KR20170142186A - 구동가능한 작업 기계 및 그 작동 방법 - Google Patents

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KR20170142186A
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sensing
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machine
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KR1020177034340A
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크리스티네 클레인
토비아스 후쓰
안스가르 뮐러
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푸츠마이스터 엔지니어링 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량(12), 슬루윙 기어(20)에 의해 차량 고정식 운반 구조물(18)상에서 회전될 수 있는 콘크리트 배치 붐(22) 및 작업 위치에서 상기 운반 구조물(18)을 지지하도록 운반 구조물(18)에 배치된 복수의 지지 레그(28, 30)를 포함하는 구동가능한 작업 기계에 관한 것이다. 작업 위치로부터 상기 운반 구조물(18)의 회전 편향을 보상하도록 설계된 보상 장치(32)가 제안되고, 상기 보상 장치(32)는 회전 편향을 감지하기 위한 감지 유닛(48)을 가지고, 회전 편향을 줄이기 위해 관련된 액추에이터(42)에 의해 적어도 하나의 지지 레그(28)에 작용한다.

Description

구동가능한 작업 기계 및 그 작동 방법
본 발명은 구동가능한 작업 기계에 관한 것으로, 특히 차량, 슬루윙 기어(slewing gear)에 의해 차량 고정식 운반 구조에서 회전될 수 있는 콘크리트 배치 붐(crumbing boom) 및 작업 위치에서 운반 구조물을 지지하는 운반 구조에 배치된 복수의 지지 레그를 포함하는 트럭 장착 콘크리트 펌프에 관한 것이다.
이러한 유형의 구동 가능한 콘크리트 펌프(DE 102 46 447 A1)의 경우, 운반 구조물은 트럭 섀시의 하부 캐리지 위에 놓인다. 운반 구조물의 붐 받침대 또는 슬루윙 기어는 배치 붐과 지지 레그 사이의 인터페이스를 형성한다. 배치 붐에 의해 발생된 토크 하중은 붐 받침대를 통해 지지 레그 사이에 분배되고 베이스 표면에 적용된다. 구동 가능한 콘크리트 펌프의 경우, 전방에 2 개의 신축지지 레그 및 후방에 스윙 가능한 2 개의 지지 레그를 구비한 운반 구조물이 특히 바람직하다. 구성 요소의 경량 설계가 증가하고 있기 때문에 진동은 더욱 큰 문제이다. 붐 모션 이외에도 교란 토크는 이송 펌프의 운동과 콘크리트 흐름의 방향 전환으로 인해 발생한다. 여기서 단점은 후방 구조가 공급 호퍼와 함께 후방으로 상당히 돌출된다는 점이다. 작업 위치에서 작업 레그의 유압 실린더는 일반적으로 양쪽에서 연장된다. 이전에는 유압 공급 장치가 배치 붐으로 전환되기 전에 유압 실린더가 소위 교대 작동 밸브에 의해 먼저 잠긴다. 기울어짐을 피하기 위해 차량 바퀴는 지면 접촉이 없어야 하며 지지 레그로 들어올려 져야 한다. 그러나, 이러한 배치에서 요 강성(yaw stiffness)은 가장 낮다. 요 동작(yaw motion)은 지지 레그의 동작과 지지 레그의 긴 휨 구조에 의해 촉진되며, 이는 토션 빔(tortion beam)으로 작용한다.
이에따라, 본 발명에 의해 다루어지는 문제점은 종래 기술에 공지된 작업 기계 및 상기 작업 기계의 작동 모드를 더욱 개선하고 작업 위치에서 상기 운반 구조물의 동작을 최소화하기 위한 수단을 특정하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위해, 청구항 1 및 15에 규정된 특징들의 조합이 제안된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 전개는 종속항에 서술된다.
본 발명은 제어 수단에 의한 바람직하지 않은 편향을 감소시키는 아이디어로부터 시작된다. 따라서, 작업 위치로부터 운반 구조물의 회전 편향을 보상하도록 설계된 보상 장치가 본 발명에 따라 제안된다. 상기 보상 장치는 회전 편향을 감지하기 위한 감지 유닛을 가지며, 회전 편향을 줄이기 위해 관련 액추에이터에 의해 적어도 하나의 지지 레그 상에 작용한다. 따라서, 경량 설계의 경우에도 높은 요 강성이 달성될 수 있다. 이는 기존 구성 요소를 사용함으로써 하드웨어 비용을 최소화하면서 중량에 크게 영향을 미치지 않고 실현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 감지 유닛은 동적 거동에 대한 정확한 지식을 얻을 수 있도록 회전 편향, 특히 요 진동(yaw vibration)을 감지하기 위한 동작 센서를 구비한다.
시간 거동의 개선된 분석을 가능하게 하기 위해, 감지 유닛이 바람직하게는 차량의 후단에, 바람직하게는 피드 호퍼의 영역에 배치된 가속 센서를 갖는 것이 유리하다.
붐이 회전할 때 운반 구조물에 가해지는 토크를 직접 또는 간접적으로 감지하기 위한 감지 장치가 감지 유닛에 구비되어 있다는 점에서 제어와 관련하여 운반 구조물의 원하지 않는 회전 편향에 대한 붐 운동의 영향을 고려할 수 있다.
이와 관련하여, 감지 유닛이 슬루윙 기어의 영역에 배치된 변형 센서, 특히 스트레인 게이지를 갖는 것이 특히 바람직하다.
영향 파라미터의 간접 이용을 위해, 감지 유닛이 붐 및/또는 이송 펌프의 작동 파라미터로부터 제어 변수를 도출하는 프로세서를 갖는 것이 유리하다.
상기 액추에이터의 유효 상태를 감지하기 위하여, 상기 감지 유닛은 상기 지지 레그의 유압지지 실린더의 길이 방향으로 작용하는 지지력을 감지하는 지지력 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
데드 타임을 감소 시키는데 특히 바람직한 실시예는, 보상 장치가 피드-포워드 제어 시스템을 갖는 제어기를 가지며, 피드-포워드 제어 시스템은 콘크리트 배치 붐 및/또는 이송 펌프의 작동에 기인한 교란 변수를 감지하고 상기 교란 변수를 제어기 입력으로 유도한다.
폐쇄 루프 제어 시스템 또는 개방 루프 제어 시스템에 대한 기존의 구조를 사용하기 위해, 액추에이터가 운반 구조물과 지지 레그 사이에 배치된 유압 실린더를 갖는 것이 유리하며, 유압 실린더는 운반 구조에 대향하는 구동 위치와 상기 운반 구조에서 돌출하는 지지 위치사이에서 지지 레그를 피벗시키도록 설계된다.
추가의 개선은 감지 유닛이 유압 실린더에 연결된 적어도 하나의 압력 센서를 포함하고, 액추에이터가 크라운 측면 및 로드 측면상의 유압 실린더에 연결된 방향 제어 밸브를 구비하는 것을 제공한다.
또한, 상기 감지 유닛은 유압 실린더의 실린더 길이를 감지하는 감지 장치를 구비할 수 있다. 이에 기초하여 길이 제어가 진동 보상을 위해 제공될 수 있으며, 여기서 적용될 토크를 변위 신호로 전환하는 것이 유리하다.
트럭-장착 콘크리트 펌프와 같은 바람직한 실시예에서, 공급 호퍼와 콘크리트 배치 붐 사이에 연결되고 바람직하게는 2-실린더 피스톤 펌프로 설계된 콘크리트 운반 펌프가 제공된다. 이 경우, 바람직하지 않은 공급 호퍼 진동의 진폭 감소가 보상 장치에 의해 달성될 수 있다.
팁핑 위험을 줄이려면 차량의 바퀴가 작업 위치에서 지면에서 들어 올려지는 것이 유리하다.
방법과 관련하여, 전술한 문제점은 작업 위치로부터의 운반 구조물의 회전 편향이 보상 장치에 의해 보상되어 해결된다. 보상 장치는 작동기에 의해 적어도 하나의 지지 레그에 작용한다.
제어 개입을 위해, 운반 구조물의 회전 편향이 보상 장치의 감지 유닛에 의해 검출되고, 이로부터 발생된 교란 변수로부터 적어도 하나의 지지 레그상의 역 토크가 회전 편향을 줄이기 위해 액추에이터에 의해 생성되면 바람직하다.
제어 품질을 향상시키기 위해, 보상 장치가 피드-포워드 제어 시스템을 갖는 제어기에 의해 형성되고, 피드-포워드 제어 시스템이 콘크리트 배치 붐의 작동으로 인한 교란 변수를 감지하고, 상기 교란 변수를 상기 컨트롤러 입력으로 유도하는 것이 바람직하다.
제어와 관련하여 기존의 지지 레그 구조를 통합하기 위해, 구동 위치와 지지 위치 사이에서 지지 레그를 수평으로 피봇시키도록 설계된 유압 실린더가 액추에이터로 사용되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예에 기초하여보다 상세하게 설명된다.
도 1은 지지 레그 및 콘크리트 배치 붐과 함께 작업 위치의 트럭 장착 콘크리트 펌프의 개략적으로 단순화된 평면도.
도 2는 작업 위치에서 요 운동을 감소시키기 위한 보상 장치의 감지 유닛의 블록도.
도 3은 보상 장치의 제어기의 블록도.
도 1에 도시된 트럭 장착 콘크리트 펌프(10)는 운전실(14) 및 하부 캐리지(16), 상부 구조 프레임 또는 운반 구조물(18)을 갖는 운송 차량(12), 슬루윙 기어(20)에 의해 수직 축에 대해 회전할 수 있는 멀티링크 콘크리트 배치 붐(22), 액체 콘크리트를 이송하기 위해 두 실린더 피스톤 펌프로 설계되고 공급 호퍼(24)와 콘크리트 배치 붐(22) 사이에 연결되는 이송 펌프(26) 및 콘크리트 작업을 위해 제공된 작업위치에서 이송 구조물(18)을 지지하기 위한 복수의 지지 레그(28, 30)을 포함한다. 콘크리트 작업 중에 운반 구조물(18)의 바람직하지 않은 회전 편향 또는 요 운동의 보상을 가능하게 하기 위해, 도 1에서 상징적으로 도시된 보상 장치(32)가 또한 제공된다.
도시된 지지 구조에서, 후방 지지 레그(28)는 운반 구조물(18)에 대향하는 구동 위치와 운반 구조물(18)로부터 돌출하는 지지 위치 사이에서 각각의 유압 실린더(34)에 의해 피벗 레그로서 수평으로 선회될 수 있는 반면 전방 지지 레그(30)는 그의 지지 위치 내로 신축될 수 있다.
유압 실린더(34)는 크라운 측면의 운반 구조물(18) 및 로드 측면의 지지 레그(28)의 수평 선회 암(36)에 연결된다. 따라서, 유압 실린더(34)는 또한 차량 수직축에 대한 바람직하지 않은 회전 편향을 차단하기 위해 보상 장치(32)의 액추에이터(42)로 사용될 수 있다.
지지 위치에서, 지지 피트(38)는 차량 휠이 지면으로부터 들어올려질 때까지 유압식으로 수직 하향 연장될 수 있다. 지지력(Fs)은 힘 센서(40)에 의해 감지될 수 있다.
장착 붐(22)이 회전될 때, 운반 구조물(18)의 요 운동이 발생하여, 공급 호퍼(24)에서 큰 편향을 초래하고 일반적으로 기계 조작자에 의해 불쾌한 느낌으로 감지된다. 탄성 지지 레그(28, 30)의 굴곡 및 비틀림은 상기 동작의 이유이다. 운반 구조물(18)의 요잉을 초래하는 토크는 유압 실린더(34)에 의한 역 토크의 목표 적용에 의해 보상될 수 있다.
이것을 가능하게 하기 위해, 붐 회전 중에 슬루윙 기어(20)에 인가된 토크 MDW를 직접 또는 간접적으로 감지하기 위한 감지 장치(44)가 슬루윙 기어(20) 상에 제공된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 모션 센서(46), 특히 수평 가속(x")를 감지하는 가속 센서가 피드 호퍼(24)에 배치된다.
슬루윙 기어(20)상의 부하 토크(MDW)를 직접 결정하기 위해, 변형을 측정하고 이로부터 토크를 추론할 필요가 있다. 다양한 측정 방법은 길이 변화로 변형을 측정할 수 있다.: 스트레인 게이지, 스트링 신장 센서, 드로 와이어 센서, 압전 요소, 유도 변위 센서, 자기 변형 또는 간섭 측정, 삼각 측량 또는 초음파. 상기 변형예의 경우, 측정 체인이 한번 보정된 후 토크가 직접 측정된다.
또한, 토크(MDW)는 간접적으로 결정될 수 있다. 이 목적을 위해, 유압은 슬루윙 유닛(20)의 모터에서 측정될 수 있고 토크(MDW)는 오일 온도, 유지 브레이크 및 다른 교란의 영향에 대한 추정에 기초하여 계산될 수 있다.
부하 토크(MDW)는 또한 전자 프로세서에 의한 제어 명령으로부터 계산될 수 있다. 밸브 위치, 붐 위치, 따라서 질량 모멘트 관성 및 변속기 기어비 및 변속 볼륨과 같은 설계 값은 일반적으로 적용된 토크를 계산할 수 있게 한다.
이송 펌프(26)의 펌핑 프로세스로부터 야기된 영향에 대하여, 반응 프로세스는 미리 보상 장치(32)에 프로그래밍될 수 있고, 적시에 시작할 수 있다. 펌핑 펄스의 시점, 펌프 속도 및 다이 버터-밸브 속도와 같은 필요한 정보는 제어 장치에 의해 특정 및/또는 모니터링되므로 활용될 수 있다. 교란 변수(펌핑 프로세스, 붐 회전)는 일반적으로 교란 변수가 발생하기 전에 이미 알려지기 때문에 사전에 부하를 계산할 수 있고 부하가 발생하기 전에 대책을 세울 수 있다.
도 2는 보상 장치(32)의 감지 유닛(48)에서 부하 교란 변수의 처리를 도시한다. 속도(x') 및 진폭(x)은 감지된 가속 값(x")으로부터 입력 변수로서 결정된다. 제로는 각 비교기(50)에서 목표 값으로서 공급된다. 그 하류에 배치된 것은 속도 및 진폭에 대해 비례 증폭을 갖는 각각의 증폭 요소(52)이다. 또한, 토크(MDW)는 마찬가지로 비례적으로 증폭된다. 이들 입력 변수는 가산 점(54)에서 링크된다. 연산 요소(56)에서, 유압 실린더(34)에 설정될 반대 방향 힘에 대한 목표 값 또는 입력 교란 변수(Fz1 및 Fz2)가 결정된다. 지지력(Fs)도 고려된다. 바람직하게는, 관련지지 풋(38)이 지면으로부터 들어 올려지면 유압 실린더(34)에 의해 힘을 가해져서는 안된다.
보상 장치(32)의 작동은 운반 구조물(18)에서 토크 평형의 설정에 기초한다. 토크의 위치에 관계없이, 이들의 합은 정적인 경우가 존재하도록 0과 같아야 한다. 즉, 동작이 발생하지 않으며 하중은 시간과 무관하다. 적용된 토크가 이러한 방식으로 운반 구조물에서 보상되면, 운반 구조물은 정지해 있다. 이 설명은 요 운동으로 이어지는 모든 토크에 적용된다.
일례로서, 붐 회전의 결과로서 운반 구조물(18)에 가해된 토크(MDW)가 조사된다. 상기 토크는 운반 구조물(18)을 회전시키기를 원한다(요 운동). 카운터-토크는 유압 실린더(34)에 의해 가해된다. 두 개의 실린더가 있기 때문에, 카운터-토크는 실린더들 사이에서 분할되고 실린더 힘(Fz1, Fz2)과 관련된 유효 레버 암(a)에 의해 배가된다. 단순화를 위해, 양 지지 레그(28)가 동일한 레버 암으로 지면에 힘을 전달한다고 가정하고, 따라서 양자는 보상을 위해 균일하게 사용될 수 있다. 다음은 평형 상태에서 적용되어야한다.
(Fz1 + Fz2)*a-MDW=0
자극 토크의 보상을 위한 힘의 유압 적용 대신에, 전기력(예를 들어, 스핀들 구동) 또는 자기력(예를 들어, 제어된 전자석)의 힘 발생이 제공되는 것도 고려할 수 있다.
도 3은 유압 실린더(34)를 제어하기 위한 보상 장치(32)의 제어 회로를 도시한다. 상기 제어 회로는 감지 유닛(48)에 의한 피드-포워드 제어를 갖는 제어기(58)를 포함한다. 각 실린더(34)가 인가되는 힘은 압력 센서(60)에 의해 그리고 피스톤 측면과 로드 측면의 영역으로부터 측정된 압력이다. 이 실제 값은 제어기(58)의 목표 값과 비교된다. 제어 편향에 따라, 방향 제어 밸브(62)가 작동되어, 펌프(64)로부터의 유압 오일이 유압 실린더(34)의 크라운 측면 및 로드 측면 내로 들여보내진다.

Claims (18)

  1. 차량(12), 차량 고정 운반 구조물(18), 슬루윙 기어(20)에 의해 회전될 수 있는 붐 특히 콘크리트 배치 붐(22), 및 작업 위치에서 운반 구조물(18)을 지지하기 위해 운반 구조물(18)에 배치된 복수의 지지 레그(28, 30)를 포함하는 구동가능한 작업 기계 특히 트럭 장착 콘크리트 펌프(10)에 있어서,
    작업 위치로부터 운반 구조물(18)의 회전 편향을 보상하도록 설계되고 회전 편향을 감지하는 감지 유닛(48)을 가지고 회전 편향을 감소하기 위해 관련 액추에이터(42)에 의해 적어도 하나의 지지 레그(28)에 작용하는 보상 장치(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 회전 편향, 특히 요 진동(yaw oscillation)을 감지하기 위한 동작 센서(46), 특히 가속 센서 또는 요 율(yaw rate) 센서를 갖는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 바람직하게는 차량(12)의 후단에 배치된 가속 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 콘크리트 배치 붐이 회전할 때, 상기 운반 구조물(18)에 인가된 토크를 직접 또는 간접적으로 감지하기 위한 감지 장치(44)를 가지는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 상기 슬루윙 기어(20)의 영역에 배치된 변형 센서, 특히 스트레인 게이지를 갖는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 차량(12)에 배치된 붐(22) 및/또는 이송 펌프(42)의 작동 파라미터로부터 제어 변수를 도출하는 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)는 지지레그(28)의 유압지지 실린더의 길이 방향으로 작용하는 지지력을 감지하는 지지력 센서(40)를 가지는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 보상 장치(32)는 피드-포워드 제어 시스템을 갖는 제어기(58)를 가지며, 상기 피드-포워드 제어 시스템은 차량에 배치된 붐(22) 및/또는 운반 펌프(26)의 작동으로부터 비롯된 교란 변수 및 감지 유닛(32)에서 발생된 교란변수를 감지하고 상기 교란 변수를 제어기 입력으로 유도하는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(42)는 상기 운반 구조물(18)과 상기 지지 레그(28) 사이에 배치된 유압 실린더(34)를 가지며, 상기 유압 실린더(34)는 지지 구조(18)에 대향하는 구동 위치와 지지 구조(18)로부터 돌출하는 지지 위치 사이에서 지지 레그(28)를 피봇 시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 상기 유압 실린더(34)에 연결된 적어도 하나의 압력 센서(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 감지 유닛(48)은 상기 유압 실린더(34)의 실린더 길이를 감지하는 감지 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  12. 제 9 항에 있어서, 액추에이터(42)는 크라운 측면 및 로드 측면에서 유압 실린더(34)에 연결된 방향 제어 밸브(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 호퍼(24)와 콘크리트 배치 붐(22) 사이에 연결되고 바람직하게는 2-실린더 피스톤 펌프로 설계된 콘크리트 운반 펌프(26)를 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 차량(12)의 휠은 작동 위치에서 지면으로부터 들어 올려지는 것을 특징으로 하는 구동가능한 작업 기계.
  15. 차량(12)에 작착된 운반 구조물(18)은 작업 위치에서 복수의 지지 레그(28,30)의해 지지되고, 붐(22)이 슬루윙 기어(20)에 의해 구조물(18)상의 수직축을 중심으로 회전되는 전항중 하나에 따른 구동가능한 작업 기계 특히 트럭 장칙 콘크리트 펌프를 작동하는 방법에 있어서,
    작업 위치로부터의 운반 구조물(18)의 편향이 보상 장치(32)에 의해 보상되고, 보상 장치(32)는 액추에이터(42)에 의해 적어도 하나의 지지 레그(28) 상에 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 운반 구조물(18)의 회전 편향은 상기 보상 장치(32)의 감지 유닛(48)에 의해 감지되고, 상기 적어도 하나의 지지 레그(28)상의 카운터 토크(28)는 회전 편향을 줄이기 위해 액추에이터(42)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 보상 장치(32)는 피드-포워드 제어 시스템을 갖는 제어기(58)에 의해 형성되고, 피드-포워드 제어 시스템은 콘크리트 배치 붐(22) 및/또는 이송 펌프(26)의 작동으로 비롯된 교란 변수 및 감지 유닛(32)으로부터 생성된 교란 변수를 감지하고, 상기 교란 변수를 제어기 입력으로 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 위치와 지지 위치 사이에서 지지 레그(28)를 수평으로 피봇하도록 설계된 유압 실린더(34)가 액추에이터(42)로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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