JP2013224216A - リクレーマ - Google Patents

Abstract

【課題】ブームの起伏手段に電動シリンダを用いても機械装置の損傷を回避可能としながら、ブームのスムーズな起伏動作を実現できるようにする。
【解決手段】走行手段を有する機体１１と、機体１１上に水平旋回可能に設けられた旋回台１２と、旋回台１２から延設され先端側にバケットホイル１５を有して起伏手段２０により起伏動作を行うブーム１３とを備えており、バケットホイル１５で積山を取り崩しながら払い出しを行うリクレーマ１Ａであって、その起伏手段２０は電動モータ２１ｃの駆動によりシリンダ部２１ａから突出したロッド部２１ｂを進退動作させて作動する電動シリンダ２１を有しており、インバータユニットを有した制御手段でその電動モータ２１ｃを駆動制御することにより起動時及び制動時のショックを軽減する、ことを特徴とするものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、水平旋回・起伏動作を行うブームを備えて石炭や鉱石等の積山を取り崩しながら払い出しを行うリクレーマに関するものである。

製鉄所に搬入される鉄鉱石、火力発電所に搬入される石炭、或いは貨物船に積に込まれる鉱石などのバラ物は、広大な面積を有する貯鉱場のヤード（置き場）にスタッカ等の搬入手段で積み上げられて貯蔵され、その後、先端に例えばバケットホイルのような採集手段を有して水平旋回・起伏動作可能なブームを備えたリクレーマで取り崩されて搬出されるのが一般的である。

このようなリクレーマには、特開２００２−３４７９４５号公報に記載されているように、搬出機能に加え搬入機能を有してスタッカを兼ねたもの（スタッカリクレーマ）もある。また、そのブーム先端側を上下動作させるための起伏手段としては、図４に示すもののように油圧ユニット３０で作動油を圧送されて作動する油圧シリンダ２２のシリンダ部２２ａから突出したロッド部２２ｂ先端側をブーム１３の基端側に接続したものが周知である。

このようにブーム１３の起伏手段に油圧を用いる理由としては、比較的小さな装置で大きな駆動力が得られること、起動・制動をショックレスに行えること、及び過大な荷重が作用した場合でも安全弁を作動させることで機械装置の損傷を比較的容易に回避できること、２本シリンダの場合に両シリンダの圧力同調が容易であること等が挙げられる。

しかし、油圧式の起伏手段は電動式のものと比較して、エネルギー効率が低いこと、駆動時の騒音が大きいこと、作動油の管理や廃油処理が必要になること等の難点があるため、近年の環境意識の高まりも相俟って起伏手段の駆動方式に従来の油圧に代わるものの開発が望まれている。

そこで、ブームの起伏手段として油圧シリンダの代わりにボールネジを使用した電動モータ作動式の電動シリンダを用いることが考えられる。しかし、この電動シリンダは搬入機能のみを有したスタッカにおいて採用例があるものの、ブーム先端に例えばバケットホイル等の採集手段を備えたリクレーマ（スタッカリクレーマを含む）においては、掘削衝撃や積山崩落による大きな衝撃荷重が先端に備えた採集手段にかかることがあり、安全弁が機能する油圧方式とは異なり機械装置の損傷を招きやすいものとなる。

また、電動シリンダを用いた場合には油圧シリンダを用いる場合と比べて、起動・制動時のショックが大きいこと、過荷重の検出が困難であること、シリンダ２本式の場合にシリンダ動作の同調が困難であることも問題となりやすい。そのため、リクレーマにおける油圧シリンダの採用例は見られないのが現状である。

特開２００２−３４７９４５号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、ブームの起伏手段に電動
シリンダを用いても、機械装置の損傷を回避可能としながらブームのスムーズな起伏動作を実現できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、走行手段を有する機体と、この機体上に水平旋回可能に設けられた旋回台と、この旋回台から延設され先端側に例えばバケットホイルのような採集手段を有して所定の起伏手段により起伏動作を行うブームとを備えて、採集手段で積山を取り崩しながら払い出しを行うリクレーマにおいて、その起伏手段は各電動モータの駆動によりシリンダ部から突出したロッド部を進退動作させて作動する並列配置された２本の電動シリンダを有しており、インバータユニットを有した制御手段でその各電動モータを駆動制御することにより起動時及び制動時のショックを軽減する、ことを特徴とするものとした。

このように、リクレーマにおけるブームの起伏動作を油圧シリンダの代わりに電動シリンダで行うようにしたことで、エネルギー効率に優れるとともに廃油の問題も解消可能なものとなるが、これに加えて電動シリンダの動作がインバータユニットを介して制御されて起動時及び制動時のショックが軽減されるものとしたことにより、スムーズなブームの起伏動作が実現されるものとなる。

また、このリクレーマにおいて、各電動シリンダの基端側にはピン型荷重検出手段が取
付けピンとして配設されており、このピン型荷重検出手段による検出信号を基にして制御
手段が各電動シリンダの過荷重状態を検知可能とされ、所定の過荷重状態を検知すること
で各電動モータの駆動を停止する、ことを特徴としたものとすれば、起伏動作時及び起伏
停止時の両方で各電動シリンダの過荷重を検知してシリンダの作動を停止することにより
機械装置の損傷を回避しやすいものとなる。

さらに、上述したリクレーマにおいて、各電動シリンダに所定レベル以上の負荷が加わ
った場合に、各電動モータの駆動力をロッド部の進退動作に変換する経路の途中で動力伝
達を切断することによりロッド部を退縮させる、機械式ブレーキが配設されていることを
特徴としたものとすれば、採取作業中に先端に備えた採集手段に大きな負荷が加わりシリ
ンダに過荷重が作用した場合でも、前記機械式ブレーキが動力伝達経路の途中で接続を切
断してロッド部の退縮動作を許容することで機械装置の損傷を回避することができる。

さらにまた、上述したリクレーマにおいて、その起伏手段は並列配置された２本の電動
シリンダを有しており、且つ、両電動シリンダ間に架設されてシリンダ動作を同調させる
同調軸を有している、ことを特徴としたものとすれば、スムーズなブームの起伏動作が確
保されやすいとともに、前記電動シリンダのブレーキのうち、いずれか一方を常用ブレー
キ、他方を非常ブレーキとして、非常ブレーキを通常は開放状態としておき前記非常ブレーキは前記ブームの角度が急激に変化した場合等の逸走状態を検出した場合にのみ、作動させるようにすれば、一方の電動シリンダが作動不能となっても片肺運転が行えるものとなる。

インバータ制御の電動シリンダで起動時及び制動時のショックを軽減しながらブームを起伏させるものとした本発明によると、ブームの起伏手段に電動シリンダを用いても、機械装置の損傷を回避可能としながらブームのスムーズな起伏動作を実現できるものである。

本実施の形態のリクレーマの側面図である。 本発明における実施の形態であるリクレーマのブームの起伏手段の構成を説明するための模式化した部分縦断面図である。 （Ａ）は図２のリクレーマのブーム基端側を拡大した部分側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ―Ｘ線に沿う断面図である。 従来例によるリクレーマのブームの起伏手段の構成を説明するための模式化した部分縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明において、リクレーマには通常の搬出機能に加えて搬入機能を発揮することのできる、所謂スタッカリクレーマも含むものとする。

図１は、本実施の形態のリクレーマ１Ａの側面図を示しており、図２はリクレーマ１Ａにおけるブーム１３の起伏手段２０の構成を説明するための模式化した部分縦断面図を示している。このリクレーマ１Ａは、通常のリクレーマとしての積付山の取り崩し・払い出し機能に加え、スタッカとしての搬入・積付け機能を備えたものであり、貯鉱場等のヤードにおいて搬入コンベヤ・搬出コンベヤに平行して敷設した軌条上を往復走行可能に配置されるものである。

斯かるリクレーマ１Ａは、軌条上に車輪を載せて所定の動力で走行する機体１１と、機体１１上で所定の動力により水平旋回する旋回台１２と、この旋回台１２から延設され先端側に所定の動力で回転するバケットホイルからなる採集手段１５を有して水平旋回・起伏動作を行うブーム１３を備えており、以上の構成は上述した従来例のリクレーマとも共通した周知の構成である。

そして、本発明においては、図２に示すようにブーム１３の起伏動作を行うための起伏手段２０が、油圧シリンダの代わりに並列配置した２本の電動シリンダ２１，２１を備えている点を特徴としている。この電動シリンダ２１，２１は、各電動モータ２１ｃの駆動によりボールネジを回動させることでシリンダ部２１ａからロッド部２１ｂを進退動作させて作動するようになっている。

しかし、上述したように、電動シリンダをブームの起伏手段に用いる場合には、緩衝作用のある油圧シリンダとは異なり、起動時及び制動時にショックを伴うことが問題とされていた。そこで、本発明においては、その電動シリンダ２１，２１を作動させる各電動モータ２１ｃの駆動を、図示しないインバータユニットを有した制御手段で制御する構成として起動時及び制動時のショックを軽減するものとしており、ブーム１３のスムーズな起伏動作を実現可能としている。

また、電動シリンダ２１，２１の基端部を各々旋回台１２側に連結するための取付けピンが、ピン型荷重検出手段としてのロードセル２１ｄとなっており、電動シリンダ２１にかかっている荷重の検出信号を出力することにより、電動シリンダ２１の過荷重状態を検知可能とされ、所定レベル以上の荷重を検知した電動シリンダ２１，２１の制御手段が各電動モータ２１ｃの駆動を停止するようになっており、ブーム１３先端側に下向きの過大な荷重がかかった場合でも、機械装置の損傷を回避しやすいものとなっている。

さらに、電動シリンダ２１，２１には所定レベル以上の負荷が加わった場合に、電動モータ２１ｃの駆動力をロッド部２１ｂの進退動作に変換する動力伝達経路の途中で接続を切断してロッド部２１ｂを退縮させる機能を有した機械式のブレーキ２１ｅが各々配設されている。即ち、ロッド部２１ｂ基端側のボールネジに対し直角に設けられて所定のギヤを介しこれを回動させる入力軸（図示せず）と電動モータ２１ｃの駆動軸（図示せず）との間に設けたブレーキ２１ｅが、所定レベル以上の加重が加わることによりスリップして前記入力軸と電動モータ２１ｃの駆動軸との回動方向の接続を切断し、ロッド部２１ｂの退縮動作を許容するようになっている。これにより、採取作業中に積山の崩落等でブーム
１３の先端に備えた採集手段１５に大きな負荷が加わって電動シリンダ２１に過加重が作用した場合でも、油圧シリンダにおける安全弁と同様の機能を発揮して機械装置の損傷を回避しやすいものとなっている。

本実施の形態のリクレーマ１Ａでは、そのブーム１３の起伏手段２０として２本の電動シリンダ２１，２１が並列配置された場合を説明したが、シリンダ１本式のものでも同様である。尚、電動シリンダ２１が２本並列配置されている関係で、電動シリンダ２１，２１間にこれらの動作を同調させる自在接手等の同調軸２３が架設されており、ブーム１３のスムーズな起伏動作を確保しやすいものとしている。また、このような構成としたことで、一方の電動シリンダ２１が作動不能となっても片肺運転が実施できるようになっている。

以下に、図２及び図３を参照しながら本実施の形態による具体的な作動例を詳細に説明する。例えば、通常荷重をＰとして過荷重のＰＯＬを１．５Ｐとし、ブレーキ２１ｅの設定を１．５Ｐとした場合は、制御手段がロードセル２１ｄでＰを超えたことを検知することにより電動モータ２１ｃの駆動を停止する。そして、ＰＯＬ（１．５Ｐ）となったことで機械式のブレーキ２１ｅがスリップし始め、ロッド部２１ｂが縮む（荷重方向が反転した場合も同様）。

バケットホイル１５で採集中に過負荷になった場合（起伏動作なし）は、Ｐを超過してＰＯＬになるとブレーキ２１ｅがスリップをし始め、ロッド部２１ｂが縮む。尚、採集部の掘削衝撃や積山の崩落は瞬間的又は短時間であるため、機械装置の保護としてはこれで充分対応できる。

そして、大型のスタッカリクレーマの場合や、起伏手段の電動シリンダが故障しても臨時的に片肺運転を行えるようにする場合、電動シリンダを２本並列配置する方式が採用されるのが通常である。このケースでは、図２，図３（Ｂ）に示すように、各々電動モータ２１ｃ、ブレーキ２１ｅを有した２本の電動シリンダ２１，２１をブーム１３基端部の両側に並列的に取付け、左右の電動シリンダ２１を自在接手等の同調軸２３で連結することにより、電動シリンダ２１，２１は互いに同調（同期）しながら作動するようになっている。

この場合、通常時は２本の電動シリンダ２１，２１にてブーム１３を支持している関係で、各ブレーキ２１ｅの能力ＰＢは通常荷重Ｐを上回ればよい（一般的にはＰの１５０％：ＰＢ＝１．５Ｐ）。しかしながら、仮に一方の電動シリンダ２１が故障し、片肺運転が必要となった場合、残りのシリンダ部２１には２本分の荷重がかかることになり、ＰＢ＝１．５Ｐではブレーキ力が不足する。

そのため、各ブレーキ２１ｅの設定は２Ｐ×１．５＝３Ｐとする必要がある。このような設定とした場合、通常運転時のブレーキ力は２Ｐの荷重に対し６Ｐとなり、３倍のブレーキ力になってしまう。するとブレーキ力が過大になってしまうため、電動シリンダ２１，２１に過負荷が作用した場合に、前述のように１５０％でブレーキがスリップしないことになるため、フレーム強度を過剰に強く設計する必要が生じる。

その解決方法として、電動シリンダ２１，２１のブレーキ２１ｅ，２１ｅのうち、いずれか一方を常用ブレーキ、他方を非常ブレーキとして、非常ブレーキを通常は開放状態としておくことが考えられる。そして、非常ブレーキはブーム１３の角度が急激に変化した場合等の逸走状態を検出した場合にのみ、作動させるようにすればよい。これにより、過荷重が作用した場合であっても、前述の１本シリンダの場合と同様に、ブレーキ２１ｅはＰの１５０％でスリップすることになり、適切な機械装置の保護が可能なものとなる。

以上、述べたように、本発明により、ブームの起伏手段に電動シリンダを用いても、機械装置の損傷を回避しながらブームのスムーズな起伏動作を実現できるようになった。

１Ａ リクレーマ、１１ 機体、１２ 旋回台、１３ ブーム、１５ 採集手段、２０
起伏手段、２１ 電動シリンダ、２１ａ シリンダ部、２１ｂ ロッド部、２１ｃ 電動モータ、２１ｄ ロードセル、２１ｅ ブレーキ、２３ 同調軸

Claims (3)

1. 走行手段を有する機体と、該機体上に水平旋回可能に設けられた旋回台と、該旋回台から延設され先端側に採集手段を有して所定の起伏手段により起伏動作を行うブームとを備えて、前記採集手段で積山を取り崩しながら払い出しを行うリクレーマにおいて、前記起伏手段は各電動モータの駆動によりシリンダ部から突出したロッド部を進退動作させて作動する並列配置された２本の電動シリンダを有しており、
   前記各電動シリンダに所定レベル以上の負荷が加わった場合に、電動モータの駆動力をロッド部の進退動作に変換する経路の途中で動力の伝達を切断することによりロッド部を退縮させるブレーキが配設され、
   前記電動シリンダのブレーキのうち、いずれか一方を常用ブレーキ、他方を非常ブレーキとして、非常ブレーキを通常は開放状態としておき前記非常ブレーキは前記ブームの角度が急激に変化した場合の逸走状態を検出した場合にのみ、作動させるようにしたことを特徴とするリクレーマ。
2. 前記各電動シリンダの基端側には、ピン型荷重検出手段が取付けピンとして配設されており、前記ピン型荷重検出手段による検出信号を基にして前記制御手段が前記各電動シリンダの過荷重状態を検知可能とされ、前記各電動シリンダには前記各電動シリンダの過荷重状態を検知したときに前記各電動モータの駆動力をロッド部の進退動作に変換する動力伝達経路の途中で接続を切断してロッド部を退縮させる機能を有した機械式のブレーキが配設されていることを特徴とする請求項１に記載したリクレーマ。
3. 前記起伏手段は、並列配置された２本の前記電動シリンダを有しており、且つ、前記両電動シリンダ間に架設されてシリンダ動作を同調させる同調軸を有している、ことを特徴とする請求項１または２に記載したリクレーマ。