KR20090034618A - 건설 기계의 과부하 경고 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설 기계에 과도한 작업 부하가 작용하면 경고를 표시하는 건설기계의 과부하 경고 장치에 관한 것으로서, 건설 기계에 작용하는 작업 부하를 검출하는 작업 부하 감지센서; 건설 기계가 중력 방향에 대해 수직한 가상의 선에 대해 기울어진 경사각을 감지하는 경사각 감지센서; 작업자에게 과부하 경고를 표시하는 표시부; 및 상기 경사각 감지센서에 의해 감지된 건설 기계의 경사각에 따라 기준 부하를 산출하고, 상기 작업 부하 감지센서에 의해 감지된 작업 부하를 산출된 기준 부하와 비교하여 작업 부하가 기준 부하보다 큰 경우, 상기 표시부에 과부하 경고가 표시되도록 상기 표시부를 제어하는 제어부를 포함하여, 작업의 안정성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.

건설 기계, 과부하, 경고, 기준 부하, 경사각

Description

건설 기계의 과부하 경고 장치 및 그 제어 방법{OVERLOAD WARNING APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 건설 기계에 관한 것으로서, 특히 건설 기계에 과부하가 작용하면 경고를 표시하는 건설 기계의 과부하 경고 장치 및 과부하 경고 제어 방법에 관한 것이다.

굴삭기와 같은 건설 기계들은 다양한 작업 장치로 교환 장착이 가능하여 다양한 작업을 수행할 수 있다. 굴삭기의 경우, 버켓(bucket)을 브레이커(breaker)나 크러셔(crusher)와 같은 다양한 옵션작업기로 교환하여 굴착 작업뿐만 아니라 암석이나 콘트리트의 분쇄 작업 및 건축 자재를 이동시키는 작업 등을 수행한다.

이러한 다양한 작업을 수행하는 굴삭기는 작업 도중 작업 부하가 과도하게 작용하는 경우, 경고음이나 경고등의 점등과 같은 경고 표시를 하는 과부하 경고 장치를 구비한다.

굴삭기의 과부하 경고 장치는 작업 부하를 검출하기 위해 붐 실린더의 압력을 측정하고, 측정된 붐 실린더의 압력이 기설정된 기준 압력보다 큰 경우 경고 표시를 한다. 상기 기준 압력은 굴삭기의 작업 장소의 경사도 여부에 관계없이 항상 일정하다. 따라서, 굴삭기의 작업 장소가 경사지이든 평지이든 굴삭기가 작업할 수 있는 허용 하중은 동일하게 설정된다.

그러나 하향 경사지에서 작업하는 굴삭기는 평지에서 작업하는 굴삭기보다 작업 장치가 있는 전방으로 전복되기 쉽기 때문에 평지에서 산출된 기준 압력을 기준으로 경고를 표시하는 경우, 경고가 표시되지 않는 경우에도 굴삭기가 전복될 수 있다.

반면, 상향 경사지에서 작업하는 굴삭기는 평지에서 작업하는 굴삭기보다 전방으로 전복되기 위한 하중이 더 크다. 즉, 평지에서 산출된 기준 압력은 상향 경사지에서는 낮은 상태가 되어, 기준 압력에 대응하는 작업 하중보다 큰 하중의 작업을 할 수 있음에도 불구하고 경고 표시가 되어 작업을 중단해야 하는 경우가 발생하며, 이러한 작업의 중단으로 인해 작업의 신속성 및 효율성이 저하되게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 작업의 안정성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 건설 기계의 과부하 경고 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설 기계의 과부하 경고 장치는 건설 기계에 작용하는 작업 부하를 검출하는 작업 부하 감지센서; 중력 방향에 대해 수직한 가상의 선에 대해 건설 기계가 기울어진 경사각을 감지하는 경사각 감지센서; 작업자에게 과부하 경고를 표시하는 표시부; 및 상기 경사각 감지센서에 의해 감지된 건설 기계의 경사각에 따라 기준 부하를 산출하고, 상기 작업 부하 감지센서에 의해 감지된 작업 부하를 산출된 기준 부하와 비교하여 작업 부하가 기준 부하보다 큰 경우, 상기 표시부에 과부하 경고가 표시되도록 상기 표시부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 건설 기계는 굴삭기를 포함하고, 상기 작업 부하 감지센서는 굴삭기의 붐 실린더에 설치된 압력 센서로 구성되며, 상기 경사각 감지센서는 상기 건설 기계에 설치되는 자이로 센서나 기울기 센서 중 어느 하나로 구성된다.

한편, 상술한 바와 같은 목적은 건설 기계에 작용하는 작업 부하와 중력 방향에 수직한 가상의 선에 대해 건설 기계가 기울어진 경사각을 감지하는 단계; 감 지된 경사각에 따라 기준 부하를 산출하는 단계; 및 작업 부하와 산출된 기준 부하를 비교하여 작업 부하가 산출된 기준 부하보다 크면, 과부하 경고를 표시하는 단계를 포함하는 건설 기계의 과부하 경고 제어 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 경고 표시 여부를 결정하기 위해 작업 부하에 비교되는 기준 부하를 건설 기계가 기울어진 각에 따라 산출함으로써, 건설기계의 작업 안전성과 효율성이 향상된다.

보다 구체적으로, 건설 기계가 하향 경사지에서 작업을 하는 경우, 기준 부하가 평지에서의 기준 부하보다 작게 산출되어 경고 표시 없이 전복되는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 작업의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 건설 기계가 상향 경사지에서 작업을 하는 경우, 기준 부하가 평지에서의 기준 부하보다 크게 산출되어 경고 상황이 아닌 상황에서 경고 표시 발생에 따른 작업의 중지 및 지연을 방지할 수 있고, 이에 의해 작업의 신속성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 과부하 경고 장치 및 과부하 경고 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 과부하 경고 장치는 작업 부하 감지센서(1)와, 경사각 감지센서(5)와, 표시부(6) 및 제어부(7)를 포함한다.

상기 작업 부하 감지센서(1)는 작업 과정에서 건설 기계에 작용하는 작업 부하를 감지하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 붐 실린더(2)에 설치된 압력 센서(1)가 이용된다. 버켓(3)으로 건축 자재를 들어 올리는 경우, 건축 자재의 하중은 붐 실린더(2)의 압력에 비례한다. 따라서, 압력 센서(1)로부터 검출된 붐 실린더(2)의 압력은 건축 자재의 하중으로 산출될 수 있고, 이러한 건축 자재의 하중은 건설 기계의 동력원 측면에서 보면 작업 부하로 작용한다. 따라서, 압력 센서(1)로부터 검출된 붐 실린더(2)의 압력은 건설 기계의 작업 부하로 정의될 수 있다. 이러한 압력 센서(1)로부터 검출된 신호는 상기 제어부(7)로 전송된다.

본 실시예에서는 건설 기계에 작용하는 작업 부하를 검출하기 위해 붐 실린더(2)의 압력을 측정하는 것을 예시하였으나, 건설 기계의 다양한 유압 시스템 등으로부터 작업 부하를 검출할 수 있음은 당연하다.

상기 경사각 감지센서(5)는 건설 기계가 기울어진 경사각을 측정하기 위한 것으로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 건설 기계의 본체(4)에 설치된다. 상기 경사각 감지센서(5)의 출력값은 평지를 0°도로 정할 경우, 도 3에 도시된 바와 같은 하향 경사지의 경사각은 음의 값으로 설정되고, 도 4에 도시된 바와 같은 상향 경사지의 경사각은 양의 값으로 설정된다. 여기서, 상기 경사각 감지센서(5)에 의해 검출되는 경사각은 평지 즉, 중력 방향에 대해 수직인 가상의 선에 대해 건설 기계가 기울어진 각도 또는 중력 방향에 대해 수직인 가상의 선과 건설 기계가 위치한 경사지가 이루는 각을 의미한다. 한편, 상기 경사각 감지센서(5)로부터 출력되는 경사각에 대한 신호는 상기 제어부(7)로 전송된다.

이러한 경사각 감지센서(5)는 공지된 자이로 센서(gyro sensor)나 기울기 센서(tilt sensor)가 이용될 수 있다. 자이로 센서는 건설 기계의 가속도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 각 방향으로의 기울기를 측정할 수 있다. 자이로 센서에 의해 기울기가 검출되는 원리를 간략히 살펴보면, 서로 수직인 3축을 중심으로 각각 회전하는 회전체의 회전력은 각 회전체의 힌지에 설치된 회전검출장치에 의해 전기적 신호로 출력된다. 그리고, 각 회전체의 기울기에 따라 회전력이 달라지고, 이와 같이 달라진 회전력으로부터 각 축에 대한 기울기를 산출하게 된다. 기울기 센서는 중력 방향에 대해 기울어진 각도를 측정하기 위한 것으로서, 엔코더와 같은 검출기에 중력 방향으로 향하도록 실에 추를 달아 기울기에 따라 다른 출력을 나오도록 하는 원리를 이용한다. 실과 추 대신에 유체를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 공지되어 사용되고 있다. 최근 MEMS 기술의 발달로 작은 사이즈의 자이로 센서와 기울기 센서가 출시되고 있어, 건설 기계의 사양 및 구조에 따라 최적의 센서를 선택하여 사용할 수 있다.

상기 표시부(6)는 상기 제어부(7)로부터 전달되는 신호에 따라 경고 표시를 하기 위한 것으로서, 경고음이나 경고등 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 제어부(7)는 과부하 경고 장치의 일련의 프로세스를 제어하기 위한 것으로서, 상기 경사각 감지센서(5)에 의해 검출된 경사각과 상기 작업 부하 감지센서(1)에 의해 검출된 작업 부하를 기초로 경고 표시 여부를 판단하고, 경고 표시가 결정되면, 상기 표시부(6)에 제어신호를 출력하여 경고 표시를 한다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(7)는 상기 경사각 감지센서(5)로부터 입력된 경사각을 기초로 기준 부하를 산출한다. 경사각을 기초로 기준 부하를 산출하기 위해, 미 도시된 메모리에 세분화된 경사각에 대한 세분화된 기준 부하를 룩업 테이블 형식으로 저장하고, 상기 경사각 감지센서(5)로부터 입력되는 경사각에 대응하는 기준 부하를 룩업 테이블을 참조하여 산출한다. 상기 제어부(7)는 경사각과 기준 부하를 변수로 하는 특정 함수(도 6 참조)를 통해 입력된 경사각으로부터 기준 부하를 연산하여 산출할 수도 있다.

또한, 제어부(7)는 경사각에 대해 산출된 기준 부하를 상기 작업 부하 감지센서(1)로부터 전송된 작업 부하와 비교하여 경고 표시 여부를 결정한다.

일 예로 상기 제어부(7)가 메모리(7a)와, 비교부(7b)를 포함하여 구성되는 경우, 상기 메모리(7a)에는 상기 룩업 테이블이 저장되고, 비교부(7b)는 상기 메모리(7a)에 저장된 룩업 테이블로부터 산출된 기준 부하와 작업 부하 감지 센서(1)로부터 입력된 작업 부하를 비교하여 경고 표시 여부를 결정한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 과부하 경고 표시 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 5를 참조하면, 우선, 작업 부하 감지센서(1)에 의해 검출된 작업 부하와 경사각 감지센서(5)에 의해 감지된 경사각이 제어부(7)에 입력된다(S11). 그러면, 제어부(7)는 입력된 경사각(θ)에 대응하는 기준 부하를 산출한다(S12). 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 통상적으로 기준 부하는 경사각(θ)에 비례한다. 여기서, 경사각(θ)이 음수인 경우는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하향 경사지에 건설 기계 가 위치한 경우이고, 경사각(θ)이 0인 경우는, 도 3에 도시된 바와 같이, 평지에 건설 기계가 위한 경우이며, 경사각(θ)이 양수인 경우는 도 4에 도시된 바와 같이, 상향 경사지에 건설 기계가 위치한 경우이다. 본 실시예에서는 건설 기계가 경사지에 의해 기울어지는 것만을 예시하였으나, 본 발명의 사상은 작업장 지면 불균일로 인해 건설 기계가 기울어지는 경우 등 다양한 원인으로 건설 기계가 기울어지는 경우에 적용된다.

이미 설명한 바와 같이, 제어부(7)는 룩업 테이블로부터 세분화된 경사각의 구간에 대응하는 기준 부하를 선택할 수도 있지만 경사각과 기준 부하를 변수로 하는 특정 함수를 통해 기준 부하를 연산하여 산출할 수도 있다.

경사각에 따른 기준 부하가 산출되면, 제어부(7)는 작업 부하가 산출된 기준 부하와 비교한다(S13). 비교 결과, 작업 부하가 산출된 기준 부하보다 크면, 제어부(7)는 경고 표시를 결정하고 표시부(6)에 경고 표시를 위한 제어신호를 전송한다(S14). 그러면, 표시부(6)는 경고등을 울리거나 경고등을 점등하는 등의 다양한 방식으로 작업자에게 경고 표시를 한다. 반면, 작업 부하가 산출된 기준 부하보다 크지 않으면, 제어부(7)는 경고 상황이 아닌 것으로 판단하고 표시부(6)에 경고를 위한 제어신호를 전송하지 않는다.

상술한 바와 같은 일련의 과정은 건설 기계가 작업하는 동안 소정 시간 간격으로 반복적으로 수행된다. 이와 같이, 기준 부하가 건설 기계가 기울어진 경사각에 따라 산출됨으로써, 하향 경사지에서 작업을 하는 경우 건설 기계가 경고 표시 없이 전복되는 것을 방지할 수 있어 작업의 안전성이 향상되고, 상향 경사지에서 작업을 하는 경우, 경고 상황이 아닌 상황에서 경고가 표시되는 것을 방지할 수 있어 작업의 신속성 또는 작업의 효율성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 과부하 경고 장치에 대한 제어 블럭도,

도 2는 도 1에 도시된 과부하 경고 장치가 적용된 건설 기계가 하향 경사지에서 작업하는 상태를 개략적으로 나타낸 측면도

도 3은 도 2에 도시된 건설 기계가 평지에서 작업하는 상태를 개략적으로 나타낸 측면도,

도 4는 도 2에 도시된 건설 기계가 상향 경사지에서 작업하는 상태를 개략적으로 나타낸 측면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 과부하 경고 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 6은 건설 기계의 경사각과 기준 부하의 관계의 일 예를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1; 작업 부하 감지센서 2; 붐 실린더

5; 경사각 감지센서 6; 표시부

7; 제어부

Claims (3)

1. 건설 기계에 과도한 작업 부하가 작용하면 경고를 표시하는 건설기계의 과부하 경고 장치에 있어서,

   건설 기계에 작용하는 작업 부하를 검출하는 작업 부하 감지센서;

   건설 기계가 중력 방향에 대해 수직한 가상의 선에 대해 기울어진 경사각을 감지하는 경사각 감지센서;

   작업자에게 과부하 경고를 표시하는 표시부; 및

   상기 경사각 감지센서에 의해 감지된 건설 기계의 경사각에 따라 기준 부하를 산출하고, 상기 작업 부하 감지센서에 의해 감지된 작업 부하를 산출된 기준 부하와 비교하여 작업 부하가 기준 부하보다 큰 경우, 상기 표시부에 과부하 경고가 표시되도록 상기 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 건설 기계의 과부하 경고 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 건설 기계는 굴삭기를 포함하고,

   상기 작업 부하 감지센서는 굴삭기의 붐 실린더에 설치된 압력 센서이며,

   상기 경사각 감지센서는 상기 건설 기계에 설치되는 자이로 센서나 기울기 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건설 기계의 과부하 경고 장치.
3. 건설 기계에 과도한 작업 부하가 가해지면 표시되는 과부하 경고를 제어하기 위한 건설 기계의 과부하 경고 제어 방법에 있어서,

   건설 기계에 작용하는 작업 부하와 건설 기계가 중력 방향에 수직한 가상의 선에 대해 기울어진 경사각을 감지하는 단계;

   감지된 경사각에 따라 기준 부하를 산출하는 단계; 및

   작업 부하와 산출된 기준 부하를 비교하여 작업 부하가 산출된 기준 부하보다 크면, 과부하 경고를 표시하는 단계를 포함하는 건설 기계의 과부하 경고 제어 방법.

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