KR102365273B1 - 콘크리트 드럼의 편심 빌드업 검출 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실질적으로 플라스틱 콘트리트가 없는 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 한 예시적 방법은, 유압 챠지 측, 배출 측, 바람직하게는 믹서 드럼을 회전시키는 유압 모터의 양 측에, 유압을 사용하여, 일정한 속도로 적어도 두 개의 연속적인 회전을 통해 드럼을 회전시키기 위해 필요한 유압; 및 상기 믹서 드럼의 거동을 모니터링하는 것 및 압력/시간 데이터 커브가 믹서 드럼의 편심 거동을 나타낼 때를 검출하는 것을 수반하며, 이에 의해 트럭에서 경화된 콘크리트 빌드업이 허용불가한 것을 확인하도록 알람 또는 다른 표시가 제공된다. 본 발명의 빌드업 검출 방법 및 시스템은 자동화된 슬럼프 모니터링 시스템의 사용을 필요로 하지 않으며, 바람직한 결과 및 장점을 갖는 이와 같은 시스템들에서 실시될 수 있다.

Description

콘크리트 드럼의 편심 빌드업 검출

본 발명은 콘크리트 배합에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 빈 드럼의 편심 거동에 기초하여 콘크리트 배송 차량의 믹서 드럼 내의 경화된 콘크리트 빌드업을 검출하기 위한 신규한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명자들은, 콘크리트 믹서 드럼 내측에서 경화하는(이후, "빌드업"이라 함) 콘크리트가 종종 많이 서로 밀접한 방식으로 콘크리트의 제조 및 배송에 악영향을 미칠 수 있는 것으로 믿고 있다.

첫 번째 예로, 경화된 콘크리트는 트럭에 대한 추가적 중량을 의미한다. 이 추가적 중량은 믹서 드럼을 회전시키기 위해 증가된 에너지 소비를 초래함은 물론 운반시 낮은 연료 효율로 이어질 수 있다. 이 추가적 중량은 또한, 차량의 운전상 안전을 감소시키는 데, 이는 차를 돌리거나 또는 각종 다른 천이 포인트들 동안 트럭의 균형을 깨트릴 수 있기 때문이다. 극단적인 경우, 트럭은 뒤집혀서 심각한 부상이나 사망을 초래할 수도 있다.

본 발명자들은, 경화된 콘크리트 빌드업 역시 믹서 드럼 내의 부피 용량을 감소시킬 수 있다는 것을 믿고 있으며, 이는 배합 및 적재 효율의 감소로 이어져 로딩(loading) 및 배칭(bathcing) 시간이 불필요하게 늘어날 수 있기 때문이다.

배합 효율의 감소는 본질적으로 균질하지 않은 콘크리트 로드의 배합으로 이어질 수도 있다. 균질하지 않은 경우, 콘크리트 배합은 특히 슬럼프 및 강도의 측면에서 건설 현장에서 품질 문제를 초래할 수 있다.

또한, 본 발명자들은, 믹서 드럼 내의 경화된 콘크리트 빌드업이 배칭 및 배출 동작 동안 트럭 운전자 또는 공장 감독에 의해 용이하게 검출될 수 없다고 믿고 있다. 이는 종종 경화된 콘크리트의 최대 빌드업이 믹서 드럼의 벨리(belly) 부분에 위치되며 그에 따라 시선에서 벗어나는 경우이다.

경화된 콘크리트가 드럼에서 "떨어져 나가는(chipped out)" 경우에도, 경화된 콘크리트는 며칠 만에 다시 빠르게 빌드업할 수 있다. 많은 공장들에 있어서, 트럭 운전자들은 회사 브랜드를 광고하기 위한 위치에 드럼 레이블을 갖고 그들의 트럭들을 주차하도록 하는 지시를 받는다. 드럼은 동일한 위치에 지지되기 때문에, 드럼에 잔류하는 플라스틱 콘크리트는 드럼 벨리 내로 정착되고 시간에 따라 동일한 개소에 축적되어, 빠르게 빌드업을 생성하는 경향이 있다.

배송 트럭에 있어서 경화된 콘크리트 빌드업의 "떨어져 나가는" 공정은 위험하다. 이 동작은, 예를 들어 드럼의 회전 축 주위에 나선상으로 장착되는 믹싱 블레이드 상에 또는 믹싱 블레이드를 따라, 드럼의 내측 주위의 각종 원주상 개소들에 위치될 수 있는 축적된 빌드업을 제거하기 위해 작업자들이 잭 해머들을 갖고 드럼 내로 올라가는 것을 필요로 한다. 부상의 위험은, 특히 작업자의 머리 또는 팔다리에 남아 있는, 경화된 콘크리트의 덩어리들은 잭 해머의 동작에 의해 용이하게 제거되는 드럼 내의 빌드업의 양에 비례한다.

콘크리트 빌드업의 문제를 해소하기 위한 이전의 대책은 얼마나 많이 빌드업이 초래되는지 및 언제 빌드업 문제를 해결하는지의 결정에 대해 충분한 정확성을 제공하지 못했다. 예를 들어, (공동 양수인에 의해 소유되는) 미국 특허 US 8,960,990호에 있어서, ??러 등은, 배송 트럭의 콘크리트 믹서 드럼을 회전시키기 위해 필요한 유압이 회전 드럼 벨리 내에 블레이드들에 걸쳐 유동되는 플라스틱 콘크리트를 모니터링하고 그를 분석하도록 사용될 수 있다는 것을 개시했다. 에너지의 파형은, 드럼 회전당 다수의 샘플링 레이트를 사용함으로써, 드럼 내의 회전 블레이드들에 걸쳐 유동되는 플라스틱으로서 분석될 수 있다.

한편, 본 발명자들은 빌드업이 습윤 콘크리트 모니터링에 의해 소망의 정확도로 해결될 수 없는 것으로 믿는다. 이 문제의 일부는 일단 습윤 콘크리트 로드가 드럼 내에서 일괄처리(batch)되면, 운전자의 최우선 순위는 그를 고객에개 배송하는 것이다. 플라스틱 콘크리트로 갓 로딩된 후 운전자가 트럭을 세척하기 위해 배송을 멈추는 것은 쉽지 않은 일이다. 다른 문제는, 플라스틱 콘크리트의 로드가 드럼 내에서 일괄처리될 경우, 경화된 빌드업의 존재는 드럼의 중량의 증가에 의해 가려질 수 있다.

따라서, 콘크리트 배송 차량의 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트 빌드업을 검출하고 측정하기 위한 신규한 방법 및 시스템이 절대적으로 필요하다.

상기 종래 기술의 문제를 극복하기 위해, 본 발명은 플라스틱 콘크리트가 실질적으로 없는(또는 빈) 콘크리트 믹서 드럼 내의 경화된 콘크리트 빌드업을 검출하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다.

요컨대, 본 발명은 회전가능한 콘크리트 믹서 드럼이 실질적으로 빈 상태에 있을 때 회전가능한 콘크리트 믹서 드럼의 편심의 분석을 행한다. 본 발명자들은 이와 같은 빈 상태를 기술하며, 이때 상기 믹서 드럼은 다음과 같이 정량적 용어로 "제로 또는 무시할 수 있는 로드"를 갖는다: 드럼이, 믹서 드럼에 부착되지 않고 그에 따라 드럼의 회전에 따라 드럼 내에서 움직이지 않는 플라스틱 시멘트 물질 또는 다른 물질을 포함하는 0 내지 1.0 (및 바람직하게는 0 - 0.5) 큐빅 야드의 자연(loosen) 물질을 포함할 때.

작업상 본 발명에 대한 믹서 드럼에 있어서의 골재(암석) 또는 다른 자연적인(loose) 경화 콘크리트 피스들과 같이 임의의 회수된 플라스틱 콘크리트(예를 들어, 배송 후) 또는 임의의 자연 재료는 최소로 되어야 하며 보다 바람직게는 그 양이 제로(0)가 되어야 한다.

믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 본 발명의 예시적 방법은, (a) 내벽 및 믹서 드럼 내의 상기 내벽 상에 장착된 적어도 두 개의 블레이드들을 갖는 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼을 제공하는 단계로서, 상기 믹서 드럼은 0.0 - 1.0(및 보다 바람직하게는 0.0 - 0.5) 큐빅 야드의 플라스틱 시멘트 물질 및 상기 믹서 드럼(이하, "제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 믹서 드럼"으로 기재됨)에 부착되지 않은 물질을 갖고, 상기 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 상기 콘크리트 믹서 드럼은 유압 펌프에 의해 구동되는 모터에 의해 일정한 회전 속도로 회전되고, 상기 모터는 상기 펌프에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지(charge)하기 위한 제1 측 및 상기 펌프로 유압 유체를 되돌리기 위한 제2 측을 갖는, 단계; (b) (연속적인 회전들을 통해 드럼을 회전시키기 위해 필요한 에너지에 대응하는) 압력/시간 데이터를 얻기 위해, 상기 제1 측에서 유압 유체의 압력을 측정하기 위해 센서를 사용하고, 제2 측에서 유압 유체의 압력을 측정하기 위해 센서를 사용하거나, 또는 상기 양측들에서 센서들을 사용하여, (회전 속도가 바람직하게는 < 1.0 RPM이고 더욱 바람직하게는 < 0.5 RPM인) 일정한 회전 속도로 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 믹서 드럼의 적어도 두 개의 연속적인 회전들(예를 들어, ≥720도의 회전) 동안 시간의 함수로서 유압을 측정하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 감지 압력/시간 데이터 커브가, 저장된 편심 임계치(eccentricity threshold)를 충족하거나 또는 이를 초과하는 편심 거동을 나타낼 때를 결정하는 단계로서, 상기 편심 거동은 저장된 편심 임계치 또는 한계치를 충족하거나 초과하는, 단계; 및 (d) 상기 믹서 드럼이 상기 저장된 편심 임계치를 충족하거나 또는 초과하는 편심 거동을 갖는 것에 대해 알람 또는 지시를 제공하는 단계를 포함한다.

얻어진 압력/시간 데이터 커브가 스퓨리어스(spurious) 현상들(예를 들어, 배송 트럭에 대한 유압의 모니터링의 정확도를 왜곡시키는 홀 또는 울퉁불퉁한 지역에 있어서의 트럭 운전) 만 반영하지 않도록 콘크리트 믹서 드럼의 적어도 2, 보다 바람직하게는 적어도 10 - 20 이상의 연속적인 회전들이 완료되어야 한다.

본 발명의 예시적인 시스템은, 상기한 방법 단계들을 행하도록 프로그램되는 프로세서 유닛으로, 상기 방법 단계들은 실질적으로 콘트리트가 없는 배송 트럭 상의 콘크리트 믹서 드럼을 모니터링하며, 이는 유압 펌프를 사용하여 믹서 드럼을 회전시키기 위해 채용된 유압 펌프의 챠지 측(charge side), 배출 측(discharge side) 또는 이들 양측 상의 유압 값들과 연통하기에 효과적이고 상기 프로세서 유닛과 상호작용하는 적어도 하나, 바람직하게는 두 개의 유압 센서들을 사용하는, 프로세서 유닛; 콘크리트 믹서 드럼의 회전 속도를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서; 상기 프로세서는 믹서 드럼에서의 경화된 콘크리트 빌드업이 허용 불가한 편심 상태에 이를 때를 결정하기 위한 하나 이상의 미리 설정된 편심 임계치들을 저장하는 액세스가능한 메모리 장치와 상호작용되고; 편심(빌드업) 임계치가 충촉 또는 초과되었을 때 운전자, 시스템 운영자, 또는 다른 사람들에 신호를 발하기 위한 알람, 모니터, 또는 다른 지시 수단을 포함한다.

본 발명의 디른 이점 및 특징들은 다음에 상세히 설명된다.

본 발명의 이점 및 특징은 도면들을 참조한 바람직한 실시 형태들의 다음 설명의 기술을 통해 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 시스템의 블록도로서, 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없는 콘크리트 믹서 드럼을 회전시키기 위해 유압 펌프가 사용되고, 챠지 측, 배출 측 또는 이들 챠지 및 배출 측들상의 유압(들)은, 시간 경과 및 믹서 드럼 거동의 편심이, 저장된 편심 임계치(또는 한계치)를 충족하거나 또는 초과했을 때를 결정하기 위해 프로그램되는 프로세서와 상호작용하는 하나 이상의 압력 센서들이 모니터링되고 편심 임계치가 충족 또는 초과된 것이 프로세서에 의해 결정되었을 때 알람 또는 다른 표시 수단을 동작시킨다;
도 2는, 무시할 수 있는 경화 콘크리트 빌드업 및 8 큐빅 야드의 플라스틱 콘크리트를 갖는 콘크리트 믹서 드럼의 분당 2회전(RPM)으로 연속적인 회전 동안 시간경과에 따른 챠지 유압(그래프의 상부에서 연속적인 라인에 있어서의 상측에 나타낸 데이터 커브) 및 배출 유압(점선으로 그래프의 저부에 나타낸 데이터 커브)를 도시한 의 그래프이다;
도 3은, 경화 콘크리트 빌드업을 갖고 플라스틱 콘크리트를 갖지 않는 콘크리트 믹서 드럼의 2 RPM으로 연속적인 회전시 시간경과에 따른 챠지 유압(그래프의 상부에서 연속적인 라인에 있어서의 상측에 나타낸 데이터 커브) 및 배출 유압(점선으로 그래프의 저부에 나타낸 데이터 커브)를 도시한 그래프이다;
도 4는, 무시할 수 있는 경화 콘크리트 빌드업 및 플라스틱 콘크리트(또는 다른 자연 물질)를 갖지 않는 믹서 드럼의 2 RPM으로의 연속적인 회전시 시간경과에 따른 챠지 유압(그래프의 상부에서 연속적인 라인에 있어서의 상측에 나타낸 데이터 커브) 및 배출 유압(그래프의 저부에 점선으로 나타낸 데이터 커브)를 도시한 그래프이다;
도 5는, 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없고(비어 있는)(또한 다른 자연 물질이 없는) 상당한 양의 경화된 콘크리트 빌드업을 갖는 믹서 드럼의 2 RPM으로의 연속적인 회전 동안 시간 경과에 따른 챠지 유압(그래프의 상부로 연장되는 연속 라인의 데이터 커브) 및 배출 유압(점선으로 나타낸 데이터 커브)를 도시한 그래프로서, 상기 챠지 및 배출 압력 데이터 커브들은 각종 포인트들에서 교차(중첩)한다:
도 6은, 플라스틱 콘크리트(또는 임의의 다른 자연 물질)이 없고 무시할 수 있는 경화된 콘크리트 빌드업을 갖는 믹서 드럼의 (2 RPM으로의) 완전한 360도 회전시 챠지 유압(연속적 라인으로 나타낸 데이터 커브) 및 배출 유압(점선으로 나타낸 데이터 커브)를 도시한 그래프로서, 상기 챠지 및 배출 압력 데이터 커브들은 교차하지 않고, 상기 챠지 압력 데이터 커브는 중심에 대해 명백히 대칭이다(예를 들어, 이는 "비편심"으로 지칭될 수 있다;
도 7은, 플라스틱 콘크리트(또는 임의의 다른 자연 물질)이 없으나 상당한 양의 경화된 콘크리트 빌드업을 갖는 믹서 드럼의 (2 RPM으로의) 완전한 360도 회전시 챠지 유압(연속적 라인으로 나타낸 데이터 커브) 및 배출 유압(점선으로 나타낸 데이터 커브)를 도시한 그래프로서, 상기 챠지 및 배출 압력 데이터 커브들은 교차(및 중첩)하며, 또한 상기 챠지 압력 데이터 커브는 원형 그래프의 중심에 대해 상당히 비대칭이다(예를 들어, 이는 "편심"으로 지칭될 수 있다;
도 8은, 로딩 동작시 챠지 측 및 배출 측에서의 유압을 도시한 그래프로, 회전 콘크리트 드럼은 무시할 수 있는 양의 경화된 콘크리트 빌드업을 갖고 초기에는 플라스틱 콘크리트가 비어 있지만, 다음에 콘크리트 배치를 형성하기 위해 골재, 시멘트 및 물이 적재되며, 상기 그래프는 드럼 속도가 약 2 RPM으로부터 16 RPM으로 증가되기 전 및 후 및 또한 적재(loadig) 전후에 챠지 측에서 비교적 적은 압력 변화((제곱 인치당 ±5 파운드(PSI))를 나타낸다.
도 9는, 로딩 동작시 챠지 측 및 배출 측에서의 유압을 도시한 그래프로, 드럼은 상당한 양의 경화된 콘크리트 빌드업을 갖고 초기에는 플라스틱 콘크리트가 비어 있지만, 골재, 시멘트 및 물이 적재된 후, 믹서 드럼 속도가 2 RPM으로부터 약 15 RPM으로 증가된 후 및 또한 적재 전후에 유압의 급격한 변화가 일어나는 것을 도시한다;
도 10은 드럼이 (10-20 RPM에서) 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없을 때 챠지 측에서 측정된 유압의 진폭에 기초한 예측된 경화 콘크리트 빌드업 드럼을 도시한 그래프로, 빌드업을 제거하기 위해 드럼이 떨어져 나간 후 측정되는 실제 빌드업과 비교한 것이다;
도 11은 (실질적으로 플라스틱 콘크리트 및 다른 자연 물질이 없는) 믹서 드럼에서 빌드업을 결정하고 기록하기 위한 예시적 단계들의 개요를 도시한 챠트이다.

본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 이하에 상세히 설명하며, 각종 예시적 실시 형태들은 본 발명의 범위 내에 있는 변형 예들을 예시하여 나타낸다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며 본 명세서에 기재 및/또는 도시된 실시 형태들에 제한되지 않는다. 이들 실시 형태들은 본 발명을 완전하게 이해할 수 있도록 하며 또한 전체적으로 당해 분야의 통상적인 기술자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하기 위해 제공되는 것이다.

용어 "콘크리트"는, (종종, 석회석, 플라이 애시, 및/또는 수재 광재 슬래그(granulated blast furnace slag)와 같은 포졸란 물질을 포함하는) 시멘트, 골재(예를 들어, 모래, 자갈) 및, 선택적으로 하나 이상의 화학적 혼합물들, 예를 들어 가공성 및 다른 유동학 특성을 향상시키기 위한 가소제, 경화 촉진제, 경화 지연제, 연행제(air entrainer), 공기 감소제, 플라스틱 수축 감소제, (스틸 리바에 대한) 부식 억제제, 또는 플라스틱 상태에 있는지 또는 경화된 상태에 있는지 콘크리트의 특성을 변성하기 위한 다른 혼합물을 포함한다.

본 발명에 사용된 용어 "플라스틱 콘크리트가 없는(또는 비어 있는)"은 상업적인 콘크리트 배송 동작들의 맥락에서 가장 잘 이해될 것이다. 전형적으로 콘크리트 배송 트럭들은 24시간 날 내내 연속적으로 사용되지 않는다. 어떤 지점에서, 주어진 24 시간 주기의 마지막 로드와 후의 24 시간 주기의 제1 로드 사이에 서너 시간이 있으므로 콘크리트의 제1 상태는 "그 날의 제1 로드 전"으로 기술될 수 있다. 그 날의 제1 로드 전에, 이전 날로부터 남겨진 임의의 콘크리트는 통상적으로 경화된 상태에 있으며(즉, 이는 믹서 드럼이 회전되었을 때 흐르거나 움직이지 않는다), 이 상태에 있어서, 콘크리트 배송 트럭의 믹서 드럼은 실질적으로 "제로 또는 무시할 수 있는 양의 플라스틱" 콘크리트를 포함하는 것으로 언급될 수 있다.

그러나, 이에 대한 예외로는, 다음 날에 사용하기 위해 콘크리트의 가소성을 유지하기 위해 나머지 콘크리트에 상당량의 지연제가 첨가될 때이며; 이 경우에, 믹서 드럼은 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없는 것으로 고려될 수 없다; 그 이유는, 이러한 경우, 지연된 콘크리트의 양이 1 큐빅 야드 이상인 경우, 플라스틱 콘크리트의 양은, 믹서 드럼에서 경화된 콘트리트 빌드업이 존재하는지 및 그가 허용불가한 빌드업의 양인지를 결정하기 위해 본 발명의 방법 및 시스템의 능력을 달리 지연시키거나 무산시킬 수 있기 때문이다.

이에 따라, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 0 - 1.0(및 보다 바람직하게는 0.0 - 0.5) 큐빅 야드의 범위에 있는 제로 또는 "무시할 수 있는 양"의 플라스틱 콘크리트(드럼의 내면으로부터 떼어낸 골재 또는 자연적 경화 콘크리트 피스들과 같은 임의의 다른 자연 물질을 포함)를 고려한다. 이 양은 부피적으로 정량화 하기에 비교적 용이하며 현재 콘크리트 배송 트럭들 상에 채용되는 유압 센서들이 적어도 8 큐빅 야드 이상의 적재 용량을 갖는 것에 대해 오류의 여유 내에 있다.

다음날까지 가소성을 유지하기 위해 지연제가 투여된 믹서 드럼에 있어서의 임의의 회수된 플라스틱 콘크리트(또는 충분히 배출 또는 세척되지 않았지만 작업가능하거나 유동가능한 상태에 있는 콘크리트)는 1.0 총 큐빅 야드 이하(및 보다 바람직하게는 0.5 총 큐빅 야드 이하)로 되어야 한다.

본 발명의 방법들 및 시스템들은 예를 들어, 유압 센서들, 센서들로부터 정보를 수신하기 위한 프로세서들, 등과 같은 기기를 채용할 수 있다. 이들은 콘크리트 배송 산업에서 상업적으로 입수 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 예시적 시스템은 발명의 개요에 기술된 바와 같은 단계들을 행하도록 프로그램되며, 내벽(12)과 믹서 드럼(10) 내에서 상기 내벽(12)에 장착된 적어도 두 개의 믹싱 블레이드들(부호 13으로 한 개만 도시)을 갖는 콘크리트 믹서 드럼(10), 유압 펌프(18)에 의해 구동되는 모터(16), 상기 펌프(18)에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지하기 위한 제1 측(20), 및 상기 유압 유체를 펌프(18)로 복귀시키기 위한 제2 측(21)을 포함한다.

상기 챠지 측(20) 상의 유압을 측정하기 위해 제1 센서(22)가 사용되고 배출 측(21) 상의 유압을 측정하기 위해 제2 센서(23)가 사용된다. 컴퓨터 프로세서 유닛(25)이 상기 센서들(22, 23)에 접속되고 믹서 드럼(10)의 연속적인 회전 동안 시간의 함수로서 유압을 측정하고 믹서 드럼 거동의 편심이 프로세서 액세서블 메모리(30)에 저장된 저장 편심 임계치를 충족하거나 초과한 때를 결정하도록 프로그램되며, 이는 후에 보다 상세히 설명된다.

만약 실시간 압력/시간 데이터 커브에 기초하여 계산된 편심이 상기 저장된 편심 임계치(30)를 충족하거나 초과하는 것으로 발견되면, 프로세서(25)는 상기 저장된 편심 임계치(또는 한계치)가 충족되었거나 초과된 것을 운전자, 시스템 운영자, 건설 현장 감독관, 관리자, 또는 발송 센터, 콘트롤 센터, 또는 원격 장소에 있는 다른 사람들에 통지하기 위해 (부호 35로 나타낸) 알람, 모니터 또는 다른 인디케이터를 개시하도록 프로그램된다. 이는 운전자 또는 관리자(예를 들어, 품질 관리 매니저)가 배송 트럭을 서비스 개소로부터 제거할 수 있도록 하며, 이에 의해 떨어져 나갈 수 있거나, 달리 다른 배송 트럭으로 교체할 수도 있다.

상기 요약과 같이, 콘크리트 믹서들에 대한 유압 구동 시스템은 믹서 드럼(10)을 회전시키기 위해 유압 펌프-모터 조합(18/16)으로 구성된다. 상기 펌프(18)는 전형적으로 트럭 엔진(도시되지 않음)으로부터 파워 테이크-오프(power take-off; PTO) 구동축에 의해 구동되며, 그의 출력은 트럭 엔진 속도에 기초하여 가변될 수 있다. 유압 모터(16)는 고정 변위 형태이고 압력 센서들(22, 23)의 연결 및/또는 장착을 위한 포트들을 포함한다. 상기 압력 센서들(22, 23)은 드럼에 있어서의 슬럼프 또는 콘크리트 로드의 다른 유동학 특성들을 계산하기 위해 유압을 모니터링하는 자동 슬럼프 모니터링 시스템들에 사용되는 것들과 동일할 수 있다. 가변 엔진 속도의 영향을 극복하고 조정가능한 믹서 드럼(10) 속도를 제공하기 위해, 펌프는 변위 형태인 것이 바람직하며 또한 수동 또는 전자적 변위 제어부(도시되지 않음)와 함께 사용된다.

상기한 바와 같이, 유압 모터(16)는 통상적으로 두 개 이상의 포트들(22, 23)을 포함하며, 이들은 "챠지(charge)" 및 "배출(discharge)" 포트들로 지칭될 수 있다. (유압 라인은 도 1에서 부호 24 및 26으로 나타낸다). 일반적으로, "챠지" 방향으로 믹서 드럼(10)을 회전시키도록 에너지가 증가할 때, 챠지 포트(22)상의 유압은 "배출" 포트(23)상의 유압보다 훨씬 많이 증가한다. 반대로, "배출" 방향으로 믹서 드럼(10)을 회전시키도록 필요한 에너지가 증가할 때, 배출 포트(23)상의 유압은 "챠지" 포트(23)상의 유압보다 훨씬 많이 증가한다.

바람직하게는 가변 변위 형태(예를 들어, 이는 펌프의 속도 및/또는 부피를 제어할 수 있다)의 펌프는 유체를 가동하며, 이는 다시 모터를 구동한다. 현재의 트럭 설계에 있어서, 유압 유체의 유량은 대부분의 경우, 트럭의 쓰로틀(가스 페달)의 사용 및 각 실린더 스트로크의 변위 부피 설정에 의해 영향을 받는다. 일단 이들 변수들이 설정되면, 펌프는 일정한 비율로 유체를 움직인다. 펌프의 유량은 모터의 속도를 제어하고, 또한 드럼 회전 속도를 제어한다. 믹서 드럼이 실질적으로 콘크리트를 비우고 일정한 속도로 회전할 때, 드럼이 편심 빌드업을 갖지 않는 경우 챠지 압력은 항상 배출 압력보다 높은 데 그 이유는 그럼에도 불구하고 모터가 무거운 질량을 회전시키기 때문이다(드럼 그 자체가 거의 2톤 이상으로 무겁기 때문이다). 그러나, 드럼이 편심 빌드업을 갖고 (대지에 가장 근접한) 회전의 저부에서의 질량으로 시작할 때, 질량이 상방으로 이동됨에 따라 모터는 압력의 증가를 감지하는 데 그 이유는 중량이 모터의 작동에 저항하기 때문이다(중력은 드럼의 운동에 반해 동작한다). 편심 중량이 회전의 상부에서 정점에 이를 때, 펌프로부터의 흐름은 일정한 비율로 챠지 방향으로 모터를 밀지만, 그때 편심 중량이 떨어진다(중력은 드럼의 움직임에 따라 동작한다). 모터는 펌프로부터의 유체의 흐름만큼 빨리 진행하기 때문에, 배출 압력 센서가 증가하는데 이는 모터가 더 이상 빠르게 진행하지 않고 그에 따라 낙하 질량에 저항하기 때문이다.

미리 혼합한(ready-mix) 배송 트럭에 자동화된 콘크리트의 유동학적 모니터링 시스템을 채용하는 것은 불필요한 반면, 믹서 드럼이 실질적으로 플라스틱 콘크리트(및 전술한 바와 같은 다른 가동 물체들)이 없는 본 발명의 방법을 실시하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 상업적으로 구입할 수 있는 콘크리트 처리 시스템은 베리파이 엘엘시(VERIFI LLC)로부터 입수가능하며, 이는 매사추세츠 02140, 캠브리지, 휘트모어 애비뉴 62에 소재하는 지시피 어플라이드 테크놀로지스 인코포레이티(GCP Applied Technologies Inc.)의 전액 출자된 제휴 회사이며, 상기 콘크리트 처리 시스템은 본 발명의 방법을 실행하고 본 발명의 시스템을 구현하기에 적합한 것으로 본 발명에 의해 고려된다.

회전 속도 감지 및 모니터링을 처리하는 장치를 갖는 자동 콘크리트 모니터링 시스템은 미국 특허 제8,118,473호; 제8,020,431호; 제8,746,954호; 제8,989,905호; 미국 출원 제13/818,046호; 미국 특허 제8,491,717호; 미국 특허 제8,764,273호; 미국 출원 제14/052,289호 (US/2014-0104066-A1으로 공개), 미국 츨원 제14/052,310호(US/2014-0104972-A1으로 공개), 미국 출원 제61/979,217호(WO 2015160610A1으로 공개), 공개공보 WO 2015/073825A1 및 기타 공보들에 기술되어 있다.

자동화된 콘크리트 모니터링 시스템들은 슬럼프를 모니터링하기 위해 알려져 있으나, 본 발명은 슬럼프, 슬럼프 흐름, 항복 응력, 점성을 포함하는 유동학적 파라미터들 및 기타 다른 유동학적 파라미터의 모니터링시에 적용할 수 있다. 본 발명의 명세서에 사용되는 용어 "슬럼프"는 대안적으로 다른 유동학적 측정을 지칭할수도 있다. 본 발명은 "슬럼프"가 지시되었을 때에도 다른 유동학적 파라미터들의 모니터링을 커버하는 것으로 이해되어야 한다. 미국 특허 제8,764,272호는 믹서 드럼에 있어서의 슬럼프 및 콘크리트의 항복 응력은 물론 요변성(thixotrppy)을 모니터링하기 위한 자동 시스템을 기술하는 반면, 미국 특허 제8,818,561호는 슬럼프 흐름을 모니터링하기 위한 시스템을 기술하고 있다. 이에 따라, 플라스틱(습윤상태의, 경화되지 않은) 콘크리트의 각종 유동학적 특성들을 측정하기 위한 시스템은, 본 발명에 따른 플라스틱 콘크리트가 실질적으로 없는(빈) 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트 빌드업을 검출하고 측정하기 위해 사용될 수 있다.

믹서 드럼(10)의 회전 속도는 예를 들어, 전계 효과 센서(들을 통과시키는 자석들의 환상(annular) 배치 또는 이튼(Eaton) 센서와 같은 시스템 프로세서에 출력 신호를 제공하는 다른 공지의 수단을 사용함으로써, 믹서 드럼에 장착된 하나 이상의 가속도계, 자석들, 또는 로터리 인코더들을 사용하여 바람직하게 측정될 수 있다. 하나의 예시적인 속도 감지 장치는 상기 일련의 인용된 바와 같이 공동 양수인에 의해 소유되는 리챠드 조단(Richard Jordan) 등의 국제출원 공보 WO 2015/073825 A1에 개시된 자이로스코프 회전 모니터링 시스템이다. 자이로스코프 방위(gyroscope-beating) 모니터링 시스템은 미국 매사추세츠 캠브리지의 베리파이 엘엘시로부터 상업적으로 입수가능하다. 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태는 회전 속도와 같은 드럼 상태들을 결정하기 위한 센서로서, 바람직하게는 가속도계와 조합한 자이로스코프의 사용을 포함한다.

도 2-20은 (예를 들어, 콘크리트 배송 트럭의 유압 모터에 대한 챠지 및 배출 포트들에서의) 챠지 및 배출 측상의 센서들을 사용한 유압 모니터링을 도시한 그래프이다. 이들 도면은 드럼에 있어서의 무시할 수 있고 또한 무시할 수 없는(주목할 만한) 경화된 콘크리트 빌드업의 효과를 그래프적으로 설명하며, 이 부분에 대한 다음의 실시 형태들에서 기술될 것이다.

상기 요약된 바와 같이, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 예시적인 방법은, (a) 믹서 드럼(10) 내의 내벽(12) 및 이 내벽(12) 상에 장착된 적어도 두 개의 블레이드들(실시 형태에서 부호 13으로 표시)을 갖는 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼(10)을 제공하는 단계로서, 상기 믹서 드럼(10)은 0.0 - 1.0(보다 바람직하게는 0.0 - 0.5) 큐빅 야드의 플라스틱 시멘트 물질 및 상기 믹서 드럼(10)(이하, "제로 또는 무시할 수 있는 로드"를 갖는 믹서 드럼"으로 기재됨)에 부착되지 않은 자연적인 물질을 갖고, 상기 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 상기 콘크리트 믹서 드럼(10)은 유압 펌프(18)에 의해 구동되는 모터(16)에 의해 일정한 회전 속도로 회전되고, 상기 모터(16)는 상기 펌프(18)에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터(16)를 챠지하기 위한 제1 측(20) 및 상기 펌프(18)로 유압 유체를 되돌리기 위한 제2 측을 갖는, 단계; (b) 압력/시간 데이터 커브를 얻기 위해, 상기 제1 측(20)에서 유압 유체의 압력을 측정하기 위해 센서(22)를 사용하고 제2 측(21) 상의 유압 유체의 압력을 측정하기 위해 센서(23)를 사용하거나 또는 (보다 바람직하게는) 양 측에 센서들을 사용하여 일정한 회전 속도(바람직하게는 ＜1.0 RPM, 보다 바람직하게는 ＜0.5 RPM)로 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 상기 콘크리트 믹서 드럼(10)의 적어도 두 개의 연속적인 회전(≥720도의 회전) 동안 시간의 함수로서 유압을 측정하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 바와 같은 감지 압력/시간 데이터 커브가 (도 1에서 부호 30으로 나타낸 바와 같이) 저장된 편심 임계치를 충족하거나 또는 초과하는 편심 거동을 나타낼 때를 결정하는 단계로서; 상기 편심 거동은 저장된 편심 임계치(또는 한계치)를 충족하거나 초과하는, 단계; 및 (d) 상기 믹서 드럼이 상기 저장된 편심 임계치(또는 한계치)에 이르거나 또는 초과하는 것에 대해 (도 1에서 부호 35로 나타낸 바와 같이) 알람 또는 지시 임계치를 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 상기 알람 또는 지시(35)는, (i) 경화된 콘크리트 빌드업이 검출되는 것을 (상기 콘크리트 믹서 드럼이 장착된 차량의 운전자에 지시하는 모니터 또는 시각적 알람과 같은) 시각적 지시 또는 표시; (ii) 경화된 콘크리트 빌드업이 임계치 한계를 초과한 것을 (예를 들어, 콘크리트 공장 관리자에) 통지; (iii) 빌드업이 임계치 한계를 초과한 것 및 선택적으로 빌드업의 양이 검출된 것을 콘크리트 품질 관리 관리자 또는 운영 관리자에 대한 통지;를 포함한다. 예를 들어, 상기 알람 또는 지시는 스마트폰 모니터의 형태로 될 수 있다. 대안적으로, 검출된 빌드업의 존재 또는 양에 대한 시각적 알람 또는 그래프 또는 다른 시각적 지시를 제공하기 위해 트럭 운전석에 있는 모니터 디스플레이가 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 예시적 방법들 및 시스템들은 믹서 드럼이 실질적으로 플라스틱 콘크리트 및 임의의 다른 자연 물질이 없는 경우에 최상으로 기능한다. 상기 "실질적으로 없는"이란, 0.0 내지 1.0(및 보다 바람직하게는 0.0 내지 0.5) 큐빅 야드의 모래 골재, 거친 돌멩이 골재, 또는 믹서 드럼의 내면에 부착되지 않은 자연 경화된 콘크리트를 포함하고; 보다 바람직하게는 믹서 드럼 내에 플라스틱 콘크리트 또는 다른 자연 물질이 없는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 시스템 및 방법이 믹서 드럼 내측의 빌드업의 존재는 물론 그 양 까지 가장 정확하게 검출하는 것에 대해 설명한다.

본 발명자들은 믹서 드럼 거동의 편심이 존재하는 경우 선택적으로, 드럼에 있는 빌드업의 양에 대해 상관될 수 있는 편심의 양을 결정하도록 적어도 3개의 상이한 예시적 절차가 채용될 수 있는 것으로 믿고 있으며; (A) 제1 및 가장 바람직한 절차는, 챠지 측, 배출 측, 또는 상기 챠지 측과 배출 측 모두에서 상기 감지된 유압의 진폭을 측정하는 것을 수반한다; (B) 제2 절차는, 상기 챠지 측에서 완전한 드럼 회전에 걸친 유압을 상기 배출 측에서 동일한 완전 드럼 회전에 걸친 유압과 비교하는 것을 수반하다; (C) 제3 절차는, 압력은 극(그래프의 중심)으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표(polar coordinate)들에 있어서 상기 챠지 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅(plotting)함으로써 생성된 형상에 대해 x축과 y축 모두에 관한 영역의 제2 모멘트 사이의 비를 계산하거나 또는 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 상기 배출 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성된 형상의 중심을 측정하는 것을 수반한다.

상기 제1 절차에 대해, "진폭(amplitude)"은 다수의 방법으로 정의될 수 있다. 압력 센서 신호가, 유압 값(예를 들어, 도 2 및 4 참조)의 그래프 도시에서 사인파에 불협화음(jaggedness)으로 보여질 수 있는 어떤 노이즈(스퓨리어스 데이터)를 발생할 때, 사인파(도 2-5 참조)의 최대와 최소와 같은 "절대"값을 사용하는 것은 덜 바람직하며, 그 이유는 노이즈가 이들 값들의 원하지 않는 영향을 받기 때문이다. 예를 들어, 하나의 완전한 드럼 회전의 기간에 걸쳐 (예를 들어 평균화된) 유압 값들의 예를 들어 제5 및 95 퍼센트를 나타낼 수 있는 값들을 사용하는 것이 보다 바람직하다; 이들 값들은 노이즈에 의해 왜곡되기가 쉽지 않다. 따라서, 본 발명에 사용되는 상기 용어 "진폭"은, 측정이 "절대 값" 인지 아닌지에 대해 사인파의 높이의 임의의 측정으로 지칭될 수 있다. 상기 진폭을 결정하기 위해 소망하는 또는 적절한 방법을 선택하도록 프로그램되도록 하는 것이 사용자 또는 시스템의 우선 순위이다.

특히 상기 절차 B에 대해 기술된 바와 같이, 또 다른 실시 형태들에 있어서, 믹서 드럼의 편심은, 상기 챠지 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸친 유압과 상기 배출 측에서의 동일한 완전한 드럼 회전에 걸친 유압을 비교하는 것에 기초하여 평가될 수 있다. 이 부분의 끝에서 제공된 실시 형태들에서 추가로 기술되는 바와 같이, 프로세서는, 챠지 측에서 감지된 바와 같은 유압 값들이 배출 측에서 감지된 바와 같은 유압 값들과 교차 또는 중첩할 때를 검출하도록 프로그램될 수 있다("클린(clean)" 드럼의 도 4와 주목할만한 빌드업을 갖는 드럼의 도 5를 비교). 챠지 압력과 배출 압력 사이의 교차 또는 중첩의 발생은, 경화된 콘크리트가 초래되고 제거되어야 하는 것을 알람 또는 지시를 개시하도록 시스템 프로세스에 의해 사용될 수 있다.

드럼 회전의 편심을 결정하기 위한 절차 B를 사용하는 또 다른 예시적 실시 형태에서, 프로세서는, 챠지 압력 및 배출 압력에 대해 감지된 평균 또는 피크 유압이 (도 4 및 도 5에 도시된 멀리 떨어진 그래프와 중첩하는 그래프 사이의 어떤 개소와 같이) 서로의 미리 설정된 거리 내에 있을 때 편심이 존재하는 것을 결정하도록 프로그램될 수도 있다.

절차 C에 대해 전술한 바와 같이, 상기 믹서 드럼 거동의 편심은, 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 상기 챠지 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성된 형상의 x축과 y축 모두에 관한 영역의 제2 모멘트 사이의 비를 계산하거나 또는 유압이 극으로부터의 거리를 나타내는 것으로 표시되거나 측정가능하고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 상기 배출 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성되는 형상의 x축과 y축 모두에 관한 영역의 제2 모멘트 사이의 비를 계산하는 것에 기초하여 결정될 수 있다. 물리학에서의 표준 개념에서, 영역의 제2 모멘트는

및

로 계산될 수 있으며, 상기 식에서 Ix는 x축에 관한 영역의 제2 모멘트이고, Iy는 y축에 관한 영역의 제2 모멘트이며, A는 형상, R의 영역이다. (예를 들어, 도 6-7 참조).

또 다른 예시적 실시 형태에서, 믹서 드럼에서의 편심(빌드업)이 드럼에서 검출되는 경화된 콘크리트 빌드업의 도표적 표시, 번호, 또는 다른 표시와 같은, 알람 또는 지시를 작동시키는데 허용할 수 없는 것을 결정함에 따라 프로세서는 프로그램된다. 이는, 관련된 유압/시간 데이터 커브들과 경화된 콘크리트 빌드업의 각종 양을 경험적으로 상관시키고, 프로세서에 접근가능한 메모리에 이들 상관관계들을 저장함으로써, 압력/시간 데이터가 실시간으로 드럼 회전에 걸쳐 생성되고 이는 저장된 압력/시간 커브들과 비교될 수 있으며, 관련된 빌드업의 양은 예를 들어 모니터 또는 랩톱 또는 스마트폰의 화면에 의해 표시될 수 있다. 콘크리트 빌드업의 양은 트럭으로부터 떨어져 나가고 이 빌드업의 부피를 결정함으로써 정해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적 실시 형태에서, 압력/시간 데이터 커브들이 얻어지도록, (빈) 믹서 드럼의 편심의 결정은 최대 회전 속도의 50% 초과, 보다 바람직하게는 최대 회전 속도의 90%를 초과하는 일정한 속도로 드럼을 회전시킴으로써 바람직하게 행해진다.

본 발명의 또 다른 예시적 실시 형태에서, 회수된 플라스틱 콘크리트는 믹서 드럼으로부터 버려지며, 이는 드럼의 양호한 상태를 유지하기 위해 플라스틱 콘크리트가 제거된 후, 믹서 드럼 내로 하나 이상의 경화 지연 혼합 화합물을 도입하는 것이 바람직하다.

또 다른 예시적 실시 형태에서, 프로세서는, 트럭의 "세척들" 사이와 같이, 시간의 함수로서 믹서 드럼에 있어서의 경화된 콘크리트 빌드업을 랩톱 스크린 모니터, 스마트폰 화면, 또는 다른 모니터와 같은 시각적 디스플레이상에 나타내도록 프로그램된다.

도 11은 시스템 프로세서가 어떻게 작용하는지 또는 시스템 프로세서가 어떻게 편심 믹서 드럼 거동의 범위를 결정할지에 대한 플로우 챠트를 도시한다. 이 프로세스는 우선, 드럼을 회전시키기에 필요한 유압이 양에 기초하여, 드럼이 적재될 지를 결정할 수 있다(2). 만약 적재가 검출되지 않으면(4), 프로세서는 연속적 드럼 회전들에 걸쳐 유압 및 드럼 속도를 측정한다(6). 최근의 드럼 회전 주기들에 걸쳐 압력이 안정하고(8), 최근의 드럼 회전에 걸쳐 드럼 속도가 안정되고(10) 임의의 속도 허용오차 범위에 있으면(12), (센서들로부터 얻어진) 유압 및 드럼 속도는, 편심 또는 빌드업의 양의 존재 및 선택적으로 편심 또는 빌드업의 양을 결정하도록 프로세서에 의해 사용된다. 이 편심 또는 빌드업의 양은, (트럭이 비워지는 동안 얻어진) 이전의 배송들 또는 현재 배송에 대해 이전에 얻어진 값들로 평균화될 수 있다(18).

적재 동작이 검출되면(2), 시스템 프로세서는 이전 배송으로부터 얻어진(미리 적재된 상태) 최후 계산된 빌드업을 사용하고 임계치가 초과되었는지를 알기 위해 이를 임계치와 비교한다(22). 단계 22에서 임계치가 초과되면, 다음 중 하나가 발생될 수 있다: 슬럼프 모니터링이 트럭에 사용되는 슬럼프 측정의 오프(24), 운전자에게 통지(26), 관리자(예를 들어, 공장 운영 관리자 도는 품질 관리자)에게 통지, 슬로프 모니터링이 본 발명에 따라 사용되는 슬럼프 계산의 통지 또는 변경(30), 또는 이들의 조합.

본 발명은 제한된 수의 실시 형태들을 사용하여 본 명세서에 기술되었으나, 이들 특정 실시 형태들은 본 발명에 달리 기술되고 청구되는 한 발명의 범위를 제한하도록 의도하지 않는다. 상기 기술된 실시 형태들로부터의 변경 및 변형 예들이 존재한다. 보다 상세히 설명하면, 다음의 실시예들은 본 발명에 청구된 실시 형태들의 특정 예시로서 주어진다. 본 발명이 실시예들에 명시된 특정 상세내용에 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다.

실시예 1

이 실시예에서, 두 개의 회전 믹서들은 모두 8 큐빅 야드의 콘크리트를 갖고, 분당 2 회전(RPM)의 일정한 속도로 회전되며, 대략 4 회전 동안의 시간 경과에 따른 챠지 및 배출 압력이 도 2 및 도 3에서 비교된다.

도 2에는 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 드럼의 압력/시간 거동이 도시되어 있는 반면, 도 3에는 드럼이 주목할 만한 빌드업을 갖는 것이 도시되어 있다.

도 2 및 도 3에 대한 챠지 압력의 변화는 각각 제곱 인치당 ±60 파운드(PSI) 및 ±100 파운드(PSI)이다. 챠지 압력들의 변화들 사이의 차는 다른 팩터들(예를 들어, 드럼 구성, 배합 비율들)을 포함할 때 검출하기가 어려울 수 있다. 도 2 및 도 3에 대한 챠지 압력의 변동들은 모두 ±5 PSI이다.

두 개의 드럼들 간에 비록 빌드업 상태는 상당히 다르지만, 진폭과 같은, 회전의 변동의 비교는 항시 빌드업의 존재 또는 범위의 명백한 표시를 제공하지 않을 수도 있다.

더욱이, 상기 두 도면들은 명백히 챠지 압력과 배출 압력 사이의 분리를 나타내는데, 즉, 두 개의 신호들 간에 교차점이 없다. 그 결과. 드럼이 실질적으로 콘크리트가 없을 때, 이는 유압 신호들에 기초하여 빌드업을 추론하는 것이 어렵게 될 수 있다.

실시예 2

이 실시예에서, 두 개의 회전 믹서들은 모두 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없고, 4 회전에 걸쳐 2 RPM의 일정한 속도로 회전되며, 도 4 및 도 5에서 비교된다.

도 4는 드럼에 있어서 무시할 수 있는 빌드업을 도시하는 있는 반면, 도5는 드럼에서 주목할 만한 빌드업을 도시하고 있다.

도 4 및 도 5에 대한 챠지 압력의 변화는 각각 ±20 PSI 및 ±200 PSI이다. 또한, 도 4 및 5에 대한 챠지 압력들의 변화는 ±5 PSI 및 ±100 PSI이다. 이들은 실시예 1과 비교하여 변화들 사이에 매우 큰 차이가 있다. 도 4는 챠지 압력과 배출 압력 사이에 교차점이 없는 것을 도시하는 반면, 도 5는 각각의 완전한 드럼 회전 내에서 챠지 압력과 배출 압력 사이에 두 개의 교차점들(중첩들)이 있는 것을 도시한다. 드럼이 실질적으로 콘크리트가 전혀 없지는 않을 때, 유압 신호들에 대한 빌드업의 충격은 명백하게 된다.

실시예 3

한 예시적 실시예로서, 시스템은 다음 단계들을 통해 실시하도록 프로그램될 수 있다. 우선, 배출 압력의 진폭이 측정된다((연속적인 드럼 회전에 걸친 피크 마이너스 골(trough)). 실시예 1에서, 드럼은 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 반면, 이는 5 PSI로서 계산될 수 있다; 반면에, 실시예 2에서, 드럼은 주목할만한 빌드업을 갖는 반면, 이는 100 PSI로서 계산될 수 있다. 다음, 이 값은 미리 저장된 임계치에 비교되며, 이 임계치는 트럭 형태에 따를 수 있다. 만일 이 값이 10 PSI로서 설정되고 프로세서 액세스가능한 메모리에 저장되는 경우, 운영자 및 다른 직원들은 실시예 1에서가 아닌, 실시예 2에서의 빌드업의 존재에 대해 시스템 프로세서에 의해 통보될 것이다.

또 다른 예시적인 실시 형태로서, 챠지 및 배출 압력의 비교는 진폭 측정 절차에 대한 대안 예로서 사용될 수 있다. 실시예 1에서는 다시 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 드럼을 사용하고, 챠지 압력 마이너스 배출 압력은 각각의 연속적인 회전에 걸쳐 0 PSI보다 큰 값으로 될 수 있다. 그러나, 실시예 2에서는 주목할만한 빌드업을 갖는 드럼을 사용하고, 각 회전마다 배출 압력이 챠지 압력보다 큰 회전이 여러번 일어난다. 그 결과, 챠지 압력 마이너스 배출 압력은, 각각의 회전에 대한 어떤 포인트들에서 0 PSI 미만의 지속적인 항복 값들로 될 수 있다. 이 경우에, 회전의 임의의 포인트에서, 챠지 압력 마이너스 배출 압력의 차가 0 PSI 미만인 경우 빌드업은 중요하게 될 수 있다.

다른 예시적 실시 형태에 있어서, 임계치는 50 PSI와 같은 매우 큰 수로 될 수 있다. 실시예 1에서 챠지 압력과 배출 압력 사이의 최소 차는 85 PSI로서, 이는 알람을 울리지 않을 수 있는 반면, 실시예 2에서, 최소 차는 임계치 85 PSI 미만인 -150 PSI로 되어, 이에 따라 초과 빌드업에 대해 알람을 울리게 된다.

실시예 4

실시예 2에 기술된 두 개의 드럼들로부터 얻어진 압력/시간 데이터는 극좌표계를 사용하여 플로팅된 가치있는 통찰력을 제공할 수 있다. 극좌표계를 사용하여 플로팅시, 한 드럼 회전에 걸친 압력 값은 드럼 회전의 각도에 대해 그려볼 수 있다. 기준의 프레임이 믹서 드럼 주위의 물리적 배향과 상관될 수 있는 경우, 도 6 및 7은 유압의 사이클들이 일어나는 것을 제시한다.

실시예 2에 기재된 바와 같이, 두 개의 드럼들은 실질적으로 플라스틱 콘크리트가 없고 2 RPM으로 회전한다. 도 6은 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 드럼을 도시하는 반면, 도 7은 주목할 만한 빌드업을 갖는 드럼을 도시하고 있다. 다시, 도 6에서, 챠지 압력과 배출 압력 사이에 교차점이 존재하지 않는다. 그러나, 도 7에서, 챠지 압력과 배출 압력 사이에 교차점이 명백히 식별된다. 더욱이, 빌드업을 갖지 않는 드럼은 빌드업을 갖는 드럼과 비교하여 보다 대칭적인 (또는 동심상의) 원형 그래프를 나타낸다. 한 예시적 실시 형태에서, 이는 x 및 y 방향에 대한 제2 모멘트를 비교함으로써 정량화될 수 있다.

영역의 제2 모멘트는

및

로 계산될 수 있으며, 상기 식에서 Ix는 x축에 관한 영역의 제2 모멘트이고, Iy는 y축에 관한 영역의 제2 모멘트이며, A는 형상, R의 영역이다. 이들 방정식을 사용하여, 예를 들어, 실시예 1에 대해서는, Ix/ Iy = 0.71인 반면, 실시예 2에 대해서는, Ix/ Iy = 6.1인 Ix와 Iy 사이의 비를 계산할 수 있다. 이는 영역들의 제2 모멘트의 비에 있어서 상당한 차이이다.

보다 구체적으로 설명하면, 실시예 1은 실시예 2보다 1(unity)에 더 가깝다. 물리적으로, 이는, 빌드업을 갖는 드럼이 빌드어빙 없는 드럼에 대한 것보다 회전에 걸쳐 보다 높은 편심 압력 분포를 겪는 것을 의미한다.

본 발명의 또 다른 에시적 방법들 및 시스템들에 있어서, 경화된 코크리트 빌드업의 드럼 내에 각각의 위치 및 양을 나타내기 위해 시각적 디스플레이가 사용된다. 바람직하게, 이는 극좌표들을 사용하여 행해진다.

실시예 5

다른 예시적 실시예로서, 시스템은 다음 단계들을 통해 실시하도록 프로그램될 수도 있다. 우선, 연속적인 회전에 걸친 챠지 압력이 극좌표에 그려질 수 있으며, 이때 극은 제로의 압력이고, 각도 값은 1 회전에 걸친 드럼 각도를 나타낸다. 각각의 연속적인 회전들에 대한 x축과 y축 모두에 대한 관성들의 제2 모멘트들 사이의 비는 둘러싸인 형상에 대해 계산될 수 있다. 실시예 1에서, 비는 0.71인 반면, 실시예 2에 대해 비는 6.1이다. 이들 비는 미리 저장된 임계치에 비교될 수 있으며, 상기 미리 저장된 임계치는 트럭 형태에 기초할 수 있다. 상기 비가 0.5와 1.5의 범위 내에 있을 경우에는, 가상적인 임계치 조건은 빌드업이 무시할 수 있는 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 상기 비가 0.5 미만이거나 1.5보다 클 경우, 운영자 및 다른 직원들은 빌드업의 존재에 대해 통보를 받는다. 이와 같은 조건을 사용하여, 빌드업이 실시예 2에 대해서는 통보되지만, 실시예 1에 대해서는 통보되지 않는다.

실시예 6

이 실시예에서, 초기에 플라스틱 콘크리트가 없는 두 개의 회전 드럼들에는 골재, 물 및 시멘트가 적재된다. 드럼 속도와 함께, 챠지 및 배출 압력 모두 도 8 및 9에 도시되어 있다.

도 8은 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 드럼의 속도에 대한 압력을 나타내는 반면, 도 9는 주목할만한 빌드업을 갖는 드럼의 속도에 대한 압력을 나타낸다.

도 8에 있어서, 배출 압력의 변화는 전체 시간에 대해 ±5 PSI이고 2 내지 16 RPM의 속도 변화 동안 변하지 않는다; 이는 적재 동작시에도 변하지 않는다. 다른 한편, 도 9에 있어서, 배출 압력의 변화는 5 RPM으로 제곱 인치당 ±125 파운드(PSI)이고 드럼 회전 속도가 15 RPM으로 증가할 때 ±40 PSI로 떨어진다. 더욱이, 적재 동작 동안, 배출 압력의 변화는 다시 ±5 PSI로 떨어지며, 이는 무시할 수 있는 빌드업을 갖는 드럼과 동일하다.

이는 속도 변화 및 적재 동작 모두 동안 빌드업을 검출하도록 하는 본 발명의 특징점이다.

실시예 7

이 실시예에서, 한 관계가 트럭으로부터 떨어져 나간 빌드업의 양 사이 및 상이한 양의 빌드업을 포함하는 상이한 빈 믹서 드럼들에 대해 고속으로의 최대 챠지 압력과 최소 차지 압력 사이의 차가 전개된다.

상기 관계는 드럼 신호들을 비우기 위해 적용되며, 도 10에 결과들을 도시했다. 도시된 바와 같이, 포인트들은 라인에 근접하여 들어오며 예측된 빌드업은 실제 빌드업과 동일하다.

본 발명은 본 명세서에 달리 기술되고 청구범위에 기재되지 않는 한 발명의 범위를 제한하도록 의도하지 않는 제한된 수의 예시적인 실시 형태들을 사용하여 기술되었다. 기술된 실시 형태들부터 많은 변경 및 변형예들이 존재할 수 있다. 본 발명은 상기에 명시된 특정 내용들에 한정되지 않는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims (18)

1. 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법으로,
   (a) 믹서 드럼 내에 내벽 및 상기 내벽 상에 장착된 적어도 두 개의 블레이드들을 갖는 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼을 제공하는 단계로서, 상기 믹서 드럼은 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖되 믹서 드럼은 상기 믹서 드럼 내측 벽에 부착되지 않은 0.0 - 1.0 큐빅 야드의 플라스틱 시멘트 물질을 갖고, 상기 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 콘크리트 믹서 드럼은 유압 펌프에 의해 구동되는 모터에 의해 일정한 회전 속도로 회전되고, 상기 모터는 두 개의 측들을 갖되, 제1 측은 상기 펌프에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지하기 위한 것이고 제2 측은 상기 펌프로 유압 유체를 되돌리기 위한 것인, 단계;
   (b) 상기 제1 측상의 제1 센서 및 상기 제2 측상의 제2 센서를 사용하여 압력/시간 데이터 커브를 얻기 위해, 상기 제1 측에서 유압 유체의 압력을 측정하기 위해 제1 센서를 사용하고, 상기 제2 측에서 유체의 압력을 측정하기 위해 제2 센서를 사용하여 일정한 회전 속도로 제로 또는 무시할 수 있는 로드를 갖는 믹서 드럼의 적어도 두 개의 연속적인 완전한 회전 동안 시간의 함수로서 유압을 측정하는 단계;
   (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 감지 압력/시간 데이터 커브가, 저장된 편심 임계치를 충족하거나 또는 초과하는 편심 거동을 나타낼 때를 결정하는 단계; 및
   (d) 상기 콘크리트 드럼의 편심 거동이 상기 저장된 편심 임계치를 충족하거나 또는 초과하는 것을 결정한 후, 콘크리트 빌드업이 검출된 것의 알람 또는 지시를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 상기 편심 거동은 다음 절차들 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
   A. 펌프에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지하기 위해 상기 제1 측에서, 펌프로 유압 유체를 되돌리기 위해 제2 측에서, 또는 상기 제1 측 및 제2 측 모두에서 상기 감지된 유압의 진폭 측정;
   B. 펌프에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지하기 위해 상기 제1 측에서 완전한 드럼 회전에 걸친 유압을, 펌프로 유압 유체를 되돌리기 위해 제2 측에서 동일한 완전한 드럼 회전에 걸친 유압과 비교; 또는,
   C. 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 펌프에 의해 구동되는 유압 유체를 사용하여 제1 방향으로 모터를 챠지하기 위해 상기 제1 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸친 유압을 폴로팅(plotting)함으로써 생성된 형상에 대해 x 축과 y축 모두에 관한 영역의 제2 모멘트 사이의 비를 계산하거나 또는 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 펌프로 유압 유체를 되돌리기 위해 제2 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성된 형상의 중심 측정.
3. 제2항에 있어서, 상기 믹서 드럼 거동의 편심은, 상기 제1 측, 상기 제2 측 또는 상기 상기 제1 측과 제2 측 모두에서 센서들의 감지된 유압의 진폭을 측정하는 것에 기초하여 결정되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 진폭은, 상기 제1 측에서의 시간 경과에 따른 유압의 최대치와 최소치 사이의 절대값 차로서 계산되거나 또는 상기 진폭이 상기 제2 측에서의 시간 경과에 따른 유압의 최대치와 최소치 사이의 절대값 차로서 계산되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 믹서 드럼 거동의 편심은, 상기 제1 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸친 유압을 상기 제2 측에서의 동일한 완전한 드럼 회전에 걸친 유압과 비교하는 것에 기초하여 결정되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 믹서 드럼 거동의 편심은, 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 상기 제1 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅(plotting)함으로써 생성된 형상의 x축과 y축 모두에 관한 영역들의 제2 모멘트 사이의 비를 계산하거나 또는 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 상기 제2 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성되는 형상의 중심을 측정함으로써 결정되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)에서, 상기 알람 또는 지시는, (i) 경화된 콘크리트 빌드업이 검출되는 것을 상기 콘크리트믹서 드럼이 장착되는 차량의 운전자에 지시하는 시각적 지시 또는 표시; (ii) 상기 경화된 콘크리트 빌드업이 편심 임계치를 초과한 것을 콘크리트 공장 관리자에게 통지; (iii) 빌드업이 편심 임계치를 초과한 것을 콘크리트 품질 관리 관리자에게 통지; 또는 (iv) 상기 항목들 중 임의의 조합을 포함하는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 절차 A에서, 진폭이 제1 측에서의 드럼 회전에 걸쳐 유압의 최대치와 최소치 사이의 절대값 차로서 계산되거나 또는 진폭이 제2 측에서의 드럼 회전에 걸쳐 유압의 최대치와 최소치 사이의 절대값 차로서 계산되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 절차 A에서, 빌드업의 양은, 측정된 진폭을 빌드업 양의 데이터와 진폭 데이터로부터 유도되는 미리 저장된 데이터 커브와 비교함으로써 결정되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 절차 B에서, 제1 측과 제2 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸친 유압 사이의 비교는, 제1 측과 제2 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸친 유압 사이의 차에 의해 정량화되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
11. 제2항에 있어서, 상기 절차 B에서, 경화된 콘크리트 빌드업의 양은, 제1 측에서의 유압과 제2 측에서의 유압 사이의 차를 빌드업 양의 데이터를 포함하는 미리 저장된 데이터 커브 및 제1 측에서의 유압과 제2 측에서의 유압 사이의 차와 비교함으로써 계산되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
12. 제2항에 있어서, 상기 절차 C에서, 상기 빌드업은, 빌드업 양에 관해 미리 저장된 데이터 커브와 압력은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 제1 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성된 형상의 x축과 y축 모두에 관한 영역들의 제2 모멘트 사이의 비를, 유압은 극으로부터의 거리를 나타내고 드럼 회전의 각도는 각도 좌표를 나타내는 극좌표들에 있어서 제2 측에서의 완전한 드럼 회전에 걸쳐 유압을 폴로팅함으로써 생성된 형상의 x축과 y축 모두에 관한 영역들의 제2 모멘트 사이의 비와 비교함으로써 정량화되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)에서, 상기 지시는 경화된 콘크리트 빌드업의 양으로 되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 상기 드럼은 최대 드럼 회전 속도를 갖고 상기 최대 드럼 회전 속도의 50%를 초과하는 일정한 속도로 회전되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 상기 드럼은 최대 드럼 회전 속도를 갖고 상기 최대 드럼 회전 속도의 90%를 초과하는 일정한 속도로 회전되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 믹서 드럼은 플라스틱 콘크리트가 드럼으로부터 제거된 후 무시할 수 있는 로드의 미부착 콘크리트를 포함하고, 상기 방법은 적어도 한 조의 지연 혼합 화합물을 플라스틱 콘크리트가 드럼으로부터 제거된 후 믹서 드럼 내로 도입하는 것을 더 포함하는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
17. 제1항에 있어서, 프로세서가 제1 및 제2 센서들로부터의 출력들을 모니터하도록 사용되고 시간의 함수로서 믹서 드럼에 있어서의 경화된 콘크리트 빌드업의 양을 시각적 디스플레이 상에 표시하도록 프로그램되는, 믹서 드럼에서 경화된 콘크리트의 빌드업을 검출하기 위한 방법.
18. 제1항의 방법을 행하도록 프로그램되는 컴퓨터 프로세서를 포함하는 콘크리트 믹서 드럼 모니터링 시스템.

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