JP2014005648A - 堆積物処理装置及び堆積物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】堆積物処理装置の作業具と装置本体を近接配置することで装置の小型・軽量化が図れ、かつ、装置全長を短くすることで狭隘空間での作業性も向上させる。
【解決手段】製鉄用原料を運搬するベルトコンベア１１の下方空間１８に進入可能な高さＨを有し、ベルトコンベア１１から落下した製鉄用原料の堆積物を処理する堆積物処理装置１において、装置本体２と、装置本体２の前方に配置される作業具４と、装置本体２の幅方向両側に設けられる一対の走行体と３、３、装置本体２に対して回動可能に設けられ、装置本体２と作業具４を連結する一対のアーム５１、５１とを備える。一対のアーム５１、５１は、一対の走行体３、３の外側に、装置本体２の長さ方向に沿って配置される。アーム５１の後端は、アーム回動軸５２により装置本体２の幅方向の側面に対して回動可能に連結されており、アーム回動軸５２は、装置本体２の重心位置よりも後方に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、低床型ベルトコンベア下における堆積物の除去処理に適した堆積物処理装置及び堆積物処理方法に関する。

従来、製鉄所等において、製鉄用原料（鉱石、石炭、コークス、副原料等）を運搬するベルトコンベアから地上に落下して堆積した堆積物を除去するために、ブルドーザやパワーショベル等の一般的な重機をそのまま、或いは若干改造して使用してきた。しかし、地上からベルトコンベア底部まで高さが例えば５００ｍｍ以下の低床型ベルトコンベアの下で堆積物を取り除くためには、一般的な重機を使用することはできない。このため、当該低床型ベルトコンベアの下に作業員が潜り込み、人手で堆積物の除去作業を行っていた。かかる人力による除去作業は、いわゆる３Ｋ（きつい、汚い、危険）作業であるので、作業員の確保困難であり、安全性や作業効率にも問題があった。

そこで、人力に頼らずに低床型ベルトコンベア下において堆積物の除去作業を行うために、例えば特許文献１には、低床型ベルトコンベア下に入り込める車高の超低床ローダが提案されている。この特許文献１に記載の超低床ローダは、低床型の車体と、当該車体と略同高さの走行体及びバケット等を備えており、低床型ベルトコンベア下の堆積物を、バケットで押し出して除去する、若しくはバケット内に収容して持ち出して除去するものである。

特開平８−９２９９２号公報

ところで、上記特許文献１に記載の超低床ローダのような低床型の堆積物処理装置を用いて堆積物を押し出す際には、堆積物からバケットに対して上向きの力（地上に堆積している堆積物をバケットで切削するときの背分力に相当する力）が作用する。この上向きの作用力により堆積物処理装置の装置本体が浮き上がってしまうと、堆積物の除去作業に支障をきたす。従って、装置本体の重量により上記作用力に抗するモーメントをバケットに作用させて、装置本体の浮き上がりを防止する必要がある。このモーメントを大きくするためには、できるだけバケットを装置本体の重心に近接配置することが好ましい。

しかしながら、上記特許文献１に記載の超低床ローダでは、バケットを昇降及びチルティングさせるためのバケット動作機構（ブーム、ブームシリンダ、ベルクランク、プッシュロッド等）が、装置本体（車体）の前方に配置される構造であった。このため、当該バケット動作機構の分だけ装置本体とバケットが離隔配置されるので、バケットと装置本体の重心との間の距離が大きくなっていた。従って、上記装置本体の浮き上がりを防止するためには、装置を大型・重量化して、装置本体の重量を確保せざるを得ないという問題があった。また、超低床ローダの全長も長くなるため、旋回半径が大きくなり、低床型ベルトコンベア下の狭隘空間における作業性が低下してしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、作業具と装置本体を近接配置することで装置を小型・軽量化することができ、かつ、装置全長を短くすることで狭隘空間での作業性も向上させることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、製鉄用原料を運搬するベルトコンベアの下方空間に進入可能な高さを有し、前記ベルトコンベアから落下した前記製鉄用原料の堆積物を処理する堆積物処理装置において、装置本体と、前記装置本体の前方に配置される作業具と、前記装置本体の幅方向両側に設けられる一対の走行体と、前記装置本体に対して回動可能に設けられ、前記装置本体と前記作業具を連結する一対のアームと、を備え、前記一対のアームは、前記一対の走行体の幅方向の外側に、前記装置本体の長さ方向に沿って配置され、前記アームの後端は、アーム回動軸により前記装置本体の幅方向の側面に対して回動可能に連結されており、前記アーム回動軸は、前記装置本体の重心位置よりも後方に配置されることを特徴とする、堆積物処理装置が提供される。

前記堆積物処理装置は、前記作業具を昇降させるために、前記アーム回動軸を中心に前記アームを前記装置本体に対して回動させる昇降シリンダを更に備え、前記昇降シリンダは、前記アームの長手方向中央よりも後方に配置されるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、前記堆積物処理装置を用いて、ベルトコンベアの下方空間に堆積している堆積物を処理する堆積物処理方法において、前記走行体により前記堆積物処理装置を前進させて、第１の高さに配置された前記作業具を用いて前記堆積物を前記ベルトコンベアの下方空間から押し出す第１の工程と、前記第１の工程で前記堆積物を押し出すことができない場合には、前記アームにより前記作業具を前記第１の高さより高い第２の高さに上昇させ、前記第２の高さに配置された前記作業具を用いて前記堆積物を前記ベルトコンベアの下方空間から押し出す第２の工程と、を含むことを特徴とする、堆積物処理方法が提供される。

前記堆積物処理方法は、前記第２の工程で前記堆積物を押し出すことができない場合、又は、前記ベルトコンベアに隣接する構造物が存在するため前記堆積物を押し出すことができない場合には、前記走行体により堆積物処理装置を前進させて前記作業具内に前記堆積物の一部を収容した後に、前記走行体により前記堆積物処理装置を後進させて、前記ベルトコンベアの下方空間から前記堆積物の一部を排出する第３の工程を更に含むようにしてもよい。

上記構成によれば、装置本体に対して作業具を動作させるための一対のアームが、装置本体の両側の一対の走行体の幅方向両側にそれぞれ配置されており、装置本体の前方には、アーム等の作業具動作機構を配置しなくて済む。これにより、作業具と装置本体を近接配置できる。さらに、アームの後端と装置本体の側面とを連結するアーム回動軸が、装置本体の重心位置よりも後方に配置される。従って、作業具により堆積物を押し出す時に、堆積物から作業具に作用する上向きの力に対する抗力として、装置本体の重量による下向きの力を作業具に効果的に伝達できる。従って、装置本体を小型・軽量化したとしても、押出作業時の装置本体の浮き上がりを適切に防止できる。さらに、作業具と装置本体を近接配置することで、堆積物処理装置の全長も短くできる。これにより、堆積物処理装置の旋回半径を小さくできるので、ベルトコンベア下の狭隘空間での作業性も向上できる。

以上説明したように本発明によれば、作業具と装置本体を近接配置することで、装置を小型・軽量化することができる。さらに、装置全長を短くすることで、狭隘空間での作業性も向上できる。

本発明の第１の実施形態に係る落鉱物処理装置を示す斜視図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置の通常姿勢を示す側面図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置の持ち上げ姿勢を示す側面図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置のチルト姿勢を示す側面図である。 従来の落鉱物処理装置を示す側面図及び平面図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置を示す側面図及び平面図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置を簡略化して示す側面図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置の各部位の位置関係を示す模式図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置による押出作業時に各部位に作用する力を示す模式図である。 同実施形態に係る落鉱物処理装置によるバケット上昇時に各部位に作用する力を示す模式図である。 従来の落鉱物処理装置を簡略化して示す側面図である。 従来の落鉱物処理装置の各部位の位置関係を示す模式図である。 従来の落鉱物処理装置による押出作業時に各部位に作用する力を示す模式図である。 従来の落鉱物処理装置によるバケット上昇時に各部位に作用する力を示す模式図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の第１の押出作業を示す工程図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の第１の押出作業を示す工程図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の第２の押出作業を示す工程図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の第２の押出作業を示す工程図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の持ち上げ作業を示す工程図である。 同実施形態に係る落鉱処理方法の持ち上げ作業を示す工程図である。 本発明の第２の実施形態に係る落鉱物処理装置を示す斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［１．落鉱物処理装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る堆積物処理装置である落鉱物処理装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る落鉱物処理装置１を示す斜視図である。

落鉱物処理装置１は、製鉄用原料を運搬する低床型ベルトコンベアから落下して堆積した製鉄用原料の堆積物を除去するための重機である。ここで、製鉄用原料は、鉄鉱石、石炭、コークス、その他の副原料等を含み、以下では、ベルトコンベアから落下した製鉄用原料の堆積物を「落鉱物」と称する。落鉱物処理装置１は、上記製鉄用原料を運搬する低床型ベルトコンベア下の狭隘空間に入り込み、当該ベルトコンベア下に堆堆積している落鉱物を押し出し又は持ち上げて除去する作業を行う。このため、落鉱物処理装置１は、低床型ベルトコンベアの下に入り込むことが可能な高さＨ（車高）を有する低床型の自走式重機（低床型ローダ）である。かかる低床型の落鉱物処理装置１の高さＨは、処理対象となる低床型ベルトコンベアの底部の高さ（例えば５００ｍｍ）未満であり、例えば４００ｍｍ程度である。このため、落鉱物処理装置１の高さＨは、その幅Ｗ（車幅）及び長さＬ（車長）よりも大幅に小さく、例えば、ＨはＷの４分の１未満であり、Ｌの６分の１未満である。

図１に示すように、落鉱物処理装置１は、装置本体２と、走行体としてのクローラ３と、作業具としてのバケット４と、作業具動作機構としてのバケット動作機構５と、バッテリ６と、制御装置７と、走行駆動装置８とを主に備える。

装置本体２は、落鉱物処理装置１の中心に配置され、扁平な略直方体形状を有する箱型構造の車体である。この装置本体２の内部には、バッテリ６、制御装置７、走行駆動装置８などが設置される。

クローラ３及び走行駆動装置８等は、落鉱物処理装置１が走行するための走行装置を構成する。左右一対のクローラ３、３は、落鉱物処理装置１を走行させるための走行体の一例であり、装置本体２の幅方向Ｙの両側（左右）に設けられる。各クローラ３は、装置本体２と略同程度の高さになるように、装置本体２の幅方向Ｙの両側面に沿って長さ方向Ｘに延設される。

クローラ３は、装置本体２の後方側に回転可能に設けられた駆動輪３１と、装置本体２の前方側に回転可能に設けられた従動輪（図示せず。）と、装置本体２の中程の上下に設けられた複数の転輪（図示せず。）と、これら駆動輪３１、従動輪及び転輪の周りに掛け渡された無端ベルト状の履帯３２とを備える。

走行駆動装置８は、装置本体２内に設けられ、例えば、バッテリ６の電力で駆動する電動モータ若しくは油圧モータ、又は燃料で駆動するエンジン等で構成される。走行駆動装置８は、上記クローラ３の駆動輪３１を回転させるための駆動力を発生させる。走行駆動装置８が駆動輪３１を正方向又は逆方向に回転させることで、左右のクローラ３、３が周回して、落鉱物処理装置１を前進又は後進させることができる。また、一方のクローラ３のみを周回させることで、落鉱物処理装置１を旋回させて、進行方向を変えることができる。

バケット４は、落鉱物を除去するための作業具の一例であり、落鉱物処理装置１による落鉱物の押出時又は持ち上げ時に、落鉱物に直接的に接触する。バケット４は、前方及び上方が開放された箱型形状の作業具であり、落鉱物の押出のみならず、持ち上げにも適している。このバケット４の高さも、装置本体２と略同程度の高さである。また、バケット４の幅は、落鉱物処理装置１の幅Ｗと同程度である。かかるバケット４は、装置本体２及び左右一対のクローラ３、３の前方に配置され、落鉱物処理装置１の幅方向全体に渡って延設される。

バケット動作機構５は、作業具を動作させる作業具動作機構の一例である。図示の例のバケット動作機構５は、バケット４を昇降及びチルティングさせる機能を有する。左右一対のバケット動作機構５、５が、落鉱物処理装置１の幅方向Ｙの両側（走行体である一対のクローラ３、３の外側）に設けられる。

バケット動作機構５は、アーム５１と、アーム回動軸５２と、昇降シリンダ５３と、チルトシリンダ５４と、リンク機構５５とを備える。

アーム５１は、クローラ３の幅方向Ｙの外側に、長さ方向Ｘに沿って配置される。アーム５１の後端は、アーム回動軸５２により装置本体２に対して回動可能に連結されている。また、アーム５１の前端は、リンク機構５５を介してバケット４の幅方向Ｙの端部に連結されている。アーム５１の長さは、少なくとも装置本体２の長さの半分以上であり、アーム５１の後端は、装置本体２の長さ方向中央よりも後方側において、アーム回動軸５２により軸設される。かかるアーム５１は、バケット４を支持するとともに、バケット４を装置本体２に対して上下方向に回動（俯仰）させる機能を有する。

昇降シリンダ５３は、アーム回動軸５２を中心にアーム５１を回動させて、バケット４を昇降させる機能を有する。昇降シリンダ５３の基端は、回動軸５３ａにより装置本体２に対して回動可能に連結されており、昇降シリンダ５３の可動端は、回動軸５３ｂによりアーム５１の中程に対して回動可能に連結されている。かかる昇降シリンダ５３が伸長することで、アーム５１が上方に回動してバケット４が上昇し、昇降シリンダ５３が収縮することで、アーム５１が下方に回動してバケット４が下降する。

チルトシリンダ５４は、リンク機構５５を用いて、バケット４をチルティングさせる機能を有する。チルトシリンダ５４の基端は、回動軸５４ａによりアーム５１に対して回動可能に連結されており、チルトシリンダ５４の可動端は、回動軸５４ｂによりリンク機構５５に対して回動可能に連結されている。リンク機構５５は、３つのリンク部材５５ａと、当該３つのリンク部材５５ａ及びアーム５１の前端とを相互に回動可能に連結する４つの回動軸５５ｂ、５４ｂとを備える。このようにリンク機構５５は、いわゆる四角リンク機構を構成するが、バケット４をチルティング可能であれば、他の種類のリンク機構であってもよい。チルトシリンダ５４が伸長することで、リンク機構５５によりバケット４が下向きにチルティングし、チルトシリンダ５４が収縮することで、リンク機構５５によりバケット４が上向きにチルティングする。

クローラ３の側面外側において、上記の昇降シリンダ５３、チルトシリンダ５４及びリンク機構５５をコンパクトに設置するために、アーム５１は略Ｚ字状に屈曲した形状を有している。そして、当該アーム５１の後部下側に昇降シリンダ５３が配置され、当該アーム５１の前部上側にチルトシリンダ５４及びリンク機構５５が配置されている。かかる配置により、クローラ３の幅方向両側のスペースを有効利用して、バケット動作機構５の各部を効率的に配置し、装置本体２の高さＺの範囲内に収めることができる。従って、落鉱物処理装置１の高さＺを低く抑えることが可能となり、低床型ベルトコンベア下の狭隘空間への進入が可能となる。

また、バッテリ６は、落鉱物処理装置１の各部を駆動させるための電力を蓄積する。制御装置７は、落鉱物処理装置１の各部の動作を制御する。制御装置７が無線通信装置を備えることで、作業員は、制御装置７を用いて落鉱物処理装置１を無線で遠隔操作することが可能である。

上述したように、本実施形態に係る落鉱物処理装置１において、装置本体２とクローラ３とバケット４の高さは、略同一であり、落鉱物処理装置１の高さＨ（車高）が、低床型ベルトコンベアの下の狭隘空間に進入可能な高さ（例えば５００ｍｍ未満）となっている。このため、落鉱物処理装置１は、製鉄用原料運搬用の低床型ベルトコンベアや構造物の下の狭隘空間に入り込み、当該低床型ベルトコンベアから落下した落鉱物を取り除く所謂バケット作業を行なうことができる。これにより、作業員が低床型ベルトコンベアの下に入り込まなくて済むので、安全かつ効率的に落鉱物の除去作業を行うことができる。

［２．落鉱物処理装置の基本動作］
次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、上記構成の落鉱物処理装置１の基本動作について説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態に係る落鉱物処理装置１の通常姿勢、持ち上げ姿勢、チルト姿勢を示す側面図である。

図２Ａに示すように、バケット４を降下させた通常姿勢では、落鉱物処理装置１は落鉱物１０を押し出すことができる。つまり、落鉱物処理装置１は上記走行駆動装置８を動作させてクローラ３の駆動輪３１を回転させ、履帯３２を周回させることで、前進又は後進することができる。落鉱物処理装置１を前進させて、バケット４を落鉱物１０に押し当てることで、堆積している落鉱物１０を進行方向に押し出すことができる。

また、図２Ｂに示すように、落鉱物処理装置１は、バケット動作機構５により、バケット４を用いて落鉱物１０を掬い取って持ち上げることができる（リフトアップ）。つまり、落鉱物処理装置１は、バケット４を落鉱物１０に押し込んだ状態で、上記昇降シリンダ５３を動作させてアーム５１を上方に回動させることで、バケット４を上昇させ、バケット４内に収容された落鉱物１０の一部１０ａを持ち上げることができる。落鉱物処理装置１は、落鉱物１０を持ち上げた持ち上げ姿勢のままで、前進又は後進することで、落鉱物を運搬することができる。

さらに、図２Ｃに示すように、落鉱物処理装置１は、バケット４をチルティングさせて、持ち上げた落鉱物１０の一部１０ａを落下させることができる。つまり、落鉱物処理装置１は、上記チルトシリンダ５４及びリンク機構５５を動作させてバケットを下向きに回動（チルティング）させることで、バケット４内に収容されている落鉱物１０を排出して、地上の所望位置に落下させることができる。

［３．作業具動作機構の配置］
次に、図３を参照して、本実施形態に係る落鉱物処理装置１における作業具動作機構（バケット動作機構５）の特徴的な配置について説明する。図３Ａは、従来の落鉱物処理装置１００を示す側面図及び平面図である。図３Ｂは、本実施形態に係る落鉱物処理装置１を示す側面図及び平面図である。

本実施形態に係る落鉱物処理装置１においては、バケット４（作業具）を動作させるための左右一対のバケット動作機構５（作業具動作機構）が、装置本体２の前方側ではなく、装置本体２の幅方向Ｙの両側（クローラ３の幅方向Ｙの外側）に配置されることを特徴としている。これにより、落鉱物１０を押し出すときの装置本体２の浮き上がりを防止しつつ、落鉱物処理装置１を小型・軽量化でき、狭隘空間での作業性も向上できるという効果がある。以下に、この理由について説明する。

図３Ａは、特許文献１（特開平８−９２９９２号公報）に記載の従来の落鉱物処理装置１００（超低床ローダ）を示している。図３Ａは、従来の落鉱物処理装置１００は、装置本体１０２の前方側に、バケット動作機構１０５が配置されている。バケット動作機構１０５は、ブーム１５１、ブームシリンダ１５２、ベルクランク１５３、プッシュロッド１５４、バケットシリンダ１５５等からなり、バケット１０４を昇降及びチルティングさせる機能を有する。

このように、装置本体１０２とバケット１０４の間にバケット動作機構１０５を配置する構造であると、装置本体１０２とバケット１０４とが離隔し、両者間の距離がどうしても大きくなる。このため、落鉱物に対するバケット１０４の作用点Ａと装置本体１０２の重心Ｇとの距離Ｍ’が大きくなる。このため、従来の落鉱物処理装置１００を用いて落鉱物を押し出すときに、落鉱物からバケット１０４の作用点Ａに対して作用する上向きの力（落鉱物をバケット１０４で切削するときの背分力に相当する力）により、装置本体１０２の前部側が設置面から浮き上がってしまうという問題が生じる。このため、従来の落鉱物処理装置１００では、当該装置本体１０２の浮き上がりを防止するためには、装置本体１０２の重量を重くせざるを得ず、装置が大型化・重量化してしまうという問題があった。さらに、落鉱物処理装置１００の全長Ｌ’が長くなるため、旋回半径が大きくなり、狭隘空間における落鉱物処理装置１００の作業性が低下するという問題があった。

これに対し、本実施形態に係る落鉱物処理装置１では、図３Ｂに示すように、バケット４を支持及び動作させるためのバケット動作機構５を、装置本体２の幅方向Ｙの両側（クローラ３の幅方向Ｙの外側）に配置し、装置本体２の前方にはなんらの機構も配置しない構造としている。このバケット動作機構５は、上述したアーム５１、アーム回動軸５２、昇降シリンダ５３、チルトシリンダ５４、リンク機構５５などを備えている。これらバケット動作機構５の各構成要素のいずれもが、装置本体２の両サイド、即ち、クローラ３（走行体）の幅方向Ｙの外側に配置されている。特に、左右一対のアーム５１、５１は、一対のクローラ３、３の幅方向Ｙの外側に、装置本体２の長さ方向Ｘに沿って延びるように配置されている。

かかるバケット動作機構５の配置により、バケット４を装置本体２に極力接近させ、バケット４と装置本体２を近接配置することができる。この際、装置本体２の前面とバケット４の背面とは、近接して対向配置され、両者の間には何らの部材も配置されない。なお、本実施形態に係るバケット動作機構５によれば、従来の落鉱物処理装置１００のバケット動作機構１０５と比べて遜色なく、バケット４を昇降及びチルティングさせることが可能である。

本実施形態に係る落鉱物処理装置１では、以上のようなバケット動作機構５の特徴的な配置により、バケット４と装置本体２を近接配置できる。このため、落鉱物１０に対するバケット４の作用点Ａと装置本体２の重心Ｇとの距離Ｍを、最大限に短くすることができ、従来の落鉱物処理装置１００の距離Ｍ’よりも大幅に短縮できる（Ｍ＜Ｍ’）。従って、装置本体２の重量によりバケット４の作用点Ａに作用する下向きのモーメントを最大化できる。よって、落鉱物１０の押出時に、落鉱物１０からバケット４の作用点Ａに対して上向きの力（上記背分力に相当する力）が作用したとしても、上記装置本体２の重量により、当該上向きの作用力に抗する大きな下向きのモーメントをバケット４に伝達できるので、装置本体２の浮き上がりを適切に防止できる。

それ故、比較的、軽量・小型の落鉱物処理装置１であっても、落鉱物１０の押出作業中の装置本体２の浮き上がり力に抗することができ、落鉱物１０の除去作業に支障をきたすことがない。よって、落鉱物処理装置１を小型化及び軽量化でき、落鉱物処理装置１の作業能力を向上できる。さらに、従来の落鉱物処理装置１００の全長Ｌ’よりも、落鉱物処理装置１の全長Ｌを短縮できるので（Ｌ＜Ｌ’）、落鉱物処理装置１の旋回半径を小さくでき、低床型ベルトコンベア下の狭隘空間における作業性を向上できる。

［４．アーム回動軸の配置］
次に、図４〜図７を参照して、本実施形態に係る落鉱物処理装置１におけるアーム５１の支点位置（アーム回動軸５２）の特徴的な配置について説明する。

本実施形態に係る落鉱物処理装置１においては、アーム５１の回動の支点となるアーム回動軸５２（アーム支点Ｏ）が、装置本体２の重心Ｇの位置よりも長さ方向Ｘの後方側に配置されることを特徴としている。図３Ｂに示したように、アーム回動軸５２は、アーム５１の後端を軸支してアーム５１の回動中心となるが、このアーム回動軸５２は、装置本体２の重心Ｇよりも後方側に配置されている。

これにより、アーム回動軸５２（アーム支点Ｏ）が装置本体２の重心Ｇよりも前方側に配置されている場合と比べて、装置本体２の重量によりバケット４の作用点Ａに作用する下向きの力Ｗａを増大させることができる。従って、落鉱物処理装置１による落鉱物１０の押出時に、落鉱物１０からバケット４に対して上記の上向きの力が作用したとしても、上記装置本体２の重量により、更に大きな下向きのモーメントをバケット４に伝達できるので、装置本体２の浮き上がりをより確実に防止できる。以下に、この理由について説明する。

（Ａ）アーム支点Ｏが重心Ｇよりも後方にある場合
まず、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る落鉱物処理装置１のように、アーム５１の支点Ｏが装置本体２の重心Ｇよりも後方に位置する場合について検討する。図４Ａは、本実施形態に係る落鉱物処理装置１を簡略化して示す側面図であり、図４Ｂは、落鉱物処理装置１の各部位の位置関係を示す模式図である。

図４Ａに示すように、本実施形態に係る落鉱物処理装置１においては、アーム回動軸５２（アーム支点Ｏ）が装置本体２の重心Ｇよりも後方に配置されている。この場合、落鉱物処理装置１の各部位の位置関係は、図４Ｂに示す通りである。なお、図４及び図５の例の説明で使用する記号を次の通り定義する。

Ｇ：装置本体２の重心
Ｏ：アーム支点（アーム回動軸５２）
Ｆ：クローラ３の前端
Ｒ：クローラ３の後端
Ａ：落鉱処理時の落鉱物１０に対するバケット４の作用点
Ｌ１：アーム支点Ｏとクローラ後端Ｒとの距離
Ｌ２：重心Ｇとアーム支点Ｏとの距離
Ｌ３：クローラ前端Ｆと重心Ｇとの距離
Ｌａ：バケット作用点Ａとアーム支点Ｏとの距離
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３
Ｗ：落鉱物処理装置１の重量（重心Ｇに作用する力）
Ｗａ：バケット作用点Ａに作用する力
Ｗｆ：クローラ前端Ｆに作用する力
Ｗｒ：クローラ後端Ｒに作用する力

上記図４Ａ及び図４Ｂに示した条件下において、落鉱物処理装置１による落鉱物１０の押出作業時に、落鉱物処理装置１の各部位に作用する力を考える。なお、極限的に、バケット４とクローラ３の後端Ｒで装置全体の重量を支えていると仮定する。この場合、図５Ａに示すように、バケット作用点Ａに作用する力Ｗａと、クローラ後端Ｒに作用する力Ｗｒは、以下の式（１）、（２）で表される。

Ｗａ＝Ｗ・（Ｌ１＋Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌａ） ・・・（１）
Ｗｒ＝Ｗ・（Ｌａ−Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌａ） ・・・（２）

次に、落鉱物処理装置１のバケット４を上昇（リフトアップ）した時の各部位に作用する力を考える。なお、クローラ３全体の分布荷重を、クローラ前端Ｆ及び後端Ｒに対する集中荷重として仮定する。この場合、図５Ｂに示すように、バケット作用点Ａに作用する力Ｗａは、バケット４内の落鉱物１０の荷重とほぼ等しくなり、クローラ前端Ｆに作用する力Ｗｆと、クローラ後端Ｒに作用する力Ｗｒは、以下の式（３）、（４）で表される。

Ｗｆ＝（Ｌａ・Ｗａ＋Ｌ１・Ｗａ＋Ｌ１・Ｗ＋Ｌ２・Ｗ）／Ｌ ・・・（３）
Ｗｒ＝（Ｌ２・Ｗａ＋Ｌ３・Ｗａ＋Ｌ３・Ｗ−Ｌａ・Ｗａ）／Ｌ ・・・（４）

（Ｂ）アーム支点Ｏが重心Ｇよりも前方にある場合
次に、図６及び図７を参照して、本実施形態の比較例として、アーム５１の支点Ｏが装置本体２の重心Ｇよりも後方に位置する場合について検討する。この場合は、上記従来の落鉱物処理装置１００に相当する。図６Ａは、アーム支点Ｏが重心Ｇよりも前方にある落鉱物処理装置１００を簡略化して示す側面図であり、図６Ｂは、当該落鉱物処理装置１００の各部位の位置関係を示す模式図である。

図６Ａに示すように、落鉱物処理装置１００においては、アーム支点Ｏが装置本体２の重心Ｇよりも前方に配置されている。この場合、落鉱物処理装置１００の各部位の位置関係は、図６Ｂに示す通りである。なお、図６及び図７の例の説明で使用する記号を次の通り定義する。

Ｇ：装置本体１０２の重心
Ｏ：アーム支点
Ｆ：クローラ１０３の前端
Ｒ：クローラ１０３の後端
Ａ：落鉱処理時の落鉱物１０に対するバケット１０４の作用点
Ｌ１：重心Ｇとクローラ後端Ｒとの距離
Ｌ２：アーム支点Ｏと重心Ｇとの距離
Ｌ３：クローラ前端Ｆとアーム支点Ｏとの距離
Ｌａ：バケット作用点Ａとアーム支点Ｏとの距離
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３
Ｗ：落鉱物処理装置１００の重量（重心Ｇに作用する力）
Ｗａ：バケット作用点Ａに作用する力
Ｗｆ：クローラ前端Ｆに作用する力
Ｗｒ：クローラ後端Ｒに作用する力

上記図６Ａ及び図６Ｂに示した条件下において、落鉱物処理装置１００による落鉱物１０の押出作業時に、落鉱物処理装置１００の各部位に作用する力を考える。なお、上記と同様に、極限的に、バケット４とクローラ３の後端Ｒで装置全体の重量を支えていると仮定する。この場合、図７Ａに示すように、バケット作用点Ａに作用する力Ｗａと、クローラ後端Ｒに作用する力Ｗｒは、以下の式（５）、（６）で表される。

Ｗａ＝Ｗ・Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌａ） ・・・（５）
Ｗｒ＝Ｗ・（Ｌ２＋Ｌａ）／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌａ） ・・・（６）

次に、落鉱物処理装置１００のバケット４を上昇（リフトアップ）した時の各部位に作用する力を考える。なお、クローラ１０３全体の分布荷重を、クローラ前端Ｆ及び後端Ｒに対する集中荷重として仮定する。この場合、図７Ｂに示すように、バケット作用点Ａに作用する力Ｗａは、バケット１０４内の落鉱物１０の荷重とほぼ等しくなり、クローラ前端Ｆに作用する力Ｗｆと、クローラ後端Ｒに作用する力Ｗｒは、以下の式（７）、（８）で表される。

Ｗｆ＝（Ｌａ・Ｗａ＋Ｌ１・Ｗａ＋Ｌ２・Ｗａ＋Ｌ１・Ｗ）／Ｌ ・・・（７）
Ｗｒ＝（Ｌ２・Ｗ＋Ｌ３・Ｗ＋Ｌ３・Ｗａ−Ｌａ・Ｗａ）／Ｌ ・・・（８）

（Ｃ）上記（Ａ）と（Ｂ）の比較検討
上記の式（１）と式（５）を比較すれば、上記（Ａ）アーム支点Ｏが重心Ｇよりも後方にある場合の方が、（Ｂ）アーム支点Ｏが重心Ｇよりも前方にある場合よりも、バケット４の作用点Ａに対する下向きの力Ｗａを大きくできることが分かる。この下向きの力Ｗａは、装置本体２の重量によりバケット４に作用する力であり、落鉱物処理装置１による落鉱物１０の押出作業時に落鉱物１０からバケット４に作用する上向きの力に対抗するものである。かかる下向きの力Ｗａが大きいほど、押出作業時における装置本体２の浮き上がりを防止できることになる。従って、同一の全長Ｌの落鉱物処理装置１において、落鉱物１０の押出作業時における装置本体２の浮き上がりを防止する観点からは、上記（Ａ）の場合のようにアーム支点Ｏ（アーム回動軸５２）を重心Ｇよりも後方に配置することが好ましいといえる。

また、上記式（１）によれば、Ｌ１＋Ｌ２が大きく、Ｌａが小さいほど、バケット４の作用点Ａに作用する下向きの力Ｗａは大きくなる。このＬ１＋Ｌ２が大きく、Ｌａが小さくなれば、バケット４と装置本体２の重心が近接することになる。従って、同一の重量の落鉱物処理装置１において、落鉱物１０の押出作業時における装置本体２の浮き上がりを防止する観点からは、装置本体２の重心Ｇとバケット４が近接配置されている方が好ましく、また、アーム５１の長さＬａは短い方が好ましいといえる。これにより、下向きの力Ｗａを増大させて、押出作業時における装置本体２の浮き上がりを防止できるといえる。

なお、バケット４に作用する下向きの力Ｗａを大きくすることだけを考えて、重心Ｇやアーム支点Ｏの位置関係やアーム長Ｌａを設計してしまうと、図５Ｂや図７Ｂに示すようにバケット４をリフトアップしたときに、装置本体２の後部側が浮き上がってしまう恐れがある（上記式（４）及び式（８）を参照。）。従って、当該後部側の浮き上がりを防止できる範囲内で、重心Ｇやアーム支点Ｏの位置関係やアーム長Ｌａを調整することが好ましい。

［５．昇降シリンダの特徴的な配置］
次に、本実施形態に係る落鉱物処理装置１における昇降シリンダ５３の特徴的な配置について説明する。

本実施形態に係る落鉱物処理装置１においては、バケット４を昇降させるためにアーム５１を回動させる昇降シリンダ５３が、上記アーム回動軸５２よりも前方であって、アーム５１の長手方向中央よりも後方に配置されることを特徴としている。図１及び図３Ｂに示したように、例えば、昇降シリンダ５３の可動端は、アーム５１の長さ方向Ｘ中央よりも後ろ側の部位に回動軸５３ｂにより連結され、昇降シリンダ５３の基端は、当該回動軸５３ｂよりも後方側の装置本体２の側面に対して回動軸５３ａにより連結されている。

このように、昇降シリンダ５３をアーム５１の後方側に配置することで、昇降シリンダ５３をアーム５１の前方側に配置する場合よりも、同一ストロークの昇降シリンダ５３を用いて、アーム５１の回動量を増加させ、バケット４の昇降量を増大させることができる。従って、コンパクトな機体の落鉱物処理装置１に適したストロークの短い昇降シリンダ５３を採用することが可能となる。

なお、落鉱物処理装置１において、バケット動作機構５によるバケット４のリフトアップ高さは、バケット４をチルティングさせて落鉱物１０を排出できる程度の低い高さであってよい。即ち、低床型の落鉱物処理装置１では、バケット４の大きさは、落鉱物処理装置１の高さ（車高）Ｈにより制限される。従って、バケット４のリフトアップ高さは、当該車高Ｈよりも若干高い程度の高さで十分である。よって、バケット４をリフトアップするための昇降シリンダ５３のストロークも短くて済むので、上記のようにストローク長の短い昇降シリンダ５３を採用しても、作業性に問題はない。

［６．堆積物処理方法］
次に、図８〜図１０を参照して、本実施形態に係る落鉱物処理装置１を用いて、低床型ベルトコンベア下において落鉱物１０を除去する落鉱処理方法（堆積物処理方法）について説明する。図８〜図１０は、本実施形態に係る落鉱処理方法を示す工程図である。

図８〜図１０に示すように、低床型のベルトコンベア１１は、鉄鉱石、石炭等の鉱物１２を運搬するための装置である。ベルトコンベア１１は、鉱物１２が載置されるベルト１３と、鉱物１２が載置される上側のベルト１３の底面に設けられた複数のキャリアローラ１４と、鉱物１２が載置されていないリターン側（下側）のベルト１３の底面に設けられたリターンローラ１５と、地面１７から所定高さでこれら各部を支持する架台１６とを備える。かかる低床型のベルトコンベア１１の下方空間１８には、ベルトコンベア１１から落下した鉱物１２（即ち、落鉱物１０）が堆積する。この低床型ベルトコンベア１１の下方空間１８に堆積している落鉱物１０を除去するために、上述した落鉱物処理装置１が用いられる。

本実施形態に係る落鉱物処理装置１は、落鉱物１０の持ち上げ作業（図１０参照）よりも、押出作業（図８、図９参照）を優先させて、落鉱物１０の除去処理を行う。押出作業では、バケット４の容量以上の落鉱物１０をまとめて処理できるので、除去作業が効率的である。

（１）第１の押出作業（第１の工程）
図８は、落鉱物処理装置１により、バケット４の幅に渡って一度に全ての落鉱物１０をベルトコンベア１１の下方空間１８から押し出す第１の押出作業（第１の工程）を示す。図８に示すように、ベルトコンベア１１の下方空間１８において落鉱物１０が存在する箇所（以下、落鉱箇所）が、押出可能箇所である場合を考える。ここで、押出可能箇所とは、落鉱物処理装置１を用いてベルトコンベア１１の一側から他側にかけて落鉱物１０を押し出す可能な箇所である。例えば、落鉱物１０を押し出す先の場所（ベルトコンベア１１の他側）に構造物（図１０参照。）が存在せず、スペースがある箇所は、押出可能箇所である。

落鉱箇所が押出可能箇所である場合、図８に示すように、落鉱物処理装置１により第１の押出作業を実行する（第１の工程）。具体的には、まず、落鉱物処理装置１をベルトコンベア１１の一側に配置し、バケット４を地面１７の直上の最も低い高さ（第１の高さ）に位置付ける。次いで、図８Ａに示すように、クローラ３により落鉱物処理装置１を前進させて、バケット４を地面１７に沿って水平方向に移動させながら、バケット４を落鉱物１０の底部に当接させる。そして、図８Ｂに示すように、バケット４を用いて落鉱物１０の全てをベルトコンベア１１の他側まで押し出すことで、ベルトコンベア１１の下方空間１８から落鉱物１０を除去する。このように、第１の押出作業では、地面１７と落鉱物１０との境界付近で落鉱物１０を分断し、下方空間１８の地面１７上にある落鉱物１０のほぼ全てを一度に押し出す。

ところが、落鉱物１０の粘性や比重が大きいときや、落鉱物１０が強固に固化しているときなどには、上記第１の押出作業の押出負荷が高くなるため、落鉱物処理装置１を用いて一度に全ての落鉱物１０を押し出すことができない場合がある。このように、落鉱物１０の押出負荷が高いため、図８に示した第１の押出作業（第１の工程）で落鉱物１０を押し出すことができない場合には、次に説明する図９に示す押出作業を行う。

（２）第２の押出作業（第２の工程）
図９は、落鉱物処理装置１により、高さ方向に段階的に落鉱物１０をベルトコンベア１１の下方空間１８から押し出す第２の押出作業（第２の工程）を示す。上記第１の押出作業により落鉱物１０を押し出せない場合には、図９に示すように、落鉱物処理装置１により、バケット４を若干上昇させて、押出負荷を低下させた上で、第２の押出作業を実行する。

具体的には、まず、図９Ａに示すように、落鉱物処理装置１をベルトコンベア１１の一側に配置し、バケット動作機構５によりバケット４を地面１７から所定距離だけ上方の高さｈ（第２の高さ）に上昇させる。この第２の高さｈは、落鉱物１０の粘性、比重、固化状態等に応じて適宜選択されるが、例えば数十ｃｍである。次いで、クローラ３により落鉱物処理装置１を前進させて、バケット４を第２の高さｈのまま水平方向に移動させながら、バケット４を落鉱物１０の高さ方向中途部分に当接させる。そして、図９Ｂに示すように、バケット４を用いて、落鉱物１０の上側部分（バケット４の当接位置よりも上側にある落鉱物１０）をベルトコンベア１１の他側まで押し出すことで、ベルトコンベア１１の下方空間１８から落鉱物１０を除去する。

このとき、なおも押出負荷が高く、落鉱物１０を押し出すことができない場合には、上記第２の高さよりも更に高い第３の高さまでバケット４を上昇させた上で、上記第２の押出作業を試みればよい。バケット４の位置を上昇させれば、バケット４により水平方向に分断する落鉱物１０の断面積も小さくなるので、押出負荷を低減することができる。

以上のように、第２の押出作業では、バケット４を上昇させることで、落鉱物１０の押出負荷を低下させ、落鉱物１０の高さ方向の中途位置で落鉱物１０を分断し、落鉱物１０の上側部分を押し出す。その後、残存している落鉱物の下側部分を除去するときには、バケット４を地面１７付近まで降下させて、上記第１の押出作業と同様に押出作業を行う。このように落鉱物１０の高さ方向に段階的に押出作業を行うことで、落鉱物１０の押出負荷が高い場合であっても、落鉱物１０を効率的に除去することが可能となる。

なお、上記第２の押出作業では、落鉱物１０を高さ方向に２段階に分割して、２回の押出作業を行う例について説明したが、落鉱物１０を高さ方向に３段階以上に分割して、３回の押出作業を行ってもよい。

（３）持ち上げ作業（第３の工程）
図１０は、落鉱物処理装置１により、落鉱物１０の一部をベルトコンベア１１の下方空間１８から持ち上げて除去する持ち上げ作業（第３の工程）を示す。

図１０に示すように、落鉱箇所のベルトコンベア１１に隣接して構造物１９が存在する場合には、押し出し先のスペースがないため、上記第１及び第２の押出作業を行うことができない。また、バケット４による落鉱物１０の押出時に大きなせん断力が必要となり、押出負荷が大きくなるため、上記第２の押出作業によっても落鉱物１０を押し出すことができない場合もある。これらの場合には、図１０に示すように、バケット４を用いて落鉱物１０の一部１０ａを持ち上げて除去する持ち上げ作業を行う。

具体的には、落鉱物処理装置１をベルトコンベア１１の一側に配置し、バケット４を地面１７の直上の最も低い高さ（第１の高さ）に位置付ける。次いで、図１０Ａに示すように、クローラ３により落鉱物処理装置１を前進させて、バケット４を地面１７に沿って水平方向に移動させながら、バケット４を落鉱物１０に当接させる。このとき、バケット４の高さは、地面１７の直上の最も低い高さ（第１の高さ）であってもよいし、地面１７からある程度上昇させた高さ（第２の高さ）であってもよい。バケット４を落鉱物１０に当接させることにより、バケット４内に落鉱物１０の一部１０ａが収容される。その後、図１０Ｂに示すように、クローラ３により落鉱物処理装置１を後進させることで、バケット４内に収容された落鉱物１０の一部１０ａを掬い取って、ベルトコンベア１１の下方空間１８から排出する。

かかる持ち上げ作業により、上記構造物１９や過大な押出負荷等により落鉱物１０を押し出すことができない場合であっても、バケット４の容量分の落鉱物１０をベルトコンベア１１の下方空間１８から除去することが可能である。

［７．まとめ］
以上、本実施形態に係る落鉱物処理装置１と、これを用いた落鉱物処理方法について詳細説明した。本実施形態によれば、落鉱物処理装置１は、低床型ベルトコンベア１１の下方空間１８に入り込むことが可能な低い車高Ｈの重機であるので、当該下方空間１８において上記押出作業及び持ち上げ作業を適切に遂行できる。この際、落鉱物処理装置１は、上記特徴的な構造のバケット動作機構５により、バケット４の昇降動作やチルティング動作を、支障なく行うことが可能である。

また、落鉱物処理装置１においては、上記のようにアーム５１等のバケット動作機構５を装置本体２の左右両側に配置することで、バケット４と装置本体２とが近接配置されている。さらに、アーム回動軸５２（アーム支点Ｏ）が装置本体２の重心Ｇよりも後方に配置されている。かかる配置により、落鉱物１０の押出作業においてバケット４により落鉱物１０を水平方向に分断するときに、当該バケット４に上向きの力（背分力）を受けたとしても、装置本体２の重量による下向きの抗力をバケット４に効果的に伝えることができる。従って、比較的小型かつ軽量の落鉱物処理装置１であっても、押出作業時の装置本体２の浮き上がりを的確に防止できる。よって、同一機体重量での落鉱物処理装置１の作業能力を向上できる。

さらに、昇降シリンダ５３がアーム５１の中央よりも後方側に配置されている。これにより、同一の昇降シリンダストロークでは、バケット４の昇降量を確保することができ、コンパクトな機体の落鉱物処理装置１に適した短ストローク長の昇降シリンダ５３を採用できる。

また、本実施形態に係る落鉱物処理方法によれば、落鉱箇所の周囲の環境や落鉱物１０の固化状態等に応じて、上記第１及び第２の押出作業と待ち挙げ作業を使い分けることで、効率的かつ確実に落鉱物１０を除去することができる。また、落鉱物処理装置１により落鉱物１０を除去するため、作業員が人力で除去作業を行う必要がないので、安全かつ効率的に除去作業を遂行できるとともに、作業員の省力化及び作業時間の短縮が図れる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、落鉱物処理装置１の走行体としてクローラ３を用いたが、本発明はかかる例に限定されない。走行体としては、堆積物処理装置を少なくとも前進及び後進させることが可能な機構であればよく、例えば、複数輪のタイヤ等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、落鉱物処理装置１の作業具としてバケット４を用いたが、本発明はかかる例に限定されない。作業具としては、落鉱物を少なくとも押出可能な部材であればよく、例えば、図１１に示すドーザ９等のような、押出作業用のブレードを用いてもよい。

１ 落鉱物処理装置
２ 装置本体
３ クローラ
４ バケット
５ バケット動作機構
６ バッテリ
７ 制御装置
８ 走行駆動装置
９ ドーザ
１０ 落鉱物
１１ ベルトコンベア
１２ 鉱物
１７ 地面
１８ 下方空間
１９ 構造物
５１ アーム
５２ アーム回動軸
５３ 昇降シリンダ
５４ チルトシリンダ
５５ リンク機構

Claims (4)

1. 製鉄用原料を運搬するベルトコンベアの下方空間に進入可能な高さを有し、前記ベルトコンベアから落下した前記製鉄用原料の堆積物を処理する堆積物処理装置において、
   装置本体と、
   前記装置本体の前方に配置される作業具と、
   前記装置本体の幅方向両側に設けられる一対の走行体と、
   前記装置本体に対して回動可能に設けられ、前記装置本体と前記作業具を連結する一対のアームと、
   を備え、
   前記一対のアームは、前記一対の走行体の幅方向の外側に、前記装置本体の長さ方向に沿って配置され、
   前記アームの後端は、アーム回動軸により前記装置本体の幅方向の側面に対して回動可能に連結されており、
   前記アーム回動軸は、前記装置本体の重心位置よりも後方に配置されることを特徴とする、堆積物処理装置。
2. 前記作業具を昇降させるために、前記アーム回動軸を中心に前記アームを前記装置本体に対して回動させる昇降シリンダを更に備え、
   前記昇降シリンダは、前記アームの長手方向中央よりも後方に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の堆積物処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の堆積物処理装置を用いて、ベルトコンベアの下方空間に堆積している製鉄用原料の堆積物を処理する堆積物処理方法において、
   前記走行体により前記堆積物処理装置を前進させて、第１の高さに配置された前記作業具を用いて前記堆積物を前記ベルトコンベアの下方空間から押し出す第１の工程と、
   前記第１の工程で前記堆積物を押し出すことができない場合には、前記アームにより前記作業具を前記第１の高さより高い第２の高さに上昇させ、前記第２の高さに配置された前記作業具を用いて前記堆積物を前記ベルトコンベアの下方空間から押し出す第２の工程と、
   を含むことを特徴とする、堆積物処理方法。
4. 前記第２の工程で前記堆積物を押し出すことができない場合、又は、前記ベルトコンベアに隣接する構造物が存在するため前記堆積物を押し出すことができない場合には、前記走行体により堆積物処理装置を前進させて前記作業具内に前記堆積物の一部を収容した後に、前記走行体により前記堆積物処理装置を後進させて、前記ベルトコンベアの下方空間から前記堆積物の一部を排出する第３の工程
   を更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の堆積物処理方法。
   
   

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