DE2650442A1 - FORCE MEASURING DEVICE FOR A HOIST WITH A CRANE JIB DRIVEN BY WORK CYLINDER - Google Patents
FORCE MEASURING DEVICE FOR A HOIST WITH A CRANE JIB DRIVEN BY WORK CYLINDERInfo
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Description
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β MÖNCHEN β. 3. November 1976
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Mopp«No. A 59Ο - Case Four 25 Bitte in der Antwort angebenMop «No. A 59Ο - Case Four 25 Please state in the answer
Beschreibungdescription
der Firma SOCIETE ANONYME FRANCAISE Du FERODOof the company SOCIETE ANONYME FRANCAISE Du FERODO
Paris / FrankreichParis, France
betreffendconcerning
"Kraftineßvorrichtung für ein Hebezeug mit durch Arbeitszylinder betriebenem Kranausleger"."Power measuring device for a hoist with a crane boom operated by a working cylinder".
Priorität: 3. November 1975 - FRANKREICHPriority: November 3, 1975 - FRANCE
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Hebezeuge mit Kranausleger, der auf einem Chassis um eine horizontale Achse schwenkbar angeordnet ist, und betrifft insbesondere eine Bauweise, bei der die Neigungsbewegung des genannten Kranauslegers mit Hilfe von einem oder mehreren Ar-The invention relates generally to hoists with a crane boom which is arranged on a chassis so as to be pivotable about a horizontal axis, and in particular relates to a construction in which the tilting movement of the mentioned crane boom is carried out with the aid of one or more ar-
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beltszylindern ausgeübt wird; zur Vereinfachung wird allerdings nachstehend angenommen, daß nur ein einziger Arbeitszylinder vorgesehen ist. Der bzw. die Arbeitszylinder ist bzw. sind einerseits an dein genannten Ausleger und andererseits an dem Chassis angelenkt, an dem ausserden auch der Ausleger angelenkt ist.beltszylindern is exercised ; for the sake of simplicity, however, it is assumed below that only a single working cylinder is provided. The working cylinder (s) is or are articulated on the one hand to the boom mentioned and on the other hand to the chassis to which the boom is also articulated.
Es handelt sich beispielsweise um ein Hebezeug oder einen Kran, der eine Last beliebiger Art heben kann, oder um ein Wartungsgerät, das mit einer Arbeitsgondel am Ende eines Auslegers versehen ist.It is, for example, a hoist or a crane that can lift a load of any kind, or a Maintenance device that is provided with a working nacelle at the end of a boom.
Wegen der in bestimmten Ländern geltenden Vorschriften für derartige Hebezeuge, muß die Größe des Kippmoments bekannt sein, das auf den Ausleger des Hebezeugs von der angehängten Last ausgeübt wird.Because of the regulations applicable in certain countries for such hoists, the size of the overturning moment must be known that is exerted on the boom of the hoist by the attached load.
Zur Bestimmung dieser Größe sind bereits mehrere Vorrichtungen vorgeschlagen worden.Several devices have been proposed to determine this size.
Bestimmte Vorrichtungen dieser Art sind mit Kraftaufnehmern ausgestattet, die auf die Kräfte ansprechen, die an der Stelle auftreten, wo der Hebezylinder an dem Chassis angelenkt ist, das den betreffenden Ausleger trägt, und die den Festpunkt des ArbeitsZylinders bildet.Certain devices of this type are equipped with force transducers that respond to the forces acting at the point occur where the lifting cylinder is hinged to the chassis, which carries the boom in question, and which forms the fixed point of the working cylinder.
Bei anderen Vorrichtungen dieser Art sind Kraftaufnehmer vorgesehen, die auf die Längskräfte ansprechen, die in dem Ausleger wegen der Verformung auftreten, der er im Betrieb unvermeidlich unterworfen ist.For other devices of this type, force transducers are provided, which respond to the longitudinal forces that occur in the boom due to the deformation that is inevitable during operation is subject.
Schließlich sind bei einer dritten Gruppe von Vorrichtungen der genannten Art, die aber nur mit hydraulischen Hebezylindern ausgestattet sein dürfen, Druckaufnehmer vorgesehen, dieFinally, in a third group of devices of the type mentioned, but only with hydraulic lifting cylinders may be equipped, pressure transducers provided that
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auf den in einem derartigen Hydraulikzylinder herrschenden Druck ansprechen.respond to the pressure prevailing in such a hydraulic cylinder.
Allen diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie Informationen liefern, die nicht nur von der an dem betreffenden Kranausleger angehängten Last sondern auch von dem Neigungswinkel abhängen, den die neutrale Faser dieses Auslegers mit der Horizontalen einschließt, sowie von dem Winkel, der zwischen dem Ausleger und dem ihn betätigen Hebezylinder eingeschlossen ist.All these devices have in common that they provide information that is not only from the one in question Load attached to the crane boom but also depend on the angle of inclination that the neutral fiber of this boom with the horizontal, as well as the angle enclosed between the boom and the lifting cylinder that actuates it is.
Zur Auswertung dieser Informationen ist also die Kenntnis zweier Winkel nötig.To evaluate this information, it is therefore necessary to know two angles.
Der Neigungswinkel des Auslegers läßt sich verhältnismässig leicht bestimmen, indem man seinen Komplementwinkel mißt, was mit jedem geeigneten Meßgerät geschehen kann; nicht so einfach ist die Bestimmung des zwischen dem Ausleger und deni ihn betätigenden Arbeitszylinder eingeschlossenen Verzweigungswinkels. The angle of inclination of the boom can be determined relatively easily by measuring its complement angle, what can be done with any suitable measuring device; It is not so easy to determine the distance between the boom and deni it actuating the working cylinder included branch angle.
Sicher läßt sich dieser Verzweigungswinkel zumindest theoretisch allein aus dem Neigungswinkel des Auslegers ermitteln, denn eine verhältnismässig einfache trigonometrische Beziehung stellt die Verbindung zwischen diesen beiden Winkeln her.This branching angle can certainly be determined at least theoretically from the angle of inclination of the boom, because a comparatively simple trigonometric relationship establishes the connection between these two angles here.
Aber in diese trigonometrische Beziehung geht auch der Winkel ein, den die Horizontale mit der Verbindungslinie zwischen den beiden Gelenkpunkten einschließt, an denen der Ausleger und der ihn betätigende Arbeitszylinder an dem gemeinsamen Chassis angelenkt sind.But the angle between the horizontal and the connecting line also goes into this trigonometric relationship includes the two points of articulation at which the boom and the working cylinder that actuates it on the common Chassis are hinged.
Der letztgenannte Winkel kann nun aber in der Praxis nichtThe latter angle cannot, however, in practice
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als konstant angesehen werden, denn er hängt von den Umständen ab, unter denen sich die Kranwagen am Erdboden abstützt.can be regarded as constant, because it depends on the circumstances under which the crane truck is supported on the ground.
Wenn man Fehler mit Sicherheit ausschließen will, muß man daher auch diesen Winkel messen.If one wants to rule out errors with certainty, one must therefore also measure this angle.
Wie dem auch sei, und selbst wenn man die Richtung des Kranwagenchassis zur Horizontalen als absolut gleichbleibend betrachtet, enthält die trigonometrische Beziehung, die zur Bestimmung des Verzweigungswinkels zwischen dem Ausleger und dem ihn betätigenden Arbeitszylinder erforderlich ist, Sinus- und Cosinus-BeZiehungen, die bei der Ausrechnung zu unvermeidlichen, nicht zu vernachlässigenden Fehlerhäufungen führen .Anyway, even considering the direction of the crane truck chassis Regarded as absolutely constant to the horizontal, contains the trigonometric relationship that to the Determination of the branch angle between the boom and the working cylinder actuating it is required, sine and cosine relationships, which are unavoidable in the calculation, do not lead to negligible accumulations of errors.
Sicher ist schon eine Kraftmeßvorrichtung angegeben worden, die beim praktischen Gebrauch zur Ermittlung des an einem Auslegerarm angreifenden Kippmoments nur die Messung des Neigungswinkels dieses Auslegers gegenüber der Horizontalen oder von dessen Komplementwinkel erfordert.A force measuring device has certainly already been specified, in practical use to determine the tilting moment acting on a cantilever arm, only the measurement of the angle of inclination requires this boom relative to the horizontal or its complement angle.
Bei einer derartigen Kraftmeßvorrichtung bildet für die Messung der senkrecht zu einer vorgegebenen Richtung verlaufenden Komponente einer Kraft eine Achse, die als Verbindungsgelenk zwischen einem ersten Organ aus der Gruppe Arbeitszylinder/Ausleger/Chassis und einem zweiten Organ aus dieser Gruppe von Organen dient, selbst einen Kraftaufnehmer, und an der Achse sind dazu beiderseits einer axialen Symmetrieebene mit Dehnungsmaßstreifen angebracht. In such a force measuring device forms for the Measurement of the component of a force running perpendicular to a given direction an axis that acts as a connecting joint between a first member from the group of working cylinder / boom / chassis and a second member from this group Group of organs is used, even a force transducer, and for this purpose, on both sides of an axial plane of symmetry with strain gauges are attached to the axis.
Aber bei den bis heute entwickelten Ausführungsformen von Geräten dieser Art ist die paarweise Anordnung solcher Dehnungsmeßstreifen einerseits auf der zusammengedrückten Seite der sie aufnehmenden Achse und andererseits auf der gedehntenBut in the embodiments of Devices of this type are the paired arrangement of such strain gauges on the one hand on the compressed side the axis receiving them and on the other hand on the stretched one
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Seite dieser Achse vorgesehen, wobei die axiale Symmetrieebene der Achse somit parallel zu der vorgegebenen Richtung verläuft, so daß die Dehnungsmeßstreifen auf die Verbiegung dieser Achse ansprechen.Side of this axis provided, the axial plane of symmetry the axis thus runs parallel to the predetermined direction, so that the strain gauges on the bending of this Address the axis.
Eine solche Verbiegung hängt aber nicht nur von dem Eigenwert der an der betreffenden Achse angreifenden Kraft sondern auch von dem Biegungsmoment ab, dem sie unterworfen ist, d.h. praktisch von den Berührungspunkten mit den beiden Organen, zwischen denen die Achse angebracht ist.Such a bending depends not only on the intrinsic value of the force acting on the relevant axis, but also on it also from the bending moment to which it is subjected, i.e. practically from the points of contact with the two organs, between which the axle is attached.
Abgesehen davon, daß eine solche Achse ganz exakt so ausgebildet sein müßte, daß sie am Ort der an ihr angebrachten Dehnungsmeßstreifen auf Biegung beansprucht wird, sind die Punkte, an denen die Achse die Organe, zwischen denen sie liegt, berührt, immer zu ungenau definiert, wodurch sich in der Praxis eine erhebliche üngenauigkeit des mit solchen Dehnungsmeßstreifen ermittelten Betrages der Kraft einstellt.Apart from the fact that such an axis would have to be designed exactly in such a way that it is attached to it at the location The strain gauges are subjected to bending stress Points at which the axis touches the organs between which it lies are always too imprecisely defined, which leads to in practice a considerable inaccuracy of the amount of force determined with such strain gauges sets.
Wegen ihrer Anbringung können ausserdem diese Dehnungsmeßstreifen, die notwendigerweise eine gewisse Ausdehnung um die Achse, an der sie angebracht sind, aufweisen und daher nicht von einer einzelnen Faser sondern von einem Netz solcher Fasern beeinflußt werden, bei einer gegenseitigen Drehung der Organe, zwischen denen die fragliche Achse angeordnet ist, für einen geringen Wert dieser Drehung nur einen unveränderten Wert der Kraft aufzeichnen, so daß in diesem Falle eine Meßwertänderung nicht bestimmt werden kann.Because of their attachment, these strain gauges can also which necessarily have some extension around the axis on which they are attached, and therefore are influenced not by a single fiber but by a network of such fibers, in the case of a mutual Rotation of the organs between which the axis in question is located, only one for a small amount of this rotation Record the unchanged value of the force so that in this case a change in the measured value cannot be determined.
Die Erfindung sieht eine mit einer den Kraftaufnehmer bildenden Achse versehene Kraftmeßvorrichtung vor, bei der diese Nachteile nicht auftreten.The invention provides a force measuring device provided with an axis forming the force transducer, in which this Disadvantages do not occur.
Die Erfindung geht aus von einer Kraftmeßvorrichtung, bei der zur Messung der senkrecht zu einer vorgegebenen RichtungThe invention is based on a force measuring device that for measuring the perpendicular to a given direction
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verlaufenden Komponente einer Kraft eine Achse, die als Verbindungsgelenk zwischen einem ersten Organ aus der Gruppe Arbeitszylinder/Ausleger/Chassis des betreffenden Auslegergerüts und einem zweiten Organ aus der Gruppe dieser Organe dient, selbst einen Kraftaufnehmer bildet und zwei Abschnitte mit geringerem Durchmesser aufweist, an welchen auf zwei diametral einander gegenüberliegenden Flächen beiderseits einer axialen Symmetrieebene Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, und ist allgemein dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Achse auf das eine der betreffenden Organe in einer solchen Winkellage aufgekeilt ist, daß ihre axiale Symmetrieebene genau senkrecht auf der genannten vorgegebenen Richtung steht, daß ferner die an der Achse vorgesehenen Abschnitte mit geringerem Durchmesser "zur Aufnahme der genannten Dehnungsmeßstreifen jeweils zwischen zwei Abschnitten mit grösserem Durchmesser liegen, von denen der eine unmittelbar mit dem einen der betreffenden Organe zusammenwirkt, während der andere unmittelbar mit dem anderen der betreffenden Organe zusammenwirkt, und daß schließlich die genannten Dehnungsmeßstreifen auf den genannten Abschnitten mit geringerem Durchmesser an der genannten Achse so angeordnet sind, daß sie in an sich bekannten Weise nur auf die Querkräfte ansprechen.running component of a force has an axis that acts as a connecting joint between a first organ from the group Working cylinder / extension arm / chassis of the respective extension arm and a second organ from the group of these organs serves, itself forms a force transducer and two sections with a smaller diameter, on which on two diametrically opposite surfaces on both sides strain gauges are attached to an axial plane of symmetry, and is generally characterized in that said Axis on which one of the organs concerned is keyed in such an angular position that its axial plane of symmetry is exactly perpendicular to the specified direction mentioned, that also the sections provided on the axis with smaller diameter "to accommodate the strain gauges mentioned each between two sections with a larger one Diameter lie, one of which interacts directly with one of the organs concerned, while the other cooperates directly with the other of the organs concerned, and that finally said strain gauges on said sections of smaller diameter on the said axis are arranged so that they respond in a known manner only to the transverse forces.
Bei dieser Konstruktion ist jede Wirkung der Berührungspunkte zwischen der Achse und den Organen, zwischen denen sie angeordnet ist, vorteilhafterweise ausgeschaltet.In this construction, every effect is the point of contact between the axis and the organs between which it is located is advantageously switched off.
Die durch Versuche bestätigte Rechnung zeigt, daß die von einem derartigen Kraftaufnehmer gelieferten Informationen eine sehr genaue und unmittelbare Ermittlung des Kippmoments erlauben, das auf den betreffenden Ausleger einwirkt, wenn der Neigungswinkel des Auslegers ebenfalls bekannt ist, und zwar unabhängig von dem Verzweigungswinkel zwischen dem Ausleger und dem ihn betätigenden Arbeitszylinder und/oder der Neigung des den Ausleger tragenden Chassis gegenüber der Horizontalen.The calculation confirmed by tests shows that the information supplied by such a force transducer is very allow precise and immediate determination of the overturning moment acting on the boom in question when the angle of inclination of the boom is also known, regardless of the branch angle between the boom and the it actuating the working cylinder and / or the inclination of the chassis carrying the boom relative to the horizontal.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die schematisch ausgeführten Zeichnungen, die folgendes darstellen:The features and advantages of the invention also emerge from the following description of an exemplary embodiment and with reference to the schematically executed Drawings showing:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Hebezeuges, an dem die Erfindung angewendet werden kann;Fig. 1 is a side view of a hoist to which the invention can be applied;
Fig. 2 ein für ein derartiges Hebezeug kennzeichnendes Kräftediagramm; FIG. 2 shows a force diagram characteristic of such a hoist; FIG.
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer teilweise im Schnitt gezeichneten Seitenansicht mit der erfindungsgeruäß zwischen dem Kranausleger eines solchen Hebezeuges und dem ihn betätigenden Arbeitszylinder eingesetzten Kraftraeßvorrichtung;3 shows a detail from a side view, partially drawn in section, with the device according to the invention used between the crane boom of such a hoist and the working cylinder that actuates it Motor road device;
Fig. 4 einen Axialschnitt längs der gebrochenen Linie IV-IV in Fig. 3 durch die Achse, die den den Kranausleger betätigenden Arbeitszylinder schwenkbar mit jenem verbindet;Fig. 4 shows an axial section along the broken line IV-IV in Fig. 3 through the axis that the crane boom actuating working cylinder pivotally connects to that;
Fig. 5 einen Querschnitt durch diese Achse, geschnitten längs der Linie V-V in Fig. 4;Fig. 5 is a cross-section through this axis, cut along the line V-V in Fig. 4;
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Achse in grösserem Maßstab zur Darstellung der Anordnungsweise der Dehnungsmeßstreifen auf dieser Achse;6 shows a plan view of the axle on a larger scale to show how the strain gauges are arranged on this axis;
Fig. 7 ein elektrisches Schaltschema zur Verdeutlichung der Schaltung der Dehnungsmeßstreifen.7 shows an electrical circuit diagram to illustrate the circuit of the strain gauges.
Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung bei einem Hebezeug 10, das mit einem beispielsweise aus-Fig. 1 shows as an embodiment, the application of the invention in a hoist 10, which is equipped with an example
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ziehbaren Kranausleger 11 versehen ist, an dessen Ende ein Lasthaken 12 angebracht ist, der mit einer (in der Figur nicht sichtbaren) Antriebsvir.de verbunden ist.pullable crane boom 11 is provided, at the end of which a load hook 12 is attached, which with a (in the figure not visible) Antriebsvir.de is connected.
Es könnte sich auch um ein Wartungsfahrzeug handeln, das mit einem Kranausleger versehen ist, an dessen Ende eine Gondel mit einer Arbeitsbühne aufgehängt ist.It could also be a maintenance vehicle that is provided with a crane boom, at the end of which a The gondola is suspended from a working platform.
In jedem Falle ist ein derartiger Kranausleger 11 normalerweise an einer Horizontalachse 13 drehbar angebracht; die Achse 13 ist an einem Chassis 14 angeordnet, das seinerseits als Drehkopf ausgebildet ist, der um eine vertikale Achse drehbar auf dem das Chassis tragenden Hebezeug IO angebracht ist.In any case, such a crane boom 11 is normally rotatably mounted on a horizontal axis 13; the axis 13 is arranged on a chassis 14, which in turn is designed as a rotary head, which is rotatably mounted about a vertical axis on the hoist IO supporting the chassis is.
In an sich bekannter Weise wird die Neigung des Kranauslegers 11 mit Hilfe eines Hebezylinders 15 vorgenommen, dessen Zylindermantel 16 beispielsweise um eine Horizontalachse 17 auf dem Chassis 14 drehbar ist, wahrend seine Kolbenstange mit einer Horizontalachse 19 an dein Kranausleger 11 drehbar verbunden ist; die Anbringung von Zylindermantel 16 bzw. Kolbenstange 18 an Chassis 14 bzw. Kranausleger 11 läßt sich umkehren.The inclination of the crane boom is determined in a manner known per se 11 made with the help of a lifting cylinder 15, whose Cylinder jacket 16 is rotatable, for example, about a horizontal axis 17 on the chassis 14, while its piston rod is rotatably connected to the crane boom 11 with a horizontal axis 19; the attachment of cylinder jacket 16 resp. Piston rod 18 on chassis 14 or crane boom 11 can be reversed.
Um die Erklärung zu vereinfachen, werden nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2, in der der Kranausleger 11 zeichnerisch auf seine neutrale Faser 11 reduziert ist, folgende Bezeichnungen eingeführt:In order to simplify the explanation, with reference to FIG. 2, in which the crane boom 11 is drawn is reduced to its neutral fiber 11, the following designations were introduced:
- FC ist die an dem Ende des Kranauslegers 11 angreifende Last;- FC is the load acting on the end of the crane boom 11;
- FV ist die von dem Hebezylinder 15 an dessen Verbindungs-- FV is that of the lifting cylinder 15 at its connecting
gelenk am Kranausleger in axialer Richtung ausgeübte Kraft;joint force exerted on the crane boom in the axial direction;
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* A/I. * A / I.
- FVP ist die in einer senkrecht zu der neutralen Faser des Kranaüsiegers 11 verlaufenden Richtung v/irkende Komponente der Kraft FV in Verbindungsgelenk zwischen dem Kranausleger und dern Hebezylinder 15;- FVP is the one in a perpendicular to the neutral fiber of the crane winder 11 running direction v / irkende component of the force FV in the connecting joint between the crane boom and the lifting cylinder 15;
- L ist die Länge des Kranaüsiegers 11 zwischen seiner Gelenkverbindung 13 mit dem Chassis 14 und dem Punkt, an dem die Last FC an ihm angreift;- L is the length of the crane winner 11 between his Articulated connection 13 with the chassis 14 and the point on which the load FC attacks him;
- i ist der Abstand längs der neutralen Faser des Kranauslegers 11 zwischen dem Verbindungsgelenk 13 von Kranausleger 11 und Chassis 14 und dem Verbindungsgelenk von Kranausleger 11 und Hebezylinder 15;- i is the distance along the neutral line of the crane boom 11 between the connecting joint 13 of the crane boom 11 and the chassis 14 and the connecting joint of the crane boom 11 and the lifting cylinder 15;
- d ist der Abstand zwischen den Verbindungsgelenken 13 bzw. 17 von Kranausleger 11 bzw. Hebezylinder 15 und Chassis 14;- d is the distance between the connecting joints 13 or 17 of crane boom 11 or lifting cylinder 15 and chassis 14;
- A ist der Neigungswinkel des Kranauslegers 11 gegenüber der Horizontalen H;- A is the angle of inclination of the crane boom 11 opposite the horizontal H;
- B ist der Winkel, den die die Verbindungsgelenke 13 bzw. 17 von Kranausleger 11 bzw. Hebezylinder 15 und Chassis 14 verbindende Gerade mit der Horizontalen einschließt; - B is the angle that the connecting joints 13 and 17 of crane boom 11 and lifting cylinder 15 and Chassis 14 includes straight line connecting the horizontal;
- C ist der Verzweigungswxnkel, den der Hebezylinder 15 und der Kranausleger 11 zwischen sich einschließen.- C is the branch angle that the lifting cylinder 15 and enclose the crane boom 11 between them.
Die Gleichsetzung der Momente der verschiedenen in Frage kommenden Kräfte um das Verbindungsgelenk 13 des Auslegers führt zu der Beziehung: .Equating the moments of the different in question forces coming around the connecting joint 13 of the boom leads to the relationship:.
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wobei der Winkel C entweder unmittelbar gemessen oder in Abhängigkeit von den Winkeln A und B berechnet werden kann; diese drei Winkel sind untereinander durch die folgende trigonometrische Beziehung verbunden:where the angle C is either measured directly or as a function of can be calculated from angles A and B; these three angles are interrelated by the following trigonometric Relationship connected:
— - cos (A+B)
ctg C = el (2)- - cos (A + B)
ctg C = el (2)
sin (A+B)sin (A + B)
Aus diesen beiden Gleichungen läßt sich in üblicher Weise die Last FC und damit das daraus resultierende Kippmoment anhand der von dem Hebezylinder 15 abgegebenen Kraft berechnen, wenn im übrigen der Neigungswinkel A des Kranausleqers oder sein Komplementwinkel bekannt ist, und wenn man den Winkel B als konstant annimmt, der allerdings bei höheren Genauigkeitsansprüchen auch gemessen werden kann.The load FC and thus the overturning moment resulting therefrom can be calculated in the usual way from these two equations calculate on the basis of the force delivered by the lifting cylinder 15, if otherwise the angle of inclination A of the crane jib or its complement angle is known, and if the angle B is assumed to be constant, but this is the case with higher accuracy requirements can also be measured.
Gegenstand der Erfindung ist die unmittelbare Bestimmung der Kraft FC allein aus dem Neigungswinkel A, unabhängig von der Größe des Winkels C und/oder des Winkels B.The subject of the invention is the direct determination of the force FC solely from the angle of inclination A, regardless of the size of angle C and / or angle B.
Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die oben definierte Kraftkomponente FVP zu messen, nachdem die Last FC mit dieser Komponente FVP durch folgende Gleichung verbunden ist:For this purpose, it is proposed according to the invention to measure the force component FVP defined above after the load FC has been applied to it Component FVP is connected by the following equation:
FC - FVP ' Z ' SOFA' (3) FC - FVP 'Z' SOFA ' (3)
die sich unmittelbar aus der obigen Gleichung (1) ergibt, weil die Kraft FV und ihre Komponente FVP durch die nachstehende Beziehung verbunden sind:which results directly from the above equation (1) because the force FV and its component FVP are given by the following Relationship are related:
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FVP - FV . sin C (4)FVP - FV. sin C (4)
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung vor, zwischen dem Hebezylinder 15 und dem von ihm betätigten Kranausleger 11 einen Kraftaufnehmer anzuordnen, der nur auf die in einer senkrecht zu einer vorgegebenen Bezugsrichtung verlaufenden Richtung liegende Komponente der von dem Hebezylinder abgegebenen Axialkraft anspricht; die Bezugsrichtung ist im vorliegenden Falle die Richtung der neutralen Faser des Auslegers im Verbindungsgelenk 19 zu dem genannten Arbeitszylinder. In the embodiment described, the invention provides between the lifting cylinder 15 and that actuated by it Crane boom 11 to arrange a force transducer that is only on the component of that of the lifting cylinder lying in a direction perpendicular to a predetermined reference direction delivered axial force responds; the reference direction in the present case is the direction of the neutral fiber of the boom in the connecting joint 19 to said working cylinder.
Nach der in den Fig. 3 bis 7 gezeichneten Ausführungsform ist der gemäß der Erfindung für die Messung der senkrecht zur Richtung der neutralen Faser des Kranauslegers verlaufenden Kraftkonponente eingesetzte Kraftaufnehmer als in einer einzigen Richtung wirksame kraftaufnehmende Achse ausgebildet.According to the embodiment shown in FIGS. 3 to 7 that according to the invention for the measurement of the direction perpendicular to the direction of the neutral fiber of the crane boom Force components used force transducers designed as a force-absorbing axis effective in a single direction.
Eine solche, in den Fig. 3 bis 6 insgesamt mit 30 bezeichnete Achse trägt an zwei diametral einander gegenüberliegenden Seiten beiderseits einer axialen Symmetrieebene P Dehnungsmeßstreifen, die so angeordnet sind., daß sie nur auf Querkräfte ansprechen.Such, designated as a whole by 30 in FIGS. 3 to 6 Axis carries strain gauges on two diametrically opposite sides on both sides of an axial plane of symmetry P, which are arranged so that they only respond to transverse forces.
Bei der praktischen Ausführung weist die Achse 30 zwei auf einer in der Nähe ihres einen Endes auf einer Schlifflache F1 angeordnete Dehnungsmeßstreifen J1A, J1B auf, die rechtwinklig zueinander und jeweils um 45 geneigt gegenüber der axialen Richtung der Achse 30, an der sie angebracht sind, verlaufen (vgl. Fig. 5 und 7); bei der gezeichneten Ausführung ist die Schliffläche F1 eben und verläuft parallel zu der axialen Symmetrieebene P der Anordnung.In the practical implementation, the axis 30 has two one near its one end on a ground plane F1 arranged strain gauges J1A, J1B, which are at right angles to each other and inclined by 45 to the axial direction of the axis 30 on which they are attached, run (see. Fig. 5 and 7); In the version shown, the grinding surface F1 is flat and runs parallel to the axial plane of symmetry P of the arrangement.
Einen entsprechenden Aufbau zeigt die Achse 30 in der NäheThe axis 30 shows a corresponding structure in the vicinity
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ihres anderen Endes auf einer zu der erstgenannten Schlifffläche Fl koplanaren Schliffiäche F2 mit zwei Dehnungsmeßstreifen J2A, J2B, die rechtwinkelig zueinander und jeweils um 45° gegen die Achsenrichtung der Achse 30 geneigt verlaufen-its other end on a ground surface F2 that is coplanar with the first-mentioned ground surface Fl with two strain gauges J2A, J2B, which run at right angles to each other and each inclined by 45 ° to the axis direction of the axis 30-
In einer Ebene, die bezüglich der axialen Symmetrieebene P der Anordnung symmetrisch ist, sind an der Achse 30 in entsprechender Weise in der Nähe ihrer Enden symmetrische Dehnungsmeßstreifen J'1A, J1IB, J'2A und J'2B angebracht, die jeweils einem der Dehnungsmeßstreifen J1A, J2B, J2A und J2B entsprechen.In a plane which is the axial plane of symmetry P is symmetrical with respect to the arrangement of their ends, J 1 IB, and J'2A J'2B are on the axis 30 in a corresponding manner near symmetrical strain gauges J'1A mounted, each one the strain gauges correspond to J1A, J2B, J2A and J2B.
Die verschiedenen Dehnungsmeßstreifen sind genväß dem Schaltschema Fig. 7 zu einer -Meßbrücke zusamraengeschaltet, wobei die Dehnungsmeßstreifen, die gegenüber der Axialrichtung der Kelle 30 gleiche Neigung besitzen und zu koplanaren Schliffflächen der Welle gehören, hintereinander in die Brückenzweige geschaltet sind.The different strain gauges are according to the circuit diagram Fig. 7 interconnected to form a measuring bridge, with the strain gauges, which have the same inclination with respect to the axial direction of the trowel 30, and which lead to coplanar ground surfaces belong to the shaft, are connected one behind the other in the bridge branches.
An die eine Brückendiagonale wird eine Speisespannung V gelegt, und an der anderen Brückendiagonalen wird eine Meßspannung M abgenommen, die ein Maß für die Querkraft darstellt, der die Achse 30 unterworfen ist.A supply voltage V is applied to one bridge diagonal and a measurement voltage is applied to the other bridge diagonal M, which represents a measure of the transverse force to which the axis 30 is subjected.
Gemäß der Erfindung dient diese Achse 30 unmittelbar selbst als Verbindungsgelenk zwischen der. Hebezylinder 15 und dem Kranausleger 11, wobei die genannte Achse 30 mit dem Ausleger in einer solchenWinkelstellung verkeilt ist, daß ihre axiale Symmetrieebene P genau senkrecht zu der neutralen Faser des Auslegers gerichtet ist, die in dem dargestellten Beispiel als Bezugsrichtung gewählt wurde (vgl. dazu Fig. 3).According to the invention, this axis 30 is used directly as a connecting joint between the. Lifting cylinder 15 and the crane boom 11, said axis 30 being wedged to the boom in such an angular position that its axial plane of symmetry P is directed exactly perpendicular to the neutral fiber of the boom which was chosen as the reference direction in the example shown (cf. Fig. 3).
Unter diesen Voraussetzungen ist die an der dafür vorgesehenen Diagonalen der aus den verschiedenen Dehnungsmeßstreifen zusam-Under these prerequisites, the diagonal of the various strain gauges on the intended
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mengesetzten Brücke abgenommene Meßspannung M direkt proportional zu der gesuchten Komponente FVP der von dem Hebezylinder 15 entwickelten Kraft.The measured voltage M taken from the set bridge is directly proportional to the sought component FVP of the force developed by the lifting cylinder 15.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen Dehnungsmeßstreifen auf Abschnitten T1, T2 der Achse 30, die geringeren Durchmesser haben, angebracht, und jeder Abschnitt mit geringerem Durchmesser befindet sich zwischen zwei Abschnitten mit grösserem Durchmesser, von denen jeweils einer mit jeweils einem der beiden Organe Kranausleger 11 bzw. Hebezylinder 15 unmittelbar zusammenwirkt.In the embodiment described, the various strain gauges are on sections T1, T2 of the axle 30, which have smaller diameter, attached, and each smaller diameter section is between two sections with a larger diameter, one of which each with one of the two organs crane boom 11 or lifting cylinder 15 interacts directly.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Abschnitte T1, T2 mit geringerem Durchmesser an der Achse 30 beiderseits eines einen grösseren Durchmesser besitzenden Mittelabschnitts TM, mit dem das gabelkopfförmige Ende 32 der Kolbenstange des Hebezylinders 15 zusammenarbeitet, angeordnet und liegen jeweils zwischen dem Mittelabschnitt TM und einem der beiden Endabschnitte TE1 und TE2, die der. gleichen Durchmesser wie der Mittelabschnitt TM haben und mit denen die Lagerflanschen FL1, FL2 zusammenarbeiten, die aus der Unterseite des Kranauslegers 11 herausragen.In the embodiment shown, the sections T1, T2 with a smaller diameter on the axis 30 on both sides of a central section having a larger diameter TM, with which the fork head-shaped end 32 of the piston rod of the lifting cylinder 15 cooperates, arranged and are each between the central portion TM and one of the two End sections TE1 and TE2, which the. have the same diameter as the middle section TM and with that of the bearing flanges FL1, FL2 work together, coming from the bottom of the crane boom 11 protrude.
Dank dieser Bauweise greifen die zu messenden Kräfte an einwandfrei bestimmten Stellen dieser Achse an.Thanks to this design, the forces to be measured are effective at certain points on this axis.
Wie schon oben erwähnt, sind die Endabschnitte TE1, TE2 der Welle 30 an den Flanschen FL1, FL2 des Kranauslegers 11 beispielsweise mit (nicht gezeichneten) Keilverbindungen befestigt. As already mentioned above, the end sections TE1, TE2 are the Shaft 30 on the flanges FL1, FL2 of the crane boom 11, for example fastened with (not shown) wedge connections.
Man erkennt, daß die von der Kraftaufnehmerachse 30 zu messende Kraft unter einem beliebigen Winkel zu der Vertikalen wirkt, nachdem die Achse 30 an dem Kranausleger 11 festgekeiltIt can be seen that the force transducer axis 30 to be measured Force acts at any angle to the vertical after the axis 30 is wedged onto the crane boom 11
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ist und dieser uni sein Verbir.clungsgelenk 13 geschwenkt werden kann, und nachdem die Kolbenstange 18, die gelenkig an der Achse angeordnet ist, ebenfalls um sie geschwenkt werden kann.is and this uni its Verbir.clungsverbindungen 13 pivoted can be, and after the piston rod 18, which is articulated on the axis, also pivoted about it can be.
Natürlich ist die Ausbildung der Erfindung nicht auf die beschriebene und gezeichnete Ausfuhrungsform beschränkt; sie umfaßt vielmehr alle AusfährungsVarianten-Of course, the design of the invention is not limited to the described and drawn embodiment; Rather, it includes all version variants
Insbesondere ist es bei der in den Fig. 3 bis 6 wiedergegebenen Ausführungsform nicht erforderlich, die die Dehnungsmeßstreifen tragenden Schilfflächen eben auszuführen.In particular, it is not necessary in the embodiment shown in FIGS. 3 to 6, the strain gauges carrying reed areas.
Ausserdem könnte als Efezugsrichcung diejenige Richtung gewählt werden, die in der durch die Achsen 13 und 19 gegebenen Ebene und der Zeichenebene verläuft.In addition, that direction could be chosen as the ivy direction which runs in the plane given by the axes 13 and 19 and the plane of the drawing.
Nach einer abgewandelter. Ausführung ist die Achse 17 die Kraftaufnehnerach.se, wobei die vorgegebene Bezugsrichtung die Richtung ist, die in der durch die Achsen 13 und 17 gegebenen Ebene und der Zeichenebene verläuft.After a modified. Execution is the axis 17 the Kraftaufnehnerach.se, where the specified reference direction is the Is the direction that runs in the plane given by the axes 13 and 17 and the plane of the drawing.
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