WO2019093727A1

WO2019093727A1 - 중장비 붐 무게 보상 장치

Info

Publication number: WO2019093727A1
Application number: PCT/KR2018/013308
Authority: WO
Inventors: 고갑석; 고만석
Original assignee: 한국오텍 주식회사
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2019-05-16
Also published as: CN109778930A

Abstract

본 발명은 중장비 붐 무게 보상 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴삭기나 로더 등과 같이 붐이 구비된 중장비에서 붐을 내리는 동안에 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐을 들어올림으로써 붐의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 중장비 붐 무게 보상 장치에 관한 것이다.

Description

중장비 붐 무게 보상 장치

일반적으로 중장비는 흙이나 다른 물질을 파헤치고 운반하는 대규모 건설 공사에 사용되는 장비이다. 이러한 중장비 중에서 굴삭기나 로더와 같이 흙을 파헤치고 운반하는 중장비의 경우 길이가 길고 무게가 무거운 붐(Boom)을 유압 장치로 들어올리고 내리는 작업이 이루어지게 된다.

붐을 들어올리고 내리는 대표적인 중장비인 굴삭기를 도시한 도 1을 참조하면, 굴삭기는 주행을 위한 궤도(1), 상기 궤도의 상부에 놓인 상부 프레임(2), 상기 상부 프레임(2)의 상부에 놓여 조종을 위해 작업자가 탑승하게 되는 캐빈(3), 상기 상부 프레임(2)과 연결되는 붐(Boom)(4), 상기 붐(4)과 연결되는 아암(Arm)(5), 상기 아암(5)에 연결되는 버킷(6)으로 크게 나뉘며, 붐(4)의 구동을 위해 상부 프레임(2)과 연결되는 붐 실린더(7), 아암(5)의 구동을 위해 붐(4)과 연결되는 아암 실린더(8), 버킷(6)의 구동을 위해 아암(5)과 연결되는 버킷 실린더(9)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 굴삭기의 경우에도 붐(4) 및 아암(5), 버킷(6)은 강재로 이루어져 있어 그 무게가 상당히 무거워지게 된다. 이와 같이 굴삭기의 붐(4)을 비롯한 이와 일체로 회전되는 부분이 무거워지게 되면, 붐(4) 및 아암(5)의 작동속도가 느려지게 되고, 그로 인해 작업 속도 및 작업 능률이 저하되게 된다.

아울러, 위와 같이 굴삭기의 붐(4) 등의 전체 무게가 무거울 경우, 작업시 연료 소모량이 증대되어 연비가 좋지 못하게 되고, 그에 따라 연료의 사용 비용이 부담되는 문제도 있다.

이러한 문제점에 대한 해결 방안으로 대한민국 등록특허 제10-0559237호(복합 소재로 구성된 작업 장치를 갖는 굴삭기), 대한민국 공개특허 제10-2014-0100675호(붐과 암이 경량화 구조를 가지는 굴삭기), 대한민국 공개특허 제10-2012-0056063호(굴삭기의 경량형 작업장치)와 같이 붐 및 아암의 무게를 경량화함으로써 아암의 작동속도를 빠르게 하면서 연료의 사용을 줄이는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 기술은 아암이나 붐의 경량화로 인하여 강성의 확보에 한계가 있을 뿐만 아니라 대형 중장비의 경우 결과적으로 아암 및 붐의 무게가 무거워지는 문제는 여전히 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 굴삭기나 로더 등과 같이 붐이 구비된 중장비에서 붐을 내리는 동안에 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐을 들어올림으로써 붐의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 중장비 붐 무게 보상 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 붐이 구비된 중장비의 붐의 무게를 보상하기 위한 중장비 붐 무게 보상 장치에 있어서, 중장비의 붐의 하강으로 감소되는 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하고, 축적된 에너지를 전환하여 상기 중장비의 붐을 상승시키는 방향으로 상기 붐에 외력을 가하는 보상수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 보상수단은 인장 또는 압축에 의해 탄성에너지를 축적하는 스프링이 포함되어 구성되고, 상기 스프링은 탄성력에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 보상수단은 가스의 압축에 의해 압력에너지를 축적하는 가스 스프링을 포함하여 구성되고, 상기 가스 스프링은 가스 팽창으로 발생되는 힘에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 보상수단은 상승되어 위치에너지가 증가하는 중량물을 포함하여 구성되고, 상기 중량물은 중력에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하도록 상기 붐에 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 보상수단은, 상하로 승강되면서 위치에너지가 증가 및 감소하도록 상기 중장비에 상하로 승강이 가능하게 구비된 중량물과, 상기 중장비의 붐의 승강으로 신축되게 일단은 상기 붐에 힌지 연결되고, 타단은 상기 중장비에 힌지 연결된 제1실린더와, 상기 중량물의 승강으로 신축되게 일단은 상기 중량물에 연결되고, 타단은 상기 중장비에 연결된 제2실린더와, 상기 제1실린더에서 유출된 유체가 상기 제2실린더로 전달되고, 상기 제2실린더에서 유출된 유체가 상기 제1실린더로 전달되도록 상기 제1실린더와 제2실린더 사이를 연결하는 유체 유동로가 구비되어 구성되되, 상기 중장비의 붐의 하강으로 상기 제1실린더로부터 유출된 유체가 상기 제2실린더로 유입되어 상기 제2실린더로 전달된 압력에 의해 상기 중량물이 상승되는 방향으로 상기 제2실린더가 상기 중량물에 힘을 가하고, 상기 중량물의 하강으로 상기 제2실린더로부터 유출된 유체가 상기 제1실린더로 유입되어 상기 제1실린더로 전달된 압력에 의해 상기 중장비의 붐이 상승되는 방향으로 상기 제1실린더가 상기 중장비의 붐에 힘을 가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 중량물은 상기 붐의 무게에 의해 상기 붐이 위치된 방향으로 상기 중장비가 전도되는 모멘트를 상쇄시키도록 상기 중장비의 붐이 위치된 반대의 위치에 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 제1실린더의 타단이 중장비에 연결되는 위치에는 상기 중장비로부터 외측으로 출몰이 가능하게 지지된 실린더 지지부가 구비되고, 상기 제1실린더의 타단은 상기 실린더 지지부에 힌지 연결되어 그 위치가 상기 제1실린더의 일단이 상기 붐에 연결된 위치에 대하여 상대적으로 변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는, 상기 제1실린더는 텔리스코픽 실린더인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 굴삭기나 로더 등과 같이 붐이 구비된 중장비에서 붐을 내리는 동안에 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐을 들어올림으로써 붐의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 일반적인 굴삭기의 구조를 도시한 측면도

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 로더를 도시한 측면도

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 작동을 도시한 측면도

도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 구성 및 작용을 도시한 도면

<부호의 설명>

10 제1실시예에 따른 보상수단

11 압축 스프링

20 제2실시예에 따른 보상수단

21 인장 스프링

30 제3실시예에 따른 보상수단

31 중량물

40,40' 제4실시예에 따른 보상수단

41 가스 스프링

50 제5실시예에 따른 보상수단

51 제1실린더

52 제2실린더

53 중량물

54 유체 유동로

55 실린더 지지부

56 어큐뮬레이터

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 굴삭기의 구조를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도이며, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도이고, 도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도이며, 도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 로더를 도시한 측면도이고, 도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 측면도이며, 도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 작동을 도시한 측면도이고, 도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치의 구성 및 작용을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 굴삭기나 로더와 같이 붐이 구비된 중장비의 붐의 무게를 보상하기 위한 것으로, 중장비의 붐의 하강으로 감소되는 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하고, 축적된 에너지를 전환하여 상기 중장비의 붐을 상승시키는 방향으로 상기 붐에 외력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 굴삭기에 구성된 실시예를 도시한 것으로, 도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 10을 참조하면 본 발명에 따른 붐 부게 보상 장치는 중장비인 굴삭기에서 아암(5)이 연결된 붐(4)을 내리는 동안에 아암(5)과 붐(4)의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐(4)을 들어올림으로써 붐(4)의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 굴삭기에 적용된 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 붐(4)의 무게에 의한 위치에너지를 탄성에너지나 위치에너지로 축적하고, 그 축적된 에너지 를 전환하여 상기 굴삭기의 붐(4) 및 아암(5)을 상승시키는 방향으로 상기 붐(4)에 외력을 가하는 보상수단(10,20,30,40,50)을 갖는다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 로더에 구성된 실시예를 도시한 것으로, 로더에서 붐(4')을 내리는 동안에 붐(4')의 무게에 의한 위치에너지를 보상수단(40')에 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐(4')을 들어올림으로써 붐(4')의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성된 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상장치에서 상기 보상수단(10,20,30,40,40',50)은 상기 붐(4,4')과 그 붐(4,4')에 연결된 아암이나 버킷의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 그 축적된 에너지를 이용하여 상기 붐(4,4')을 상승시키는 힘을 보완함으로써 붐(4,4')을 상승시키는데 굴삭기나 로더와 같은 중장비에서 출력되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 도 2를 참조하면, 제1실시예에서는 상기 보상수단(10)으로 압축에 의한 탄성에너지가 축적되는 압축 스프링(11)이 이용된다. 즉, 상기 보상수단(10)은 압축에 의해 탄성에너지를 축적하는 압축 스프링(11)이 포함되어 구성되고, 상기 압축 스프링(11)은 일단은 굴삭기의 상부 프레임(2)에 연결되고 타단은 상기 붐(4)에 연결되어 상기 붐(4)의 하강시 압축되고 상기 붐(4)의 상승시 신장된다. 상기 붐(5)의 하강시 상기 압축 스프링(11)이 압축되면서 상기 붐(4)과 그 붐에 연결된 아암(5) 등의 감소되는 위치에너지의 전체 또는 일부가 탄성에너지로 상기 압축 스프링(11)에 축적된다. 반대로 상기 압축 스프링(11)은 탄성력에 의한 외력을 상기 붐(4)의 상승 방향으로 상기 붐(4)에 가함으로써 상기 붐(4)의 상승시 필요한 동력을 줄일 수 있게 된다.

도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기에서 붐(4)과 그 붐(4)에 연결된 아암(5) 등의 무게(Wg)가 상기 압축 스프링(11)의 탄성력(Ts)로 상쇄되면서 전체적으로 붐(4)과 아암(5) 등의 상승 구동에 동력이 감소되는 작동을 개념적으로 도시한 것이다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 도 4를 참조하면, 제2실시예에서는 상기 보상수단(20)으로 인장에 의한 탄성에너지가 축적되는 인장 스프링(21)이 이용된다. 도면을 참조하면, 상기 인장 스프링(21)은 일단은 상기 붐(4)에 연결되고 타단은 상기 상부 프레임(2)에 구비된 지지대(22)에 연결되어 상기 인장 스프링(21)의 인장으로 탄성에너지가 축적되었다 그 축적된 에너지가 전환되어 상기 붐(4)을 상승시키는 방향으로 외력을 상기 붐(4)에 가하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 도 5를 참조하면, 제3실시예에서는 상기 보상수단(30)은 상승되어 위치에너지가 증가하는 중량물(31)을 포함하여 구성된다. 상기 중량물(31)은 승하강으로 중력에 의한 위치에너지가 증감된다. 상기 중량물(31)은 상기 붐(4)과 아암(5)의 하강시 상승되어 위치에너지가 증가되어 축적되고, 그 축적된 위치에너지가 감소되면서 외력을 상기 붐(4)과 아암(5)의 상승 방향으로 상기 붐(4)에 가하도록 상기 붐(4)에 연결된다. 도면을 참조하면, 상기 중량물(31)은 와이어(33)에 의해 상기 붐(4)과 연결되어 매달린 상태가 된다. 상기 와이어(33)의 지지를 위해 상기 상부 프레임(2)에는 지지대(32)가 구비되어 질 수 있다.

또한, 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 장착된 굴삭기를 도시한 도 6을 참조하면, 상기 보상수단(40)은 가스의 압축에 의해 압력에너지를 축적하는 가스 스프링(41)을 포함하여 구성된다. 상기 가스 스프링(41)은 기체의 압축에 의해 에너지가 압력으로 축적된다. 도면을 참조하면, 상기 가스 스프링(41)은 가스 팽창으로 발생되는 힘에 의한 외력을 상기 붐(4)과 아암(5)의 상승 방향으로 상기 붐(4)에 가하도록 일단은 상기 붐(4)에 연결되고 타단은 상기 상부 프레임(2)에 연결된다.

한편, 도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 로더에 장착된 실시예를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 로더의 붐(4')에 보상수단(40')으로 가스의 압축에 의해 압력에너지를 축적하는 가스 스프링이 연결되어 로더의 붐(4')이 하강하는 경우에 그 위치에너지를 축적하였다가 상승시 상기 로더의 붐(4')의 무게를 보상하게 된다.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 로더에 구성된 제5실시예를 도시한 것이다. 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 상하로 들어올려지고 내려지는 붐이 구비된 굴삭기나 로더 등과 같은 중장비에 적용될 수 있는데, 도면에 도시된 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 캐빈(3)이 구비된 상부 프레임(2)이 주행을 위한 궤도(1)의 상부에 연결되고, 상기 상부 프레임(2)의 전방에 아암과 버킷이 연결된 붐(4)이 상하로 들려지고 내려지는 방향으로 회전되게 연결된 중장비의 하나인 굴삭기에 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치가 적용된 것이다.

도면을 참조하면, 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치는 아암 및 버킷이 연결된 붐(4)을 내리는 동안에 붐(4)과 그 붐(4)에 연결된 아암 등의 무게에 의한 위치에너지를 보상수단(50)에서 중량물(53)의 위치에너지로 축적하였다가 그 보상수단(50)에 축적된 위치에너지를 이용하여 붐(4)을 들어올림으로써 붐(4)을 들어올리는 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치에서는 보상수단(50)이 중량물(53)의 위치에너지의 변화를 이용하도록 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 보상수단(50)은 중량물(53)의 상승으로 에너지를 축적하였다가 그 축적된 에너지를 전환하여 상기 붐(4)을 상승시키는 힘으로 전환하여 출력함으로써 상기 붐(4)을 상승시키는 힘을 보완함으로써 붐(4)을 상승시키는데 굴삭기에서 출력되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.

상기 보상수단(50)은 상기 중장비인 굴삭기의 붐(4)의 하강으로 감소되는 붐(4)과 그 붐(4)에 연결된 아암 등의 무게에 의한 위치에너지를 축적하고, 축적된 에너지를 전환하여 중장비인 굴삭기의 붐(4)을 상승시키는 방향으로 상기 붐(4)에 외력을 가하기 위한 구성이다.

도면을 참조하면, 제5실시예에 따른 중장비 붐 무게 보상 장치에서 상기 보상수단(50)은 제1실린더(51), 제2실린더(52), 중량물(53), 유체 유동로(54), 실린더 지지부(55) 및 어큐뮬레이터(56)가 포함되어 구성된다.

상기 제1실린더(51)는 중장비인 상기 굴삭기의 붐(4)의 승강으로 신축되게 일단은 상기 굴삭기의 상부 프레임(2) 전방에 구비된 실린더 지지부(55)에 연결되고 타단은 상기 붐(4)에 연결된다. 통상 상기 중장비인 굴삭기는 상하로 충분한 작업반경을 확보할 수 있도록 상기 붐(4)은 굴삭기보다 높은 위치에서 지면 아래의 낮은 위치까지 회전되도록 구성된다. 상기 제1실린더(51)은 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)과 붐(2) 사이에 개재되기 때문에 신장시는 충분히 길이가 늘어나야 하고 반대로 수축시 그 길이가 충분히 줄어들어야 상기 붐(4)의 상하 회전반경을 확보할 수 있게 된다. 이를 위해서 상기 제1실린더(51)는 수축시 길이가 짧고 반대로 충분이 길게 신장되도록 다단의 실린더가 출몰되는 텔리스코픽 실린더(Telescopic Cylinder)로 구성되는 것이 바람직하다. 도면에는 상기 제1실린더(51)이 2단의 실린더 로드가 출몰되게 구성된 실시예가 도시되어 있다.

상기 제2실린더(52)는 상기 중량물(53)의 승강으로 신축되게 일단은 상기 중장비인 굴삭기의 상부 프레임(2)에 연결되고 타단은 상기 중량물(53)에 연결된다.

상기 제1실린더(51) 및 제2실린더(52)는 상기 유체 유동로(54)에 의해 연결되며, 상기 유체 유동로(54)는 일측 실린더에서 형성된 압력을 타측 실린더로 전달하게 된다.

상기 중량물(53)은 상하로 승강되면서 중력에 의한 위치에너지가 증가 및 감소하도록 상기 중장비인 굴삭기에 상하로 승강이 가능하게 구비된다. 상기 중량물(53)은 상기 굴삭기의 붐(4)의 하강으로 상기 제1실린더(51), 유체 유동로(54) 및 제2실린더(53)를 통해 전달된 힘에 의해 상승되면서 중력에 의한 위치에너지가 증가되고 그 증가된 위치에너지는 상기 굴삭기의 붐(4)의 상승에 이용된다. 상기 중량물(53)은 상하로 승강되면서 흔들리지 않도록 승강 이동을 가이드하는 가이드(도면에 미도시)에 의해 지지되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기 중량물(53)이 굴삭기가 안정된 무게중심을 갖도록 위치되도록 구성된다. 즉, 상기 중량물(53)은 상기 붐(5)의 무게에 의해 상기 붐(5)이 위치된 방향으로 상기 굴삭기가 전도되는 모멘트를 상쇄시키도록 상기 굴삭기의 붐(4)이 위치된 반대의 위치에 구비된다. 도면에는 상기 굴삭기의 붐(4)이 굴삭기의 전방에 위치되어 상기 중량물(53)이 굴삭기의 후방에서 상하로 승강되게 구비되어 상기 중량물(53)에 의해 굴삭기 전체의 무게중심이 후방으로 이동됨으로써 상기 굴삭기는 상기 붐(4)이 위치되는 방향으로 전도되려는 모멘트가 감소되어 안정적인 상태가 된다.

상기 유체 유동로(54)는 상기 제1실린더(51)에서 유출된 유체가 상기 제2실린더(52)로 전달되고, 상기 제2실린더(52)에서 유출된 유체가 상기 제1실린더(51)로 전달되도록 상기 제1실린더(51)와 제2실린더(52) 사이를 연결하는 통로이다. 통상 상기 제1실린더(51) 및 제2실린더(52)의 구동을 위한 압력 및 그 내부에서 형성되는 압력은 고압이기 때문에 상기 제1실린더(51) 등에 사용되는 유체는 고압의 압력 전달에 용이한 유압유가 이용된다. 상기 유체 유동로(54)는 이러한 유압유가 흐르는 관이나 유압호스로 구성된다.

상기 실린더 지지부(55)는 상기 제1실린더(51)의 일단이 연결되도록 상기 중장비인 굴삭기의 상부 프레임(2)의 전방 위치에 구비된다. 본 발명은 상기 실린더 지지부(55)가 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)으로부터 출몰됨으로써 상기 제1실린더(51)의 지지되는 위치를 변경함으로써 상기 제1실린더(51)가 상기 붐(4)에 가하는 힘의 대부분이 상기 붐(4)을 들어올리는 방향으로 작용되도록 하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 제1실린더(51)의 타단을 곧바로 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)의 전방 위치에 연결한 경우에는 상기 제1실린더(51)가 상기 붐(4)에 비스듬한 방향으로 연결되기 때문에 상기 제1실린더(51)가 상기 붐(4)에 가하는 힘은 분산되어 일부만이 상기 붐(4)을 들어올리는 방향으로 작용된다. 이는 축적된 에너지의 일부만이 상기 붐(4)을 들어올리는데 이용되는 것을 의미하고 결과적으로 효율이 떨어진다. 따라서, 본 발명은 상기 실린더 지지부(55)가 필요에 따라 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)의 전방으로 돌출됨으로써 상기 제1실린더(51)가 거의 연직에 가까운 상태로 세워져 상기 붐(4)에 힘을 가할 수 있도록 하여 효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 도 9는 상기와 같이 상기 실린더 지지부(55)이 굴삭기의 상부 프레임(2)의 전방으로 돌출됨으로써 상기 제1실린더(51)가 연직에 가깝게 세워진 상태에서 작동되는 상태를 개념적으로 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 상기 실린더 지지부(55)는 상기 제1실린더(51)의 타단이 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)에 연결되는 위치에서 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)으로부터 외측으로 출몰이 가능하게 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)에 지지된다. 상기와 같이 상기 굴삭기의 상부 프레임(2)의 전방으로 출몰이 가능하게 장착된 상기 실린더 지지부(55)에 상기 제1실린더(51)의 타단이 힌지 연결되어 그 위치가 상기 제1실린더(51)의 일단이 상기 붐(4)에 연결된 위치에 대하여 상대적으로 변하여 상기 제1실린더(51)의 자세가 세워지거나 기울어지게 변하게 된다.

상기 어큐뮬레이터(56)는 상기 유체 유동로(54)에 연결되어 상기 유체 유동로(54)에 형성되는 맥동이나 충격압력을 흡수하기 위한 구성이다.

상기와 같이 구성된 보상수단(50)은 다음과 같이 작동함으로써 굴삭기의 붐(4)의 하강시 상기 중량물(53)을 상승시켜 그 중량물(53)에 위치에너지를 축적하였다가 상기 굴삭기의 붐(4)의 상승 구동시 상기 중량물(53)에 축적된 위치에너지를 전환하여 상기 붐(4)을 상승시키는 구동을 보완하게 된다.

도 8은 상기의 보상수단(50)의 구성 및 작동을 개념적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 굴삭기의 붐(4)의 하강으로 상기 제1실린더(51)로부터 유출된 유체가 상기 유체 유동로(54)를 통해 상기 제2실린더(52)로 유입되고, 그에 따라 상기 제2실린더(52)로 전달된 압력에 의해 상기 제2실린더(52)가 상기 중량물(53)에 힘을 가하여 상기 중량물(53)이 상승되면서 상기 중량물(53)에 위치에너지가 축적된다.

반대로 상기 굴삭기의 붐(4)의 상승시에는 상기 중량물(53)의 하강으로 상기 제2실린더(52)로부터 유출된 유체가 상기 유체 유동로(54)를 통해 상기 제1실린더로 유입되고, 그에 따라 상기 제1실린더(51)로 전달된 압력에 의해 상기 제1실린더(51)가 상기 굴삭기의 붐(4)에 힘을 가하여 상기 굴삭기의 붐(4)을 상승시키는 구동에 힘을 더하게 된다.

한편, 본 발명은 비교적 무게가 무거운 중량물(53)의 상하 이동량을 작게할 수 있도록 상기 제1실린더(51)의 단면적(A1)을 상기 제2실린더(52)의 단면적(A2)보다 작게 한 것을 특징으로 한다.

도 10를 참조하면, 상기 굴삭기의 붐(4)의 승강에 의한 위치에너지 변화량은 붐(4)의 연직 하중(W1)×붐의 승강 높이차(H1)이고, 중량물(53)의 승강에 의한 위치에너지 변화량은 중량물(53)의 연직 하중(W2)×중량물의 승강 높이차(H2)이며, 이들은 동일한 값을 갖는다. 즉 W1×H1 = W2×H2(식1)가 된다. 한편, 상기 제1실린더(51)가 붐(4)으로부터 연직 하중을 받도록 연결되어 있다고 가정할 때, 상기 붐(4)의 연직 하중(W1)은 상기 제1실린더(51)의 단면적(A1)×제1실린더의 압력(P1)와 동일하고(붐의 하강시 붐의 자중을 이용할 수 있도록 상기 붐의 연직 하중은 상기 실린더의 단면적과 압력의 곱보다는 약간 크게 설계되는 것이 바람직하다), 상기 중량물(53)의 연직 하중(W2)은 상기 제2실린더(52)의 단면적(A2)×상기 제2실린더의 압력(P2)과 동일하다. 즉, W1≥A1×P1(식2)이고, W2=A2×P2(식3)이다.

서로 연결된 공간의 압력이므로 제1실린더(51)의 압력(P1)과 제2실린더(52)의 압력(P2)는 동일하고, 식1 내지 식3으로부터 A1×H1 = A2×H2(식4)가 유도된다. 여기에서 제1실린더의 단면적(A1)보다 제2실린더의 단면적(A2)을 크게 하면, 상기 중량물(53)의 승강 높이차(H2)를 상기 붐(4)의 승강 높이차(H1)보다 작게 할 수 있게 된다.

도면 및 앞에서 설명된 중장비 붐 무게 보상 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 중장비 붐 무게 보상 장치는 굴삭기나 로더 등과 같이 붐이 구비된 중장비에서 붐을 내리는 동안에 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하였다가 축적된 에너지를 이용하여 붐을 들어올림으로써 붐의 구동에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 산업상 매우 유용한 발명이다.

Claims

붐이 구비된 중장비의 붐의 무게를 보상하기 위한 중장비 붐 무게 보상 장치에 있어서,

중장비의 붐의 하강으로 감소되는 붐의 무게에 의한 위치에너지를 축적하고, 축적된 에너지를 전환하여 상기 중장비의 붐을 상승시키는 방향으로 상기 붐에 외력을 가하는 보상수단이 구비된 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 보상수단은 인장 또는 압축에 의해 탄성에너지를 축적하는 스프링이 포함되어 구성되고,

상기 스프링은 탄성력에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하는 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 보상수단은 가스의 압축에 의해 압력에너지를 축적하는 가스 스프링을 포함하여 구성되고,

상기 가스 스프링은 가스 팽창으로 발생되는 힘에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하는 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 보상수단은 상승되어 위치에너지가 증가하는 중량물을 포함하여 구성되고,

상기 중량물은 중력에 의한 외력을 상기 붐의 상승 방향으로 상기 붐에 가하도록 상기 붐에 연결된 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 보상수단은, 상하로 승강되면서 위치에너지가 증가 및 감소하도록 상기 중장비에 상하로 승강이 가능하게 구비된 중량물과,

상기 중장비의 붐의 승강으로 신축되게 일단은 상기 붐에 힌지 연결되고, 타단은 상기 중장비에 힌지 연결된 제1실린더와,

상기 중량물의 승강으로 신축되게 일단은 상기 중량물에 연결되고, 타단은 상기 중장비에 연결된 제2실린더와,

상기 제1실린더에서 유출된 유체가 상기 제2실린더로 전달되고, 상기 제2실린더에서 유출된 유체가 상기 제1실린더로 전달되도록 상기 제1실린더와 제2실린더 사이를 연결하는 유체 유동로가 구비되어 구성되되,

상기 중장비의 붐의 하강으로 상기 제1실린더로부터 유출된 유체가 상기 제2실린더로 유입되어 상기 제2실린더로 전달된 압력에 의해 상기 중량물이 상승되는 방향으로 상기 제2실린더가 상기 중량물에 힘을 가하고,

상기 중량물의 하강으로 상기 제2실린더로부터 유출된 유체가 상기 제1실린더로 유입되어 상기 제1실린더로 전달된 압력에 의해 상기 중장비의 붐이 상승되는 방향으로 상기 제1실린더가 상기 중장비의 붐에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제5항에 있어서,

상기 중량물은 상기 붐의 무게에 의해 상기 붐이 위치된 방향으로 상기 중장비가 전도되는 모멘트를 상쇄시키도록 상기 중장비의 붐이 위치된 반대의 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 제1실린더의 타단이 중장비에 연결되는 위치에는 상기 중장비로부터 외측으로 출몰이 가능하게 지지된 실린더 지지부가 구비되고,

상기 제1실린더의 타단은 상기 실린더 지지부에 힌지 연결되어 그 위치가 상기 제1실린더의 일단이 상기 붐에 연결된 위치에 대하여 상대적으로 변하는 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 제1실린더는 텔리스코픽 실린더인 것을 특징으로 하는 중장비 붐 무게 보상 장치.