KR19990017733A - 건설 기계의 인양 하중 검출방법 - Google Patents

Abstract

개시된 검출방법은 버킷에 부착되어 있는 이물질의 중량 및 버킷의 용량 변화나, 작업기에서 버킷을 제거하고, 암의 선단부에 인양 훅을 설치하여 중량물을 인양하는 등의 변화에 관계없이 인양하는 중량물의 안양 하중을 정확하게 연산할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 중량물을 인양하는 작업기의 붐, 암 및 버킷 자세를 판단하고, 중량물을 인양하지 않은 무부하 상태이고 자세 판단 과정에서 판단한 자세에서 붐 및 암의 중량에 따른 작업기의 붐의 회동 중심 지점에 걸리는 모멘트를 연산하며, 무부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따라 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산한 후 연산한 두 개의 모멘트와 붐의 회동 중심 지점부터 버킷의 질량 중심까지의 수평 거리를 이용하여 무부하 상태에서의 버킷의 중량을 연산 및 저장하고, 중량물을 인양한 부하 상태에서 붐, 암 및 연산한 버킷의 중량에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하고, 부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산한 후 현산한 두 모멘트와 붐의 회동 중심 지점에서 중량물의 인양 지점까지의 수평 거리로 중량물의 인양 하중을 연산한다.

Description

건설 기계의 인양 하중 검출방법

본 발명은 복수의 링크 구조를 갖는 작업기를 구동시켜 소정의 중량물을 인양할 경우에 중화물의 인양 하중을 검출하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법에 관한 것이다.

도1은 전형적인 건설 기계인 유압 셔블을 보인 개략 측면도이다.

유압 셔블(1)은 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2)의 상부에서 선회가 가능하게 설치되는 상부 선회체(3)와, 상부 선회체(3)에 회동이 가능하게 설치되는 작업기(4)로 이루어진다.

상기 작업기(4)는 붐(5), 암(6) 및 버킷(7) 등으로 이루어지고, 상기 붐(5)은 붐 실린더(8)의 구동에 따라 지점(A)을 중심으로 회동되고, 암(6)은 암 실린더(9)의 구동에 따라 지점(B)을 중심으로 회동되며, 버킷(7)은 버킷 실린더(10)의 구동에 따라 지점(C)을 중심으로 회동된다.

도2는 유압 셔블의 구동 장치를 보인 도면이다.

여기서, 부호 21은 유압 셔블(1)을 구동시키기 위한 동력을 발생하는 엔진등의 동력 발생 장치이고, 부호 22는 상기 동력 발생 장치(20)가 발생한 동력에 따라 구동되어 동작유를 공급하는 유압 펌프이다.

부호 23은 상기 유압 펌프(22)의 구동에 따라 구동되어 유압 셔블(1)의 하부 주행체(2), 상부 선회체(3), 붐 실린더(8), 암 실린더(9) 및 버킷 실린더(10) 등의 피구동 장치(23)를 동작시키는 유압 작동기이다.

부호 25는 작업자가 조작하는 조작 수단이고, 부호 26은 상기 조작 수단의 조작에 따라 상기 유압 작동기(23)로 공급되는 동작유를 조절하는 유압 밸브이다.

이러한 유압 쇼벨을 사용하여 소정의 중량물의 인양 작업을 수행할 경우에 버킷(7)에 구비되어 있는 인양 훅(11)을 이용하거나 또는 버킷(7)을 분리하고, 암(6)의 선단부에 직접 장착한 인양 훅(도면에 도시되지 않았음)에 소정의 중량물을 연결하여 인양 작업을 수행하게 된다.

상기 인양 작업을 수행하는 중량물의 인양 하중을 연산하여 표시하기 위하여 종래에는 무부하일 경우에 작업기(4)의 자체 중량에 의한 모멘트와 부하시 작업기(4)의 자체 중량 및 인양하는 중량물에 따른 모멘트의 차이를 이용하여 인양 하중을 연산하고 있다.

그러나 상기한 종래의 기술은 버킷(7)에 이물질이 부착되어 있거나 또는 버킷(7)을 용량이 다른 버킷으로 교환하여 인양 작업을 하는 등의 변화로 작업기(4)의 자체 중량이 변화되었을 경우에 연산된 인양 하중과 실제의 인양 하중 간에 많은 오차가 발생하게 된다.

또한 작업기(4)에서 버킷(7)을 제거하고, 암(6)의 선단부에 인양 훅을 설치하여 중량물을 인양하는 경우에는 작업기(4)의 자체 중량이 크게 가변됨은 물론 인양하는 지점도 변경되므로 인양 하중을 연산할 경우에 많은 오차가 발생하여 중량물의 중량을 정확하게 측정할 수 없었다.

그리고 버킷(7)에 부착된 이물질, 버킷(7)의 용량 및 암(6)의 선단부에 인양 훅을 설치하여 중량물을 인양하는 경우 등에 따라서 작업자가 일일이 작업기(4)의 자체 중량 변화 및 인양 지점의 변화를 입력시켜 인양 작업을 수행하는 중량물의 인양 하중을 검출하게 할 수도 있으나, 이는 작업자에게 많은 불편과 번거로움을 주는 등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 버킷에 부착되어 있는 이물질의 중량 및 버킷의 용량 변화에 따른 작업기의 자체 중량에 관계없이 인양하는 중량물의 인양 하중을 정확하게 연산할 수 있는 건설 기계의 인양 하중 검출방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 작업기에서 버킷을 제거하고, 암의 선단부에 인양 훅을 설치하여 중량물을 인양할 경우에는 중량물의 인양 하중을 정확하게 연산할 수 있는 건설 기계의 인양 하중 검출방법을 제공하는 데 있다.

도1은 전형적인 건설 기계인 유압 셔블을 보인 개략 측면도,

도2는 유압 셔블의 구동 장치를 보인 도면,

도3은 본 발명의 검출방법에 따라 인장 하중을 검출하는 제어 회로도,

도4는 본 발명의 검출방법에 따른 유압 셔블의 작업기의 스켈레톤을 도시한 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유압 셔블 2 : 하부 주행체

3 : 상부 선회체 4 : 작업기

5 : 붐 6 : 암

7 : 버킷 8 : 붐 실린더

9 : 암 실린더 10 : 버킷 실린더

21 : 동력 발생 장치 23 : 유압 작동기

24 : 피구동 장치 25 : 조작 수단

31 : 입력 수단 32 : 측정 수단

33 : 연산 수단 34 : 표시 수단

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설 기계의 인양 하중 검출방법에 따르면, 중량물을 인양하는 작업기의 붐, 암 및 버킷 자세를 판단하고, 중량물을 인양하지 않은 무부하 상태이고 상기 자세 판단 과정에서 판단한 자세에서 붐 및 암의 중량에 따른 작업기의 붐의 회동 중심 지점에 걸리는 모멘트를 연산하여, 무부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따라 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산한 후 연산한 상기 두 개의 모멘트와 상기 붐의 회동 중심 지점부터 버킷의 질량 중심까지의 수평 거리를 이용하여 무부하 상태에서의 버킷의 중량을 연산 및 저장한다.

그리고 중량물을 인양한 부하 상태에서 붐, 암 및 상기 연산한 버킷의 중량에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하고, 부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산한 후 상기 연산한 두 모멘트와 붐의 회동 중심 지점에서 상기 중량물의 인양 지점까지의 수평 거리로 중량물의 인양하중을 연산한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 건설 기계의 인양 하중 검출방법을 상세히 설명하겠으며, 종래와 동일한 부위에는 동일 부호를 부여한다.

도3은 본 발명의 검출방법에 따라 인장 하중을 검출하는 제어 회로도이다.

여기서, 부호 31은 작업자의 조작에 따라 동작하여 중량물을 인양하지 않은 무부하 상태에서의 작업기(4)의 자체 중량을 연산하는 시점을 알리는 입력 수단이고, 부호 32는 붐(5), 암(6) 및 버킷(7)의 자세 및 위치를 측정하고 붐 실린더(8), 암 실린더(9) 및 버킷 실린더(10) 중에서 하나의 실린더에 설치되어 유압을 측정하는 측정 수단이다.

부호 33은 상기 입력 수단(31)의 신호에 따라 상기 측정 수단(32)의 출력 신호로 무부한 상태에서의 작업기(4)의 자체 중량을 연산하여 저장하고 저장한 자체중량과 상기 측정 수단(32)의 출력 신호로 중량물의 인양 하중을 연산하는 연산 수단이다.

부호 34는 상기 연산 수단(33)에 연산한 중량물의 중량을 표시하여 작업자에게 알리는 표시 수단으로 구성된다.

도4는 본 발명의 검출방법에 따른 유압셔블의 작업기의 스켈레톤(skeleton)을 보인 도면이다.

여기서, A는 붐(5)의 회동 중심 지점이고, B는 암(6)의 회동 중심 지점이며, C는 버킷(7)의 회동 중심 지점이다.

D는 버킷(7)의 질양 중심 지점이고, E는 버킷(7)에 구비된 인양 훅(11)의 인양 지점이다.

L_bm은 두 지점(A)(B)간의 직선 거리이고, L_bm은 두 지점(B)(C)간의 직선거리이다.

그리고 α는 수평선과 직선L_bm이 이루는 각도이고, β는 직선 L_bm과 직선 L_bm이 이루는 각도이며, γ1은 직선 L_am과 두 지점(C)(D)이 이루는 직선 간의 각도이며, γ2는 직선 L_am과 두 지점(C)(E)이 이루는 직선 간의 각도이다.

이러한 본 발명은 중량물의 인양 하중을 검출한 경우에 먼저 무부한 상태에서의 중량을 검출해야 되는 것으로 중량물의 인양 작업을 수행하기 전에 작업자가 입력 수단(31)을 조작하여 인양 작업의 시작 또는 무부하 상태임을 알린다.

그러면, 연산 수단(33)은 측정 수단(33)으로부터 입력되는 자세 α, β 및 γ1을 이용하여 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에서 버킷(7)의 질량 중심까지의 수평거리 L_bkc_ul을 연산하고, 지점(A)에서 붐(5) 및 암(6)의 질량 중심까지의 수평 거리 L_bm_ul 및 L_am_ul을 연산한다.

다음에 상기 측정 수단(33)으로부터 입력되는 자세 α, β 및 γ1에서 붐(5)의 자체 중량 W_bm 및 암(6)의 자체 중량 W_am에 의해 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에 걸리는 모멘트 M_(bm,am)을 연산한다.

그리고 상기 측정 수단(32)에서 입력되는 붐 실린더(8)에 걸리는 압력의 차 Pr_ul 및 Pb_ul을 이용하여 무부하시 작업기(4)의 자체 중량에 의해 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에 걸리는 모멘트 M_unlode를 연산한다.

이와 같이 하여 모멘트 M_(bm,am) 및 모멘트 M_unlode가 연산되면, 이를 이용하여 버킷(7)의 하중 W_bk를 연산하고, 표시수단(34)에 표시하게 된다.

다음의 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3은 상기한 연산 과정을 통해 버킷(7)의 하중 W_bk를 연산하는 과정을 보인 것이다.

[수학식 1]

M_(bm,am)=W_bm×L_bm_ul×W_am×L_am_ul

[수학식 2]

M_unlode=M_(bm,am)+W+bk×L_bkc_ul

[수학식 3]

W_bk={(M_unlode-M_(bm,am)}/L_bkc_ul

상기한 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3의 연산 과정을 수행하게 되면, 버킷(7)에 이물질이 남아 있는 경우에 이물질의 중량은 버킷(7)의 인양 지점(D)에 위치한 추가 질량으로 환산되어 버킷(7)의 질량에 포함된다.

다른 용량의 버킷(7)으로 교환하여 설치하였을 경우에도 교환한 버킷(7)의 질량 및 질량의 중심 위치는 기 설정된 버킷(7)의 질량 중심에 위치한 질량으로 환산되어 계산된다.

그리고 버킷(7)을 바꾸어 설치하였을 경우에 실제 버킷(7)의 질량 변화에 비하여 버킷(7)의 질량 중심 지점(D)의 변화가 매우 적으므로 실제의 버킷(7)의 질량 중심 지점과 연산에 사용된 버킷(7)의 질량 중심 지점의 차이는 연산 결과에 큰 영향을 주지 않는다.

또한 버킷(7)변경에 따른 인양 훅(11)의 위치 변화도 붐(5)의 회동 중심 지점(A)로부터 인양 훅(11)의 지점(E)까지의 수평 변위에 비하여 상당히 적은 값으로 볼 수 있으므로 버킷(7)이 바뀌는 경우에 인양 지점의 위치를 기 설정된 인양 훅(11)의 지점(E)으로 사용하여도 실제의 인양 하중에 가까운 인양 하중을 연산할 수 있다.

만약 버킷(7)을 제거하고, 암(11)의 선단부 지점(C)을 인양 지점으로 하여 인양 작업을 하게 되면, 연산된 버킷(7)의 하중이 기 설정된 값 이하의 작은 값으로 연산된다.

이 때, 연산 수단(33)은 인양 훅(11)의 인양 지점(E)을 나타내는 변수(γ2, L_hook)를 암(6)의 선단부에 근접한 위치를 나타내는 사전에 설정된 상수 값 또는 영(zero)으로 치환하여 다음의 연산에 사용하게 된다.

상기한 연산 과정을 수행한 후에는 연산한 버킷(7)의 하중(W_bk)을 저장하여 두고, 중량물을 인양할 경우에 중량물의 인양 하중을 연산하는 데 사용한다.

중량물의 인양 작업을 수행할 경우에 연산 수단(33)은 붐(5), 암(6) 및 연산 된 버킷(7)의 중량에 의해 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에 걸리는 모멘트 M_att를 연산한다.

모멘트 M_att의 연산이 완료되면, 다음에는 붐 실린더(8)에 걸리는 압력 차 Pb_1 및 Pr_1에 의해 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에 걸리는 모멘트 M_load를 연산한다.

이와 같이 모멘트 M_att 및 M_load가 연산되며, 연산 수단(33)은 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에서 인양 훅(11)의 인양 지점(E)까지의 수평 거리 L_(bmj,hook)와, 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에서 붐(5)의 질량 중심까지의 수평 거리 L_am_l과, 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에서 암(6)의 질량 중심까지의 수평 거리 L_am_l과, 붐(5)의 회동 중심 지점(A)에서 버킷(7)의 질량 중심까지의 수평 거리 L_bkc_l을 연산하고, 연산한 결과를 이용하여 실제 인양중인 중량물의 하중 W_real을 연산하고, 표시 수단(34)으로 출력하여 표시한다.

[수학식 4]

M_att=W_am×L_am_l+W_am×L_am_l+W_bk×L_bkc_l

[수학식 5]

M_load=M_att+W_real×L_(bmj, hook)

[수학식 6)

W_real=(M_load-M_att)/L_(bmj,hook)

상기한 연산 과정에서 붐 실린더(8)의 압력차를 이용하여 실제 인양중인 중량물의 하중 W_real을 연산하는 것을 예로 들어 설명하였다.

본 발명을 실시함에 있어서는 이에 한정되지 않고, 붐 실린더(8)의 압력차 대신에 암 실린더(9)의 압력 차를 이용하거나 또는 작업기(4)의 임의의 위치에 로드 셀을 부착하고, 로드 셀이 검출하는 압력차를 이용하여 실제 인양중인 중량물의 하중 W_real 을 연산할 수 있다.

그리고 경사각을 측정할 수 있는 경사각 센서를 사용할 경우에는 경사진 지면에서 인양 작업을 할 경우에도 상기한 연산 과정을 통하여 중량물의 인양 하중을 연산할 수 있다.

또한 상기한 입력 수단(31)은 작업자의 조작에 따른 입력을 사용하지 않고, 예를 들면, 버킷 실린더(10)의 로드가 완전하게 수축한 상태 등과 같이 작업기(4)가 특정 자세를 취할 경우에 무부하 상태임을 알려 연산 수단(33)으로 하여금 무부하 상태에서의 버킷(7)의 중량을 연산하게 할 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 무부하 상태에서의 중량을 검출하여 미리 저장하고, 중량물의 인양 작업을 수행할 경우에는 상기 저장한 무부하 상태에서의 중량을 이용하여 인양 작업을 수행하는 중량물의 인양 하중을 연산하고, 표시하는 것으로서 작업기의 자체 중량이 변화되거나, 작업기에서 버킷을 제거하고, 암의 선단부에 인양 훅을 설치하여 중량물을 인양하는 경우 등에 관계없이 인양 작업을 수행하는 중량물의 인양 하중을 정확히 검출할 수 있다.

Claims (8)

1. 중량물을 인양하는 작업기의 붐, 암 및 버킷 자세를 판단하는 제1과정; 중량물을 인양하지 않은 무부하 상태이고 자세 판단 과정에서 판단한 자세에서 붐 및 암의 중량에 따른 작업기의 붐의 회동 중심 지점에 걸리는 모멘트를 연산하는 제2과정; 무부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따라 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하는 제3과정; 상기 제2과정 및 제3과정에서 연산한 두 개의 모멘트와 상기 붐의 회동 중심 지점부터 버킷의 질량 중심까지의 수평 거리를 이용하여 무부하 상태에서의 버킷의 중량을 연산 및 저장하는 제4과정; 중량물을 인양한 부하 상태에서 붐, 암 및 상기 제4과정에서 연산한 버킷의 중량에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하는 제5과정; 부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하는 제6과정; 상기 제5과정 및 제6과정에서 연산한 두 모멘트와 붐의 회동 중심 지점에서 상기 중량물의 인양 지점까지의 수평 거리로 중량물의 인양 하중을 연산하는 제7과정으로 제어됨을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.
2. 제1항에 있어서, 제2과정은; 수학식 1과 같이 붐 및 암의 중량에 따른 작업기의 붐의 회동 중심 지점에 걸리는 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.

   [수학식 1]

   M_(bm,am)=W_am×L_am_ul+W_am×L_am_ul

   여기서, M_(bm,am)은 연산하는 붐의 회동 중심 지점에 걸리는 모멘트이고,

   W_am은 붐의 중량이며,

   L_am_ul은 붐의 회동 중심 지점에서 붐의 질량 중심까지의 수평 거리이며,

   W_am은 암의 중량이며,

   L_am_ul은 암의 회동 중심 지점에서 암의 질량 중심까지의 수평 거리이다.
3. 제1항에 잇어서, 제3과정은; 수학식 2와 같이 무부하 상태에서 붐 실린더의 유압에 따른 붐의 회동 중심지점의 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.

   [수학식 2]

   M_unlode=N_(bm,am)+W_bk×L_bkc_ul

   여기서, M_unlode은 연산하는 붐의 회동 중심 지점의 모멘트이고,

   W_bk는 버킷의 중량이며,

   L_bkc_ul은 버킷의 회동 중심 지점에서 버킷의 질량 중심까지의 수평거리이다.
4. 제1항에 있어서, 제4과정은; 수학식 3과 같이 무부한 상태에서의 버킷의 중량을 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.

   [수학식 3]

   W_bk={(M_unlode-M_(bm,am)}/L_bkc_ul

   여기서, W_bk는 연산하는 무부하 상태에서의 버킷의 중량이다.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 연산한 버킷의 중량이 미리 설정된 중량 이하일 경우에 버킷에 구비된 인양훅을 인양 지점으로 변경하여 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.
6. 제1항에 있어서, 제5과정은; 수학식 4와 같은 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중 검출방법.

   [수학식 4]

   M_att=W_am×L_am_l+W_am×L_am_l+W_bk×L_bkc_l

   여기서, M_att는 연산하는 붐의 회동 중심 지점의 모멘트이고,

   L_am_l은 붐의 회동 중심 지점에서 붐의 질량 중심까지의 수평 거리이며,

   L_am-l으 암의 회동 중심 지점에서 암의 질량 중심까지의 수평 거리이며,

   L_bkc_l은 붐의 회동 중심 지점에서 버킷의 질량 중심까지의 수평거리다.
7. 제1항에 있어서, 제6과정은; 수학식 5와 같이 붐 실린더의 유압에 따른 붐의 회동 중심 지점의 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 인양 하중의 검출방법.

   [수학식 5]

   M_load=M_att+W_real×L_(bmj, hook)

   여기서, M_load는 연산하는 붐의 회동 중심 지점의 모멘트이고,

   W_real은 실제로 인양된 중량물의 인양 하중이며,

   L_(bmj, hook)은 붐의 회동 중심 지점에서 인양 지점까지의 수평 거리이다.
8. 제1항에 있어서, 제7과정은; 수학식 6과 같이 중량물의 인양 하중을 연산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 인양 하중 검출방법.

   [수학식 6]

   W_real=(M_load-M_att)/L_(bmj,hook)

   여기서, W_real은 연산하는 인양 하중이다.