KR960008350B1

KR960008350B1 - 건설기계의 안전장치

Info

Publication number: KR960008350B1
Application number: KR1019920019431A
Authority: KR
Inventors: 노리히꼬 하야시; 히데아끼 요시마쓰
Original assignee: 가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼; 가메다까 소끼찌
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1996-06-24
Also published as: DE69203425T2; JPH05116889A; DE69203425D1; EP0539207A1; EP0539207B1; US5217126A; JP2564060B2; KR930007793A

Abstract

내용 없음.

Description

건설기계의 안전장치

제1도는 본 발명의 1실시예에 있어서의 크레인에 갖추어진 연산제어장치의 입출력관계를 도시한 하드 구성도.

제2도는 상기 연산제어장치의 기능 구성도.

제3도는 상기 연산제어장치에 있어서의 전둘레 정격하중 산출수단의 기능 구성도.

제4도는 상기 연산제어장치에 있어서의 제동각가속도 산출수단의 기능 구성도.

제5도는 상기 전둘레 정격하중 산출수단의 연산동작을 도시한 플로우 차아트.

제6도는 상기 전둘레 정격하중 산출수단에 의해서 기억되는 작업반경과 호이스팅 하중과의 관계를 도시한 그래프.

제7도는 상기 전둘레 정격 하중 산출수단에 의해서 행하여지는 정격하중의 보간연산동작을 설명하기 위한 그래프.

제8도는 각 아우트리거잭의 수평신장량과 제1의 변곡각과의 관계를 도시한 R-θ평면도.

제9도는 제1의 변곡각의 설정방법의 다른예를 도시한 W_o-θ 평면도.

제10(a)도는 제2의 변곡각이 설정되지 않는 경우의 정격하중곡선을 도시한 W_o-θ 평면도.

제10(b)도는 제2의 변곡각이 설정되는 경우의 정격하중곡선을 도시한 W_o-θ 평면도.

제11도는 전둘레에 걸쳐 설정된 편평율의 일예를 도시한 그래프.

제12도는 설정되는 정격하중곡선의 일예를 도시한 W_o-θ평면도.

제13도는 호이스팅 하중의 상태를 단전자로서 표시한 설명도.

제14도는 상기 호이스팅 하중의 진동각과 진동속도에 관한 식을 위상공간상에 표시한 그래프.

제15도는 상기 크레인의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 크레인 11 : 붐길이센서(작업반경 검출수단의 구성)

12 : 붐각센서(작업변경 검출수단을 구성)

13 : 실린더 압력센서(호이스팅 하중 검출수단을 구성)

14 : 아우트리거잭 수평신장량 센서(아우트리거잭 검출수단)

15 : 선회각 센서(선회각 검출수단)

20 : 연산제어장치 21 : 작업반경 산출수단(작업반경 검출수단을 구성)

22 : 호이스팅 하중 산출수단(호이스팅 하중 검출수단을 구성)

24 : 전둘레 정격하중 산출수단

105 : 아우트리거잭(지지부재) 241 : 전방능력 산출수단

242 : 아우트리거잭 모드판별수단 243 : 측방능력산출수단

244 : 편평율 산출수단 245 : 변곡각 산출수단

246 : 보간연산수단(정격하중 설정수단을 구성)

247 : 정격하중 설정수단

291 : 제1경고 제어수단(제1의 작동수단)

292 : 제1정지 제어수단(제1의 작동수단)

293 : 제2경고 제어수단(제2의 작동수단)

294 : 제2정지 제어수단(제2의 작동수단)

B : 붐 C : 현수하중

DL : 정격하중곡선 R : 작업변경

W : 호이스팅 하중 W_o1: 제1의 정격하중

W_o2: 제2의 정격하중 W_o: 정격하중

θ_F1: 앞쪽의 제1의 변곡간 θ_F2: 앞쪽의 제2의 변곡각

θ_R1: 윗쪽의 제1의 변곡각 θ_R2: 윗쪽의 제2의 변곡각

[산업상의 이용분야]

본 발명은 선회가능한 붐 등의 상부 선회체를 갖춘 크레인 등의 건설기계에 있어서, 그 지지부재의 신장상태에 따른 정격하중을 설정하고, 또한 이에 의거하여 강제적인 구동정지나 경보 등의 안전동작을 행하게 하는 안전장치에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로 상기와 같은 건설기계에서는 그 선회작업중에서의 좌굴이나 전도 등을 방지하는 것이 중요하고, 이 때문에 작업상태가 안전영역을 넘은 경우에 강제적으로 붐 등의 동작을 자동정지시키는 안전장치가 여러가지 제안되어 있다.

종래의 장치에서는 허용조건이 선회각에 관계없이 360°전역에 걸쳐 동등하게 설정되어 있었으나, 크레인에 갖추어지는 아우트리거잭 등의 신장가능한 지지부재는 항상 완전히 수평으로 신장된다고는 할 수 없으며, 소폭의 도로 등 작업장소에 따라서는 일부의 지지부재의 수평신장량이 각각 다를 수가 있으므로, 이 경우에는 선회각에 따라서도 허용조건을 변경할 필요가 있다.

그래서, 특개소 57-27893호 공보에는 크레인의 작업상태를 시시각각 검출하여, 그 검출값과 각 상태에 대응하여 기억된 현수능력의 설정값으로부터 크레인의 정격하중을 정하고, 이 정격하중과 실제하중과의 비교에 의거하여 안전동작을 행하도록 한 것이 개시되어 있다.

또, 특개평 3-115091호 공보에는 각 지지부재의 수평신장량에 따라 붐의 한계작업영역을 설정하고, 이 한계작업영역에 의거하여 안전동작의 제어를 행하도록 한 것이 개시되어 있다. 상기 한계작업영역으로서는 좌우에서 지지부재의 수평신장량이 다른 경우, 붐의 선회방향에 대하여 안정구간과 불안정구간으로 나누어, 안정구간에는 제1의 작업반경을 설정하고, 불안정중의 최불안정 구간에는 상기 제1의 작업반경보다도 작은 제2의 작업반경을 설정함과 동시에, 그 이외의 구간에서는 상기 제1의 작업변경으로부터 제2의 작업반경까지 연속적으로 감소하도록 영역을 설정하고 있다.

[발명이 해결하려고 하는 과제]

특개소 57-27893호 공보의 장치는 현재의 아우트리거잭 신장상태에 의거하여 시시각각 정격하중을 산출하는 것이므로, 이 장치에 의하여 연산되는 각 선회각에서의 정격하중을 연결한 곡선(정격하중곡선)은 불규칙적인 형상이 되어, 작업자에게는 파악하기 어렵다는 불편이 있다. 예컨대, 작업반경이 일정한 상태에서 붐을 선회시킨 경우, 선회각의 약간의 변화에 의하여도 정격하중이 급격히 감소하는 경우가 있어서, 운전자에게는 선회에 의한 정격하중의 변화가 전혀 예상될 수 없고, 따라서 운전자에게는 매우 신중한 운전이 요구되게 된다.

이에 대하여 특개평 3-115091호 공보에 개시된 장치는 상부 선회체의 호이스팅 하중으로부터 허용작업반경을 연산하여, 이것에 의거하여 허용작업범위를 설정하는 것이므로, 한계작업영역의 파악이 비교적 용이하다. 그러나, 일반적으로 크레인 등의 건설기계에서는 안전상 하중율(정격하중에 대한 호이스틴 하중의 비율)에 의거한 안전동작(경고나 강제정지 또는 하중율의 표시 등)을 행하는 것이 강하게 요망되어, 이미 널리 일반적으로 실시되고 있고, 상기 장치에 있어서 상기 현재작업영역을 연산하려고 하면, 상기 하중율의 연산과는 전혀 별도로 지지부재의 신장량이나 작업변경에 따른 정격하중의 데이타로부터 현재의 호이스팅 하중을 정격하중으로 한 경우의 작업반경과 선회각과의 관계를 그때마다 연산하지 않으면 안되어, 그만큼 연산장치가 복잡화되고, 또 필요용량이 증대하는 불편이 있다.

그리고, 특개평 3-73795호 공보에는 전둘레에 걸쳐 하중율을 연산하여, 이것을 하중율 화상으로 표시하는 장치가 제안되어 있으나, 이 공보에는 크레인의 작업자세에 따라 구체적으로 어떠한 하중율의 연산을 행하느냐가 개시되어 있지 않아서, 상기 과정의 구체적인 해결수단으로는 되지 않는다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 하중율 및 운전가능영역의 양쪽을 구하는데 있어서 특별한 연산을 요하지 않고, 종래의 하중율의 연산과 동일한 데이타를 사용할 수 있고, 더욱이 사용자에게는 파악하기 쉬운 간단한 형상이고, 또한 각 지지부재의 수평 신장량의 차를 정확히 고려한 운전가능영역을 설정할 수 있는 크레인 등의 건설기계의 안전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 선회가능한 상부 선회체와 복수의 신장가능한 지지부재를 갖추고, 상기 상부 선회체의 소정위치에 호이스팅 하중이 현수되는 건설기계의 안전장치로서, 상부 선회체의 호이스팅 하중을 검출하는 호이스팅 하중 검출수단과, 상부 선회체의 작업반경을 검출하는 작업반경 검출수단과, 선회각을 검출하는 선회각 검출수단과, 각 지지부재의 수평신장량을 검출하는 지지부재 검출수단과, 상기 작업반경 및 각 지지부재의 수평신장량에 따른 상부 선회체의 정격하중을 각 선회각에 대하여 산출하여 전둘레에 걸친 정격하중곡선을 설정하는 전둘레 정격하중 산출수단과, 이 전둘레 정격하중 산출수단으로 산출된 정격하중에 의거하여 하중율을 산출하는 하중율 산출수단과, 이 연산된 하중율에 의거하여 안전동작을 행하게 하는 제1의 작동수단과, 상기 전둘레 정격하중수단으로 설정된 정격하중곡선과 실제의 상부 선회체의 호이스팅 하중 및 선회각에 의거하여 안전동작을 행하게 하는 제2의 작동수단을 갖추고, 상기 전둘레 정격하중 산출수단은 전후방향에 관한 상부 선회체의 제1의 정격하중을 산출하는 전방능력 산출수단과, 지지부재의 신장상태에 의거하여 좌우 양쪽에 대하여 개별적으로 측방에 관한 상부 선회체의 제2의 정격하중을 산출하는 측방능력 산출수단과, 상기 제1의 정격하중, 제2의 정격하중 및 지지부재의 신장상태에 의거하여 전둘레에 걸쳐 연속하는 정격하중곡선을 설정하는 정격하중 설정수단을 갖추고 있는 것이다.

여기서, 하중율에 의거한 안정동작이란, 하중율의 구체적인 값에 따른 경고 동작이나 강제정지동작 외에, 상기 하중율을 그대로 외부에 표시하는 동작이라도 좋다.

[작용]

상기 구성에 의하면, 전후 좌우의 각 지지부재의 수평신장량에 따라, 전방능력을 결정하는 제1의 정격하중 및 측방능력을 결정하는 제2의 정격하중이 정해짐과 동시에, 이들 정격하중에 의거하여, 전둘레 걸쳐 연속되는 최종적인 정격하중곡선이 설정되게 된다. 또, 하중율 산출수단에 있어서의 하중율 연산시에는 전둘레 정격하중 산출수단에 의한 연산결과를 그대로 이용할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 1 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 그리고, 여기서는 건설기계의 1예로서 크레인을 개시하였으나, 본 발명은 상부 선회체를 갖춘 여러가지 건설기계에 대하여 적용가능한 것이다.

제15도에 도시된 크레인(10)은 수직방향의 선회축(101) 둘레에 선회가능한 붐푸트(상부 선회체를 구성)(102)를 갖추고, 이 붐푸트(102)에 N개의 붐부재(B₁…B_N)로 된 신축 가능한 붐(B)이 부착되어 있다. 이 붐(B)은 수평방향의 회전축(103)을 중심으로 회전가능(기복가능)하게 구성되고, 그 선단부(붐 포인트)에 로우프(104)로 하중(C)이 현수되어 있다. 그리고, 이하의 설명에서 Bn(n=1,2,…,N)은 붐푸트(102)쪽에서 세어 n번째의 붐부재를 표시하는 것으로 한다.

이 크레인(10)의 하부프레임의 전후좌우의 네구석에는 측방으로 신장되는 아우트리거잭(지지부재)(105)이 배설되어 있다. 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량은 개별적으로 설정가능하게 되어 있다.

이 크레인(10)에는 제1도에 도시되어 있는 바와 같은 붐길이센서(11), 붐각센서(12), 실린더 압력센서(13), 아우트리거잭 수평신장량 센서(14), 선회각 센서(15), 선회각속도 센서(16), 및 로우프 길이센서(17)가 배설되고, 각 센서의 검출신호가 연산제어장치(20)에 압력됨과 동시에, 이 연산제어장치(20)로부터는 경보기(31), 디스플레이 화면을 가진 표시장치(32), 및 선회구동용의 유압시스템(33)에 제어신호가 출력되도록 되어 있다.

제2도는 상기 연산제어장치(20)의 기능구성을 도시한 것이다. 이 연산제어장치(20)는 크게 나누어,

1) 하중율에 관한 연산제어

2) 정격하중곡선에 관한 연산제어

의 두가지를 행하도록 구성되어 있다.

1)하중율의 연산제어에 관한 기능구성

도면에서 작업반경 산출수단(21)는 붐길이센서(11) 및 붐각센서(12)에 의하여 각각 검출된 붐길이(LB) 및 붐각(ψ)으로부터 현수하중(C)의 작업반경(R)을 산출하는 것이다. 호이스팅 하중 산출수단(호이스팅 하중 검출수단을 구성)(22)은 상기 붐길이(LB), 붐각(ψ) 및 실린더 압력센서(13)에 의하여 검출된 붐 상부요소의 실린더 압력(p)에 의하여, 실제로 호이스트된 현수하중(C)에 의한 하중(W)을 산출하는 것이다.

하중율 산출수단(23)은 호이스팅 하중 산출수단(22)으로 산출된 붐(B)의 호이스팅 하중(W)과 선회각 센서(15)로 검출된 선회각(θ)과, 후술하는 전둘레 정격하중 산출수단(24)으로 연산된 각 선회각(θ)에 대한 정격하중(W_o)에 의거하여, 이 정격하중(W_o)에 대한 실제의 호이스팅 하중(W)의 비, 즉 하중율(W/W_o)을 산출하는 것이다.

제1경고제어수단(제1의 작동수단)(291)은 상기 하중율 산출수단(23)에 의하여 산출된 하중율(W/W_o)이 90%이상이 된 시점에서 경보기 (31)에 제어신호를 출력하여, 경보를 행하게 하는 것이다. 제1정지제어수단(제1의 작동수단)(292)은 상기 하중율(W/W_o)이 100%를 넘은 시점에서 유압시스템(30)에 제어신호를 출력하여, 선회동작을 제외한 크레인 동작을 강제적으로 정지시키는 것이다.

이상의 수단에 의하여 하중율(W/W_o)의 산출 및 이 하중율(W/W_o)에 의거하여 안전동작의 제어가 이루어진다.

2) 정격하중곡선의 연산제어에 관한 기능구성

전둘레 정격하중 산출수단(24)은 상기 작업반경(R) 및 상기 아우트리거잭 수평신장량 센서(14)로 검출된 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량(d₁~d₄)에 의거하여 크레인(10)의 전둘레 정격하중, 즉 그때의 작업반경(R)으로 안전한 범위의 하중(정격하중)(W_o)을 모든 선회각(θ)에 대하여 산출하는 것이다. 구체적으로는 제3도에 도시된 바와같은 전방능력산출수단(241), 아우트리거잭 모드 판별수단(242), 측방능력 산출수단(243), 편평율 산출수단(244), 변곡각 산출수단(245), 보간연산수단(본 발명의 정격하중 설정수단을 구성)(246), 정격하중 설정수단(247)을 갖추고, 여기서 설정되는 정격하중(W_o)은 선회각(θ)과의 관계식 W_o=f(θ)로 주어진다.

잔여각도 산출수단(25)은 붐(B)이 현재의 위치에서 정격하중곡선상에 달할 때까지 선회할 수 있는 잔여각도(θ^w)를 산출하는 것이다.

제동각가속도 산출수단(26)은 상기 작업반경(R), 붐길이(LB), 붐각(ψ) 및 각속도 센서(16)와 로우프 길이센서(17)에 의하여 각각 검출되는 각속도(Ω_o) 및 호이스팅 하중의 진동직경()에 의거하여 실제의 제동각가속도(β)를 산출하는 것이다. 구체적으로는 제4도에 도시된 바와 같은 붐관성 모우멘트 산출수단(261), 허용각가속도 산출수단(262) 및 실제각가속도 산출수단(263)을 갖추고, 선회정지시에 현수하중(C)의 진동이 생기지 않게 하고, 또한 강제정지시의 관성력에 대한 붐(B)의 횡굴곡 강도를 고려한 제동각가속도(β)를 산출한다.

소요각도 산출수단(27)은 선회제동 개시전의 각속도(Ω_o)에 의거하여 상기 제동각가속도(β)로 제동을 개시한 후 정지할 때까지 붐(B)이 선회하는 각도(소요각도(θ^r)를 산출하는 것이다. 여유각도 산출수단(28)은 상기 잔여각도(θ^w)와 소요각도(θ^r)의 차인 여유각도(Δθ)를 산출하는 것이다.

제2경고제어수단(제2의 작동수단)(293)은 산출된 여유각도(Δθ)가 소정값 이하가 된 시점에서 경보기(31)에 제어신호를 출력하고, 경보를 행하게 하는 것이다. 제2정지제어수단(제2의 작동수단)(294)은 상기 여유각도(Δθ)가 0이 된 시점에서 유압시스템(33)내의 모우터의 제어신호를 출력하고, 상기 제동각가속도(β)로 붐(B)의 선회를 제동, 정지시킴과 동시에, 제1의 정지제어수단(292)에 신호를 보내어, 이 시점에서 다시 작업반경(R)이 커지는 동작을 강제적으로 정지시키는 것이다.

이상의 수단에 의하여 전둘레에 걸친 정격하중곡선이 설정되고, 이것과 현재의 작업상태와의 비교에 의하여 안전동작이 제어되게 되어 있다. 다음에, 이 연산제어장치(20)가 실제로 행하는 연산내용 및 제어내용을 설명한다.

1) 하중율에 관한 연산제어

작업반경 산출수단(21)은 먼저 붐길이(LB) 및 붐각(ψ)에 의하여 붐(B)의 휨을 고려에 넣지 않은 작업반경(R') 및 붐(B)의 휨에 의한 오차(ΔR)를 구하여, 양자로부터 작업반경(R)을 산출한다. 호이스팅 하중산출수단(22)은 산출된 작업반경(R), 붐길이(LB) 및 실린더 압력(p)으로부터 실제로 현수된 하중(C)의 호이스팅 하중(W)을 산출한다. 전둘레 정격하중 산출수단(24)은 후술한 요령에 의하여 현재의 작업반경(R)이나 아우트리거잭(105)의 수평신장량(d₁~d₄)등에 의거하여 정격하중(W_o)을 선회각의 함수 f(θ)라는 형태로 전둘레에 걸쳐 산출한다. 또한, 하중율 산출수단(23)은 현재의 선회각(θ)에 대응하는 정격하중(W_o) 및 호이스팅 하중(W)에 의거하여 하중율(W/W_o)을 산출한다.

이 하중율(W/W_o)이 90% 이상인 경우에는, 제1경고제어수단(291)의 출력신호를 받은 경보기(31)로부터 경보가 발해지기 때문에, 작업자는 현수하중(C)에 의한 하중(W)이 정격하중(W_o)에 가까운 것을 알 수 있다. 또, 하중율(W/W_o)이 100%를 넘는 경우, 즉 실제하중(W)이 정격하중(W_o)을 상회하는 경우에는 위험방지를 위하여 제1정지제어수단(292)의 출력신호에 의하여 선회를 제외한 크레인 동작(붐(B)의 신장, 도복, 현수하중(C)의 감아올리는 작업 등)이 강제적으로 정지된다.

2) 정격하중곡선에 관한 연산제어

전둘레 정격하중 산출수단(24)은 상기 작업반경(R) 및 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량(d₁~d₄)에 따른 정격하중곡선을 설정한다.

그 설정동작을 상기 제3도, 제5도의 플로우 차아트, 그리고 제6도~제11도의 설명도를 참조하면서 설명한다.

상기 작업반경 산출수단(21)에 의하여 작업반경(R)이 산출된(제5도의 스텝 S1) 후, 먼저 제3도에 도시된 전방능력 산출수단(241)은 상기 작업반경(R)에 의거하여 전방능력을 도시한 파라미터인, 붐(B)이 전후방향에 있는 경우의 정격하중(제1의 정격하중(W_o1)을 연산한다(스텝S2). 그리고, 어디까지의 영역을 크레인의 전방(및 후방)으로 하고, 어디까지의 영역을 크레인의 측방으로 하느냐는 후술의 변곡각의 연산으로 결정된다. 이 전방능력을 결정하는 제1의 정격하중(W_o1)은 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량에 관계없이 정해진다. 이 실시예에서는 상기 전방능력 산출수단(241)이 제6도에 도시된 바와 같이 4종류의 붐길이(LB)에 대하여 작업반경(R)에 대응하는 정격하중(W_o1)을 기억하고 있고, 이 데이타에 의거하여 현재의 붐길이(LB) 및 정격하중(R)에 적합한 제1의 정격하중(W_o1)이 산출된다. 그리고 실제의 붐길이(LB)가 상기 4개의 붐길이에 해당하지 않고, 그 사이의 값인 경우에는, 그 값을 끼운 2개의 붐길이에 각각 대응하는 값으로부터 직선보간연산에 의하여 적당한 값(W_o1)이 구해진다.

한편, 아우트리거잭 모드 판별수단(242)에 있어서는 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량에 의거하여 현재의 아우트리거잭 모드(아우트리거잭 신장상태)의 판별이 크레인의 좌우 양쪽에 대하여 개별적으로 행하여진다(스텝 S3). 각 아우트리거잭(105)의 수평신장량은 제8도에 도시된 바와 같이 비신장(신장하지 않음), 중간(1)(작은 중간신장), 중간(2)(큰 중간신장) 및 전 신장의 4가지로 전환 가능하게 되어 있고, 따라서 상기 아우트리거잭 모드는 다음 표 1에 도시한 10종류의 모드의 어느 하나에 해당하게 된다.

다음에 측방능력 산출수단(243)은 상기 작업반경(R)과 아우트리거잭 모드에 의하여 측방능력이 파라미터인 붐(B)이 좌우방향에 있는 경우의 정격하중(제2의 정격하중)(W)을 산출한다(스텝 S4). 구체적으로 이 측방능력 산출수단(243)은 상기 10종류의 아우트리거잭 모드에 대하여 개별적으로 상기 제6도에 도시된 그래프와 똑같은 데이타, 즉 작업반경(R)에 대응하는 정격하중(W)에 관한 데이타를 기억하고, 이에 의거하여 제2의 정격하중(W)을 설정한다. 이 제2의 정격하중(W)은 당연히 상기 제1의 정격하중(W)보다도 작아지나, 이 제2의 정격하중(W)은 주로 크레인 각부의 강도의 요인으로 결정되는 값은 아니고, 아우트리거잭 신장량의 부족에 의한 크레인의 전도로 제약된 요인에 지배되어 결정되는 값이다.

다음에, 상기 두개의 정격하중(W,W)에 의거하여 이들의 비(W/W)인 편평율(λ)이 편평율 산출수단(244)에 의하여 산출된다(스텝 S5). 그리고, 이 편평율(λ)과 상기 아우트리거잭 모드에 의하여 정격하중곡선의 변곡각이 구해진다(스텝 S6).

이 변곡각이란, 정격하중곡선을 설정하는 경우에 이 곡선이 정격하중을 반경으로 가진 원호로부터 직선 또는 직선으로부터 원호로 변화하는 선회각도를 의미한다. 여기서 설정되는 변곡각은 크레인의 전후방향 영역과 좌우방향 영역과의 경계가 되는 전후 좌우 4개의 제1의 변곡각(θ, θ)(반드시 설정된다)과 전후의 제1의 변곡각끼리의 사이에 설정되는 제2의 변곡각(θ, θ)(설정되는 경우와 설정되지 않는 경우가 있다)으로 대별된다.

먼저, 앞쪽의 제1의 변곡각(θ) 및 뒷쪽의 제1의 변곡각(θ)은 제8도에 도시된 바와 같이, 각각 앞쪽의 아우트리거잭 수평신장량 및 뒷쪽의 아우트리거잭 수평신장량에 따라 이들과의 단순한 1대 1 대응에 의하여 결정된다. 예컨대, 크레인의 앞쪽을 θ=0°로 하고, 앞쪽의 아우트리거잭(105)의 수평신장량이 「비신장」이고, 뒷쪽의 아우트리거잭(105)의 수평신장량이 「중간 2」라고 하면, 앞쪽의 제1의 변곡각(θ)은 5°로, 뒷쪽의 제1의 변곡각(θ)은 180°-30°=150°로 각각 설정된다.

그리고, 아우트리거잭 수평신장량이 아나로그적으로 조절가능한 기계에 있어서는 제9도에 도시된 바와같이 크레인의 중앙(O)으로부터 각 아우트리거잭의 신장점(P,P)에 그은 직선의 각도를 기준으로 각도를 기준으로 하여 그보다도 어느 일정의 조절각도(ø)만큼 어긋나게한 각도를 제1도의 변곡각으로 하도록 하여도 좋다.

이 제1의 변곡각(θ,θ)에 의하여 작업영역이 전후의 영역과 좌우의 영역으로 나누어지고, 전후의 영역에 대해서는 상기 제1의 정격하중(W)을 가진 원호가 그대로 정격하중곡선이 된다.

다음에, 좌우의 영역에 대해서는, 먼저 이 영역에 있어서 제2의 변곡각(θ, θ)을 설정하느냐 않느냐의 판별이 행하여진다.

그 판별기준을 설명한다. 상기 제1의 정격하중(W)을 반경을 가진 원호상에 있어서, 상기 제1의 변곡각(θ, θ)에 대응하는 점끼리를 직선으로 연결한 경우, 이 직선이 제10(a)도에 도시된 바와 같이 제2의 정격하중(W)을 반경으로 가진 원호와 교차하지 않는 경우와, 교차하는 경우가 존재하나, 교차하지 않는 경우에는 상기 직선이 그대로 좌우영역에 있어서의 경계선으로서 설정된다. 이에 대하여 상기 직선이 상기 제2의 정격하중(W)을 반경으로 갖는 원호와 교차하는 경우에는, 이 원호에 대하여 제10(b)도에 도시된 바와 같이 제1의 변곡각(θ, θ)에 대응하는 점에서 그은 접선의 접점에 대응하는 각도가 제2의 변곡각(θ, θ)으로서 설정된다.

각 변곡각의 설정의 사고방식은 이상과 같으나, 실제로 연산을 행할 때에는 상기 변곡각 연산수단(245)에, 상기 제10(a)도와 같은 경계선이 되거나 동도(b)와 같은 경계선이 되는 경계가 되는 편평율(λ)을 기억시킴과 동시에, 이 경계편평율(λ) 이상의 편평율에 대해서는 각 편평율(λ) 및 아우트리거잭 모드에 대응하는 제2의 변곡각을 기억시켜 두도록 하면 된다.

이와 같이 하여 변곡각이 설정된 후에는, 보간연산수단(246)에 의하여 경계선이 직선인 영역에 있어서의 정격하중(W)과 제1의 정격하중(W)과의 비(W/W), 즉 중간편평율이 제1의 정격하중(W)과 제2의 정격하중(W)에 의거하여 보간연산으로 구해진다(스텝 S7). 이에 의하여 제11도의 그래프에 도시된 바와 같은 전둘레에 걸친 편평율(W/W)이 구해지게 된다. 이 전둘레 편평율에 의거하여 정격하중 설정수단(247)에 의하여 전둘레에 대한 정격하중이 설정되고(스텝 S8), 이에 의하여 정격하중곡선의 설정동작이 완료한다.

이 작업반경(R)에 의거한 전둘레 정격하중의 설정은 제7도에 도시한 바와 같은 R-θ-W의 원통좌표상에 그린 3차원 그래프에 의하여 이해하는 것이 가능하다. 이 그래프에 표시되는 입체면(SF)은 각 작업반경(R), 선회각(θ)에 대한 정격하중(W)을 표시하고 있고, 이 입체면(SF)에 있어서 차체 측방의 불안정한 영역은, 예컨대 왼쪽앞, 왼쪽뒤의 아우트리거잭(105)이 중간 2의 상태라고 하면, 도면의 정면에 그려지는 오목면(SS)이 된다. 따라서, 이 입체면(SF)과 현재의 작업반경(R)을 반경으로 가진 원통(CY)과의 교선(폐곡선)(RP)이 구하는 정격하중곡선이 된다.

제12도는 상기와 같이 하여 설정된 정격하중곡선의 1예를 도시한 것이고, 극좌표계의 W-θ 평면으로 정의한다. 도면에 있어서, DL이 정격하중곡선이고, 이 정격하중곡선(DL)으로 둘러싸인 영역, 즉 사선으로 표시된 영역이 안전작업영역이 되나, 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예 장치에서는 정격하중곡선(DL)이 좌우 양쪽에 대하여 개별적으로 설정되고, 또한 전후의 아우트리거잭(105)의 수평신장량의 차도 고려한 설정이 이루어지고 있다. 더욱이 정격하중곡선(DL)은 전둘레에 걸쳐 연속되고, 또한 사용자가 파악하기 쉬운 원호 및 직선으로 된 형상으로 되어 있다. 또, A점은 후술하는 바와 같이 현재의 시점의 실제의 하중과 선회각을 표시하고 있고, 선분 OA(선분 40)에 의하여 작업영역내에서 실제의 작업상황이 한눈으로 이해할 수 있도록 되어 있다.

한편, 제동각가속도 산출수단(26)은 다음 수순을 거침으로써 붐(B)의 휭굴곡각도를 고려하고, 또한 하중진동을 생기게 하지 않는 제동각가속도(β)를 산출한다.

먼저, 붐관성 모우멘트 산출수단(261)은 각 붐부재(Bn)의 관성 모우멘트(In)를 다음식에 의거하여 산출한다.

In=Ino·cosø+(Wn/g)·Rn

여기서, INo는 각 붐부재(Bn)의 중심둘레의 관성 모우멘트(정수)를 표시하고, Wn은 각 붐부재(Bn)의 자중, g는 중력가속도, Rn은 각 붐부재(Bn)의 중심의 선회반경을 표시한다.

허용각가속도 산출수단(262)은 다음과 같이하여 허용각가속도(β)를 구한다.

일반적으로 크레인(10)의 붐(B) 및 붐푸트(102)는 충분한 강도를 가지고 있으나, 붐길이 (LB)가 길어지면 선회 제동시에 발생하는 관성력에 기인하여 붐(B)에 큰 휭굴곡력이 작용한다. 이 휭굴곡력에 의한 강도적인 부담은 붐푸트(102) 부근에서 최대가 되므로, 여기서는 선회축(101) 둘레의 모우멘트에 의거하여 강도평가를 행하도록 하고 있다.

구체적으로 선회제동시의 붐(B)의 각 가속도를 β', 현수하중(C)의 선회각 가속도를 β''라고 하면, 붐(B)의 선회에 기인하여 그 선회중심에 작용하는 모우멘트(N)는 다음식으로 표시된다.

여기서, W는 상기 호이스팅 하중 산출수단(22)으로 산출된 호이스팅 하중이다. 또 붐(B)의 휭굴곡강도에 관한 정격하중을 W_o'(W_o·α':α'는 안전계수)라고 하면, 이 강도에 대한 허용조건은 다음식으로 표시된다.

이 식(2)에 상기 식(1)을 대입하면, 다음식이 된다.

따라서, 이 식(3)을 만족시키는 최대의 각 가속도(β')를 허용각가속도(β₁)로 설정하면 된다. 그리고, 상기 정격하중(W_o')은 일정한 값으로 정하여도 좋으나, 붐(B)의 휨 등을 고려하여, 붐길이(LB)나 작업반경이 커질수록 작은 값으로 설정하도록 하여도 좋다.

실제각가속도 산출수단(263)은 이와 같이하여 산출된 허용각가속도(β₁)와 각속도 센서(16) 및 로우프 길이센서(17)의 검출결과로부터 구해지는 붐각속도(감속전의 각속도)(Ω_o) 및 하중진동직경()에 의거하여 실제의 제동각가속도(β)를 산출한다.

그 산출요령을 설명한다. 먼저, 크레인(10)에 현수된 하중(C)에 대하여 제13도에 도시된 바와 같은 단진자의 모델을 생각한다. 이 계의 미분방정식은 다음식(4) 및 (5)로 주어진다.

여기서, η은 현수하중(C)의 진동각, V는 시간(t)과 함께 변화하는 붐 포인트의 선회속도, V_o는 동 붐포인트의 선회정지 개시전의 선회속도(=RΩ_o), a는 그 가속도를 표시한다. 상기식 (5)의 양변을 시간(t)으로 미분하여 식(4)의 우변에 대입하여, 초기 조건(t=0에서 η=0, dη/dt=0)하에서 적분하면, 다음식이 얻어진다.

이 식을 η과 (dη/dt)/ω에 관한 위상평면상에 나타내면, 제14도에 도시된 바와같이, 점A(-a/g, 0)를 중심으로 하여 원점 O(0,0)을 지나는 원을 그리게 된다. 이 원을 일주하기 위한 시간, 즉 단진자의 상태가 원점(O)으로부터 변화하여 동상태로 복귀하는 주기(T)는 T=2π/ω로 주어지므로, 크레인의 선회정지를 개시한 시점(점 O)으로부터 시간(nt)(n은 자연수)후에 완전 정지하도록 각가속도(β)를 설정하면, 정지시에 현수하중의 진동을 남기지 않고 크레인을 정지시킬 수 있다. 한편, 상기 ω는 중력가속도(g) 및 진동직경()으로 결정되는 일정치이므로, 하중의 진동이 없는 선회정지가 가능한 각가속도(β)는 다음식으로 구할 수 있다.

또, 붐(B)의 휭굴곡강도에 관해서는 ｜β｜β₁이 조건이므로, 이 조건을 만족시키는 범위내에서 최소의 자연수(n)을 선택함으로써 필요최소시간으로 하중진동없이 크레인을 정지시키기 위한 실제의 제강각가속도(β)를 얻을 수 있다. 소요각도 산출수단(27)은 현재의 각속도(즉, 제동전의 각속도)(Ω_o)에 의거하여 상기 제동각가속도(β)로 선호정지를 행하는 경우에 제동을 개시한 후 완전히 정지할 때까지에 필요한 선회각도(소요각도)(θ_r)를 산출한다. 구체적으로 제동을 개시한 후 완전정지할 때가지의 소요시간을 t라고 하면,

의 두식이 성립하므로, 양식에서 t를 소거함으로써 소요각도(θ_r)를 얻을 수 있다.

여유각도 산출수단(28)은 제동을 개시할 때까지에 현재의 각속도(Ω_o)로 선회할 수 있는 각도, 즉 여유각도(△θ)(=θ_c-θ_r)를 산출한다. 예컨대 상기 제12도에 있어서, 위치 C에서 완전정지하기 위하여 제동을 개시하지 않으면 안되는 위치를 D라고 하면, 상기 여유각도(△θ)는 직선 OA, OD가 이루는 각도가 된다.

제2정지제어수단(294)은 이 산술된 여유각도(Δθ)가 0이 된 시점, 예컨대 제12도에서는 붐(B)이 위치 D에 도달한 시점에서 유압시스템(33)에 제어신호를 출력함으로써 붐(B)의 선회제동 및 현시점에서 작업반경이 커지는 동작의 강제 정지를 행한다. 이때, 현수하중(C)의 진동을 방지하기 위하여, 상기 제동각가속도(β)로 정지하도록 유압모우터 압력(P_B)을 설정한다.

이 유압모우터 압력(P_B)의 산출요령의 1예를 도시한다.

지금 붐(B) 이외의 상부 선회체의 부재에 관한 관성 모우멘트의 총화를 Iu라고 하면, 선회제동에 필요한 토오크(T_B)는 다음식이 된다.

여기서, 현수하중(C)의 가속도(β)는 식 (3)과 식(5)를 초기조건 t=0에서 η=0 그리고 dη/dt=0으로 풀면, 여기서는 상세한 것을 설명하지 않으나, 다음식으로 표시할 수 있다.

β=(1-cosωt)·β

한편, 상기 토오크(T_B)는 유압모우터측의 조건과, 상세한 것은 여기서 설명하지 않으나, 대략 다음식의 관계에 있다.

Qh : 모우터 용량

io : 총 감속비

ηm : 기계효율

따라서, 이 식(8)을 상기 식(7)에 대입함으로써 실제의 유압모우터 압력(P_B)을 얻을 수 있다.

이에 대하여 제2경고제어수단(293)은 상기 여유각도(Δθ)가 0이 아니고 소정치 이하로 된 시점에서 경보기(31)에 제어신호를 출력하여 경보를 행하게 한다. 이에 의하여 작업자는 남은 약간의 선회로 자동적으로 제동이 걸리는 것을 알 수 있다.

또한, 이 연산제어장치(20)는 각 값에 관한 정보신호를 표시장치(32)에 출력하고, 제12도에 도시된 바와 같이 정격하중곡선(DL), 현재의 하중(W)과 선회각(θ)의 쌍방을 표시하는 선분(40)외에, 크레인(10)의 하부 프레임의 위치, 각 아우트리거잭(105)의 신장위치, 일정한 하중율(도면에서는 90)의 위치를 연결하는 등하중율 곡선(AL) 등을 표시한다. 이에 의하여 작업자는 현재의 작업상태가 정격하중(W_o)에 대하여 어느 정도 여유가 있는가를 한눈으로 파악할 수 있다.

이때, 상기 정격하중곡선(LD)은 전둘레에 걸쳐 연속되는 규칙적인 폐곡선에 설정되어 있으므로, 종래와 같이 작업자에게 예측할 수 없는 불규칙적인 정격하중곡선이 설정되는 것에 비하여 작업자는 위화감을 느끼지 않고 용이하게 운전가능영역을 파악할 수 있다. 더욱이, 전후의 아우트리거잭(105)의 수평신장량을 고려한 정격하중설정을 행하고 있으므로, 기계의 안전성은 확실히 확보된다.

그리고, 상기 실시예에서는 제1의 정격하중(W_o1)과 개별적으로 제2의 정격하중(W_o2)을 산출하도록 한 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 예컨대 아우트리거잭 모드에 따른 편평율(λ)을 측방능력 산출수단에 기억시켜 두고, 이 편평율(λ)과 상기 제1의 정격하중(W_o1)에 의거하여 제2의 정격하중(W_o2)을 산출하도록 하여도 좋다. 또, 제1의 정격하중(W_o1)을 반경으로 가진 원호와 제2의 정격하중(W_o2)을 반경으로 가진 원호를 연결하는 선은 직선에 한하지 않고, 예컨대 중심점(O)으로부터의 거리가 제1의 정격하중(W_o1)으로부터 제2의 정격하중(W_o2)까지 선회각(θ)에 비례하여 확대되는 곡선 등으로 설정하여도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 차체의 전후에 아우트리거잭(105)이 설치되고, 또한 이들이 좌우로 신장되는 크레인을 예시하였으나, 차체의 좌우에 선회 중심축 방향으로부터 비스듬히 신장하는 방식의 것이라도 좋다. 또는 크롤러 크레인과 같이 아우트리거잭은 없으나, 좌우의 크롤러가 각각 신장가능하게 되어 있고, 그 크롤러를 한쪽만 인입 또는 양쪽 모두 인입상태로 사용하는 경우에도 적용할 수 있다.

또, 본 발명은 정격하중에 의거하여 안전동작이 제어되는 것이면 적용이 가능하고, 그 안전동작의 구체적인 내용에 대해서는 묻지 않는다. 예컨대, 상기 경고나 강제정지 동작외에 주의를 촉구하기 위한 표시 등이라도 좋고, 제1의 작동수단의 동작에 대해서는 하중율의 표시동작을 행하는 것이라도 좋다.

[발명의 효과]

이상과 같이 본 발명은 전방능력, 즉 전후방향에 관한 제1의 정격하중을 산출함과 동시에, 지지부재의 신장상태에 의거하여 좌우 양쪽에 대하여 개별적으로 측방능력, 즉 측방에 관한 제2의 정격하중을 산출하고, 양 정격하중 및 각 지지부재의 신장상태에 의거하여 정격하중곡선의 변곡각을 산출하며, 이 변곡각으로부터 전둘레에 걸쳐 연속되는 정격하중곡선을 최종적으로 설정하는 것이므로, 전후의 지지부재의 수평신장량을 고려하고, 또한 작업자가 파악하기 쉬운 정격하중곡선을 설정할 수 있고, 이에 의하여 건설기계의 안정성을 확보하면서, 운전조작성의 향상을 꾀할 수 있다. 더욱이, 부하율의 연산 및 이 연산에 의거한 안전동작을 행할 때에, 전둘레 정격하중 산출수단으로 산출된 정격하중을 그대로 이용할 수 있어서, 이에 의하여 연산장치를 간이화하고, 또한 그 필요량을 삭감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

선회가능한 상부 선회체(102,B)와 복수의 신장가능한 지지부재(105)를 갖추고 상기 상부 선회체의 소정위치에 호이스팅 하중(C)이 현수되어 있으며, 상기 상부 선회체(102,B)의 작업반경을 검출하는 작업반경 검출수단(12) ; 상기 상부 선회체(102,B)의 선회각 (θ)을 검출하는 선회각 감출수단(15) ; 상기 각 지지부재의 수평신장량을 검출하는 지지부재 검출수단(14) ; 및 상기 상부 선회체의 호이스팅 하중을 검출하는 호이스팅 하중 검출수단(22)을 갖추고 건설기계의 안전장치에 있어서, 상기 건설기계의 안정장치는 상기 작업반경 및 각 지지부재(105)의 수평신장량에 따른 상부 선회체의 정격하중(W_o1,W_o2)을 각 선회각(θ)에 대하여 산출하여 전둘레에 걸친 정격하중곡선(W_o=f(θ))을 설정하는 전둘레 정격하중 산출수단(24) ; 상기 전둘레 정격하중 산출수단(24)으로 산출된 정격하중에 의거하여 하중율(W/W_o)을 산출하는 하중율 산출수단(23) ; 상기 하중율 산출수단(23)에 의해서 연산된 하중율에 의거하여 안전동작을 행하게 하는 제1의 작동수단(291,292) ; 및 상기 전둘레 정격하중 산출수단(24)으로 설정된 정격하중곡선과 실제의 상부 선회체(102,B)의 호이스팅 하중(C) 및 선회각(θ)에 의거하여 안전동작을 행하게 하는 제2의 작동수단(293,294)을 더 갖추고 있고 상기 전둘레 정격하중 산출수단(24)은 전후방향에 관한 상부 선회체(102,B)의 제1의 정격하중(W_o1)을 산출하는 전방능력 산출수단(241), 상기 지지부재(105)의 신장상태에 의거하여 좌우 양쪽에 대하여 개별적으로 측방에 관한 상부 선회체(102,B)의 제2의 정격하중(W_o2)을 산출하는 측방능력 산출수단(243), 및 상기 제1의 정격하중(W_o1), 제2의 정격하중(W_o2) 및 각 지지부재(105)의 신장상태에 의거하여 전둘레에 걸쳐 연속하는 정격하중곡선(W_o=f(θ))을 설정하는 정격하중 설정수단(217)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 안전장치.