WO2016140378A1 - 비상 정지 기능을 구비한 건설기계 - Google Patents

비상 정지 기능을 구비한 건설기계 Download PDF

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WO2016140378A1
WO2016140378A1 PCT/KR2015/002005 KR2015002005W WO2016140378A1 WO 2016140378 A1 WO2016140378 A1 WO 2016140378A1 KR 2015002005 W KR2015002005 W KR 2015002005W WO 2016140378 A1 WO2016140378 A1 WO 2016140378A1
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pressure
flow path
control valve
return flow
pressure sensor
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PCT/KR2015/002005
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지세립
이춘한
신흥주
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
지세립
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload

Definitions

  • the present disclosure relates to construction machinery, and in particular, to construction machinery such as excavators, loaders, etc., which have work tools such as pours or arms.
  • Construction machines such as excavators and loaders are used for various purposes, such as excavation, digging, excavation, excavation, digging, digging of buildings, and ground stopping.
  • the construction machine is equipped with a work device such as a boom and an arm driven by hydraulic pressure. That is, when oil is supplied to the boolean actuator and the arm actuator by the hydraulic pump, the boolean and the arm are driven to perform work.
  • a construction machine includes a hydraulic pump 1 driven by an engine, and a work device actuator 2 is provided to receive hydraulic oil from the hydraulic pump 1.
  • the main control valve MCV 3 is installed between the hydraulic pump 1 and the actuator 2.
  • the operator of the construction machine operates the remote control valve 4 using the joystick 5, and the remote control valve 4 applies the signal pressure to both ends of the spool of the main control valve 3 according to this operation.
  • the control valve 3 is controlled.
  • construction machinery sometimes exhibits abnormal behavior.
  • This abnormal operation means that the working devices operate regardless of the driver's intention or the driver's operation, as opposed to the normal construction machine. Such abnormal operation may damage parts of construction machinery.
  • Korean Patent Publication No. 10-1998-0086021 is also a related patent. Looking at the contents of this patent, there is disclosed a malfunction preventing device for a hydraulic construction machine comprising a prime mover, a hydraulic pump and a pilot pump, a pressure detecting means, and a solenoid valve for controlling the pilot signal pressure.
  • the above patent merely blocks the pilot signal pressure when the pilot signal pressure is sensed even though the remote control valve is not operated.
  • the main control may not be operated due to the spool pinching of the main control valve and the inflow of foreign substances.
  • abnormal operation of the construction machine continues even if the pilot signal pressure is blocked. This is also true even if the engine is stopped or the supply path is shut off according to the conventional method.
  • the present disclosure provides a construction machine that detects a malfunction that cannot be controlled only by the operation of the remote control valve due to spool pinching and inflow of foreign substances as well as a malfunction according to the pilot signal pressure of the remote control valve.
  • the construction machine includes a main pump and a pilot pump driven by an engine, and an actuator for a work device driven by hydraulic oil supplied from the main pump.
  • a main control valve is installed in the flow path between the main pump and the actuator, and has a remote control valve for controlling the main control valve by receiving a driver's operation and applying a signal pressure from the pilot pump to both ends of the spool of the main control valve.
  • a hydraulic oil pressure sensor is installed in the supply flow path between the main pump and the main control valve, and a pressure sensor is installed in the pilot flow path between the remote control valve and the main control valve to sense the pressure in the pilot flow path. do.
  • the return flow path between the main control valve and the working oil tank is provided with a return flow path opening and closing part, which has an initial state of closing the return flow path and is supplied with power when the construction machine is started.
  • the flow path is switched to the open state.
  • the return flow opening and closing part which is maintained in the open state does not have a driver's operation, so when the pressure higher than the set pressure is not detected by the signal pressure sensor, but the pressure change is detected by the hydraulic pressure sensor, the return flow path is closed. The switching stops the actuator.
  • a controller may be provided. That is, the controller is electrically connected to the hydraulic oil pressure signal and the signal pressure pressure sensor, and opens the return flow path only when a pressure change is detected at the hydraulic oil pressure sensor and at the same time a pressure above the set pressure is also detected at the signal pressure pressure sensor. Supply power to maintain. On the other hand, there is no operator's operation, the pressure above the set pressure is not detected in the signal pressure sensor, but the hydraulic pressure sensor determines that the pressure change is detected as abnormal operation, and shuts off the power supply applied to the opening and closing part by return flow.
  • the return flow path opening and closing portion is provided in the return flow path and is elastically biased in a state of closing the return flow path, and when a signal pressure is applied to the hydraulic pressure section, the check valve is switched to a state of opening the return flow path from the controller and the controller. It consists of a solenoid valve that applies pilot pressure to this check valve when power is supplied.
  • the equipment that is, the actuator can be maintained in a stopped state.
  • the main control valve can continue to operate for various reasons such as spool pinching and foreign matter inflow.
  • pressure above the set pressure is not detected by the signal pressure sensor, but the pressure change is detected by the hydraulic oil pressure sensor because the equipment continues to operate.
  • the controller judges this state as abnormal operation, closes the return flow path by cutting off the power supply applied to the return flow opening and closing part. This causes the equipment to make an emergency stop.
  • the construction machine equipped with the emergency stop function as described above distinguishes between normal operation and abnormal operation, detects abnormal operation, and directly blocks the return flow path of the actuator of the work device such as boolean and arm. Therefore, even though the remote control valve is not operated due to the spool pinching of the main control valve (MCV) and the inflow of foreign substances, the main control valve can not be returned to neutral and can be emergency stopped. In addition, it is possible to emergency stop the construction machine even in the case of abnormal operation that occurs separately from the remote control valve, such as when the buoy or the arm descends due to its weight.
  • MCV main control valve
  • 1 is a hydraulic circuit diagram of a conventional construction machine.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram of an emergency stop system according to an embodiment of the present invention when the construction machine starts off.
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of the emergency stop system according to an embodiment of the present invention when the construction machine is in normal operation.
  • FIG. 4 is a hydraulic circuit diagram of an emergency stop system according to an embodiment of the present invention during an emergency stop.
  • FIG. 5 is a hydraulic circuit diagram of an emergency stop system according to another embodiment of the present invention during an emergency stop.
  • a construction machine having an emergency stop function includes a main pump 1 and a pilot pump 11 driven by an engine, and include a main pump ( An actuator 2 for a work device driven by hydraulic oil supplied from 1) is provided.
  • a main control valve 3 is installed in the flow path between the main pump 1 and the actuator 2, and the signal pressure from the pilot pump 11 is received by the driver's operation and the spool of the main control valve 3 is provided. It is provided with the remote control valve 4 which controls the main control valve 3 by applying to both ends.
  • a hydraulic oil pressure sensor 8 is installed to sense the pressure in the supply passage 21, and the remote control valve 4 and the main control are provided.
  • the pilot flow passage 23 between the valves 3 is provided with a signal pressure pressure sensor 9 to sense the pressure in the pilot flow passage 23.
  • the return flow path 22 between the main control valve 3 and the hydraulic tank T is provided with return flow path opening and closing portions 12 and 13, which are the initial state of closing the return flow path 22.
  • the return flow path 22 When the start of the construction machine is turned on and receives the power is switched to open the return flow path (22).
  • the return flow path 22 When the return flow path 22 is opened, the hydraulic oil can be returned from the actuator 2 to the hydraulic tank T.
  • the return flow path opening and closing portions 12 and 13 maintained in this open state do not have a driver's operation, and thus the pressure higher than the set pressure is not sensed by the signal pressure pressure sensor 9, but the pressure change is caused by the hydraulic pressure pressure sensor 8.
  • the operation of the actuator 2 When it is detected, the operation of the actuator 2 is stopped by switching to the state of closing the return flow path.
  • the return flow path 22 When the return flow path 22 is closed, the hydraulic fluid is not returned to the hydraulic tank T, and the actuator 2 stops operation.
  • the arm is also stationary.
  • a controller 6 may be provided. That is, the controller 6 is electrically connected to the hydraulic oil pressure sensor 8 and the signal pressure pressure sensor 9, and at the same time the pressure change is detected by the hydraulic oil pressure sensor 8, the controller 6 is also set at the signal pressure pressure sensor 9. Power is supplied to keep the return flow path 22 open only when a pressure above the pressure is sensed. On the other hand, since there is no driver's operation, the pressure higher than the set pressure is not detected by the signal pressure pressure sensor 9, but the hydraulic oil pressure sensor 8 determines that the pressure change is detected as abnormal operation, and the return flow path opening and closing portion 13 Cut off the power supply.
  • Judgment on abnormal operation requires pressure to move the main control valve 3 in the neutral state in either direction, and this pressure is generated using the signal pressure controlled by the remote control valve 4. I use it. Even when the remote control valve 4 is in a neutral state, since the pilot flow path 23 is subjected to a constant pressure, a pressure stronger than the pressure in the neutral state is generated in one direction so that the main control valve 3 can be moved. In order to increase the signal pressure in either direction, the driver operates the joystick 5 in the a direction or the b direction, and thus the signal pressure of the remote control valve 4 moves corresponding to the joystick 5. . Therefore, when the pressure value in the neutral state is previously input to the controller 6 and sensed below the set pressure, it is possible to determine that the driver operating means such as the joystick 5 is in the non-operational state.
  • the judgment on the hydraulic oil pressure sensor 8 also uses the operating principle of the construction machine. If the actuator 2 is stopped in the construction machine, since the supply passage 21 is connected to the tank by the spool, the pressure is not sensed. However, when the pressure is detected by the signal pressure pressure sensor 9 by the signal pressure generated by the driver's operation and the spool switching of the main control valve 3 occurs and the hydraulic oil is supplied from the main pump 1, the supply flow path 21 ) Pressure rises or falls. Therefore, when a change in pressure is detected by the hydraulic oil pressure sensor 8, it can be seen that the actuator 2 is not in a stopped state, and that the pour or arm is moving through the fact that the actuator 2 is not in a stopped state. have.
  • the driver operating means such as the joystick 5 may be neutral or actuator.
  • the abnormal state in which (2) is being driven can be grasped. If it is determined that the abnormal operation, the return flow path is closed by closing the power supply applied to the return flow opening and closing unit.
  • the feedback flow path opening and closing portions 12 and 13 apply a pilot pressure to the check valve 12 installed in the feedback flow path 22 and the check valve 12 when power is supplied from the controller 6. It includes a solenoid valve 13 to.
  • the check valve 12 is elastically biased in a state in which the return flow passage 22 is closed, and when the pilot pressure is applied to the hydraulic pressure portion, the check valve 12 opens the return flow passage 22.
  • the check valve 12 Since the check valve 12 is closed in the direction in which the hydraulic oil is drained from the actuator 2 toward the hydraulic tank T, the hydraulic oil returned through the return passage 22 cannot pass through the check valve 12. However, when the pilot pressure is supplied to the check valve 12 through the pilot passage 24, the check valve 12 opens the return passage 22. This is because the pilot pressure generated through the pilot pump 11 is applied to the hydraulic pressure portion of the check valve 12. Due to this pressure, the check valve 12 opens the return flow passage 22 and the working oil can be returned to the hydraulic tank T.
  • the solenoid valve 13 is installed in the pilot passage 24 between the pilot pump 11 and the check valve 12 to selectively pilot the hydraulic portion of the check valve 12 Supply pressure.
  • the solenoid valve 13 is controlled by the controller 6, and the solenoid valve 13 supplied with power from the controller 6 is pilot path 24 from the pilot pump 11 to the check valve 12 as shown in FIG. To communicate.
  • the solenoid valve 13 returns to the state of FIG. 4, and the pilot pressure, which is caught in the hydraulic pressure part of the check valve 12, is drained to the hydraulic tank T, and the return flow path 22 is closed.
  • the return flow path opening and closing portion 12, 13 has an initial state of closing the return flow path, it is possible to maintain the equipment, that is, the actuator (2) stopped.
  • the equipment that is, the actuator (2) stopped.
  • the return flow path 22 is opened, the construction machine is operating normally.
  • the controller 6 determines that the state is abnormal and the solenoid valve ( 13) Close the return flow path by cutting off the power supply. This causes the equipment to make an emergency stop.
  • Reference numeral 7 denotes a main relief valve.
  • FIG. 5 shows an example of a construction machine having an electric joystick 45 that outputs an electric control signal in accordance with a driver's manipulation amount by substituting a remote control valve as a second embodiment. Since the configuration of the main pump 1, the pilot pump 11 and the main control valve 3 is the same as the above-described embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
  • a hydraulic oil pressure sensor 8 is installed in the supply passage 21 between the main pump 1 and the main control valve 3, to sense the pressure in the supply passage 21.
  • the actuator 2 the controller 6, the return flow opening and closing portions 12 and 13, and the main relief valve 7 are also provided, and the configuration and effect thereof are similar to those in the first embodiment. Omit.
  • the second embodiment is a construction machine having an electric joystick 45, and as shown in FIG. 5, unlike the first embodiment above, no signal pressure pressure sensor is required. This is because the ECU included in the controller 6 recognizes whether the joystick 45 is operated as an electrical signal directly. Operation of the electric joystick 45 generates an electrical signal, which is input to the controller 6 via a controller area network (CAN) communication line 41. In addition, the controller 6 receiving the signal outputs a signal for controlling the spool switching by moving the main control valve 3.
  • CAN controller area network
  • the controller 6 analyzes and compares the signal coming from the electric joystick 45 through the CAN communication line 41 and the signal coming through the oil pressure sensor 8 to compare normal operation and abnormal operation. Will be distinguished.
  • the controller 6 determines that the driver is not operating the joystick 45, and when the pressure change is detected by the hydraulic oil pressure sensor 8, the actuator 2 It is determined that it is not stopped. On the other hand, when the controller 6 detects a pressure change in the hydraulic pressure sensor 8 and at the same time an input signal is detected from the electric joystick 45, the controller 6 determines that the operation state is normal and maintains the return flow path 22 in an open state. The return flow path supplies power to the switch.
  • the return passage opening and closing portions 12 and 13 are provided with a check valve 12 installed in the return passage 22 and the power supply when the check valve 12 is supplied. It may be configured to include a solenoid valve 13 for applying a pilot pressure to.
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of an emergency stop system according to embodiments of the present invention when the construction machine is in normal operation.
  • the construction machine using the emergency stop system according to the present invention is to start by pressing the start switch 30, accordingly, the controller 6 controls the solenoid valve 13 to the pilot pump 11 ) To supply the pilot pressure to the check valve 12 through the pilot flow passage 24. Due to the hydraulic pressure supplied in this way, the check valve 12 is opened, and a normal operating state in which the return flow rate from the actuator 2 can be drained to the hydraulic tank T along the return flow path 22 is maintained.
  • the solenoid valve 13 cuts off the pilot pressure supplied from the pilot pump 11 to the check valve 12.
  • the pilot pressure is cut off, the hydraulic pressure required to open the check valve 12 disappears, and the check valve 12 closes the return flow path 22.
  • the passage returned from the actuator 2 to the hydraulic tank T is blocked, and the construction machine remains just before the emergency stop system is operated.
  • a hydraulic pressure pressure sensor 8 for sensing the pressure in the supply passage 14 and a signal pressure pressure for detecting the pressure in the pilot passage 23.
  • the sensor 9 is used.
  • the hydraulic oil pressure sensor 8 determines whether there is a change in pressure
  • the signal pressure pressure sensor 9 determines whether pressure above the set pressure is detected.
  • the construction machine with an emergency stop function according to the present invention can emergency stop the construction machine even in the case of abnormal operation that was not possible to cope with the conventional emergency stop system.

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Abstract

본 발명은 메인펌프, 파일럿펌프, 작업장치용 액츄에이터, 메인컨트롤밸브, 리모트컨트롤밸브, 작동유 압력센서, 신호압 압력센서를 구비한다. 그리고 귀환유로 개폐부가 구비되는 데, 이 귀환유로 개폐부는, 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖고 있다가 건설기계의 시동이 켜지면 전원을 공급 받아서 귀환유로를 개방하는 상태로 전환된다.

Description

비상 정지 기능을 구비한 건설기계
개시된 내용은 건설기계에 관한 것으로, 특히 부움이나 아암과 같은 작업장치를 갖는 굴삭기, 로우더 등과 같은 건설기계에 적용된다.
굴삭기나 로우더 등의 건설기계는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등 다양한 용도로 사용된다. 이와 같은 작업을 위해 건설기계는 유압에 의해 구동되는 부움과 아암 등과 같은 작업장치를 구비하고 있다. 즉, 유압펌프에 의해 부움 액츄에이터 및 아암 액츄에이터로 오일이 공급되면 부움과 아암이 구동되어 작업을 수행한다.
도 1은 종래의 건설기계의 유압 회로도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 건설기계는 엔진에 의해 구동되는 유압펌프(1)를 구비하고, 유압펌프(1)로부터 작동유를 공급받도록 작업장치 액츄에이터(2)가 구비된다. 유압펌프(1)와 액츄에이터(2) 사이에는 메인컨트롤밸브(MCV, 3)가 설치된다. 건설기계의 운전자는 조이스틱(5)을 이용하여 리모트컨트롤밸브(4)를 조작하게 되고, 리모트컨트롤밸브(4)는 이러한 조작에 따라 신호압을 메인컨트롤밸브(3)의 스풀 양단에 인가함으로써 메인컨트롤밸브(3)를 제어하게 된다.
그런데 건설기계는 때때로 비정상적인 거동을 보이기도 한다. 이러한 이상 작동은, 정상적인 상태의 건설기계와는 반대로, 운전자의 의도나 운전자의 조작과는 상관없이 작업장치들이 작동한다는 것을 의미한다. 이러한 이상 작동은 건설기계의 부품을 손상시키기도 한다.
위와 같은 사실들은 건설기계가 이상 작동을 하는 경우, 작업장치는 즉시 멈춰야 한다는 것을 시사한다. 이런 이유로 건설기계에는 건설기계의 작업장치를 비상 정지시키기 위한 장치가 필요하였다. 따라서 엔진을 정지시키는 조치를 취하기도 하였고, 종래의 기술로서 해당 작업장치의 액츄에이터로 오일이 공급되는 유로를 바이패스 시키는 방법들도 소개되었다.
한국특허공개 제10-1998-0086021호 역시 이와 관련된 특허이다. 이 특허의 내용을 살펴보면, 원동기와, 유압펌프 및 파일럿펌프와, 압력 검출수단과, 파일럿신호압을 단속하는 솔레노이드밸브 구성되는 유압식 건설기계의 오작동 방지장치가 공개되어 있다.
그러나 위의 특허는 리모트컨트롤밸브를 조작하지 않음에도 불구하고 파일럿 신호압이 감지되는 경우, 단순히 파일럿 신호압을 차단하는 것에 불과하다. 따라서, 예를 들어, 운전자가 아무런 조작을 하고 있지 않음에도 부움이나 아암이 자중으로 내려가는 경우, 메인컨트롤밸브의 스풀 끼임 및 이물질의 유입 등으로 인해 리모트컨트롤밸브를 조작하고 있지 않음에도 불구하고 메인컨트롤밸브가 중립으로 돌아가지 못하는 경우 등에 있어서는 파일럿 신호압을 차단하더라도 건설기계의 이상 작동은 계속된다. 뿐만 아니라 이것은 종래의 방법대로 엔진을 정지시키거나 공급유로를 차단하더라도 마찬가지이다.
개시된 내용은 리모트컨트롤밸브의 파일럿 신호압에 따른 오작동뿐만 아니라 스풀 끼임 및 이물질의 유입 등으로 리모트컨트롤밸브의 조작만으로는 제어할 수 없는 오작동을 감지하여 비상 정지되는 건설기계를 제공한다.
일 실시 예에 따르는 건설기계는 엔진에 의해 구동되는 메인펌프 및 파일럿펌프를 구비하고, 메인펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 작업장치용 액츄에이터를 구비한다. 그리고, 메인펌프와 액츄에이터 사이의 유로에는 메인컨트롤밸브가 설치되며, 운전자의 조작을 입력 받아 파일럿펌프로부터 신호압을 메인컨트롤밸브의 스풀 양단에 인가함으로써 메인컨트롤밸브를 제어하는 리모트컨트롤밸브를 갖는다. 메인펌프와 메인컨트롤밸브 사이의 공급유로에는 이 공급유로 중의 압력을 감지하도록 작동유 압력센서가 설치되며, 리모트컨트롤밸브와 메인컨트롤밸브 사이의 파일럿유로에는 이 파일럿유로 중의 압력을 감지하도록 압력센서가 설치된다.
한편, 메인컨트롤밸브와 작동유 탱크 사이의 귀환유로에는 귀환유로 개폐부가 구비되는 데, 이 귀환유로 개폐부는, 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖고 있다가 건설기계의 시동이 켜지면 전원을 공급 받아서 귀환유로를 개방하는 상태로 전환된다. 그런데, 이렇게 해서 개방상태를 유지하던 귀환유로 개폐부는, 운전자의 조작이 없어 신호압 압력센서에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만 작동유 압력센서에서는 압력변화가 감지되는 경우, 귀환유로를 폐쇄하는 상태로 전환됨으로써 액츄에이터의 동작을 멈추게 된다.
이러한 제어를 위해, 컨트롤러가 구비될 수 있다. 즉, 컨트롤러는, 작동유 압력센서 및 신호압 압력센서와 전기적으로 연결되고, 작동유 압력센서에서 압력변화가 감지됨과 동시에 신호압 압력센서에서도 설정압력 이상의 압력이 감지되는 경우에 한하여 귀환유로를 개방하는 상태를 유지하도록 전원을 공급한다. 한편, 운전자의 조작이 없어서 신호압 압력센서에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만, 작동유 압력센서에서는 압력변화가 감지되는 경우를 비정상 작동으로 판단하고, 귀환유로 개폐부에 인가되던 전원공급을 차단한다.
바람직하기로는, 이 귀환유로 개폐부는, 귀환유로 중에 설치되며 귀환유로를 폐쇄하는 상태로 탄성 바이어스 되어 있다가 수압부에 신호압이 인가되면 귀환유로를 개방하는 상태로 전환되는 체크밸브와, 컨트롤러로부터 전원이 공급되면 이 체크밸브에 파일럿압력을 인가하는 솔레노이드밸브로 구성된다.
위와 같은 구성에 의하면, 건설기계의 시동을 끈 상태에서는, 귀환유로 개폐부가 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖게 되므로, 장비, 즉 액츄에이터가 멈춘 상태를 유지할 수 있다. 시동을 걸게 되면, 귀환유로 개폐부에 전원이 공급되므로, 귀환유로가 개방되고, 장비는 정상적으로 동작을 하게 된다. 그런데, 장비의 시동을 건 상태에서 운전자가 리모트컨트롤밸브를 중립으로 놓았음에도 불구하고 메인컨트롤밸브는 스풀 끼임, 이물질 유입 등 여러 가지 이유로 계속 작동할 수 있다. 이 경우, 신호압 압력센서에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만 장비가 계속 작동하고 있기 때문에 작동유 압력센서에서는 압력변화가 감지된다. 컨트롤러에서는 이 상태를 비정상적인 작동으로 판단하고, 귀환유로 개폐부에 인가되던 전원 공급을 차단하여 귀환유로를 폐쇄시킨다. 이로써 장비는 비상 정지하게 된다.
상술한 바와 같은 비상 정지 기능을 구비한 건설기계는, 정상 작동과 이상 작동을 구분하고, 이상 작동을 감지하여 부움, 아암 등 작업장치의 액츄에이터의 리턴유로를 직접 차단한다. 따라서 메인컨트롤밸브(MCV)의 스풀 끼임 및 이물질의 유입 등으로 인해 리모트컨트롤밸브를 조작하고 있지 않음에도 불구하고 메인컨트롤밸브가 중립으로 돌아가지 못하여 작동을 계속하는 경우 이를 비상 정지시킬 수 있다. 또한, 부움이나 아암이 자체의 무게로 인해 하강하는 경우처럼, 리모트컨트롤밸브와는 별개로 발생하는 이상 작동의 경우에도 건설기계를 비상 정지시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 종래 건설기계의 유압 회로도이다.
도 2는 건설기계 시동이 꺼진 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상 정지 시스템의 유압 회로도이다.
도 3은 건설기계가 정상 작동하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상 정지 시스템의 유압 회로도이다.
도 4는 비상 정지시, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상 정지 시스템의 유압 회로도이다.
도 5는 비상 정지시, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비상 정지 시스템의 유압 회로도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
1: 메인펌프
2: 액츄에이터
3: 메인컨트롤밸브
4: 리모트컨트롤밸브
5: 조이스틱
6: 컨트롤러
7: 메인릴리프밸브
8: 작동유 압력센서
9: 신호압 압력센서
11: 파일럿 펌프
12: 체크밸브
13: 솔레노이드밸브
21: 공급유로
22: 귀환유로
23: 파일럿유로
24: 파일럿유로
30: 시동스위치
41: CAN 통신 라인
45: 전기식 조이스틱
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상 정지 기능을 구비한 건설기계는, 엔진에 의해 구동되는 메인펌프(1) 및 파일럿펌프(11)를 구비하고, 메인펌프(1)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 작업장치용 액츄에이터(2)를 구비한다. 그리고, 메인펌프(1)와 액츄에이터(2) 사이의 유로에는 메인컨트롤밸브(3)가 설치되며, 운전자의 조작을 입력 받아 파일럿펌프(11)로부터의 신호압을 메인컨트롤밸브(3)의 스풀 양단에 인가함으로써 메인컨트롤밸브(3)를 제어하는 리모트컨트롤밸브(4)를 갖는다. 메인펌프(1)와 메인컨트롤밸브(3)사이의 공급유로(21)에는 이 공급유로(21) 중의 압력을 감지하도록 작동유 압력센서(8)가 설치되며, 리모트컨트롤밸브(4)와 메인컨트롤밸브(3)사이의 파일럿유로(23)에는 이 파일럿유로(23) 중의 압력을 감지하도록 신호압 압력센서(9)가 설치된다.
한편, 메인컨트롤밸브(3)와 유압탱크(T)사이의 귀환유로(22)에는 귀환유로 개폐부(12, 13)가 구비되는데, 이 귀환유로 개폐부는, 귀환유로(22)를 폐쇄하는 초기상태를 갖고 있다가 건설기계의 시동이 켜지면 전원을 공급 받아서 귀환유로(22)를 개방하는 상태로 전환된다. 이 귀환유로(22)가 개방되면 액츄에이터(2)로부터 유압탱크(T)로 작동유가 리턴될 수 있다. 반면에, 이렇게 개방상태를 유지하던 귀환유로 개폐부(12, 13)는, 운전자의 조작이 없어 신호압 압력센서(9)에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만 작동유 압력센서(8)에서는 압력변화가 감지되는 경우, 귀환유로를 폐쇄하는 상태로 전환됨으로써 액츄에이터(2)의 동작을 멈추게 된다. 귀환유로(22)가 폐쇄되면 작동유가 유압탱크(T)로 리턴되지 않기 때문에 액츄에이터(2)가 동작을 멈추게 되고, 액츄에이터(2)가 동작을 멈추면 액츄에이터(2)에 연결된 건설기계의 부움이나 아암 역시 정지되는 것이다.
이러한 제어를 위해, 컨트롤러(6)가 구비될 수 있다. 즉, 컨트롤러(6)는, 작동유 압력센서(8) 및 신호압 압력센서(9)와 전기적으로 연결되고, 작동유 압력센서(8)에서 압력변화가 감지됨과 동시에 신호압 압력센서(9)에서도 설정압력 이상의 압력이 감지되는 경우에 한하여 귀환유로(22)를 개방하는 상태를 유지하도록 전원을 공급한다. 한편, 운전자의 조작이 없어서 신호압 압력센서(9)에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만, 작동유 압력센서(8)에서는 압력변화가 감지되는 경우를 비정상 작동으로 판단하고, 귀환유로 개폐부(13)에 인가하는 전원공급을 차단한다.
비정상 작동에 대한 판단은 중립 상태의 메인컨트롤밸브(3)를 어느 한쪽 방향으로 움직이게 하기 위해서는 압력이 필요하고, 이 압력은 리모트컨트롤밸브(4)에 의해 제어되는 신호압을 이용하여 발생시킨다는 사실을 이용한다. 리모트컨트롤밸브(4)가 중립 상태이더라도, 파일럿유로(23)에는 일정 압력이 걸려있기 때문에, 중립상태의 압력보다 강한 압력을 한쪽 방향으로 발생시켜야 메인컨트롤밸브(3)를 움직일 수 있다. 이처럼 어느 한쪽 방향으로 신호압이 상승하도록 하기 위하여 운전자는 조이스틱(5)을 a방향 또는 b방향으로 조작하게 되고, 이에 따라 리모트컨트롤밸브(4)의 신호압이 조이스틱(5)에 대응되게 이동한다. 따라서 중립상태에 있을 때의 압력 값을 컨트롤러(6)에 미리 입력해 두어 그 설정압력 이하로 감지되는 경우에는 조이스틱(5) 등 운전자 조작수단이 비조작 상태라고 판단할 수가 있는 것이다.
작동유 압력센서(8)에 대한 판단 역시 건설기계의 작동원리를 이용한다. 건설기계에서 액츄에이터(2)가 정지상태이면 공급유로(21)는 스풀에 의해 탱크와 연결되기 때문에 압력이 감지되지 않는다. 다만 운전자의 조작에 의해 생성된 신호압에 의해 신호압 압력센서(9)에 압력이 감지되고 메인컨트롤밸브(3)의 스풀전환이 일어나게 되고 메인펌프(1)로부터 작동유가 공급되면 공급유로(21)의 압력이 상승하거나 하강한다. 따라서 작동유 압력센서(8)에서 압력 변화가 감지되면 이를 통해 액츄에이터(2)가 정지 상태가 아님을 알 수 있고, 액츄에이터(2)가 정지 상태가 아니라는 사실을 통해 부움이나 아암 등도 움직이고 있음을 알 수 있다.
결국 본 발명에 일 실시 예에 따른 비상 정지 기능을 구비한 건설기계는 신호압 압력센서(9)와 작동유 압력센서(8)의 비교분석을 통해, 조이스틱(5) 등 운전자 조작수단은 중립이나 액츄에이터(2)가 구동 중인 비정상 상태를 파악할 수 있게 된다. 그리고 비정상 작동으로 판단되면, 귀환유로 개폐부에 인가되던 전원공급을 차단하여 귀환유로를 폐쇄한다.
바람직하기로는, 위 귀환유로 개폐부(12, 13)는, 귀환유로(22) 중에 설치되는 체크밸브(12)와, 컨트롤러(6)로부터 전원이 공급되면 이 체크밸브(12)에 파일럿압력을 인가하는 솔레노이드밸브(13)를 포함한다. 여기서 체크밸브(12)는 귀환유로(22)를 폐쇄하는 상태로 탄성 바이어스 되어 있다가 수압부에 파일럿압력이 인가되면 귀환유로(22)를 개방하는 역할을 한다.
체크밸브(12)는 작동유가 액츄에이터(2)로부터 유압탱크(T)쪽으로 드레인 되는 방향으로 닫히기 때문에 귀환유로(22)를 통해 리턴 되는 작동유는 체크밸브(12)를 지나갈 수가 없다. 그러나 파일럿유로(24)를 통해 파일럿압이 체크밸브(12)로 공급되면 체크밸브(12)는 귀환유로(22)를 개방시킨다. 이는 파일럿펌프(11)를 통해 발생시킨 파일럿압력이 체크밸브(12)의 수압부에 인가되기 때문이다. 이 압력으로 말미암아 체크밸브(12)는 귀환유로(22)를 개방하고 작동유는 유압탱크(T)로 리턴될 수 있다.
또한 체크밸브(12)로 파일럿압력을 공급하거나 차단하는 것은 솔레노이드밸브(13)의 작동에 의해 제어된다. 도 2 내지 도 4에서 볼 수 있는 것처럼, 솔레노이드밸브(13)는 파일럿펌프(11)와 체크밸브(12) 사이의 파일럿유로(24)에 설치되어 체크밸브(12)의 수압부에 선택적으로 파일럿압력을 공급한다. 솔레노이드밸브(13)는 컨트롤러(6)에 의해 제어되며, 컨트롤러(6)로부터 전원을 공급받은 솔레노이드밸브(13)는 도 3처럼 파일럿펌프(11)로부터 체크밸브(12)로 파일럿유로(24)를 연통시킨다. 반면에 컨트롤러(6)로부터 전원공급이 중단되면 솔레노이드밸브(13)는 도 4의 상태로 돌아가고, 체크밸브 (12)의 수압부에 걸려있던 파일럿압력은 유압탱크(T)로 드레인 되며, 귀환유로(22)는 폐쇄된다.
위와 같은 구성에 의하면, 건설기계의 시동을 끈 상태에서는, 귀환유로 개폐부(12, 13)가 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖게 되므로, 장비, 즉 액츄에이터(2)가 멈춘 상태를 유지할 수 있다. 시동을 걸게 되면, 솔레노이드밸브(13)에 전원이 공급되므로, 귀환유로(22)가 개방되고, 건설기계는 정상적으로 동작을 하게 된다. 그런데, 건설기계의 시동을 건 상태에서 운전자가 리모트컨트롤밸브(4)를 중립으로 놓았음에도 불구하고 장비가 계속 작동하는 경우, 컨트롤러에서(6)는 이 상태를 비정상적인 작동으로 판단하고, 솔레노이드밸브(13)에 인가되던 전원 공급을 차단하여 귀환유로를 폐쇄시킨다. 이로써 장비는 비상 정지하게 된다.
미설명 부호 7은 메인릴리프밸브로서, 귀환유로(22)가 폐쇄되는 경우, 공급유로(21) 중의 작동유를 유압탱크(T)로 드레인 시킨다.
도 5는 제 2 실시 예로서, 리모트컨트롤밸브를 대체하여 운전자의 조작량에 상응하여 전기제어신호를 출력하는 전기식 조이스틱(45)을 갖는 건설기계의 예를 나타낸다. 메인펌프(1), 파일럿펌프(11) 및 메인컨트롤밸브(3)의 구성은 전술한 본 발명의 일 실시 예와 마찬가지이므로 자세한 설명을 생략한다. 메인펌프(1)와 메인컨트롤밸브(3)사이의 공급유로(21)에는 이 공급유로(21) 중의 압력을 감지하도록 작동유 압력센서(8)가 설치된다.
제 2 실시 예에서도 액츄에이터(2)와 컨트롤러(6)와 귀환유로 개폐부(12, 13)와 메인릴리프밸브(7)가 구비되고, 그 구성과 효과 역시 제 1 실시 예와 유사하므로 중복된 설명을 생략한다.
제 2 실시 예는 전기식 조이스틱(45)을 갖는 건설기계로서, 도 5에 도시된 것처럼, 위의 제 1 실시 예와는 달리 신호압 압력센서가 필요없다. 이것은 조이스틱(45)의 조작 여부를 컨트롤러(6)에 포함되어 있는 ECU에서 직접 전기적 신호로 인지하기 때문이다. 전기식 조이스틱(45)을 조작하게 되면 전기적 신호가 발생하고, 이 신호는 CAN(controller area network) 통신 라인(41)을 통해 컨트롤러(6)로 입력된다. 그리고 신호를 전달받은 컨트롤러(6)는 메인컨트롤밸브(3)를 움직여 스풀절환 되도록 제어하는 신호를 출력하게 된다.
따라서 제 2 실시 예에서, 컨트롤러(6) 는 전기식 조이스틱(45)으로부터 CAN 통신 라인(41)을 통해 들어오는 신호와 작동유 압력센서(8)를 통해 들어오는 신호를 분석하고 비교하여 정상 작동과 이상 작동을 구분하게 된다.
전기식 조이스틱(45)로부터 어떤 입력신호를 받을 수 없다면 컨트롤러(6)는 운전자가 조이스틱(45)을 조작하고 있지 않은 것으로 판단하고, 작동유 압력센서(8)에서 압력변화가 감지되면 액츄에이터(2)가 정지 상태가 아니라고 판단하는 것이다. 반면에 컨트롤러(6)는 작동유 압력센서(8)에서 압력변화가 감지됨과 동시에 전기식 조이스틱(45)으로부터 입력 신호가 감지되는 경우에는 정상 작동 상태로 판단하고, 귀환유로(22) 개방 상태를 유지시키기 위해 귀환유로 개폐부에 전원을 공급한다.
전기식 조이스틱(45)을 포함하여 구성되는 경우에도, 바람직하게, 귀환유로 개폐부(12, 13)는, 귀환유로(22) 중에 설치되는 체크밸브(12)와 전원이 공급되면 이 체크밸브(12)에 파일럿압력을 인가하는 솔레노이드밸브(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 비상 정지 기능을 구비한 건설기계의 비상 정지 작동 예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 건설기계가 정상 작동하는 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 비상 정지 시스템의 유압 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 비상 정지 시스템을 사용하는 건설기계는 시동 스위치(30)를 눌러 시동을 걸게 되고, 이에 따라 컨트롤러(6)는 솔레노이드밸브(13)를 제어하여 파일럿 펌프(11)가 파일럿 유로(24)를 통해 체크밸브(12)로 파일럿압력을 공급할 수 있도록 한다. 이렇게 공급되는 유압으로 인해 체크밸브(12)는 개방 작동하게 되고, 액츄에이터(2)에서 나오는 리턴 유량이 귀환유로(22)를 따라 유압탱크(T)로 드레인 될 수 있는 정상 작동 상태가 유지된다.
반면에 이상 작동이 감지되어 비상 정지 시스템이 작동하는 경우에는 도 4에 도시된 것처럼, 솔레노이드밸브(13)가 파일럿펌프(11)로부터 체크밸브(12)로 공급되는 파일럿압을 차단한다. 파일럿압이 차단되면 체크밸브(12)를 개방 작동시키기 위해 필요한 유압이 사라지게 되고, 체크밸브(12)는 귀환유로(22)를 폐쇄한다. 결과적으로 액츄에이터(2)에서 유압탱크(T)로 리턴 되는 통로가 막히게 되고, 건설기계는 비상 정지 시스템이 작동하기 직전의 상태를 유지하게 된다.
한편, 이러한 정상 작동과 이상 작동을 구분하는 방법은 컨트롤러(6)에서 이루어진다.
우선, 유압을 사용하는 리모트컨트롤밸브(4)를 포함하는 건설기계에 있어서는, 공급유로(14)의 압력을 감지하는 작동유 압력센서(8), 파일럿유로(23)의 압력을 감지하는 신호압 압력센서(9)를 이용하게 된다. 작동유 압력센서(8)로는 압력의 변화가 있는 지를 파악하고, 신호압 압력센서(9)로는 설정압력 이상의 압력이 감지되는 지를 파악한다.
리모트컨트롤밸브 없이 전기식 조이스틱(45)으로 구성된 건설기계의 경우에는, 도 5에 도시된 것처럼, 신호압 압력센서(9)가 없다. 따라서 전기식 조이스틱(45)을 갖는 건설기계의 경우, 컨트롤러(6)는 신호압 압력센서 대신에 전기식 조이스틱(45)을 조작할 때 발생하는 입력 신호를 이용한다.
위와 같은 방법으로, 본 발명에 따른 비상 정지 기능을 구비한 건설기계는, 종래의 비상 정지 시스템으로는 대처가 불가능 했었던 이상 동작의 경우에도 건설기계를 비상 정지시킬 수 있다.
기재된 내용에 의한 비상 정지 기능을 구비한 건설기계는, 신호압 압력센서에서는 설정압력 이상의 압력이 감지되지 않지만 작동유 압력센서에서는 압력변화가 감지되는 경우를 비정상 작동으로 판단한다. 이를 통해 건설기계의 오작동을 감지하고 건설기계를 비상 정지시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 엔진에 의해 구동되는 메인펌프 및 파일럿펌프;
    상기 메인펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 작업장치용 액츄에이터;
    상기 메인펌프와 상기 액츄에이터 사이의 유로에 설치되는 메인컨트롤밸브;
    운전자의 조작을 입력 받아 상기 파일럿펌프로부터의 신호압을 상기 메인컨트롤밸브의 스풀 양단에 인가함으로써 상기 메인컨트롤밸브를 제어하는 리모트컨트롤밸브;
    상기 메인펌프와 상기 메인컨트롤밸브 사이의 공급유로에 설치되어 압력을 감지하는 작동유 압력센서;
    상기 리모트컨트롤밸브와 상기 메인컨트롤밸브 사이의 파일럿유로에 설치되어 이 파일럿유로 중의 압력을 감지하는 신호압 압력센서;
    상기 메인컨트롤밸브와 유압탱크 사이의 귀환유로에 설치되며, 상기 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖고 있다가 시동이 켜지면 전원을 공급받아 상기 귀환유로를 개방하는 상태로 전환되는 귀환유로 개폐부; 및
    상기 신호압 압력센서와 상기 작동유 압력센서에 전기적으로 연결되며, 상기 신호압이 설정압력 이하의 압력이 감지되고 상기 작동유 압력센서에서 압력변화가 감지되는 경우, 상기 귀환유로 개폐부에 공급되는 전원을 차단하여 상기 귀환유로가 폐쇄되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 작동유 압력센서에서 압력변화가 감지되고, 상기 신호압 압력센서에서도 설정압력 이상의 압력이 감지되는 경우, 상기 귀환유로 개폐부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 귀환유로 개폐부는,
    상기 귀환유로 중에 설치되며 상기 귀환유로를 폐쇄하는 상태로 탄성 바이어스 되어 있다가 수압부에 파일럿압력이 인가되면 상기 귀환유로를 개방하는 상태로 전환되는 체크밸브와, 상기 컨트롤러로부터 전원이 공급되면 상기 체크밸브에 상기 파일럿압력을 인가하는 솔레노이드밸브를 포함하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
  4. 엔진에 의해 구동되는 메인펌프 및 파일럿펌프;
    상기 메인펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 작업장치용 액츄에이터;
    상기 메인펌프와 상기 액츄에이터 사이의 유로에 설치되는 메인컨트롤밸브;
    상기 메인컨트롤밸브의 스풀절환을 위하여, 운전자의 조작량에 상응하여 전기제어신호를 출력하는 전기식 조이스틱;
    상기 메인펌프와 상기 메인컨트롤밸브 사이의 공급유로에 설치되어 압력을 감지하는 작동유 압력센서;
    상기 메인컨트롤밸브와 유압탱크 사이의 귀환유로에 설치되며, 상기 귀환유로를 폐쇄하는 초기상태를 갖고 있다가 시동이 켜지면 전원을 공급받아 상기 귀환유로를 개방하는 상태로 전환되는 귀환유로 개폐부; 및
    상기 전기식 조이스틱 및 상기 작동유 압력센서에 전기적으로 연결되며, 상기 전기식 조이스틱에서 입력신호가 감지되지 않고, 상기 작동유 압력센서에서는 압력변화가 감지되는 경우, 상기 귀환유로 개폐부에 공급되는 전원을 차단하여 상기 귀환유로가 폐쇄되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 작동유 압력센서에서 압력변화가 감지되고, 상기 전기식 조이스틱으로부터 입력신호가 감지되는 경우, 상기 귀환유로를 개방하는 상태를 유지하도록 상기 귀환유로 개폐부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
  6. 제4항에 있어서, 상기 귀환유로 개폐부는,
    상기 귀환유로 중에 설치되며 상기 귀환유로를 폐쇄하는 상태로 탄성 바이어스 되어 있다가 수압부에 파일럿압력이 인가되면 상기 귀환유로를 개방하는 상태로 전환되는 체크밸브와, 상기 컨트롤러로부터 전원이 공급되면 상기 체크밸브에 상기 파일럿압력을 인가하는 솔레노이드밸브를 포함하는 비상 정지 기능을 구비한 건설기계.
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