KR20210068416A - 분배 유압 시스템 - Google Patents

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KR20210068416A
KR20210068416A KR1020217008544A KR20217008544A KR20210068416A KR 20210068416 A KR20210068416 A KR 20210068416A KR 1020217008544 A KR1020217008544 A KR 1020217008544A KR 20217008544 A KR20217008544 A KR 20217008544A KR 20210068416 A KR20210068416 A KR 20210068416A
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hydraulic
distributor block
power machine
electronically controlled
lift arm
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KR1020217008544A
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바크라브 제이. 젤리네크
미카엘 엘. 보그트
도브로슬라브 라크
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클라크 이큅먼트 컴파니
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Abstract

본 발명은 분배 유압 시스템(405; 505; 604; 705) 및 분배 유압 시스템을 포함하는 굴착기와 같은 동력기계(100; 200; 600)에 관한 것이다. 분배 유압 시스템에서, 전자적으로 제어된 분배 블록(435, 535; 630; 635; 640; 645; 735; 835)은 특히 리프트 암을 따라 기계 전체에 걸쳐 위치하고, 다양한 기계 및 도구 기능의 작동기에 유압 동력을 국부적으로 분배한다. 복수의 위치에서의 유압의 분배 제어는 주 제어 밸브로부터 기계의 다양한 작동기로 지정되는 호스의 수를 감소시킨다.

Description

분배 유압 시스템
본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유압 시스템을 갖는 굴착기와 같은 동력기계에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 일 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 수행하기 위하여 조작할 수 있는 리프트 암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치가 있는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들면 굴착기(excavators), 로더(loaders), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.
굴착기와 같은 작업 차량에서, 차량의 다양한 운동에 동력을 공급하기 위하여 또는 동력을 공급받는 도구의 기능성을 갖기 위하여, 유압 시스템은 가압 유압 유체를 각 기능의 작동기에 제공하여야 한다. 통상적으로 건설 기계 산업에서, 작업 차량의 유압 시스템은 차량의 상부 구조물에 중앙에 위치한 제어 밸브를 포함하고, 유압 동력이 제어 밸브로부터 각각 다른 기능으로 전용화되고 기능을 제공하는 작동기로 지정되는(routed) 한 쌍의 호스를 통하여 분배된다. 리프트 암을 갖는 동력기계에서, 리프트 암의 길이를 따라 리프트, 틸트 및 보조 기능과 같은 제어 기능으로 지정되는 복수의 쌍의 호스가 필요하고, 이들 기능은 부착된 도구 상의 작동기에 의하여 수행된다. 복수-기능 도구에서, 도구 자체에 별개의 제어 밸브를 장착하여 호스의 경로(routing)의 감소를 돕는 것이 가능하다. 그러나, 복수의 도구에 제어 밸브를 장착하는 것은 도구의 소유자에게 전체 비용을 상당히 증가시킬 수 있다. 또한, 공급자 사이에 전기 신호 및 연결이 변할 수 있음에 따라 다양한 도구 공급자 사이의 제어 호환성이 보증되지 않고, 이는 호환성을 얻기 위하여 대체되어야 할 제어 단위 및 배선(wiring)을 필요로 한다.
일부 굴착기에서, 리프트 암 구조물은 스윙 작동기의 제어 하에 리프트 암 구조물이 상부 구조물에 대하여 옆으로 피벗(pivot) 또는 스윙하게 하는 스윙 마운트(swing mount)를 사용하여 가끔 '하우스(house)'로 지칭되는 상부 구조물에 장착된다. 이와 같은 굴착기에서, 복수 쌍의 유압 호스는 스윙 마운트 내에서 사용 가능한 제한된 공간을 통하여 지정되어야 한다.
다양한 기능에 동력을 주는 5개까지의 유압 회로가 필요하고, 종래의 리프트 암 및 도구의 운동을 위하여 필요한 현재의 호스와 결합된, 오늘날의 복수 기능 도구 및 부속품에 대한 커지는 요구에서, 호스의 현재의 경로는 더 혼잡하고 복잡해진다.
상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.
본 발명은 분배 유압 시스템 및 분배 유압 시스템을 포함하는 굴착기와 같은 동력기계에 관한 것이다. 분배 유압 시스템에서, 전자적으로 제어된 분배 블록은 특히 리프트 암을 따라 기계 전체에 걸쳐 위치하고, 다양한 기계 및 도구 기능의 작동기에 유압 동력을 국부적으로 분배한다. 분배기 블록은 사용자 입력에 반응하여 제어기로부터의 출력에 기반하여 유압 동력의 분배를 제어한다. 복수의 위치에서의 유압의 분배 제어는 주 제어 밸브로부터 기계의 다양한 작동기로 지정되는 호스의 수를 감소시킨다. 더 적은 호스는 누출될 수 있는 연결 및 일부 굴착기의 스윙 마운트와 같은 접합(junctions)을 통하여 지정되는 호스가 더 적으므로 단순화된 제조 및 증가된 내구성을 이끌어낸다.
본 발명의 하나의 일반적인 양상은,
제1 프레임부(211)를 갖는 프레임(110; 210);
제1 프레임부에 피벗 결합되어 올리고 내릴 수 있는 리프트 암 구조물(230);
제1 프레임부에 위치하고, 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 포함하는 제1 유압 시스템 요소(410; 710);
적어도 하나의 유압 펌프로부터 가압 유압 유체를 운반하도록 구성된 공급 호스(426);
유압 유체의 반송 흐름을 운반하도록 구성된 반송(return) 호스(431);
리프트 암 구조물에 위치하고, 공급 호스로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나로 선택적으로 전환하도록 구성된 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 포함하는 제2 유압 시스템 요소(415); 및
프레임(110; 210)에 위치하고, 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 제어하여 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나를 제어하도록 구성된 전자 제어기(440; 740; 840)를 포함하는 동력기계(100; 200; 600)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 포함한다. 상기 프레임(110; 210)은 차대(undercarriage)(212)를 포함하고, 제1 프레임부(211)는 회전 조인트(swivel joint)(702)를 통하여 차대에 피벗 장착되는 하우스(house)를 포함한다. 동력기계는 또한 리프트 암 구조물을 하우스에 피벗 결합하는 스윙 마운트(215)를 포함하고, 스윙 마운트는 스윙 작동기(233A)의 제어하에 리프트 암 구조물이 하우스에 대하여 옆으로 피벗하도록 구성되고, 공급 호스(426) 및 반송 호스(431)는 스윙 마운트를 통하여 지정된다. 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 리프트 암 구조물(230)의 암 내에 적어도 부분적으로 위치한다. 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 리프트 암 구조물(230)의 붐(boom)(232) 내에 적어도 부분적으로 위치한다. 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 각각 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나로 가압 유압 유체의 전환을 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함한다.
동력기계는 또한 리프트 암 구조물의 복수의 작동기를 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 제거 가능하게 결합하도록 구성된 복수의 신속 커플러(quick couplers)(445; 450; 455; 460)를 포함한다. 제2 유압 시스템 요소(415)는 리프트 암 구조물에 위치하고, 제1 호스(536) 및 제2 호스(537)에 의하여 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 인-라인(in-line) 결합된 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)을 더 포함하고, 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)은 공급 호스(426)로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 제1 호스(536)을 통하여 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 제공하도록 구성된다, 전자 제어기(440; 740; 840)는 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)을 제어하도록 더 구성된다. 리프트 암 구조물의 복수의 작동기는 리프트 암 구조물의 붐(232)을 올리고 내리도록 구성된 리프트 작동기(233B), 디퍼 암(234)을 붐에 대하여 이동하도록 구성된 디퍼 작동기(233C) 및 도구 캐리어(272)를 디퍼 암(234)에 대하여 이동하도록 구성된 도구 캐리어 작동기(233D)를 포함한다.
동력기계는 또한 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 구동하도록 구성된 엔진(850); 전자 제어기(440; 740; 840)에 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 엔진 피드백 센서(852); 전자 제어기에 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 펌프 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 펌프 피드백 센서(822); 전자 제어기에 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 분배기 블록 피드백 센서(837)를 더 포함하고; 여기서, 전자 제어기는 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터, 펌프 피드백 신호 또는 데이터 및 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터에 반응하여 엔진(850), 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820) 및 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 하나의 일반적인 양상은,
하우스(211) 및 차대(212)를 갖는 프레임(110; 210);
하우스를 차대에 피벗 결합하는 회전 조인트(702);
하우스에 피벗 결합되어 올리고 내릴 수 있는 리프트 암 구조물(230);
하우스에 위치하고, 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 포함하는 제1 유압 시스템 요소(410; 710);
회전 조인트를 통하여 지정되고, 적어도 하나의 유압 펌프로부터 가압 유압 유체를 운반하도록 구성된 공급 호스(726);
회전 조인트를 통하여 지정되고, 유압 유체의 반송 흐름을 운반하도록 구성된 반송 호스(731);
차대에 위치하고, 공급 호스로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나로 선택적으로 전환하도록 구성된 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 포함하는 제2 유압 시스템 요소(715); 및
프레임(110; 210)에 위치하고, 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 제어하여 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나를 제어하도록 구성된 전자 제어기(440; 740; 840)를 포함하는 동력기계(100; 200; 600)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 포함한다. 동력기계는 또한 리프트 암 구조물을 하우스에 피벗 결합하는 스윙 마운트(215)를 포함하고, 스윙 마운트는 스윙 작동기(233A)의 제어 하에 리프트 암 구조물이 하우스에 대하여 옆으로 피벗하도록 구성된다. 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)은 각각 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나로 가압 유압 유체의 전환을 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함한다. 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 동력기계의 이동을 제어하도록 구성된 제1 및 제2 이동 모터(750; 752)를 포함한다. 동력기계는 또한 차대의 대향 측면에 결합되고 배치되는 제1 및 제2 트랙 조립체(240A; 240B)를 포함하고, 제1 및 제2 트랙 조립체 각각은 제1 및 제2 이동 모터의 각각의 하나에 의하여 구동된다. 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 트랙 옵셋 작동기(753) 및 각도 블레이드(blade) 작동기(758)의 적어도 하나를 포함한다. 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 차대에 장착된 낮은 도구를 올리고 내리도록 구성된 낮은(lower) 도구 작동기(754)를 포함한다.
동력기계는 또한 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 구동하도록 구성된 엔진(850); 전자 제어기(440; 740; 840)에 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 엔진 피드백 센서(852); 전자 제어기에 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 펌프 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 펌프 피드백 센서(822); 전자 제어기에 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 분배기 블록 피드백 센서(837)를 더 포함하고; 여기서, 전자 제어기는 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터, 펌프 피드백 신호 또는 데이터 및 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터에 반응하여 엔진(850), 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820) 및 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 내용과 요약은 아래 상세한 설명에서 추가로 설명하는 단순화된 형태의 개념 선택을 소개하기 위하여 제공된다. 본 발명의 내용은 청구된 주제의 주요 특징 또는 필수적인 특징을 식별하기 위하여 의도된 것은 아니다.
본 발명의 분배 유압 시스템에서, 전자적으로 제어된 분배 블록은 특히 리프트 암을 따라 기계 전체에 걸쳐 위치하고, 다양한 기계 및 도구 기능의 작동기에 유압 동력을 국부적으로 분배한다. 분배기 블록은 사용자 입력에 반응하여 제어기로부터의 출력에 기반하여 유압 동력의 분배를 제어한다. 복수의 위치에서의 유압의 분배 제어는 주 제어 밸브로부터 기계의 다양한 작동기로 지정되는 호스의 수를 감소시킨다. 더 적은 호스는 누출될 수 있는 연결 및 일부 굴착기의 스윙 마운트와 같은 접합(junctions)을 통하여 지정되는 호스가 더 적으므로 단순화된 제조 및 증가된 내구성을 이끌어낸다.
도 1은 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 대표적인 동력기계의 기능 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 굴착기 형태의 동력기계의 전면 좌사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 굴착기의 후면 우사시도이다.
도 4a는 스윙 마운트를 통하여 지정된 유압 라인(lines)의 수를 감소하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 분배 유압 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 4b는 스윙 마운트를 통하여 지정된 유압 라인의 수를 감소하는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분배 유압 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5 및 도 6은 일부 실시예의 분배 유압 시스템의 특징을 나타내는 리프트 암 구조물의 일부의 개략 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분배 유압 시스템을 갖는 굴착기를 나타내는 개략 측면도이다.
도 8은 회전 조인트를 통하여 지정된 유압 라인의 수를 감소하는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분배 유압 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 9는 분배 유압 개념 및 피드백 센서를 사용하여 엔진, 펌프 및/또는 유압 요소의 개선된 제어를 제공하는 시스템의 블록 다이어그램이다.
본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배치에 대한 적용에 제한되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 용어는 발명의 설명의 목적으로 사용되고 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 본 발명에서 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 및 "갖는(having)"과 같은 단어 및 그 변형은 이후에 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함한다.
본 발명의 실시예는 전자 제어 분배기 블록을 갖는 분배 유압 시스템을 포함하는 굴착기와 같은 동력기계에 관한 것이고, 전자 제어 분배기 블록은 제어 유니트 또는 사용자 또는 시스템으로부터의 입력을 받는 중앙 프로세서로부터의 출력에 기반하여 특히 리프트 암을 따라 기계 전체에 걸쳐 위치하고, 다양한 기계 및 도구 기능의 작동기에 유압 동력을 국부적으로 분배한다. 복수의 위치에서의 유압의 분배 제어는 주 제어 밸브로부터 기계의 다양한 작동기로 지정되는 호스의 수를 감소시킨다. 더 적은 호스는 누출될 수 있는 연결 및 일부 굴착기의 스윙 마운트와 같은 접합(junctions)을 통하여 지정되는 호스가 더 적으므로 단순화된 제조 및 증가된 내구성을 이끌어낸다.
이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실시할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 1의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 예가 도 2 내지 도 4에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 단지 수개의 동력기계에 대하여 설명한다. 그러나, 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 상이한 형태의 동력기계를 포함한다. 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 수행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함하는 동력기계의 한 종류이다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이는 동기 시스템이다.
도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 인용될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 및 다양한 구성요소와 시스템 사이의 관계를 확인한다. 전술한 바와 같이 가장 기본적인 수준에서, 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 동력원 및 작업요소를 포함한다. 동력기계(100)는 프레임(110), 동력원(120) 및 작업요소(130)를 갖는다. 도 1에 도시된 동력기계(100)는 자체-추진 작업 차량이기 때문에, 이는 또한 동력기계를 지지 표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하는 운전 위치를 제공하는 운전 스테이션(150)을 갖는다. 작업자에 의해 제공되는 제어 신호에 반응하여 다양한 작업을 적어도 부분적으로 수행하기 위하여, 제어 시스템(160)이 제공되어 다른 시스템과 상호 작용한다.
특정 작업 차량은 전용 작업을 수행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량은 버킷(버킷)과 같은 도구가 핀고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트 암을 갖는다. 작업요소, 즉 리프트 암은 작업을 수행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 도구를 위치시키기 위하여, 리프트 암에 대해 버킷을 회전시키는 것과 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상적인 작동 하에 버킷이 부착되고 사용하도록 의도된다. 이러한 작업 차량은 도구/작업요소 조합을 분해하고 원래의 버킷 대신에 또 다른 도구를 재조립하는 것에 의해서 다른 도구를 수용할 수 있다. 그러나, 다른 작업 차량은 널리 다양한 도구를 갖고 사용되도록 의도되고, 도 1에 도시한 도구 인터페이스(170)와 같은 도구 인터페이스를 갖는다. 가장 기본적으로 도구 인터페이스(170)는 프레임(110) 또는 작업요소(130)와 도구 사이의 연결장치이고, 이는 도구를 프레임(110) 또는 작업요소(130)에 직접 부착하기 위한 연결 포인트만큼 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고, 아래에 기술된다.
일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 구조물인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 다수의 도구를 작업요소에 수용하고 고정하기 위한 체결부(engagement features) 및 잠금부(locking features)를 갖는다. 이러한 도구 캐리어의 일 특성은 도구가 일단 캐리어에 부착되면 캐리어는 도구에 고정되고(즉, 도구에 대해 이동 가능하지 않음), 도구 캐리어가 작업요소에 대해 이동하는 경우, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 용어 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한(pivotal) 연결 포인트가 아니라, 다양하고 상이한 도구에 수용되고 고정되도록 의도된 특별한 전용 장치이다. 도구 캐리어 자체는 리프트 암 또는 프레임(110)과 같은 작업요소(130)에 장착 가능하다. 도구 인터페이스(170)는 또한 도구 상의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하는 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하기 위한 하나의 도구 캐리어를 가질 수 있다. 일부 다른 동력기계는 복수의 도구 인터페이스를 갖는 하나의 작업요소를 가질 수 있고, 단일 작업요소는 복수의 도구를 동시에 수용할 수 있다. 이들 도구 인터페이스 각각은 반드시 필요하지 않지만 하나의 도구 캐리어를 갖는다.
프레임(110)은 그에 부착되거나 그 위에 위치하는 다양한 다른 구성요소를 지지할 수 있는 물리적 구조물을 포함한다. 프레임(110)은 개별 구성요소를 임의로 여러 개 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한 프레임을 갖는다. 즉, 프레임의 어느 한 부분도 프레임의 다른 부분에 대해 이동 가능하지 않다. 다른 동력기계는 프레임의 다른 부분에 대해 움직일 수 있는 적어도 하나의 부분을 갖는다. 예를 들어, 굴착기는 하부 프레임부에 대해 회전고리 주위를 회전하는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향 기능을 달성하기 위하여 프레임의 한 부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절식(articulated) 프레임을 갖는다.
프레임(110)은, 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구 사용을 위한 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공할 수 있는 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 하나에 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 수행할 수 있는 구성요소에 선택적으로 동력을 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의해 사용 가능한 동력 형태로 변환할 수 있는 기계 변속기 또는 유압 시스템과 같은 동력 변환 시스템을 포함한다. 일반적으로 전력원 또는 하이브리드 동력원으로 알려진 동력원과의 조합을 포함하는 다른 유형의 동력원이 동력기계에 통합될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유압 시스템은 동력기계의 구조물을 통하여 지정되는 유압 호스의 수를 감소시키는 분배 유압 시스템일 수 있다.
도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 수행하는 경우에 프레임에 대해 이동 가능하다. 또한, 견인요소(140)는, 그들의 작업 기능이 일반적으로 동력기계(100)를 지지표면 위로 이동시키는 점에서, 작업요소의 특별한 경우이다. 견인요소(140)는 작업요소(130)와 별개로 도시되어 나타나고, 그 이유는 많은 동력기계는 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이나 항상 그렇다고는 할 수 없다. 동력기계는 임의 개수의 견인요소를 가질 수 있고, 이들 일부 또는 모두가 동력원(120)으로부터의 동력을 수용해서 동력기계(100)를 추진할 수 있다. 견인요소는, 예를 들어 차축에 부착된 바퀴(wheels), 트랙(track) 조립체 등일 수 있다. 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록 프레임에 강하게 장착될 수 있거나 또는 견인요소를 프레임에 대해 피벗함으로써 조향을 달성하도록, 견인요소는 프레임에 조정 가능하게 장착될 수 있다.
동력기계(100)는 작업자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 제공하는 운전 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서, 운전 스테이션(150)은 밀폐되거나 부분 밀폐된 캡(cab)으로 정의된다. 본 발명에 개시된 실시예가 실시될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 유형의 캡 또는 운전실(operator compartment)을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 캡 또는 운전실을 갖지 않고 오히려 동력기계를 올바로 작동하는 운전 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량이 아닌 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전실과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100) 및 기타와 같은 일부 동력기계는, 이들이 운전실 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계 상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격식으로(즉, 원격으로 위치한 작업자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 이는, 동력기계의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연관된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어 장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).
도 2 및 도 3은 본 발명에 개시된 실시예가 실시되고, 도 1에 도시된 동력기계 형태의 하나의 특정 실시예인 굴착기(200)를 나타낸다. 여기에 특별히 언급하지 않는 한, 이하 개시된 실시예는 다양한 동력기계에 실시될 수 있고, 굴착기(200)는 그러한 동력기계의 단지 하나이다. 본 발명의 설명의 목적을 위하여 이하 굴착기(200)가 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 실시될 수 있는 모든 굴착기 또는 동력기계는 굴착기(200)가 갖는 모든 특징을 가질 필요는 없고 또한 이에 제한되지 않는다.
굴착기(200)는 동력 시스템(220)(실제 동력 시스템이 프레임(210) 내에 둘러싸여 있기 때문에 도 2 및 도 3에서 블록으로 나타남)을 지지하고 둘러싸는 프레임(210)을 갖는다. 동력 시스템(220)은 유압 시스템에 동력 출력을 제공하는 엔진을 포함한다. 작업자 입력장치에 의해 제공되는 신호에 반응하여 작업요소에 작동 가능하게 결합된 작동기에 가압식 유압 유체를 선택적으로 제공하기 위하여, 유압 시스템은 하나 이상의 유압 펌프를 포함하는 동력 변환 시스템으로서 역할을 한다. 유압 시스템은 또한 작업자 입력장치에 의해 제공되는 신호에 반응하여 작동기에 가압식 유압 유체를 선택적으로 제공하는 제어 밸브 시스템을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 유압 시스템은 동력기계의 하나 이상의 위치에 위치하여 유압 호스 및 통상적으로 기계 전체에 걸쳐 지정되는데 필요한 연결부의 수를 감소시키는 전자 제어 분배기 블록을 갖는 분배 유압시스템일 수 있다. 굴착기(200)는 제1 리프트 암 구조물(230)과 제2 리프트 암 구조물(330)(모든 굴착기가 제2 리프트 암 구조물을 갖는 것은 아님)의 형태인 복수의 작업요소를 포함한다. 또한, 작업 차량인 굴착기(200)는 프레임(210)의 대향 측면에 배치되는 좌측 및 우측 트랙 조립체(240A; 240B)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 포함한다.
운전실(250)은 부분적으로 프레임(210) 상에 장착된 캡(252)에 의해 정의된다. 굴착기(200)에 도시된 캡(252)은 밀폐된 구조물이나, 다른 운전실은 밀폐될 필요는 없다. 예를 들어, 일부 굴착기는 덮개(roof)를 제공하나 밀폐되지 않은 캐노피(canopy)를 갖는다. 블록(260)으로서 도시된 제어 시스템은 다양한 작업요소를 제어하기 위해 제공된다. 제어 시스템(260)은 작업자 입력장치를 포함하고, 이는 동력 시스템(220)과 상호 작용하여 선택적으로 동력 신호를 작동기에 제공하여 굴착기(200)에서 작업 기능을 제어한다.
프레임(210)은 회전 조인트를 통해 하부 프레임부 또는 차대(212)에 피벗 가능하게 장착되는 상부 프레임부 또는 하우스(211)를 포함한다. 회전 조인트는 베이링, 링 기어 및 기계를 회전시키기 위해 링 기어를 체결하는 피니언(pinion) 기어(미도시)가 있는 슬루(slew) 모터를 포함한다. 슬루 모터는 제어 시스템(260)으로부터 동력 신호를 수신하여 차대(212)에 대해 하우스(211)를 회전시킨다. 하우스(211)는 작업자에 의한 입력장치의 조작에 반응하여 차대(212)에 대해 동력하에 회전축(214) 주위로 제한 없이 회전할 수 있다. 유압 도관(conduits)은 유압식 회전고리를 경유하여 회전 조인트를 통해 공급되어, 차대(212)에 작동 가능하게 결합되는 리프트 암(330)과 같은 하나 이상의 작업요소와 견인요소에 가압식 유압 유체을 제공한다.
제1 리프트 암 구조물(230)은 스윙 마운트(215)를 통해 하우스(211)에 장착된다(일부 굴착기는 여기에 기술된 유형의 스윙 마운트를 갖지 않음). 제1 리프트 암 구조물(230)은 굴착기에 일반적으로 채용될 수 있는 형태의 붐-암 리프트 암이지만, 이러한 암 구조물의 특정 특징부는 도 2 및 도 3에 도시된 리프트 암과는 다를 수 있다. 스윙 마운트(215)는 프레임부(215A) 및 장착 프레임 피벗(231A)에서 프레임부(215A)에 회전 가능하게 장착되는 리프트 암부(215B)를 포함한다. 스윙 작동기(233A)는 하우스(211) 및 마운트의 리프트 암부(215B)에 결합된다. 스윙 작동기(233A)의 작동은 리프트 암 구조물(230)이 장착 프레임 피벗(231A)을 세로로 관통하여 연장하는 축 주위로 피벗 또는 스윙하도록 한다.
제1 리프트 암 구조물(230)은 일반적으로 붐(232)으로 알려진 제1 부분 및 암 또는 디퍼(234)로 알려진 제2 부분을 포함한다. 붐(232)은 붐 피벗 마운트(231B)에서 마운트(215)에 피벗 가능하게 제1 단부(232A) 상에 부착된다. 붐 작동기(233B)는 마운트(215)와 붐(232)에 부착된다. 붐 작동기(233B)의 작동은 붐(232)이 붐 피벗 마운트(231B) 주위로 피벗하도록 하고, 이는 효과적으로 붐의 제2 단부(232B)가 하우스(211)에 대해 올리고 내리도록 한다. 암(234)의 제1 단부(234A)는 암 마운트 피벗(231C)에서 붐의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 부착된다. 암 작동기(233C)는 붐(232)과 암(234)에 부착된다. 암 작동기(233C)의 작동은 암이 암 마운트 피벗(231C) 주위로 피벗하도록 한다. 스윙 작동기(233A), 붐 작동기(233B) 및 암 작동기(233C) 각각은 작업자 입력장치로부터의 제어 신호에 반응하여 독립적으로 제어될 수 있다.
예시적인 도구 인터페이스(270)는 암(234)의 제2 단부(234B)에 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 리프트 암(230)에 다양하고 상이한 도구를 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)에 체결하도록 구성된 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 암(234)의 제2 단부(234B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(233D)는 암(234)과 링크장치 조립체(276)에 작동 가능하게 결합된다. 링크장치 조립체는 제1 링크(276A)와 제2 링크(276B)를 포함한다. 제1 링크(276A)는 암(234)과 도구 캐리어 작동기(233D)에 피벗 가능하게 장착된다. 제2 링크(276B)는 도구 캐리어(272)와 제1 링크(276A)에 피벗 가능하게 장착된다. 링크장치 조립체(276)는 도구 캐리어 작동기(233D)가 작동되는 경우에 도구 캐리어(272)가 도구(234) 주위로 피벗하도록 제공된다.
도구 인터페이스(270)는 또한 리프트 암 구조물(230 또는 234) 상의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(도 2 및 도 3에는 미도시됨)을 포함한다. 도구 동력원은 도구가 결합될 수 있는 가압 유압 유체 포트를 포함한다. 가압 유압 유체 포트는 하나 이상의 도구 상의 작동기 또는 기능에 동력을 공급하기 위한 가압 유압 유체를 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 또한 도구 상의 전자 제어기 및/또는 전자 작동기에 전력을 공급하기 위한 전력원을 포함할 수 있다. 전력원은 또한 도구 상의 제어기와 굴착기(200)의 전자장치 사이의 통신을 허용하기 위해 굴착기(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관을 포함할 수 있다. 굴착기(200) 상의 특정 도구 동력원은 전력원을 포함하지 않음을 알아야 한다.
하부 프레임(212)은 좌측 트랙 구동 조립체(240A) 및 우측 트랙 구동 조립체(240B)로서 도 2 및 도 3에서 표시된 한 쌍의 견인요소(240)를 지지하고 여기에 부착되어 있다. 각각의 견인요소(240)는 하부 프레임(212)에 결합된 트랙 프레임(242)을 갖는다. 트랙 프레임(242)은 무한 트랙(244)을 지지하고 이에 의해 둘러싸이고, 굴착기(200)를 지지 표면 위로 추진하기 위해 동력하에 회전한다. 다양한 구성요소가 트랙(244)을 결합하고 지지하기 위해 트랙 프레임(242)에 결합되거나 다른 방법으로 지지되고 트랙 프레임 주위로 이를 회전시킨다. 예를 들어, 스프로킷(sprocket)(246)은 트랙 프레임(242)에 의해 지지되고, 무한 트랙(244)을 체결하여 무한 트랙이 트랙 프레임 주위로 회전하도록 한다. 아이들러(idler)(245)는 트랙상에서 적절한 인장력을 유지하기 위해 인장기(tensioner)(미도시)에 의하여 트랙(244)에 대해 고정된다. 트랙 프레임(242)은 또한 복수의 롤러(248)를 지지하고, 이는 트랙을 체결하고 트랙을 통해 지지 표면을 지지하고 굴착기(200)의 하중을 분산시킨다. 상부 트랙 가이드(249)는 트랙(244) 상에 인장력을 제공하기 위해 제공되고, 트랙이 트랙 프레임(242)과 마찰하는 것을 방지한다.
제2 또는 하부 리프트 암(330)은 하부 프레임(212)에 피벗 가능하게 부착된다. 하부 리프트 암 작동기(332)는 제1 단부(332A)에서 하부 프레임(212)에 피벗 가능하게 결합되고, 제2 단부(332B)에서 하부 리프트 암(330)에 피벗 가능하게 결합된다. 하부 리프트 암(330)은 하부 도구(334)를 운반하도록 구성된다. 하부 도구(334)는 리프트 암에 일체식이 되도록 하부 리프트 암(330)에 견고하게 고정될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서 위에 기술된 형태의 도구 캐리어를 포함할 수 있는 도구 인터페이스를 통해 하부 도구를 하부 리프트 암에 피벗 가능하게 부착시킬 수 있다. 도구 인터페이스를 갖는 하부 리프트 암은 다양하고 상이한 형태의 도구를 수용하고 고정할 수 있다. 하부 리프트 암 작동기(332)의 작동은, 작업자 입력에 반응하여, 하부 리프트 암(330)을 하부 프레임(212)에 대해 피벗하게 함으로써 하부 도구(334)가 올리거나 내려가도록 한다.
상부 프레임부(211)는 적어도 부분적으로 운전실 또는 운전 스테이션(250)을 정의하는 캡(252)을 지지한다. 작업자가 굴착기를 운전하는 동안에 앉을 수 있는 좌석(254)이 캡(252) 내에 제공된다. 좌석(254)에 앉아 있는 동안, 작업자는 리프트 암(230), 하부 리프트 암(330), 견인 시스템(240)을 조작하고, 하우스(211), 견인요소(240) 등을 피벗하는 것과 같은 다양한 작업 기능을 제어하도록 조작할 수 있는 복수의 작업자 입력장치(256)에 대하여 접근할 수 있다.
굴착기(200)는 다양한 기능을 제어하기 위해 다양하고 상이한 작업자 입력장치(256)를 제공한다. 예를 들어, 리프트 암(230)을 제어하고 굴착기의 하우스(211)를 회전하기 위해 유압 조이스틱을 제공한다. 레버(levers)가 부착된 발(foot) 페달이 이동과 리프트 암의 회전을 제어하기 위해 제공한다. 도구 캐리어(272)에 부착된 도구에의 동력 제공을 제어하기 위한 전기 스위치가 조이스틱 상에 위치한다. 굴착기(200), 다른 굴착기 및 동력기계에 사용될 수 있는 다른 유형의 작업자 입력장치는 스위치, 버튼, 놉(knobs), 레버, 다양한 슬라이더(sliders) 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 위에 제공된 특정의 제어 실시예는 본래 예시적이고, 모든 굴착기용 입력장치 및 이들이 제어하는 것을 기술하고자 의도된 것은 아니다.
디스플레이 장치가, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 작업자에 의해 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동과 관련될 수 있는 정보의 표시를 주기 위해, 캡 내에 제공된다. 청각 표시는 버저(buzzers), 벨 등 또는 언어(verbal) 통신의 형태로 나타날 수 있다. 시각 표시는 그래프, 라이트, 아이콘, 게이지(gauges), 알파벳 문자 등의 형태로 나타날 수 있다. 디스플레이는 경고등이나 게이지와 같은 전용 표시를 제공하거나, 다양한 크기와 기능의 모니터와 같이 프로그램 가능한 디스플레이 장치를 포함하여 프로그램 가능한 정보를 제공하기 위해 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보 및 운영자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 작업자에게 사용될 수 있는 기타 정보 역시 제공할 수 있다.
위에서 설명한 동력기계(100)와 굴착기(200)에 대한 설명은 아래에 설명한 실시예를 실시할 수 있는 예시적인 환경을 제공하기 위해 도시적인 목적으로 제공된다. 개시된 실시예는 일반적으로 도 1의 블록 다이어그램에 표시된 동력기계(100), 특히 굴착기(200)와 같은 굴착기에서 설명되는 것과 같은 동력기계에 실시될 수 있고 달리 언급되지 않는 한, 아래에서 논의된 개념은 위에서 구체적으로 설명한 환경에 대한 이들의 적용에 제한되지 않는다.
도 4a는 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에 설명한 동력기계에 사용될 수 있는 분배 유압 시스템(405)을 나타내는 블록 다이어그램이다. 분배 유압 시스템(405)의 예시적인 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 굴착기(200)를 참조로 하여 설명되었다. 분배 유압 시스템(405)은 프레임(210) 또는 하우징(211)의 상부 프레임부에 위치한 유압 시스템 요소(410) 및 리프트 암 구조물(230)에 위치한 유압 시스템 요소(415)를 포함한다. 분배 유압 시스템(405)을 사용하여 감소된 숫자의 유압 라인이 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되고, 이는 단순화된 제조, 비용 감소 및 증가된 내구성과 같은 잠재적 이익을 제공한다. 설명된 실시예에서 9개 유압 라인이 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되어 통상적으로 15개 유압 라인을 취하는 기능에 동력을 제공한다.
하우스(211)에 위치한 유압 시스템 요소(410)는 하나 이상의 유압 펌프(420), 유압 유체 저장소 또는 탱크(480) 및 스윙 마운트(215)를 통하여 라인 상의 가압 유압 유체의 흐름을 제어하는 다른 구성요소와 같은 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 제어 밸브 블록(450)이 유압 시스템 요소(410)에 포함될 수 있고, 붐 암 작동기 또는 실린더((453)에 도시된 기능 F1), 디퍼 암 작동기 또는 실린더((456)에 도시된 기능 F2) 및 틸트 또는 버킷 작동기 또는 실린더((459)에 도시된 기능 F3)를 제어하기 위하여 펌프(420)에 의하여 제공된 가압 유압 유체의 흐름을 제어하도록 구성된다. 이 실시예에서 3개 기능의 각각을 위하여 밸브 블록(450)으로부터 스윙 마운트(215)를 통하여 2개의 유압 라인이 지정되고, 이는 붐 암 작동기를 위하여 제공된 유압 라인(451; 452), 디퍼 암 작동기를 위하여 제공된 유압 라인(454; 455), 틸트 또는 버킷 작동기를 위하여 제공된 유압 라인(457; 458)이다.
도 4a의 예시적 실시예에서, 유압 시스템 요소(410)는 또한 제어 밸브 또는 스윙 마운트(215)를 통하여 확장하는 유압 호스(426)에 결합된 압력 연결(425)에서 가압 유압 유체를 제공하는 다른 장치를 포함한다. 유사하게, 유압 시스템 요소(410)는 또한 스윙 마운트(215)를 통하여 확장하는 반송 유압 호스(431)에 결합된 반송 유압 연결(430)을 포함한다. 마지막으로, 탱크(480)에 결합된 유압 호스(485)는 스윙 마운트(215)를 통하여 확장하는 9번째 유압 호스이다. 이하 더 기술하는 바와 같이, 이는 스윙 마운트(215)를 통하여 확장하는 유압 호스의 숫자의 중요한 감소를 나타낸다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 분배 유압 시스템(405)에서 리프트 암 구조물(230)에 위치한 유압 시스템 요소(415)는 압력 및 반송 유압 호스(426; 434)에 결합된 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435)을 포함한다. 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435)은 리프트 암 구조물(230)의 내부, 예를 들어 붐(232)의 내부에 위치할 수 있다. 이는 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시한 리프트 암 구조물(230)의 개략 사시도에 나타나 있다. 예시적인 실시예에서, 분배기 블록(435)은 리프트 암 구조물 또는 리프트 암 구조물에 연결될 수 있는 임의의 부착된 도구 상의 복수의 보조 기능 또는 작용기를 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함한다. 이러한 작동기에의 연결은 유압 흐름 신속 커플러(445; 450; 455)를 사용하여 이루어지고, 이들 각각은 리프트 암 구조물 또는 리프트 암 구조물에 부착되는 도구 인터페이스 상에 위치한다. 유압 커플러(460)는 도구 인터페이스(270)가 유압 동력 인터페이스인 경우에 그의 작동을 위한 전용 라인이다. 이 실시예에서, 유압 커플러(460)의 라인은 적용 가능한 특정 표준에 맞는 특정 명령 및 제어 기능을 필요로 한다. 유압 라인은 각각의 신속 커플러를 분배기 블록(435)에 연결한다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 커플러(455)와 같은 신속 커플러는 붐(232)의 표면(462)에 위치할 수 있고, 이 측면 표면(462)으로부터 수직으로 확장하여 작업자에게 더 인간공학적인 보조 기능 유압 호스(468)의 커넥터(464)를 분배기 블록(435)에 연결하는 커플링 위치를 제공한다. 다른 신속 커플러(예를 들어, 커플러(445; 450)는 리프트 암 구조물의 표면에 또는 리프트 암 구조물의 내부에 위치할 수 있다. 유압 작동 커플러(460)와 같은 또 다른 커플러는 인터페이스(270)와 같은 유압 동력 인터페이스를 작동하는데 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 분배기 블록(435)은 가압 유압 유체의 흐름을 신속 커플러(445; 450; 455 및/또는 460)에 결합된 보조 유압 기능과 관련된 작동기로 전환하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함한다. 분배기 블록(435)은 전자 제어기(440)의 제어하에 전자 제어된다. 이와 같이, 분배기 블록(435)은 솔레노이드(solenoids) 제어 스풀 (spool) 밸브 또는 다른 형태의 전자 제어 밸브 보디를 포함할 수 있다. 부착된 도구에 의하여 수행되는 것과 같은 보조 기능의 제어 목적을 위하여 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되는 유압 호스의 숫자의 감소에 더하여, 분배기 블록(435)을 붐(232) 내부에 위치 결정하는 것은, 분배기 블록 밸브 보디를 다양한 작동기에 연결하는 유압 커플러가 붐 내에 적어도 부분적으로 감추어질 수 있어 추가 보호를 제공한다. 이는 또한 작업자에게 커플러의 위치결정의 변경을 더 쉽게 하고, 유압 연결이 푸시(push) 형태의 제거 가능한 커플러가 되게 한다.
분배기 블록(435)을 위하여 단지 2개의 유압 라인(426; 431)이 필요하고, 암 작동기를 위하여 6개의 유압 라인(451; 452; 454; 455; 457; 458)이 필요하고, 드레인(490)을 탱크(480)에 연결하기 위하여 1개의 유압 라인(485)이 필요하고, 총 단지 9개의 유압 호스가 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되는데 필요하고, 이는 종래의 통상적으로 갖는 것(이 실시예의 기능을 제공하기 위하여 15개)보다 매우 적다.
도 4b는 스윙 마운트(215)를 통과하는 유압 호스의 숫자를 감소하는 전자 제어 분배기 블록의 사용이 추가적인 분배기 블록의 사용으로 확장될 수 있는 것을 나타내는, 분배 유압 시스템(505)의 다른 실시예를 나타낸다. 예를 들어, 시스템(505)에서, 분배기 블록(535)은 붐 암 작동기 또는 실린더((453)에 도시된 기능 F1), 디퍼 암 작동기 또는 실린더((456)에 도시된 기능 F2) 및 틸트 또는 버킷 작동기 또는 실린더((459)에 도시된 기능 F3)를 제어하기 위하여 추가된다. 이 실시예에서, 분배기 블록(435)을 위하여 스윙 마운트(215)를 통하여 지정된 2개의 유압 라인(426; 431)은 분배기 블록(535)에 먼저 제공되고, 도 4a에 도시한 밸브 블록(435)과 이들 기능 사이의 6개 유압 라인을 제거한다. 이어서 전자 제어 분배기 블록(435)이 한 상의 유압 호스(536; 537)를 통하여 분배기 블록(535)에 연결된다. 도 4a를 참조하여 위에 설명한 바와 같이, 분배기 블록(435)은 유압 흐름 신속 커플러(445; 450; 455) 또는 유압 작동 커플러(460)를 통하여 리프트 암 구조물 또는 리프트 암 구조물에 연결될 수 있는 임의의 부착된 도구 상의 복수의 보조 기능 또는 작용기를 제어하도록 구성되고, 이들 각각은 리프트 암 구조물 또는 리프트 암 구조물에 부착되는 도구 인터페이스 상에 위치한다. 스윙 마운트(215)의 리프트 암 구조물 측면상의 복수 인-라인 분배기 블록의 사용은 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되는 유압 라인의 숫자를 매우 감소시킨다. 예를 들어 유압 시스템(505)에서, 시스템(405)의 9개 또는 종래의 실시예의 15개의 유압 라인 대신에 단지 3개의 유압 라인이 스윙 마운트(215)를 통하여 지정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 추가적인 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록은 리프트 암 구조물의 길이를 따라 직렬 구조로 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 7은 단지 2개의 유압 호스가 스윙 마운트(215)를 통과하는 분배 유압 시스템(605)을 갖는 동력기계(600)를 나타내지만, 다른 실시예에서 드레인 라인이 스윙 마운트(215)를 통과하는 제3 유압 호스로서 더 필요할 수도 있다. 도 7에 도시한 구조의 하나의 이점은, 큰 분배기 블록(예를 들어, 상술한 블록(535))이 더 적은 전용 제어 작동기로 부서진다는 것이다. 이 구조에서 분리된 드레인 라인이 필요한지 여부는 배압(back pressure)이 얼마나 높은지에 달렸다. 일반적으로, 이러한 구조에서는 탱크로 돌아가는 반송 라인에 보다 적은 장애가 있으므로 배압은 낮아야 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 펌프(620)는 하우스(211)에 위치하고, 스윙 마운트(215)를 통하여 지정된 압력 라인(622) 및 반송 라인(624)은 펌프(620)를 제1 전자 제어 분배기 블록(630)에 연결한다. 제1 전자 제어 분배기 블록(630)은 유압 호스(631; 632)에 의하여 리프트 작동기(233B)에 결합된다. 이어서 한 쌍의 압력 및 반송 유압 호스(633; 634)는 제1 분배기 블록(630)을 붐(232)의 길이를 따라 더 말단의 위치에 위치한 제2 분배기 블록(635)에 연결한다. 제2 분배기 블록(635)은 한 쌍의 유압 호스(636; 637)에 의하여 리프트 암 작동기(233C)에 결합되고, 나아가 압력 및 반송 유압 호스(638; 639)에 의하여 제3 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(640)에 결합된다. 분배기 블록(640)은 호스(641; 642)에 의하여 틸트 작동기(233D)에 유압 결합되어 틸트 기능을 제어한다. 이어서 압력 및 반송 유압 호스(643; 644)는 분배기 블록(635)을 다른 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(645)에 연결한다. 분배기 블록(645)은 유압 유체의 제어된 분배를 제공하여 부착된 도구의 작동기에 의하여 수행되는 보조 기능을 수행할 수 있다.
도 7에서 4개의 별개의 전자 제어 분배기 블록을 설명하였지만, 일부 실시예에서 분배기 블록은 전체 숫자가 4 미만으로 결합될 수도 있다. 또한 다른 실시예에서, 추가 분배기 블록이 직렬 구조에 포함되어, 도 5 및 도 6에 도시한 수직 장착된 신속 커플러(455)와 같은 다른 기능을 제어할 수 있다. 이 실시예에서 모든 분배기 블록이 직렬 구조로 연결되고, 스윙 마운트(215)를 통하여 지정되는 유압 호스의 숫자는 단지 2개로 감소된다. 도 7에 도시한 분배기 블록의 각각은 작업자 입력에 반응하는 제어기에 의하여 전자 제어된다.
본 발명에 개시된 전자 제어 분배기 블록은 또한 상부 프레임부 또는 하우스 사이의 회전 조인트를 통과하는 유압 라인의 숫자를 감소하기 위하여 사용될 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 유압 시스템(705)은 프레임/하우스(210/211)에 위치한 유압 시스템 요소(710)를 포함하고, 하나 이상의 유압 펌프(720), 유압 유체 저장소 또는 탱크(780) 및 회전 조인트(702)를 통하여 라인에서 가압 유압 유체의 흐름을 제어하는 다른 구성요소와 같은 구성요소를 포함한다. 도 8의 예시적인 실시예에서, 유압 시스템 요소(710)는 또한 제어 밸브 또는 회전 조인트(702)를 통하여 확장하는 유압 호스(726)에 결합된 압력 연결(725)에서 가압 유압 유체를 제공하는 다른 장치를 포함한다. 유압 라인은 회전 조인트(702)를 통하여 확장하지만, 일부 실시예에서 회전 조인트의 각각의 측면 상의 호스 사이의 연결은 다양할 수 있고, 호스는 회전하지 않고 회전 조인트에서 운동이 일어난다. 유사하게, 유압 시스템 요소(710)는 또한 반송 유압 호스(731)에 결합되고 회전 조인트(702)를 통하여 확장하는 반송 유압 연결(730)을 포함한다. 마지막으로, 탱크(780)에 연결된 유압 호스(785)는 회전 조인트(702)를 통하여 확장하는 제3 유압 라인이다.
회전 조인트(702)의 차대 측면의 유압 시스템 요소(715)는 압력 및 반송 유압 호스(726; 731)에 결합되고 전지 제어기(740)에 의하여 제어되고, 유압 시스템 요소(715)의 작동기에 가압 유압 유체를 분배하여 이하 기술하는 기능을 수행하는 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735)을 포함한다. 위에 기술한 분배기 블록과 유사하게, 분배기 블록(735)은 차대 상의 복수의 기능 또는 작동기를 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함한다.
예를 들어 예시적인 실시예에서, 분배기 블록(735)은 가압 유압 유체를 좌 트랙 모터(750) 및 우 트랙 모터(752)에 선택적으로 제공하여 동력기계의 이동을 제어한다. 또한, 분배기 블록(735)은 가압 유압 유체를 낮은 도구 또는 블레이드 작동기(754)에 선택적으로 제공하여 도구(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시한 도구(334))를 올리고 내린다. 또한 일부 선택적인 실시예에서, 분배기 블록(735)은 가압 유압 유체를 트랙 옵셋 작동기(756) 또는 각도 블레이드 작동기(758)와 같은 다른 작동기에 선택적으로 제공한다.
도 9는 상기 기술한 유압 흐름 분배기 블록을 사용하여, 시스템 전체에 걸쳐 압력 및 흐름을 모니터하는 "플라이-바이-와이어(fly-by-wire)" 형태 시스템에서 제어된 피드백을 제공하고, 그리고 제어 컴퓨터(840)에 압력 및/또는 흐름의 피드백을 제공함으로써 동력기계(예를 들어, 엔진(850) 및/또는 펌프(820)) 및 제어 작동기(예를 들어, 분배기 블록(835)를 통하여)의 제어를 허용하고 개선된 또는 최적화된 성능을 유도하는 시스템을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 시스템(900)은 유압 펌프(820) 및 엔진(850)과 같은 동력원 요소를 포함한다. 피드백 센서(822)는 펌프(820)에서의 압력 및/또는 흐름에 관한 피드백 신호 또는 피드백 데이터를 제어기(840)에 제공한다. 센서(852)는 온도, 압력, 엔진 속도(RPMs) 등과 같은 엔진 파라미터에 관한 피드백 신호 또는 피드백 데이터를 제어기(840)에 제공한다. 센서(837)는 분배기 블록(835)에서의 또는 분배기 블록의 출력/입력에서의 압력 및/또는 흐름에 관한 피드백 신호 또는 피드백 데이터를 제어기(840)에 제공한다. 작업자 제어기(860)(예를 들어, 조이스틱 제어기, 스위치, 발 페달 또는 다른 작업자 입력장치)로부터의 작업자 제어 신호에 반응하여, 제어기(840)는 제어 엔진(850), 펌프(820) 및 유압 흐름 분배기 블록(835)에 제어 신호를 발생하여 예시적인 실시예를 참조하여 위에 개시된 작업 기능을 제어할 수 있다. 다음, 센서(852; 822; 837)로부터의 피드백을 사용하여, 제어기(840)는 압력 및 작업 상태를 모니터하여 엔진(850). 펌프(820) 및/또는 분배기 블록(850)을 제어하여 시스템의 성능을 최적화할 수 있다.
이상 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (19)

  1. 제1 프레임부(211)를 갖는 프레임(110; 210);
    제1 프레임부에 피벗 결합되어 올리고 내릴 수 있는 리프트 암 구조물(230);
    제1 프레임부에 위치하고, 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 포함하는 제1 유압 시스템 요소(410; 710);
    적어도 하나의 유압 펌프로부터 가압 유압 유체를 운반하도록 구성된 공급 호스(426);
    유압 유체의 반송 흐름을 운반하도록 구성된 반송 호스(431);
    리프트 암 구조물에 위치하고, 공급 호스로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나로 선택적으로 전환하도록 구성된 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 포함하는 제2 유압 시스템 요소(415); 및
    프레임(110; 210)에 위치하고, 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 제어하여 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나를 제어하도록 구성된 전자 제어기(440; 740; 840)를 포함하는 동력기계(100; 200; 600).
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임(110; 210)은 차대(212)를 포함하고, 제1 프레임부(211)는 회전 조인트(702)를 통하여 차대에 피벗 장착되는 하우스를 포함하는 동력기계.
  3. 제2항에 있어서, 동력기계는 또한 리프트 암 구조물을 하우스에 피벗 결합하는 스윙 마운트(215)를 포함하고, 스윙 마운트는 스윙 작동기(233A)의 제어 하에 리프트 암 구조물이 하우스에 대하여 옆으로 피벗하도록 구성되고, 공급 호스(426) 및 반송 호스(431)는 스윙 마운트를 통하여 지정되는 동력기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 리프트 암 구조물(230)의 암 내에 적어도 부분적으로 위치하는 동력기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 리프트 암 구조물(230)의 붐(232) 내에 적어도 부분적으로 위치하는 동력기계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)은 각각 리프트 암 구조물의 복수의 작동기의 다른 하나로 가압 유압 유체의 전환을 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함하는 동력기계.
  7. 제6항에 있어서, 동력기계는 또한 리프트 암 구조물의 복수의 작동기를 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 제거 가능하게 결합하도록 구성된 복수의 신속 커플러(445; 450; 455; 460)를 포함하는 동력기계.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 유압 시스템 요소(415)는 리프트 암 구조물에 위치하고, 제1 호스(536) 및 제2 호스(537)에 의하여 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 인-라인 결합된 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)을 더 포함하고, 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)은 공급 호스(426)로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 제1 호스(536)을 통하여 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에 제공하도록 구성되는 동력기계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전자 제어기(440; 740; 840)는 제2 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(535)을 제어하도록 더 구성되는 동력기계.
  10. 제1항에 있어서, 상기 리프트 암 구조물의 복수의 작동기는 리프트 암 구조물의 붐(232)을 올리고 내리도록 구성된 리프트 작동기(233B), 디퍼 암(234)을 붐에 대하여 이동하도록 구성된 디퍼 작동기(233C) 및 도구 캐리어(272)를 디퍼 암(234)에 대하여 이동하도록 구성된 도구 캐리어 작동기(233D)를 포함하는 동력기계.
  11. 제1항에 있어서, 동력기계는 또한
    적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 구동하도록 구성된 엔진(850);
    전자 제어기(440; 740; 840)에 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 엔진 피드백 센서(852);
    전자 제어기에 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 펌프 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 펌프 피드백 센서(822);
    전자 제어기에 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 분배기 블록 피드백 센서(837)를 더 포함하고;
    여기서, 전자 제어기는 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터, 펌프 피드백 신호 또는 데이터 및 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터에 반응하여 엔진(850), 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820) 및 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(435; 835)을 제어하도록 구성되는 동력기계.
  12. 하우스(211) 및 차대(212)를 갖는 프레임(110; 210);
    하우스를 차대에 피벗 결합하는 회전 조인트(702);
    하우스에 피벗 결합되어 올리고 내릴 수 있는 리프트 암 구조물(230);
    하우스에 위치하고, 가압 유압 유체를 선택적으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 포함하는 제1 유압 시스템 요소(410; 710);
    회전 조인트를 통하여 지정되고, 적어도 하나의 유압 펌프로부터 가압 유압 유체를 운반하도록 구성된 공급 호스(726);
    회전 조인트를 통하여 지정되고, 유압 유체의 반송 흐름을 운반하도록 구성된 반송 호스(731);
    차대에 위치하고, 공급 호스로부터 가압 유압 유체를 받고, 가압 유압 유체를 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나로 선택적으로 전환하도록 구성된 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 포함하는 제2 유압 시스템 요소(715); 및
    프레임(110; 210)에 위치하고, 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 제어하여 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나를 제어하도록 구성된 전자 제어기(440; 740; 840)를 포함하는 동력기계(100; 200; 600).
  13. 제12항에 있어서, 동력기계는 또한 리프트 암 구조물을 하우스에 피벗 결합하는 스윙 마운트(215)를 포함하고, 스윙 마운트는 스윙 작동기(233A)의 제어 하에 리프트 암 구조물이 하우스에 대하여 옆으로 피벗하도록 구성되는 동력기계.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)은 각각 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기의 다른 하나로 가압 유압 유체의 전환을 제어하도록 구성된 복수의 밸브 보디를 포함하는 동력기계.
  15. 제14항에 있어서, 상기 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 동력기계의 이동을 제어하도록 구성된 제1 및 제2 이동 모터(750; 752)를 포함하는 동력기계.
  16. 제15항에 있어서, 동력기계는 또한 차대의 대향 측면에 결합되고 배치되는 제1 및 제2 트랙 조립체(240A; 240B)를 포함하고, 제1 및 제2 트랙 조립체는 각각제1 및 제2 이동 모터의 각각의 하나에 의하여 구동되는 동력기계.
  17. 제16항에 있어서, 상기 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 트랙 옵셋 작동기(753) 및 각도 블레이드 작동기(758)의 적어도 하나를 포함하는 동력기계.
  18. 제14항에 있어서, 상기 차대에 의하여 지지된 복수의 작동기는 차대에 장착된 낮은 도구를 올리고 내리도록 구성된 낮은 도구 작동기(754)를 포함하는 동력기계.
  19. 제12항에 있어서, 동력기계는 또한
    적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)를 구동하도록 구성된 엔진(850);
    전자 제어기(440; 740; 840)에 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 엔진 피드백 센서(852);
    전자 제어기에 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 펌프 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 펌프 피드백 센서(822);
    전자 제어기에 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)에서의 유압 유체의 흐름 또는 압력을 나타내는 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 분배기 블록 피드백 센서(837)를 더 포함하고;
    여기서, 전자 제어기는 엔진 작동 피드백 신호 또는 데이터, 펌프 피드백 신호 또는 데이터 및 분배기 블록 압력 피드백 신호 또는 데이터에 반응하여 엔진(850), 적어도 하나의 유압 펌프(420; 620; 720; 820) 및 제1 전자 제어 유압 흐름 분배기 블록(735; 835)을 제어하도록 구성되는 동력기계.





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