KR20140083134A - 자동 변속식 굴삭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프론트 작업 장치에 가해지는 부하에 따라 저속 또는 고속 주행으로 자동 변속되는 자동 변속식 굴삭기에 관한 것으로, 특히 고장이나 오작동의 우려가 적은 전자식 제어압력지령을 입력받아 이를 기초로 주행 모터를 자동으로 변속시키는 자동 변속식 굴삭기에 관한 것이다.

Description

자동 변속식 굴삭기{Automatic transmission type excavator}
본 발명은 프론트 작업 장치에 가해지는 부하에 따라 저속 또는 고속 주행으로 자동 변속되는 자동 변속식 굴삭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고장이나 오작동의 우려가 적은 전자식 제어압력지령을 입력받아 이를 기초로 주행 모터를 자동으로 변속시키는 자동 변속식 굴삭기에 관한 것이다.
일반적으로 건설 현장 등에서 사용되는 굴삭기는 주행 및 선회가 가능하고, 또한 이상과 같은 주행 및 선회 중은 물론 정지 상태에서도 프론트 작업장치(예: 버킷)를 이용하여 작업을 할 수 있다.
한편, 이러한 굴삭기는 3가지 모드로 주행이 가능하다. 3가지 주행 모드는 저속 주행, 고속 주행 및 자동 변속 주행이다. 그 중 자동 변속 주행에서는 프론트 작업장치에 가해지는 부하에 따라 저속 또는 고속으로 자동으로 변속된다.
이를 위해, 도 1과 같이 굴삭기는 레버 압력 센서(10), 제어장치(20), 전자제어식 유압펌프(30), 작업기용 실린더(40), 주행 모터(50a, 50b), 서브 컨트롤 밸브(60), 압력 센서(70) 및 주행 컨트롤 밸브(80)를 포함한다.
따라서, 레버 압력 센서(10)에서 조작 레버(미도시)의 동작을 감지하여 제어장치(20)로 제공하면 제어장치(20)는 전자제어식 유압펌프(30)를 가동시킨다. 전자제어식 유압펌프(30)의 유압은 복수개의 서브 컨트롤 밸브(60)를 통해 작업기용 실린더(40) 및 주행 모터(50a, 50b)에 각각 공급된다.
전자제어식 유압펌프(30)의 유압에 의해 작동하는 작업기용 실린더(40)는 굴삭기의 프론트 작업장치를 작동시키고, 주행 모터(50a, 50b)는 굴삭기의 차륜을 작동시켜 주행이 이루어지게 한다.
또한, 이상과 같은 굴삭기는 상술한 자동 변속 주행을 위해 압력 센서(70)에서 전자제어식 유압펌프(30)에서 작업기용 실린더(40)로 공급되는 유압을 검출하고, 그 검출된 압력에 따라 저속 주행 또는 고속 주행이 가능해지도록 한다.
즉, 압력 센서(70)에서 감지한 유압으로 부하의 크기를 검출함으로써 부하의 크기가 큰 경우에는 제어장치(20)에서 주행 모터(50a, 50b)가 저속 주행되게 제어하고, 부하의 크기가 작은 경우에는 주행 모터(50a, 50b)가 고속 주행되게 제어한다.
그러나, 이상과 같은 종래의 굴삭기는 자동 변속 주행시 부하의 크기를 압력 센서(70)에 의존하여 판단한다. 따라서, 압력 센서(70)가 고장난 경우에는 자동 변속 주행 모드를 선택하더라도 그 기능을 사용할 수 없고, 압력 센서(70)가 오작동된 경우에는 잘못된 자동주행으로 안전사고를 유발한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 프론트 작업 장치에 가해지는 부하에 따라 저속 또는 고속 주행으로 자동 변속시, 고장이나 오작동의 우려가 적은 전자식 제어압력지령을 입력받아 이를 기초로 주행 모터를 자동으로 변속시킬 수 있는 자동 변속식 굴삭기를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기는 프론트 작업장치를 작동시키는 조작 레버의 제어압력지령을 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 주행 모터를 제어하기 위한 주행 제어신호를 발생시키는 제어장치와; 전자제어식 유압펌프에서 공급된 유압에 의해 작동하는 주행 모터; 및 상기 제어장치로부터 주행 제어신호를 입력받아 상기 전자제어식 유압펌프에서 상기 주행 모터로 공급되는 유압을 조절하는 주행 컨트롤 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어장치는 상기 제어압력지령의 제어압력이 큰 경우에는 상기 주행 제어신호의 주행속도를 낮추고, 상기 제어압력지령의 제어압력이 작은 경우에는 상기 주행 제어신호의 주행속도를 높이는 자동변속 주행 제어장치인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어장치는 상기 조작 레버의 제어압력지령을 분석하는 지령 분석부 및 상기 제어압력지령의 분석 결과에 따라 상기 주행 제어신호를 발생시키는 주행 모터 제어신호 발생부를 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 조작 레버 조작시 발생하는 전자식 제어신호인 제어압력지령으로 부하의 크기를 분석하고 이를 기초로 주행 모터의 자동 변속을 제어한다.
따라서, 압력 센서를 이용하여 주행 모터의 자동 변속을 제어하던 것에 비해 고장이나 오작동이 월등히 줄어들게 되므로 자동 변속 주행 기능을 항상 안정적으로 제공한다.
또한, 고장이나 오작동의 우려가 큰 압력 센서를 사용하지 않으므로 압력 센서를 교체할 필요가 없고, 그에 따라 압력 센서의 교체시간 동안 작업 시간이 길어지는 것을 방지한다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동 변속식 굴삭기의 유압 계통을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기의 유압 계통을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기의 제어장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기의 자동 변속 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 변속식 굴삭기에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기는 레버 압력 센서(10), 제어장치(100), 전자제어식 유압펌프(30), 작업기용 실린더(40), 주행 모터(50a, 50b), 서브 컨트롤 밸브(60), 압력 센서(70) 및 주행 컨트롤 밸브(80)를 포함한다.
이러한 도 2의 구성들을 도 1의 구성들과 비교하면 제어장치(100)를 제외한 나머지 구성들은 동일 혹은 유사하다. 이를 통해 종래의 구성에 특별한 변화 없이 제어장치(100)의 프로그램적 변화만으로 본 발명의 목적을 달성함을 알 수 있다.
즉, 제어장치(100)의 개선만으로 조작 레버(미도시)의 조작시 발생하는 제어압력지령(예: 전자식 제어신호)을 분석하여 부하의 크기를 판별한다. 또한, 이를 기초로 주행 모터(50a, 50b)의 자동 변속을 제어한다.
따라서, 압력 센서(70)를 이용하여 주행 모터(50a, 50b)의 자동 변속을 제어하는 것에 비해, 고장이나 오작동이 월등히 줄어들게 되므로 자동 변속 주행 기능이 항상 안정적으로 제공된다.
또한, 고장이나 오작동의 우려가 큰 압력 센서(70)를 사용하지 않으므로, 압력 센서(70)를 교체할 필요가 없고, 그에 따라 압력 센서(70)의 교체시간 동안 작업 시간이 길어지는 것을 방지할 수 있게 한다.
좀더 구체적으로, 레버 압력 센서(10)는 조작 레버의 조작시 가해지는 유압을 감지한다.
레버 압력 센서(10)에서 감지한 조작 레버의 압력은 제어장치(100)로 제공되고, 제어장치(100)는 작업기용 실린더(40) 및 주행 모터(50a, 50b)를 제어한다. 이때, 조작 레버에서 제어장치(100)로 제공되는 전자적 신호가 '제어압력지령'이다.
다만, 조작 레버에서 직접 전자적 신호인 제어압력지령을 생성하는 경우에는 레버 압력 센서(10) 없이도 제어압력지령을 제어장치(100)에 전달할 수 있고, 조작 레버의 타입에 따라 유압 대신 다른 파라미터(예: 전류) 값을 검출하여 제어장치(100)로 전달할 수도 있다.
제어장치(100)는 본 발명의 주된 개선부분으로 레버 압력 센서(10)에서 제공된 제어압력지령을 분석하고, 상기 제어압력지령을 분석한 결과에 따라 주행 모터(50a, 50b)를 제어하기 위한 '주행 제어신호'를 발생시킨다.
제어장치(100)에서 발생된 주행 제어신호는 주행 모터(50a, 50b)의 사판각(회전 속도)을 조절하는 주행 컨트롤 밸브(80)로 전달된다. 따라서, 주행 컨트롤 밸브(80)를 통해 주행 모터(50a, 50b)가 제어된다.
이러한 제어장치(100)는 도 3과 같이 조작 레버의 제어압력지령을 분석하는 지령 분석부(110) 및 상기 지령 분석부(110)에서의 분석 결과에 따라 주행 제어신호를 발생시키는 주행 모터 제어신호 발생부(120)를 포함한다.
따라서, 레버 압력 센서(10)의 제어압력지령을 분석한 결과 프론트 작업장치에 가해지는 부하의 크기가 큰 경우에는 주행 모터(50a, 50b)가 저속 주행되게 유압을 제어하고, 부하의 크기가 작은 경우에는 주행 모터(50a, 50b)가 고속 주행되게 유압을 제어한다.
즉, 제어장치(100)는 제어압력지령의 제어압력이 큰 경우에는 부하가 커서 위험하므로 주행 제어신호의 주행속도를 낮추고, 제어압력지령의 제어압력이 작은 경우에는 작업 속도를 높이기 위해 주행 제어신호의 주행속도를 높이는 자동변속 제어를 수행한다.
압력 센서(70)를 이용하는 경우는 전자제어식 유압펌프(30)의 출력을 직접 측정하여 부하의 크기를 검출하는 것이고, 제어압력지령을 이용하는 경우는 조작 레버를 감시하여 부하의 크기를 예측하는 것이라는 점에서 차이가 있다.
그러나, 압력 센서(70)를 이용하는 경우와 제어압력지령을 이용하는 경우를 비교하면 그 검출된 부하의 크기에 큰 차이가 없다. 반면 본 발명은 압력 센서(70)를 사용하지 않으므로 압력 센서(70)의 고장이나 오작동 등을 우려할 필요는 없다는 특별한 효과가 있다.
전자제어식 유압펌프(30)는 제어장치(100)의 제어지령에 의해 작업기용 실린더(40) 및 주행 모터(50a, 50b)에 유압을 공급하는 것으로, 보통은 엔진으로부터 동력을 공급받아 오일 탱크(T)의 유압을 제공한다.
도시된 바와 같이 제어장치(100)로부터 '펌프 1 지령'과 '펌프 2 지령'을 입력받은 레귤레이터 1과 레귤레이터 2가 전자제어식 유압펌프(30)의 개폐 각도를 각각 조절함으로써 유압을 공급한다.
또한, 전자제어식 유압펌프(30)의 개폐 각도는 앵글 센서에 의해 측정(앵글센서 입력 1 및 앵글센서 입력 2)된 후 제어장치(100)로 제공되고, 이를 기초로 정밀한 유압 제어를 가능하게 한다.
전자제어식 유압펌프(30)의 유압에 의해 작동하는 작업기용 실린더(40)는 프론트 작업장치를 작동시키고, 주행 모터(50a, 50b)는 굴삭기의 차륜을 작동시켜 주행이 이루어지게 한다.
작업기용 실린더(40)는 전자제어식 유압펌프(30)에 의해 유압을 받아 최대 및 최소 스트로크 내에서 실린더 로드가 작동된다. 따라서, 작업기용 실린더(40)에 의해 다양한 프론트 작업장치가 작동된다.
작업기용 실린더(40)에 의해 작동되는 프론트 작업장치로는 버킷이 대표적일 것이나 프론트 작업장치의 교체를 통해 그 외 브레이커(braeake), 크러셔(crusher) 및 쉐어(shear)를 비롯한 다른 것도 적용가능하다.
주행 모터(50a, 50b)는 전자제어식 유압펌프(30)에 의해 유압을 받아 정/역회전이 조절되거나 회전 속도가 조절된다. 이와 같이 회전하는 주행 모터(50a, 50b)에 의해 굴삭기의 차륜을 작동시키고 굴삭기가 주행한다.
도 2에서는 주행 모터 1(50a) 및 주행 모터 2(50b)를 포함한 2개의 주행 모터(50a, 50b)를 예로 들었다. 주행 모터(50a, 50b)가 2개이면 각 주행 모터(50a, 50b)를 이용하여 좌우측 차륜을 각각 작동시킨다.
그러나, 경우에 따라서는 주행 모터를 1개만 구비하여 이를 통해 좌우측 차륜을 모두 작동시키는 구성도 가능하다.
서브 컨트롤 밸브(60)는 공지된 바와 같이 작업기용 실린더(40)와 주행 모터(50a, 50b)에 공급되는 유압을 조절한다. 도 2에서는 작업기용 실린더(40)가 2개이고, 주행 모터(50a, 50b)가 2개이므로 총 4개의 서브 컨트롤 밸브(60)가 있는 것을 예로 들었다.
각 서브 컨트롤 밸브(60)는 자체에 구비된 스풀(spool)의 조절에 의해 작업기용 실린더(40) 및 주행 모터(50a, 50b)에 공급되는 유압을 각각 조절한다.
압력 센서(70)는 전자제어식 유압펌프(30)의 출력측에 설치되어 작업기용 실린더(40) 및 주행 모터(50a, 50b)에 가해지는 유압을 측정한다.
이러한 압력 센서(70)는 종래부터 사용되어 오던 구성으로 압력 센서(70)에서 측정한 압력값을 제어장치(100)로 되돌려 줌으로써 현재의 압력에 따라 전자제어식 유압펌프(30)를 제어한다. 이점에서 본 발명을 압력제어형 전자유압펌프 계통이라 한다.
특히, 본 발명은 프론트 작업장치에 가해지는 부하에 따라 주행 속도를 자동으로 변속시키는 자동 변속 주행 모드인 경우에는 압력 센서(70)에 의존하여 부하의 크기를 검출하지 않는다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 조작 레버 조작시 발생하는 전자식 제어신호인 제어압력지령을 이용한다.
주행 컨트롤 밸브(80)는 제어장치(100)로부터 주행 제어신호를 입력받아 전자제어식 유압펌프(30)에서 주행 모터(50a, 50b)로 공급되는 유압을 조절한다. 제어장치(100)로부터 주행 제어신호를 입력받아 당해 주행 컨트롤 밸브(80)의 개폐가 조절되는 것이다.
이를 통해 좌우 양측의 주행 모터 1(50a) 및 주행 모터 2(50b)를 각각 조절한다. 주행 컨트롤 밸브(80)는 주행 모터 1(50a)과 주행 모터 2(50b) 내부의 경사판(51a, 51b)을 제어하여 이들의 사판각(swash plate tilting angle)을 조절한다.
다만, 제어장치(100)에서 제공되는 주행 제어신호는 전자식이므로 주행 컨트롤 밸브(80)도 전자 제어식이어야 한다. 유량 조절이 가능한 전자 제어식 밸브이기만 하면 특별한 제한은 없지만 트래블 하이 스피드(Travel High Speed) 솔레노이드 밸브나 전자 비례 감압(EPPR: Electronic Proportional Pressure Peduce) 밸브 등이 사용된다.
이하, 이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 굴삭기에 있어서 자동 변속 주행시의 제어방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 자동 변속식 굴삭기의 자동 변속 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 굴삭기 운전자가 자동 변속 주행 스위치를 온(S110)시키면, 굴삭기는 자동 변속 주행 모드로 주행을 시작한다.
다음, 제어장치(100)는 운전자가 조작 레버를 조작함으로써 프론트 작업장치에 가해지는 제어압력지령을 분석(S120)한다. 제어압력지령은 전자식 제어신호이므로 고장이나 오작동의 우려가 매우 적다.
다음, 제어압력지령을 분석하여 저속 주행인지의 여부를 판별(S130)하고, 저속 주행이 맞다면 제어압력지령에 의한 압력(P)이 로우 기준값(PLOW)보다 작은지 판단(S140a)한다.
판단결과 제어압력지령에 의한 압력(P)이 로우 기준값(PLOW)보다 작다면 주행 컨트롤 밸브(80)를 온으로 가변(S151a)시키고, 로우 기준값(PLOW)보다 크다면 주행 컨트롤 밸브(80)를 오프로 유지(S151b)시킨다.
상술한 로우 기준값(PLOW)은 160bar이고, 후술할 하이 기준값(PHIGH)은 300bar로 설정되나, 이러한 기준값들은 굴삭기의 기종에 따라 달라진다.
한편, 상기 제어압력지령을 분석하여 저속 주행이 아닌 것으로 판별되면 고속 주행으로 판단하고, 계속해서 제어압력지령에 의한 압력(P)이 하이 기준값(PHIGH)보다 큰지 판단(S140b)한다.
판단결과 제어압력지령에 의한 압력(P)이 하이 기준값(PHIGH)보다 크다면 주행 컨트롤 밸브(80)를 오프로 유지(S151c)시키고, 하이 기준값(PHIGH)보다 작다면 주행 컨트롤 밸브(80)를 온으로 가변(S151d)시킨다.
현재 압력이 하이 기준값(PHIGH)보다 크다면 부하가 매우 큰 경우이므로 주행 모터(50a, 50b)를 제어하는 주행 컨트롤 밸브(80)를 오프로 유지하는 것이다.
다음, 굴삭기 운전자가 자동 변속 주행 스위치를 오프시키는지 판별(S160)하여, 만약 자동 변속 주행 스위치가 오프가 아니라면 계속해서 위와 같은 단계를 반복 수행하고, 자동 변속 주행 스위치가 오프라면 자동 변속 주행을 종료한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 고장이나 오작동의 우려가 적은 전자식 제어압력지령을 입력받아 이를 기초로 주행 모터를 자동으로 변속시키는 자동 변속식 굴삭기에 이용될 수 있다.
10: 레버 압력 센서
30: 전자제어식 유압펌프
40: 작업기용 실린더
50a, 50b: 주행 모터
51a, 51b: 경사판
60: 서브 컨트롤 밸브
70: 압력 센서
80: 주행 컨트롤 밸브
100: 제어장치
110: 지령 분석부
120: 주행 모터 제어신호 발생부
T: 오일 탱크

Claims (3)

  1. 프론트 작업장치를 작동시키는 조작 레버의 제어압력지령을 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 주행 모터(50a, 50b)를 제어하기 위한 주행 제어신호를 발생시키는 제어장치(100)와;
    전자제어식 유압펌프(30)에서 공급된 유압에 의해 작동하는 주행 모터(50a, 50b); 및
    상기 제어장치(100)로부터 주행 제어신호를 입력받아 상기 전자제어식 유압펌프(30)에서 상기 주행 모터(50a, 50b)로 공급되는 유압을 조절하는 주행 컨트롤 밸브(80);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속식 굴삭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치(100)는,
    상기 제어압력지령의 제어압력이 큰 경우에는 상기 주행 제어신호의 주행속도를 낮추고, 상기 제어압력지령의 제어압력이 작은 경우에는 상기 주행 제어신호의 주행속도를 높이는 자동변속 주행 제어장치(100)인 것을 특징으로 하는 자동 변속식 굴삭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치(100)는,
    상기 조작 레버의 제어압력지령을 분석하는 지령 분석부(110) 및 상기 제어압력지령의 분석 결과에 따라 상기 주행 제어신호를 발생시키는 주행 모터 제어신호 발생부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속식 굴삭기.

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