KR101653773B1 - 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 콘크리트를 공급하기 위해 펌프 트럭에 설치되어 다수의 마스트 암을 구비하여 상하 기복 및 회전하는 붐; 상기 붐을 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부; 상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들; 상기 붐이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 붐 제어 장치를 포함하는 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 붐 제어 장치는 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 다수의 마스트 암들 각각의 무게중심점으로부터 붐의 중량 및 무게중심점을 얻고, 상기 붐의 무게중심점을 잇는 선상에 존재하는 상기 아우트리거의 받침점에 의한 지지점 또는 상기 아우트리거의 받침점들에 의한 가상 지지점을 정하고, 상기 펌프 트럭의 중량에 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이를 곱한 제1의 값과 상기 붐의 중량에 상기 붐의 무게중심점과 상기 지지점사이의 길이를 곱한 제2의 값을 비교하여 상기 제1의 값이 상기 제2의 값보다 큰 범위 내에서만 상기 붐 작동부가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 아우트리거가 단축된 경우나, 아우트리거가 완전히 단축되지 않은 경우에 붐의 회전 가능한 범위를 확장시키는 효과가 얻어진다.

Description

콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법{Control device of concrete pump truck and the control method therefor}
본 발명은 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 펌프 트럭의 전복 방지를 위해 아우트리거 확장 정도와 마스트 암의 기복 정도에 따른 붐의 확장과 회전시 안전범위를 벗어나지 못하도록 제어하는 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
콘크리트 펌프트럭은 레미콘 트럭으로부터 공급된 콘크리트를 수용하여 교반하는 호퍼와 호퍼에 파이프 등으로 연결되어 교반된 콘크리트를 타설하고자 하는 작업위치까지 공급시키기 위해 그 길이를 확장시키고 회전되는 붐과 상기 붐을 회전시키는 붐 회전부가 설치되어 있다.
이와 같은 붐이 설치된 펌프 트럭은 붐의 확장, 기복 및 회전에 의해 전복되지 않도록 아우트리거가 설치되어 있다.
아우트리거는 펌프 트럭의 전방의 좌우 및 후방의 좌우에 차체의 측방으로 확장 가능하게 설치되어 펌프 트럭을 지면에 견고히 고정되도록 한다.
펌프 트럭이 지면에 견고히 고정된 상태에서 작업자는 호퍼에서 교반된 콘크리트를 타설하고자 하는 작업위치까지 공급하기 위해 붐의 길이를 확장시키거나 축소시키고, 붐의 기울기를 조절하기 위해 붐을 기복시키며, 작업위치를 향하여 붐을 회전시킨다.
그러나 건설공사 현장의 다른 차량이나 장애물 등에 의해 아우트리거를 최대로 확장시키기 위한 공간 확보가 어려운 경우에 아우트리거를 완전히 확장시키지 못하여 펌프 트럭의 안전성을 해치게 되거나, 아우트리거를 최대로 확장시키기 위한 공간이 마련되더라도 펌프 트럭의 안전성을 해치게 되는 문제가 있다.
일반적으로 높은 곳에서 작업을 하기 위해 붐이 설치되는 고소차나 사다리차와 같은 경우에도 붐의 길이, 기울기 및 방향에 따라 문제가 발생 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 아웃트리거의 확장 여부에 따라 붐이 안전한 회전 범위 내에서만 작업 될 수 있도록 안전시스템을 갖춘 콘크리트 펌프 트럭이 하기의 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에 있어서, 전복 방지를 위한 안전장치를 갖춘 펌프 트럭(1)은 콘크리트를 작업장소로 공급하는 붐(10)과 붐(10)을 작업장소까지 회전시키기 위한 붐 회전부(20)와 차체를 지면으로부터 견고히 고정되도록 차체의 측방으로 신장 가능한 아웃트리거(30)를 구비하고, 아웃트리거(30)의 신장 여부를 감지하는 제1센서(60)와 붐(10)의 회전각을 감지하는 제2센서(70) 및 상기 제1센서(60)에 의해 감지된 아웃트리거(30)의 신장 여부에 따라 제2센서(70)에 의해 감지된 붐(10)의 회전각이 전복 위험 범위에 있는지 판단하여 차체가 전복되는 것을 방지하도록 제1센서(60)에 의해 감지된 아웃트리거(30)의 신장 여부에 따라 붐(10)의 위험 범위의 회전각을 구하는 연산부(81)와 상기 연산부(81)에 의해 획득된 위험 범위의 회전각과 제2센서(70)에 의해 감지된 붐(10)의 회전각을 비교하여 붐(10)이 전복 위험 범위에 있는지 판단하는 비교부(82)를 포함한다.
특허문헌 1에서,
제1센서(60)는 아웃트리거(30)의 신장 여부를 감지한다. 제1센서(60)는 도 4에서 보는 바와 같이 각각의 아웃트리거들(30a, 30b, 30c, 30d) 각각에 결합될 수 있다.
제2센서(70)는 붐(10)의 회전각을 감지한다.
제어부(80)는 제1센서(60)에 의해 감지된 아웃트리거(30a, 30b, 30c, 30d)의 신장 여부에 따라, 제2센서(70)에 의해 감지된 붐의 회전각이 전복 위험 범위에 있는지 판단한다.
제어부(80)는 이와 같이 판단된 결과에 따라 붐 회전부(20)의 구동을 제어하여 차체(2)가 전복되는 것을 방지한다.
또한, 제어부(80)는 연산부(81) 및 비교부(82)를 포함한다.
연산부(81)는 제1센서(60)에 의해 감지된 아웃트리거(30a, 30b, 30c, 30d)의 신장 여부에 따라, 붐(10)의 위험 범위 회전각을 구한다.
또한, 비교부(82)는 연산부(81)에 의해 획득된 위험 범위 회전각과 제2센서(70)에 의해 감지된 붐(10)의 회전각을 비교한다. 비교부(82)는 위험 범위 회전각과 붐(10)의 회전각을 비교함으로써, 붐(10)이 전복 위험 범위에 있는지 판단한다.
이러한 특허문헌 1에서의 전복 방지를 위한 안전장치를 갖춘 펌프 트럭(1)은 아우트리거들(30a, 30b, 30c, 30d)이 신장되었는지, 단축되었는지를 각각의 아우트리거들(30a, 30b, 30c, 30d)에 설치된 제1센서(60)에 의해 감지하여 아우트리거들(30a, 30b, 30c, 30d)의 신축, 단축 상태에 따라 미리 정해진 범위 내에서만 붐(10)의 회전각도를 미리 정해놓고, 제2센서(70)에 의해 붐(10)의 회전각을 감지하여 붐(10)이 회전범위 내에서 회전하도록 제한하는 것이므로, 아우트리거(30)가 완전히 단축된 상태가 아닌 경우나, 붐(10)의 방향이 펌프트럭(1)의 전, 후 방향과 직교되는 경우(붐(10)의 방향이 차체의 측면으로 향한 경우)에는 펌프트럭(1)의 전복 위험이 있는 것으로 판단함으로써, 실제로는 작업이 가능하지만 작업을 할 수 없는 문제가 있다.
또한, 붐의 상태가 어떤 상태인지 즉, 붐의 무게중심이 어떤 상태에 있는지를 알지 못하고 펌프트럭(1)의 전복위험이 있는 것으로 판단함으로써, 실제로 작업이 가능한 범위 내에서도 작업을 할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1104968-00-00(2012. 01. 12. 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 붐의 상태가 변동되더라도 그 변동된 상태에 대한 붐의 무게중심을 정확하게 산출하여 붐의 작업범위를 최대로 유지하기 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 목적은 붐을 사용하는 트럭에 있어서 아우트리거가 단축된 경우나, 아우트리거가 완전히 단축되지 않은 경우에 붐의 회전 가능한 범위를 확장시키는 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 붐을 사용하는 트럭에 있어서 붐의 길이와 각도에 따라 붐의 회전 가능한 범위를 확장시키는 전복 방지를 위한 붐 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 장치는 콘크리트를 공급하기 위해 펌프 트럭에 설치되어 상하 기복 및 회전하는 붐; 상기 붐은 n개(n은 자연수)의 마스트 암을 가지며, 상기 마스트 암들을 각각 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부; 상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들; 상기 붐이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 붐 제어 장치를 포함하고; 상기 붐 제어 장치는 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 붐의 변화하는 무게중심점을 잇는 선상에 존재하는 상기 아우트리거의 받침점에 의한 지지점 또는 상기 아우트리거의 받침점들에 의한 가상 지지점에 의해 상기 펌프 트럭의 중량(GT)과 상기 붐의 중량(GB)을 비교하여 제어되는 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 붐 제어장치는 상기 펌프 트럭의 중량(GT)과 상기 붐의 중량(GB)을 비교할 때에 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 상기 n개의 마스트 암들 각각의 중량들(gi)과 무게중심점들(xi, zi)(i는 1~n)로부터 산출하고, 상기 펌프 트럭의 중량(GT)에 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과 상기 붐의 중량(GB)에 상기 붐의 변화하는 무게중심점과 상기 지지점사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교하여 상기 제1의 값이 상기 제2의 값보다 큰 범위내에서만 상기 붐 작동부가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 아우트리거들의 받침점의 위치는 아우트리거에 설치된 길이센서 및/또는 각도센서로부터 입력되는 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 붐의 중량(GB)은
Figure 112015056510939-pat00001
이고, 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)은
Figure 112015056510939-pat00002
인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점은 상기 아우트리거들의 받침점들의 위치에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서, 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 산출하기 위한 마스트 암들 각각의 무게중심점들(xi, zi)은 미리 저장된 초기의 마스트 암들의 무게중심점(x0, z0)의 위치정보를 붐 작동부의 제어에 의해 변화시켜 마스트 암들에 설치된 각각의 센서에 의해 감지되는 위치정보로부터 얻는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 방법은 콘크리트를 공급하기 위해 펌프 트럭에 설치되어 상하 기복 및 회전하는 붐; 상기 붐은 n개(n은 자연수)의 마스트 암을 가지며, 상기 마스트 암들을 각각 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부; 상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들; 상기 붐의 마스트 암들이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 붐 제어 장치를 포함하는 펌프 트럭의 붐 제어 방법에 있어서, 상기 n개의 마스트 암들 각각의 무게중심점들(xi, zi)(i는 1~n)로부터 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 산출하는 붐의 무게중심점 결정단계; 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 결정된 붐의 무게중심점을 잇는 선상에 존재하는 상기 아우트리거의 받침점에 의한 지지점 또는 상기 아우트리거들의 받침점들에 의한 가상 지지점을 결정하는 지지점 결정단계; 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L1)와 상기 붐의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L2)를 계산하는 각각의 무게중심점과 지지점 사이의 길이 계산단계; 상기 펌프 트럭의 중량(GT)에 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과 상기 붐의 중량(GB)에 상기 붐의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교하여 상기 제1의 값이 상기 제2의 값보다 큰 범위 내에서만 상기 붐 작동부가 작동되도록 제어하는 붐 작동 유지단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펌프 트럭의 붐 제어 방법은 콘크리트를 공급하기 위한 펌프 트럭에 다수의 마스트 암을 구비하고, 상하 기복 및 회전하는 붐; 상기 다수의 마스트 암을 각각 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부; 상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들; 상기 다수의 마스트 암이 구비된 붐이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심을 이용하여 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 펌프 트럭의 붐 제어 방법에 있어서, 상기 다수의 마스트 암들 각각의 무게중심점들(xi, zi)(i는 1~n)로부터 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 산출하는 붐의 무게중심점 결정단계; 상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심을 잇는 선상에 존재하는 실제 또는 가상 지지점을 산출하는 지지점 결정단계; 상기 지지점을 중심으로 상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심 사이의 각각의 길이를 산출하는 길이 계산단계; 상기 펌프 트럭의 중량과 상기 붐의 중량 및 상기 각각의 길이를 이용하여 계산한 값에 의해 붐 작동부의 작동 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 붐의 상태가 변동되더라도 그 변동된 상태에 대한 붐의 무게중심을 정확하게 산출하여 붐의 작업범위를 최대로 유지하는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 아우트리거가 단축된 경우나, 아우트리거가 완전히 단축되지 않은 경우에 붐의 회전 가능한 범위를 확장시키는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 붐의 길이와 각도에 따라 붐의 회전 가능한 범위를 확장시키는 효과도 얻어진다.
도 1은 콘크리트 펌프 트럭의 측면도.
도 2는 붐의 마스트 암이 임의의 상태로 펼쳐진 콘크리트 펌프 트럭의 정면도.
도 3은 종래 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 장치의 회로도.
도 4는 콘크리트 펌프 트럭의 아우트리거가 완전히 확장된 상태에서 붐의 안전한 작업범위를 보여주는 평면도.
도 5는 아우트리거의 길이 및 각도 센서가 아우트리거에 설치된 모습을 보이는 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 장치의 회로도.
도 7은 아우트리거의 확장된 상태를 설명하기 위한 평면도.
도 8은 아우트리거중 하나가 단축된 상태에서 붐의 이동중의 한 상태를 설명하기 위한 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 붐의 마스트 암들 각각의 무게중심과 붐의 무게중심을 설명하기 위한 모식도.
도 10은 본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭의 붐 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트.
우선, 본 발명의 개념을 설명한다.
본 발명은 콘크리트 펌프 트럭의 아우트리거의 확장정도에 따른 붐의 상하 기복과 회전 작동을 안전범위를 벗어나지 못하도록 제어해 주는 붐 제어 장치 및 그 제어 방법으로서, 하부 아우트리거에 장착된 회전각도센서와 하부 인출 아우트리거에 장착된 인출 길이센서에 의해 하부 아우트리거의 확장 상태를 감지하여 작업자가 붐의 마스트 암들의 상하 기복과 회전을 작동시킬 때, 아우트리거의 확장상태에 의해 계산된 안전범위를 붐이 벗어나지 않도록 계산하여 붐의 마스트 암들의 상하 기복과 회전 작동을 자동으로 멈추게 함으로써, 콘크리트 펌프 트럭의 전복을 방지한다.
본 발명의 콘크리트펌프 트럭의 아우트리거는 그 아우트리거에 장착된 길이센서와 각도센서에 의해 확장상태 및 단축상태가 인식되고, 각각의 마스트 암들에 장착된 각도센서에 의해 각각의 마스트 암들의 무게중심의 위치 즉, 무게중심점들이 인식된다.
붐의 안전한 작업범위는 이와 같이 인식된 아우트리거의 확장상태 및 마스트 암들의 무게중심점들에 따라 결정된다.
도 4는 콘크리트 펌프 트럭의 아우트리거(30)가 완전히 확장된 상태에서 붐의 안전한 작업범위를 보여주고 있다.
본 발명은 붐의 마스트 암들에 장착된 각도센서들과 회전센서를 사용하여 수시로 변화하는 붐의 현재의 무게중심점을 계산하여 붐의 마스트 암들의 하강 또는 회전에 따라 안전한 작업범위를 벗어나는지 여부를 판단한다.
붐의 현재 상태가 안전한 작업범위를 벗어나지 않은 경우 붐의 마스트 암들은 각각 상하 기복 또는 회전 작동이 이루어질 수 있으며, 마스트 암들의 기복에 의한 붐의 현재의 무게중심점이 안전한 작업범위를 벗어나게 되는 경우에는 붐의 마스트 암들의 상하 기복이나 붐의 회전 작동이 자동적으로 차단되어 항상 안전한 작업범위 내에서 작업하게 된다.
본 발명은 도 6에서 보는 바와 같이 아우트리거에 장착된 길이센서와 각도센서, 붐의 마스트 암들에 장착된 각도센서들과 붐의 회전센서에서 감지된 신호가 연산부로 전달되어 연산부에서 아우트리거의 확장상태와 붐의 마스트 암들의 상하 즉, 마스트 암들의 무게중심점들 및 붐의 회전 상태를 연산하고, 저장부(330)에 미리 저장된 펌프 트럭의 무게중심점의 위치와 중량을 얻고, 초기의 마스트 암들의 무게중심점(x0, z0)의 위치정보를 붐 작동부의 제어에 의해 변화시킬 때 마스트 암들에 설치된 각각의 센서에 의해 현재의 무게중심점들의 위치와 중량을 얻는다.
저장부(330)에는 펌프 트럭(1)의 중량(GT), 붐(10)의 중량(GB) 및 아우트리거(30)의 받침점(x1, y1)(x2, y2)(x3, y3)(x4, y4) 위치에 대응하는 무게중심점(T)의 위치정보(xT, yT)를 저장하고 있으며, 마스트 암들의 초기 상태의 무게중심점(x0, z0)의 위치정보를 저장하고 있다.
붐(10)의 중량(GB)은 마스트 암들의 중량(gi)(i는 마스트 암의 개수)의 합이 되며, 붐(10)의 무게중심점(B)은 (XB, ZB)의 좌표를 가지고, 붐(10)의 중량(GB)[마스트 암들의 중량(gi)의 합]과 마스트 암들의 무게중심점(xi, zi)으로부터 산출된다.
붐(10)의 중량(GB)은
Figure 112015056510939-pat00003
가 되고,
(i : 마스트 암의 개수로서 자연수이다.)
붐(10)의 무게중심점(B)의 좌표 (XB, ZB)은
Figure 112015056510939-pat00004
가 된다.
펌프 트럭의 무게중심점(T)과 붐의 무게중심점(B)을 잇는 선상에 존재하는 아우트리거의 받침점인 지지점[가상지지점(N)이 아우트리거의 받침점과 동일한 경우] 또는 상기 아우트리거의 받침점들에 의한 가상 지지점(N)을 정하고, 펌프 트럭의 중량(GT)에 펌프 트럭의 무게중심점(T)과 지지점(N) 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과 붐의 중량(GB)에 붐의 무게중심점과 지지점 사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교부(320)에서 비교하여 제1의 값이 제2의 값보다 큰 범위 내[안전한 작업범위]에서만 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)가 작동되도록 제어하여 붐의 이동, 즉 붐의 상하 기복 또는 회전 작동을 계속할 수 있도록 작동제어부(340)에서 허용하여 작업자가 붐의 조작을 자유로이 할 수 있도록 하고, 제1의 값이 제2의 값보다 크지 않으면 안전한 작업범위를 벗어나면 붐의 하강 또는 회전 작동을 할 수 없도록 작동제어부에서 차단하여 작업자가 붐의 조작을 할 수 없도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 5는 아우트리거의 길이 및 각도 센서가 아우트리거에 설치된 모습을 보이는 평면도이다.
도 5에 있어서, 도면부호 2는 차체이고, 10은 콘크리트 펌프 트럭(1)의 붐이다. 도면부호 30a, 30b, 30c, 30d는 4개의 아우트리거(30)이고, SL3, SL4는 아우트리거(30)의 길이센서이고, SA3, SA4는 아우트리거(30)의 각도센서이다.
도 5에서 아우트리거(30a)(30b)에서 길이센서와 각도센서의 도시가 생략되어 있다.
도 7은 아우트리거의 확장된 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
이하에서 아우트리거(30)들의 길이와 각도는 4개의 아우트리거(30a)(30b) (30c)(30d)들의 각각의 받침점들을 직교 좌표계(X-Y 좌표)의 받침점(x1, y1), 받침점(x2, y2), 받침점(x3, y3), 받침점(x4, y4)으로 표시된다.
또한, 극좌표로 표시되는 붐(10)의 마스트 암들의 길이와 각도는 붐(10)의 마스트 암들의 무게중심점의 이동을 직교 좌표(X-Y 좌표)로 변환하여 B(xi, yi)의 형식으로 표시된다.
아우트리거(30)들과 붐(10)의 마스트 암들의 이러한 변환은 도 6에 도시된 연산부(310)에서 처리된다.
물론 이러한 변환 없이 각 점의 위치를 극좌표인 길이와 각도의 값으로 직접 처리할 수도 있다.
도 7에서 아우트리거(30a)(30b)(30c)(30d)들은 선단에서 지면을 향해 수직으로 연장되는 잭 실린더(31)들을 구비하고 있으며, 잭 실린더(31)들의 착지점들은 아우트리거(30)의 받침점(x1, y1)(x2, y2)(x3, y3)(x4, y4)들이 된다.
즉, 아우트리거(30a)는 받침점(x1, y1)에, 아우트리거(30b)는 받침점(x2, y2)에, 아우트리거(30c)는 받침점(x3, y3)에, 아우트리거(30d)는 받침점(x4, y4)에 위치되는 것으로 설명한다. 아우트리거(30)들의 위치는 확장이나 단축된 상태만을 의미하지 않고, 이하의 설명에 있어서는 상기 좌표로서 설명하는 바와 같이 확장, 단축, 일부 확장 등 현장여건에 따라 잭 실린더(31)들의 착지점들이 결정되는 상황에서 펌프 트럭(1)의 붐(10)의 안정된 작업범위를 결정하게 된다.
이렇게 결정된 붐(10)의 안정된 작업범위는 이후에 설명되는 바와 같이 종래 펌프 트럭(1)에서의 안정된 작업범위보다 훨씬 넓게 된다.
역시 도 7에서 아우트리거(30a)(30b)(30d)들은 확장된 상태이고, (30c)는 단축된 상태이며, 이들의 받침점의 좌표는 (x1, y1)(x2, y2)(x31, y31)(x4, y4)가 된다. 이러한 받침점들의 좌표를 얻기 위해 각각의 아우트리거들(30a)(30b)(30c)(30d)에는 도시되지 않은 길이센서(SL1)(SL2)(SL3)(SL4)와 각도센서(SA1)(SA2)(SA3)(SA4)가 설치되어 있다.
아우트리거들(30a)(30b)(30c)(30d)이 모두 확장된 상태의 기하학적 중심은 점(P)가 되고, 펌프 트럭(1)의 무게중심점은 점(T0)가 되며, 작업이 개시되지 않은 붐(10)의 무게중심점은 점(B0)가 된다. 이때 붐(10)의 무게중심점(B0)은 초기의 마스트 암들의 무게중심점(xB0, zB0)으로부터 산출된다.
0°, +30°, +150°, -150°, -30° 등으로 표시된 원은 아우트리거(30)가 확장된 경우에 종래에 있어서나 본 발명에 있어서 붐(10)이 이동할 수 있는 안정된 작업범위를 나타낸다.
도 8은 아우트리거 중 하나가 단축된 상태에서 붐의 이동중의 한 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
아우트리거(30c)의 받침점(x3, y3)이 단축됨에 따라 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T0)의 좌표(xT0, yT0)는 무게중심점(T1)의 좌표(xT1, yT1)로 이동된다.
붐(10)의 무게중심점(B0)이 무게중심점(B1)으로 이동되면 무게중심점(B)은 좌표(xB0, zB0)에서 좌표(xB1, zB1)로 이동된다.
이러한 경우에 종래의 펌프 트럭(1)에서는 -30°, 0°, +30°, +150°, -150° 등으로 표시된 반원의 범위가 붐(10)이 이동할 수 있는 안정된 작업범위임을 보여준다.
이와 같은 붐(10)의 무게중심점(B)은
Figure 112015056510939-pat00005
으로 계산되어 산출된다.
도 9는 본 발명에 따른 붐의 마스트 암들 각각의 무게중심과 붐의 무게중심을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9에 있어서, 도면부호 121, 123, 125, 127, 129는 마스트 암이고, 도면부호 131, 133, 135, 137, 139는 마스트 암들 사이의 관절축이다.
그리고 g1(x1, z1), g2(x2, z2), g3(x3, z3), g4(x4, z4), g5(x5, z5)는 마스트 암들(121, 123, 125, 127, 129) 각각의 중량과 무게중심점을 나타낸다.
이들의 X-Z 좌표에서 X축은 편의상 X-Y 평면에서 Y축을 생략한 형태로 나타낸 것이다. 따라서 X축 상의 값은 X-Y 평면상의 값을 갖는 것이다.
Z축은 마스트 암들의 수직축의 값을 나타낸다.
이들은 X-Y-Z 좌표의 값으로 계산되고 있지만, 각각의 마스트 암들의 무게중심점의 좌표는 각각의 마스트 암들의 길이와 각도(1, 2, 3, 4, 5)를 가지며, 이 각의 크기는 마스트 암들에 설치된 각도 센서에 의해 측정되어 X-Z 좌표의 값으로 환산되고, 저장부(330)에 미리 저장된 초기의 마스트 암들의 무게중심점(x0, z0)의 위치정보로부터 환산되어 얻어진다.
따라서 붐(10)의 중량(GB) 및 무게중심점(XB, ZB)은
Figure 112015056510939-pat00006
,
Figure 112015056510939-pat00007
로부터
마스트 암이 5개인 경우, n=5가 되므로
Figure 112015056510939-pat00008
Figure 112015056510939-pat00009
Figure 112015056510939-pat00010
가 얻어진다.
도 7에서 (xB0, yB0)에 위치해 있던 붐(10)의 무게중심점(B0)은 도 8에서 무게중심점(B1)의 (xB1, yB1) 위치로 이동되어 있음을 알 수 있다. 즉, 붐(10)은 작업이 개시되지 않았던 상태에서 작업이 개시되어 이동된 무게중심점(B1)의 상태로 이동된 것이다.
여기서 도 8에서의 무게중심점(B1)의 좌표(xB1, yB1)는 상기 식에서의 무게중심점(XB5, ZB5)이 되어 계산되는 것이다.
펌프 트럭(1)이 전복되지 않기 위해서는 붐(10)의 마스트 암들의 상하 기복과 붐(10)이 회전 작동되어 붐(10)의 무게중심점(B)이 이동되더라도 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T1)에 있는 펌프 트럭(1)의 중량(GT)과 붐(10)의 무게중심점(B1)에 있는 붐(10)의 중량(GB)을 받쳐주는 받침점(N), 즉 도 9에서 아우트리거(30a)의 받침점(x1, y1)과 아우트리거(30c)의 받침점(x31, y31)을 잇는 선상에 존재하는 가상의 받침점(N1)에 의해, 아르키메데스의 지렛대 법칙으로부터 펌프 트럭(1)의 중량(GT)에 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T1)과 가상의 지지점(N1) 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과 붐(10) 중량(GB)에 붐(10)의 무게중심점(B1)과 가상의 지지점(N1) 사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교하여 제1의 값이 제2의 값보다 크면 붐(10)은 안정된 작업범위에 있는 것이고, 제2의 값이 제1의 값보다 크면 붐(10)은 안정되지 않은 작업범위에 있기 때문에 펌프 트럭(1)은 전복되게 된다. 그리고 제1의 값과 제2의 값이 같은 경우에는 펌프 트럭(1)의 중량과 붐(10)의 중량이 평형을 이루어 불안정한 상태가 된다.
따라서, 붐(10)의 이동이 안정된 작업범위에서 작업을 할 수 있도록 제1의 값이 제2의 값보다 큰 작업 범위에서만 붐(10)의 마스트 암들을 조작할 수 있도록 비교부(320)에서 판단하여 작동제어부(340)로 명령하면 붐(10) 조작자는 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)를 작동시킬 수 있게 된다.
제1의 값이 제2의 값보다 크지 않은 경우에는 비교부(320)에서 붐(10)을 조작할 수 없도록 작동제어부(340)로 명령하면 작동제어부(340)가 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)가 작동되지 않도록 하므로 붐(10) 조작자가 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)를 작동할 수 없게 된다.
상기에서 제1의 값이 제2의 값보다 큰 경우에 붐(10)이 안전한 작업범위에 있는 것으로 판단하였지만, 실제 현장의 여건 등에 의해 적응되기 위해서는 제1의 값에 안정계수(S)를 합하여 제2의 값과 비교하도록 하여 더욱 안정된 작업범위를 설정하도록 하는 것이 바람직하다.
상기에서는 가상지지점(N1)의 위치가 아우트리거(30a)의 받침점(x1, y1)과 아우트리거(30c)의 받침점(x31, y31)을 잇는 선상에 존재하는 것으로 설명하였지만 가상지지점(N1)의 위치가 아우트리거(30a)의 받침점(x1, y1) 위에 존재하거나 아우트리거(30c)의 받침점(x31, y31) 위에 존재하는 경우도 발생된다. 이러한 경우에는 가상지지점(N)은 아우트리거(30a)의 받침점(x1, y1)이나 아우트리거(30c)의 받침점(x31, y31)과 동일하다.
도 8에서 종래의 펌프 트럭(1)에서 -30°, 0°, +30°, +150°, -150° 등으로 표시된 반원의 범위가 붐(10)이 이동할 수 있는 안정된 작업범위임을 보여주고 있지만, 본 발명에서 펌프 트럭(1)의 무게중심과 마스트 암으로 이루어진 붐(10)의 무게중심을 가상 지지점(N1)으로 받쳐주는 안정된 작업범위는 상술한 반원으로 이루어지는 작업범위보다 훨씬 넓은 작업범위를 갖게 됨을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 붐 제어 장치의 바람직한 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 콘크리트 펌프 트럭(1)의 붐(10) 제어 장치의 붐 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
콘크리트를 공급하기 위해 펌프 트럭(1)에 설치되어 상하 기복 및 회전하는 붐(10); 상기 붐은 n개(n은 자연수)의 마스트 암을 가지며, 상기 마스트 암들을 각각 상하 기복시키며, 상기 붐을 회전시키는 붐 작동부; 상기 펌프 트럭(1)을 지면에 고정하기 위한 아우트리거(30)들; 상기 붐(10)의 마스트 암들이 상하 기복 및 상기 붐(10)이 회전할 때 상기 펌프 트럭(1)이 전복되지 않도록 제어하는 붐 제어 장치를 포함하는 펌프 트럭(1)의 붐 제어 방법에 있어서, 콘크리트를 공급할 장소에서 잭 실린더(31)를 연장하여 착지점에 착지시켜 아우트리거(30)를 지지한다(스텝 S5).
아우트리거 길이센서부(210)의 각각의 길이센서(SL1)(SL2)(SL3)(SL4)와 아우트리거 각도센서부(220)의 각각의 각도센서(SA1)(SA2)(SA3)(SA4)에서 각각의 아우트리거(30a)(30b)(30c)(30d)의 지지점의 위치정보를 극좌표(r,θ)의 값으로 입수하여 연산부(310)에서 직교좌표의 값(x, y)으로 연산하여 비교부(320)로 보낸다(스텝 S10).
스텝 S10에서 아우트리거들(30a)(30b)(30c)(30d)의 지지점의 위치정보를 직교좌표의 값(x, y)으로 입수하는 경우에는 극좌표(r,θ)의 값을 직교좌표의 값(x, y)으로 연산하는 과정이 생략된다.
비교부(320)는 연산부(310)로부터 입수되는 아우트리거(30a)(30b)(30c)(30d)들의 위치정보에 대응하는 펌프 트럭(1)의 중량(GT) 및 무게중심점(T)의 위치정보(xT, yT)와 붐(10)의 중량(GB)을 저장부(330)에서 입수한다(스텝 S20).
마스트 암 각도센서부(230)의 마스트 암들(121, 123, 125, 127, 129) 각각의 각도센서(SBA1)(SBA2)…(SBAn)와 붐 회전센서부(240)의 붐 회전센서(SBR)에서 극좌표(rB, B) 형태의 값으로 마스트 암들 각각의 위치정보를 입수(스텝 S30)하고, 입수된 마스트 암들의 극좌표 위치정보와 저장부(330)에 미리 저장된 초기의 마스트 암들의 무게중심점(x0, z0)의 위치정보를 입수하여 연산부(310)에서 직교좌표의 값(xBi, yBi)으로 마스트 암들 각각의 무게중심점을 계산한 후, 붐(10)의 무게중심점(B)의 위치정보를 식
Figure 112015056510939-pat00011
으로 연산하여 비교부(320)로 보낸다(스텝 S40).
마스트 암들 각각의 위치정보를 직교좌표의 값(x, y)으로 입수하는 경우에는 스텝 S30에서도 극좌표(r,θ)의 값을 직교좌표의 값(x, y)으로 연산하는 과정이 생략된다.
비교부(320)는 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T)과 붐(10)의 무게중심점(B)을 잇는 선상에 아우트리거(30)의 받침점이 존재하는 경우에는 그 받침점의 위치를 지지점(N)으로 결정하고, 선상에 존재하는 받침점이 없는 경우에는 무게중심점(T)과 무게중심점(B)에 인접한 2개의 받침점을 서로 잇는 선이 상기 무게중심점(T)과 무게중심점(B)을 잇는 선과 교차되는 점을 가상지지점(N)으로 결정한다(스텝 S50-1).
또한, 비교부(320)는 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T)과 가상지지점(N) 사이의 길이(L1)를 계산하고, 붐(10)의 무게중심점(B)과 가상지지점(N) 사이의 길이(L2)를 계산한다(스텝 S50-2).
비교부(320)는 펌프 트럭의 중량(GT)에 펌프 트럭(1)의 무게중심점(T)과 스텝 S50-1에서 결정된 지지점(N) 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과 상기 붐의 중량(GB)에 상기 붐(10)의 무게중심점과 스텝 S50-1에서 결정된 지지점(N) 사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교하여 제1의 값이 상기 제2의 값보다 큰 경우에는 붐(10)의 이동이 안전한 작업범위에 있는 것으로 판단하고(스텝 S60), 그 판단된 신호를 작동제어부(340)로 보내어 작동제어부(340)가 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)에서 작동이 계속 이루어지도록 한다(스텝 S70).
제1의 값이 제2의 값보다 크지 않은 경우에는 붐(10)의 이동이 안전하지 않은 작업범위에 있는 것으로 판단하고(스텝 S60), 그 판단된 신호를 작동제어부(340)로 보내어 작동제어부(340)가 경보와 함께 마스트 암 기복작동부(410)와 붐 회전작동부(420)가 정지하도록 한다(스텝 S90).
스텝 S70에서 작업자가 붐(10)의 이동 작업을 계속하는 경우(스텝 S80)에는 스텝 S30으로 진행하고, 작업자가 붐(10)의 이동 작업을 계속하지 않는 경우(스텝 S80)에는 붐(10)의 제어가 종료된다.
스텝 S60의 판단결과는 붐(10)이 안전한 작업범위에서 작업하고 있는지, 안전한 작업범위를 벗어난 것인지를 디스플레이(430)를 통해 표출된다.
본 발명에 따른 붐 제어 장치 및 그 제어 방법은 고소차, 사다리차, 콘크리트 펌프 트럭 등의 분야에서 유용하게 사용할 수 있는 것이다.
121, 123, 125, 127, 129 : 마스트 암
131, 133, 135, 137, 139 : 관절축
210 : 아우트리거 길이센서부 220 : 아우트리거 각도센서부
230 : 마스트 암 각도센서부 240 : 붐 회전센서부
310 : 연산부 320 : 비교부
330 : 저장부 340 : 작동제어부
410 : 마스트 암 기복작동부 420 : 붐 회전작동부
430 : 디스플레이 800 : 제어부

Claims (6)

  1. 콘크리트를 공급하기 위해 펌프 트럭에 설치되어 상하 기복 및 회전하는 붐;
    상기 붐은 n개(n은 자연수)의 마스트 암을 가지며, 상기 마스트 암들을 각각 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부;
    상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들;
    상기 붐이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 붐 제어 장치를 포함하고;
    상기 붐 제어 장치는 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 붐의 변화하는 무게중심점을 잇는 선상에 존재하는 상기 아우트리거의 받침점에 의한 지지점 또는 상기 아우트리거의 받침점들에 의한 가상 지지점에 의해 상기 펌프 트럭의 중량(GT)과 상기 붐의 중량(GB)을 비교하여 제어되는 펌프 트럭의 붐 제어 장치에 있어서,
    상기 붐 제어장치는 상기 펌프 트럭의 중량(GT)과 상기 붐의 중량(GB)을 비교할 때에 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 상기 n개의 마스트 암들 각각의 중량들(gi)과 무게중심점들(xi, zi)(i는 1~n)로부터 산출하고,
    상기 펌프 트럭의 중량(GT)에 상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점 사이의 길이(L1)를 곱한 제1의 값과
    상기 붐의 중량(GB)에 상기 붐의 변화하는 무게중심점과 상기 지지점사이의 길이(L2)를 곱한 제2의 값을 비교하여 상기 제1의 값이 상기 제2의 값보다 큰 범위내에서만 상기 붐 작동부가 작동되도록 제어하는 것이며,
    상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 산출하기 위한 마스트 암들 각각의 무게중심점들(xi, zi)은 미리 저장된 초기의 마스트 암들의 무게중심점(x0, z0)의 위치 정보를 붐 작동부의 제어에 의해 변화시켜 마스트 암들에 설치된 각각의 센서에 의해 감지되는 위치정보로부터 얻는 것을 특징으로 하는 펌프 트럭의 붐 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 붐의 중량(GB)은
    Figure 112015056510939-pat00012
    이고, 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)은
    Figure 112015056510939-pat00013
    인 것을 특징으로 하는 펌프 트럭의 붐 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프 트럭의 무게중심점과 상기 지지점은 상기 아우트리거들의 받침점들의 위치에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 펌프 트럭의 붐 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 콘크리트를 공급하기 위한 펌프 트럭에 다수의 마스트 암을 구비하고, 상하 기복 및 회전하는 붐;
    상기 다수의 마스트 암을 각각 상하 기복 및 회전시키는 붐 작동부;
    상기 펌프 트럭을 지면에 고정하기 위한 아우트리거들;
    상기 다수의 마스트 암이 구비된 붐이 상하 기복 및 회전할 때 상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심을 이용하여 상기 펌프 트럭이 전복되지 않도록 제어하는 펌프 트럭의 붐 제어 방법에 있어서,
    상기 다수의 마스트 암들 각각의 무게중심점들(xi, zi)(i는 1~n)로부터 상기 붐의 변화하는 무게중심점(XB, ZB)을 산출하는 붐의 무게중심점 결정단계;
    상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심을 잇는 선상에 존재하는 실제 또는 가상 지지점을 산출하는 지지점 결정단계;
    상기 지지점을 중심으로 상기 펌프 트럭의 무게중심과 상기 붐의 무게중심 사이의 각각의 길이를 산출하는 길이 계산단계;
    상기 펌프 트럭의 중량과 상기 붐의 중량 및 상기 각각의 길이를 이용하여 계산한 값에 의해 붐 작동부의 작동 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 트럭의 붐 제어 방법.
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