KR20040074231A - 온라인 오일 상태 진단 시스템을 가진 중장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 오일 오염도 측정장치를 장착한 중장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광이 오일을 투과할 때 오일 내에 섞여 있는 오염입자의 양에 따라 투과되는 광의 세기가 달라진다는 점을 이용하여 복잡한 유압장치들의 결합체인 중장비의 오일상태를 실시간으로 진단하여 오일의 교체시점 및 유압시스템에서의 이상상태를 감지해낼 수 있는 온라인 오일 상태 진단 시스템을 장착한 고기능성 중장비를 제공하는데 있다.

Description

온라인 오일 상태 진단 시스템을 가진 중장비{Heavy Equipments That Have The System Of Online Oil Diagnosis}
본 발명은 실시간 오일 상태 진단 시스템을 장착한 중장비에 관한 것으로,더욱 상세하게는 오일 내에 섞여 있는 오염입자의 양을 센서유니트를 사용하여 복잡한 유압장치들의 결합체인 중장비의 오일상태를 실시간으로 진단하여 오일의 교체시점 및 유압시스템에서의 이상상태를 감지해낼 수 있는 온라인 오일 상태 진단 시스템을 장착한 고기능성 중장비를 제공하는데 있다.
중장비 유압시스템의 최근의 개발동향은 유압의 고압화와 시스템의 소형화이면서 우수한 내구성을 갖는 방향으로 이루어지고 있다.
전체적으로 정-동역학 상태의 구조적인 안정성과 복잡한 유압장치들의 내구성을 갖추어야만 장비의 경쟁력이 있게 되는데, 유압시스템이 고압소형화 되면서, 가혹한 작업환경을 이겨내기 위해서 오일에 여러가지 첨가제를 첨가함으로써 시스템의 내구성을 높이고 있다.
그러나 이러한 노력에도 불구하고, 유압오일은 주요 구성 요소인 유압펌프, 유압모터, MCV(Main Control Valve)밸브, RCV(Remote Control Valve)밸브, 파이프, 호스, 유압탱크, 오일쿨러 등의 유압회로라인의 직접적인 구성 요소들의 가혹한 사용조건에 의한 산화, 열화, 첨가제의 소모 등으로 작동유의 윤활기능을 상실하게 되어, 유압시스템의 내구성이 저하된다.
이 때 적절하게 유압오일 필터의 교환 및 유압오일의 교환이 이루어지면, 유압콤포넌트의 정상상태가 유지되며, 전체적으로 유압시스템의 내구성이 유지되게 된다.
보통은 일정시간 경과후에 필터의 교환 및 유압오일의 교환시기를 결정하나, 유압시스템은 각각의 고유한 특성을 지니고 있기 때문에 어떤 중장비의 유압시스템은 일찍 손상이 발생하기도 하고, 또다른 시스템은 내구성을 오래도록 유지하기도 한다.
그러므로 유압시스템의구성 요소들의 상호작용시의 마찰공학적 특성이 주요한 내구성 결정요소가 되고 있다.
이의 상태진단은 여러가지 상태량 즉, 압력, 온도, 유량, 진동 등의 값들로써 성능 및 상태를 판단하며, 오일의 직접적인 상태를 관찰하는 것이 아닌 간접적인 상태량으로 시스템의 안정성을 추정하는 방법인데, 주로 보조적인 수단으로 사용한다.
이와는 별도로 오프라인 상태에서의 직접적인 오일의 채취를 통한 샘플링된 오일의 정량/정성적인 분석을 통하여 유압시스템의 상태를 판단하는데 상기의 방법이 직접적이면서, 정확한 오일의 상태를 진단하는 방법이다.
일반적으로 오일의 상태진단은 인간의 혈액채취를 통한 샘플분석을 통하여 여러가지 질병의 진단에 이용하듯이 샘플링된 오일의 동점도, 점도지수, 사화안정성, 방청성, 소포성 등의 물성평가와 스펙트로스코피(spectroscopy) 분석을 통한 금속입자의 정량산출 및 ICP분석에 의한 첨가제 및 금속입자의 미량의 정량적 분석, 입도분석기를 이용한 의한 입자크기들의 정량적인 분석, 페로그라피 (ferrography) 분석 및 입자의 SEM/EDM 분석에 의한 정성적인 분석을 통하여 장비요소들의 상태를 파악할 수 있다.
실제적으로 캐터필러(SOS Program), 고마쯔(Oil Clinic) 같은 중장비 제조회사에서는 각 장비의 오일을 주기적으로 샘플링 분석하여 오일의 오염도 및 상태를검사하여 장비의 건전상태를 진단하고, 이를 A/S에 이용하여 보다 고급의 서비스를 고객들에게 제공하고 있다.
그러나 모든 방법이 오프라인에서 이루어진다는 공통점이 있는데 일단 필드(field)에서의 샘플링이 취해져야 하고, 샘플링오일의 공수, 분석기관에서의 샘플오일 분석에 따른 과다 기간 및 비용, AS센터에의 피드백 등의 일련의 절차가 있어, 비용과 기간이 많이 소요되는 단점이 있다.
또 샘플링시에 에러 또는 오차 등의 문제가 발생한다.
따라서 이를 근본적으로 제거하면서, 보다 효율적이고, 간편하면서도 직접적으로 오일의 상태진단을 정확하게 하여 필터의 교체시점 및 오일의 세정 시점, 교환시점, 장비의 이상상태 감지 기능을 제시할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 유압시스템의 오일을 보다 간단한 방법으로, 또한 실시간으로 정확하게 측정하기 위한 온라인 오일 모니터링 시스템 장착한 중장비를 제공함에 있다.
도 1은 온라인 오일 상태 진단 시스템중 센서유니트를 나타내는 구조도이다.
도 2는 온라인 오일 상태 진단 시스템이 중장비의 유압회로상에 설치된 상태를 나타내는 구조도이다.
<도면의 주요부호에 관한 설명>
1 : 센서유니트의 전기전자보드 8 : 센서홀더
2 : 수광 포토다이오우드 9 : 광학렌즈
3 : 적외선 발광다이오우드 10 : 반사경
4 : 수광 포토다이오우드 11 : 센서블록
5 : 반사판 12 : 오일
6 : 광섬유 13 : 오일관
7 : 광섬유홀더 14 : 센서유니트
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명에 의한 중장비는, 중장비가 장시간 가동중인 상태에서 유압시스템의 라인상에 in-line으로 설치되어 오일의 상태를 감지하는 센서 유니트와, 상기 센서유니트로부터 데이터를 받아 필터의 교체시점과 오일의 세정 시점, 교환시점, 이상상태의 감지를 지시할 수 있는 체적 알고리즘을 갖춘 프로그램을 갖고 엔진의 가동시간에 따른 데이터를 저장하여 엔지니어가 이를이용하여, 오일의 상태변화를 파악하고, 이를 서비스에 이용할 수 있는 기능을 갖춘 VECU(콘트롤러) 유니트와, 이의 출력을 나타내어 운전자에게 알람 또는 경고 기능을 하는 MDU(디스플레이) 유니트를 갖는 온라인 오일 모니터링 시스템으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 각 구성요소들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서유니트의 구성도이다.
본 발명에 따른 실시간 온라인 오일 오염도 측정장치를 갖춘 중장비에서 센서 유니트는 크게 나누어 외부를 구성하는 센서블럭, 기계장치로부터 일정량의 오일을 추출하는 장치, 추출된 오일에 투과할 입사광을 발생시키는 발광장치, 추출된 오일을 투과한 광을 반사시키는 반사경, 반사경에 의해 반사되어 추출된 오일을 투과한 반사광의 세기를 측정하는 수광장치, 싱기 발광장치로부터 발생된 광을 추출된 오일에 렌즈를 통해 평행광으로 입사시키는 한편 상기 반사경에 의해 반사되어 추출된 오일을 투과한 반사광을 수광장치에 전달하는 광전달 장치로 이루어진 센서유니트이다.
본 발명에 따른 실시간 오일오염도 측정 센서유니트는 크기를 체적화하기 위하여 발광장치인 적외선 발광다이오드와 수광장치인 포토다이오우드를 동일 수직선상에 평행하게 설치하였고, 반사판을 설치하여 발광방치의 적외선 발광다이오우드로부터 발한 광이 반사판을 통해 역으로 반사되어 수광장치의 포토 다이오우드에 수광되도록 한다.
또한 본 발명의 오일 오염도 측정장치는 발광장치의 적외선 발광 다이오드(3)와 수광장치인 포토 다이오드(4)를 동일 수직선상에 평행하게 설치하였고, 반사판(5)을 설치하여 발광장치의 적외선 발광 다이오드(3)로부터 발한 광이 반사판(5)을 통해 역으로 반사되어 수광장치의 포토 다이오드(4)에 수광되도록 한다.
또한 본 발명의 오일 오염도 측정장치는 발광장치의 적외선 발광 다이오드(3)로부터 발한 광이 반사경(9)을 통해 역으로 반사되어 수광장치의 포토 다이오드(2)에 수광되도록 하는 구성에 따라 하나의 광학렌즈(9)를 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 오일 오염도 측정 센서유니트의 중장비 유압회로상에의 설치예를 보인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 중장비 유압회로 시스템에서 오일이 유압탱크에서 유압펌프 MCV, 유압액츄에이터를 거쳐 오일탱크로 리턴라인의 오일쿨러 출력라인에 본 발명에 따른 실시간 오일 오염도 측정장치의 센서 유니트(14)를 설치하여 일정량의 오일을 추출하고 오일 오염도를 측정하는 것을 보여주는 것이다.
콘트롤러 유니트는 오일상태진단 프로그램 탑재부, 센서유니트로부터 발송한 오일오염도에 대한 데이터를 통신수단을 통하여 수신하여, 엔진 hourmeter에 따른 오일 오염도의 데이터를 저장하는 저장부를 갖추고 있다.
센서유니트로부터 수신한 데이터를 오일상태진단 프로그램의 알고리즘에 따라 해당 오일 상태에 따른 정상, 필터점검/교체, 오일교체, 비상정지 등의 단계에 따른 신호를 디스플레이 유니트에 통보한다.
저장부의 데이터는 해당 엔진가동시간에 따른 오일오염도의 값 및 해당 오염 단계의 표시부 등의 데이터가 누적되어 있으며, 이는 차후에 컴퓨터 등을 통하여 다운로드 받을 수 있도록 되어 있다. 이는 장비의 오일상태에 대한 이력을 제공한다.
디스플레이 유니트는 운전자의 사용공간인 캡내에 설치되어 콘트롤러유니트와 통신수단을 통하여 콘트롤러 유니트에서의 오일상태진단 프로그램에 의한, 지시 발생시 해당 디스플레이유니트를 통하여 나타내게 된다.
이는 전등 및 LED, 음성 등으로 운전자에게 오일오염의 상태 및 비상정지 등의 경고를 하게 된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
첫번째로, 기계 시스템이 가동중인 상태에서 오일을 일정량 추출하여 오일 내의 마모입자 및 외부로부터 침투된 협잡물 등 여러가지 요인에 의한 오일의 오염도를 효과적으로 측정할 수 있다.
두번째로, 본 시스템을 중장비에 적용한 것은 처음으로서, 본 시스템을 중장비에 적용함으로써, 기계 시스템이 가동중인 상태에서 작동중인 오일을 일정량 추출하여 오일의 오염도를 측정할 수 있도록 함으로써 기계의 불필요한 분해 또는 훼손을 막을 수 있고 실시간 오염도 측정이 가능하다.
세번째로, 본 발명의 일 실시예로서, 오일을 통과하여 반사되는 광량변화를 측정하는 측정기기를 기계 시스템의 오일이 작동중인 부분의 기계 부품에 착탈이 가능한 구조로 모듈화함으로써 보다 용이하게 오일의 오염도를 측정할 수 있고, 상기 온라인 오일 상태 진단 시스템에 문제가 발생한 경우 저렴한 비용으로 교체가 가능하며, 또한 기계 각 부위별로 오염도 측정 대상체들의 오염도를 개별적으로 측정할 수 있다.
네번째로, 기계 시스템이 작동중이 상태에서 작동중인 오일을 일정량 모니터링 하여 실시간으로 오일의 오염도를 측정할 수 있도록 함으로써 오일의 오염도에 따른 기계 시스템의 예기치 못한 고장 및 이로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있으며 따라서 유지보수비를 절감할 수 있고, 문제발생시 조기에 1차 조치 가능하도록 함으로써 2차의 치명적인 문제의 추가 발생을 미연에 방지하여, 고객의 신뢰도와 만족도를 증대시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 유압펌프, 유압모터, 주요조절밸브, 원격조절밸브, 파이프, 호스, 유압탱크 및 오일쿨러를 포함하는 유압회로라인을 장착한 중장비에 있어서,
    상기 중장비의 유압회로상에서 내부로 오일이 유입될 수 있도록 설치되어 상기 유압회로를 흐르는 오일을 추출하여 오일의 오염도를 측정하는 센서 유니트와;
    상기 센서유니트와 연결되며, 오일 상태 진단 프로그램 탑재부와 상기 센서유니트로부터 발송한 오일오염도에 대한 데이터를 수신하여, 오일오염도의 데이터를 저장하는 저장부로 구성된 콘트롤러 유니트와;
    상기 콘트롤러 유니트와 연결되며, 상기 프로그램에 따른 경고기능을 나타내는 디스플레이 유니트를 포함하는 온라인 오일 상태 진단 시스템을 장착한 것을 특징으로 하는 중장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 유니트는,
    외형을 구성하는 센서블럭;
    상기 오일회로상에 오일이 유입되도록 설치되어 오일을 추출하는 오일 추출장치;
    상기 오일 추출장치의 후단에 위치되어 상기 추출된 오일에 투과할 입사광을 발생시키는 발광장치;
    상기 오일 추출장치의 선단에 설치되어 상기 추출된 오일을 투과한 광을 반사시키는 반사경;
    상기 오일 추출장치의 후단에 위치되어 상기 반사경에 의해 상기 추출된 오일을 투과한 반사광의 세기를 측정하는 수광장치; 및;
    상기 발광장치로부터 발생된 광을 상기 추출된 오일에 평행광으로 입사시키며, 상기 반사경에 의해 반사되어 상기 모니터링된 오일을 투과한 반사광을 상기 수광장치에 전달하는 광전달 장치를 포함하는 광센서 유니트인 것을 특징으로 하는 온라인 오일 상태 진단 시스템을 장착한 중장비.
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