KR101684702B1

KR101684702B1 - 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템 및 제어방법

Info

Publication number: KR101684702B1
Application number: KR1020090130835A
Authority: KR
Inventors: 윤홍철
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2016-12-21
Also published as: KR20110074007A

Abstract

본 발명은 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 작업자가 버킷에 무거운 부하가 걸린 상태에서 암 덤프 작업 혹은 다른 동작을 할 때 릴리프 압력 증가, 암 동작 제어, 펌프 유량 제어, 경보발생 등의 조치에 의해 붐 빠짐 현상이 발생하지 않도록 한다.

릴리프 압력 증가, 암 동작 제어, 펌프 유량 제어, 경보발생

Description

굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템 및 제어방법 {SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING BOOM OF EXCAVATOR FROM BEING TAKEN OFF}

본 고안은 굴삭기와 같은 건설장비가 암 덤프 작업을 할 때 프론트의 위치 및 작업 부하량에 따라 의도하지 않은 붐이 빠지는 현상을 방지하여 작업상 발생할 수 있는 위험요소를 제거하고자 하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

굴삭기 분야에서, 연비절감을 위해 메인 릴리프 압력을 일정치 이하로 설정하는 기술이 공지되어 있다. 그런데 많은 유량이 필요한 상황에서, 예컨대 작업자가 굴삭작업 후 버킷에 위치한 작업물을 트럭에 싣는 작업 중 붐이 갑자기 빠지게 되어 프론트가 아래로 쳐져 트럭과 충돌하거나 인명피해를 끼치는 문제점이 발생하고 있다.

붐 빠짐 현상은 프론트의 각 부위의 위치에 따라 발생가능한데, 굴삭 작업시 붐과 암의 이루는 각도가 좁을 경우(예컨대 90도 이내)에는 작업물을 들어도 붐이 처지는 현상이 없지만, 작업물을 다른 곳으로 옮겨 내려놓을 때(트럭 상차작업시) 붐과 암의 각도가 넓어지면서(예컨대 90도 이상 180도 미만) 붐 실린더에 형성되어 있던 압력이 릴리프 압력을 초과하게 되어 붐 실린더가 버티지 못하고 빠져버려서 프론트가 아래로 처지는 상황이 발생하는 것이다.

또한 이와 같은 붐 빠짐 현상은 굴삭기가 버킷에 담은 작업량이 한계 상태였을 때 발생가능하다.

이와 같은 문제점을 방지하기 위해, 본 발명에 의하면, 작업자가 버킷에 무거운 부하가 걸린 상태에서 암 덤프 작업 혹은 다른 동작을 할 때 암 동작과 릴리프 압력을 적절히 제어함으로써 붐 빠짐 현상이 발생하지 않도록 한다.

본 발명의 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템은, 암을 조종하는 조이스틱과, 붐 실린더의 압력을 센싱하는 압력센서와, 릴리프 압력을 가변하는 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브와, 센싱된 압력이 릴리프 압력을 기준으로 설정된 설정압력에 도달하였을 때, 조이스틱이 암을 펴도록 작동되고 있음을 인식하는 경우, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브를 동작시켜 릴리프 압력을 비례적으로 증대시키는 장비 컨트롤러를 포함한다.

또한 본 발명의 시스템은 암을 동작시키는 스풀의 개폐량을 조절하는 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브와, 암 동작 스풀 제어 전자비례감압 밸브를 제어하는 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러를 더 포함하고, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 장비 컨트롤러가 암 펴기 동작 제어 선도를 변경시켜 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러에 신호를 보내고, 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러는 변경된 암 펴기 동작 제어 선도에 기초하여 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브를 제어하여 암의 동작이 느리게 되도록 한다.

또한 본 발명의 시스템은, 펌프의 압력을 조절하는 펌프 비례제어감압 밸브를 더 포함하고, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 장비 컨트롤러가 펌프 비례제어감압 밸브를 제어하여 펌프가 최소유량을 출력하도록 한다.

또한 본 발명의 시스템은, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하였을 때, 장비 컨트롤러가 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러에 신호를 보내어 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브를 제어함으로써 암을 펴는 동작을 정지시키도록 할 수 있고, 이와 동시에 작업자에게 경고 신호를 보내는 경고 수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 굴삭기 붐 빠짐 방지 제어방법은, 붐 실린더의 압력을 센싱하는 단계와, 센싱된 압력이 릴리프 압력을 기준으로 설정된 설정압력에 도달하였을 때 조이스틱이 암을 펴도록 동작되고 있음을 인식하는 경우, 릴리프 압력을 비례적으로 증가시키는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 제어방법은, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 조이스틱의 암 펴기 동작에 대한 제어 선도를 변경시켜 암 동작을 느리게 하는 단계와, 펌프가 최소유량을 출력하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 제어방법은, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하였을 때, 암을 펴는 동작을 정지시키는 단계와, 작업자에게 경고 신호를 보내는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 암 동작과 릴리프 압력을 적절히 제어함으로써 붐 빠짐 현상이 발생하지 않도록 하여 작업상 발생할 수 있는 위험요소를 배제하고, 최적 제어를 통하여 해당 동작시의 고압 사용으로 인한 부품 내구 수명 감소를 최소화하며, 펌프 제어를 통하여 연비 증대를 극대화할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템에서는, 붐 빠짐 현상을 방지하기 위해서 릴리프 압력 증가, 암 동작 제어, 펌프 유량 제어, 경보발생의 과정을 행하게 되는바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

1. 릴리프 압력 증가

장비의 동작시 압력센서(30)에 의해 붐 실린더의 압력이 센싱된다. 만약 센싱된 압력이 설정압력에 도달할 경우 장비 컨트롤러(10)는 현재 조이스틱(20)의 동작 상태를 확인한다. 여기서 설정압력은 릴리프 압력을 기준으로, 즉 릴리프 압력의 일정 비율에 해당하는 값으로 정해지는 것이 바람직한데, 예컨대 릴리프 압력의 97% 로 설정할 수 있다. 예컨대 장비의 릴리프 압력이 350 bar정도라면, 릴리프 압력의 97% 인 339.5 bar가 설정압력이 될 수 있다.

이 때 조이스틱(20)이 암을 펴도록 동작하면 붐 빠짐 현상을 유발할 가능성이 있다. 이에 장비 컨트롤러(10)는 릴리프 압력 조절 전자비례감압(Electronic Proportional Pressure Reduce, EPPR) 밸브(40)에 신호를 보내어 동작시켜 릴리프 압력을 정상상태의 릴리프 압력(예를 들어350 bar)보다 커지도록 제어한다. 즉, 릴리프 밸브(40)의 스프링(도시생략) 측에 추가로 유압을 인가하여 릴리프 밸브(40)의 릴리프 압력이 기존의 스프링 탄성과 추가로 유압된 유압의 합만큼 커지게 하는 것이다. 하지만 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 증대시키는 방법은 꼭 이에 한정되는 것은 아니며 릴리프 밸브(40)의 스프링 탄성을 변경시키는 방법을 사용하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.

다만 릴리프 압력의 최대 증가값을 설정하여, 릴리프 압력이 더 이상 증대되지 않도록 한다. 릴리프 압력의 최대 증가값은 통상 20~30 bar 정도로 설정하게 되며, 따라서 예컨대 조절전 장비의 릴리프 압력이 350 bar라면 릴리프 압력은 최대 380 bar까지 증대될 수 있다.

압력센서(30)에서 센싱된 압력이 최대값인 380 bar의 97% 에 해당하는 368 bar를 넘어서면, 릴리프 압력은 380 bar로 고정되어 더 이상 증대되지 않는다.

이와 같은 릴리프 압력의 증대로 인해, 붐 실린더에 형성되는 압력이 릴리프 압력을 초과하지 않게 되며 따라서 붐 빠짐 현상의 발생이 억제된다.

2. 암 동작 제어

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브(40)의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하면 추가적 인 조치가 필요하다. 이에 암을 펼 때 암 동작이 느리게 되도록 제어한다.

여기서 릴리프 압력의 최대 증가값의 일정 비율, 예컨대 릴리프 압력의 최대 증가값의 70% 만큼 릴리프 압력이 증대되었다면, 이 때의 릴리프 압력의 증가량을 제1 압력값으로 설정한다. 따라서, 릴리프 압력의 최대 증가값이 30 bar로 설정되었다면, 30 bar의 70% 즉 21 bar 정도 증대된 릴리프 압력인 371 bar가 되면 암 동작을 느리게 제어하게 된다.

또한 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브(40)의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하면 암 동작을 정지시킨다. 여기서 제2 압력값은 제1 압력값보다 높은 압력으로 설정하게 되며, 릴리프 압력의 최대 증가값의 일정 비율, 예컨대 95% 만큼 릴리프 압력이 증대되었다면, 이 때의 릴리프 압력의 증가량을 제2 압력값으로 설정한다. 따라서, 릴리프 압력의 최대 증가값이 30 bar로 설정되었다면, 30 bar의 95%, 즉 28.5 bar 정도 증대된 릴리프 압력인 378.5 bar가 되면 암 동작을 정지시킨다.

암 동작 제어에 따른 각 구성요소의 작동은 아래와 같다.

전기 조이스틱(20) 및 전자 메인 컨트롤 밸브(Main Control Valve, MCV) 컨트롤러(60)를 채용하는 경우, 조이스틱(20) 조작량에 따른 스풀 개폐량을 장비 컨트롤러(10) 및 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러(60)가 저장하고 있다. 암, 붐, 버킷 각각에 대한 스풀 제어는, 스풀 제어 전자비례감압 밸브(70) 2개를 이용하여 하나의 스풀을 제어한다. 즉 암 펴는 동작을 할 때 어느 한 쪽의 스풀 제어 전자비례감압 밸브(70)에 투입하는 전류량을 제어하여 스풀의 개방량을 조절하고, 암 접는 동작 을 할 때 다른 쪽의 스풀 제어 전자비례감압 밸브(70)에 투입하는 전류량을 제어하여 스풀의 폐쇄량을 조절하게 된다. 스풀 양쪽에는 스프링이 달려 있고, 스풀 제어 전자비례감압 밸브(70)에 투입된 전류량과 스프링의 힘을 비교하여 스풀의 개폐량이 결정된다.

조이스틱(20) 조작에 따른 스풀 개폐량 제어는 제어 선도를 따르게 된다. 도 2의 A는 조이스틱(20)으로부터 나오는 시그널에 따라 스풀의 스트로크를 조절하는 통상의 제어선도를 예시하고 있다.

만일, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브(40)의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 가변가능한 최대값(릴리프 압력의 최대 증가값)의 일정 비율, 예컨대 릴리프 압력의 최대 증가값의 70% 에 도달하게 되면, 장비 컨트롤러(10)는 기존에 저장되어 있던 암 펴는 동작에 대한 제어 선도를 변경하여 암 동작이 느리게 되도록 변경하고, 이 신호를 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러(60)에 전달한다. 즉, 기존에 저장되어 있던 제어 선도를 도 2의 B와 같이 스풀이 더 느리게 그리고 더 적게 열리도록 설정된 제어 선도로 변경하는 것이다. 그러면 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러(60)는 암 동작 스풀 제어 전자비례감압 밸브(70)를 제어하여 스풀의 개방량을 좁혀 암 동작이 느리게 되도록 한다.

한편, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브(40)에 의한 릴리프 압력 증가량이 가변가능한 최대값(릴리프 압력의 최대 증가값)의 일정 비율, 예컨대 릴리프 압력의 최대 증가값의 95% 에 도달하게 되면, 장비 컨트롤러(10)는 암 펴는 동작이 멈추도록 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러(60)에 신호를 보내어 암 동작을 완전히 정지 시킨다.

3. 펌프 전자비례감압 밸브 제어

조이스틱(20) 조작량에 따른 스풀 개폐량을 지시하는 제어 선도의 변경과 동시에, 장비 컨트롤러(10)가 펌프 전자비례감압 밸브(50)도 같이 제어하여 펌프 유량을 최소로 조절한다. 제어 선도의 변경에 따라 암 속도가 느려지게 되면 높은 펌프의 유량이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 펌프 유량을 줄이면 엔진 부하를 최소화할 수 있어 연비를 조금이라도 더 줄일 수 있다.

이러한 펌프의 유량 조절은 붐에 유량을 우선적으로 제공하는 펌프와 암에 유량을 우선적으로 제공하는 펌프가 따로 구비되어 있는 경우에 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 단일 펌프로 붐과 암 모두에 유량을 공급해야 하는 경우라면 상술한 유량의 저감은 붐 구동 및 다른 작업장치에 영향을 줄 수 있으나, 상술한 바와 같이 펌프들이 분리되어 있는 경우라면 본 기술을 적용시킬 경우 붐 구동 펌프에서 소요되는 에너지가 많아지는 것을 암 구동 펌프에서 상쇄시킬 수 있게 되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 통상 굴삭기에는 암 1속/2속 스풀과 붐 1속/2속 스풀이 설치되며, 이들 각각은 복수의 펌프에 의해 유량을 공급받는다. 이 경우 암 1속 스플용 펌프와 붐 1속 스플용 펌프를 분리 설치하고, 암 1속 스풀용 펌프의 유량을 감소시킴으로써 상술한 에너지 효율을 기대할 수 있게 된다.

4. 경보발생

장비 컨트롤러(10)는 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브(40)의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압 력값에 도달하면, 경고 수단(80)을 통하여 작업자에게 위험상태임을 나타내는 경고 신호를 알린다. 경고 수단(80)으로는 경고 부저나 경고 램프를 고려해볼 수 있다.

이상 본 발명의 실시예를 상술하였다. 그렇지만, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 정하여지며, 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 당해 분야의 통상의 기술자의 입장에서 충분히 이해가능한 균등한 기술범위까지 미친다.

도 1은 본 발명의 시스템의 개략도

도 2는 본 발명의 시스템에서 조이스틱의 암펴기 동작에 대한 제어 선도

도면부호의 간단한 설명

10: 장비 컨트롤러

20: 조이스틱

30: 붐 실린더 압력센서

40: 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브

50: 펌프 전자비례감압 밸브

60: 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러

70: 스풀제어 전자비례감압 밸브

80: 경고수단

Claims

암을 조종하는 조이스틱과,

붐 실린더의 압력을 센싱하는 압력센서와,

릴리프 압력을 가변하는 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브와,

센싱된 압력이 릴리프 압력을 기준으로 설정된 설정압력에 도달하였을 때, 상기 조이스틱이 암을 펴도록 작동되고 있음을 인식하는 경우, 릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브를 동작시켜 릴리프 압력을 비례적으로 증대시키는 장비 컨트롤러와,

암을 동작시키는 스풀의 개폐량을 조절하는 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브와,

상기 암 동작 스풀 제어 전자비례감압 밸브를 제어하는 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러;를 포함하고,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 상기 장비 컨트롤러가 암 펴기 동작 제어 선도를 변경시켜 상기 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러에 신호를 보내고, 상기 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러는 변경된 암 펴기 동작 제어 선도에 기초하여 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브를 제어하여 암의 동작이 느리게 되도록 하는 것인 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,

펌프의 압력을 조절하는 펌프 비례제어감압 밸브를 더 포함하고,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 상기 장비 컨트롤러가 상기 펌프 비례제어감압 밸브를 제어하여 펌프가 최소유량을 출력하도록 하는 것인 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하였을 때, 상기 장비 컨트롤러가 상기 메인 컨트롤 밸브 컨트롤러에 신호를 보내어 암 동작 스풀 제어 전자비례감암 밸브를 제어함으로써 암을 펴는 동작을 정지시키도록 하는 것인 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하였을 때 작업자에게 경고 신호를 보내는 경고 수단을 더 포함하는 굴삭기 붐 빠짐 방지 시스템.
붐 실린더의 압력을 센싱하는 단계와,

센싱된 압력이 릴리프 압력을 기준으로 설정된 설정압력에 도달하였을 때 조이스틱이 암을 펴도록 동작되고 있음을 인식하는 경우, 릴리프 압력을 비례적으로 증가시키는 단계와

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 조이스틱의 암 펴기 동작에 대한 제어 선도를 변경시켜 암 동작을 느리게 하는 단계를 포함하는 굴삭기 붐 빠짐 방지 제어방법.
삭제
청구항 6에 있어서,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제1 압력값에 도달하였을 때, 펌프가 최소유량을 출력하도록 하는 단계를 더 포함하며,

릴리프 압력 조절 전자비례감압 밸브의 동작에 의한 릴리프 압력의 증가량이 릴리프 압력의 최대 증가값을 기준으로 설정된 제2 압력값에 도달하였을 때, 암을 펴는 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는 굴삭기 붐 빠짐 방지 제어방법.