콘크리트 믹서 드럼 구동 장치

콘크리트 믹서 드럼 구동 장치 {DEVICE FOR DRIVING CONCRETE MIXER DRUM}

본 발명은 가변 용량 유압 펌프 및 유압 모터를 구비하는 콘크리트 믹서차의 믹서 드럼 구동 장치에 관한 것이다.

콘크리트 믹서차에는 호퍼 등으로부터 투입된 생콘크리트를 교반 및 배출하는 믹서 드럼을 탑재하고 있다. 믹서 드럼은 유압 모터에 의해 구동된다.

일본 특허청이 2000년에 발행한 JP 2000-272405A는 이와 같은 믹서 드럼을 위한 유압 구동 회로를 제안하고 있다.

이 유압 구동 회로에 있어서, 유압 모터에는 가변 용량 유압 펌프로부터 방향 절환 밸브를 통해 작동유가 공급된다. 방향 절환 밸브는 가변 용량 유압 펌프가 토출한 가압 작동유의 유압 모터로의 공급 방향을 선택하는 동시에, 가압 작동유의 유압 모터로의 공급을 차단하는 기능을 구비하고 있다. 콘크리트 믹서차의 오퍼레이터가 방향 절환 밸브를 조작함으로써, 믹서 드럼은 정회전과 역회전의 어떠한 방향으로도 회전한다. 또한, 오퍼레이터가 방향 절환 밸브를 정지 섹션으로 조작함으로써, 믹서 드럼은 회전을 정지한다.

가변 용량 유압 펌프는 액추에이터의 동작에 따라서 펌프 토출 유량을 변화시킨다. 액추에이터는 펌프의 토출압에 응동(應動)한다. 액추에이터로 유도되는 펌프 토출압을 로드 센싱 밸브가 조정함으로써, 유압 펌프의 토출압과 유압 모터의 부하압의 차압을 소정치로 유지한다. 이 차압이 소정치로 유지되는 것은 유압 펌프로부터 유압 모터로 공급되는 작동유의 유량이 일정하게 유지되는 것을 의미한다. 그 결과, 내연 엔진에 구동되는 유압 펌프의 회전 속도가 변화되어도, 믹서 드럼의 회전 속도는 변화되지 않는다.

내연 엔진의 아이들 회전 속도로부터 고회전 속도 영역까지 유압 펌프의 용량 변화만으로 유압 펌프의 토출 유량을 일정하게 유지하는 것은 곤란하다.

그로 인해, 유압 펌프의 토출 유량을 일정하게 유지하기 위해, 내연 엔진의 출력의 조정이 필요해지는 경우가 있다. 예를 들어, 내연 엔진의 아이들 회전 속도로부터 저회전 속도 영역에서는, 단위 회전당의 토출량을 증가시킨 유압 펌프에 충분한 회전 토크를 입력하기 위해, 내연 엔진으로의 연료 공급량을 증대시킬 필요가 발생할 가능성이 있다. 그러나, 이와 같은 연료 공급 제어는 내연 엔진의 연료 소비량을 증대시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 생콘크리트용 믹서 드럼을 구동하는 구동원으로서의 내연 엔진의 연료 소비량을 적게 하는 것이다.

이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 콘크리트 믹서 드럼의 구동 장치에 있어서, 믹서 드럼에 기계적으로 결합하는 유압 모터와, 연소 엔진에 구동되고, 유압 모터로의 가압 작동유의 공급에 의해 유압 모터를 회전 구동되며, 유압 모터로 공급되는 가압 작동유를 토출하는 토출 통로를 구비한 가변 용량형 유압 펌프와, 토출 통로로의 가압 작동유의 토출 유량이 일정하게 유지되도록 유압 펌프의 용량을 변화시키는 기구와, 가변 용량형 유압 펌프와 일체로 회전하는 챠지 펌프와, 챠지 펌프의 토출압의 저하에 따라서 토출 통로로부터 유압 모터로의 가압 작동유의 유통 단면적을 감소시키는 밸브를 구비하고 있다.

본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은 이후의 기재 중에서 설명되는 동시에, 첨부된 도면에 도시된다.

도 1A와 도 1B는 본 발명에 의한 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치의 유압 회로도이다.

도 2는 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치가 구비하는 유압 펌프의 종단면도이다.

도 3은 도 2의 III-III선을 따라서 절취한 유압 펌프의 펌프 커버의 횡단면도로, 정지 섹션에 있어서의 방향 절환 밸브를 도시하는 도면이다.

도 4는 도 3과 유사하지만, 저속 교반 섹션에 있어서의 방향 절환 밸브를 도시하는 도면이다.

도 5는 도 3과 유사하지만, 고속 교반 섹션에 있어서의 방향 절환 밸브를 도시하는 도면이다.

도 6은 방향 절환 밸브의 밸브 스풀의 스트로크 거리에 대한 펌프 토출 유량(Qp)의 특성을 나타내는 다이어그램이다.

도 7A와 도 7B는 방향 절환 밸브가 교반 섹션에 있는 경우의 믹서 드럼의 회 전 속도 특성을 설명하는 다이어그램이다.

도 8은 밸브 스풀의 스트로크 거리와 밸브 스풀에 작용하는 스프링력의 관계를 설명하는 다이어그램이다.

도 9는 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치의 챠지 압력의 특성을 설명하는 다이어그램이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방향 절환 밸브의 종단면도이다.

도면의 도 1을 참조하면, 생콘크리트용 믹서차를 위한 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치는 펌프 유닛(50), 모터 유닛(80), 탱크(90)와, 이들을 연결하는 유압 배관을 구비한다.

모터 유닛(80)은 트랜스미션(2)을 통해 믹서 드럼(1)을 회전 구동하는 유압 모터(81)를 구비한다.

유압 모터(81)의 2개의 포트에는 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)가 접속된다. 유압 모터(81)는 제1 유압 통로(51)와, 제2 유압 통로(52)에 선택적으로 공급되는 고압 작동유에 의해, 정역 양방향으로 회전한다.

제1 유압 통로(51)에는 릴리프 밸브(82)가 접속된다. 릴리프 밸브(82)에는 제1 유압 통로(51)의 압력이 릴리프 밸브(82)의 밸브 개방 방향의 파일럿압으로서 작용한다. 릴리프 밸브(82)에는 제2 유압 통로(52)의 압력이 피스톤 기구(84)와 오리피스(86)를 통해 릴리프 밸브(82)의 밸브 폐쇄 방향의 파일럿압으로서 작용한다. 릴리프 밸브(82)에는 또한, 제1 유압 통로(51)의 압력이 오리피스(88)를 통해 릴리프 밸브(82)의 밸브 폐쇄 방향의 파일럿압으로서 작용한다. 이들 파일럿압의 변화에 따라서, 릴리프 밸브(82)는 제1 유압 통로(51)의 압력이 제2 유압 통로(52)의 압력에 대해 급격히 상승했을 때에 개방되어, 제1 유압 통로(51)의 작동유를 챠지 통로(58)에 릴리프시키고 후에 폐쇄된다. 이 동작에 의해 유압 모터(81)에 가해지는 제1 유압 통로(51)의 압력의 급증에 수반하는 쇼크를 흡수한다.

제2 유압 통로(52)에는 릴리프 밸브(83)가 접속된다. 릴리프 밸브(83)에는 제2 유압 통로(52)의 압력이 릴리프 밸브(83)의 밸브 개방 방향의 파일럿압으로서 작용한다. 릴리프 밸브(83)에는 제1 유압 통로(51)의 압력이 피스톤 기구(85)와 오리피스(87)를 통해 릴리프 밸브(83)의 밸브 폐쇄 방향의 파일럿압으로서 작용한다. 릴리프 밸브(83)에는 또한, 제2 유압 통로(52)의 압력이 오리피스(89)를 통해 릴리프 밸브(83)의 밸브 폐쇄 방향의 다른 파일럿압으로서 작용한다. 이들 파일럿압의 변화에 따라서, 릴리프 밸브(83)는 제2 유압 통로(52)의 압력이 제1 유압 통로(52)의 압력에 대해 급격히 상승했을 때에 개방되어 제2 유압 통로(52)의 작동유를 챠지 통로(58)에 릴리프시키고 후에 폐쇄된다. 이 동작에 의해 유압 모터(81)에 가해지는 제2 유압 통로(52)의 압력의 급증에 수반하는 쇼크를 흡수한다.

릴리프 밸브(82와 83)가 제공하는 이러한 기능은 쇼크 리스 구조로서 알려져 있다.

챠지 통로(58)는 체크 밸브(55)를 통해 제1 유압 통로(51)에 접속된다. 또한, 챠지 통로(58)는 체크 밸브(56)를 통해 제2 유압 통로(52)에 접속된다.

모터 유닛(80)의 케이싱과 탱크(90)는 드레인 통로(91)를 통해 연통된다. 드레인 통로(91)에는 오일 쿨러(92)와 오일 필터(93)가 설치된다.

펌프 유닛(50)은 내연 엔진(60)에 구동되는 유압 펌프(10), 챠지 펌프(11), 릴리프 밸브(59), 방향 절환 밸브(20), 로드 센싱 밸브(40), 언로드 밸브(30) 및 고압 선택 밸브(16)를 구비한다.

챠지 펌프(11)는 유압 펌프(10)와 일체 회전하여, 탱크(90)로부터 통로(95)를 통해 흡입한 작동유를 챠지 통로(58)에 토출한다. 챠지 통로(58)의 작동유는 체크 밸브(55)를 통해 제1 유압 통로(51)를, 체크 밸브(56)를 통해 제2 유압 통로(52)를 각각 작동유로 채우는 역할을 갖는다.

챠지 통로(58)는 릴리프 밸브(59)를 통해 탱크(90)에 연통한다. 릴리프 밸브(59)는 챠지 통로(58)의 압력이 소정압을 초과하여 상승하면, 챠지 펌프(11)로부터 토출되는 잉여 작동유를 탱크(90)로 복귀시킨다.

챠지 펌프(11)가 흡입하는 작동유는 통로(95)를 통해 탱크(90)로부터 공급된다. 통로(95)의 도중에 스트레이너(96)가 개재 장착된다. 펌프 유닛(50)의 케이싱과 모터 유닛(80)의 케이싱은 드레인 통로(97)에 의해 연통되어 있다.

유압 펌프(10)에는 흡입 통로(12)와 토출 통로(13)가 각각 접속된다. 유압 펌프(10)는 흡입 통로(12)로부터 흡입한 작동유를 가압하여 토출 통로(13)에 토출한다. 흡입 통로(12)에는 체크 밸브(54)를 통해 챠지 펌프(11)로부터의 작동유가 충전된다.

제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)는 방향 절환 밸브(20)를 통해, 흡입 통로(12)와 토출 통로(13)에 접속된다. 이에 의해, 유압 모터(81)와 유압 펌 프(10)가 폐쇄 회로에서 접속된다.

방향 절환 밸브(20)는, 기본적으로는 오퍼레이터의 조작 레버(34)의 조작에 의해 절환되는 섹션(AD)을 구비한다. 방향 절환 밸브(20)는, 배출 섹션(A)에 있어서는 흡입 통로(12)를 제1 유압 통로(51)에, 토출 통로(13)를 제2 유압 통로(52)에 접속한다. 교반 섹션(B 또는 D)에 있어서는, 토출 통로(13)를 제1 유압 통로(51)에, 흡입 통로(12)를 제2 유압 통로(52)에 접속한다. 정지 섹션(C)에 있어서는, 흡입 통로(12)와 토출 통로(13) 및 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)를 각각 차단 상태로 유지한다. 이와 같이 하여 방향 절환 밸브(20)는 유압 모터(81)의 정회전과 역회전 및 정지를 절환한다. 배출 섹션(A)은 믹서 드럼(1)이 생콘크리트를 배출하는 동작에 적용된다. 교반 섹션(B 또는 D)은 믹서 드럼(1)이 생콘크리트를 교반하는 동작에 적용된다. 교반 섹션(B와 D)의 차이에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.

유압 펌프(10)에는 경사판식 피스톤 펌프를 사용한다. 유압 펌프(10)는 경사판의 경사각을 변화시키기 위한 유압 액추에이터(14)를 구비한다. 유압 액추에이터(14)는 토출 통로(13)로부터 로드 센싱 밸브(40)를 통해 액추에이터 통로(18)로 유도된 액추에이터 구동압에 따라서 경사판의 경사각을 변화시킨다. 유압 액추에이터(14)는 액추에이터 구동압이 상승함에 따라서, 경사각을 감소시킨다.

로드 센싱 밸브(40)는 액추에이터 통로(18)를, 오리피스(17)를 통해 탱크(90)에 개방하는 저압 섹션(A1)과, 액추에이터 통로(18)를 토출 통로(13)에 접속하는 고압 섹션(B1)을 구비한다. 로드 센싱 밸브(40)는 토출 통로(13)의 펌프 토 출압과, 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)의 한쪽에 발생하는 유압 모터(81)의 부하압의 차압에 따른 비율로 저압 섹션(A1)과 고압 섹션(B1)을 적용한다. 바꿔 말하면, 로드 센싱 밸브(40)는 차압에 따른 비율로, 유압 펌프(10)의 토출압을 감압하여, 액추에이터 통로(18)에 공급한다.

또한, 부하압은 믹서 드럼(1)을 회전 구동하기 위해 유압 모터(81)에 가해지는 압력으로, 유압 펌프(10)의 펌프 토출압과 유압 모터(81)의 부하압의 차압은 토출 통로(13)의 가압 작동유 유량에 비례한다.

이로 인해, 로드 센싱 밸브(40)는 저압 섹션(A1)을 적용하는 방향으로 로드 센싱 밸브(40)를 압박하는 스프링(43)을 구비한다. 로드 센싱 밸브(40)는 스프링(43)과 동일한 방향의 파일럿압을 로드 센싱 밸브(40)에 미치게 하는 제1 파일럿 통로(41)를 구비한다. 로드 센싱 밸브(40)는 또한, 스프링(43)과 역방향의 파일럿압, 즉 고압 섹션(B1)을 적용하는 방향으로 로드 센싱 밸브(40)에 파일럿압을 미치게 하는 제2 파일럿압 통로(42)를 구비한다.

제1 파일럿압 통로(41)는 고압 선택 밸브(16)를 통해 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)에 접속된다. 고압 선택 밸브(16)는 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52) 중 고압측 압력, 즉 부하압이 작용하고 있는 측의 압력을 제1 파일럿압 통로(41)에 공급한다. 제2 파일럿압 통로(42)는 토출 통로(13)에 접속된다. 고압 선택 밸브(16)에는 셔틀 밸브를 사용할 수 있다.

이상의 구성에 의해, 유압 액추에이터(14)는, 믹서 드럼(1)의 회전 구동 시에는 유압 펌프(10)의 토출압과 유압 모터(81)의 부하압의 차압이 증대되면 유압 펌프(10)의 경사각을 감소시키고, 차압이 감소되면 유압 펌프(10)의 경사각을 증대시킨다.

믹서 드럼(1)의 운전을 정지할 때에는, 방향 절환 밸브(20)가 정지 섹션(C)으로 절환되어, 토출 통로(13)와 유압 모터(81)의 접속이 차단된다. 그 결과, 펌프 토출압이 급상승하는 것에 수반하여, 로드 센싱 밸브(40)는 고압 섹션(B1)만을 적용한다. 그 결과, 유압 액추에이터(14)에 토출 통로(13)의 펌프 토출압이 직접 작용하여, 유압 액추에이터(14)는 유압 펌프(10)의 경사각을 0으로, 즉 유압 펌프(10)의 펌프 토출 유량을 0으로 하도록 동작한다.

언로드 밸브(30)는 유압 펌프(10)의 토출압과 유압 모터(81)의 부하압의 차압이 제1 소정차압을 초과하면, 토출 통로(13)의 유압 펌프(10)의 토출 작동유를 흡입 통로(12)에 릴리프시키는 기능을 구비한다. 언로드 밸브(30)는 토출 통로(13)와 흡입 통로(12)를 연결하는 바이패스 통로(19)에 설치된다.

언로드 밸브(30)는 바이패스 통로(19)를 차단하는 로드 섹션(A2)과, 바이패스 통로(19)를 개통하여 토출 통로(13)를 펌프 흡입 통로(12)에 연통하는 언로드 섹션(B2)을 구비한다. 언로드 밸브(30)는 로드 섹션(A2)을 향해 언로드 밸브(30)를 압박하는 스프링(33)을 구비한다.

언로드 밸브(30)는 스프링(33)과 동일한 방향의 파일럿압을 언로드 밸브(30)에 미치게 하는 제1 파일럿압 통로(31)를 구비한다. 언로드 밸브(30)는 또한, 스프링(33)과 역방향의 파일럿압, 즉 언로드 섹션(B2)을 적용하는 방향으로 언로드 밸브(30)에 파일럿압을 미치게 하는 제2 파일럿 통로(32)를 구비한다.

제1 파일럿압 통로(31)는 고압 선택 밸브(16)를 통해 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)에 접속된다. 제2 파일럿압 통로(32)는 토출 통로(13)에 접속된다.

도 2를 참조하면, 회전 경사판식의 유압 펌프(10)는 펌프 하우징(62)과 펌프 하우징(62)에 고정한 펌프 커버(61)가 형성하는 공간에 수납 장착된 실린더 블럭(63)과 경사판(64)을 구비한다.

실린더 블럭(63)은 샤프트(65)를 통해서 회전 구동된다. 샤프트(65)는 펌프 하우징(62)에 베어링(102)을 통해 지지된다. 샤프트(65)의 선단부는 펌프 커버(61)에 베어링(101)을 통해 지지된다. 펌프 하우징(62)으로부터 외부로 돌출되는 샤프트(65)는 내연 엔진(60)에 회전 구동된다.

실린더 블럭(63)에는 복수의 실린더(66)가 샤프트(65)의 중심선(O)과 평행하게, 중심선(O)을 중심으로 하는 원주 상에 일정한 간격으로 배치된다.

각 실린더(66)에는 피스톤(68)이 삽입된다. 실린더(66) 내에는 피스톤(68)에 의해 용적실(67)이 획정된다. 각 피스톤(68)의 일단부는 실린더(66)로부터 축방향으로 돌출되고, 슈(69)를 통해 경사판(64)에 접촉한다. 실린더 블럭(63)이 회전하면, 각 피스톤(68)은 경사판(64)에 의해 축방향으로 구동되어, 용적실(67)을 주기적으로 확대 축소시킨다.

유압 펌프(10)의 펌프 토출 유량을 가변으로 하기 위해, 경사판(64)은 트러니온축을 통해 펌프 하우징(62)에 경사 가능하게 지지된다. 펌프 하우징(2) 내에는 경사판(64)을 경사각이 커지는 방향으로 압박하는 스프링(15)이 배치된다.

경사판(64)의 경사각을 바꾸는 액추에이터(14)는 리니어 액추에이터이고, 내통(14A)과 경사판(64)에 접촉하는 플런저(14C)를 구비한다. 내통(14A)은 샤프트(65)의 중심선(O)과 평행을 이루도록 펌프 커버(61)에 고정된다. 내통(14A)의 중심에는 축방향으로 액추에이터 통로(18)가 관통한다. 내통(14A)의 외주에는 플런저(14C)의 기단부에 형성된 외통(14B)이 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어진다.

내통(14A)을 관통한 액추에이터 통로(18)의 압력은 외통(14B)의 내측에서 플런저(14C)에 작용한다. 그 결과, 플런저(14C)는 경사판(64)을 도면의 우측 방향으로 눌러, 스프링(15)에 저항하여 경사판(64)의 경사각을 감소시킨다. 따라서, 유압 펌프(10)의 경사각은 액추에이터 통로(18)의 압력이 상승함에 따라서 감소된다.

다음에, 방향 절환 밸브(20)의 구성을 설명한다.

방향 절환 밸브(20)는, 전술한 바와 같이 2개의 교반 섹션(B와 D)을 구비한다. 교반 섹션(B와 D)은 모두 흡입 통로(12)를 제2 유압 통로(52)에, 토출 통로(13)를 제1 유압 통로(51)에 접속하지만, 섹션(D)은 어떠한 방향의 유통에 관해서도 유통 단면적이 섹션(B)보다 크다. 즉, 섹션(D)에 있어서는 섹션(B)보다 유압 모터(81)를 구동하는 가압 작동유의 유량이 많아, 결과적으로 섹션(D)에 있어서는 섹션(B)보다도 믹서 드럼(1)이 고속으로 회전한다. 이하의 설명에서는 섹션(B)을 저속 교반 섹션, 섹션(D)을 고속 교반 섹션이라고 칭한다. 조작 레버(34)가 절환되는 것은 배출 섹션(A)과 정지 섹션(C)과 저속 교반 섹션(B)의 사이뿐이다. 저속 교반 섹션(B)과 고속 교반 섹션(D)의 절환은 챠지 펌프(11)의 토출압에 의존하여 방향 절환 밸브(20)가 자동적으로 행한다.

방향 절환 밸브(20)에 저속 교반 섹션(B)과, 고속 교반 섹션(D)을 설치한 것은 다음의 이유에 의한다.

즉, 내연 엔진(60)의 아이들 회전 속도로부터 최고 회전 속도에 이르는 전체 회전 속도 영역을 통해, 유압 펌프(10)의 용량 변화만으로 유압 펌프(10)의 토출 유량을 일정하게 유지하는 것은 곤란하다. 예를 들어, 내연 엔진(60)의 아이들 회전 속도나 저회전 속도 영역에서 일정한 토출 유량을 유지하고자 하면, 내연 엔진(60)의 출력 토크를 증대시켜야만 한다. 엔진 출력 토크는 엔진의 연료 소비량의 증가 없이는 증가하지 않는다.

그래서, 이 방향 절환 밸브(20)는 내연 엔진(60)의 아이들 회전 속도 영역과 저회전 속도 영역에서의 생콘크리트의 교반에 있어서, 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)의 작동유의 유량을 적게 억제한다. 결과적으로, 믹서 드럼(1)의 회전 속도가 낮게 억제되므로, 내연 엔진(60)으로의 요구 출력도 억제되어, 아이들 회전 속도로부터 저회전 속도 영역에 있어서의, 내연 엔진(60)의 연료 소비량의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 저속 교반 섹션(B)에 있어서의 믹서 드럼(1)의 회전 속도는 믹서 드럼(1)의 정격 회전 속도 혹은 통상 운전 속도보다 낮다.

한편, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 상승하면, 챠지 펌프(11)의 토출압이 상승한다. 저속 교반 섹션(B)과 고속 교반 섹션(D)에 있어서는, 챠지 펌프(11)의 토출압이 방향 절환 밸브(20)에 대해 고속 교반 섹션(D)을 적용하는 방향으로 작용한다. 그 결과, 챠지 펌프(11)의 토출압이 상승함에 따라서, 고속 교반 섹션(D)의 적용 비율이 높아지고, 대응하여 믹서 드럼(1)의 회전 속도가 상승한다. 이와 같 이 하여, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 일정 속도 이상이 되면, 믹서 드럼(1)은 가동에 필요한 정격 회전 속도로 회전한다. 일정 속도는, 예를 들어 매분 600-800회전(rpm)으로 한다.

도 3을 참조하면, 방향 절환 밸브(20)는 주로 유압 펌프(10)의 펌프 커버(61)의 내측에 구성된다. 펌프 커버(61)의 내측에는 흡입 통로(12)와 토출 통로(13)가 형성된다. 유압 펌프(10)에 있어서는, 실린더 블록(63)이 회전하면, 피스톤(68)의 신장 스트로크 거리에 있어서 작동유가 흡입 통로(12)로부터 각 용적실(67)로 흡입되고, 피스톤(68)의 수축 스트로크 거리에 있어서 각 용적실(67)로부터 토출 통로(13)로 가압 작동유가 토출된다. 펌프 커버(61)의 내측에는 제1 유압 통로(51)와 제2 유압 통로(52)도 유도된다.

방향 절환 밸브(20)는 펌프 커버(61)를 관통하는 밸브 구멍(23)에 끼워 맞추어지는 밸브 스풀(70)을 구비한다.

밸브 구멍(23)의 내주에는 흡입 통로(12), 토출 통로(13), 제1 유압 통로, 제2 유압 통로(52) 및 챠지 통로(58)에 각각 연통하는 환 형상 홈이 형성된다. 밸브 스풀(70)에는 3개의 랜드부(76, 77 및 78)가 형성된다. 랜드부(76, 77 및 78)는 밸브 스풀(70)의 스트로크 위치에 따라서 환 형상 홈 사이를 연통 혹은 차단한다. 랜드부(77)의 양단부에는 노치(77A와 77B)가 형성된다.

조작 레버(34)의 일단부에는 핀(36)이 고정된다. 핀(36)은 펌프 커버(61)에 설치한 케이싱(37)에 베어링(38)을 통해 회전 가능하게 지지된다. 핀(36)의 선단부에는 캠(39)이 형성된다. 밸브 스풀(70)의 일단부는 밸브 구멍(23)으로부터 펌 프 커버(61)의 외측으로 돌출된다. 돌출 단부에는 캠(39)과 결합하는 환 형상 홈(79)이 형성된다. 조작 레버(34)에 의해 핀(36)이 회전하면, 캠(39)이 환 형상 홈(79)을 획정하는 2개의 평행한 벽면의 한쪽을 눌러, 밸브 스풀(70)을 축방향으로 변위시킨다.

밸브 구멍(23) 내에는 밸브 스풀(70)의 랜드부(78)의 도면의 우측 방향을 향한 측면에 면하는 드레인압실(26)이 형성된다. 드레인압실(26)은 펌프 하우징(2)의 내측과 연통되어, 드레인압실(26)의 내측은 탱크(90)의 압력에 동등한 드레인압으로 유지된다.

밸브 스풀(70)의 도면의 좌측의 단부에 상당하는 다른 한쪽의 단부에는 피스톤부(75)가 형성된다. 밸브 스풀(70)의 다른 한쪽의 단부는 밸브 구멍(23)으로부터 펌프 커버(61)의 외측으로 돌출된다. 밸브 스풀(70)의 다른 한쪽의 단부를 수납 장착하기 위해, 케이싱(74)이 펌프 커버(61)에 설치된다. 케이싱(74)의 내측에는 밸브 구멍(23)보다 직경이 큰 실린더부(25)가, 밸브 구멍(23)에 연속해서 형성된다. 피스톤부(75)는 실린더부(25)의 내주에 끼워 맞추어진다. 실린더부(25)에는 피스톤부(75)에 면하는 파일럿압실(24)이 형성된다. 파일럿압실(24)에는 챠지 통로(58)의 챠지압이 파일럿압으로서 유도된다. 이 파일럿압은 파일럿압실(24)에 있어서, 피스톤부(75)를 통해 밸브 스풀(70)을 도면의 좌측 방향으로 압박한다.

밸브 스풀(70)의 중심에는 축 구멍(27)이 축방향으로 형성된다. 도면에 있어서의 밸브 스풀(70)은 정지 섹션(C)에 위치하고 있다. 정지 섹션(C)에 있어서는, 파일럿압실(24)과 드레인압실(26)이 축 구멍(27)을 통해 연통된다.

코일 형상의 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)이 실린더부(25)의 일부이며, 또한 피스톤부(75)에 관하여 파일럿압실(24)과 반대측에 위치하는 스프링실(28)에 수납 장착된다. 스프링실(28)에는 펌프 하우징(2) 내로부터 드레인압이 유도된다. 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)은 밸브 스풀(70)을 배출 섹션(A) 혹은 도면 중 우측 방향을 향해 탄성 지지한다.

또한, 제2 리턴 스프링(72)은 밸브 스풀(70)의 스트로크 위치에 의하지 않고, 항상 스프링력을 밸브 스풀(70)에 미치게 하지만, 제1 리턴 스프링(71)은 밸브 스풀(70)이 교반 섹션(B 또는 D)에 있는 경우에만 스프링력을 밸브 스풀(70)에 미치게 한다.

제1 리턴 스프링(71)은 밸브 스풀(70)과 제1 어저스트 스크류(73B)에 끼움 지지된다. 제2 리턴 스프링(72)은 밸브 스풀(70)과 제2 어저스트 스크류(73A)에 끼움 지지된다. 제1 어저스트 스크류(73B)는 통 형상으로 형성된 제2 어저스트 스크류(73A)의 중공부에 나사 결합한다. 제2 어저스트 스크류(73A)는 케이싱(74)의 내주에 끼워 맞추어진다.

케이싱(74)에 대한 제2 어저스트 스크류(73A)의 나사 결합 위치를 바꿈으로써, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 스프링력을 조절할 수 있다. 또한, 제2 어저스트 스크류(73A)에 대한 제1 어저스트 스크류(73B)의 나사 결합 위치를 바꿈으로써, 제1 리턴 스프링(71)의 스프링력을 제2 리턴 스프링(72)의 스프링력으로부터 독립하여 조절할 수 있다.

밸브 스풀(70)을 배출 섹션(A) 방향으로 압박하는 리턴 스프링으로서, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72) 대신에, 단일의 스프링이나, 3개 이상의 스프링을 설치해도 좋다.

밸브 스풀(70)은 조작 레버(34)의 조작에 따라서 축방향으로 변위되고, 배출 섹션(A), 정지 섹션(C), 교반 섹션(B)을 선택적으로 적용한다. 조작 레버(34)는 다시 조작될 때까지 멈춤쇠(detent) 기구에 의해 각 조작 위치에 유지된다.

밸브 스풀(70)이 조작 레버(34)에 의해 정지 섹션(C)에 유지된 상태에서는, 방향 절환 밸브(20)는 흡입 통로(12) 및 토출 통로(13)를, 제1 유압 통로 및 제2 유압 통로(52)로부터 차단하고 있다.

배출 섹션(A)은 정지 섹션(C)으로부터 조작 레버(34)의 조작으로 밸브 스풀(70)을 도면의 우측 방향으로 소정 거리 변위시킨 위치에 상당한다. 배출 섹션(A)에서는, 방향 절환 밸브(20)는 흡입 통로(12)와 제1 유압 통로(51)를 연통하고, 토출 통로(13)와 제2 유압 통로(52)를 랜드부(77)의 노치(77A)를 통해 연통한다. 배출 섹션(A)에서는 유압 모터(81)가 믹서 드럼(1)을 생콘크리트 배출을 위해 설정된 회전 방향으로 회전시킨다.

도 4를 참조하면, 저속 교반 섹션(B)은 도 3에 도시하는 정지 섹션(C)으로부터 조작 레버(34)의 조작으로 밸브 스풀(70)을 도면의 좌측 방향으로 소정 거리 변위시킨 위치에 상당한다. 교반 섹션(B)에서는, 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이, 토출 통로(13)의 가압 작동유가 노치(77B)를 통해 제1 유압 통로(51)에 흐르고, 제2 유압 통로(52)의 작동유가 흡입 통로(12)에 흐른다. 그 결과, 제1 유압 통로(51)로부터 제2 유압 통로(52)로 유압 모터(81) 내를 작동유가 순환하고, 유압 모터(81)는 믹서 드럼(1)을 생콘크리트 교반을 위해 설정된 회전 방향으로 회전한다.

도 5에 도시하는 고속 교반 섹션(D)에 있어서의 방향 절환 밸브(20) 내의 작동유의 유통 방향은 저속 교반 섹션(B)에 있어서의 방향 절환 밸브(20) 내의 작동유의 유통 방향과 동일하다. 섹션(B와 D) 중 어느 것에 있어서도, 파일럿압실(24)과 챠지 통로(58)가 축 구멍(27)에 의해 연통된다.

이 방향 절환 밸브(20)에 있어서는, 캠(39)과 환 형상 홈(79) 사이에 간극(δ)이 형성된다. 도 4에 도시하는 저속 교반 섹션(B)에 있어서는, 간극(δ)의 범위에서 밸브 스풀(70)이 도면의 좌측 방향으로 변위됨으로써, 토출 통로(13)와 제1 유압 통로(51)를 연통하는 노치(77B)의 개구 면적을 증가시켜, 결과적으로 유압 펌프(10)의 펌프 토출 유량을 증가시킨다.

도 6을 참조하여, 교반 섹션(B와 D)에 있어서의 밸브 스풀(70)의 스트로크 거리와, 유압 펌프(10)의 펌프 토출 유량(Qp)의 관계를 설명한다. 밸브 스풀(70)이 정지 섹션(C)에 있는 상태를 스트로크 거리 0으로 한다. 스트로크 거리가 0으로부터 좌우 어느 방향으로 증대되는 경우라도, 펌프 토출 유량(Qp)은 스트로크 거리와 함께 증가한다. 밸브 스풀(70)이 도 3의 정지 섹션(C)으로부터 우측 방향으로 움직여, 스트로크 거리가 S1에 도달하면, 방향 절환 밸브(20)의 저속 교반 섹션(B)으로의 절환이 완료된다. 또한, 밸브 스풀(70)의 스트로크 거리가 S2에 도달하면, 방향 절환 밸브(20)의 고속 교반 섹션(D)으로의 절환이 완료된다. 전자의 절환은 조작 레버(34)의 수동 조작에 의해 행해지고, 후자의 절환은 챠지 펌프(11) 의 토출압에 따라서 자동적으로 행해진다. 레버 간극(δ)은 S2-S1에 상당한다.

도 4의 저속 교반 섹션(B)에 있어서, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 상승하면, 내연 엔진(60)에 의해 유압 펌프(10)와 일체로 구동되는 챠지 펌프(11)의 챠지 압력이 상승한다. 그 결과, 챠지 통로(58)로부터 통과 구멍(27)을 통해 유도된 파일럿압실(24)의 파일럿압이 상승하여, 밸브 스풀(70)은 도면의 좌측 방향으로 변위된다. 이 변위 거리가 레버 간극(δ)과 동등해지면, 밸브 스풀(70)은 도 5에 도시하는 고속 교반 섹션에 도달한다.

조작 레버(34)를 조작하여 방향 절환 밸브(20)가 교반 섹션(B)으로 절환된 경우에, 내연 엔진(60)이 아이들 운전하고 있으면, 밸브 스풀(70)은, 도 5에 도시한 바와 같이 정지 섹션으로부터 스트로크 거리(S1)의 저속 교반 섹션(B)으로 유지된다.

내연 엔진(60)의 아이들 운전 시에는, 도 9에 도시한 바와 같이 챠지 통로(58)의 압력은 P1이다. 이 압력(P1)은 밸브 구멍(23), 밸브 스풀(70)의 축 구멍(27)을 통해 파일럿압실(24)로 유도된다.

제2 어저스트 스크류(73A)의 케이싱(74)으로의 나사 결합 위치는, 내연 엔진(60)이 아이들 운전하고, 조작 레버(34)가 저속 교반 섹션(B)에 위치하고 있는 상태로 조정한다. 이 상태에서, 밸브 스풀(70)의 스트로크 거리가 S1과 동등해지도록, 제2 어저스트 스크류(73A)의 케이싱(74)으로의 나사 결합 위치를 설정한다.

이 상태에서는, 밸브 스풀(70)의 환 형상 홈(79)과 캠부(39)의 레버 간극(δ)이 캠부(39)의 우측에 있다. 이 상태는 정지 섹션(C)과 동일하다.

엔진 회전 속도가 아이들 운전 상태로부터 상승하면, 도 9에 도시한 바와 같이 파일럿압실(24)의 파일럿압이 P1로부터 P2로 상승한다. 그 결과, 밸브 스풀(70)이 도 5에 도시한 바와 같이, 도 4의 저속 교반 섹션(B)으로부터 레버 간극(δ)과 동등한 거리를 스트로크하면, 캠부(39)가 환 형상 홈(79)을 획정하는 2개의 벽면의 다른 한쪽에 접촉하여, 밸브 스풀(70)의 그 이상의 변위는 규제된다. 이 상태가 도 5의 고속 교반 섹션(D)에 상당한다.

밸브 스풀(70)이 도 4의 좌측 방향으로 이동하면, 랜드부(77)의 노치(77B)의 개구 면적이 증대된다. 그 결과, 도 6에 도시한 바와 같이 펌프 토출 유량(Qp)이 Q1로부터 Q2로 증대되어, 유압 모터(81)의 회전 속도가 내연 엔진(60)의 회전 속도에 따라서 상승한다.

엔진 회전 속도의 상승에 수반하여 파일럿압실(24)의 파일럿압이 P2를 초과하여 상승해도, 밸브 스풀(70)은 거리(S2)를 초과하면 스트로크되지 않는다.

이로 인해, 제1 어저스트 스크류(73B)의 제2 어저스트 스크류(73A)로의 나사 결합 위치를, 파일럿압실(24)의 파일럿압이 P2에 도달했을 때에, 밸브 스풀(70)의 스트로크 거리가 S2와 동등해지도록 설정한다.

도 7A와 도 7B는 방향 절환 밸브(20)의 교반 섹션(B 또는 D)에 있어서의 특성을 나타낸다.

도 7A에 있어서는, 엔진 회전 속도가 아이들 회전 속도로부터 소정의 중속 회전 속도로 상승하는 동안에, 밸브 스풀(70)이 레버 간극(δ) 상당의 거리를 스트로크하여, 저속 교반 섹션(B)으로부터 고속 교반 섹션(D)에 이른다. 따라서, 믹서 드럼(1)의 회전 속도는 엔진 회전 속도가 아이들 회전 속도로부터 소정의 중속 회전 속도로 상승하는 동안에 서서히 정격 회전 속도로 상승한다. 바꿔 말하면, 엔진 회전 속도의 상승에 대한 이와 같은 믹서 드럼(1)의 회전 속도 특성을 얻을 수 있도록, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 스프링 특성을 설정한다.

또한, 도 7A의 파선은 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 스프링 특성의 설정에 의해, 고속 교반 섹션(D)에 도달하는 엔진 회전 속도를 조정 가능한 것을 나타낸다.

그러나, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 반발력이 지나치게 작은 경우에는, 도 7B의 실선으로 나타낸 바와 같이, 내연 엔진(60)이 아이들 회전 속도에 있는 단계에서, 밸브 스풀(70)이 레버 간극(δ) 상당의 거리를 스트로크하여, 고속 교반 섹션(D)에 이른다. 이 경우에는, 내연 엔진(60)이 아이들 회전 속도에 있는 단계에서, 믹서 드럼(1)을 정격 회전 속도로 회전시키게 되어, 내연 엔진(60)의 출력을 높여야만 해, 결과적으로 내연 엔진(60)의 연료 소비량이 증대된다. 저속 교반 섹션(B)을 방향 절환 밸브(20)에 설치하지 않고, 교반 섹션을 고속 교반 섹션(D)만으로 구성하는 경우에도, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 반발력이 지나치게 작은 경우와 동일한 특성을 나타낸다.

반대로, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 반발력이 지나치게 큰 경우에는, 도 7B의 파선으로 나타낸 바와 같이, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 중속 영역을 초과해도, 밸브 스풀(70)은 고속 교반 섹션(D)에 도달하지 않아, 믹서 드럼(1)의 회전 속도는 정격 회전 속도에 도달하지 않는다.

여기서, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 자유 길이에 대해 설명한다. 이 방향 절환 밸브(20)에 있어서, 제2 리턴 스프링(72)은 밸브 스풀(70)의 스트로크 위치에 의하지 않고, 항상 밸브 스풀(70)에 도 3 내지 도 5의 우측 방향으로 스프링력을 미치게 한다. 바꿔 말하면, 밸브 스풀(70)이 배출 섹션(A)에 위치하고 있는 상태라도, 밸브 스풀(70)에 스프링력을 미치게 할 수 있도록, 그 자유 길이를 설정한다.

이에 대해, 제1 리턴 스프링(71)은 밸브 스풀(70)이 도 3에 도시하는 정지 섹션(C)에 있는 상태에서, 밸브 스풀(70)과 제1 리턴 스프링(71)의 단부와의 사이에 간극(s)이 제공되도록 그 자유 길이를 설정한다.

도 8을 참조하면, 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)의 자유 길이를 이상과 같이 설정함으로써, 밸브 스풀(70)의 스트로크 거리와, 밸브 스풀(70)에 가해지는 스프링력의 관계는 스트로크 거리(S1)에 있어서 변화되게 된다. 여기서, 스트로크 거리(S1)는 제1 리턴 스프링(71)이 밸브 스풀(70)에 접촉하는 위치에 상당한다. 스트로크 거리(S1)를 초과하여 밸브 스풀(70)이 고속 교반 섹션(D) 방향으로 변위되면, 스트로크 거리의 증가에 대해 밸브 스풀(70)에 가해지는 스프링력은 스트로크 거리가 스트로크 거리(S1)에 미치지 않는 경우에 비해 더욱 큰 비율로 상승한다.

이상과 같이, 이 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치에 따르면, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 상승하고, 챠지 펌프(11)의 토출압이 상승하는 것에 따라서, 방향 절환 밸브(20)가 저속 교반 섹션(B)으로부터 고속 교반 섹션(D)으로 이행하여, 유압 모터(81)에 공급되는 가압 작동유의 유통 면적이 확대된다.

그 결과, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 아이들 회전 속도 영역 혹은 저속 회전 속도 영역에 있는 경우에는, 믹서 드럼(1)의 회전 속도는 낮게 억제되고, 내연 엔진(60)의 회전 속도가 소정의 중속 회전 속도로 상승함에 따라서 믹서 드럼(1)의 회전 속도도 정격 회전 속도로 상승한다. 따라서, 내연 엔진(60)이 아이들 회전 속도 영역 혹은 저속 회전 속도 영역에 있는 경우의, 내연 엔진(60)의 연료 소비량을 저감시켜, 이 영역에 있어서의 엔진 노이즈를 저감시킬 수 있다.

이 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치에 따르면, 방향 절환 밸브(20)의 밸브 스풀(70)이 파일럿압실(24)로 유도되는 챠지 압력에 응동함으로써, 가압 작동유의 유통 면적을 변화시키므로, 부품 개수를 늘리지 않고, 상기한 기능을 실현 가능하다.

또한, 이 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치에 있어서는, 밸브 스풀(70)을 제1 리턴 스프링(71)과 제2 리턴 스프링(72)으로 지지하였으므로, 제1 리턴 스프링(71)을, 저속 교반 섹션(B)과 고속 교반 섹션(D) 사이의 이행의 특성의 설정에만 사용할 수 있다. 따라서, 믹서 드럼(1)의 바람직한 회전 특성을 용이하게 실현하는 것이 가능하다.

이 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치에 있어서는, 내연 엔진(60)의 회전 속도에 따라서 변화되는 챠지 펌프(11)의 토출압, 즉 챠지 압력을 파일럿압으로서 밸브 스풀(70)에 작용시키므로, 내연 엔진(60)의 회전 속도에 믹서 드럼(1)의 회전 속도를 정밀도 좋게 대응시키는 것이 가능하다.

도 10을 참조하여, 방향 절환 밸브(20)의 구성에 관한 본 발명의 다른 실시 예를 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 방향 절환 밸브(20)의 밸브 스풀(70)에 형성되는 축 구멍(27)이, 저속 교반 섹션(B)에서 파일럿압실(24)과 흡입 통로(12)를 연통하도록 구성한다.

도 1A에 도시한 바와 같이, 챠지 펌프(11)가 작동유를 토출하는 챠지 통로(58)는 체크 밸브(54)를 통해 흡입 통로(12)에 접속되어 있다. 따라서, 가변 용량 유압 펌프(10)에 흡입용 작동유를 공급하는 흡입 통로(12)는 챠지 펌프(11)의 토출압과 대략 동등한 압력이 된다.

본 실시예에서는 밸브 스풀(70)에 작용시키는 파일럿압으로서, 챠지 통로(58)의 압력을 사용하는 대신에, 흡입 통로(12)의 압력을 사용한다.

흡입 통로(12)의 압력은 챠지 펌프(11)의 토출압, 즉 챠지 통로(58)의 챠지 압력과 대략 동등하므로, 본 구성에 의해서도 내연 엔진(60)의 회전 속도에 따라서 믹서 드럼(1)의 회전 속도를 향상시키는 것이 가능하다. 본 실시예에 따르면, 펌프 커버(61)에 챠지 통로(58)를 형성할 필요가 없으므로, 펌프 커버(61)의 구성이 제1 실시예보다 간이해서, 콘크리트 믹서 드럼 구동 장치의 제조 비용을 삭감할 수 있다.

이상의 설명에 관하여 2006년 7월 25일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허 출원 제2006-202092호의 내용을 여기에 인용에 의해 합체한다.

이상, 본 발명을 몇 개의 특정한 실시예를 통해 설명해 왔으나, 본 발명은 상기한 각 실시예로 한정되는 것은 아니다. 당업자에게 있어서는, 클레임의 기술 범위에서 이들 실시예에 다양한 수정 혹은 변경을 추가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 유압 펌프(10)를 구동하는 소스에는 내연 엔진(60) 대신에, 어떤 연소 엔진을 사용해도 좋다.

이상과 같이, 본 발명은 콘크리트 믹서차의 연료 소비량의 절감에 바람직한 효과를 가져온다.

본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 혹은 특징은 이하와 같이 클레임된다.