방향 밸브를 통해 역방향으로 유동하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비례 방향 밸브는 A 개구 및 B 개구에 연결되고,
    상기 A 개구 및 상기 B 개구는 모두 오일 실린더에 연결되는 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로직 밸브는 상기 시스템의 압력 및 작동 중 상기 비례 방향 밸브의 압력차를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 압축 스프링의 개방 압력은 조향 정렬 힘의 1.3 배인 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 압축 스프링의 개방 압력은 40바(bar)인 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평형 밸브의 제어 비율은 4.5인 것을 특징으로 하는 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체.
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