KR20190056361A - 쇼벨 - Google Patents

Abstract

쇼벨(1)은, 주행체와, 주행체에 회동 가능하게 마련되는 상부선회체와, 붐, 암, 버킷을 갖고, 상부선회체에 장착된 어태치먼트를 갖는다. 부상억제부(600)는, 주행체의 전방을 전도지점으로 하는 후방의 부상이 억제되도록, 어태치먼트의 붐실린더(7)의 동작을 보정한다.

Description

쇼벨

본 발명은, 쇼벨에 관한 것이다.

쇼벨은, 주로 주행체(크롤러, 로어라고도 함), 상부선회체, 어태치먼트를 구비한다. 상부선회체는 주행체에 대하여 회동(回動) 가능하게 장착되어 있으며, 선회모터에 의하여 위치가 제어된다. 어태치먼트는 상부선회체에 장착되어 있으며, 작업 시에 사용된다.

오퍼레이터는, 작업내용에 따라, 어태치먼트의 붐, 암, 버킷을 제어하지만, 이때, 차체(즉 주행체, 상부선회체)는 어태치먼트로부터의 반력을 받는다. 반력이 가해지는 방향과, 차체의 자세, 지면의 상황에 따라, 쇼벨의 본체가 부상해 버리는 경우가 있다.

특허문헌 1에는, 붐실린더의 수축측(로드측)의 압력을 억제함으로써, 차체의 부상을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2014-122510호

본 발명자는 쇼벨에 대하여 검토한바, 이하의 과제를 인식하기에 이르렀다. 쇼벨의 작업상태에 따라서는, 차체의 전방을 지점(支點)으로 하여, 차체의 후방이 부상하여, 작업효율을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 어태치먼트의 동작에 기인하는 차체의 후방의 부상억제기구를 구비한 쇼벨을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태는 쇼벨에 관한 것이다. 쇼벨은, 주행체와, 주행체에 회동 가능하게 마련되는 상부선회체와, 붐, 암, 버킷을 갖고, 상부선회체에 장착된 어태치먼트와, 주행체의 전방을 전도(顚倒)지점으로 하는 후방의 부상이 억제되도록, 어태치먼트의 붐실린더의 동작을 보정하는 부상억제부를 구비한다.

붐실린더의 동작을 보정함으로써, 어태치먼트가 차체에 미치는 반력을 억제할 수 있고, 그 결과, 후방부상을 억제할 수 있다.

부상억제부는, 붐실린더가 상부선회체에 미치는 힘에 근거하여, 붐실린더의 동작을 보정해도 된다.

부상억제부는, 붐실린더의 로드압 및 보텀압에 근거하여, 붐실린더의 동작을 보정해도 된다.

부상억제부는, 붐실린더의 로드압을 제어해도 된다.

예를 들면 붐실린더의 로드측에 릴리프밸브를 마련하여, 로드압이 너무 높아지는 것을 억제함으로써, 후방부상을 억제할 수 있다. 혹은 붐실린더의 컨트롤밸브에 대한 파일럿라인에 전자(電磁)제어밸브를 마련하여, 파일럿압을 조절함으로써, 로드압이 너무 높아지는 것을 억제해도 된다.

쇼벨의 차체무게중심과 주행체의 전도지점의 사이의 거리를 D₂, 붐실린더의 연장선과 전도지점의 사이의 거리를 D₄, 붐실린더가 상부선회체에 미치는 힘을 F₁, 차체중량을 M, 중력가속도를 g라고 할 때, 부상억제부는, D₄F₁＜D₂Mg가 성립되도록, 붐실린더의 동작을 보정해도 된다.

D₂/D₄×Mg를 힘(F₁)의 허용최댓값 F_MAX로 하고,

F₁＜D₂/D₄×Mg

가 성립되도록 F₁을 제어함으로써, 후방부상을 억제해도 된다.

여기에서 F₁은, 붐실린더의 로드압(P_R)과 보텀압(P_B)에 근거하여 계산해도 된다.

전도지점의 위치를, 상부선회체의 방향에 따라 변화시켜도 된다.

거리 D₄ 및 D₂ 또는 그들의 비를, 주행체가 부상한 타이밍에 있어서의 힘(F₁)에 근거하여 취득해도 된다.

상부선회체의 방향에 관계없이, 전도지점의 위치를 일정하게 해도 된다.

또한, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 쇼벨의 주행체의 후방의 부상을 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 건설기계의 일례인 쇼벨의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 쇼벨의 작업 중에 발생하는 후방부상의 일례를 설명하는 도이다.
도 3은 쇼벨의 전기계통 및 유압계통의 블록도이다.
도 4는 후방부상에 관련된 쇼벨의 역학적인 모델을 나타내는 도이다.
도 5는 제1 구성예에 관한 쇼벨의 부상억제부 및 그 주변의 블록도이다.
도 6은 제2 구성예에 관한 부상억제부를 나타내는 블록도이다.
도 7은 제3 구성예에 관한 쇼벨의 부상억제부 및 그 주변의 블록도이다.
도 8은 실시형태에 관한 후방부상보정의 플로차트이다.
도 9에 있어서 도 9의(a)~(c)는, 선회체의 선회각도(θ)와, 전도지점의 관계를 나타내는 도이다.
도 10은 쇼벨의 운전실에 마련된 디스플레이 및 조작부 일례를 나타내는 도이다.
도 11에 있어서 도 11의 (a), 도 11의 (b)는, 부상억제기능을 무효화해야 할 상황을 설명하는 도이다.
도 12에 있어서 도 12의 (a), 도 12의 (b)는, 후방부상의 다른 예를 설명하는 도이다.
도 13은 전방부상에 관련된 쇼벨의 역학적인 모델을 나타내는 도이다.

이하, 본 발명을 적합한 실시형태를 근거로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또, 실시형태는, 발명을 한정하는 것이 아닌 예시이며, 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정되지 않는다.

본 명세서에 있어서, "부재 A가, 부재 B와 접속된 상태"란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 외에, 부재 A와 부재 B가, 그들의 전기적인 접속상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 혹은 그들의 결합에 의하여 나타나는 기능이나 효과를 저해시키지 않는, 그 외의 부재를 통하여 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.

도 1은, 실시형태에 관한 건설기계의 일례인 쇼벨(1)의 외관을 나타내는 사시도이다. 쇼벨(1)은, 주로 주행체(로어, 크롤러라고도 함)(2)와, 주행체(2)의 상부에 선회장치(3)를 통하여 회동 가능하게 탑재된 상부선회체(4)를 구비하고 있다.

상부선회체(4)에는, 어태치먼트(12)가 장착된다. 어태치먼트(12)는, 붐(5)과, 붐(5)의 선단에 링크접속된 암(6)과, 암(6)의 선단에 링크접속된 버킷(10)이 장착되어 있다. 버킷(10)은, 토사, 강재 등의 적하(吊荷)를 포획하기 위한 수단이다. 붐(5), 암(6) 및 버킷(10)은, 각각 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)에 의하여 유압구동된다. 또, 상부선회체(4)에는, 버킷(10)의 위치나 여자(勵磁)동작 및 석방동작을 조작하는 오퍼레이터(운전자)를 수용하기 위한 운전실(4a)이나, 유압을 발생시키기 위한 엔진(11)과 같은 동력원이 마련되어 있다.

계속해서, 쇼벨(1)의 후방부상 및 그 억제에 대하여 상세하게 설명한다.

쇼벨(1)에 의한 부상의 억제는, 지탱하고 있는 어태치먼트를 완만하게 하여, 어태치먼트의 반동·힘이 차체에 전달되지 않도록 하는 것이라고 이해할 수 있다.

도 2는, 쇼벨의 작업 중에 발생하는 후방부상의 일례를 설명하는 도이다. 쇼벨(1)은, 지면(50)의 굴삭작업을 행하고 있고, 버킷(10)이 사면(斜面)(51)을 굴삭하도록 힘(F₂)이 발생하고 있으며, 또 붐(5)이 버킷(10)을 사면(51)에 누르도록 힘(F₃)이 발생하고 있다. 이때 붐실린더(7)는, 쇼벨(1)의 차체(주행체(2), 선회장치(3), 선회체(4))에 반력(F₁)을 미친다. 반력(F₁)이 차체를 기울이고자 하는 힘(토크)이, 중량에 근거하는 차체를 지면에 누르려고 하는 힘(토크)을 상회하면, 차체의 후방이 부상하게 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 버킷(10)이 지면이나 대상물에 접촉하여, 걸리거나, 혹은 박혀있는 경우, 붐(5)에 힘이 작용해도, 붐(5)은 움직이지 않으며, 따라서 붐실린더(7)의 로드는 변위하지 않는다. 로드측 유실(油室)의 압력이 커지면 붐실린더(7) 자체를 들어올리는 힘(F₁)이 커져, 차체를 전방으로 기울이고자 하는 힘(토크)(F₃)이 커진다.

이와 같은 경우는, 버킷(10)이 차체(주행체(2))보다 하방에 위치하는 깊은 굴삭이나, 도 2에 나타내는 바와 같이 전방사면의 정지(整地)작업에서 일어날 수 있다. 또, 붐 자체를 조작한 경우에 한정하지 않고, 암이나 버킷을 조작한 경우에도 발생할 수 있다.

계속해서, 후방의 부상을 억제 가능한 쇼벨(1)의 구체적인 구성을 설명한다. 도 3은, 쇼벨(1)의 전기계통 및 유압계통의 블록도이다. 다만, 도 3에서는, 기계적으로 동력을 전달하는 계통을 이중선으로, 유압계통을 굵은 실선으로, 조종계통을 파선(破線)으로, 전기계통을 가는 실선으로 각각 나타내고 있다. 다만 여기에서는 유압쇼벨에 대하여 설명하지만, 선회에 전동기를 이용하는 하이브리드쇼벨에도 본 발명은 적용 가능하다.

엔진(11)은, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)에 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다. 다만, 유압액추에이터에 유압을 공급하는 유압회로는 2계통 마련되는 경우가 있으며, 그 경우에는 메인펌프(14)는 2개의 유압펌프를 포함한다. 본 명세서에서는 이해의 용이화를 위하여, 메인펌프가 1계통인 경우를 설명한다.

컨트롤밸브(17)는, 쇼벨(1)에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 장치이다. 컨트롤밸브(17)에는, 도 1에 나타낸 주행체(2)를 구동하기 위한 주행유압모터(2A 및 2B) 외에, 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)가 고압유압라인을 통하여 접속되어 있으며, 컨트롤밸브(17)는, 이들에 공급하는 유압(제어압)을 오퍼레이터의 조작입력에 따라 제어한다.

또, 선회장치(3)를 구동하기 위한 선회유압모터(21)가 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 선회유압모터(21)는, 선회컨트롤러의 유압회로를 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속되지만, 도 3에는 선회컨트롤러의 유압회로는 나타나지 않고, 간략화되어 있다.

파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)(조작수단)가 접속되어 있다. 조작장치(26)는, 주행체(2), 선회장치(3), 붐(5), 암(6) 및 버킷(10)을 조작하기 위한 조작수단이며, 오퍼레이터에 의하여 조작된다. 조작장치(26)에는, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되고, 또 유압라인(28)을 통하여 압력센서(29)가 접속된다.

예를 들면 조작장치(26)는, 유압파일럿식의 조작레버(26A~26D)를 포함한다. 조작레버(26A~26D)는 각각, 붐축, 암축, 버킷축 및 선회축에 대응하는 조작레버이다. 실제로는, 조작레버는 2개 마련되며, 일방의 조작레버의 세로방향, 가로방향에 2축이, 나머지 조작레버의 세로방향, 가로방향에 나머지 2축이 할당된다. 또 조작장치(26)는, 주행축을 제어하기 위한 페달(도시하지 않음)을 포함한다.

조작장치(26)는, 파일럿라인(25)을 통하여 공급되는 유압(1차측의 유압)을 오퍼레이터의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환하여 출력한다. 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압(제어압)은, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 공급됨과 함께, 압력센서(29)에 의하여 검출된다. 즉 압력센서(29)의 검출값은, 조작레버(26A~26D) 각각에 대한 오퍼레이터의 조작입력(θ_CNT)을 나타낸다. 다만 도 3에 있어서 유압라인(27)은 1개로 그려져 있지만, 실제로는 좌측주행유압모터, 우측주행유압모터, 선회 각각의 제어지령값의 유압라인이 존재한다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되며, CPU가 메모리에 로드된 구동제어용 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

또한 쇼벨(1)은, 부상억제부(600)를 구비한다. 부상억제부(600)는, 어태치먼트(12)의 연장방향의 후방으로의 주행체(2)의 후방부상이 억제되도록, 어태치먼트(12)의 붐실린더(7)의 동작을 보정한다. 부상억제부(600)의 주요부는, 컨트롤러(30)의 일부로서 구성할 수 있다.

도 4는, 후방부상에 관련된 쇼벨의 역학적인 모델을 나타내는 도이다.

D₂는, 쇼벨의 차체무게중심(P₃)과, 주행체(2)의 전방의 전도지점(P₁)의 사이의 거리를 나타낸다. 전도지점(P₁)은, 주행체(2)의 유효접지영역(52) 중, 어태치먼트(12)가 뻗는 방향(선회체(4)의 방향)에 있어서의 최선단으로 간주할 수 있다.

또 D₄는, 붐실린더(7)의 연장선(l₂)과, 전도지점(P₁)의 사이의 거리를 나타낸다. F₁은 붐실린더(7)가 상부선회체(4)에 미치는 힘이며, M은 차체중량, g는 중력가속도이다. 이때, 전도지점(P₁) 주위에 차체를 전방으로 기울이고자 하는 토크(τ₁)는, 식 (1)로 나타내어진다.

τ₁=D₄×F₁ …(1)

한편, 중력이 전도지점(P₁) 주위에 차체를 지면에 누르려고 하는 토크(τ₂)는, 식 (2)로 나타내어진다.

τ₂=D₂Mg …(2)

차체의 후방이 부상하지 않고 안정되는 조건은,

τ₁＜τ₂ …(3)

이며, 식 (1), 식 (2)를 대입하면, 안정조건으로서 부등식 (4)를 얻는다.

D₄F₁＜D₂Mg …(4)

가 된다. 즉 부상억제부(600)는, 부등식 (4)가 성립되도록, 붐실린더(7)의 동작을 보정하면 된다.

(제1 구성예)

도 5는, 제1 구성예에 관한 쇼벨(1)의 부상억제부(600) 및 그 주변의 블록도이다. 압력센서(510, 512)는 각각, 붐실린더(7)의 로드측 유실의 압력(로드압)(P_R), 보텀측 유실의 압력(보텀압)(P_B)을 측정한다. 측정된 압력(P_R, P_B)은, 부상억제부(600)(컨트롤러(30))에 입력된다.

부상억제부(600)는, 힘추정부(602), 거리산출부(604), 압력조절부(606)를 포함한다.

힘(F₁)은 압력(P_R, P_B)의 함수 f(P_R, P_B)로 나타내어진다.

F₁=f(P_R, P_B) …(5)

힘추정부(602)는, 로드압(P_R) 및 보텀압(P_B)에 근거하여, 붐실린더(7)가 선회체(4)에 미치는 힘(F₁)을 계산한다.

일례로서, 로드측의 수압(受壓)면적을 A_R, 보텀측의 수압면적을 A_B라고 할 때,

F₁=A_R·P_R-A_B·P_B

로 나타낼 수 있다. 힘추정부(602)는 이 식에 근거하여 힘(F₁)을 계산 혹은 추정해도 된다.

또 거리산출부(604)는, 거리(D₂ 및 D₄)를 각각 취득하거나, 혹은 그들의 비 D₂/D₄를 취득한다. 어태치먼트(12)를 포함하지 않는 차체무게중심(P₃)의 위치는, 선회체(4)의 선회각도(θ)에 관계없이 일정하지만, 전도지점(P₁)의 위치는, 선회각도(θ)에 의하여 변화한다. 따라서 실제로는, 거리(D₂)는, 선회체(4)의 선회(θ)에 따라 변화할 수 있지만, 가장 간단하게는 거리(D₂)를 상수로서 취급해도 된다.

거리(D₄)는, 전도지점(P₁)의 위치와, 붐실린더(7)의 각도(예를 들면 붐실린더(7)와 연직축(54)이 이루는 각도(η₁))에 근거하여 기하학적으로 계산할 수 있다. 각도(η₁)는, 붐실린더(7)의 신축길이와 쇼벨(1)의 치수 및 쇼벨(1)의 차체의 기울기 등으로부터 기하학적으로 계산할 수 있다. 혹은 각도(η₁)를 측정하는 센서를 마련하여, 센서의 출력을 이용해도 된다.

압력조절부(606)는, 힘(F₁), 거리(D₂, D₄)에 근거하여, 부등식 (4)가 성립되도록, 붐실린더(7)의 압력을 제어한다. 이 구성예에서는, 압력조절부(606)는, 부등식 (4)가 성립되도록 붐실린더(7)의 로드압(R_R)을 조절한다.

전자비례릴리프밸브(520)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실과 탱크의 사이에 마련된다. 압력조절부(606)는, 부등식 (4)가 성립되도록, 전자비례릴리프밸브(520)를 제어하여, 붐실린더(7)의 실린더압을 릴리프한다. 이로써 로드압(P_R)이 저하되고, 따라서 F₁이 작아져, 후방의 부상을 억제할 수 있다.

다만 붐실린더(7)를 제어하는 컨트롤밸브(17)의 스풀상태, 바꾸어 말하면 메인펌프(14)로부터 붐실린더(7)에 공급되는 압유의 방향은 특별히 한정되지 않으며, 어태치먼트(12)의 상태(작업내용)에 따라서는, 도 5와 같은 순방향이 아닌, 역방향이거나, 차폐상태여도 된다.

(제2 구성예)

도 6은, 제2 구성예에 관한 부상억제부(600)를 나타내는 블록도이다. 부등식 (4)를 변형하면, 이하의 관계식 (6)을 얻는다.

F₁＜D₂/D₄×Mg …(6)

즉, D₂/D₄×Mg는, 힘(F₁)의 허용최댓값 F_MAX이다.

또 로드압(P_R)은, 힘(F₁) 및 보텀압(R_B)의 함수 g(F₁, R_B)로서 나타낼 수도 있다.

P_R=g(F₁, R_B) …(7)

따라서, 로드압(P_R)이 취할 수 있는 최댓값(최대압력) P_RMAX를 계산할 수 있다.

P_RMAX=g(F_MAX, R_B) …(8)

최대압력산출부(608)는, 식 (8)에 근거하여, 로드압(P_R)에 허용되는 최대압력 P_RMAX를 산출한다. 압력조절부(606)는, 압력센서(510)가 검출하는 로드압(P_R)이, 최대압력 P_RMAX를 초과하지 않도록, 전자비례릴리프밸브(520)를 제어한다.

당업자에 의하면, 도 5나 도 6 외에도, 부등식 (4)를 충족시키도록 로드압(P_R)을 제어할 수 있는 것이 이해된다.

(제3 구성예)

도 7은, 제3 구성예에 관한 쇼벨(1)의 부상억제부(600) 및 그 주변의 블록도이다. 도 7의 쇼벨(1)은, 도 5의 쇼벨(1)의 전자비례릴리프밸브(520) 대신에, 전자비례제어밸브(530)를 구비한다. 전자비례제어밸브(530)는, 조작레버(26A)로부터 컨트롤밸브(17)로의 파일럿라인(27A)에 마련되어 있다. 부상억제부(600)는, 부등식 (4)를 충족시키도록 전자비례제어밸브(530)로의 제어신호를 변화시키고, 컨트롤밸브(17)로의 압력을 변화시키며, 이로써 붐실린더(7)의 보텀실측의 압력 및 로드측 유실의 압력을 변화시킨다.

다만 도 7의 부상억제부(600)의 구성이나 제어방식은 한정되지 않으며, 도 5 혹은 도 6 그 외의 구성, 방식을 채용할 수 있다.

이상이 쇼벨(1)의 구성이다. 이어서 그 동작을 설명한다.

도 8은, 실시형태에 관한 후방부상보정의 플로차트이다. 먼저 쇼벨이 주행 중인지의 여부가 판정된다(S100). 그리고 주행 중인 경우(S100의 Y), 다시 S100의 판정으로 되돌아간다. 쇼벨이 주행정지 중인 경우(S100의 N), 어태치먼트가 동작 중인지의 여부가 판정된다(S102). 비동작 중이면(S102의 N), 스텝 S100으로 되돌아간다. 어태치먼트(12)의 동작이 검출되면(S102의 Y), 부상억제처리가 유효해진다.

부상억제처리에서는, 붐실린더의 보텀압 및 로드압, 나아가서는 붐이 차체에 미치는 힘(F₁)이 감시된다. 그리고 부상이 발생하지 않도록, 보다 자세하게는 부등식 (4)를 충족시키도록 붐실린더(7)의 압력이 조정된다.

이상이 쇼벨(1)의 동작이다. 실시형태에 관한 쇼벨(1)에 의하면, 쇼벨의 부상이 발생하기 전에, 미연에 부상을 억제할 수 있다.

계속해서, 거리(D₂ 및 D₄)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 9의 (a)~(c)는, 선회체(4)의 선회각도(θ)와, 전도지점(P₁)의 관계를 나타내는 도이다. l₁은, 어태치먼트가 뻗는 방향(선회체(4)의 방향)과 직교하고 있으며, 또한 유효접지영역(52) 중 어태치먼트(12)가 뻗는 방향에 있어서의 최선단을 통과하는 선을 나타내고 있다. 전도지점(P₁)은, 이 선(l₁) 상에 위치한다. 도 9의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 거리(D₂)는, 선회체(4)의 각도(θ)에 따라 변화하기 때문에, 부상억제부(600)는, 거리(D₂)를 기하학적으로 계산해도 된다. 혹은 각도(θ)와 거리(D₂)의 관계를 룩업테이블에 저장해 두고, 그것을 참조하여 거리(D₂)를 취득해도 된다. 각도(θ)의 검출방법은 특별히 한정되지 않는다.

도 9의 (a)~(c)에는 나타나지 않지만, 전도지점(P₁)과 붐실린더(7)의 연장선(l₂)의 거리(D₄)는, 선회체(4)의 선회각(θ)과 붐실린더(7)의 각도(η)에 근거하여 취득할 수 있다.

계속해서, 거리(D₂, D₄)의 취득에 관한 다른 방법을 설명한다. 도 5로 되돌아간다. 쇼벨(1)은 가속도센서, 속도센서, 자이로센서 등의 센서(540)를 구비해도 된다. 센서(540)는 쇼벨의 차체의 피치축 둘레의 회전을 검출한다.

부상억제부(600)는, 센서(540)의 출력에 근거하여, 주행체(2)(차체)가 부상한 순간을 검출한다. 부상의 타이밍(의 직전)에 있어서, 식 (9)가 성립된다.

D₄F_{1_INIT}=D₂Mg …(9)

F_{1_INIT}는, 부상의 타이밍에 있어서의 힘(F₁)이다. 부상억제부(600)는, 힘 F_{1_INIT}를 취득하여, 거리(D₄, D₂)의 관계식 (9)를 결정한다.

이 관계식을 취득한 이후는, 부상억제부(600)는, 부등식 (4) 혹은 부등식 (6)이 성립되도록, 힘(F₁)을 보정할 수 있다. 예를 들면

D₂/D₄=F_{1_INIT}/Mg

를 계산하여, 부등식 (6)에 근거하여 힘(F₁)을 제어해도 된다.

혹은, 관계식 (9)를 이용하여, 전도지점(P₁)의 위치를 계산하고, 계산된 전도지점(P₁)을 이용하여, 거리(D₂, D₄) 각각을 연산해도 된다. 이와 같이, 부상의 순간을 검출함으로써, 선회체(4)의 각도(θ)를 검출하지 않아도, 거리(D₂, D₄)를 취득할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다. 이하, 이러한 변형예를 설명한다.

(변형예 1)

어태치먼트(12)의 동작의 보정을 고속으로 행함으로써, 오퍼레이터가 보정을 의식하지 않고 부상을 억제하는 것은 이론적으로 가능하다. 그러나 응답지연이 길어지면, 오퍼레이터가, 자기 자신의 조작과, 어태치먼트(12)의 동작에 괴리를 느낄 가능성도 있다. 따라서 쇼벨(1)은, 어태치먼트(12)의 동작의 보정과 병행하여, 오퍼레이터에게 부상이 발생하고 있는 것을 알림, 경보해도 된다. 이 알림, 경보는, 음성메시지나 경고음 등의 청각적 수단을 이용해도 되고, 디스플레이나 경고등 등의 시각적 수단을 이용해도 되며, 진동 등의 촉각적(물리적) 수단을 이용해도 된다.

이로써, 오퍼레이터는, 조작과 동작의 괴리가, 어태치먼트(12)의 동작의 자동보정에 의한 것임을 인지할 수 있다. 또 오퍼레이터는, 이 알림이 연속적으로 발생하는 경우에는, 자신의 조작이 부적절한 것임을 인식하는 것이 가능하며, 조작이 지원된다.

(변형예 2)

오퍼레이터가 의도적으로, 차체의 부상을 이용하고자 하는 경우도 있다. 따라서 부상억제기능을, 오퍼레이터가 온, 오프할 수 있도록 하면 된다. 도 10은, 쇼벨의 운전실에 마련된 디스플레이(700) 및 조작부(710) 일례를 나타내는 도이다. 예를 들면 디스플레이(700)에는, 부상억제기능의 온·오프(유효·무효)를 오퍼레이터에게 묻는 다이얼로그(702)나 아이콘이 표시된다. 오퍼레이터는 조작부(710)를 이용하여, 부상보정기능을 유효로 할지, 무효로 할지를 선택한다. 조작부(710)는 터치패널이어도 되며, 오퍼레이터는, 디스플레이 상의 적절한 개소를 터치함으로써, 유효·무효를 지정해도 된다.

도 11의 (a), 도 11의 (b)는, 부상억제기능을 무효화해야 할 상황을 설명하는 도이다. 도 11의 (a)는, 주행체(2)가 구덩이에 빠지게 되어, 그곳으로부터 탈출하고자 하는 경우이다. 주행체(2)에 의한 추진력을 양호하게 얻지 못하는 경우에는, 어태치먼트(12)를 조작하여, 적극적으로 주행체(2)를 부상시키거나 미끄러뜨림으로써, 구덩이로부터 탈출할 수 있다.

도 11의 (b)는, 주행체(2)의 크롤러(캐터필러)의 진흙제거를 행하고자 하는 경우이다. 어태치먼트(12)를 이용하여, 편측의 크롤러를 부상시켜 공전(公轉)시킴으로써, 크롤러의 진흙을 제거할 수 있다. 이 경우에도, 부상억제기능은 무효화해야 한다.

(변형예 3)

도 2를 참조하여, 붐의 조작에 기인하는 부상에 대하여 설명했지만, 본 발명의 적용은 그것에 한정되지 않는다. 도 12의 (a), 도 12의 (b)는, 후방부상의 다른 예를 설명하는 도이다. 도 12의 (a)는, 버킷(10)의 조작에 의하여, 버킷에 토사를 긁어 넣고자 했을 때에, 단단한 돌(800)과 접촉한 상태를 나타낸다. 이 경우, 전방을 지점으로 하여 후방이 부상하려고 한다.

도 12의 (b)는, 법면의 마무리작업을 나타낸다. 이 작업에서는, 법면을 따라 버킷(10)을 이동시키는 동작이 행해지고, 붐과 암이 동시에 조작된다. 이때에, 버킷(10)이, 법면의 매몰된 돌(800)과 충돌하면, 전방을 지점으로 하여 후방이 부상하려고 한다. 도 12의 (a), 도 12의 (b)와 같은 상황에 있어서도, 상술한 부상억제기능은 유효하게 작동한다.

(변형예 4)

후방지점의 전방부상을 설명한다. 차체의 자세, 지면의 상황에 따라서는, 쇼벨은, 후방을 지점으로 하여 전방이 부상해 버리는 경우가 있다.

도 13은, 전방부상에 관련된 쇼벨의 역학적인 모델을 나타내는 도이다. D₂는, 쇼벨의 차체무게중심(P₃)과, 주행체(2)의 후방의 전도지점(P₁)의 사이의 거리를 나타낸다. 전도지점(P₁)은, 주행체(2)의 유효접지영역(52) 중, 어태치먼트(12)가 뻗는 방향(선회체(4)의 방향)에 있어서의 최후단으로 간주할 수 있다.

또 D₄는, 붐실린더(7)의 연장선(l₂)과, 전도지점(P₁)의 사이의 거리를 나타낸다. F₁은 붐실린더(7)가 상부선회체(4)에 미치는 힘이며, M은 차체중량, g는 중력가속도이다. 이때, 전도지점(P₁)을 중심으로 하여 반시계방향으로 차체를 기울이고자 하는 토크(τ₁)(즉 부상시키고자 하는 토크)는, 식 (10)으로 나타내어진다.

τ₁=D₄×F₁ …(10)

한편, 중력이 전도지점(P₁)을 중심으로 하여 시계방향으로 차체를 기울이고자 하는 토크(τ₂)(즉 지면에 누르려고 하는 토크)는, 식 (11)로 나타내어진다.

τ₂=D₂Mg …(11)

차체의 전방이 부상하지 않고 안정되는 조건은,

τ₁＜τ₂ …(12)

이며, 식 (10), 식 (11)을 대입하면, 안정조건으로서 부등식 (13)을 얻는다.

D₄F₁＜D₂Mg …(13)

이 된다. 즉 부상억제부(600)는, 부등식 (13)이 성립되도록, 붐실린더(7)의 동작을 보정하면 된다.

실시형태에서는, 붐실린더(7)의 압력을 제어함으로써, 부상을 억제했지만, 그것에 더하여, 암실린더나 버킷실린더의 압력을 제어해도 된다.

실시형태에 근거하여, 구체적인 어구를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 실시형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않으며, 실시형태에는, 청구범위에 규정된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에 있어서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다.

1…쇼벨
2…주행체
2A, 2B…주행유압모터
3…선회장치
4…선회체
4a…운전실
5…붐
6…암
7…붐실린더
8…암실린더
9…버킷실린더
10…버킷
11…엔진
12…어태치먼트
14…메인펌프
15…파일럿펌프
17…컨트롤밸브
21…선회유압모터
26…조작장치
27…파일럿라인
30…컨트롤러
600…부상억제부
602…힘추정부
604…거리산출부
606…압력조절부
510, 512…압력센서
520…전자비례릴리프밸브
530…전자비례제어밸브
산업상 이용가능성
본 발명은 산업기계에 이용할 수 있다.

Claims (10)

1. 주행체와,
   상기 주행체에 회동 가능하게 마련되는 상부선회체와,
   붐, 암, 버킷을 갖고, 상기 상부선회체에 장착된 어태치먼트와,
   주행체의 전방을 전도지점으로 하는 후방의 부상이 억제되도록, 상기 어태치먼트의 붐실린더의 동작을 보정하는 부상억제부를 구비하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부상억제부는, 상기 붐실린더가 상기 상부선회체에 미치는 힘에 근거하여, 상기 붐실린더의 동작을 보정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
3. 제1항에 있어서,
   상기 부상억제부는, 상기 붐실린더의 로드압 및 보텀압에 근거하여, 상기 붐실린더의 동작을 보정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부상억제부는, 상기 붐실린더의 로드압을 제어하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쇼벨의 차체무게중심과 상기 주행체의 전도지점의 사이의 거리를 D₂, 상기 붐실린더와 상기 상부선회체와의 연결점과 상기 전도지점의 사이의 거리를 D₄, 상기 붐실린더가 상기 상부선회체에 미치는 힘을 F₁, 차체중량을 M, 중력가속도를 g라고 할 때, 상기 부상억제부는,
   D₄F₁＜D₂Mg
   가 성립되도록, 상기 붐실린더의 동작을 보정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도지점의 위치를, 상기 상부선회체의 방향에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   거리 D₄ 및 D₂ 또는 그들의 비를, 상기 주행체가 부상한 타이밍에 있어서의 상기 힘 F_{1_INIT}에 근거하여 취득하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부상억제부의 기능은, 오퍼레이터의 입력에 근거하여 무효화 가능한 것을 특징으로 하는 쇼벨.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   오퍼레이터에게 부상이 발생하고 있는 것을 알림, 경보하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부상억제부는 또한, 상기 주행체의 후방을 전도지점으로 하는 전방의 부상이 억제되도록, 상기 어태치먼트의 붐실린더의 동작을 보정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.

Images