KR100441352B1 - 농용 작업기 제어장치 - Google Patents

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KR100441352B1 KR10-2002-0026144A KR20020026144A KR100441352B1 KR 100441352 B1 KR100441352 B1 KR 100441352B1 KR 20020026144 A KR20020026144 A KR 20020026144A KR 100441352 B1 KR100441352 B1 KR 100441352B1
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Abstract

본 발명은 농용트랙터의 3점링크에 취부되어 경운.정지작업에 널리 이용되고 있는 로타리 및 플라우작업기에 의한 농작업시, 차체의 헌칭 및 차륜의 침하 현상에 의한 작업깊이의 변화 또는 토양경도등의 변화에도 불구하고 작업기의 위치, 견인력, 작업깊이 및 작업부하등을 운전자에 의해 설정된 설정치에 항상 일정하게 유지되도록 작업기를 제어하는 전자·유압 작업기 제어장치에 관한 것이다.
본 발명의 작업기 제어장치는 유압펌프의 압유토출부가 유량조절을 위한 프라이어티밸브(5)을 통해 상승용 방향밸브(1)와 연결되어 있으며, 상승용 방향밸브(1)는 상승라인(11)을 거쳐 오리피스(4) 또는 2속방향밸브(3)를 통해 단동식 유압실린더의 A포트와 연결되어 있고, 유압실린더의 A포트는 하강라인(12)을 통해 하강용 방향밸브(2)와도 연결되어 있으며, 하강용 방향밸브는 T라인(14)을 통해 유압탱크와 연결되어 있고 또한 상승용 방향밸브(1)의 바로 위에는 작업기의 자중에 의한 오일의 누유방지를 위한 체크밸브(6)가 삽입되어 있다.
상기 상승용 방향밸브(1)가 중립시, 프라이어티밸브를 통과한 유압펌프로 부터의 토출 압유는 중립라인(13)과 T라인(14)을 통해 유압탱크로 리턴되어, 작업기는 작동하지 않으며,
상기 상승용 방향밸브(1)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 2속방향밸브(3)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 고속으로 상승하게되며,
상기 상승용 방향밸브(1)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 오리피스(4)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 저속으로 상승하게 되고,
상기 하강용 방향밸브(2)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 2속방향밸브(3)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 고속으로 하강하며,
상기 하강용 방향밸브(2)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 오리피스(4)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 저속으로 하강하게 구성된다.

Description

농용 작업기 제어장치{Implement attitude control system}
본 발명은 농용트랙터의 3점링크에 취부되어 경운.정지작업에 널리 이용되고 있는 로타리 및 플라우작업기에 의한 농작업시, 차체의 헌칭 및 차륜의 침하 현상에 의한 작업깊이의 변화 또는 토양경도등의 변화에도 불구하고 작업기의 위치, 견인력, 작업깊이 및 작업부하등을 운전자에 의해 설정된 설정치에 항상 일정하게 유지되도록 작업기를 제어하는 전자·유압 작업기 제어장치에 관한 것이다.
국내에서는 1995년 농업 기계화 연구소의 이등이 작업기의 수평 및 경심 제어가 가능한 작업기 제어 시스템에 관한 연구 결과를 발표하였다. 이들은 이 연구에서 작업기의 경심 변화를 작업기상에 장착한 경사각 센서에 의한 검출과 비례제어밸브에 의한 제어방식을 채용하고 있다.
국외에서는 ;
1)위치, 견인력제어에 관한 연구는경운정지 작업을 위해 주로 플라우(plow)를 사용하고 있는 구미에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 1980년 John Hobbs등이 농용 트랙터용 전자-유압 히치 제어에 관한 연구 결과를, 1981년 Robert Dobrinska등이 CASE 4WD 트랙터용 전자-유압 제어 시스템의 개발 및 응용에 관한 연구 결과를, 1984년 R. E. Squire가 전자 견인력 제어 시스템에 관한 연구 결과를, 1989년 Thomas E. Boe등이 트랙터 3점 히치 제어 시스템에 관한 연구 결과를 보고하였다.
2)경심, 작업 부하제어에 관한 연구는주로 로타리(rotary)를 경운정지 작업에 사용하고 있는 일본에서 많이 이루어졌으며, 1979년 Kawamura등이 로타리 경운 트랙터의 자동 제어(경운 반력 검출에 의한 주행 속도 및 경심 제어)에 관한 연구 결과를, 1985년 Satoh등이 초음파 센서에 의한 플라우(plow)의 경심 제어에 관한 연구 결과를, 1992년 Yi등이 트랙터 작업기의 마이크로컴퓨터 제어(로타리 경운의 경심, 부하 및 자세 제어)에 관한 연구 결과를 보고하였다.
또한 관련 특허로써는 이세키농기(주)에서 1995년 높이센서(리프트암센서), 경심센서(균평판의 각도 변화 검출)에 의한 높이제어 및 경심제어가 제어모드 절환스위치와 단일조작레버에 의해서 행해지도록 제어시스템을 구성한 트랙터의 승강제어장치(특공평7-28567)에, 위치제어모드 및 작업기 후진 상승제어모드를 갖춘 트랙터에 있어서 작업기 후진상승제어모드중 작업기의 상승위치를 임의로 설정할 수 있도록 상승위치설정기를 설치, 위치제어가 우선이고 후진시에만 릴레이에 의해 작업기 상승위치설정기가 연결되도록 회로를 구성한 트랙터의 유압승강제어장치(특공평7-40808)에, 리프트암센서 및 위치설정기에 의한 위치제어가 전기신호의 크기에 비례하여 유량이 제어되는 상/하강용 비례솔레노이드밸브와 마이크로컴퓨터에 의해 행해지는 제어시스템 및 위치제어와 경심제어의 선택이 절환스위치에 의해 행해지는 트랙터의 작업기승강제어장치(특공평7-59161)에, 리프트실린더내의 압력이 경부하상태일 때 리프트실린더내의 오일을 급속히 배출시키기 위한 별도의 하강밸브를 설치한 트랙터의 유압승강제어장치(특공평7-59161)에, 미쓰비시농기(주)는 1995년 트랙터와 지면사이의 거리를 검출하는 초음파센서의 검출치가 감소한 경우, 소정시간마다 유압액츄에이터에 유압을 공급하는 유압공급수단에 우선하여 유압을 공급하여 작업기를 상승시키는 상승제어수단을 갖춘 트랙터의 작업기제어장치(특공평7-39373)에 관한 특허를 신청하였다.
상기 작업기 제어 시스템들은 비례제어밸브에 의한 유량제어방법을 택하고 있음으로써 국내 농업용 트랙터에 적용하기에는 가격이 비싸다는 단점을 갖고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비례제어밸브보다 가격이 저렴한 솔레노이드밸브등에 의한 유압회로의 구성, 운전자의 설정 및 조작에 따른 원활한 작업기의 제어가 가능한 콘트롤러의 개발을 통해 국내 농업용 트랙터에도 적용이 가능한 가격이 저렴한 작업기 제어 장치를 개발하는 것이다.
본 발명의 작업기 제어장치는 유압회로에서는 유압펌프의 압유토출부가 유량조절을 위한 프라이어티밸브를 통해 상승용 방향밸브와 연결되어 있으며, 상승용 방향밸브는 상승라인을 거쳐 오리피스 또는 2속방향밸브를 통해 단동식 유압실린더의 A포트와 연결되어 있고, 유압실린더의 A포트는 하강라인을 통해 하강용 방향밸브와도 연결되어 있으며, 하강용 방향밸브는 T라인을 통해 유압탱크와 연결되어 있고 또한 상승용 방향밸브의 바로 위에는 작업기의 자중에 의한 오일의 누유방지를 위한 체크밸브가 삽입되어 있으며,
상기 상승용 방향밸브가 중립시, 프라이어티밸브를 통과한 유압펌프로 부터의 토출 압유는 중립라인과 T라인을 통해 유압탱크로 리턴되어, 작업기는 작동하지 않으며,
상기 상승용 방향밸브가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인과 2속방향밸브를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 고속으로 상승하게되며,
상기 상승용 방향밸브와 2속방향밸브가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인과 오리피스를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 저속으로 상승하게 되고,
상기 하강용 방향밸브가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 2속방향밸브와 하강라인, T라인를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 고속으로 하강하며,
상기 하강용 방향밸브와 2속방향밸브가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 오리피스와 하강라인, T라인을 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 저속으로 하강하게 구성된다.
도1은 본 발명의 작업기 제어장치의 전체 구성을 도시하는 도면
도2는 본 발명의 제어장치를 구성하는 유압회로(밸브블록 Ass'y)도
도3은 본 발명의 콘트롤러의 구성을 도시하는 회로도
도4는 본 발명의 제어시스템의 알고리즘을 도시하는 도면
<도면의 부호에 대한 설명>
1: 상승용 방향밸브 2: 하강용 방향밸브 3: 2속방향밸브
4: 오리피스 5: 프라이어티밸브 6: 체크밸브
11: 상승라인 12: 하강라인 13: 중립라인
14: T라인 P: 유압펌프 T: 탱크
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 작업기 제어장치는 도1에서 도시된 바와 같이; 1)운전자에 의해 각종 작업조건등의 설정 및 조작을 위한 조작판넬(100), 2)작업중의 작업기의 위치, 견인력, 작업깊이 및 작업부하등의 검출을 위한 각종 센서들로 구성되는 검출부(120), 3)센서로 부터의 신호처리, 각종 연산처리 및 제어신호의 출력등을 실시간으로 행하는 마이크로컴퓨터등으로 구성되어 있는 콘트롤러(110), 4)콘트롤러로 부터의 제어신호에 의해 3점링크에 취부되어 있는 작업기의 제어를 위해 각종 솔레노이드밸브 및 밸브 블록등으로 구성되어 있는 유압회로(밸브블록Ass'y)(140)및 단동식 유압 실린더(150)로 크게 구성되어 있다.
로타리 또는 플라우 작업기에 의한 경운.정지 작업 시, 운전자가 조작판넬상의 설정다이얼에 의해 작업기의 종류 및 작업조건등에 따라 작업기의 위치, 견인력, 작업깊이 및 작업부하등을 설정하면 마이크로컴퓨터등으로 구성되어 있는 콘트롤러(110)는 각종 센서로 부터의 정보에 의해 작업기의 현재 상태를 분석하고 운전자에 의해 설정된 설정치와의 편차를 구한 후, 편차가 없어지도록 제어 신호를출력하여 유압회로상의 솔레노이드밸브를 ON/OFF 제어하게 된다. 솔레노이드밸브의 ON/OFF 작동에 의해 유압펌프(130)로 부터의 토출유가 유압실린더내에로 유입되거나, 또는 실린더내의 작동유를 유압탱크로 배출하여 작업기가 취부되어 있는 3점링크(160)와 연결되어 있는 유압실린더내의 피스톤의 위치를 간접적으로 제어하므로써 작업기의 제어가 행해지도록 되어있다. 유압 실린더 내에 유입되는 작동유의 유량은 사용환경, 설정치와의 편차등에 의해 유압회로상의 프라이어티밸브, 또는 오리피스와 2속방향밸브로 구성되는 유량조절부에 의해 조절되도록 되어 있다.
도2에는 제어장치를 구성하고 있는 유압회로의 구성이 도시되고 있다.
유압펌프의 압유토출부는 유량조절을 위한 프라이어티밸브(5)를 통해 상승용 방향밸브(1)와 연결되어 있으며, 상승용 방향밸브(1)는 상승라인(11)을 거쳐 오리피스(4) 또는 2속방향밸브(3)를 통해 단동식 유압실린더의 A포트와 연결되어 있다. 유압실린더의 A포트는 하강라인(12)을 통해 하강용 방향밸브(2)와도 연결되어 있으며, 하강용 방향밸브는 T라인(14)을 통해 유압탱크와 연결되어 있다. 또한 상승용 방향밸브(1)의 바로 위에는 작업기의 자중에 의한 오일의 누유방지를 위한 체크밸브(6)가 삽입되어 있다.
상승용 방향밸브(1)가 중립시, 프라이어티밸브를 통과한 유압펌프로 부터의 토출 압유는 중립라인(13)과 T라인(14)을 통해 유압탱크로 리턴되어, 작업기는 작동하지 않는다.
상승용 방향밸브(1)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 2속방향밸브(3)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는고속으로 상승하게되며, 상승용 방향밸브(1)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 오리피스(4)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 저속으로 상승하게 된다.
하강용 방향밸브(2)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 2속방향밸브(3)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 고속으로 하강하며, 하강용 방향밸브(2)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 오리피스(4)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 저속으로 하강하게 된다.
본 발명의 유압회로는 사용환경 즉 작업기의 상/하강을 1종류의 속도로 수행하고자 할 경우에는 오리피스(4)와 2속방향밸브(3)를 빼고 유압회로를 구성할 수 있으며, 또는 2종류(고속/저속)의 속도로 수행하고자 할 경우에는 오리피스(4)와 2속방향밸브(3)를 넣고 프라이어티밸브(5)를 뺀 후 유압회로를 구성할 수있음로써 유압회로의 구성에 유연성을 갖고있다. 이와 같이 사용환경에 따라 유압회로의 구성에 유연성을 갖음으로써 원가면에서도 많은 장점을 가질 수 있다.
도3에는 본 발명의 제어장치를 구성하고 있는 콘트롤러의 구성이 도시되어 있다. 조작판넬(100)에 의해 설정 또는 조작된 작업조건등은 직접 또는 검출회로(43)을 통해, 각종센서들로 구성된 검출부는 직접 마이크로컴퓨터(44)의 입력포트에 입력되어 진다. 마이크로컴퓨터(44)는 조작판넬(100) 및 검출부로 부터의 입력신호를 처리하고 각종연산처리를 수행한 후에 출력포트를 통해비교회로(45)에 제어신호(da0, da1)를 출력하게 된다.
논리회로등으로 구성되어 있는 비교회로(45)는 마이크로컴퓨터(44)로 부터의 아날로그신호(da0, da1)와 리프트암 센서로부터의 신호와 비교한 후에 상승(46) 및 하강(47)용 방향밸브 구동회로에 제어신호를 출력하여 상/하강용 방향밸브를 구동하게 되며, 마이크로컴퓨터(44)로 부터의 제어신호 da0, da1값 사이의 편차는 2속방향밸브의 구동여부 즉 저속 작동이냐 고속작동이냐에 따라 가변적으로 조정되어짐으로써 제어정도의 향상을 꾀할 수가 있다.
2속방향밸브의 작동(고속/저속 작동)은 비교회로(45)로 부터의 제어신호(a0, a1)에 의한 논리소자(21)의 출력신호(a)와 마이크로컴퓨터(44)로 부터의 디지털 제어신호(D0)가 논리소자(22)에 입력되어 논리소자(22)의 출력신호에 의해 2속방향밸브 구동회로를 제어함으로써 수행되어진다.
비교회로(45)와 상/하강용 방향밸브 구동회로 사이의 외부제어 ON/OFF스위치(31, 32)의 N.O단자는 외부제어스위치(41)의 상/하강스위치(9,10)의 COM단자에 연결되어 있어서, 외부제어 ON/OFF스위치가 ON시에는 외부제어스위치(41)의 상/하강스위치(9,10)의 ON/OFF에 의해 상/하강용 방향밸브 구동회로가 제어된다. 외부제어 ON/OFF스위치가 OFF시에는 외부제어스위치(41)의 상/하강스위치(9,10)가 아닌 비교회로로 부터의 제어신호에 의해 상/하강용 방향밸브 구동회로가 제어된다.
도4에는 본 발명의 제어시스템의 제어알고리즘이 도시되고 있다.
콘트롤러를 구성하고 있는 마이크로컴퓨터는 엔진 시동과 동시에 시스템의초기화를 수행한 후, 시스템체크모드에 들어가 위치레버에 의한 설정 값과 리프트암의 위치가 일치하는지를 체크하여 위치레버의 조작에 의해 위치가 일치할 때까지 시스템체크모드를 수행하게 된다.
시스템체크가 완료되면 외부제어스위치의 상태를 체크하여 외부제어스위치가 ON상태이면 외부제어모드(수동조작모드)를 수행하고, OFF상태의 경우는 ON에서 OFF상태이면 시스템체크모드를 수행하고, 그렇지않으면 원터치상승스위치의 ON/OFF 상태를 체크하게 된다.
원터치상승스위치가 ON상태이면 리프트암 상한제어모드를 수행하고, 그렇지않으면 부가제어(후진, 스티어링제어)스위치의 ON/OFF 상태를 체크하게 된다. 부가제어스위치가 ON상태의 경우에 후진센서가 ON이면 리프트암 상한제어모드를, OFF상태이면서 스티어링센서가 ON상태이면 리프트암 상한제어모드를 수행하고, 스티어링센서가 OFF상태이면 작업기종류 선택스위치의 상태를 체크하고, 부가제어스위치가 OFF상태이면 바로 작업기종류 선택스위치의 상태를 체크하게 된다.
작업기의 종류가 쟁기이면 위치 및 견인력제어모드를 수행하고, 로타리이면서 자동스위치가 ON상태이면 경심 및 부하제어모드를, OFF상태이면 위치제어모드를 수행하게 된다. 이러한 절차가 일정한 시간간격으로 반복적으로 수행되면서 제어동작이 행해지게 된다. 또한, 위에서 보는바와 같이 본 제어시스템은 작업기의 종류와 관계가 없는 기본적인 기능들을 우선 수행하게 하였으며, 스위치에 의해 작업기의 종류를 선택하고 작업기의 종류에 적합한 제어모드를 소프트웨어적으로 처리함으로써 로타리와 쟁기작업기를 함께 사용하는 한국의 농업환경에 맞도록 소프트웨어가 개발되었다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 농용 작업기 제어장치는 솔레노이드밸브등에 의한 유압회로의 구성, 운전자의 설정 및 조작에 따른 원활한 작업기의 제어가 가능한 콘트롤러의 개발을 통해 국내 농업용 트랙터에도 적용이 가능한 가격이 저렴한 작업기 제어 장치를 제공한다.

Claims (5)

  1. 유압회로(밸브블록Ass'y)(140)는 유압펌프의 압유토출부는 유량조절을 위한 프라이어티밸브(5)을 통해 상승용 방향밸브(1)와 연결되어 있으며, 상승용 방향밸브(1)는 상승라인(11)을 거쳐 오리피스(4) 또는 2속방향밸브(3)를 통해 단동식 유압실린더의 A포트와 연결되어 있고, 유압실린더의 A포트는 하강라인(12)을 통해 하강용 방향밸브(2)와도 연결되어 있으며, 하강용 방향밸브는 T라인(14)을 통해 유압탱크와 연결되어 있고 또한 상승용 방향밸브(1)의 바로 위에는 작업기의 자중에 의한 오일의 누유방지를 위한 체크밸브(6)가 삽입되어 있으며,
    상기 상승용 방향밸브(1)가 중립시, 프라이어티밸브를 통과한 유압펌프로 부터의 토출 압유는 중립라인(13)과 T라인(14)을 통해 유압탱크로 리턴되어, 작업기는 작동하지 않으며,
    상기 상승용 방향밸브(1)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 2속방향밸브(3)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 고속으로 상승하게되며,
    상기 상승용 방향밸브(1)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 유압펌프로 부터의 토출 압유가 상승라인(11)과 오리피스(4)를 통해 유압실린더의 A포트에 전달되어 작업기는 저속으로 상승하게 되고,
    상기 하강용 방향밸브(2)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 2속방향밸브(3)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 고속으로 하강하며,
    상기 하강용 방향밸브(2)와 2속방향밸브(3)가 작동시에는 작업기의 자중에 의해 실린더의 A포트로부터 배출된 압유는 오리피스(4)와 하강라인(12), T라인(14)를 통해 탱크로 빠짐으로써 작업기는 저속으로 하강하게 구성된 농용 작업기 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 사용환경 즉 작업기의 상/하강을 1종류의 속도로 수행하고자 할 경우에는 오리피스(4)와 2속방향밸브(3)를 빼고 유압회로가 구성되는 농용 작업기 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 2종류(고속/저속)의 속도로 수행하고자 할 경우에는 오리피스(4)와 2속방향밸브(3)를 넣고 프라이어티밸브(5)를 빼고 유압회로가 구성되는 농용 작업기 제어장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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