<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
UITVINDINGSOCTROOIAANVRAGE ten name van :
JLG Industries Inc., gevestigd te McConnellsburg,
Pennsylvanië, Verenigde Staten van Amerika, voor : Lastdraaginrichting, voorzien van lastmeetmiddelen en werkwijze daarvoor.
Onder inroeping van het recht van voorrang op grond van octrooiaanvrage nr. 433.926, ingediend in de Verenigde Staten van Amerika dd. 12 oktober 1982 op naam van John Landis Grove en Eugene Loy Garber.
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding heeft betrekking op een lastwaarneeminrichting en een werkwijze daarvoor voor het bepalen van de grootte van een mast, die is opgehangen aan een op afstand liggend einde van een balkdeel.
In het Amerikaanse octrooischrift 2.319. 299 is een lastmeetinrichting geopenbaard, waarbij gebruik wordt gemaakt van doorbuiging van de balk voor het meten van de last, die is opgehangen aan het op afstand liggende einde van een boom. De doorbuiging van een meetbalk is evenredig met de last, die is opgehangen aan het einde van de hoofdboom, en door het meten van deze doorbuiging kan een bepaling van de grootte van een last worden uitgevoerd. Het bekende samenstel bestaat kenmerkend uit een boom, die vertikaal draaibaar is door bediening van een hydraulische cylinder, die de boom over het gehele bereik van de draaibeweging draagt.
De boom omvat een gedeelte van een hydraulische kraan e. d., en verschaft een takelblok aan een op afstand liggend einde voor het ophijsen van lasten. De doorbuigbalk, die wordt gebruikt voor het meten van de last, is aan de voet van de boom gemonteerd en vastgezet om evenredig met de grootte van de last aan het einde van de hoofdboom door te buigen.
In de handel is verder een middel bekend voor het waarnemen van de grootte van een last, die zich bevindt in een opslagbak of-houder, welk middel bestaat uit een rekstrookje, dat kan worden bevestigd aan de draagpoten van een opslaghouder voor stortgoed. Het rekstrookje bestaat uit bijzondere metalen, waarvan de impedantie verandert in evenredigheid met de in de draagpoten van de houder, waaraan het is bevestigd, veroorzaakte rekkrachten. Deze verandering van de impedantie wordt elektrisch waargenomen en bewerkt tot een gewichtsmeting.
In het Amerikaanse octrooischrift 3.490. 015 is een lastmeetinrichting geopenbaard, waarbij gebruik wordt gemaakt van een dynamometer aan het op afstand liggende einde van een lastdragende boom, welke dynamometer de daaraan hangende last meet. In het Amerikaanse octrooischrift 2.030. 529 is een lastmeetinrichting geopenbaard, waarbij gebruik wordt gemaakt van een katrolmechanisme, waar een lastdragende kabel omheen is geslagen, voor het meten van de door de kabel opgehangen last. In het Amerikaanse octrooischrift 3.756. 423 is een lastmeetinrichting geopenbaard, die een belastingcel bevat, die de last aan een hijskabel direkt meet en die zich bevindt bij het lastdragende einde van de boom.
Verder is ook
<Desc/Clms Page number 3>
nog een in de handel beschikbaar samenstel bekend, dat het aanbrengen leert van een drukoverdrager in de hydraulische cylinder, die de lastdragende boom draagt. De drukoverdrager neemt de fluidumdruk in de hijscylinder waar en zet deze metingen om in elektrische signalen, die dan worden omgezet als gewichtsgrootten.
De uitvinding heeft betrekking op het vraagstuk van het verschaffen van een lastgroottewaarneeminrichting voor een lastdragende boom, welke inrichting economisch en betrouwbaar is en ongevoelig voor blootstelling aan arbeidsplaatsomstandigheden. Aangezien de thans beschikbare bekende samenstellen in uitwendige, blootliggende standen ten opzichte van de boom zijn gemonteerd, zijn zij onderhevig aan beschadiging en schadelijke gevolgen van nadelige werkomstandigheden. Dit geldt in het bijzonder voor inrichtingen, die zich aan het op afstand liggende einde van de boom bevinden.
Verder heeft de uitvinding betrekking op het vraagstuk van het verschaffen van een lastmeetinrichting, die betrouwbaar is en niet wordt beinvloed door schommelingen in machine-eigenschappen tijdens bedrijf van dedtrusting. Aangezien de viscositeit van het fluidum en de doorbuiging van de boom met bedrijfs-en omgevingstemperaturen veranderen, is een lastmeetinrichting, die stoelt op het meten van de fluidumdruk of de boomdoorbuiging, inherent gevoelig voor veranderingen in aflezingen als gevolg van schommeling in de viscositeit, omgevingstemperaturen en andere veranderlijken. Een moeilijkheid met de bekende inrichtingen is ook, dat zij niet naderhand ter plaatse economisch kunnen worden bevestigd aan een bestaande hijsuitrusting.
Volgens de uitvinding omvat pst lastmeetsamenstel derhalve een rekstrookje, dat buiten aan de zuigerstang is bevestigd, die een lastdragende boom draagt. Het jekstrookje is werkzaam voor het doorlopend waarnemen van de samendruktoestand van de zuigerstang, en wekt elektrische analoge signalen op, die worden gezonden naar uitwendige middelen voor het bewerken van gegevens en het als lastgewicht interpreteren van de rekmeting. Het rekstrookje dient derhalve voor het meten van de grootte van de last aan het einde van de boom door het meten van de evenredige rek, gebracht in de zuigerstang, die de boom draagt. De zuigerstang is dus tweeledig werkzaam als een drijfinrichting van de lastdragende boom in een vertikaal vlak, en als een samenstellend onderdeel
EMI3.1
van een lastwaarneeminrichting.
Een aantal rekstrookjes kan zijn bevesi
<Desc/Clms Page number 4>
tigd aan de zuigerstang, en de door dit aantal rekstrookjes geproduceerde gegevens worden gemiddeld voor het vereffenen van de gevolgen van gebrek aan evenwicht van de last, wint, en andere veranderlijken, die de nauwkeurigheid van hun onafhankelijke aflezingen kunnen beinvloeden.
Volgens een verder aspect van de uitvinding omvat een werkwijze voor het meten van de last, opgehangen aan een lastdragende boom, de stappen van het monteren van althans een rekstrookje aan een uitwendig oppervlak van de zuigerstang, die de lastdragende boom draagt, en het verbinden van elektrische middelen met het rekstrookje voor het interpreteren van rekmetingen in de zuigerstang als een grootte van het lastgewicht, dat wordt gedragen door de zuigerstang.
De moeilijkheden van de hiervoor uiteengezette stand van de techniek worden door de uitvinding opgelost door het aan de zuigerstang van de hijscylinder aanbrengen van het rekstrookje. Deze plaatsing is betrekkelijk beschermd tegen beschadigende aanraking en de arbeidsomgeving.
Bovendien is de samendruktoestand van de zuigerstang betrekkelijk ongevoelig voor veranderingen in de omgevingstemperatuur of veranderingen in de bedrijfseigenschappen van het boomsamenstel. Ook kan het rekstrookje ter plaatse naderhand worden bevestigd aan een bestaande hijsinrichting, omdat deze bevestiging geen wijziging behoeft van de gebruikelijke onderdelen van een hijsuitrusting.
De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : figuur 1 een zij-aanzicht is van de samengestelde lastdraaginrichting, bestaande uit een boom, een hydraulische motor, die de boom draagt, en een paar bevestigde rekstrookjes, figuur 2 een ruimtelijk aanzicht is met uiteengenomen delen van het rekstrookje met monteerschroeven, figuur 3 een ruimtelijk aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van de zuigerstang van de hydraulische motor nabij de rekstrookjes, waarbij een monteermalplaatje is weergegeven voor het nauwkeurig richten van de rekstrookjes op de zuigerstang, en figuur 4 een ruimtelijk aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede van de zuigerstang, waarbij de rekstrookjes daaraan zijn gemonteerd.
<Desc/Clms Page number 5>
Eerst verwijzende naar figuur l, omvat een lastdragende inrichting 2 een langwerpig boomdeel 4, voorzien van een lastdragend einde 6 en een tegenover liggend einde 8, dat draaibaar is verbonden met een kraangestel e. d. Het is duidelijk, dat de boom 4 niet weergegeven middelen verschaft aan het lastdragende einde 6, zoals een takelblok of platform, werkzaam voor het dragen van een werklast. De inrichting van deze algemene soort is aan te treffen aan kraaneenheden, hefwerkplatforms enz. De lastdragende inrichting 2 omvat verder een fluidummotor 10, bestaande uit een zuigerstang 12 en een hydraulische cylinderstang 14, zoals algemeen gebruikt in de industrie. De zuigerstang 12 is met een einde 16 vast bevestigd aan het boomdeel 4 tussen de einden daarvan, waarbij het tegenover liggende einde van de zuigerstang 12 zich uitstrekt in de hydraulische cylinder 14.
Het is duidelijk, dat de zuigerstang onder invloed van het hydraulische fluidum werkzaam is voor het onder de besturing van een bediener omhoog en omlaag bewegen van de boom 4. Een paar rekstrookjes 18 is gemonteerd aan de zuigerstang 12 nabij het bevestigingspunt van de stang aan de boom. Elektrische leidingen 20 zijn verbonden met de rekstrookjes 18 en verschaffen een elektrische ingang en uitgang voor de rekstrookjes.
Met verwijzing naar figuur 2, is een van de rekstrookjes 18 vergroot in ruimtelijk aanzicht weergegeven, in het algemeen bestaande uit een rechthoekig hoofdlichaam, voorzien van neerhangende lengtedraagpoten 22. Een paar monteerschroeven 26 wordt gebruik voor het bevestigen van het rekstrookje 18 aan de zuigerstang, en strekt zich uit door openingen 20 tot in de zuigerstang, zoals hierna wordt uiteengezet.
Het rekstrookje 18 is van de algemene soort, die in de handel verkrijgbaar is en in de industrie in hoofdzaak wordt gebruikt voor het bewaken van het volume in houders, zoals tanks, vaten of silo's. Meer in het bijzonder worden rekstrookjes van deze algemene soort gebruikt voor het bepalen van het volume in een cylindrische houder door het waarnemen van de samendrukking van de draagdelen van de houder. Gewoonlijk is een rekstrookje of een aantal rekstrookjes bevestigd aan elk draagdeel voor hei middelen van de lastwerkingen en het vereffenen van wind-en thermische invloeden. De constructie van elk rekstrookje bestaat uit de verbinding van twee halfgeleiderkristallen met elkaar.
Bij bevestiging van het rekstrookje aan een lichaam, drukt een samendrukking van het hoofd-
<Desc/Clms Page number 6>
lichaam ook het rekstrookje samen, hetgeen het in de kristallen optreden van weerstandsveranderingen veroorzaakt in een direkte verhouding met de mate van samendrukken. Elektrische eenheden zijn beschikbaar, die de elektrische uitgang van de rekstrookjes in aanspreking op de weerstandsveranderingen kunnen interpreteren als lastgewicht. De rekstrookjes zijn gemaakt van een materiaal, waarvan de thermische uitzettingscoefficient is aangepast aan het materiaal, waaraan de rekstrookjes moeten worden bevestigd.
Verwijzende naar figuur 3, zijn de rekstrookjes 18 door een pasmalspanklem 28, voorzien van een gebogen binnenprofiel 30, aangepast aan de kromming van de zuigerstang, op een geschikte plaats gemonteerd aan de tegenover elkaar liggende zijden van de zuigerstang.
Een paar rekstrcokjes 18 wordt gebruikt voor het vereffenen van een gebrek aan evenwicht in de last, en wind-en thermische gevolgen voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van de aflezing. Bij het plaatsen van de rekstrookjes 18 aan tegenover elkaar liggende zijden van de zuigerstang met behulp van de pasmalspanklem 28, worden een paar gaten in de zuigerstang gemaakt door een gatboor-en draadtapwerkwijze.
Daarna worden schroeven 24 daarin gestoken voor het stevig bevestigen van het rekstrookje aan de zuigerstang, en wordt de pasmalspanklem 28 verwijderd, zoals afgebeeld in figuur 4.
Het is voor een deskundige duidelijk, dat de zuigerstang 12 wordt samengedrukt door de belasting van de boom 4 tegen de hydraulische fluidumdruk, die op de zuigerstang wordt uitgeoefend door de hydraulische motor 10. De mate van samendrukken van de zuigerstang 12 is direkt evenredig met de belasting, die op het lastdragende einde 6 van het boomdeel 4 wordt geplaatst. Wanneer de zuigerstang wordt samengedrukt, nemen de rekstrookjes 18 de mate van samendrukken waar, en produceren zij een elektrisch analoog spanningssignaal in evenredigheid aarmee. Gebruikelijke beschikbare elektronische eenheden kunnen de analoge uitgang van de rekstrookjes 18 interpreteren en het gewicht, dat door het boomdeel 4 wordt opgehesen, doorlopend weergeven.
De voordelen van de hiervoor beschreven inrichting zijn, dat de rekstrookjes 18 aan een bestaande uitrusting naderhand kunnen worden aangebracht, aangezien zij uitwendig moeten worden bevestigd aan de zuigerstang. Verder is het voor een deskundige duidelijk, dat de rekstrookjes zich op afstand van het lastdragende
<Desc/Clms Page number 7>
einde van de boom bevinden en op een betrekkelijk beschermde plaats voor het verminderen van de mogelijkheid van beschadiging. Verder is het uit figuur 1 nog duidelijk, dat de rekstrookjes 18 onafhankelijk van de veranderingen in de viscositeit van het flu dum in de hydraulische motor 10 werkzaam zijn en betrekkelijk onafhankelijk van veranderingen in de omgevingstemperatuur. Om deze reden worden betrouwbare aflezingen geproduceerd.
Ook is het duidelijk, dat de lastdragende inrichting met de boven beschreven lastwaarneemmiddelen aanzienlijk minder kostbaar is dan andere gebruikelijke middelen voor het bepalen van de last, die wordt gedragen door het boomdeel 4, aangezien de waarneeminrichting aan de buitenkant is bevestigd. De zuigerstang 12 voert bovendien een tweeledige werking uit als drijf inrichting van de boom en als een samenstellend onderdeel van de lastwaarneeminrichting.
In het voorgaande is de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding beschreven, waarbij het echter duidelijk is, dat andere uitvoeringsvormen die voor een deskundige duidelijk zijn en waarbij gebruik wordt gemaakt van de uiteengezette leer, eveneens worden geacht binnen het kader en de strekking van de uitvinding te vallen.
<Desc / Clms Page number 1>
DESCRIPTION associated with a
INVENTION PATENT APPLICATION in the name of:
JLG Industries Inc., established in McConnellsburg,
Pennsylvania, United States of America, for: Load carrying device, provided with load measuring means and method thereof.
Claiming the priority right under Patent Application No. 433,926 filed in the United States of America dated. October 12, 1982 to John Landis Grove and Eugene Loy Garber.
<Desc / Clms Page number 2>
The invention relates to a load sensing device and a method therefor for determining the size of a mast suspended from a spaced end of a beam member.
U.S. Pat. No. 2,319. 299, a load measuring device is disclosed using deflection of the load measuring beam suspended from the spaced end of a boom. The deflection of a measuring beam is proportional to the load suspended at the end of the main boom, and by measuring this deflection a determination of the size of a load can be made. The known assembly typically consists of a boom which is vertically rotatable by operation of a hydraulic cylinder which carries the boom over the entire range of the rotary movement.
The boom includes part of a hydraulic crane e. d., and provides a hoist block at a spaced end for lifting loads. The deflection bar, which is used to measure the load, is mounted at the base of the boom and secured to deflect in proportion to the size of the load at the end of the main boom.
A means for sensing the size of a load contained in a storage bin or container is further known in the trade, which means is a strain gauge which can be attached to the support legs of a bulk material storage container. The strain gauge consists of special metals, the impedance of which changes in proportion to the tensile forces caused in the support legs of the holder to which it is attached. This impedance change is electrically sensed and processed to a weight measurement.
In U.S. Patent 3,490. 015, a load measuring device is disclosed using a dynamometer at the spaced end of a load carrying boom, which dynamometer measures the associated load. In U.S. Pat. No. 2,030. 529, a load measuring device is disclosed using a pulley mechanism with a load carrying cable wrapped around it to measure the load suspended by the cable. U.S. Pat. No. 3,756. 423, a load measuring device is disclosed which includes a load cell, which measures the load directly on a hoisting cable and which is located at the load bearing end of the boom.
Furthermore is also
<Desc / Clms Page number 3>
Another commercially available assembly known teaches the arrangement of a pressure transducer in the hydraulic cylinder carrying the load carrying boom. The pressure transducer senses the fluid pressure in the lifting cylinder and converts these measurements into electrical signals, which are then converted as weight sizes.
The invention relates to the problem of providing a load size sensing device for a load carrying boom, which device is economical, reliable and insensitive to exposure to workplace conditions. Since the currently available known assemblies are mounted in external, exposed positions relative to the boom, they are subject to damage and deleterious effects from adverse operating conditions. This is especially true for devices located at the remote end of the boom.
The invention further relates to the problem of providing a load measuring device which is reliable and is not affected by fluctuations in machine properties during equipment operation. Since fluid viscosity and boom deflection change with operating and ambient temperatures, a load measuring device based on fluid pressure or boom deflection measurement is inherently sensitive to changes in readings due to viscosity fluctuation, ambient temperatures and other variables. A problem with the known devices is also that they cannot be economically attached to an existing hoisting equipment on site.
According to the invention, therefore, the pst load measuring assembly comprises a strain gauge, which is attached to the outside of the piston rod, which carries a load bearing boom. The yoke strip is effective for continuously sensing the compression condition of the piston rod, and generates electrical analog signals, which are sent to external data processing means and interpret the strain measurement as load weight. The strain gauge therefore serves to measure the size of the load at the end of the boom by measuring the proportional stretch introduced into the piston rod carrying the boom. The piston rod thus acts twofold as a floating device of the load-bearing boom in a vertical plane, and as a constituent part
EMI3.1
of a load sensing device.
Some strain gauges may have been attached
<Desc / Clms Page number 4>
piston rod, and the data generated by this number of strain gauges is averaged to compensate for the consequences of load imbalance, gain, and other variables, which may affect the accuracy of their independent readings.
According to a further aspect of the invention, a method of measuring the load suspended from a load-bearing boom comprises the steps of mounting at least a strain gauge on an external surface of the piston rod carrying the load-bearing boom and connecting electrical means with the strain gauge for interpreting strain measurements in the piston rod as a size of the load weight carried by the piston rod.
The difficulties of the prior art set forth above are solved by the invention by applying the strain gauge to the piston rod of the lifting cylinder. This location is relatively protected against damaging contact and the working environment.
In addition, the compressive state of the piston rod is relatively insensitive to changes in the ambient temperature or changes in the operating characteristics of the boom assembly. The strain gauge can also be retrofitted to an existing hoisting device on site, because this fastening does not require any modification of the usual parts of a hoisting equipment.
The invention is further elucidated with reference to the drawing, in which: figure 1 is a side view of the composite load carrying device, consisting of a boom, a hydraulic motor supporting the boom, and a pair of attached strain gauges, figure 2 a spatial exploded view of the strain gauge with mounting screws, Figure 3 is a spatial view, partially in section, of the piston rod of the hydraulic motor near the strain gauges, showing a mounting template for accurately aligning the strain gauges on the piston rod, and Figure 4 is a spatial view, partially in section, of the piston rod, with the strain gauges mounted thereon.
<Desc / Clms Page number 5>
Referring first to Figure 1, a load-carrying device 2 comprises an elongated boom section 4 having a load-carrying end 6 and an opposite end 8 pivotally connected to a crane frame e. d. It is understood that the boom 4 provides means (not shown) at the load bearing end 6, such as a hoist block or platform, operable to carry a workload. The device of this general type can be found on crane units, lifting platforms etc. The load-carrying device 2 further comprises a fluid motor 10, consisting of a piston rod 12 and a hydraulic cylinder rod 14, as commonly used in industry. The piston rod 12 is fixedly attached to the boom section 4 with an end 16 between its ends, the opposite end of the piston rod 12 extending into the hydraulic cylinder 14.
It is clear that the piston rod acts under the influence of the hydraulic fluid to move the boom 4 up and down under the control of an operator. A pair of strain gauges 18 is mounted on the piston rod 12 near the point of attachment of the rod to the tree. Electric leads 20 are connected to the strain gauges 18 and provide an electrical input and output for the strain gauges.
Referring to Figure 2, one of the strain gauges 18 is shown in an enlarged spatial view, generally consisting of a rectangular main body, with downwardly extending longitudinal legs 22. A pair of mounting screws 26 are used to attach the strain gauge 18 to the piston rod, and extends through openings 20 into the piston rod, as explained below.
The strain gauge 18 is of the general type, which is commercially available and is mainly used in industry for monitoring the volume in containers, such as tanks, vessels or silos. More specifically, strain gauges of this general type are used to determine the volume in a cylindrical container by observing the compression of the carrier parts of the container. Typically a strain gauge or a number of strain gauges is attached to each support member for the purpose of balancing the load effects and equalizing wind and thermal influences. The construction of each strain gauge consists of the connection of two semiconductor crystals with each other.
When attaching the strain gauge to a body, a compression of the main
<Desc / Clms Page number 6>
the strain gauge together, causing resistance changes to occur in the crystals in a direct relationship to the degree of compression. Electric units are available, which can interpret the electrical output of the strain gauges as load weight in response to resistance changes. The strain gauges are made of a material whose thermal expansion coefficient is adapted to the material to which the strain gauges are to be attached.
Referring to Figure 3, the strain gauges 18 are mounted by a fitting clamp 28 having a curved inner profile 30 adapted to the curvature of the piston rod, conveniently located on the opposite sides of the piston rod.
A pair of stretch tapes 18 is used to compensate for imbalance in the load, and wind and thermal effects to improve the accuracy of the reading. When placing the strain gauges 18 on opposite sides of the piston rod using the collet clamp 28, a few holes in the piston rod are made by a hole drilling and thread tapping method.
Thereafter, screws 24 are inserted therein to securely attach the strain gauge to the piston rod, and the pilot clamp 28 is removed, as shown in Figure 4.
It is clear to a person skilled in the art that the piston rod 12 is compressed by the load of the boom 4 against the hydraulic fluid pressure exerted on the piston rod by the hydraulic motor 10. The degree of compression of the piston rod 12 is directly proportional to the load, which is placed on the load-bearing end 6 of the boom section 4. When the piston rod is compressed, the strain gauges 18 sense the amount of compression and produce an electrical analog voltage signal in proportion. Conventional available electronic units can interpret the analog output of the strain gauges 18 and continuously display the weight lifted by the boom section 4.
The advantages of the above-described device are that the strain gauges 18 can be retrofitted to existing equipment, since they must be externally attached to the piston rod. Furthermore, it is clear to an expert that the strain gauges are at a distance from the load-bearing
<Desc / Clms Page number 7>
end of the tree and in a relatively protected location to reduce the possibility of damage. Furthermore, it is clear from Figure 1 that the strain gauges 18 operate independently of the changes in the viscosity of the fluid in the hydraulic motor 10 and relatively independently of changes in the ambient temperature. For this reason, reliable readings are produced.
It is also clear that the load carrying device with the load sensing means described above is considerably less expensive than other conventional means for determining the load carried by the boom member 4 since the sensing device is mounted on the outside. The piston rod 12 additionally performs a dual function as a buoyancy device of the boom and as a constituent part of the load sensing device.
In the foregoing, the preferred embodiment of the invention has been described, however, it is to be understood that other embodiments which are apparent to one skilled in the art and using the teachings set forth are also considered to be within the scope and scope of the invention .