KR0185428B1 - Apparatus and method of sensing the load weight of an excavator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴삭기의 작업시 부하하중을 감지함으로써 전도가능성여부를 파악하는 감지장치 및 감지방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 부하하중 감지장치는, 굴삭기의 붐과 아암 및 버킷 각각의 무게 및 무게중심거리를 연산하는 수단과, 상기 붐의 붐실린더의 부하압력, 상기 아암의 아암실린더의 부하압력, 상기 붐의 붐실린더에 작용하는 부하력 및 상기 굴삭기본체에 대한 상기 붐의 연결부에 작용하는 부하토크 중 적어도 어느 하나를 감지하는 수단 및 상기 연산수단 및 상기 감지수단으로부터 얻어진 데이터를 기초로 하여 얻어진 상기 연결부에 대한 모멘트평형방정식으로부터 총부하하중을 연산한 후, 이 총부하하중에서 상기 버켓중량을 감산하여 실제 부하하중을 연산하는 수단을 포함한다.The present invention relates to a sensing device and a sensing method for detecting the conductivity by detecting a load during operation of the excavator. Load load sensing apparatus according to the present invention, means for calculating the weight and the center of gravity of each of the boom, the arm and the bucket of the excavator, the load pressure of the boom cylinder of the boom, the load pressure of the arm cylinder of the arm, the boom Means for sensing at least one of a load force acting on the boom cylinder and a load torque acting on the connecting portion of the boom with respect to the excavating base, and the connecting portion obtained based on data obtained from the computing means and the sensing means. Means for calculating the total load from the moment equilibrium equation for the equation, and then subtracting the bucket weight from this total load to calculate the actual load.
Description
제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 부하하중 감지장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a load load sensing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 제2실시예에 의한 부하하중 감지장치의 개략도.2 is a schematic diagram of a load load sensing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 제3실시예에 의한 부하하중 감지장치의 개략도.3 is a schematic diagram of a load load sensing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 제4실시예에 의한 부하하중 감지장치의 개략도.4 is a schematic diagram of a load load sensing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 붐 2 : 아암1: boom 2: arm
3 : 버킷 4 : 붐실린더3: bucket 4: boom cylinder
5 : 아암실린더 6 : 버킷실린더5: arm cylinder 6: bucket cylinder
11 : 붐실린더압력감지수단 12 : 아암실린더압력감지수단11: Boom cylinder pressure sensing means 12: Arm cylinder pressure sensing means
13 : 부하력감지수단 14 : 부하토크감지수단13: load force detection means 14: load torque detection means
21 : 증폭장치 22 : 제어장치21: amplification device 22: control device
23 : 표시장치23: display device
본 발명은 굴삭기의 부하하중 감지장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 굴삭기의 작업시 부하하중을 감지함으로써 전도가능성 여부를 파악하는 감지장치 및 감지방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a load of an excavator, and more particularly, to a sensing apparatus and a method for detecting conductivity by detecting a load during operation of an excavator.
종래의 굴삭기에서는 상차작업, 굴삭작업 또는 인양작업시 과도한 부하하중으로 인해 전도될 가능성이 있는지 여부를 사전에 파악할 수 있는 효과적인 방법이 없었다. 일예로, 굴삭기의 지지력과 스태빌리티(stability)를 증가시키기 위해 아우트리거(outrigger)등의 보조 장치를 장착하여 지지면적을 넓히는 경우를 들 수 있지만, 이 역시 작업시 마다 변화되는 부하하중치가 아우트리거장착으로 인해 증가된 허용하중치의 범위내에 드는지 여부에 대해서는 확인할 수 없었으므로, 근본적인 해결책이 될 수는 없었다.In conventional excavators, there is no effective way to determine in advance whether there is a possibility of falling due to excessive load during loading, digging or lifting. For example, in order to increase the supporting area of the excavator by using an auxiliary device such as an outrigger to increase the bearing capacity and stability, this also increases the load capacity of the outrigger It was not possible to determine whether it was within the range of increased allowable loads due to mounting, and thus could not be a fundamental solution.
따라서, 근본적인 해결책으로는, 상차작업 또는 인양작업을 수행하기 전에 작업장치에 부과되는 부하하중을 일일이 점검하거나 측정하여야 했다. 그러나, 이는 비교적 균일한 하중을 갖는 인양물에 대해서는 적용될 수 있지만, 암석등과 같은 불균일한 인양물에 대해서는 작업성을 고려하여 볼 때 현실적으로 실시가 불가능하였다.Therefore, as a fundamental solution, it was necessary to check or measure the load load imposed on the work tool before carrying out the loading or lifting work. However, this can be applied to the salvage having a relatively uniform load, but it is not practical in view of workability for non-uniform salvage such as rock.
결국, 이로 인해 작업성이 극히 저하됨은 물론 심각한 안전상의 문제가 야기되었다.As a result, this resulted in extremely poor workability and serious safety problems.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 굴삭기에 의해 수행되는 각종 작업시, 작업장치에 부과되는 부하하중을 직접 측정하지 않고도 쉽게 부하하중을 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to be able to easily detect the load load without directly measuring the load load imposed on the work device during various operations performed by the excavator An apparatus and method are provided.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 태양에 의하면, 굴삭기의 부하하중 감지장치에 있어서 : 상기 굴삭기의 붐과 아암 및 버킷 각각의 무게 및 무게중심거리를 연산하는 수단; 상기 붐의 붐실린더의 부하압력, 상기 아암의 아암실린더의 부하압력, 상기 붐의 붐실린더에 작용하는 부하력 및 상기 굴삭기본체에 대한 상기 붐의 연결부에 작용하는 부하토크 중 적어도 어느 하나를 감지하는 수단; 및 상기 연산수단 및 상기 감지수단으로부터 얻어진 데이터를 기초로 하여 얻어진 상기 연결부에 대한 모멘트평형방정식으로부터 총부하하중을 연산한 후, 이 총부하하중에서 상기 버켓중량을 감산하여 실제 부하하중을 연산하는 수단을 포함하는 굴삭기의 부하하중 감지장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, an apparatus for detecting a load load of an excavator comprising: means for calculating the weight and the center of gravity of each of the boom, the arm and the bucket of the excavator; Detecting at least one of the load pressure of the boom cylinder of the boom, the load pressure of the arm cylinder of the arm, the load force acting on the boom cylinder of the boom, and the load torque acting on the connection portion of the boom to the excavator base; Way; And means for calculating an actual load load by calculating the total load from the moment equilibrium equation for the connecting portion obtained based on the data obtained from the calculation means and the sensing means, and then subtracting the bucket weight from the total load. Provided is a load sensing device for an excavator that includes.
전술한 목적을 달성본 발명의 또 다른 한 태양에 의하면, 굴삭기의 부하하중 감지방법에 있어서 : 상기 굴삭기의 붐과 아암 및 버킷 각각의 무게 및 무게중심거리를 연산하는 단계; 상기 붐의 붐실린더에 작용하는 부하압력, 상기 아암의 아암실린더의 부하압력, 상기 붐의 붐실린더에 작용하는 부하력 및 상기 굴삭기본체와 상기 붐의 연결부에 작용하는 부하토크 중 적어도 어느 하나를 감지하는 단계; 상기 제1단계 및 제2단계에서 각각 연산되고 감지된 데이터를 기초로 하여 얻어진 상기 연결부에 대한 모멘트평형방정식으로부터 총 부하하중을 연산하는 단계; 및 상기 제3단계에서 얻어진 상기 총 부하하중으로부터 상기 버킷의 무게를 감산하여 실제부하하중을 연산하는 단계를 포함하는 굴삭기의 부하하중 감지방법이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a load of an excavator, comprising: calculating a weight and a center of gravity of each of a boom, an arm and a bucket of the excavator; At least one of a load pressure acting on the boom cylinder of the boom, a load pressure acting on the arm cylinder of the arm, a load force acting on the boom cylinder of the boom, and a load torque acting on the connection portion of the excavator base and the boom Doing; Calculating a total load load from a moment equilibrium equation for the connection part obtained based on the data calculated and sensed in the first and second steps, respectively; And calculating an actual load by subtracting the weight of the bucket from the total load load obtained in the third step.
위와 같은 감지장치 및 감지방법에 의하면, 직접 부하하중을 측정하지 않고도, 쉽게 이를 감지할 수 있으므로, 작업능률 및 작업안정성이 대폭 향상된다.According to the sensing device and the sensing method as described above, it is possible to easily detect the load without measuring the load directly, thereby greatly improving work efficiency and work stability.
이하, 첨부도면에 의거, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 부하하중 감지장치를 도시하고 있다.1 shows a load load sensing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 부하하중 감지장치는, 붐(1)을 작동시키기 위한 붐실린더(4)에 설치되어 붐실린더(4)에 작용하는 부하압력을 감지하는 붐실린더부하압력감지수단(11)과, 이 붐실린더부하압력감지수단(11)에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭장치(21)와, 이 증폭장치(21)에서 증폭된 신호를 인가받아 소정의 연산작업을 수행하는 제어부(22) 및 이 제어부(22)에서 연산된 결과를 운전자가 식별할 수 있는 형태로 변환하여 표시하는 표시장치(23)로 구성된다.The load load sensing apparatus according to the present embodiment includes a boom cylinder load pressure sensing means 11 installed on a boom cylinder 4 for operating the boom 1 and sensing a load pressure acting on the boom cylinder 4. An amplifying apparatus 21 for amplifying the signal sensed by the boom cylinder load pressure sensing means 11, a controller 22 receiving the amplified signal from the amplifying apparatus 21 and performing a predetermined arithmetic operation; And a display device 23 for converting and displaying the result calculated by the controller 22 into a form that can be identified by the driver.
미설명 도면부호, 2는 붐에 결합된 아암을 나타내고, 3은 아암(2)에 결합된 버킷을 나타내며, 5는 아암(2)을 작동시키기 위한 아암실린더를 나타내고, 6은 버킷(3)을 작동시키기 위한 버킷실린더, 7은 굴삭기본체를 각각 나타낸다.Unexplained reference numeral 2 denotes an arm coupled to the boom, 3 denotes a bucket coupled to the arm 2, 5 denotes an arm cylinder for operating the arm 2, and 6 denotes a bucket 3. A bucket cylinder, 7 for operation, represents an excavating base body, respectively.
그리고, 본 실시예 및 제1도에 명시된 모든 도면부호들은 이하 설명될 본 발명의 제2실시예, 제3실시예 및 제4실시예의 설명에 있어서도 각각 동일한 부분을 명시하는 것으로 간주된다.Incidentally, all the reference numerals specified in the present embodiment and in FIG. 1 are regarded as specifying the same parts in the descriptions of the second, third and fourth embodiments of the present invention, which will be described below.
위와 같이 구성된 본 실시예의 부하하중 감지장치는, 붐실린더부하압력감지수단(11)으로부터 부하압력(P1)이 감지되고, 사전에 계산된 붐(1)과 아암(2) 및 버킷(3)의 무게 (W1, W2, W3) 및 무게중심거리(L1, L2, L3)데이터를 기초로 하여 붐핀의 위치(A)에 대한 모우멘트평형방정식이 얻어지며, 이 모우멘트평형방정식으로부터 총부하하중이 계산된다. 즉,In the load load sensing device of the present embodiment configured as described above, the load pressure P 1 is detected from the boom cylinder load pressure detecting means 11, and the boom 1, the arm 2, and the bucket 3 calculated beforehand The moment equilibrium equation for the position (A) of the boom pin is obtained based on the data of the weight (W 1 , W 2 , W 3 ) and center of gravity distance (L 1 , L 2 , L 3 ) The total load is calculated from the equilibrium equation. In other words,
ΣMA= W1*L1+W2*L2+W3*L3-P1*A*D = 0ΣM A = W 1 * L 1 + W 2 * L 2 + W 3 * L 3 -P 1 * A * D = 0
W3= (P1*A*D-W1*L1-W2*L2)/L3 W 3 = (P 1 * A * DW 1 * L 1 -W 2 * L 2 ) / L 3
MA : A점에 대한 총모우멘트MA: Total moment for point A
W1: 붐의 무게W 1 : weight of boom
L1: 붐의 무게중심거리L 1 : Center of gravity of the boom
W2: 아암의 무게W 2 : weight of the arm
L2: 아암의 무게중심거리L 2 : center of gravity of arm
W3: 버킷의 무게W 3 : weight of bucket
L3: 버킷의 무게중심거리L 3 : Center of gravity of the bucket
P1: 붐실린더의 부하압력P 1 : Load pressure of boom cylinder
A : 붐핀의 위치A: Location of the boom pin
D1: 붐핀으로부터 붐실린더까지의 수직거리D 1 : vertical distance from boom pin to boom cylinder
여기서, 버킷의 총무게인 W3로부터 버킷자체의 무게 Wbucket를 감산하면 실제부하하중 Wload가 얻어진다. 즉,Here, subtracting the weight W bucket of the bucket itself from the total weight W 3 of the bucket yields the actual load W load . In other words,
Wload= W3-Wbucket W load = W 3 -W bucket
Wload: 실제부하하중W load : actual load
Wbucket: 버킷의 무게W bucket : weight of bucket
한편, 제2도는 본 발명의 제2실시예에 의한 부하하중 감지장치를 도시하고 있다.On the other hand, Figure 2 shows a load load sensing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 부하하중 감지장치는, 아암(2)을 작동시키기 위한 아암실린더(5)에 설치되어 아암실린더(5)에 작용하는 부하압력을 감지하는 아암실린더부하압력감지수단(12)과, 이 아암실린더부하압력감지수단(12)에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭장치(21)와, 이 증폭장치(21)에서 증폭된 신호를 인가받아 소정의 연산작업을 수행하는 제어부(22) 및 이 제어부(22)에서 연산된 결과를 운전자가 식별할 수 있는 형태로 변환하여 표시하는 표시장치(23)로 구성된다.The load load sensing apparatus according to the present embodiment includes an arm cylinder load pressure sensing means 12 installed in an arm cylinder 5 for operating the arm 2 and sensing a load pressure acting on the arm cylinder 5. An amplifying apparatus 21 for amplifying the signal sensed by the arm cylinder load pressure sensing means 12, a controller 22 for receiving a signal amplified by the amplifying apparatus 21 and performing a predetermined arithmetic operation; And a display device 23 for converting and displaying the result calculated by the controller 22 into a form that can be identified by the driver.
위와 같이 구성된 본 실시예의 부하하중 감지장치에서는, 전술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 방식에 의해 부하하중이 얻어지는데, 아암실린더부하압력감지수단(12)으로부터 부하압력(P2)이 감지되고, 사전에 계산된 붐(1)과 아암(2) 및 버킷(3)의 무게(W1, W2, W3) 및 무게중심거리(L1, L2, L3)데이터를 기초로 하여 붐핀의 위치(A)에 대한 모우멘트평형방정식이 얻어지며, 이 모우멘트평형방정식으로부터 총부하하중이 계산된다. 즉,In the load load sensing device of the present embodiment configured as described above, the load load is obtained by the same method as the first embodiment of the present invention described above, and the load pressure P 2 is detected from the arm cylinder load pressure sensing means 12. On the basis of previously calculated weights (W 1 , W 2 , W 3 ) and center of gravity distance (L 1 , L 2 , L 3 ) of the boom 1, the arm 2 and the bucket 3. The moment equilibrium equation for the position (A) of the boom pin is obtained, and the total load load is calculated from this moment equilibrium equation. In other words,
ΣMA= W1*L1+W2*L2+W3*L3-P2*A*D = 0ΣM A = W 1 * L 1 + W 2 * L 2 + W 3 * L 3 -P 2 * A * D = 0
W3= (P2*A*D-W1*L1-W2*L2)/L3 W 3 = (P 2 * A * DW 1 * L 1 -W 2 * L 2 ) / L 3
따라서, Wload= W3- Wbucket에 의해 실제부하하중 Wload이 계산된다.Therefore, the actual load W load is calculated by W load = W 3 -W bucket .
한편, 제3도는 본 발명의 제3실시예에 의한 부하하중 감지장치를 도시하고 있다.On the other hand, Figure 3 shows a load load sensing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 부하하중 감지장치는, 전술한 본 발명의 제1 및 제2실시예와 동일하지만, 단 전술한 붐실린더부하압력감지수단(11)과 아암실린더부하압력감지수단(12)대신에, 붐실린더(4)에 작용하는 부하력을 감지하는 부하력감지수단(13)이 설치되는 차이점이 있다.The load load sensing apparatus according to the present embodiment is the same as the first and second embodiments of the present invention described above, except that the above-described boom cylinder load pressure sensing means 11 and arm cylinder load pressure sensing means 12 are used. On the other hand, there is a difference that the load force detecting means 13 for detecting the load force acting on the boom cylinder (4) is installed.
위와 같이 구성된 본 실시예의 부하하중 감지장치에서는 다음의 모우멘트평형방정식으로부터 총부하하중이 계산되고, 이 총부하하중으로부터 버킷무게를 감산하여 실제부하하중이 계산된다.In the load load sensing apparatus of the present embodiment configured as described above, the total load is calculated from the following moment equilibrium equation, and the actual load is calculated by subtracting the bucket weight from the total load.
ΣMA= W1*L1+W2*L2+W3*L3-F*D = 0ΣM A = W 1 * L 1 + W 2 * L 2 + W 3 * L 3 -F * D = 0
W3= (F*D-W1*L1-W2*L2)/L3 W 3 = (F * DW 1 * L 1 -W 2 * L 2 ) / L 3
Wload=W3-Wbucket W load = W 3 -W bucket
F : 붐실린더에 작용하는 부하력F: Load force acting on the boom cylinder
한편, 제4도는 본 발명의 제4실시예에 의한 부하하중 감지장치를 도시하고 있다.On the other hand, Figure 4 shows a load load sensing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 부하하중 감지장치는, 전술한 본 발명의 제1, 제2 및 제3실시예와 동일하지만, 단 전술한 붐실린더부하압력감지수단(11)과 아암실린더부하압력감지수단(12) 및 부하력감지수단(13)대신에 붐핀의 위치(A)에 작용하는 부하토크(T)를 감지하는 부하토크감지수단(14)이 설치되는 차이점이 있다.The load load sensing apparatus according to the present embodiment is the same as the first, second and third embodiments of the present invention described above, except that the boom cylinder load pressure sensing means 11 and the arm cylinder load pressure sensing means ( 12) and the load torque detection means 14 for detecting the load torque (T) acting on the position (A) of the boom pin in place of the load force detection means 13 is different.
위와 같이 구성된 본 실시예의 부하하중 감지장치에서는 다음의 모우멘트평형방정식으로부터 총부하하중이 계산되고, 이 총부하하중으로부터 버킷무게를 감산하여 실제부하하중이 계산된다.In the load load sensing apparatus of the present embodiment configured as described above, the total load is calculated from the following moment equilibrium equation, and the actual load is calculated by subtracting the bucket weight from the total load.
ΣMA= W1*L1+W2*L2+W3*L3-T = 0ΣM A = W 1 * L 1 + W 2 * L 2 + W 3 * L 3 -T = 0
W3= (T-W1*L1-W2*L2)/L3 W 3 = (TW 1 * L 1 -W 2 * L 2 ) / L 3
Wload= W3- Wbucket W load = W 3 -W bucket
T : 붐핀의 위치(A)에 작용하는 부하토크T: Load torque acting on position (A) of boom pin
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 부하하중 감지장치 및 감지방법에 의하면, 직접 부하하중을 측정하지 않고도, 쉽게 이를 감지할 수 있으므로, 작업능률 및 작업안정성이 대폭 향상된다.As described above, according to the load load sensing apparatus and the sensing method of the present invention, since it can be easily detected without directly measuring the load load, work efficiency and work stability are greatly improved.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091005 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |