KR20210155459A - 전도 방지를 위한 굴삭기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따른 전도 방지를 위한 굴삭기 및 그 방법에 관한 것으로, 전도 방지를 위한 굴삭기는, 하부주행체; 상기 하부주행체에 선회 가능하게 결합되는 상부회전체; 상부회전체에 회동가능하게 장착되는 붐; 상기 붐의 붐실린더에 마련되는 압력센서 및 상기 본체에 마련되어 본체와 지면 사이의 경사각을 측정하는 기울기 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부에 의해 센싱된 센싱값에 기초하여, 경사각에 따라 가변되는 전도임계하중을 산출하고, 산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 지시에 따라 전복 위험 경고를 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

전도 방지를 위한 굴삭기 및 그 방법{excavator for roll-over preventing and method using the same}

본 명세서의 적어도 일부의 실시 예는 전도 방지를 위한 굴삭기 및 그 방법에 관한 것이다.

굴삭기는 붐과 붐 실린더, 암과 암 링크 및 암 실린더, 버킷과 버킷실린더 및 버킷링크를 구비한 작업기가, 선회가 자유로운 상부회전체에 설치되고 상기 상부회전체는 선회기구에 의해 하부주행체에 설치된 것으로 구성되어 이동하면서 작동한다.

이와 같은 굴삭기는 굴삭작업이나 운반작업 등의 각종 작업에 사용되고 있다. 이러한 굴삭기를 크레인 작업기능을 할 수 있도록 작업장치의 선단부에 훅을 설치하여 사용할 수도 있다.

이와 같이 버킷이나, 훅을 이용하여 크레인 작업을 하는 경우, 작업 반경에 대한 매달린 하물의 정격하중이 미리 설정되어 있어 실제 하중은 이 정격하중을 넘지 않도록 할 필요가 있다. 그 때문에 하중 표시 모니터를 설치하고, 하중 표시 모니터에 실제하중과 정격하중을 표시하여 운전자에게 널리 알리도록 하였다. 또한, 이 하중표시 모니터에 과부하방지 경보장치를 설치하여 실제하중이 그 자세에서의 정격하중의 예를 들어 90%가 넘으면 경고음이 발행되도록 할 수 있다.

그러나, 종래의 굴삭기는 굴삭기 지형과 상관없이 고정된 전도하중값에 기초하여 장비 전복을 경고하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 굴삭기가 작업하는 지형 즉 경사도를 고려하여, 굴삭 작업시 운전자에게 전복 위험도를 알려 안전 및 작업효율을 향상시키는 굴삭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 전도 방지를 위한 굴삭기는, 하부주행체; 상기 하부주행체에 선회 가능하게 결합되는 상부회전체; 상부회전체에 회동가능하게 장착되는 붐; 상기 붐의 붐실린더에 마련되는 압력센서 및 상기 본체에 마련되어 본체와 지면 사이의 경사각을 측정하는 기울기 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부에 의해 센싱된 센싱값에 기초하여, 경사각을 반영한 전도임계하중을 산출하고, 산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 지시에 따라 전복 위험 경고를 표시하는 표시부를 포함한다.

전도 방지를 위한 굴삭기는 상기 붐에 회동가능하게 장착되는 암; 및 상기 암에 회동가능하게 연결되는 버킷을 더 포함한다.

상기 제어부는 상기 압력센서의 센싱값에 기초하여 상기 버킷에 작용하는 중량 및 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리를 산출한다.

상기 제어부는, 경사도를 반영한 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')와, 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')를 산출하여, 전도 임계 하중을 산출한다.

상기 제어부는, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제1 기준을 벗어나는 경우, 전복 위험 경고를 표시하고, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제2 기준을 벗어나는 경우, 상기 차량 동작을 제한하도록 제어한다.

상기 제어부는 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')가 더 길어지지 않도록 붐의 동작을 제어한다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 굴삭기의 전도 방지 방법은, 작동 중인 굴삭기의 붐 실린더의 압력값을 측정하는 단계; 지면과 상기 굴삭기의 경사각을 측정하는 단계; 상기 압력값과 경사각에 기초하여 경사각을 반영한 전도임계하중을 산출하는 단계; 산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단하는 단계; 및 상기 제어부의 지시에 따라 전복 위험 경고를 표시하는 단계; 를 포함한다.

상기 압력값과 경사각에 기초하여 경사각을 반영한 전도임계하중을 산출하는 단계는, 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')를 연산하고, 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')를 연산하여, 전도 임계 하중을 산출한다.

본 명세서에서 제시된 일 실시 예에 따르면, 굴삭기와 굴삭기의 전도 방지 방법은, 전복의 위험성을 판정하여 운전자에게 이를 알려주는 바 전도 사고의 위험성을 줄이고 운행의 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 개략적 측면도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 임계 무게를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 임계 무게를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 위험을 경고하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

이하, 본 명세서의 실시 예들에 의하여 굴삭기 전도 방지 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 명세서에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 개략적 측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기는 굴삭기가 이동되도록 하는 하부주행체(1)와, 상기 하부주행체(1)에 선회기구(3)를 통해 결합되는 상부회전체(2)와, 상부회전체(2)에 설치되어 굴삭 및 인양작업 등을 하는 작업장치(4)로 구성되며, 작업장치(4)는 상부회전체(2)의 조인트근처에 연결되어 붐 실린더(6)에 의해 작동하는 붐(5)과, 상기 붐(5)의 끝단에 연결되어 암 실린더(8)에 의해 회전하는 암(7)과, 이 암(7)의 끝단에 연결되어 버킷실린더(11)에 의해 회전가능하도록 설치된 버킷(10)으로 구성되며 상기 버킷(10)과 암(7)은 버킷링크(12)와, 암 링크(9)에 의해 그 회동각이 제어된다.

하부주행체(1)는 상부회전체(2)에서 구동력을 전달받아 주행할 수 있다. 하부주행체(1)는 험지나 평지를 이동하기 위한 이동장치로 특정 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수개의 바퀴를 구비하거나, 캐터필러를 구비할 수 있으며, 바퀴와 캐터필러의 조합으로 구성될 수 있다.

버킷(10)은 굴삭작업으로 발생한 중량체를 담아 들어올리거나 이동시킬 수 있다.

붐 실린더(6)에 하나 이상의 압력센서가 마련될 수 있다. 압력센서는 붐에 작용하는 부하를 검출할 수 있다.

또한, 상부회전체(2)에 기울기 센서가 마련되어, 상부회전체(2)와 지면과의 경사각을 측정할 수 있다.

이렇게 측정된 붐 실린더(6)의 압력센서(20)의 센싱값에 기초하여, 양중물의 무게 및 전도축에서 버킷의 중심까지의 거리를 연산하고, 기울기 센서에서 측정된 기울기를 적용하여, 경사도에 따라 가변되는 전도 임계 무게를 산출한다.

본 명세서의 일 실시 예에서 굴삭기 전도 방지 장치의 구성은 이하에 자세히 설명한다.

도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기 전도 방지 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 임계 무게를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기 전도 방지 장치(100)는 센서부(130), 제어부(140), 메모리부(150), 표시부(160) 및 경고음 출력부(170)를 포함할 수 있다. 굴삭기 전도 방지 장치(100)는 구동부(180)를 더 포함할 수 있다.

센서부(130)는 기울기 센서(131) 및 압력 센서(132)를 포함하고, 기울기 센서(131)는 굴삭기 내부에 마련되어, 굴삭기의 수평면에 대한 기울어진 정도(이하, 경사도라고 함)를 센싱하고 압력센서(130)는 붐 실린더(도 1의 6)에 마련되어, 붐의 부하를 센싱한다. 센서부(130)는 센싱한 값을 제어부(140)에 전달한다.

제어부(140)는 압력 센서(132)로부터 센싱된 값을 전달받아, 양중물의 무게를 연산하고, 기울기 센서(131)로부터 센싱된 값을 전달받아 경사지에서의 전도 임계 무게(전도 임계 하중)을 산출한다. 즉, 제어부(140)에 의해 산출되는 전도 임계 무게는 경사도에 따라 가변된다.

굴삭기는 양중모멘트가 안정모멘트를 초과하지 않는 경우에는 안정 상태가 되고, 안정 모멘트와 양중 모멘트가 동일한 지점을 전도 임계점이라 한다. 이때의 하중을 임계하중이라고 한다. 양중모멘트가 안정모멘트를 초과하는 경우 굴삭기는 전도될 수 있다.

도 3을 참조하면, 안정 모멘트(A)는 전도축을 중심으로 굴삭기 방향쪽 중량을 의미하고, 굴삭기 중량(M)과 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a)를 곱하여 연산한다.

양중 모멘트(B)는 전도축을 기준으로 붐 방향의 중량을 의미하고, 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 거리(b)와 양중물의 무게(m)를 곱하여 산출한다.

도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 임계 무게를 설명하기 위한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 굴삭기가 들어올릴 수 있는 임계 하중 m은 수학식 1과 같이, 평평한 지형(기준)에서의 굴삭기 중량과 굴삭기 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a)를 양중물의 중심부터 전도축까지의 거리(b)로 나눈값이 된다.

이때, 기울어진 지형에 굴삭기가 위치하는 경우, 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')와, 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')가 변하게 된다.

따라서, 경사면의 전도임계하중 수학식 2와 같다.

여기서, 경사지에서의 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')는 평지에서의 굴삭기 중량과 굴삭기 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a)와 경사도(θ)에 기초하여 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.

경사지에서의 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')는 평지에서의 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b)와 경사도(θ)에 기초하여 수학식 4에 의해 산출될 수 있다. 경사지에서의 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')는 전도축과 수직한 직선 상에 있다.

제어부(140)는 경사도의 임계 하중에 기초하여 전도 위험을 경고하기 위하여 표시부(160) 또는 경고음 출력부(170)를 제어한다.

예를 들어, 제어부(140)는 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제1 기준을 벗어나는 경우, 전복 위험 경고를 표시부(160)에 표시하고, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제2 기준을 벗어나는 경우, 상기 차량 동작을 제한할 수 있다.

제어부(140)는 동작을 제한하기 위하여, 엔진 제어 유닛(미도시)을 제어하여 RPM(revolution per minute)을 자동 낮추거나, 차량속도를 낮추거나, 또는 작업장치(4)의 구동부(180)를 제어하여 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')가 더 길어지지 않도록 붐의 동작을 제어할 수 있다.

표시부(160)는 게기판일 수도 있고, 별도의 표시화면일 수도 있으며, 제어부(140)의 제어에 따라 전도 위험을 표시할 수 있다.

경고음 출력부(170)는 제어부(140)의 제어에 따라 전도 위험 시 경고음을 낼 수 있다.

메모리부(150)는 굴삭기 전도 위험을 경고하기 위한 프로그램 및 프로토콜 및 각종 프로그램을 실행하여 굴삭기의 기울기에 따라 가변되는 전도 임계 무게를 연산하기 위한 수학식 등을 저장한다.

전술한 구성요소들은 모두 반드시 필요한 것은 아니며, 일부 생략될 수 있다.

도 5는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 굴삭기의 전도 위험을 경고하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 제어부(140)는 압력 센서(132)에 의해 작동 중인 굴삭기의 붐 실린더의 압력값을 측정한다(S110).

다음 제어부(140)는 기울기 센서(131)에 의해 지면과 상기 굴삭기의 경사각을 측정한다(S120).

압력값과 경사각을 미리 저장된 수학식에 적용하여 경사각에 따라 가변되는 전도임계무게를 산출한다(S130).

굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')를 연산하고, 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')를 연산하여, 전도 임계 하중을 산출한다.

산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단한다(S140).

제어부의 지시에 따라 전도 위험을 표시부 및/또는 경고음 출력부를 통해 사용자에게 경고하고(S150), 단계 S110으로 진행한다.

제어부는 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제1 기준을 벗어나는 경우, 전복 위험을 표시한다. 제1 기준은 예컨대 전도 임계 하중의 75%일 수 있다.

상기 제어부는, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제2 기준을 벗어나는 경우, 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')가 더 길어지지 않도록 붐의 동작을 제한할 수 있다(S160). 다른 예로는 제어부는 차량 동작을 제한하기 위해 예컨대 설정 조건에 따라 RPM을 자동 낮추거나, 차량속도를 낮추거나, 붐 높이를 더 이상 높이지 못하도록 제한하도록 할 수 있다.

제2 기준은 제1 기준값보다 전도 임계 하중에 가깝다. 예컨대 제2 기준은 전도 임계 하중의 90%일 수 있다.

도시된 각 단계들은 모두 반드시 필요한 것은 아니며, 일부 단계는 생략될 수 있다.

전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

이상에서 본 명세서에 개시된 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시 예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.

여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 굴삭기 전도 방지 장치 130 : 압력 센서
140 : 제어부 150 : 메모리부
160 : 표시부 170 : 경고음 출력부

Claims (7)

1. 하부주행체;
   상기 하부주행체에 선회 가능하게 결합되는 상부회전체;
   상부회전체에 회동가능하게 장착되는 붐;
   상기 붐의 붐실린더에 마련되는 압력센서 및 상기 본체에 마련되어 본체와 지면 사이의 경사각을 측정하는 기울기 센서를 포함하는 센서부;
   상기 센서부에 의해 센싱된 센싱값에 기초하여, 경사각에 따라 가변되는 전도임계하중을 산출하고, 산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단하는 제어부; 및
   상기 제어부의 지시에 따라 전복 위험 경고를 표시하는 표시부
   를 포함하는 전도 방지를 위한 굴삭기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 붐에 회동가능하게 장착되는 암; 및
   상기 암에 회동가능하게 연결되는 버킷
   을 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 압력센서의 센싱값에 기초하여 상기 버킷에 작용하는 중량 및 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 거리를 산출하는 전도 방지를 위한 굴삭기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 경사도를 반영한 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')와, 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')를 산출하여, 전도 임계 하중을 산출하는 전도 방지를 위한 굴삭기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제1 기준을 벗어나는 경우, 전복 위험 경고를 표시하고,
   상기 제어부는, 현재 양중물의 무게가 상기 전도 임계 하중의 제2 기준을 벗어나는 경우, 상기 차량 동작을 제한하도록 제어하는 전도 방지를 위한 굴삭기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 양중물의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')가 더 길어지지 않도록 붐의 동작을 제어하는 전도 방지를 위한 굴삭기.
   
6. 작동 중인 굴삭기의 붐 실린더의 압력값을 측정하는 단계;
   지면과 상기 굴삭기의 경사각을 측정하는 단계;
   상기 압력값과 경사각에 기초하여 경사각에 따라 가변되는 전도임계하중을 산출하는 단계;
   산출된 전도임계하중에 기초하여 전복 위험성을 판단하는 단계; 및
   상기 제어부의 지시에 따라 전복 위험 경고를 표시하는 단계;
   를 포함하는 굴삭기의 전도 방지 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 압력값과 경사각에 기초하여 경사각에 따라 가변되는 전도임계하중을 산출하는 단계는
   굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 굴삭기의 중량 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(a')를 연산하고, 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 지면의 거리와 경사도에 기초하여 버킷의 중심으로부터 전도축까지의 수평거리(b')를 연산하여, 전도 임계 하중을 산출하는 굴삭기의 전도 방지 방법.
   
   

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