센서가 부착되는 유압 실린더를 사용하는 트랙터 작업기의 수평 제어장치

센서가 부착되는 유압 실린더를 사용하는 트랙터 작업기의 수평 제어 장치{Control system using oil pressure cylinder with sensor of horizontal direction for tractor}

본 고안은 트랙터에 의해 견인되는 트랙터 작업기의 롤링 각을 측정하고 측정된 값에 따라 작업기의 수평 정도를 제어하는 수평 제어 장치에 있어 작업기의 수평을 제어하기 위해 동작하는 유압 실린더의 측면에 유압 실린더의 작동 변위를 측정할 수 있도록 센서를 부착시켜 제어 정밀도를 높일 수 있도록 한 센서가 부착되는 유압 실린더를 사용하는 트랙터 작업기의 수평 제어 장치에 관한 것이다.

트랙터를 이용하여 각종 농업용 기기를 견인하여 필요로 하는 작업을 하게 된다. 트랙터에 의해 견인되는 작업기들은 작업의 안정성을 위해서 항상 수평을 유지할 필요가 있게된다.

작업기를 항상 설정한 수평 경사각으로 유지하기 위해서는, 트랙터 차체가 작업기를 견인하여 주행할 때 트랙터의 롤링에 의해 발생하는 트랙터 작업기의 수평 경사각의 변화량을 측정하고, 제어 장치를 사용하여 변화량만큼 작업기의 경사각을 보상해 줄 필요가 있다.

도 1은 종래의 트랙터 작업기의 수평 제어장치의 구성을 나타내는 도면으로서, 작업기의 수평 경사각 및 불감대 설정을 위한 설정부(20), 트랙터 차체의 롤링각과 작업기의 경사각을 검출하는 검출부(30), 상기 검출부(30)로부터 출력되는 신호를 입력받아 각종 연산처리 등을 행하고 솔레노이드 밸브 구동회로에 제어신호를 출력하는 제어부(40), 작업기의 수평을 유지하기 위한 유압 실린더의 작동을 위한 유압 회로(50)로 구성되어 있음을 도시하고 있다.

이때 상기 제어부(40)는 마이크로 컴퓨터(41)와 구동회로(42) 및 필터(43)로 구성된다. 마이크로 컴퓨터(41)에는 설정부(20)의 설정 경사각 및 불감대 설정신호가 입력되고, 한편 필터(43)를 통하여 검출부(30)의 검출신호가 입력되고 마이크로 컴퓨터(41)는 설정부(20)의 신호와 검출부(30)의 신호를 비교하여 구동회로(42)로 신호를 출력하며, 구동회로(42)는 솔레노이드 밸브 상승 또는 하강 신호를 유압회로(50)에 보내고 제어부(40)는 검출부(30)로부터 입력되는 차체 경사각을 설정되어 있는 수평 경사각과 비교하여 작업기의 경사각이 설정된 값이 되도록 제어한다.

또한, 도 2는 종래의 트랙터 작업기의 경사각 센서(4)의 부착 위치를 나타내는 도면으로서, 트랙터(1)의 후방에는 작업기가 연결되고, 상기 작업기의 로워 링크(2)는 트랙터(1)의 링크 힌지(3)에 연결되며, 트랙터 작업기의 수평 제어장치에 사용되는 경사각 센서(4)는 트랙터(1)의 차체의 측면에 설치되는 것을 도시하고 있다.

그러나 상기한 구성으로 되어 있는 수평 제어 장치를 사용하여 작업기의 수평을 제어할 경우 트랙터 자체의 롤링각과 작업기의 경사각을 측정하여 작업기의 수평을 제어 하도록 하고 있으나, 작업기에 부착된 센서에 의해서만 작업기의 보정량을 측정하기 때문에 정확한 수평제어를 위해서는 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은, 상기와 같은 요구에 부응하여 트랙터 작업기의 리프트 로드에 부착된 유압 실린더의 측면에 유압 실린더의 피스톤의 움직임을 측정하는 피스톤 로드 변위 센서를 부착하여 유압 실린더의 피스톤의 변위량을 측정함으로서 트랙터 작업기의 수평 제어 효율을 높이도록 한 센서가 부착되는 유압 실린더를 사용하는 트랙터 작업기의 수평 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안 트랙터 작업기의 수평제어장치는 작업기의 수평 경사각 및 불감대 설정을 위한 설정부, 트랙터 차체의 롤링각과 작업기의 경사각을 검출하는 검출부, 상기 검출부로부터의 신호 및 각종 연산 처리 등을 행하고 출력포트를 통해 솔레노이드 밸브 구동회로에 제어신호를 출력하는 제어부, 유압실린더의 작동을 위한 유압 회로로 구성된 트랙터 작업기의 수평 제어 장치에 있어서, 트랙터의 로워 링크와 리프트 아암 사이에 설치되는 작업기의 수평 제어용 유압 실린더의 측면에 부착되어 유압 실린더의 피스톤의 변위를 검출하는 실린더 변위 센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 트랙터 작업기의 수평 제어장치의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 고안에 따른 유압 실린더 변위 센서의 부착 위치를 도시하는 도면.

도 3은 본 고안에 따른 유압 실린더 변위 센서의 부착 상태를 나타내는 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 유압 실린더 변위의 변화와 작업기 경사각 변화의 관계를 도시하는 도면.

도 5는 본 고안에 따른 트랙터 작업기의 수평 제어장치의 구성을 도시하는 도면

도 6은 고안을 사용하는 트랙터 작업기의 제어 패널을 도시하는 도면.

도 7은 본 고안을 사용하는 트랙터 작업기의 수평 경사각 수동/자동 설정 작동방법을 도시하는 흐름도.

도 8은 본 고안을 사용하는 트랙터 작업기의 수평 제어장치의 작동을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 트랙터 2 : 로워 링크 3 : 링크 힌지

4 : 경사각 센서 5 : 리프트 아암 6 : 실린더

7 : 몸체 8 : 피스톤 9 : 링크

20: 설정부 30 : 검출부 40 : 제어부

50: 유압회로 100: 실린더 변위센서

본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 유압 실린더 변위 센서의 부착 상태를 도시하는 도면으로서, 트랙터의 로워 링크(2)와 리프트 아암(5) 사이에 설치된 유압 실린더(6)의 몸체(7)와 피스톤 로드(8) 사이에는 링크(9)가 설치되고, 상기 링크(9)에는 링크의 변위에 따라 변동하는 실린더 변위를 측정하기 위한 실린더 변위센서(100)가 연결되어 있음을 도시하고 있다. 이때 경사각 센서(4)는 트랙터 차체의 롤링각을 검출하여 검출값에 해당하는 신호를 출력한다.

본 고안의 실린더 변위 센서(100)는 유압실린더(6)의 피스톤 로드(8)의 변위를 검출하며, 로타리 방식의 포텐션 미터(2k)를 사용하여 구성된다.

도 4에는 본 고안의 유압 실린더 변위 변화와 작업기 경사각 변화의 관계가 도시되어 있다.

작업기는 로워 링크(11)를 중심으로 회전하며 작업기의 로워 링크(2)와 리프트 아암(5) 사이에 유압 실린더(6)가 설치된다.

이때 작업기의 경사각(θ)은 아래의 수학식 1에 계산된다.

[수학식 1]

여기에서, l _ed : 점 el과 점 er 사이의 거리

l _ev : 점 er과 er' 사이의 직선거리(실린더 변위의 함수)

따라서, 유압 실린더의 측면에 부착된 실린더 변위 센서(100)는 작업기의 경사각을 측정할 수 있고, 측정된 값은 제어부(40)로 입력된다.

상기와 같은 구성에 의해 다음과 같이 수평각을 제어하게 된다.

설정부(20)는 도 6에 도시된 바와 같은 제어 패널(21)로 구성되며 제어 패널(21)에는 수동/자동 변환스위치(22), 수동상승 스위치(23), 수동하강 스위치(24), 경사도 설정 스위치(25) 및 민감도 스위치(26)가 설치되어 있다.

작업기의 수평 경사각 설정은 수동 또는 자동으로 작동될 수 있다.

설정된 마이크로 컴퓨터의 출력신호와 실린더 변위 센서의 출력신호는 비교회로에서 비교되어 그 차이값에 따라 온/오프 신호를 통해 솔레노이드 밸브를 상승쪽으로 구동시키거나 하강쪽으로 구동시키는데, 온/오프 신호의 통과 경로에는 수동/자동 변환 스위치(22)가 설치된다.

자동 모드일 때는 비교회로로부터의 온/오프 신호가 솔레노이드 밸브로 출력되며, 수동 모드일 때는 수동상승 스위치(23)와 수동하강 스위치(24)의 신호가 솔레노이드 밸브로 출력된다.

도 5에 도시되어 있는 수평 제어 장치의 구성을 참조하여 수평 제어 장치의 동작을 설명하면, 실린더 변위센서(100)는 차체 경사각과 실린더 변위값을 각각 검출하여 검출값에 해당하는 신호를 검출부(30)를 통해 제어부(40)로 보낸다.

제어부(40)는 마이크로 컴퓨터(41)의 구동회로(42) 및 필터(43)로 구성되며, 상기 마이크로 컴퓨터(41)에는 설정부(20)의 설정 경사각 및 불감대 설정신호가 입력되고, 한편 필터(43)를 통하여 검출부(30)의 검출신호가 입력된다.

상기 마이크로 컴퓨터(41)는 설정부(20)의 신호와 검출부(30)의 신호를 비교하여 구동회로(42)로 신호를 출력한다. 상기 구동회로(42)는 솔레노이드 밸브의 상승 또는 하강 신호를 유압회로(50)에 보낸다.

상기 유압회로(50)는 구동회로(42)의 신호에 따라 솔레노이드 밸브(51)를 구동시키고 솔레노이드 밸브(51)는 유압 실린더(6)의 피스톤 로드(8)를 변위시켜 작업기의 경사각을 조절한다.

상기 제어부(40)는 계속해서 검출부(30)로부터 입력되는 차체 경사각과 실린더 변위를 설정부(20)의 설정 수평 경사각과 비교하여 작업기의 경사각이 설정된 값으로 되도록 피이드 백 제어한다.

도 8에는 본 고안의 트랙터 작업기의 수평 제어장치의 작동이 도시되는데, 초기화 다음에 제어 패널을 통해 수평 경사각과 불감대 값을 설정한다.

수평 경사각과 불감대 값을 설정후에는 검출부를 통해 센서 신호를 판독하여 실린더 변위와 차체 경사각이 입력된다.

마이크로 컴퓨터는 상기 수평 경사각 설정치, 불감대 설정치, 실린더 변위 및 차체 경사각을 입력받아 작업기의 수평 경사각을 계산하고 설정치와의 오차를 계산한다.

다음에는 불감대 설정치와 오차를 비교하여 민감도보다 적으면 제어를 행하지 않고, 민감도보다 크고 오차값이 0 이상이면 실린더의 제어변위를 계산하여 유압 실린더의 피스톤을 상승시킨다.

한편, 불감대 설정치와 오차를 비교하여 민감도보다 크고 오차값이 0 미만이면 실린더의 제어범위를 계산하여 유압 실린더의 피스톤을 하강시킨다.

상기와 같이 본 고안의 실린더 변위 로더가 부착된 유압 실린더를 사용한 트랙터 작업기의 수평 제어장치는 유압 실린더의 변위량을 측정하여 그 변위량에 해당하는 수치를 제어부에 입력시켜 수평 제어 정도를 보정하기 때문에 작업기에 부착되어 있는 센서만으로 수평제어를 측정하는 경우보다 높은 정밀도로서 작업기를 항상 설정 수평 경사각으로 유지하게 된다.