로드 셀의 하중 적용 – 사용자를 위한 팁

로드 셀에 정확한 하중을 적용하는 것은 정밀한 중량 계측 결과를 위한 전제조건입니다. 하중 방향이거나 지지 구조물이거나 장착 보조도구이건 간에 하중 적용은 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다.

로드 셀과 계측되는 하중 사이 및 로드 셀과 그 접촉 표면 사이의 접촉점뿐만 아니라 로드 셀의 하중 적용점에 특히 주의해야 합니다.

로드 셀의 지정된 계측 방향에 작용하지 않는 하중 구성요소는 계측 결과를 왜곡하게 되며, 로드 셀의 작동 수명을 단축시킬 수 있습니다.

로드 셀은 명시된 하중 방향에서만 사용되어야 합니다. 하중 방향은 화살표를 통해 대부분의 HBM 로드 셀에서 확인됩니다. 일부 로드 셀(예: Z6, Z7 및 HLC)에서, ±하중 적용은 이러한 하중 축을 관찰할 때 또한 무역법에 맞지 않는 스케일 배치에 있어서도 가능합니다.

횡력 및 굽힘 또는 비틀림 모멘트를 가능한 피해야 합니다. 아래 그림은 다이어그램에서 부정확한 하중 적용의 일부 선별된 예시뿐만 아니라 로드 셀의 정확한 하중 적용(a) 또한 보여주고 있습니다.

로드셀 배치상의 지지 구조물

압축 하중 적용을 위한 로드 셀은 레벨 로드-베어링 지지 구조물상의 베이스에 고정되어 있어야 합니다. 이 표면이 하중에 의해 변형되어서는 안 됩니다. 로드 셀의 베이스에서 지지 구조물까지 하중이 고르게 전달되도록 하기 위해, 로드 셀은 단단한 베이스 판에 고정되어 있어야 합니다. 예를 들어 로드 셀이 주로 벨트를 통해 지지된 단면 빔에 고정되어 있다면 로드 셀을 베이스 판에 고정할 것이 긴급하게 요구됩니다. 로드 셀의 지지 구조물은 하중에 대응되는 지지력을 적용할 수 있어야 합니다.

지지 구조물이 일정 상황 하에 하중의 영향으로 심하게 변형될 수 있다고 하더라도, 안전 유지가 완벽하게 보장됩니다.

이러한 변형으로 인해 동시에 지지물이 낮아질 수도 있습니다. 지지물이 실제로 낮아진다면, 비례 하중 분배 및 횡력 상의 변경을 초래하는 기울어짐을 피할 수 있도록 모든 지지물에 대해 동일한 정도의 하중이 가해져야 합니다.

일반적으로 견고한 디자인이 유연한 것보다는 지지 구조물에 더 잘 맞습니다. 유연한 디자인은 모든 지지물을 낮추는 것조차 어렵게 만듭니다. 장력이 전체 구조물을 통해서 존재할 수도 있습니다.

로드 셀용 장착 보조도구

탱크나 모니터링 레벨의 중량을 계측할 때, 이와 연관된 열 팽창 및 횡적 이동은 탱크 및 지지 구조물 모두에 대해 반드시 고려되어야 합니다. 견고하게 설치하게 되면 이러한 이동을 방지할 수 있으며, 결국에 계측 결과를 왜곡하기에 충분한 횡력을 유도하게 됩니다. 로드 셀은 이러한 영향에 의해 가끔씩 손상되거나 심지어 파괴되기까지 합니다. 유사한 결과가 비틀림 모멘트 및 횡력 구성요소에 의해 가로 놓인 로드를 유도하는 결과를 초래할 수 있습니다. 이러한 예로는 각도에 도입된 편심 하중 적용 또는 편심력을 들 수 있습니다. 이에 따라, 확실하게 열 팽창 또는 기타 소스로부터 초래되는 횡력을 고려하거나 여전히 배제하도록 설치 형태를 선택해야 합니다.

이러한 목적으로 사용되고 여기에 설명된 요소들은 각기 탱크 형태에 따라 문제에 대한 특정 솔루션을 제공하고 있습니다. 장착 보조도구는 로드 셀에 대한 설치 지침을 확실히 준수하는데 도움이 됩니다. 외란(disturbance variables)을 제거하기 위한 강조점은 적용-특정 접근이 요구되는 각 강조점과 이례적으로 다릅니다. 결국, 제품에 대한 상세한 지식이 있는 디자인 엔지니어는 개별 외란(disturbance variable)의 가중치를 결정하게 됩니다. 로드 셀의 서로 다른 모델과 함께 하중을 도입하는 광범위한 옵션뿐만 아니라 다양한 유형의 장착 보조도구 또한 활용 가능합니다.

탄성체 베어링

탄성체 베어링은 전형적으로 많은 강판과 고무 레이어를 포함하고 있는데, 이 고무 레이어는 서로 상부에 배치되고 경화(vulcanization)를 통해 서로 연결되어 있습니다. 평행을 유지하는 한편 상부와 하부의 각각의 방향으로 상하부 하중 적용 표면을 이동시키는데 적은 힘을 적용할 수 있습니다. 이로 인해, 로드 셀의 하부 판에 추가 중량 힘을 이동시키는 효과 없이 횡력을 도입할 때 상부 베어링 판을 구부러지게 하는 것이 가능합니다. 이러한 방식으로, 탱크와 로드 셀 사이에 최대 15mm의 수평 편향(horizontal deflection)을 달성할 수 있습니다. 이 편향은 탄성체 베어링에 의해 허용되지만, 최대 편향은 중량 계측 정확도가 눈에 띄게 감소하는 결과를 초래합니다.

편향이 발생하면, 복원력은 동시에 탱크를 원 위치로 돌려 놓도록 발달합니다. 이 힘은 편향에 비례적으로, 또한 하중과는 상관 없이 작용하게 됩니다. 탄성체 베어링 유형에 따라, 최대 800N의 힘이 적용될 수 있습니다. 이 베어링은 최대1.7°의 기울기에 위치한 탱크에 대해 보상하고 있습니다.

특히 충격 하중, 진동 및 기타 외부로 유입된 진동의 경우에, 탄성체 베어링의 감쇠 효과가 이로운 것으로 입증되었습니다. 탄성체 베어링은 탱크와 로드 셀 사이의 의도하지 않은 열 전달을 최소화하는 레이어 구조와 함께 그 디자인의 결과로서 또한 열을 절연시키고 있습니다.

횡방향 편향은 단부 멈춤부(end stop)를 제공하여 단순하게 제한될 수 있습니다. 연결 요소를 사용할 필요가 전혀 없습니다.

주의
중량 계측을 진행 중인 탱크가 연결되었을 때, 탄성체 베어링은 최대 용량이 적용되면 약 1mm 정도 짧아집니다. 이 현상은 로드 셀 자체를 실제로 대체하는 것보다 상당히 더 크며, 그레이브 계측 오류(grave measurement errors)로 이어질 수 있습니다.

전형적인 지선 로드(stay rod) 억제가 사용되지 않는다 하더라도, 특히 중력 중심이 적합하지 않은 위치에 있다면 탱크를 제 위치에 고정하는 예방책을 고려해야 합니다. 탄성체 베어링은 탱크 중량 계측에 사용할 값싼 부품입니다. 디자인 측면에서 사용하기 쉬우며, 정확도 요구사항을 완화시키는데 적합합니다.

진자 로드 셀

자동 조심형(self-centering) 진자 로드 셀

이러한 로드 셀은 하중이 횡 변위(lateral displacement, 기울기)로 유도될 때 자동적으로 원 위치로 상부 구조를 돌려놓도록 유도합니다. 이러한 과정에서는 잘 알려진 물리학 원리인 안정적 평형 상태를 활용하게 됩니다. 진자의 본체로 작용하게 되는 로드 셀에는 로드 셀의 높이보다 더 큰 총 굽힘 반경을 포함하는 하중 적용 표면이 있습니다. 따라서, 편향으로 인해 하중이 높아지며, 이는 차례로 하중을 원 위치로 되돌리게 됩니다.

데이터에 명시된 최대 허용 가능한 편향(예: C16/40t 타입의 경우 최대 13mm/5°)이 절대 초과 되어서는 안 됩니다. 초과된다면, 로드 셀이나 하중 적용점을 손상시킬 수 있습니다. 이 문제는 상부 구조의 적합하고 조정 가능한 멈춤부(stop)로 쉽게 해결될 수 있습니다. 하지만, 대부분의 경우에, 이러한 설치 상황에서 지선 로드를 사용할 필요가 있게 됩니다.

두 개의 HBM 스러스트 피스(한 개는 상부에, 한 개는 하부에 위치)는 비싸지 않고, 설치하기 쉬우며, 이 목적에도 적합합니다. 회전 멈춤부는 물체 자체 축 주위의 허용될 수 없는 회전 움직임을 방지합니다.

자동 조심형 HBM C16 로드 셀은 20t ~ 200t의 최대 용량을 보이는 진자 로드 셀로서 현재 활용 가능합니다. 높은 정확도 요구사항을 완화하는데 적합합니다.

진자 베어링 및 진자 지지물

진자 베어링과 진자 지지물은 빔 프로파일(beam profile) 및 C-유형의 프로파일이 있는 표준 로드 셀이 자동 조심형 로드 셀의 속성과 유사한 속성을 달성할 수 있게 만들어 줍니다. 진자 베어링 장착 부품의 디자인은 확연한 계측 오류 없이 약 3°의 편향을 허용합니다. 따라서, 지지점의 횡 변위는 한계 내에서 가능합니다. ZPL 진자 베어링이 대개 두 개의 스러스트 피스와 한 개의 실린더 피스로 구성되는 한편, 한 개의 실린더 피스와 한 개의 EPO3 스러스트 피스는 ZPS 진자 지지물에서 관련 기능을 실행하게 됩니다.

진자 베어링이 편향되었을 때, 하중은 원 위치에 비해 약간 상승됩니다. 여기서 시스템을 원 위치로 되돌려 놓은 복원력(restoring force)이 생성됩니다. 따라서 진자 베어링과 진자 지지물은 자동 조심형으로서 고려될 수 있습니다. 진자 베어링과 진자 지지물은 설치 동안 장착 보조도구로서 사용될 때 다루기가 쉽습니다. 측지선 로드(lateral stay rod)는 제 위치에서 플랫폼을 억제할 필요가 없습니다. 하지만, 단부 멈춤부로 횡방향 편향을 제한하는 것이 권장됩니다. 지선 로드는 교반기가 있는 탱크를 언제나 억제시켜야 합니다. 탄성체 베어링 사용에 관하여 이전에 언급하였듯이, 안전상의 이유로 탱크가 높아지거나 뒤집어지지 않도록 보호되어야 합니다.


ZPS 포함 C2A	ZPL 포함 Z7

로딩 풋(Loading foot)

로딩 풋(loading foot)은 플랫폼 스케일 셋업(platform scale setup)과 함께 사용될 때 HBM 시리즈 HLC 로드 셀에 특히 유용합니다. 이 하중은 로커 핀을 통해 도입됩니다. 핀의 이동성 덕분에 서로 다른 하중 적용 상태를 위한 보상에 대한 움직임과 스케일의 온도 변화가 가능합니다. 하중은 조정 가능한 높이에서 도입될 수 있으며, 이 덕분에 플랫폼이 장착되는 동안 플랫폼의 높이를 조정하기가 쉽고 효과적이 됩니다. 다른 억제나 장착 요소가 전혀 필요하지 않습니다. 로드 풋 덕분에 이러한 유형의 플랫폼 스케일에 대한 매우 평평하고 단순한 디자인이 가능해집니다. 위에 서술한 속성으로 인해, 이러한 유형의 시스템은 스케일의 설치 위치가 변경되기 쉬울 때 종종 사용됩니다.

추가 디자인 부품

콘 및 코니칼 팬

전형적인 스케일 제조에서는 기계적 스케일로 극도로 높은 정밀도를 달성할 수 있었습니다. „콘“ 및 „코니칼 팬“뿐만 아니라 하이브리드 스케일용 장착 보조도구인 „커터 및 블레이드“는 개별 로드 셀에서 이러한 입증된 기능을 유도하는데 사용될 수 있습니다.

이러한 장착 보조도구는 높아진 정확도 요구사항으로 무역법상 맞는 범위에서 중량 계측 기술을 특히 적용하는데 제공됩니다. 동적 하중 적용이나

폴드 백 암

폴드 백 암(fold-back arm)은 이중 굽힘 빔 포맷에서 로드 셀과 함께 사용됩니다. 폴드 백 암은 피치선의 인장력 또는 압축력을 포함하는 모멘트가 없는 하중 적용을 허용하게 됩니다. 가능한 용도로는 일반적으로 플랫폼 내 하나의 로드 셀만을 포함하거나 부유 하중(suspended load)을 위해 양쪽에 배치된 너클 아이와 함께 적용되는 것으로 제한되어 있습니다.

너클 아이

너클 아이는 준정적(quasi-static) 인장 하중(하중 주기 = 10Hz)으로 사용하기에 적합합니다. 이 연결에서 나머지 부분은 일반적으로 포크 피스(fork piece)로 만들어졌습니다. 유연한 장력 바(tension bar)는 더 높은 주파수를 보이는 동적 하중에 사용되어야 합니다.
그림 4-10의 표가 관련 로드 셀에 활용 가능한 대응되는 장착 보조도구 및 부속 부품에 대한 사용자의 선택을 단순화할 수 있도록 제시되었습니다. 추가 정보를 위해 기타 새로운 부품에 관한 HBM의 최신 제품 정보를 권장해 드립니다.

고정 베어링 및 로커 베어링

모든 탱크 브래킷이 로드 셀에 놓여 있지 않다면, 고정 또는 로커 베어링이 대신 사용됩니다. 고정 베어링이 사용된다면, 기성 부품이 일정 크기까지 사용될 수 있습니다. 도해에서는 스트러트로 맞춘 이중 T 캐리어로 구성되는 HBM에서 납품한 고정 베어링을 보여주고 있습니다. 스트러트는 규정된 굽힘 존(bendigng zone)을 만들어냅니다. 고정 베어링은 수평 방향에서 또한 탱크를 억제하는데, 이 덕분에 연계 요소를 없애는 것이 가능합니다. 고정 베어링의 굽힘 존이 로드 셀의 변위를 통해 약간 상승될 수 있으며, 이는 계측 신호의 왜곡을 초래하게 됩니다. 하지만, 이러한 왜곡은 규정된 중량으로 조정하여 상당히 감소될 수 있습니다.

HBM 장착 보조도구 및 부속품의 개요

HBM 고정 베어링

계측 신호의 왜곡은 실질적으로 로커 베어링의 경우에는 없는데, 그 이유는 이러한 경우에, 작은 구름 마찰(rolling friction)만이 굽힘 응력(⇒) 대신에 존재하기 때문입니다. 하지만, 연계 요소가 결국 적용에 따라 필요할 수 있도록 로커 베어링의 수평 억제가 고정 베어링보다 확연하게 적습니다. 실제적으로, 로커 베어링의 유연한 탄성 커버는 이와 관련된 로커 기능상의 가능한 저하(degradation)와 오염을 방지하는데 효과적인 것으로 입증되었습니다.

정확도 요구사항이 높지 않고 탱크에서 중력 중심의 위치가 수평으로만 변경된다면 고정 베어링과 로커 베어링이 권장됩니다. 이는 주로 액체 및 프리-플로잉(free-flowing) 매개물에 대해서는 불변의 사실입니다.

Example of a rocker bearing

로커 베어링 예시

탱크 억제(Tank Restraints

멈춤부

탱크 계량기 셋업의 디자인은 로드 셀에 기초하고 있으며, 이 로드 셀은 적정한 장착 보조도구의 수단을 통해 이동이 가능하거나 자체로 이동 가능합니다. 로드 셀의 기계적 원리에 따라, 장착 보조도구는 다소 자동 조심 또는 자체 복원이 됩니다. 이것은 기계적 멈춤부만이 최대 허용 가능한 횡 변위의 일정 거리에 필요하다는 것을 의미합니다. 고무 패드뿐만 아니라 각 멈춤부(angle stop)는 이러한 경우에 효과적인 것으로 증명되었습니다.

Stops

멈춤부

리프트오프 방지 장치

탱크 중력 중심이 지지점 위에 있고 바람이나 기타 외부 힘의 영향이 배제될 수 있다면, 탱크는 티핑(tipping)이나 리프팅에서 보호되어야 합니다.

이차 레벨의 멈춤부나 특수 리프트오프 방지 장치를 통해서 탱크를 보호할 수 있습니다. 예를 들어, 지지점 부근에서 사용되는 수직 스레디드 로드(threaded rod)를 통해 리프트오프 방지 장치를 실행할 수 있습니다. 스레디드 로드는 접촉 없이 탱크 쪽의 풋(foot)에서 홀(hole)을 통해 유도됩니다. 이러한 경우에, 지지물과 탱크 브래킷 사이의 최대 거리는 스레디드 로드에서 발견된 너트(nut)에 의해 결정됩니다. 탱크 브래킷 홀의 크기 덕분에 또한 최대 횡 변위를 억제하는 것이 가능합니다.

Anti-liftoff device

리프트오프 방지 장치

지선 로드

자동 복원이 되지 않는 베어링이 사용될 때, 지선 로드를 탱크 억제에 사용할 것이 권장됩니다. 지선 로드는 외부의 적용된 힘을 받도록 치수를 재고 정렬되어야 하지만, 탱크 움직임에 대조적으로 가장 적은 힘만을 적용하게 됩니다.

다음 포맷들은 지선 로드에 대해 효과적인 것으로 입증되었습니다:

텐셔닝 로프:

텐셔닝 로프는 수직 방향으로는 어떠한 힘도 전달하지 않으며, 이 덕분에 의도하지 않은 포스 션트를 방지하는데 탁월합니다.

텐셔닝 로프

지선 로드:

지선 로드는 횡력을 통해 세로 방향에서 인장 하중에 영향 받기 쉽습니다.

따라서, 두 개의 지선 로드는 완전한 억제가 확실히 되도록 각 축에 사용되어야 합니다.

지선 로드

플랫 지선 로드(flat stay rod):

플랫 지선 로드에서, 받게 된 횡 변위는 종력(longitudinal force)을 초래합니다. 수직 편향은 포스 션트로 이어지는 굽힘을 발생시킵니다. 하지만, 플랫 지선 로드는 유연한 굽힘 방향에서 굽혀지기 때문에, 큰 단면적이 양쪽의 클램핑으로 비틀린다면 그 효과는 비교적 적습니다. 조정할 때 발생하게 되는 포스 션트를 고려해야 합니다.

플랫 지선 로드

대칭 클램핑과 나사 연결(상하부)한 지선 로드를 클램핑 하는 것은 굽힘 거리가 반복된 하중 적용과 동일해 지도록 중량 계측 시스템의 동적 여자에 특히 권장됩니다.

볼트 지선 로드:

볼트 지선 로드는 수직 방향의 매우 적은 포스 션트에서만 발생합니다. 하지만, 지선 로드의 매우 적은 기울기라도 지선 로드에 클램핑 효과와 이에 따른 마찰력을 발생시킬 수 있으며, 이 마찰력은 수직 포스 션트로 이어집니다. 따라서, 장착 시에 신중한 교정 작업(straightening work)이 요구됩니다. 탱크 억제 또한 설정되어야 하며, 그렇게 되면 발생되는 변위로 인해 볼트 지선 로드가 기울어지지 않게 됩니다.

볼트 지선 로드

로드 엔드 베어링이 있는 지선 로드:

로드 엔드 베어링이 있는 지선 로드는 실질적으로 볼트 지선 로드처럼 가동됩니다. 하지만, 피봇 조인트 베어링이 모든 면으로 자유롭게 이동하기 때문에, 기울어지지 않도록 해야 합니다. 설치하는 동안 요구되는 지선 로드의 수평 정렬 외에, 로드 엔드 베어링이 있는 이러한 지선 로드는 탱크 구축 시의 제조 및 설치 허용치에 영향을 받지 않습니다.
조인트가 움직이지 않게 되는 위험을 피하기 위해, 로드 엔드 베어링은 외부에서 사용된다면 반드시 보호되어야 합니다.