KR0157276B1 - 휠타입 중장비의 전복방지 장치 - Google Patents

휠타입 중장비의 전복방지 장치

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KR0157276B1
KR0157276B1 KR1019950039841A KR19950039841A KR0157276B1 KR 0157276 B1 KR0157276 B1 KR 0157276B1 KR 1019950039841 A KR1019950039841 A KR 1019950039841A KR 19950039841 A KR19950039841 A KR 19950039841A KR 0157276 B1 KR0157276 B1 KR 0157276B1
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김정국
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Abstract

본 발명은 휠타입 중장비가 주행중 혹은 작업중 전복되는 것을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 중장비를 커브길에서 운전할 때나 급경사 길에서 하행할 때 조향각도와 주행속도 및 차체 경사각에 따른 차체의 지면에 대한 최적의 경사각을 유지하도록 제어하여 중장비가 전복되는 것을 방지하는 장치이다.
이를 위해 본 발명은 독립현가되는 중장비의 하부차체에 있어서, 앞·뒤차축(2a,2b)의 좌우측과 차체(1)하단 사이에 각각 단동 유압실린더(3,4,5,6)가 장착되고, 앞차축(2a)의 좌우측에 조향각 검축장치(14,15)와 뒤차축(2b)의 일측상에 속도센서(17)와 차체(1) 하단에 차체경사각 센서(16)를 배설하고, 오일탱크의 유량이 기어펌프(13)로 압유되면 콘트롤러(9)로 제어되는 전자비례 감압밸브(11a~11d)들에 의해 유량제어 밸브(10a,10b)들의 스플을 조작하여 메인펌프(12)측의 압유가 상기 뒷차축(26)상의 유압실린더(5,6)측으로 송급되고, 상기 압유실린더(5,6)측의 드래인은 자체 파이롯트압을 테크하는 릴리프밸브(24,25)들에 의해 오일탱크로 리턴되고, 또한 앞차축(2a)상의 유압실린더(3,4)는 기어펌프(13)의 압이 전달되면 장착된 솔레노이드 밸브(23)에 파이롯트압이 체크되는 릴리프밸브(22)를 구동시켜 상기 각 실린더(3,4)의 체크밸브(20,21)들을 작동하도록 배설하고, 상기 유압실린더(3,4)측의 드래인은 전자비례 감압밸브(11a~11d)들의 드래인과 함께 오일탱크로 리턴되도록 구성하여 중장비가 주행중 혹은 작업중에 차체의 경사각을 적절히 제어하므로서 장비가 전복되는 것을 방지하고, 운전석의 기울어짐을 방지하여 작업효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

휠타입 중장비의 전복방지 장치
제1도는 종래 발명의 시스템 구성도.
제2도는 본 발명의 구성상태도.
제3도는 본 발명의 일실시예의 적용상태도.
제4도는 본 발명의 다른 실시에의 적용상태도.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예의 적용상태도.
제6도는 본 발명의 또 다른 실시예의 적용상태도.
제7도는 본 발명의 또 다른 실시예의 적용상태도.
제8도는 본 발명의 요부의 계통 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 차체 2a : 앞차축
2b : 뒷차축 3 : 단동 유압실린더
4 : 단동 유압실린더 5 : 단동 유압실린더
6 : 단동 유압실린더 7 : 유로제어밸브
8 : 유량제어밸브 9 : 컨트롤러
10a : 유량제어밸브 10b : 유량제어밸브
11a : 전자비례 감압밸브 11b : 전자비례 감압밸브
11c : 전자비례 감압밸브 11d : 전자비례 감압밸브
12 : 메인 펌프 13 : 기어펌프
14 : 조향각 검출장치 15 : 조향각 검출장치
16 : 2방향 경사각 센서 17 : 속도센서
20 : 체크밸브 21 : 체크밸브
22 : 릴리이프 밸브 23 : 솔레노이드 밸브
24 : 릴리이프 밸브 25 : 릴리이프 밸브
26 : 하중감지 센서 27 : 하중감지 센서
28 : 보상값연산 19 : 경사각제어값 연산
30 : 제어값 판단
본 발명은 휠타입 중장비가 주행중 혹은 작업중 전복되는 것을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 중장비를 커브길에서 운전할 때나 급경사 길에서 하행할 때 조향각도와 주행속도 및 차체 경사각에 따른 차체의 지면에 대한 최적의 경사각을 유지하도록 제어하여 중장비가 전복되는 것을 방지하는 장치이다.
중장비들도 공사장간의 이동을 위해서나 작업장내에서의 작업을 위해 많은 주행이 필요한데, 중장비는 그 특성상 차량들 보다 중하중이므로 회전조향시 보다 많은 구심력이 작용하여 전복의 위험이 많다.
그런데, 종래의 휠타입 중장비에서는 중장비가 커브길을 선회할 경우에 주행 속도와 조향각도의 적절한 밸런스가 맞지 않을 경우에는 중장비가 전복될 위험이 있으므로, 커브길을 선회시에는 경험에 의해서 조향각도의 크기에 따라서 적절한 감속운전을 하여야 하였다.
그러나, 조향각도에 따라서 최대 운전가능 속도를 조작하는 것은 많은 경험이 필요하고, 안전의 문제가 있으므로 충분한 감속상태에서 선회주행을 하는 것이 일반적인 방법이었고, 따라서 장비의 주행속도를 최대로 발휘할 수 없어 적업효율이 떨어지게 된다.
또한, 굴삭기와 같은 중장비에서 작업기에 중량물을 실은 상태에서 급경사를 행할 경우에는 무게 중심이 전방으로 치우쳐서 약간의 충격에도 차체가 전복될 위험이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 실용신안공보 제88-21285호의 휠타입 중장비의 전복방지 장치에서는 제1도와 같이 조향각 검출수단과 주행속도 검출수단 및 차체 경사각 검출수단을 구비하여, 주행중 조향각과 주행속도 및 차체 경사각 신호가 제어부로 입력되어 조향각도에 알맞은 최적 속도가 자동으로 설정되어 그 이상의 속도가 증가되지 않도록 자동조절하게 하는 안전주행 장치가 고안되었다.
그러나, 이러한 장치에서도 장비의 최대 주행속도를 제한하므로 장비의 최대 성능을 발휘하지 못하는 문제점이 있으며, 급경사 주행시 의 전도방지에는 전혀 도움이 되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 실용신안공보 제88-15716호의 휠타입 중장비의 완충장치가 고안되어 있는데, 제1도는 이 장치의 구성도로서, 앞차축(2a)과 차체(1)사이에 충격흡수용 실린더(3,4)가 설치되고, 충격흡수용 실린더(3,4)와 차체(1)사이에 하중감지센서(26,27)가 설치되며, 하중감지센서(26,27)에서 차체(1)와 차축 사이에 걸리는 충격과 작업하중을 갑지하여 콘트롤러(9)로 입력한다. 콘트롤러(9)에서는 이 신호를 연산처리하여 유로제어밸브(7)와 유량조절밸브(8)로 제어신호를 출력한다. 유로제어밸브(7)는 유압실린더(3,4) 내부의 압유가 오일탱크로 귀환되도록 압유의 유동방향을 바꾸어 주도록만 되어 있는 한편, 상기 유량조절밸브(8)는 콘트롤러(9)에서 인가된 전기적 신호의 크기에 따라 스풀이 비례적으로 이동되어져 이 유량조절밸브(8)를 통하는 압출오일의 통과량이 하중의 크기에 따라 선형적으로 조절되어 유압실린더(3,4)의 충격력을 최적의 상태로 완충해 주도록 되어 있다.
따라서, 이장치는 주행중에 양쪽 바퀴에 걸리는 압력이 같아지도록 살린더의 피스톤이 움직이므로 항상 두바퀴에 같은 압력이 걸려서 험지 주행시에도 구동력을 유지시키고, 차체의 안정성을 유지하며, 또한 주행 방향의 충격이 발생할 때 충격을 흡수하여, 운전자의 피로감을 저감시키고, 부품 수명을 연장시킬 수 있는 발명이다.
그러나, 이 장치에서도 앞차축에 2개의 실린더를 동시에 제어하도록 구성하여, 전후방향의 충격량만을 흡수할 수 있도록 되어 있고 좌우방향의 제어는 불가능한 문제점이 있다. 즉 굴삭기와 같이 상부 구조물이 하부 주행체에 대해서 임의의 각도로 선회하면서 작업을 하므로 전후 좌우로 차체의 들림 현상이나 충격이 발생할 수 있다.
따라서, 주행체에 대해서 전후방향만을 제어하는 것은 차체의 전체 충격을 감소시키는데 미흡하다. 또한, 뒷차축에는 충격흡수용 실린더를 설치하지 않아서 차체를 차축에 대해서 임의의 각도로 제어하지 못하므로 차체의 전도를 방지하거나 작업중 차체의 안정성을 유지하는데는 적용되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 이상의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 차체와 앞차축 사이에 좌우 2개의 실린더를 설치하고, 차체와 뒷차축 사이에도 좌우 2개의 실린더를 설치하여 차체를 차축에 대해서 임의의 경사각으로 제어할 수 있도록 하고 중장비의 주행중에 중장비의 조향각도, 주행속도, 차체 경사각을 감지하는 센서로부터 입력되는 신호를 받는 제어부에서 차체의 지면에 대한 최적의 경사각을 연산하여 이 값을 기준으로 뒷차축과 차체 사이의 2개의 실린더를 제어하도록 하여 차체의 지면에 대한 경사각을 변화시키므로서, 중장비의 전복을 방지하며 차체의 수평을 유지하도록 하고, 앞차축과 차체 사이의 2개의 실린더는 지면의 요철 부위를 주행시 좌우실린더가 항상 같은 압력을 받도록 설치하여 원활한 주행성능을 얻도록 구성한 안전주행 장치를 발명하였다.
이상의 발명을 첨부도면에 의해서 상세히 설명하면, 제2도는 본 발명의 시스템을 나타내는 구성 상태도이다.
독립현가되는 중장비의 하부차체에 있어서, 앞·뒤차축(2a,2b)의 좌우측과 차체(1) 하단 사이에 각각 단동 유압실린더(3,4,5,6)가 장착되고, 앞차축(2a)의 좌우측에 조향각 검출장치(14,15)와 뒤차축(2b)의 일측상에 속도센서(17)와 차체(1)하단에 차체경사각 센서(16)를 배설하고 오일탱크의 유량이 기어펌프(13)로 압유되면 콘트롤러(9)로 제어되는 전자비례 감압밸브(11a~11d)들에 의해 유량제어밸브(10a,10b)들의 스플을 조작하여 메인펌프(12)측의 압유가 상기 뒤차측(2b)상의 유압실린더(5,6)측으로 송급되고, 상기 압유실린더(5,6)측의 드래인은 자체 파이롯트압을 체크하는 릴리프밸브(24,25)들에 의해 오일탱크로 리턴되고, 또한 앞차축(2a)상의 유압실린더(3,4)는 기어펌프(13)의 압이 전달되면 장착된 솔레노이드 밸브(23)에 의해 파이롯트압이 체크되는 릴리프밸브(22)를 구동시켜 상기 각 실린더(3,4)의 체크밸브(20,21)들을 작동하도록 배설하고, 상기 유압실린더(3,4)측의 드래인은 전자비례 감압밸브(11a~11d)들의 드래인과 함께 오일탱크로 리턴되도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 콘트롤러(9)는 여기되면 경사각 센서(16)로부터 좌우방향 경사각(ax)과 전후방향 경사각(ay)을 입력하고, 조향갹 검출장치(14a,14b)로부터 조향각(at)을 입력하고, 속도센서(17)로부터 주행속도(V)를 입력한 후, 이들입력치로 보상값 연산(28)과 차체경사각 제어값 연산(29)을 행하고, 제어값 판단(30)과 전후방향 경사각(ay)을 판단하여 전자비례 감압밸브(11a~11d)들을 제어하도록 구성함이 보다 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 유압회로에 있어서, 그 작동원리를 설명하면 제3도의 (A)와 같이, 장비가 주행중 좌측바퀴(18)가 장애물 위에 올라섰을 때 장비의 하중이 모두 좌측바퀴에 걸리므로 좌측실린더(3)에는 고압이 작용하고 상대적으로 우측 실린더(4)에는 저압이 작용하게 되며, 따라서 우측바퀴(19)가 헛돌게되어 적절한 주행동작이 이루어지지 않게 된다.
이때 솔레노이드 밸브(23)에 컨트롤러로부터 제어신호가 출력되면 기어펌프로부터 파이로트 압력이 공급되어 체크밸브(20,21)가 개방되고 따라서 좌측실린더(3)로부터 우측 실린더(4)로 유로가 형성되어 그림 (a)와 같이 우측바퀴(19)가 지면에 밀착되어 좌측바퀴와 같은 압력이 될 때까지 실린더가 움직인다. 또한, 릴리프밸브(22)는 설정된 압력 이상이 되면 유로를 차단하는 역할을 한다.
제4도의 (a)는 우측바퀴가 장애물위에 올라섰을 때의 그림으로 위와 같은 원리로 그림 (b)와 같이 좌측바퀴(18)가 지면과 밀착되도록 실린더(3)가 팽창하고 실린더(4)가 수축하여 원활한 주행성능을 얻을 수 있도록 한다.
뒤차축에 설치된 유압실린더(5,6)의 작동원리를 설명하면, 우선 콘트롤러(9)에서 차체 경사각 센서(16)와 조향각센서(14,15), 속도센서(17)로 부터의 신호를 입력하여 최적의 차체경사각 제어신호를 연산하여 전자비례 감압밸브(11a,11b,11c,11d)로 출력한다. 각각의 전자비례 감압밸브는 기어펌프(13)에서 출력된 유량을 교축하여, 콘트롤러(9)로부터의 전기 신호에 비례하는 파이로트 압력을 출력하여 각각의 유량제어 밸브(10a,10b)의 스풀을 밀어준다.
유량제어밸브(10a,10b)는 전자비례 감압밸브(11a~11d)의 파이로트 압력에 비례하는 양만큼 메인펌프(12)의 토출 유량을 유압실린더로 공급하거나, 유압실린더의 유량을 오일탱크로 귀환시키므로서 최적의 차체경사각을 유지시킨다.
즉, 제5도의 (a)와 같이 지면이 우측으로 기울어진 곳에서 장비가 주행하거나 정지해 있을 때 기존의 장비는 (a)와 같이 지면과 같은 기울기로 차체가 기울어져 있어서 차체의 전복 위험이 있고, 운전석이 기울어져 있으므로 작업자의 자세도 불안정하게 기울어져서 작업을 수행하게 되므로 작업효율도 저하된다.
그림(b)는 본 발명에 의해서 차체 경사각을 제어했을 때의 결과를 나타낸 것이다. 즉, 컨트롤러에서 차체 경사각 ax를 검출하여 차체가 수평이 되도록 제어값을 연산하여 전자비례 감압밸브(11a11b,11c,11d)로 전기신호를 출력하고, 전자비례 감압밸브(11a~11d)의 2차압이 유량제어밸브(10a,10b)의 어느 하나의 스플을 밀어서 실린더(5)의 유량은 오일탱크로 귀환되고 우측실린더(6)에 펌프(12)의 유량이 공급되어 실린더(5,6)가 움직이므로서 차체(1)가 지면에 대해서 수평으로 움직인다.
이때 앞차축(2a)과 차체(1)사이의 실린더(3,4)에서는 차체(1)가 수평으로 들리게 되면 앞차축(2a)의 좌측실린더(3)에 하중이 모두 작용하여 위에서 설명한 회로에 의해서 좌우의 실린더(3,4)에 걸기는 압력이 같아질때까지 실린더(3,4)가 움직이므로 결국 그림 (b)와 같이 앞차축(2a) 우측바퀴도 지면에 밀착되게 된다.
재6도의 그림(a)는 차체가 주행방향에 대해서 앞뒤로 기울어져 있는 상태에서 장비가 주행하거나 작업할때의 기존의 장비상태를 나타낸 그림으로 지면의 기울기와 같은 기울기로 차체(1)가 기울어져 있어서 주행중 급정거하거나 작업기를 움직일 때 전복의 위험이 있다. 그림(b)는 본 발명에 의해서 차체 경사각을 제어했을 때의 결과를 나타낸 것으로서, 콘트롤러(9)에서 차체 경사각 ay를 검출하여 차체가 수평이 되도록 제어값을 연산하여 전자비례 감압밸브(11a,11b)의 스플을 밀어서 실린더(5,6)의 유량이 오일탱크로 귀환되어 차체가 수평을 유지하도록 제어된다.
제7도의 그림(a)는 장비가 커브길을 주행하는 것을 타나낸 그림이다
그림(b)는 그림(a)와 같이 커브길을 주행할 때, 본 발명에 의해서 차체 경사각을 제어앴을 때의 결과를 나타낸 것으로서, 컨트롤러에서 차체의 경사각 ax와 조향각 ast, 주행속도 V를 입력하여 최적 경사각 제어값을 연상하여 뒤차축의 실린더(5,6)를 제어하므로서, 차체가 원심력과 반대방향으로 경사진 상태로 주행하도록 하여 주행중 전복이나 미끄러짐을 방지할 수 있도록 제어되는 것을 나타낸다.
제8도는 본 발명의 컨트롤러 연산과정의 플로우챠트로서, 전도방지를 위한 최적의 차체 경사각을 연산하는 과정을 나타낸다. 그림에 따라서 연산과정을 설명하면, A1에서는 센서신호 입력부로서, 차체에 설치되어 차체의 좌우방향 경사각 ax와 전후방향 경사각 ay를 검출하는 경사각센서(16)으로부터 신호를 입력하고, 앞바퀴의 조향각을 검출하는 조향각 검출장치(14a,14b)으로부터 신호를 입력하고, 앞바퀴의 조향각을 검출하는 조향각 검출장치(14a,14b)로부터 조향각 신호ast를 입력하고, 장비의 주행속도를 검출하는 속도센서(17)로부터 장비의 주행속도 V를 입력한다.
A2에서는 장비가 커브길을 주행할 때 전도되는 것을 방지하기 위한 보상값을 연산하는 과정이다. 즉, 장비에 발생하는 원심력은 장비의 주행속도와 조향각에 의해서 결정되므로 A1에서 입력된 조향각 ast, 주행속도 V에 따라서 최적의 차체 경사각 보상값 Δax다음과 같이 Δax=f(ast,V)로 계산된다.
A3에서는 차체가 수평을 유지하도록 하기 위한 차체 경사각 제어값을 연산하는 과정으로서, 전복에 대한 안전성을 확보하고, 운전석의 운전자가 안정된 자세에서 작업할 수 있도록 하므로서 작업의 능률을 향상시키는 기능을 한다.
연산과정을 설명하면, A1에서 입력된 차체 경사각 ax에서 A2로부터 연산된 차체 경사각 보상값 Δax를 감산한 값인 ax_r이 0보다 클때는 차체(1)가 좌측으로 기울어진 상태이므로, 뒤차측(2b)의 좌측 실린더(5)에 유량을 공급하고, 우측실린더(6)의 유량을 탱크로 귀환하여 차체가 수평을 유지하도록 제어값 Url1, Url2를 연산한다.
즉, Url1=Krl1*ax_r, url2=-kul2*ax_r여기서, Krl1, Krl2는 비례상수 값이다.
또한, ax_r이 0보다 작을 때는 차체(1)가 우측으로 기울어진 상태이므로, 뒤차축(2b)의 좌측실린더(5)의 유량을 탱크로 귀환하고 우측실린더(6)에 유량을 공급하여 차체(1)가 수평을 유지하도록 전자비례 감압밸브(11a~11d)의 출력값 Url1, Url2를 연산한다.
즉, Url1=-Krl1*ax_r, Url2=Kul2*ax_r로 계산한다. 또한, 전후 방향의 차체 경사각 ay가 0보다 클때는 차체(1)가 앞으로 기울어진 상태이므로 실린더(5,6)의 유량을 탱크로 귀환하여 차체(1)가 수평을 유지하도록 제어값 Ubf1, Ubf2를 연산한다.
즉, Ubf1=-Kbfl*ay, Ubf2=-Kbf2*ay여기서 Kbf1,Kbf2는 비례상수 값이다.
차체 경사각 ay가 0보다 작을 때는 차체(1)가 뒤로 기울어진 상태이므로 실린더(5,6)에 펌프(12)로부터 유량을 공급하여 차체(1)가 수평을 유지하도록 제어 값 Ubf1, Ubf2를 연산한다.
즉 Ubf1=Kbfl*ay, Ubf2=Kbf2*ay로 계산한다.
A4에서는 A3에서 연산된 값들을 기준으로 전자비례 감압밸브 11a에 출력되는 최종 출력값 U1과 11b에 출력되는 U2를 연산한다.
즉, U1=Url1+Ubf1, U2=Url2+Ubf2로 연산한다. 여기서 U1 값이 0보다 클때는 전자비례 감압밸브(11a)에 제어값을 출력하고, 0보다 작을 때는 전자비례 감압밸브(11b)로 제어값을 출력한다. 또한, U2값이 0보다 클때는 전자비례 감압밸브(11c)에 제어값을 출력하고, 0보다 작을 때는 전자비례 감압밸브(11d)에 제어값을 출력한다. 이상의 본 발명에 의해서 중장비가 주행중 혹은 작업중에 차체의 경사각을 적절히 제어하므로서 장비가 전복되는 것을 방지하고, 운전석의 기울어짐을 방지하여 작업효율을 향상시키는 효과를 얻을수 있다.

Claims (2)

  1. 독립현가되는 중장비의 하부차체에 있어서, 앞·뒤차축(2a,2b)의 좌우측과 차체(1) 하단 사이에 각각 단동 유압실린더(3,4,5,6)가 장착되고, 앞차축(2a)의 좌우측에 조항각 검출장치(14,15)와 뒤차축(2b)의 일측상에 속도센서(17)와 차체(1)하단에 차체경사각 센서(16)을 배설하고, 오일탱크의 유량이 기어펌프(13)로 압유되면 콘트롤러(9)로 제어되는 전자비례 감압밸브(11a~11d)들에 의해 유량제어 밸브(10a,10b)들의 스플을 조작하여 메인펌프(12)측의 압유가 상기 뒤차축(2b)상의 유압실린더(5,6)측으로 송급되고, 상기 유압실린더(5,6)측의 드래인은 자체 파이롯트압을 체크하는 릴리프밸브(24,25)들에 의해 오일탱크로 리턴되고, 또한 앞차축(2a)상의 유압실린더(3,4)는 기어펌프(13)의 압이 전달되면 장착된 솔레노이드밸브(23)에 의해 파이롯트압이 체크되는 릴리프밸브(22)를 구동시켜 상기 각 실린더(3,4)의 체크밸브(20,21)들을 작동하도록 배설하고, 상기 유압실린더(3,4)측의 드래인은 전자비례 감압밸브(11a~11d)들의 드래인과 함께 오일탱크로 리턴되도록 구성됨을 특징으로 하는 휠타입 중장비의 전복방지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 여기되면 경사각 센서(16)로부터 좌우방향 경사각(ax)과 전후방향 경사각(ay)을 입력하고, 조향각 검출장치(14a,14b)로부터 조향각(at)을 입력하고, 속도센서(17)로부터 주행속도(V)를 입력한 후, 이들 입력치로 보상값 연산(28)과 차체경사각 제어값 연산(29)을 행하고, 제어값 판단(30)과 전후방향 경사각(ay)을 판단하여 전자비례 감압밸브(11a~11d)들을 제어하도록 하는 콘트롤러(9)임을 특징으로 하는 휠타입 중장비의 전복방지 장치.
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