KR20230061909A - 건설기계 - Google Patents

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KR20230061909A
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KR1020210146645A
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신흥주
김미옥
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 하부주행체; 상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체; 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 암 및 버킷을 포함하며, 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치; 상기 유압 실린더를 제어하는 컨트롤밸브; 상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브; 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버; 상기 작업장치 및 작업영역의 정보를 제공하는 정보 제공부; 및 상기 전자비례감압밸브에 대한 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하고, 상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 정보 제공부에 의해 제공된 정보를 활용하여 상기 유압 실린더의 속도를 제어하는, 건설기계를 제공한다.

Description

건설기계{CONSTRUCTION EQUIPMENT}
본 발명은 건설기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업영역에 대한 암의 각도, 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 출력을 고려하여 암 또는 붐의 속도를 제어하는 건설기계에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기는 건설 현장 등에서 땅을 파는 굴삭 작업, 토사를 운반하는 적재 작업, 기초를 만들기 위한 터파기 작업, 건물을 해체하는 파쇄 작업, 지면을 정리하는 정지 작업, 지면을 고르는 고르기 작업 등 다양한 작업을 수행하는 건설기계이다.
도 1을 참조하면, 굴삭기와 같은 건설기계(1)는 하부주행체(2)와, 하부주행체(2) 상에 선회 가능하게 설치되는 상부선회체(3)와, 상부선회체(3) 상에 상하 방향으로 작동 가능하게 설치되는 작업장치(4)를 구비한다.
또한, 작업장치(4)는, 다관절로 형성되어, 후단부가 상부선회체(3)에 회전 가능하게 지지된 붐(4a)과, 붐(4a)의 선단에 후단부가 회전 가능하게 지지된 암(4b)과, 암(4b)의 선단측에 회전 가능하게 설치된 버킷(4c)을 구비한다. 그리고 사용자의 레버 조작에 따라 작동유가 공급되고, 붐 실린더(5, 작업용 액추에이터)와 암 실린더(6, 작업용 액추에이터)와 버킷 실린더(7, 작업용 액추에이터)가 각각 붐(4a), 암(4b) 및 버킷(4c)을 작동시킨다.
이와 같은 건설기계(1)는 붐(4a), 암(4b), 버킷(4c) 등의 작업장치(4)를 각각의 수동조작레버를 통해 작동하고 있으나, 이러한 작업장치(4)는 각각 관절부에 의해 연결되어 회전운동을 하는 것이기 때문에 작업장치(4)를 각각 조작하여 소정의 영역을 작업하는 것은 운전자의 상당한 노력을 필요로 한다.
한편, 붐 실린더(5)는 붐(4a)의 자중과 붐(4a)의 선단에 위치하는 암(4b)과 버킷(4c)을 지지하고 있으므로, 붐 실린더(5)에는 암 실린더(6) 또는 버킷 실린더(7)에 걸리는 부하압보다 큰 부하압이 걸리게 되고, 굴삭작업시 붐(4a)의 이동량이 암(4b)의 이동량을 따라가지 못하는 경우가 있다.
상세하게는, 도 2 에 참조된 바와 같이, 버킷(4c)의 팁을 경사면을 포함하는 작업영역을 따라 이동시키며 작업할 때, 붐(4a)이 암(4b)의 이동량에 추종하여 상승하지 못하면, 버킷(4c)의 팁이 작업자가 의도한 방향으로 이동하지 않고, 작업영역을 침범하거나 벗어날 수 있다는 문제가 있었다. 특히, 암(4b)과 경사면 사이의 각도가 상대적으로 작거나 경사면의 경사가 급하여 상대적으로 붐(4a)의 이동량이 크게 요구될 때, 상기와 같은 문제가 많이 발생하였다.
아울러, 버킷(4c)이 적하 상태인 경우나, 암(4b)의 선단부에 틸트 로테이터와 같은 어태치먼트가 장착되어 붐(4a)에 대한 관성 모멘트가 증가하면, 암(4b)을 뻗어서 그레이딩을 시작할 때, 암(4b)이 자중에 의해 떨어지는 속도를 붐(4a)의 상승이 따라가지 못하는 경우가 발생할 수 있었다.
또한, 운전자가 연비 향상 등의 목적으로 스탠더드 모드 또는 이코노미 모드를 선택하여 작업하면 유압 실린더에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 적게 공급되고, 순간적으로 최대 출력이 필요한 경우, 암(4b)의 이동량에 추종하여 붐(4a)이 상승 또는 하강하지 못하는 경우가 발생할 수 있었다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 붐 구동 요구속도, 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 출력에 기초해 암 또는 붐의 속도를 제어하여 붐이 암의 이동량에 대응하여 상승 또는 하강할 수 있는 건설기계를 제공하는 것이다
본 발명의 일 측면은 하부주행체, 상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체, 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 암 및 버킷을 포함하며, 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치, 상기 유압 실린더를 제어하는 컨트롤밸브, 상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브, 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버, 상기 작업장치 및 작업영역의 정보를 제공하는 정보 제공부 및 상기 전자비례감압밸브에 대한 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하고, 상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 정보 제공부에 의해 제공된 정보를 활용하여 상기 유압 실린더의 속도를 제어하는, 건설기계를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력 중 하나 이상을 상기 전자제어부에 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도를 기준값과 비교할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도가 증가할수록 암 속도 증가율이 감소하도록 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 작업장치의 관성모멘트를 기준값과 비교할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력을 상기 전자제어부에 제공하고, 상기 전자제어부는 상기 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교하고, 상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값에 제 1 감소비율을 곱한 값을 제 1 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 제 2 설정값에 제 2 감소비율을 곱한 값을 제 2 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 제 3 설정값에 제 3 감소비율을 곱한 값을 제 3 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 제 1 암 속도 증가율 내지 상기 제 3 암 속도 증가율 중 가장 작은 값을 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 제 1 설정값 내지 상기 제 3 설정값 중 어느 하나에, 상기 제 1 감소비율 내지 상기 제 3 감소비율을 곱한 값을 암 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력을 상기 전자제어부에 제공하고, 상기 전자제어부는 상기 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교하고, 상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값보다 큰 값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 제 2 설정값보다 큰 값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 제 3 설정값보다 큰 값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자제어부는, 상기 제 1 붐 속도 증가율 내지 상기 제 3 붐 속도 증가율 중 가장 큰 값을 붐 속도 증가율로 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 조작레버는, 전기식 조이스틱으로서 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 붐 구동 요구속도, 작업장치의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값을 모두 고려하여 가장 작은 암 속도 증가율을 채택하면, 다양한 상황에서 암의 이동량에 대응하여 붐이 상승 또는 하락할 수 있기 때문에, 암 속도 제어의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 건설기계의 기본구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 작업장치의 암이 작업영역을 침범하는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 기능구성을 나타내는 블록도이다.
도 4내지 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭작업의 예를 설명하는 개략도이다.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 암 구동 속도 그래프를 나타내는 개략도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 붐 충격 완화 기능을 갖는 건설기계(100)는 하부주행체(10), 상기 하부주행체(10) 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체(20), 각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐(31), 암(32) 및 버킷(33)을 포함하며 상기 상부선회체(20)에 의해 지지되는 작업장치(30), 암 실린더(50)를 제어하는 컨트롤밸브(200), 상기 컨트롤밸브(200)의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브(300), 운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버(400), 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보 및 작업영역의 위치정보를 수집 및/또는 계산하는 정보 제공부(500), 및 상기 전자비례감압밸브(300)에 대한 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부(600)를 포함한다.
컨트롤밸브(200)는 압력을 받아 축선방향으로 이동하는 스풀에 의해 유로를 개폐하는 부재이다. 즉, 컨트롤밸브(200)는 유압원인 유압펌프에 의해 공급되는 작동유의 공급 방향을 붐 실린더(40) 및 암 실린더(50) 측으로 전환하는 역할을 한다. 컨트롤밸브(200)는 유압 배관을 통하여 유압펌프와 연결되며, 유압펌프에서 붐 실린더(40) 및 암 실린더(50)로의 작동유 공급을 유도한다.
전자비례감압밸브(300, Proportional Pressure Reducing Valve)는 전자 조작 방식의 밸브로서, 전자력을 발생시키는 솔레노이드부 및 유체의 유로로 이용되는 밸브부로 구성될 수 있다.
전자비례감압밸브(300)가 전자제어부(600)에 의해 인가되는 전기적 신호에 대응하여 유압을 생성하고, 생성된 유압이 전자비례감압밸브(300)로부터 컨트롤밸브(200)에 전달된다. 전자비례감압밸브(300)로부터의 유압은 컨트롤밸브(200) 내의 스풀을 축선이동시킨다.
보다 구체적으로, 스풀이 축선방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(40) 및 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 조정된다. 즉, 전자비례감압밸브(300)는 전자제어부(600)에 의해 붐(31) 이 암(32)의 이동량에 추종하여 상승 또는 하락하기 어렵다고 판단되는 경우, 상기 전자제어부(600)로부터의 전기적신호 입력에 따라 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되는 유랑이 증가하도록 신호압력을 가변한다.
조작레버(400)는 유압식 조이스틱 또는 전기식 조이스틱(Electric Joystick)일 수 있으며, 바람직하게는 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부(600)에 제공하는 전기식 조이스틱일 수 있다.
정보 제공부(500)는 위치측정부(510), 자세측정부(520), 관성모멘트 측정부(530), 좌표 산출부(540) 및 출력 산출부(550) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
위치측정부(510)는 GPS 위성이 송출하는 신호를 수신할 수 있는 수신기를 구비할 수 있고, 수신한 신호로부터 건설기계의 위치 정보를 측정한다.
자세 측정부(520)는 복수의 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit, IMU), 각도 센서(Angle senor), 중량센서 등을 이용하여 붐(31), 암(32) 및 버킷(33) 중 적어도 하나의 위치, 자세, 건설기계(100)의 본체 기울기 및 작업영역의 기울기, 암 각속도, 붐 각속도 등을 측정 및/또는 연산한다. 또한, 암(32) 각도 값과 작업영역의 기울기 값(Work Surface Angle) 및 암 각속도 값을 통해 붐(31) 구동 요구속도 값을 연산한다.
관성모멘트 측정부(530)는 복수의 관성 측정 장치(IMU), 중량센서 등을 이용하여 붐(31), 암(32), 버킷(33) 및 어태치먼트의 하중, 관성모멘트 등을 측정 및/또는 연산한다. 틸트 로테이터와 같은 어태치먼트의 하중, 관성모멘트는 운전자가 터치스크린 기능을 제공하는 디스플레이를 통해 해당되는 값을 직접 입력할 수도 있다.
좌표 산출부(540)는 상기 위치측정부(510)와 상기 자세 측정부(520)로부터 측정된 위치 정보를 이용하여 상부선회체(20), 붐(31), 암(32), 버킷(33) 및 틸트 로테이터 중 적어도 하나의 좌표(x, y, z)를 산출한다.
출력 산출부(550)는 운전자가 운전실에 마련되는 엔진 모드 스위치(Engine Mode Switch)를 조작하여 파워 모드(Power Mode), 스탠더드 모드(Standard Mode), 이코노미 모드(Economy Mode) 중 어느 하나의 엔진 모드를 세팅하면, 각각의 엔진모드에 대응하는 최대출력값을 전자제어부(600)에 제공한다. 다만, 엔진 모드는 이외에도 더 포함할 수 있음은 물론이다.
전자제어부(600, Electronic Control Unit)는 조작레버(400)의 조작신호가 입력되면 정보 제공부(500)로부터 정보를 제공받아 암(32)의 이동량에 대응하여 붐(31)을 상승 또는 하강할 수 있는지 판단한다. 그 다음, 전자제어부(600)는 전자비례감압밸브(300)에 컨트롤밸브(200) 제어를 위한 전류신호를 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 붐 구동 요구속도를 고려한 전자제어부(600)의 암 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 조작레버(400)를 통해 붐(31) 또는 암(32)을 조작하면 정보 제공부(500)는 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보 및 작업영역(Work Surface)의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다.
상세하게는, 자세측정부(520)는 위치정보, 자세정보를 활용하여 붐(31), 암(32) 및 버킷(33)의 위치에 따른 현재의 암(32) 각도 값과 작업영역의 기울기 값을 계산하고, 상기 암(32) 각도 값과 상기 작업영역의 기울기 값(Work Surface Angle) 및 암 각속도 값을 통해 붐(31) 구동 요구속도를 산출하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다.
그 다음, 전자제어부(600)는 계산된 붐(31) 구동 요구속도를 기준값과 비교한다.
전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값 이하이면 암(32)을 미리 설정된 암 속도 증가율을 따라 빠르게 구동하는 고속구간으로 분류하고, 붐(31) 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 암(32)을 상기 미리 설정된 암 속도 증가율보다 작은 암 속도 증가율을 따라 느리게 구동하는 저속구간으로 분류한다.
예를 들면, 도 4 를 참조하면, 버킷(33)의 날끝을 경사면을 포함하는 작업영역을 따라 이동시키며 작업할 때, 도 4의 (a)에 참조된 바와 같이, 암(32)이 작업영역에 대한 각도(θa)가 상대적으로 수평에 가까운 상태로 회동하면 붐(31)을 많이 상승시켜야 암(32)이 작업 평면을 침범하지 않는다. 이 때, 붐(31) 구동 요구속도는 기준값보다 크다.
이 경우 암(32)의 이동량에 추종하여 붐(31)의 상승을 제어하는 것에 무리가 있다. 이에, 전자제어부(600)는 암(32)을 미리 설정된 암 속도 증가율보다 작은 암 속도 증가율을 따라 느리게 구동하는 저속구간으로 분류한다.
반면, 도 4의 (b) 와 같이 도 4의 (a)와 동일한 작업영역에서 암(32)이 작업영역에 대한 각도(θb)가 상대적으로 수직에 가까운 상태에서 회동하면 붐(31)을 적게 상승시켜도 암(32)이 작업 평면을 침범하지 않는다. 이 때, 붐(31) 구동 요구속도는 기준값보다 작다.
이 경우 암(32)의 이동량에 추종하여 붐(31)의 상승을 제어하는 것에 무리가 없다. 이에, 전자제어부(600)는 암(32)을 미리 설정된 암 속도 증가율을 따라 빠르게 구동할 수 있는 고속구간으로 분류한다.
또한, 도 5 를 참조하면, 작업장치(30)의 자세가 동일한 경우, 작업영역의 경사가 급한 (b) 의 경우는 작업영역의 경사가 상대적으로 완만한 (a) 의 경우보다 암(32)의 이동량에 추종하여 붐(31)의 상승을 제어하는 것에 무리가 있다.
즉, 도 5(a) 에서는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값보다 작게 산출되고, 도 5(b)에서는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값보다 크게 산출될 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조작레버(400)의 조작시간에 따른 암(32) 속도 그래프를 도시하고 있다. 상세하게는, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값 이하인 고속구간에서는, 미리 설정된 제 1 설정값을 암 속도 증가율로 설정한다.
이 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 증가하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 빠르게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 붐(31) 구동 요구속도가 기준값 이하여서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 있다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도를 미리 설정된 제 1 설정값을 따라 빠르게 증가할 수 있도록 하는 것이다.
반면, 붐(31) 구동 요구속도가 기준값을 초과하는 저속구간에서는 붐(31)이 암(32)의 속도를 따라오지 못하기 때문에, 암 속도의 증가율을 상기 제 1 설정값보다 작도록 제어한다.
이 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 감소하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 느리게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 붐(31) 구동 요구속도가 기준값을 초과하여 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 없다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도 증가율을 상기 제 1 설정값보다 낮추어 붐(31)이 암(32)의 속도를 따라갈 수 있도록 하는 것이다.
상기에서는, 붐(31) 구동 요구속도의 특정 기준값을 기준으로, 암(32) 속도 증가율이 불연속적으로 변하는 실시예를 서술하였으나, 붐(31) 구동 요구속도에 따라 암(32) 속도 증가율이 연속적으로 변할 수 있다.
상세하게는, 도 7(b)에 참조된 바와 같이, 붐(31) 구동 요구 속도가 제 1 기준값보다 작은 경우, 암(32)의 속도를 미리 설정된 암 속도 증가율의 100% 에 해당하는 값을 따라 빠르게 증가할 수 있도록 할 수 있다. 아울러, 붐(31) 구동 요구 속도가 커짐에 따라 암(32)의 속도 증가율을 초기의 100%에서 점점 낮출 수 있다. 또한, 붐(31) 구동 요구 속도가 제 2 기준값보다 큰 경우, 암(32)의 속도가 미리 설정된 암(32) 속도 증가율의 50% 에 해당하는 값을 따라 천천히 증가할 수 있도록 할 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니고 붐(31) 구동 요구속도가 상승할수록, 암(32) 속도 증가율이 점차 감소하도록 설정할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 작업장치(30)의 관성모멘트를 고려한 전자제어부(600)의 암(32) 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
버킷(33)이 적하 상태인 경우나, 암(32)의 선단부에 틸트 로테이터와 같은 어태치먼트가 장착되는 경우, 붐(31)에 대한 관성 모멘트가 증가한다. 상세하게는, 도 6을 참조하면, 도 6(b)의 작업장치(30) 선단부에는 틸트 로테이터(70)가 장착되어 선단부의 하중이 증가하기 때문에, 도 6(a)의 작업장치(30)와 비교하면 붐(31)에 대한 관성 모멘트가 커지게 된다.
이에 따라, 도 6(b)의 작업장치(30)에서는 암(32)을 뻗어서 그레이딩을 시작할 때, 암(32)이 자중에 의해 떨어지는 속도를 붐(31)의 상승이 따라가지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 전자제어부(600)는 작업장치(30)의 관성 모멘트를 추가적으로 고려하여, 암(32) 속도의 증가율을 제어함이 바람직하다.
먼저, 운전자가 조작레버(400)를 통해 붐(31) 또는 암(32)을 조작하면 정보 제공부(500)는 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보, 관성모멘트 정보 및 작업영역의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다. 전자제어부(600)는 정보제공부(500)가 제공한 붐(31), 암(32) 및 버킷(33)의 관성 모멘트를 기준값과 비교한다.
도8 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조작레버(400)의 조작시간에 따른 암(32) 속도 그래프를 도시하고 있다. 전자제어부(600)는 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값 이하이면 암(32)을 미리 설정된 암 속도 증가율을 따라 빠르게 구동하는 고속구간으로 분류하고, 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 암(32)을 상기 미리 설정된 암 속도 증가율보다 작은 암 속도 증가율을 따라 느리게 구동하는 저속구간으로 분류한다.
상세하게는, 전자제어부(600)가 고속구간으로 분류한 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 증가하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 빠르게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 붐(31)에 대한 관성 모멘트가 작아서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 있다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도를 미리 설정된 제 2 설정값을 따라 빠르게 증가할 수 있도록 하는 것이다.
반면, 전자제어부(600)가 저속구간으로 분류한 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 감소하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 느리게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 붐(31)에 대한 관성 모멘트가 커서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 없다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도 증가율을 상기 제 2 설정값보다 낮추어 붐(31)이 암(32)의 속도를 따라갈 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 작업장치(30)의 출력을 고려한 전자제어부(600)의 암(32) 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
운전자가 연비 향상 등의 목적으로 스탠더드 모드 또는 이코노미 모드를 선택하여 작업하면 유압 실린더에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 적게 공급되고, 순간적으로 최대 출력이 필요한 경우, 암(32)의 이동량에 추종하여 붐(31)이 상승 또는 하강하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 전자제어부(600)는 작업장치(30)의 입력 회전수를 추가적으로 고려하여, 암(32) 속도의 증가율을 제어함이 바람직하다.
먼저, 운전자가 운전실에 마련되는 엔진 모드 스위치를 조작하여 모드를 설정하고, 조작레버(400)를 통해 붐(31) 또는 암(32)을 조작하면 정보 제공부(500)는 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보, 선택된 모드의 엔진의 최대 출력값 및 작업영역의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다. 전자제어부(600)는 선택된 모드의 엔진의 최대 출력값을 미리 설정된 기준값과 비교한다.
도8 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조작레버(400)의 조작시간에 따른 암(32) 속도 그래프를 도시하고 있다. 전자제어부(600)는 엔진의 최대 출력값이 기준값 이상이면 암(32)을 미리 설정된 암 구동 속도 증가율을 따라 빠르게 구동하는 고속구간으로 분류하고, 엔진의 최대 출력값이 기준값 미만이면 암(32)을 상기 미리 설정된 암 구동 속도 증가율보다 작은 암 속도 증가율을 따라 느리게 구동하는 저속구간으로 분류한다.
전자제어부(600)는 상기에서 분류된 저속구간 및 고속구간 각각에 대해 암(32) 속도의 증가율이 다르도록 제어한다.
상세하게는, 전자제어부(600)가 고속구간으로 분류한 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 증가하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 빠르게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 엔진의 최대 출력값이 커서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 있다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도를 미리 설정된 제 3 설정값을 따라 빠르게 증가할 수 있도록 하는 것이다.
반면, 전자제어부(600)가 저속구간으로 분류한 경우, 전자비례감압밸브(300)는 상기 전자제어부(600)로부터 입력받은 파일럿 압력에 대응하는 유압을 생성하고, 생성된 유압이 컨트롤밸브(200)의 스풀에 공급되면 스풀은 축선이동한다. 이에, 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 감소하도록 조정되고 암 실린더(50)의 동작 속도는 느리게 증가하게 된다.
즉, 전자제어부(600)가 엔진의 최대 출력값이 작아서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 추종하는 상승 또는 하락을 할 수 없다고 판단하는 경우에는, 암(32)의 속도 증가율을 상기 제 3 설정값보다 낮추어 붐(31)이 암(32)의 속도를 따라갈 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성모멘트 및 작업장치(30)의 출력을 고려한 전자제어부(600)의 암(32) 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 운전실에 마련되는 엔진 모드 스위치를 조작하여 모드를 설정하고, 조작레버(400)를 통해 붐(31) 또는 암(32)을 조작하면 정보 제공부(500)는 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보, 관성모멘트, 선택된 모드의 엔진의 최대 출력값 및 작업영역의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다.
전자제어부(600)는 제공된 작업영역에 대한 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값을 기준값과 각각 비교하여, 고속구간과 저속구간으로 분류한다.
이어서, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값에 따른 암 속도 증가율을 비교 판단한다.
상세하게는, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 암 속도 증가율로 설정하고, 붐(31) 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값에 제 1 감소비율을 곱한 값을 제 1 암 속도 증가율로 설정한다.
아울러, 전자제어부(600)부는 상기 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값보다 크면 상기 제 2 설정값에 제 2 감소비율을 곱한 값을 제 2 암 속도 증가율로 설정한다.
아울러, 전자제어부(600)는 상기 엔진의 출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 출력이 기준값보다 작으면 상기 제 3 설정값에 제 3 감소비율을 곱한 값을 제 3 암 속도 증가율로 설정한다.
전자제어부(600)는, 상기 제 1 암 속도 증가율 내지 상기 제 3 암 속도 증가율 중 가장 작은 값을 암 속도 증가율로 설정하고, 그에 대응하는 파일럿 압력을 출력하여 암 실린더(50)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량을 조정하고 암 실린더(50)의 동작 속도를 조정한다.
이와 같이, 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값을 모두 고려하여 가장 작은 암 속도 증가율을 채택하면, 다양한 상황에서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 대응하여 상승 또는 하락할 수 있기 때문에, 암(32) 속도 제어의 신뢰성이 향상될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전자제어부(600)는, 상기 제 1 설정값 내지 상기 제 3 설정값 중 어느 하나에, 상기 제 1 감소비율 내지 상기 제 3 감소비율을 곱한 값을 암 속도 증가율로 설정할 수도 있다. 이 경우, 암 속도 증가율에 제 1 감소비율 내지 제 3 감소비율이 모두 고려되기 때문에, 암(32) 속도 제어의 신뢰성이 보다 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따라 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성모멘트 및 작업장치(30)의 출력을 고려한 전자제어부(600)의 붐(31) 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 운전실에 마련되는 엔진 모드 스위치를 조작하여 모드를 설정하고, 조작레버(400)를 통해 붐(31) 또는 암(32)을 조작하면 정보 제공부(500)는 작업장치(30)의 위치정보, 자세정보, 관성모멘트, 선택된 모드의 엔진 최대 출력값 및 작업영역의 위치정보를 수집 및/또는 계산하고, 이를 전자제어부(600)에 제공한다.
전자제어부(600)는 제공된 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값을 기준값과 각각 비교하여, 고속구간과 저속구간으로 분류한다.
이어서, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값에 따른 붐 속도 증가율을 비교 판단한다.
상세하게는, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정하고, 붐(31) 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값보다 큰 값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정한다.
아울러, 전자제어부(600)는 상기 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치(30)의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 제 2 설정값보다 큰 값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정한다.
아울러, 전자제어부(600)는 상기 엔진의 출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 출력이 기준값 미만이면 상기 제 3 설정값보다 큰 값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정한다.
이어서, 전자제어부(600)는 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값에 따른 상기 제 1 붐 속도 증가율 내지 상기 제 3 붐 속도 증가율을 비교 판단하여, 가장 큰 붐 속도 증가율에 따른 파일럿 압력을 연산 및 출력하여 붐 실린더(40)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량을 조정하고 붐 실린더(40)의 동작 속도를 조정한다.
이와 같이, 붐(31) 구동 요구속도, 작업장치(30)의 관성 모멘트 및 엔진의 최대 출력값을 모두 고려하여 가장 큰 붐 속도 증가율을 채택하면, 다양한 상황에서 붐(31)이 암(32)의 이동량에 대응하여 상승 또는 하락할 수 있기 때문에, 붐(31) 속도 제어의 신뢰성이 향상될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 건설기계
200 : 컨트롤밸브
300 : 전자비례감압밸브
400 : 조작레버
500 : 정보제공부
600 : 전자제어부

Claims (15)

  1. 하부주행체;
    상기 하부주행체 상에서 회전 가능하도록 지지되는 상부선회체;
    각각의 유압 실린더에 의해 작동하는 붐, 암 및 버킷을 포함하며, 상기 상부선회체에 의해 지지되는 작업장치;
    상기 유압 실린더를 제어하는 컨트롤밸브;
    상기 컨트롤밸브의 스풀을 제어하는 전자비례감압밸브;
    운전자의 조작량에 대응되는 조작신호를 출력하는 조작레버;
    상기 작업장치 및 작업영역의 정보를 제공하는 정보 제공부; 및
    상기 전자비례감압밸브에 대한 파일럿 압력을 연산 및 출력하는 전자제어부를 포함하고,
    상기 전자제어부는, 상기 조작레버의 조작신호와 상기 정보 제공부에 의해 제공된 정보를 활용하여 상기 유압 실린더의 속도를 제어하는, 건설기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력 중 하나 이상을 상기 전자제어부에 제공하는, 건설기계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 붐 구동 요구속도를 기준값과 비교하는, 건설기계
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고,
    상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 붐 구동 요구속도가 증가할수록 암 속도 증가율이 감소하도록 설정하는, 건설기계.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 작업장치의 관성모멘트를 기준값과 비교하는, 건설기계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고,
    상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교하는, 건설기계
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 설정값을 암 속도 증가율로 설정하고,
    상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 설정값보다 작은 값을 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력을 상기 전자제어부에 제공하고,
    상기 전자제어부는 상기 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교하고,
    상기 전자제어부는,
    상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값에 제 1 감소비율을 곱한 값을 제 1 암 속도 증가율로 설정하고,
    상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 제 2 설정값에 제 2 감소비율을 곱한 값을 제 2 암 속도 증가율로 설정하고,
    상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 암 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 제 3 설정값에 제 3 감소비율을 곱한 값을 제 3 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 제 1 암 속도 증가율 내지 상기 제 3 암 속도 증가율 중 가장 작은 값을 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 제 1 설정값 내지 상기 제 3 설정값 중 어느 하나에, 상기 제 1 감소비율 내지 상기 제 3 감소비율을 곱한 값을 암 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 제공부는 붐 구동 요구속도, 작업장치의 관성모멘트 및 엔진 최대출력을 상기 전자제어부에 제공하고,
    상기 전자제어부는 상기 붐 구동 요구속도, 상기 작업장치의 관성모멘트 및 상기 엔진 최대출력을 기준값과 비교하고,
    상기 전자제어부는,
    상기 붐 구동 요구속도가 기준값 이하이면 미리 설정된 제 1 설정값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 붐 구동 요구속도가 기준값을 초과하면 상기 제 1 설정값보다 큰 값을 제 1 붐 속도 증가율로 설정하고,
    상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값 이하면 미리 설정된 제 2 설정값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 작업장치의 관성모멘트가 기준값을 초과하면 상기 제 2 설정값보다 큰 값을 제 2 붐 속도 증가율로 설정하고,
    상기 엔진의 최대출력이 기준값 이상이면 미리 설정된 제 3 설정값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정하고, 상기 엔진의 최대출력이 기준값 미만이면 상기 제 3 설정값보다 큰 값을 제 3 붐 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전자제어부는, 상기 제 1 붐 속도 증가율 내지 상기 제 3 붐 속도 증가율 중 가장 큰 값을 붐 속도 증가율로 설정하는, 건설기계.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 조작레버는, 전기식 조이스틱으로서 운전자의 조작량에 비례하여 전기적 신호를 발생시켜 전자제어부에 제공하는, 건설기계.
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