JPH0324610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はバケツトローダ等の積込等における
バケツト内の積荷重量を自動計測するための装置
に関する。

バケツトローダの積荷重量を計測するために、
バケツトリフトアツプ時のリフトシリンダ油圧を
検出し、その検出油圧力に基づくマイクロコンピ
ユータの演算処理によつてバケツト内の正味積荷
重量を算出するようにしたシステムは既に開発さ
れている。

このシステムの場合、バケツトが高い位置にあ
るときの計量には有効であるが、バケツトが地上
付近の低い位置にあるときは、該バケツトの引起
し（チルトバツク）や車輛加速による積荷の動荷
量に起因して前記リフトシリンダの油圧に変動が
生じるため、積荷の正確な計量が極めて困難にな
る。従つて、バケツト低位置での正確な積荷計量
は車輛を完全停止させれば可能であるが、しか
し、一般の積込作業においてバケツト内への荷役
積込後に車輛を停止させ、かつ該バケツトが完全
静止状態になるのを待つて積荷を計量するのでは
作業性が著しく低下する結果となる。また、現行
の積荷計量の場合、該積荷の重心位置を実機装着
時のキヤリブレーシヨンにより校正しているが、
性質の異なる積荷で重心位置が校正時の位置より
異なつた際、計算値に誤差が生じる。

また、特開昭55−47421号および特開昭56−
161288号のクレーンの吊荷重検出方法において
は、クレーンにおける吊荷重を、ブーム支承装置
がブームの枢着支持点まわりに作用させるモーメ
ント等から、ブーム自重がブームの枢着支持点ま
わりに作用させるモーメントを減じ、この減じら
れた後のモーメント値を、吊荷重がブームの枢着
支持点まわりに作用させるモーメントの腕長さで
除することによつて求める構成からなつており、
起伏シリンダのピストンロツドの歪みを基にして
ブームの枢着支持点まわりに作用するモーメント
を検出する点が開示されている。

しかし、上記構成の場合には、ピストンロツド
の歪みを検出するために、結局、前述のリフトシ
リンダの油圧を検出する場合と同様に、一定の高
位置または静止位置での測定が条件となつてお
り、バケツトローダのような走行式積込機におい
ては依然前記欠点を解消することはできない。

この発明は上記事情に鑑みてなされ、その主目
的は、バケツトおよび該バケツト積荷の動荷重の
影響を可及的になくすこと、および理論的に積荷
重心位置も含めた計測値で計算することにより、
該積荷の計量精度を大幅に向上させ得るようにし
た信頼性の高い荷役積載重量計測装置を提供する
にある。

この発明のまたの目的は、バケツトの高低位置
を問わずに該バケツト内の積荷重量を車輛走行中
においても高精度計測できる荷役積荷重量計測装
置を提供するにある。

この発明の他の目的は、バケツト積込作業性お
よび該作業管理等の向上に大きく寄与する荷役積
載重量計測装置を提供するにある。

この発明は上記目的を達成するために、 バケツトローダ等の走行式積込機におけるバケ
ツト内の積荷重量を自動計測する装置にして、 (a) バケツトヒンジピンを外嵌するベアリングの
外周に沿つて周方向に形成された溝部内、 バケツトヒンジピンを中空状としその内周面
に沿つて周方向に形成された溝部内、または、 リフトアームの先端側に形成された縦長スリ
ツトの端部内面、のいずれかに所定間隔に取着
されて上記ベアリング、中空のバケツトヒンジ
ピンもしくはリフトアームの引張りひずみと圧
縮ひずみを検出するストレンゲージと、 (b) バケツトの高さ位置を検出するセンサと、 (c) 該センサおよび上記ストレンゲージからの信
号を入力してバケツト内の積荷重量を算出する
演算手段とを備え、 (d) 前記引張りひずみおよびまたは圧縮ひずみに
基づいてバケツト内の正味積荷重量を自動計測
する、という技術的手段を講じている。

これにより、積荷重量がかかるバケツトヒン
ジピン、これを受けるベアリングまたはヒンジ
ピン近傍のリフトアームの歪みを、それら部材
に形成した溝またはスリツト内にストレンゲー
ジを取り付けて簡単な構成で且つ嵩ばることな
くそれぞれ検出するので、バケツトの一定の高
さ位置を条件としての測定や動荷重による影響
を受けることがなく正確に重量を計測すること
ができる。

以下、この発明の好適実施例を図面に基づいて
説明する。

まず、第１図において、１は荷役積込用のロー
タバケツトであり、その支持機構２は、先端部に
前記バケツト１がヒンジピンＰで枢支されて図示
省略のリフトシリンダで駆動されるリフトアーム
３と、バケツト１を図示省略のチルトシリンダに
連動させるためのチルトリンケージ４とを備えた
周知構成になつている。

ヒンジピンＰは第２図で一層詳細な如くリフト
アーム３先端のピン孔にベアリング５を介して貫
挿されている。

ベアリング５の端部外周には断面半円弧状の環
状溝６が設けてある。

この環状溝６の円弧底面には、第３図と第４図
で更に一層詳細な如く該溝幅方向に定間隔で隣合
い且つ溝周り方向にも定間隔で列する複数のスト
レンゲージＡ１，Ｂ１〜Ａ４，Ｂ４のそれぞれが
張り付けてある。

これらのストレンゲージは、バケツト１の自重
と該バケツト内の積荷荷量とに起因したベアリン
グ５のひずみ量を検出する。

即ち、バケツト１が荷役を積込むと、該積荷重
量とバケツト自重との総荷重Ｗによつてベアリン
グ５の端部にはせん断力Ｆが作用し、これによつ
て該ベアリングの環状溝６の円弧底部には応力が
集中する。

このため、該溝６内におけるストレンゲージＡ
１〜Ａ４の列装域には引張ひずみが、かつストレ
ンゲージＢ１〜Ｂ４の列装域には圧縮ひずみがそ
れぞれ発生する。それらのひずみ量をそれぞれの
ストレンゲージＡ１〜Ａ４とＢ１〜Ｂ４が検出す
る。

これらのストレンゲージは第５図の如くＡ／Ｄ
変換器７を介して荷役重量演算手段８に検出値信
号を伝送する。

また、該手段８は前記ヒンジピンＰの高さ検出
用センサ９からの信号をも入力するようになつて
いる。該センサ９は、リフトシリンダのストロー
クまたはリフトアーム３の車体への取付ピン廻り
の回転角を検出して該ヒンジピンの高さを計測す
るようになつている。即ち、ヒンジピンＰは、バ
ケツトを保持するリンク機構により一定の軌跡で
回転するから、リフトシリンダのストロークまた
はヒンジピンＰ筋りの回転角を検出することによ
つてヒンジピンＰの高さに換算することができ
る。

かかる演算手段８はROM１０と出力機器１１
とを備えたマイクロコンピユータからなつてい
る。

ROM１０には、前記総荷重Ｗの演算式やその
他の必要データ等が予め記憶させてある。

即ち、第１図の如く積荷終了後のバケツト１を
一杯に引起した状態において、該バケツト自重と
積荷重量との総荷重ＷはヒンジピンＰとチルトリ
ンケージ４とで保持されている。

このため、第１図において、Ｆ，F₁，Ｗの関
係は次式で示される。即ち、バケツト１及び積荷
の重量Ｗは、ヒンジピンへの荷重Ｆとチルトリン
ケージ４への荷重F₁とからなつている。ここで、
（Ｆ……合成荷重、F₁……チルトリンケージ４に
かかる荷重、Ｗ……前述の総荷重、L₁……バケ
ツトヒンジピンＰとバケツト積荷重心との距離、
L₂……前記ヒンジピンＰとチルトリンケージ４
との距離、α，β，θ……角度）とする。

F₁・L₂＝Ｗ・L₁、Ｆ＝Ｆ＋Ｗ Ｗ＝Ｆ・cos（β−θ）−F₁cos（β−α） F₁＝Ｆsin（β−θ）／sin（β−α） ∴＝Ｆ〔cos（β−θ） −cos（β−α）sin（β−θ）／sin（β−α）〕
……(1) また、前記総荷重Ｗは次式によつて求めること
もできる。

Ｗ＝√²＋² ₁−2・₁（−）……(2) θ−α＝（β−α）−γ γ＝cos^-1F₁／Ｆsin（180＋α−β） 従つて、ROM１０には上記演算式(1)、(2)のい
ずれかが記憶される。

演算式(1)の場合、α角とβ角はヒンジピンＰの
高さで一義的に決まり、かつ、その高さは前述の
如くリフトシリンダのストロークまたはリフトア
ーム３の車体への取付部ピン廻りの回転角によつ
て計測できる。このため、前記合成荷重Ｆの値と
その作用方向（θ角）およびバケツトヒンジピン
Ｐの高さを計測すれば前記総荷重Ｗを求めること
ができる。

この場合のＦ値とθ角は前述のストレンゲージ
Ａ１，Ｂ１〜Ａ４，Ｂ４による歪計測の結果によ
つて求めることができる。

換言すると、合成荷重Ｆによつて前記ベアリン
グ５の端部に作用するせん断力の分布は第４図の
如く一定なため、該せん断力に起因してベアリン
グ端部の環状溝６の底部に生じる引張ひずみと圧
縮ひずみを、互に隣合うストレンゲージＡ１，Ｂ
１〜Ａ４，Ｂ４のそれぞれによつて計測すれば、
該計測結果より前記Ｆ値とθ角とを求め得る。

一方、演算式(2)の場合は、チルトリンケージ４
に作用する荷重F₁（チルトリンケージにストロン
ゲージを設け、またはチルトシリンダの油圧を計
測して求める）とバケツトヒンジピンＰに作用す
る合成荷重Ｆおよび該ヒンジピンの高さ（高さは
リフトシリンダのストロークまたはリフトアーム
の回転角により一義的に決まる）を計測すること
によつて前記総荷重Ｗを求め得る。

斯くして、ストレンゲージＡ１，Ｂ１〜Ａ４，
Ｂ４，F₁およびバケツトヒンジピン高さ検出セ
ンサ９からの信号を入力した演算手段８は、
ROM１０から演算式(1)または(2)を呼出し、該呼
出式に基づいた演算処理を行なつて総荷重Ｗを算
出すると同時に、この総荷重Ｗからバケツト１の
自重を減算することにより該バケツト内の正味積
荷重量を算出する。その結果の信号を出力機器１
１が入力することによつて、該機器は前記積荷重
量の表示と記録を行なう。

従つて、図示例の出力機器１１はデイジタル表
示器１１Ａとプリンタ１１Ｂとからなつている。

第６図および第７図の実施例では、中空なバケ
ツトヒンジピンP′を用い、該ヒンジピンの内周面
に断面半円弧状の環状内溝６′を設け、その溝底
部にストレンゲージＡ１，Ｂ１〜Ａ６，Ｂ６を張
り付けている。

この場合、環状内溝６′は、バケツト１に一体
のブラケツト１′のボス部とリフトアーム３のボ
ス部との相互間にてせん断力をうける中空ヒンジ
ピンＰの断面に沿つて該ピンの内周面に形成され
る。

一方、各ストレンゲージＡ１，Ｂ１〜Ａ６，Ｂ
６は、前実施例の場合と略同じ配列構成にして張
り付けられる。

この実施例の場合、第６図中に矢印Ｆ／２で示
すせん断力が作用すると、同図中における環状内
溝６′内のストレンゲージＢ１，Ａ４の張付部に
は引張ひずみが、かつ、これらは隣合うストレン
ゲージＡ１，Ｂ４の張付部には圧縮ひずみが発生
するため、それらのひずみを前記各ストレンゲー
ジＢ１，Ａ４とＡ１，Ｂ４のそれぞれが検出す
る。

それらの検出値信号を第５図中の演算手段８が
入力して演算処理することにより、前実施例の場
合と同じくバケツト１内の正味積荷重量が算出さ
れ、かつ、その表示と記録が遂行される。

第８図〜第１０図に示す更に別の実施例では、
リフトアーム３のひずみを検出するようにしてい
る。

この場合、リフトアーム３の先端側にヒンジピ
ンＰの近傍で縦方向に延在して上下端が半円弧状
に形成されたスリツト１２を設け、その半円弧面
に複数のストレンゲージＡ，Ｂ，Ｃを定間隔で張
付けている。

斯くして、リフトアーム３にスリツト１２の長
手方向へ沿つたせん断力（第９図中の矢印Ｆ／
２）が作用すると、ストレンゲージＡはその部分
に発生する圧縮ひずみを、かつストレンゲージＣ
はその部分に発生する引張ひずみをそれぞれ検出
する。

また、スリツト１２の幅方向に圧縮力（第９図
中の矢印F′／２）が作用した場合、或いは該圧縮
力と逆方向の引張力が作用した場合において、各
ストレンゲージＡ，Ｂ，Ｃの全ての部分に前者の
場合は圧縮ひずみが発生し、後者の場合は引張ひ
ずみが発生するので、各ストレンゲージは何れの
場合におけるひずみをも合成状態に検出する。

従つて、各ストレンゲージＡ，Ｂ，Ｃからの検
出信号を演算手段８に入力させれば、前実施例の
場合と同じくバケツト１内の正味積荷重量を自動
計測でき、その表示と記録をも遂行させ得る。

なお、上記実施例において、バケツトローダに
よるダンプトラツク等運搬機への総積込重量や積
込不足残量等を算出させることもできる。

この場合、第５図の演算手段８が備えた内部メ
モリに運搬機の最大積荷量を予め記憶設定してお
き、該演算手段８によつて、前述の如きバケツト
１内の正味積荷重量の算出と同時に該算出重量値
を前記最大積載量と比較演算させることにより、
その時点での運搬機に対する総積込重量または積
込残量を算出させればよい。その算出結果の総積
込重量または積込残量を演算手段８からの出力信
号で表示器１１Ａにデイジタル表示させれば、ロ
ーダオペレータが運搬機への荷役積込状況を即時
的に且つ正確に把握できる。

また、前記表示器１１Ａには、演算手段８から
の入力信号により、バケツト１内の荷役が運搬機
に対して過積載分の場合に点灯乃至点滅するラン
プ１１ａと、適正積載分の場合に点灯乃至点滅す
るランプ１１ｂと、未だ積載不足の場合に点灯乃
至点滅するランプ１１ｃとをそれぞれ色分けして
設けておけば、それらのランプ表示によつて運搬
機への過積荷を未然に防止できる。

第５図中の符号１３はローダの外部に装備され
て演算手段８からの信号で積込重量をデイジタル
表示させるための大型の外部表示器であり、これ
によりトラツクオペレータ等に積込重量を遠方か
らでも容易に確認させ得る。

同図中の符号１４は演算手段８の入力部にイン
ターフエースを介して接続されたキーボード等の
外部入力手段である。この手段によつて、運搬
機、例えばダンプトラツクの車輛識別番号や最大
積載屯数、運転手コード番号、顧客名、荷役品
名、荷役の比重および含水比等の各種データの設
定とプログラム制御、並びに荷役作業時や該作業
終了時などにおける必要データの呼出しとプリン
トアウト等を遂行させ得る。

以上、この発明では、バケツトの自重と積荷荷
量とに起因して該バケツトのヒンジ部またはその
近傍でリフトアームに発生するひずみを検出し、
そのひずみに基づいてバケツト内の正味積荷重量
を自動計測するようにしたので、バケツトや該バ
ケツト積荷の動荷重の影響を殆んど受けずに前記
積荷重量を正確に計測できる。

またストレンゲージは、バケツトヒンジピン、
これを受けるベアリングまたはヒンジピン近傍の
リフトアームのそれら部材に形成した溝またはス
リツト内に取り付けるので、簡単な構成で且つ嵩
ばることもないため外部からの衝撃を受けず検出
を行なうことができ信頼性が高い。

このため、バケツトの高低位置や車輛の走行・
停止等を問わずにバケツト積荷重量を高精度計測
でき、バケツト積込作業の能率アツプおよび作業
管理の向上等に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を説明するために例示したバ
ケツト装置の概略的側面図、第２図は同装置のヒ
ンジピン部分の拡大断面図、第３図は第２図のＡ
部拡大図、第４図は第２図の−線に沿う断面
図、第５図はバケツト積荷自動計測システムのブ
ロツク図、第６図はこの発明の他の実施例に係わ
るバケツトヒンジピンボス部の断面図、第７図は
第６図の−線に沿う断面図、第８図はこの発
明の更に別の実施例に係わるバケツトリフトアー
ムの部分的側面図、第９図は第８図のＢ部拡大
図、第１０図は第９図の−線矢視図である。 １はバケツト、３はリフトアーム、Ｐはバケツ
トヒンジピン、Ａ１，Ｂ１〜Ａ６，Ｂ６，Ａ〜Ｃ
はストレンゲージ、９はバケツト高さ検出セン
サ、８は演算手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バケツトローダ等の走行式積込機におけるバ
   ケツト内の積荷重量を自動計測する装置にして、 バケツトヒンジピンを外嵌するベアリングの外
   周に沿つて周方向に形成された溝部内、 バケツトヒンジピンを中空状としその内周面に
   沿つて周方向に形成された溝部内、または、 リフトアームの先端側に形成された縦長スリツ
   トの端部内面、のいずれかに所定間隔に取着され
   て上記ベアリング、中空のバケツトヒンジピンも
   しくはリフトアームの引張りひずみと圧縮ひずみ
   を検出するストレンゲージと、 バケツトの高さ位置を検出するセンサと、 該センサおよび上記ストレンゲージからの信号
   を入力してバケツト内の積荷重量を算出する演算
   手段とを備え、前記引張りひずみおよびまたは圧
   縮ひずみに基づいてバケツト内の正味積荷重量を
   自動計測することを特徴とする積載重量計測装
   置。 ２ バケツトヒンジピンを外嵌するベアリングの
   外周に沿つて周方向に形成された溝部およびバケ
   ツトヒンジピンを中空状としその内周面に沿つて
   周方向に形成された溝部がそれぞれ環状の溝であ
   つて断面半円弧状からなつていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の積載重量計測装
   置。 ３ リフトアームの先端側に形成された縦長スリ
   ツトが上下端を半円弧面とするスリツトからなつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の積載重量計測装置。 ４ バケツトの高さ位置を検出するセンサが、バ
   ケツト昇降駆動用のリフトシリンダのストローク
   またはリフトアームのヒンジピン廻りの回転角を
   検出するセンサからなつていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の積載重量計測装置。 ５ 演算手段は、バケツト積荷の正味重量算出値
   を表示および記録させるための出力機器を備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の積載重量計測装置。