FI115162B - Järjestelmä kuormien punnitsemiseksi nosto- ja siirtolaitteessa - Google Patents

Description

115162 Järjestelmä kuormien punnitsemiseksi nosto- ja siirtolaitteessa

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen punnitusjärjestelmä nosto- ja siirtolaitteella käsiteltävän kuorman 5 painon määrittämiseksi. Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 17 johdanto-osan mukainen nosto- ja siirtolaitteeseen kiinnitettävä erillinen kärkikappale kuormien ripustusta varten.

Puunkorjuun suorittamiseksi tunnetaan maastossa liikkuvia työkoneita, 10 kuten harvestereja (Harvester), joiden puomiston päähän on sovitettu käsittelylaitteista, nk. harvesteripää (Harvester head), pystyssä kasvavan puunrungon katkaisemiseksi, kaatamiseksi ja sahaamiseksi halutun mittaisiksi osiksi. Sahatut puunrungot kerätään toisella tunnetulla maastossa liikkuvalla työkoneella ja sen käsittelylaitteistolla, jolloin ky-15 seessä on kuormaimella (Grapple) varustettu kuormakone (Forwarder), ja rungot kuljetetaan sen kuormatilassa. Tunnetaan myös yhdistelmä-koneita, joissa on yhdistetty harvesterin ja kuormakoneen toiminnot, jolloin kuormainkouran tilalla on harvesteripää, joka soveltuu myös kuormaukseen. Puunrunkoja käsitellään myös ajoneuvoon, erityisesti 20 tukkiautoon kiinnitettyjen puomistojen ja kuormaimien avulla.

• · · « I i t .·*·. Edellä kuvatut työkoneet käsittävät työskentelyä varten puomiston, • v. jonka liike voi olla ns. paralleeli-liike (Parallel motion) ja jonka uloin \ puomiosa, johon työkalu kiinnitetään, voi toimia teleskooppisesti. Puo- ! 25 misto käsittää ainakin kaksi, tavallisesti kolme toisiinsa nivelen avulla / kiinnittyvää puomiosaa, jotka liikkuvat pystysuuntaisessa tasossa. Puomista on kiinnitetty työkoneeseen kääntönivelen avulla puomiston kiertämiseksi pystysuunnan ympäri. Harvestereissa koko puomista :,'-i kääntönivelineen on usein myös kallistettavissa ainakin eteen- ja taak-3° sepäin. Puomiston vapaaseen päähän on kiinnitettävissä sopiva työkalu, kuten harvesteripää tai kuormainkoura, tavallisesti kääntäjän (Rotator) välityksellä. Puomista toimii tyypillisesti paineväliainetoimisen, "·’ tavallisesti hydraulisen ohjausjärjestelmän ohjaamana toimilaitteiden, :.' i kuten sylinterien, ja ohjausventtiilien avulla.

O 35

Kuormaimella nostettavan taakan, esimerkiksi yksittäisen puunrungon tai runkonipun punnitsemiseksi tunnetaan esimerkiksi US-patenttijul- 115162 2 kaisun 3911737 periaatteeseen perustuvia punnituslaitteita (Load cell), jotka kytketään puomiston pään ja kääntäjän väliin aksiaalisen, pystysuuntaisen voiman mittaamiseksi. Voima on suoraan verrannollinen kuormaan. Punnituslaite pidentää puomiston pään ja työkalun välimat-5 kaa, mikä lisää heilumista ja vaikeuttaa työkalun käsittelyä. Paikka on lisäksi kolhuille ja törmäyksille altis. Punnituslaitteen vaurioituminen saattaa heikentää kantokykyä ja aiheuttaa turvallisuusriskin.

Tunnetaan lisäksi patenttijulkaisun GB 2037444 mukainen laakeritap-10 pina toimiva anturi. Laitteella voidaan punnita kauhan kuorma perustuen laakeritappien kuormitukseen. Laitteisto vaatii nivelien muutoksen ja siihen kohdistuu kuluttavia voimia sekä huomattava kuormitus jo pelkästään puomiston omasta painosta johtuen. Tunnetaan muitakin nosturin rakenteen kuormitusta seuraavia järjestelmiä, esimerkiksi US-15 patenttijulkaisun 5557526 mukainen järjestelmä. Järjestelmä on tarkoitettu paikallisten kuormitusten seuraamiseen, jotka riippuvat voimakkaasti nosturin asennosta ja siitä, missä kohtaa toimilaitteiden ja nivelten tukipisteet sijaitsevat. Tunnetaan lisäksi US-patenttijulkaisujen 4057792 ja 5160055 mukaiset järjestelmät kuorman aiheuttaman 20 kuormituksen selvittämiseksi. Kuormitus vaihtelee nosturin pituuden ··· muuttuessa, vaikka kuorma pysyisi samana, joten on käytettävä lisäksi • ·»· .···. asentoantureita asennon selvittämiseksi.

• · , \ Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esitellä uudentyyppinen punni- ! 25 tusjärjestelmä kuormien punnitsemiseksi ja erityisesti poistaa edellä / mainittuja ongelmia. Järjestelmä soveltuu erilaisille nosto- ja siirtolaite- :···; rakenteille ja on mahdollisimman riippumaton nosturin asennosta tai ulottumasta.

• * • · · •*2: 30 Keksinnön mukainen punnitusjärjestelmä on esitetty patenttivaatimuk- sessa 1. Keksinnön mukainen kärkikappale on esitetty \.. patenttivaatimuksessa 17.

:/·ί Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon etuna on integroitu antu- 35 rointi punnitusta varten. Keksinnön kärkikappale on mittauksen kan nalta tarkoituksenmukaisesti muotoiltu, jolloin rakenteessa yhdistyy hyvä suojaus ja mahdollisuus selvittää rakenteen kuormituksen perus 115162 3 teella kuorman paino. Kun mittalaite on erillinen yksikkö, se on nopeasti ja helposti vaihdettavissa. Kärkikappale on lisäksi konstruoitu erillisen yksikön kannalta sopivaksi.

5 Kärkikappale on kiinnitettävissä erilaisiin nosto- ja siirtolaitteisiin ja lisäksi anturoinnin sijoittelu mahdollistaa sen, että puomiston asento tai sen tukirakenteiden tukipisteiden vaikutus jää mahdollisimman vähäiseksi. Tällöin vältytään asentoa mittaavilta antureilta ja tuloksen laskenta helpottuu. Järjestelmä soveltuu erityisesti kuormaimen avulla kä-10 siteltävien puunrunkojen punnitsemiseen, jolloin lastattua tai purettua kokonaismäärää voidaan seurata jatkuvasti työskentelyn keskeytymättä. Mittalaite on vaihdettavissa ilman puomiosan, työkalun tai kääntäjän irrotusta.

15 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin käyttäen esimerkkinä eräitä edullisia suoritusmuotoja samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuva 1 esittää erästä teleskooppisesti toimivaa puomia, jossa kek-20 sintöä sovelletaan, sivulta katsottuna, »· · .···. kuva 2 esittää kuvan 1 mukaisen puomin vapaata kärkeä tarkem- min ja erästä punnituslaitteen sijoittelukohtaa, sivulta kat-sottuna, 25 kuva 3 esittää kuvan 1 mukaisen puomin vapaata kärkeä kuvan 2 kohdasta A - A leikattuna, :/.j kuva 4 esittää erästä edullisen suoritusmuodon mukaista punnitus- ”\· 30 laitetta tarkemmin, päältä katsottuna, ja

kuva 5 esittää kuvan 4 mukaista punnituslaitetta ja venymäliuska-'·;·* anturien periaatteellista sijoittelua, kuvan 4 kohdasta B - B

leikattunapa O 35 115162 4 kuva 6 esittää erään edullisen suoritusmuodon mukaista punnitus-laitetta ja -järjestelmää lohkokaaviona toimintaperiaatteen selvittämiseksi.

5 Kuvan 1 mukainen puomisto 1 käsittää ensimmäisen puomiosan, pilarin 2. Pilari 2 on tavallisesti pystysuuntainen ja järjestetty pystyakselin Z1 (pystysuunta Z) ympäri kiertyväksi kääntölaitteella 3, johon pilarin ensimmäinen pää 2a on kiinnitetty. Pilari 2 voidaan sovittaa myös jonkin pystyakselin (pystysuunta Z) ympäri pyörivälle alustalle, jolla voi 10 olla myös työkoneen ohjaamo. Puomi 1 käsittää toisen puomiosan 4, jonka ensimmäinen pää 4a on vaakanivelellä 5a (poikittainen vaa-kasuunta Y) kiinni pilarin 2 toisessa päässä. Puomiosan 4 toinen pää 4b liikkuu tavallisesti pystytasossa (pystysuunta Z ja pituussuuntainen vaakasuunta X) kiertyen nivelen 5a ympäri. Kierto aikaansaadaan toi-15 milaitteella 6a, joka on kytketty pilarin 2 ja puomiosan 4 välille. Puomisto 1 käsittää lisäksi kolmannen puomiosan 7, jonka ensimmäinen pää 7a on vaakanivelellä 5b (vaakasuunta Y) kiinni päässä 4b. Vapaa toinen pää 7b liikkuu tavallisesti pystytasossa (pystysuunta Z ja vaakasuunta X) kiertyen nivelen 5b ympäri. Kierto aikaansaadaan toimi-20 laitteella 6b, joka on kytketty puomiosien 4 ja 7 välille linkkimekanis- ·;· millä. Esitetty puomisto 1 toimii teleskooppisesti pään 7b ulottuman li- .···. säämiseksi, jolloin puomiosassa 7 on sisään liukuva puomiosa 7c ja ··*.·. osan 7c sisälle liukuva puomiosa 7d, joita ohjataan yhdellä toimilait- \ teella 6c ja ketjumekanismilla (ei näkyvissä). Puomiston pää 7b työka- ! *. 25 luineen 8 on vietävissä siten kauemmas työkoneesta. Työkalu 8 on tässä kuormain, joka on kääntäjän 9 välityksellä kiinnitetty päähän 7b, mikä kiinnitys vastaa myös harvesteripään kiinnitystä. Työkalu 8 on kääntäjän 9 avulla järjestetty pystyakselin Z2 (pystysuunta Z) ympäri V·:’ kiertyväksi. Kääntäjän 9 ja pään 7b välissä on vielä irrotettava ristikap- ·’[*: 30 pale 10, joka sallii vapaan riipunnan ja kiertymisen vaaka-akselien X1 : ' (vaakasuunta X) ja Y1 (vaakasuunta Y) ympäri, jotka ovat oleellisesti kohtisuoria keskenään. Osien 8, 9 ja 10 yhteinen paino on tyypillisesti ’ :· 300 kg ja nostettavien tukkien paino on tyypillisesti 300 - 1000 kg.

V·: Esitetyn puomiston nostokyky on tyypillisesti noin 3000 kg, riippuen 35 ulottumasta.

115162 5

Keksinnön soveltaminen erilaisissa nosto- ja siirtolaitteissa on helppoa, koska mittauksesta saatava ulostulo on mahdollisimman riippumaton muista tekijöistä kuin kuormasta. Keksinnön eräässä yksinkertaisessa, edullisessa suoritusmuodossa järjestelmä perustuukin kokonaan kalib-5 roinnille, jolloin kokeilemalla löydetään tiettyjä painoja vastaavat ulostulosignaalien tasot, joiden perusteella voidaan muitakin ulostuloja vastaavat painot määritellä esimerkiksi taulukon tai laskukaavan avulla. Kalibroinnissa käytetään tunnetun painoisia kuormia. Painon laskennassa on otettava huomioon myös työkalu, jonka paino on osa kuor-10 maa ja aiheuttaa myös kuormituksen. Tarkin mittaustulos saadaan, kun kuorma on levossa tai liikkeessä vakionopeudella. Taarauksen avulla voidaan lasketusta painosta poistaa esim. kuormaimen osuus. Taulukko tai laskukaava voidaan tallentaa mittalaitteen laskentavälineisiin, jotka esittävät punnitustulokset käyttäjälle. Vaihtoehtoisesti laskenta on 15 toteutettavissa työkoneen ohjausjärjestelmään, johon mittalaitteen ulostulosignaalit kytketään kaapelointien ja johdotuksien avulla.

Kuormaa punnittaessa eri puomiosat ja kuorma voivat olla liikkeessä, jolloin myös kiihtyvyydet on mitattava ja otettava huomioon painon las-20 kennassa. Kiihtyvyys antaa myös indikaation puomiston toimintatilasta ja työvaiheesta, jotta sopiva mittaushetki olisi valittavissa. Nostossa .···. kiihtyvyyttä esiintyy Z-suunnassa, jossa painovoimakin vaikuttaa. Te-• v. leskooppipuomistolla kuormaa siirretään myös vaakatasossa, jolloin kiihtyvyys vaikuttaa myös X-suunnassa. Puomistoa käännettäessä ! 25 kiihtyvyys vaikuttaa myös Y-suunnassa. Erityisesti X- ja Z-suunta (pystytaso) ovat oleellisia mittauksen kannalta. Maksimikiihtyvyydet (2 - 8 g) voidaan mitata tai arvioida puomiston dimensioiden, massan ja toimilaitteiden ominaisuuksien perusteella. Häiriöitä mittaukseen ai-V·: heuttavat erityisesti nopeat pysäytykset ja kiihdytykset. Liikenopeudet 2 ”· 30 vaihtelevat tyypillisesti välillä 5 - 15 m/s.

|... Keksinnön mukaisesti puomiosassa vaikuttavat voimat (ainakin X- ja Z- ‘t’ suunnissa) mitataan anturivälineillä, jotka mittaavat rakenteessa vai-2 ·! kuttavia jännityksiä. Jännitystila on verrannollinen vaikuttavaan kuor-35 mitukseen ja sen muutoksien perusteella voidaan määrittää kuorma tai se, milloin kuormaa käsitellään. Mittauskohta on sopivimmin puomiosassa, joka on ulokemaisesti kiinnittyneenä ensimmäisestä pääs- 115162 6 tään ja jonka vapaaseen päähän on ripustettu kuorma. Puomiosa on kantava rakenne, johon kuormitus vaikuttaa yleensä taivuttavasi pys-tytasossa (X- ja Z-suunnat) maan vetovoiman vaikutuksesta. Liike ja kiihtyvyydet aiheuttavat lisävoimia ja myös pystysuunnasta poikkeavia 5 voimia, jotka on otettava laskennassa huomioon ja kompensoitava, jolloin mittaustapa voi olla dynaaminen ja puomistoa ei tarvitse pysäyttää mittauksen ajaksi. Jännitykset aiheuttavat materiaaliin niihin verrannollisen muodonmuutoksen, joka mitataan sopivimmin venymäliuska-antureilla. Samaan laitteeseen sijoitetaan myös kiihtyvyysanturit, 10 riippuen mittaustavasta. Muodonmuutoksien muutos on verrannollinen jännitystilaan ja sen muutoksiin.

Mittauskohta on sijoitettu uloimman puomiosan päähän, kuvan 1 suoritusmuodossa uloimman puomiosan 7 päähän 7b (sopivimmin puo-15 miosa 7d tai vastaava, tai puomiosa 7 ilman osia 7c ja 7d). Puomi 1 voi käsittää myös yhden teleskooppisen osan 7d tai vain puomiosan 7 ja sen pään 7b. Puomiosaa 7 kuormittaa lisäksi sen oma paino, joka sijoittuu mittauskohtaa ulommaksi, sekä ristikappaleen 10, kääntäjän 9 ja kuormaimen 8 paino, mikä on laskennassa otettava huomioon, esimer-20 kiksi taarauksella.

Päässä, ts. kärkikappale 7b, mittauskohta on paikassa, jossa moment-..*2. tivarsi (akselin Y1 ja mittauskohdan etäisyys) ei oleellisesti muutu puomiston asennon muuttuessa eikä siten vaikuta oleellisesti kuormi-' 25 tukseen. Akselin Y1 ja mittauskohdan välissä ei ole esimerkiksi sylinte- ’;2: rien kiinnityksiä tai muita tukipisteitä (esim. puomiosien 7c ja 7d välinen liityntä), joiden tukivoimat vaikuttaisivat mittauskohdan kuormitukseen. Tukivoimat vaihtelevat esimerkiksi ulottuman mukaan. Mittauskohta on :/·; mahdollisimman lähellä akselia Y1, jolloin puomiosan 7d osaa, joka '22 30 ulottuu ulos puomiosasta 7c, voidaan samalla lyhentää. Akselien Z1 ja ./ Z2 etäisyys vaihtelee ulottuman muuttuessa, jolloin esimerkiksi puo- miosien 2 ja 4 kuormitukset vaihtelisivat, vaikka kuorma olisikin sama.

Kuvan 1 puomistossa 1 punnituslaite ja mittauskohta on sijoitettu kärki-:’2‘: 35 kappaleeseen 7b, joka kiinnitetään erillisenä kappaleena metalliseen puomiosaan 7d (tai suoraan puomiosaan 7), jonka poikkileikkaus on tyypillisimmin ontto neliöpalkki, jonka koko vaihtelee välillä 100-140 115162 7 mm. Kärkikappale 7b on esimerkiksi valamalla valmistettu yhtenäinen metallikappale, jonka erityisenä piirteenä on syvennys, jossa punni-tuslaite ja anturivälineet ovat hyvin suojattuina kaikilta sivuiltaan. Syvennykset ulottuvat kärkikappaleen pituussuunnassa noin 50 - 100 5 mm matkalle. Kärkikappale 7b kiinnitetään sopivimmin hitsaamalla puomiosaan 7d ja se on poikkileikkaukseltaan l-palkkia vastaava, jonka keskipalkki on pystytasossa ja keskellä kärkeä 7b ja sen symmetria-akselilla tai neutraaliakselilla. Keskipalkki muodostaa samalla pystyssä olevan seinän, josta haluttu muodonmuutos mitataan. Kärkikappaleen 10 7b upotuksen etuna on lisäksi se, että muuta puomistorakennetta 1 ei tarvitse muuttaa. Hitsattuna rakenteena kärki 7b on esimerkiksi neliö-palkki. Puomiosa 7d on tavallisesti ontto neliöpalkki.

Mittauskohdan poikkileikkaus voi olla myös neliöpalkki tai muodoltaan 15 muuten sopiva. Mittauksen kannalta on tärkeää X- ja Z-suunnissa vaikuttavien voimien mittaaminen, jolloin mittauskohta ei välttämättä ole neutraaliaskelilla vaan mittauskohtia on kaksi sen molemmin puolin symmetrisesti, esimerkiksi kärkikappaleen 7b molemmilla sivuilla. Erilainen mittauskohta on usein myös edellytyksenä sille, että mittauk-20 sessa käytetään sinänsä tunnettua keraamista vastusta tai pietsoki-·:· dettä. Mittausanturi on kiinnitetty esimerkiksi ulokkeisiin, jotka syntyvät, .···. kun kärkikappaleen 7b sivuihin muodostetaan H-muotoiset urat ja ulok- ··!·. keen osoittavat kärkikappaleen 7b pituussuuntaan. Vastaavat ulokkeet <>t\ ovat muodostettavissa myös syvemmälle kärkikappaleeseen 7b, esi- ! ; 25 merkiksi sen neutraaliakselille.

• «· :·*·: Kuvassa 6 on esitetty erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti pun- nitusjärjestelmä, jonka punnituslaite 23 käsittää anturivälineet 23a '·.·: (esimerkiksi venymäliuska-anturi 18-21 kuvan 4 mukaisesti), niiden \‘m: 30 vahvistimet 23b mittaussignaalien vahvistamiseksi ja laskentavälineet, suorittimen 23c integroituna kokonaisuutena, joka on luotettavasti kiin- • · · nitettävissä. Punnituslaite 23 käsittää lisäksi tarvittavat suojakoteloinnit sekä läpiviennit ja se voi tarpeen mukaan koostua kahdesta tai use-:.* j ämmästä kotelo- ja osakokonaisuudesta erillisiä anturisarjoja varten :‘2: 35 (esim. 4 kpl venymäliuska-antureita kussakin sarjassa). Suoritin 23c on järjestetty, mittaussignaalien perusteella ja halutulla punnitustuloksen laskenta-algoritmin avulla, laskemaan halutut tiedot, jolloin se käyttää 115162 8 esimerkiksi muistia 23d tietojen tallennukseen. Laskentavälineet 23c ovat sijoitettavissa myös ohjausjärjestelmään 24, jolloin laitteesta 23 saadaan yksi tai useampia ulostulosignaaleja, joita käytetään, halutulla tavalla, punnitustuloksen määritykseen. Laskentavälineiden 23c toi-5 minnot ovat toteutettavissa myös järjestelmässä 24, joka on modifioitavissa myös ohjelmallisesti.

Punnituslaitteen 23 tarkempi komponenttien valinta ja konfiguraatio voi vaihdella. Sopivimmin punnituslaite 23 on liitettävissä puomistoon 1 10 myöhemminkin, jolloin se on yhteydessä työkoneen muuhun ohjaus- ja tietokonejärjestelmään 24 esimerkiksi kenttäväylän 23f (Field bus) avulla. Väylällä 23f, esimerkiksi CAN-väylällä (Controller Area Network), välitetään halutut Input/Output-signaalit. Järjestelmän 24 tarkempi kokoonpano vaihtelee työkoneittain. Punnituslaitteen 23 ulos-15 tulona on erityisesti yhden tai useamman nostetun kuorman kokonaispaino silloin, kun runkoja nostetaan kuormatilaan tai siitä pois.

Seuraavassa on taulukko 1, jossa on esitetty eräässä laajassa punni-tusjärjestelmässä ja laskennassa käytetyt, punnituslaitteen sisääntulot 20 ja ulostulot. Sisääntulot ovat parametreja, vakioita tai muita mittaustu-·:* loksia, joita otetaan laskennassa huomioon.

• 9 • v. Sisääntulo / INPUT: tehonsyöttö; kalibrointivakiot1); taarausvakio 1); itt\ kalibroinnin käyttöoikeuskoodi1); kiihtyvyys X-, Y- ja/tai Z-suunnassa; ! ! jännitys X- ja/tai Z-suunnassa4)._

Ulostulo / OUTPUT: kuorman paino 2); X-, Y- ja/tai Z-voima 3); X-, Y- '···’ ja/tai Z-kiihtyvyys 3); virhe- tai tilakoodi._

Selitys:1) talletettuna punnituslaitteen tai ohjausjärjestelmän muistiin, :.i osa kalibroinnista on toteutettavissa myös HW:n avulla; 2) yksi pun- *...*· nitustulos nostoa kohden; 3) jatkuvasti tai haluttaessa (on demand);4) voi käsittää jännityksen pelkästään X-suunnassa._

Taulukko 1 25 Punnituslaite 23 määrittää kuorman painon perustuen kiihtyvyyksiin ja/tai kuorman aiheuttamiin jännitystilan muutoksiin, jotka ilmenevät seinärakenteen muodonmuutoksina, erityisesti venyminä, jotka ovat mitattavissa sinänsä tunnetuilla venymäliuska-antureilla ja elektroniik- 115162 9 kapiireillä (esim. Wheatstone-silta). Tuloksen määrittäminen voi tapahtua laskennallisesti (SW), digitaalisesti suorittimessa 23c ja/tai analogisesti (HW). Tulos esitetään sopivimmin ohjausjärjestelmän 24 käyttöliittymävälineiden avulla käyttäjälle, jolloin laitteessa 23 on sopi-5 vat liityntävälineet (l/O-moduuli) 23e kenttäväylään 23f liityntää varten. Selvää on, että I/O voi käsittää myös mitatut voimakomponentit, jolloin punnitustulos ja muita haluttuja tuloksia on laskettavissa järjestelmässä 24. Kalibroinnissa käyttökelpoisia ulostulosignaaleja ovat ne, jotka ovat riippuvaisia kuormasta. Osat 23c, 23d ovat integroitavissa ohjausjär-10 jestelmään 24, joka voi huolehtia myös tuloksien hallinnasta, kirjanpidosta ja tallennuksesta halutulla tavalla.

Kuvissa 2 ja 3 on esitetty tarkemmin eräs edullinen suoritusmuoto erillisestä kärkikappaleesta 11 (vastaa toiminnaltaan kuvan 1 kärkikappa-15 letta 7b), joka on valamalla valmistettu yhtenäinen kappale. Sen ensimmäisessä päässä 11c on kaksi vierekkäin asettuvaa pystysuuntaista, levymäistä laippaa 12 ja 13, joiden väliin ristikappale ripustetaan akselitapin (Y1-suunta) varaan. Kärkikappaleen 11 vasemmalle sivulle 11 a ja oikealle sivulle 11 b on työstetty oleellisesti suorakulmion muo-20 toiset syvennykset, upotukset 14 ja 15, joiden kohdalla kärkikappale 11 ·*:· on poikkileikkaukseltaan oleellisesti l-palkki, jonka pystyseinän 25 di-• · · · mensiot muuttuvat kuormituksen seurauksena. Anturit järjestetään • v. mittaamaan pystylaipassa 25 esiintyviä jännityksiä ainakin X- (vetojän- • · nitys) ja Z-suuntaisten (leikkausjännitys) voimien määrittämiseksi, jol- * ! 25 loin kaksi anturisarjaa on kiinnitetty pystylaipan 25 päihin, jotka sijaitse- vat erillään toisistaan kärkikappaleen 11 pituussuunnassa. Kuorma ra-:·*·: sittaa kokonaisuudessaan l-rakennetta, joka toimii kantavana raken teena ja välittää kuormitusta ripustusvälineiden 12, 13 ja puomiston : , välillä. Kuorman ja mittauskohdan välissä ei ole muita tukipisteitä. Mit- 30 tauskohta on päiden 11c ja 11d välissä ja sivussa Y1-akselilta. Kiinnitys pystylaippaan 25 on helppoa ja siihen on muodostettavissa vah- • «· vennus kiinnityksen, esimerkiksi pultti- tai ruuvikiinnityksen 26 kohdalle. :*‘ Vastakkaisten upotusten syvyys määrää l-palkin paksuuden ja vallitse-vat jännitykset. Kärkikappale 11 kiinnitetään puomiosaan 16, joka vas-35 taa kuvan 1 puomiosaa 7 (tarkemmin osaa 7d), sopivimmin hitsaamalla, jolloin kärkikappaleen 11 toisessa päässä 11d voi tarkoitusta varten olla sopivat muodot ja sovitteet. Puomiosan 16 poikkileikkaus on 115162 10 tyypillisesti ontto neliöpalkki, jonka sisään punnituslaitteen sähköiset johtimet ovat haluttaessa asennettavissa suojaan.

Kuvissa 4 ja 5 on esitetty anturivälineiden eräs edullinen suoritus-5 muoto, joka käsittää pystysuuntaiseksi asetettavan levymäisen alustan 17, johon kaksi sarjaa venymäliuskoja 18a - 21a ja 18b - 21b on kiinnitetty. Käytännössä venymäliuskoja on oltava vähintään 4 kappaletta yhtä voimakomponenttia varten, jotta häiriöt olisivat kompensoitavissa. Alusta 17 kiinnitetään (pultti- tai ruuvikiinnitys 27 kulmissa) puolestaan 10 kuvan 3 pystylaippaan 25, jonka muodonmuutoksia alusta 17 nyt seuraa. Näin ollen myös kärkikappaleen jännitystilan muutokset ovat määritettävissä. Venymäliuskat on halutulla tavalla sähköisesti kytketty Wheatstone-sillan muotoon. Sillan ulostulona saadaan jännite, jonka muutos on verrannollinen liuskojen resistanssin muutokseen, joka 15 puolestaan riippuu tunnetulla tavalla venymästä. Venymäliuskojen kiinnittäminen, tarvittavan elektroniikan järjestäminen, suojaaminen ja silta-rakenteen tarkempi mitoitus, tasapainotus ja liuskojen valinta on sinänsä tunnettua. Eri suuntaisten venymäliuskojen avulla X- ja Z-suun-taisen jännitystilan eri suuntaiset komponentit ovat selvitettävissä. Niillä 20 on kompensoitavissa myös lämpötilojen vaikutus mittaukseen. Veny- • j* mäliuskat on sijoitettu alustan 17 keskelle veto- (vaaka- ja pystysuun- * * · t .···. täiset liuskat) ja leikkausjännityksen (vinot liuskat) mittaamiseksi.

t · · • 1 · • I • » 2: Tarkastellaan seuraavaksi tarkemmin sovellettavia mittaustapoja, jol- ! ] 25 loin viitataan seuraavaan taulukkoon 2. Tavoitteena on määrittää X- ja • * · Z-suuntaiset voimavaikutukset Fx ja Fz, joiden perusteella kuorma on :·«·; laskettavissa resultanttina suoraan niiden neliösummalausekkeella, riippumatta kärkikappaleen 11 asennosta. Mikäli puomisto on kallistu-·’/·: neena, tulee huomioon ottaa myös Y-suuntainen voima FY, jolloin 30 paino on verrannollinen niiden Fx-, Fz- ja FY-termien neliöiden sum-masta otettuun juureen. Esitetyllä punnituslaitteella ja antureilla las-\..t kenta perustuu mitattuihin suureisiin, jolloin puomiston muita dimensi-’:*’ oita tai asentoa ei tarvitse ottaa huomioon.

» t r j 35 Taulukossa 2 olevat merkinnät 1), 2), 3) ja 4) viittaavat mittaustapoihin, joita selostetaan lyhyesti. Taulukosta saadaan valittua eri kombinaatioina haluttuja laskenta-algoritmeja riippuen siitä, mitataanko kaikkia 11516? 11 voima- ja kiihtyvyyskomponentteja, ja riippuen siitä, miten puomiston toimintavaiheet tai -sekvenssi huomioidaan. Eri kombinaatiot saadaan yhdistelemällä siten, että valitaan yksi tai useampia anturityyppejä sekä niiden lukumäärä tarvittavien voimakomponenttien määrittämiseksi ja 5 mm. häiriöiden kompensoimiseksi. Valituilla antureilla saadaan haluttu mittaustulos, jota käytetään kuorman määrityksessä hyväksi. Laskenta on synkronisoitavissa työkoneen muuhun toimintaan, jolloin mittaustuloksen tarkkuus paranee mittaushetken oikealla valinnalla ja mittaussignaalien riittävällä suodatuksella.

10

Mittaustapa: kiihtyvyysmittaus ja/tai voimamittaus._

Anturityypit: kiihtyvyysanturi 2) 3) 4); kiihtyvyys- ja gravitaatioanturit3) 4); liimatut venymäliuskat1) 2) 3) 4); hitsatut venymäliuskat1) 2) 3) 4); erilli- set venymäanturit1) 2) 3) 4); integroidut venymäanturit1) 2) 3) 4)._

Lukumäärä: 0 - 2 kpl4), 3 kpl3)4) (kiihtyvyysmittaus); 1 - 3 kpl, 4 kpl 1) 2) 3) 4) (Vojmamjttaus)._________________________

Mittaustulos: kiihtyvyyden suuruus 2) 4); kiihtyvyyden X- ja Z - komponentit 4); kiihtyvyyden X-, Y- ja Z-komponentit3) 4); voiman suuruus υ 2) 4). VOjman χ. ja 2 -komponentit4); voiman X-, Y- ja Z-komponentit 3) 4) :· Punnitustuloksen laskenta: voimasignaalin suodatus 1); voiman ·“*: keskiarvon laskenta 1); voiman keskiarvon laskenta, liipaisu kiihtyvyy- den perusteella 2); jatkuva voiman mittaus ja laskenta (m=F/a) 3); voima- ja kiihtyvyysvektorien kulmaerosta liipaisu (m=F/a) 3); mittaus-. . hetken valinta työsyklin tunnistavalla algoritmilla 4); tuloksen laskenta työsyklin muistavalla algoritmilla 4); voima- ja kiihtyvyysvektorien *···' pistetulo3); laskenta impulssilauseen avulla._

Taulukko 2 I *

I I I

I « * a * < a >

Ensimmäisessä laskentatavassa 1) mitataan pelkästään voimaa suun-tiin X ja Z (pystytason voimakomponentit) tai suuntiin X, Y ja Z. Mit-15 taukseen tarvitaan neljä venymäliuskaa kutakin voimakomponenttia a · kohti ja resultanttivoima lasketaan em. neliösummalla. Tälle resultan-tille on laskettavissa ajan funktiona keskiarvo, joka ilmaisee vastaavaa L,1 kuormaa. Vaihtoehtoisesti keskiarvon saamiseksi voimakomponenttia 115162 12 vastaava signaali generoidaan analogisesti ja suodatetaan häiriöiden poistamiseksi, jolloin saadaan keskiarvo.

Toisessa mittaustavassa 2) laskentaperiaate on muutoin sama kuin 5 tavassa 1), mutta laskenta käynnistetään, kun kiihtyvyydelle mitattu kiihtyvyysresultantti (kiihtyvyyskomponentit suuntiin X, Y ja/tai Z) on ennalta määrätyissä rajoissa, jolloin vältetään virheellinen mittaushetki esimerkiksi nopean kiihdytyksen tai hidastuksen aikana.

10 Kolmannessa mittaustavassa 3) mitataan puolestaan kolme kiihtyvyys-komponenttia ja kolme voimakomponenttia, joiden perusteella saadaan voima- ja kiihtyvyysvektorit halutussa X-, Y-, Z-koordinaatistossa. Vektorien itseisarvosta lasketaan kuorman massa M joko jatkuvasti tai tiettyinä hetkinä, kun kiihtyvyys- ja voimavektorin kulmaero on ennalta 15 määrätyissä rajoissa. Kiihtyvyysmittauksessa voi olla mukana myös gravitaation vaikutus. Massa M voidaan määrittää vektorialgebraan perustuen myös voiman ja kiihtyvyyden pistetulona, jolloin kiihtyvyydestä otetaan huomioon vain mitatun voiman suuntainen komponentti.

20 Neljännessä mittaustavassa 4) periaatteena on, että punnitusjärjes-telmä tunnistaa mittausdatasta sen, mitä puomistossa on tekeillä, ja [::: päättelee mittaus- tai laskentatuloksien perusteella millä hetkellä saatu mittaustulos on käyttökelpoisin. Oikea mittaushetki tunnistetaan välittö-·[ mästi mittaustuloksista tai puomistosta saatavia mittaustuloksia tallen-25 netaan analyysiä varten. Tallennettuja mittaustietoja analysoidaan ha-lutulla hetkellä, esimerkiksi kuormasta irrottautumisen jälkeen, ja etsi-:’.*!·* tään mittausdatasta oikea mittaushetki ennalta määriteltyjen kriteerien perusteella.

• · · • I · • · .···. 30 Keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyyn suoritusmuo-toon, vaan se voidaan toteuttaa oheisten patenttivaatimusten puit-: teissä. Mittaustuloksien tarkempi käsittely, soveltaminen ja integroimi- nen optimaalisella tavalla muuhun punnitusjärjestelmään ja työkoneen ohjausjärjestelmään on esitetyn perusteella selvää. Tarkempi toteutus .··. 35 voi myös vaihdella käytettävissä olevien komponenttien ja järjestelmien mukaan.

Claims (20)

115162 13

1. Punnitusjärjestelmä painon määrittämiseksi kuormalle, jota käsitellään nosto- ja siirtolaitteistolla, joka käsittää pystytasossa (X-Z) liikku- 5 van nivelpuomin ja siihen kiinteäksi osaksi kiinnitetyn kärkikappaleen (11), joka on tarkoitettu kuorman ripustusta varten ja jolloin sitä kuormittaa taivuttavasi ainakin pystysuuntainen voima, johtuen ripustetun kuorman painosta, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää: 10. anturivälineet (23), jotka ovat kiinnitettyinä kyseiseen kärki- kappaleeseen (11) ja joiden ulostulona on kuorman aiheuttamaan kuormitukseen verrannollinen yksi tai useampia ulostulosignaaleja (23b), ja 15. laskentavälineet (23c, 23d), jotka on järjestetty määrittä mään mainittuja ulostulosignaaleja vastaava kuorman paino.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että 20 kärkikappaleeseen (11) on järjestetty anturivälineille (23) paikka, joka on erityisesti tarkoitettu muodonmuutoksien mittaukseen ja joka käsit- ·;· tää välineet (25, 26) anturivälineiden (23) kiinnitystä varten. «* * * • · • · :v.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, • I ^ \ 25 että myös laskentavälineet (23c, 23d) ovat joko erikseen tai yhdessä anturivälineiden (23) kanssa kiinnitettävissä kärkikappaleeseen (11). • · · • ·

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kärkikappale (11) käsittää välineet kuorman ripustamiseksi j V 30 (12, 13), jolloin anturivälineet (23) ovat sijoittuneina näiden välineiden sekä nivelpuomin väliin. • »

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen järjestelmä, tunnettu ’’I*’ siitä, että mainitut anturivälineet on tarkoitettu kärkikappaleen (11) 35 materiaalin muodonmuutoksen mittaamiseksi, joka on verrannollinen :\i kuorman painosta aiheutuvaan kuormitukseen. 115162 14

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että anturivälineet (23) käsittävät venymäliuskavälineet, jotka on järjestetty mittaamaan pystytasossa (X-Z) esiintyviä kuormituksia.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että venymäliuskavälineet on kiinnitetty alustaan, joka puolestaan on irrotettavasi! kiinnitettävissä kärkikappaleeseen (11) siten, että alusta seuraa kärkikappaleen (11) muodonmuutosta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi anturivälineet kärkikappaleen (11) pysty-tasossa (X-Z) ja/tai vaakatasossa (X-Y) esiintyvien kiihtyvyyksien mittaamiseksi, jolloin ulostulona on kiihtyvyyteen verrannollinen yksi tai useampia ulostulosignaali.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi liityntävälineet (23e), jotka on järjestetty kuorman painoa ilmaisevan signaalin kytkemiseksi nosto- ja siirtolaitteen ja/tai työkoneen, johon nosto- ja siirtolaite on kiinnitettynä, oh-20 jausjärjestelmään (24).

·· 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että laskentavälineet (23c, 23d; 24) on lisäksi järjestetty eri käsiteltyjen kuormien painojen summaamiseksi ja tallentamiseksi. 25

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen järjestelmä, tunnettu » · siitä, että laskentavälineet (23c, 23d; 24) on lisäksi järjestetty mainitun yhden tai useamman ulostulosignaalin seuraamiseksi jatkuvasti ja määrittämään kunkin kuorman osalta ajankohta, jolloin ulostulosignaali 30 täyttää ennalta asetetut kriteerit, ja valitsemaan kyseisen ajankohdan 2* ulostulosignaali käytettäväksi painon määritystä varten. » ·

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ;** laskentavälineet (23c, 23d; 24) on lisäksi on järjestetty tallentamaan 35 mainittua yhtä tai useampaa ulostulosignaalia ja määrittämään ajan-’ *.; kohta tallennettujen tietojen perusteella. 115162 15

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää myös käyttöliittymävälineet painon esittämiseksi käyttäjälle ja järjestelmän toiminnan ohjaamiseksi.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kärkikappale (11) on integroidusti kiinnittyneenä nivelpuomiin.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kyseessä on kuormakoneen nivelpuomi. 10

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut anturivälineet ovat vaihtoa varten irrotettavasti kiinnitettävissä kyseiseen kärkikappaleeseen.

17. Nosto- ja siirtolaitteeseen kiinnitettävä erillinen kärkikappale kuor mien ripustusta varten, joka kärkikappale käsittää ensimmäisen pään (11 d), joka on järjestetty kärkikappaleen kiinnittämiseksi kiinteäksi osaksi mainittua laitetta, jolloin sitä kuormittaa taivuttavasti ainakin pystysuuntainen voima, johtuen ripustetun kuorman painosta, ja toisen 20 pään (11c), joka käsittää välineet kuorman ripustamiseksi (12, 13), tunnettu siitä, että kärkikappaleen keskiosassa (11) on mittalaitteelle ;· (23) järjestetty paikka (14, 15), joka on erityisesti tarkoitettu muodon- muutoksien mittaukseen ja joka käsittää välineet (25, 26) kyseisen ;v. mittalaitteen kiinnitystä varten, jolloin mainitut muodonmuutokset ovat ], '. 25 verrannollisia kuorman painosta aiheutuvaan kuormitukseen.

; / 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen kärkikappale, tunnettu siitä, • että mainittu paikka on järjestetty erityisesti mittalaitteen (23) venymä- liuskavälineiden kiinnitystä varten, jotka on järjestetty mittaamaan V 30 kuormituksia, jotka esiintyvät pystytasossa (X-Z) kärkikappaleen ol lessa käyttöasennossa.

19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen kärkikappale, tunnettu '*:** siitä, että kärkikappale (11) käsittää syvennyksen (14, 15), joka on tar- 35 koitettu anturivälineiden (23) kiinnitystä varten. 115162 16

20. Jonkin patenttivaatimuksen 17-19 mukainen kärkikappale, tunnettu siitä, että kyseessä on kuormakoneen nivelpuomiin kiinnitettävä kärkikappale. * · • > I * • » » a *»* • * 115162 17