KR100376214B1 - 작업기 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농용 트랙터에 장착된 로타리 및 쟁기등의 작업기를 차륜의 침하등에 의한 차체 롤링 현상에도 불구하고 작업기의 대지 좌우경사각을 운전자에 의해 설정된 경사각으로 항상 일정하게 유지하여 줄 수 있는 제어장치에 관한 것으로, 유압실린더(6)는 작업기를 상승 및 하강시키는 피스톤(7)을 가지고, 솔레노이드 밸브(1)는 유압실린더(6)의 작동을 제어하는 상승, 중립, 하강의 3개의 제어모드를 가지며 솔레노이드 밸브(1)의 포트(8)는 릴리이프 밸브(4)와 유량조절 오리피스(3)를 통해 유압실린더(6)의 하단에 연결되고 솔레노이드 밸브(1)의 포트(9)는 릴리이프 밸브(5)를 통해서 유압실린더(6)의 상단에 연결되며 유량조절 오리피스(3)에는 유로의 차단 및 개방에 의해 실린더의 응답속도를 제어하기 위한 2속 밸브(2)가 설치되고, 트랙터의 본체에는 포지션 레버 스위치(20)와 차체 롤링 센서(21)가 설치되며 유압실린더에는 실린더 변위 센서(22)가 설치되어 이들 센서들은 신호를 마이크로 컴퓨터(23)에 보내며 마이크로 컴퓨터(23)에는 자동/수동 스위치(10), 설정경사각 스위치(11)와 민감도 스위치(12)의 신호가 인가되고 마이크로 컴퓨터(23)는 2개의 D/A 출력포트(24)및(25)와 1개의 D/O 포트(26)를 가지며 D/A 출력포트(24)및(25)는 비교회로(27)에 신호를 보내며, 비교회로(27)에는 실린더 변위 센서(22)의 신호가 인가되고 비교회로(27)는 2개의 단자(28)및(29)를 가지며 단자(28)는 솔레노이드 밸브를 상승모드로 작동시키며 단자(29)는 솔레노이드 밸브를 하강 모드로 작동시키고 마이크로 컴퓨터(23)의 D/O 포트(26)는 솔레노이드밸브를 2속으로 구동시키게 구성된다.

Description

작업기 제어장치{Implement attitude control system}

본 발명은 농용 트랙터에 장착된 로타리 및 쟁기등의 작업기를 차륜의 침하등에 의한 차체 롤링 현상에도 불구하고 작업기의 대지 좌우경사각을 운전자에 의해 설정된 경사각으로 항상 일정하게 유지하여 줄 수 있는 제어장치에 관한 것이다.

국내농업에 있어서의 농작업은 일반적으로 트랙터, 이양기, 콤바인 등으로 대표되는 농업기계에 의해서 이루어지고 있으며, 또한 농촌노동력의 고령화, 농업생산성 향상등에 대한 요구로 인하여 농업기계에 대한 조작성의 향상 및 고정도의 제어가 요구되고 있는 실정이다.

일본의 수평제어장치를 포함한 종래의 기술은 주로 로타리 작업기를 대상으로 하고 있으며, 작업환경도 저속작업용이 주류를 이루고 있다.

현재 일본에서의 경운. 정지작업 등과 같은 농작업은 주로 농용 트랙터에 장착된 로타리 작업기에 의해 저속에서 행해지고 있으며, 트랙터에 장착되어 이들 농작업에 널리 이용되고 있는 수평제어장치는 이와 같은 작업환경에 적합하도록 유압회로(유압실린더에의 입력유량 고정) 및 콘트롤러가 구성되어 있다. 그러나 국내에서는 농용 트랙터에 로타리 작업기뿐만 아니라 쟁기 등를 포함한 다양한 작업기를 장착하여 농작업을 수행하고 있으며, 작업속도도 일본보다 훨씬 빠른 상황이다. 따라서 수평제어장치가 이와 같은 국내의 농작업 환경에 적합하기위해서는 작업속도 및 다양한 작업기에 충분히 대응할 수 있도록 유압회로 및 콘트롤러가 구성되어져야 한다. 한예로 수평제어장치가 고속작업에 대응하기 위해서는 유압실린더에의 입력유량이 커지도록 유압회로를 구성하여 실린더의 응답성을 키울 필요가 있으나, 이때 실린더의 빠른 응답성으로 인해 좌석에 않아 있는 운전자에게 필요이상의 충격을 주므로써 운전자의 승차감을 해칠 우려가 있다.

본 발명은 제어편차에 따라 유압실린더에의 입력유량을 비례제어 밸브가 아닌 단순 ON/OFF 솔레노이드 밸브로서 가변 입력하여 고속작업에서도 충분한 응답성을 갖으면서 운전자에 대한 어느 정도의 승차감이 확보될 수 있고, 또한 다양한 작업기 및 작업 환경(특히 써래 작업등)에도 적응이 가능하도록 하므로써 종래 기술이 갖고 있는 문제점등을 극복하여 국내 농작업 환경에 적합하도록 센서부, 유압회로 및 콘트롤러 등을 가능한 한 단순화 구성한 수평제어장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 작업기 제어장치는 유압실린더는 작업기를 상승 및 하강시키는 피스톤을 가지고, 솔레노이드 밸브는 유압실린더의 작동을 제어하는 상승, 중립, 하강의 3개의 제어모드를 가지며 솔레노이드 밸브의 하나의 포트는 릴리이프 밸브와 유량조절 오리피스를 통해 유압실린더의 하단에 연결되고 솔레노이드 밸브의 다른 포트는 릴리이프 밸브를 통해서 유압실린더의 상단에 연결되며 유량조절 오리피스에는 유로의 차단 및 개방에 의해 실린더의 응답속도를 제어하기 위한 2속 밸브가 설치되고, 트랙터의 본체에는 포지션 레버 스위치와 차체 롤링 센서가 설치되며 유압실린더에는 실린더 변위 센서가 설치되어 이들 센서들은 신호를 마이크로 컴퓨터에 보내며 마이크로 컴퓨터에는 자동/수동 스위치, 설정경사각 스위치와 민감도 스위치의 신호가 인가되고 마이크로 컴퓨터는 2개의 D/A 출력포트와 1개의 D/O 포트를 가지며 D/A 출력포트 비교회로에 신호를 보내며, 비교회로에는 실린더 변위 센서의 신호가 인가되고 비교회로는 2개의 단자를 가지며 하나의 단자는 솔레노이드 밸브를 상승모드로 작동시키며 다른 단자는 솔레노이드 밸브를 하강 모드로 작동시키고 마이크로 컴퓨터의 D/O 포트는 솔레노이드 밸브를 2속으로 구동시키게 구성된다.

도 1은 본 발명의 제어장치의 유압회로도.

도 2는 본 발명의 조작 패널을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 제어장치의 전자 블록도.

도 4는 본 발명의 메인 작동 순서도.

도 5는 본 발명의 자동제어 작동 순서도.

도 6은 본 발명의 유압실린더 및 센서 보호커버를 도시하는 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

1 : 솔레노이드 밸브 2 : 2속 밸브

3 : 오리피스 4, 5: 릴리이프 밸브

6 : 유압실린더 7 : 피스톤

10 : 자동/수동 스위치 11 : 설정경사각 스위치

12 : 민감도 스위치 20 : 포지션 레버 스위치

21 : 차체 롤링 센서 22 : 실린더 변위 센서

23 : 마이크로 컴퓨터 27 : 비교회로

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 제어장치를 다음과 같이 구성한다.

농용트랙터에 장착된 각종 작업기의 좌우경사각을 제어하는 수평제어장치에 있어서 차체의 롤링각과 실린더변위센서에 의한 작업기의 대지경사각과 설정경사각과의 차인 제어편차에 의해 고속 및 저속응답의 판단기구를 두어 각 판단결과에 따라 유압펌프의 토출 오일에 대해 2종류(저속 및 고속응답)의 유량이 자동적으로 유압실린더 내에 입력되도록 유압회로와 콘트롤러가 구성되어 있다.

또한 제어 정도의 향상을 꾀하기 위해 고속 및 저속의 2종류의 제어 속도에 따라 자동적으로 하드웨어적인 불감대폭이 형성될 수 있도록 콘트롤러가 구성되어 있다.

또한 제어가 행해지고 있지 않은 경우(방향 솔레노이드 밸브가 중립상태에 있는 경우)에 작업기에 의한 종래의 낙하방지뿐만 아니라, 쟁기등과 같은 작업기의 토양반력등으로 인한 유압실린더내의 배압에 의한 작업기의 상승현상도 방지될 수 있도록 유압회로가 구성되어 있다.

또한 써래 작업과 같은 농작업시 실린더변위센서에 대한 진흙등과 같은 이물질의 부착으로 인한 센서의 파손을 방지하기 위한 센서 보호기구를 가진다.

첨부 도면에 의거해서 발명의 작용 및 실시례를 설명한다.

도1에는 본 발명의 수평제어장치를 구성하고 있는 유압회로도가 도시되는데, 트랙터의 리프트 아암과 하부 링크사이에 설치된 유압실린더(6)가 도시된다. 유압실린더(6)는 작업기를 상승 및 하강시키는 피스톤(7)을 가진다.

솔레노이드 밸브(1)는 유압실린더(6)의 작동을 제어하는 상승, 중립, 하강의 3개의 제어모드를 가진다.

솔레노이드 밸브(1)의 포트(8)는 릴리이프 밸브(4)와 유량조절 오리피스(3)를 통해 유압실린더(6)의 하단에 연결되고 솔레노이드 밸브(1)의 포트(9)는 릴리이프 밸브(5)를 통해서 유압실린더(6)의 상단에 연결된다.

유량조절 오리피스(3)에는 유로의 차단 및 개방에 의해 실린더의 응답속도를 제어하기 위한 2속 밸브(2)가 설치된다.

도2에는 본 발명의 조작 판넬이 도시되는데, 자동/수동 스위치(10), 설정 경사각 스위치(11), 민감도 스위치(12)와 상승 스위치(13) 및 하강 스위치(14) 그리고 체크 기능 스위치(15)가 설치된다.

도3에는 본 발명의 콘트롤러의 전자 제어 작동 순서도가 도시되는데, 먼저 트랙터의 본체에는 포지션 레버 스위치(20)와 차체 롤링 센서(21)가 설치되고 유압실린더에는 실린더 변위 센서(22)가 설치되어 이들 센서들은 신호를 마이크로 컴퓨터(23)에 보낸다.

마이크로 컴퓨터(23)에는 도2에 도시된 자동/수동 스위치(10), 설정경사각 스위치(11)와 민감도 스위치(12)의 신호도 인가된다.

마이크로 컴퓨터(23)는 2개의 D/A 출력포트(24)및(25)와 1개의 D/O 포트(26)를 가진다. D/A 출력포트(24)및(25)는 비교회로(27)에 신호를 보내며, 비교회로(27)에는 실린더 변위 센서(22)의 신호가 인가된다.

비교회로(27)는 2개의 단자(28)및(29)를 가지며 단자(28)는 솔레노이드 밸브를 상승모드로 작동시키며 단자(29)는 솔레노이드 밸브를 하강 모드로 작동시킨다.

한편, 마이크로 컴퓨터(23)의 D/O 포트(26)는 솔레노이드 밸브를 2속으로 구동시킨다.

도4와 5는 메인 및 자동수평제어를 위한 작동 순서도가 도시된다.

도4를 참조하면, 시스템 초기화 상태에서 자동스위치가 온이고 포지션 레버 스위치가 온이면 작업기 수평 평형복귀가 이루어 진다.

자동 스위치가 온이고 포지션 레버 스위치가 오프이면 수평자동 제어모드가 된다. 수평자동 제어모드가 종료되지 않으면 시스템 초기화 상태로 돌아간다.

시스템 초기화 상태에서 자동스위치가 오프이고 자동에서 수동으로 변환되면 작업기 수평 평형복귀가 이루어지고 수동 제어모드가 된다.

자동스위치가 오프이고 자동에서 수동으로 변환되지 않으면 수동 제어모드가 된다.

도3에 도시된 마이크로컴퓨터는 우선 도2의 자동/수동스위치(10)의 위치가 자동상태인지를 판단하고, 다음으로 자동상태에서는 포지션레버스위치가 ON상태인지를, 수동상태에서는 자동에서 수동으로의 전환인지를 판단하게 된다.

자동상태에서 포지션레버스위치가 ON상태이면 차체롤링에 관계없이 작업기가 차체에 대해 수평을 유지하도록 제어가 행해지며, 그렇지않은 경우에는 자동수평제어가 행해지도록 되어있다.

또한 수동상태에서 자동에서 수동으로의 전환이 아닌 경우에는 도2의 상승 스위치(13), 하강 스위치(14)에 의해 상승 및 하강 솔레노이드 밸브 구동회로가 동작하여 수동제어가 행해지고, 그렇지않은 경우에는 작업기가 차체에 대해 수평을 유지하도록 제어가 행해진다.

자동제어에서는 도3에 도시된 바와 같이 마이크로컴퓨터는 설정경사각 스위치(11)와 민감도 스위치(12)로부터 검출회로를 통한 민감도, 롤링센서(21) 및 실린더 변위 센서(22)로 부터의 신호를 읽어드려, 롤링센서(21)와 실린더 변위 센서(22)에 의해 작업기의 현재 좌우경사각을 계산한 후에 설정경사각과의 편차를 구하고, 편차가 설정민감도 범위내에 있는지 저/고속의 판단을 위한 기준 값 범위내에 있는지를 판단하게 된다. 편차가 설정 민감도 내에 있는 경우에는 편차를 무시하고 제어는 행해지지 않게 된다.

편차가 설정민감도밖에 있고 저/고속의 판단 기준 값 범위내에 있는 경우에는 도3에서 보는 바와 같이 마이크로컴퓨터(23)는 D/A 출력포트(26)를 통해 저속시의 불감대폭 및 목표치를 비교회로에 출력하게 되며, 비교회로(27) 내에서는 마이크로 컴퓨터(23)로 부터의 D/A 포트(24)및(25)의 출력과 실린더 변위 센서(22)의 신호를 비교하여 유압실린더가 목표치에 도달하도록 상승 및 하강용 솔레노이드 밸브 구동회로에 제어신호를 출력하게 되고, 그렇지않은 경우에는 마이크로컴퓨터는 D/A 출력포트(26)를 통해 고속시의 불감대폭 및 목표치를 비교회로에 출력함과 동시에 D/O포트(26)를 통해 2속(고속) 밸브 구동용 디지털 제어신호를 출력하여 이 신호와 자동/수동 스위치(10)의 비교회로쪽 단자신호(a1, a2)의 논리 출력인 a와의 논리출력이 2속 솔레노이드 밸브 구동회로에 출력되어 방향 솔레노이드 밸브(1)가 작동되는 동안에만 2속 솔레노이드 밸브도 작동되도록 되어있다.

도5를 참조하면, 상기에 언급한 바와 같이 자동제어 작동 순서도가 이루어짐을 알 수 있다.

설정 경사각(ssa) 및 민감도(db)를 읽고 롤링각(ra) 및 실린더 변위(lcd)를 읽어 작업기의 경사각(sa)을 계산한다.

작업기의 경사각(sa)과 설정 경사각(ssa)의 편차(er)를 계산하고 편차의 절대값(lerl)이 민감도(db)이하이면 비제어 상태가 된다.

편차의 절대값(lerl)이 저/고속 판단 기준값(ser)이하이면 조작량(mv)을 계산하고 제어신호(cs)를 출력하여 저속하강이나 저속상승 상태가 된다.

편차의 절대값(lerl)이 저/고속 판단 기준값(ser)을 넘으면 조작량(mv)을 계산하고 제어신호(cs)를 출력하여 고속하강이나 고속상승 상태가 된다.

본 발명의 유압실린더의 작동을 도1을 참조하여 설명한다.

콘트롤러로 부터의 제어신호가 저속 상승인 경우에는 방향 솔레노이드 밸브(1)의 상승쪽만이 작동하여 유압펌프(16)로 부터의 압유는 밸브(4)와 오리피스(3)을 거쳐 저유량이 유압실린더(6)내에 유입되어 저속으로 작업기가 상승하게 된다.

하강의 경우에는 밸브(5)를 통해 실린더(6)내에 유입되나 실린더의 응답 속도는 오리피스(3)에 의해서 제한되게 된다.

고속 상승인 경우에는 상승쪽 방향 솔레노이드 밸브(1)을 통해서 유입된 펌프로 부터의 압유는 2속 밸브(2)의 작동으로 오리피스(3)가 아닌 밸브(2)의 유로를 통해 전량이 실린더(6)에 유입되게 되어 작업기는 고속으로 동작하게되며, 하강의 경우에도 2속 밸브(2)의 작동으로 오리피스에 의한 유량의 제한 없이 고속으로 하강된다.

또한 방향 솔레노이드 밸브가 중립 상태(도1에 도시된 상태)에서의 각종 작업기에 의한 작업 중 작업기의 자중 또는 토양 반력등에 의해서 발생될 수 있는 실린더 내압에 의한 작업기의 낙하 및 상승현상을 방지할 목적으로 밸브 (4)및(5)가 설치된다.

도6에는 유압실린더에 장착된 실린더 변위 센서와 센서 보호커버가 단면도로서 도시된다.

유압실린더 변위 센서(22)는 포텐쇼메타(30)와 링크(31)로 구성되어 있다. 이러한 유압실린더 변위 센서는 특히 써래질과 같은 농작업시에는 진흙등과 같은 이물질이 센서에 부착되어 센서의 파손 및 이로 인한 오 제어의 원인이 될 수 있다.

이와 같은 현상등에 의한 센서의 파손을 방지할 목적으로 유압실린더(6)에 상부 커버 블라켓트(32)와 하부 커버 블라켓트(33)를 설치하고 이들 사이에 센서보호커버(34)를 고정하여 센서보호 장치가 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작업기 제어장치에서는 트랙터에 의한 경운,정지등과 같은 농작업에 있어서 종래 기술은 고속작업에 대한 충분한 응답성이 확보되지 않은 상태이나, 본 발명은 고속 응답성에 의해 야기될 수 있는 운전자에 대한 충격을 완화시키므로써 어느 정도의 승차감을 확보하면서도 고속작업에 대한 충분한 응답성 및 제어정도의 확보가 가능해 진다.

또한 종래의 기술은 로타리 작업만을 대상으로 개발되어 있는 관계로 실제 포장에서의 다양한 종류의 작업기에 의한 농작업시 야기될 수 있는 문제점(예로 방향 솔레노이드 밸브 중립시의 작업기 상승 현상등)을 본 발명에서는 극복하므로써 다양한 작업 에 대한 적응이 가능해 진다.

본 발명의 센서 보호커버는 써래질과 같은 악조건하에서의 농작업시 실린더변위센서에 대한 이물질의 부착으로 인해 야기될 수 있는 센서 파손에 대한 대책이 강구되므로써 실린더변위 센서의 파손에 의한 오 제어의 가능성이 경감된다.

Claims (3)

1. 유압실린더(6)는 작업기를 상승 및 하강시키는 피스톤(7)을 가지고, 솔레노이드 밸브(1)는 유압실린더(6)의 작동을 제어하는 상승, 중립, 하강의 3개의 제어모드를 가지며 솔레노이드 밸브(1)의 포트(8)는 릴리이프 밸브(4)와 유량조절 오리피스(3)를 통해 유압실린더(6)의 하단에 연결되고 솔레노이드 밸브(1)의 포트(9)는 릴리이프 밸브(5)를 통해서 유압실린더(6)의 상단에 연결되며 유량조절 오리피스(3)에는 유로의 차단 및 개방에 의해 실린더의 응답속도를 제어하기 위한 2속 밸브(2)가 설치되고, 트랙터의 본체에는 포지션 레버 스위치(20)와 차체 롤링 센서(21)가 설치되며 유압실린더에는 실린더 변위 센서(22)가 설치되어 이들 센서들은 신호를 마이크로 컴퓨터(23)에 보내며 마이크로 컴퓨터(23)에는 자동/수동 스위치(10), 설정경사각 스위치(11)와 민감도 스위치(12)의 신호가 인가되고 마이크로 컴퓨터(23)는 2개의 D/A 출력포트(24)및(25)와 1개의 D/O 포트(26)를 가지며 D/A 출력포트(24)및(25)는 비교회로(27)에 신호를 보내며, 비교회로(27)에는 실린더 변위 센서(22)의 신호가 인가되고 비교회로(27)는 2개의 단자(28)및(29)를 가지며 단자(28)는 솔레노이드 밸브를 상승모드로 작동시키며 단자(29)는 솔레노이드 밸브를 하강 모드로 작동시키고 마이크로 컴퓨터(23)의 D/O 포트(26)는 솔레노이드 밸브를 2속으로 구동시키게 구성된 작업기 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터(23)는 우선 자동/수동스위치(10)의 위치가 자동상태인지를 판단하고, 다음으로 자동상태에서는 포지션레버스위치가 ON상태인지를, 수동상태에서는 자동에서 수동으로의 전환인지를 판단하며,

   자동상태에서 포지션레버스위치가 ON상태이면 차체롤링에 관계없이 작업기가 차체에 대해 수평을 유지하도록 제어가 행해지며, 그렇지않은 경우에는 자동수평제어가 행해지도록 하고,

   수동상태에서 자동에서 수동으로의 전환이 아닌 경우에는 상승 스위치(13), 하강 스위치(14)에 의해 상승 및 하강 솔레노이드 밸브 구동회로가 동작하여 수동제어가 행해지고, 그렇지않은 경우에는 작업기가 차체에 대해 수평을 유지하도록 제어를 행하며,

   자동제어에서는 마이크로컴퓨터는 설정경사각 스위치(11)와 민감도 스위치(12)로부터 검출회로를 통한 민감도, 롤링센서(21) 및 실린더 변위 센서(22)로 부터의 신호를 읽어드려, 롤링센서(21)와 실린더 변위 센서(22)에 의해 작업기의 현재 좌우경사각을 계산한 후에 설정경사각과의 편차를 구하고, 편차가 설정민감도 범위내에 있는지 저/고속의 판단을 위한 기준 값 범위내에 있는지를 판단하고 편차가 설정 민감도 내에 있는 경우에는 편차를 무시하고 제어는 행해지지 않게 하고,

   편차가 설정민감도밖에 있고 저/고속의 판단 기준 값 범위내에 있는 경우에는 마이크로컴퓨터(23)는 D/A 출력포트(26)를 통해 저속시의 불감대폭 및 목표치를 비교회로에 출력하게 되며, 비교회로(27) 내에서는 마이크로 컴퓨터(23)로 부터의 D/A 포트(24)및(25)의 출력과 실린더 변위 센서(22)의 신호를 비교하여 유압실린더가 목표치에 도달하도록 상승 및 하강용 솔레노이드 밸브 구동회로에 제어신호를 출력하게 되고, 그렇지않은 경우에는 마이크로컴퓨터는 D/A 출력포트(26)를 통해 고속시의 불감대폭 및 목표치를 비교회로에 출력함과 동시에 D/O포트(26)를 통해 2속(고속) 밸브 구동용 디지털 제어신호를 출력하여 이 신호와 자동/수동스위치(10)의 비교회로쪽 단자신호(a1, a2)의 논리 출력인 a와의 논리출력이 2속 솔레노이드 밸브 구동회로에 출력되어 방향 솔레노이드 밸브(1)가 작동되는 동안에만 2속 솔레노이드 밸브도 작동하는 작업기 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유압실린더(6)에 상부 커버 블라켓트(32)와 하부 커버 블라켓트(33)를 설치하고 이들 사이에 센서 보호커버(34)가 고정되는 작업기 제어장치.