KR20180107350A - 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템 - Google Patents

선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템 Download PDF

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최영호
박정우
김효곤
이종득
이효준
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 구동 장치를 용도 및 출력 사양에 따라 분리 배치하고 각각에 공급하는 유압 소스가 필요에 따라 상대 측 구동장치에 공급될 수 있는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 작동오일을 공급하는 탱크, 상기 탱크에 연결되며, 병렬 배치된 제 1 유압 장치 및 제 2 유압 장치, 상기 제 1 유압 장치 후단에 연결되며 제 1 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 1 밸브팩, 상기 제 2 유압 장치 후단에 연결되며 제 2 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 2 밸브팩, 상기 제 1 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 1 구동부, 상기 제 2 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 2 구동부 및 상기 제 1 밸브팩과 상기 제 2 밸브팩 사이에서, 온(ON)/오프(OFF)를 통해 상기 제 1 유압 라인과 제 2 유압 라인을 연결 또는 차단하는 이중화 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 개시한다.

Description

선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템{Hydraulic system with optional redundancy}
본 발명은 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 구동장치를 용도 및 출력 사양에 따라 분리 배치하고 각각에 공급하는 유압 소스가 필요에 따라 상대 측 구동장치에 공급될 수 있는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템에 관한 것이다.
유압발생장치는 유압시스템의 핵심 부분으로서 HPU(Hydraulic Power Unit 또는 Hydraulic Power Pack)를 말하며 HPU가 유압을 발생하면, 유압 소스는 방향제어밸브로 공급되고, 각 구동장치는 방향제어밸브에서 보내진 유압으로 제어를 한다.
통상, 중장비용 유압시스템은 고장 발생시 작업 중단을 가져오고, 이는 부가적인 비용 지출을 증가시킴으로써 반드시 높은 신뢰성을 갖추어야 한다. 이를 위해 하나의 동작을 위해 복수개의 구동장치를 병렬로 연결하는 이중화 방법을 적용하여 하나의 구동장치가 고장이 발생하여도 다른 구동장치를 통해 동작을 할 수 있도록 시스템을 설계하기도 하고, 복수개의 유압발생장치를 적용하는 이중화 방법을 적용하여 하나의 유압발생장치가 고장을 일으켜도 출력은 저하되지만 구동장치가 동작할 수 있도록 시스템을 설계하기도 한다.
본 발명은 구동 장치를 용도 및 출력 사양에 따라 분리 배치하고 각각에 공급하는 유압 소스가 필요에 따라 상대 측 구동장치에 공급될 수 있는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 하나의 유압 발생 장치가 고장을 일으켜도 이중화 기능을 활성화함으로써 다른 유압 발생 장치를 통해 유압 소스를 공급할 수 있으며, 외부 부하로 인해 시스템이 받게 되는 부정적인 영향을 이중화 기능을 비활성화 함으로서 영향을 최소화하여 정밀한 제어가 가능한 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템은 작동오일을 공급하는 탱크, 상기 탱크에 연결되며, 병렬 배치된 제 1 유압 장치 및 제 2 유압 장치, 상기 제 1 유압 장치 후단에 연결되며 제 1 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 1 밸브팩, 상기 제 2 유압 장치 후단에 연결되며 제 2 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 2 밸브팩, 상기 제 1 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 1 구동부, 상기 제 2 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 2 구동부 및 상기 제 1 밸브팩과 상기 제 2 밸브팩 사이에서, 온(ON)/오프(OFF)를 통해 상기 제 1 유압 라인과 제 2 유압 라인을 연결 또는 차단하는 이중화 밸브를 포함한다.
또한, 상기 이중화 밸브가 오프(OFF)된 경우, 상기 제 1 유압 장치에 의한 제 1 구동부와 상기 제 2 유압 장치에 의한 제 2 구동부는 독립적인 유압 공급 경로를 구성할 수 있다.
상기 제 1 유압 장치가 불량인 경우, 상기 이중화 밸브는 온(ON)되고, 상기 제 1 구동부는 상기 제 2 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동될 수 있다.
또한, 상기 제 2 구동부에서 고출력을 요구하는 경우, 상기 이중화 밸브는 온(ON)되고, 상기 제 2 구동부는 상기 제 2 밸브팩에서 추가적인 유압을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 제 1 구동부는 트랙 모터, 붐 실린더 암 실린더 및 버킷 실린더를 포함하고, 상기 제 2 구동부는 스윙 모터, 트렌칭 모터 및 암 파쇄 모터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이중화 밸브는 포펫 밸브, 셔틀 밸브 및 방향 제어 밸브로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유압 장치 및 상기 제 2 유압 장치는 동일 사양일 수 있다.
또한, 상기 제 1 밸브팩 또는 상기 제 2 밸브팩의 복수의 밸브는 복수의 방향제어밸브로 구성되며, 병렬 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템은 구동 장치를 용도 및 출력 사양에 따라 분리 배치하고 각각에 공급하는 유압 소스가 필요에 따라 상대 측 구동장치에 공급될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템은 하나의 유압 발생 장치가 고장을 일으켜도 이중화 기능을 활성화함으로써 다른 유압 발생 장치를 통해 유압 소스를 공급할 수 있으며, 외부 부하로 인해 시스템이 받게 되는 부정적인 영향을 이중화 기능을 비활성화 함으로서 영향을 최소화하여 정밀한 제어가 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
다음은 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템의 회로도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템은 탱크(100), 유압 발생 장치(210, 220), 밸브팩(310, 320), 이중화 밸브(400) 및 구동부(510, 520, 530)를 포함한다.
상기 탱크(100)는 오일을 저장하는 저장소이고, 유압 시스템을 통해 각 구동부(510, 520, 530)로 공급되었던 오일이 회수되도록 리턴 장치와 연계될 수 있다. 상기 리턴 장치는 중장비 분야의 통상적인 구성을 적용할 수 있으며, 본 발명에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 유압 발생 장치(210, 220)는 탱크(100)의 후단에서 제 1 유압 발생 장치(210)와 제 2 유압 발생 장치(220)로 분기되어 병렬 배치되며, HPU(Hydraulic Power Unit) 또는 HPP(Hydraulic Power Pack)로 명명된다. 여기서, 제 1 유압 발생 장치(210)와 제 2 유압 발생 장치(220)는 서로 동일한 사양의 유압 발생 장치를 사용해 구성한다.
상기 유압 발생 장치(210, 220)는 작동오일이 저장된 상기 탱크(100)에서 유량을 펌핑해 유압을 생성하고, 밸브팩(310, 320)에 유량을 공급함으로써 생성된 유압이 밸브팩(310, 320)을 통해 각각의 유압 라인(311, 321)으로 제공된다.
상기 밸브팩(310, 320)(valve pack)은 제 1 유압 발생 장치(210)에서 유압을 공급받는 제 1 밸브팩(310)과 제 2 유압 발생 장치(220)에서 유압을 공급받는 제 2 밸브팩(320)으로 구성된다.
여기서, 유압 발생 장치(210, 220)와 밸브팩(310, 320)의 사이 각각에는 도시하지 않았지만 체크밸브(check valve)가 설치됨으로써, 밸브팩(310, 320)으로 보내진 고압 유량이 밸브팩(310, 320)에서 유압 발생 장치(210, 220) 쪽으로 가는 역방향 흐름을 차단한다.
상기 제 1 밸브팩(310)은 유압이 전달되는 제 1 유압 라인(311)과 복수의 밸브(312, 313, 314, 315, 316)를 구비한다.
제 1 유압 라인(311)은 제 1 유압 발생 장치(210)에서 공급받은 유압의 경로를 제공하며, 병렬 배치된 복수의 밸브(312, 313, 314, 315, 316)를 통하여 후단의 제 1 구동부(510) 각각에 분배된 유압을 공급한다.
상기 복수의 밸브(312, 313, 314, 315, 316)는 비례방향 제어밸브(proportional directional control valve)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 밸브(312, 313, 314, 315, 316)의 개수는 대응되는 제 1 구동부(510)의 구동 장치(actuator)의 구성에 따라 변경 가능함은 물론이다.
상기 제 2 밸브팩(320)은 유압이 전달되는 제 2 유압 라인(321)과 복수의 밸브(322, 323)를 구비한다.
제 2 유압 라인(321)은 제 2 유압 발생 장치(220)에서 공급받은 유압의 경로를 제공하며, 병렬 배치된 복수의 밸브(322, 323)를 통하여 후단의 제 2 구동부(520, 530) 각각에 분배된 유압을 공급한다.
상기 복수의 밸브(322, 323)는 비례방향 제어밸브(proportional directional control valve)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 밸브(322, 323)의 개수는 대응되는 제 2 구동부(520)의 구동 장치(actuator)의 구성에 따라 변경 가능함은 물론이다.
상기 이중화 밸브(400)는 제 1 유압 라인(311)과 제 2 유압 라인(321)을 연결 및 차단하도록 제 1 밸브팩(310)과 제 2 밸브팩(320) 사이에 설치된다. 여기서 상기 이중화 밸브(400)는 포펫 밸브, 셔틀밸브와 2/3방향 제어밸브를 적용하여 on/off 밸브 회로로 설계될 수 있다.
즉, 상기 이중화 밸브(400)는 사용자의 전기적 신호를 통해 온(ON) 또는 오프(OFF)될 수 있어, 제 1 유압 라인(311)과 제 2 유압 라인(321)을 연결 또는 차단하며, 연결 방향을 설정할 수 있다.
상기 구동부(510, 520, 530)는 주행을 위한 구동 장치로 트랙 모터, 스윙 모터를 사용하며, 작업을 위한 구동장치인 다목적암용 실린더나 그 외 툴용 구동장치를 선택적으로 사용하며, 각 구동 장치에 대하여 출력 사양에 따라 밸브팩(310, 320) 각각의 방향제어밸브와 연결한다. 여기서, 작업 종류에 따라 밸브팩(310, 320)의 방향제어밸브에 구동장치를 배치한 결과는 다음의 [표 1]과 같다.

 Working Mode
(1) Arm (Bucket) (2) Arm (Rock crusher) (3) Trenching cutter


Valve pack 1

 Motor: Track(left) Motor: Track(left) Motor: Track(left)
Motor: Track(right) Motor: Track(right) Motor: Track(right)
Cylinder: Boom Cylinder: Boom Cylinder:TrenchingBoom
Cylinder:Arm Cylinder:Arm Cylinder:Depressor
Cylinder:Bucket Cylinder:Bucket -

Valve pack 2		 - Motor:Tool Motor:Tool
Motor:Swing Motor:Swing Motor:Swing
상기 구동부(510, 520, 530)는 제 1 밸브팩(310)에 연결된 제 1 구동부(510)와 제 2 밸브팩(320)에 연결된 제 2 구동부(520)와 제 3 구동부(530)로 구성된다.
상기 구동부(510, 520, 530)는 구동장치 제어를 위한 각각의 밸브팩(310, 320)의 모션과 작업이 동시에 가능하도록 출력과 목적에 따라 적절하게 배치될 수 있다.
여기서, 상세히 상기 제 1 구동부(510)는 높은 출력을 필요로 하는 것으로 가정한 트랙 모터(511, 512), 소비 유량이 낮은 붐 실린더(513), 암 실린더(514) 및 버킷 실린더(514)로 구성되어 제 1 밸브팩(310)에 연결된다.
또한, 제 2 구동부(520)는 출력이 높으며, 툴용 구동장치에 해당하는 트렌칭 모터(521)와 암 파쇄 모터(522)와 구성되어 제 2 밸브팩(320)에 연결될 수 있다.
또한, 스윙모터(530)는 주행 구동과의 독립성을 위해 제 2 밸브팩(320)에 연결되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 유압 발생 장치(210, 220)는 독립적으로 작동하는 제 1 유압 발생 장치(210)와 제 2 유압 발생 장치(220)로 이원화되며, 각각의 유압 발생 장치(210, 220)는 유량을 펌핑해 유압을 생성한다.
상기 제 1 밸브팩(310) 및 제 2 밸브팩(320)은 제 1 유압 발생 장치(210)와 제 2 유압 발생 장치(220) 각각에서 공급된 유량을 이원화된 제 1 구동부(520)와 제 2 구동부(520)로 전달한다.
이때, 제 1 유압 발생 장치(210)와 제 2 유압 발생 장치(220) 중 하나의 유압 발생 장치가 고장 시, 이중화 밸브(400)는 제 1 유압 라인(311)과 제 2 유압 라인(321)을 연결하여, 전체 출력의 감소 하에서도 작업 중단 없이 제 1 구동부(510)와 제 2 구동부(520)가 동작할 수 있다.
또한, 제 1 구동부(510)와 제 2 구동부(520) 중 특정 구동 장치에서 높은 출력을 요구하는 경우, 이중화 밸브(400)는 제 1 유압 라인(311)과 제 2 유압 라인(321)을 연결하여, 연결된 유압 발생 장치(210 or 220) 이외에 다른 유압 발생 장치(220 or 210)에서 유압을 공급받을 수 있어, 필요에 따라 선택적으로 이중화 기능을 구현하는 것이 가능하다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템은 구동 장치를 용도 및 출력 사양에 따라 분리 배치하고 각각에 공급하는 유압 소스가 필요에 따라 상대 측 구동장치에 공급될 수 있으며, 하나의 유압 발생 장치가 고장을 일으켜도 이중화 기능을 활성화함으로써 다른 유압 발생 장치를 통해 유압 소스를 공급할 수 있으며, 외부 부하로 인해 시스템이 받게 되는 부정적인 영향을 이중화 기능을 비활성화 함으로서 영향을 최소화하여 정밀한 제어가 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 탱크
210, 220: 유압 발생 장치(210, 220)
310, 320: 밸브팩
400: 이중화 밸브
510, 520, 530: 구동부

Claims (8)

  1. 작동오일을 공급하는 탱크;
    상기 탱크에 연결되며, 병렬 배치된 제 1 유압 장치 및 제 2 유압 장치;
    상기 제 1 유압 장치 후단에 연결되며 제 1 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 1 밸브팩;
    상기 제 2 유압 장치 후단에 연결되며 제 2 유압 라인 및 복수의 밸브를 구비하는 제 2 밸브팩;
    상기 제 1 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 1 구동부;
    상기 제 2 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 복수의 구동 장치로 구성되는 제 2 구동부; 및
    상기 제 1 밸브팩과 상기 제 2 밸브팩 사이에서, 온(ON)/오프(OFF)를 통해 상기 제 1 유압 라인과 제 2 유압 라인을 연결 또는 차단하는 이중화 밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이중화 밸브가 오프(OFF)된 경우,
    상기 제 1 유압 장치에 의한 제 1 구동부와 상기 제 2 유압 장치에 의한 제 2 구동부는 독립적인 유압 공급 경로를 구성하는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유압 장치가 불량인 경우, 상기 이중화 밸브는 온(ON)되고,
    상기 제 1 구동부는 상기 제 2 밸브팩을 통한 유압에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 구동부에서 고출력을 요구하는 경우, 상기 이중화 밸브는 온(ON)되고,
    상기 제 2 구동부는 상기 제 2 밸브팩에서 추가적인 유압을 공급받는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구동부는 트랙 모터, 붐 실린더 암 실린더 및 버킷 실린더를 포함하고,
    상기 제 2 구동부는 스윙 모터, 트렌칭 모터 및 암 파쇄 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이중화 밸브는 포펫 밸브, 셔틀 밸브 및 방향 제어 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유압 장치 및 상기 제 2 유압 장치는 동일 사양인 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 밸브팩 또는 상기 제 2 밸브팩의 복수의 밸브는 복수의 방향제어밸브로 구성되며, 병렬 배치되는 것을 특징으로 하는 선택적 이중화 기능이 적용된 유압시스템.
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