KR20160078716A - 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤운동을 통해 붐 업 또는 붐 다운 동작을 구현하기 위한 붐 실린더, 상기 붐 실린더에서 헤드의 일측에 위치한 로드챔버에 연동되도록 설치되어 상기 로드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 로드 밸브, 상기 붐 실린더에서 헤드의 타측에 위치한 헤드챔버에 연동되도록 설치되어 상기 헤드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 헤드 밸브, 상기 로드챔버에 설치되어 상기 로드챔버에 작용하는 로드압력을 측정하기 위한 로드 압력센서, 상기 헤드챔버에 설치되어 상기 헤드챔버에 작용하는 헤드압력을 측정하기 위한 헤드 압력센서, 및 상기 로드 압력센서와 상기 헤드 압력센서 각각으로부터 제공되는 로드압력과 헤드압력을 이용하여 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단한 결과에 따라 상기 로드 밸브와 상기 헤드 밸브를 제어하여 붐 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템에 관한 것이다.

Description

굴삭기의 붐 실린더 제어시스템{Boom cylinder control system for excavator}
본 발명은 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 굴삭기의 잭업상태에서 플로팅모드 작동을 제어할 수 있는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭기는 건설 현장에서 토사의 적재, 운반, 하역 작업뿐만 아니라 버켓을 전후 방향으로 움직이며 지면을 고르게하는 평탄화 작업을 수행한다.
이와 같은 평탄화 작업을 하기 위해서는 작업자가 버켓이 지면에 가하는 하중이 일정하게 유지되도록 붐과 버켓의 움직임을 세밀하게 제어해야 한다.
그러나, 평탄화 작업을 하는 경우에 붐의 제어가 정밀하지 못하면 버켓이 지면에 가하는 힘이 너무 커서 버켓이 지면을 파고드는 현상이 발생하고, 반대로 버켓이 지면에 가하는 힘이 너무 작으면 평탄화 작업이 제대로 이루어지지 않는다.
또한, 굴삭기는 버켓을 브레이커(Breaker)와 같은 옵션 작업기로 교환하여 사용하기도 하는데, 브레이커는 바위, 포장도로 등을 파쇄하기 위한 옵션 장치로서 파쇄 대상물에 일정한 힘을 일정 간격으로 작용하여야 한다.
그러나, 브레이커가 파쇄 대상물을 파쇄하는 순간에 작용과 반작용에 의하여 붐이 상부로 튀어 오르려는 현상이 발생하므로 작업자는 붐과 브레이커를 더욱 정밀하게 제어하여야 한다.
이와 같이, 굴삭기가 평탄화 작업 또는 브레이커 작업을 하는 경우에 작업자는 붐과 버켓 또는 붐과 브레이커를 정밀하게 작동하여야 함에도 불구하고 현실적으로 정밀한 제어가 어려워 작업자가 원하는 작업이 제대로 이루어지지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 굴삭기는 플로팅(floating) 기능을 가지는데, 이러한 플로팅 기능에 의해 작업자는 평탄화 작업 또는 브레이커 작업등을 수행하는 과정에서 의도하지 않은 작업장치의 작동을 미연에 방지할 수 있다.
플로팅 기능이란 유압펌프로부터의 작동유가 작업장치를 구동시키는 유압실린더에 공급이 일시적으로 차단된 상태에서 무부하 상태(유압실린더의 상승챔버와 하강챔버가 서로 연통된 상태)의 작업장치가 작업면 또는 노면의 굴곡정도에 따라 구동되는 것을 말한다.
한편, 도 1은 잭업상태의 굴삭기를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이, 굴삭기(10)를 잭업상태로 하기 위해, 버킷(13)을 버킷 유압장치(13a)를 조작을 통해 지면에 맞닿게 한 뒤, 붐 유압장치(11a)를 작동시켜 붐(11)을 붐 업(boom up) 상태가 되도록 하여 굴삭기(10)가 지면으로부터 일부 띄워진 잭업상태를 만든다.
한편, 붐 유압장치(11a)는 지면의 굴곡에 따라 자중에 의해서 작동될 수 있도록 하고, 암 유압장치(12a)를 통해서만 암(12) 동작을 실시하여 플로팅모드 상태로 굴삭기(10)의 작업이 이루어진다.
한편, 상기와 같이, 굴삭기의 하부를 점검하거나 수리하기 위해 굴삭기의 차체를 잭업하거나, 굴삭기의 전방에 도저가 장착된 상태에서 경사지를 오르면서 굴삭기 차체가 도저에 의해 지지되어 잭 업이 되는 경우 굴삭기의 플로팅모드가 작동하게 되면, 자중에 의해 급작스럽게 장비가 하강하게 되어 충격하여 안전사고가 발생할 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 굴삭기의 잭업상태 유무를 판단하고 잭업상태라고 판단될 경우 플로팅모드가 작동하지 않도록 제어할 수 있는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템은 피스톤운동을 통해 붐 업 또는 붐 다운 동작을 구현하기 위한 붐 실린더; 상기 붐 실린더에서 헤드의 일측에 위치한 로드챔버에 연동되도록 설치되고, 상기 로드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 로드 밸브; 상기 붐 실린더에서 헤드의 타측에 위치한 헤드챔버에 연동되도록 설치되고, 상기 헤드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 헤드 밸브; 상기 로드챔버에 설치되고, 상기 로드챔버에 작용하는 로드압력을 측정하기 위한 로드 압력센서; 상기 헤드챔버에 설치되고, 상기 헤드챔버에 작용하는 헤드압력을 측정하기 위한 헤드 압력센서; 및 상기 로드 압력센서와 상기 헤드 압력센서 각각으로부터 제공되는 로드압력과 헤드압력을 이용하여 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 잭업상태인지 여부에 따라 상기 로드 밸브와 상기 헤드 밸브를 제어하여 붐 실린더의 동작을 제어할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 로드 압력센서와 헤드 압력센서가 측정한 압력값을 이용하여 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업에 대한 정확성을 향상시킴으로써, 잭업상태에서 플로팅모드가 작동되지 않도록 하여 잭업상태에서 급작스럽게 굴삭기가 하강하면서 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 잭업상태의 굴삭기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템의 구성을 계략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 개략적인 구성도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 잭업상태의 굴삭기를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템의 구성을 계략적으로 나타낸 구성도, 도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 크게, 붐 실린더(110), 로드 밸브(120), 헤드 밸브(130), 로드 압력센서(140), 헤드 압력센서(150), 제어부(160)를 포함하여 구성된다.
도 1은 잭업상태의 굴삭기를 나타낸 도면으로서, 이하에서는 굴삭기(10)의 잭업상태를 참조하여 본 발명의 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도로서, 도면을 참조하여 설명하면, 기본적으로 굴삭기(10)는 붐 다운(boom down) 또는 붐 업(boom up) 동작을 구현하기 위해, 붐 제어레버(162)에 대한 조작을 통해 제어부(160)에서 로드 밸브(120) 및 헤드 밸브(130)를 제어하여 붐 실린더(110)를 동작시키는 방법으로 구현된다.
여기서, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 플로팅 기능을 구현하기 위한 플로팅스위치(161)가 포함되어 작업자의 조작에 의해 선택적으로 플로팅모드가 작동하게 된다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)에 있어서, 붐 실린더(110)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 붐 실린더(110)는 피스톤운동을 통해 굴삭기(10)의 붐(11)을 동작시키는 역할을 한다.
즉, 상기 붐 실린더(110)는 붐 업(boom up) 또는 다운(boom down) 동작을 구현하기 위한 것이다.
상기 붐 실린더(110)는 내부에 로드(111)와 헤드(112)가 움직일 수 있는 공간이 마련된다. 상기 공간으로 유압을 발생시키는 작동유가 공급되어 충진되거나 배출되게 된다. 상기 붐 실린더(110)는 로드챔버(110a, 도 3에 도시됨) 및 헤드챔버(110b, 도 3에 도시됨)를 포함한다. 상기 로드챔버(110a)는 상기 붐 실린더(110)의 내부에서 상기 헤드(112)를 기준으로 상기 로드(111)가 위치한 부분이다. 상기 헤드챔버(110b)는 상기 붐 실린더(110)의 내부에서 상기 헤드(112)를 기준으로 상기 로드챔버(110a)의 반대편에 위치한다. 즉, 상기 로드챔버(110a)는 상기 붐 실린더(110)에서 상기 헤드(112)의 일측에 위치하고, 상기 헤드챔버(110b)는 상기 헤드(112)의 타측에 위치한다. 상기 로드(111)와 상기 헤드(112)가 이동함에 따라 상기 로드챔버(110a) 및 상기 헤드챔버(110b) 각각의 부피가 변경된다.
다음으로, 로드 밸브(120)는 상기 로드챔버(110a)로부터 작동유를 배출시키는 역할을 한다.
상기 로드 밸브(120)는 상기 로드챔버(110a)에 작동유가 이송될 수 있는 작동유 관로와 연통되도록 설치되고, 작동유 공급을 차단시킬 수 있는 솔레노이드 방식으로 구성된다.
이때, 상기 로드챔버(11a)로부터 작동유가 배출될 경우, 상기 로드챔버(110a)로부터 배출된 작동유는 로드 밸브(120)를 통해 로드 밸브(120)에 설치된 작동유탱크(T)로 저장되게 된다.
또한, 붐 실린더(110)로 작동유를 공급하기 위해서 로드챔버(110a)로 작동유가 이송되는 관로가 형성되고, 해당 관로와 연통되도록 작동유를 저장하는 스풀(180)이 구비되어, 상기 펌프(170)가 작동하여 스풀(180)로 작동유가 공급된 후 붐 실린더(110)로 공급된다.
따라서, 붐 다운(boom down) 동작이 구현될 때는 작동유가 상기 로드챔버(110a)로 공급되고, 붐 업(boom up) 동작이 구현될 때는 작동유가 상기 로드챔버(110a)에서 작동유탱크(T)로 배출되게 된다.
다음으로, 헤드 밸브(130)는 헤드챔버(110b)로부터 작동유를 배출시키는 역할을 한다.
상기 헤드 밸브(130)는 헤드챔버(110b)에 작동유가 이송될 수 있는 작동유 관로와 연통되도록 설치되고, 작동유 공급을 차단시킬 수 있는 솔레노이드 방식으로 구성된다.
이때, 헤드챔버(110b)로부터 작동유가 배출될 경우에는, 상기 헤드챔버(110b)로부터 배출되는 작동유는 헤드 밸브(130)를 통해 헤드 밸브(130)에 설치된 작동유탱크(T)로 저장되게 된다.
또한, 붐 실린더(110)로 작동유를 공급하기 위해서 헤드챔버(110b)으로 작동유가 이송되는 관로가 형성되고, 상기 펌프(170)가 작동하여 스풀(180)로 작동유가 공급된 후 붐 실린더(110)로 공급된다.
따라서, 붐 다운(boom down) 동작이 구현될 때는 작동유가 상기 헤드챔버(110b)로 공급되고, 붐 업(boom up) 동작이 구현될 때는 작동유가 헤드챔버(110b)에서 작동유탱크(T)로 배출되게 된다.
이렇게 펌프(170) 작동에 의해 작동유가 스풀(180)로 이송되고 스풀(180)을 거쳐 헤드챔버(110b) 또는 로드챔버(110a)로 공급되어 붐 다운(boom down) 또는 붐 업(boom up) 동작이 구현되게 되는 것이다.
다음으로, 로드 압력센서(140)는 로드챔버(110a)에 작용하는 로드압력을 측정하기 위한 역할을 한다.
상기 로드 압력센서(140)는 로드챔버(110a)에 설치되고, 후술하는 제어부(160)와 연동되어 로드챔버(110a) 내부 공간의 압력에 대한 로드압력을 측정하게 된다.
이때, 상기 로드 압력센서(140)는 로드압력에 대한 측정이 완료되면, 제어부(160)로 로드압력을 전송한다.
다음으로, 헤드 압력센서(150)는 헤드챔버(110b)에 작용하는 헤드압력을 측정하기 위한 역할을 한다.
상기 헤드 압력센서(150)는 헤드챔버(110b)에 설치되고, 제어부(160)와 연동되어 헤드챔버(110b) 내부 공간의 압력에 대한 헤드압력을 측정하게 된다.
이때, 상기 헤드 압력센서(150)는 헤드압력에 대한 측정이 완료되면, 제어부(160)로 헤드압력을 전송한다.
이때, 상기 로드 압력센서(140)가 측정한 로드압력 및 상기 헤드 압력센서(150)가 측정한 헤드압력이 제어부(160)로 전송되면, 제어부(160)는 로드압력과 헤드압력을 이용하여 굴삭기(10)가 현재 잭업상태인지 여부를 판단하게 된다.
예컨대, 헤드압력 보다 로드압력이 클 경우, 굴삭기(10)는 잭업상태인 것으로 판단될 수 있다.
한편, 굴삭기(10)가 잭업상태임을 판단하는 과정에 있어서, 굴삭기(10)의 잭업상태가 해제되는 시점에서도 잭업상태임을 판단하는 과정이 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 헤드압력에 비해 로드압력이 크다는 것은 잭업상태로 인해 로드챔버(110a)에 작용하는 힘이 더 크다는 결과이므로, 잭업상태임을 정확하게 판단할 수 있는 정보가 되는 것이다.
따라서, 헤드압력과 로드압력의 차이를 통해 굴삭기(10)가 잭업상태인 것으로 판단되면, 굴삭기(10)는 붐 다운 동작이 실시되지 못하도록 제어부(160)를 통해 차단된다.
즉, 굴삭기(10)는 잭업상태에 있으면 플로팅스위치(161)를 ON시킨 상태라 하더라도 플로팅모드가 실행되지 못하도록 제한될 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 제어부(160)는 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)를 제어하는 역할을 한다.
상기 제어부(160)는 로드 밸브(120)를 통해 로드챔버(110a)로부터 작동유가 배출되도록 하여 붐 업 동작을 구현한다. 상기 제어부(160)는 헤드 밸브(130)를 통해 헤드챔버(110b)로부터 작동유가 배출되도록 하여 붐 다운 동작을 구현한다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 로드 압력센서(140)와 헤드 압력센서(150) 각각으로부터 로드압력과 헤드압력을 전달받아 로드압력과 헤드압력을 이용하여 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단한 결과에 따라 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)를 제어하여 붐 실린더(110)의 동작을 제어하게 된다.
이때, 상기 제어부(160)는 굴삭기(10)가 잭업상태일 경우, 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)를 통해 작동유가 배출되지 못하도록 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)를 제어하게 된다.
따라서, 굴삭기(10)가 잭업상태로 판단되면, 제어부(160)는 붐 실린더(110)을 제한할 수 있게 되는 것이다.
이때, 굴삭기(10)를 플로팅모드로 전환하기 위해 플로팅스위치(161)를 조작하여 ON시킨 상태라 하더라도, 제어부(160)는 굴삭기(10)가 잭업상태인 것으로 판단될 경우 플로팅모드가 실행되지 못하도록 차단하게 된다.
한편, 붐 다운 동작시 붐 실린더(110)로 작동유가 공급되지 못하도록 차단하기 위해 제어부(160)와 연동되도록 붐 다운 컷 밸브(190)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 붐 다운 컷 밸브(190)를 통해 붐 다운 동작시 불필요한 작동유가 헤드챔버(110b)으로 공급되는 것을 차단할 수 있는 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 상기 설명한 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템의 작용에 대하여 설명한다.
굴삭기(10)의 하부를 점검하거나 수리하기 위해 굴삭기(10)의 차체가 잭업된 상태일 경우, 작업자가 부주의로 플로팅스위치(161)를 ON시켜 플로팅모드를 작동시킨 상황에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업자에 의해 플로팅스위치(161)가 ON되면 이를 제어부(160)가 감지하여 붐 실린더(110)가 동작되지 않도록 하는데, 이때, 로드 압력센서(140)와 헤드 압력센서(150)의 압력을 측정한 후 데이터를 제어부(160)로 보낸다.
그러면 제어부(160)에서는 로드 압력센서(140)와 헤드 압력센서(150)의 압력값을 비교하여 기준값 이상이라고 판단되면 굴삭기(10)가 현재 잭업상태임을 인지한다.
그 다음, 제어부(160)는 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)의 작동유탱크(T)로 작동유가 배출되지 못하도록 차단시킨다.
그러면 작업자의 부주의로 플로팅스위치(161) 또는 붐 제어레버(162)를 조작하더라도 제어부(160)의 통제하에 로드 밸브(120)와 헤드 밸브(130)는 차단된 상태로 유지되도록 한다.
이로 인해, 굴삭기(10)의 잭업상태에서는 붐 실린더(110) 동작이 이루어지지 못하도록 차단할 수 있게 된다.
또한, 굴삭기(10)가 잭업상태에서 잭업상태가 해제되는 시점의 경우에도 이를 잭업상태로 판단하여 플로팅모드로 전환되지 못하도록 차단한다.
상기 설명한 바와 같이, 로드챔버(110a)와 헤드챔버(110b)에 로드 압력센서(140)와 헤드 압력센서(150)를 설치하고, 로드압력과 헤드압력을 측정 후 비교하여 로드압력이 헤드압력 보다 클 경우 굴삭기(10)가 잭업상태임을 판단할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 굴삭기(10)가 잭업상태인 경우에는 붐 실린더(110)가 작동되지 못하도록 제어하여 플로팅모드가 작동되지 않도록 구현됨으로써, 잭업상태에서 급작스럽게 굴삭기(10)가 하강하면서 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 특징이 있는 것이다.
도 3을 참고하여 상기 제어부(160)의 변형된 실시예에 관해 살펴보면, 다음과 같다.
상기 제어부(160)는 상기 로드압력으로부터 로드면(112a)에 작용하는 로드힘을 획득하고, 상기 헤드압력으로부터 헤드면(112b)에 작용하는 헤드힘을 획득한다. 상기 로드면(112a)은 상기 헤드(112)에서 상기 로드챔버(110a)를 향하는 면이다. 상기 헤드면(112b)은 상기 헤드(112)에서 상기 헤드챔버(110b)를 향하는 면이다. 상기 로드면(112a)에는 상기 로드(112)가 결합된다. 이에 따라, 상기 로드면(112a)에서 로드압력이 작용하는 유효면적인 로드면적은, 상기 헤드면(112b)에서 헤드압력이 작용하는 유효면적인 헤드면적에 비해 작은 면적으로 이루어진다. 상기 로드면적은 상기 로드면(112a)에서 상기 로드(112)가 결합된 면적을 제외한 면적에 해당하고, 상기 헤드면적은 상기 헤드면(112b)의 전체 면적에 해당하기 때문이다.
상기 제어부(160)는 상기 로드힘 및 상기 헤드힘을 획득하면, 상기 로드힘에서 상기 헤드힘을 감산(減算)한 차이값을 이용하여 잭업상태인지 여부를 판단한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 다음과 같은 작용효과를 도모할 수 있다.
우선, 상술한 바와 같이 상기 로드면(112a)과 상기 헤드면(112b)은 서로 다른 면적으로 구현된다. 이에 따라, 상기 로드챔버(110a) 및 상기 헤드챔버(110b)에 서로 동일한 압력이 작용하는 경우에도, 상기 로드면(112a) 및 상기 헤드면(112b)에는 서로 다른 크기의 힘이 작용하게 된다. 따라서, 상기 로드챔버(110a) 및 상기 헤드챔버(110b) 각각에 작용하는 압력값만을 이용하면, 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업에 대한 정확성이 저하될 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 상기 로드면적과 상기 헤드면적의 크기 차이가 반영된 로드힘 및 헤드힘 간의 차이값을 이용하도록 구현됨으로써, 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업에 대한 정확성을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 잭업상태에서 플로팅모드가 작동하는 것을 안정적으로 차단함으로써, 안전사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 차이값이 기설정된 기준힘값을 초과하면, 굴삭기가 잭업상태인 것으로 판단하여 붐 다움 동작이 실시되지 못하도록 제어한다. 상기 기준힘값은 붐 실린더(100)에 작용하는 외력에 안전률을 고려한 값으로, 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 차이값이 기설정된 기준힘값 이하이면, 굴삭기가 잭업상태가 아닌 것으로 판단한다. 이에 따라, 상기 굴삭기(10, 도 1에 도시됨)는 플로팅모드로 작동 가능한 상태로 된다.
상기 제어부(160)는 다음과 같은 연산을 통해 로드힘으로부터 헤드힘을 감산한 차이값을 획득할 수 있다.
우선, 상기 제어부(160)는 상기 로드면(112a)에서 상기 로드(112)가 결합된 면적을 제외한 로드면적에 상기 로드압력을 승산(乘算)하여 상기 로드힘을 획득한다. 상기 로드면적은 아래 수학식 1을 통한 연산으로 획득될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서 AR은 로드면(112a)에서 로드압력이 작용하는 로드면적, D는 헤드(112)의 직경, d는 로드(111)의 직경이다. 상기 로드압력은 상기 로드 압력센서(140)로부터 제공된다. 상기 로드면적은 미리 연산에 의해 획득되어 상기 제어부(160)에 저장될 수도 있다.
다음, 상기 제어부(160)는 상기 헤드면(112b)에 대한 헤드면적에 상기 헤드압력을 승산하여 상기 헤드힘을 획득한다. 상기 헤드면적은 아래 수학식 2를 통한 연산으로 획득될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
수학식 2에서 AH는 헤드면(112b)에서 헤드압력이 작용하는 헤드면적, D는 헤드(112)의 직경이다. 상기 헤드드압력은 상기 헤드 압력센서(150)로부터 제공된다. 상기 헤드면적은 미리 연산에 의해 획득되어 상기 제어부(160)에 저장될 수도 있다.
다음, 상기 제어부(160)는 상기 로드면적에 상기 로드압력을 승산하여 획득한 로드힘 및 상기 헤드면적에 상기 헤드압력을 승산하여 획득한 헤드힘을 상기 기준힘값과 비교하여 상기 굴삭기(10)가 잭업상태인지 여부를 판단한다. 이는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
수학식 3에서 PRod는 로드압력, ARod는 로드면적, PHead는 헤드압력, AHead는 헤드면적, Fa는 기준힘값이다.
상기 제어부(160)는 수학식 3에서 로드힘에서 헤드힘을 감산한 차이값이 기준힘값 초과이면, 상기 굴삭기(10)가 잭업상태인 것으로 판단한다. 상기 제어부(160)는 수학식 3에서 로드힘에서 헤드힘을 감산한 차이값이 기준힘값 이하이면, 상기 굴삭기(10)가 잭업상태가 아닌 것으로 판단한다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제어부(160)는 상기 로드압력을 이용하여 잭업상태인지 여부를 판단한 후에 상기 차이값을 이용하여 잭업상태인지 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(160)는 상기 로드압력이 기설정된 기준압력값 이하이면 잭업상태가 아닌 것으로 판단하고, 상기 로드압력이 상기 기준압력값 초과이면 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부에 따라 잭업상태인지 여부를 판단한다. 상기 기준압력값은 잭업상태가 아닌 경우의 로드압력에 안전률을 고려한 값으로, 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 기준압력값에 고려된 안전률은 기준힘값에 고려된 안전률에 비해 작은 비율이 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 로드압력으로부터 잭업상태가 아닌 것이 불명확할 경우에는 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부를 판단함으로써 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업에 대한 정확성을 더 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 로드압력으로부터 잭업상태가 아닌 것이 명확할 경우에는 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부를 판단하지 않도록 구현됨으로써 플로팅모드의 작동이 지연되는 것을 방지할 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
우선, 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서, 로드압력은 점차적으로 감소하게 된다. 이는 아래 수학식 4 내지 수학식 9로부터 알 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
수학식 4에서 Fdown은 로드힘, Fup은 헤드힘, Fexternal은 붐 실린더에 작용하는 외력이다. 로드힘에서 헤드힘과 외력을 감산한 값(ma)은 잭업상태가 종료되는 감속 구간에 해당하므로 음의 값을 나타낸다.
[수학식 5]
Figure pat00005
수학식 5는 수학식 4에서 로드힘과 헤드힘을 로드압력, 로드면적, 헤드압력, 및 헤드면적으로 변환하여 나타낸 것이다. 수학식 5에서 PR은 로드압력, AR은 로드면적, PH는 헤드압력, AH는 헤드면적이다.
[수학식 6]
Figure pat00006
수학식 6은 수학식 5에서 헤드면적이 로드면적의 2배에 해당하는 것으로 가정하여 나타낸 것이다.
[수학식 7]
Figure pat00007
[수학식 8]
Figure pat00008
[수학식 9]
Figure pat00009
수학식 7 내지 수학식 9는 수학식 6을 기준으로 좌변에 로드압력만 남도록 정리하는 과정을 나타낸 것이다.
결과적으로 수학식 9로부터, 로드압력은 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서 점차적으로 감소하게 됨을 알 수 있다.
따라서, 상기 제어부(160)가 상기 로드압력만을 이용하여 잭업상태인지 여부를 판단하면, 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업의 작업성이 저하된다. 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서 로드압력이 감소되는 것을 고려하여 기준압력값을 낮게 설정하면, 상기 제어부(160)가 잭업상태가 아님에도 잭업상태로 판단하여 플로팅모드가 작동되지 않기 때문이다. 반대로 기준압력값을 높게 설정하면, 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서 로드압력이 감소됨에 따라 상기 제어부(160)가 잭업상태가 아닌 것으로 판단하여 플로팅모드가 작동될 수 있기 때문이다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 제어부(160)는 로드압력으로부터 잭업상태가 아닌 것이 명확할 경우에는 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부를 판단하지 않도록 구현됨으로써 플로팅모드의 작동이 지연되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 제어부(160)는 로드압력으로부터 잭업상태가 아닌 것이 불명확할 경우에는 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부를 판단함으로써 잭업상태인지 여부를 판단하는 작업에 대한 정확성을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템(100)은 굴삭기(10, 도 1에 도시됨)에 대한 안전성과 실효성을 모두 확보하는데 기여할 수 있다. 이 경우, 기준압력값은 잭업상태가 종료되는 감속 구간에서 로드압력이 감소되는 것을 고려하여 낮은 값으로 설정될 수 있다. 이로 인해 로드압력만을 고려할 때 잭업상태가 아님에도 잭업상태로 판단되더라도, 상기 제어부(160)는 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부에 따라 잭업상태인지 여부를 이중으로 판단함으로써 잭업상태인지 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 굴삭기 11: 붐
11a: 붐 유압장치 12: 암
12a: 암 유압장치 13: 버킷
13a: 버킷 유압장치 100: 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템
110: 붐 실린더 110a: 로드챔버
110b: 헤드챔버 111: 로드
112: 헤드 112a: 로드면
112b: 헤드면 120: 로드 밸브
130: 헤드 밸브 140: 로드 압력밸브
150: 헤드 압력밸브 160: 제어부
161: 플로팅스위치 162: 붐 제어레버
170: 펌프 180: 스풀
190: 붐 다운 컷 밸브 T: 작동유탱크

Claims (5)

  1. 피스톤운동을 통해 붐 업 또는 붐 다운 동작을 구현하기 위한 붐 실린더;
    상기 붐 실린더에서 헤드의 일측에 위치한 로드챔버에 연동되도록 설치되고, 상기 로드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 로드 밸브;
    상기 붐 실린더에서 헤드의 타측에 위치한 헤드챔버에 연동되도록 설치되고, 상기 헤드챔버로부터 작동유를 배출시키기 위한 헤드 밸브;
    상기 로드챔버에 설치되고, 상기 로드챔버에 작용하는 로드압력을 측정하기 위한 로드 압력센서;
    상기 헤드챔버에 설치되고, 상기 헤드챔버에 작용하는 헤드압력을 측정하기 위한 헤드 압력센서; 및
    상기 로드 압력센서와 상기 헤드 압력센서 각각으로부터 제공되는 로드압력과 헤드압력을 이용하여 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 잭업상태인지 여부에 따라 상기 로드 밸브와 상기 헤드 밸브를 제어하여 붐 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 로드챔버를 향하는 로드면, 및 상기 헤드챔버를 향하는 헤드면을 포함하고;
    상기 제어부는 상기 로드압력으로부터 상기 로드면에 작용하는 로드힘을 획득하고, 상기 헤드압력으로부터 상기 헤드면에 작용하는 헤드힘을 획득하며, 상기 로드힘에서 상기 헤드힘을 감산(減算)한 차이값이 기설정된 기준힘값을 초과하면 굴삭기가 잭업상태인 것으로 판단하여 붐 다운 동작이 실시되지 못하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 로드면에는 로드가 결합되며;
    상기 제어부는 상기 로드면에서 상기 로드가 결합된 면적을 제외한 로드면적에 상기 로드압력을 승산(乘算)하여 로드힘을 획득하고, 상기 헤드면에 대한 헤드면적에 헤드압력을 승산하여 헤드힘을 획득하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 로드압력이 기설정된 기준압력값 이하이면 굴삭기가 잭업상태가 아닌 것으로 판단하고, 상기 로드압력이 상기 기준압력값 초과이면 상기 차이값이 상기 기준힘값을 초과하는지 여부에 따라 굴삭기가 잭업상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부와 연동되도록 설치되고, 붐 다운 동작시 붐 실린더로 작동유가 공급되지 못하도록 차단하기 위해 붐 다운 컷 밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 붐 실린더 제어시스템.
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