KR101459028B1

KR101459028B1 - 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치

Info

Publication number: KR101459028B1
Application number: KR20140050035A
Authority: KR
Inventors: 이호; 김성수
Original assignee: 이호; 김성수
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2014-11-07

Abstract

본 발명의 일 실시예는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에 관한 것으로, 해결하고자 아웃트리거에 작용하는 하중을 실시간 모니터링하고 이를 통해 작업차의 무게 중심 위치를 실시간으로 감지하여 전도 위험성이 인지되면 작업차의 무게 중심이 아웃트리거 지지점 외부로 이동하는 것을 차단하는 것에 의하여, 작업차의 전도를 사전에 차단하여 인명 및 물적 피해를 방지하도록 하는 기술적 과제는 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 각각의 내부에 유압 실린더가 구비된 복수 개의 아웃트리거가 장착되고, 작업물의 이동 또는 업다운을 위한 붐이 구비된 크레인 및 작업 고소차의 전복을 방지하기 위한 장치이고, 상기 유압 실린더의 일측에 구비되어 상기 유압 실린더에서 발생되는 압력을 감지하는 압력 센서부; 상기 압력 센서부로부터 감지된 유압 실린더의 압력에 관한 신호를 수신하여 변환 프로그램에 의하여 하중값으로 변환하고, 상기 변환된 하중값을 이용하여 상기 크레인 및 작업 고소차의 실제 무게 중심값을 산출하되, 상기 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 제한하는 컨트롤러; 및 상기 붐의 일측에 장착되어 상기 컨트롤러의 제어에 의하여 상기 붐의 동작을 차단 또는 제어하는 제어 밸브를 포함하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 개시한다.

Description

아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치{UPSETTING PREVENTION APPARATUS FOR CRANE HAVING OUTTRIGGER}

본 발명의 일 실시예는 크레인 및 작업 고소차의 무게 중심 변화를 모니터링하여 각각의 움직임을 차단 또는 제한하여 전도 사고를 방지할 수 있는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 작업 고소차 및 카고 크레인 등은 붐을 인출하여 고소작업을 하거나 화물을 싣고 내리거나 시설물의 설치 정비 등에 사용된다. 이때, 인출된 붐에 의해서 작업 고소차는 쉽게 전도 될 수 있는데 이를 보완하기 위하여 아웃트리거라는 장치를 설치하게 된다.

그러나, 작업 고소차 및 카고 크레인이 고소 작업 또는 넓은 작업 반경을 가질 경우 전도의 위험성은 항상 도사리고 있다. 따라서, 작업 고소차의 전도를 방지하기 위해서는 화물의 무게를 포함한 작업 고소차의 무게 중심이 지면에 지지하고 있는 아웃트리거의 접지 점들을 연결한 구획 내에 위치하여야 한다. 이러한 무게 중심은 아웃트리거가 지지하고 있는 지면의 침하나 환경적 요인인 바람에 의해서 발생되는 풍하중에 의하여 변화하는 위험성도 가지고 있다.

또한, 일부 화물의 무게에 따라 붐 각도를 제한하는 로드 제한(Load Limit) 장치가 설치되기도 하지만, 이는 작업차의 지오메트리(geometry)만 반영되었을 뿐 외부 환경적 요인에 의해 변동되는 무게 중심에 대하여서는 관여하지 못한다.

도 1은 종래 기술에 따른 아웃트리거를 사용하는 작업 고소차 및 크레인의 무게 중심과 전복 임계선을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동차 형태의 작업 고소차 및 크레인은 각각 자체가 가지는 특수성에 기인하여, 임의의 선회 각도에서 작업물을 인양하는 경우 전체 무게 중심은 안전 구획에 있어도 붐 각도 변화없이 붐 선회 동작만으로도 무게 중심이 안전 구획을 벗어날 수 있다. 이러한 특성은 작업 고소차의 전복으로 이어질 수 있음을 의미하며 로드 제안(Load Limit) 장치가 궁극적으로 작업 고소차의 전복을 완전히 막을 수 없음을 의미한다. 즉, 도 1과 같은 상태에서 붐을 다운할 경우 전체 무게중심은 작업물 방향으로 이동하여 전복 임계점에 도달하게 되고, 초과시 전복 사고가 발생하게 된다. 또한, 붐다운 동작없이 붐 선회(예를 들면, 좌 선회) 동작을 통해서도 전체 무게중심이 전복 임계선을 벗어날 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 종래의 작업 고소차의 전도 사고는 인명 피해 및 많은 물적 손실을 야기 하고 있어 작업 고소차 및 이동형 크레인 등의 안전을 담보할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.

공개특허공보 제10-2014-0015673호 '크레인 과부하 방지장치 및 그 제어방법' 공개실용신안공보 실1999-0029148 '토건중장비의 크레인의 전도 방지 안전장치'

본 발명의 일 실시예는 아웃트리거에 작용하는 하중을 실시간 모니터링하고 이를 통해 작업 고소차의 무게 중심 위치를 실시간으로 감지하여 전도 위험성이 인지되면 작업 고소차의 무게 중심이 아웃트리거 지지점 외부로 이동하는 것을 차단하는 것에 의하여, 작업 고소차의 전도를 사전에 차단하여 인명 및 물적 피해를 방지하도록 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 무게 중심이 아웃트리거 지지점 외부로 이동하는 것을 제한하는 것에 더하여 무게 중심이 전도되기 위한 임계점에 도달 하였을 경우 크레인의 움직임을 정지함과 동시에 각각에 위치한 아웃트리거의 상하 움직임, 제한된 범위에서의 붐 및 스윙 제어를 통하여 전복 임계점에서 벗어나도록 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치는 각각의 내부에 유압 실린더가 구비된 복수 개의 아웃트리거가 장착되고, 작업물의 이동 또는 업다운을 위한 붐이 구비된 크레인 및 작업 고소차의 전복을 방지하기 위한 장치이고, 상기 유압 실린더의 일측에 구비되어 상기 유압 실린더에서 발생되는 압력을 감지하는 압력 센서부; 상기 압력 센서부로부터 감지된 유압 실린더의 압력에 관한 신호를 수신하여 변환 프로그램에 의하여 하중값으로 변환하고, 상기 변환된 하중값을 이용하여 상기 크레인 및 작업 고소차의 실제 무게 중심값을 산출하되, 상기 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 제한하는 컨트롤러; 및 상기 붐의 일측에 장착되어 상기 컨트롤러의 제어에 의하여 상기 붐의 동작을 차단 또는 제어하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.

상기 제어 밸브는 상기 붐의 선회, 다운, 호이스팅 업 동작을 차단하는 인터록 밸브와, 상기 유압 실린더로 공급되는 압유를 제어하여 미리 설정된 제한된 범위에서 상기 붐의 선회 및 업 동작을 자동으로 수행하는 유압 방향 전환 밸브를 포함할 수 있다.

상기 압력 센서는 상기 유압 실린더에서 발생되는 압력을 감지하여 감지된 압력 정보를 4 내지 20mA의 전류 형태로 전송할 수 있다.

상기 실제 무게 중심값은 상기 크레인 및 작업 고소차의 지평면에 대한 무게 중심의 위치값일 수 있다.

상기 컨트롤러는 외부의 조작반과 유무선 통신망으로 연결되고, 상기 외부의 조작반의 제어에 의하여 상기 크레인 및 작업 고소차의 동작을 모니터링하되, 상기 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 상기 붐의 동작을 제한하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치는 작업 고소차 및 크레인의 안전장치로서 작업 고소차의 작업물을 포함한 무게 중심이 아웃트리거 지지점을 연결한 구획 내에서 벗어나 전복되는 것을 사전에 인지하여 방지하고, 전복 임계점에 도달 시에는 자동으로 제한된 범위 내에서 회피 기동을 하도록 하여 전복 사고로 인한 인명 및 물적 피해를 막을 수 있고, 작업 안전성을 담보 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 아웃트리거를 사용하는 작업차 및 크레인의 무게 중심과 전복 임계선을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에서 전복 방지 차단 및 전복 자동 회피 기능을 가지는 유압 회로도이다.
도 4는 도 2의 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에서 전복 방지 차단 기능을 가지는 유압 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에 구비된 전기이중층 커패시터의 밸런서를 나타내는 회로도이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

한편, 최근에 카고 크레인 등에 모멘트 제한(Moment Limit) 장치 등이 일부 장착된 제품이 출시되고 있으나, 이는 단순히 호이스트 부하 무게(Hoist load weight)에 따른 붐 각도만을 제한하는 형태이다. 이는 아웃트리거가 지지하는 지반의 안전성과 작업 중 환경적 요인인 바람에 의한 풍하중 등에 의한 작업 고소차의 무게 중심 이동을 감지 및 반영하지 못함을 의미한다. 이로 인하여, 카고 크레인이나 고소차의 작업 중 전복 사고들이 끊임없이 발생하여 고귀한 인명 피해와 물적 피해를 발생하여 사회적 비용을 야기시키고 있다.

이에 따라 본 발명은 아웃트리거를 장착한 이동형 카고 크레인, 작업 고소차(스카이) 및 관절 크레인 등의 사용 중 전도를 방지하기 위하여 아웃트리거에 분포하는 하중을 실시간으로 모니터링하고 해당 작업 고소차의 전도 가능성을 사전에 감지하여 크레인 붐 및 윈치 등이 전도 위험성이 높은 방향으로 더 이상 움직이지 못 하도록 차단하여 전도를 미연에 방지할 수 있다.

이하에서의 본 발명은 아웃트리거 사용 크레인 및 작업 고소차의 전도방지 장치에 관한 것으로, 특히 도시화에 따라 건물 등의 고층화와 건설현장, 건물의 시설물 관리 및 산업현장 등의 카고 크레인, 작업 고소차(스카이), 관절식 크레인의 사용빈도가 많아짐에 따라 이들 크레인 및 작업 고소차의 전도에 의한 사고 또한 발생하여 인적, 물적 피해가 발생하고 있는 문제점을 해결하기 위하여, 이들 크레인 및 작업 고소차의 무게 중심 변화를 모니터링한 후, 이를 기초로 움직임을 제한하여 전도 사고를 미연에 방지하는 장치에 관한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에서 전복 방지 차단 및 전복 자동 회피 기능을 가지는 유압 회로도이며, 도 4는 도 2의 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에서 전복 방지 차단 기능을 가지는 유압 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에 구비된 전기이중층 커패시터의 밸런서를 나타내는 회로도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치는 각각의 내부에 유압 실린더(10)가 구비된 복수 개의 아웃트리거가 장착되고, 작업물의 이동 또는 업다운을 위한 붐(1)이 구비된 크레인 및 작업 고소차의 전복을 방지하기 위한 장치로서, 압력 센서부(11), 컨트롤러(20) 및 제어 밸브(30)를 포함한다.

상기 압력 센서부(11)는 복수 개의 아웃트리거 내부에 각각 구비된 유압 실린더(10)의 일측에 구비되어 유압 실린더(10)에서 발생되는 압력을 감지한다. 이러한 압력 센서는 유압 실린더(10)에서 발생되는 압력을 감지하여 감지된 압력 정보를 4 내지 20mA의 전류 형태로 컨트롤러(20)로 전송할 수 있고, 이를 통하여 외부 노이즈 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

상기 컨트롤러(20)는 압력 센서로부터 신호를 받아 무게 중심 계산 및 변화를 감시하는 장치로서, 압력 센서부(11)로부터 감지된 유압 실린더(10)의 압력에 관한 신호를 수신하여 변환 프로그램에 의하여 하중값으로 변환하고, 상기 변환된 하중값을 이용하여 크레인 및 작업 고소차의 실제 무게 중심값을 산출하되, 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 붐(1)의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 붐(1)의 동작을 제한한다. 즉, 상기 컨트롤러(20)는 압력 센서로부터 신호를 받아 아웃트리거 내부에 설치되어 있는 유압 실린더(10)의 크기에 따라 압력을 하중값으로 변환할 수 있도록 설정 가능한 파라미터 변수를 가지며, 수집된 각 아웃트리거의 하중 정보를 바탕으로 작업 고소차 및 크레인의 무게 중심 변화를 실시간으로 감시를 하고, 설정된 범위를 초과 시 동작 제한 장치가 작동을 하여 작업 고소차가 위험 구간으로 더 이상 운전되지 못하도록 하며, 더 나아가 전복 임계점에 도달 시 아웃트리거, 붐(1) 및 스윙 중 선택적 또는 복합적 동작을 제한된 범위에서 임계점을 회피하도록 자동 운전시킬 수 있다. 여기서, 상기 실제 무게 중심값은 크레인 및 작업 고소차의 지평면에 대한 무게 중심의 위치값일 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각각의 아웃트리거의 실시간 하중을 파악할 수 있고, 이 하중의 계산으로 크레인 및 작업 고소차의 무게 중심 변화를 감지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 크레인 및 작업 고소차의 무게 변화를 감지하여 크레인 및 작업 고소차가 전도될 가능성에 도달하기 전에 사전에 붐(1), 선회 및 호이스 윈치들을 제어함으로써, 전도를 미연에 방지하여 사고의 위험성으로부터 작업자 및 작업차량을 안전하게 보호할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러(20)는 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 붐(1)의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 붐(1)의 동작을 제한하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러(20)는 외부의 조작반(즉, 도 3의 조작레버)(40)과 유무선 통신망으로 연결되고, 외부의 조작반(40)의 제어에 의하여 크레인 및 작업 고소차의 동작을 모니터링할 수 있다.

상기 제어 밸브(30)는 붐(1)의 일측에 장착되어 컨트롤러(20)의 제어에 의하여 작업 고소차 및 크레인의 동작을 제어, 즉 붐(1)의 동작을 차단 또는 제어하는 장치이다.

이러한 제어 밸브(30)는 붐(1)의 선회, 다운, 호이스팅 업 동작을 차단하는 인터록 밸브(31)와, 유압 실린더(10)로 공급되는 압유를 제어하여 미리 설정된 제한된 범위에서 붐(1)의 선회 및 업 동작을 자동으로 수행하는 유압 방향 전환 밸브(32)를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치의 동작을 설명하자면, 우선 작업 고소차 및 크레인은 작업을 하기 전에 아웃트리거를 외부로 인출을 하고 내부에 있는 유압 실린더(10)가 지면 방향으로 확장하여 작업 고소차 및 크레인을 지지하도록 준비되어야 한다.

상기 아웃트리거 내부의 유압 실린더(10)에는 압력 센서가 구성되어 아웃트리거 지지 실린더에 발생하는 압력을 실시간으로 컨트롤러(20)에 4~20mA의 전류형태로 전송해준다. 상기 컨트롤러(20)는 각각의 아웃트리거에서 수신한 신호를 각각의 하중으로 계산하고, 이를 바탕으로 현재 작업 고소차 및 크레인의 무게 중심의 지평면 상의 위치를 계산해 낸다.

그런 다음, 상기 컨트롤러(20)는 작업 중 무게 중심이 전복 위험구간에 도달하면, 인터록 밸브(31)를 동작시켜 붐(1) 선회, 붐(1)다운 및 호이스팅 업이 되지 않도록 차단한다.

아울러, 상기 컨트롤러(20)는 무게 중심이 전복 발생 지점까지 이동시 제한된 범위에서 전기식 유압 방향 전환 밸브(32)를 동작시켜 붐(1) 선회 및 붐(1) 업 동작을 자동으로 수행하여 작업 고소차 및 크레인을 전복 위험 구간에서 회피하도록 한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크레인 및 작업 고소차의 아웃트리거 내부에 있는 유압 실린더(10)에 설치된 압력 센서는 압력 신호를 실시간으로 컨트롤러(20)로 전송하고, 각 아웃트리거에서 전송되어 온 신호를 하중 값으로 변환한 후에, 작업 고소차 및 크레인의 무게 중심을 실시간으로 모니터링하며, 무게 중심이 전복 위험 구간에 진입 시 컨트롤러(20)를 통하여 인터록 밸브(31)를 동작시켜 붐(1) 선회, 호이스팅 업 및 붐(1) 다운이 더 이상 되지 않도록 보호한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크레인 및 작업 고소차의 아웃트리거 내부에 있는 유압실린더에 설치된 압력 센서는 압력신호를 실시간으로 컨트롤러(20)로 전송하고, 각 아웃트리거에서 전송되어 온 신호를 하중 값으로 변환한 뒤 작업 고소차 및 크레인의 무게 중심을 실시간으로 모니터링하며, 무게 중심이 전복 임계 구간에 진입 시 컨트롤러(20)는 전자 방향 전환밸브를 동작시켜 제한된 범위 안에서 붐(1) 선회, 붐(1) 업 동작을 자동으로 하여 전복 임계점에서 회피하도록 한다.

한편, 본 발명에서의 컨트롤러(20)는 전원 공급부에 연결되어 구동 전원을 공급받는다. 상기 전원 공급부는 외부로부터 전원을 공급받아 충전하는 충전 회로로 구성되고, 충전회로에는 에너지를 저장하는 전기이중충 커패시터를 포함하여 충전 효율 향상을 위한 전기이중층 커패시터 밸런서를 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 전기이중층 커패시터 밸런서(100)의 구조에 대하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치에 구비된 전기이중층 커패시터의 밸런서(100)는 전기이중층 커패시터(EDLC)(110), 분압회로(120), 증폭회로(130), 전압 검출기(140), 펄스 발생기(150), 전압 비교기(160) 및 밸런싱 회로(170)를 포함한다.

상기 전기이중층 커패시터(110)는 전기에너지를 저장하고 정전용량이 크며, 수초 내지 수십초 이내로 급속충전이 가능하다. 상기 전기이중층 커패시터(110)는 제1 전기이중층 커패시터(111) 및 제2 전기이중층 커패시터(112)를 포함한다. 상기 제1 전기이중층 커패시터(111)와 제2 전기이중층 커패시터(112)는 직렬로 연결된다. 여기서, 상기 전기이중층 커패시터(110)는 필요한 사용전압과 정전용량 확보를 위하여 복수 개의 전기이중층 커패시터를 직렬과 병렬로 연결하여 구성할 수 있다.

상기 제1 전기이중층 커패시터(111)와 제2 전기이중층 커패시터(112)의 모든 특성이 동일하면 제1 전기이중층 커패시터(111)의 충전전압과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 충전전압이 동일하므로, 기준전압(VR)은 수학식 1(VR = (VC1+VC2)/2)에 의해 결정된다. 여기서, 기준전압(VR)은 제1 전기이중층 커패시터(111)와 제2 전기이중층 커패시터(112)의 특성이 동일할 때의 이상적인 전압을 말한다. 또한, 상기 제1 전기이중층 커패시터(111)의 충전전압을 제1 충전전압(VC1)이라고 하고, 상기 제2 전기이중층 커패시터(112)의 충전전압을 제2 충전전압(VC2)이라고 하기로 한다.

그러나, 상기 제1 전기이중층 커패시터(111)와 제2 전기이중층 커패시터(112)의 특성이 동일하지 않으면, 상기 제2 전기이중층 커패시터(112)의 제2 충전전압(VC2)은 수학식 2(VC2 = VR-{(VC1-VC2)/2})에 의해 결정된다.

따라서, 상기 제1 전기이중층 커패시터(111)의 제1 충전전압(VC1)과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 제2 충전전압(VC2) 사이의 오차전압(VE)은 수학식 3(VE = VR-VC2)에 의해 결정된다.

상기 분압회로(120)는 전기이중층 커패시터(110)의 기준전압(VR)을 설정한다. 또한, 상기 분압회로(120)는 전기이중층 커패시터(110)의 밸런싱을 위한 밸런싱 개시전압(VB1, VB2)을 설정한다. 상기 분압회로(120)는 서로 직렬로 연결된 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)을 포함한다.

상기 분압회로(120)는 수학식 4(R1+R2 = R3+R4)를 만족시키는 저항 값으로 제1 저항(R1) 내지 제4 저항(R4)의 정수를 결정하는 것을 통하여, 전기이중층 커패시터(110)의 기준전압(VR)을 얻을 수 있다.

또한, 상기 전기이중층 커패시터(110)의 밸런싱 개시전압(VB1, VB2)은 수학식 5(VB1 = VR+{VR*R2/(R1+R2)}, VB2 = VR-{VR*R3/(R3+R4)})에 의해 결정된다. 여기서, 상기 제1 전기이중층 커패시터(111)의 밸런싱 개시전압을 제1 밸런싱 개시전압이(VB1)라고 하고, 제2 전기이중층 커패시터(112)의 밸런싱 개시전압을 제2 밸런싱 개시전압(VB2)이라고 하기로 한다.

상기 증폭회로(130)는 제1 전기이중층 커패시터(111)의 제1 충전전압(VC1)과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 제2 충전전압(VC2) 사이의 오차전압(VE)을 증폭하여 펄스 발생기(150)의 입력 단자에 공급한다. 또한, 상기 증폭회로(130)는 플러스 입력단과 마이너스 입력단 및 출력단을 포함한다. 상기 플러스 입력단은 분압회로(120)에 전기적으로 연결된다. 상기 마이너스 입력단은 전기이중층 커패시터(110)에 전기적으로 연결되며, 마이너스 입력단과 전기이중층 커패시터(110) 사이에는 제5 저항(R5)이 연결된다. 또한, 상기 마이너스 입력단과 출력단 사이에는 제6 저항(R6)이 전기적으로 연결된다. 상기 증폭회로(130)는 펄스 발생기(150)를 제어하기에 충분한 전압으로 오차 전압(VE)을 증폭하며, 증폭회로(130)의 증폭율(AV)은 수학식 6(AV = R6/R5)에 의해 결정된다

상기 전압 검출기(140)는 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압을 검출한다. 특히, 상기 전압 검출기(140)는 전기이중층 커패시터(110)의 최고충전전압(VH)을 검출한다. 상기 전압 검출기(140)는 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압이 최고충전전압(VH)에 도달하면, 출력을 로우(L)에서 하이(H)로 전환하여 펄스 발생기(150) 및 밸런싱 회로(170)에 공급한다. 또한, 상기 전압 검출기(140)는 컨트롤러(20)와 연결되는 외부단자(P)에도 하이(H)를 출력하여 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압이 최고충전전압(VH)에 도달했음을 알린다.

또한, 상기 전압 검출기(140)는 히스터리시스 특성을 가지고 있어서 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압이 최고충전전압(VH)에 도달하면 출력을 로우(L)에서 하이(H)로 전환한 다음, 충전전압이 다시 하강하여 최고충전전압(VH) 이하가 된다고 해도 출력을 하이(H)로 계속 유지한다. 그리고, 상기 전압 검출기(140)는 충전전압이 최저충전전압(VL) 이하로 내려가면 출력을 하이(H)에서 로우(L)로 전환하여, 회로 동작이 불안정해지지 않도록 한다.

상기 펄스 발생기(150)에는 증폭회로(130)에서 증폭된 전압이 입력된다. 여기서, 상기 증폭회로(130)에서 증폭된 전압을 펄스 발생기(150)에 입력되는 입력전압(VI)이라고 한다. 상기 펄스 발생기(150)는 임의로 설정된 주파수의 구형파를 발생시키며 입력전압(VI)에 의해 듀티비가 제어되고, 듀티비에 의해 펄스를 발생시켜 전기이중층 커패시터(110)의 밸런스를 제어한다.

즉, 상기 펄스 발생기(150)의 출력은 입력전압(VI)이 기준전압(VR)과 같을 때는 50%의 듀티비로 발진하고, 입력전압(VI)이 기준전압(VR)보다 낮으면 그 차이 값에 비례하여 듀티비가 높아지고, 입력전압(VI)이 기준전압(VR)보다 높으면 그 차이 값에 비례하여 듀티비가 낮아진다. 즉, 입력전압(VI)이 커질수록 듀티비는 낮아지므로, 입력전압(VI)에 따른 출력파형의 듀티비의 기울기는 마이너스 값을 가진다.

상기 펄스 발생기(150)는 2개의 발진 모드를 가지고 있다. 상기 펄스 발생기(150)는 전압 검출기(140)의 출력이 하이(H)이면 입력전압(VI)에 따른 듀티비의 변화가 급격한 모드로 바뀌고, 전압 검출기(140)의 출력이 로우(L)이면 입력전압(VI)에 따른 듀티비의 변화가 완만한 모드로 바뀐다. 즉, 상기 펄스 발생기(150)는 전압 검출기(140)의 출력이 하이(H)이면 입력전압(VI)에 따른 듀티비의 변화율이 크고, 전압 검출기(140)의 출력이 로우(L)이면 입력전압(VI)에 따른 듀티비의 변화율이 낮다.

상기 펄스 발생기(150)는 전압 검출기(140)의 출력이 로우(L)일 때 입력전압(VI)에 따른 듀티비 변화가 완만하므로, 충전과정에서 제1 전기이중층 커패시터(111)의 제1 충전전압(VC1)과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 제2 충전전압(VC2) 간에 차이가 발생하면 그 때마다 밸런싱 회로(170)를 동작시켜 그 차이가 없어지도록 제어한다. 즉, 상기 펄스 발생기(150)는 제1 충전전압(VC1)과 제2 충전전압(VC2) 사이의 오차전압(VE)이 크면 듀티비를 크게 하여 제1 충전전압(VC1)과 제2 충전전압(VC2)이 빠르게 같아지도록 만들고, 오차전압(VE)이 작으면 듀티비를 작게하여 밸런싱 전류를 줄임으로써 충전에너지 효율을 향상시킨다.

이와 같이, 본 전기이중층 커패시터의 밸런서(100)는 밸런싱에 필요한 전류 값에 따라 듀티비를 적절하게 제어하여 평균전류 값을 선형적으로 제어할 수 있으므로, 고정값을 갖는 방전저항(174)을 사용하면서도 다양한 값을 가진 여러 개의 방전저항을 사용하여 필요할 때마다 적절하게 교체한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 펄스 발생기(150)는 전압 검출기(140)의 출력이 하이(H)이면 입력전압(VI)에 따른 듀티비 변화가 급격하므로, 작은 오차전압(VE)에도 민감하게 반응하여 제1 충전전압(VC1)과 제2 충전전압(VC2) 사이의 오차전압(VE)을 최소한으로 줄인다. 상기 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압이 최고충전전압(VH)에 도달하면, 약간의 오차전압(VE)에도 전기이중층 커패시터(110)의 정격전압을 초과할 수 있으므로 민감한 제어가 필요하다. 본 전기이중층 커패시터의 밸런서(100)는 이러한 민감한 제어가 가능하므로 전기이중층 커패시터(110)의 최고충전전압(VH)을 정격전압에 근접하는 값으로 설정할 수 있으므로, 전기이중층 커패시터(110)의 충전전압을 최대한으로 높일 수 있어 충전 에너지 양을 극대화할 수 있다. 즉, 상기 전기이중층 커패시터(110)의 최고충전전압(VH)을 제1 전기이중층 커패시터(110)의 정격전압과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 정격전압에 근접하는 값으로 설정할 수 있으므로, 동일한 충전 에너지를 저장함에 있어서 전기이중층 커패시터의 개수를 최소한으로 줄이는 것이 가능하여 원가를 절감할 수 있다.

상기 전압 비교기(160)는 펄스 발생기에 입력되는 입력전압(VI)과 밸런싱 개시전압(VB1, VB2)을 비교한다. 상기 전압 비교기(160)는 제1 전압비교기(161)와 제2 전압 비교기(162)를 포함한다.

상기 제1 전압 비교기(161)는 입력전압(VI)과 제1 밸런싱 개시전압(VB1)을 비교하고, 입력전압(VI)이 제1 밸런싱 개시전압(VB1) 이하면 로우(L)를 출력하고 입력전압(VI)이 제1 밸런싱 개시전압(VB1) 이상이면 하이(H)를 출력하여 밸런싱 회로(170)에 공급한다. 상기 입력전압(VI)이 제1 밸런싱 개시전압(VB1) 이상이라는 것은 제1 충전전압(VC1)이 제2 충전전압(VC2)보다 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)에 의하여 임의로 설정된 값 이상으로 높다는 것을 의미한다.

상기 제2 전압 비교기(162)는 입력전압(VI)과 제2 밸런싱 개시전압(VB2)을 비교하고, 입력전압(VI)이 제2 밸런싱 개시전압(VB2) 이상이면 로우(L)를 출력하고 입력전압(VI)이 제2 밸런싱 개시전압(VB2) 이하면 하이(H)를 출력하여 밸런싱 회로(170)에 공급한다. 상기 입력전압(VI)이 제2 밸런싱 개시전압(VB2) 이하라는 것은 제2 충전전압(VC2)이 제1 충전전압(VC1)보다 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4)에 의하여 임의로 설정된 값 이상으로 높다는 것을 의미한다. 즉, 상기 입력전압(VI)이 제2 밸런싱 개시전압(VB2)보다 낮으면, 제2 전압 검출기(162)의 출력이 하이(H)고 제1 전압 검출기(161)의 출력은 로우(L)다. 또한, 상기 입력전압(VI)이 제2 밸런싱 개시전압(VB2)보다 높고 제1 밸런싱 개시전압(VB1)보다 낮으면, 제1 전압 검출기(161) 및 제2 전압 검출기(162)의 출력은 모두 로우(L)다. 또한, 상기 입력전압(VI)이 제1 밸런싱 개시전압(VB1)보다 높으면 제1 전압 검출기(161)의 출력은 하이(H)이고 제2 전압 검출기(162)의 출력은 로우(L)이다.

이와 같이, 상기 제1 전압 검출기(161)와 제2 전압 검출기(162)는 입력전압(VI)이 제1 충전전압(VC1)과 제2 충전전압(VC2) 사이에서 임의로 설정된 값 이상의 값을 가지는 구간에서 모두 로우(L)를 출력하므로, 미세한 충전전압의 오차에서 밸런서의 무리한 동작을 방지하여 충전 에너지 효율이 저하되는 것을 방지한다.

상기 밸런싱 회로(170)는 펄스 발생기(150)의 출력을 전달받아 전기이중층 커패시터(110)를 밸런싱한다. 상기 밸런싱 회로(170)는 스위치 회로(171), 제1 스위칭 트랜지스터(172), 제2 스위칭 트랜지스터(173) 및 방전저항(174)을 포함한다.

상기 스위치 회로(171)는 펄스 발생기(150)의 출력을 전달받아 제1 스위칭 트랜지스터(172) 및 제2 스위칭 트랜지스터(172)에 공급한다. 상기 스위치 회로(171)는 전압 검출기(140), 펄스 발생기(150) 및 전압 비교기(160)에 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 스위치 회로(171)는 제1 입력단자(C1), 제2 입력단자(C2), 제1 출력단자(O1) 및 제2 출력단자(O2)를 포함한다. 상기 제1 입력단자(C1)에는 제1 전압 비교기(161)의 출력이 입력되고, 제2 입력단자(C2)에는 제2 전압 비교기(162)의 출력이 입력된다. 또한, 상기 제1 출력단자(O1)의 출력은 제1 스위칭 트랜지스터(172)에 공급되고, 제2 출력단자(O2)의 출력은 제2 스위칭 트랜지스터(173)에 공급된다.

이와 같이, 본 발명에서는 컨트롤러(20)에 전기이중층 커패시터 밸런서(100)를 포함하는 충전회로를 구성함으로써, 제1 전기이중층 커패시터(111)의 제1 충전전압과 제2 전기이중층 커패시터(112)의 제2 충전전압의 차이를 파라미터로 하여 밸런싱 전류의 듀티비를 제어함으로써, 밸런싱 회로가 동작하는 시간을 최소한으로 줄여 에너지 저장효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서의 컨트롤러(20)는 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지로 형성된 케이스(미도시) 내부에 구비되고, 이러한 폴리프로필렌 수지는 에틸렌 함량이 상이한 2종 이상의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 포함한다. 상기 폴리프로필렌계 수지는 용융지수가 1~10 g/10분 (230℃, 2.16kg 하중)인 것이 바람직한데, 이는 용융지수가 1 g/10분 미만이면 필름 성형시 압출 부하가 높아 바람직하지 않고, 10g/10분을 초과하면 버블 안정성 및 두께 균일성이 저하되어 최종제품의 용도에 적합하지 않아 바람직하지 않다. 상기 폴리프로필렌계 수지는 에틸렌 함량이 상대적으로 낮은 제1 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 30~70 중량부 및 에틸렌 함량이 상대적으로 높은 제2에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 30~70 중량부로 이루어진 2종의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 포함하는 것이 바람직한데, 30 중량부 미만이면 투명성이 저하되며, 70 중량부를 초과하면 내열성이 취약해지는 문제점을 가진다. 상기 제1에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 에틸렌 함량이 0.5~4중량%이고, 제2에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 에틸렌 함량이 5~15중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌의 함량이 0.5 중량% 미만이면 내충격 특성이 현저히 떨어지는 문제점을 나타내며, 15 중량%를 초과하면 최종 필름의 내열성이 저하되어 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리프로필렌계 수지는 별도의 블렌딩 공정을 필요로 하지 않으므로, 제품의 균일성을 높이고 제조비용을 감소시킬 수 있고, 폴리피로필렌계 수지를 이용하여 제조된 케이스는 투명성, 유연성 및 내충격성의 향상에 탁월한 효과를 나타낸다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 붐 10: 유압 실린더
11: 압력센서 20: 컨트롤러
30: 제어 밸브 31: 인터록 밸브
32: 유압 방향 전환 밸브 100: 전기이중층 커패시터의 밸런서

Claims

각각의 내부에 유압 실린더(10)가 구비된 복수 개의 아웃트리거가 장착되고, 작업물의 이동 또는 업다운을 위한 붐(1)이 구비된 크레인 및 작업 고소차의 전복을 방지하기 위한 장치이고,
상기 유압 실린더(10)의 일측에 구비되어 상기 유압 실린더(10)에서 발생되는 압력을 감지하는 압력 센서부(11);
상기 압력 센서부(11)로부터 감지된 유압 실린더(10)의 압력에 관한 신호를 수신하여 변환 프로그램에 의하여 하중값으로 변환하고, 상기 변환된 하중값을 이용하여 상기 크레인 및 작업 고소차의 실제 무게 중심값을 산출하되, 상기 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 상기 붐(1)의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 상기 붐(1)의 동작을 제한하는 컨트롤러(20); 및
상기 붐(1)의 일측에 장착되어 상기 컨트롤러(20)의 제어에 의하여 상기 붐(1)의 동작을 차단 또는 제어하는 제어 밸브(30)를 포함하고,
상기 컨트롤러(20)는 전원 공급부에 연결되어 구동 전원을 공급받되, 상기 전원 공급부는 외부로부터 전원을 공급받아 충전하는 충전 회로로 구성되고, 상기 충전 회로에는 에너지를 저장하는 전기이중충 커패시터(110)를 포함하여 충전 효율 향상을 위한 전기이중층 커패시터 밸런서(100)를 포함하며,
상기 전기이중층 커패시터 밸런서(100)는,
상기 제 1 전기이중층 커패시터(111)와 제 2 전기이중층 커패시터(112)가 직렬로 연결된 전기이중층 커패시터(110); 및
상기 전기이중층 커패시터(110)에 전기적으로 연결되며, 상기 전기이중층 커패시터(110)에 밸런싱 전류를 보내 상기 전기이중층 커패시터(110)를 밸런싱하는 밸런싱 회로(170)를 포함하고,
상기 밸런싱 회로(170)는 밸런싱 전류의 듀티비를 제어하여 상기 제 1 전기이중층 커패시터(111)에 충전된 제 1 충전전압과 상기 제 2 전기이중층 커패시터(112)에 충전된 제 2 충전전압을 일치시키고,
상기 밸런싱 회로(170)는 상기 제 1 충전전압과 상기 제 2 충전전압 사이의 차이값에 따라 밸런싱 전류의 듀티비를 제어하는 것을 특징으로 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 밸브(30)는 상기 붐(1)의 선회, 다운, 호이스팅 업 동작을 차단하는 인터록 밸브(31)와, 상기 유압 실린더(10)로 공급되는 압유를 제어하여 미리 설정된 제한된 범위에서 상기 붐(1)의 선회 및 업 동작을 자동으로 수행하는 유압 방향 전환 밸브(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치.
제1항에 있어서,
상기 압력 센서는 상기 유압 실린더(10)에서 발생되는 압력을 감지하여 감지된 압력 정보를 4 내지 20mA의 전류 형태로 전송하는 것을 특징으로 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치.
제1항에 있어서,
상기 실제 무게 중심값은 상기 크레인 및 작업 고소차의 지평면에 대한 무게 중심의 위치값일 수 있는 것을 특징으로 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러(20)는 외부의 조작반(40)과 유무선 통신망으로 연결되고, 상기 외부의 조작반의 제어에 의하여 상기 크레인 및 작업 고소차의 동작을 모니터링하되, 상기 실제 무게 중심값이 미리 설정된 위험 구간값에 도달하는 경우 상기 붐(1)의 동작을 차단하거나, 미리 설정된 전복 발생 구간값에 도달하는 경우 상기 붐(1)의 동작을 제한하도록 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 아웃트리거를 장착한 크레인의 전도 방지 장치.