JP3270189B2 - ローラ式粉砕装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はローラ式粉砕装置に係
り、特に粉砕部の部品の点検・交換時期や摩耗量を予知
するのに好適なローラ式粉砕装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９にローラ式粉砕装置の全体構造を示
す。ヨーク１０は減速機１１の出力軸上に回転可能なよ
うに取付けられており、このヨーク１０上には環状の粉
砕リング１が固定されている。粉砕リング１上面に形成
された環状溝様のくぼみ部１Ａ上には、ローラブラケッ
ト３にローラ軸およびベアリングにより回転可能なよう
に支持されたローラ２が等間隔で３組設置されている。
ローラブラケット３の上部および加圧フレーム９下面に
はピン４が入る溝が加工されており、ローラブラケット
３およびローラ２はピン４を介して加圧フレーム９によ
り粉砕リング１に押付けられ、ローラ２が転倒しないよ
うになっている。加圧フレーム９にはピボットアーム１
２が取付けられており、このピボットアーム１２のもう
一方の端は加圧シリンダ１７に接続されたローディング
ロッド１３とつながっている。

【０００３】モータにより減速機１１の入力軸を回転さ
せると、減速機１１の出力軸に取付けられたヨーク１０
およびヨーク１０に固定された粉砕リング１が回転す
る。このとき、加圧シリンダ１７はローディングロッド
１３を引張っており、この引張り力はピボットアーム１
２を介して加圧フレーム９を下方向に押付けており、こ
の加圧フレーム９はピン４、ローラブラケット３を介し
てローラ２を粉砕リング１に押付けている。また、ロー
ラ２は粉砕リング１の回転に従って回転する。被粉砕物
（例えば、石炭）は中央上部の供給管１４から粉砕リン
グ上面中央部に投下され、遠心力により粉砕リング上面
外周部に向かって渦状に拡散移動する。そして粉砕リン
グのくぼみ部１Ａに達したところで、ローラ２と粉砕リ
ング１に挟まれ、圧壊作用により粉砕される。粉砕され
た被粉砕物（例えば、微粉炭）は粉砕リング外周とハウ
ジング１９の間に設けた隙間３０より吹き上がる熱風３
１に吹き上げられ、分級機１５を通り、所定の粒度のも
のは出口管１６へ、それより粒度の大きいものは粉砕部
へ落下し、再び粉砕される構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置は、粉砕
時の衝撃や振動により、粉砕部に大きな応力が発生し、
粉砕部の部品が突発的に疲労破壊し、粉砕装置の運転に
支障を来すという問題点があった。図９に示すローラ式
粉砕装置において、被粉砕物は粉砕リング１とローラ２
の間で粉砕され、このときヨーク１０、粉砕リング１、
ローラ２、ローラブラケット３および加圧フレーム９な
どで構成される粉砕部は常に激しい衝撃荷重を受けてい
る。これらの部品は激しい衝撃荷重を受けても疲労破壊
しないように設計されているが、被粉砕物の中に金属等
の異物が混入していたり、設計条件を上回る厳しい条件
で運転されることがあるため、予想以上の大きな衝撃荷
重が粉砕部に発生し、粉砕部各部品の疲労損傷が進み、
部品が疲労破壊してしまうことがある。部品が破損した
場合、部品交換のために長時間粉砕装置を停止する必要
があるため、粉砕装置の運転に支障を来すことになる。

【０００５】粉砕部部品の破損を防止するためには、粉
砕部の荷重変動をモニターすることが考えられる。粉砕
部の荷重変動を知る方法として、図９に示す加圧シリン
ダ１７やローディングロッド１３の荷重をひずみゲージ
などを使って測定することが考えられるが、加圧シリン
ダ１７およびローディングロッド１３はピボットアーム
１２を介して加圧フレーム９につながっており、加圧フ
レーム９とピボットアーム１２およびピボットアーム１
２とローディングロッド１３の連結部にはガタがあるこ
と、また粉砕部から加圧シリンダ１７までは距離があ
り、途中でエネルギー損失があること等により、粉砕部
の荷重変動を正確に知るには充分でない。

【０００６】本発明の目的は、粉砕部の荷重変動を高精
度で測定し、これより各部品に発生する応力および疲労
損傷度を推定し、各部品の点検および交換時期を正確に
予知することにより、粉砕部各部品の破損を未然に防止
することができるローラ式粉砕装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、ハウジング内で垂直軸回りに回転
する粉砕リングと、粉砕リング上に回転方向に沿って所
定間隔で配置された複数個のローラと、該ローラを回転
可能に支持する支持装置と、該支持装置を介してローラ
を粉砕リングに押圧する加圧フレームとを備え、被粉砕
物を粉砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉砕装
置において、加圧フレームに設けられ粉砕部への荷重変
動を計測する手段と、該計測手段の計測値に基づき粉砕
部の各部に発生する応力変動値を求める手段と、上記応
力変動値に基づき粉砕装置各部の疲労損傷度を求める手
段とを設けたことを特徴とするローラ式粉砕装置に関す
る。

【０００８】本願の第２の発明は、上記第１の発明にお
いて、求めた上記疲労損傷度に基づき粉砕装置各部品の
点検時期および／または交換時期を予知または表示する
手段を設けたことを特徴とするローラ式粉砕装置に関す
る。本願の第３の発明は、ハウジング内で垂直軸回りに
回転する粉砕リングと、粉砕リング上に回転方向に沿っ
て所定間隔で配置された複数個のローラと、該ローラを
回転可能に支持する支持装置と、該支持装置を介してロ
ーラを粉砕リングに押圧する加圧フレームとを備え、被
粉砕物を粉砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉
砕装置において、加圧フレームに設けられ粉砕荷重の変
動を計測する手段と、計測した荷重変動からローラ、粉
砕リングをはじめとする粉砕部の摩耗量を推定する手段
とを設けたことを特徴とするローラ式粉砕装置に関す
る。

【０００９】

【作用】加圧フレームにひずみ検出子を取付け、このひ
ずみ検出子により測定したひずみから、粉砕部の荷重変
動を計算することにより、粉砕部の荷重変動を高精度で
測定することができる。この荷重変動をコンピュータ内
に記憶しておき、あらかじめ各部品ごとに有限要素解析
などにより求めてある荷重と発生応力の関係を用いて、
各部品に発生している応力変動を推定し、各部品の疲労
損傷度を計算することにより、各部品の疲労損傷度を正
確に知ることが可能となる。これに基づいて各部品の点
検および交換時期を予知することにより、突発的な部品
の破損事故を未然に防止することが可能となる。

【００１０】

【実施例】本発明になるローラ式粉砕装置の実施例を図
１に示す。減速機１１の出力軸上にはヨーク１０が回転
可能なように取付けられており、このヨーク１０上には
環状の粉砕リング１が固定されている。粉砕リング１上
面の環状溝様のくぼみ部１Ａには、ローラブラケット３
にローラ軸およびベアリングにより回転可能なように支
持されたローラ２が等間隔で例えば３組設置されてい
る。ローラブラケット３の上部および加圧フレーム９下
面にはローラ状のピン４が入る溝が加工されており、ロ
ーラブラケット３およびローラ２はピン４を介して加圧
フレーム９により粉砕リング１に押付けられ、ローラ２
が転倒しないようになっている。加圧フレーム９にはピ
ボットアーム１２が取付けられており、このピボットア
ーム１２のもう一方の端はローディングロッド１３とつ
ながっている。ローディングロッド１３は、加圧シリン
ダ１７につながっており、加圧シリンダ１７でローディ
ングロッド１３を引張ることにより、加圧フレーム９を
下方向に加圧し、ローラ２を粉砕リング上に圧接する構
造となっている。また、加圧フレーム９はハウジング１
９に設けた支持部材により支持され、上下方向の移動は
自由であるが、水平方向の移動は拘束されている。加圧
フレーム９の上面には、例えばひずみゲージのようなひ
ずみ検出子２０が取付けられており、このひずみ検出子
２０は被粉砕物などによる損傷を防止するためのカバー
２７で覆われている。ひずみ検出子２０はアンプ２１に
接続されており、このひずみ検出子２０により、例えば
電圧変化として測定されたひずみ変化はアンプ２１で増
幅され、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２２でデ
ジタル信号に変換された後、例えばパーソナルコンピュ
ータやワークステーションのようなコンピュータ２３に
送られる。また、コンピュータ２３には表示用ディスプ
レイ２４、キーボード２５、例えばハードディスクのよ
うな大容量のデータ記憶装置２６が接続されている。

【００１１】図２はひずみ検出子の取付け位置の詳細を
示す側面図である。ひずみ検出子２０は加圧フレーム９
上面の、ローラブラケット３を固定するための２つのピ
ン４ａ、４ｂの中央部に取付けられている。ピボットア
ーム１２により加圧フレーム９に対し粉砕リング方向に
加圧荷重を加えると、加圧フレームは一点鎖線で示すよ
うに変形する。ひずみ検出子２０は、この変形量変化を
ローラミルの荷重変動として検出する。

【００１２】粉砕時、被粉砕物はローラ２と粉砕リング
１の間で粉砕されるため、ローラ２は被粉砕物から常に
衝撃力を受けている。ローラ２は軸５、ローラブラケッ
ト３、ピン４を介して加圧フレーム９で粉砕リング１に
圧接される構造となっているため、ローラ２の衝撃力は
軸５、ローラブラケット３、ピン４から加圧フレーム９
に伝わる。したがって、加圧フレーム９に作用している
荷重を測定することにより、ヨーク１０、粉砕リング
１、ローラ２、ローラブラケット３などで構成される粉
砕部の荷重の大きさや変動を知ることができる。

【００１３】本発明になるローラ式粉砕装置では加圧フ
レーム９の上面に、例えばひずみゲージのようなひずみ
検出子２０が取付けられているため、加圧フレーム９の
ひずみ変動を測定し、これを荷重に換算することにより
粉砕部に発生する荷重変動を高精度で測定することが可
能であり、この荷重変動からヨーク１０、粉砕リング
１、ローラ２、ローラブラケット３などの粉砕部各部品
に発生する応力の大きさおよび疲労損傷度を推定し、こ
れに基づいて各部品の点検および交換時期を予知し、部
品の破損事故を未然に防止することが可能である。従来
のローラ式粉砕装置では、ひずみや荷重を検知する機構
が設けられていないため、粉砕部の荷重変動を測定する
ことはできなかった。

【００１４】粉砕時、加圧フレーム９上面のひずみ変動
はひずみ検出子２０で連続的に電圧変化として測定さ
れ、アンプ２１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２２でデ
ジタルデータに変換され、コンピュータ２３に取込まれ
る。ひずみ変動から荷重変動への変換は、例えば有限要
素解析によって図３に示すような粉砕荷重とひずみの関
係を求めておくことにより簡単に行うことができる。す
なわち、次式によって求めることができる。

【００１５】Ｗ＝ｍ・ε （１） ここで、Ｗは粉砕荷重、εはひずみ、ｍは粉砕荷重とひ
ずみの関係の傾きである。図４にひずみ検出子２０のひ
ずみ変動から荷重変動を求めた例を示す。図４（ａ）は
ひずみ検出子２０により測定したひずみ変動、（ｂ）は
（１）式により求めた荷重変動である。本発明になるロ
ーラ式粉砕装置では、加圧フレーム９のひずみを直接測
定し荷重に換算していること、加圧フレーム９はピン４
ａ、４ｂを支点として図２に示すように変形するため、
ひずみ検出子２０の取付け位置に大きなひずみが発生す
ることなどにより、非常に精度よく粉砕荷重を測定する
ことが可能である。

【００１６】次に、荷重変動から、粉砕部各部品に発生
する応力の大きさおよび疲労損傷度を推定する方法につ
いて説明する。粉砕部各部品に発生する応力は、あらか
じめ各部品ごとに、例えば有限要素法などによる応力解
析によって求められた粉砕荷重と部品に発生する応力の
最大値との関係を用いることにより、簡単に推定するこ
とができる。すなわち、各部品の最大発生応力σｍａｘ
は次式により推定することができる。

【００１７】σｍａｘ＝α・Ｗ （２） ここで、αはあらかじめ有限要素解析などにより求めら
れた粉砕荷重と最大発生応力の比であり、各部品ごとに
求めておけばよい。疲労破壊が発生するとすれば、最大
応力発生点であるので、αは各部品の最大応力σｍａｘ
についてのみ求めておけばよい。上記手法、すなわち
（２）式を用いて、荷重変動から応力変動を求めた結果
例を図５に示す。図５（ａ）は測定した荷重変動、図５
（ｂ）は（２）式により求めた応力変動である次に、疲
労損傷度の推定方法について説明する。各部品の発生し
ている応力の大きさがわかれば、図５（ｂ）に示す応力
振幅△σおよび図６に示す疲労強度曲線を用いて疲労損
傷度を計算することができる。図６において、縦軸は応
力振幅△σ、横軸は繰返し数Ｎであり、応力振幅△σ₁
がＮ₁ 回繰返された場合、疲労破壊することを意味す
る。同様に、応力振幅△σ₂ がＮ₂ 回繰返されると疲労
破壊する。また、△σ_w は疲労限度であり、応力振幅△
σが△σ_w より小さい場合は疲労破壊しない。図５
（ｂ）からわかるように、応力振幅△σの大きさは常に
変動しており、この場合、次式で表わされる線形損傷則
によって疲労損傷度を評価することができる。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、Ｃは疲労損傷度であり、Ｃ＝１と
なった場合疲労破壊する。また、ｎ _i は応力振幅△σ_i
が作用した回数で、Ｎ_i は疲労強度曲線上の△σ_i に対
応する繰返し数Ｎの値である。以上の方法により、図５
（ｂ）に示すような各部品の応力変動から疲労損傷度Ｃ
を求めることができる。以上のように、本発明になるロ
ーラ式粉砕装置では、上記方法により、ひずみ検出子２
０によって測定され、コンピュータ２３内に取込まれた
ひずみ変動を荷重変動に換算し、この荷重変動から各部
品の応力変動、疲労損傷度を計算することができる。計
算された各部品の応力変動、疲労損傷度は常時ディスプ
レイ２４に表示されており、ディスプレイ２４を見るこ
とにより各部品の疲労損傷度を知ることができる。も
し、疲労損傷度Ｃが１に近づいてきた場合、その部品の
点検および交換が必要であることをディスプレイ２４に
表示し、部品の点検・交換を促すことにより、粉砕部部
品の破損事故を未然に防止することが可能である。

【００２０】また、本発明になるローラ式粉砕装置で
は、ローラ２や粉砕リング１の摩耗量を推定することが
可能である。摩耗量は押付け力、すなわち粉砕荷重が大
きくなるほど大きくなる。したがって、あらかじめ図７
に示すような摩耗量と荷重と荷重のかかった時間の積の
関係を求めておけば、測定した荷重変動および荷重の作
用した時間からローラ２や粉砕リング１の摩耗量を推定
することが可能となる。

【００２１】以上のように、本発明になるローラ式粉砕
装置によれば、粉砕部の荷重変動を高精度で測定するこ
とができ、これより各部品の発生応力および疲労損傷度
を推定し、各部品の点検および交換時期を予知すること
が可能となり、粉砕部各部品の破損事故を未然に防止す
ることが可能となる。また、測定した荷重変動から、ロ
ーラや粉砕リングの摩耗量をも推定することが可能であ
る。

【００２２】本発明の他の実施例を図８に示す。本実施
例は、ピン４ａ、４ｂに荷重検出子２８ａ、２８ｂを取
付け、粉砕部の荷重を測定するようにしたものである。
本実施例も、その作用、効果ともに図１の実施例と全く
同様である。本実施例では、荷重検出子２８ａと２８ｂ
の荷重の大きさの差から、粉砕リング回転方向の荷重を
も推定できるという効果がある。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ローラ式粉砕装置粉砕
部の荷重変動を精度よく測定することができ、これより
各部品の発生応力および疲労損傷度を推定し、各部品の
点検および交換時期を予知することが可能となり、粉砕
部各部品の破損事故を未然に防止することができるとい
う効果がある。また、測定した荷重変動から、ローラや
粉砕リングの摩耗量をも推定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるローラ式粉砕装置の実施例図。

【図２】本発明になるローラ式粉砕装置のひずみ検出子
の取付け位置を示す側面図。

【図３】粉砕荷重とひずみの関係図。

【図４】加圧フレームのひずみ変動図、粉砕部の荷重変
動図。

【図５】粉砕部の荷重変動図、荷重変動から計算した応
力変動図。

【図６】材料の疲労強度曲線図。

【図７】摩耗量と荷重の関係図。

【図８】本発明になるローラ式粉砕装置の他の実施例
図。

【図９】従来のローラ式粉砕装置の全体図。

【符号の説明】

１…粉砕リング、２…ローラ、３…ローラブラケット、
４…ピン、９…加圧フレーム、１０…ヨーク、１１…減
速機、１２…ピボットアーム、１３…ローディングロッ
ド、１４…供給管、１５…分級機、１６…出口管、１７
…加圧シリンダ、１９…ハウジング、２０…ひずみ検出
子、２１…アンプ、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３…コンピ
ュータ、２４…ディスプレイ、２５…キーボード、２６
…記憶装置、２７…カバー。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内で垂直軸回りに回転する粉
   砕リングと、粉砕リング上に回転方向に沿って所定間隔
   で配置された複数個のローラと、該ローラを回転可能に
   支持する支持装置と、該支持装置を介してローラを粉砕
   リングに押圧する加圧フレームとを備え、被粉砕物を粉
   砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉砕装置にお
   いて、加圧フレームに設けられ粉砕部への荷重変動を計
   測する手段と、該計測手段の計測値に基づき粉砕部の各
   部に発生する応力変動値を求める手段と、上記応力変動
   値に基づき粉砕装置各部の疲労損傷度を求める手段とを
   設けたことを特徴とするローラ式粉砕装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、求めた上記疲労損傷
   度に基づき粉砕装置各部品の点検時期および／または交
   換時期を予知または表示する手段を設けたことを特徴と
   するローラ式粉砕装置。
3. 【請求項３】 ハウジング内で垂直軸回りに回転する粉
   砕リングと、粉砕リング上に回転方向に沿って所定間隔
   で配置された複数個のローラと、該ローラを回転可能に
   支持する支持装置と、該支持装置を介してローラを粉砕
   リングに押圧する加圧フレームとを備え、被粉砕物を粉
   砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉砕装置にお
   いて、加圧フレームに設けられ粉砕荷重の変動を計測す
   る手段と、計測した荷重変動からローラ、粉砕リングを
   はじめとする粉砕部の摩耗量を推定する手段とを設けた
   ことを特徴とするローラ式粉砕装置。