KR102631345B1 - 건설기계 - Google Patents

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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 하부주행체, 상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체, 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 아암 및 버킷을 포함하며 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치, 붐 실린더를 제어하는 컨트롤밸브, 상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브, 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버, 작업모드 및 목표 작업표면 설정기능을 제공하는 작업설정부, 상기 작업설정부의 작업모드 설정에 따라 작업장치의 위치정보 및 설정된 작업표면의 위치정보를 수집 및/또는 계산하는 위치정보 제공부; 및 상기 전자비례감압밸브에 대한 붐 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하되, 상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 위치정보 제공부에 의해 수집 및/또는 계산된 위치정보를 활용하여 붐의 동작을 제어하도록 구성되는, 건설기계를 제공한다.

Description

건설기계
본 발명은 건설기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 붐 컨트롤 앵글 값에 기초하여 스풀을 제어함으로써 충격으로 인한 진동을 최소화하고, 장비의 사용수명을 연장하며, 운전자의 작업피로를 줄일 수 있는 붐 충격 완화 기능을 갖는 건설기계에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기는 건설 현장 등에서 땅을 파는 굴삭 작업, 토사를 운반하는 적재 작업, 기초를 만들기 위한 터파기 작업, 건물을 해체하는 파쇄 작업, 지면을 정리하는 정지 작업, 지면을 고르는 고르기 작업 등 다양한 작업을 수행하는 건설기계이다.
도 1을 참조하면, 굴삭기와 같은 건설기계(1)는 하부주행체(2)와, 하부주행체(2) 상에 선회 가능하게 설치되는 상부선회체(3)와, 상부선회체(3) 상에 상하 방향으로 작동 가능하게 설치되는 작업장치(4)를 구비한다.
또한, 작업장치(4)는, 다관절로 형성되어, 후단부가 상부선회체(3)에 회전 가능하게 지지된 붐(4a)과, 붐(4a)의 선단에 후단부가 회전 가능하게 지지된 아암(4b)과, 아암(4b)의 선단측에 회전 가능하게 설치된 버킷(4c)을 구비한다. 그리고 사용자의 레버 조작에 따라 작동유가 공급되고, 붐 실린더(5, 작업용 액추에이터)와 아암 실린더(6, 작업용 액추에이터)와 버킷 실린더(7, 작업용 액추에이터)가 각각 붐(4a), 아암(4b) 및 버킷(4c)을 작동시킨다.
이와 같은 건설기계(1)는 붐(4a), 아암(4b), 버킷(4c) 등의 작업장치(4)를 각각의 수동조작레버를 통해 작동하고 있으나, 이러한 작업장치(4)는 각각 관절부에 의해 연결되어 회전운동을 하는 것이기 때문에 작업장치(4)를 각각 조작하여 소정의 영역을 작업하는 것은 작업자의 상당한 노력을 필요로 한다.
그러므로, 이와 같은 작업을 용이하게 하기 위하여 붐 충격 완화장치 및 그 제어방법(Shock absorption device and method thereof for excavator)이 한국 특허공보 제10-0974275호에 제안되어 있다. 이 한국특허('275)에 개시된 붐 충격 완화장치는 조작레버(control lever)의 조작으로 굴삭기의 붐을 최대 높이로 상승시키는 경우에, 충격 발생 방지를 위해서, 붐 실린더의 소정위치에 붐 실린더의 회동각도를 검출할 수 있는 근접센서를 설치하고, 근접센서로부터의 검출신호에 따라 붐 실린더에 공급되는 작동유를 제어할 수 있도록 컨트롤밸브를 제어할 수 있는 별도의 구동장치를 사용하고 있다.
또한, 작업표면(work surface)을 따라 수행되는 종래의 트랙킹 작업의 경우, 제어부는 버킷 끝단이 작업표면과 떨어진 거리를 거리 오차로 판단하고, 상기 거리 오차를 상쇄하도록 붐을 제어한다(도 2). 즉, 아암 인 조작시 버킷 끝단이 작업 표면의 하부에 있을 때의 거리 오차(-)를 줄이기 위해 붐업 작동이 수행되거나 버킷 끝단이 작업 표면의 상부에 있을 때의 거리 오차(+)를 줄이기 위해 붐다운 작동이 수행된다.
이처럼, 붐업 작동 또는 붐다운 작동은 상기 거리 오차에 따라 신속하고, 반복적으로 수행될 필요가 있는데, 운전경험이 부족한 운전자는 조작레버를 섬세하게 조작할 수 없어 급조작시 작업장치의 관성에 의한 충격이 발생하게 되고, 이러한 충격은 운전자의 작업 피로도를 가중시켜 작업효율을 떨어뜨리게 될 뿐만 아니라 장비의 내구성이 떨어져 사용수명이 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 붐 컨트롤 앵글 값에 기초하여 스풀을 제어함으로써 충격으로 인한 진동을 최소화하고, 장비의 사용수명을 연장하며, 운전자의 작업피로를 줄일 수 있는 붐 충격 완화 기능을 갖는 건설기계를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 하부주행체; 상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체; 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 아암 및 버킷을 포함하며, 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치; 붐 실린더를 제어하는 컨트롤밸브; 상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브; 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버; 운전자의 의한 작업모드 및 목표 작업표면 설정기능을 제공하는 작업설정부; 상기 작업설정부의 작업모드 설정에 따라 작업장치의 위치정보 및 설정된 작업표면의 위치정보를 수집 및/또는 계산하는 위치정보 제공부; 및 상기 전자비례감압밸브에 대한 붐 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하되, 상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 위치정보 제공부에 의해 수집 및/또는 계산된 위치정보를 활용하여 붐의 동작을 제어하도록 구성되는, 건설기계를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 버킷 끝단의 위치를 제1 포인트로 설정하고, 붐과 아암의 관절 위치를 제2 포인트로 설정하며, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트를 잇는 가상의 직선과 상기 작업표면이 이루는 각도를 붐 컨트롤 앵글 값으로 설정하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 계산하고, 계산된 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 설정된 기준값과 비교하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값이 설정된 기준값보다 작은 경우에는 붐업 컨트롤 구간으로 판단하여 붐업 동작만 허용하고, 상기 붐 컨트롤 앵글 값이 설정된 기준값보다 큰 경우에는 붐다운 컨트롤 구간으로 판단하여 붐다운 동작만 허용하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 기준값은 90°인, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이의 탄젠트 각도(tangent angle)인 붐 앵글 값과 상기 작업표면의 기울기 앵글 값을 더한 값으로 계산하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치정보 제공부는, 건설기계의 위치정보를 측정하는 위치 측정부, 건설기계의 자세 정보와 각각의 작업장치의 위치를 측정하는 자세 측정부 및 상기 위치 측정부와 상기 자세 측정부로부터 측정된 위치 정보를 토대로 좌표를 산출하는 좌표 산출부 중 적어도 하나를 포함하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자비례감압밸브는, 상기 전자제어부의 전기적 신호에 대응하여 유압을 발생시키고, 발생된 유압을 상기 컨트롤밸브로 전달하여 컨트롤밸브 내의 스풀을 동작시키도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조작레버는, 전기식 조이스틱으로서 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부에 제공하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 작업설정부는, 운전자의 필요에 따라 설정할 수 있는 복수의 작업모드 설정기능을 구비하고, 상기 작업모드 설정에 따라 상기 위치정보 제공부로부터 제공받은 지형 정보, 위치 정보 및 건설기계의 자세 정보 중 적어도 하나를 디스플레이 화면에 표시하도록 구성되는, 건설기계일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 붐 컨트롤 앵글 값에 기초하여 컨트롤밸브의 스풀이 제어됨으로써 붐업과 붐다운의 스위칭 동작으로 인한 충격이 방지될 수 있다.
또한, 건설기계의 내구성이 높아지고, 진동으로 인한 운전자의 작업피로가 줄어들어 작업성이 향상될 수 있다.
그리고, 운전자는 운전 경험과 무관하게 작업장치를 용이하게 조작할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 건설기계의 기본구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 건설기계의 아암 인(arm in) 조작시 붐의 움직임을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 붐 충격 완화 기능의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 아암 인(arm in) 조작시 붐의 움직임을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 붐 충격 완화 기능의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
이하 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 건설기계(100)는 하부주행체(10), 상기 하부주행체(10) 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체(20) 및 상기 상부선회체(20)에 의해 지지되는 작업장치(30)를 구비한다. 작업장치(30)는 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐(31), 아암(32) 및 버킷(33)을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 건설기계(100)는, 작업표면(work surface)을 따라 수행되는 트랙킹 작업시 붐다운과 붐업의 스위칭으로 인한 충격(shock)을 최소화하는 붐 충격 완화 기능을 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 붐 충격 완화 기능의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 아암 인(arm in) 조작시 붐의 움직임을 나타내는 개략도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 붐 충격 완화 기능의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 3내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 붐 충격 완화 기능을 갖는 건설기계(100)는 하부주행체(10), 상기 하부주행체(10) 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체(20), 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐(31), 아암(32) 및 버킷(33)을 포함하며 상기 상부선회체(20)에 의해 지지되는 작업장치(30), 붐 실린더(40)를 제어하는 컨트롤밸브(200), 상기 컨트롤밸브(200)의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브(300), 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버(400), 작업모드 및 목표 작업표면 설정기능을 제공하는 작업설정부(500), 상기 작업설정부(500)의 작업모드 설정에 따라 작업장치의 위치정보 및 설정된 작업표면의 위치정보를 수집 및/또는 계산하는 위치정보 제공부(600), 및 상기 전자비례감압밸브(300)에 대한 붐 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부(700)를 포함한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전자제어부(700)는, 상기 조작레버(400)의 조작신호와 상기 위치정보 제공부(600)에 의해 수집 및/또는 계산된 위치정보를 활용하여 붐업 또는 붐다운 구간인지를 판단하고, 붐업 구간에서는 붐업 동작만 허용하고 붐다운 구간에서는 붐다운 동작만 허용하도록 제어하도록 구성된다.
컨트롤밸브(200)는 압력을 받아 축선방향으로 이동하는 스풀에 의해 유로를 개폐하는 부재이다. 즉, 컨트롤밸브(200)는 유압원인 유압펌프에 의해 공급되는 작동유의 공급 방향을 붐 실린더(40) 측으로 전환하는 역할을 한다. 컨트롤밸브(200)는 유압 배관을 통하여 유압펌프와 연결되며, 유압펌프에서 붐 실린더(40)로의 작동유 공급을 유도한다.
전자비례감압밸브(300, Proportional pressure reducing valve)는 전자 조작 방식의 밸브로서, 전자력을 발생시키는 솔레노이드부 및 유체의 유로로 이용되는 밸브부로 구성될 수 있다.
전자비례감압밸브(300)가 전자제어부(700)에 의해 인가되는 전기적 신호에 대응하여 유압을 생성하고, 생성된 유압이 전자비례감압밸브(300)로부터 컨트롤밸브(200)에 전달된다. 전자비례감압밸브(300)로부터의 유압은 컨트롤밸브(200) 내의 스풀을 축선이동시킨다.
보다 구체적으로, 전자비례감압밸브(300)는 전자제어부(700)에 의해 붐업 컨트롤 구간이라고 판단되는 경우 상기 전자제어부(700)로부터의 전기적신호 입력에 따라 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되는 붐업 신호압력을 가변조절한다. 또한, 전자비례감압밸브(300)는 전자제어부(700)에 의해 붐다운 컨트롤 구간이라고 판단되는 경우 상기 전자제어부(700)로부터의 전기적신호 입력에 따라 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되는 붐다운 신호압력을 가변조절한다.
조작레버(400)는 유압식 조이스틱 또는 전기식 조이스틱(Electric Joystick)일 수 있으며, 바람직하게는 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부(700)에 제공하는 전기식 조이스틱일 수 있다.
위치정보 제공부(600)는 GPS(Global Positioning System) 위성이 송출하는 신호를 수신하여 건설기계(100)의 위치정보를 측정하는 위치 측정부(610), 건설기계(100)의 자세 정보와 붐(31), 아암(32) 및 버킷(33) 중 적어도 하나의 위치를 측정하는 자세 측정부(620) 및 상기 위치 측정부와 상기 자세 측정부로부터 측정된 위치 정보를 토대로 건설기계(100)의 좌표를 산출하는 좌표 산출부(630) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
위치 측정부(610)는 GPS 위성이 송출하는 신호를 수신할 수 있는 수신기를 구비할 수 있고, 수신한 신호로부터 건설기계(100)의 위치 정보를 측정한다.
자세 측정부(620)는 복수의 관성 측정 장치(Inertial measurement unit, IMU), 앵글 센서(Angle senor) 등을 이용하여 붐(31), 암(32) 및 버킷(33) 중 적어도 하나의 위치 및/또는 자세, 그리고 건설기계(100)의 본체 기울기 등을 측정한다.
좌표 산출부(630)는 상기 위치 측정부(610)와 상기 자세 측정부(620)로부터 측정된 위치 정보를 이용하여 붐(31), 암(32) 및 버킷(33) 중 적어도 하나의 좌표(x, y, z)를 산출한다.
또한, 위치정보 제공부(600)는 작업 위치 주변의 지형 정보 및 작업 위치에 대한 시공 정보를 산출된 좌표에 맵핑하는 맵핑부를 더 구비할 수 있다. 상기 맵핑부는 자세 측정부에서 측정된 각각의 작업장치(30)의 위치 및/또는 자세 그리고 건설기계(100)의 본체 기울기 등을 상기 좌표 산출부에서 계산된 각 축에 따라 조정하여 맵핑한다.
작업설정부(500)는 작업구역 제한(Work area limit) 모드, 스윙 포지션 컨트롤(Swing position control) 모드 등 운전자의 필요에 따라 다양하게 설정할 수 있는 작업모드 설정기능을 구비할 수 있다.
작업설정부(500)는 상기 작업모드 설정에 따라, 위치정보 제공부(600)로부터 제공받은 지형 정보, 위치 정보 및 건설기계(100)의 자세 정보 중 적어도 하나를 디스플레이(510) 화면에 표시한다. 이에 따라, 운전자는 작업모드를 설정하고, 설정된 모드에 따라 디스플레이(510) 화면에 표시된 정보들을 이용하여 용이하게 작업할 수 있다.
전자제어부(700, Electronic Control Unit)는 조작레버(400)의 조작신호가 입력되면 위치정보 제공부(600)로부터 위치정보를 제공받아 붐업 또는 붐다운 컨트롤 구간인지를 판단한다. 그 다음, 전자제어부(700)는 전자비례감압밸브(300)에 컨트롤밸브(200) 제어를 위한 전류신호를 출력한다.
즉, 본 발명에 따른 붐 충격 완화 기능이 활성화(active)되면, 상기 위치정보 제공부(600)를 통해 다양한 위치 정보들이 전자제어부(700)로 입력되고, 상기 전자제어부(700)는 취합된 정보를 토대로 붐(31)의 움직임을 제어하게 된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 붐 충격 완화 기능을 갖는 건설기계의 동작 방식은 다음과 같다.
먼저, 운전자가 작업설정부(500) 상에서 활성 제어 모드(Active control Mode)를 설정하고, 작업표면에 대한 트랙킹 작업을 위해 아암 인(Arm in) 조작레버(400)를 조작한다. 그러면, 위치정보 제공부(600)가 작업장치(30) 및 설정된 작업표면(work surface)의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(700)에 제공한다.
전자제어부(700)는 제공된 위치정보를 활용하여 붐(31), 아암(32) 및 버킷(33)의 위치에 따른 현재의 붐 앵글(Boom angle) 값과 설정된 작업표면의 기울기 값을 계산하고, 상기 붐 앵글 값과 상기 설정된 작업표면의 기울기 값(work surface angle)을 반영하여 붐 컨트롤 앵글(Boom control angle) 값을 계산한다.
여기서, 붐 앵글 값은 버킷(33) 끝단 및 아암(32)의 관절을 잇는 가상의 직선과 기준면(base surface)이 이루는 각도를 의미한다. 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값은 기준면과 상기 작업표면이 이루는 각도를 의미한다. 붐 컨트롤 앵글 값은 버킷(33) 끝단 및 아암(32)의 관절을 잇는 가상의 직선과 작업표면이 이루는 각도를 의미한다.
그 다음, 전자제어부(700)는 계산된 붐 컨트롤 앵글 값을 기 설정된 기준값과 비교한다.
전자제어부(700)는 붐 컨트롤 앵글 값이 기준값보다 작을 때에는 붐업 컨트롤 구간(Boom up control range)으로 판단하고, 붐업 동작만 가능하도록 제어한다. 마찬가지로, 전자제어부(700)는 붐 컨트롤 앵글 값이 기준값보다 클 때에는 붐업 컨트롤 구간(Boom down control range)으로 판단하고, 붐다운 동작만 가능하도록 제어한다.
그리고, 전자제어부(700)는 붐업 컨트롤 구간에서는 조작레버(400) 작동에 따라 붐업시 요구되는 실린더 유량(BU Required cylinder flow) 값에 해당되는 붐업 파일럿 압력(Boom up pilot pressure)을 붐업측 전자비례감압밸브(300)로 입력한다. 마찬가지로, 전자제어부(700)는 붐다운 컨트롤 구간에서는 상기 조작레버(400) 작동에 따라 붐다운시 요구되는 실린더 유량(BD Required cylinder flow) 값에 해당되는 붐업 파일럿 압력(Boom down pilot pressure)을 붐다운측 전자비례감압밸브(300)로 입력한다.
전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(700)로부터 입력받은 유량 제어 파일럿 압력에 대응하여 유압을 생성하고, 생성된 유압은 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급된다. 즉, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(700)로부터 붐업 파일럿 압력을 입력 받으면 붐업 작동이 수행되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압을 공급한다. 마찬가지로, 전자비례감압밸브(300)는 붐다운 파일럿 압력을 입력 받으면 붐다운 작동이 수행되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압을 공급한다.
붐업 작동이 되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압이 공급되면 붐 실린더(40)의 피스톤측 챔버로 유량이 흐르게 되고, 이에 따라 붐(31)은 붐 실린더(40)의 신장구동으로 인해 상승하게 된다. 마찬가지로, 붐다운 작동이 되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압이 공급되면 붐 실린더(40)의 로드측 챔버로 유량이 흐르게 되고, 이에 따라 붐(31)은 붐 실린더(40)의 수축구동으로 인해 하강하게 된다.
즉, 전자제어부(700)는 작업표면에 대한 트랙킹 작업시 붐다운 신호를 줄 상황에서는 붐업 신호를 주지 않고, 붐업 신호를 줄 상황에서는 붐다운 신호를 주지 않음으로써, 붐다운과 붐업의 스위칭으로 인해 발생되는 충격을 방지할 수 있다.
도 4를 참조하여, 일 실시예에 따라 아암(32) 인 동작시 전자제어부(700)의 붐(31) 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전자제어부(700)는 위치정보 제공부(600)로부터 제공된 위치정보를 활용하여 각각의 작업장치의 위치에 따른 현재의 붐 앵글(Boom angle) 값(θ1)과 설정된 작업표면의 기울기 앵글(work surface angle) 값(θ2)을 계산하고, 상기 붐 앵글 값(θ1)과 상기 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)을 반영하여 붐 컨트롤 앵글(Boom control angle) 값(θ3)을 계산한다.
일 실시예에 따르면, 전자제어부(700)는 버킷(33) 끝단의 위치를 제1 포인트(P1)로 설정하고, 아암(32)의 관절 위치를 제2 포인트(P2)로 설정할 수 있다.
여기서, 붐 앵글 값(θ1)은 기준면과 상기 제1 포인트(P1) 및 상기 제2 포인트(P2)를 잇는 가상의 직선(K)이 이루는 각도를 의미한다. 즉, 상기 붐 앵글 값은 상기 제1 포인트(P1)와 상기 제2 포인트(P2) 사이의 탄젠트 각도(tangent angle)를 의미한다.
또한, 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)은 기준면과 상기 설정된 작업표면이 이루는 각도를 의미한다.
이 때, 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)은 상기 설정된 작업표면과 상기 제1 포인트(P1)와 상기 제2 포인트(P2)를 잇는 가상의 직선(K)이 이루는 각도를 의미한다.
그리고, 상기 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)은 상기 붐 앵글 값(θ1)과 상기 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)을 반영하여 계산된다. 즉, 상기 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)은 상기 붐 앵글 값(θ1)과 상기 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)을 합산한 값이 될 수 있다.
계속 도 4 및 도 5를 참조하면, 건설기계(100)가 설정된 작업표면을 따라 트랙킹 작업을 하는 상황에서 운전자는 현재 제1 위치(W1)에 있는 버킷(33) 끝단을 제2 위치(W2)로 이동시키기 위해 아암 인 조작을 수행하게 된다.
이 때, 붐(31)은 버킷(33) 끝단이 상기 작업표면을 침범하지 않기 위해 붐업 동작을 수행하도록 제어될 필요가 있다.
여기서, 제2 위치(W2)는 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)이 90°가 되는 기준 위치로서, 이 때의 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)이 붐업 컨트롤 구간(Boom up control range)과 붐다운 컨트롤 구간(Boom down control range)을 판단하는 기준값(θt)이 된다.
버킷(33) 끝단이 제1 위치(W1)에 있을 때, 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)은 상기 붐 앵글 값(θ1)과 상기 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)을 합산한 값으로서, 기준값(θt)인 90° 보다 작은 값을 가지게 된다. 즉, 버킷(33) 끝단이 붐업 컨트롤 구간(Boom up control range)에 있음을 의미한다.
이에 따라, 전자제어부(700)는 붐업 작동만 가능하도록 허용한다. 즉, 상기 조작레버(400) 작동에 따라 붐업시 요구되는 실린더 유량(BU Required cylinder flow) 값에 해당되는 붐업 파일럿 압력(Boom up pilot pressure)을 붐업측 전자비례감압밸브(300)로 입력하게 된다.
또한, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(700)로부터 붐업 파일럿 압력을 입력 받으면 붐업 작동이 수행되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압을 공급한다.
이에 따라, 컨트롤밸브(200)는 붐 실린더(40)의 피스톤측 챔버로 유량이 흐르게 하고, 이에 따라 붐(31)은 붐 실린더(40)의 신장구동으로 인해 상승하게 된다.
즉, 본 발명에 따르면 작업표면에 대한 트랙킹 작업시 붐업 신호를 줄 상황에서는 붐다운 신호를 주지 않음으로써, 붐다운과 붐업의 스위칭으로 인해 발생되는 충격을 방지할 수 있다.
계속해서 건설기계(100)가 설정된 작업표면을 따라 트랙킹 작업을 하는 상황에서 운전자는 제2 위치(W2)에 있는 버킷(33) 끝단을 안쪽으로 이동시키기 위해 아암 인 조작을 수행하게 된다.
이 때, 붐(31)은 버킷(33) 끝단이 작업표면으로부터 벗어나지 않기 위해 붐다운 동작을 수행하도록 제어될 필요가 있다.
버킷(33) 끝단이 제2 위치(W2)를 넘어 안쪽으로 아암 인 조작이 수행될 때, 붐 컨트롤 앵글 값(θ3)은 상기 붐 앵글 값(θ1)과 상기 설정된 작업표면의 기울기 앵글 값(θ2)을 합산한 값으로서, 기준값(θt)인 90° 보다 큰 값을 가지게 된다. 즉, 버킷(33) 끝단이 붐다운 컨트롤 구간(Boom down control range)에 있음을 의미한다.
이에 따라, 전자제어부(700)는 붐다운 동작만 가능하도록 허용한다. 즉, 상기 조작레버(400) 작동에 따라 붐다운시 요구되는 실린더 유량(BD Required cylinder flow) 값에 해당되는 붐다운 파일럿 압력(Boom down pilot pressure)만을 붐다운측 전자비례감압밸브(300)로 입력하게 된다.
또한, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(700)로부터 붐다운 파일럿 압력을 입력 받으면 붐다운 작동이 수행되도록 컨트롤밸브(200)의 스풀에 유압을 공급한다.
이에 따라, 컨트롤밸브(200)는 붐 실린더(40)의 로드측 챔버로 유량이 흐르게 하고, 이에 따라 붐(31)은 붐 실린더(40)의 수축구동으로 인해 하강하게 된다.
즉, 본 발명에 따르면 작업표면에 대한 트랙킹 작업시 붐다운 신호를 줄 상황에서는 붐업 신호를 주지 않음으로써, 붐다운과 붐업의 스위칭으로 인해 발생되는 충격을 방지할 수 있다.
이처럼, 붐 컨트롤 앵글 값에 기초하여 컨트롤밸브(200)의 스풀이 제어됨으로써 붐(31)의 스위칭 동작으로 인한 충격이 방지될 수 있다. 이에 따라, 건설기계(100)의 내구성이 높아지고, 진동으로 인한 운전자의 작업피로가 줄어들어 작업성이 향상될 수 있다.
그리고, 운전 경험이 충분한 운전자 또는 운전 경험이 충분하지 못한 운전자도 작업장치(30)를 용이하게 조작할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 건설기계
10 : 하부주행체
20 : 상부선회체
30 : 작업장치
31 : 붐
32 : 아암
33 : 버킷
40 : 붐 실린더(작업용 액추에이터)
50 : 아암 실린더(작업용 액추에이터)
60 : 버킷 실린더(작업용 액추에이터)
200 : 컨트롤밸브
300 : 전자비례감압밸브
400 : 조작레버
500 : 작업설정부
510 : 디스플레이
600 : 위치정보 제공부
610 : 위치 측정부
620 : 자세 측정부
630 : 좌표 산출부
700 : 전자제어부
P1 : 제1 포인트
P2 : 제2 포인트
W1 : 제1 위치
W2 : 제2 위치
θ1 : 붐 앵글 값
θ2 : 작업표면의 기울기 값
θ3 : 붐 컨트롤 앵글 값
θt : 기준값

Claims (10)

  1. 하부주행체;
    상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체;
    각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 아암 및 버킷을 포함하며, 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치;
    붐 실린더를 제어하는 컨트롤밸브;
    상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브;
    운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버;
    작업모드 및 목표 작업표면 설정기능을 제공하는 작업설정부;
    상기 작업설정부의 작업모드 설정에 따라 작업장치의 위치정보 및 설정된 작업표면의 위치정보를 수집 및/또는 계산하는 위치정보 제공부; 및
    상기 전자비례감압밸브에 대한 붐 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하되,
    상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 위치정보 제공부에 의해 수집 및/또는 계산된 위치정보를 활용하여 붐의 동작을 제어하도록 구성되고,
    상기 전자제어부는, 버킷 끝단의 위치를 제1 포인트로 설정하고, 붐과 아암의 관절 위치를 제2 포인트로 설정하며, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트를 잇는 가상의 직선과 상기 작업표면이 이루는 각도를 붐 컨트롤 앵글 값으로 설정하도록 구성되고,
    상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 계산하고, 계산된 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 설정된 기준값과 비교하도록 구성되며,
    상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값이 설정된 기준값보다 작은 경우에는 붐업 컨트롤 구간으로 판단하여 붐업 동작만 허용하고, 상기 붐 컨트롤 앵글 값이 설정된 기준값보다 큰 경우에는 붐다운 컨트롤 구간으로 판단하여 붐다운 동작만 허용하도록 구성되는, 건설기계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은 90°인, 건설기계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 붐 컨트롤 앵글 값을 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이의 탄젠트 각도(tangent angle)인 붐 앵글 값과 상기 작업표면의 기울기 앵글 값을 더한 값으로 계산하도록 구성되는, 건설기계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치정보 제공부는, 건설기계의 위치정보를 측정하는 위치 측정부, 건설기계의 자세 정보와 각각의 작업장치의 위치를 측정하는 자세 측정부 및 상기 위치 측정부와 상기 자세 측정부로부터 측정된 위치 정보를 토대로 좌표를 산출하는 좌표 산출부 중 적어도 하나를 포함하도록 구성되는, 건설기계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자비례감압밸브는, 상기 전자제어부의 전기적 신호에 대응하여 유압을 발생시키고, 발생된 유압을 상기 컨트롤밸브로 전달하여 컨트롤밸브 내의 스풀을 동작시키도록 구성되는, 건설기계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조작레버는, 전기식 조이스틱으로서 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부에 제공하도록 구성되는, 건설기계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 작업설정부는, 운전자의 필요에 따라 설정할 수 있는 복수의 작업모드 설정기능을 구비하고, 상기 작업모드 설정에 따라 상기 위치정보 제공부로부터 제공받은 지형 정보, 위치 정보 및 건설기계의 자세 정보 중 적어도 하나를 디스플레이 화면에 표시하도록 구성되는, 건설기계.
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