KR20230167701A

KR20230167701A - 축압기의 상태를 판단하는 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230167701A
Application number: KR1020230058632A
Authority: KR
Inventors: 정태랑
Original assignee: 레디로버스트머신 주식회사
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2023-12-11

Abstract

축압기의 상태를 판단하는 진단 장치 및 방법이 개시된다. 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더 및 실린더에 의해 구동되는 붐을 구비하는 건설기계에 설치되는 진단 장치는, 오일을 축압하는 축압기, 축압기의 입력단에 구비되고, 축압기의 압력을 측정하는 센서, 오일이 실린더에서 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브, 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터 및, LA밸브 및 유압모터를 이용하여 오일의 충전과 토출을 제어하고, 축압기의 예비충전(precharge) 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 축압기의 상태를 진단하는 제어부를 포함한다.

Description

축압기의 상태를 판단하는 진단 장치 및 방법{Diagnosis apparatus and method for determining the state of an accumulator}

본 발명은 진단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축압기의 예비충전(precharge) 압력을 기반으로 해당 축압기의 상태를 추정하는 축압기의 상태를 판단하는 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

유압 에너지를 축적하는 축압기(accumulator)에서 그 수명이 다하여 에너지를 축적하지 못하거나, 기능이 손상된 경우, 축압기가 장착된 설비를 멈추거나, 장비를 멈추는 일이 발생된다.

이로 인해 경제적 손실뿐만 아니라 축압기의 폭발 사고가 발생될 수도 있다.

따라서 축압기의 구조적인 문제가 발생되기 이전에 미리 유지보수를 할 수 있도록 축압기의 수명을 정확하게 진단할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2016-0110240호(2016.09.21.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 축압기의 예비충전 압력을 이용하여 해당 축압기의 수명을 예측하고, 이상 여부를 판단하는 축압기의 상태를 판단하는 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더 및 상기 실린더에 의해 구동되는 붐을 구비하는 건설기계에 설치되는 진단 장치는 상기 오일을 축압하는 축압기, 상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서, 상기 오일이 상기 실린더에서 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브, 상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터 및 상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전(precharge) 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하는 제어부를 포함한다.

또한 상기 축압기 및 상기 유압모터 사이에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 AM밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 오일이 충전되는 충전시간과 상기 오일이 토출되는 토출시간이 동일해지도록 상기 LA밸브, 상기 유압모터 및 상기 AM밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 LA밸브 및 상기 AM밸브의 개도를 조절하고, 상기 유압모터의 회전수를 조절하여 각각 충전시간 및 토출시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 축압기의 압력이 기 설정된 목표압력이 되면 상기 오일이 토출되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 오일이 충전되는 순간의 압력인 예비충전 압력과 상기 오일의 토출이 완료된 순간의 압력인 예비충전 압력을 기반으로 상기 기준 예비충전 압력과 비교하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 예측충전 압력은, 상기 축압기의 압력이 급격히 변화되는 변곡점에서의 압력인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 예비충전 압력과 상기 기준 예비충전 압력의 차이값이 기 설정된 오차범위를 벗어나면 상기 축압기에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 예비충전 압력을 시계열에 따라 분석하여 상기 축압기의 예비충전 압력에 대한 경향을 추정하고, 상기 추정된 결과값을 상기 기준 예비충전 압력과 비교하여 상기 축압기의 잔존수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는, 상기 잔존수명을 복수개의 단계로 구분하고, 상기 잔존수명이 상기 구분된 단계 중 어느 하나의 단계에 도달하면 해당 단계에 대응되는 알림 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 건설기계는 몸체, 상기 몸체에 연결되고, 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더, 상기 몸체에 연결되고, 상기 실린더에 의해 구동되는 붐, 상기 몸체에 연결되고, 상기 오일을 축압하는 축압기, 상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서, 상기 오일이 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브, 상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터 및 상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 시스템은 오일을 이용하여 승강 작동을 수행하는 건설기계 및 상기 건설기계로부터 수집된 정보를 이용하여 상기 건설기계에 대한 모니터링을 수행하는 사용자 단말을 포함하되, 상기 건설기계는, 몸체, 상기 몸체에 연결되고, 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더, 상기 몸체에 연결되고, 상기 실린더에 의해 구동되는 붐, 상기 몸체에 연결되고, 상기 오일을 축압하는 축압기, 상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서, 상기 오일이 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브, 상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터 및 상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하며, 상기 진단된 결과를 상기 사용자 단말로 전송시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 해당 축압기의 수명을 예측하고, 이상 여부를 판단할 수 있다.

이를 통해 사용자가 축압기의 교체 시기를 인지하여 축압기의 고장으로 인해 발생되는 사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 기반의 유압 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계를 설명하기 위한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축압 어셈블리를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축압 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진단장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축압기의 예비충전 압력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진단방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서 및 도면(이하 '본 명세서')에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 기반의 유압 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계를 설명하기 위한 계통도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축압 어셈블리를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축압 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 유압 시스템(500)은 건설기계(100)를 모니터링하고, 모니터링된 결과를 이용하여 건설기계(100)의 축압 상태로 인해 발생되는 문제를 미연에 차단한다. 유압 시스템(500)은 건설기계(100) 및 사용자 단말(400)을 포함한다.

건설기계(100)는 토목공사, 건축공사 등이 포함된 건설 현장에서 사용되는 기계장치로써, 굴착기, 로더, 지게차 등이 포함될 수 있으나, 이하 설명에서는 굴착기로 한정하여 설명하기로 한다. 건설기계(100)는 몸체(110), 엔진(120), 붐(130), 실린더(140), 메인컨트롤밸브(160), 제어부(170), 축압 어셈블리(200) 및 유압모터 어셈블리(300)를 포함할 수 있다. 여기서 건설기계(100)는 축압 기능의 상태 여부를 진단하는 진단장치를 포함할 수 있다. 진단장치는 건설기계(100)의 구성요소인 메인컨트롤밸브(160), 제어부(170), 축압 어셈블리(200) 및 유압모터 어셈블리(300) 중 적어도 둘 이상이 결합된 형태일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.

몸체(110)는 건설기계(100)의 프레임에 해당한다. 몸체(110)는 건설 현장에서 사용되어야 함으로, 일정 강도를 가지는 금속 재질로 형성된다. 몸체(110)는 작업자가 탑승할 수 있는 캐비닛(150)이 형성될 수 있고, 캐비닛(150)은 붐(130)의 붐업 또는 붐다운 동작을 제어할 수 있는 조이스틱(151)이 구비될 수 잇다.

엔진(120)은 몸체(110)의 내부에 구비되고, 실린더(140)에 오일의 유동을 제공한다. 또한 엔진(120)은 몸체(110)의 하부에 구비된 구동부(미도시)에 구동력을 제공할 수 있다. 엔진(120)은 샤프트(121)와 연결되고, 샤프트(121)는 메인펌프(122) 및 보조펌프(123)와 연결될 수 있다.

붐(130)은 몸체(110)와 연결되고, 물체를 들어 회전시킬 수 있는 부재이다. 붐(130)은 실린더(140)에 의해 구동되며, 실린더(140)가 승강 작동을 하면 회전 운동을 할 수 있다.

실린더(140)는 몸체(110)와 연결되고, 오일의 유동에 의해 승강 작동을 하여 붐(130)을 구동시킬 수 있다. 이를 위해 실린더(140)는 붐(130)과 연결된 로드(141)를 구비할 수 있다. 로드(141)는 실린더(140)의 라지챔버(142)와 스몰챔버(143) 사이에 구비되고, 라지챔버(142)에 오일이 유입되면 상승하고, 스몰챔버(143)에 오일이 유입되면 하강할 수 있다. 즉 로드(141)가 상승되면 붐(130)은 붐업하고, 로드(141)가 하강되면 붐(130)은 붐다운할 수 있다. 라지챔버(142)는 라지챔버라인(144)을 통해 메인컨트롤밸브(160)와 연결되고, 스몰챔버(143)는 스몰챔버라인(145)을 통해 메인컨트롤밸브(160)와 연결될 수 있다.

메인컨트롤밸브(160)는 오일의 유동을 제어하는 메인밸브로써, 스풀(161), 메인밸브라인(162), 붐업밸브(163), 붐다운밸브(164), 붐업밸브라인(165), 붐다운밸브라인(166)을 포함한다. 스풀(161)은 오일의 유동을 제어한다. 스풀(161)은 오일의 유동을 라지챔버(142) 방향으로 이동하거나, 스몰챔버(143) 방향으로 이동하도록 제어할 수 있다. 즉 스풀(161)은 실린더(140)의 로드(141)를 상승 또는 하강시킬 수 있다. 메인밸브라인(162)는 메인펌프(122)와 스풀(161)을 연결하고, 붐업밸브라인(165)는 보조펌프(123)과 붐업밸브라인(165)를 연결하며, 붐다운밸브라인(166)은 보조펌프(123)와 붐다운밸브(164)를 연결한다. 이때 붐업밸브(163)와 붐다운밸브(164)는 각각 스풀(161)과 연결된다. 이를 통해 붐업밸브(163)는 밸브가 열리면 스풀(161)을 이동시켜 오일을 라지챔버(142)로 유동시킬 수 있다. 또한 붐다운밸브(164)는 밸브가 열리면 스풀(161)을 이동시켜 오일을 스몰챔버(143)로 유동시킬 수 있다.

제어부(170)은 건설기계(100)의 전반적인 구동 제어를 수행할 뿐 만 아니라, 축압 기능에 대한 이상 진단도 수행한다.

제어부(170)는 건설기계(100)의 구동 제어를 수행하기 위해 사용자 입력을 입력 받고, 입력된 사용자 입력에 따라 각종 밸브들을 제어하여 오일을 유동시킨다. 여기서 사용자 입력은 조이스틱(151)으로부터 입력된 입력값일 수 있다. 즉 제어부(170)은 조이스틱(151)에 구비된 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)를 통해 사용자 입력은 입력받는다. 여기서 제1 센서(S1)는 조이스틱(151)의 붐업 동작에 대한 압력 변화를 감지하여 조작신호를 생성하고, 제2 센서(S2)는 조이스틱(151)의 붐다운 동작에 대한 압력 변화를 감지하여 조작신호를 생성한다. 제어부(170)은 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2) 중 어느 하나로부터 조작신호를 수신하면 수신된 조작 신호를 기반으로 붐업밸브(163) 또는 붐다운밸브(164)의 개폐 여부를 제어한다.

여기서 붐다운밸브(164)는 라지챔버라인(144)에도 구비되어 붐다운밸브라인(166)의 유동뿐만 아니라, 라지챔버라인(144)의 유동도 제어할 수 있다. 예를 들어 조이스틱(151)이 붐다운 동작에 대한 조작신호를 생성하면 제어부(170)은 붐다운밸브(164)를 폐쇄되도록 제어하여 오일이 라지챔버(142)에서 메인컨트롤밸브(160)로 유동되는 것을 차단할 수 있다.

또한 제어부(170)는 축압 기능에 대한 이상 진단을 수행하기 위해 축압기(220)의 예비충전(precharge) 압력을 이용하여 축압기(220)의 상태를 진단한다. 이를 통해 사용자는 축압기(220)의 상태를 미리 인지하여 유지보수를 원활히 수행함으로써, 축압기(220)의 이상으로 발생되는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 여기서 축압기(220)의 상태는 수명 또는 구조적 문제를 의미할 수 있다. 여기서 축압 기(220)의 이상 진단에 대한 설명은 도 5 내지 도 7을 통해 상세히 설명한다.

축압 어셈블리(200)는 축압 기능을 가진 구성들의 집합으로써, 브라켓(210), 축압기(220), 밸브 어셈블리(230) 및 메인배관(240)을 포함한다.

브라켓(210)은 건설기계(100)의 몸체(110)에 착탈 가능하게 체결된다. 브라켓(210)에는 축압기(220), 밸브 어셈블리(230) 및 메인배관(240)이 구비될 수 있다.

축압기(220)는 오일이 축압되고, 필요시에 축압기(220)에 미리 축압된 오일이 축압기(220)로부터 토출될 수 있다.

밸브 어셈블리(230)는 제1 라인(L1), 제2 라인(L2), 제3 라인(L3), 제4 라인(L4), 제5 라인(L5), 제6 라인(L6), 제7 라인(L7), LA밸브(LA), AL밸브(AL), AM밸브(AM), AL밸브(AL), LS밸브(LS), LT밸브(LT), 릴리즈밸브(RE)를 포함한다. 제1 라인(L1)은 라지챔버라인(144)을 연결하는 라인이고, 제3 센서(S3)가 구비되어 상시 유압이 측정된다. 제2 라인(L2) 및 제3 라인(L3)은 제1 라인(L1)과 축압기(200) 사이를 연결하는 라인이고, 제2 라인(L2) 및 축압기(220)의 입력단에 제5 센서(S5)가 구비되어 축압기(220) 입력단의 압력이 측정된다. 즉 제5 센서(S5)는 축압기(220)의 예비충전 압력 및 축압기(220)에 오일이 가득차 있는지 여부를 측정할 수 있다. 제4 라인(L4)은 축압기(220)와 유압모터(310) 사이를 연결하는 라인이다. 제5 라인(L5)은 실린더(140)의 스몰챔버(143)를 연결하는 라인이고, 제4 센서(S4)가 구비되어 상시 유압이 측정된다. 제6 라인(L6)은 제1 라인(L1)에서 분기되어 제5 라인(L5)과 연결되는 라인이다. 또한 LA밸브(LA)는 제2 라인(L2)에 구비되고, 오일이 축압기(220) 방향으로 유동되도록 유량 제어를 하는 밸브이다. AL밸브(AL)는 제3 라인(L3)에 구비되고, 오일이 제1 라인(L1) 방향으로 유동되도록 유량 제어를 하는 밸브이다. AM밸브(AM)는 제4 라인(L4)에 구비되고, 오일이 유압모터(310) 방향으로 유동되도록 유량 제어를 하는 밸브이다. LS밸브(LS)는 제6 라인(L6)에 구비되고, 오일이 제5 라인(L5) 방향으로 유동되도록 유량 제어를 하는 밸브이다. LT밸브(LT)는 제7 라인(L7)에 구비되고, 오일이 오일탱크(T) 방향으로 유동되도록 유량 제어하는 밸브이다. 릴리즈밸브(RE)은 축압기(220) 및 오일탱크(T) 사이의 유로 상에 구비되고, 온오프(on-off) 방식을 통해 오일이 오일탱크(T) 방향으로 유동되도록 제어한다. 또한 제3 센서(S3)은 여기서 상술된 각 밸브들 및 센서들은 제어부(170)에 의해 제어될 수 있다.

메인배관(240)은 실린더(140) 및 밸브 어셈블리(230) 사이를 연결한다. 여기서 메인배관(240)은 선단부(실린더 부분)에 조인트블럭(241)을 구비할 수 있다. 조인트블럭(241)은 실린더(140)의 라지챔버(142) 및 스몰챔버(143)와 연결될 수 있다.

유압모터 어셈블리(300)는 유압모터(310)을 포함한다. 유압모터(310)는 유체에 의해 회전력을 형성하는 장치로써, 유압모터(310) 내부에 오일이 유입되면 회전력을 형성한다. 이때 유압모터(310)는 제어부(170)에 의해 회전수를 조절하여 오일의 유입속도를 조절할 수 있다. 유압모터(310)는 생성한 회전력을 샤프트(121)에 제공한다. 바람직하게는 유압모터(310)는 엔진(120)이 배치된 엔진룸에 설치될 수 있고, 엔진룸에 체결될 수 있는 체결부(미도시)를 구비할 수 있다. 또한 유압모터 어셈블리(300)는 유압모터(310)에 오일이 유입되거나 토출될 수 있는 배관을 구비할 수 있고, 오일탱크(T)와 연결되는 배관도 구비할 수 있다.

한편 건설기계(100)는 사용자 단말(400)과의 통신을 수행할 수 있다. 사용자 단말(400)은 사용자(또는 작업자, 관리자 등)이 사용하는 단말로써, 사용자 단말(400)은 건설기계(100)로부터 수집된 정보를 이용하여 건설기계(100)에 대한 모니터링을 수행한다. 상세하게는 사용자 단말(400)은 제어부(170)로부터 수신된 건설기계(100) 관련 정보를 기반으로 모니터링을 하고, 모니터링된 결과를 출력한다. 여기서 건설기계(100) 관련 정보는 건설기계(100) 구동 관련 정보, 축압기(220) 관련 정보 등이 포함될 수 있다. 사용자 단말(400)은 건설기계(100)의 구동 상태 및 축압기(200) 상태를 실시간 모니터링함으로써, 사용자가 구동 이상 또는 축압기(220) 이상으로 발생되는 문제를 미연에 인지할 수 있도록 도와줄 수 있다. 바람직하게는 사용자 단말(400)은 스마트폰, 데스크톱, 랩톱, 태블릿 PC, 핸드헬드 PC 등과 같은 개인용 컴퓨팅 시스템일 수 있다.

이하, 진단장치의 작동원리에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진단장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축압기의 예비충전 압력을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 진단장치는 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더(140) 및 실린더(140)에 의해 구동되는 붐(130)을 구비하는 건설기계(100)에 설치되고, 축압기(220)의 예비충전 압력을 이용하여 해당 축압기의 이상 여부를 판단한다. 또한 진단장치는 축압기(220)의 수명을 예측할 수 있다. 진단장치는 제어부(170), 축압기(220), 유압모터(310), 제5 센서(S5) 및 LA밸브(LA)를 포함하고, AM밸브(AM)를 더 포함할 수 있다. 즉 진단장치는 제1 실시예(도5)와 같이 제어부(170), 축압기(220), 유압모터(310), 제5 센서(S5) 및 LA밸브(LA)를 포함하거나, 제2 실시예(도 6)와 같이 축압기(220), 유압모터(310), 제5 센서(S5), LA밸브(LA) 및 AM밸브(AM)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성의 설명 중 상술된 부분은 생략하기로 한다.

제1 실시예에 해당하는 진단장치(이하 '제1 진단장치'라 함)인 경우, 제어부(170)는 축압 기능에 대한 이상 진단을 수행하기 위해 LA밸브(LA) 및 유압모터(310)를 이용하여 오일의 충전과 토출을 제어한다. 제어부(170)는 오일이 충전되는 충전시간과 오일이 토출되는 토출시간이 동일해지도록 LA밸브(LA) 및 유압모터(310) 중 적어도 하나를 제어한다. 여기서 제어부(170)는 축압기(220)의 압력이 기 설정된 목표압력이 되면 오일이 토출되도록 제어할 수 있다. 바람직하게는 제어부(170)는 LA밸브(LA)의 개도를 조절하고, 유압모터(310)의 회전수를 조절하여 각각 충전시간 및 토출시간을 조절할 수 있다.

제어부(170)는 축압기(220)에 오일의 충전과 토출이 되면 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 축압기(220)의 상태를 진단한다. 여기서 예비충전 압력은 오일이 충전되는 순간의 압력(이하 '제1 예비충전 압력'이라 함)과 오일의 토출이 완료된 순간의 압력(이하 '제2 예비충전 압력'이라 함)으로써, 축압기(220)의 압력이 오일의 충전과 토출에 의해 급격히 변화되는 변곡점에서의 압력을 의미한다. 제어부(170)는 예비충전 압력과 기준 예비충전 압력의 차이값이 기 설정된 오차범위를 벗어나면 축압기(220)에 이상이 있다고 판단할 수 있다. 예를 들어 기준 예비충전 압력이 180bar이고, 오차범위가 ±30bar인 경우, 제어부(170)는 예비충전 압력이 150bar 내지 210bar이면 정상이라고 판단하고, 150bar보다 낮거나 210bar보다 높으면 구조적 이상이 있다고 판단할 수 있다. 제어부(170)는 축압기(220)의 이상 판단 여부에 대한 결과를 사용자 단말(400)로 전송시킬 수 있다.

또한 제어부(170)는 예비충전 압력을 시계열에 따라 분석하여 축압기(220)의 예비충전 압력에 대한 경향을 추정하고, 추정된 결과값을 기준 예비충전 압력과 비교하여 축압기(220)의 잔존수명을 예측할 수 있다. 이때 제어부(170)는 잔존수명을 복수개의 단계로 구분하고, 잔존수명이 구분된 단계 중 어느 하나의 단계에 도달하면 해당 단계에 대응되는 알림 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어 제어부(170)는 잔존수명을 정상 단계(160bar 이상이면서 200bar 이하인 경우), 주의 단계(150bar 이상이면서 160bar 미만 또는 200bar 초과이면서 210bar 이하인 경우) 및 위험 단계(150bar 미만 또는 210bar 초과인 경우)로 구분할 수 있다. 제어부(170)는 잔존수명이 정상 단계이면 축압기(220)의 정상 상태를 알려주는 알림 신호를 생성하고, 잔존수명이 주의 단계이면 축압기(220)가 교체 시기가 도래함을 알려주는 알림 신호를 생성하며, 잔존수명이 위험 단계이면 축압기(220)의 수명이 도래되어 교체를 요청하는 알림 신호를 생성할 수 있다. 제어부(170)는 생성된 알림 신호를 사용자 단말(400)로 전송시킬 수 있다. 여기서 축압기(220)의 수명이 도래됨은 블래더 타입(bladder type) 축압기(220)의 고무가 낡아서 질소가스가 새어 나오는 경우, 피스톤 타입(cylinder piston) 축압기의 피스톤 실(seal)이 낡거나 피스톤이 고착되어 동작하지 않는 경우 등을 의미한다.

제2 실시예에 해당하는 진단장치(이하, '제2 진단장치'라 함)인 경우, 제어부(170)는 축압 기능에 대한 이상 진단을 수행하기 위해 LA밸브(LA) 및 유압모터(310)를 이용하여 오일의 충전과 토출을 제어한다. 제어부(170)는 오일이 충전되는 충전시간과 오일이 토출되는 토출시간이 동일해지도록 LA밸브(LA), AM밸브(AM) 및 유압모터(310) 중 적어도 하나를 제어한다. 여기서 제어부(170)는 축압기(220)의 압력이 기 설정된 목표압력이 되면 오일이 토출되도록 제어할 수 있다. 바람직하게는 제어부(170)는 LA밸브(LA) 및 AM밸브(AM)의 개도를 조절하고, 유압모터(310)의 회전수를 조절하여 각각 충전시간 및 토출시간을 조절할 수 있다.

또한 제2 진단장치는 제1 진단장치와 동일하게 축압기(220)의 상태를 진단할 수 있다. 다만 제2 진단장치는 제1 진단장치와 달리 AM밸브(AM)를 더 포함함으로써, 유압모터(310)뿐만 아니라 AM밸브(AM)를 통해 오일의 토출되는 유량을 제어하여 보다 진단장치에 최적화된 예비충전 압력을 검출할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진단방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 진단방법은 축압기(220)의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 해당 축압기(220)의 수명을 예측하고, 이상 여부를 판단할 수 있다. 이를 통해 진단방법은 사용자가 축압기(200)의 교체 시기를 인지하여 축압기(220)의 고장으로 인해 발생되는 사고를 미연에 방지할 수 있다.

S110 단계에서, 진단장치는 제1 예비충전 압력을 측정한다. 진단장치는 축압기(200)의 입력단에 위치한 제5 센서(S5)를 통해 오일이 충전되는 순간의 축압기(200) 압력을 측정한다. 여기서 제1 예비충전 압력은 오일의 충전으로 인해 축압기(220)의 압력이 급격히 변화되는 변곡점에서의 압력일 수 있다.

S120 단계에서, 진단장치는 축압기(220)에 오일을 충전한다. 진단장치는 LA밸브(LA)를 열어 오일이 축압기(220)로 유동되도록 제어한다. 이때 진단장치는 LA밸브(LA)의 개도를 조절하여 오일이 충전되는 충전시간을 조절할 수 있다.

S130 단계에서, 진단장치는 축압기(220)의 압력이 기 설정된 목표압력에 도달했는지 판단한다. 진단장치는 제5 센서(S5)를 통해 축압기(220)의 압력을 측정하고, 측정된 압력이 목표압력에 도달하면 S140 단계를 수행하고, 도달하지 않으면 S120 단계로 분기한다.

S140 단계에서, 진단장치는 축압기(220)의 오일을 토출한다. 진단장치는 유압모터(310)의 회전수를 조절하여 오일이 오일탱크(T)로 유동되도록 제어한다. 또한 진단장치가 AM밸브(AM)을 더 포함하는 경우, AM밸브(AM)의 개도를 조절하여 오일이 오일탱크(T)로 유동되도록 제어할 수 있다. 여기서 진단장치는 오일이 토출되는 토출시간이 오일의 충전시간과 동일해지도록 유압모터(310)의 회전수 및 AM밸브(AM)의 개도를 조절할 수 있다.

S150 단계에서, 진단장치는 제2 예비충전 압력을 측정한다. 진단장치는 축압기(200)의 입력단에 위치한 제5 센서(S5)를 통해 오일의 토출이 완료된 순간의 축압기(200) 압력을 측정한다. 여기서 제2 예비충전 압력은 오일의 토출로 인해 축압기(220)의 압력이 급격히 변화되는 변곡점에서의 압력일 수 있다.

S160 단계에서, 진단장치는 축압기(220)의 상태를 진단한다. 진단장치는 제1 예비충전 압력 및 제2 예비충전 압력과, 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 축압기(220)의 상태를 진단한다. 이때 진단장치는 제1 예비충전 압력 및 제2 예비충전 압력 중 적어도 하나와 기준 예비충전 압력의 차이값이 기 설정된 오차범위를 벗어나면 축압기(220)에 이상이 있다고 판단한다. 또한 진단장치는 제1 예비충전 압력 및 제2 예비충전 압력 중 적어도 하나를 시간순에 따라 분석하여 축압기(220)의 예비충전 압력에 대한 경향을 추정하고, 추정된 결과값을 기준 예비충전 압력과 비교하여 축압기(220)의 잔존수명을 예측할 수 있다. 진단장치는 축압기(220)의 진단된 결과를 사용자 단말(400)로 전송한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예를 들면 진단장치, 사용자 단말 등) 일 수 있다.

컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 건설기계
110: 몸체
120: 엔진
121: 샤프트
122: 메인펌프
123: 보조펌프
130: 붐
140: 실린더
141: 로드
142: 라지챔버
143: 스몰챔버
144: 라지챔버라인
145: 스몰챔버라인
150: 캐비닛
151: 조이스틱
160: 메인컨트롤밸브
161: 스풀
162: 메인밸브라인
163: 붐업밸브
164: 붐다운밸브
165: 붐업밸브라인
166: 붐다운밸브라인
170: 제어부
200: 축압 어셈블리
210: 브라켓
220: 축압기
230: 밸브 어셈블리
240: 메인배관
241: 조인트블럭
250: 파일럿배관
300: 유압모터 어셈블리
310: 유압모터
400: 사용자 단말
AL: AL밸브
AM: AM밸브
LA: LA밸브
LS: LS밸브
LT: LT밸브
RE: 릴리즈밸브
L1: 제1 라인
L2: 제2 라인
L3: 제3 라인
L4: 제4 라인
L5: 제5 라인
L6: 제6 라인
L7: 제7 라인
L8: 제8 라인
S1: 제1 센서
S2: 제2 센서
S3: 제3 센서
S4: 제4 센서
S5: 제5 센서
T: 오일탱크

Claims

오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더 및 상기 실린더에 의해 구동되는 붐을 구비하는 건설기계에 설치되는 진단 장치에 있어서,
상기 오일을 축압하는 축압기;
상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서;
상기 오일이 상기 실린더에서 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브;
상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터; 및
상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전(precharge) 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하는 제어부;
를 포함하는 진단장치.
제 1항에 있어서,
상기 축압기 및 상기 유압모터 사이에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 AM밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 오일이 충전되는 충전시간과 상기 오일이 토출되는 토출시간이 동일해지도록 상기 LA밸브, 상기 유압모터 및 상기 AM밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 LA밸브 및 상기 AM밸브의 개도를 조절하고, 상기 유압모터의 회전수를 조절하여 각각 충전시간 및 토출시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 축압기의 압력이 기 설정된 목표압력이 되면 상기 오일이 토출되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 오일이 충전되는 순간의 압력인 예비충전 압력과 상기 오일의 토출이 완료된 순간의 압력인 예비충전 압력을 기반으로 상기 기준 예비충전 압력과 비교하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 6항에 있어서,
상기 예측충전 압력은,
상기 축압기의 압력이 급격히 변화되는 변곡점에서의 압력인 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 예비충전 압력과 상기 기준 예비충전 압력의 차이값이 기 설정된 오차범위를 벗어나면 상기 축압기에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 예비충전 압력을 시계열에 따라 분석하여 상기 축압기의 예비충전 압력에 대한 경향을 추정하고, 상기 추정된 결과값을 상기 기준 예비충전 압력과 비교하여 상기 축압기의 잔존수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
제 9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 잔존수명을 복수개의 단계로 구분하고, 상기 잔존수명이 상기 구분된 단계 중 어느 하나의 단계에 도달하면 해당 단계에 대응되는 알림 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
몸체;
상기 몸체에 연결되고, 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더;
상기 몸체에 연결되고, 상기 실린더에 의해 구동되는 붐;
상기 몸체에 연결되고, 상기 오일을 축압하는 축압기;
상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서;
상기 오일이 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브;
상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터; 및
상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하는 제어부;
를 포함하는 건설기계.
오일을 이용하여 승강 작동을 수행하는 건설기계; 및
상기 건설기계로부터 수집된 정보를 이용하여 상기 건설기계에 대한 모니터링을 수행하는 사용자 단말;을 포함하되,
상기 건설기계는,
몸체;
상기 몸체에 연결되고, 오일의 유동에 의해 승강 작동하는 실린더;
상기 몸체에 연결되고, 상기 실린더에 의해 구동되는 붐;
상기 몸체에 연결되고, 상기 오일을 축압하는 축압기;
상기 축압기의 입력단에 구비되고, 상기 축압기의 압력을 측정하는 센서;
상기 오일이 상기 축압기로 유동되는 라인에 구비되고, 상기 축압기에 충전되는 오일의 유량을 조절하는 LA밸브;
상기 축압기에 충전된 오일이 오일탱크로 토출되는 라인에 구비되고, 상기 충전된 오일의 토출에 대한 유량을 조절하는 유압모터; 및
상기 LA밸브 및 상기 유압모터를 이용하여 상기 오일의 충전과 토출을 제어하고, 상기 축압기의 예비충전 압력과 기 설정된 기준 예비충전 압력을 비교하여 상기 축압기의 상태를 진단하며, 상기 진단된 결과를 상기 사용자 단말로 전송시키는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.