KR20210001268A

KR20210001268A - 건설 기계

Info

Publication number: KR20210001268A
Application number: KR1020190077113A
Authority: KR
Inventors: 강희진; 김기용; 송민규; 서민호
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-01-06
Also published as: CN112144591A

Abstract

본 발명은 붐을 포함하는 건설 기계에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계는 상기 붐을 승강시키는 붐 실린더와, 상기 붐을 상승시키기 위해 상기 붐 실린더로 작동유를 공급하거나 상기 붐을 하강시키기 위해 상기 붐 실린더의 작동유를 배출시키는 메인 유로와, 상기 붐을 하강시키기 위한 하강 신호를 생성하는 조작 장치와, 상기 붐 실린더와 상기 메인 유로에 각각 연결되며 상기 조작 장치로부터 상기 하강 신호를 전달받으면 상기 붐 실린더의 작동유가 배출되도록 개방되는 붐 락 밸브와, 상기 메인 유로의 압력을 측정하는 압력 센서와, 동작되면 상기 조작 장치가 상기 붐 락 밸브에 전달하는 하강 신호를 차단시키는 하강 제어 밸브, 그리고 상기 압력 센서가 제공한 정보에 따라 상기 하강 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 건설 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 붐을 안전하게 하강시킬 수 있는 건설 기계에 관한 것이다.

건설 기계는 크게 토목 공사나 건축 공사에 사용되는 모든 기계를 말한다. 일반적으로 건설 기계는 엔진과 엔진의 동력으로 동작하는 유압 펌프를 가지며, 엔진과 유압 펌프를 통해 발생한 동력으로 주행을 하거나 작업 장치를 구동한다.

예를 들어, 건설 기계의 한 종류인 굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭 작업, 토사를 운반하는 적재 작업, 건물을 해체하는 파쇄 작업, 지면을 정리하는 정지 작업 등의 작업을 행하는 건설 기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체와, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 그리고 작업 장치로 구성되어 있다.

또한, 굴삭기는 주행에 이용되는 주행 모터와, 상부 선회체 스윙(swing)에 사용되는 스윙 모터, 그리고 작업 장치에 이용되는 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더, 및 옵션 실린더 등의 구동 장치들을 포함한다. 그리고 이러한 구동 장치들은 엔진 또는 전기 모터에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.

그런데, 붐, 암, 및 각종 어태치먼트는 매우 무거운 중량을 갖고 있으므로, 붐의 원하지 않는 하강은 안전 사고를 유발할 수 있다. 따라서, 붐은 조이스틱의 붐 하강 신호에 의해서만 하강하도록 제어되고 있다. 이를 위해서, 붐과 메인 컨트롤 밸브 사이에는 통상적으로 락 밸브가 배치된다. 조이스틱의 붐 하강 신호가 수신되지 않으면, 락 밸브는 붐 실린더에서 작동유가 배출되는 것을 차단하여 붐의 하강을 방지한다. 즉, 락 밸브는 오직 조이스틱의 붐 하강 신호를 수신한 경우에만 붐의 하강을 허용한다.

그러나, 조이스틱의 붐 하강 신호가 수신되는 상태에서는 락 밸브가 개방되어 있으므로, 붐 실린더 또는 붐 실린더에 작동유를 공급하거나 배출시키는 메인 유로가 손상되면 붐은 작업자의 의도와 상관없이 중력에 의해 낙하여 매우 빠르게 하강하게 된다. 이러한 붐의 빠른 하강은 대형 안전 사고를 유발할 수 있다.

이러한 안전 사고로부터 안전을 확보하기 위해 유럽과 북미를 시작으로 해당 지역에 판매되는 건설 기계는 아래와 같은 요건을 만족시키도록 규제하고 있다.

먼저, 락 밸브와 붐 실린더 사이의 메인 유로가 파손되어 작동유의 누설 및 붐의 낙하를 방지하기 위하여 락 밸브를 붐 실린더에 장착하도록 락 밸브의 장착 위치를 규제하고 있다.

다음, 락 밸브의 성능에 대해 아래의 조건을 만족하도록 규제하고 있다.

첫번째, 중립 상태에서 메인 유로 파손 시 10초 동안 100mm 이상 낙하해서는 안된다.

두번째, 상승 동작 중 메인 유로 파손 시 10초 동안 100mm 이상 낙하해서는 안된다.

세번째, 하강 동작 중 메인 유로 파손 시 파손 전 2초간의 평균 속도보다 2배 이상의 속도로 하강해서는 안된다.

전술한 요구 조건 중에서 특히 세번째 요구 조건을 만족시키기 위해, 종래에는 붐의 하강 시 붐 실린더로부터 작동유를 배출시키는 하강 유로를 개폐하는 락 밸브의 메인 스풀의 최대 개방 유로 면적을 작게 설계하여 메인 유로가 파손되더라도 메인 스풀의 최대 개방 유로 면적의 감소로 인해 붐의 하강 속도가 파손 전 2초간의 평균 속도보다 2배 이상의 속도로 하강하지 않도록 제한하였다.

하지만, 락 밸브의 메인 스풀의 최대 개방 유로 면적을 작게 설계할수록 메인 유로가 파손되지 않은 정상적인 상태에서 압력 손실이 증가되는 문제점이 있다. 이로 인하여 건설 기계의 전체적인 에너지 효율이 저하될 뿐만 아니라 작업 속도도 저하된다.

본 발명의 실시예는 붐의 낙하에 의한 안전 사고를 방지한 건설 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 붐을 포함하는 건설 기계는 상기 붐을 승강시키는 붐 실린더와, 상기 붐을 상승시키기 위해 상기 붐 실린더로 작동유를 공급하거나 상기 붐을 하강시키기 위해 상기 붐 실린더의 작동유를 배출시키는 메인 유로와, 상기 붐을 하강시키기 위한 하강 신호를 생성하는 조작 장치와, 상기 붐 실린더와 상기 메인 유로에 각각 연결되며 상기 조작 장치로부터 상기 하강 신호를 전달받으면 상기 붐 실린더의 작동유가 배출되도록 개방되는 붐 락 밸브와, 상기 메인 유로의 압력을 측정하는 압력 센서와, 동작되면 상기 조작 장치가 상기 붐 락 밸브에 전달하는 하강 신호를 차단시키는 하강 제어 밸브, 그리고 상기 압력 센서가 제공한 정보에 따라 상기 하강 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함한다.

상기 조작 장치는 상기 붐을 상승시키기 위한 상승 신호를 더 생성할 수 있다. 그리고 상기 건설 기계는 작동유를 저장하는 오일 탱크와, 상기 오일 탱크에 저장된 작동유를 토출하는 상기 메인 펌프, 그리고 상기 조작 장치로부터 상기 상승 신호를 전달받으면 상기 메인 펌프가 토출한 작동유를 상기 붐 실린더로 공급하는 메인 컨트롤 밸브를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 메인 유로는 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 락 밸브를 연결할 수 있다.

상기 건설 기계는 파일럿 압력을 생성하는 파일럿 펌프를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 조작 장치는 상기 파일럿 펌프가 생성한 파일럿 압력을 상기 하강 신호로 변환시켜 상기 붐 락 밸브에 제공할 수 있다.

상기 붐 락 밸브는 상기 메인 유로와 연결되며 상기 붐의 상승시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하기 위한 상승 유로와, 상기 메인 유로와 연결되며 상기 붐의 하강시 상기 붐 실린더의 작동유를 배출하기 위한 하강 유로와, 상기 상승 유로 상에 설치되어 작동유를 상기 붐 실린더 방향으로만 이동시키는 체크 밸브와, 상기 하강 유로 상에 설치되어 상기 하강 신호를 전달받으면 열리는 메인 스풀, 그리고 상기 상승 유로 및 상기 하강 유로의 압력을 기설정된 압력 이하로 유지하는 릴리프 밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 붐 락 밸브의 상기 메인 스풀의 최대 개방 유로 면적은 상기 붐의 하강 동작시 상기 메인 유로가 파손된 상태에서 파손 전 2초간 평균 속도보다 2배 이상의 속도로 하강이 가능한 크기를 가질 수 있다.

상기 압력 센서는 단위 시간당 압력 강하율을 측정하고, 상기 제어 장치는 상기 압력 센서가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하면 상기 하강 제어 밸브를 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 압력 센서는 단위 시간당 압력 강하율을 측정하고, 상기 제어 장치는 상기 압력 센서가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정한 이후 상기 압력 센서가 측정한 상기 메인 유로의 압력이 기준 압력 이하이면 상기 하강 제어 밸브를 동작시킬 수 있다.

상기 조작 장치는 비상 신호를 더 생성하고, 상기 제어 장치가 상기 하강 제어 밸브를 동작시킨 이후 상기 조작 장치로부터 상기 비상 신호를 전달받으면, 상기 제어 장치는 상기 하강 제어 밸브를 동작시켜 상기 붐 락 밸브를 일부 개방하여 상기 붐 락 밸브가 완전히 개방된 경우 보다 상대적으로 느린 속도로 상기 붐을 하강시킬 수 있다.

상기 제어 장치가 상기 비상 신호를 전달받아 상기 붐 락 밸브를 일부 개방한 경우의 상기 붐의 하강 속도는 상기 붐 락 밸브를 완전히 개방한 경우의 상기 붐의 하강 속도 보다 70% 이상 감속될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계는 붐의 낙하에 의한 안전 사고를 안정적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 건설 기계의 측면도이다.
도 2는 도 1의 건설 기계에 사용된 유압 시스템의 유압 회로도이다.
도 3은 도 2의 붐 락 밸브를 확대 도시한 유압 회로도이다.
도 4는 도 2의 압력 센서가 측정한 정보에 따라 제어 장치가 하강 제어 밸브를 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 통상적인 동작과 비상 신호에 따른 동작 시 붐 락 밸브의 메인 스풀의 개방된 유로 면적을 예시적으로 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)를 설명한다.

본 명세서에서는, 건설 기계(101)로 굴삭기를 예로 들어 설명한다. 하지만, 건설 기계(101)가 굴삭기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 붐(170)과 같이 위치 에너지를 발생시키는 작업 장치(160)가 장착된 모든 건설 기계에 적용될 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 건설기계(101)는 하부 주행체(120), 하부 주행체(120) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(130), 및 상부 선회체(130)에 설치된 운전실(150)과 작업 장치(160)를 포함할 수 있다.

하부 주행체(120)는 상부 선회체(130)를 지지하고, 엔진(미도시)에서 발생한 동력을 이용하여 주행 장치를 통해 건설 기계(101)를 주행시킬 수 있다. 하부 주행체(120)는 무한궤도를 포함하는 무한궤도식 타입의 주행체이거나 주행 휠들을 포함하는 휠 타입의 주행체일 수 있다.

상부 선회체(130)는 하부 주행체(120) 상에서 회전하여 작업 방향을 설정할 수 있다. 상부 선회체(130)는 상부 프레임(132)과 상부 프레임(132)에 설치되는 운전실(150)과 작업 장치(160)를 포함할 수 있다.

작업 장치(160)는 붐(170), 암(180), 버켓(190), 및 이들을 구동하기 위한 구동 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 붐(170)과 상부 프레임(132) 사이에는 붐(170)의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더(200)가 설치될 수 있다. 또한, 붐(170)과 암(180) 사이에는 암(180)의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더(182)가 설치되고, 암(180)과 버켓(190) 사이에는 버켓(190)의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더(192)가 설치될 수 있다.

붐 실린더(200), 암 실린더(182) 및 버켓 실린더(192)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(170), 암(180), 및 버켓(190)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 작업 장치(160)는 여러 작업들을 수행할 수 있다. 이때, 붐 실린더(200), 암 실린더(182) 및 버켓 실린더(192)는 후술할 메인 펌프(310)(도 2에 도시)로부터 공급되는 작동유에 의해 동작된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)에 사용되는 유압 시스템은 붐 실린더(200), 메인 유로(610), 조작 장치(800), 붐 락 밸브(400), 압력 센서(750), 하강 제어 밸브(600), 및 제어 장치(700)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)에 사용되는 유압 시스템은 메인 펌프(310), 오일 탱크(900), 메인 컨트롤 밸브(main control valve, MCV)(500), 및 파일럿 펌프(370)를 더 포함할 수 있다.

붐 실린더(200)는 메인 펌프(310)가 공급하는 작동유를 사용하여, 전술한 바와 같이, 붐(170)을 승강시킨다. 그리고 붐 실린더(200)는 헤드측(201)과 로드측(203)으로 구분된다.

일례로, 도 2에 도시한 바와 같이, 붐 실린더(200)의 로드측(203)으로 작동유가 유입되고 헤드측(201)으로 작동유가 배출되면 붐(170)이 상승되고, 붐 실린더(200)의 헤드측(201)으로 작동유가 유입되고 로드측(203)으로 작동유가 배출되면 붐(170)이 하강될 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 붐 실린더(200)의 헤드측(201)으로 작동유가 유입되면 붐(170)이 상승되고, 붐 실린더(200)의 로드측(203)으로 작동유가 유입되면 붐(170)이 하강될 수도 있다. 이는 건설 기계(101)의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 붐(170)과 붐 실린더(200)의 기구학적 연결 방법에 따라 달라질 수 있다.

메인 펌프(310)는 사판의 각도에 따라 토출되는 유량이 가변하는 가변 용량형 펌프일 수 있다. 또한, 메인 펌프(310)는 엔진(미도시)이 발생시킨 동력으로 동작하며 작동유를 토출한다. 여기서, 엔진은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 엔진 대신 전기 모터 등 다른 동력 장치가 사용될 수도 있다. 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유는 후술할 붐 실린더(200)를 포함한 각종 구동 장치들에 공급될 수 있다. 이하, 본 명세서에서는, 전술한 여러 작업 장치(160) 중에서 붐 실린더(200)를 예로 들어 설명한다.

오일 탱크(900)는 작동유를 저장하며, 메인 펌프(310)는 오일 탱크(900)에 저장된 작동유를 토출하게 된다. 그리고 메인 펌프(310)에서 토출되어 사용된 작동유는 다시 오일 탱크(900)로 회수될 수 있다. 즉, 메인 펌프(310)에서 토출된 후 붐 실린더(200)와 같은 작업 장치들을 거친 작동유는 다시 오일 탱크(900)로 향하게 된다.

메인 컨트롤 밸브(main control valve, MCV)(500)는 붐 실린더(200)를 포함한 각종 작업 장치(160)에 대한 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유의 공급을 제어한다. 구체적으로, 메인 컨트롤 밸브(500)는 붐(170)을 제어하기 위한 제어 스풀을 포함한 복수 개의 제어 스풀들을 포함할 수 있다. 그리고 각각의 제어 스풀들은 붐 실린더(200)를 포함한 각종 작업 장치들에 대한 작동유의 공급을 제어한다. 또한, 메인 컨트롤 밸브(500)는 제어 스풀의 양 단에 각각 연결되어 후술할 조작 장치(800)의 신호를 전달받아 제어 스풀을 스트로크(stroke)시키는 스풀 캡을 더 포함할 수 있다. 일례로, 스풀 캡에는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)가 설치될 수 있으며, 전자 비례 감압 밸브의 개폐 정도에 따라 후술할 파일럿 펌프(370)가 제공하는 파일럿 압력이 조절되어 제어 스풀에 가하는 압력이 달라지고, 제어 스풀은 파일럿 압력에 의해 양 방향으로 움직이게 될 수 있다.

메인 유로(610)은 메인 컨트롤 밸브(500)와 후술할 붐 락 밸브(400)를 연결한다. 구체적으로, 메인 유로(610)는 붐(170)을 상승시키기 위해 붐 실린더(200)로 작동유를 공급하거나 붐(170)을 하강시키기 위해 붐 실린더(200)의 작동유를 배출시키는 역할을 한다. 이때, 붐 실린더(200)에서 배출된 작동유는 오일 탱크(900)로 향하게 된다.

조작 장치(800)는 각종 작업 장치(160)와 주행 장치를 작업자가 조작할 수 있도록 운전실 내에 설치된 조이스틱, 조작 레버, 패달(pedal), 터치스크린, 및 버튼 등을 포함할 수 있다. 조작 장치(800)는 작업자에 의해 조작되며, 조작 장치(800)의 신호에 따라 후술할 제어 장치(700)는 붐 락 밸브(400) 및 메인 컨트롤 밸브(500)를 제어할 수 있다. 이에, 메인 컨트롤 밸브(500)는 각종 작업 장치(160)에 공급되는 작동유를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 조작 장치(800)는 붐(170)을 하강시키기 위한 하강 신호와, 붐(170)을 상승시키기 위한 상승 신호를 생성할 수 있다. 또한, 조작 장치(800)는 비상 신호를 더 생성할 수도 있다. 구체적인 예로, 조작 장치(800)는 붐(170)의 승강을 조작하는 조이스틱과 비상 신호를 생성하기 위한 비상 버튼 등을 포함할 수 있다.

파일럿 펌프(370)는 파일럿 압력을 생성한다. 파일럿 펌프(370)가 생성한 파일럿 압력은 조작 장치(800)에 의해 각종 신호로 변환될 수 있다. 예들 들어, 조작 장치(800)는 파일럿 펌프(370)가 생성한 파일럿 압력을 하강 신호로 변환시켜 후술할 붐 락 밸브(400)에 제공할 수 있다. 후술할 붐 락 밸브(400)는 조작 장치(800)로부터 하강 신호를 전달받으면 붐 실린더(200)의 작동유가 배출되도록 개방된다. 또한, 조작 장치(800)가 상승 신호를 메인 컨트롤 밸브(500)에 전달하면, 메인 컨트롤 밸브(500)는 메인 펌프(310)가 토출한 작동유를 붐 락 밸브(400)를 거쳐 붐 실린더(200)로 공급하게 된다.

붐 락 밸브(400)는 붐 실린더(200)와 메인 유로(610)에 각각 연결된다. 예를 들어, 붐 락 밸브(400)는 붐 실린더(200)에 장착된 상태에서 메인 유로(610)와 연결될 수 있다. 그리고 붐 락 밸브(400)는 조작 장치(800)로부터 하강 신호를 전달받으면 붐 실린더(200)의 작동유가 배출되도록 개방된다.

구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 붐 락 밸브(400)는 상승 유로(410)와, 하강 유로(420), 체크 밸브(470), 메인 스풀(460), 그리고 릴리프 밸브(480)를 포함할 수 있다.

상승 유로(410)는 메인 유로(610)와 연결되며, 붐(170)의 상승시 붐 실린더(200)에 작동유를 공급한다. 구체적으로, 상승 유로(410)의 일단은 메인 유로(610)와 연결되고, 상승 유로(410)의 타단은 붐 실린더(200)와 연결된다. 구체적으로 예를 들어, 상승 유로(410)는 붐 실린더(200)의 로드측(203)에 연결될 수 있다. 이에, 메인 펌프(310)가 토출한 작동유가 메인 컨트롤 밸브(500)와 메인 유로(610)를 거쳐 상승 유로(410)를 통해 붐 실린더(200)에 공급될 수 있게 된다.

하강 유로(420)도 메인 유로(610)와 연결되되, 붐(170)의 하강시 붐 실린더(200)의 작동유를 배출한다. 구체적으로, 하강 유로(420)의 일단도 메인 유로(610)와 연결되고, 하강 유로(420)의 타단도 붐 실린더(200)와 연결된다. 구체적으로 예를 들어, 상승 유로(410)는 붐 실린더(200)의 로드측(203)에 연결될 수 있다. 이에, 붐 실린더(200)에서 배출되는 작동유가 오일 탱크(900)로 향할 수 있게 된다. 이때, 작동유는 바로 오일 탱크(900)로 향하거나 메인 컨트롤 밸브(500)를 거쳐 오일 탱크(900)로 향할 수 있다.

체크 밸브(470)는 상승 유로(410) 상에 설치되어 작동유를 붐 실린더(200) 방향으로만 이동시킨다.

메인 스풀(460)은 하강 유로(420) 상에 설치되어 조작 장치(800)가 제공하는 하강 신호를 전달받으면 열리게 된다. 이때, 메인 스풀(460)의 최대 개방 유로 면적은 붐(170)의 하강 동작시 메인 유로(610)가 파손된 상태에서 파손 전 2초간 평균 속도보다 2배 이상의 속도로 하강이 가능한 크기를 가질 수 있다. 즉, 메인 스풀(460)은 상대적으로 큰 최대 개방 유로 면적을 가질 수 있으며, 이에 메인 유로(610)가 파손되지 않고 붐 실린더(200)가 정상적으로 동작하는 상태에서의 압력 손실을 최소화할 수 있다. 메인 스풀(460)의 최대 개방 유로 면적이 메인 유로(610)의 면적보다 작아질수록 압력 손실은 증가하게 된다.

릴리프 밸브(480)는 상승 유로(410) 및 하강 유로(420)의 압력을 기설정된 압력 이하로 유지한다. 즉, 상승 유로(410) 및 하강 유로(420)의 압력이 기설정된 압력 이상으로 상승하면, 작동유의 일부를 오일 탱크(900)로 배출시킨다. 이에, 상승 유로(410) 및 하강 유로(420)가 파손되는 것을 방지한다.

도 3에서, 참조부호 A는 액츄에이터인 붐 실린더(200)와 연결됨을 나타내며, 참조부호 P는 메인 펌프(310)와 연결됨을 나타내고, 참조부호 T는 오일 탱크(900)와 연결됨을 나타내며, 참조부호 Pi는 하강 신호를 전달하기 위한 파일럿 압력과 연결됨을 나타낸다.

하강 제어 밸브(600)는 조작 장치(800)가 파일럿 펌프(370)가 생성한 파일럿 압력을 변환하여 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)에 전달하는 하강 신호를 차단할 수 있다. 예를 들어, 하강 신호는 파일럿 압력일 수 있으며, 파일럿 신호 라인을 통해 전달될 수 있다. 그리고 하강 제어 밸브(600)는 파일럿 신호 라인 상에 설치되어 파일럿 신호 라인을 개폐할 수 잇다. 하강 제어 밸브(600)는 개방된 상태로 있다가 동작되면 닫히면서 조작 장치(800)가 붐 락 밸브(400)에 전달하는 하강 신호를 차단시킨다.

압력 센서(750)는 메인 유로(610)의 압력을 측정한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 압력 센서(750)는 현재 압력을 측정할 뿐만 아니라 단위 시간당 압력 강하율도 측정할 수 있다.

제어 장치(700)는 압력 센서(750)가 제공한 정보에 따라 하강 제어 밸브(600)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어 장치(700)는 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하면 하강 제어 밸브(600)를 동작시킬 수 있다. 또한, 제어 장치(700)는 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정한 이후 압력 센서(750)가 측정한 메인 유로(610)의 압력이 기준 압력 이하이면 하강 제어 밸브(600)를 동작시킬 수도 있다.

이와 같이, 하강 제어 밸브(600)가 동작하면, 조작 장치(800)가 붐 락 밸브(400)에 전달하는 하강 신호를 차단하게 되고, 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)이 하강 유로(420)를 닫아 붐(170)이 하강하지 않고 움직임이 멈추게 된다.

또한, 제어 장치(700)는 엔진 제어 장치(engine control unit, ECU) 및 차량 제어 장치(vehicle control unit, VCU) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서, 제어 장치(700)가 하강 제어 밸브(600)를 제어하는 원리를 상세히 설명한다. 도 4에서, A는 기설정된 단위 시간당 압력 강하율이 감지되기 시작한 시점이며, B는 메인 유로(610)에 이상이 생겼음을 판단한 시점이다.

먼저, 조작 장치(800)가 하강 신호를 생성하면, 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)이 이동하면서 하강 유로(420)를 개방하고, 하강 유로(420)가 개방되면 붐 실린더(200)의 작동유가 오일 탱크(900)를 향해 배출되면서 붐(170)이 하강된다. 이때, 제어 장치(700)는 압력 센서(750)가 측정한 압력 정보를 지속적으로 제공받게 된다.

압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하게 되면, 제어 장치(700)는 메인 유로(610)에 이상이 생겼음을 감지하게 된다. 예를 들어, 기설정된 횟수는 3회일 수 있다. 그리고 기설정된 단위 시간당 압력 강하율은 건설 기계(100)에 적용된 유압 시스템의 전체적인 성능과 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

이와 같이, 제어 장치(700)는 메인 유로(610)의 이상 여부를 압력 센서(750)의 1회 측정값으로 판단하지 않고, 기설정된 횟수 이상 연속해서 단위 시간당 압력 강하율이 기설정된 값으로 측정된 경우에만 메인 유로(610)의 이상을 감지함으로써, 메인 유로(610)의 파손 여부를 안정적으로 정밀하게 판단할 수 있다.

메인 유로(610)의 작동유는 완벽하게 일정한 수준으로 압력이 유지되는 것이 아니라 건설 기계(101)의 여러 동작이나 작업 환경에 따라 변동될 수 있으며 미세하게 진동하게 된다. 이에, 순간적으로 메인 유로(610)의 작동유의 압력이 높아지거나 낮아질 수 있다. 따라서, 메인 유로(610)의 이상 여부를 압력 센서(750)의 1회 측정값으로 판단할 경우 판단 오류를 일으키기 쉽다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하게 된 경우에 한해 제어 장치(700)가 메인 유로(610)에 이상이 생겼음을 감지하므로, 메인 유로(610)의 파손 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 메인 유로(610)의 파손 여부의 판단에 대한 정밀성을 더욱 향상시키기 위해, 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정한 이후, 메인 유로(610)의 압력을 측정하여 메인 유로(610)의 압력이 기준 압력 이하이면, 제어 장치(700)가 하강 제어 밸브(600)를 동작시킬 수 있다. 여기서, 기준 압력은 건설 기계(101)에 적용된 유압 시스템의 전체적인 성능과 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 즉, 메인 펌프(310)의 토출 압력, 메인 컨트롤 밸브(500)가 분배하는 작동유의 압력, 또는 메인 유로(610)의 통상적인 압력에 따라 기준 압력이 다양하게 설정될 수 있다.

이와 같이, 제어 장치(700)는 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하였는지 여부와 그리고 압력 센서(750)가 측정한 메인 유로(610)의 압력이 기준 압력 이하인지 여부를 모두 판단하여 모든 조건을 만족시킨 경우에 한해 하강 제어 밸브(600)를 동작시킴으로써, 메인 유로(610)의 파손 판단에 대한 정확성과 안정성를 크게 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 제어 장치(700)가 하강 제어 밸브(600)를 동작시키게 되면, 조작 장치(800)가 붐 락 밸브(400)에 전달하는 하강 신호를 차단하게 되고, 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)이 하강 유로(420)를 닫아 붐(170)이 하강하지 않고 움직임이 멈추게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 장치(700)가 하강 제어 밸브(600)를 동작시킨 이후, 조작 장치(800)로부터 비상 신호를 전달받으면, 제어 장치(700)는 하강 제어 밸브(600)를 동작시켜 붐 락 밸브(400)를 일부 개방하여 붐 락 밸브(400)가 완전히 개방된 경우 보다 상대적으로 느린 속도로 붐(170)을 하강시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 메인 유로(610)가 파손되어 붐(170)의 하강이 제한되면 붐(170)이 움직이지 못하게 된다. 그런데, 붐(170)이 상승된 상태에서 붐(170)의 움직임이 멈추게 되면, 이를 정비하기 어렵게 된다.

이에, 본 발명의 일 실시예에서는, 작업자가 조작 장치(800)를 조작하여 비상 신호를 제어 장치(500)에 전달하면, 제어 장치(500)는 하강 제어 밸브(600)를 동작시켜 붐 락 밸브(400)에 하강 신호를 전달하되, 붐 락 밸브(400)로 향하는 하강 신호의 강도를 낮추어 붐 락 밸브로 전달한다. 이에, 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)이 일부 개방되면서 붐(170)이 통상적인 하강 속도보다 상대적으로 느린 속도로 하강하게 된다.

도 5는 통상적인 동작에서의 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)의 개방된 유로 면적과 비상 신호에 따른 동작 시 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)의 개방된 유로 면적을 예시적으로 나타낸다.

일례로, 제어 장치(700)가 비상 신호를 전달받아 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)을 일부 개방한 경우의 붐(170)의 하강 속도는 통상적인 상황에서 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)을 완전히 개방한 경우의 붐(170)의 하강 속도 보다 70% 이상 감속될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 붐(170)의 낙하에 의한 안전 사고를 안정적으로 방지할 수 있다.

구체적으로, 압력 센서(750)가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하였는지 여부와 그리고 압력 센서(750)가 측정한 메인 유로(610)의 압력이 기준 압력 이하인지 여부를 제어 장치(700)가 모두 판단하여 모든 조건을 만족시킨 경우에 한해 하강 제어 밸브(600)를 동작시킴으로써, 메인 유로(610)의 파손 판단에 대한 정확성과 안정성를 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 제어 장치(700)가 하강 제어 밸브(600)를 동작시킨 이후, 작업자가 조작 장치(800)를 조작하여 비상 신호를 제어 장치(500)에 전달하면, 제어 장치(500)는 하강 제어 밸브(600)를 동작시켜 붐 락 밸브(400)에 하강 신호를 전달하되, 붐 락 밸브(400)로 향하는 하강 신호의 강도를 낮추어 붐 락 밸브로 전달하여 붐 락 밸브(400)의 메인 스풀(460)이 일부 개방되면서 붐(170)이 통상적인 하강 속도보다 상대적으로 느린 속도로 하강하게 된다. 이에, 붐(170)이 상승된 상태에서 메인 유로(610)가 파손되어 하강 제어 장치(600)가 동작하고 붐(170)의 움직임이 멈추게 되면, 작업자가 비상 신호를 생성함으로써, 붐을 천천히 하강시켜 용이하게 정비할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 엔진
101: 건설 기계
120: 하부 주행체
130: 상부 선회체
132: 상부 프레임
150: 운전실
160: 작업 장치
170: 붐
180: 암
182: 암 실런더
190: 버켓
192: 버켓 실린더
200: 붐 실린더
201: 헤드측
203: 로드측
310: 메인 펌프
370: 파일럿 펌프
400: 붐 락 밸브
410: 상승 유로
420: 하강 유로
460: 메인 스풀
470: 체크 밸브
480: 릴리프 밸브
500: 메인 컨트롤 밸브
600: 하강 제어 밸브
610: 메인 유압 라인
700: 제어 장치
750: 압력 센서
800: 조작 장치
900: 오일 탱크

Claims

붐을 포함하는 건설 기계에 있어서,
상기 붐을 승강시키는 붐 실린더;
상기 붐을 상승시키기 위해 상기 붐 실린더로 작동유를 공급하거나 상기 붐을 하강시키기 위해 상기 붐 실린더의 작동유를 배출시키는 메인 유로;
상기 붐을 하강시키기 위한 하강 신호를 생성하는 조작 장치;
상기 붐 실린더와 상기 메인 유로에 각각 연결되며, 상기 조작 장치로부터 상기 하강 신호를 전달받으면 상기 붐 실린더의 작동유가 배출되도록 개방되는 붐 락 밸브;
상기 메인 유로의 압력을 측정하는 압력 센서;
동작되면 상기 조작 장치가 상기 붐 락 밸브에 전달하는 하강 신호를 차단시키는 하강 제어 밸브; 및
상기 압력 센서가 제공한 정보에 따라 상기 하강 제어 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치
를 포함하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 조작 장치는 상기 붐을 상승시키기 위한 상승 신호를 더 생성하며,
상기 건설 기계는,
작동유를 저장하는 오일 탱크;
상기 오일 탱크에 저장된 작동유를 토출하는 상기 메인 펌프; 및
상기 조작 장치로부터 상기 상승 신호를 전달받으면 상기 메인 펌프가 토출한 작동유를 상기 붐 실린더로 공급하는 메인 컨트롤 밸브
를 더 포함하고,
상기 메인 유로는 상기 메인 컨트롤 밸브와 상기 붐 락 밸브를 연결하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
파일럿 압력을 생성하는 파일럿 펌프를 더 포함하며,
상기 조작 장치는 상기 파일럿 펌프가 생성한 파일럿 압력을 상기 하강 신호로 변환시켜 상기 붐 락 밸브에 제공하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 붐 락 밸브는,
상기 메인 유로와 연결되며 상기 붐의 상승시 상기 붐 실린더에 작동유를 공급하기 위한 상승 유로와;
상기 메인 유로와 연결되며 상기 붐의 하강시 상기 붐 실린더의 작동유를 배출하기 위한 하강 유로와;
상기 상승 유로 상에 설치되어 작동유를 상기 붐 실린더 방향으로만 이동시키는 체크 밸브와;
상기 하강 유로 상에 설치되어 상기 하강 신호를 전달받으면 열리는 메인 스풀; 그리고
상기 상승 유로 및 상기 하강 유로의 압력을 기설정된 압력 이하로 유지하는 릴리프 밸브
를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제4항에 있어서,
상기 붐 락 밸브의 상기 메인 스풀의 최대 개방 유로 면적은 상기 붐의 하강 동작시 상기 메인 유로가 파손된 상태에서 파손 전 2초간 평균 속도보다 2배 이상의 속도로 하강이 가능한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 압력 센서는 단위 시간당 압력 강하율을 측정하며,
상기 제어 장치는 상기 압력 센서가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정하면 상기 하강 제어 밸브를 동작시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 압력 센서는 단위 시간당 압력 강하율을 측정하며,
상기 제어 장치는 상기 압력 센서가 기설정된 단위 시간당 압력 강하율을 기설정된 횟수 이상 연속해서 측정한 이후 상기 압력 센서가 측정한 상기 메인 유로의 압력이 기준 압력 이하이면 상기 하강 제어 밸브를 동작시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 조작 장치는 비상 신호를 더 생성하고,
상기 제어 장치가 상기 하강 제어 밸브를 동작시킨 이후 상기 조작 장치로부터 상기 비상 신호를 전달받으면, 상기 제어 장치는 상기 하강 제어 밸브를 동작시켜 상기 붐 락 밸브를 일부 개방하여 상기 붐 락 밸브가 완전히 개방된 경우 보다 상대적으로 느린 속도로 상기 붐을 하강시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제8항에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 비상 신호를 전달받아 상기 붐 락 밸브를 일부 개방한 경우의 상기 붐의 하강 속도는 상기 붐 락 밸브를 완전히 개방한 경우의 상기 붐의 하강 속도 보다 70% 이상 감속된 것을 특징으로 하는 건설 기계.