KR102301844B1 - 쇼벨 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

확실히 진입물과 쇼벨의 접촉을 회피할 수 있는 건설기계를 제공하는 것이다.
하부주행체와, 상기 하부주행체에 선회 가능하게 배치된 상부선회체와, 상기 상부선회체에 구비된 엔진과, 상기 엔진의 회전동력에 의하여, 작동유를 토출하는 유압펌프와, 상기 상부선회체에 구비된 유압 액추에이터와, 쇼벨의 구동을 제어하는 제어장치와, 상기 쇼벨의 감시영역 내에 진입한 진입물의 위치를 검지하는 진입물 검지장치를 가진다.

Description

쇼벨 및 그 제어방법{Shovel and method for controlling shovel}

본 출원은, 2014년 3월 27일에 출원된 일본 특허출원 제2014-067213호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 개시는, 주행체에 탑재되는 선회체를 구비하는 쇼벨 및 그 제어방법에 관한 것이다.

주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 선회체를 가지는 쇼벨 등의 건설기계에 있어서, 선회범위에 진입물이 진입한 것을 검지하면 선회동작을 정지시키는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이런 종류의 쇼벨은, 선회유압모터로의 작동유의 공급을 차단함으로써, 선회체의 선회동작의 정지를 행하고 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 공개 실용신안공보 평6-040066호

그러나, 상기 쇼벨은, 선회체를 정지시키기 위하여 선회유압모터로의 유압의 공급을 차단해도, 관성 모멘트가 있기 때문에, 즉시 정지시키는 것은 곤란하다. 그 이유는, 쇼벨에는, 선회체에 어태치먼트가 구비되어 있어, 선회체의 관성 모멘트가 커지기 때문에, 즉시 선회체를 정지시키는 것이 곤란해지기 때문이다. 따라서, 진입물이 쇼벨의 감시영역 내에 진입한 경우에, 쇼벨과 진입물의 접촉을 확실히 회피하는 기술이 요망되고 있다.

상기 서술한 점을 감안하여, 확실히 진입물과 쇼벨의 접촉을 회피할 수 있는 쇼벨 및 그 제어방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 양태에 의하면, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 선회 가능하게 배치된 상부선회체와, 상기 상부선회체에 구비된 엔진과, 상기 엔진의 회전동력에 의하여, 작동유를 토출하는 유압펌프와, 상기 상부선회체에 구비된 유압 액추에이터와, 쇼벨의 구동을 제어하는 제어장치와, 상기 쇼벨의 감시영역 내에 진입한 진입물의 위치를 검지하는 진입물 검지장치를 가지는 쇼벨로서, 상기 제어장치는, 상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후에, 상기 유압펌프로부터 상기 유압 액추에이터로의 상기 작동유를 공급하는 쇼벨 및 그 제어방법이 제공된다.

본 개시에 의하면, 확실히 진입물과 쇼벨의 접촉을 회피할 수 있는 쇼벨 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 쇼벨과 진입물의 평면배치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 쇼벨과 진입물의 높이방향 및 가로방향의 위치관계를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 쇼벨에 탑재되는 유압 시스템의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 유압 시스템에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도의 일례이다.
도 7은 도 6에 나타내는 유압회로를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다.
도 8은 다른 실시예에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 유압회로를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다.
도 10은 도 9와 상이한 실시예에 있어서의 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다.
도 11은 도 7과 상이한 실시예에 있어서의 쇼벨의 선회기구를 설명하는 도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 선회기구를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다.
도 13은 본 실시형태에 관한 쇼벨의 제어처리를 나타내는 플로차트의 일례이다.
도 14는 또 다른 실시예에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도이다.
도 17은 도 2에 나타내는 쇼벨의 구동계와 상이한 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1은, 본 발명이 적용되는 쇼벨의 측면도이다. 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 선회 가능하게 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 또, 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)(어태치먼트(125))은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)(유압 실린더)에 의하여 각각 유압 구동된다. 상부선회체(3)에는 캐빈(10)이 마련되고, 또한 내연기관인 엔진(11) 등의 동력원이 탑재된다. 캐빈(10)에는 운전석이 마련되어 있어, 운전자는 운전석에 착석한 상태로 쇼벨을 조작한다.

도 2는, 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이며, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기 구동·제어계를 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

유압 쇼벨의 구동계는, 주로, 엔진(11), 메인펌프(14), 레귤레이터(13), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 압력센서(29), 및 컨트롤러(30)로 구성된다.

엔진(11)은, 유압 쇼벨의 구동원이며, 예를 들면, 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 엔진으로서, 엔진(11)의 출력축이 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)의 입력축에 접속된다.

메인펌프(14)는, 고압유압라인을 통하여 압유를 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면, 경사판식 가변 용량형 유압펌프이다. 메인펌프(14)는, 엔진(11)의 회전동력에 의하여 작동유를 토출한다.

레귤레이터(13)는, 메인펌프(14)의 토출량을 제어하기 위한 장치이며, 예를 들면, 메인펌프(14)의 토출압, 또는 컨트롤러(30)로부터의 제어신호 등에 따라 메인펌프(14)의 경사판 경전각(傾轉角)을 조절함으로써, 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.

파일럿펌프(15)는, 파일럿라인을 통하여 각종 유압제어기기에 압유를 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면, 고정 용량형 유압펌프이다. 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.

컨트롤밸브(17)는, 유압 쇼벨에 있어서의 유압 시스템을 제어하는 유압 제어장치이다. 하부주행체(1)용 주행용 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 컨트롤밸브(17)는, 예를 들면, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(1A(우측용)), 주행용 유압모터(1B(좌측용)), 및 선회유압모터(21) 중 하나 또는 복수의 것에 대하여 메인펌프(14)로부터 받아들인 압유를 선택적으로 공급한다. 다만, 이하에서는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(1A(우측용)), 주행용 유압모터(1B(좌측용)), 및 선회유압모터(21)를 집합적으로 “유압 액추에이터”라고 칭하는 것으로 한다.

조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 파일럿라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동 제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 레버(26A)는, 선회용 레버 및 암용 레버로서 기능한다. 레버(26B)는, 붐용 레버 및 버킷용 레버로서 기능한다.

조작장치(26)는, 조작자가 유압 액추에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이며, 파일럿라인을 통하여, 파일럿펌프(15)로부터 받아들인 압유를 유압 액추에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 파일럿포트에 공급한다. 다만, 파일럿포트의 각각에 공급되는 압유의 압력은, 유압 액추에이터의 각각에 대응하는 레버 또는 페달(26A~26C)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이 된다.

또, 선회기구(2)를 구동하기 위한 선회유압모터(21)가 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 선회유압모터(21)는, 선회 제어장치의 유압회로를 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속되지만, 도 2에는 선회 구동장치의 유압회로는 나타나 있지 않다. 선회 구동장치에 관해서는 후에 설명한다.

압력센서(29)는, 조작장치(26)를 이용한 조작자의 조작 내용을 검출하기 위한 센서이다. 예를 들면, 유압 액추에이터의 각각에 대응하는 레버 또는 페달(26A~26C)의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하여, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동 제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되어, CPU가 내부 메모리에 격납된 구동 제어용 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 자세검출기(22), 및 압력센서(29) 등이 출력하는 검출치를 수신하여, 이들 검출치에 근거하여 상부선회체(3) 또는 어태치먼트의 회피 동작을 실행한다. 자세검출기(22)에 대해서는 후술한다.

다음으로, 일 실시형태에 관한 쇼벨과 진입물의 위치관계에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 쇼벨과 진입물(작업자)의 평면배치를 나타내는 평면도이다.

자세검출기(22)(도 2 참조)는, 붐각도센서(22A), 암각도센서(22B), 및 버킷실린더 스트로크센서(22C)를 포함하여 구성되어 있다.

상부선회체(3)에는, 선회각도센서(22D)가 장착되어 있다. 선회각도센서(22D)는, 하부주행체(1)에 대한 상부선회체(3) 또는, 어태치먼트(125)의, 제1 기준방위 내지 제3 기준방위로부터 선회각도를 측정한다.

예를 들면, 하부주행체(1)의 주행방향의 전방을 제1 기준방위로 한다. 하부주행체(1)를 기준 수평면 상에, 재치했을 때에, 기준 수평면 내에 있어서, 선회중심(111)으로부터 어태치먼트(125)의 선단이 향하는 쪽을 x축, 이에 직교하는 방향을 y축, 선회중심(111)을 z축으로 하는 xyz 직교좌표계를 정의한다.

선회중심(111)(z축)을 중심으로 하는 선형(扇形)에 의하여, 제1 감시영역(18a)이 확정된다. 제1 감시영역(18a)은, 평면으로부터 보아, 어태치먼트(125)의 중심선에 관하여 선대칭이다. 제1 감시영역(18a)의 중심각의 1/2을, “제1 감시각도 상한치”(αd)라고 한다.

선회중심(111)(z축)으로부터 어태치먼트(125)의 선단까지의 거리(R)(이하 “어태치먼트 길이”라고 함)는, 붐(4), 암(5), 버킷(6)을 요동시킴으로써 변동한다. 제1 감시영역(18a)의 반경은, 어태치먼트 길이(R)와 동일하다.

또, 선회중심(111)으로부터 상부선회체(3)의 차폭방향의 전방의 모서리부를 통과하는 선분을 제2 기준방위로 한다. 기준 수평면 내에 있어서, 선회중심(111)으로부터 상부선회체(3)의 차폭방향의 전방의 모서리부를 통과하는 선분이 향하는 쪽을 x’축, 이에 직교하는 방향을 y’축으로 하는 x’y’z 직교좌표계를 정의한다. 제2 감시영역(18b)의 반경을 R’라고 정의한다.

선회중심(111)(z축)을 중심으로 하는 선형에 의하여, 제2 감시영역(18b)이 확정된다. 제2 감시영역(18b)은, 평면으로부터 보아, x’축에 관하여 선대칭이다. 제2 감시영역(18b)의 중심각의 1/2을, “제2 감시각도 상한치”(αd’)라고 한다.

또, 선회중심(111)으로부터 상부선회체(3)의 차폭방향의 후방의 모서리부를 통과하는 선분을 제3 기준방위로 한다. 기준 수평면 내에 있어서, 선회중심(111)으로부터 상부선회체(3)의 차폭방향의 후방의 모서리부를 통과하는 선분이 향하는 쪽을 x’’축, 이에 직교하는 방향을 y’’축으로 하는 x’’y’’z 직교좌표계를 정의한다. 제3 감시영역(18c)의 반경을 R’’라고 정의한다.

선회중심(111)(z축)을 중심으로 하는 선형에 의하여, 제3 감시영역(18c)이 확정된다. 제3 감시영역(18c)은, 평면으로부터 보아, x’’축에 관하여 선대칭이다. 제3 감시영역(18c)의 중심각의 1/2을, “제3 감시각도 상한치”(αd’’)라고 한다.

상기 제1 내지 제3 감시영역(18a, 18b, 18c)은, 임의로 설정할 수 있다.

상부선회체(3)에는, 복수, 예를 들면, 후방과 좌우에 총 3개의 진입물 검지장치(80)가 장착되어 있다. 진입물(예를 들면, 진입자(W))이 쇼벨의 감시영역에 진입할 때에, 입구에서, 진입자(W)의 소정의 위치에 발신기(222)가 장착된다. 작업 현장으로부터 퇴출할 때에, 발신기(222)가 작업자로부터 분리된다. 발신기(222)에는, 예를 들면, 전방위 마커 발광기가 이용된다. 진입물 검지장치(80)에는, 예를 들면, 발신기(222)의 화상을 취득하는 CCD 카메라가 이용된다. 복수의 진입물 검지장치(80)로 1개의 발신기(222)를 촬상함으로써, 발신기(222)의 위치를 산출할 수 있다. 진입물 검지장치(80)는 상부선회체(3)에 장착되어 있기 때문에, 산출된 발신기(222)의 위치는, 상부선회체(3)에 대한 상대적인 위치로서 검출된다. 다만, 진입물 검지장치(80)는 CCD 카메라로 한정되지 않고, 레이저 레이더, 밀리파 레이저, 초음파 센서, 적외선 센서 등을 이용해도 된다. 진입자(W)를 검지할 수 있으면 종류는 상관없다.

도 4는, 도 1에 나타내는 쇼벨과 진입물의 높이방향 및 가로방향의 위치관계를 나타내는 개략도이다.

진입물(예를 들면, 덤프트럭(W’))의 적재대의 가장 높은 위치에 발신기(222)가 장착되어 있다. 붐(4)이 y축에 평행한 요동 중심(112)을 중심으로 하여 상하로 요동한다. 상부선회체(3)와 붐(4)의 접속부, 붐(4)과 암(5)의 접속부에, 각각, 자세검출기(22)로서의 붐각도센서(22A), 암각도센서(22B)가 장착되어 있다. 그리고, 버킷실린더(9)에는, 자세검출기(22)로서의 버킷실린더 스트로크센서(22C)가 장착되어 있다. 붐각도센서(22A)는, 붐(4)의 길이방향과 기준 수평면(xy면)이 이루는 각도(β1)를 측정한다. 암각도센서(22B)는, 붐(4)의 길이방향과 암(5)의 길이방향이 이루는 각도(δ1)를 측정한다. 버킷실린더 스트로크센서(22C)는, 버킷실린더(9)의 스트로크에 근거하여, 암(5)의 길이방향과 버킷(6)의 길이방향이 이루는 각도(δ2)를 측정한다.

여기에서, 붐(4)의 길이방향이란, 요동 중심(112)에 수직인 면 내(zx면 내)에 있어서, 요동 중심(112), 및 붐(4)과 암(5)의 접속부를 통과하는 직선의 방향을 의미한다. 암(5)의 길이방향이란, zx면 내에 있어서, 붐(4)과 암(5)의 접속부, 및 암(5)과 버킷(6)의 접속부를 통과하는 직선의 방향을 의미한다. 버킷(6)의 길이방향이란, zx면 내에 있어서, 암(5)과 버킷(6)의 접속부, 및 버킷(6)의 선단을 통과하는 직선의 방향을 의미한다.

요동 중심(112)은, 선회중심(111)(z축)으로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다. 다만, 선회중심(111)과 요동 중심(112)이 교차하는 구조로 해도 된다.

다음으로, 도 5를 참조하면서, 본 실시형태에 관한 쇼벨의 유압 시스템에 대하여 설명한다. 다만, 도 5는, 도 1에 나타내는 쇼벨에 탑재되는 유압 시스템의 구성예를 나타내는 개략도이며, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기 제어계를, 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

도 5에 있어서, 유압 시스템은, 엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(14L, 14R)로부터, 센터 바이패스관로(40L, 40R)의 각각을 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시킨다.

센터 바이패스관로(40L)는, 유량제어밸브(151, 155 및 157)를 통과하는 고압유압라인이며, 센터 바이패스관로(40R)는, 유량제어밸브(152, 154 및 158)를 통과하는 고압유압라인이다.

조작장치(26)는, 쇼벨을 조작하기 위하여 이용된다. 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버 조작량에 따른 제어압을 유량제어밸브의 좌우 중 어느 하나의 파일럿포트에 공급시킨다.

압력센서(29)는, 조작장치(26)에 대한 조작자의 조작 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작 내용은, 예를 들면, 레버 조작방향, 레버 조작량(레버 조작각도) 등이다.

조작장치(26)는, 조작레버와, 리모트컨트롤밸브와, 압력센서(29)를 포함하여 구성되어 있다. 리모트컨트롤밸브에는, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유가 공급되고 있다. 리모트컨트롤밸브로부터의 파일럿라인(27R, 27L)의 도중에는, 분기한 파일럿라인(28R, 28L)이 마련되어 있고, 이 파일럿라인(28R, 28L)의 타단은, 압력센서(29)와 접속되어 있다.

유량제어밸브(151)는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 주행용 유압모터(1B)에 공급하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다. 또, 유량제어밸브(152)는, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 주행용 유압모터(1A)에 공급하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

유량제어밸브(154)는, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)로 공급하고, 또한, 붐실린더(7) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

유량제어밸브(155)는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)로 공급하고, 또한, 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

유량제어밸브(157)는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 선회유압모터(21)로 순환시키기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

다음으로, 선회유압모터(21)의 구동을 제어하는 선회 구동장치에 대하여 설명한다. 선회 구동장치는 선회유압모터(21)를 구동하기 위한 유압회로를 포함하고 있으며, 선회 구동장치의 유압회로는 선회유압모터(21)와 컨트롤밸브(17)의 사이에 마련된다.

유압라인(322A)을 통하여 컨트롤밸브(17)를 구성하는 유량제어밸브(157)로부터 선회유압모터(21)의 A포트에 고압의 작동유가 공급되면, 선회유압모터(21)는 소정의 방향으로 회전한다. A포트에 공급된 고압의 작동유는 선회유압모터(21)를 구동하여 저압의 작동유가 되고, B포트로부터 토출되어 유압라인(322B)을 통하여 유량제어밸브(157)로 되돌아온다. 반대로, 유압라인(322B)을 통하여 유량제어밸브(157)로부터 선회유압모터(21)의 B포트에 고압의 작동유가 공급되면, 선회유압모터(21)는 역방향으로 회전한다. B포트에 공급된 고압의 작동유는 선회유압모터(21)를 구동하여 저압의 작동유가 되고, A포트로부터 토출되어 유압라인(322A)을 통하여 유량제어밸브(157)로 되돌아온다.

선회유압모터(21)의 회전축은 변속기(도시하지 않음)를 통하여 선회기구(2)에 접속되어 있고, 선회유압모터(21)가 회전 구동됨으로써 선회기구(2)가 작동하여, 상부선회체(3)를 선회시킬 수 있다. 선회유압모터(21)가 일방향으로 회전함으로써, 상부선회체(3)를 예를 들면 우측 방향으로 선회시킬 수 있고, 선회유압모터(21)가 역방향으로 회전함으로써, 상부선회체(3)를 예를 들면 좌측 방향으로 선회시킬 수 있다.

유압라인(322A)에는, 릴리프밸브(324A)의 유압 공급포트가 접속된다. 릴리프밸브(324A)의 유압 개방포트는, 유압라인(326)에 접속된다. 유압라인(326)은, 작동유탱크(330)로 되돌아오는 저압의 작동유가 흐르는 유압라인이다. 마찬가지로, 유압라인(322B)에는, 릴리프밸브(324B)의 유압 공급포트가 접속된다. 릴리프밸브(324B)의 유압 개방포트는, 유압라인(326)에 접속된다.

선회유압모터(21)의 출력축에는, 브레이크 플레이트(23a)가 장착되어 있다. 브레이크 플레이트(23a)의 일단에 근접하여 브레이크 디스크(23b)와 피스톤(23c)과 스프링(23d)을 장착한 실린더(23e)가 배치되어 있다. 실린더(23e)는 파일럿펌프(15)로부터 작동유가 공급되면 브레이크의 제동을 해제하고, 파일럿펌프(15)로부터의 작동유의 공급이 정지되면 브레이크가 작동하는 구성으로 되어 있다. 이 작동유의 공급은 전자전환밸브(50)에 의하여 제어되고 있다.

유량제어밸브(158)는, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 버킷실린더(9)로 공급하고, 또한, 버킷실린더(9) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위한 스풀밸브이다.

레귤레이터(13L, 13R)는, 메인펌프(14L, 14R)의 토출압에 따라 메인펌프(14L, 14R)의 경사판 경전각을 조절한다.

컨트롤러(30)는, 압력센서(29) 등의 출력을 수신하여, 필요에 따라서 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 변화시킨다.

스위치(S1)는, 메인펌프(14L, 14R)의 작동·정지를 전환한다. 스위치(S1)는 캐빈(10) 내에 설치된다.

컨트롤러(30)는, 감시영역(제1 내지 제3 감시영역(18a, 18b, 18c)) 내에 진입물(진입자(W), 덤프트럭(W’) 등)이 존재한다고 판단한 경우, 진입물과 쇼벨의 접촉을 회피하는 제어를 행한다. 자세한 것은 후술한다.

도 6은, 도 5에 나타내는 유압 시스템에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도의 일례이다. 도 6을 참조하면서, 선회용 레버(26A)와 유량제어밸브(157)와의 사이의 유압회로에 대하여 설명한다.

파일럿펌프(15)가, 유압 조작계에 필요한 파일럿압을 발생시킨다. 발생된 파일럿압은, 파일럿라인(25)을 통하여 선회용 레버(26A)에 공급된다. 선회용 레버(26A)는, 조작자에 의하여 조작된다. 선회용 레버(26A)는, 파일럿라인(25)으로부터 공급되는 1차측의 유압을, 조작자의 조작에 따라, 2차측의 유압으로 변환한다. 2차측의 유압은, 파일럿라인(27R, 27L)을 통하여 전자비례밸브(157a, 157b)에 전달됨과 함께, 다른 파일럿라인(37R, 37L)을 통하여 유량제어밸브(157)의 R포트 또는 L포트에 전달된다.

선회용의 조작장치는, 선회용 레버(26A)와, 리모트컨트롤밸브(257R, 257L)를 포함하여 구성되어 있다.

리모트컨트롤밸브(257R, 257L)는, 선회용 레버(26A)의 조작량에 따른 파일럿압을 유량제어밸브(157)에 출력하기 위한 밸브이다. 선회용 레버(26A)와 유량제어밸브(157)와의 사이에는, 전자비례밸브(157a, 157b)(전환밸브)가 배치되어 있다.

구체적으로는, 리모트컨트롤밸브(257R)는, 파일럿라인(27R, 37R)을 지나, 전자비례밸브(157a)를 통하여 유량제어밸브(157)의 R포트에 접속된다. 그리고, 리모트컨트롤밸브(257L)는, 파일럿라인(27L, 37L)을 지나, 전자비례밸브(157b)를 통하여 유량제어밸브(157)의 L포트에 접속된다. 리모트컨트롤밸브(257R, 257L)는, 파일럿펌프(15)에 의하여 공급되는 작동유의 압력을 1차압으로서 받아, 선회용 레버(26A)의 조작량에 따른 2차압을 파일럿압으로서 출력한다.

전자비례밸브(157a, 157b)에 의하여, 유량제어밸브(157)에 입력되는 파일럿압이 전환된다.

구체적으로는, 전자비례밸브(157a)는, 4포트 3위치의 밸브이며, 제1 포트는 파일럿라인(37R)을 지나 유량제어밸브(157)의 R포트에 접속된다. 제2 포트는 파일럿라인(27R)을 지나 리모트컨트롤밸브(257R)에 접속된다. 제3 포트는 파일럿라인(25)을 지나 파일럿펌프(15)에 접속된다. 제4 포트는 탱크에 접속된다.

또, 전자비례밸브(157b)도 전자비례밸브(157a)와 마찬가지로, 4포트 3위치의 밸브이다. 제1 포트 내지 제4 포트의 접속 관계는, 전자비례밸브(157a)의 접속 관계와 기본적으로 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

전자비례밸브(157a, 157b)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유의 2차압을, 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여 전환하여, 유량제어밸브(157)를 전환한다.

전자비례밸브(157a)가 중립위치(a)인 경우에는, 파일럿라인(27R)은, 파일럿라인(37R)과 연통 상태가 된다. 이로 인하여, 조작자가, 선회용 레버(26A)를 우선회방향으로 조작하면, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압이, 전자비례밸브(157a)의 제1 포트 및 제2 포트를 지나, 유량제어밸브(157)의 R포트에 공급된다. 그리고, 유량제어밸브(157)가 중립위치(a)로부터 우측위치(b)로 전환된다. 이로써, 센터 바이패스관로(40L)가 유압라인(322B)과 연통 상태가 되어, 메인펌프(14L)의 토출측의 포트가 선회유압모터(21)의 B포트와 연통 상태가 된다(도 5 참조). 이로 인하여, 메인펌프(14L)로부터 토출된 고압의 작동유가, 선회유압모터(21)의 B포트에 공급되고, 선회유압모터(21)는 우측 방향으로 선회하여 저압의 작동유가 되며, A포트로부터 배출되어 유압라인(322A)을 통하여 유량제어밸브(157)로 되돌아오게 된다. 이 경우, B포트가 흡입측 포트가 되고, A포트가 토출측 포트가 된다.

조작자는, 선회용 레버(26A)를 중립위치로 되돌려 상부선회체(3)의 선회운동을 감속 혹은 정지할 때에는, 유량제어밸브(157)를 폐쇄하여 중립위치(a)로 하고, 센터 바이패스관로(40L)와 유압라인(322B)을 비연통 상태로 한다. 즉, 메인펌프(14L)의 토출측의 포트가 선회유압모터(21)의 B포트와 비연통 상태로 한다. 그리고, 메인펌프(14L)로부터 선회유압모터(21)의 B포트로의 고압의 작동유의 공급을 정지시킨다. 유량제어밸브(157)가 폐쇄되면, 메인펌프(14L)로부터 유량제어밸브(157)에 작동유는 공급되지 않고, 또, 선회유압모터(21)의 A포트로부터의 작동유는 유량제어밸브(157)를 통하여 탱크로 되돌아올 수 없다.

여기에서, 파일럿라인(27R, 27L)에 전자비례밸브(157a, 157b)가 마련되어 있지 않은 유압회로(즉, 일반적인 유압회로)인 경우의 동작에 대하여 설명한다. 유량제어밸브(157)를 중립위치(a)로 하여, 센터 바이패스관로(40L)와 유압라인(322B)을 비연통 상태로 하고, 메인펌프(14L)로부터 유량제어밸브(157)로의 작동유의 공급을 정지하면, 저압이었던 토출측의 A포트의 유압이 상승한다. 토출측의 A포트의 유압이 높아진다. 그 후, 토출측 포트의 작동유의 압력이, 릴리프밸브(324A)에서 미리 설정되어 있는 릴리프압을 넘으면, 유압라인(326)을 통하여 탱크로 되돌아온다. 이로 인하여, 릴리프밸브(324A)에 의하여 제동력이 발생하지만, 공급측의 B포트로의 작동유의 공급이 없기 때문에, 토출측의 A포트의 압력이 저하되어 버린다. 그 결과, 제동력도 저하되어, 상부선회체(3)가 감속된 후 정지할 때까지의 시간이 길어져 버린다.

따라서, 본 실시형태에서는, 전자비례밸브(157a, 157b)를 마련함으로써, 상부선회체(3)가 감속된 후 정지할 때까지의 시간을 짧게 한다. 이로 인하여, 조작자에 의한 레버 조작에 관계없이, 메인펌프(14L)로부터의 작동유의 흐름을 자동적으로 전환한다. 이로써, 높은 제동력이 계속해서 선회유압모터(21)에 가해지기 때문에, 보다 조기에 상부선회체(3)의 선회동작을 정지시킬 수 있다.

상부선회체(3)가 우측 방향으로 선회 중일 때에 있어서, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지한 경우를 생각한다.

상부선회체(3)의 우측 방향으로의 선회는, 조작자가 선회용 레버(26A)를 우선회측으로 조작하여, 선회용 레버(26A)의 조작량에 따른 파일럿압을 전자비례밸브(157a)를 통하여 유량제어밸브(157)의 R포트에 공급함으로써 행한다. 이로써, 센터 바이패스관로(40L)와 유압라인(322B)이 연통 상태가 되고, 메인펌프(14L)의 토출측의 포트가 선회유압모터(21)의 B포트와 연통 상태가 된다(도 5 참조). 이로 인하여, 유량제어밸브(157)는 우측위치(b)로 전환되고, 메인펌프(14L)로부터 토출된 고압의 작동유가 선회유압모터(21)의 B포트에 공급되어, 그 작동유를 A포트로부터 배출함으로써, 선회유압모터(21)의 우선회동작이 행해진다. 이 때, 전자비례밸브(157a, 157b)는 중립위치(a)의 상태에 있다.

컨트롤러(30)가 진입물을 검지한 경우에는, 컨트롤러(30)에 의하여, 전자비례밸브(157a)를 중립위치(a)로부터 우측위치(b)로 전환함과 함께, 전자비례밸브(157b)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환한다. 컨트롤러(30)의 내부 메모리에는, 미리 소정의 신호 패턴이 기억되어 있다. 컨트롤러(30)는, 소정의 신호 패턴에 근거하여, 제어신호를 전자비례밸브(157a, 157b)에 출력한다. 이로써, 파일럿라인(37R)을 탱크 포트와 연통 상태로 함과 함께, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37L)과 연통 상태로 한다. 이와 같이, 전자비례밸브(157a)를 중립위치(a)로부터 우측위치(b)로 전환함으로써, 파일럿라인(37R)이 탱크에 개방되어, 파일럿라인(37R)의 압력이 저압이 된다. 전자비례밸브(157b)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환함으로써, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압이, 유량제어밸브(157)의 L포트에 공급된다.

이로 인하여, R포트와 L포트에 압력차가 발생하여, 유량제어밸브(157)는 좌측위치(c)로 전환되어, 메인펌프(14L)의 토출측의 포트와 선회유압모터(21)의 A포트가 연통 상태가 된다(도 5 참조). 이로 인하여, 메인펌프(14L)로부터 토출된 고압의 작동유가, 선회유압모터(21)의 A포트에 공급되게 된다. 이 경우, B포트가 토출측 포트가 되고, A포트가 흡입측 포트가 된다.

전자비례밸브(157a, 157b)를 마련함으로써, 선회유압모터(21)에 공급되는 작동유의 흐름을, 조작자에 의한 선회용 레버(26A)의 조작과는 관계없이 역방향으로 전환할 수 있다. 즉, 전자비례밸브(157a, 157b)를 마련함으로써, 조작자에 의한 선회용 레버(26A)의 조작으로부터, 선회유압모터(21)의 동작을 분리할 수 있다. 이 전환에 의하여, A포트의 압력이 고압이 되어, A포트에 높은 제동력이 유지된다. 이로써, 관성에 의하여 회전하고 있는 회전방향과는 반대방향으로 높은 제동력이 작용하기 때문에, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지한 시점이더라도, 상부선회체(3) 또는 선회기구(2)를 회피 동작시킬 수 있다.

이상과 같이, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 상황에 따라, 조작자에 의한 선회용 레버(26A)의 조작과는 관계없이, 메인펌프(14L)로부터 선회유압모터(21)에 작동유가 공급된다. 즉, 선회유압모터(21)에는 선회방향과 역방향으로 높은 제동력이 가해지게 된다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)에 의하여 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입물이 진입했다고 판단되면, 전자비례밸브(157a, 157b)를 전환하여, 메인펌프(14L)와 선회유압모터(21) 중 어느 하나의 포트를 연통 상태로 한다. 보다 상세하게는, 판단 전에 조작자의 레버 조작에 의하여 작동유가 공급되고 있는 포트와는 반대의 포트에 작동유가 공급되도록, 전자비례밸브(157a, 157b)를 전환한다. 그리고, 파일럿라인(27R 또는 27L)을 파일럿라인(37R 또는 37L)과 연통 상태로 하여, 유량제어밸브(157)의 R포트 또는 L포트에 파일럿펌프(15)로부터의 2차압을 공급한다. 이와 같이 하여, 유량제어밸브(157)를 전환하여, 메인펌프(14L)의 토출측의 포트를 선회유압모터(21) 중 어느 하나의 포트와 연통 상태로 한다. 즉, 메인펌프(14L)로부터의 고압 작동유를, 조작자의 레버 조작에 의하여 작동유가 공급되고 있는 포트와는 반대의 포트(A포트 또는 B포트)에 공급한다. 이로써, 조작자의 레버 조작과는 관계없이, 상부선회체(3)의 선회동작을 제어한다.

진입물 검지장치(80), 각 센서(22A~22D)의 검출 신호가, 컨트롤러(30)에 송신되고 있으며, 컨트롤러(30)는, 상기 검출 신호를 받아, 제어신호를 전자비례밸브에 출력한다. 자세한 것은 후술한다.

본 실시형태에 의하면, 상부선회체(3)의 선회방향과는 반대방향으로 선회력(제동력)을 가함으로써, 제동 거리를 보다 짧게 할 수 있다. 쇼벨에 진입물이 접촉하는 것을 회피할 수 있다.

또, 조작자가 선회용 레버(26A)를 파지하고 있는 경우에는, 기체가 진동함에 따라, 레버의 조작량이 변화하는 경우가 있다. 이 경우에는, 상부선회체(3)의 회전이 정지하지 않고 선회동작이 계속되는 경우가 있다.

본 실시형태에 의하면, 레버의 조작량의 변화에 관계없이, 전자비례밸브(157a, 157b)를 전환함으로써 작동유의 흐름을 전환할 수 있기 때문에, 선회유압모터(21)에 대하여 높은 제동력을 발생시킬 수 있다.

도 7은, 도 6에 나타내는 유압회로를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다. 도 7에 있어서, 본 실시형태에 관한 쇼벨의 상부선회체(3)의 선회동작을 감속 혹은 정지시키는 제어가 행해지는 경우의 제동 특성을 실선으로 나타낸다. 파선은, 상기 제어가 행해지지 않는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 상단의 그래프는, 선회유압모터(21)의 제동 시 고압측 포트의 압력(P)의 파형을 나타내고, 하단의 그래프는, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)의 파형을 나타낸다. 다만, 시간축은 공통으로 한다.

먼저, 쇼벨의 상부선회체(3)가 우선회하고 있고, 소정의 경우에, 조작자에 의한 선회용 레버(26A)의 조작과는 관계없이, 상부선회체(3)의 선회운동을 감속 혹은 정지시키는 제어를 행하는 경우에 대하여 설명한다. 좌선회 중에 행하는 선회동작을 정지시키는 등의 제어는, 우선회 중에 행하는 선회동작을 정지시키는 등의 제어와 반대의 제어가 이루어지기 때문에, 설명은 생략한다.

우선회 동작 시, 선회유압모터(21)의 제동 시 고압측의 압력은 이하와 같이 변화한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 조작자의 레버 조작에 의하여, 시각 T0으로부터 T1의 기간에는, 선회유압모터(21)는, 일정한 각속도(ω0)로 선회를 계속하고 있어, 상부선회체(3)는 정속 상태에 있다. 이 기간에는, 조작자가 선회용 레버(26A)를 우선회측으로 눕혀, 유량제어밸브(157)의 R포트에 파일럿펌프(15)로부터의 작동유를 공급하여, 유량제어밸브(157)를 우측위치(b)로 전환한다. 이로 인하여, 고압의 작동유가 유압라인(322B)에 공급되어(도 5 참조), 고압의 작동유는 선회유압모터(21)의 B포트에 흐르고 저압의 작동유가 A포트로부터 토출된다. 이로써, 선회유압모터(21)는, 우측 방향으로 선회한다.

시각(T1)에 있어서, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지하면, 제어신호는 온 상태가 되어, 전자비례밸브(157a, 157b)가 전환된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 근거하여, 전자비례밸브(157a)를 우측위치(b)로 전환하고, 전자비례밸브(157b)를 좌측위치(c)로 전환한다. 이로써, 파일럿라인(37R)의 작동유가 탱크로 개방됨과 함께, 파일럿라인(37L)에 파일럿펌프(15)로부터의 작동유가 공급된다. 이로 인하여, 유량제어밸브(157)가, 우측위치(b)로부터 좌측위치(c)로 전환되어, 저압이었던 A포트에 메인펌프(14L)로부터의 작동유가 공급되게 된다(도 5 참조). 이로써, 유압라인(322A)의 압력(제동 시 고압측의 압력)이 시각(T1)에 있어서 급격하게 상승한다. 다량의 고압 작동유가 유압라인(322A)에 공급되면 릴리프밸브(324A)가 개방되어, 유압라인(322A) 내의 작동유의 압력은 릴리프압(PL)(릴리프 최대압)이 된다. 선회유압모터(21)의 A포트에 작동유가 계속 공급되기 때문에, 유압라인(322A) 내의 작동유의 압력은 릴리프압(PL)으로 유지된다. 그 결과, 시각(T1) 이후에는, 도 7의 상단의 그래프의 실선에 나타내는 바와 같이, 유압라인(322B) 내의 작동유의 압력은 릴리프압(PL)으로 일정해진다. 작동유의 흐름을 역방향으로 전환하여, 선회유압모터(21)의 A포트로의 작동유의 공급을 계속함으로써, 우선회동작을 하고 있던 선회유압모터(21)를 제동시키는 제동력이 발생한다. 작동유가 선회유압모터(21)의 A포트에 계속해서 공급되기 때문에 제동력이 유지된다. 이 제동력이, 선회유압모터(21)의 회전을 저지하는 방향으로 작용하기 때문에, 도 7의 하단의 그래프의 실선에 나타내는 바와 같이, 시각(T1) 이후에 있어서, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가, 시간 경과에 따라 저하되어 간다.

그 결과, 도 7의 실선부에 나타내는 바와 같이, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)는 빨리 저하되어 가, 시각(T2)에 있어서 상부선회체(3)는 정지한다.

상부선회체(3)가 정지한 후에는, 전자비례밸브(157b)를 좌측위치(c)로부터 우측위치(b)로 전환한다. 파일럿라인(37L)을 탱크로 개방하여 유량제어밸브(157)를 중립위치(a)로 전환한다.

이하, 상기 실시예에 의한 제어를 역레버 제어라고 칭한다.

한편, 전자비례밸브(157a, 157b)가 마련되어 있지 않은 경우에는, 시각(T1)에 있어서, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지한 경우에는, 유량제어밸브(157)를 폐쇄하여 작동유의 공급을 정지함으로써, 선회유압모터(21)를 제동시키고 있었다. 구체적으로는, 유압라인(322B)으로의 고압의 작동유의 공급을 정지시키고 있었다. 이와 같이 함으로써, 선회유압모터(21)의 B포트의 유압이 저하되어 간다. 한편, 유량제어밸브(157)가 폐쇄되면, 작동유의 흐름이 차단되기 때문에, 유압라인(322B) 내에 작동유가 고여, A포트의 작동유의 압력은 상승해 간다. 이 압력이 소정의 압력을 넘음으로써, 시각(T1)에 있어서, A포트의 작동유의 압력은 릴리프압(PL)이 된다.

A포트에 있어서의 유압의 상승에 따라, 선회유압모터(21)에 제동력을 발생시킬 수 있다. 그러나, 선회유압모터(21)는 순간적으로 감속 혹은 정지할 수 없어, 상부선회체(3)의 관성력에 의하여 선회유압모터(21)는 회전을 계속하면서, 도 7의 하단의 그래프의 파선으로 나타내는 바와 같이, 서서히 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 내려간다. 이 각속도(ω)의 저하에 따라, 선회유압모터(21)의 A포트로부터 토출되는 작동유의 양도 감소되어 가기 때문에, 유압라인(322A) 내의 작동유의 압력은 점차 저하되어 가고, 제동력도 저하되어 간다.

이로 인하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 선회유압모터(21)의 제동력을 유지할 수 있는 본 실시예와 비교하여, 상부선회체(3)가 정지할 때까지의 시간, 즉, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 제로가 되는 시각이 시각(T3)으로 길어진다.

도 8은, 도 6과 상이한 실시예에 있어서의 조작레버와 유량제어밸브와의 사이의 유압회로도이다.

붐실린더(7)의 구동을 제어하는 유압회로에 대하여 설명한다. 선회용 레버(26A)의 조작과 마찬가지로, 파일럿펌프(15)에 의하여 발생한 파일럿압은, 파일럿라인(25)을 통하여 붐용 레버(26B)에 공급된다. 붐용 레버(26B)는, 조작자에 의하여 조작된다. 붐용 레버(26B)는, 파일럿라인(25)으로부터 공급되는 1차측의 유압을, 조작자의 조작에 따라, 2차측의 유압으로 변환한다. 2차측의 유압은, 파일럿라인(27R, 27L)을 통하여 전자비례밸브(154a, 154b)(전환밸브)에 전달됨과 함께, 다른 파일럿라인(37R, 37L)을 통하여 유량제어밸브(154)에 전달된다.

붐(4) 조작용 조작장치는, 붐용 레버(26B)와, 리모트컨트롤밸브(254R, 254L)를 포함하여 구성되어 있다.

리모트컨트롤밸브(254R)는, 붐용 레버(26B)의 상승방향 또는 하강방향으로의 조작량에 따른 파일럿압을 유량제어밸브(154)에 출력하기 위한 밸브이다. 그리고, 붐용 레버(26B)와 유량제어밸브(154)와의 사이에는, 전자비례밸브(154a, 154b)가 배치되어 있다.

구체적으로는, 리모트컨트롤밸브(254R, 254L)는, 파일럿라인(27R, 37R)을 통하여, 전자비례밸브(154a)를 통하여 유량제어밸브(154)의 R포트에 접속된다. 그리고, 리모트컨트롤밸브(254L)는, 파일럿라인(27L, 37L)을 지나, 전자비례밸브(154b)를 통하여 유량제어밸브(154)의 L포트에 접속된다. 리모트컨트롤밸브(254R, 254L)는, 파일럿펌프(15)에 의하여 공급되는 작동유의 압력을 1차압으로서 받고, 붐용 레버(26B)의 조작량에 따른 2차압을 파일럿압으로서 출력한다.

전자비례밸브(154a, 154b)에 의하여, 유량제어밸브(154)에 입력되는 파일럿압이 전환된다.

구체적으로는, 전자비례밸브(154a)는, 4포트 3위치의 밸브이며, 제1 포트는 파일럿라인(37R)을 지나 유량제어밸브(154)의 R포트에 접속된다. 제2 포트는 파일럿라인(27R)을 지나 리모트컨트롤밸브(254R)에 접속된다. 제3 포트는 파일럿라인(25)을 지나 파일럿펌프(15)에 접속된다. 제4 포트는 탱크에 접속된다.

또, 전자비례밸브(154b)도 전자비례밸브(154a)와 마찬가지로, 4포트 3위치의 밸브이다. 제1 포트 내지 제4 포트의 접속 관계는, 전자비례밸브(154a)의 접속 관계와 기본적으로 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

여기에서, 파일럿라인(27R, 27L)에 전자비례밸브(154a, 154b)가 마련되어 있지 않은 일반적인 유압회로인 경우, 쇼벨과 진입물의 접촉을 회피하기 위하여, 유량제어밸브(157)를 중립위치(a)로 전환하고 있었다. 이와 같이 함으로써, 센터 바이패스관로(40R)와 유압라인(322A, 322B)을 비연통 상태로 하여, 선회유압모터(21)로의 작동유의 공급을 정지시키고 있었다. 그러나, 이 방식으로는, 상기 서술한 바와 같이, 상부선회체(3)가 감속된 후 정지할 때까지의 시간이 길어져 버린다.

따라서, 본 실시형태에서는, 전자비례밸브(154a, 154b)를 마련함으로써, 상부선회체(3)가 감속된 후 정지할 때까지의 시간을 짧게 한다. 이로 인하여, 유량제어밸브(154)를 전환하여, 메인펌프(14R)로부터의 작동유의 흐름을 자동적으로 전환한다. 이로써, 붐용 레버(26B)를 하강방향으로 조작하여, 어태치먼트(125)를 지면에 맞닿게(접지) 한다. 보다 높은 제동력이 선회유압모터(21)에 가해지기 때문에, 조기에 상부선회체(3)의 선회운동을 정지시킬 수 있다.

구체적으로는, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압을 유량제어밸브(154)의 R포트에 공급한다(도 5 참조). 상부선회체(3)의 선회 중에 있어서, 컨트롤러(30)가, 진입물이 진입하고 있는 것을 검지한 경우에는, 컨트롤러(30)의 제어신호에 근거하여, 전자비례밸브(154a)를 전환한다. 보다 상세하게는, 전자비례밸브(154a)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환한다.

전자비례밸브(154b)는, 중립위치(a)에 그대로 있어도 된다. 이로써, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37R)과 연통 상태로 함과 함께, 파일럿라인(27L)을 파일럿라인(37R)과 연통 상태로 한다. 전자비례밸브(154a)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환함으로써, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압을, 유량제어밸브(154)의 R포트에 공급시킨다. 이로써, 센터 바이패스관로(40R)와 유압라인(44B)이 연통 상태가 되고, 메인펌프(14R)의 토출측의 포트가 붐실린더(7)의 로드측의 포트와 연통 상태가 된다. 조작자에 의하여, 붐용 레버(26B)가 조작되고 있지 않는 경우에는, 유량제어밸브(154)의 L포트는 저압이 된다.

이로 인하여, R포트와 L포트에 압력차가 발생하여, 유량제어밸브(154)는 우측위치(b)로 전환된다. 이로써, 조작자가 붐용 레버(26B)를 조작하고 있지 않는 경우이더라도, 붐(4)의 하강동작이 자동적으로 행해지게 된다.

다만, 조작자에 의하여, 붐용 레버(26B)가 상승방향으로 조작되고 있는 경우에는, 전자비례밸브(154a)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환함과 함께, 전자비례밸브(154b)를 중립위치(a)로부터 우측위치(b)로 전환한다. 즉, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37R)과 연통 상태로 함과 함께, 파일럿라인(37L)을 탱크 포트와 연통 상태로 한다. 이로써, 조작자가 붐용 레버(26B)를 상승방향으로 조작하고 있는 경우이더라도, 붐(4)의 하강동작이 자동적으로 행해진다. 즉, 전자비례밸브(154a, 154b)를 마련함으로써, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작으로부터, 붐(4)의 동작을 분리할 수 있다.

붐(4)의 하강동작을 행하여, 어태치먼트(125)를 지면에 맞닿게(접지) 함으로써, 상부선회체(3)에, 보다 높은 제동력을 발생시킬 수 있다. 진입물의 위치와 쇼벨의 위치가, 보다 근접하고 있는 경우에 유효하다.

전자비례밸브(154a, 154b)가 마련되어 있는 것에 의하여, 메인펌프(14R)로부터의 작동유의 흐름을, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작과는 관계없이 붐 하강방향으로 전환할 수 있다. 붐(4)의 하강동작이 이루어져 어태치먼트(125)를 접지시킴으로써, 관성에 의하여 회전하고 있는 선회유압모터(21)의 회전방향과는 반대방향으로 높은 제동력이 작용한다. 이로 인하여, 상부선회체(3)가 고속으로 선회하고 있어, 상부선회체(3)가 진입물에 빠른 속도로 접근하고 있는 경우이더라도, 어태치먼트(125)와의 접촉을 확실히 회피할 수 있다.

본 실시형태에 의하면, 상부선회체(3)의 선회방향과는 반대방향으로 마찰력을 작용시킴으로써, 제동 거리를 짧게 할 수 있다. 쇼벨에 진입물이 접촉하는 것을 회피할 수 있다.

또, 조작자가 선회용 레버(26A)를 파지하고 있는 경우에는, 기체가 진동함에 따라, 레버의 조작량이 변화하는 경우가 있다. 이 경우에는, 상부선회체(3)의 회전이 정지하지 않고 선회동작이 계속되는 경우가 있다.

이상과 같이, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 메인펌프(14R)로부터 붐실린더(7)에 작동유가 공급된다. 그리고, 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환하여, 메인펌프(14R)와 붐실린더(7)의 로드측의 포트를 연통 상태로 한다. 이로써, 어태치먼트(125)의 접지가 행해져, 선회유압모터(21)에는 선회방향과 역방향으로 높은 제동력이 가해지게 된다.

구체적으로는, 어태치먼트(125)를 접지시켜 상부선회체(3)가 정지하도록, 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환한다. 그리고, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37R)과 연통 상태로 하여, 유량제어밸브(154)의 R포트에 파일럿펌프(15)로부터의 2차압을 공급한다. 이로써, 유량제어밸브(154)가 전환되어, 붐실린더(7)의 로드측에 접속되는 유압라인(44B)이, 센터 바이패스관로(40R)와 연통 상태가 된다. 즉, 메인펌프(14R)의 토출측의 포트가 붐실린더(7)의 로드측의 포트와 연통 상태가 된다. 그 결과, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 상황에 따라, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작과는 관계없이, 어태치먼트(125)가 하강하여 접지 제어가 행해진다.

본 실시형태에 의하면, 레버의 조작량의 변화에 관계없이, 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환함으로써 작동유의 흐름을 전환할 수 있기 때문에, 선회유압모터(21)에 대하여 높은 제동력을 발생시킬 수 있다.

다만, 본 유압회로에 의하면, 붐실린더(7)의 헤드측에 접속되는 유압라인(44A)을 센터 바이패스관로(40R)와 연통 상태로 함으로써, 어태치먼트(125)를 상승시키는 제어를 행할 수도 있다. 자세한 것은 후술한다.

도 9는, 도 8에 나타내는 유압회로를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다. 도 9에 있어서, 본 실시형태에 관한 쇼벨의 어태치먼트(125)를 회피시키는 제어가 행해지는 경우의 제동 특성을 실선으로 나타낸다. 일점 쇄선은, 역레버 제어가 행해지는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 파선은, 상기 제어가 행해지지 않는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 세로축은 시간(T)을 나타내고, 가로축은, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)를 나타낸다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 조작자의 레버 조작에 의하여, 시각 T0으로부터 T1의 기간에는, 선회유압모터(21)는, 일정한 각속도(ω0)로 선회를 계속하고 있어, 상부선회체(3)는 정속 상태에 있다.

시각(T1)에 있어서, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지하면, 제어신호는 온 상태가 된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 근거하여 붐 하강측의 전자비례밸브(154a)를 좌측위치(c)로 전환한다. 이로써, 유량제어밸브(154)가 우측위치(b)로 전환되고, 붐실린더(7)의 로드측에 메인펌프(14R)로부터의 작동유가 공급되어, 헤드측으로부터 작동유가 작동유탱크로 배출된다. 이로 인하여, 붐(4)의 하강동작이 개시되어, 붐(4)을 포함하는 어태치먼트(125)가 접지된다. 이 접지 동작에 의하여, 어태치먼트(125)와 지면과의 사이에 마찰력이 발생하여, 상부선회체(3)의 선회를 정지시키는 제동력이 된다. 이 제동력을 발생시킴으로써, 도 9의 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각(T1) 이후에 있어서, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 저하되게 된다. 붐(4)의 하강동작을 행하여 어태치먼트(125)를 접지시킴으로써, 높은 마찰력이 발생하기 때문에, 도 9의 실선으로 나타내는 바와 같이, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)는 보다 빨리 저하되어 가, 시각(T4)에 있어서 상부선회체(3)는 정지한다.

조작자에 의하여, 선회용 레버(26A)를 중립으로 하여 메인펌프(14L)로부터의 작동유의 공급을 차단하여 제동력을 발생시킨 경우이더라도, 어태치먼트(125)와의 접촉을 회피할 수 없는 경우에, 상기 서술한 “어태치먼트(125)의 접지 제어”가 행해진다.

본 실시형태의 기능이 구비되어 있지 않은 경우, 즉, 붐용 레버(26B)와 유량제어밸브(154)와의 사이에, 전자비례밸브(154a, 154b)가 마련되어 있지 않은 경우에는, 상부선회체(3)의 선회 속도에 따라서는, 제동이 늦어지는 경우가 있다. 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 제로가 되는 시각이 시각(T3)으로 늦어진다(도 9 중 파선 참조). 높은 제동력을 발생시키는 본 실시예에 의하면, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 제로가 되는 시각이 시각(T4)으로 빨라진다(도 9 중 실선 참조).

또한, 강제적으로, 붐(4)의 하강동작을 행하여 어태치먼트(125)를 고속으로 접지시키는 것이, 선회유압모터(21)에서의 작동유의 흐름을 전환하여 선회방향과는 반대방향으로 제동력을 발생시키는 도 5의 실시예보다, 높은 제동력이 발생한다. 이로 인하여, 도 5의 실시예(도 9 중 일점 쇄선 참조)와 비교하여, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)가 제로가 되는 시각이 시각(T4)으로 빨라진다(도 9 중 실선 참조).

도 10은, 도 9와 상이한 실시예에 있어서의 쇼벨의 선회의 제어동작을 설명하는 도이다.

도 9의 실시예와는 달리, 도 8에 나타내는 유압회로도에 있어서, 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압을 유량제어밸브(154)의 L포트측에 공급한다. 상부선회체(3)가 선회 중일 때에 있어서, 컨트롤러(30)가, 진입물이 진입하고 있는 것을 검지한 경우에는, 컨트롤러(30)의 제어신호에 근거하여, 전자비례밸브(154b)를 전환한다(도 8 참조). 보다 상세하게는, 전자비례밸브(154b)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환한다. 그리고, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37L)과 연통 상태로 하여, 유량제어밸브(154)의 L포트에 파일럿펌프(15)로부터의 2차압을 공급한다. 이로써, 유량제어밸브(154)가 전환되어, 붐실린더(7)의 헤드측에 접속되는 유압라인(44A)이, 센터 바이패스관로(40R)와 연통 상태가 된다. 즉, 메인펌프(14R)의 토출측의 포트가 붐실린더(7)의 헤드측의 포트와 연통 상태가 된다.

그 결과, 조작자의 레버 조작과는 관계없이, 어태치먼트(125)가 상승한다. 전자비례밸브(154a)는, 중립위치(a)여도 된다. 전자비례밸브(154b)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환함으로써, 파일럿라인(25)을 파일럿라인(37L)과 연통 상태로 함과 함께, 파일럿라인(27R)을 파일럿라인(37R)과 연통 상태로 한다. 파일럿펌프(15)로부터 토출된 작동유의 2차압을, 유량제어밸브(154)의 L포트에 공급시킨다. 조작자에 의하여, 붐용 레버(26B)가 조작되고 있지 않는 경우에는, 유량제어밸브(154)의 R포트는 저압이 된다.

이로 인하여, R포트와 L포트에 압력차가 발생하여, 유량제어밸브(154)는 좌측위치(c)로 전환된다. 이로써, 조작자가 붐용 레버(26B)를 조작하고 있지 않는 경우이더라도, 붐(4)의 상승동작이 자동적으로 행해지게 된다.

다만, 조작자에 의하여, 붐용 레버(26B)가 하강방향으로 조작되고 있는 경우에는, 전자비례밸브(154a)를 중립위치(a)로부터 우측위치(b)로 전환함과 함께, 전자비례밸브(154b)를 중립위치(a)로부터 좌측위치(c)로 전환한다. 즉, 파일럿라인(25)이 파일럿라인(37L)과 연통 상태가 됨과 함께, 파일럿라인(37R)이 탱크 포트와 연통 상태가 된다. 이로써, 조작자가 붐용 레버(26B)를 하강방향으로 조작하고 있는 경우이더라도, 붐(4)의 상승동작이 자동적으로 행해지게 된다. 그 결과, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 상황에 따라, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작과는 관계없이, 어태치먼트(125)가 상승하여 회피 제어가 행해진다.

보다 상세하게는, 붐(4)의 상승동작은, 유량제어밸브(154)를 좌측위치(c)로 전환함으로써, 메인펌프(14R)로부터의 작동유는 붐실린더(7)의 헤드측으로 흘러, 로드측으로부터 작동유를 작동유탱크로 배출한다.

컨트롤러(30)가 진입물을 검지하면, 제어신호는 온 상태가 된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 근거하여 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환한다. 이로써, 메인펌프(14R)의 토출측의 포트를 붐실린더(7)의 헤드측과 연통 상태로 하여, 붐실린더(7)의 헤드측에 메인펌프(14R)로부터의 작동유를 공급한다. 그 결과, 로드측으로부터의 작동유가 작동유탱크로 배출되어, 붐(4)의 상승동작이 행해진다.

붐(4)의 상승동작을 행함으로써, 도 10에 나타내는 바와 같이, 붐(4)을 포함하는 어태치먼트(125)를 상방향으로 회피시킨다. 어태치먼트(125)를 낮은 위치(도 10 중 파선 참조)로부터 높은 위치(도 10 중 실선 참조)까지 상승시킴으로써, 어태치먼트(125)가 진입물과 접촉하는 것을 회피할 수 있다.

전자비례밸브(154a, 154b)를 마련함으로써 붐(4)의 상승동작을, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 의하여, 자동으로 행할 수 있다. 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작과는 관계없이 붐(4)을 포함하는 어태치먼트(125)를 상승방향으로 전환할 수 있다. 즉, 전자비례밸브(154a, 154b)를 마련함으로써, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작으로부터, 붐(4)의 동작을 분리할 수 있다.

이로 인하여, 조작자가 선회용 레버(26A)를 중립으로 하거나, 역레버 제어를 행해도 제동이 늦어지는 경우이더라도, 어태치먼트(125)를 상승방향으로 회피하는 제어동작을 행함으로써, 보다 확실히 진입물과 쇼벨의 접촉을 회피할 수 있다.

또, 조작자가 선회용 레버(26A)나 붐용 레버(26B)를 파지하고 있는 경우에는, 기체가 진동함으로써, 레버의 조작량이 변화하는 경우가 있다. 이 경우에는, 상부선회체(3)의 선회동작이나, 붐(4)의 상승동작 또는 하강동작을, 조작자의 의도대로 행할 수 없는 경우가 있다.

본 실시형태에 의하면, 레버의 조작량의 변화에 관계없이, 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환함으로써, 자동적으로, 진입물로부터 어태치먼트(125)를 회피시킬 수 있다.

이상과 같이, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 메인펌프(14R)로부터 붐실린더(7)에 작동유가 공급된다. 그리고, 전자비례밸브(154a, 154b)를 전환하여, 메인펌프(14R)와 붐실린더(7)의 헤드측의 포트를 연통 상태로 한다. 이로써, 어태치먼트(125)의 상승이 행해져, 어태치먼트(125)를 진입물로부터 회피할 수 있다.

이하의 설명에 있어서, 본 제어동작을, 어태치먼트(125)의 회피 제어라고 칭한다.

상기 서술과 같이, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 어태치먼트(125)의 접지 제어, 혹은, 어태치먼트(125)의 회피 제어를 행하도록, 전자비례밸브(154a, 154b)를 연통 상태로 한다. 즉, 파일럿펌프(15)의 토출측의 포트와 유량제어밸브(154) 중 어느 하나의 포트와 연통 상태로 한다. 이로써, 유량제어밸브(154)의 전환을 행한다.

도 11은, 도 7과 상이한 실시예에 있어서의 쇼벨의 선회기구를 설명하는 도이다.

상기 서술한 실시형태와 더욱 상이한 쇼벨제어기구에 대하여, 도 11을 참조하면서 설명한다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 쇼벨에 있어서의 상부선회체(3)의 선회동작은, 하부주행체(1)측에 고정된 내치(內齒)기어(61)에, 상부선회체(3)측에 장착된 선회피니언(62)을 내접하여 맞물림으로써 실현하고 있다.

구체적으로는, 선회피니언(62)에 의하여, 내치기어(61)를 통하여 이너레이스(63)가 저속, 고토크로 구동됨으로써, 선회프레임(3a)이 아우터레이스(64)와 함께 선회중심(111)의 둘레를 회동하여, 상부선회체(3)의 선회동작이 행해진다. 이너레이스(63)와 아우터레이스(64)는, 상부선회체(3)의 선회중심(111)에 대하여 동심원을 이루도록 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 선회피니언(62)은, 이너레이스(63)의 내주부에 형성된 내치기어(61)에 맞물려 있고, 내치기어(61)는, 선회프레임(3a)에 고정되어 있다. 선회피니언(62)이, 이너레이스(63)의 내주부를 따라 이동함으로써 상부선회체(3)의 선회동작이 행해진다.

상부선회체(3)의 선회동작 중에, 내치기어(61)에 핀(60)을 삽입함으로써, 이너레이스(63)의 구동을 정지시켜, 상부선회체(3)의 선회동작을 강제적으로 정지(록)시킨다. 이로써, 상부선회체(3)는 긴급정지하게 되어, 진입물과 접촉할 가능성이 매우 높은 경우이더라도, 쇼벨과 진입물과의 접촉을 확실히 회피할 수 있다. 이하의 설명에 있어서, 본 제어동작을 핀의 삽입 제어라고 칭한다.

도 12는, 도 11에 나타내는 선회기구를 탑재하는 쇼벨의 제어동작을 설명하는 도이다. 도 12에 있어서, 본 실시형태에 관한 쇼벨의 핀의 삽입 제어의 제동 특성을 실선으로 나타낸다. 일점 쇄선은, 역레버 제어가 행해지는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 2점 쇄선은, 어태치먼트의 접지 제어가 행해지는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 파선은, 상기 제어가 행해지지 않는 경우의 제동 특성을 비교예로서 나타낸다. 세로축은 시간(T)을 나타내고, 가로축은, 선회유압모터(21)의 각속도(ω)를 나타낸다.

시각 T0으로부터 T1의 기간에는, 상부선회체(3)는, 일정한 각속도(ω0)로 선회를 계속하고 있어, 상부선회체(3)는 정속 상태에 있다.

시각(T1)에 있어서, 컨트롤러(30)가 진입물을 검지하면, 제어신호는 온 상태가 된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 근거하여, 내치기어(61)에, 핀(60)을 삽입한다. 핀(60)을 삽입함으로써, 선회피니언(62)의 이동이 록되기 때문에, 이너레이스(63)의 구동이 정지하여, 그에 따라, 상부선회체(3)의 선회동작도 정지한다. 그 결과, 컨트롤러(30)에 의하여 진입물이 감시영역(18a, 18b, 18c) 내에 진입했다고 판단되면, 상황에 따라, 조작자에 의한 붐용 레버(26B)의 조작과는 관계없이, 핀의 삽입 제어가 행해진다. 본 실시형태에 의하면, 제어신호가 온 상태가 됨과 동시에, 상부선회체(3)의 선회동작은 정지한다.

이로 인하여, 선회용 레버(26A)를 중립으로 되돌려, 선회유압모터(21)를 제동시키는 경우(도 12 중 파선 참조)보다, 훨씬 빨리, 상부선회체(3)를 정지시킬 수 있다.

또, 다른 실시예(역레버 제어, 어태치먼트(125)의 접지 제어, 어태치먼트(125)의 회피 제어)와 같이, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호가 출력된 후 소정의 시각(T2, T3, T4)을 필요로 하는 일 없이, 즉시 긴급정지할 수 있다.

이어서, 컨트롤러(30)에 의한 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)의 제어처리에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 13은, 본 실시형태에 관한 쇼벨의 제어처리를 나타내는 플로차트의 일례이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 먼저, 컨트롤러(30)의 판정부(30a)에 있어서, 어태치먼트(125)의 자세나 상부선회체(3)의 각속도(ω, ω’, ω’’)에 근거하여, 제1 감시영역(18a), 제2 감시영역(18b), 제3 감시영역(18c)을 결정한다(스텝 ST1).

컨트롤러(30)는, 진입물과의 접촉의 위험도(긴급도)에 따라, 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)의 제어동작을 판정한다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 진입물 검지장치(80)로부터 입력된 화상 데이터를 분석함으로써, 진입물의 위치를 산출한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 선회각도센서(22D)로부터 입력된 선회각의 변동에 근거하여 각속도(ω, ω’, ω’’)를 산출한다. 또한, 컨트롤러(30)는, 각도 센서(22A, 22B), 및 스트로크 센서(22C)로부터 입력된 측정 결과에 근거하여, 요동 중심(112)으로부터 버킷(6) 선단까지의 높이, 및, 어태치먼트 길이(R), 반경(R’, R’’)을 산출한다.

어태치먼트 길이(R)가 일정한 경우, 각속도(ω)가 커짐에 따라, 감시각도 상한치(αd)(도 3 참조)를 크게 설정해 두는 것이 바람직하다. 또, 각속도(ω)가 일정한 경우, 어태치먼트 길이(R)가 커짐에 따라, 감시각도 상한치(αd)를 크게 설정해 두는 것이 바람직하다. 쇼벨에 작용하는 관성 모멘트가 커지기 때문이다.

다만, 제2 감시영역(18b)의 반경(R’)은 일정하다. 각속도(ω’)가 커짐에 따라, 감시각도 상한치(αd’)(도 3 참조)를 크게 설정해 두는 것이 바람직하다. 제3 감시영역(18c)의 반경(R’’)은 일정하기 때문에, 상기 서술과 마찬가지로, 각속도(ω’’)가 커짐에 따라, 감시각도 상한치(αd’’)(도 3 참조)를 크게 설정해 두는 것이 바람직하다.

이상의 산출 결과에 근거하여, 감시영역(18a, 18b, 18c)의 크기가 결정된다.

그리고, 진입물 검지장치(80)로부터 입력된 화상 데이터를 분석함으로써, 진입물의 종류를 특정한다. 이 특정은, 예를 들면, 진입물의 종류에 따라, 진입물에 장착되는 발신기(222)의 발광색을 변경함으로써 행한다. 컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출된 감시영역(18a, 18b, 18c) 및 진입물의 종류, 위치관계에 근거하여, 판정부(30a)(도 6 참조)에 있어서, 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)의 제어동작을 결정한다.

구체적으로는, 진입물과 쇼벨의 접촉(맞닿음)의 가능성이 높은지 아닌지를 판단하여, 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)의 제어동작을 결정한다.

진입물이 어느 감시영역 내에 진입했는지의 판단을 행한다. 이 판단은, 진입물 검지장치(80)의 화상 데이터에 근거하여, 컨트롤러(30)의 판정부(30a)가 행한다. 어느 감시영역 내에 진입한 경우, 예를 들면, 경보 램프를 점등 혹은 점멸시킴과 함께, 경보 버저를 울린다(스텝 ST2). 이 때, 긴급 영역별로 경보의 종류를 변경해도 된다. 또한, 판정부(30a)는, 상부선회체(3)나 어태치먼트(125)를 포함하는 구동부에 진입물이 접촉(맞닿음)하는 위험도(긴급도)를 판단한다(스텝 ST3). 이 위험도에 근거하여, 컨트롤러(30)는, 구동부를 진입물로부터 회피시키는 회피 제어를 판정한다.

제1 감시영역(18a) 내에 진입물이 진입하여, 어태치먼트(125) 또는 상부선회체(3)에 맞닿을 가능성이 있는 경우(스텝 ST3의 YES), 판정부(30a)에서, 진입물과, 어태치먼트(125) 또는 상부선회체(3)와의 거리의 판정이 행해진다.

구체적으로는, 판정부(30a)가, 어태치먼트(125)와 진입물의 거리 및 상부선회체(3)와 진입물의 거리 모두가, 소정의 거리를 가지는지 아닌지의 판정을 행한다(스텝 ST4). 스텝 ST4에 있어서, 어느 쪽의 거리도 소정의 거리를 가진다고 판정되는 경우에는(스텝 ST4의 YES), 컨트롤러(30)에 의하여 “역레버 제어”가 실행된다(스텝 ST5). 선회유압모터(21)를 순환하는 작동유의 흐름을 역전시킴으로써, 상부선회체(3)의 정지 동작이 행해진다.

다만, 스텝 ST4에 있어서, 어느 하나의 거리가 소정의 거리를 가지지 않는다고 판정되는 경우에는(스텝 ST4의 NO), 카운터 웨이트 등 상부선회체(3)와 진입물과의 거리가 소정의 거리를 가지는지 아닌지의 판정을 행한다(스텝 ST6). 즉, 이 스텝 ST6에서는, “역레버 제어”로 대응할 정도의 거리의 여유는 없는 경우에, 상기 서술한 것 외의 제어동작을 실행함으로써, 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)가 진입물에 접촉하는 것을 회피할 수 있는지 아닌지의 판정이 행해진다.

스텝 ST6에 있어서, 소정의 거리가 있다고 판정되는 경우에는(스텝 ST6의 NO), 어태치먼트(125)를 상승시킴으로써 회피 가능한지 아닌지의 판정이 행해진다(스텝 ST9). 스텝 ST9에 있어서, 상승시킴으로써 회피 가능한 경우에는(스텝 ST9의 YES), 어태치먼트(125)의 “어태치먼트(125)의 회피 제어”가 행해진다(스텝 ST10).

한편, 스텝 ST6에 있어서, 소정의 거리를 가지지 않는다고 판정되는 경우에는(스텝 ST6의 YES), 어태치먼트(125)를 접지함으로써 회피 가능한지 아닌지의 판정이 행해진다(스텝 ST7). 스텝 ST7에 있어서, 접지로 회피 가능한 경우에는(스텝 ST7의 YES), “어태치먼트(125)의 접지 제어”가 행해진다(스텝 ST8).

다만, “어태치먼트(125)의 회피 제어”로도, “어태치먼트(125)의 접지 제어”로도 회피가 곤란하다고 판정되는 경우에는(스텝 ST7, ST9의 NO), 상부선회체(3)의 선회동작을 강제적으로 정지시키도록, “핀의 삽입 제어”를 실행한다(스텝 ST11).

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상기 서술한 실시형태에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상기 서술한 실시형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

본 실시형태에서는, 유량제어밸브의 전환을 전자비례밸브에 의하여 행하는 경우의 유압회로로서, 선회용 레버 또는 붐용 레버의 유압회로를 개별적으로 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 선회용 레버 및 붐용 레버의 유압회로를 함께, 전자비례밸브에 의하여 유량제어밸브를 전환하는 구성으로 해도 된다.

혹은, 도 15에 나타내는 바와 같이, 붐용 레버 및 암용 레버의 유압회로를, 전자비례밸브에 의하여 유량제어밸브를 전환하는 구성으로 해도 된다.

혹은, 도 16에 나타내는 바와 같이, 붐용 레버, 암용 레버 및 버킷용 레버의 유압회로를, 전자비례밸브에 의하여 유량제어밸브를 전환하는 구성으로 해도 된다.

암용 레버의 유압회로는, 전자비례밸브(155a)를 컨트롤러(30)에 의하여 좌측위치(c)로 전환함으로써 유량제어밸브(155)의 R포트에 작동유를 공급시킨다. 이로써, 유량제어밸브(155)를 우측위치(b)로 전환하여, 암실린더(8)의 헤드측에 메인펌프(14L)로부터의 작동유가 공급되게 되어(도 5 참조), 암(5)의 상승동작이 자동적(강제적)으로 행해진다. 암(5)의 하강동작을 자동적으로 행하는 경우에는, 전자비례밸브(155b)를 컨트롤러(30)에 의하여 좌측위치(c)로 전환함으로써, 유량제어밸브(155)를 좌측위치(c)로 전환한다.

버킷용 레버의 유압회로는, 전자비례밸브(158a)를 컨트롤러(30)에 의하여 좌측위치(c)로 전환함으로써 유량제어밸브(158)의 R포트에 작동유를 공급한다. 이로써, 유량제어밸브(158)를 우측위치(b)로 전환하여, 버킷실린더(9)의 헤드측에 메인펌프(14R)로부터의 작동유가 공급되게 되어(도 5 참조), 버킷(6)의 개방 동작이 자동적(강제적)으로 행해진다. 버킷(6)이 폐쇄 동작을 자동적으로 행하는 경우에는, 전자비례밸브(158b)를 컨트롤러(30)에 의하여 좌측위치(c)로 전환함으로써, 유량제어밸브(158)를 좌측위치(c)로 전환한다.

유압회로의 상세한 설명은, 선회용 레버(26A) 및 붐용 레버(26B)의 경우와 기본적으로 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

붐(4)의 제어동작에, 상기 서술한 암(5)의 제어동작 또는 버킷(6)의 제어동작을 조합함으로써, 쇼벨과 진입물의 위치관계에 따라, 여러가지 회피 동작을 실행시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서, 쇼벨과 진입물이 접촉(맞닿음)하는 것을 회피하는 회피 동작으로서, “역레버 제어”, “어태치먼트(125)의 회피 제어”, “어태치먼트(125)의 접지 제어”, “핀의 삽입 제어”를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 메커니컬 브레이크(23)에 의하여, 상부선회체(3)를 제동시켜도 된다(도 5 참조). 구체적으로는, 상부선회체(3)의 선회 중에는, 파일럿펌프(15)로부터 실린더(23e) 내에 작동유를 공급함으로써, 메커니컬 브레이크(23)를 해제한다. 그리고, 접촉의 위험도(긴급도)에 따라, 컨트롤러(30)로부터 제어신호를 송신하여, 전자전환밸브(50)를 전환하고, 실린더(23e) 내로의 작동유의 공급을 정지하여 메커니컬 브레이크(23)를 작동시킨다. 이로써, 상부선회체(3)를 제동시키는 구성으로 해도 된다. 브레이크에 의한 제동이기 때문에, 선회용 레버(26A)를 중립위치로 하여 작동유의 흐름을 차단하는 경우에 비하여, 선회가 정지할 때까지의 시간(T)이 짧아진다. 상부선회체(3)가 감속된 후 정지할 때까지의 시간은, “어태치먼트(125)의 접지 제어”를 행한 경우와 동등한 시간(도 9 중 실선 및 시각(T4) 참조)이 된다.

이상, 설명한 제어동작은, 각각 단독으로 행해도 되고, 몇 가지의 제어동작을 병용해도 된다. 이로써, 여러가지 상황에 따라, 상부선회체(3) 또는 어태치먼트(125)가 진입물과 접촉하는 것을 회피할 수 있다.

몇 가지의 제어동작을 병용하는 경우에는, 진입물과 쇼벨의 구성물(상부선회체(3), 어태치먼트(125) 등)과의 상대 거리, 혹은, 진입물과 쇼벨이 맞닿을 가능성이 높은 쇼벨의 구성물에 근거하여, 어태치먼트(125)를 제어할지, 선회유압모터(21)를 제어할지를 판단한다. 이 판단은, 컨트롤러(30)의 판정부(30a)에 의하여 행한다.

또, 본 실시형태에 있어서, 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도는, 선회 모터를 유압 구동의 선회유압모터로서 설명했지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 전동 구동의 선회 전동기를 이용해도, 본 발명을 실현할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기 구동·제어계를 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

도 17에 나타내는 쇼벨은 선회기구(2)를 전동으로 한 것으로, 선회기구(2)를 구동하기 위하여 선회용 전동기(210)가 마련되어 있다. 전동 작업 요소로서의 선회용 전동기(210)는, 인버터(20)를 통하여 축전계(120)에 접속되어 있다. 선회용 전동기(210)의 회전축(210A)에는, 리졸버(220), 메커니컬 브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 선회용 전동기(210)와, 인버터(20)와, 리졸버(220)와, 메커니컬 브레이크(23)와, 선회변속기(24)로 부하 구동계가 구성된다.

전동 발전기(12)에는, 인버터(18A)를 통하여, 축전기를 포함하는 축전계(120)가 접속된다. 축전계(120)는, 인버터(18A, 20)와 직류 모선에 의하여 접속된 승강압컨버터와, 승강압컨버터에 접속된 축전기로 구성된다. 축전기는, 커패시터를 이용하지만, 커패시터 대신에, 리튬 이온 전지 등의 충방전 가능한 이차전지, 리튬 이온 커패시터, 또는, 전력의 수수(授受) 가능한 기타 형태의 전원을 축전기로서 이용해도 된다.

엔진(11)에는 스타터 모터(11a) 및 스타터 모터 시동용 배터리(11b)가 마련되어 있다. 배터리(11b)는, 일반적으로 자동차에 사용되는 축전지이며, 예를 들면 24V의 납축전지가 이용된다. 쇼벨을 기동할 때에는, 배터리(11b)로부터 스타터 모터(11a)에 전력을 공급하여 스타터 모터(11a)를 구동하고, 이 구동력으로 엔진(11)을 강제적으로 회전시켜 시동한다.

이 경우에도, 상기 선회유압모터(21)를 이용한 경우와 동등한 작용 효과를 나타낼 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 유량제어밸브로 조작 신호로서 파일럿압을 발생시키는 조작레버를 나타냈지만, 그 이외에도, 컨트롤러로부터의 전기신호를 발생시켜, 유량제어밸브(154, 155, 157, 158)로 송신시키는 전기 레버를 이용해도 된다. 이 경우, 통상은, 전기 레버의 조작량이, 일단, 컨트롤러에 입력되고, 그 후, 조작량에 따른 전기신호는 유량제어밸브에 송신되어, 유량제어밸브를 제어한다. 또, 컨트롤러가 진입물을 검지한 경우에는, 조작량에 따른 전기신호로부터, 미리 입력된 신호 패턴에 근거하여 생성되는 전기신호로, 컨트롤러로부터 송신시키는 전기신호가 전환된다. 이로 인하여, 미리 입력된 신호 패턴에 근거하여, 유량제어밸브는 제어된다.

또, 본 실시형태에서는, xyz 직교좌표계를 이용하여 어태치먼트(125)의 위치를 산출하는 경우를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 지구 기준 좌표계를 이용하여, 경도 및 위도로 좌표를 정의해도 된다. 진입물과의 위치를 GPS로 측정하는 경우에 유효하다.

1 하부주행체
1A, 1B 유압모터
2 선회기구
3 상부선회체
4 붐
5 암
6 버킷
7 붐실린더
8 암실린더
9 버킷실린더
10 캐빈
11 엔진
14, 14R, 14L 메인펌프
15 파일럿펌프
17 컨트롤밸브
21 선회유압모터
22 자세검출기
22A 붐각도센서
22B 암각도센서
22C 버킷실린더 스트로크센서
22D 선회각도센서
23 메커니컬 브레이크
26A 선회용 레버
26B 붐용 레버
27R, 27L, 37R, 37L 파일럿라인
29 압력센서
30 컨트롤러
80 진입물 검지장치
125 어태치먼트
154, 157 유량제어밸브
154a, 154b, 157a, 157b 전자비례밸브
222 발신기

Claims (7)

1. 하부주행체와,
   상기 하부주행체에 선회 가능하게 배치된 상부선회체와,
   상기 상부선회체에 장착된 어태치먼트와,
   상기 상부선회체에 구비된 엔진과,
   상기 엔진의 회전동력에 의하여, 작동유를 토출하는 유압펌프와,
   상기 상부선회체에 구비된 유압 액추에이터와,
   조작장치의 조작량에 따라서 상기 유압 액추에이터에 압유를 공급하는 유량제어밸브와,
   쇼벨의 구동을 제어하는 제어장치와,
   상기 쇼벨의 감시영역 내에 진입한 상기 쇼벨과는 별도인 진입물의 위치를 검지하는 진입물 검지장치를 가지는 쇼벨로서,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후에, 상기 유압펌프로부터 상기 유압 액추에이터로의 상기 작동유를 공급하고, 상기 쇼벨과는 별도인 상기 진입물과의 상대 거리에 근거하여, 상기 어태치먼트를 제어하는 쇼벨.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유압펌프와 상기 유압 액추에이터와의 사이에는, 상기 유압 액추에이터의 제어를 행하는 전환밸브가 배치되고,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후에 상기 전환밸브를 전환하며,
   상기 유압펌프와 상기 유압 액추에이터를 연통 상태로 하는 쇼벨.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 유압 액추에이터는 선회유압모터로서,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후에, 상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 전에 공급된 포트와는 반대의 포트로 작동유를 공급하도록, 상기 전환밸브를 연통 상태로 하는 쇼벨.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 유압 액추에이터는, 상기 어태치먼트를 작동시키는 유압 실린더로서,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후에,
   상기 어태치먼트를 접지, 혹은, 상기 어태치먼트를 상승시키도록, 상기 전환밸브를 연통 상태로 하는 쇼벨.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입판단 후,
   상기 유압 액추에이터를 조작하는 조작레버와는 관계없는 상태로 하는 쇼벨.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하부주행체와 상기 상부선회체를 상대적으로 회전 구동시키는 선회 모터를 가지고,
   상기 제어장치는,
   상기 진입물과 쇼벨의 구성물과의 상대 거리, 혹은, 진입물과 쇼벨이 맞닿을 가능성이 높은 쇼벨의 구성물에 근거하여, 상기 어태치먼트를 제어할지, 상기 선회 모터를 제어할지를 판단하는 쇼벨.
7. 상부선회체에 장착된 어태치먼트와,
   상기 상부선회체에 구비된 유압 액추에이터와,
   쇼벨의 구동을 제어하는 제어장치와,
   상기 쇼벨의 감시영역 내에 진입한 상기 쇼벨과는 별도인 진입물의 위치를 검지하는 진입물 검지장치를 가지는 쇼벨의 제어방법으로서,
   상기 진입물 검지장치로부터의 검출 신호에 근거하여, 상기 진입물에 의한 상기 감시영역 내로의 진입을 판단하고,
   상기 판단 후에, 유압펌프로부터 유압 액추에이터로의 작동유를 공급하며,
   상기 쇼벨과는 별도인 상기 진입물과의 상대 거리에 근거하여, 상기 어태치먼트를 제어하는 쇼벨의 제어방법.

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