KR20000011832A - 선회식작업기계와그안전작업영역및정격하중의설정방법 - Google Patents

선회식작업기계와그안전작업영역및정격하중의설정방법 Download PDF

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구마모토 마사히로
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Abstract

선회식 작업기계에서 안전작업영역 및 정격하중을 설정하는 방법 뿐만 아니라 상기 방법을 활용하는 선회식 작업기계가 개시된다. 선회부재의 강도를 고려하여 정해지는 강도에 근거한 안전작업영역 및 작업기계의 안정성을 고려하여 정해지는 안정성에 근거한 안전작업영역이 서로 중첩되는 영역이 실제로 이용되는 안전작업영역으로써 설정된다. 마찬가지로, 선회부재의 강도를 고려하여 설정되는 강도에 근거한 정격하중과, 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되는 안정성에 근거한 정격하중 중에서, 낮은 정격하중이 실제로 이용될 정격하중으로써 설정된다. 이렇게 얻어진 안전작업영역과 정격하중을 이용하여, 안전 제어 및 적절한 디스플레이가 이루어진다. 이러한 방법에 따라서, 크레인과 같은 선회식 작업기계에 있어서, 작업기계의 실제 감아올림 용량에 매칭되는 안전작업영역 및 정격하중이 정해질 수 있다.

Description

선회식 작업기계와 그 안전작업영역 및 정격하중의 설정방법{SWING TYPE WORK MACHINE AND METHOD FOR SETTING A SAFE WORK AREA AND A RATED LOAD IN SAME}
본 발명은 붐 등을 구비한 선회부재를 가지고 있는 크레인과 같은 선회식 작업기계 뿐만 아니라 기계의 작업상태에 따라서 안전작업영역 및 정격하중을 설정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 상기된 바와 같은 선회식 작업기계에 있어서, 안전의 관점에서, 기계의 선회작업 동안 파손 및 전복을 방지할 필요가 있으며, 그러한 요구를 만족시키기 위한 수단으로써, 안전하게 기계를 조작하기 위하여, 정격부하 및 안전작업영역, 또는 한계작업반경을 적절하게 설정하는 것은 매우 중요하다.
상기 정격하중 및 안전작업영역에는, 각각의 구성요소의 강도를 고려하여 설정되는 강도에 근거한 정격하중(안전작업영역) 및 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되는 안정성에 근거한 정격하중(안전작업영역)이 포함된다. 전자, 즉 강도에 근거한 정격하중(안전작업영역)을 결정함에 있어서, 선회작업 동안 강도면에서 가장 바람직하지 않게 되는 붐과 같은 선회부재의 강도에 중요성이 부여되며, 정격하중(안전작업영역)은 상기 강도에 근거하여 정해진다. 한편, 후자, 즉 안정성에 근거한 정격하중(안전작업영역)은 선회작업 동안 작업기계의 전복을 방지할 목적으로 정해진다. 그러므로, 이러한 정격하중(안전작업영역)은 붐과 같은 선회부재의 방향에 따라서 필연적으로 변화된다.
상기 정격하중(안전작업영역) 모두는 작업기계의 안전을 보장함에 있어서 극히 중요한 파라미터이다. 종래기술에 따라서, 상기 강도에 근거한 정격하중(안전작업영역) 및 안정성에 근거한 정격하중(안전작업영역)의 최소값(보다 상세하게는, 작업기계가 가장 전복되기 쉬운 상태인 붐을 옆으로 돌출시킨 상태에 있어서의 정격하중 또는 안전작업영역)이 계산되며 보다 작은 정격하중(안전작업영역)이 실제로 이용될 안전 파라미터로써 채택되고, 그 후 상기 채택된 정격하중(안전작업영역)에 따라서 선회제어 또는 경보가 이행된다.
도 13에 있어서, 실제 크레인에서 계산된, 강도에 근거한 안전작업영역 및 안정성에 근거한 안전작업영역은 각각 점선(91)과 이점쇄선(92)으로 나타난다. 보다 상세하게는, 변수로써 선회각도 및 작업반경을 갖춘 극좌표평면에 있어서, 특정한 감아올림 하중에 상응하는, 강도에 근거한 안전작업영역 및 안정성에 근거한 안전작업영역은 등고선의 형식으로 도시되어 있다.
동 도면에서, O는 크레인에서의 선회부재의 선회중심을 나타내며, FL은 크레인의 좌전방부분으로 돌출시킨 아웃리거 잭(outrigger jack)에 의한 지지점을, FR은 크레인의 우전방부분으로 돌출시킨 아웃리거 잭에 의한 지지점을, RL은 크레인의 좌후방부분으로 돌출시킨 아웃리거 잭에 의한 지지점을, RR은 크레인의 우후방부분으로 돌출시킨 아웃리거 잭에 의한 지지점을 나타낸다.
상기된 바와 같이, 강도에 근거한 안전작업영역이 붐 등의 선회부재의 강도를 고려하여 설정되기 때문에, 한계작업반경은 선회각도와는 관계없으며, 감아올림 하중이 커지면 커질수록 한계작업반경은 작아진다. 그러므로, 감아올림 하중에 상응하는 강도에 근거한 안전작업영역은 도 13에서 점선(91)으로 도시된 바와 같이 동심원의 형상으로 가정된다.
한편, 안정성에 근거한 안전영역은 크레인 전체의 전복을 방지하기 위하여 설정되며, 그래서 그 개략적인 형상은 전복라인에 가깝게 평행한 직선으로 둘러싸인 사각외형선으로 묘사된다. 나아가서, 붐의 편향이 고려된다면, 도 13에 이점쇄선(92)으로 나타난 바와 같이, 전복라인에 평행한 직선보다는 오히려 붐 편향에 상응하는 범위에 대해 중심에서 다소 바깥쪽으로 확대되는 곡선으로 둘러싸인, 전체적으로 사각형상으로 묘사된다. 이 "전복라인"은 크레인이 전복될 때의 회전 중심선을 나타낸다. 예를 들어, 왼쪽방향에서의 전복라인은 지지점(FL, RL)을 연결하는 직선이다.
따라서, 안정성에 근거한 안전작업영역은 불규칙한 형상으로 가정되며, 그래서 동일한 감아올림 하중에서 조차도, 물건이 옆에서 감아올려지는 경우와 비스듬히 전방 또는 후방에서 감아올려지는 경우와의 사이에서 안전작업영역 또는 정격하중은 상이하게 된다. 그렇지만, 종래기술의 크레인 등에 있어서, 일정한 한계작업반경, 즉 강도에 따른 한계작업반경의 최소값과 안정성에 따른 한계작업반경의 최소값과의 사이에서 보다 작은 작업반경은, 전체 원주에 걸쳐서 정해지며, 그래서 특히 비스듬한 전방위치 또는 비스듬한 후방위치에서의 감아올림 작업은 필요한 것보다 더 큰 범위로 제한되고 나아가서 그 용량은 모두 드러나지 않는다. 이것은 또한 정격하중을 설정하는 상태의 케이스이다.
일본 특허공개공보 제 5-116889호(여기에 참고로써 전체적으로 결합된; 미국특허 제 5,217,126호에 상응하는 일본특허출원)에는, 아웃리거 잭이 불균일하게 오른쪽 및 왼쪽으로 돌출될 때, 이 돌출된 상태에 따라서 안전작업영역이 원 이외의 형상으로 변형되는 장치가 개시되어 있다. 그러나 이러한 작업영역의 변형은 아웃리거 잭의 불균일한 돌출만이 고려된다. 또한 상기 장치에 있어서, 모든 아웃리거 잭이 균일하게 돌출된다면, 일정한 한계작업반경 및 정격하중은 전체 외주에 걸쳐서 설정된다. 따라서, 상기 공보에 개시된 이 장치는 상기 문제점을 해결하기 위하여 효과적인 대책을 제공한다고 말할 수 없다.
본 발명의 목적은 크레인과 같은 선회식 작업기계의 실제의 감아올림 용량에 매칭되는 안전작업영역 및 정격하중 양자 모두를 설정할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 뿐만 아니라 그렇게 설정된 안전작업영역 및 정격하중을 이용함으로써 적절한 안전제어 및 유용한 디스플레이를 이룰 수 있는 선회식 작업기계를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크레인의 측면도,
도 2는 크레인에 설치된 계산 및 제어유니트의 입-출력 관계를 도시하는 하드웨어 블록선도,
도 3은 계산 및 제어유니트의 기능적인 블록선도,
도 4는 계산 및 제어유니트에 저장된 3차원 데이터를 도시하는 3차원도,
도 5는 3차원 데이터의 수정을 도시하는 도면,
도 6은 계산 및 제어유니트에 저장된, 최대속도 한계계수와 하중률 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 7은 단순진자와 같은 매달린 물건의 상태를 도시하는 설명도,
도 8은 매달린 물건의 편향속도 및 편향각에 관한 표현을 위상공간 상에 도시하는 그래프,
도 9는 제1 디스플레이 예를 도시하는 도면,
도 10은 제2 디스플레이 예를 도시하는 도면,
도 11은 제3 디스플레이 예를 도시하는 도면,
도 12a는 제4 디스플레이 예를 도시하는 디스플레이 패널의 전면도,
도 12b는 상기 디스플레이 패널의 하중률 디스플레이부분의 전면도,
도 13은 크레인에서의 강도에 근거한 안전작업영역 및 안정성에 근거한 안전작업영역의 전체적인 외형을 도시하는 도면이다.
본 발명에 따라서, 물건이 선회부재의 소정의 위치에 매달리는 선회식 작업기계를 안전하게 조작하기 위한 안전작업영역을 설정하는 방법이 제공된다. 이러한 방법에 있어서, 선회부재의 강도를 고려하여 설정되며 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 원형 형상을 가지는 안전작업영역은, 강도에 근거한 안전작업영역으로 가정되는 한편, 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되며 그 한계작업반경이 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 안전작업영역은, 안정성에 근거한 안전작업영역으로 가정되며, 상기 안전작업영역 양자 모두가 중첩되는 영역이 실제로 이용되는 안전작업영역으로써 정해진다.
본 발명에 따라서, 물건이 선회부재의 소정의 위치에 매달리는 상태에서, 상기 안전작업영역을 설정하는 방법을 실현하기 위한 선회식 작업기계가 제공된다. 선회식 작업기계는 선회부재의 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단과 실제로 이용되는 안전작업영역의 영역데이터를 출력하는 영역데이터 출력수단을 구비하고 있으며, 상기 안전작업영역은 강도에 근거한 안전작업영역 및 안정성에 근거한 안전작업영역이 서로 중첩되는 영역이고, 강도에 근거한 안전작업영역은 감아올림 하중과 선회부재의 강도를 고려하여 설정되며 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 원형 형상을 가지고 있고, 안정성에 근거한 안전작업영역은 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되며 그 한계작업반경은 선회부재의 선회각도에 따라서 변화된다.
상기 방법 및 상기 방법을 채택한 상기 선회식 작업기계에 있어서, 한계작업반경이 선회각도에 상관없이 일정한 강도에 근거한 안전작업영역과 한계작업반경이 선회각도에 따라서 변화되는 안정성에 근거한 안전작업영역과의 조합, 즉 실제로 이용되는 크레인의 용량에 매칭되는 유용한 안전작업영역이 이용된다.
바람직하게, 안정성에 근거한 안전작업영역은 작업기계에서의 전복라인에 평행한 직선 또는 그에 유사한 라인으로 둘러싸인 영역이다. 전복방향이 말하자면 아웃리거 잭을 구비한 휠 크레인과 같이 전후 및 좌우방향으로 제한되는 작업기계의 경우에, 전후 및 좌우방향 중 어느 하나로 전복하는 크레인의 경우에 크레인의 전복중심으로써의 라인은 각각의 "전복라인"에 상응한다. 그러므로, 이러한 경우에, 안정성에 근거한 안전작업영역은 직사각형 형상 또는 그에 유사한 형상으로 가정된다. 한편, 무한궤도 크레인과 같이 전복방향이 전후 및 좌우방향으로 제한되지 않는 작업기계의 경우에, 문제의 직선의 형상은 명확한 작업기계의 전복특성에 따라서 결정된다.
반경이 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 선회부재의 최대 작업반경에 상응하는 원 내에서 최종적인 안전작업영역이 정해진다면, 안전작업영역은 실제 상황에 보다 가깝게 매칭되는 실제적인 안전작업영역이 된다.
바람직하게, 상기 영역 데이터 출력수단은 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있고, 이 수단은 감아올림 하중 검출수단에 의해 검출된 감아올림 하중으로부터 상응하는 안전작업영역을 계산하여 출력한다. 이러한 구성에 따라서, 안전작업영역은 저장된 데이터에 근거하여 신속하게 출력된다.
선회식 작업기계가 수평방향으로 돌출되는 아웃리거 잭을 구비한 경우에, 상기 영역 데이터 출력수단은 바람직하게 아웃리거 잭의 돌출된 상태에 따라서 복수 종류의 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있다. 이러한 구성은 아웃리거 잭의 실제 돌출된 상태에 적합한 안전작업영역의 신속한 출력을 허용한다.
선회식 작업기계는 바람직하게, 선회부재의 실제 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단, 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단, 그리고 실제 작업반경 및 선회각도와 영역 데이터 출력수단으로부터 출력된 안전작업영역과의 비교에 근거하여 작업기계가 안전한 작업을 수행할 수 있도록 제어를 행하는 안전 제어수단을 구비하고 있다.
이러한 선회식 작업기계에 있어서, 적절한 안전 제어는 상기 방식으로 계산된 안전작업영역에 근거하여 수행된다.
예를 들어, 안전 제어수단은 작업위치가 안전작업영역의 경계선에 접근될 때 경보를 발하는 경보 제어수단일 수 있으며, 이 안전 제어수단은 선회 브레이크가 안전작업영역 내에서 선회부재를 멈추기 위해 소정의 타이밍에서 적용되도록 제어가 이루어지는 선회 제어수단을 구비할 수 있다. 후자의 경우에, 선회부재가 안전작업영역으로부터 벗어나는 것을 자동적으로 방지할 수 있다.
바람직하게, 선회 제어수단은 매달린 물건의 어떤 잉여편향을 허용하지 않으면서 선회부재를 멈추기 위한 브레이크 각가속도 연산수단을 구비하고 있으며, 이 선회 제어수단은 선회부재의 회전이 이와 같이 계산된 브레이크 각가속도에 근거하여 제동되도록 제어를 행한다. 이러한 구성에 따라서, 선회이동이 멈춰질 뿐만 아니라 매달린 물건이 정지될 수 있으며, 결과적으로 보다 큰 범위로 안전을 강화시킬 수 있다.
바람직하게, 선회식 작업기계는, 선회부재의 실제 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단, 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단, 그리고 실제 작업반경 및 선회각도에 대한 영역 데이터 출력수단으로부터 출력된 안전작업영역의 관계를 단일의 디스플레이 스크린 상에 디스플레이하는 디스플레이 수단을 구비하고 있다.
이러한 구성에 따라서, 상기 방식으로 정해진 안전작업영역은 현재의 작업조건과 함께 디스플레이되며, 이에 따라 유용한 정보는 작업기계의 조작자에게 제공된다.
디스플레이 수단은, 안전작업영역이 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 원통좌표계 내에 3차원적으로 디스플레이되는 구성으로 이루어질 수 있거나, 또는 실제 감아올림 하중에 상응하는 안전작업영역이 변수로써 선회부재의 선회각도 및 작업반경을 이용하는 극좌표평면 상에 디스플레이되는 구성으로 이루어질 수 있다. 전자의 경우에는 작업반경, 선회각도 및 정격하중 사이의 관계가 한눈에 파악될 수 있는 반면, 후자의 경우에는 안전작업영역과 현재의 작업위치 사이의 관계를 파악하기 쉽게 되어 있다.
더욱이, 후자의 경우에, 실제 감아올림 하중이 커지면 커질수록, 안전작업영역의 디스플레이는 확대되어, 안전작업영역은 동일한 영역의 실제 크기에 있어서의 변화에 상관없이 최대 번위로 확대되어 디스플레이될 수 있으며, 이에 따라 조작자가 용이하게 볼 수 있는 디스플레이를 제공한다.
강도에 근거한 안전작업영역에 근거하여 정해진 안전작업영역의 부분 및 안정성에 근거한 안전작업영역에 근거하여 정해진 안전작업영역의 부분이 구분된 방식으로 디스플레이된다면, 주위를 강도에 기울이거나 또는 안정성에 기울이거나의 여부를 조작자가 정확하게 판단하는 것이 가능하게 되며, 이에 따라 보다 적절한 조작이 가능해진다.
본 발명에 따라서, 물건이 선회부재의 소정의 위치에 매달린 상태에서 선회식 작업기계의 정격하중을 설정하는 방법이 또한 제공된다. 이러한 방법에 따라서, 선회부재의 강도를 고려하여 설정되며 선회부재의 선회각도에 관계없이 일정한 강도에 근거한 정격하중, 그리고 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 안정성에 근거한 정격하중 중에서, 낮은 것이 각각의 선회각도에 대하여 채택되어 실제로 이용될 정격하중으로써 설정된다.
본 발명에 따라서, 물건이 선회부재의 소정의 위치에 매달린 상태에서 바로 위에서 언급된 정격하중 설정방법을 실현하기 위한 선회식 작업기계가 더 제공된다. 이러한 선회식 작업기계는, 선회부재의 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단 및 실제로 이용될 정격하중으로써 선회부재의 각각의 선회각도에 대하여 선택된 정격하중을 출력하는 정격하중 데이터 출력수단을 구비하고 있으며, 상기 정격하중은 상기 선회부재의 강도 및 작업반경을 고려하여 설정되며 선회부재의 선회각도에 관계없이 일정한 강도에 근거한 정격하중과 작업기계의 안정성을 고려하여 설정되며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 안정성에 근거한 정격하중 중에서 낮은 것이다.
바로 위에서 설명된, 상기 방법 및 상기 방법을 채택한 선회식 작업기계에 있어서, 선회각도에 관계없이 일정한 강도에 근거한 정격하중과 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 안정성에 근거한 정격하중 중에서 선택된 보다 작은 정격하중, 즉 실제 크레인의 용량에 매칭되는 유용한 정격하중이 이용된다.
바람직하게, 정격하중 데이터 출력수단은 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있으며, 이 정격하중 데이터 출력수단은 작업반경 검출수단에 의해 검출된 작업반경으로부터 상응하는 정격하중을 계산하여 출력한다. 이러한 구성에 따라서, 정격하중은 저장된 데이터에 근거하여 신속하게 출력될 수 있다.
선회식 작업기계가 수평방향으로 돌출된 아웃리거 잭을 구비하고 있는 경우, 상기 정격하중 데이터 출력수단은 바람직하게 아웃리거 잭의 돌출된 상태에 따라서 복수 종류의 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있다. 이러한 구성은 아웃리거 잭의 실제 돌출된 상태에 적절한 정격하중을 신속하게 출력하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게, 선회식 작업기계는, 선회부재의 실제 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단, 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단, 그리고 실제 감아올림 하중과 정격하중 데이터 출력수단으로부터 출력된 정격하중과의 사이의 비교에 따라서 작업기계가 안전한 작업을 수행할 수 있도록 제어하는 안전 제어수단을 구비하고 있다.
이러한 선회식 작업기계에 있어서, 적절한 안전 제어는 상기 방식으로 계산된 정격하중에 따라서 실행된다.
구체적인 예는 정격하중에 대한 실제 감아올림 하중의 비율인 하중률에 따라서 선회속도를 제한하기 위해 제어된다. 이러한 구성에 따라서, 하중률이 높을 때 큰 범위로 선회속도를 제한함으로써, 감아올려지는 물건의 편향을 제한하는 것과 확실한 안전을 보장하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 실제 선회속도의 증가는 조작자에 의해 수행되는 레버의 조작정도에 관계된다. 그러나 최대 선회속도 하나만이 제한된다면, 레버가 안전에 있어서의 어떠한 장애를 야기시키지 않는 범위까지 약간 조작될 때 조작자의 의지에 따르는 선회제어가 이루어지는 것이 가능하게 된다.
바람직하게, 문제의 선회식 작업기계는, 선회부재의 실제 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단, 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단, 그리고 정격하중 데이터 출력수단으로부터 출력된 정격하중 또는 그것에 관계된 값(말하자면 하중률)을 디스플레이하는 디스플레이 수단을 구비하고 있다.
이러한 구성에 따라서, 상기 방식으로 정해진 정격하중이 디스플레이되어 조작자에게 유용한 정보가 제공된다.
이러한 경우에, 디스플레이된 값이 강도에 근거한 정격하중에 또는 안정성에 근거한 정격하중에 근거한 것인지의 여부에 대하여 디스플레이가 구분가능한 방식으로 이루어진다면, 조작자가 주의를 강도에 또는 안정성에 기울여야 하는지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능하게 된다.
(실시예)
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명된다. 크레인이 선회식 작업기계의 예로써 여기에 개시되어 있지만, 본 발명은 선회부재를 구비한 다양한 작업기계에 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 크레인(10)은 수직 선회축(101) 주위에서 선회가능한 선회프레임(102), 그리고 N개의 붐 부재(B1 내지 BN)로 구성되어 신장 및 수축될 수 있으며 선회프레임(102)에 부착되어 있는 붐(B)을 구비하고 있다. 붐(B)은 수평 피봇축(103) 주위에서 (기복가능하게) 피봇선회될 수 있도록 구성되어 있으며, 물건(C)은 감아올림 로프(104)를 통하여 붐(B)의 선단(붐 포인트)에 매달려 있다. 이어지는 설명에서, Bn(n=1, 2, …, N)은 선회프레임(102) 쪽으로부터 세어서 n번째 붐 부재를 나타낸다.
크레인(10)의 하부 프레임의 4개의 전후좌우의 코너에는 옆으로 돌출된 아웃리거 잭(105)이 노출되어 있다. 아웃리거 잭(105)이 그 수평돌출의 정도에 대하여 각각 개별적으로 또는 모두 균일하게 설정되는지는 선택적이다. 크기가 큰 크레인의 경우에, 아웃리거 잭의 개수는 보다 많아질 수 있으며, 이 아웃리거 잭은 비스듬하게 옆으로 돌출될 수 있다.
크레인(10)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 붐길이 센서(11), 붐각도 센서(12), 실린더압력 센서(13), 아웃리거 잭 수평돌출량 센서(14), 선회각도 센서(15), 선회 각속도 센서(16), 및 로프길이 센서(17)가 배치되어 있다. 이들 센서로부터 제공된 검출신호는, 순차적으로, 램프, 부저 또는 다른 음향출력장치와 같은 경보기(31), LCD 또는 CRT와 같은 디스플레이 스크린을 가지고 있는 디스플레이 장치, 그리고 선회장치용의 유압회로(33)에서 이용되는 전자기 프로포셔닝 밸브 등으로 제어신호를 출력하는 계산 및 제어유니트(20)에 입력된다.
도 3은 계산 및 제어유니트(20)의 기능적인 구성을 도시하고 있다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 계산 및 제어유니트(20)는 작업반경 연산수단(21), 감아올림 하중 연산수단(22), 하중률 연산수단(23), 안전 데이터 출력수단(24), 잉여각도 연산수단(25), 브레이크 각가속도 연산수단(26), 필요각도 연산수단(27), 마진각도 연산수단(28), 한계속도 설정수단(29), 경보 제어수단(30A), 선회구동 제어수단 (30B), 및 유압구동 제어수단(30C)을 구비하고 있다.
도 3에서, 작업반경 검출수단을 구성하고 있는 작업반경 연산수단(21)은 붐길이 센서(11) 및 붐각도 센서(12)에 의해 각각 검출된 붐길이(LB) 및 붐각도(φ)에 근거하여 매달린 물건(C)의 작업반경(R)을 계산한다. 감아올림 하중 검출수단을 구성하는 감아올림 하중 연산수단은 실린더압력 센서(13)에 의해 검출된 붐 상부의 붐길이(LB), 붐각도(φ), 및 실린더압력(p)에 따라서 실제로 감아올려지는 물건(C)에 근거하여 하중(W)을 계산한다.
하중률 연산수단(23)은, 감아올림 하중 연산수단(22)에 의해 계산된 붐(B)의 감아올림 하중(W), 선회각도 센서(15)에 의해 검출된 선회각도(θ), 및 정격하중(Wo)에 근거하여, 아래에서 설명되는 데이터 출력수단(24)으로부터 출력된 각각의 선회각도(θ)에서의 정격하중(Wo)에 대한 실제 감아올림 하중(W)의 비, 즉 하중률(W/Wo)을 계산한다.
데이터 출력수단(24)은 상기 3개의 데이터, 즉 작업반경(R), 선회각도(θ) 및 정격하중(Wo)을 변수로써 이용하는 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있다. 상기 3차원 데이터에 근거하여, 데이터 출력수단(24)은 현재의 작업반경(R)에 상응하는 전체 외주의 정격하중(Wo)(Wo는 선회각도 θ의 함수)을 계산하여 출력하고, 또한 현재의 감아올림 하중(W)에 상응하는 전체 외주 한계작업반경(현재의 감아올림 하중 W가 정격하중 Wo라는 가정에 근거한 작업반경)(Ro)(Ro는 선회각도θ의 함수)을 계산하여 그것을 안전작업영역 상의 데이터로써 출력한다.
본 실시예에 있어서, 데이터 출력수단(24)의 메모리는 붐길이 및 아웃리거 잭(105)의 돌출상태에 따른 복수 종류의 3차원 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 출력수단(24)은 아웃리거 잭 수평돌출량 센서(14)에 의해 실제로 검출된 아웃리거 잭(105)의 수평 돌출량(d1∼d4) 및 붐길이(LB)에 상응하는 3차원 데이터를 액세스한 후 3차원 데이터에 근거하여 정격하중(Wo) 및 안전작업영역을 계산하도록 구성된다.
그러한 3차원 데이터의 예는 모든 아웃리거 잭(105)의 전체적으로 돌출된 상태에 상응하는 3차원 데이터로써 도 4에 도시된다. 3차원 데이터(40)는 수직축선으로써 R, θ 및 Wo 중에서 Wo를 이용하는 원통좌표계로 표시된다. 이러한 좌표계에서, 예컨대 붐(B)의 강도에 근거하여 설정된, 강도에 근거한 안전작업영역(41)은 원형 수평부분을 가지는 전체적으로 3차원 원뿔형상으로 표시되는 한편, 크레인의 안정성에 근거하여 설정된, 안정성에 근거한 안전작업영역(42)은 전체적으로 정사각형(도면에서는 직사각형) 수평부분을 가지고 있으며 여러 방향으로의 전복라인에 평행한 라인으로 둘러싸인 3차원 4각 피라미드형상으로 표시된다. 강도에 근거한 안전작업영역(41) 및 안정성에 근거한 안전작업영역(42)이 서로 중첩되는 영역은 도면에 도시된 바와 같이 최종 안전작업영역으로써 설정된다.
본 도면에서, 기준마크(DL)는 영역(41과 42) 사이의 경계선을 나타내며, 부재번호 43은 각각의 정격하중(도면에 있어서, 4ton, 6ton, 8ton, …)의 등고선을 나타낸다. 경계선(DL)은 말 그대로 직선으로 되어 있거나, 또는 영역(41과 42) 사이의 부드러운 이동을 위하여 둥글게 되어 있을 수 있다.
보다 상세하게는, 붐(B)의 최대 작업반경을 고려하여, 3차원 데이터(40)는 안전작업영역이 상기 최대 작업반경 내에서, 즉 상기 최대 작업반경에 상응하는 반경을 가지는 원통 내에서 설정되도록 조합된다. 이에 따라 조합된 3차원 데이터(40)는 도 5에 도시되어 있다. 본 도면에 도시된 안전작업영역은 최대 작업반경과 동일한 반경을 가지는 원통에 의해 도 4에 도시된 안전작업영역의 외주부분을 잘라냄으로써 얻어진 형상을 가진다. 원통형 표면(45)은 컷 엔드(cut end)를 나타낸다.
도 5에서, 현재의 작업 지점(붐 포인트)이 점(P)으로 표시된다고 가정하면, 점(P)과 Wo 축선을 모두 포함하는 부분(44) 상에서, 안전작업영역이 지시하는 3차원 표면과 지점(P)으로부터 바로 위로 뻗어있는 직선이 서로 교차하는 지점의 높이(Wo 좌표)는 정격하중(Wo)이다. 마찬가지로, 안전작업영역이 지시하는 3차원 표면과 지점(P)으로부터 방사상 외측방향으로 수평으로 뻗어있는 직선이 서로 교차하는 지점의 R 좌표는 그 작업 지점에서의 한계작업반경(Ro)에 상응한다.
여기에서 말하는 "3차원 데이터"란 메모리 내에서 3차원 이미지로써 저장된 것만으로 제한되는 것이 아니라 3개의 변수, 즉 작업반경(R), 선회각(θ) 및 정격하중(Wo)을 이용하여 결합된 데이터를 넓게 지시하는 것이다. 예를 들어, R, θ 및 W의 관계는 함수적 표면의 형식으로 저장되어 있을 수 있다. 또 다른 방법에 따라서, 붐길이(LB) 및 아웃리거 잭 돌출량과 같은 작업조건에 비례하는 각각의 단위 선회각(말하자면 1°)에 대한 작업반경(R)은 데이터 테이블로써 작성되어, 복수의 그러한 테이블은 데이터 맵으로써 함께 저장되고, 중간지점은 보간계산에 의해 결정된다. 문제의 데이터가 각각의 개별적인 작업기계에서 실제적인 제어를 위해 이용되는 경우에, 바로 위에 언급된 후자의 방법은 계산에 걸리는 시간이 앞의 방법(함수적 표현을 이용하는 계산)의 시간보다 짧아질 수 있다는 점에서 유리하다.
잉여각도 연산수단(25)은 붐(B)이 현재의 위치로부터 안전작업영역 내에서 선회될 수 있는 잉여각도(θc)를 계산한다.
작업반경(R), 붐길이(LB), 붐각도(φ), 및 각속도(Ωo) 그리고 각속도 센서(16)와 로프길이 센서(17)에 의해 검출되는 감아올려진 물건의 편향직경(LR)에 근거하여, 각각, 브레이크 각가속도 연산수단(26)은 강제정지에서의 관성력에 대항하여 붐(B)의 측방향 굽힘강도를 고려하여 선회이동이 멈춰질 때 매달린 물건(C)의 편향을 야기시키지 않는 브레이크 각가속도(β)를 계산한다.
각속도(Ωo)에 근거하여 선회제어를 시작하기 전에, 필요각도 연산수단(27)은 선회이동이 멈춰질 때까지 제동이 브레이크 각가속도(β)에서 시작될 때부터 일정기간 동안의 붐(B)의 선회각도(필요각도)(θr)를 계산한다. 마진각도 연산수단 (28)은 잉여각도(θc)와 필요각도(θr) 사이의 차이인 마진각도(Δθ)를 계산한다.
한계속도 설정수단(29)은 하중률 연산수단(23)에 의하여 계산된 하중률 (W/Wo)에 근거하여 최대 선회속도의 한계값을 계산한다. 계산의 내용에 대하여 이하에 상세하게 설명된다.
① 하중률 연산수단(23)에 의해 계산된 하중률(W/Wo)이 90% 이상이 되었을 때, 그리고 마진각도 연산수단(28)에 의해 계산된 마진각도(Δθ)가 소정의 값 이하가 되었을 때, 경보 제어수단(30A)은 경보기(31)에 제어신호를 출력하여, 경보기가 경보를 발하도록 야기시킨다.
선회구동 제어수단(안전 제어수단)(30B)은 선회구동을 위해 유압회로(33)에 포함된 예를 들어 전자기 프로포셔닝 밸브로 제어신호를 출력하여, 회전가능한 상부구조물을 위한 선회구동 제어가 이루어진다. 통상적인 조작에 있어서, 조작자에 의해 수행되는 조작의 내용에 반응하는 제어는 한계속도 설정수단(29)에 의해 설정된 한계속도를 초과하지 않는 선회속도 범위 내에서 이루어지며, 마진각도(Δθ)가 0이 될 때, 붐(B)에 대한 선회브레이크는 브레이크 각가속도(β)에서 시작된다. 한편, 유압구동 제어수단(30C)은 선회이동 이외의 이동(말하자면 붐의 기복이동)을 야기시키기 위한 유압회로(34)에 포함된 전자기 프로포셔닝 밸브로 제어신호를 출력하여, 동 밸브를 제어한다.
이어지는 설명은 계산 및 제어유니트(20)에 의해 실제로 수행되는 계산 및 제어조작에 관하여 제공된다.
A. 하중률에 대한 계산 및 제어
먼저, 붐길이(LB) 및 붐각도(φ)에 근거하여, 작업반경 연산수단(21)은 붐(B), 프레임 및 아웃리거 잭의 편향을 고려하지 않은 작업반경(R') 및 붐(B), 프레임 및 아웃리거 잭의 편향에 의해 야기되는 오차(ΔR)를 결정하여 R'과 ΔR로부터 작업반경(R)을 계산해 낸다. 이렇게 계산된 작업반경(R), 붐길이(B) 및 실린더압력(p)에 근거하여, 감아올림 하중 연산수단(22)은 실제로 감아올려지는 물건(C)의 하중(W)을 계산한다.
데이터 출력수단(24)은 현재의 붐길이(LB) 및 아웃리거 잭(105)의 현재의 수평 돌출량(d1∼d4)에 상응하는 3차원 데이터(40)를 선택하고, 이렇게 선택된 데이터에 근거하여, 선회각도 및 작업반경의 함수 f(θ,R)의 형태로 전체 외주에 걸쳐서 정격하중(Wo)을 계산한다. (물론, 현재의 선회각도(θ) 및 작업반경(R)에 상응하는 정격하중(Wo)만이 매순간 계산될 수 있다.) 이렇게 계산된 정격하중(Wo)에 대하여, 붐(B)의 강도를 고려하여 설정된, 강도에 근거한 정격하중(선회각도에 관계없이 전체 외주에 걸쳐서 일정한 정격하중) 및 크레인의 안정성을 고려하여 설정된, 안정성에 근거한 정격하중(길이 및 횡단방향으로는 작고 아웃리거 잭이 위치된 비스듬한 전후방향으로는 큰 정격하중) 중에서, 보다작은 하중은 각각의 선회각도(θ) 및 작업반경(R)에 채택된 정격하중이다. 따라서, 실제로 이용되는 크레인의 감아올림 용량에 매칭되는 적절한 정격하중이 얻어진다.
하중률 연산수단(23)은 현재의 선회각도(θ) 및 작업반경(R)에 상응하는 정격하중(Wo) 및 감아올림 하중(W)에 근거하여 하중률(W/Wo)을 계산한다.
하중률(W/Wo)이 90% 이상이면, 경보기(31)는 경보 제어수단(30A)으로부터의 출력신호를 받아 경보를 발하여서, 조작자는 감아올려진 물건(C)에 근거한 하중(W)이 정격하중(Wo)에 근접한 것을 알아차릴 수 있다. 하중률(W/Wo)이 100%를 초과하면, 즉 실제 하중(W)이 정격하중(Wo)을 초과하면, 경보기가 작동될 뿐만 아니라 도 3에서 유압구동 제어수단(30C)으로부터 유압회로(34)로 제어신호가 출력되어, 유압회로(34)의 액추에이터에 의한 크레인의 이동, 즉 선회이동을 제외한 크레인의 이동(붐(B)의 신장 및 기복, 물건(C)의 감아올림)은 강제로 멈춰진다.
한편, 한계속도 설정수단(29)에 있어서, 최대 선회속도의 한계값은 하중률(W/Wo)에 근거하여 계산된다. 보다 상세하게, 예를 들어 수학적인 표현 또는 지도의 형태로, 도 6에 도시된 바와 같은 최대속도 한계계수(K)와 하중률(W/Wo) 사이의 관계를 저장하고, 입력된 하중률(W/Wo)에 상응하는 최대속도 한계계수(K)를 계산하고, 이 값(K)을 최대 선회속도로 곱하여, 선회구동 제어수단(30B)으로 한계속도로써의 결과값을 출력한다.
본 실시예에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 최대속도 한계계수(K)는 하중률이 50% 이하인 영역에서 1로 설정된다. 즉, 최대 선회속도의 제한은 수행되지 않는다. 한편, 하중률이 50% 이상인 영역에서, 최대속도 한계계수(K)는 하중률이 증가됨에 따라 감소되고 최대선회속도에서의 제한의 정도는 커지게 된다. 높은 하중률에서의 작동 동안에, 붐(B)은 조작자가 선회레버를 완전히 조작하더라도 저속으로만 선회되어, 높은 안전성을 보장하게 된다. 게다가, 이러한 제한은 최대선회속도에 대한 것이므로 조작자가 단지 조금만 선회레버를 조작하는 한, 선회제어는 레버의 조작정도에 매칭하는 속도로 이루어지며 따라서 우선권은 조작자의 의지에 주어진다.
상기된 바와 같이 최대속도를 실제로 제한하기 위하여, 제한은 선회구동 제어수단(30B)으로부터 예를 들어 유압회로(33)의 전자기 프로포셔닝 밸브로 제공되는 제어신호 상에 위치될 수 있거나, 또는 전자기 프로포셔닝 밸브는 유압회로(33)에 미리 합체될 수 있으며 제한을 위한 제어신호는 높은 하중률로 작동시 전자기 프로포셔닝 밸브에 작용될 수 있다.
B. 안전작업영역에 대한 계산 및 제어
데이터 출력수단(24)은 아웃리거 잭(105)의 수평 돌출량(d1∼d4), 붐길이 (LB) 및 감아올림 하중(W)에 비례하는 안전작업영역을 출력한다. 이러한 안전작업영역은 현재의 감아올림 하중(W)에 상응하는 수직위치에서 수평으로 도 5에 도시된 3차원 몸체를 절단함으로써 얻어지는 수평단면에 상응한다. 이러한 도 5가 위로부터 평면적으로 관찰될 때, 그 결과는 도 10과 같다. 도 10에서, 부재번호 43은 여러 정격하중(4ton, 6ton, 8ton, …) 각각의 등고선을 나타낸다. 등고선(43)은 이미 여러 감아올림 하중 각각에 상응하는 안전작업영역의 외형선으로써 작용한다. 문제의 안전작업영역은 전후좌우 전복라인에 평행한 직선(또는 유사한 직선)으로 둘러싸이는 불규칙한 형상 또는 안정성에 근거한 안전작업영역과 한계작업반경(Ro)이 선회각도(θ)에 관계없이 일정한, 원형의 강도에 근거한 안전작업영역 사이의 중첩된 영역이다. 그러므로, 비교적 작은 감아올림 하중(W)의 경우에, 안전작업영역은 강도에 근거한 안전작업영역으로 표시되는 원 또는 최대 작업반경을 가지는 원을 이용하여 전체적으로 정사각형으로 이루어진 안정성에 근거한 안전작업영역의 4개의 모서리를 절단시킴으로써 얻어진 형상으로 가정된다. 큰 감아올림 하중(W)의 경우에, 안전작업영역은 바로 강도에 근거한 안전작업영역의 형상(즉, 원통영역)으로 가정된다. 이렇게 정해진 안전작업영역은 이용되는 크레인의 실제 용량에 매칭되는 적절한 영역이며, 크레인의 감아올림 용량을 최대한의 범위로 나타내도록 한다.
한편, 브레이크 각가속도 연산수단(26)은 다음의 과정을 통하여 붐(B)의 측방향 굽힘강도를 취하여 감아올려진 물건의 편향을 야기시키지 않는 브레이크 각가속도(β)를 계산한다.
① 붐의 관성모멘트 계산
각각의 붐 부재(Bn)의 관성모멘트(In)는 다음의 식에 따라 계산된다.
여기에서, Ino는 각각의 붐 부재(Bn)의 중력의 중심 주위에서의 관성모멘트(상수)를 나타내며, Wn은 각각의 붐 부재(Bn)의 자체 무게를 나타내며, g는 중력가속도를 나타내며, Rn은 각각의 붐 부재(Bn)의 중력의 중심의 선회반경을 나타낸다.
② 허용 각가속도 계산
허용 각가속도(β1)는 다음의 방식으로 계산된다.
통상, 크레인(10)의 붐(B) 및 선회프레임(102)은 충분한 강도를 가지지만, 붐길이(LB)가 길어짐에 따라, 큰 측방향 굽힘력이 붐(B) 상에 작용되며 이것은 선회제동시에 발생되는 관성력에 기인하는 것이다. 그러한 측방향 굽힘력에 의해 야기되는 강도에 관계된 적재량은 선회프레임(102)의 근처에서 가장 크고, 그러므로 강도의 평가는 선회축 주위에서 야기되는 모멘트에 근거하여 여기에서 이루어진다.
보다 상세하게, 선회제동시의 붐(B)의 각가속도가 β' 그리고 매달린 물건(C)의 선회 각가속도가 β"으로 주어진다면, 붐(B)의 회전에 의해 야기되며 회전의 중심에 작용하는 모멘트(NB)는 다음 식(2)로 표현된다.
여기에서, W는 감아올림 하중 연산수단(22)에 의해 계산된 감아올림 하중이다. 붐(B)의 측방향 굽힘강도에 대한 정격하중이 Wo'(= Wo·α'; α'은 안전계수)로 주어진다면, 이 강도에 대한 허용조건은 다음 식(3)으로 표현된다.
이 식(3)에 이전 식(2)를 대입하면 다음 식(4)가 구해진다.
따라서, 이 식(4)를 만족시키는 최대 각가속도(β')는 허용 각가속도(β1)로써 설정될 수 있다.
정격하중(Wo')은 소정의 값으로 설정될 수 있지만, 붐(B)의 편향 등을 고려하여, 붐길이(LB) 및 작업반경(R)이 보다 커짐에 따라 보다 작은 값으로 설정될 수도 있다.
③ 실제 각가속도 계산
실제 브레이크 각가속도(β)는 각속도 센서(16) 및 로프길이 센서(17)에 의해 이루어진 검출의 결과로부터 얻어진 붐 각속도(감속이전)(Ωo) 및 감아올려진 물건의 편향직경(LR) 그리고 상기 방식으로 계산된 허용 각가속도(β1)에 근거하여 계산된다.
이 계산은 다음 방식으로 수행된다. 우선, 크레인(10)에 매달린 물건(C)에 대하여, 도 7에 도시된 바와 같이 단순진자의 모델이 고려된다. 이러한 계의 미분방정식은 다음 식(5) 및 (6)에 의해 주어진다.
여기에서, η는 감아올려진 물건(C)의 편향각도를 나타내고, V는 시간(t)에 따라 변화하는 붐 포인트의 선회속도를 나타내고, Vo는 붐 포인트의 선회멈춤의 시작 전에 선회속도(= RΩo)를 나타내고, a는 가속도를 나타낸다. 상기 식(5)의 양쪽이 시간 t로 미분되고, 이어서 동 식의 오른쪽 항에 대입되고, 그 후에 t=0, η=0, dη/dt=0 의 초기조건 하에서 미분되면, 다음 식(7)이 얻어진다.
이 식이 (dη/dt)/ω에 대한 위상평면 상에서 표현된다면, 점 A(-a/g, 0)를 중심으로 하며 원점 O(0, 0)을 통과하는 원이 그려진다. 이 원을 돌기 위해 필요한 시간, 즉 단순진자의 상태가 원점(O)으로부터 변화할 때로부터 초기상태로 복귀될 때까지의 기간(T)은 T = 2π/ω로 주어지며, 그래서 크레인이 회전을 멈추기 시작하는 시점(점O) 이후 완전하게 멈춘 시간(nT)(n은 자연수)에 도달하도록 각가속도(β)가 설정된다면, 감아올려진 물건의 잉여편향 없이 크레인은 멈춰질 수 있다. 한편, 상기 ω가 중력가속도(g) 및 편향직경(LR) 양자에 의해 결정되는 일정한 값이기 때문에, 물건의 편향이 없는 회전의 멈춤을 허용하는 각가속도(β)는 다음 식으로 얻어질 수 있다.
(n은 자연수)
붐(B)의 측방향 굽힘강도에 대하여, ｜β｜≤β1의 조건이 존재하므로, 상기 조건을 만족하는 범위에서 최소 자연수 n을 선택함으로써, 최소한의 필요시간으로 감아올려진 물건의 편향 없이 크레인을 멈추기 위한 실제 브레이크 각가속도(β)를 얻을 수 있다.
현재의 각속도(제동 전)(Ωo)에 근거하여, 필요각도 연산수단(27)은 회전의 정지가 상기 브레이크 각가속도(β)로 수행되는 경우에 제동의 시작으로부터 완전한 정지까지 걸리는 필요한 선회각도(필요각도)(θr)를 계산한다. 보다 상세하게, 제동이 시작으로부터 완전히 정지할 때까지 요구되는 시간을 t라고 가정하면, 다음의 2개의 식이 얻어진다.
그러므로, 필요각도(θr)는 양 식으로부터 t를 제거함으로써 얻어진다.
마진각도 연산수단(28)은 제동의 시작 전까지, 즉 마진각도(Δθ)(=θc-θr)에서, 현재의 각속도(Ωo)로 회전이 이루어질 수 있는 각도를 계산한다.
선회구동 제어수단(30B)은 이렇게 계산된 마진각도(Δθ)가 0이 될 때 유압회로(33)로 제어신호를 출력하며, 이에 따라 현재의 반경으로부터 작업반경에 있어서의 증가를 포함하는 작동의 강제적인 정지 및 붐(B)에 대한 선회제동을 이룬다. 이 때에, 매달린 물건(C)의 편향을 방지하기 위해서, 유압모터압력(PB)은 상기의 브레이크 각가속도(β)에서 정지되도록 설정된다.
유압모터압력(PB)을 계산하는 방식의 일례가 개시된다. 붐(B) 보다도 회전가능한 상부구조물인 다른 구성요소에 관한 관성모멘트의 총합이 Iu로 가정된다면, 선회브레이크에 필요한 토크(TB)는 다음 식(10)에 의해 주어진다:
자세한 것은 여기에서는 생략되었지만, 감아올려진 물건(C)의 가속도(β")는 t=0의 초기조건 하에서 η=0 및 dη/dt=0에서 상기 식(3) 및 (5)를 풀어 다음 식으로 표현될 수 있다:
한편, 자세한 것은 여기에서는 생략되었지만, 토크(TB)는 대략 유압모터측에 채택된 조건에 대하여 다음 식의 관계에 있다:
Qh: 모터용량, i0: 총 감속률, ηm: 기계효율
그러므로, 상기 식(10)에 식(12)를 대입함으로써, 실제 유압모터압력(PB)이 얻어질 수 있다.
한편, 마진각도(Δθ)가 0이 아닌 소정의 값이 되거나 또는 보다 작아지면, 경보 제어수단(30A)은 경보기(31)로 제어신호를 출력하여, 경보기가 경보를 발하도록 야기시킨다. 따라서, 조작자는 약간의 회전 이후에 자동적으로 제동이 적용된다는 것을 알아차리게 된다.
나아가서, 계산 및 제어유니트(20)는 여러 값에서의 정보신호를 디스플레이 장치(32)로 출력하여 조작자에게 유용한 정보를 제공한다. 디스플레이의 내용에 대하여, 다양한 모드가 생각될 수 있다. 몇가지 예가 아래에 주어진다.
1) 제1 디스플레이 예(도 9)
본 디스플레이 예에 따라서, 도 5에 도시된 3차원 데이터(40)는 변수로써 R, θ 및 Wo를 이용하는 원통좌표계에서 안전작업영역으로써 이미 디스플레이되었다. 도 9에 도시된 디스플레이 스크린(32a)에서, 현재의 선회각도(θ)에 상응하는 각도위치는 단면(44)에 의해 표현되며, 현재의 감아올림 하중(W) 및 작업반경(R)에 상응하는 지점(P)은 단면(44) 내에 점으로 표시된다.
이러한 디스플레이 스크린에서, R 및 W 좌표축이 고정되기 때문에, 3차원부분은 (화살표 E 방향으로의) W 좌표축(수직축) 주위에서 회전된다. 지점 P의 위치는 붐길이 및 붐기복각도의 변화로 수평적으로 이동되며 감아올림 하중(W)이 변화됨에 따라 수직적으로 이동된다. 실제 작업위치와 안전작업영역 사이의 상호관계는 항상 한눈에 파악될 수 있게 된다. 아웃리거 잭의 돌출상태가 변화될 때, 3차원 데이터(40)도 변화되어 스크린 상의 디스플레이는 즉시 변경된다.
그러한 3차원 디스플레이에 따라서, 현재의 작업자세에서의 현재의 하중률이 파악될 수 있을 뿐만 아니라 안전작업영역이 선회이동 후에 변화되는 방식을 파악할 수도 있다.
예를 들어, 붐이 크레인의 비스듬한 방향(아웃리거 잭이 존재하는 방향)에 상응하는 선회각도에서 안전작업영역 아래로 떨어지는 최대 하중률의 물건을 감아올리는 경우에(예를 들어, P1이 도 11에서 42a와 42a" 사이에 위치될 때), 안정성은 옆쪽 방향으로보다는 상기 방향에서 보다 높기 때문에, 현재의 하중률(P1)의 지점은 작업가능한 안전작업영역(42a') 내에서 그리고 디스플레이 스크린에서 단면(44) 상에 디스플레이된다. 동시에, 전체 안전작업영역(45)은 상기 선회각도 주위의 각도를 포함한다. 그러므로, 조작자는, 선회이동이 현재의 자세로 이미 수행되고 있다면, 안전작업영역은 보다 좁아진다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 이러한 이해에 근거하여, 조작자는 크레인의 적절한 조작을 수행할 수 있다.
칼라 액정모니터 등이 서로 다른 색 등을 이용하여 구별되도록 강도에 근거한 안전작업영역(41)과 안정성에 근거한 안전작업영역(42)을 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단으로써 이용된다면, 조작자가 주의를 강도에 기울여야 할지 안정성에 기울여야 할지의 여부를 정확하게 판단할 수 있게 되며 나아가서 보다 적절한 조작을 가능하게 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 색 및 위치가 하중률에 따라서 변하는 칼라 바 디스플레이의 하중률 디스플레이 부분(64)이 제공된다면, 또는 구체적인 현재의 상태값(예를 들어, 감아올림 하중(W), 작업반경(R), 하중률)을 디스플레이하는 수치 디스플레이 부분(65)이 제공된다면, 디스플레이 스크린은 보다 유용하게 만들어질 수 있다.
2) 제2 디스플레이 예(도 10)
본 디스플레이 예에서, 3차원 데이터(40)는 R-θ 극좌표평면 상에 평면적으로 디스플레이된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 다양한 감아올림 하중에 상응하는 안전작업영역은 등고선(43)으로써 중첩적으로 디스플레이될 수 있으며, 단지 현재의 감아올림 하중에 상응하는 선만이 두꺼운 선으로 디스플레이될 수 있다(동 도면에서 6ton의 감아올림 하중의 선은 두꺼운 선(43a)으로 디스플레이된다). 변경적으로, 단지 현재의 감아올림 하중에 상응하는 안전작업영역만이 디스플레이될 수 있다. 후자의 경우에, 감아올림 하중(W)이 증가됨에 따라, 즉 안전작업영역이 좁아짐에 따라, 안전작업영역이 보다 큰 스케일로 디스플레이되며, 안전작업영역이 전체 디스플레이 스크린에 걸쳐서 항상 디스플레이된다면, 디스플레이 스크린은 조작자에게 보다 쉽게 관찰될 수 있다. 또한 이러한 경우에, 상기 제1 디스플레이 예에서와 같이, 칼라 액정모니터 등이 예를 들어 서로 다른 색을 이용하여 구분된 디스플레이를 이루도록 이용된다면, 경계로써 곡선(DL)을 가지고 명확하게 구분된 방식으로 안정성에 근거한 안전작업영역 및 강도에 근거한 안전작업영역이 디스플레이될 수 있으며, 따라서 조작자에게 보다 적절한 정보를 제공하는 것이 가능하게 된다.
이러한 디스플레이 스크린에 있어서, 크레인을 중심적으로 도시하는 화면(46) 또는 작업반경 및 선회각도를 도시하는 단편(47)이 디스플레이된다면, 조작자는 현재의 조작상태가 안전한 각도를 한눈에 파악할 수 있다. 나아가서, 디스플레이 스크린 상의 이미지에 매칭되는 실제 작업기계에서의 회전가능한 상부구조물의 방향에 대하여, 예를 들어 안전작업영역 및 크레인의 하부부분의 개략도가 상기 방향이 고정된 동안에 기계의 회전과 함께 회전된다면, 디스플레이 및 크레인에서의 회전가능한 상부구조물의 실제 방향을 직관적으로 용이하게 알아차리는 것이 가능하게 된다.
3) 제3 디스플레이 예(도 11)
이러한 디스플레이 예는 R-W의 직교좌표평면으로써 도 5에서의 단면(44)의 부분만의 디스플레이이다. 이러한 디스플레이 예에 있어서, 강도에 근거한 안전작업영역을 나타내는 곡선(41a)은 선회부재가 회전하더라도 변화되지 않지만, 안정성에 근거한 안전작업영역을 나타내는 곡선(42a)은 상기 회전과 함께 선회반경방향으로 변화된다(곡선 42a' 및 42a" 참조). 이러한 경우에도, 예를 들어 서로 다른 색을 이용하여 구분되도록 곡선(41a 및 42a)을 디스플레이 하므로써, 조작자가 주의를 강도에 두어야 할지 또는 안정성에 두어야 할지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능하게 된다.
4) 제4 디스플레이 예(도 12)
도 12에 도시된 디스플레이 패널(50)은 작업조건 디스플레이 부분(51), 아웃리거 잭 돌출상태 표시부분(52), 및 스위치 부분(53)을 구비하고 있다. 작업조건 디스플레이 부분(52)에는, 붐각도, 감아올림 하중, 작업반경 및 한계하중(정격하중)의 디스플레이 부분만이 아니라, 하중률 디스플레이 부분(54)도 제공된다. 하중률 디스플레이 부분(54)에 있어서, 도 12b에 도시된 바와 같이, 복수의 단계로 하중률을 디스플레이하기 위한 하중률 디스플레이 램프(55), 뿐만 아니라 현재의 하중률이 강도에 근거한 정격하중에 근거할 때 on되는 식별 디스플레이 램프(56A) 및 현재의 하중률이 안정성에 근거한 정격하중에 근거할 때 on되는 식별 디스플레이 램프(56B)가 제공된다.
이러한 구조에 따라서, 하중률 디스플레이 부분(54)에서, 현재의 하중률이 하중률 디스플레이 램프(55)에 의해 디스플레이될 뿐만 아니라, 하중률이 상도에 근거한 정격하중으로부터 또는 안정성에 근거한 정격하중으로부터 계산되는지의 여부가 식별 디스플레이 램프(56A 또는 56B) 중 어느 하나에 의해 식별가능하게 디스플레이되어, 조작자가 주의를 강도에 두어야 할지 안정성에 두어야 할지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능하게 된다. 이것은 또한 하중률을 디스플레이하지 않으면서 단지 정격하중만을 디스플레이하는 상태의 경우이다.
상기 디스플레이 예가 각각 하나만 채택되거나 또는 다른 디스플레이 예와 조합되어 채택되는지의 여부는 선택적이다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이도 이루어질 수 있다는 것이 당해 분야의 기술자에게 명백하다.
상세한 설명, 청구범위, 도면 및 요약서를 포함하는, 1998년 7월 21일에 출원된 일본특허출원 제 10-205553호는 여기에 전체적으로 결합되어 있다.
본 발명에 따라서, 크레인과 같은 선회식 작업기계의 실제의 감아올림 용량에 매칭되는 안전작업영역 및 정격하중 양자 모두를 설정할 수 있는 방법이 제공되며, 뿐만 아니라 그렇게 설정된 안전작업영역 및 정격하중을 이용함으로써 적절한 안전제어 및 유용한 디스플레이를 이룰 수 있는 선회식 작업기계가 제공된다.

Claims (24)

  1. 물건이 선회부재의 소정의 위치에 매달리는 작업기계를 안전하게 조작하기 위한 선회식 작업기계에 있어서의 안전작업영역을 설정하는 방법에 있어서, 강도에 근거한 안전작업영역 및 안정성에 근거한 안전작업영역이 서로 중첩되는 영역을 실제로 이용되는 안전작업영역으로써 설정하고, 상기 강도에 근거한 안전작업영역은 상기 선회부재의 강도를 고려하여 정해지며 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 원형 형상을 가지고 있고, 상기 안정성에 근거한 안전작업영역은 작업기계의 안정성을 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 한계작업반경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 안정성에 근거한 안전작업영역은 작업기계의 전복라인에 평행한 직선 또는 그와 유사한 선으로 둘러싸이는 영역인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최종적인 안전작업영역은 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 선회부재의 최대 작업반경에 상응하는 반경을 가지는 원 내에서 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 선회부재의 소정의 위치에 매달리는 물건을 가지는 선회식 작업기계에 있어서,
    상기 선회부재의 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단; 및
    실제로 이용되는 안전작업영역의 영역데이터를 출력하는 영역데이터 출력수단을 포함하고 있으며, 상기 안전작업영역은 강도에 근거한 안전작업영역과 안정성에 근거한 안전작업영역이 서로 중첩되는 영역이고, 상기 강도에 근거한 안전작업영역은 상기 선회부재의 강도와 감아올림 하중을 고려하여 정해지며 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 원형 형상을 가지고 있고, 상기 안정성에 근거한 안전작업영역은 작업기계의 안정성을 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는 한계작업반경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 영역 데이터 출력수단은 상기 안정성에 근거한 안전작업영역이 작업기계의 전복라인에 평행한 직선 또는 그와 유사한 선으로 둘러싸이도록 영역 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 영역 데이터 출력수단은 원 내에서 최종적인 안전작업영역을 정하도록 영역 데이터를 출력하며, 상기 원은 선회부재의 회전중심에 중심을 둔 상기 선회부재의 최대작업반경에 상응하는 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 영역 데이터 출력수단은 상기 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있고, 그리고 상기 영역 데이터 출력수단은 상기 감아올림 하중 검출수단에 의해 검출된 감아올림 하중으로부터 상응하는 안전작업영역을 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  8. 제 7 항에 있어서, 수평방향으로 돌출하는 아웃리거 잭을 더 포함하고 있으며, 상기 영역 데이터 출력수단은 상기 아웃리거 잭의 돌출상태에 따라서 복수 종류의 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 선회부재의 실제 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단;
    상기 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단; 및
    실제 작업반경 및 선회각도와 상기 영역 데이터 출력수단으로부터 출력된 안전작업영역의 비교에 근거하여 작업기계가 안전한 작업을 수행할 수 있도록 제어를 행하는 안전 제어수단;을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 안전 제어수단은 선회 브레이크가 안전작업영역 내에서 상기 선회부재를 멈추기 위해 소정의 타이밍에서 적용되도록 제어가 이루어지는 선회 제어수단인 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 선회 제어수단은, 매달린 물건의 잉여편향을 허용하지 않으면서 상기 선회부재를 멈추기 위한 브레이크 각가속도 연산수단을 구비하고 있으며, 선회부재의 회전이 이와 같이 계산된 브레이크 각가속도에 근거하여 제동되도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 선회부재의 실제 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단;
    상기 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단; 및
    실제 작업반경 및 선회각도에 대한 상기 영역 데이터 출력수단으로부터 출력된 안전작업영역의 관계를 단일의 디스플레이 스크린 상에 디스플레이하는 디스플레이 수단;을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 상기 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 원통좌표계 내에 상기 안전작업영역을 3차원적으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 변수로써 상기 선회부재의 선회각도 및 작업반경을 이용하는 극좌표평면 상에 실제 감아올림 하중에 상응하는 안전작업영역을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 실제 감아올림 하중이 커지면 커질수록 디스플레이되는 안전작업영역의 스케일은 확대되는 방식으로 디스플레이를 행하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은, 상기 강도에 근거한 안전작업영역에 근거하여 정해진 안전작업영역의 부분 및 상기 안정성에 근거한 안전작업영역에 근거하여 정해진 안전작업영역의 부분을, 서로 구분된 방식으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  17. 선회부재의 소정의 위치에 매달린 물건을 가지는 선회식 작업기계의 정격하중을 설정하는 방법에 있어서, 상기 선회부재의 강도를 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 관계없이 일정한, 강도에 근거한 정격하중과, 작업기계의 안정성을 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는, 안정성에 근거한 정격하중 중에서, 낮은 정격하중이 각각의 선회각도에 대하여 채택되어 실제로 이용될 정격하중으로써 설정되는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  18. 선회부재의 소정의 위치에 매달린 물건을 가지는 선회식 작업기계에 있어서,
    상기 선회부재의 작업반경을 검출하기 위한 작업반경 검출수단; 및
    실제로 이용될 정격하중으로써 상기 선회부재의 각각의 선회각도에 대하여 선택된 정격하중을 출력하는 정격하중 데이터 출력수단;을 포함하고 있으며, 상기 정격하중은, 상기 선회부재의 강도 및 작업반경을 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 관계없이 일정한, 강도에 근거한 정격하중과, 작업기계의 안정성을 고려하여 정해지며 선회부재의 선회각도에 따라서 변화되는, 안정성에 근거한 정격하중 중에서 낮은 정격하중인 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 정격하중 데이터 출력수단은 상기 선회부재의 선회각도 및 작업반경 그리고 상응하는 정격하중을 변수로써 이용하는 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있고, 그리고 상기 정격하중 데이터 출력수단은 상기 작업반경 검출수단에 의해 검출된 작업반경으로부터 상응하는 정격하중을 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  20. 제 19 항에 있어서, 수평방향으로 돌출하는 아웃리거 잭을 더 포함하고 있으며, 상기 정격하중 데이터 출력수단은 상기 아웃리거 잭의 돌출상태에 따라서 복수 종류의 3차원 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 선회부재의 실제 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단;
    상기 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단; 및
    실제 감아올림 하중과 상기 정격하중 데이터 출력수단으로부터 출력된 정격하중과의 사이의 비교에 따라서 작업기계가 안전한 작업을 수행할 수 있도록 제어를 행하는 안전 제어수단;을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 안전 제어수단은 정격하중에 대한 실제 감아올림 하중의 비율인 하중률에 따라서 선회속도를 제한하기 위해 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 선회부재의 실제 감아올림 하중을 검출하기 위한 감아올림 하중 검출수단;
    상기 선회부재의 실제 선회각도를 검출하기 위한 선회각도 검출수단; 및
    상기 정격하중 데이터 출력수단으로부터 출력된 정격하중 또는 그것에 관계된 값을 디스플레이하는 디스플레이 수단;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 디스플레이된 값이 강도에 근거한 정격하중에 또는 안정성에 근거한 정격하중에 근거한 것인지의 여부에 대하여 구분가능한 디스플레이를 행하는 것을 특징으로 하는 선회식 작업기계.
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