JP3233055U - リクレーマ - Google Patents

Abstract

【課題】ブームの俯仰手段として電動シリンダを備えたリクレーマであって、ブームに先端部を降下させようとする衝撃が加わった際に、制御手段による制御なしに電動シリンダに掛かる過負荷が回避され、且つ、電動シリンダの動作が自動復帰するリクレーマを提供する。【解決手段】リクレーマはブームを俯仰させる電動シリンダ５を備え、電動シリンダのロッド５２の駆動機構５３が、電動モータ６１と、電動モータの出力トルクを増幅する減速装置６２と、減速装置の回転出力をロッドの進退移動に変換する運動変換装置６３と、電動モータと減速装置との間の動力伝達経路に設けられ、電動モータの定格トルクより大きく且つ電動モータの最大トルクよりも小さい所定の設定トルク以上のトルクが掛かるとスリップする、機械式の摩擦クラッチ６４とを有する。【選択図】図２

Description

本考案は、リクレーマ（スタッカ・リクレーマを含む）に関する。

従来、陸揚げされた鉱石や石炭などのバラ物は、広大な面積を有するストックヤードに貯蔵される。ストックヤードには、積付手段としてのスタッカや、払出手段としてのリクレーマが備えられている。スタッカとリクレーマの機能を併せ備えたスタッカ・リクレーマが備えられることもある。

スタッカは、バラ物を搬送するコンベヤを備え、バラ物をストックヤードに搬入して積み付ける。リクレーマは、水平旋回・起伏動作可能なブームと、ブームの先端に設けられたバケットホイルと、ブームに沿って設けられたブームコンベヤとを備え、バケットホイルでバラ物の積山を取り崩しつつバラ物を掻き取り、ブームコンベヤでバラ物を積山から所定の場所へ払い出す。特許文献１には、この種のリクレーマが開示されている。

特許文献１に記載のリクレーマは、ブームの俯仰装置として、従来の油圧シリンダに代えて、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備えている。このようにブームの俯仰装置として電動シリンダを採用した場合には、掘削衝撃や積山崩落による大きな衝撃荷重がバケットホイルに掛かったときに、安全弁の機能により衝撃を緩衝できる油圧方式とは異なり、電動シリンダに過負荷が掛かり電動シリンダが損傷するおそれがある。

そこで、特許文献１に記載のリクレーマは、電動シリンダに作用する負荷を検出するロードセルで所定レベル以上の荷重が検出されると、電動シリンダを駆動する電動モータが停止し、更に、電動モータから減速機までの動力伝達経路に設けられた機械式ブレーキがスリップして、ロッドの退縮動作が許容される。

特開２０１３−１７００４５号公報

上記特許文献１のリクレーマでは、ロードセルが誤検知したり、ロードセルと電動シリンダの制御装置との通信不良が生じたりすると、電動シリンダに掛かる過負荷を回避するための機能が動作しなくなる。

本考案は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ブームの俯仰手段として電動シリンダを備えたリクレーマであって、ブームに先端部を降下させようとする衝撃が加わった際に、制御手段による制御なしに電動シリンダに掛かる過負荷が回避され、且つ、電動シリンダの動作が自動復帰するものを提供することにある。

本考案の一態様に係るリクレーマは、走行機体と、前記走行機体上に水平旋回可能に設けられた旋回台と、前記旋回台に俯仰可能に基端部が連結されたブームと、前記旋回台に基端部が連結されたシリンダ、前記シリンダに挿入され、前記ブームに先端部が連結されたロッド、及び、前記シリンダに対し前記ロッドを進退駆動する駆動機構を有し、前記ロッドの進退移動により前記ブームを俯仰させる電動シリンダとを備えている。
そして、前記駆動機構が、
電動モータと、
前記電動モータの出力トルクを増幅する減速装置と、
前記減速装置の回転出力を前記ロッドの進退移動に変換する運動変換装置と、
前記電動モータと前記減速装置との間の動力伝達経路に設けられ、前記電動モータの定格トルクより大きく且つ前記電動モータの最大トルクよりも小さい所定の設定トルク未満のトルクが掛かっている状態では摩擦力によって前記電動モータと前記減速装置との間で回転トルクを伝達し、前記設定トルク以上のトルクが掛かるとスリップして前記回転トルクの伝達率が低下するように構成された、機械式の摩擦クラッチと、
前記電動モータを制動するブレーキ装置とを有することを特徴としている。

上記構成のリクレーマでは、ブームに先端側を降下させようとする衝撃が加わったときに、ロッドが縮もうとして摩擦クラッチに設定トルク以上の大きなトルクが掛かると、摩擦クラッチがスリップする。これにより、ロッドの短縮が許容され、ロッドやシリンダが保護される。また、摩擦クラッチがスリップすることにより、減速装置から電動モータへ伝達されるトルクのトルク伝達率が低下し、過大な負荷が電動モータに入力されることを防止し、電動モータが保護される。そして、過大な負荷が解消されると、摩擦クラッチのトルク伝達率が自動的に復帰し、リクレーマを通常通りに動作させることができる。

上記リクレーマにおいて、前記ブームの先端が上昇するときには、前記電動モータに回転動力を出力させ、前記ブームの先端が降下するときには、前記電動モータに入力された回転動力で発電を行うように、前記電動モータの動作を制御する制御ユニットを更に備えてよい。

これにより、リクレーマのブームに先端側を降下させようとする衝撃が加わったときに、ロッドの短縮、及び摩擦クラッチのスリップに加え、電動モータでの発電によって、衝撃のエネルギーが放散され、衝撃からの回復に要する時間を短縮することができる。

本考案によれば、ブームの俯仰手段として電動シリンダを備えたリクレーマであって、制御手段による制御なしに電動シリンダに掛かる過負荷を回避し且つ自動復帰するものを提供することができる。

図１は、本考案の一実施形態に係るリクレーマの側面図である。 図２は、電動シリンダの概略構成図である。 図３は、電動シリンダの駆動機構の概略構成図である。 図４は、摩擦クラッチの概略構成を示す断面図である。

次に、図面を参照して本考案の実施の形態を説明する。ここでは、本考案をリクレーマに適用した実施形態を説明するが、本考案はリクレーマとスタッカの機能を併せ備えた、スタッカ・リクレーマにも適用することができる。

図１は、本考案の一実施形態に係るリクレーマ１の側面図である。図１に示すように、リクレーマ１は、図示されないレール上を走行する走行機体２と、走行機体２の上で水平に旋回する旋回台３と、旋回台３に俯仰可能に支承されたブーム４と、ブーム４を俯仰させる俯仰手段としての電動シリンダ５と、旋回台３に支承されたカウンタウエイト９と、旋回台３に支持されたキャビン６とを備えている。キャビン６の内部には操縦室が設けられている。

ブーム４の基端部は、旋回台３に俯仰可能に支持されている。このブーム４の基端部には、このブーム４と反対側に延びるカウンタウェイトビームが設けられ、このカウンタウェイトビームはカウンタウエイト９が設けられている。ブーム４の先端部から基端部に亘って、ブーム４に沿ってバラ物を搬送するブームコンベヤ８が設けられている。ブームコンベヤ８は、ブーム４に沿って延びる無端状のコンベヤベルトと、コンベヤベルトを駆動する駆動装置（図示略）とを備えている。ブーム４の先端部には、バケットホイル７が設けられている。バケットホイル７は、ホイルと、ホイルの周囲に設けられた複数のバケットと、ホイルを回転駆動する駆動装置（図示略）とを備えている。

電動シリンダ５は、シリンダ５１と、シリンダ５１に挿入されたロッド５２と、ロッド５２をシリンダ５１から進退駆動する駆動機構５３とにより構成されている。

シリンダ５１の下端部は、水平方向に延びる支持軸３２によって、旋回台３の側部に回動可能に連結されている。ロッド５２の上端部は、水平方向に延びる支持軸４２によって、ブーム４の下部に回動可能に連結されている。シリンダ５１とロッド５２は、旋回台３とブーム４との間で突っ張る態様で、ブーム４を支持している。ロッド５２がシリンダ５１から進出することにより、即ち、ロッド５２が伸びることにより、ブーム４の先端部が上昇するようにブーム４が上方へ回動する。また、ロッド５２がシリンダ５１へ退行することにより、即ち、ロッド５２が縮むことにより、ブーム４の先端部が降下するようにブーム４が下方へ回動する。

図２は、電動シリンダ５の概略構成図である。図２に示すように、電動シリンダ５の駆動機構５３は、２つの電動モータ６１を備え、各電動モータ６１からロッド５２への２つの駆動系統が形成されている。つまり、駆動機構５３は、冗長性を備えている。通常は、２つの駆動系統のうち一方が動作し、一方の駆動系統に不具合が生じたときに、一方の駆動系統に代えて他方の駆動系統が動作する。２つの駆動系統は実質的に同じ構成を有するため、以下では、２つの駆動系統のうち一方について説明し、他方についての説明を省略する。

図３は、電動シリンダ５の駆動機構５３の概略構成図である。この図では、駆動機構５３に形成された２つの駆動系統のうち一方が示されている。図３に示すように、駆動機構５３は、電動モータ６１と、減速装置６２と、運動変換装置６３と、摩擦クラッチ６４とを備えている。

電動モータ６１は、ブレーキ装置６５付の電動モータ６１である。但し、電動モータ６１と、電動モータ６１を制動するブレーキ装置６５とが独立していてもよい。電動モータ６１の回転数や回転方向は、インバータを具備する制御ユニット６６によって制御されている。

電動モータ６１の出力は、減速装置６２に入力される。電動モータ６１から出力する伝動軸７１は、ロッド５２の進退方向と平行である。伝動軸７１と、電動モータ６１からの出力を減速装置６２へ入力する伝動軸７２とは、機械式の摩擦クラッチ６４を介して接続されている。摩擦クラッチ６４の設定トルクは、電動モータ６１の定格トルクよりも大きく、且つ、電動モータ６１の最大トルクよりも小さい範囲の値であって、予め摩擦クラッチ６４に設定される。なお、定格トルクは、電動モータ６１が定格電圧且つ定格周波数で、定格出力を連続的に出す時のトルクであり、最大トルクは、そのトルク以上の負荷を掛けると電動モータ６１が不安定領域に入り停止するトルクである。定格トルク及び最大トルクは、電動モータ６１に固有の値である。摩擦クラッチ６４の設定トルクは、電動モータ６１の定格トルクで摩擦クラッチ６４がスリップしてしまうことを回避するために、定格トルクの１２０〜１３０％程度の値が望ましい。

機械式の摩擦クラッチ６４として、例えば、トルクリミッタカップリングが採用されてよい。トルクリミッタカップリングは、トルクリミッタを備えた軸継手であり、伝動軸７２が設定トルク未満では伝動軸７１と伝動軸７２との間で回転が伝達され、伝動軸７２が設定トルク以上(つまり、過負荷時)ではトルクリミッタがスリップすることにより伝動軸７２から伝動軸７１へのトルク伝達率が低下する。そして、過負荷が解消すると、即ち、伝動軸７２のトルクが設定トルク未満となると、伝動軸７１と伝動軸７２との間のトルク伝達率が自動復帰する。

図４には、公知のトルクリミッタカップリングの概略構成が示されている。摩擦クラッチ６４の一例としてのトルクリミッタカップリングは、例えば、図４に示すように、伝動軸７１と一体的に回転するスプロケット８１と、伝動軸７２に設けられたトルクリミッタ８２と、スプロケット８１とトルクリミッタ８２とを連結するローラチェーン８３とで構成されてよい。トルクリミッタ８２は、例えば、伝動軸７２に嵌装されたボス８４と、ボス８４の外周に遊嵌されたスプロケット８５と、スプロケット８５を伝動軸７２の軸方向の両側から挟み込む一対の摩擦板８６と、スプロケット８５と一対の摩擦板８６に摩擦が生じるようにスプロケット８５に一対の摩擦板８６を押し付ける皿バネ８７とを備えていてよい。スプロケット８５とスプロケット８１はローラチェーン８３により連結されている。上記構成のトルクリミッタ８２では、伝動軸７２のトルクが設定トルク未満では、一対の摩擦板８６とスプロケット８５との間に生じる摩擦力により、ボス８４とスプロケット８５が一体的に回転し、伝動軸７２と伝動軸７１との間で回転が伝達される。一方、設定トルク以上のトルクが伝動軸７２に掛かると、一対の摩擦板８６に対しスプロケット８５がスリップし、伝動軸７１と伝動軸７２との間のトルク伝達率が低下する。なお、摩擦クラッチ６４は上記構成のトルクリミッタカップリングに限定されない。

減速装置６２は、伝動軸７２から入力された回転動力のトルクを増幅して出力する。減速装置６２の出力は、運動変換装置６３に入力される。減速装置６２、減速装置６２から運動変換装置６３への動力伝達経路、又は、運動変換装置６３に、電磁クラッチ７５が設けられてよい。この電磁クラッチ７５の切り替えによって、２つの駆動系統のうちいずれか一方の駆動系統がロッド５２と接続される。

運動変換装置６３は、減速装置６２の回転出力を、ロッド５２の直線往復運動に変換するものである。運動変換装置６３は、例えば、ボール循環型のスクリューねじと、ロッド５２に固定されたナットを有するボールねじとから成る、ボールねじ機構が含まれていてよい。このボールねじ機構では、スクリューねじが減速装置６２からの回転動力を受けて回転すると、ナットがスクリューねじ上を移動し、ロッド５２がシリンダ５１から進退移動する。更に、本実施形態のように減速装置６２の軸方向とスクリューねじの軸方向とが平行である場合には、運動変換装置６３には平行な軸間で動力を伝達するギア列が含まれていてよい。

また、運動変換装置６３は、上記のボールねじ機構に代えて、例えば、ロッド５２の基端部に設けられたラックと、ラックと噛合するピニオンとを備えるラックアンドピニオン機構を含んでいてよい。このラックアンドピニオン機構では、ピニオンが減速装置６２からの回転動力を受けて回転すると、ピニオンがラック上を移動し、ロッド５２がシリンダ５１から進退移動する。なお、運動変換装置６３の構成は、上記例に限定されず、減速装置６２からの回転出力をロッド５２の直線往復運動に変換する機構を含むものであればよい。

上記構成のリクレーマ１では、旋回台３を旋回してブーム４を旋回させるとともに、俯仰手段としての電動シリンダ５でブーム４を俯仰させることにより、ブーム４の先端部に設けられたバケットホイル７を山積みされたバラ物にアクセスさせる。ここで、ブーム４の俯仰動作の開始時と停止時において、ブーム４に生じる衝撃が軽減され且つ滑らかな俯仰動作が行われるように、制御ユニット６６によって電動シリンダ５の回転数が制御される。

そして、回転するバケットホイル７により、バラ物の積山が崩され、バラ物がバケットに採取される。バケットに採取されたバラ物は、バケットホイル７の回転によって、ブームコンベヤ８へ送られる。ブームコンベヤ８に載せられたバラ物は、ブーム４の先端部から基端部まで搬送され、旋回台３に形成されたシュート３１を通じて図示されない地上コンベアへ送られる。

上記のようなリクレーマ１の払い出し作業中に、掘削衝撃や積山崩落による衝撃荷重がバケットホイル７に作用すると、ブーム４を支持している電動シリンダ５にロッド５２を縮めようとする過負荷が作用することがある。過負荷により電動モータ６１と減速装置６２との間で動力を伝達する伝動軸７１，７２に設けられた摩擦クラッチ６４に設定トルク以上のトルクが掛かると、摩擦クラッチ６４がスリップし、減速装置６２から電動モータ６１へのトルク伝達率が低下する。これにより、過大なトルクが電動モータ６１に入って、電動モータ６１やブレーキ装置６５が損傷を受けることを、回避できる。更に、摩擦クラッチ６４がスリップすることにより、ロッド５２の退行が許容され、これにより衝撃のエネルギーが放出されて、電動シリンダ５、ブーム４及び旋回台３などが損傷を受けることを、回避できる。

上記のように、減速装置６２から電動モータ６１の動力伝達経路に機械式の摩擦クラッチ６４を設けることによって、電動モータ６１の動作中・停止中に関わらず、電動モータ６１へ設定トルク以上のトルクが入ることを防止し、電動シリンダ５を過負荷から保護することができる。

以上に説明したように、本実施形態に係るリクレーマ１は、走行機体２と、走行機体２上に水平旋回可能に設けられた旋回台３と、旋回台３に俯仰可能に基端部が連結されたブーム４と、ブーム４を俯仰させる電動シリンダ５とを備えている。電動シリンダ５は、旋回台３に基端部が連結されたシリンダ５１、シリンダ５１に挿入され、ブーム４に先端部が連結されたロッド５２、及び、シリンダ５１に対しロッド５２を進退駆動する駆動機構５３を有しており、ロッド５２の進退移動によりブーム４を俯仰させる。駆動機構５３は、電動モータ６１と、電動モータ６１の出力トルクを増幅する減速装置６２と、減速装置６２の回転出力をロッド５２の進退移動に変換する運動変換装置６３と、電動モータ６１と減速装置６２との間の動力伝達経路に設けられ、電動モータ６１の定格トルクより大きく且つ電動モータ６１の最大トルクよりも小さい所定の設定トルク以上のトルクが掛かるとスリップする、機械式の摩擦クラッチ６４とを有している。

上記構成のリクレーマ１では、ブーム４に先端側を降下させようとする衝撃が加わったときに、ロッド５２が縮もうとして摩擦クラッチ６４に設定トルク以上の大きなトルクが掛かると、摩擦クラッチ６４がスリップする。摩擦クラッチ６４のスリップにより、ロッド５２の短縮が許容され、ロッド５２やシリンダ５１が保護される。また、摩擦クラッチ６４のスリップにより、減速装置６２から電動モータ６１へ伝達されるトルクのトルク伝達率が低下し、過大な負荷が電動モータ６１に入力されることを回避される結果、電動モータ６１が保護される。そして、摩擦クラッチ６４に掛かるトルクが設定トルク未満となると、即ち、ブーム４に作用する過大な負荷が解消されると、摩擦クラッチ６４のトルク伝達率が自動的に復帰し、電動シリンダ５をリクレーマ１を衝撃が加わる前と同様に動作させることができる。

このように、上記リクレーマ１では、ブーム４に先端部を降下させようとする衝撃が加わった際に、制御手段（制御ユニット６６）による制御なしに電動シリンダ５に掛かる過負荷が回避され、且つ、電動シリンダ５の動作が自動復帰する。

以上に本考案の好適な実施の形態を説明したが、本考案の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本考案に含まれ得る。上記のリクレーマ１の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態に係るリクレーマ１において、電動シリンダ５の電動モータ６１が、発電機能付の電動モータであってもよい。この場合、ブーム４の先端が上昇するときには、電動モータ６１に電気を供給して回転動力を出力させ、ブーム４の先端が降下するときには、電動モータ６１に入力された回転動力で発電を行わせるように、制御ユニット６６に含まれるインバータによって電動モータ６１の動作が制御される。電動モータ６１で、ブーム４の位置・運動エネルギーを活用して行われた発電により得られた電気エネルギーは、回収又は放散される。回収された電気エネルギーは、蓄電池又はキャパシタに蓄えられ、電動モータ６１の駆動などに利用されてよい。

ブーム４の先端に衝撃荷重が掛かったときは、ブーム４の先端が降下するので、電動モータ６１で発電が行われる。なお、衝撃荷重が掛かったときのブーム４の降下は、電動モータ６１に作用する負荷、ロッド５２のシリンダ５１からの進出長さ、ブーム４の俯仰角度のうち少なくとも１つを検出するセンサからの検出信号に基づいて検出することができる。センサから検出信号を受けた制御ユニット６６は、操作に基づかないブーム４の降下（即ち、衝撃荷重によるブーム４の降下）を検出すると、電動モータ６１の回転エネルギーで発電が行われるように、即ち、電動モータ６１に発電ブレーキが作用するように、電動モータ６１の電気の流れを切り替える。このように、電動モータ６１に発電ブレーキが作用することによって、ブーム４の降下や、摩擦クラッチ６４の摩擦に加え、電動モータ６１の回転を利用した発電によって、衝撃のエネルギーが放出されるので、衝撃からより速やかに回復することができる。

１ ：リクレーマ
２ ：走行機体
３ ：旋回台
４ ：ブーム
５ ：電動シリンダ
６ ：キャビン
７ ：バケットホイル
８ ：ブームコンベヤ
９ ：カウンタウエイト
３１ ：シュート
３２ ：支持軸
４２ ：支持軸
５１ ：シリンダ
５２ ：ロッド
５３ ：駆動機構
６１ ：電動モータ
６２ ：減速装置
６３ ：運動変換装置
６４ ：摩擦クラッチ
６５ ：ブレーキ装置
６６ ：制御ユニット
７１，７２ ：伝動軸
７５ ：電磁クラッチ

Claims (4)

1. 走行機体と、
   前記走行機体上に水平旋回可能に設けられた旋回台と、
   前記旋回台に俯仰可能に基端部が連結されたブームと、
   前記旋回台に基端部が連結されたシリンダ、前記シリンダに挿入され、前記ブームに先端部が連結されたロッド、及び、前記シリンダに対し前記ロッドを進退駆動する駆動機構を有し、前記ロッドの進退移動により前記ブームを俯仰させる電動シリンダとを備え、
   前記駆動機構が、
   電動モータと、
   前記電動モータの出力トルクを増幅する減速装置と、
   前記減速装置の回転出力を前記ロッドの進退移動に変換する運動変換装置と、
   前記電動モータと前記減速装置との間の動力伝達経路に設けられ、前記電動モータの定格トルクより大きく且つ前記電動モータの最大トルクよりも小さい所定の設定トルク未満のトルクが掛かっている状態では摩擦力によって前記電動モータと前記減速装置との間で回転トルクを伝達し、前記設定トルク以上のトルクが掛かるとスリップして前記回転トルクの伝達率が低下するように構成された、機械式の摩擦クラッチと、
   前記電動モータを制動するブレーキ装置とを有する、
   リクレーマ。
2. 前記ブームの先端が上昇するときには、前記電動モータに回転動力を出力させ、前記ブームの先端が降下するときには、前記電動モータに入力された回転動力で発電を行うように、前記電動モータの動作を制御する制御ユニットを更に備える、
   請求項１に記載のリクレーマ。
3. 前記摩擦クラッチは、前記電動モータの動力を出力する第１伝動軸と前記減速装置へ動力を入力する第２伝動軸との接続部に設けられた、前記第１伝動軸と前記第２伝動軸との間で回転を伝達するトルクリミッタカップリングである、
   請求項１又は２に記載のリクレーマ。
4. 前記駆動機構は２つの駆動系統を有し、前記２つの駆動系統の各々が前記電動モータ、前記減速装置、前記運動変換装置、前記摩擦クラッチ、及び、前記ブレーキ装置を有し、
   通常時は前記２つの駆動系統のうち一方が動作し、前記２つの駆動系統のうち一方の駆動系統に不具合が生じたときに他方の駆動系統が動作するように構成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のリクレーマ。

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