KR101319650B1

KR101319650B1 - 중량 계량 장치

Info

Publication number: KR101319650B1
Application number: KR1020110084396A
Authority: KR
Inventors: ？지 하라다
Original assignee: 제이에프이 어드밴테크 가부시키가이샤
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-10-17
Also published as: KR20130022442A

Abstract

계량물 위치의 중심(重心) 위치의 영향을 감소하여 양호한 정밀도로 중량을 계량하는 것이다.
진흙 흡인차(11)의 탱크(16)는 힌지(17A, 17B)에 의해 섀시(13) 위의 서브 프레임(14)에 대해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 힌지(17A, 17B)의 핀은 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)이다. 핀 형상 로드셀(18)은 탱크(16)를 어떤 각도(θ')로 경사졌을 때의 덤프 실린더(19A, 19B)의 추력(P) 방향과 직교하는 방향이 하중 검출 방향(D')이 되도록 핀 형상 로드셀(18)을 장착하고 있다.

Description

중량 계량 장치{WEIGHT MEASURING APPARATUS}

본 발명은 중량 계량 장치에 관한 것이다. 본 발명의 중량 계량 장치는, 덤프 트럭, 쓰레기 수거차, 진흙 흡인차 등의 덤프 기구를 가진 차량에 있어서 과적재 검출 등을 위해 적재물의 중량 계량을 하는 차재 중량 계량 장치나, 하물 집배장 등에서의 하물 중량 계량에 적합하다.

종래에는, 트럭이나 쓰레기 수거차 등의 차량에 적재되는 적재물의 중량을 계측하는 장치로서 정치식(定置式)의 트럭 스케일(scale)이 알려져 있다. 그러나, 트럭 스케일은 규모가 큰 장치이며, 설비 비용이 드는 것과 더불어, 수거 장소에서의 적재량 측정이나 과적재 방지를 위해, 차량상에서 적재물의 중량을 계측하고 싶다는 요구가 강하다.

또한, 대형 덤프 트럭에 대해서는, 국내에서는 소위 덤프 규제법에 의해, 과적재 방지를 위해 적재 중량을 자동적으로 계측하는 장치(자중계)를 장착하는 것이 의무화되고 있다.

이 때문에, 차량에 탑재하여 적재 중량을 측정하는 차재 중량 계량 장치가 다수 제안되고 있다.

덤프 차량은 통상 유압 실린더로 적재대(積載臺)를 경사지게 하는 구조를 가지고 있고, 적재대를 경사지게 했을 때, 유압 실린더에 걸리는 힘을 유압 센서로 검출하여 과적재 상태를 검출하는 장치(자중계)가 실용화되고 있다(특허문헌 1). 그러나, 이 방식의 자중계는 적재대 위에서 적재물의 앞뒤 치우침에 의해, 계량값이 크게 달라지는 원리적인 약점이 있었다.

로드셀(load cell)을 3 내지 4개 장착하여 적재함 전체를 이것들로 지지하고, 정확하게 계량하는 방식의 차재 중량 계량 장치가 특허문헌 2 내지 4에 나타나 있다. 이들 방식의 경우, 로드셀을 장착하기 위해 차량 프레임의 일부를 개조하거나 유압 실린더를 추가할 필요가 있으며, 추가 개조에 의해 차량 중량이 증가하여, 최대 적재량이 감소하는 문제가 있었다. 또한, 부품 점수 증가에 따라 고가가 되었다.

일본국 특개평8-58456호 공보 일본국 특개2006-52084호 공보 일본국 특개2007-139511호 공보 일본국 특개2009-101979호 공보

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로써, 로드셀의 개수를 최소화하고, 게다가 계량물의 중심(重心) 위치의 영향을 잘 받지 않아, 고정밀하고 안전성이나 경제성에 우수한 중량 계량 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 일단(一端)이 힌지(hinge) 기구로 기초부에 대해 회전이 자유롭게 지지되어 계량물이 적재되는 적재부와, 상기 적재부의 상기 일단에서 타단측으로 거리를 둔 위치에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 한편, 타단이 상기 기초부에 회전 자유롭게 연결된 기울어지도록 연장되는 지지부와, 상기 힌지 기구의 핀을 구성하는 축 형상 탄성체를 구비하고, 하중 검출 방향이 상기 지지부의 축력(軸力) 방향과 직교하도록 상기 기초부에 부착된 핀 형상 로드셀을 구비하는 중량 계량 장치를 제공한다.

힌지 기구에 의해 캔틸레버(cantilever) 형상으로 기초부에 대해 연결된 적재부를 기울어지도록 연장되는 지지부로 지지하는 트러스(truss) 구조를 채용하고, 이 힌지 기구에 장착한 핀 형상 로드셀로 지지부의 축력 방향과 직교하는 방향의 하중을 측정한다. 이로써 적재부 위에서의 계량물의 중심 위치의 영향을 감소하여 계량물의 중량을 고정밀하게 계량할 수 있다. 또한, 로드셀의 개수나 부속 장치의 점수를 종래보다 줄여서 저렴한 중량 계량 장치를 실현할 수 있다.

본 발명은 덤프 트럭, 쓰레기 수거차, 진흙 흡인차 등의 덤프 기구를 가진 차량에 있어서 과적재 검출 등을 위해 적재물의 중량 계량을 하는 차재 중량 계량 장치에 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 기초부는 차량의 차체이고, 상기 적재부는 상기 차체에 탑재되어 후부측(後部側)이 상기 힌지 기구에 의해 상기 차체에 대해 회전 자유롭게 연결되며, 상기 힌지 기구를 중심으로 경동(傾動) 가능하고, 상기 지지부는 일단이 상기 적재부에 회전 자유롭게 연결되어 타단이 상기 차체에 대해 회전 자유롭게 연결된 신축 가능한 실린더이고, 상기 핀 형상 로드셀은, 상기 적재부가 경사지도록 상기 실린더를 신장(伸張)시켰을 때의 상기 실린더의 추력(推力) 방향과 직교하는 방향이 상기 하중 검출 방향이 되도록 상기 차체에 고정된다.

이 구성에 의해, 힌지 기구에 핀 형상 로드셀을 장착함으로써 차량의 구조를 크게 변경하는 일이 없이 쉽게 중량 계량 장치를 탑재할 수 있다. 또한, 핀 형상 로드셀의 축 형상 탄성체를 힌지 기구의 핀으로 하기 때문에, 중량 계량 장치를 추가함에 따른 중량 증가나 차고(車高)의 변경도 거의 없고, 최대 적재량을 줄이는 일도 없다. 또한, 비(非)계량 시 또는 차량 주행 시는 적재부는 차체상에 탑재되기 때문에 차체 강도의 문제 없이 안전하게 사용할 수 있다.

본 발명은 차재 중량 계량 장치에 한정되지 않고, 예를 들면, 트럭 등의 차량의 하물집배장에 설치하는 정치식의 중량 계량 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 기초부는 제1 바닥면부와 이 제1 바닥면부보다도 아래쪽에 위치하는 제2 바닥면부를 가진 단(段)부착의 바닥 구조이고, 상기 적재부는 일단이 상기 제1 바닥면부와 동일한 높이가 되도록 상기 힌지 기구에 의해 상기 바닥 구조에 대해 회전 자유롭게 연결되고, 상기 지지부는 일단이 상기 적재부에 회전 자유롭게 연결되는 한편, 타단이 상기 제2 바닥면부에 회전 자유롭게 연결된 기울어지도록 연장되는 고정 길이의 지지 부재이고, 상기 핀 형상 로드셀은, 상기 지지 부재의 축력 방향과 직교하는 방향이 상기 하중 검출 방향이 되도록 상기 바닥 구조에 고정된다.

본 발명의 중량 계량 장치에 의하면, 로드셀의 개수를 최소화하면서, 계량물의 중심(重心) 위치의 영향을 감소한 고정밀하게 중량 계량이 가능하며, 안전성이나 경제성에서도 우수하다. 게다가, 차량 중량 계량 장치의 경우, 구조를 대폭 변경하는 일이 없이 덤프 기구를 가진 차량에 쉽게 장착할 수 있으며, 차체 중량의 증가나 차고의 변경도 거의 없다.

도 1은 본 발명에 관한 중량 계량 장치의 트러스 구조와 계량 원리 설명을 위한 모식적인 측면도(적재대의 비경사시).
도 2는 본 발명에 관한 중량 계량 장치의 트러스 구조와 계량 원리 설명을 위한 모식적인 측면도(적재대의 경사시).
도 3은 도 1 및 도 2의 중량 계량 장치에 있어서 경사 로드(rod)의 방향이 반전한 경우의 모식적인 측면도.
도 4는 도 3의 중량 계량 장치에 있어서 경사 로드를 링크 기구로 치환한 경우의 모식적인 측면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 차재 중량 계량 장치를 구비하는 진흙 흡인차의 모식적인 좌측면도(탱크의 비경사시).
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선으로의 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 차재 중량 계량 장치를 구비하는 진흙 흡인차의 모식적인 좌측면도(탱크의 경사시).
도 8은 측방에서 본 핀 형상 로드셀 부근의 확대도.
도 9는 후방에서 본 핀 형상 로드셀 부근의 확대도.
도 10A는 핀 형상 로드셀의 모식적인 정면도.
도 10B는 도 10A의 Ⅹ-Ⅹ선에서의 단면도.
도 11은 도 10A, B의 핀 형상 로드셀에서의 뒤틀림 검출부의 방향 및 하중 검출 방향의 경사 각도에 대한 이론 출력비의 변화를 나타내는 그래프.
도 12A는 핀 형상 로드셀의 대안의 모식적인 정면도.
도 12B는 도 12A의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선에서의 단면도.
도 13A는 핀 형상 로드셀의 다른 대안의 모식적인 정면도.
도 13B는 도 13A의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선에서의 단면도.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 하물집배장용의 중량 계량 장치를 나타내는 모식적인 측면도.

우선, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 관한 중량 계량 장치의 기본적인 구조와 계량 원리를 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 중량 계량 장치의 기본적인 구조로서는, 대개 수평으로 연장되는 적재대(A)와, 적재대(A)를 지지하는 기울어지도록 경사진 로드(rod)(경사 로드)(BC)를 구비한다. 적재대(A)의 일단(O)은 기초부(1)의 측벽부(1a)에 대해 힌지(2A)로 화전 자유롭게 지지되어 있다. 경사 로드(BC)의 선단(B)은, 힌지(2A)(점 O)로부터 수평 거리(L)만큼 떨어진 위치에서 적재대(A)에 대해 힌지(2B)로 회전 자유롭게 연결되어 있다. 도 1에서는, 경사 로드(BC)는 적재대(A)로부터 도면에 있어서 우측 아래 방향으로 기울어지도록(적재대(A)의 선단측에서 기단측)으로 연장되어 있다. 경사 로드(BC)의 타단(C)은, 힌지(2C)로 기초부(1)의 저벽부(底壁部)(1b)에 대해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 즉, 적재대(A), 경사 로드(BC), 및 기초부(1)가 일종의 트러스 구조를 구성하고 있다. 경사 로드(BC)는 고정 길이의 로드이어도 좋고, 예를 들면, 유압 실린더와 같은 가변 길이의 기구를 구비하는 것이어도 좋다.

경사 로드(BC)의 수평 방향에 대한 경사각을 θ, 경사 로드(BC)의 축력(유압 로드의 경우에는 추력)을 P, 적재대(A) 위에 적재된 중량(W)의 계량물(3)의 중심의 힌지(2A)(점 O)로부터의 수평 거리를 a로 하여, 모먼트(moment) 및 힘의 균형을 고려한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 수평 방향을 X축, 연직 방향을 Y축으로 하고, 힌지(2A)(점 O)를 원점으로 하는 X-Y 좌표계를 설정한다. 또한, 힌지(2A)의 핀을 통해 적재대(A)에 작용하는 반력(R)의 X방향, Y방향 성분을 각각 Rx, Ry로 한다. 또한, 이해를 돕기 위해, 도 1에서는 힌지(2A)(점 O)와 경사 로드(BC)의 선단(B)의 높이(Y방향의 위치)를 동일하게 한다.

O점 주변의 모먼트의 균형으로부터, 이하의 식(1)을 얻을 수 있다.

또한, 적재대(A)에 작용하는 힘의 균형으로부터, 이하의 식(2), (3)을 얻을 수 있다.

여기서, X-Y 좌표계를 각도 α만큼 회전시킨 s-t 좌표계에 있어서 s방향 성분을 Rs, t방향 성분을 Rt로 한다. 반력의 성분 Rx, Ry를 s-t 좌표계에 좌표 변환하면, 이하의 식(4), (5)을 얻을 수 있다.

식 (4), (5)로부터 α=θ의 경우, 이하의 식(6), (7)을 얻을 수 있다.

따라서, 계량물(3)의 중량(W)에 대해 이하의 식(8)이 성립한다.

다음으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 경사 로드(BC)의 길이가 연장되어(유압 실린더의 경우에는 로드가 밀려나와), 적재대(A)를 힌지(2A)(점 O)를 회전 중심으로 하여 각도 β만큼 회전시킨 경우(적재대(A)를 밀어 올려 지지한 경우)를 고려한다.

기하학 관계의 변화에 의해, θ→θ', P→P', Rx→Rx', Ry→Ry'가 되게 한다. L→L cosθ, a→aㆍcosβ가 되는 것을 고려해서, 상술의 식(1) 내지 (8)의 변수를 치환하면 식(1) 내지 (8)과 마찬가지로 이하의 식(1') 내지 (8')이 성립한다.

우선, O점 주변의 모먼트의 균형으로부터 이하의 식(1')을 얻을 수 있고, 적재대(A)에 작용하는 힘의 균형에서 이하의 식(2'), (3')을 얻을 수 있다.

X-Y 좌표를 각도 α만큼 회전시킨 s-t 좌표계에 있어서 s방향 성분을 Rs', t방향 성분을 Rt'로 하고, Rx', Ry'를 좌표 변환하면, 이하의 식(4'), (5')을 얻을 수 있다.

식(4'), (5')로부터 α=θ'의 경우, 이하의 식(6'), (7')을 얻을 수 있다.

따라서, 계량물(3)의 중량(W)에 대해 이하의 식(8')이 성립한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 경사 로드(BC)가 도 1 및 도 2의 경우와는 반전된 방향, 즉, 적재대(A)로부터 도에 있어서 좌측 아래 방향으로 기울어지도록(적재대(A)의 기단측에서 선단측)으로 연장되어 있는 경우에도, 식(1) 내지 (8)과 식(1') 내지 (8')이 성립한다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 경사 로드(BC)를 대신하여 리프트 암(lift arm)(4)과 텐션 링크(tension link)(5)를 가진 링크 기구(BB'C)를 설치한 경우(부호 6은 구동용 유압 실린더)도, 힌지(2B)의 핀을 통해 적재대(A)에 작용하는 추력(P)의 방향이 수평을 이루는 각도를 θ로 하면, 식(1) 내지 (8)과 식(1') 내지 (8')이 성립한다.

계량물(3)의 중심(重心) 위치(a)는 계량물(3)의 적재대(A) 위에서의 위치나 계량물(3) 자체의 밀도 분포의 치우침 등에 의해 변화한다. 식(1) 내지 (6), 식(1') 내지 (6')은, 식 중에 중심 위치(a)를 변수로서 포함하기 때문에 계량물(3)의 중심 위치(a)에 의해 값이 변화한다. 한편, 식(7), (7')의 Rt, Rt'는, 중심 위치(a)를 포함하지 않기 때문에 계량물(3)의 중심 위치(a)가 변화하더라도 원리적으로는 값이 변화하지 않는다. 그리고, 식(8), (8')과 같이, Rt, Rt'와 각도 θ, θ'만으로 계량물(3)의 중량(W)을 산출할 수 있다.

여기서, Rt', Rs'는 힌지(2A)의 핀을 통해 적재대(A)에 작용하는 반력이지만, 힌지(2A)의 핀에는 이들의 Rt, Rt'와 크기가 같고 방향이 반대의 힘(하중)이 작용한다. 이들의 하중을 Ft', Fs'로 하면, 이하의 식(9), (10)의 관계가 있다.

이상에서, 경사 로드(BC)의 경사를 어떤 각도 θ'로 유지한 상태로 적재대(A) 일단(O)의 힌지(2A)의 핀에 작용하는 하중(Ft')을 측정하면, 측정한 하중(Ft')과 설정한 각도 θ'로부터 식(9), (8')에 의해 계량물(3)의 하중(W)을 산출할 수 있다. 즉, 힌지(2A)의 핀에 작용하는 하중(Ft', Fs') 가운데 적재대(A)에 의해 경사 로드(BC)의 축력(P)과 직교하는 방향의 하중(Ft')을 측정함으로써, 적재대(A) 위에서의 계량물(3)의 중심 위치(a)의 영향을 받는 일이 없이 계량물(3)의 하중(W) 계량이 가능해진다. 그리고, 적재대(A) 일단(O)의 힌지(2A)의 핀에 작용하는 하중(Ft')은, 이 힌지(2A)에 핀 형상 로드셀을 장착함으로써 측정할 수 있다. 핀 형상 로드셀 자체는 당업자에게 알려져 있으며, 예를 들면, 특허문헌 3에 개시되어 있다.

(제1 실시형태)

도 5 내지 도 7에 나타낸 덤프 배출 기능을 가진 진흙 흡인차(11)는, 과적재 검출 등을 위해 본 발명의 실시형태에 관한 차재 중량 계량 장치(12)를 구비한다. 이 진흙 흡인차(11)는 섀시(13) 위에 고정된 서브 프레임(14) 위에 흡인／집진 장치(15)로 흡인한 진흙을 모아 두기 위한 탱크(16)를 구비한다. 탱크(16)는 후방의 좌우 2군데가 힌지(17A, 17B)에 의해 서브 프레임(14)에 대해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 뒤에 상세하게 설명하는 바와 같이, 이들의 힌지(17A, 17B)에 핀 형상 로드셀(18)이 장착되어 있다. 또한, 힌지(17A, 17B)보다도 전방측에는 탱크(16)를 경사지게 하기 위한 덤프 실린더(19A, 19B)가 좌우로 배치되어 있다. 각각의 덤프 실린더(19A, 19B)는 로드의 선단인 상단이 탱크(16) 측면에 핀 결합에 의해 회전 자유롭게 연결되는 한편, 하단은 힌지(21A, 21B)에 의해 서브 프레임(14)에 대해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 배출 실린더(22A, 22B)로 개폐되는 배출문(23)이 탱크(16)의 최후부에 설치되어 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 비(非)배출 시에는 탱크(16) 저면은 서브 프레임(14) 위에 탑재되어, 탱크 중량의 대부분이 서브 프레임(14)에 작용한다. 한편, 배출 시에는, 덤프 실린더(19A, 19B)를 작동시켜 힌지(17A, 17B) 주변에 탱크(16)를 뒤로 기울게 하고, 동시에 배출 실린더(22A, 22B)에 의해 배출문(23)을 개방하여 탱크(16) 내의 집적물을 외부로 배출한다. 덤프 실린더(19A, 19B)는 통상적으로 유압 실린더가 사용되고, 유압 회로의 전환 밸브를 동작시켜서 덤프 실린더(19A, 19B)의 헤드측으로의 유압 공급 및 배출을 정지함으로써, 탱크(16)의 경동을 임의의 위치에서 정지시킬 수 있다.

본 실시형태의 차재 중량 계량 장치(12)는, 도 3과 마찬가지의 트러스 구조를 가진다. 구체적으로는 탱크(16)가 도 3의 적재대(A)에 대응하고, 힌지(17A, 17B)가 도 3의 힌지(2A)(점 O)에 대응한다. 또한, 덤프 실린더(19A, 19B)가 도 3의 경사 로드(BC)에 대응하고, 덤프 실린더(19A, 19B)의 로드 선단이 도 3의 점 B, 덤프 실린더(19A, 19B)의 기단이 도 3의 점 C에 각각 대응한다. 따라서, 탱크(16)를 경사시켜서 저면을 서브 프레임(14)으로부터 부상(浮上)시킨 상태로, 덤프 실린더(19A, 19B)의 추력(P)과 직교하는 방향의 하중(Ft')을 힌지(17A, 17B)에 장착한 핀 형상 로드셀(18)로 측정함으로써, 탱크(16) 내의 집적물의 중량(W)(도 3에서의 계량물(3)의 중량(W)에 상당)을 계량할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 힌지(17A, 17B)는 각각 서브 프레임(14)에 고정된 한 쌍의 고정 베어링(25A, 25B)을 구비한다. 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)는 전체적으로 원주 형상이며, 그 축선(γ)이 차폭 방향으로 수평으로 연장되는 자세로 양단이 고정 베어링(25A, 25B)으로 지지되고 있다. 고정 베어링(25A)에 나사로 고정된 회전 잠금 장치(27)에 의해 고정 베어링(25A, 25B)에 대한 축 형상 탄성체(26) 잠금부와, 축선(γ) 주변의 축 형상 탄성체(26)의 각도 위치의 위치 결정이 이루어진다. 또한, 축 형상 탄성체(26)의 중앙부에는 탱크(16) 저면에 고정된 가동측 베어링(28)이 회전 자유롭게 연결되어 있으며, 탱크(16)의 하중이 핀 형상 로드셀(18)의 중앙부에 부하되는 구조이다. 도 9에 있어서 부호 f1은 핀 형상 로드셀(18)의 중앙부에 가동측 베어링(28)에서 작용하는 하중을 나타내고, 부호 f2는 핀 형상 로드셀(18)의 양단에 고정 베어링(25A, 25B)에서 작용하는 지점 반력을 나타낸다.

도 10A 및 도 10B를 함께 참조하면, 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)에는, 고정 베어링(25A)과 가동측 베어링(28)의 사이, 및 고정 베어링(25B)과 가동측 베어링(28) 사이의 부분에, 각각 축선(γ)과 직교하는 방향에 대향하는 단면원형의 오목부(29A 내지 29D)의 쌍을 설치하고, 오목부(29A, 29B)와의 사이 및 오목부(29C, 29D)와의 사이에 각각 비교적 얇은 두께의 원판 형상으로서 축선(γ)에 대해 직교하는 방향의 단면적을 감소시킨 변형부(31A, 31B)를 설치한다. 변형부(31A, 31B)는 가동측 베어링(28)에서 작용하는 하중에 의해 적절한 전단 변형이 발생하는 것과 같은 형상으로 설계되어 있다. 각각의 변형부(31A, 31B)의 양면에는 스트레인 게이지(strain gauge)(32A 내지 32D)가 붙여져 있다. 이들의 스트레인 게이지(32A 내지 32D)에서 휘트스톤 브리지 회로(wheatstone bridge circuit)를 구성하여 하중에 비례한 전기 신호를 얻을 수 있도록 하고 있다.

핀 형상 로드셀(18)에는, 하중(Ft')과 이것과 직교하는 하중(Fs')이 동시에 작용한다. 하중(Fs')은 중심(重心) 위치(a)를 변수로서 포함하고(식(6'), (10) 참조), 중심 위치(a)에 의해 값이 변화한다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 하중(Ft', Fs') 가운데, 덤프 실린더(19A, 19B)의 추력(P)과 직교하는 방향의 하중(Ft')을 측정함으로써, 탱크(16) 내 집적물의 중심 위치(a)의 영향을 받는 일이 없이 중량(W)의 계량이 가능해진다. 따라서, 핀 형상 로드셀(18)은 하중(Ft')만을 검출하고, 하중(Fs')에 대한 출력이 제로인 것이 바람직하다. 각각의 힌지(17A, 17B)에 장착한 핀 형상 로드셀(18)은 하중(Fs')에 대한 출력이 최소가 되도록 축선(γ) 주변의 각도 위치가 설정되어 있다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.

일반적으로, 로드셀은 하중 방향에 따라 출력이 변화하고, 통상적으로 사용하는 하중축(하중 검출 방향)이 결정되어 있다. 도 10A, 10B의 핀 형상 로드셀(18)의 경우, 변형부(31A, 31B)의 단면 형상의 방향(D)에 대해, 도면에 있어서 O°의 방향을 하중 검출 방향(D')으로 한다. 도 11에 변형부(31A, 31B)의 방향(D) 및 하중 검출 방향(D')의 경사 각도(α)에 대한 이론 출력비(V／V0=cosα V는 어떤 경사 각도α일 때의 출력이며, VO는 α=0일 때의 출력)의 변화를 나타낸다. 이론 출력비는 변형부(31A, 31B)의 방향(D)에 대한 하중 검출 방향(D')의 경사 각도α가 0°일 때 최대가 된다. 경사 각도α의 증가에 따라 이론 출력비가 감소하고, 경사 각도α가 90°가 되면 이론 출력비는 거의 제로가 된다. 따라서, 핀 형상 로드셀(18)의 하중 검출 방향(D')(0°방향)이 덤프 실린더(19A, 19B)의 추력(P)과 직교하는 방향(도 3에서 s-t 좌표계의 t방향에 상당하는 방향)이 되도록 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)를 그 자체의 축선(γ) 주변에 각도(θ')만큼 회전시킨 자세로 설치함으로써, 중량(W)의 계량에 필요한 하중(Ft')만을 검출하여, 하중(Fs')에 대한 출력을 거의 제로로 할 수 있다.

비계량 시에는 덤프 실린더(19A, 19B)의 로드는 흡인 위치에 있고, 탱크(16)의 저면은 서브 프레임(14) 위에 탑재되어 있다. 계량 시에는 덤프 실린더(19A, 19B)의 로드가 돌출 동작하여, 탱크(16)는 힌지(17A, 17B) 주변으로 회전함으로써 경사진다. 탱크(16)는 전방이 미리 정해진 위치(예를 들면, 50㎜ 내지 150㎜)정도까지 들어 올려지고, 탱크(16)의 저면이 서브 프레임(14)에서 떨어진다. 이 상태로는 탱크(16)는 덤프 실린더(19A, 19B)와 후방의 힌지(17A, 17B)로 지지된다. 계측 시의 탱크(16)를 경사지게 할 때 덤프 실린더(19A, 19B)의 경사 각도(θ')는 일정 값으로 설정된다. 일정한 경사 각도(θ')로 탱크(16)의 경동을 정지하기 위해, 정지 위치를 나타내는 눈금판을 설치하여 보고, 그것에 근거하여 덤프 실린더(19A, 19B)의 동작을 수동으로 정지시켜도 좋다. 또한, 근접 스위치를 설치하여 탱크(16)가 소정의 경사 각도(θ')가 되면 덤프 실린더(19A, 19B)를 자동적으로 정지시키는 제어 회로를 설치하여도 좋다. 상술한 바와 같이, 힌지(17A, 17B)에 장착된 핀 형상 로드셀(18)은 하중 검출 방향(D')이 덤프 실린더(19A, 19B)의 추력(P)과 직교하는 방향이 되도록, 이 경사 각도(θ')만큼 축선(γ) 주변에 축 형상 탄성체(26)를 회전하여 부착한다.

계측 시의 핀 형상 로드셀(18)은 하중 Ft'=Wcosθ를 검출하지만, 이것을 중량(W)으로 표시하도록 차재 중량 계량 장치(12)의 처음 조정 시에 지시계의 캘리브레이션(calibration)(스판 조정)을 한다. 통상적으로, 지시계의 캘리브레이션(스판 조정)은 분동(分銅)이나 중량이 이미 알려진 것을 탱크(16)에 탑재해서 실행한다. 탱크(16)가 빈 상태로는 탱크(16) 자체의 중량이 핀 형상 로드셀(18)에 작용하지만, 이 빈 상태일 때의 출력을 차감해서 표시가 제로가 되도록 지시계를 조정하여, 탱크(16) 내 적재물의 증가분을 중량값으로서 표시하게 한다.

핀 형상 로드셀(18)은 하중 Ft'=Wcosθ를 검출하지만, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 덤프 실린더(19A, 19B)의 경사 각도(θ')가 90°가 되면 Ft'=0이 되기 때문에 원리적으로 계량을 할 수 없다. 또한, θ'=90°부근에서는 하중(Ft')이 작아지기 때문에 계량 정밀도가 저하한다. 그 때문에, 경사 각도(θ')는 75°미만(예를 들면, 20°)으로 설정된다.

덤프 실린더(19A, 19B)의 경사 각도(θ')는 설계값에서 구하고, 이것으로부터 핀 형상 로드셀(18)의 축선(γ) 주변의 회전 각도를 결정할 수 있는데, 실제로는 제작 오차나 설치 오차가 있으며, 이론대로 특성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 탱크(16) 내의 계량물의 중심(重心) 위치에 따라 중량 측정값이 변화하는지의 여부는, 조정 시에 일정한 무게의 분동 등을 탱크(16) 내에서 위치를 바꾸어 실어보는 것으로 확인할 수 있다. 분동을 싣는 위치의 차이로 계량값의 차가 큰 경우, 식(5') 등으로부터 경사 각도(θ')의 수정값을 추정하여, 그것에 근거하여 핀 형상 로드셀(18)의 회전 각도를 조정함으로써, 탱크(16) 내 계량물의 중심(重心) 위치에 의한 중량 측정값의 변동을 실용상 문제가 없을 정도로 감소할 수 있다.

도 12A 및 도 12B는 본 실시형태의 차재 중량 계량 장치(12)에서 사용 가능한 핀 형상 로드셀(18)의 다른 예를 나타낸다. 이 핀 형상 로드셀(18)에서는 원주 형상의 축 형상 탄성체(26)에 도 10A, 10B와 마찬가지의 오목부(29A 내지 29D)에 더하여 양(兩)단면에서 축선(γ) 방향으로 연장되는 오목부(33A, 33B)를 설치한다. 오목부(29A 내지 29D, 33A, 33B)에 의해 형성된 변형부(31A, 31B)의 내측에 스트레인 게이지(32A 내지 32D)가 붙여져 있다. 도 13A 및 도 13B도 핀 형상 로드셀(18)의 다른 예를 나타낸다. 이 핀 형상 로드셀(18)에서는 축 형상 탄성체(26)에 양단면 사이를 관통하는 관통 구멍(34)의 내주벽(34)에 스트레인 게이지(32A 내지 32D)를 붙이고 있다. 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)에는 벤딩 모멘트(bending monent)가 작용하지만(도 10A, 도 12A, 및 도 13A의 부호 f1, f2 참조), 하중(Ft')을 고정밀하게 측정하기 위해 벤딩 모멘트에 의한 뒤틀림을 스트레인 게이지(32A 내지 32D)가 검출하지 않는 것이 바람직하다. 벤딩 모멘트는 축 형상 탄성체(26)의 외주에서 크게 축선(γ)(중립축)에서 제로가 되므로, 스트레인 게이지(32A 내지 32D)가 축선(γ)에 가까운 위치에 있는 만큼 벤딩 모멘트의 영향을 받기 어렵다. 도 10A, 10B 및 도 12A, 12B의 핀 형상 로드셀(18)은 도 13A, 도 13B와 비교하면 스트레인 게이지(32A 내지 32D)의 첩부(貼付) 위치가 축 형상 탄성체(26)의 축선(γ)에 가까운 위치에 있으므로, 더 고정밀하게 하중(Ft')을 측정할 수 있다. 다만, 도 13A, 13B의 핀 형상 로드셀(18)은 단일의 관통 구멍(34)만을 축 형상 탄성체(26)에 형성하면 되는 간단한 구성이기 때문에, 도 10A, 10B 및 도 12A, 12B와 비교하면 축 형상 탄성체(26)의 가공이 쉽고 염가로 제작할 수 있는 장점이 있다.

본 실시형태의 차재 중량 계량 장치(12)는 특히 이하의 점에 특징이 있다. 탱크(16) 내의 계량의 중심(重心) 위치의 영향을 감소하여 계량물의 중량(W)을 고정밀하게 계량할 수 있다. 상술한 바와 같이, 덤프 실린더의 유압으로부터 압력계를 사용하여 적재량을 검지하는 종래의 자중계는 적하(積荷)의 위치에 따라 계량 값이 크게 변화하는 단점이 있었지만, 이 문제는 해소되었다. 또한, 종래의 자중계에서 로드셀의 개수나 부속 장치의 점수를 줄일 수 있어, 염가의 중량 계량 장치가 되었다. 또한, 힌지 기구(17A, 17B)에 핀 형상 로드셀(18)을 장착함으로써 차량의 구조를 크게 변경하는 일이 없이 쉽게 중량 계량 장치를 탑재할 수 있다. 또한, 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)를 힌지 기구(17A, 17B)의 핀으로 하기 때문에, 차재 중량 계량 장치(12)를 추가함에 따른 차체 중량의 증가나 차고의 변경도 거의 없어, 최대 적재량을 줄일 일도 없다. 더구나, 비계량시나 차량 주행시는 탱크(16)는 서브 프레임(14) 위에 탑재되므로, 프레임 강도의 문제도 없어 안전하게 사용할 수 있다.

본 발명은 본 실시형태와 같은 진흙 흡인차에 한정되지 않고, 덤프 트럭, 쓰레기 수거차 등의 덤프 기구를 가진 다른 차량에서의 차재 중량 계량 장치에도 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 탱크(16)의 후부 좌우의 힌지(17A, 17B) 양쪽에 핀 형상 로드셀(18)을 장착하지만, 적재물이 액체 등의 밀도가 균일하고 좌우의 하중 분포가 거의 균등이라고 볼 수 있는 경우나, 대략 중량에서 과적재를 검지하고 싶은 경우 등이라면, 좌우의 힌지의 한쪽에만 핀 형상 로드셀을 장착하여도 좋다.

(제2 실시형태)

도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 하물 집배장용의 중량 계량 장치(41)를 나타낸다. 이 하물 집배장의 바닥 구조(42)는 도시하지 않는 창고 등에 통로로서 기능하는 바닥면(42a)과 이 바닥면(42a)보다 아래쪽에 위치하는 바닥면(42b)을 구비하는 단부착 구조를 가진다. 바닥면(42a)의 바닥면(42b)으로부터의 높이는 바닥면(42b)에 주차된 트럭(43)의 적재함(43a)과 거의 동일한 높이 위치가 되도록 설정되어 있다. 바닥면(42a)의 선단에서 돌출 덱(deck)(45)이 연장되어 있으며, 이 돌출 덱(45)을 통해 적재함(43a)으로의 하물(46)의 하역이 실행된다. 돌출 덱(45)은 일단이 힌지(17A', 17B')에 의해 바닥 구조(42)(바닥면(42a, 42b)의 경계선에 있는 측벽(42c))에 회전 자유롭게 연결되어 있다. 또한, 돌출 덱(45)의 타단에는 고정 길이의 경사 로드(47)의 일단이 핀 결합에 의해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 경사 로드(47)는 돌출 덱(45)으로부터 도면에서 우측 아래로 기울어지도록 연장되고, 타단이 핀 결합에 의해 바닥면(42b)에 대해 회전 자유롭게 연결되어 있다. 이 중량 계량 장치(41)는 도 1과 마찬가지의 트러스 구조를 가지며, 돌출 덱(45)이 도 1의 적재대(A), 힌지(17A', 17B')가 도 1의 힌지(2A)(점 O), 경사 로드(47)가 도 1의 경사 로드(BC)에 각각 대응한다.

힌지(17A', 17B')에는 제1 실시형태의 힌지(17A, 17B)와 마찬가지로 핀 형상 로드셀(18)이 장착되어 있다(힌지(17A', 17B')의 핀이 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)이다). 핀 형상 로드셀(18)의 하중 검출 방향(D')(0°방향)이 경사 로드(47)의 축력(P)과 직교하는 방향이 되도록 핀 형상 로드셀(18)의 축 형상 탄성체(26)의 자세를 설정하고 있다(도 7, 8 참조). 핀 형상 로드셀(18)의 출력에서 하중(Ft')이 얻어지며, 이 하중(Ft')과 경사 로드(47)의 경사 각도(θ')에서 식(9), (8)에 의해 하물(46)의 하중(W)을 산출할 수 있다.

제2 실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1 실시형태와 마찬가지다.

1: 기초부
1a: 측벽부
1b: 저벽부
2A, 2B, 2C: 힌지
3: 계량물
4: 리프트 암
5: 텐션 링크
6: 유압 실린더
11: 진흙 흡인차
12: 차재 중량 계량 장치
13: 섀시
14: 서브 프레임
15: 흡인／집진 장치
16: 탱크
17A, 17B: 힌지
18: 핀 형상 로드셀
19A, 19B: 덤프 실린더
21A, 21B: 힌지
22A, 22B: 배출 실린더
23: 배출문
25A, 25B: 고정 베어링
26: 축 형상 탄성체
27: 회전 잠금 장치
28: 가동측 베어링
29A, 29B, 29C, 29D: 오목부
31A, 31B: 변형부
32A, 32B, 32C, 32D: 스트레인 게이지
34: 관통 구멍
41: 중량 계량 장치
42: 바닥 구조
42a, 42b: 바닥면
42c: 측벽
43: 트럭
43a: 적재함
45: 돌출 덱
46: 하물
47: 경사 로드

Claims

일단(一端)이 힌지(hinge) 기구로 기초부에 대해 회전이 자유롭게 지지되어 계량물이 적재되는 적재부와,
상기 적재부의 상기 일단에서 타단측으로 거리를 둔 위치에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 한편, 타단이 상기 기초부에 회전 자유롭게 연결된 기울어지도록 연장되는 지지부와,
상기 힌지 기구의 핀을 구성하는 축 형상 탄성체를 구비하고, 하중 검출 방향이 상기 지지부의 축력(軸力) 방향과 직교하도록 상기 기초부에 부착된 핀 형상 로드셀(load cell)을 구비하여,
상기 적재부의 중량을 상기 핀 형상 로드 셀만에 의해 계량하는 중량 계량 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기초부는 차량의 차체이고,
상기 적재부는 상기 차체에 탑재되어 후부측(後部側)이 상기 힌지 기구에 의해 상기 차체에 대해 회전 자유롭게 연결되어, 상기 힌지 기구를 중심으로 경동(傾動) 가능하고,
상기 지지부는 일단이 상기 적재부에 회전 자유롭게 연결되어 타단이 상기 차체에 대해 회전 자유롭게 연결된 신축 가능한 실린더이고,
상기 핀 형상 로드셀은, 상기 적재부가 경사지도록 상기 실린더를 신장(伸張)시켰을 때의 상기 실린더의 추력(推力) 방향과 직교하는 방향이 상기 하중 검출 방향이 되도록 상기 차체에 고정되어 있는 중량 계량 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기초부는, 제1 바닥면부와 상기 제1 바닥면부보다도 아래쪽에 위치하는 제2 바닥면부를 가진 단(段)부착의 바닥 구조이고,
상기 적재부는 일단이 상기 제1 바닥면부와 동일한 높이가 되도록 상기 힌지 기구에 의해 상기 바닥 구조에 대해 회전 자유롭게 연결되고,
상기 지지부는 일단이 상기 적재부에 회전 자유롭게 연결되는 한편, 타단이 상기 제2 바닥면부에 회전 자유롭게 연결된 기울어지도록 연장되는 고정 길이의 지지 부재이고,
상기 핀 형상 로드셀은, 상기 지지 부재의 축력 방향과 직교하는 방향이 상기 하중 검출 방향이 되도록 상기 바닥 구조에 고정되어 있는 중량 계량 장치.