KR20180003278A - 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유압을 사용하는 대상 장비(10)의 폐기 유압을 이용하는 장치에 있어서: 상기 대상 장비(10)에 분기라인(22)으로 연결되는 본체(20); 상기 분기라인(22)의 하류단에 연결되어, 유압을 공압으로 저정하는 축압수단(30); 상기 축압수단(30)의 하류단으로 연결되어 공압으로 기계력을 발생하는 구동수단(40); 및 상기 축압수단(30)과 구동수단(40)을 설정된 알고리즘으로 가동하도록 연결되는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 각종 산업용 기계에 비교적 범용으로 적용하기 용이한 구조를 기반으로 유압라인의 잉여 유압을 축적하여 특정 작업을 위한 공압 구동원으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐기 유압을 이용한 공압 구동장치{Pneumatic drive apparatus using waste hydraulic pressure}
본 발명은 공압 구동장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 각종 산업용 기계에서 유압라인의 잉여 유압을 축적하여 공압 구동원으로 활용하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치에 관한 것이다.
보편적으로 공작기계, 건설기계, 항공기, 선박 등에서 비교적 큰 힘을 요구하는 부분에 유압펌프, 유압탱크, 유압라인 등을 연결하여 구성되는 유압시스템을 탑재한다. 유압시스템은 어큐뮬레이터를 이용하여 부하변동에 따른 유압라인의 압력변동을 흡수하지만 이를 축적하여 여타의 동력원으로 활용하기도 한다.
이와 관련하여 한국 공개특허공보 제2005-0118141호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2013-0010024호(선행문헌 2) 등의 선행기술문헌이 알려져 있다.
선행문헌 1은 자동차에 연결하여 보조 제동목적으로 사용하고 이때 발생한 유압을 차량이 출발할 때 보조동력원으로 사용하는 수단에 있어서, 유압펌프를 이용해 작동유를 축압기(어큐믈레이터)로 보내고 이때 발생하는 축압기의 반발압력을 보조제동력으로 사용한다. 이에, 제동의 안정성을 높이고 기동 부하를 줄여 연료를 절감하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 호이스트 작업 및 주행 작업을 위한 구동 시스템 및 제어 시스템과, 기존 유압 시스템 내에 여러 개의 유압 구성요소를 추가함으로써 형성되는 신규 유압 시스템을 포함하며, 상기 신규 유압 시스템은 또한 적어도 하나의 오일 펌프/오일 모터 및 적어도 하나의 유압 에너지 어큐뮬레이터를 포함한다. 이에, 운동 에너지를 회수 및 재생성하고, 작동 효율을 개선하는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 특정의 장비에 한정되어 전용적으로 구성되는 것이므로 각종 산업용 기계에 널리 적용하기 위한 범용성 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
1. 한국 공개특허공보 제2005-0118141호 "에너지재활용이 가능한 자동차의 보조 제동장치" (공개일자 : 2005.12.15.) 2. 한국 공개특허공보 제2013-0010024호 "에너지-절감형 주행식 유압 조작 기계" (공개일자 : 2011.11.17.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 각종 산업용 기계에 범용적으로 적용하기 용이한 구조를 기반으로 유압라인의 잉여 유압을 축적하여 특정 작업을 위한 공압 구동원으로 활용할 수 있는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유압을 사용하는 대상 장비의 폐기 유압을 이용하는 장치에 있어서: 상기 대상 장비에 분기라인으로 연결되는 본체; 상기 분기라인의 하류단에 연결되어, 유압을 공압으로 저정하는 축압수단; 상기 축압수단의 하류단으로 연결되어 공압으로 기계력을 발생하는 구동수단; 및 상기 축압수단과 구동수단을 설정된 알고리즘으로 가동하도록 연결되는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 축압수단은 체크밸브를 통하여 유입된 공기를 유압으로 송출하는 어큐뮬레이터, 어큐뮬레이터의 공기를 체크밸브를 통하여 저장하는 에어탱크를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 구동수단은 구동대의 직선운동을 유발하는 에에실린더 및 구동대의 회전운동을 유발하는 에어모터 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 대상 장비의 유압 부하가 오프된 상태이면서 축압수단의 저장 압력이 설정치 이하인 조건에서 분기라인의 입력밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 본체는 에어탱크에서 분기라인 측으로 연결되는 비상라인, 비상라인 상에 설치되어 공압을 유압으로 변환하는 변환기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 각종 산업용 기계에 비교적 범용으로 적용하기 용이한 구조를 기반으로 유압라인의 잉여 유압을 축적하여 특정 작업을 위한 공압 구동원으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 장치를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 장치를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 주요부를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제어수단을 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유압을 사용하는 대상 장비(10)의 폐기 유압을 이용하는 장치에 관하여 제안한다. 대상 장비(10)는 비교적 높은 유압을 사용하는 프레스 등의 공작기계, 굴삭기 등의 건설기계를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 대상 장비(10)는 유압라인(12) 상에 유압펌프(14), 모터(16) 등을 탑재하고 유압의 힘으로 소정의 작업을 위하 부하를 감당한다. 폐기 유압은 부하가 변동되는 과정에서 유압라인(12)에 형성되는 잉여 에너지를 의미한다. 대상 장비(10)는 작업 수행을 비롯한 전반적 제어를 담당하는 ECU(18)를 구비한다.
본 발명에 따르면 본체(20)가 상기 대상 장비(10)에 분기라인(22)으로 연결되는 구조이다. 본체(20)는 판재와 봉재로 형성되는 프레임을 기반으로 후술하는 주요 구성품을 일체로 지지한다. 분기라인(22)은 대상 장비(10)의 유압라인(12)에 이음관(24)을 개재하여 연결된다. 이음관(24)은 단순한 T형 조인트를 의미하지만 경우에 따라 밸브를 사용할 수도 있다.
또, 본 발명에 따르면 유압을 공압으로 저정하는 축압수단(30)이 상기 분기라인(22)의 하류단에 연결되는 구조이다. 축압수단(30)은 본체(20) 상에 탑재되고 유압라인(12)의 유압 에너지를 분기라인(22)을 통하여 축적한다. 축압수단(30)에 전달되는 유압을 단속하도록 분기라인(22) 상에 입력밸브(32)가 설치된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 축압수단(30)은 체크밸브(38)를 통하여 유입된 공기를 유압으로 송출하는 어큐뮬레이터(34), 어큐뮬레이터(34)의 공기를 체크밸브(38)를 통하여 저장하는 에어탱크(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 분기라인(22)의 하류단에 어큐뮬레이터(34)와 에어탱크(35)가 순차적으로 연결되고, 어큐뮬레이터(34)와 에어탱크(35) 사이에는 체크밸브(38)가 개재된다. 어큐뮬레이터(34)의 일측에는 외기를 유입하도록 흡기관(36)과 체크밸브(38)가 설치된다. 도 3에서 어큐뮬레이터(34)는 다이아프램(34a) 방식을 예시하지만 피스톤 방식, 블레더 방식 등을 배제하는 것은 아니다. 피스톤 방식은 내구성이 좋으나 응답성이 낮고, 블레더 방식은 응답성이 좋으나 내구성이 낮다. 에어탱크(35)는 계절에 따른 온도 변화의 영향을 축소하도록 단열재로 감싸는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 구동수단(40)이 상기 축압수단(30)의 하류단으로 연결되어 공압으로 기계력을 발생하는 구조이다. 구동수단(40)은 본체(20) 상에 탑재되고 에어탱크(35)에 저장된 공압을 활용하여 설정된 작업을 수행한다. 물론 구동수단(40)은 기계력을 주요 동력으로 제공하지만 에어탱크(35)의 압축 공기를 직접 사용하는 구성을 배제하지 않는다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 구동수단(40)은 구동대(43)의 직선운동을 유발하는 에에실린더(41) 및 구동대(43)의 회전운동을 유발하는 에어모터(45) 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다. 도 1은 에어탱크(35)와 복동식 에에실린더(41)를 2개의 출력밸브(47)로 연결한 상태를 예시한다. 도 2는 에어탱크(35)와 단동식 에에실린더(41)를 1개의 출력밸브(47)로 연결하면서 에어모터(45)를 부가한 상태를 예시한다. 에에실린더(41)는 구동대(43)의 직선운동을 대상 장비(10)에 부가할 수 있고, 에어모터(45)는 구동대(43)의 회전운동을 대상 장비(10)에 부가할 수 있다. 어느 경우에나 에에실린더(41) 또는 에어모터(45)는 대상 장비(10)의 주작업 부하, 보조작업 부하, 제동 부하 등을 부분적으로 감당한다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 축압수단(30)과 구동수단(40)을 설정된 알고리즘으로 가동하도록 연결되는 구조이다. 제어수단(50)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어부(55)를 기반으로 한다. 제어수단(50)의 알고리즘은 제어부(55)의 메모리에 저장되고 갱신된다. 제어부(55)의 입력단에 부하감지부(51), 압력감지부(53) 등이 연결되고, 출력단에 입력밸브(32), 출력밸브(47) 등이 연결된다. 입력밸브(32)와 출력밸브(47)는 엑츄에이터 등을 탑재한 전자 구동식을 사용한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 대상 장비(10)의 유압 부하가 오프된 상태이면서 축압수단(30)의 저장 압력이 설정치 이하인 조건에서 분기라인(22)의 입력밸브(32)를 개방하는 것을 특징으로 한다. 대상 장비(10)의 유압 부하가 오프된 상태는 대체로 잉여 유압이 발생하는 것으로 판단하며, 입력밸브(32)로 분기라인(22)의 유로를 개방하여 축압수단(30)의 가동을 개시한다. 다만 축압수단(30)의 에어탱크(35)가 적절한 압력 범위에 있는 조건에서 잉여 유압을 축적한다. 에어탱크(35)의 압력이 설정치 이상의 고압인 경우 무리한 유압 축적이 전체적인 내구성 저하를 초래하므로 입력밸브(32)를 오프한다.
이때, 제어수단(50)의 부하감지부(51)는 대상 장비(10)에서 유압펌프(14)의 작동 여부, 유압라인(12)의 압력 변동, ECU(18)를 통하여 감지되는 부하 변동 중 적어도 하나의 신호를 활용한다. 이는 대상 장비(10)의 종류에 따라 제어 알고리즘이 상이한 점에 기인한다. 유압펌프(14)의 오프 상태는 온 상태보다 잉여 유압의 가용성이 높아지고, 유압라인(12)의 압력이 고압이면 잉여 유압의 가용성이 높아지며, ECU(18)의 작업 알고리즘으로 잉여 유압의 가용 타이밍을 예측할 수 있다. 이에, 대상 장비(10)의 시스템 응답성에 따라 ECU(18)의 제어와 유압펌프(14)의 작동 시점이 다른 점을 감안함이 바람직하다.
한편, 대상 장비(10)의 유압 부하의 변동이 심한 경우 입력밸브(32)를 항시 개방된 상태로 유지하면 쇼크업소버 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 변형예로서, 상기 본체(20)는 에어탱크(35)에서 분기라인(22) 측으로 연결되는 비상라인(26), 비상라인(26) 상에 설치되어 공압을 유압으로 변환하는 변환기(27)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서, 비상라인(26)이 에어탱크(35)에서 입력밸브(32)의 상류측 밸브(28)에 연결된 상태를 예시한다. 유로 개폐용 밸브(28)는 전자 구동식 외에 수동식을 사용할 수도 있다. 물론 비상라인(26)의 하류단에서 밸브(28)를 생략하고 3방밸브 구조의 입력밸브(32)로 연결할 수도 있다. 비상라인(26)에 설치되는 변환기(27)는 일측의 공압과 타측의 유압을 매개하여 압력을 전달한다. 만일, 대상 장비(10)의 유압라인(12)에 누유나 파손이 발생한 경우 비상라인(26)을 개방하여 유압라인(12)으로 오일(유압)을 보내므로 위급 상황에 대응하여 처리시간을 벌 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 대상 장비 12: 유압라인
14: 유압펌프 18: ECU
20: 본체 22: 분기라인
24: 이음관 26: 비상라인
27: 변환기 28: 밸브
30: 축압수단 32: 입력밸브
34: 어큐뮬레이터 35: 에어탱크
36: 흡기관 38: 체크밸브
40: 구동수단 41: 에어실린더
42: 피스톤 43: 구동대
45: 에어모터 47: 출력밸브
50: 제어수단 51: 부하감지부
53: 압력감지부 55: 제어부

Claims (5)

  1. 유압을 사용하는 대상 장비(10)의 폐기 유압을 이용하는 장치에 있어서:
    상기 대상 장비(10)에 분기라인(22)으로 연결되는 본체(20);
    상기 분기라인(22)의 하류단에 연결되어, 유압을 공압으로 저정하는 축압수단(30);
    상기 축압수단(30)의 하류단으로 연결되어 공압으로 기계력을 발생하는 구동수단(40); 및
    상기 축압수단(30)과 구동수단(40)을 설정된 알고리즘으로 가동하도록 연결되는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 축압수단(30)은 체크밸브(38)를 통하여 유입된 공기를 유압으로 송출하는 어큐뮬레이터(34), 어큐뮬레이터(34)의 공기를 체크밸브(38)를 통하여 저장하는 에어탱크(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동수단(40)은 구동대(43)의 직선운동을 유발하는 에에실린더(41) 및 구동대(43)의 회전운동을 유발하는 에어모터(45) 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(50)은 대상 장비(10)의 유압 부하가 오프된 상태이면서 축압수단(30)의 저장 압력이 설정치 이하인 조건에서 분기라인(22)의 입력밸브(32)를 개방하는 것을 특징으로 하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(20)는 에어탱크(35)에서 분기라인(22) 측으로 연결되는 비상라인(26), 비상라인(26) 상에 설치되어 공압을 유압으로 변환하는 변환기(27)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기 유압을 이용한 공압 구동장치.
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