JP5865716B2 - 引張荷重測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、引張荷重測定装置に関する。

従来、タイヤを装着した車両と路面に設けられたアンカーとの間をスリングやワイヤーロープ等の伸縮しない繋ぎ部材で繋いで車両を走行させ、繋ぎ部材の中間部に設けられたロードセルにて測定された引張荷重から、タイヤの牽引力（トラクション）を算出する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−３５６５３号公報

しかしながら、上記の算出方法では、車両が走行して繋ぎ部材が張ったとき、タイヤに大きな走行負荷が急に働く（激力として発生）ため、車両が走行する路面が砂路面のような柔らかい路面状態だと、タイヤがスリップしてタイヤの牽引力を正確に算出できない。

本発明は、上記事実を考慮し、路面状態に係らず、タイヤの牽引力を正確に算出することのできる引張荷重測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る引張荷重測定装置では、路面に設けられる荷重受け手段と、前記荷重受け手段とタイヤで走行する車両とを繋ぎ、少なくとも一部が伸張する繋ぎ部材と、前記路面を走行する車両により前記繋ぎ部材に負荷された引張荷重を測定する測定手段と、を備え、前記繋ぎ部材は、前記車両の重心より前記車両の走行方向の前方で前記車両に取り付けられている。

この構成によれば、車両が走行して繋ぎ部材が張ったときに、少なくとも一部が伸張して繋ぎ部材に掛かる負荷が次第に増え、車両のタイヤにも激力としてではなく次第に力が加わるため、路面状態が柔らかくてもタイヤがスリップし難くなり、タイヤがスリップするまでの引張荷重を測定する時間を長く確保することができる。この結果、路面状態に係らず、引張荷重の測定結果に基づいて、タイヤの牽引力を正確に算出することができる。

車両としてトラクターショベルを想定する場合、トラクターショベルは、実使用時にはトラクターショベルのバケットに荷を積載しているため、トラクターショベルの重心より当該トラクターショベルの走行方向の前方で荷重が多く掛かった状態で前のめりに走行することになる。
そこで、上記構成によれば、繋ぎ部材が車両の重心より車両の走行方向の前方で車両に取り付けられているため、測定手段が引張荷重を測定する際、車両は、当該車両の重心より車両の走行方向の前方に荷重が多く掛かった状態で前のめりに走行することになる。すなわち車両としてトラクターショベルを使用する場合等、実使用時の状態を再現して、引張荷重を測定することができるため、測定した引張荷重に基づいて、実使用時に近いタイヤの牽引力を正確に算出することができる。

本発明の第２態様に係る引張荷重測定装置では、第１態様において、前記測定手段は、前記車両又は前記荷重受け手段に取り付けられている。

この構成によれば、測定手段が路面と接触することを回避できるため、測定手段が破損することを抑制できる。

本発明の第３態様に係る引張荷重測定装置では、第１態様において、前記測定手段は、保護部材で覆われている。

この構成によれば、測定手段が路面と接触する場合があっても、保護部材を介して路面と接触するようになり、測定手段が破損することを抑制できる。

本発明の第４態様に係る引張荷重測定装置では、第１態様〜第３態様の何れか１つにおいて、前記繋ぎ部材は、弾性部材を有する。

この構成によれば、車両が走行して繋ぎ部材が張ったときに、弾性部材が伸張する。そして、測定手段による引張荷重の測定が終わった後、繋ぎ部材を弛めると、伸張していた弾性部材が元の長さまで縮小するので、以降の引張荷重の測定にも繋ぎ部材を再利用することができる。

本発明の第５態様に係る引張荷重測定装置では、第１態様〜第３態様の何れか１つにおいて、前記繋ぎ部材は、編みこまれた編み目が伸張する紐部材を有する。

この構成によれば、第４態様の弾性部材よりも繋ぎ部材のコストを抑え易い。

本発明の第６態様に係る引張荷重測定装置では、第１態様〜第５態様の何れか１つにおいて、前記測定手段から前記引張荷重の情報を受け取り、前記引張荷重の履歴を作成する履歴作成手段、をさらに備える。

この構成によれば、第１態様において、タイヤがスリップするまでの引張荷重を測定する時間を長く確保することができることに伴い、履歴作成手段で作成される引張荷重の履歴も長くなる。この結果、路面状態に係らず、引張荷重の履歴に基づいて、タイヤの牽引力を正確に算出することができる。

本発明は、上記構成としたので、路面状態に係らず、タイヤの牽引力を正確に算出することのできる引張荷重測定装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る引張荷重測定方法を示す図である。 図３は、第２実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図４は、第２実施形態に係る引張荷重測定方法を示す図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図６は、第４実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図７は、第５実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図８は、第６実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図９は、第７実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図１０は、第８実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。 図１１は、繋ぎ部材の変形例を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、実施形態に係る引張荷重測定装置及び引張荷重測定方法について具体的に説明する。なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態に係る引張荷重測定装置１０では、砂で構成された非舗装路面としての路面１２上に、車両１４が設置されている。この車両１４は、当該車両１４の重心より車両の走行方向Ｐの前方に、パワーショベル１６及びバケット１８を備えたホイール式のトラクターショベルである。そして、この車両１４の４つの車輪２０には、牽引力の被測定対象である同一種のタイヤ２２がそれぞれ装着されている。

また、走行方向Ｐにおいて車両１４の後方に位置する路面１２には、車両１４の荷重受け手段として固定壁である板壁２４が設けられている。

これらの車両１４と板壁２４は、張ったときに少なくとも一部が水平方向に伸張して負荷が次第に増える繋ぎ部材２６で繋がれている。

具体的に、繋ぎ部材２６の一端部は、走行方向Ｐにおいて車両１４の後端部に取り付けられ非伸縮性のスリング２６Ａで構成され、繋ぎ部材２６の他端部は、板壁２４の壁面に取り付けられた非伸縮性のスリング２６Ａで構成されている。そして、これらスリング２６Ａの間、すなわち繋ぎ部材２６の中間部は、伸縮するバネ２６Ｂで構成されている。
このバネ２６Ｂは、タイヤ２２の牽引力よりも大きい力に耐えられるものであればよく、例えば本実施形態ではタイヤ２２の牽引力の２．５倍の力に耐えられるもの、一例として引張コイルバネを用いている。
なお、上記「伸縮」の「伸張」とは、ｙ軸に荷重としｘ軸を伸び率としてこれらの関係をグラフにしたとき傾きが約０度超９０度未満であることを意味し、上記「非伸縮」の「非伸張」とは、ｙ軸に荷重としｘ軸を伸び率としてこれらの関係をグラフにしたとき傾きが約９０度であることを意味する。例えば、本実施形態の「伸張」は、荷重１０ｋＮに対して繋ぎ部材２６（バネ２６Ｂ）の伸び率が１％以上の特性を指すことが好ましく、「非伸張」は、荷重１０ｋＮに対して繋ぎ部材２６（バネ２６Ｂ）の伸び率が０％以上１％未満の特性を指すことが好ましい。繋ぎ部材２６Ｂは、伸張長さに制限があって、最大ストロークだけ伸張した後は、伸張荷重が一定（最大荷重）となり、タイヤ２２の牽引力がそのまま後述するロードセル２８に伝わるようにしてもよいが、タイヤ２２のスリップに至る牽引力は、この最大荷重以下に設定してもよい。

このバネ２６Ｂと繋ぎ部材２６の一端部のスリング２６Ａは、路面を走行する車両１４により繋ぎ部材２６に負荷された引張荷重を測定するロードセル２８が繋がれている。

このロードセル２８は、無線回線にてノート型パーソナルコンピュータ３０（以下、「ノートＰＣ」と略記する）と接続されている。一例として、ロードセル２８には荷重に応じて変化する電気信号を送信する発信機を備え、この発信信号を受信する受信機がノートＰＣ３０に設けられている。

ノートＰＣ３０は、車両１４内に配置されており、無線回線を介して、ロードセル２８から引張荷重の情報を受け取り、車両１４のアクセル量毎の引張荷重をプロットして、引張荷重の履歴を作成する。そして、この履歴は、ノートＰＣ３０のハードディスク（不図示）等の記憶手段に記録されると共に、ノートＰＣ３０の表示パネル（不図示）に表示出力されるようになっている。

図２は、第１実施形態に係る引張荷重測定方法を示す図である。

第１実施形態に係る引張荷重測定方法では、上述した引張荷重測定装置１０を用いて引張荷重の履歴を作成する。

具体的に、図２（Ａ）に示すように、路面に設けられた板壁２４とタイヤ２２で走行する車両１４を、少なくとも一部が伸張する繋ぎ部材２６で繋ぐ工程を有する。この工程の際、繋ぎ部材２６を、板壁２４と車両１４との間で、緩んだ状態とする。

次に、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、車両１４を路面１２にて走行させる工程を有する。この工程では、走行中の車両１４により繋ぎ部材２６に負荷された引張荷重をロードセル２８にて測定するとともに、ノートＰＣ３０にてロードセル２８から引張荷重の情報を受け取り、引張荷重とアクセル量を関連付けて、引張荷重の履歴を作成する。

以上、第１実施形態に係る引張荷重測定装置１０及び引張荷重測定方法によれば、車両１４を走行させて繋ぎ部材２６が張ったときに、繋ぎ部材２６のバネ２６Ｂが伸張して繋ぎ部材２６に掛かる負荷２６が次第に増え、車両のタイヤにも激力としてではなく、図２（Ｃ）に示すように、次第に力が加わるため、路面１２が砂で構成されて路面状態が柔らかくてもタイヤがスリップし難くなり、タイヤがスリップするまでの引張荷重を測定する時間を長く確保することができる。これにより、ノートＰＣ３０で作成する引張荷重の履歴（引張時間荷重曲線）も長くなる。この結果、路面状態に係らず、引張荷重の履歴に基づいて、タイヤ２２の牽引力を正確に算出することができる。
なお、タイヤ２２の牽引力の算出は、ノートＰＣ３０のＣＰＵやメモリ、プログラムを含む演算手段で算出してもよく、またユーザ自身で算出してもよい。

また、引張時間荷重曲線の長さが長い、すなわち高荷重までスリップしないようにすると、ある種類のタイヤ２２を車両１４に装着した場合に作成した引張荷重の履歴と、別の種類のタイヤ２２を車両１４に装着した場合に作成した引張荷重の履歴との区別がし易く、もってタイヤ種同士の牽引力の差異を把握し易い。
また、繋ぎ部材２６の中間部は、伸縮するバネ２６Ｂで構成されているため、ロードセル２８による引張荷重の測定が終わった後、繋ぎ部材２６を弛めると、伸張していたバネ２６Ｂが元の長さまで縮小するので、以降の引張荷重の測定にも繋ぎ部材２６を再利用することができる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第２実施形態に係る引張荷重測定装置４０では、車両１４の荷重受け手段として、第１実施形態で説明した板壁２４の代わりに、走行可能なアンカー車両４２が走行方向Ｐにおいて車両１４の後方に位置する路面１２に配置されている。また、走行方向Ｐにおいて、アンカー車両４２の後端部には重り４４が取り付けられている。なお、その他の構成は、第１実施形態に係る引張荷重測定装置１０と同一である。

図４は、第２実施形態に係る引張荷重測定方法を示す図である。

第２実施形態に係る引張荷重測定方法では、第１実施形態に係る引張荷重測定方法と同様の方法を実施して、ロードセル２８にて引張荷重を測定し、ノートＰＣ３０にて引張荷重の履歴を作成する。この引張荷重の測定の際、車両１４の荷重受け手段としてのアンカー車両４２は、ブレーキが掛けられており、路面１２に対して固定されている。ここで、路面１２が砂で構成されているため、引張荷重の測定中に、図４（Ａ）に示すように、車両１４のタイヤ２２によって路面１２が掘り起こされて轍４６が出来る場合がある。

そこで、第２実施形態に係る引張荷重測定方法は、路面１２の一箇所にて引張荷重の測定が終った後、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、車両及び可動式物体を路面１２において轍４６がない他の箇所まで移動させる工程を有する。

このため、再び引張荷重の測定をするために、轍４６が出来た路面１２を慣らす必要がない。したがって、路面１２を慣らす手間を省略でき時間の短縮を図ることができる。

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態では、繋ぎ部材２６の一端部が、走行方向Ｐにおいて車両１４の後端部に取り付けられ非伸縮性のスリング２６Ａで構成される場合を説明したが、第３実施形態では、このスリング２６Ａは、車両１４の重心Ｇより当該車両１４の走行方向Ｐの前方で、且つ、車両１４の重心Ｇより下方の車両１４に取り付けられている。具体的に、走行方向Ｐにおいて車両１４の前端部となるバケット１８の中央に取り付けられている。

第１実施形態のように車両１４としてトラクターショベルを想定する場合、トラクターショベルは、実使用時にはトラクターショベルのバケットに荷を積載しているため、トラクターショベルの重心より当該トラクターショベルの走行方向Ｐの前方で荷重が多く掛かった状態で前のめりに走行することになる。
第３実施形態の構成とすれば、ロードセル２８が引張荷重を測定する際、車両１４は、当該車両１４の重心より車両１４の走行方向Ｐの前方に荷重が多く掛かった状態で前のめりに走行することになる。すなわち車両１４としてトラクターショベルを使用する場合等、実使用時の状態を再現して、引張荷重を測定することができるため、測定した引張荷重の履歴に基づいて、実使用時に近いタイヤ２２の牽引力を正確に算出することができる。
なお、実使用時にトラクターショベルのバケットに荷を積載していない場合でも、トラクターショベルは、バケットある分だけ前のめりに走行するので、第３実施形態の構成とすれば、実使用時に近いタイヤ２２の牽引力を正確に算出することができる。

＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態では、ロードセル２８がバネ２６Ｂとスリング２６Ａとの間に繋がれている場合を説明したが、第４実施形態では、図６に示すように、ロードセル２８が走行方向Ｐにおいて車両１４の後端部に取り付けられ、スリング２６Ａと車両１４との間に繋がれている。
これにより、ロードセル２８が路面１２と接触することを回避できるため、ロードセル２８が破損することを抑制できる。

＜第５実施形態＞
図７は、第５実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態では、ロードセル２８がバネ２６Ｂとスリング２６Ａとの間に繋がれている場合を説明したが、第５実施形態では、図７に示すように、ロードセル２８が、板壁２４に取り付けられ、スリング２６Ａと板壁２４との間に繋がれてもよい。
これにより、ロードセル２８が路面１２と接触することを回避できるため、ロードセル２８が破損することを抑制できる。
以上、第４実施形態及び第５実施形態では、ロードセル２８が車両１４又は板壁２４への取り付けられる場合を説明したが、車両１４又は板壁２４への取り付け場所と、走行する車両１４の地面から距離は同程度であることが望ましい。

＜第６実施形態＞
図８は、第６実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第６実施形態に係る引張荷重測定装置では、図８に示すように、ロードセル２８が保護部材５０で覆われている。この保護部材５０は、衝撃を吸収するという観点からゴム等の弾性部材や発泡スチロール等の樹脂で構成されていることが好ましい。
これにより、ロードセル２８が路面１２と接触する場合があっても、保護部材５０を介して路面１２と接触するようになり、ロードセル２８が破損することを抑制できる。
なお、第１実施形態の繋ぎ部材２６の各構成とロードセル２８の順は、車両１４側から順に、スリング２６Ａ、ロードセル２８、バネ２６Ｂ、スリング２６Ａであったが、第６実施形態のように、車両１４側から順に、スリング２６Ａ、バネ２６Ｂ、ロードセル２８、スリング２６Ａの順であってもよい。

＜第７実施形態＞
図９は、第７実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態では、繋ぎ部材２６の中間部は１つのバネ２６Ｂで構成されている場合を説明したが、第７実施形態では、図９に示すように、複数のバネ２６Ｂで構成され、各バネ２６Ｂがスリング２６Ａに並列に繋がれている。
これにより、バネ２６Ｂ全体の耐久性やばね定数を高めることができる。

＜第８実施形態＞
図１０は、第８実施形態に係る引張荷重測定装置を示す図である。

第１実施形態では、繋ぎ部材２６は、２つのスリング２６Ａとバネ２６Ｂで構成されている場合を説明したが、第８実施形態では、図１０に示すように、繋ぎ部材２６全体がバネ２６Ｂで構成されている。
これにより、バネ２６Ｂとスリング２６Ａを結ぶ手間を省くことができる。

＜変形例＞
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであり、例えば上述の複数の実施形態は、適宜、組み合わせて実施可能である。また、以下の変形例同士を、適宜、組み合わせてもよい。

例えば、バネ２６の代わりに、ゴムなどの他の弾性部材を用いてもよい。さらに、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、塑性変形して編みこまれた編み目が伸張する紐部材６０を用いてもよい。つまり、弾性変形して伸張するバネ２６やゴム等の弾性部材の他にも、塑性変形して伸張する紐部材６０等の部材であってもよい。

また、車両１４は、ホイール式のトラクターショベル（タイヤショベル）である場合を説明したが、ホイール式油圧ショベル、ホイールドーザ等の車両であってもよい。

また、ロードセル２８とノートＰＣ３０は、無線回線で接続される場合を説明したが、有線回線で接続されるようにしてもよい。

また、ノートＰＣ３０が、ロードセル２８から引張荷重の情報を受け取り、アクセル量毎の引張荷重をプロットして、引張荷重の履歴を作成し記録する場合を説明したが、ロードセル２８自体に、測定した引張荷重の情報を受け取り、アクセル量毎の引張荷重をプロットして、引張荷重の履歴を作成し記録する機能を有していてもよい。
さらに、履歴作成手段としてノートＰＣ３０を用いる場合を説明したが、このノートＰＣ３０を含め履歴作成手段は省略することもできる。この場合、例えば測定者がロードセル２８により測定された引張荷重を直接見るようにする。このように履歴作成手段を省略しても、各実施形態の構成によれば、車両１４が走行して繋ぎ部材２６が張ったときに、少なくとも一部が伸張して繋ぎ部材２６に掛かる負荷が次第に増え、車両１４のタイヤ２２にも激力としてではなく次第に力が加わるため、路面状態が柔らかくてもタイヤ２２がスリップし難くなり、タイヤ２２がスリップするまでの引張荷重を測定する時間を長く確保することができる。この結果、路面状態に係らず、引張荷重の測定結果に基づいて、タイヤ２２の牽引力を正確に算出することができる。

また、路面１４は、砂で構成される非舗装路面である場合を説明したが、砂利等で構成された非舗装路面であってもよい。

以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例）
実施例では、図１で説明した引張荷重測定装置において、繋ぎ部材として、引張強さが６０３ｋＮで、例えば荷重１０ｋＮに対して伸び率が約１２．５％の特性を有し、全体が伸張するスリング（紐部材）を用いた。車両には、内圧５００ｋＰａとした試験タイヤＡを装着させた。路面は、砂路面とした。そして、引張荷重測定装置を用いて第１実施形態で説明した引張荷重測定方法を実施して得られた引張荷重の履歴に基づいて、試験タイヤＡの牽引力を算出した。
また、車両のタイヤを、試験タイヤＡから当該試験タイヤＡとは別種類の試験タイヤＢに変えて、上記同様に引張荷重測定方法を実施して得られた引張荷重の履歴に基づいて、試験タイヤＢの牽引力を算出した。

（比較例）
比較例では、図１で説明した引張荷重測定装置において、繋ぎ部材として、引張強さが６０３ｋＮで、例えば荷重１０ｋＮに対して伸び率が約０％の特性を有し、全体が伸張しないスリング（紐部材）を用いた。車両には、内圧５００ｋＰａとした試験タイヤＡを装着させた。路面は、砂路面とした。そして、引張荷重測定装置を用いて第１実施形態で説明した引張荷重測定方法を実施して得られた引張荷重の履歴に基づいて、試験タイヤＡの牽引力を算出した。
また、車両のタイヤを、試験タイヤＡから試験タイヤＢに装着し直して、上記同様に引張荷重測定方法を実施して得られた引張荷重の履歴に基づいて、試験タイヤＢの牽引力を算出した。

（試験結果）
以下、表１に実施例と比較例の試験結果を示す。なお、表中の各牽引力は、比較例にて得られたタイヤＡの牽引力を基準「１００」とした相対値である。

表１に示すように、比較例に対し実施例の方が、タイヤの牽引力をより高い値（よりタイヤの最大牽引力に近い値）に算出することができ、もって路面状態に係らず、タイヤの牽引力を正確に算出することができることが分かった。また、比較例に対し実施例の方が、タイヤ種同士の牽引力の差異も明確に把握できることが分かった。

１０ 引張荷重測定装置
１２ 路面（路面、非舗装路面）
１４ 車両
２２ タイヤ
２４ 板壁（荷重受け手段）
２６Ｂ バネ（弾性部材）
２６ 繋ぎ部材
２８ ロードセル（測定手段）
３０ ノートＰＣ（履歴作成手段）
４０ 引張荷重測定装置
４２ アンカー車両（荷重受け手段、可動式物体）
５０ 保護部材
６０ 紐部材
Ｐ 走行方向

Claims (6)

1. 路面に設けられる荷重受け手段と、
   前記荷重受け手段とタイヤで走行する車両とを繋ぎ、少なくとも一部が伸張する繋ぎ部材と、
   前記路面を走行する車両により前記繋ぎ部材に負荷された引張荷重を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記繋ぎ部材は、前記車両の重心より前記車両の走行方向の前方で前記車両に取り付けられている、
   引張荷重測定装置。
2. 前記測定手段は、前記車両又は前記荷重受け手段に取り付けられている、
   請求項１に記載の引張荷重測定装置。
3. 前記測定手段は、保護部材で覆われている、
   請求項１に記載の引張荷重測定装置。
4. 前記繋ぎ部材は、弾性部材を有する、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の引張荷重測定装置。
5. 前記繋ぎ部材は、編みこまれた編み目が伸張する紐部材を有する、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の引張荷重測定装置。
6. 前記測定手段から前記引張荷重の情報を受け取り、前記引張荷重の履歴を作成する履歴作成手段、
   をさらに備える請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の引張荷重測定装置。