KR100240089B1 - 전자유압식 건설기계의 진단 장치 - Google Patents

전자유압식 건설기계의 진단 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 전자유압식 건설기계의 진단 장치는 굴삭기등의 유압식 건설기계의 액츄에이터의 작동시 유량 및 유압 계측이 가능한 센서와 진단기를 장착함으로써, 이상작동 또는 조정값의 이상유무를 진단하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자유압식 건설기계의 진단 장치는 유압펌프에 의해 토출되는 토출유량을 측정하는 계측용 유량센서와, 상기 유량조절밸브를 관통하여 센터바이패스 라인으로 통과한 유량의 압력을 측정하는 제2압력검출수단과, 상기 제어부와 데이터를 송수신하고, 계측용 유량센서 및 제2압력검출수단에서 측정한 신호값을 수신하는 진단기로 구성된다.
따라서, 유압 및 유량을 계측한 진단장치를 이용하여 손쉽게 계측 및 조정이 가능하고, 유압시스템의 이상작동 및 조정값의 이상유무를 정확히 진단하고 정밀하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자유압식 건설기계의 진단 장치
본 발명은 전자유압식 건설기계의 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굴삭기등의 유압식 건설기계의 액츄에이터의 작동시 사용되는 유압 및 유량을 계측하여 진단장치를 통하여 이상작동 또는 조정값의 이상유무를 진단하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유압력에 의해 작업 동작이 수행되는 건설기계는 유압펌프의 토출유량에 의해 작동되는 액츄에이터(ACTUATOR)를 적어도 하나 포함한다. 유압펌프는 엔진과 같은 원동기의 회전력에 의해 구동된다.
건설기계의 진단장치는 원동기의 엔진회전수, 엔진의 쓰로를 개도각도, 펌프의 토출압력, 유압펌프의 사판각 및 유량등의 센서에 의해 측정된 여러 동작량의 분석에 의하여 엔진을 포함한 부품들의 이상유무를 검사하여 그에 관한 정보를 제공함으로써 사용자가 건설기계를 올바르게 사용할 수 있도록 한다.
최근에 건설기계도 기술이 발전함에 따라 기존의 기계유압식 조작 방식에서 전기식 조작수단을 채용한 전자유압식 조작방식이 점차 증가되는 추세이다. 즉, 전기적 신호에 의해 작업지시가 행해지고 유압력에 의해 작업동작이 수행되는 건설기계(이하 "전자유압식 건설기계"라 한다)와 기계유압식 조작방식에 따른 건설기계(이하 "기계유압식 건설기계"라 한다)가 있다. 상기 건설기계의 가장 큰 차이점은 전기식 조작수단을 이용하여 유압 액츄에이터의 작동 속도를 조절하고, 유량조절밸브를 구동하는 파이럿압의 발생방식에 있다.
전자유압식 건설기계의 경우에는 전기식 조작수단의 조작량에 비례하여 전압이 발생되고, 이 전압은 제어부에서 일정한 연산을 거쳐 전자비례밸브와 같은 밸브 구동수단을 통해 파이럿압을 발생시킨다. 이 파이럿압은 유량조절밸브를 구동시키어 유압 액츄에이터의 작동속도를 조절한다.
그러나, 기계유압식 건설기계는 기계식 조작수단에 의해 RCV(Remote Control Valve)에서 파이럿압이 발생되어 유량조절밸브를 구동시킨다.
제1도는 종래의 건설기계 제어장치에 관한 블록도로서 장치 구성도는 다음과 같다.
유압펌프(12)와, 유압펌프(12)를 구동시키기 위한 엔진(11)과, 엔진(11)의 회전수를 측정하기 위한 마그네틱 픽업 센서형의 엔진회전수 검출수단(19)과, 엔진 거버너의 최대 열림양을 제한하고 쓰로틀레버의 각도를 조정해주는 스테핑모터가 장착된 쓰로틀레버 조절수단(17)과, 쓰로틀레버의 각도를 검출하는 각도검출수단(18)과, 유압펌프(12)의 사판각을 검출하는 사판각 검출수단(21)과, 유압펌프(12)의 토출되는 압력을 검출하는 제1압력 검출수단(22)과, 유압펌프(12)에서 송출된 유량을 조절하는 유량조절밸브(23)와, 유량과 유압에 의해서 일을 행하는 유압 액츄에이터(14,15)와 상기 검출수단으로부터 입력신호를 연산처리하고 설정기준치와 판단하고 시스템 전반을 제어하는 제어부(24)와, 엔진회전수 및 유압펌프의 사용마력을 선택하여 제어부(24)로 전달하는 모든선택수단(16)과, 제어부(24)의 지시를 받아 상기 사판각 검출수단(21)에 파이럿신호압을 출력하는 전자비례밸브(20)와, 제어부(24)의 입출력신호 및 이상유무신호등을 특정형태로 표시하는 표시부(13)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 건설기계 제어장치의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 굴삭기를 수동으로 조작하여 레버(미표시)를 움직이면 엔진(11)에 의해서 구동된 유압펌프(12)는 유압을 각 유압 액츄에이터(14,15)에 전달하여 버킷 실린더(미도시), 암실린더(미도시) 및 붐실린더(미도시)를 동작시킨다. 그러면 각 검출수단은 동작량을 검출하여 제어부(24)로 전달한다. 제어부(24)는 검출수단으로부터의 입력신호를 연산처리하여 설정된 기준치와 비교하여 부품 및 시스템의 이상 유무를 판단한다.
판단 결과 이상이 있는 부품 및 시스템에 대해 미리 설정되어 있는 아주 간략화된 기호 형태의 메시지가 표시부(13)에 표시된다. 예를 들면 제어부(23)에 의해 엔진회전수 검출수단(19)으로부터의 입력신호가 이상이 있다고 판단되는 경우, 표시부(23)는 이에 관한 에러표시로서 "ER11" 또는 "ER. RPM"과 같은 기호로 표시하였다.
따라서, 종래의 진단은 제어부(23)내에서 센서등의 입력신호를 검출하여 신호의 이상유무를 판단하고, 그 결과를 별도의 표시부(13)에 표시한다. 그러나, 이러한 일련의 시스템만으로는 실제로 진단하는데 제어부(23)와 직접 연결된 전기 신호만이 가능함으로 진단 범위가 한정되고, 이에 따라 유압시스템의 정확한 상황 파악 및 진단이 어렵다.
또한, 유압시스템의 압력이나 유량등을 조정하기 위해서는 별도의 유압계측 장비를 사용해야 함으로 비용이 많이 들뿐만 아니라 설치 및 운용이 복잡하고, 장비에 에러가 발생했을 때 핸들링 하기가 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제검을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유량 및 유압 계측이 가능한 센서와 진단기를 부착하여 종래 보다 손쉽게 계측 및 조정이 가능하도록 함으로써 유압시스템의 이상작동 및 조정값의 이상유무등을 정확히 진단되도록 하는 전자유압식 건설기계의 진단장치를 제공하는 데 있다.
제1도는 종래의 건설기계의 제어장치에 관한 블록선도.
제2도는 본 발명의 전자유압식 건설기계의 진단 장치에 관한 블록선도.
제3도는 본 발명의 진단기에 관한 내부 블록선도.
제4도는 본 발명의 전자유압식 건설기계의 진단 장치에 관한 펌프압력유량선도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
111 : 엔진 112 : 유압펌프
113 : 표시부 114, 115 : 유압 액츄에이터
116 : 모드선택수단 121 : 사판각 검출수단
122 : 제1압력검출수단 123 : 유량조절밸브
124 : 제어부 125 : 진단기
126 : 계측용 유량센서 127 : 센터바이패스 라인
129 : 제2압력수단
전술한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 전자유압식 건설기계의 진단 장치는 유압펌프에 의해 토출되는 토출유량을 측정하는 계측용 유량센서와, 상기 유량조절 밸브를 고관통하여 센터바이패스 라인으로 통과한 유량의 압력을 측정하는 제2압력 검출수단과, 상기 제어부와 데이터를 송수신하고, 계측용 유량센서 및 제2압력검출수단에서 측정한 신호값을 수신하는 진단기로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 전자유압식 건설기계의 진단 장치는 제2도에 도시된 바와 같이 엔진(111)으로 구동되는 유압펌프(112)와, 유압펌프(112)의 사판각을 검출하는 사판각 검출수단(121)과, 유압펌프(112)의 토출유량에 의하여 작동되는 적어도 하나 이상의 유압 액츄에이터(114,115)와, 유압 액츄에이터(114, 115)로 흐르는 유량을 조절하는 유량조절밸브(123)와, 상기 동작수단의 시스템 전반을 제어하는 제어부(124)와, 제어부(124)에서 연산한 결과를 표시해주는 표시부(113)와, 엔진회전수 및 펌프사용마력 신호를 제어부(124)로 전달하는 모드선택수단(116)으로 구성된 유압식 건설기계의 제어장치에 있어서; 상기 유압펌프(112)에 의해 토출되는 토출유량을 측정하는 계측용 유량센서(126)와, 유량조절밸브(123)를 관통하여 센터바이패스 라인(127)으로 통과한 유량의 압력을 측정하는 제2압력검출수단(129)과, 제어부(124)와 데이터를 송수신하고, 계측용 유량센서(126) 및 제2압력검출수단(129)에서 측정한 신호값을 수신하는 진단기(125)로 구성된다.
또한, 제3도에 도시된 바와 같이 상기 진단기(125)는 계측용 유량센서(126) 및 제 2압력검출수단(129)에서 측정한 신호값을 수신하는 센서 인터페이스부(152)와, 제어부(124)의 데이터를 송수신하는 통신 인터페이스부(151)와, 데이터를 저장하는 메모리부(156)와, 모든 신호값을 연산하고 처리하는 CPU(150)와, 상기 진단기(125)의 기능을 선택하고, CPU(150)의 연산 결과를 표시하는 터치스크린(154)과, 신호동작의 이상유무를 표시하는 LCD 화면부(155)로 구성된다.
또한, 제2도 및 제4도에 도시된 바와 같이 상기 모드선택수단(116)에 의해 펌프사용마력에 대한 허용유량(Q1) 팩터를 구하고, 센터바이패스 통과유량 센서인 제2압력검출수단(129)으로부터 펌프토출요구량(Qr) 팩터를 구하고, 엔진회전수(119)와 펌프사판각(121)으로부터 산술적 계산값인 펌프토출량(Qp) 팩터를 구하고, 계측용 유량센서(126)로부터 계측유량(Qb) 팩터를 구할 수 있다.
그리고, 상기 펌프사용마력에 대한 허용유량(Q1) 곡선은 3가지로 분류되며 즉, 최대로 허용유량선도인 H(Heavy)곡선, 표준형인 S(Standard)곡선 및 최소 허용 유량선도인 L(Light)곡선 형태로 특성을 가진다.
또한, 펌프토출압력(kgf/cm2)을 나타내는 x축선 상에 있는 A는 지금 시점까지 액츄에이터가 최소한 1/3 이상의 일을 실시한 후의 단계에서의 펌프토출압력(kgf/cm2)이며, A에서 B까지는 펌프토출요구량(Qr)이 점점 작아지고 있는 것을 나타내며 즉, 일의 분량이 줄어드는 과정에서 반대로 펌프토출압력(kgf/cm2)은 상대적으로 증가함을 의미하며, 마지막으로 B이후로는 일을 하지 않는 단계의 펌프토출압력(kgf/cm2)을 나타내고, Qr1의 값은 일이 끝난 상태이며, 이때 제2압력검출수단(129)에서 측정된 펌프토출요구량을 나타낸다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 전자유압식 건설 기계의 진단 장치의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
굴삭기 작동중에 이상이 있거나 시스템 상태를 상세히 파악하고자 하는 경우는 먼저, 진단기(125)를 통신 연결수단을 이용하여 제어부(124)와 연결하고, 또한, 액츄에이터의 작동유량을 확인하기 위하여 펌프유량 토출구측에 유량터빈과 같은 계측용 유량센서(126)와 제2압력수단(129)을 부착한 다음에 진단기(125)의 유량측정단자에 연결시킨다.
다음 단계에서는 터치스크린(154)에서 진단기능중에 "시스템 분석/조정" 기능을 선택한다. 그러면 진단기(125)는 통신 인터페이스부(151)를 통해 제어부(124)의 장비를 진단모드로 설정하도록 지령한다.
그러면, 제어부(124)는 모든선택수단(116)을 진단모드로 설정하고 진단기(125)에 준비 완료신호를 보낸다. 또 다른 예로서 사용자에게 LCD 화면(155)에 엔진 및 펌프 사용마력을 표시하는 모든선택수단(116)을 통해서 진단모드로 설정하도록 사용자에게 알려준다. 사용자는 모드선택수단(116)으로 진단모드로 설정완료하면 제어부(124)는 진단기(125)에 준비 완료신호를 보낸다.
설정이 완료되면 진단기(125)는 작동을 하고, LCD 화면부(155) 상에는 액츄에이터의 변화 패턴이 나타난다. 사용자는 LCD 화면부(155)의 판넬을 보면서 일정한 패턴을 유지하도록 기계를 작동시킨다. 즉, 예를 들면 버켓 조작레버(도면에는 미도시)를 최대로 조작하여 버켓실린더(미도시)의 양끝단에 다다르도록 "최대작동 -＞ 중립 -＞ 최대작동 -＞ 중립"을 2, 3회 반복한다. 붐실린더 및 암실린더도 동일하게 반복 작동을 하여 장비의 이상유무를 판단하는 것이다.
그리고, 제어부(124)는 유량 관련 신호(펌프토출압력, 펌프사판각, 엔진회전수, 모드선택설정치)를 입력받고, 진단기(125)는 계측용 유량센서(126) 및 센터바이패스 통과유량의 압력인 제2압력검출수단(129)으로부터 유량 및 압력센서 신호값을 입력받는다.
다음 단계로 펌프사용마력을 설정하는 허용유량(Q1)과, 센터바이패스 라인(127)을 통과한 통과유량의 압력으로부터 구한 펌프토출요구량(Qr)과, 엔진회전수와 펌프사판각으로부터 산술적으로 계산한 펌프토출량(Qp)과, 계측용 유량센서(126)에서 실제로 측정된 측정 유량센서값으로 액츄에이터 구동용 계측유량(Qb)을 구한다.
상기 허용유량(Q1), 펌프토출요구량(Qr), 펌프토출량(Qp) 및 계측유량(Qb)을 비교 판단하여 그 차이가 기준 편차값 이하인지 아닌지를 판단한다.
제4도는 펌프압력에 관한 유량선도를 나타낸 것이다.
즉, 제4도에 도시된 바와 같이 정상적 조건일 때에는 여기에서 정상적 조건은 허용유량(Q1)이 펌프토출요구량(Qr) 보다 같거나 적을때를 나타내며, 이때에는 펌프 토출량(Qp)은 최대가 되어도 허용유량(Q1) 이내이다. 이것은 펌프토출요구량(Qr)이 클지라도 실제로는 허용유량(Q1)에 의하여 그 값이 제한되기 때문이다.
상기와 같이 산술적으로 계산한 펌프토출량(Qp)이 기준값과 그 편차값에 관한 데이터를 진단기(125) 내의 메모리(156)에 미리 기억시켜두고, 그 기준값에서 각 검출수단 측정값의 판단결과를 통해 펌프토출유량이 정상인지 비정상인지를 결정하여 그 결과를 표시부(123)를 통해 소정의 형태(그래프, 숫자 또는 문자)로 출력한다.
물론 이 경우 상기 4가지의 유량요소 및 오차 정도를 동시에 표시부(123)에 표시하는 것도 가능하다. 그리하여 판단 결과를 통해 펌프토출유량이 정상인지 비정상인지를 결정하고, 이상부위를 진단하여 그 결과를 표시부를 통해 소정의 형태(그래프, 숫자 또는 문자)로 출력한다.
그러나, 만약에 펌프토출량(Qp)이 펌프토출요구량(Qr)에 비하여 작은 경우에는 엔진회수나 사판각의 값이 비정상이거나 조정치가 잘못 세팅된 것이다.
또한, 엔진회전수의 경우에는 모드선택수단(116)에서 회전수 설정치와 실제회전수를 비교하고, 사판각은 모드선택수단(116)에서 사판각 설정치와 실제 센서값을 비교하여 이상부위를 확인하여 그 결과를 표시한다.
또한, 계측유량(Qb)에서 측정한 펌프의 토출유량이 작다고 판단되는 경우에는 그 차이 및 토출유량 제한값을 어는 정도 증감되어야 하는 가를 표시해준다.
결론적으로, 상기 진단기능을 통하여 굴삭기의 특성에 이상이 있으며 어느 센서 및 어느 부분이 이상유무가 있는 가를 정확히 판단하고, 정밀하게 조정할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의한 전자유압식 건설기계의 진단 장치는 유량 및 유압 계측이 가능한 센서와 진단기를 장착함으로써, 종래보다 손쉽게 계측 및 조정이 가능하고, 유압시스템의 이상작동 및 조정값의 이상유무등을 정확히 진단하고 정밀하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 엔진으로 구동되는 유압펌프와, 유압펌프의 사판각을 검출하는 사판각 검출수단과, 유압펌프의 토출유량에 의하여 작동되는 적어도 하나 이상의 유압 액츄에이터와, 유압 액츄에이터로 흐르는 유량을 조절하는 유량조절밸브와, 상기 동작수단의 시스템 전반을 제어하는 제어부와, 제어부에서 연산한 결과를 표시해주는 표시부와, 엔진회전수 및 펌프사용마력 신호를 제어부로 전달하는 모드선택수단으로 구성된 유압식 건설기계의 제어장치에 있어서; 상기 유압펌프에 의해 토출되는 토출유량을 측정하는 계측용 유량센서; 산기 유량조절밸브를 관통하여 센터바이패스 라인으로 통과한 유량의 압력을 측정하는 제2압력검출수단; 및 상기 제어부와 데이터를 송수신하고, 계측용 유량센서 및 제2압력검출수단에서 측정한 신호값을 수신하는 진단기로 구성된 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진단기는; 계측용 유량센서 및 제2압력검출수단에서 측정한 신호값을 수신하는 센서 인터페이스부; 상기 제어부의 데이터를 송수신하는 통신 인터페이스부; 데이터를 저장하는 메모리부; 모든 신호값을 연산하고 처리하는 CPU; 상기 진단기의 기능을 선택하고 CPU의 연산 결과를 표시하는 터치스크린; 및 신호동작의 이상유무를 표시하는 LCD 화면부로 구성된 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 LCD화면부는; 엔진의 회전수 및 유압펌프의 사용마력을 지시해주는 모드선택수단 기능을 표시해주는 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모드선택수단에 의해 펌프사용마력에 대한 허용유량(Q1) 팩터를 구하고, 센터바이패스 통과유량 센서인 제2압력검출수단으로부터 펌프토출요구량(Qr) 팩터를 구하고, 엔진회전수와 펌프사판각으로부터 산술적 계산값인 펌프토출량(Qp) 팩터를 구하고, 계측용 유량센서로부터 계측유량(Qb) 팩터를 구하는 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 4가지의 유량팩터는 진단기에서 상호간에 비교되고, 그 비교 및 판단된 결과를 소정의 형태(그래프, 숫자, 문자)로 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 4가지의 유량팩터값 및 오차 정도를 동시에 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 펌프토출량(Qp)이 펌프토출요구량(Qr) 보다 작은 경우에는 사판각의 값이 비정상이거나 외부 사판각 조정수단의 조정치가 잘못 세팅된 것을 표시부에 표시하고, 실측치인 계측유량(Qb)값과 펌프토출량(Qp)값이 다를 경우에는 그 차이 및 소정의 증감분량을 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 전자유압식 건설기계의 진단장치.
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