KR20210005874A - 콘크리트 타설 붐의 유압 제어를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

콘크리트 타설 붐의 유압 제어를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20210005874A
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베르너 문젠마이어
프란시스코 마틴 브루그
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푸츠마이스터 엔지니어링 게엠베하
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Abstract

본 발명은 복수의 붐 암(16)을 포함하는 콘크리트 타설 붐(14)의 유압 제어를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 관절연결 방식으로 서로 연결되는 붐 암(16)용 유압 구동 실린더(18)는 유압 회로(34)에 의해 제어되고, 공급 압력은 유압 회로(34)에 유압 펌프(32)에 의해 공급되고, 압력 신호는 각각의 경우 하나 이상의 압력 센서(38)에 의해 구동 실린더(18) 내에 고정된다. 본 발명에 따라서, 구동 실린더(18) 내의 최대 압력은 압력 신호로부터 결정되고, 공급 압력은 최대 압력에 따라 전자 제어 유닛(36)에 의해 조절된다.

Description

콘크리트 타설 붐의 유압 제어를 위한 방법 및 시스템
본 발명은 복수의 붐 암을 포함하는 콘크리트 타설 붐의 유압 제어를 위한 방법에 관한 것으로, 관절연결 방식으로 서로 연결되는 붐 암용 유압 구동 실린더는 유압 회로에 의해 제어되고, 공급 압력은 유압 회로에 유압 펌프에 의해 공급되고, 압력 신호는 각각의 경우 하나 이상의 압력 센서에 의해 구동 실린더 내에 고정된다. 본 발명은 추가로 이러한 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
유압 회로 장치는 DE 10 2005 035 981 A1에서 알려져 있으며 콘크리트 타설 붐의 시동 단계를 위해 부하 압력에 반응하는 전환 밸브가 있는 제어 그룹이 제공되어 부하 압력의 미리결정된 최소 값 미만의 최대 유량에 대한 위치로 유압 펌프의 조절 요소를 제공한다. 유압 제어 라인에 의해 전달되는 부하 압력용 픽업은 구동 실린더를 제어하기 위한 비례 밸브의 소비자 측에 있으며 셔틀 밸브 체인을 통해 전달된다. 소위 부하 유지 밸브가 구동 실린더에 제공되기 때문에 캡처된 부하 압력은 초기에 0이다. 스위칭 밸브의 고정 사양이 높게 설정될수록 시스템 압력이 더 길어지므로 해당 에너지 손실이 발생한다.
출원인이 EBC 제어(인체공학적 붐 제어)로 판매하는 것과 같은 콘크리트 타설 붐을 위한 현재 제어 시스템에서, 작업자는 리모컨의 조이스틱을 사용하여 컴퓨터를 도움으로 모든 붐 암을 동시에 제어할 수 있어서 특별한 조작 없이도 기계 좌표계에서 목표 이동이 가능하다. 이를 위해 압력 신호가 구동 실린더에 직접 캡처된다. 예를 들어, 붐은 아치형 위치에 위치할 수 있고 이에 따라 붐 팁 또는 단부 호스를 수평으로 이동시키기 위하여 개별 붐 암을 들어 올리고 나머지는 구부려진다. 이 결합 모드에서, 필요한 압력 축적으로 인해 위치로 인해 부하가 낮은 붐 암 또는 구동 실린더가 부하가 높은 구동 실린더보다 더 신속하게 반응한다.
이로 인해 붐이 진동하고 붐 팁의 궤적 곡선에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다.
이로부터 진행하여, 본 발명은 종래 기술에 공지된 붐 제어를 위한 방법 및 시스템을 추가로 개선하고, 특히 붐 이동 동안 궤적 곡선을 개선하기 위해 가능한 신속하게 압력 조절을 지정하는 것을 목적에 기초한다.
이 목적을 달성하기 위해 청구항 1과 15에 명시된 특징들의 조합이 제안된다. 본 발명의 선호되는 실시예 및 추가 개선점은 종속항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 공급 압력의 전자 파일럿 제어를 위해 전기적으로 전송된 신호로서 또는 모든 구동 실린더로부터 직접 탭핑되는 압력 측정 값을 사용하는 아이디어에 기초한다. 따라서, 본 발명에 따르면 구동 실린더의 최대 압력은 압력 신호로부터 결정되고 공급 압력은 최대 압력에 따라 전자 제어 장치에 의해 조절된다. 전기 신호 전송은 유압 제어 체인에서 데드 타임 또는 런타임 영향을 방지하는 반면, 현재 또는 순간 붐 위치에 따라 달라지는 공급 압력은 전자 제어 장치에 의해 가변 조작 변수로 정확하게 설정될 수 있다. 그 결과 과도한 유압 에너지가 필요하지 않고 특히 시동 단계에서 더 정확한 궤적 곡선과 진동 감소가 야기된다.
지연된 압력 축적을 방지하기 위해 압력 신호가 전기 신호 라인을 통해 압력 센서로부터 전자 제어 장치로 전기 신호로 전송되는 경우에도 선호된다. 예를 들어 압전 저항 또는 변형 측정 압력 변환기로 작동하는 압력 센서는 압력에 대한 물리적 측정 변수를 전기 신호, 특히 CAN 버스와 같은 표준 버스 신호로 변환한다.
유압 신호 라인을 방지하기 위해 압력 신호가 구동 실린더의 하부 측 및/또는 로드 측에 직접 탭핑되는 것이 선호된다.
전자 신호 처리를 위해, 전기 압력 신호가 특히 전자 회로 또는 소프트웨어에 의해 형성된 제어 장치의 비교기로 전송되는 것이 선호된다.
공급 압력의 간접 조정을 위해, 특히 분기 라인을 통해 유압 펌프의 공급 라인에 연결된 액추에이터로서 제어 가능한 압력 제한 밸브에 의해 공급 압력이 조정되는 것이 선호된다. 여기서도 런타임 효과를 방지하고 민감한 압력 설정을 가능하게하기 위해, 압력 제한 밸브가 전기 제어 라인, 특히 자석을 통해 작동되는 경우 선호된다.
간단한 회로 변형에서 유압 펌프가 콘스탄트 펌프로 설계된다.
대안으로, 또한 유압 또는 전기 펌프 조절기를 통해 가변 펌프로 설계된 유압 펌프를 조절하여 공급 압력이 조절될 수 있다.
모든 유압 소비자에게 충분한 공급을 보장하기 위해 공급 압력은 최대 압력 값 또는 미리 정해진 양보다 높은 값으로 설정되어야 한다.
전자 제어는 구동 실린더의 각 압력이 붐 암의 순간 또는 현재 위치에 의해 영향을 받는다는 사실에 가변적으로 조정될 수 있으며, 특히 개시 위치가 고려될 수 있다.
견고한 작동을 보장하기 위해, 특히 부하 감지 제어기를 통해 콘크리트 타설 붐의 시동 단계 이후에 압력 센서의 압력 신호와 독립적으로 공급 압력을 설정하는 것이 선호된다.
가능한 정확한 붐 움직임의 경우, 유압 회로의 관련 액추에이터, 특히 비례 방향 제어 밸브를 통해 공급 압력에서 야기된 작동 압력에 의해 구동 실린더가 작용하는 것이 선호된다.
실제 효용성의 추가 증가는 이동 명령의 사양에 따라 콘크리트 타설 붐의 붐 암의 움직임이 컴퓨터 지원에 따라 조절된다.
특히 콘크리트 타설 붐에 접근할 때 이동 단계가 시작될 때 압력 신호로부터 최대 압력이 결정되는 경우에도 선호된다.
제어 시스템과 관련하여 전자 제어 유닛은 적어도 콘크리트 타설 붐을 시작할 때 압력 신호로부터 최대 압력을 결정하고 최대 압력에 따라 공급 압력을 조정하도록 설계된다. 이는 서론에서 설명한 유리한 효과와 유사한 시스템 이점을 제공한다.
구동 실린더에서 제어 유닛으로 직접 신속하게 신호를 전송하기 위하여 압력 센서가 전기 신호 라인을 통해 출력 측의 제어 장치에 연결되는 것이 선호된다.
제어 유닛은 바람직하게는 최대 압력을 결정하기 위해 압력 신호가 적용되는 비교기를 가지며, 압력 비교를 위한 복잡한 유압 밸브 체인이 생략될 수 있다.
제어 유닛이 최대 압력에 따라 공급 압력의 목표 값을 결정하기 위한 평가 루틴을 가지고 있다는 점에서 유연한 적응이 가능하다.
또 다른 시스템 이점은 제어 유닛이 유압 또는 전기 펌프 조절기 또는 공급 압력을 조정하기 위해 유압 펌프의 공급 라인에 연결된 제어가능 압력 제한 밸브가 있다는 점에서 야기된다.
도 1은 붐 암 상에 유압 구동 실린더에 의해 이동될 수 있는 콘크리트 타설 붐을 갖는 트럭 장착 콘크리트 펌프의 측면도.
도 2는 공급 압력의 부하 압력 의존 조절 하에서 콘크리트 타설 붐을 제어하기 위한 시스템의 블록도.
도 3은 부하 압력에 종속되는 제어된 압력 제한 밸브 및 콘스탄트 펌프를 갖는 유압 회로를 도시하는 도면.
도 1의 지지된 작업 위치에 도시된 트럭 장착 콘크리트 펌프(10)는 차량(12) 및 차량과 함께 이송될 수 있는 콘크리트 타설 붐(14)을 포함하며, 관절연결 방식으로 서로 연결된 붐 암(16)은 유압 구동 실린더(18)에 의해 각각의 조인트 주위에서 피벗회전할 수 있고, 이에 따라 콘크리트의 분배를 위한 단부 호스(22)가 작업 영역에 배열될 수 있다.
도 2는 콘크리트 타설 붐(14)을 위한 제어 시스템(24)을 도시한다. 제어 시스템은 복동 유압 구동 실린더(18)를 위한 액추에이터(26) 및 차량 수직 축을 중심으로 붐을 회전시키기 위한 회전 드라이브(28), 작업자의 제어에 따라 액추에이터(26)를 작동시키기 위한 컴퓨터 지원 원격 제어 유닛(30) 및 콘크리트 타설 붐(14)이 작동 개시될 때 유압 펌프(32)에 의해 공급된 공급 압력의 부하-종속 조절을 위한 전자 제어 장치(36) 및 액추에이터(26)를 통하여 구동 실린더(18)를 유압 작동시키기 위한 유압 펌프(32)를 갖는 유압 회로(34)를 포함한다.
이를 위해, 각각의 구동 실린더(18)는 기저 측면과 로드 측면에 압력 센서(38)가 제공되고, 그 압력 신호는 전기 신호 라인(40)을 통해 제어 장치(36)의 비교기(42)에 전기 출력 신호로서 공급된다. 이는 압력 신호로부터 최대 압력 값을 결정하고 이 값을 제어 장치(36)의 평가 스테이지(44)로 전달하도록 설계된다.
평가 스테이지(44)에서, 공급 압력에 대한 설정 값이 그로부터 결정될 수 있으며, 선택적으로 최대 압력 값은 미리 결정된 크기만큼 증가된다. 공급 압력을 이 설정 값으로 설정하기 위해, 제어 라인(48)을 통해 제어 장치(36)에 의해 제어될 수 있는 압력 액추에이터(46)가 제공된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 압력 조절기(46)는 압력 제한 밸브(50)를 포함하고, 그 입력은 분기 라인(52)을 통해 출구 측의 유압 펌프(32)의 공급 라인(54)에 연결된다. 밸브는 제어 라인(48)의 단부에서 비례 솔레노이드(56)를 통해 작동된다. 압력 제한 밸브(50)의 출구는 리턴 라인(58)을 통해 탱크(60)에 연결된다.
가변 펌프로 설계된 유압 펌프(32)의 공급 압력 또는 전달 압력은 유압 회로(34)를 통해 액추에이터(26)에 병렬로 분배된다. 이들은 바닥 또는 로드 측면의 구동 실린더(18)에 연결될 수 있고 0의 위치에서 유압 잠금을 보장할 수 있는 비례 전환 밸브를 기반으로 하여 붐 암(16)이 주어진 위치에 유지되고 유압 펌프(32)가 최대 부하에서 지속적으로 작동하지 않는다.
구동 실린더(18) 내의 각각의 압력은 붐 암(16)의 순간 위치에 의해 영향을 받으며 따라서 높이가 상이하다. 예를 들어, 도 1에서 차량 근처의 제1 구동 실린더(18)는 직립을 위해 최대 압력을 필요로 하는 반면, 붐 단부 이전의 마지막 구동 실린더는 꼬임(kinking)을 위해 더 적은 압력을 필요로 한다. 그러나 유압은 갑자기 제공되지 않고 일정 시간이 지나면 축적된다.
콘크리트 타설 붐(14)이 주어진 위치에서 접근한다면, 자동 제어 시스템(24)은 현재 요구되는 최대 공급 압력이 제공되는 것을 자동으로 보장한다. 이를 위해, 전기적 신호 또는 전류 신호로 제공된 압력 센서(38)의 측정 신호는 전자적 또는 디지털적으로 필요한 최대 압력을 결정하기 위해 비교기(42)에서 처리된다. 마이크로프로세서의 일부인 평가 스테이지(44)는 사전부하 압력으로서 요구되는 최대 압력을 설정하기 위해 압력 제한 밸브(50)의 비례 솔레노이드 코일(56)의 상응하는 활성화(energization)을 제공한다. 이는 모든 구동 실린더(18)가 특정 데드 타임 동안 요구되는 작동 압력에 대해 부족한 상태로 남아있지 않기 때문에 동시에 시동될 수 있음을 의미한다. 이 개시 스테이지 후, 런타임 효과는 액추에이터(26) 체인에서 다소 종속적이며 필요한 경우 압력 제어가 비활성화될 수 있도록 충분한 유압 오일이 이용될 수 있다.
제어 가능한 압력 제한 밸브(50)에 의한 간접 압력 제어 대신에, 제어 유닛(36)이 제어 라인(48') 및 펌프 조절기(미도시)를 통해 가변 펌프(32)의 피벗 각도에 직접 작용하여 원하는 사전부하 압력을 설정한다.
도 3은 콘스탄트 펌프(constant pump, 32')와 관련된 제어 장치(36)의 사용을 위한 추가 실시 예를 도시하며, 단순화를 위해 회로도에는 비례 밸브(62) 및 하류 유압 구동 실린더(18)를 갖는 단지 2개의 액추에이터(26)만이 도시되어 있다.
또한, 부하 압력은 압력 센서(38)를 통해 결정되고 검출된 최대 압력에 따라 비례 솔레노이드 코일(56)을 통해 압력 제한 밸브(50)에 가변적으로 사전 설정된다. 추가 붐 작동에 더 높은 압력이 요구되는 즉시, 방향 제어 밸브(64)가 닫히고 압력이 부하 감지 라인(66)을 통해 압력 보상기(68)로 유압으로 전달된다. 여기서 초과 유압 오일은 분기점(70)에서 탱크(60)로 전환된다. 이를 위해, 압력 보상기(68)는 부하 감지 압력에 의한 스프링 바이어스 제어 입력과 펌프 압력에 의해 다른 제어 입력에 작용하는 스위칭 밸브(72)를 갖고, 이에 따라 이를 중간 위치에서 제어하거나 차단한다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 부하 압력 전달을 위한 픽업(74)은 비례 밸브(62)의 공급 측면에 있다. 셔틀 밸브 체인(76)은 부하 감지 라인(66)상의 최대 부하 압력만이 구동 작동 중에 제어되는 것을 보장한다.
대기 모드, 즉 도시된 비례 밸브(62)의 중간 위치에서, 구동 실린더(18)는 부하 유지 밸브(78)에 의해 잠기고 부하 감지 신호가 제공되지 않는다. 여기서, 압력 센서(38)에 결합된 제어 장치(36)는 더 낮은 공급 압력 요구를 야기하는 개별 구동 실린더(18) 없이 전자 붐 제어 장치(예를 들어 EBC, 인체 공학적 붐 제어로 알려짐)를 사용하여 시동 명령을 붐 암(16)의 적절한 동기화된 피벗 운동으로 변환하기 위해 필요한 프리스트레스를 가능하게 한다.

Claims (19)

  1. 복수의 붐 암(16)을 포함하는 콘크리트 타설 붐(14)의 유압 제어를 위한 방법으로서,
    관절연결 방식으로 서로 연결되는 붐 암(16)용 유압 구동 실린더(18)는 유압 회로(34)에 의해 제어되고, 공급 압력은 유압 회로(34)에 유압 펌프(32)에 의해 공급되고, 압력 신호는 각각의 경우 하나 이상의 압력 센서(38)에 의해 구동 실린더(18) 내에 고정되고, 구동 실린더(18) 내의 최대 압력은 압력 신호로부터 결정되고, 공급 압력은 최대 압력에 따라 전자 제어 유닛(36)에 의해 조절되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 압력 신호는 압력 센서(38)로부터 전자 제어 유닛(36)으로 전기 신호 라인을 통하여 전기 신호로서 전송되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 신호는 구동 실린더의 로드 측면 및/또는 하부 측면 상에 직접 탭핑되는(tap) 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 압력 신호는 전자 회로 또는 소프트웨어에 의해 형성되는 제어 장치의 비교기에 전송되는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 압력은 유압 펌프(32)의 공급 라인(54)에 연결된 제어가능 압력 제한 밸브(50)에 의해, 특히 브랜치 라인(52)을 통하여 액추에이터로서 조절되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 압력 제한 밸브(50)는 전기 제어 라인(48)을 통해, 특히 솔레노이드 코일(56)에 의해 구동되는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유압 펌프(32)는 콘스탄트 펌프(constant pump)로서 설계되는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 압력은 유압 또는 전기 펌프 조절기를 통해 가변 펌프로서 설계된 유압 펌프(32)를 조절함으로써 조절되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 압력은 최대 압력 값 또는 소정의 값만큼 초과한 값으로 설정되는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 실린더(18) 내의 각각의 압력은 붐 암(16)의 현재 위치에 의해 영향을 받는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 콘크리트 타설 붐(14)의 시동 단계 이후에 공급 압력은 압력 센서(38)의 압력 신호와 독립적으로 부하 감지 제어기(66, 68)에 의해 조절되는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 실린더(18)는 유압 회로(34)의 연계된 액추에이터, 특히 비례 방향성 제어 밸브(26)를 통하여 공급 압력으로부터 야기되는 작동 압력에 의해 각각 작동되는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 콘크리트 타설 붐(14)의 붐 암(16)의 이동은 이동 명령의 사양에 따라 컴퓨터 지원 방식으로 조절되는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 단계의 시작 시에, 특히 콘크리트 타설 붐(14)의 작동 개시 시에, 최대 압력이 압력 신호로부터 결정되는 방법.
  15. 복수의 붐 암(16), 관절연결 붐 암(16)을 위한 각각의 유압 구동 실린더(18) 및 구동 실린더(18)를 제어하기 위해 유압 펌프(32)를 포함하는 유압 회로(34)를 포함하는 콘크리트 타설 붐(14)의 유압 제어를 위한 시스템으로서,
    압력 신호는 구동 실린더(18) 내의 하나 이상의 압력 센서(38)에 의해 포착되고, 구동 실린더(18) 내의 각각의 압력은 붐 암(16)의 순간 위치에 종속되며, 전자 제어 유닛(36)은 압력 신호로부터 최대 압력을 결정하고 최대 압력에 따라 공급 압력을 조절하도록 설계되는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 압력 센서(38)는 전기 신호 라인(40)을 통하여 전자 제어 유닛(36)에 출력 측면 상에서 연결되는 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 제어 유닛(36)은 최대 압력을 결정하기 위하여 압력 신호에 의해 작동하는 비교기(42)를 갖는 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(36)은 최대 압력에 따라 공급 압력의 설정 값을 결정하기 위하여 평가 스테이지(44)를 갖는 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(36)은 공급 압력을 조절하기 위하여 유압 펌프(32)의 공급 라인에 연결된 유압 또는 전기 펌프 조절기 또는 제어가능 압력 제한 밸브(50)를 갖는 시스템.
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