KR101421727B1 - 건설 기계의 버켓 급락 방지장치 - Google Patents

건설 기계의 버켓 급락 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버켓 덤프시 상기 버켓이 자중에 의해 급락되는 것을 방지하기 위한 건설 기계의 버켓 급락 방지장치에 관한 것으로서, 상기 건설 기계의 버켓 급락 방지장치는 상기 버켓을 크라우드시키거나 덤프시키기 위해 압유가 공급되는 크라우드측과 덤프측을 구비한 버켓 실린더; 및 상기 버켓 실린더의 크라우드측과 버켓 실린더 제어밸브를 연결하는 유로 상에 설치되고, 상기 유로의 단면적과 동일한 단면적으로 작동유가 통과되는 제 1 위치와 상기 유로의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 귀환 유로를 통해 상기 버켓 실린더의 크라우드측으로부터 상기 버켓 실린더 제어밸브로 작동유가 귀환되는 제 2 위치 사이에서 상기 버켓 실린더의 크라우드측과 덤프측의 차압에 따라 절환되는 급락 방지 밸브를 포함하며, 상기 급락 방지 밸브는 상기 버켓 실린더의 크라우드측의 압력이 상기 버켓 실린더의 덤프측의 압력보다 기준차압 이상으로 크면 상기 제 2 위치로 절환되고, 상기 크라우드측의 압력이 상기 덤프측의 압력과 상기 기준차압의 합보다 작으면 상기 제 1 위치로 절환되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 버켓 급락 방지장치에 의하면, 버켓의 급락을 방지하여 운반 차량과 버켓의 충돌을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 건설 기계에 가해지는 충격 또한 방지할 수 있게 된다.
버켓, 자중, 덤프, 급락, 급락 방지 밸브

Description

건설 기계의 버켓 급락 방지장치{BUCKET SUDDEN DROP PREVENTION APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 휠로더나 굴삭기와 같이 버켓을 구비한 건설 기계에 관한 것으로서, 특히 버켓 덤프시 버켓이 자중에 의해 급락하는 것을 방지할 수 있는 건설 기계의 버켓 급락 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 휠로더나 굴삭기와 같은 건설 기계는 토사를 굴착, 운반 및 상차하기 위한 버켓을 구비한다. 이와 같이 버켓을 구비한 건설 기계 중 휠로더는 토사의 상차 작업이나 운반작업을 주목적으로 수행하기 위한 것으로서, 버켓의 용량이 커서 버켓의 자중에 의해 버켓의 덤프 속도가 많은 영향을 받는다. 도 1에는 일반적인 휠로더의 측면도가 개시된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 휠로더는 버켓(1)과, 상기 버켓(1)을 덤프(dump) 또는 크라우드(crowd)시키기 위한 버켓 실린더(2)와, 상기 버켓 실린더(2)와 상기 버켓(1)을 연결하기 위한 링크 유닛(3)과, 상기 버켓(1)을 승하강시키기 위한 한 쌍의 붐(4)과, 상기 붐(4)을 승강 구동시키는 붐 실린더(5)를 포함한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 휠로더는 붐 실린더(5)에 압유를 공급함으 로써 붐(4)이 승하강하고, 버켓 실린더(2)에 압유를 공급함으로써 버켓(1)이 덤프 또는 크라우드된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 휠로더의 동작을 살펴보면, 우선, 버켓(1)에 담겨진 토사 등을 운반 차량의 적재함에 상차하기 위해 크라우드된 상태로 버켓(1)을 운반 위치(캐리 자세)로 상승시킨다. 그런 후에 휠로더를 주행시켜 버켓(1)을 운반 차량에 근접시킨 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 붐(4)을 더욱 상승시켜 버켓(1)을 운반 차량의 적재함 상부에서 덤프시킨다.
이때, 상기 버켓(1)의 무게 중심(CG)이 버켓(1)의 힌지축(1a)과 중력 방향으로 일직선상에 위치하는 경우, 상기 버켓(1)의 자중은 상기 힌지축(1a)을 통해 붐(4)에 전달되어 상기 버켓(1)은 자중에 영향을 받지 않고 일정한 속도로 덤프된다. 그러나 덤프 작업이 계속 진행됨에 따라 상기 버켓(1)은 도 1에 실선으로 표시된 상태가 되어 상기 버켓(1)의 무게 중심(CG)은 상기 힌지축(1a)을 지나는 중력 방향 일직선을 벗어나게 된다. 버켓(1)의 무게 중심(CG)이 힌지축(1a)을 벗어나는 시점부터, 도 2a의 A부분과 같이, 상기 버켓(1)은 자중에 의해 덤프 속도가 급작스럽게 증가하게 된다. 이때, 도 2b에 B부분으로 표시된 바와 같이, 급락하는 버켓(1)은 링크 유닛(3)을 통해 버켓 실린더(110)를 수축하도록 가압하여 버켓 실린더(2)의 크라우드측의 압력은 상승하게 되고, 덤프측 압력은 하강하게 된다.
이와 같이 버켓(1)의 덤프 속도가 갑작스럽게 증가하면, 작업자는 육안으로 이를 확인한 후 레버를 조작하여 버켓(1)의 덤프 속도를 줄이게 되나, 작업자가 대응할 시간이 부족한 경우 버켓(1)은 운반 차량의 적재함에 충돌하게 된다. 또한, 버켓(1)이 운반 차량의 적재함에 충돌하지 않더라도 버켓(1)이 스토퍼에 큰 충격을 가하게 된다. 이러한 현상은 버켓(1)의 하중이 클수록 더욱 두드러지게 나타난다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 버켓이 자중에 의해 급락하는 것을 방지할 수 있는 건설 기계의 버켓 급락 방지장치를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설 기계의 버켓 급락 방지장치는 버켓 덤프시 상기 버켓이 자중에 의해 급락되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 버켓을 크라우드시키거나 덤프시키기 위해 압유가 공급되는 크라우드측과 덤프측을 구비한 버켓 실린더; 및 상기 버켓 실린더의 크라우드측과 버켓 실린더 제어밸브를 연결하는 유로 상에 설치되고, 상기 유로의 단면적과 동일한 단면적으로 작동유가 통과되는 제 1 위치와 상기 유로의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 귀환 유로를 통해 상기 버켓 실린더의 크라우드측으로부터 상기 버켓 실린더 제어밸브로 작동유가 귀환되는 제 2 위치 사이에서 상기 버켓 실린더의 크라우드측과 덤프측의 차압에 따라 절환되는 급락 방지 밸브를 포함하며, 상기 급락 방지 밸브는 상기 버켓 실린더의 크라우드측의 압력이 상기 버켓 실린더의 덤프측의 압력보다 기준차압 이상으로 크면 상기 제 2 위치로 절환되고, 상기 크라우드측의 압력이 상기 덤프측의 압력과 상기 기준차압의 합보다 작으면 상기 제 1 위치로 절환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 급락 방지 밸브가 상기 제 2 위치로 절 환되면, 상기 유로와 동일한 단면적을 가지는 공급유로를 통해 상기 버켓 실린더 제어밸브에서 상기 버켓 실린더의 크라우드측으로 작동유가 공급된다. 또한, 상기 급락 방지 밸브는 그 양측 각각에 상기 버켓 실린더의 크라우드측의 압력이 인가되는 제 1 수압부와 상기 버켓 실린더의 덤프측의 압력이 인가되는 제 2 수압부를 구비하며, 상기 급락 방지 밸브는 상기 제 1 및 제 2 수압부에 인가되는 압력에 따라 절환된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상술한 버켓 급락 방지장치는 상기 버켓 실린더의 크라우드측 압력을 검출하는 제 1 압력 센서; 상기 버켓 실린더의 덤프측 압력을 검출하는 제 2 압력 센서; 및 상기 제 1 압력 센서에 의해 검출된 압력이 상기 제 2 압력 센서에 의해 검출된 압력보다 기준차압 이상으로 크면, 상기 급락 방지 밸브를 상기 제 2 위치로 절환시키는 제어부를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 버켓 실린더의 크라우드측으로부터 버켓 실린더 제어밸브로 작동유를 귀환시키기 위한 귀환 유로의 단면적을 작게할 수 있는 급락 방지 밸브에 의해, 버켓의 덤프 속도를 줄여 버켓의 덤프 속도가 갑작스럽게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 버켓의 급락을 방지함으로써 급락에 의해 버켓이 운반 차량의 적재함에 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 버켓이 스토퍼에 충격을 가하는 것을 방지하여 건설 기계가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 기존에 버켓의 덤프 속도가 급락하는 상황을 육안으로 인식하고 작업 자가 레버를 조작하여 버켓의 덤프 속도를 조절하였으나, 상술한 과제 해결 수단에 의하면, 버켓 실린더의 크라우드측과 덤프측의 차압에 따라 급락 방지 밸브가 자동으로 절환되어 운전자의 별도 레버 조작 필요없이 버켓의 덤프 속도가 조절되기 때문에 건설 기계의 운전성이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 버켓 급락 방지장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 버켓 급락 방지장치는 버켓(100) 덤프시 버켓(100)이 자중에 의해 급락하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 버켓(100)을 구동시키기 위한 버켓 실린더(110)와, 상기 버켓(100)이 급락되는 것을 방지하기 위한 급락 방지 밸브(150)를 포함한다.
상기 버켓(100)은 링크 유닛(120)을 매개로 상기 버켓 실린더(110)에 동력 전달 가능하게 연결되며, 붐(140)의 일단에 힌지축(141)을 매개로 회전가능하게 연결된다. 이와 같은 구조에 의해 상기 버켓 실린더(110)가 신축하여 상기 버켓(100)을 구동시키면, 상기 버켓(100)은 상기 힌지축(141)을 중심으로 일방향 또는 타방향으로 회전되어 덤프 또는 크라우드된다.
상기 링크 유닛(120)은 제 1 링크(121) 및 제 2 링크(122)를 포함한다. 상기 제 1 링크(121)는 그 일단이 상기 버켓(100)에 회전가능하게 연결되고, 타단은 상기 제 2 링크(122)의 일단에 회전가능하게 연결된다. 상기 제 2 링크(122)는 타단은 상기 버켓 실린더(110)의 로드(111)에 회전가능하게 연결되며, 중앙부는 붐(140)에 회전가능하게 연결된다.
상기 버켓 실린더(110)는 그 일단이 프레임(10)에 회전가능하게 연결된다. 또한, 상기 버켓 실린더(110)는 버켓 실린더 제어밸브(130)에 압유 전달 가능하게 연결되며, 상기 버켓 실린더 제어밸브(130)는 버켓 레버 장치(131)로부터 전달되는 파일롯 신호에 따라 절환되어 상기 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)과 크라우드측(113) 중 파일롯 신호에 대응하는 어느 하나에 펌프(P)로부터 토출되는 압유를 공급한다. 상기 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)에 압유가 공급되면, 상기 버켓 실린더(110)는 수축되고 상기 버켓 실린더(110)의 로드(111)에 링크 유닛(120)을 매개로 연결된 상기 버켓(100)은 덤프되는 방향으로 구동된다. 반면, 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)에 압유가 공급되면, 상기 버켓 실린더(110)는 신장되고 상기 버켓(100)은 크라우드되는 방향으로 구동된다.
그러나 상기 버켓(100)은, 전술한 바와 같이, 덤프되면서 그 무게 중심(CG)이 상기 힌지축(141)을 지나는 중력 방향 일직선(GL)을 벗어나게 되고, 이러한 경우 버켓(100)은 자중에 의해 덤프 속도가 증가하게 된다. 특히, 상기 버켓(100)의 하중이 클수록 상기 덤프 가속도는 더욱 커진다. 이와 같이 버켓(100) 덤프 속도가 갑자기 증가하게 되면 버켓(100)의 자중은 버켓 실린더(110)의 로드(111)를 수축되는 방향으로 가압하게 된다. 그러면, 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)에 공급되는 작동유의 유량이 부족하게 되어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)의 압력이 하강하게 되고, 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)의 압력은 상승하게 된다. 이때, 상기 급락 방지 밸브(150)는 상기 크라우드측(113)으로부 터 귀환하는 작동유의 유량이 작아지도록 절환되어 상기 버켓(100)의 덤프 속도를 줄이게 된다. 이하, 상기 급락 방지 밸브(150)에 대하여 상세히 설명한다.
상기 급락 방지 밸브(150)는 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)과 버켓 실린더 제어밸브(130)를 연결하는 유로(114) 상에 설치되며, 상기 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)의 압력이 인가되는 제 1 수압부(151)와, 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)의 압력이 인가되는 제 2 수압부(152)를 포함한다. 또한, 상기 급락 방지 밸브(150)는 초기 상태에서 상기 유로(114)의 단면적이 유지되는 제 1 위치(153)와, 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)으로부터 버켓 실린더 제어밸브(130)로 작동유가 귀환되는 귀환유로(154a)와 상기 버켓 실린더 제어밸브(130)로부터 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)으로 작동유를 공급하는 공급유로(154b)가 별도로 형성된 제 2 위치(154) 사이에서 절환된다.
상기 제 1 위치(153)에는 작동유는 상기 유로(114)와 동일한 단면적을 통과한다. 따라서, 상기 급락 방지 밸브(150)가 제 2 위치(154)로 변환되지 않는 한, 상기 유로(114)를 따라 흐르는 작동유의 유량은 일정하다. 그러나 상기 크라우드측(113)의 압력이 상기 덤프측(112)의 압력보다 기준차압 이상으로 큰 경우, 버켓(100)의 덤프 속도가 갑작스럽게 변하고 있는 것이므로, 상기 급락 방지 밸브(150)는 제 2 위치(154)로 절환된다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 수압부(151)에 인가되는 압력이 상기 제 2 수압부(152)에 인가되는 압력보다 기준 차압 이상으로 큰 경우, 상기 급락 방지 밸브(150)는 제 2 위치(154)로 변환된다.
상기 제 2 위치(154)의 귀환유로(154a)는 단면적이 상기 유로(114)보다 작 다. 따라서, 상기 급락 방지 밸브(150)가 상기 제 2 위치(154)로 변환되는 경우, 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113) 작동유는 귀환유로(154a)를 통해 버켓 실린더 제어밸브(130)로 흐르므로, 귀환 작동유의 유량이 작아지게 된다. 이에 의해, 상기 버켓 실린더(110)의 수축속도가 감소하게 되어 버켓(100)의 덤프 속도가 감소하게 된다.
한편, 버켓(100)을 크라우드시키는 경우에도, 상기 크라우드측(113)의 압력이 덤프측(112)의 압력보다 높아 상기 크라우드측(113)의 압력이 상기 덤프측(112)의 압력보다 기준차압만큼 높은 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우일지라도 상기 크라우드측(113)에 공급되는 작동유의 유량은 줄어들지 않아야 한다. 이러한 이유로 상기 제 2 위치(154)의 공급유로(154b)는 상기 유로(114)와 동일한 단면적을 가지도록 설정된다. 따라서, 버켓(100)을 덤프한 후 다시 크라우드시키는 경우, 버켓(100)의 크라우드 속도가 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 버켓 급락 방지장치를 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버켓 급락 방지장치는 급락 방지 밸브(250)가 솔레노이드 밸브로 구성되는 점과, 버켓 실린더(210)의 크라우드측(213)과 덤프측(212)의 차압을 검출하기 위해 압력 센서(261)(262)가 이용되고 있는 점과, 상기 급락 방지 밸브(250)가 상기 압력 센서(261)(262)로부터 감지된 차압을 기초로 제어부(270)에 의해 절환되는 점이 본 발명의 일 실시예와 다르다.
보다 구체적으로, 상기 압력 센서(261)(262)는 버켓 실린더(210)의 크라우드 측(213)의 압력을 감지하기 위한 제 1 압력 센서(261)와, 상기 버켓 실린더(210)의 덤프측(212)의 압력을 감지하기 위한 제 2 압력 센서(262)를 포함한다. 상기 제 1 압력 센서(261)는 버켓 실린더 제어밸브(230)와 버켓 실린더(210)의 크라우드측(213)을 연결하는 제 1 유로(214a) 상에 설치되며, 상기 제 2 압력 센서(262)는 버켓 실린더 제어밸브(230)와 상기 버켓 실린더(210)의 덤프측(212)을 연결하는 제 2 유로(214b)상에 설치된다. 그러나 상기 버켓 실린더(210)의 크라우드측(213)과 덤프측(212)의 차압을 측정할 수 있는 한 센서의 개수 및 센서의 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 압력 센서(261)(262)로부터 검출된 압력에 대한 정보는 제어부(270)로 전송되며, 상기 제어부(270)는 상기 제 1 압력 센서(261)에 의해 감지된 압력이 상기 제 2 압력 센서(262)에 의해 감지된 압력보다 기준차압 이상으로 큰 경우, 상기 급락 방지 밸브(250)를 제 2 위치(254)로 절환시킨다. 그러면, 본 발명의 일 실시예와 동일한 원리에 의해 상기 버켓(100)의 덤프 속도가 감소하게 된다.
도 1은 일반적인 휠로더의 버켓이 급락하는 동작을 설명하기 위한 측면도,
도 2a는 도 1에 도시된 버켓의 덤프 시간에 대한 버켓의 덤프 속도를 개략적으로 나타낸 그래프,
도 2b는 도 1에 도시된 버켓이 덤프되는 시간에 대한 버켓 실린더의 덤프측과 크라우드측의 압력를 개략적으로 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버켓 급락 방지장치가 적용된 휠로더를 개략적으로 도시한 개념도,
도 4는 도 3에 도시된 버켓 급락 방지장치를 개략적으로 나타낸 유압 회로도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버켓 급락 방지장치를 개략적으로 나타낸 유압 회로도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100; 버켓 110, 210; 버켓 실린더
112, 212; 덤프측 113, 213; 크라우드측
150, 250; 급락 방지 밸브 151, 152; 제 1 및 제 2 수압부
153, 154; 제 1 및 제 2 위치 154a; 귀환유로
154b; 공급유로 261, 262; 제 1 및 제 2 압력 센서
270; 제어부

Claims (4)

  1. 버켓(100) 덤프시 상기 버켓(100)이 자중에 의해 급락되는 것을 방지하기 위한 건설기계의 버켓 급락 방지장치로서,
    상기 버켓(100)을 크라우드시키거나 덤프시키기 위해 압유가 공급되는 크라우드측(113 또는 213)과 덤프측(112 또는 212)을 구비한 버켓 실린더(110 또는 210); 및
    상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 크라우드측(113 또는 213)과 버켓 실린더 제어밸브(130 또는 230)를 연결하는 유로(114) 상에 설치되고, 상기 유로(114)의 단면적과 동일한 단면적으로 작동유가 통과되는 제 1 위치(153)와, 상기 유로(114)의 단면적보다 작은 단면적을 가지며 상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 크라우드측(113 또는 213)으로부터 상기 버켓 실린더 제어밸브(130 또는 230)로 작동유가 귀환되는 귀환 유로(154a) 및 상기 유로(114)의 단면적과 동일한 단면적을 가지며 상기 버켓 실린더 제어밸브(130 또는 230)로부터 상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 크라우드측(113 또는 213)으로 작동유가 공급되는 공급 유로(154b)로 구성되는 제 2 위치(154 또는 254) 사이에서 상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 크라우드측(113 또는 213)과 덤프측(112 또는 212)의 차압에 따라 절환되는 급락 방지 밸브(150 또는 250)를 포함하며,
    상기 급락 방지 밸브(150 또는 250)는 상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 크라우드측(113 또는 213)의 압력이 상기 버켓 실린더(110 또는 210)의 덤프측(112 또는 212)의 압력보다 기준차압 이상으로 크면 상기 제 2 위치(154 또는 254)로 절환되고, 상기 크라우드측(113 또는 213)의 압력이 상기 덤프측(112 또는 212)의 압력과 상기 기준차압의 합보다 작으면 상기 제 1 위치(153)로 절환되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 버켓 급락 방지장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급락 방지 밸브(150)는 그 양측 각각에 상기 버켓 실린더(110)의 크라우드측(113)의 압력이 인가되는 제 1 수압부(151)와 상기 버켓 실린더(110)의 덤프측(112)의 압력이 인가되는 제 2 수압부(152)를 구비하며,
    상기 급락 방지 밸브(150)는 상기 제 1 및 제 2 수압부(151)(152)에 인가되는 압력에 따라 절환되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 급락 방지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버켓 실린더(210)의 크라우드측(213) 압력을 검출하는 제 1 압력 센서(261);
    상기 버켓 실린더(210)의 덤프측(212) 압력을 검출하는 제 2 압력 센 서(262); 및
    상기 제 1 압력 센서(261)에 의해 검출된 압력이 상기 제 2 압력 센서(262)에 의해 검출된 압력보다 기준차압 이상으로 크면, 상기 급락 방지 밸브(250)를 상기 제 2 위치(254)로 절환시키는 제어부(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 버켓 급락 방지장치.
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