KR20220116463A - 동력기계의 유압 차지 회로 - Google Patents

Abstract

유압 차지 펌프(348)를 갖는 유압 차지 회로(342)와 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)를 포함하는 제어 시스템이 동력기계(200)에 제공된다. 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하는 신호는 유압 로드(358) 상류의 유압 차지 회로(342)로부터 갈라지는 흐름 경로(344)를 통하여 펌프(348)의 하류의 유압 차지 회로(342)로부터 전환될 수 있다.

Description

동력기계의 유압 차지 회로

본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 동력기계의 구동 시스템 및 유체 구동 시스템의 제어에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 실행하도록 조작될 수 있는 리프트 암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치를 갖는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들어 로더(loaders), 굴착기(excavators), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.

일부 동력기계는 동력원(예, 엔진)으로부터의 동력을 기계를 이동하고(즉, 견인 제어를 위하여), 리프트 암과 같은 작업 도구를 작동하기 위하여 유체 구동 시스템에 의하여 이용될 수 있는 형태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 특정 동력기계는 동력기계를 지지 표면(예, 지면) 위로 이동하기 위하여 하나 이상의 유체 구동 펌프가 가압 유압유를 하나 이상의 구동 모터에 선택적으로 제공하는 유체 구동 시스템을 포함할 수 있다. 구동 펌프는 하나 이상의 제어 밸브에 의하여 제어되는 가변 변위(variable displacement) 펌프일 수 있다. 하나 이상의 유압 차지 펌프는 유체 구동 시스템을 차지하도록 구성될 수 있고, 즉 유체 회로의 구성요소에서 통상적으로 발생하는 누출을 대체하고 유체 구동 시스템에 유압유의 공급을 보충하는 흐름을 제공한다.

상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.

본 발명은 가변 변위 구동 펌프의 제어 신호의 개선된 경로 지정을 통하여 유압 구동 시스템의 작동을 개선하는 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일부 실시예는, 동력기계의 유체 구동 시스템에 가압 유압유를 제공하는 유압 차지 회로를 제공하고, 상기 유체 구동 시스템은 유체 구동 모터에 작동 가능하게 결합된 가변 변위 구동 펌프를 갖는 유체 구동 회로 및 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성된 제어 어셈블리를 포함한다.

상기 유압 차지 회로는 유압 차지 펌프, 공급 유압 흐름 경로와 제어 흐름 경로를 포함할 수 있다. 공급 유압 경로는 유압 차지 펌프로부터, 유압 차지 펌프에 의하여 유체 회로에 공급되는 유압유의 차지 흐름의 유압을 설정하는, 압력 릴리프(relief) 밸브로 연장될 수 있다. 제어 흐름 경로는 압력 릴리프 밸브의 상류의 공급 유압 흐름 경로로부터 갈라질 수 있고, 제어 어셈블리에 가압 유압 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로에 있는 공급 밸브는 제어신호의 압력 레벨을 설정하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로는 유압 로드(예, 팬모터)의 상류의 공급 유압 흐름 경로부터 갈라질 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로는 유압 차지 펌프의 하류 및 외부의 공급 유압 흐름 경로로부터 갈라질 수 있다.

일부 실시예에서, 공급 유압 흐름 경로는 제어 흐름 경로의 하류의 유압 차지 흐름 경로를 포함할 수 있다. 유압 차지 흐름 경로의 유압은 압력 릴리프 밸브에 의하여 제어 흐름 경로를 따르는 유압보다 실질적으로 낮게 설정될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로는 복수의 가변 변위 구동 펌프의 제어를 위하여, 제어 어셈블리의 복수의 밸브 어셈블리에 가압 유압유를 공급하기 위하여 갈라질 수 있다.

본 발명의 일부 실시예는 동력기계를 제공한다. 동력기계의 유체 구동 시스템은 유체 구동 회로를 통해 유체 구동 모터와 연통하는 가변 변위 구동 펌프를 가질 수 있다. 동력기계의 유압 차지 회로는 유압 차지 흐름 경로를 통해 유체 구동 회로에 유압 차지 흐름을 제공하도록 구성되는 유압 차지 펌프를 포함할 수 있다. 동력기계의 제어 시스템은 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성된 작동기, 작동기를 제어하도록 구성된 밸브 어셈블리 및 하나 이상의 파일럿 공급 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 파일럿 공급 밸브는 유압 차지 펌프로부터 밸브 어셈블리까지의 유압 흐름을 유압 차지 흐름 경로로부터 분리된 하나 이상의 제어 흐름 경로를 따라 제어하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 유압 차지 회로는 차지 압력 릴리프 밸브의 상류의 유압 로드와 유체 구동 회로를 포함한다. 하나 이상의 제어 흐름 경로는 유압 로드의 상류의 유압 차지 회로로부터 연장될 수 있다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 파일럿 공급 밸브는 하나 이상의 제어 흐름 경로를 따라 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 제어 흐름 경로는 유압 차지 펌프의 하류의 유압 차지 회로로부터 연장될 수 있다.

일부 실시예에서, 작동기는 유체 구동 모터의 조정 가능한 회전경사판(swash plate)을 제어하도록 구성된 회전경사판 작동기일 수 있다.

일부 실시예에서, 밸브 어셈블리는 서보(servo) 제어 밸브를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 동력기계는 제2 가변 변위 구동 펌프, 제2 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성되는 제2 작동기 및 제2 작동기를 제어하도록 구성되는 제2 밸브 어셈블리를 포함할 수 있다. 하나 이상의 파일럿 공급 밸브는 하나 이상의 제어 흐름 경로를 따라, 유압 차지 펌프에서 제2 밸브 어셈블리로의 유압 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 파일럿 공급 밸브는 단일 파일럿 공급 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 흐름 경로는 단일 제어 밸브로부터 하나 이상의 밸브 어셈블리를 향하는 단일 제어 흐름 경로를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예는 동력기계의 유체 구동 회로를 작동하는 방법을 제공한다. 유압 차지 펌프는 유압 차지 회로의 공급 유압 흐름 경로를 따라 유압 흐름을 제공하기 위하여 작동될 수 있다. 유압 흐름은, 유압 차지 회로 내에서, 유압 차지 펌프의 하류 및 유압 차지 회로에 포함된 유압 로드의 상류의 공급 유압 흐름 경로로부터 갈라지는 제어 흐름 경로와 유압 차지 흐름 경로 사이에서 갈라질 수 있다. 제어 흐름 경로는 유체 구동 회로의 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성되는 제어 어셈블리에 제1 흐름을 제공할 수 있다. 유압 차지 흐름 경로는 유체 구동 회로를 차지하는 제2 흐름을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 흐름은 제2 흐름보다 고압 흐름일 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 흐름은 제2 흐름보다 낮은 유량 흐름일 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 흐름은 20 바(bar)와 30 바 사이이다.

일부 실시예에서, 제2 흐름은 5 바와 15 바 사이이다.

일부 실시예에서, 제1 흐름은 5 L/분과 15 L/분 사이이다.

일부 실시예에서, 제2 흐름은 25 L/분과 35 L/분 사이이다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로는 제1 흐름을 복수의 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성된 하나 이상의 밸브 어셈블리로 향하게 할 수 있다.

본 발명의 요약 및 초록은 단순화된 형태의 개념을 설명하기 위하여 제공되고 이하 상세한 설명에서 더 개시된다. 본 발명의 요약은 특허청구범위에 기재된 핵심 기술 또는 필수 기술을 특정하려는 것은 아니고 본 발명에 청구된 주제의 범위를 결정하는데 보조로서 사용되는 것은 아니다.

본 발명은 가변 변위 구동 펌프의 제어 신호의 개선된 경로 지정을 통하여 유압 구동 시스템의 작동을 개선하는 시스템 및 관련 방법을 제공한다.

본 발명에서 제2 압력 설정 장치는 서보 제어 밸브에 고압 흐름을 제공하도록 구성된 제1 경로 및 유체 구동 회로에 저압 흐름을 제공하도록 구성된 제2 경로를 제공하기 위하여 시스템에 도입될 수 있다. 따라서, 단일 펌프를 이용하여 낮은 볼륨, 고압 흐름이 서보 제어 밸브의 제어를 위하여 제공될 수 있고, 높은 볼륨, 저압 흐름이 관련 유체 구동 회로를 차지하기 위하여 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 유리하게 실시될 수 있는 대표적인 동력기계의 기능적 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 개시된 실시예가 실시될 수 있는 종류의 스키드 스티어 로더 형태의 대표적인 동력기계의 사시도이다.
도 4는 도 2-3에 도시된 로더와 같은 로더의 동력 시스템의 구성요소를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 동력기계의 유체 구동 시스템의 특징을 나타내는 단순화한 회로 다이어그램이다.
도 6은 유체 구동 시스템을 작동하는 방법의 플로우차트이다.

본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배열에 대한 적용에 한정되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 실행될 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 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다.

동력기계의 일부 구성에서, 유체 구동 시스템은 동력기계를 지형 위로 이동하기 위하여 견인요소에 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가변 변위 구동 펌프가 유체 구동 회로를 통해 유압 흐름을 유압 구동 모터로 제공하기 위하여 배열될 수 있다. 일부 실시예에서 제어 어셈블리는 회전경사판 작동기를 제어하는 파일럿 압력을 제공하는 밸브를 포함하고, 예를 들어 서보 밸브와 작동기 조합(서보 밸브와 작동기 조합 이외의 다른 조합이 사용될 수 있다)은 구동 펌프의 변위를 제어하고 그에 의해서 구동 모터에 대한 유압 흐름을 제어하기 위하여 제공될 수 있다.

유체 구동 회로가 견인 동력의 효율적인 전달을 제공할 수 있지만, 통상의 시스템은 유압유의 정규적 누출을 겪는다. 누출은 오일이 유체 회로를 떠나는 경로를 제공하여, 유체 회로에서 허용 가능한 온도를 유지하는 오일 냉각 회로에 제공될 수 있으므로, 유체 구동 회로로부터의 누출은 중요하다. 많은 이러한 시스템은 또한 회로에서 소정의 유압유를 배출하는 플러싱(flushing) 밸브를 갖고, 이 유체는 유압유를 냉각하기 위하여 열교환기로 유도된다. 그러나 유체 구동 회로로부터의 유체의 이 일정한 제거 때문에, 가압 유압유는 유체 구동 회로를 보충하기 위하여 유체 회로로 계속하여 다시 제공될 필요가 있다. 따라서, 유압 차지 펌프(예, 동력기계의 엔진에 의하여 직접적으로 구동되는)가 유체 구동 회로에 이 보충 오일을 제공하기(즉, 보충) 위하여 사용될 수 있다. 유압 차지 회로는 유압유가 구동 회로에 제공되는 압력을 설정하는 차지 압력 릴리프 밸브(종종 구동 펌프 어셈블리로 위치한)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 유압 흐름이 유압 누출을 대체하는 미리 정해진 압력으로 유체 구동 회로에 제공될 수 있고 관련 구동 펌프가 바람직하게 준비된다.

종래의 배치에서, 유압 차지 회로의 유압 차지 펌프는 단순히 유체 구동 회로를 차지하는 것 이외의 다른 목적을 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 유압 차지 회로로부터의 가압 흐름은 하나 이상의 구동 펌프의 제어 밸브(예, 당 업계에 잘 알려진 서보 제어 밸브)에 제공되어 관련 구동 펌프의 변위를 제어할 수 있다. 이러한 양쪽 기능을 수행하는 유압 차지 펌프의 사용은 동력기계에 상당한 효율을 제공할 수 있다. 특히, 이러한 양쪽 기능을 수행하는 다른 펌프는 필요하지 않고, 이는 비용 및 공간의 이익을 제공하고 기계의 전체적인 복잡도를 감소한다.

복수 목적을 위한 유압 차지 펌프의 사용이 동력기계에 일정한 효율을 제공할 수 있을지라도, 일부 종래의 배치는 최적으로 배치되지 않았을지 모른다. 예를 들어, 통상의 서보 제어 밸브 어셈블리는 낮은 유량, 서보 제어 밸브를 전위하는 상대적으로 고압인 신호를 이용하고, 반면 구동 회로는 상대적으로 높은 유량, 상대적으로 저압인 흐름을 이용하여 효율적으로 차지될 수 있다(서보 제어 어셈블리에 제공된 압력 신호와 비교하여). 따라서, 이러한 2 가지의 목적은 서로 충돌하는 신호를 요구한다. 이러한 양쪽의 기능에 대하여 압력을 설정하는 공통 압력 설정 장치(압력 릴리프 밸브와 같은)에 의지하는 종래의 시스템에서, 시스템은 단지 이들 기능의 하나를 위하여 최적화되거나, 대신에 어느 쪽도 아닌 기능을 위하여 최적화되는 압력을 선택할 수 있다.

일부 실시예에서 위에 기술한 주제에 역점을 두어, 제2 압력 설정 장치는 서보 제어 밸브에 고압 흐름을 제공하도록 구성된 제1 경로 및 유체 구동 회로에 저압 흐름을 제공하도록 구성된 제2 경로를 제공하기 위하여 시스템에 도입될 수 있다. 따라서, 단일 펌프를 이용하여 낮은 볼륨, 고압 흐름이 서보 제어 밸브의 제어를 위하여 제공될 수 있고, 높은 볼륨, 저압 흐름이 관련 유체 구동 회로를 차지하기 위하여 제공될 수 있다. 바람직하게는, 서보 제어 밸브에 제공된 압력은 스풀을 제어하기 위하여 충분히 클 수 있고, 유압 구동 회로에 제공된 압력은 전반적인 시스템의 효율을 개선하는 낮은 수준으로 설정될 수 있다.

이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실현할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 하나의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 하나의 예가 도 2 및 도 3에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 대표적인 동력기계로서 단지 하나의 동력기계가 도시되고 설명된다. 그러나 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 다른 형태의 동력기계를 포함하는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있다.

본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 실행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진(self-propelled) 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 동력기계의 한 종류이고, 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함한다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이는 원동(motive) 시스템이다.

도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 삽입될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 하나의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 그리고 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 지지표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하는 운전 위치를 제공하는 운전자 스테이션(150)을 갖는다. 운전자에 의하여 제공되는 제어신호에 반응하여 다양한 작업을 적어도 부분적으로 실행하기 위하여, 제어 시스템(160)이 다른 시스템과 상호 작용하도록 제공된다.

특정 작업 차량은 전용 작업을 실행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량은 버킷(bucket)과 같은 도구가 핀 고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트 암을 갖는다. 작업요소, 즉 리프트 암은 작업을 실행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에서, 도구를 위치시키기 위하여, 버킷을 리프트 암에 대해 회전시키는 바와 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상 작동하에 버킷이 부착되고 사용된다. 이러한 작업 차량은 원래의 버킷 대신에 도구/작업요소 결합의 분해 및 다른 도구의 재조립에 의하여 다른 도구를 수용할 수 있다. 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 부착하는 연결 포인트와 같이 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고 아래에 기술된다.

일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 어셈블리인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 다수의 다른 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 이동하면, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 여기서 사용된 용어, 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한 연결 포인트가 아니라, 다양한 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 도구의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하기 위한 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하는 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 어셈블리를 포함한다. 프레임(110)은 여러 개의 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한(강성) 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 회차지는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향(steering) 기능을 달성하기 위하여 프레임의 일부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절형(articulated) 프레임을 갖는다.

프레임(110)은 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구가 사용할 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공하도록 구성된 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 어디에도 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 실행할 수 있는 구성요소에 동력을 선택적으로 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의하여 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.

도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 실행하는 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 항상 그렇다고는 할 수 없지만 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이다. 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 트랙(track) 어셈블리, 차축에 부착된 바퀴(wheels) 등일 수 있다. 견인요소는 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록(조향이 스키딩(skidding)에 의하여 달성됨) 프레임에 장착될 수 있고, 또는 대안적으로 견인요소가 프레임에 대하여 피벗함으로써 조향을 달성하도록 프레임에 피벗 가능하게 장착될 수 있다.

동력기계(100)는 운전자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 포함하는 운전자 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서 운전자 스테이션(150)은 밀폐된 또는 부분적으로 밀폐된 운전실에 의하여 정의된다. 본 발명의 실시예가 실현될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 형태의 운전실 또는 운전구역을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 운전실 또는 운전구역을 갖지 않고 오히려 동력기계를 적합하게 작동하는 운전자 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량 이외의 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전구역과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100)와 같은 일부 동력기계 및 기타는, 이들이 운전구역 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격으로(즉, 원격으로 위치한 운전자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 동력기계의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연결된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 운전자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).

도 2 및 도 3은 아래 기술되는 실시예가 유리하게 이용될 수 있는, 도 1에 도시된 동력기계의 하나의 특정의 예인 로더(200)를 도시한다. 로더(200)는 스키드-스티어 로더로서, 단단한 차축에 의하여 로더의 프레임에 장착되는 견인요소(이 경우 4 바퀴)를 갖는 로더이다. 여기서 "단단한 차축"은 스키드-스티어 로더(200)가 회전 또는 조향되어 로더의 선회(turn)를 달성할 수 있는 어떠한 견인요소를 갖지 않는다는 것을 말한다. 대신에, 스키드-스티어 로더는 로더의 각각의 측면의 하나 이상의 견인요소에 독립적으로 동력을 주는 구동 시스템을 갖고, 각각의 측면에 다른 견인신호를 제공함으로써 기계가 지지표면 위로 미끄러지는 경향이 있다. 이러한 가변(varying) 신호는 로더를 전방 방향으로 이동시키기 위하여 로더의 한 측면 상의 견인요소(들)에 동력을 제공하는 것과, 로더를 역방향으로 이동시키기 위하여 다른 측면 상의 견인요소(들)에 동력을 제공하는 것을 포함하고, 로더를 로더 자체의 궤적(footprint) 내에서 중심 반경 주위로 선회시킬 수 있다. "스키드 스티어(skid-steer)"라는 용어는, 위에서 설명한 바와 같이 견인요소로서 바퀴를 갖는 미끄러운 조향을 갖는 로더를 통상적으로 지칭한다. 그러나 많은 트랙 로더도 또한 미끄럼을 통해 선회를 실행하고, 바퀴가 없더라도 기술적으로 스키드-스티어 로더라는 점에 유의하여야 한다. 본 발명의 목적상 달리 언급되지 않는 한, 스키드 스티어라는 용어는 견인요소로서 바퀴를 갖는 로더로 범위를 한정해서는 안 된다.

로더(200)는 도 1에서 넓게 도시되고 위에 설명된 동력기계(100)의 하나의 특별한 예이다. 따라서, 이하 설명되는 로더(200)의 특징부는 도 1에 사용된 것과 유사한 도면번호를 사용한다. 예를 들어, 로더(200)는 동력기계(100)가 프레임(110)을 갖는 바와 같이 프레임(210)을 갖는 것으로 설명된다. 여기서 설명되는 스키드-스티어 로더(200)는, 트랙 어셈블리 및 트랙 어셈블리를 동력기계에 장착하는 장착 요소에 관해 후술되는 실시예가 실시될 수 있는 환경에 대한 참조를 제공하기 위한 것이다. 로더(200)는 여기에 개시된 실시예에서 필수적인 것은 아니고, 따라서 후술되는 실시예가 구현될 수 있는 로더(200)가 아닌 동력기계에 포함될 수도 있고 아닐 수도 있는 것으로 설명되는 특징의 설명에 특별히 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 특별히 언급하지 않는 한, 후술되는 실시예는 다양한 동력기계에 실시될 수 있고 로더(200)는 그러한 동력기계 중 단지 하나이다. 예를 들어, 후술되는 본 발명의 일부 또는 전체가, 몇 가지 예를 들어, 다양한 다른 로더, 굴착기, 트렌처(trenchers) 및 도저(dozers) 등 많은 다른 종류의 작업 차량에서 구현될 수 있다.

로더(200)는 동력기계 상의 다양한 기능을 작동시키기 위한 동력을 생성하거나 또는 제공할 수 있는 동력 시스템(220)을 지지하는 프레임(210)을 포함한다. 동력 시스템(220)은 블록 다이어그램 형태로 표시되지만 프레임(210) 내에 위치한다.프레임(210)은 또한 다양한 작업을 실행하기 위하여 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 리프트 암 어셈블리(230) 형태의 작업요소를 지지한다. 로더(200)가 작업 차량인 경우, 프레임(210)은 또한 동력기계를 지지표면 위로 추진하고 동력 시스템(220)에 의하여 동력을 받는 견인 시스템(240)을 지지한다. 리프트 암 어셈블리(230)는 차례로, 다양한 작업을 실행하기 위하여 로더(200)에 다양한 도구를 수용 및 고정할 수 있는 도구 캐리어(272) 및 로더에 연결될 수 있는 도구에 동력을 선택적으로 제공하기 위하여 도구가 결합될 수 있는 동력 커플러(274)를 포함하는 도구 인터페이스(270)를 지지한다. 동력 커플러(274)는 유압원 또는 전력원 또는 모두를 제공할 수 있다. 로더(200)는 운전자가 다양한 제어장치(260)를 조작하여 동력기계가 비-구동 작업기능을 포함하는 다양한 작업 기능을 실행하게 할 수 있는 운전자 스테이션(255)을 정의하는 운전실(250)을 포함한다. 운전실(250)은 마운트(254)를 통하여 연장되는 축 중심으로 뒤로 피벗될 수 있고, 유지 및 보수가 필요하면, 동력 시스템 구성요소에의 접근을 제공한다.

운전자 스테이션(255)은 운전석(258) 및 다양한 기계 기능을 제어하기 위하여 운전자가 조작할 수 있는 제어 레버(260)를 포함하는 복수의 운전자 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치는 버튼, 스위치, 레버, 슬라이더(sliders), 페달 등을 포함할 수 있고, 손 작동 레버 또는 발 페달과 같은 독립형(stand-alone) 장치이거나 또는 핸드 그립(grips) 또는 디스플레이 패널에 통합될 수 있고, 프로그램 입력장치를 포함한다. 운전자 입력장치의 작동은 전기 신호, 유압 신호 및/또는 기계 신호 형태의 신호를 발생할 수 있다. 운전자 입력장치에 반응하여 발생한 신호는 동력기계의 다양한 기능을 제어하기 위하여 동력기계의 다양한 구성요소에 제공된다. 동력기계(100)의 운전자 입력장치에 의하여 제어되는 기능 중에는 견인요소(219), 리프트 암 어셈블리(230), 도구 캐리어(272)의 제어를 포함하고, 도구에 작동 가능하게 결합될 수 있는 임의의 도구에 신호를 제공한다.

로더는, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 운전자에 의하여 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동에 관련된 정보의 표시를 주기 위하여 운전실(250)에 제공되는 디스플레이 장치를 포함하는 사람-기계 인터페이스를 포함할 수 있다. 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 위하여 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보 및 운전자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 운전자에게 사용될 수 있는 다른 정보 역시 제공할 수 있다. 워크 비하인드 로더와 같은 다른 동력기계는 운전실, 운전구역 또는 좌석을 갖지 않을 수 있다. 그러한 로더의 운전 위치는 일반적으로 운전자가 운전자 입력장치를 조작하기 위하여 가장 적합한 위치로 정의된다.

이하 기술되는 본 발명의 실시예를 포함하거나 상호 작용하는 다양한 동력기계는 다양한 작업요소를 지지하는 다양한 다른 프레임 구성요소를 가질 수 있다. 본 발명의 프레임(210)의 구성요소는 발명의 목적을 위하여 예시적으로 제공되고, 프레임(210)이 본 발명이 실시되는 동력기계의 프레임의 유일한 형태는 아니다.

로더(200)의 프레임(210)은 차대(undercarriage) 또는 프레임의 하부(211) 및 차대에 의하여 지지되는 메인 프레임 또는 프레임의 상부(212)를 포함한다. 일부 실시예에서, 로더(200)의 메인 프레임(212)은 차대와 메인 프레임의 용접 또는 조임장치(fasteners) 같은 것에 의하여 차대(211)에 부착된다. 또는 메인 프레임 및 차대는 일체형으로 형성될 수 있다. 메인 프레임(212)은, 메인 프레임의 후방을 향하여 양 측면에 위치하고, 리프트 암 어셈블리(230)를 지지하고 리프트 암 어셈블리(230)가 피벗 부착되는, 한 쌍의 직립부(214A; 214B)를 포함한다. 리프트 암 어셈블리(230)는 직립부(214A; 214B) 각각에 예시적으로 핀 고정된다. 직립부(214A; 214B) 상의 장착부와 리프트 암 어셈블리(230)와 장착 하드웨어(리프트 암 어셈블리를 메인 프레임(212)에 고정하기 위한 핀(pin)을 포함함)의 조합을 본 발명의 목적상 집합적으로 조인트(216A; 216B)(직립부(214)의 각각에 하나가 위치함)로 지칭한다. 조인트(216A; 216B)는 차축(218)을 따라 배열되고, 아래에 설명하는 바와 같이, 리프트 암 어셈블리가 프레임(210)에 대해 차축(218) 중심으로 피벗할 수 있도록 한다. 다른 동력기계는 프레임의 양쪽 측면 상에 직립부를 포함하지 않거나, 프레임의 후방을 향해 양쪽 측면 상의 직립부에 장착될 수 있는 리프트 암 어셈블리를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 동력기계는 동력기계의 단일 측면 또는 동력기계의 전방 또는 후방 단부에 장착된 단일 암을 가질 수 있다. 다른 기계는 복수의 리프트 암을 포함하는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 그 자신 고유의 구조로 기계에 장착된다. 프레임(210)은 또한 로더(200)의 양 측면 상에 바퀴(219A-D)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 또한 지지한다.

도 2 및 도 3에 도시된 리프트 암 어셈블리(230)는, 본 발명의 실시예를 실현할 수 있는 로더(200) 또는 다른 동력기계와 같은 동력기계에 장착될 수 있는 리프트 암 어셈블리의 많은 상이한 유형 중 하나의 예이다. 리프트 암 어셈블리(230)는 수직 리프트 암으로 알려진 것이고, 리프트 암 어셈블리(230)가 로더(200)의 제어하에 프레임(210)에 대하여 일반적으로 수직 경로를 형성하는 리프트 경로(path)(237)를 따라 이동 가능한 것(즉, 리프트 암 어셈블리는 상승 및 하강할 수 있음)을 의미한다. 다른 리프트 암 어셈블리는 다른 기하구조를 가질 수 있고, 로더의 프레임에 다양한 방법으로 결합되어 리프트 암 어셈블리(230)의 방사상(radial) 경로와 다른 리프트 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 로더에서의 일부 리프트 경로는 방사상 리프트 경로를 제공한다. 다른 리프트 암 어셈블리는 확장 가능한 또는 신축형(telescoping) 부분을 가질 수 있다. 다른 동력기계는 그들의 프레임에 부착된 복수의 리프트 암 어셈블리를 가질 수 있고, 각각의 리프트 암 어셈블리는 다른 것에 대해 독립적이다. 본 발명에 특별히 언급하지 않는 한, 상세한 설명에 개시한 본 발명의 개념은 특정한 동력기계에 결합되는 리프트 암 어셈블리의 형태나 수에 제한되지 않는다.

리프트 암 어셈블리(230)는 프레임(210)의 대향 측면 상에 배치되는 한 쌍의 리프트 암(234)을 갖는다. 도 2에 도시된 하강 위치에서의 경우, 리프트 암(234) 각각의 제1 단부는 조인트(216)에서 동력기계에 피벗 결합되고, 리프트 암 각각의 제2 단부(232B)는 프레임(210)의 전방을 향해 위치한다. 조인트(216)는 로더(200)의 후면을 향하여 위치하고 리프트 암은 프레임(210)의 측면을 따라 확장한다. 리프트 경로(237)는 리프트 암 어셈블리(23)가 최소 및 최고 높이 사이에서 이동함에 따라 리프트 암(234)의 제2 단부(232B)의 이동 경로에 의하여 정의된다.

리프트 암(234) 각각은 조인트(216) 중 하나에서 프레임(210)에 피벗 결합되는 각각의 리프트 암(234)의 제1 부분(234A) 및 제1 부분(234A)에의 연결부로부터 리프트 암 어셈블리(230)의 제2 단부(232B)로 확장되는 제2 부분(234B)을 갖는다. 리프트 암(234)은 제1 부분(234A)에 부착되는 교차부재(cross member)(236)에 각각 결합된다. 교차부재(236)는 리프트 암 어셈블리(230)에 증가된 구조 안정성을 제공한다. 동력 시스템(220)으로부터 가압 유체를 수용하도록 로더(200) 상에 구성된 유압 실린더인 한 쌍의 작동기(238)는, 로더(200)의 각 측면 상의 피벗 가능한 조인트(238A 및 238B)에서 각각 프레임(210)과 리프트 암(234) 모두에 피벗 결합된다. 작동기(238)는 개별적 그리고 집합적으로 리프트 실린더로서 종종 지칭된다. 작동기(238)의 작동(즉, 확장 및 수축)은 리프트 암 어셈블리(230)가 조인트(216) 주위로 피벗함으로써 화살표(237)로 표시된 고정 경로를 따라 상승 및 하강하도록 한다. 한 쌍의 제어 링크(217) 각각은 프레임(210)의 양 측면 상에서 프레임(210)과 하나의 리프트 암(232)에 피벗 장착된다. 제어 링크(217)는 리프트 암 어셈블리(230)의 고정 리프트 경로를 정의하는 것을 도와준다.

굴착기에서 가장 두드러지고 다른 로더에서도 가능한 일부 리프트 암은, 도 2에 도시된 리프트 암 어셈블리(230)의 경우와 같이 함께(즉, 소정 경로를 따라) 이동하는 대신에 다른 세그먼트에 대해 피벗하도록 제어 가능한 부분을 가질 수 있다. 일부 동력기계는, 굴착기 또는 일부 로더 및 다른 동력기계에 알려진 것처럼 단일 리프트 암을 갖는 리프트 암 어셈블리를 갖는다. 다른 동력기계는 복수의 리프트 암 어셈블리를 가질 수 있고, 각각은 다른 것들에 대해 독립적이다.

도구 인터페이스(270)는 리프트 암 어셈블리(230)의 제2 단부(232B)에 인접하여 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 다양한 서로 다른 도구를 리프트 암(234)에 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)와 맞물리게 구성되는 상보(complementary) 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 아암(234)의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(235)는 리프트 암 어셈블리(230)와 도구 캐리어(272)에 작동 가능하게 결합되고, 도구 캐리어(272)를 리프트 암 어셈블리에 대해 회차지도록 작동 가능하다. 도구 캐리어 작동기(235)는 예시적으로는 유압 실린더이고 종종 틸트 실린더로 알려져 있다.

복수의 다른 도구에 부착될 수 있는 도구 캐리어를 가짐으로써, 하나의 도구에서 다른 도구로의 변경이 비교적 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도구 캐리어를 갖는 기계는 도구 캐리어와 리프트 암 어셈블리 사이에 작동기를 제공할 수 있고, 도구의 제거 또는 부착은 도구로부터 작동기의 제거 또는 부착, 또는 리프트 암 어셈블리로부터 도구의 제거 또는 부착을 필요로 하지 않는다. 도구 캐리어(272)는 도구를 리프트 암(또는 동력기계의 다른 부분)에 쉽게 부착하는, 도구 캐리어를 가질 필요 없는 리프트 암 어셈블리의 장착 구조를 제공한다.

일부 동력기계는 도구 또는 틸트 작동기를 갖는 리프트 암에 핀 고정(pinned)에 의하여 부착되고 도구 또는 도구 형태 구조에 직접 결합되는 도구 유사 장치를 가질 수 있다. 리프트 암에 회전 가능하게 핀 고정되는 이러한 도구의 보통의 예가 버킷이고, 용접 또는 조임장치에 의하여 버킷에 직접 고정되는 브라킷에 하나 이상의 틸트 실린더가 부착된다. 이러한 동력기계는 도구 캐리어를 갖지 않고, 오히려 리프트 암과 도구 사이의 직접 연결을 갖는다.

도구 인터페이스(270)는 또한 리프트 암 어셈블리(230)의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(274)을 포함한다. 도구 동력원(274)은 도구가 제거 가능하게 결합될 수 있는 가압 유압유 포트를 포함한다. 가압 유압유 포트는 도구 상에서 하나 이상의 기능 또는 작동기에 동력을 제공하기 위하여 가압 유압유를 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 또한 도구 상에서 전기식 작동기 및/또는 전자식 제어기에 전력을 제공하기 위하여 전력원을 포함할 수 있다. 도구 동력원(274)은 또한, 도구의 제어기와 로더(200)의 전자식 장치 사이에서 통신을 가능하게 하기 위하여 로더(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관(conduits)을 예시적으로 포함한다.

도 2 및 도 3에서 프레임(210)은 동력 시스템(220)을 지지하고 둘러싸서, 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소가 보이지 않는다.

도 4는 동력 시스템(220)의 다양한 구성요소의 다이어그램을 포함한다. 동력 시스템(220)은 다양한 기계 기능에서 사용하는 동력을 발생 및/또는 저장할 수 있는 하나 이상의 동력원(222)을 포함한다. 동력기계(200)에서, 동력 시스템(220)은 내연기관을 포함한다. 다른 동력기계는 주어진 동력기계 구성요소에 동력을 제공할 수 있는 전기 발생기, 재차지 배터리, 다양한 다른 동력원 또는 동력원들의 결합을 포함할 수 있다. 동력 시스템(220)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합되는 동력 변환 시스템(224)을 포함한다. 동력 변환 시스템(224)은 차례로 동력기계의 기능을 실행하는 하나 이상의 작동기(226)에 결합된다. 다양한 동력기계의 동력 변환 시스템(224)은 기계 변속기, 유압 시스템 등을 포함하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 구동 모터(226A; 226B)에 동력 신호를 제공하기 위하여 선택적으로 제어 가능한 한 쌍의 유체(hydrostatic) 구동 펌프(224A; 224B)를 포함한다. 구동 모터(226A; 226B)는 차례로 각각 차축에 작동 가능하게 결합되고, 구동 모터(226A)는 차축(228A; 228B)에 결합되고 구동 모터(226B)는 차축(228C; 228D)에 결합된다. 차축(228A-D)은 차례로 견인요소(219A-D)에 결합된다. 구동 펌프(224A; 224B)는 운전자 입력장치에 기계적, 유압 및/또는 전기적으로 결합되어 구동 펌프를 제어하는 작동 신호를 받는다. 비록 도 4에 도시하지는 않았지만, 일부 기계는 유체 구동 회로에 추가 흐름을 제공하는 것을 포함하는 다양한 유압 기능을 위한 흐름을 제공하는 유압 차지 펌프를 갖는다.

동력기계(200)의 구동 펌프, 모터 및 차축의 배열은 이들 구성요소의 배열의 하나의 예이다. 위에 기술한 바와 같이, 동력기계(200)는 스키드-스티어 로더이고, 동력기계의 각 측면의 견인요소는 단일 유압 펌프, 동력기계(200)의 단일 구동 모터 또는 개별 구동모터의 어느 하나의 출력을 통하여 함께 제어된다. 유압 구동 펌프의 다양한 다른 구성 및 결합이 바람직하게 이용될 수 있다.

동력기계(200)의 동력 변환 시스템(224)은 또한 동력원(222)에 작동 가능하게 결합된 유압 도구 펌프(224C)를 포함한다. 유압 도구 펌프(224C)는 작업 작동기 회로(238C)에 작동 가능하게 결합된다. 작업 작동기 회로(238C)는 제어 로직뿐만 아니라 리프트 실린더(238) 및 틸트 실린더(235)를 포함하여 작동을 제어한다. 제어 로직은 운전자 입력에 반응하여 선택적으로 리프트 실린더 및/또는 틸트 실린더의 작동을 허가한다. 일부 기계에서, 작업 작동기 회로는 또한 부착 도구에 가압 유압유를 선택적으로 제공하는 제어 로직을 포함한다. 동력기계(200)의 제어 로직은 개방 센터, 직렬 배열의 3-스풀 밸브를 포함한다. 스풀은 부착된 도구에 리프트 실린더, 이어서 틸트 실린더 그리고 가압 유체에 우선권을 주도록 배열된다.

동력기계(100) 및 로더(200)의 위의 설명은 예시적인 목적으로 제공되었고, 이하의 실시예가 실현될 수 있는 예시적인 환경을 제공한다. 본 발명에 개시된 실시예는 도 하나의 블록 다이어그램에 나타낸 동력기계(100), 더 구체적으로는 트랙 로더(200)와 같은 로더에 의하여 일반적으로 기술된 동력기계에 실현될 수 있고, 특별히 달리 언급하지 않는 한 이하 설명하는 본 발명의 개념은 위에 특히 기술한 환경으로 한정되는 것은 아니다.

도 5는 동력기계의 견인 제어를 위하여 사용될 수 있는 유압 구동 시스템의 양상을 나타내고, 도 2와 도 3(예, 도 4 참조)의 동력기계(200)의 유압 구동 시스템(246) 구성을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실선 연결 라인은 상대적으로 고압의 유압 흐름 라인을 나타내고, 대시(dash) 연결 라인은 상대적으로 저압의 유압 흐름 라인을 나타내고, 대시-점-대시 라인은 전기 신호 라인을 나타낸다. 일부 구성에서, 다른 연결 라인 배열이 가능하다. 예를 들어 일부 구성에서, 전자 제어는 유압 제어 및 그 역으로 대체될 수 있다.

도시된 실시예에서, 유압 구동 시스템(346)은 가변 변위 유체 구동 펌프 (324A; 324B) 세트를 포함하고, 이는 유체 구동 모터(326A; 326B)와 함께 각각의 유체 구동 회로(338A; 338B) 내에 위치한다. 일부 실시예에서, 유체 구동 펌프(324A; 324B)는 단일 하우징 내에 포함될 수 있지만 다른 구성이 가능하다. 구동 펌프(324A; 324B)의 변위는 임의의 알려진 형태의, 각각의 회전경사판 작동기(362A; 362B)를 통해 제어될 수 있고, 이 작동기는 구동 펌프(324A; 324B)의 각각의 회전경사판(미도시)을 이동하기 위하여 유압으로 작동될 수 있다. 작동기(362A; 362B)는 번갈아 상대적으로 높은 압력과 낮은 볼륨 유압 흐름을 조절할 수 있는 각각의 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)를 통해 제어될 수 있고, 제어장치(340)에 의하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 도시된 시스템은 고압, 낮은 볼륨 유압 흐름이 20 바와 30 바 사이 그리고 5 L/분과 15 L/분 사이의 흐름이고, 일부 경우에 25 바와 10 L/분의 최적 성능이 되도록 구성된다.

일부 실시예에서, 제어장치(340)는 전자장치이다. 다른 실시예에서, 제어장치는 기계적인 장치, 전기 기계식 장치, 전기 유압식 장치 또는 다른 적합한 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)는 알려진 구성의 다양한 서보 제어 밸브이고, 다른 경우에서 다른 제어 밸브가 이용될 수 있다.

유압 차지 펌프(348)는 유체 구동 회로(338A; 338B)를 차지하기 위하여, 유압 차지 흐름 경로(332)를 포함하는 유압 차지 회로(342)의 공급 흐름 경로(330)를 따라 유압유를 저장조(356)로부터 펌프하기 위하여 배열된다. 특히, 유압 차지 펌프(348)는 유압 로드(358)에 초기의 고압, 높은 볼륨 흐름을 제공하고, 유압 로드는 흐름으로부터의 동력을 이용하여 작업을 수행하고 따라서 유압을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 유압 로드(358)는 동력기계의 열 관리를 위한 팬모터일 수 있고, 다른 경우에 다른 유압 로드(또는 유압 로드 없이)가 제공될 수 있다.

유압 로드(358)의 하류에서, 흐름은 구동 회로(338A; 338B)에 차징 흐름을 공급하기 위하여 미리 정해진 최소 설정 압력을 확립하는 차지 압력 릴리프 밸브(350)로 향한다. 도시된 실시예에서, 구동 시스템 릴리프 밸브(352A; 352B)는 유체 회로에서의 최고 압력을 설정하기 위하여, 구동 모터의 높은 로드가 유체 구동 회로(338A; 338B)의 압력을 릴리프 밸브(352A; 352B)의 설정 이상으로 상승하지 않도록 제공된다. 일부 실시예에서, 차지 압력 릴리프 밸브(350)는 5 바와 15 바 사이의 압력으로 설정될 수 있고, 10 바의 설정 압력을 갖는 최적의 구성으로 설정될 수 있다.

일부 실시예에서, 차지 압력 릴리프 밸브의 상류의 유압 로드의 포함은, 유압 로드에 의한 차지 유압 흐름에 부과된 압력 강하 때문에 중요할 수 있다. 이 압력 강하 때문에, 유압 로드의 상류 위치의 유압 차지 회로에서의 유압 압력은, 유압 로드의 하류의 위치의 압력(예, 유압 압력 릴리프 밸브에 의하여 설정된)보다 실제적으로 높을 수 있다(예, 2배 이상 높은). 이하 더 설명되는 바와 같이, 이 높은 압력은 이어서 유체 구동 펌프의 제어를 위한 고압, 낮은 흐름 신호로 적합하게 전환될 수 있다.

종래의 시스템에서, 구동 펌프(324A; 324B)의 변위의 제어를 위한 가압 유압 흐름은 유압 로드(358)의 하류의 유압 차지 회로(342)로부터, 유체 펌프 어셈블리에 포함된 릴리프 밸브에 의하여 설정되는 압력 레벨로 공급된다. 위에 설명한 바와 같이 구동-펌프 변위의 제어를 위한 고압을 적절하게 보장하기 위하여, 이 형태의 종래의 구성은 또한 동일한 고압 흐름을 유체 회로에 보충 유체 형태로 제공한다. 또한 위에 기술한 바와 같이, 구동-펌프 변위의 제어를 위하여 필요할 수 있는 레벨의 압력은 일반적으로 유체 회로로의 보충 흐름에 필요한 압력보다 실제로 더 크므로, 이 종래의 배열은 현저한 비효율을 야기할 수 있다.

대조적으로, 도시된 실시예에서, 구동 펌프(324A; 324B)의 변위의 제어를 위한 유압 흐름은 유압 로드(358)의 상류(그리고 유압 차지 흐름 경로(332)의 상류)의 유압 차지 회로(342)로부터 갈라진다. 특히, 회전경사판 작동기(362A; 362B)의 작동을 위한 가압 흐름은 제어 흐름 경로(344)를 따라 유압 차지 회로(342)로부터 전환된다. 제어 흐름 경로(344)는 유압 로드(358)와 유압 차지 펌프(348)로부터의 배출 사이의 유압 차지 회로(342)로부터 갈라지고, 파일럿 공급 밸브(354)(예, 다양한 알려진 형태의 압력 감소 밸브)를 통한 흐름을 경로 지정한다. 따라서, 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)를 위한 상대적으로 고압, 낮은 볼륨 흐름은 유압 로드(358)(또는 존재하면 다른 로드)에 의하여 부과된 실질적인 압력 강하 전에 유압 차지 회로(342)로부터 전환될 수 있다. 또한, 유체 구동 회로(338A; 338B)의 차징을 위한 상대적으로 저압, 높은 볼륨 흐름은 유압 로드(358)의 하류로부터 계속될 수 있다.

일부 실시예에서, 유체 구동 회로의 차징을 위한 흐름은 가변 변위 구동 펌프의 제어를 위한 흐름에 대하여 실질적으로 더 저압 이도록 제어될 수 있다(즉, 50% 이상 감소된 압력). 위에 기술한 바와 같이, 도시된 시스템은 제어 흐름 경로(344)를 따르는 고압, 낮은 볼륨 유압 흐름이 20 바와 30 바 사이 그리고 5 L/분과 15 L/분 사이로 흐르도록 구성되고, 일부 경우에 25 바와 10 L/분에서 최적의 성능을 갖는다. 대조적으로 일부 실시예에서, 도시된 시스템은 유체 구동 회로 (338A; 338B)를 차지하는 저압, 높은 볼륨 유압 흐름이 5 바와 15 바 사이 그리고 25 L/분과 35 L/분 사이로 흐르도록 구성되고, 일부 경우에 약 10 바와 30 L/분에서 최적의 성능을 갖는다. 그러나 다른 실시예에서 다른 압력 및 유량 또는 압력 및 유량의 결합이 가능하다.

일부 실시예에서, 제어 흐름 경로(344)는 유압 차지 펌프(348)의 물리적 패키지 내의 유압 차지 회로(342)로부터 갈라질 수 있거나 또는 파일럿 공급 밸브 (354)는 유압 차지 펌프(348)의 물리적 패키지 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 흐름 경로(344) 또는 파일럿 공급 밸브(354)의 갈라짐은 유압 차지 펌프(348)를 수용하는 물리적 패키지의 일부로 포함되지 않을 수 있다(즉, 유압 차지 펌프의 외부일 수 있다).

비록 도 5에 특히 유용한 구성이 도시되었지만, 다양한 다른 구성이 동력기계를 위한 유사한 이익을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 구성은 다양한 다른 형태의 공급 밸브, 구동 펌프 변위의 제어를 위한 작동기와 이들 작동기의 제어를 위한 제어 밸브 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 도시된 실시예는 단일 제어 흐름 경로(344)와 단일 공급 밸브(354)를 통해 유압 차지 회로(342)에서 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)까지의 흐름의 통합된 제어를 제공하지만, 일부 실시예는 각각의 관련 제어 밸브 어셈블리를 위한 별개의 제어 흐름 경로 또는 별개의 공급 밸브를 포함할 수 있다. 유사하게, 유체 구동 회로(338A; 338B)와 회로(338A; 338B)를 차징하는 유압 차지 회로(342)를 따르는 구성요소의 상세(예, 릴리프 밸브(352A; 352B), 릴리프 밸브(350) 등)는 단지 예시로서 제공되고, 위에 설명한 원칙은 다르게 배열된 유압 구동 회로를 나타내는 동력기계에 쉽게 적용될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명에 개시된 장치 또는 시스템은 발명을 구체화하는 방법으로서 구현될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 장치 또는 시스템의 특정 기능 또는 성능의 설명은 일반적으로 본래 의도된 목적을 위하여 그러한 특징을 사용하는 그리고 그러한 성능을 구현하는 방법의 개시를 포함한다. 유사하게 달리 표시하거나 한정하지 않으면, 특정 장치 또는 시스템을 이용하는 방법의 설명은 그러한 장치 또는 시스템의 이용된 특징과 실행된 성능의 본 발명의 실시예로서의 개시를 포함한다.

이와 관련하여, 다양한 동력기계를 위한 유압 구동 시스템(346)과 유압 차지 회로(342)를 작동하는 방법이 일반적으로 위에 기술되었다. 그러나, 동력기계(예, 로더(200))의 유체 구동 회로를 작동하는 방법의 흐름도가 특정 실시예의 추가적 상세를 제공하기 위하여 포함되었다. 예를 들어, 도 6은 동력기계의 유압 구동 시스템(예, 유압 구동 시스템(346))의 유체 구동 회로(예, 유체 구동 회로(338A; 338B)를 작동하는 방법(400)의 흐름도의 실시예를 나타내고, 이는 하나 이상의 유체 구동 회로의 유압 차징과 유체 구동 회로(들)와 통신하는 하나 이상의 구동 펌프의 변위를 제어하는데 유용하다.

특히, 방법(400)은 유압 차지 회로의 공급 유압 흐름 경로(예, 유압 흐름 경로(342))를 따라 유압 흐름을 제공하기 위하여 유압 차지 펌프(예, 유압 차지 펌프(348))를 작동하는 단계(402)를 포함한다. 방법(400)은 적어도 2개 경로, 예를 들어 제어 흐름 경로와 유압 차지 흐름 경로, 사이의 공급 유압 흐름 경로를 따라 유압 흐름을 분리하는 단계(404)를 더 포함한다. 유압 차지 펌프 하류의 공급 유압 흐름 경로로부터 갈라질 수 있는 제어 흐름 경로는 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성된다. 이와 대비하여, 유압 차지 흐름 경로는 유압 흐름이 유체 구동 회로를 차지하게 향하도록 구성된다. 일부 경우에서, 흐름은 흐름의 경로를 지정하는 유압 흐름 라인을 제공함으로써 수동적으로 분리될 수 있다(404). 일부 경우에서, 흐름은 하나 이상의 밸브의 활성 제어를 통하여 더 활성적으로 분리될 수 있다(404).

위에 일반적으로 기술한 바와 같이, 방법(400)은, 유압 차지 펌프로부터의 유압 흐름의 분리(404)를 통해, 하나 이상의 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하는 제1 흐름 경로를 따라 제1 유압 흐름을 제공하는 단계(406)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 제공된(406) 제1 유압 흐름은 제어 흐름 경로를 따라, 다양한 알려진 방식으로 가변 변위 구동 펌프의 변위를 제어하도록 구성된 제어 어셈블리(예, 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)로 흐를 수 있다. 다시 말해서 제1 유압 흐름 의 특성(예, 유량, 압력 등)은, 하나 이상의 관련 밸브 어셈블리에 의하여 제어되므로, 가변 변위 구동 펌프의 변위를 조정하기 위하여 이용될 수 있다(예, 회전경사판의 방향의 조정에 의하여). 일부 경우에서, 제어 흐름 경로는 파일럿 공급 밸브(예, 단일 공급 밸브(354))를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 압력 감소 밸브일 수 있다. 일부 경우에서, 제어 흐름 경로는 펌프 변위의 제어를 위하여 하나 이상의 밸브와 작동기 어셈블리(예, 제어 밸브 어셈블리(364A; 364B)와 회전경사판 작동기(362A; 362B)로 향할 수 있다.

계속하여 방법(400)은 유압 차지 펌프로부터의 유압 흐름의 분리(404)를 통해, 하나 이상의 유체 구동 회로(예, 유체 구동 회로(338A; 338B))를 유압 차지하는 제2 흐름 경로를 따라 제2 유압 흐름을 제공하는 단계(408)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 제공된(408) 제2 유압 흐름은 유압 차지 흐름 경로를 따라 하나 이상의 대응 유체 구동 회로 내로 하나 이상의 유입구로 흐를 수 있다. 일부 경우에서, 유압 차지 흐름 경로는 유압 로드(예, 팬모터)를 포함할 수 있고, 이는 제2 유압 흐름의 실질적 압력 강하를 제공할 수 있다. 일부 구성에서, 유압 차지 흐름 경로는 제2 유압 흐름이 유체 구동 회로를 차지하는 압력을 조정할 수 있는 차지 압력 릴리프 밸브(예, 차지 압력 릴리프 밸브(350))를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제공된(406) 제1 유압 흐름은 제1 압력과 제1 유량을 가질 수 있고, 제공된(408) 제2 유압 흐름은 제2 압력과 제2 유량을 가질 수 있다. 예를 들어 위에 설명한 바와 같이, 제1 유압 흐름의 제1 압력이 제2 유압 흐름의 제2 압력보다 더 높을 수 있는 반면, 제1 유압 흐름의 제1 유량이 제2 유압 흐름의 제2 유량보다 낮을 수 있다. 압력과 유량에서의 이 차이는 유압 구동 시스템의 높은 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어 펌프 변위의 최적화된 제어는 상대적으로 고압 그러나 상대적으로 낮은 흐름을 필요로 하는 반면, 유체 구동 회로의 최적화된 유압 차징은 상대적으로 높은 유량 그러나 상대적으로 낮은 압력을 필요로 한다. 일부 실시예에서, 제1 압력은 20 바 내지 30 바(예, 25 바)의 범위에 있을 수 있고, 제2 압력은 5 바 내지 15 바(예, 10 바)의 범위에 있을 수 있고, 제1 유량이 5 L/분 내지 15 L/분의 범위(예, 10 L/분)에 있을 수 있고, 그리고 제2 유량은 25 L/분 내지 35 L/분(예, 30 L/분) 범위에 있을 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 기술분야의 당업자는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (15)

1. 동력기계(200)의 유체 구동 시스템(346)에 가압 유압유를 제공하는 유압 차지 회로(342)로서
   상기 유체 구동 시스템(346)은 유체 구동 모터(326A; 326B)에 작동 가능하게 결합된 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)를 갖는 유체 구동 회로(338A; 338B) 및 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하도록 구성된 제어 어셈블리(364A; 364B)를 포함하고:
   상기 유압 차지 회로(342)는 유압 차지 펌프(348); 유압 차지 펌프(348)로부터, 유압 차지 펌프(348)에 의하여 유체 구동 회로(338A; 338B)에 공급되는 유압유의 차지 흐름의 유압을 설정하는, 압력 릴리프 밸브(350)로 연장되는 공급 유압 흐름 경로(330); 및 압력 릴리프 밸브(350) 상류의 공급 유압 흐름 경로(330)로부터 갈라지고, 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하기 위하여 제어 어셈블리(364A; 364B)에 가압 유압 제어 신호를 제공하도록 구성되는 제어 흐름 경로(344)를 포함하는,
   동력기계(200)의 유체 구동 시스템(346)에 가압 유압유를 제공하는 유압 차지 회로(342).
2. 제1항에 있어서, 상기 제어신호의 압력 레벨을 설정하도록 구성된, 제어 흐름 경로(344)에 있는 공급 밸브(354)를 더 포함하는 유압 차지 회로(342).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유압 로드(358)를 더 포함하고, 상기 제어 흐름 경로(344)는 유압 로드(358) 상류의 공급 유압 흐름 경로(330)부터 갈라지고, 선택적으로 유압 로드(358)는 팬모터인 유압 차지 회로(342).
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 흐름 경로(344)는 유압 차지 펌프(348) 하류 및 외부의 공급 유압 흐름 경로(330)로부터 갈라지는 유압 차지 회로(342).
5. 제1항 내지 제4항의 한 항에 있어서, 상기 공급 유압 흐름 경로(330)는 제어 흐름 경로(344) 하류의 유압 차지 흐름 경로(332)를 포함하고, 유압 차지 흐름 경로(332)의 유압은 압력 릴리프 밸브(350)에 의하여 제어 흐름 경로(344)를 따르는 유압보다 낮게 설정되는 유압 차지 회로(342).
6. 제1항에 있어서, 상기 제어 흐름 경로(344)는 복수의 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 제어를 위하여, 제어 어셈블리(364A; 364B)의 복수의 밸브 어셈블리(364A; 364B)에 가압 유압유를 공급하기 위하여 갈라지는 유압 차지 회로(342).
7. 유체 구동 회로(338A; 338B)를 통해 유체 구동 모터(326A; 326B)와 연통하는 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)를 갖는 유체 구동 시스템(346);
   제1항 내지 제6항의 한 항에 따른 유압 차지 회로(342)를 포함하는 동력기계(200).
8. 제7항에 있어서, 상기 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하도록 구성된 작동기(362A; 362B)는 유체 구동 모터(326A; 326B)의 조정 가능한 회전경사판을 제어하도록 구성된 회전경사판 작동기인 동력기계(200).
9. 제8항에 있어서, 상기 회전경사판 작동기를 제어하도록 구성된 밸브 어셈블리는 서보 제어 밸브를 포함하는 동력기계(200).
10. 제7항 내지 제9항의 한 항에 있어서, 제2 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)를 더 포함하고,
    상기 제어 흐름 경로(344)는 제2 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하는 가압 유압 제어 신호를 제어하도록 더 구성되고, 선택적으로 단일 파일럿 공급 밸브(354)는 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B) 및 제2 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하도록 구성된 하나 이상의 밸브 어셈블리를 향하여 단일 제어 흐름 경로를 따르는 흐름을 제어하는 동력기계(200).
11. 유압 차지 회로(342)의 공급 유압 흐름 경로(330)를 따라 유압 흐름을 제공하기 위하여 유압 차지 펌프(348)를 작동하는 단계; 및
    유압 차지 회로(342) 내에서, 유압 차지 펌프(348) 하류 및 유압 차지 회로(342)에 포함된 유압 로드(358) 상류의 공급 유압 흐름 경로(330)로부터 갈라지는 제어 흐름 경로(344)와 유압 차지 흐름 경로(332) 사이의 유압 흐름을 나누는 단계를 포함하고;
    상기 제어 흐름 경로(344)는 유체 구동 회로(342)의 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하도록 구성되는 제어 어셈블리에 제1 흐름을 제공하고 그리고 유압 차지 흐름 경로(332)는 유체 구동 회로(342)를 차지하는 제2 흐름을 제공하는, 동력기계의 유체 구동 회로(342)를 작동하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 흐름은 제2 흐름보다 고압 흐름인 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제1 흐름은 제2 흐름보다 낮은 유량 흐름인 방법.
14. 제11항 내지 제13항의 한 항에 있어서, 상기 제1 흐름은 20 바와 30 바 사이, 제2 흐름은 5 바와 15 바 사이이고, 그리고 제1 흐름은 5 L/분과 15 L/분 사이, 제2 흐름은 25 L/분과 35 L/분 사이인 방법.
15. 제11항 내지 제14항의 한 항에 있어서, 상기 제어 흐름 경로(344)는 제1 흐름을 복수의 가변 변위 구동 펌프(324A; 324B)의 변위를 제어하도록 구성된 하나 이상의 밸브 어셈블리로 향하게 하는 방법.
    
    
    
    

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