KR20180009874A - 건설장비의 피로도 측정장치 - Google Patents

건설장비의 피로도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설장비를 구성하는 프레임, 카울, 작업장치, 유압 실린더, 펌프, 전장품 등의 장치에 각 장치의 상태변화를 실시간 측정할 수 있는 측정수단을 선택적으로 장착하고, 해당 측정수단에 의해 측정된 상태값을 통해 각 장치의 피로도를 계산함과 함께 계산된 피로도를 클라이언트에 제공함으로써 각 장치의 피로손상수준을 용이하게 파악할 수 있도록 하는 건설장비의 피로도 측정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 건설장비의 피로도 측정장치는 건설장비의 각 부품에 장착되어 해당 부품의 상태값을 측정하는 상태값 측정수단; 특정 부품에 장착된 상태값 측정수단에 의해 측정된 상태값과 피로도 산출수식을 이용하여 해당 부품의 피로도를 산출하는 피로도 정보 산출모듈; 기준 피로도 정보를 저장함과 함께 상기 피로도 정보 산출모듈에 의해 산출된 피로도 정보(이하, '산출 피로도 정보'라 함)를 저장하는 피로도 정보 DB; 및 상기 피로도 정보 DB에 저장된 기준 피로도 정보와 산출 피로도 정보를 대비하여 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하면 해당 정보를 클라이언트에 제공하는 제어장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

건설장비의 피로도 측정장치{Apparatus for measuring fatigue of construction machinery}
본 발명은 건설장비의 피로도 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설장비를 구성하는 프레임, 카울, 작업장치, 유압 실린더, 펌프, 전장품 등의 장치에 각 장치의 상태변화를 실시간 측정할 수 있는 측정수단을 선택적으로 장착하고, 해당 측정수단에 의해 측정된 상태값을 통해 각 장치의 피로도를 계산함과 함께 계산된 피로도를 클라이언트에 제공함으로써 각 장치의 피로손상수준을 용이하게 파악할 수 있도록 하는 건설장비의 피로도 측정장치에 관한 것이다.
굴삭기, 휠로더, 백호로더 등의 건설장비는 승용차와는 달리 포장도로 외에 비포장 및 험지에서의 주행이 요구되며, 이에 따라 차량 전반에 걸쳐 극심한 진동과 충격이 발생하며, 구동 및 동력전달장치에는 매우 큰 구동토크 및 부하가 발생된다. 또한, 다양한 유압장치의 활용으로 인한 누유 발생 가능성의 상존, 고온다습 또는 극저온의 환경, 극심한 일교차 환경 등 가혹한 상황에서의 운용이 요구된다.
한편, 기계장치의 고장 또는 손상에는 다양한 원인이 있지만 일반적으로는 설계기준을 초과하는 과도한 외부 부하가 일시에 작용하여 발생하는 손상과, 과도하지는 않지만 지속적으로 인가되는 피로하중에 노출되어 발생되는 피로손상의 두 가지가 있다. 또한, 전장품의 경우에는 온도, 유입실린더의 경우에는 씰(seal) 양단의 압력차이와 습동속도에 의해 고장 또는 손상이 발생될 수 있으며, 그 외 진동 등에 의해 체결요소의 풀림, 납땜 깨짐 등의 피로고장이 발생될 수 있다.
이와 같은 건설장비는 광산, 벌목장 등에서 운용됨에 따라 고장이 발생되면 수리, 부품교체 등의 사후대처가 어려운 문제점을 안고 있다. 고장 예방을 위해 장비 판매처의 점검 또는 운전자의 자가 점검에 의존하고 있으나, 고장의 징후 또는 진행을 정확하게 판단함에 어려움이 있다.
한국공개특허 제2012-72527호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 건설장비를 구성하는 프레임, 카울, 작업장치, 유압 실린더, 펌프, 전장품 등의 장치에 각 장치의 상태변화를 실시간 측정할 수 있는 측정수단을 선택적으로 장착하고, 해당 측정수단에 의해 측정된 상태값을 통해 각 장치의 피로도를 계산함과 함께 계산된 피로도를 클라이언트에 제공함으로써 각 장치의 피로손상수준을 용이하게 파악할 수 있도록 하는 건설장비의 피로도 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설장비의 피로도 측정장치는 건설장비의 각 부품에 장착되어 해당 부품의 상태값을 측정하는 상태값 측정수단; 특정 부품에 장착된 상태값 측정수단에 의해 측정된 상태값과 피로도 산출수식을 이용하여 해당 부품의 피로도를 산출하는 피로도 정보 산출모듈; 기준 피로도 정보를 저장함과 함께 상기 피로도 정보 산출모듈에 의해 산출된 피로도 정보(이하, '산출 피로도 정보'라 함)를 저장하는 피로도 정보 DB; 및 상기 피로도 정보 DB에 저장된 기준 피로도 정보와 산출 피로도 정보를 대비하여 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하면 해당 정보를 클라이언트에 제공하는 제어장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 상태값 측정수단은 변형률센서, 압력센서, 변위센서, 온도센서, 가속도센서 중 어느 하나이며, 상기 상태값 측정수단은 변형률센서, 압력센서, 변위센서, 온도센서, 가속도센서 중 어느 하나이며, 상기 변형률센서는 건설장비의 프레임, 카울과 작업장치 등의 구조물에 장착되며, 압력센서는 유압펌프, 유압실린더, 유압모터 및 유압파이프 등의 유압장치에 장착되며, 변위센서는 유압실린더에 장착되며, 온도센서는 전장품 등에 장착되며, 가속도센서는 프레임, 카울, 전장품 또는 기계요소 등 기타 다양한 부품에 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 건설장비의 피로도 측정장치는 다음과 같은 효과가 있다.
건설장비의 주요 부품에 해당 부품의 피로도 특성에 걸맞은 측정센서를 부착시키고, 해당 부품의 피로도를 실시간 측정함으로써 해당 부품에 대한 피로도 관리를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 피로도 측정장치의 구성도.
본 발명은 건설장비를 구성하는 주요 부품의 피로도를 실시간으로 파악할 수 있는 기술을 제시한다.
건설장비를 구성하는 주요 부품으로는 강재와 판재 등으로 이루어지는 프레임, 카울, 붐(boom), 암(arm), 버켓(bucket) 등의 작업장치, 작업장치를 구동시키는 유압 실린더, 유압유를 공급하는 유압펌프, 유압 모터, 유압 파이프, 건설장비의 전자제어를 담당하는 전장품, 부품 간의 체결 부위에 구비되는 볼트, 너트 등의 체결부품 등이 있다.
프레임, 카울 및 작업장치의 경우 변형률 또는 가속도 측정을 통해 데미지(damage)를 판단하고, 유압 실린더의 경우 유압 실린더의 입출력 포트에 인가되는 압력과 유압 실린더의 변위를 통해 피로 고장을 야기할 수 있는 피로 데미지를 판단하며, 유압펌프의 경우 펌프의 입출력압력 확인을 통해 데미지를 판단하며, 전장품의 경우 온도를 통해 손상 여부를 판단할 수 있다. 또한, 유압 모터, 유압 펌프 및 유압 파이프 역시 압력 변화를 통해 데미지를 확인할 수 있으며, 체결부품을 포함한 기계요소류는 가속도 또는 변형률 측정을 통해 피로도를 판단할 수 있다.
본 발명은 상술한 건설장비의 각 부품의 일측에 해당 부품의 상태값을 측정할 수 있는 측정수단 예를 들어, 변형률 센서, 압력센서, 변위센서, 온도센서, 가속도센서를 선택적으로 장착하고, 해당 특정 센서로부터 측정된 수치를 통해 각 부품의 피로도 수준을 실시간으로 파악할 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 피로도 측정장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 피로도 측정장치는 상태값 측정수단(130), 피로도 정보 산출모듈(120), 피로도 정보 DB(140) 및 제어장치(110)를 포함하여 이루어진다.
상기 상태값 측정수단(130)은 건설장비의 특정 부품에 장착되어 해당 부품의 상태값을 측정하는 역할을 한다.
건설장비는 부품에 따라 피로고장의 유형이 다르며 이의 판단을 위해 측정해야 하는 거동 또는 상태 신호 또한 상이하다. 프레임, 카울 및 작업장치의 경우 변형률을 측정함으로써 구조물의 크랙(crack), 변형 및 용접부 파단 등의 피로고장에 연관된 피로도를 판단할 수 있고, 유압실린더는 씰(seal) 부위의 누유고장에 연관된 피로도의 판단을 위해 압력 및 길이 변화를 측정할 수 있다. 유압펌프, 유압모터 및 유압파이프 등은 사용압력을 측정함으로써 피로도를 판단할 수 있으며, 전장품 등에서는 온도 측정을 통해 피로도를 판단할 수 있으며, 구조물, 카울, 전장품 그리고 여러 기계요소로 이루어진 다양한 부품류에서는 가속도 측정을 통해 진동피로, 납땜 깨짐, 풀림 등의 고장과 연관된 피로도를 판단할 수 있다.
이에 따라, 각 부품의 피로도 특성에 대응되는 상태값 측정수단(130)이 건설장비의 각 부품에 장착되는데, 일 실시예로 프레임과 카울, 작업장치에는 변형률센서(131)가 장착되고, 유압실린더에는 압력센서(132) 및 변위센서(133)가 장착되며, 유압펌프, 유압모터와 유압파이프에는 압력센서(132)가 장착되며, 전장품에는 온도센서(134)가 장착되며, 프레임, 카울, 전장품과 그 외 기타 부품에는 가속도센서(135)가 장착될 수 있다.
상기 피로도 정보 산출모듈(120)은 상기 상태값 측정수단(130)에 의해 측정된 상태값과 피로도 산출수식을 이용하여 각 부품의 피로도 정보를 산출하는 역할을 한다. 이를 위해, 각 부품의 피로도를 산출하는 피로도 산출수식이 상기 피로도 정보 산출모듈(120) 내에 저장되며, 상기 피로도 정보 산출모듈(120)은 특정 부품에 장착된 상태값 측정수단(130)으로부터 측정된 상태값을 상기 피로도 산출수식에 입력하여 해당 부품의 피로도를 측정한다.
상태값 측정수단(130)에 의해 측정된 상태값을 피로도 산출수식에 입력함에 있어서, 변형률 센서에 의해 측정된 변형률 수치는 응력(stress)으로의 변환이 요구되고, 변위센서(133)에 의해 측정된 변위 수치는 속도값으로의 변환이 요구된다. 즉, 압력센서(132)에 의해 측정된 압력값, 온도센서(134)에 의해 측정된 온도값, 가속도센서(135)에 의해 측정된 가속도값은 피로도 산출수식에 그대로 적용되나, 변형률과 변위는 각각 응력과 속도값으로 변환되어 피로도 산출수식에 적용된다.
상기 피로도 정보 DB(140)는 각 부품의 기준 피로도 정보를 저장함과 함께 상기 피로도 정보 산출모듈(120)에 의해 산출된 각 부품의 피로도 정보(이하, '산출 피로도 정보'라 함)를 저장한다. 상기 기준 피로도 정보라 함은 과거 고장이력 등으로부터 통계적 기법 등을 활용해 사전에 도출해둔 정보로써 건설장비를 구성하는 각 부품이 피로에 의해 손상될 수 있는 수치 또는 피로 손상이 우려되는 수치를 의미하며, 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있다.
상기 제어장치(110)는 상기 피로도 정보 산출모듈(120)에 의해 산출된 각 부품의 피로도 정보 즉, 산출 피로도 정보를 상기 피로도 정보 DB(140)에 저장되어 있는 기준 피로도 정보와 대비하여 해당 부품의 피로도 상태를 확인함과 함께 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하는지 여부를 판단하여 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하면 알람 메시지를 운전자 또는 관리자 등의 클라이언트(150)에 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제어장치(110)는 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하는지 여부를 클라이언트(150)에 제공함과 함께 산출 피로도 정보와 기준 피로도 정보의 비교분석을 통해 해당 시점에서의 고장확률을 산출하고, 그 결과에 따라 점검 또는 수리 요망, 교체 요망 등의 안내 메시지 및 확률 산출값 자체를 클라이언트(150)에 제공할 수도 있다.
110 : 제어장치 120 : 피로도 정보 산출모듈
130 : 상태값 측정수단 131 : 변형률센서
132 : 압력센서 133 : 변위센서
134 : 온도센서 135 : 가속도센서
140 : 피로도 정보 DB 150 : 클라이언트

Claims (2)

  1. 건설장비의 각 부품에 장착되어 해당 부품의 상태값을 측정하는 상태값 측정수단;
    특정 부품에 장착된 상태값 측정수단에 의해 측정된 상태값과 피로도 산출수식을 이용하여 해당 부품의 피로도를 산출하는 피로도 정보 산출모듈;
    기준 피로도 정보를 저장함과 함께 상기 피로도 정보 산출모듈에 의해 산출된 피로도 정보(이하, '산출 피로도 정보'라 함)를 저장하는 피로도 정보 DB; 및
    상기 피로도 정보 DB에 저장된 기준 피로도 정보와 산출 피로도 정보를 대비하여 산출 피로도 정보가 기준 피로도 정보를 초과하면 해당 정보를 클라이언트에 제공하는 제어장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설장비의 피로도 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상태값 측정수단은 변형률센서, 압력센서, 변위센서, 온도센서, 가속도센서 중 어느 하나이며,
    상기 변형률센서는 건설장비의 프레임, 카울 및 작업장치에 장착되며, 압력센서는 유압실린더, 유압펌프, 유압모터 및 유압파이프에 장착되며, 변위센서는 유압실린더에 장착되며, 온도센서는 전장품에 장착되며, 가속도센서는 프레임, 카울, 전장품에 장착되는 것을 특징으로 하는 건설장비의 피로도 측정장치.
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