KR19990059486A - 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
굴삭작업 및 상차작업을 주 작업으로 수행하는 로우더를 이용하여 굴삭작업시 주행페달 조작만으로 굴삭적업을 자동으로 수행할 수 있도록 한 것이다.
바람직한 실시예에 의하면, 자동 굴삭기능을 선택하는 제 1 단계와, 주행모드가 전진상태이며 액셀페달을 가압시 자동 굴삭기능 수행을 시작하는 제 2 단계와, 제어기에 의해 전단계에서 붐을 하강시킨 위치인 하강정지점까지 상기 붐을 하강시키는 제 3 단계와, 상기 액셀페달을 가속하여 적재물을 적재하되, 상기 제어기에 의해 버킷선단에 걸리는 수평저항력을 연산 후 상기 제어기에 미리 저장된 임의의 수평저향력 값과 비교하여 장비가 수용할 수 있는 소정값으로 판단되는 경우, 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 제 4 단계와, 상기 제 4 단계에 의해 상기 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 도중 상기 제어기에 의해 적재중량값을 연산하여 상기 제어기에 미리 저장된 유효적재량과 비교하여 장비의 유효적재량이 적재되지 않는 경우, 상기 붐 상승 및 버킷 오므림구동을 정지시킨 후 상기 액섹페달을 가속하여 적재량을 증가시키는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 자동 굴삭방법을 제공한다.
이로인해, 굴삭작업 및 상차적업을 주 작업으로 수행하는 로우더를 이용하여 굴삭작업시 주행페달 조작만으로 굴삭작업을 자동으로 수행할 수 있어 운전자의 피로도를 줄이며, 작업능률을 향상시킬 수 있도록 하며, 로우더를 이용한 굴삭작업시 초보자의 운전자인 경우에도 주행페달만을 조작하여 붐 및 버킷을 자동으로 구동시킴에 따라 사용자에게 편리성을 제공할 수 있도록 한 이점을 갖는다.
Description
본 발명은 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴삭작업 및 상차작업을 주 작업으로 수행하는 로우더를 이용하여 굴삭작업시 주행페달 조작만으로 굴삭작업을 자동으로 수행할 수 있도록 한 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와같이, 종래기술에 의한 건설기계의 자동 굴삭장치는, 동력원인 엔진(1)과, 이 엔진(1)에 연결되어 구동시 작동유를 토출하는 복수개의 제 1 유압펌프(2)(2a) 및 파일럿 신호압을 토출하는 제 2 유압펌프(3)와, 전술한 제 1 유압펌프(2)에 연결되어 작동유 공급으로 구동하는 붐 및 버킷구동용 유압실린더(4)(5)와, 전술한 제 1 유압펌프(2a)에 연결되어 구동하는 조향장치(6)와, 전술한 제 1 유압펌프(2)(2a)와 유압실린더(4)(5)사이에 설치되어 작동유의 량 및 흐름방향을 제어하는 메인 컨트롤밸브(7)와, 전술한 제 2 유압펌프(3)와 메인 컨트롤밸브(7)사이에 설치되어 조작변위에 따라 전술한 메인 컨트롤밸브(7)구동용 파일럿 신호압을 제어하는 작업장치 조작레버(8)(8A)를 구비하여 구성된다.
미설명부호 9은 유압회로 내부에 임의설정된 작동압 이상의 과부하 발생시 탱크로 드레인시켜 관련부품을 보호하는 릴리프밸브, 10은 장비의 주행상태를 제어하는 TM제어기 이다.
전술한 유압실린더(4)(5)구동으로 인한 붐 및 버킷의 작업장치를 조작하여 굴삭작업(버킷에 토사 등의 적재물을 적재하는 작업) 및 상차작업(버킷에 적재된 적재물을 트럭 등의 적재함에 싣는 작업)을 수행하는 경우, 운전자가 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)를 직접 조작하여 작업을 수행하게 된다.
전술한 굴삭작업 과정을 구체적으로 설명하면, 장비는 토사 등의 적재물을 적재하기 위하여 전술한 TM제어기(10)조작으로 인해 적재물측으로 전진을 하게되며, 이때 전진하면서 전술한 작업장치 조작레버(8A)조작으로 인한 전술한 제 1 유압펌프(2)(2a)에서 공급되는 작동유에 의해 붐구동용 유압실린더(4)가 구동하여 붐을 굴삭위치로 하강하게 되며, 이와 동시에 전술한 작업장치 조작레버(8)조작으로 인한 전술한 제 1 유압펌프(2)에서 공급되는 작동유에 의해 버킷구동용 유압실린더(5)가 구동하여 버킷각도를 지평면에 대해 수평상태가 되도록 한다. 이러한 일련의 조작은 장비가 적재물에 전진하기 전까지 완료되어야 함은 물론 이다.
한편, 장비가 적재물측에 근접하면 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)조작으로 전술한 붐 및 버킷의 구동을 일시적으로 중단하며, 적재물측으로 전진을 계속하여 버킷에 적재물을 적재하게 된다. 버킷에 소정량이 적재되었다고 판단되는 경우 운전자는 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)조작으로 인한 전술한 버킷구동용 유압 실린더(5)수축으로 인해 버킷을 오무리고, 전술한 붐구동용 유압실린더(5)신장으로 붐을 상승시킨다. 이때 운전자는 버킷에 가능한 많은 양의 적재물을 적재하기 위하여 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)조작으로 인해 붐 상승과 버킷오무림 구동을 적절하게 조정한다. 이와같이 적재물을 적재하여 전술한 붐 상승과 버킷오무린 동작이 완료되면 굴삭작업의 한 싸이클이 종료되는 것이다.
그리고, 전술한 굴삭작업이 완료된 다음 덤프트럭 등의 적재함에 적재물을 싣는 작업을 상차작업이라 한다.
그러나, 전술한 바와같은 굴작업시 버킷에 가능한 많은 량의 적재물이 적재되도록 하기 위하여 운전자의 오랜 경험과 감각에 의존하여 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)조작으로 인해 직접 붐 및 버킷을 구동시켜 굴삭작업을 수행함에 따라, 초보자의 운전자인 경우 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)를 과다하게 반복적으로 조작함에 따라 운전자의 피로도는 가중되며, 작업시간이 과다하게 소요되는 반면에 작업능률은 떨어지는 문제점을 갖는 것이었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 굴삭작업 및 상차적업을 주 작업으로 수행하는 로우더를 이용하여 굴삭작업시 주행페달 조작만으로 굴삭작업을 자동으로 수행할 수 있어 운전자의 피로도를 줄이며, 작업능률을 향상시킬 수 있도록 한 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 로우더를 이용한 굴삭작업시 초보자의 운전자인 경우에도 주행페달만을 조작하여 붐 및 버킷을 자동으로 구동시킴에 따라 사용자에게 편리성을 제공할 수 있도록 한 걸설기계의 자동 굴삭장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 건설기계의 자동 굴삭장치에 적용되는 유압회로도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭장치에 적용되는 유압 회로도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭방법에서 부하에 의한 수평저항력을 연산시 활용되는 기하학적 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭방법에서 적재중량값을 연산시 활용되는 기하학적 도면 이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진2,2a : 제 1 유압펌프
3 : 제 2 유압펌프4 : 붐 유압실린더
5 : 버킷 유압실린더6 : 조향장치
7 : 메인 컨트롤밸브8,8A : 작업장치 조작레버
10 : TM제어기11 : 기능 선택수단
12 : 제어기13 : 전자비례제어밸브
14 : 붐 작동압 검출센서15 : 버킷 작동압 검출센서
16 : 붐 회전각 검출센서17 : 버킷 회전각 검출센서
전술한 본 발명의 목적은, 엔진과, 상기 엔진에 연결되어 구동하는 제 1 유압펌프 및 제 2 유압펌프와, 상기 제 1 유압펌프에 연결되어 작동유 공급시 구동하는 붐 및 버킷구동용 유압실린더와, 상기 제 1 유압펌프와 유압실린더사이에 설치되어 작동유의 흐름방향을 제어하는 메인 컨트롤밸브와, 상기 제 2 유압펌프에 연결되어 조작시 상기 메인 컨트롤밸브를 구동시키는 파일럿 신호압을 제어하는 작업장치 조작레버와, 상기 제 1 유압펌프에 연결되어 구동하는 조향장치와, 상기 붐 및 버킷구동용 유압실린더 작동유 유로에 설치되어 상기 붐 및 버킷의 작동압력을 검출하는 작동압 검출수단과, 상기 붐 및 버킷 소정위치에 설치되어 상기 붐 및 버킷의 회동각도를 검출하는 회동각도 검출수단과, 자동 굴삭기능을 선택하는 기능 선택수단과, 상기 작업장치 조작레버와 메인 컨트롤밸브사이에 설치되며 소정의 조작신호 입력시 구동하여 상기 메인 컨트롤밸브구동용 파일럿 신호압을 제어하는 전자비례밸브블럭과, 상기 기능 선택수단과 주행상태를 제어하는 수단, 붐 및 버킷의 작동압력 및 회전각도 검출수단에 따른 검출신호에 의해 상기 전자비례밸브블럭에 구동용 소정신호를 인가하는 제어기를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 건설기계의 자동 굴삭장치를 제공함에 의해 달성된다.
전술한 본 발명의 목적은, 자동 굴삭기능을 선택하는 제 1 단계와, 주행모드가 전진상태이며 액셀페달을 가압시 자동 굴삭기능 수행을 시작하는 제 2 단계와, 제어기에 의해 전단계에서 붐을 하강시킨 위치인 하강정지점까지 상기 붐을 하강시키는 제 3 단계와, 상기 액셀페달을 가속하여 적재물을 적재하되, 상기 제어기에 의해 버킷선단에 걸리는 수평저향력을 연산 후 상기 제어기에 미리 저장된 임의의 수평저항력 값과 비교하여 장비가 수용할 수 있는 소정값으로 판단되는 경우, 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 제 4 단계와, 상기 제 4 단계에 의해 상기 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 도중 상기 제어기에 의해 적재중량값을 연산하여 상기 제어기에 미리 저장된 유효적재량과 비교하여 장비의 유효적재량이 적재되지 않는경우, 상기 붐 상승 및 버킷 오므림 구도을 정지시킨 후 상기 액섹페달을 가속하여 적재량을 증가시키는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 자동 굴삭방법을 제공함에 의해 달성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하며, 이로인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭장치에 적용되는 유압회로도, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭방법에서 부하에 의한 수평저항력을 연산시 활용되는 기하학적 도면, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭방법에서 적재중량값을 연산시 활용되는 기하학적 도면 이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와같이, 엔진(1)과, 이 엔진(1)에 연결되어 구동하는 제 1 유압펌프(2)(2a) 및 제 2 유압펌프(3)와, 전술한 제 1 유압펌프(2)(2a)에 연결되어 작동유 공급시 구동하는 붐 및 버킷구동용 유압실린더(4)(5)와, 전술한 제 1 유압펌프(2)(2a)와 유압실린더(4)(5)사이에 설치되어 작동유의 흐름방향을 제어하는 메인 컨트롤밸브(7)와, 전술한 제 2 유압펌프(3)에 연결되어 조작시 전술한 메인 컨트롤밸브(7)를 구동시키는 파일럿 신호압을 제어하는 작업장치 조작레버(8)(8A)와, 전술한 제 1 유압펌프(2a)에 연결되어 구동하는 조향장치(6)와, 장비의 주행상태를 제어하는 TM제어기(10)를 구비하는 구성은, 도 1에 도시된 것과 동일하게 적용되므로 이에대한 상세한 설명은 생략하며, 중복되는 인용부호는 동일하게 표기 하였다.
따라설, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 붐 및 버킷구동용 유압실린더(4)(5)의 작동유 유로에 작동압을 검출하는 센서(14)(15)가 설치되며, 전술한 붐 및 버킷구동용 유압실린더(4)(5)소정위치에 회전각도를 검출하는 회전각검출센서(16)(17)가 설치되며, 전술한 작업장치 조작레버(8)(8A)와 메인 컨트롤밸브(7)사이에 소정의 조작신호 입력시 구동하여 전술한 메인 컨트롤밸브(7)구동용 파일럿 신호압을 제어하는 전자비례밸브블럭(13)이 설치되며, 전술한 전자비례밸브블럭(13)에 구동용 소정신호를 인가하는 제어기(12)가 자동 굴삭기능을 선택하는 기능키이(11), TM제어기(10), 붐과 버킷구동용 유압실린더(4)(5)의 작동압 검출센서(14)(15) 및 붐과 버킷의 회전각 검출센서(16)(17)에 각각 연결된다.
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 건걸기계의 자동 굴삭장치를 이용하는 굴삭방법에서 활용되는 수평저항력 연산은 도 3에 도시된 기하학적 도면으로부터 구할 수 있게 된다.
즉, 회전모우멘트 평형으로부터,
W×d=f×i=F×i×cosθ(F=PA). (여기에서 W는 적재물에 의한 수평 저항력, d는 붐단부에 버킷을 회동가능하게 연결하는 회동중심점과 지면과의 수직거리를 나타냄)
이때, 전술한 d는 일정한 값이며, θ 또한 붐과 버킷의 각도를 센서를 통하여 검출할 수 있으므로 삼각함수에 의해 구할 수 있게 된다.
따라서, 적재물에 의한 수평 저항력(W)은,
W=(PxAxi×cosθ)/d 식으로부터 구할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭장치를 이용하는 굴삭방법에서 활용되는 적재중량 연산은 도 4에 도시된 기하학적 도면으로부터 구할 수 있게 된다.
즉, 회전모우멘트 평형으로부터,
(F-F')×d=W×cos θ
P=F/Area=4F/π×D2
따라서, 붐각도와 압력이 주어지면 적재중량(W)값을 구할 수 있게 된다.
즉, W=(F-F')×d/cosθ 식으로부터 구할 수 있게 된다.
(여기에서, W는 적재중량, F는 적재시의 붐상승지지력, F'는 무부하시의 붐상승지지력, D는 붐실린더 바텀측 직경, α : ∠DAE, β : ∠CAB, θ : ∠EAB, a : 붐실린더측 붐일단부의 회동중심점과 붐실린더 바텀측 회동중심점까지의 수평거리, b : 붐실린더측 붐일단부의 회동중심점과 붐실린더 로드가 붐에 회동가능하게 연결되는 회동중심점까지의 수평거리를 나타냄)
이를 상세하게 설명하면, 빈 버킷상태에서(무부하상태) 붐실린더 구동으로 붐을 상승시키면서 그때의 붐각도와 붐실린더의 압력관계를 구하여 이값을 테이블에 임시적으로 저장한다.
버킷에 적재물을 적재한 다음 붐을 상승시킬 때 붐각도에 따른 붐실린더 압력을 구하여 적재중량(W)값을 전술한 회전모우멘트 평형식을 이용하여 연산한다.
산출된 적재중량(W)값들의 최대값(peak) 및 최소값(bottom)의 특정 평균치를 적재중량(W)값으로 채택하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 건설기계의 자동 굴삭방법을 설명하면 다음과 같다.
전술한 제어기(12)에 의해 전술한 기능키이(11)의 선택여부를 점검하며, 전술한 기능키이(11)가 선택된 경우 전술한 제어기(12)는 TM제어기(10)로부터 장비의 주행상태와 액셀페달 조작여부에 대한 신호를 입력받게 되며, 주행모드가 전진상태이며 액셀페달을 가압하는 시점에서 자동 굴삭기능이 수행된다.
주행모드가 전진상태이며 액셀페달을 가압하면 전술한 제어기(12)에 의한 전술한 붐실린더(4)구동으로 붐을 하강정지점까지 내리며, 이때 하강정지점이란 바로 전단계 작업주기에서 붐을 하깅시킨 위치이며 이를 전술한 제어기(12)에 기억시켜 자동 굴삭기능에서 붐 하강정지점으로 사용한다. 전술한 제어기(12)는 붐의 하강정지점에서 지평면과 일치하도록 버킷의 각도를 연산하며, 연산된 값에 따라 전술한 버킷실린더(5)를 구동하여 버킷을 구동시킨다. 따라서 장비는 굴삭하려는 작업위치로 전진하면서 붐은 전단계 작업주기에서의 하강위치로 되며, 버킷은 붐의 하강위치에서 지평면과 수평상태가 되어 굴삭할 수 있는 적합한 자세를 취하게 된다.
굴삭하려는 작업위치로 전진하면 운전자는 액셀페달을 가속하여 적재물을 버킷에 적재한다. 이때 전술한 제어기(12)는 버킷선단에 작용하는 수평저항력(W=(P×A×i×cos θ)/d)을 연산하게 되며, 연산된 수평저항력 값이 장비가 수용할 수 있는 저항력의 90%되는 지점에서 전술한 붐실린더(4)구동으로 붐을 상승시키고, 전술한 버킷실린더(5)구동으로 버킷을 오므린다. 붐 상승까지의 위치는 소정위치를 선정하고 버킷각도는 붐 상승정지점에서 버킷 양끝단이 지평면과 평행한 각도를 유지하도록 한다.
전술한 수평저항력(W)값을 연산하여 붐을 상승시킬 때 전술한 제어기(12)는 유효한 적재량을 적재할 수 있도록 적재중량(W=(F-F')×d/cos θ)값을 연산한다. 버킷에 유효한 적재중량(바람직하기로는, 장비 재원상의 70%)이 적재되지 않은 경우에는 그 상태에서 붐 상승작업과 버킷오므림 동작을 일시적으로 정지시킨 다음, 운전자는 액셀페달을 가속시켜 적재량을 증가시키며, 제어기(12)는 다시 수평저항력(W=(P×A×i×cos θ)/d)을 연산하여 붐 상승과 버킷 오므림 시점을 결정한다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 적합한 적재량을 적재시킬 수 있게 된다.
이와같이 적합한 적재물을 적재시키며 붐 상승과 버킷 오므림 동작이 완료되면 자동 굴삭기능의 한 싸이클(cycle)이 종료 된다.
이상에서와같이, 바람직한 실시예에 의하면, 굴삭작업 및 상차작업을 주 작업으로 수행하는 로우더를 이용하여 굴삭작업시 주행페달 조작만으로 굴삭작업을 자동으로 수행할 수 있어 운전자의 피로도를 줄이며, 작업능률을 향상시킬 수 있도록 하며, 로우더를 이용한 굴삭작업시 초보자의 운전자인 경우에도 주행페달만을 조작하여 붐 및 버킷을 자동으로 구동시킴에 따라 사용자에게 편리성을 제공할 수 있도록 한 이점을 갖는다.
Claims (2)
- 엔진;상기 엔진에 연결되어 구동하는 제 1 유압펌프 및 제 2 유압펌프;상기 제 1 유압펌프에 연결되어 작동유 공급시 구동하는 붐 및 버킷구동용 유압실린더;상기 제 1 유압펌프와 유압실린더사이에 설치되어 작동유의 흐름방향을 제어하는 메인 컨트롤밸브;상기 제 2 유압펌프에 연결되어 조작시 상기 메인 컨트롤밸브를 구동시키는 파일럿 신호압을 제어하는 작업장치 조작레버;상기 제 1 유압펌프에 연결되어 구동하는 조향장치;상기 붐 및 버킷구동용 유압실린더 작동유 유로에 설치되어 상기 붐 및 버킷의 작동압력을 검출하는 작동압 검출수단;상기 붐 및 버킷 소정위치에 설치되어 상기 붐 및 버킷의 회동각도를 검출하는 회동각도 검출수단;자동 굴삭기능을 선택하는 기능 선택수단;상기 작업장치 조작레버와 메인 컨트롤밸브사이에 설치되며 소정의 조작신호 입력시 구동하여 상기 메인 컨트롤밸브구동용 파일럿 신호압을 제어하는 전자비례 밸브블럭; 및상기 기능 선택수단과 주행상태를 제어하는 수단, 붐 및 버킷의 작동압력 및 회전각도 검출수단에 따른 검출신호에 의해 상기 전자비례밸브블럭에 구동용 소정 신호를 인가하는 제어기를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 건설기계의 자동 굴삭장치.
- 자동 굴삭기능을 선택하는 제 1 단계;주행모드가 전진상태이며 액셀페달을 가압시 자동 굴삭기능 수행을 시작하는 제 2 단계;제어기에 의해 전단계에서 붐을 하강시킨 위치인 하강정지점까지 상기 붐을 하강시키는 제 3 단계;상기 액셀페달을 가속하여 적재물을 적재하되, 상기 제어기에 의해 버킷선단에 걸리는 수평저항력을 연산 후 상기 제어기에 미리 저장된 임의의 수평저항력 값과 비교하여 장비가 수용할 수 있는 소정값으로 판단되는 경우, 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 제 4 단계; 및상기 제 4 단계에 의해 상기 붐을 상승시키며 버킷을 오므리는 도중 상기 제어기에 의해 적재중량값을 연산하여 상기 제어기에 미리 저장된 유효적재량과 비교하여 장비의 유효적재량이 적재되지 않는경우, 상기 붐 상승 및 버킷 오므림 구도을 정지시킨 후 상기 액섹페달을 가속하여 적재량을 증가시키는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 자동 굴삭방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019970079694A KR100240091B1 (ko) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019970079694A KR100240091B1 (ko) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | 건설기계의 자동 굴삭장치 및 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101229085B1 (ko) * | 2012-07-31 | 2013-02-01 | 주식회사 동해기계항공 | 차동 압력식 하중 감지장치 및 이를 이용한 고소작업 차량의 붐 규제장치 |
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1997
- 1997-12-30 KR KR1019970079694A patent/KR100240091B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR101229085B1 (ko) * | 2012-07-31 | 2013-02-01 | 주식회사 동해기계항공 | 차동 압력식 하중 감지장치 및 이를 이용한 고소작업 차량의 붐 규제장치 |
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