KR20180093399A - 굴착기의 자동 변속 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착기의 자동 변속 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템은, 굴착기의 주행 장치를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 주행 모터(10); 상기 주행 모터(10)의 포지션을 2속 또는 1속으로 변환하도록 동작하는 변속 액추에이터(12); 상기 변속 액추에이터(12)에 작동 유압을 제공하는 변속 액추에이터 작동라인(14); 상기 변속 액추에이터 작동라인(14)에 설치되어 상기 변속 액추에이터(12)에 전달되는 유압의 방향을 2속 또는 1속으로 전환하는 속도 전환밸브(16); 상기 속도 전환밸브(16)에 전환 신호를 전달하는 파일럿 유압라인(18); 전진 또는 후진 신호에 따라 유압 펌프에서 토출되어 상기 주행 모터(10)로 보내지는 압유의 방향을 전환하는 방향전환밸브로부터 상기 주행 모터(10)로 병렬로 연결되는 주행 유압 병렬 라인(20); 상기 주행 유압 병렬 라인(20)의 도중에 설치되어 두 라인 중 고압 측의 압력을 센싱하는 압력센싱모듈(30); 상기 파일럿 유압라인(18)에 설치되어 파일럿 압유를 1속 또는 2속으로 전환하는 솔레노이드 단속밸브(40); 상기 압력센싱모듈(30)로부터 인가되는 센싱 신호를 받아 기준압력과 비교하여 기준압력을 초과하는 경우 상기 솔레노이드 단속밸브(40)에 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 연결 시키는 신호를 하달하여 상기 속도 전환밸브(16)를 1속으로 전환하도록 하는 주행 컨트롤러(50); 를 포함한다.

Description

굴착기의 자동 변속 시스템{Automatic Speed Changing System of Excavator}

본 발명은 굴착기의 변속 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2속으로 주행시 주행 모터의 압력 변화에 따라 자동으로 1속으로 변환시킴으로써 주행 안정성을 향상시킨 굴착기의 자동 변속 시스템에 관한 것이다.

굴착기는 유압 펌프로부터 토출 되는 압유를 주행 모터에 보내 주행하는 한편, 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더와 같은 작업 장치에 보내 흙을 파서 트럭에 옮겨 싣는 등의 작업을 수행한다.

일반적으로, 굴착기는 3가지 모드로 주행 가능하다. 3가지 주행 모드는, 저속 주행(1속 주행), 고속 주행(2속 주행) 및 자동 변속 주행이다.

그런데 자동 변속 주행 시스템이 갖추어져 있지 않은 굴착기는 2속으로 주행시 운전 상황에 따라 시스템 안에서 1속으로 자동으로 변속할 수 없기 때문에 운전자가 스위치나 레버를 수동으로 조작하여 일일이 변속을 실행하거나 수동 조작 수단까지도 없다면 1속 변속이 불가함으로써 굴착기가 가져야 할 일정 수준의 작업 능력을 확보하기에 한계가 있다.

예를 들어, 경사지에서 작업하거나 지면 굴곡이 심한 곳에서 작업 중, 굴착기가 경사나 굴곡을 오르면서 작업하는 경우 주행모터에 최대의 압력이 걸리더라도 주행모터에 부여된 능력 한도 상 회전력(torque)이 약해 주행할 수 없는 한계 상황이 발생할 수 있다. 회전력을 높이려면 저속으로 변속하여야 하는데, 1속 자동 변속 시스템이 갖추어져 있지 않으면 불가능한 것이다.

2속에서 1속으로 운전자가 직접 조작하는 것이 아니라 시스템이 자동으로 변속하는 종래의 예가 특허문헌 1 내지 2에 개시되어 있다.

그러나 상기 특허문헌 1 내지 2에 개시된 기술은, 선회동작시 상대적으로 주행속도가 느린 쪽의 주행장치의 반력을 감소시켜 선회조작을 부드럽게 하는 기술이거나, '프런트 작업장치'(붐 및 버킷 작동 실린더 장치)에 가해지는 부하(압력)에 따라 제어장치가 주행모터를 저속 또는 고속 주행으로 자동으로 변속시키도록 한 기술일 뿐이어서, 실제로 주행을 담당하고 있는 주행모터의 운전상황이나 등판능력을 반영하지 못한다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0083414호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1241599호

따라서 본 발명은 프런트 작업장치의 구동 여부와 관계없이, 주행을 담당하고 있는 주행모터의 실제적인 운전상황을 파악하여 2속에서 1속으로 자동으로 변속시킴으로써 굴착기의 주행 안정성을 확보할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 본 발명의 목적은, 굴착기의 주행 장치를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 주행 모터(10); 상기 주행 모터(10)의 포지션을 2속 또는 1속으로 변환하도록 동작하는 변속 액추에이터(12); 상기 변속 액추에이터(12)에 작동 유압을 제공하는 변속 액추에이터 작동라인(14); 상기 변속 액추에이터 작동라인(14)에 설치되어 상기 변속 액추에이터(12)에 전달되는 유압의 방향을 2속 또는 1속으로 전환하는 속도 전환밸브(16); 상기 속도 전환밸브(16)에 전환 신호를 전달하는 파일럿 유압라인(18); 전진 또는 후진 신호에 따라 유압 펌프에서 토출되어 상기 주행 모터(10)로 보내지는 압유의 방향을 전환하는 방향전환밸브로부터 상기 주행 모터(10)로 병렬로 연결되는 주행 유압 병렬 라인(20); 상기 주행 유압 병렬 라인(20)의 도중에 설치되어 두 라인 중 고압 측의 압력을 센싱하는 압력센싱모듈(30); 상기 파일럿 유압라인(18)에 설치되어 파일럿 압유를 1속 또는 2속으로 전환하는 솔레노이드 단속밸브(40); 상기 압력센싱모듈(30)로부터 인가되는 센싱 신호를 받아 기준압력과 비교하여 기준압력을 초과하는 경우 상기 솔레노이드 단속밸브(40)에 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 연결 시키는 신호를 하달하여 상기 속도 전환밸브(16)를 1속으로 전환하도록 하는 주행 컨트롤러(50); 를 포함하는 굴착기의 자동 변속 시스템을 제공함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템에서, 상기 주행 모터(10)는 사판식 피스톤 모터로 이루어지고, 상기 변속 액추에이터(12)는 상기 사판의 각도를 전환하는 시스템으로 이루어진다.

본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템에서, 상기 변속 액추에이터 작동라인(14)은 상기 주행 유압 병렬 라인(20)으로부터 분기되는 라인으로 이루어진다.

본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템에서, 상기 압력센싱모듈(30)은, 상기 주행 유압 병렬 라인(20)의 2개의 유압 라인 중 고압 측의 압력을 출력하는 셔틀밸브(32)와, 상기 셔틀밸브(32)로부터 출력되는 압력을 센싱하여 상기 주행 컨트롤러(50)로 센싱 신호를 인가하는 압력센서(34)를 포함한다.

본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템에 의하면, 주행 유압 병렬 라인을 통해 주행 모터로 유입되는 압유의 압력과 주행 모터로부터 배출되는 압유의 압력 중 고압 측의 압력을 검출하여 주행 컨트롤러의 통제하에 주행 상황에 따라 주행 모터의 포지션을 2속에서 1속으로 자동으로 변환시킴으로써, 굴착기가 경사지나 지면 굴곡이 심한 곳을 오르면서 작업하는 도중에 주행모터에 최대의 압력이 걸리는 한계 상황에서 2속에서 1속으로 자동으로 변속시켜 주행 장치의 회전력을 증대시킴으로써 작업을 원활하게 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템의 구성도로서, 2속 주행을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템의 구성도로서, 1속 주행으로 변속한 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템의 구체적인 실시 형태를 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템의 구성도가 도시되어 있다. 도 1은 2속 모드로 주행하는 경우, 즉, 굴착기의 일반적인 주행 상태를 기준으로 한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 굴착기의 자동 변속 시스템은, 주행 모터(10), 변속 액추에이터(12), 변속 액추에이터 작동라인(14), 속도 전환밸브(16), 파일럿 유압라인(18), 주행 유압 병렬 라인(20), 압력센싱모듈(30), 솔레노이드 단속밸브(40) 및 주행 컨트롤러(50)를 포함한다.

도 1에서는, 엔진 등의 동력원, 그 동력원에 의해 구동하는 유압 펌프, 전진 또는 후진 신호에 따라 유압 펌프에서 토출 되어 상기 주행 모터(10)로 보내지는 압유의 방향을 전환하는 방향전환밸브의 도시는 생략하였다.

또한, 도 1에서는, 무한 궤도식 굴착기의 주행모터 유압 회로를 일례로 나타낸 것으로서, 도면상 R/H는 우측 궤도를 움직이는 유압 회로이고 L/H는 좌측 궤도를 움직이는 유압 회로이다. 우측 유압 회로의 주행 모터(10)와 좌측 유압 회로의 주행 모터(10)는 각각 독립적인 유압 펌프로부터 압유를 받아 작동하거나(도 1 및도 2에 도시된 형태이거나) 또는 하나의 공통된 유압 펌프로부터 압유를 받아 작동한다.

상기 주행 모터(10)는, 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 굴착기의 주행 장치(예; 무한궤도)를 전진 또는 후진 방향으로 구동한다.

주행 모터(10)에는 2개의 유압 라인, 즉, 주행 유압 병렬 라인(20)이 연결되어 유압 펌프로부터 압유를 공급받으며, 방향전환밸브(도시하지 않음)에 의해 유입 방향과 유출 방향이 전환된다. 즉, 주행 유압 병렬 라인(20)은, 전, 후진을 위한 방향전환밸브로부터 연결되며, 방향전환밸브는 운전자의 전진 또는 후진 신호에 따라 유압 펌프에서 주행 모터(10)로 보내지는 압유의 방향을 전환한다.

도면에서, 주행 모터(10)에는 주행 유압 병렬 라인(20)을 통해 한쪽으로는 압유가 유입되고 반대쪽으로는 압유가 배출된다. 전진은 실선의 화살표시 방향으로 압유가 흐르고, 후진은 점선의 화살표시 방향으로 압유가 흐른다.

변속 액추에이터(12)는 주행 모터(10)에 구비되며, 주행 모터(10)에 유입되는 압유의 유량을 증감시키는 것에 의해 주행 모터(10)의 포지션을 2속 또는 1속으로 변환하도록 동작한다.

주행 모터(10)는 사판식 피스톤 모터로 구성될 수 있고, 이 경우 변속 액추에이터(12)는 사판의 각도를 전환하는 작동 기구로 이루어진다.

변속 액추에이터 작동라인(14)은, 상기 변속 액추에이터(12)에 작동 유압을 제공하기 위한 유압 라인이다. 변속 액추에이터 작동라인(14)은, 도면에 도시된 바와 같이, 주행 유압 병렬 라인(20)으로부터 분기할 수 있으며, 그로써 주행 유압 병렬 라인(20)의 유압을 이용할 수 있다.

변속 액추에이터 작동라인(14)에는 속도 전환밸브(16)가 설치되며, 이 속도 전환밸브(16)는 변속 액추에이터(12)에 전달되는 유압의 방향을 2속 또는 1속으로 전환한다.

속도 전환밸브(16)는, 운전자의 선택(예: 속도 선택 버튼 조작)에 따라 1속 또는 2속을 유지하는 밸브이다. 즉, 일반적으로는 운전자의 수동 조작에 의해 1속 또는 2속으로 전환된다.

이러한 속도 전환밸브(16)는, 운전자의 선택에 의해 2속으로 연결된 상태(도 1의 상태)를 유지하다가, 주행 컨트롤러(50)로부터 1속 제어신호가 인가되면 자동으로 1속(도 2의 상태)으로 전환된다.

본 발명에서, 속도 전환밸브(16)는 파일럿 유압라인(18)으로부터 전환 신호를 전달받도록 구성된다.

주행 유압 병렬 라인(20)의 도중에는 압력센싱모듈(30)이 설치된다.

압력센싱모듈(30)은 주행 유압 병렬 라인(20)의 두 라인 중 고압 측의 압력을 센싱하여 검출한다. 두 라인 중 하나는 주행 모터(10)로 압유를 보내는 라인이고 나머지 하나는 주행 모터(10)로부터 배출되는 라인이다. 일반적으로 전진 또는 후진 시 압력이 높은 라인은 주행 모터(10)로 압유를 보내는 라인의 압력이 주행 모터(10)로부터 배출되는 라인의 압력보다 높게 마련이므로, 압력센싱모듈(30)은 전진 또는 후진 시 주행 모터(10)로 압유를 보내는 라인의 압력의 크기를 검출한다.

도면에 도시된 실시예에서, 압력센싱모듈(30)은 셔틀밸브(32)와 압력센서(34)를 포함한다. 셔틀밸브(32)는 주행 유압 병렬 라인(20)의 2개의 유압 라인 중 고압 측의 압력을 압력센서(34)로 출력한다. 따라서 압력센서(34)는 항상 주행 유압 병렬 라인(20)의 2개의 유압 라인 중 고압 측의 압력을 검출하게 된다.

솔레노이드 단속밸브(40)는, 파일럿 유압라인(18)에 설치되어 속도 전환밸브(16)로 유입되는 파일럿 압유를 전환한다. 솔레노이드 단속밸브(40)는 운전자의 선택(예: 속도 선택 버튼 조작)에 따라 1속 또는 2속으로 전환되는 밸브이다. 즉, 일반적으로는 운전자의 수동 조작에 의해 1속 또는 2속으로 전환된다.

이러한 솔레노이드 단속밸브(40)가 운전자의 선택에 의해 2속으로 연결된 상태(도 1의 상태)를 유지하는 도중에, 주행 컨트롤러(50)로부터 1속 제어신호가 인가되면 자동으로 1속(도 2의 상태)으로 전환된다. 즉, 주행 컨트롤러(50)로부터 1속 신호가 인가되면 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 전환하여 1속의 파일럿 유압이 속도 전환밸브(16)로 전달되도록 하며, 이에 속도 전환밸브(16)는 2속에서 1속으로 자동으로 전환된다.

주행 컨트롤러(50)는, 압력센싱모듈(30)로부터 인가되는 센싱 신호를 전달받아 기준압력과 비교하여 압력센싱모듈(30)의 센싱 압력이 기준압력을 초과하면 솔레노이드 단속밸브(40)에 1속 신호를 하달하여 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 연결하는 제어 동작을 수행한다.

기준압력은 주행 모터(10)에 부여된 최고 압력 또는 그것에 가까운 압력으로서 저속 변속이 필요한 압력이며 설계 단계에서 주행 컨트롤러(50)에 설정된다.

도 1 및 도 2에서 미설명 부호 '60'은, 내리막 주행 시에 주행 모터(10)가 굴착기의 중량 관성에 의해 거꾸로 회전을 받거나 너무 빨리 회전하지 않도록 하는 저노하지지 않도록 하는 이른바' 반전방지 밸브'이다. 또한, '70'은 주행 모터(10)의 브레이크를 해제하기 위한 이른바 '브레이크 해제 밸브'이다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 굴착기의 자동 변속 시스템의 동작 과정을 설명한다.

우선, 도 1은 2속 주행 상태를 나타낸다.

2속 주행은, 굴착기가 일반적으로 장거리를 주행할 때에 사용하는 상태로서, 운전자의 선택에 의해 유지된다.

2속 주행 시, 유압 펌프(도시하지 않음)로부터 토출되는 압유는 방향전환밸브(도시하지 않음)에서 전진 또는 후진 신호에 따라 방향이 정해진 다음 주행 유압 병렬 라인(20)을 통해 주행 모터(10)에 유입되어 굴착기를 주행시킨다.

주행 모터(10)로 공급되거나 배출되는 압유의 압력 중 고압 측의 압력은 압력센싱모듈(30)에 의해 검출되며, 그 센싱 신호가 주행 컨트롤러(50)에 실시간으로 전송된다.

굴착기가 경사지나 지면 굴곡이 심한 곳에서 작업하는 도중에, 경사나 굴곡을 오르면서 작업을 수행할 때, 주행모터(10)에 최대의 압력이 걸리면 주행 유압 병렬 라인(20)을 통해 주행 모터(10)로 유입되는 압유의 압력이 크게 상승한다.

이처럼 주행 유압 병렬 라인(20)에 유입되는 압력이 증가하여 설정된 기준압력을 초과하는 것으로 판단되면, 주행 컨트롤러(50)는 솔레노이드 단속밸브(40)에 제어 신호를 인가하며, 그에 따라 솔레노이드 단속밸브(40)는 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 연결하는 방향으로 전환된다.

이처럼 솔레노이드 단속밸브(40)의 전환에 의해 파일럿 유압라인(18)이 1속으로 전환되면, 파일럿 유압이 속도 전환밸브(16)에 전달되어 속도 전환밸브(16)를 1속으로 전환시킨다.

즉, 속도 전환밸브(16)는, 도 2에 도시된 상태로 전환되어 변속 액추에이터(12)에 유입되는 유압 라인을 1속 상태로 전환시킨다.

이처럼 속도 전환밸브(16)가 1속으로 전환되면 변속 액추에이터(12)에 의해 주행 모터(10)의 포지션이 2속에서 1속으로 변환된다. 이에 따라 굴착기가 경사지나 지면 굴곡이 심한 곳을 오를 수 있도록 주행 장치의 회전력이 상승하게 되어 작업을 무리 없이 수행할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

10: 주행 모터
12: 변속 액추에이터
14: 파일럿 라인
16: 속도 전환밸브
20: 주행 유압 병렬 라인
30: 압력센싱모듈
32: 셔틀밸브
34: 압력센서
40: 솔레노이드 단속밸브
50: 주행 컨트롤러

Claims (4)

1. 굴착기의 주행 장치를 전진 또는 후진 방향으로 구동하는 주행 모터(10);
   상기 주행 모터(10)의 포지션을 2속 또는 1속으로 변환하도록 동작하는 변속 액추에이터(12);
   상기 변속 액추에이터(12)에 작동 유압을 제공하는 변속 액추에이터 작동라인(14);
   상기 변속 액추에이터 작동라인(14)에 설치되어 상기 변속 액추에이터(12)에 전달되는 유압의 방향을 2속 또는 1속으로 전환하는 속도 전환밸브(16);
   상기 속도 전환밸브(16)에 전환 신호를 전달하는 파일럿 유압라인(18);
   전진 또는 후진 신호에 따라 유압 펌프에서 토출되어 상기 주행 모터(10)로 보내지는 압유의 방향을 전환하는 방향전환밸브로부터 상기 주행 모터(10)로 병렬로 연결되는 주행 유압 병렬 라인(20);
   상기 주행 유압 병렬 라인(20)의 도중에 설치되어 두 라인 중 고압 측의 압력을 센싱하는 압력센싱모듈(30);
   상기 파일럿 유압라인(18)에 설치되어 파일럿 압유를 1속 또는 2속으로 전환하는 솔레노이드 단속밸브(40);
   상기 압력센싱모듈(30)로부터 인가되는 센싱 신호를 받아 기준압력과 비교하여 기준압력을 초과하는 경우 상기 솔레노이드 단속밸브(40)에 파일럿 유압라인(18)을 1속으로 연결 시키는 신호를 하달하여 상기 속도 전환밸브(16)를 1속으로 전환하도록 하는 주행 컨트롤러(50); 를 포함하는 굴착기의 자동 변속 시스템.
2. 제1항에서,
   상기 주행 모터(10)는 사판식 피스톤 모터로 이루어지고, 상기 변속 액추에이터(12)는 상기 사판의 각도를 전환하는 굴착기의 자동 변속 시스템.
3. 제1항에서,
   상기 변속 액추에이터 작동라인(14)은 상기 주행 유압 병렬 라인(20)으로부터 분기되는 라인으로 이루어지는 굴착기의 자동 변속 시스템.
4. 제1항에서,
   상기 압력센싱모듈(30)은,
   상기 주행 유압 병렬 라인(20)의 2개의 유압 라인 중 고압 측의 압력을 출력하는 셔틀밸브(32)와,
   상기 셔틀밸브(32)로부터 출력되는 압력을 센싱하여 상기 주행 컨트롤러(50)로 센싱 신호를 인가하는 압력센서(34)를 포함하는 굴착기의 자동 변속 시스템.

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