JP4049825B2 - シルト除去掘削ホイールのエゼクター機構 - Google Patents

Description

本発明の技術分野
本発明は、一般的にエゼクター機構に関する。より詳細には、本発明は、シルトを水域の下側から取除く掘削ホイールに使用するためのエゼクター機構に関する。
背景技術
様々な種類のエゼクター機構が、過去において、チャンバから物質を押し出すのに使用されてきた。例えば、掘削機械のバケットにプッシャプレートまたは、スクレーパ機械においてボールを使用して、物質をバケットまたはボールから押し出すことが知られている。これらの公知のプッシャプレートは、通常油圧シリンダにより制御されており、オペレータが物質を押し出そうとする場合は、単に制御バルブを作動させ、油圧シリンダがプレートを前方に押して物体を押し出すことになる。
露天掘鉱山の用途において、大型掘削ホイールが表土を取除くのに使用され、石炭が採取されるようになっている。これらの大型のホイールタイプの掘削機械は個々のスクープで表土を掬い上げるだけであり、大型ホイールの個々のスクープがホイール回転の最上点に達すると、表土がコンベヤに落下する。大型の掘削ホイールが軟らかく粘着性のある表土の中で作動する場合、表土は、個々のスクープから簡単に落下しない。従って、軟らかく粘着性のある物質を、水域の下側からシルトを取出すために使用されるホイールチャンバから取出すように作用するエゼクター機構を形成することが望まれる。
本発明は上述の問題の１か、２以上を解決するものである。
発明の開示
本発明の１態様において、エゼクター機構がシルト掘削機械に使用するようになっている。シルト掘削機械は第1および第2の側部の間に配置された複数のベーンのそれぞれにより形成された複数のシルト保持チャンバを備えた掘削ホイール組立体を有する。掘削ホイール組立体はホイールフレームに回転可能に取りつけられている。エゼクター機構がホイールフレームにピボット運動可能に接続されたエゼクターアームと、回転する偏心アームを有するクランク機構と、偏心アーム及びエゼクターアームとの間に接続されたリンクとを含む。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を組み入れる装置の概略図である。
図２は、線２−２に沿って切断された図１の装置の前面図である。
図３は、線３−３に沿って切断された図１の装置の側面図である。
図４は、図１の線４−４に沿って切断された拡大側面図である。
図５は、シールド機構の拡大部分図である。
図６は、移動した位置における図５のシールド機構の拡大部分図である。
図７は、エゼクター機構の拡大部分図である。
図８は、図７のエゼクター機構の上面図である。
本発明を実施するのに最良の形態
図面、より詳細には図１から３を参照すると、装置１０が形成されており、水域の下側からシルトを取除くようになっている。装置は、フロート装置１２、フロート装置１２に接続されたフレーム構造１４、シルトを水域の下側から取除くように作用するシルト掘削ホイール機構１６、シルトが水の底から水上地点に取除かれる間、ホイール機構を水からシールドするように作用するシールド機構、シルトをホイール機構１６から取除くことを補助するように作用するエゼクター機構１９、シルトをホイール機構から離れて搬送するように作用する移送装置２０、水の底のシルトに対しホイール機構１６を上下運動させるように作用する高さ調整機構２２とを含む。これ自体の動力を受けて装置１０を動かすために、推進および操舵システム２３が設けられている。
フロート構造１２は、プラットフォームを形成するように、フレーム構造によって相互に接続された別個になった複数のフロート２４を含む。フロート構造１２は浮力制御構造２６も含む。浮力制御装置２６が、重量分布の変化を補償するために複数のフロート２４の少なくとも所定の何れかの浮力を増減させることによって、プラットフォームのレベルを制御するように作用する。
エンジン２８のような動力源、流体タンク３０およびカブ３２がフレーム構造１４に取付けられている。エンジン２８、流体タンク３０およびカブ３２の位置は、本発明の原則から逸脱することなくフレーム構造における異なった場所であればよい。
シルト掘削ホイール機構１６は、ピボット点３５においてフレーム構造１４と高さ調整機構２２においてピボット運動可能に接続されたホイールフレーム組立体３４を含む。シルト掘削ホイール機構１６は、最も外側の外周３６と最も内側の円周３８とを有し、軸線４３のまわりにホイールフレーム組立体３４に回転可能に取付けられた第１及び第２のホイール組立体４０、４２を有する。第1及び第2のホイール組立体は相互に固定されていてもよいし、もしくは一体的組立体として作られていてもよい。軸線４３は、水面と平行であるように図示されているが、軸線は必ずしも平行である必要はないことを理解しなければならない。ホイール機構１６がフレーム構造１４に回転可能に取付けられており、別の種類の高さ調整制御を有することができることを理解しなければならない。
第１および第２のホイール組立体４０、４２のそれぞれは、シルト保持チャンバ４６のそれぞれを形成する複数の半径方向に間隔のあいたベーン４４を有する。ベーン４４のそれぞれは対向する両端部４８、５０を有しており、第１および第２の両側部５２、５４が対向する両端部４８、５０に接続されている。図示するように、本実施例において、両側部５４は第１および第２のホイール組立体４０、４２の間にディバイダを形成しており、ホイール４０/４２それぞれからベーン４４の対向する両端部の一方がディバイダに接続されている。ベーン４４のそれぞれは、最も外側の円周と最も内側の円周３８の間で最も外側の円周３６に隣接して配置されている。図示するように、１ホイール組立体４０内のベーン４４が他方の組立体４２のベーン４４から半径方向にオフセットしている。第１及び第２のホイール組立体４０、４２の中のベーンは、相互にオフセットするべきでなないことに留意する。本実施例において、各ベーン４４は、曲線すなわち最も外側の円周３６から最も内側の円周３８まで延びる連続して変化する半径を有する。曲線は、各ベーンがシルトの中に入ることができ、シルトと水との間に不要な渦を作り出さないように設けられている。
第１および第２のホイール組立体は、従来の手段で流体モータ組立体５６によって駆動される。本実施例において、流体モータのサイズを縮減し、低速で必要とされるトルクを与えるために流体モータの最終段駆動装置が流体モータ組立体５６と第１および第２ホイール組立体４０、４２との間に接続されている。
コンベヤ装置２０が、左右らせん錐５８、６０、左右コンベヤ６２、６４と第１及び第２の移送コンベヤ６６、６８を含む。１つの移送コンベヤ６６のみが必要とされ、２つ以上のコンベヤが本発明の原理から逸脱することなく使用できる。左右らせん錐５８、６０が、第１および第２のホイール組立体４０、４２から除去されたシルトを受取り、これを各左右コンベヤ６２、６４の上に堆積するように作動的に配置されている。左右コンベヤ６２、６４はシルトを各らせん錐から第１の移送コンベヤ６６に動かす。簡単に理解できるように、別の移送コンベヤ６６、６８を利用して、シルトを装置１０から取除くようにしてもよいし、またはシルトを蓄積領域に移送させるために、主コンベヤシステム、バルジ、または別の移送機構（図示せず）にシルトを堆積できる。図示するように、移送コンベヤ６６、６８がフロート２４に取付けられている。各円形ギア組立体７０が、第１及び第２の移送コンベヤ６６、６８を装置１０および相互に対し配向するように利用される。従って、装置１０がシルトを水域の下側からシルトを連続して取除くのに使用されているとき、この除去されたシルトを所定の場所に堆積できる。
高さ調整機構２２は、フレーム構造１４に取付けられたタワー７２を含んでおり、タワー７２の上部と、ピボット点３５に対向したホイールフレーム組立体３４の端部との間に接続されたリフト構造７４を含む。高さ調整機構２２は、各ホイール組立体４０、４２が水域の下側のシルトを貫通できる深さを制御する。
図３に図示するように、装置１０は、衛星航法システム（GPS）と協働して作動する。公知のように、GPSは、送信機/受信機を有する遠隔距離のオフィス７６と、衛星７８、および装置１０における受信機/送信機８０を含む。GPSを固定された遠隔オフィス７６に対する装置の位置を識別するだけのために使用できるので、オペレータが必要とされる調整を行うことができるし、コントローラと組み合わされて使用され装置１０の操作を自動的に制御するようにしてもよいことに留意する。装置１０はGPSの助けを借りることなく制御できることにも留意する。例えば、進行方向は、位置決めされたフラグ、レーザまたは別の既知の方向制御装置を使用することによって制御できる。
図４乃至６を参照すると、シールド機構１８がより詳細に図示されており、外側の円弧形シールド構造８４、内側円弧形シールド構造８６及びリリース機構８９を含む。外側円弧形シールド構造８４が最も外側の円周３６の一部に隣接して配置されており、ホイール組立体４０/４２のベーン４４の幅にほぼ等しい幅を有する。外側円弧シールド構造８４が、水域の下側のシルトと水面レベルを超えた地点との間に各ホイール組立体４０、４２の後端部にある最も外側の円周３６の一部に隣接して配置されている。本装置において、外側円弧形シールド構造８４の幅は、組み合わされた第１および第２のホイール組立体４０、４２の双方の幅に実質的に等しい。
外側円弧形シールド構造８４は、ピボット点９２においてホイール組立体３４にピボット運動可能に接続された円弧形部材９０を含む。円弧形部材９０の幅は、第１および第２のホイール組立体４０、４２とが組み合わされた幅にほぼ等しく、各ホイール組立体４０、４２の最も外側の円周の一部に隣接して配置される。
内側の円弧シールド構造８６がホイールフレーム組立体３４に接続されており、最も内側の円周３８に隣接した各第１および第２のホイール組立体４０、４２の一部に沿って配置される。内側円弧シールド構造８６は、シルト放出の直前までは、シルトで充填されるシルト保持チャンバ４６に沿った所定の場所において、シルト放出後、シルト保持チャンバ４６が再び水域にほぼ入るまでは、シルト保持チャンバの一部に沿った所定の場所において、各ホイール組立体４０、４２の最も内側の円周３８に隣接して配置された円弧形シールド部材８８それぞれを含んでいる。
対象物がホイール組立体４０、４２と、円弧形部材９０との間で分裂し始めるようなときに、リリース機構８９は、外側円弧シールド装置８４の円弧部材９０がホイール組立体４０、４２から離れてピボット運動し、ホイール組立体４０、４２を停止させるように作用する。本発明のリリース機構８９は、第１および第２のリンケージ構造９４、９６を含む。リンケージ構造９４、９６の双方は同一であるので、一方のみを詳細に記載する。
第１および第２のリンケージ構造９４、９６のそれぞれは、円弧形部材９０とホイールフレーム組立体３４との間に接続された第１および第２のリンク９８、１００を含む。第１および第２のリンク９８、１００の一端が、ピボット点１０２において相互にピボット運動可能に接続される。第１リンク９８の他端がポイント１０１において円弧形部材９０に接続されている。第２のリンク１００の他端が、ポイント１０３においてホイールフレーム組立体３４に接続されている。各リンケージ構造９４、９６が、第２リンク１００とホイールフレーム組立体３４との間に接続された各流体シリンダ機構１０４によって設定位置に付勢される。設定位置にあるときに、第１および第２のリンク９８、１００のピボット点１０２が、第１および第２のリンク９８、１００の他端部と、円弧形部材９０および第２リンク１００との接続点１０１、１０３との間を延びる線にほぼ隣接しているが、これに従っていない位置に配置される。対象物がホイール組立体４０、４２の間で分離し始める場合、円弧形部材９０にかけられた力がリンケージ構造９４、９６を通って移される。このかけられた力によって、第１及び第２のリンク９８、１００が流体シリンダ機構１０４によって作られた付勢力に勝ることによってピボット点１０２においてピボット運動させることになる。円弧部材９０が硬化粘土に入らないことを確実にするために、トルク管１０６が、第１および第２のリンケージ構造９４、９６の間に堅固に接続される。本実施例において、トルク管１０６が各第２のリンク１００の間に配置される。
スイッチ１０８が、ホイール組立体３４とリンク９８、１００の少なくとも一方との間に配置されており、リリース機構８９が進行するときはいつもホイール組立体４０、４２の回転を停止させるための信号を与えるように作用する。対象物が取除かれると、流体シリンダ機構１０４がリンケージ構造９４、９６をリセットし、ホイール組立体４０．４２がもう一度機能するようになる。
図４と組み合わされた図７および８を参照すると、エゼクター機構１９がより詳細に記載されている。エゼクター機構１９はホイール組立体３４に接続されており、第１および第２のエゼクター部材１０９、１１０と、チェーンまたはベルトのようなタイミング装置１１２、クランク部材１１４、クランク部材１１４と第１および第２エゼクター部材１０９、１１０それぞれとの間を接続する第１および第２のリンク１１６、１１８と、を含む。
各第１および第２のエゼクター部材１０９、１１０のそれぞれは、各ベーン４４の幅の１/2よりも大きいが各ベーン４４の幅よりも小さい幅を有する。本実施例において、各第１および第２のエゼクター部材１０９、１１０の幅はベーン４４の幅の約９０パーセントである。
クランク部材１１４は、相互に１８０度配向した第１および第２の偏心アーム１２０、１２２を有する。第１および第２の偏心アーム１２０、１２２は、各ホイール組立体４０、４２のベーンの間のずれの角度に基いている。タイミング装置１１２が、ホイール組立体４０、４２の回転に応じてクランク部材１１４を回転させる。その結果として、各エゼクター部材１０９、１１０は、ホイール組立体４０、４２が回転するにつれ、対応するシルト保持チャンバ４６のなかにはいる。エゼクター機構１９はホイール組立体４０、４２のほぼ上部に配置されている。
図１と２により明白に図示されているように、推進および操舵システム２３は、第１および第２の独立した駆動ホイール組立体１２４、１２６を含む。第１および第２の独立駆動ホイール組立体１２４、１２６は同一のものであるので、これらの１つだけを詳細に記載する。各駆動ホイール組立体のそれぞれは流体被駆動ホイール１２８、流体被駆動ホイール１２８とフレーム構造１４との間に配置された平行四辺形のリンケージ１３０、および駆動ホイール組立体１２８を上下運動させるように作用する流体作動シリンダ１３２を含む。本実施例において各駆動ホイール１２８は、これの周縁に取付けられたスペード形状の部材を有しており、牽引のためにシルトを貫通するように作用する。平行四辺形リンケージ１３０は、公知の手段で作用し、上下運動中に、各駆動ホイールをほぼ垂直方向に維持するようになっている。各駆動ホイール１２８は独立して制御されるために、操舵は、１つの駆動ホイール１２８を別の駆動ホイールよりも速度を速めるか、遅い状態で回転させることで達成される。
産業上の利用可能性
水域からシルトを取除く前に、水域内におけるシルトの上の水の深さが判断され、チャートされる。シルト除去装置１０がGPSと協働して作動される場合には、チャート情報が装置の制御システムに入力され、一定の遠隔場所に対し設定される。使用中に、駆動ホイール１２８は、スペードがシルトとかみ合うまで降下し、シルト掘削ホイール機構１６は、シルト保持チャンバ４６がシルトで効率的に充填されるのに必要な深さに等しい深さまで水の中に降下する。掘削ホイール機構１６が回転すると、各シルト保持チャンバ４６が水域を通り、各ホイール組立体４０、４２の上部位置の方向に向かって動く。シルト保持チャンバ４６が水域を通って動くので、外側円弧形シールド構造８４が各シルト保持チャンバ６４の中のシルトを水からシールドする。従って、シルトは、シルトと共に多量の水を搬送しないことになる。同様に、水はシルト保持チャンバ４６からシルト洗浄する傾向を有していない。ホイール組立体４０、４２が回転し、シルトを低部から上方に搬送すると、内側円弧シールド構造８６の一部がシルトを水からシールドし、同様に各シルト保持チャンバがホイール組立体４０、４２の最上部に達する前に、各シルト保持チャンバ４６のなかにシルトを保持するように作用する。
シルト保持チャンバがホイール組立体４０/４２の最上部に達すると、シルトは、シルト保持チャンバ４６から取除かれて、らせん錐５８/６０それぞれの中に堆積される。各シルト保持チャンバ４６が最上部に達すると、内側円弧シールドは、シルトがシルト保持チャンバ４６から出ることができるように停止する。シルト保持チャンバ４６が最上位置に達すると、適切なエゼクター部材１０９/１１０が下方に押され、シルトがシルト保持チャンバ４６から排出される。タイミング装置１１２がクランク部材１１４をホイール組立体４０、４２の回転に対しを回転させるので、対応するリンク部材１１６/１１８が適切なエゼクター部材１０９/１１０を下方に押してシルト保持部材４６の中に動かす。ホイールが回転し続けると、内側の円弧シールド８６の別の部分がシルト保持チャンバ４６をシールドすなわち閉鎖するように機能する。シルトの全てがシルト保持チャンバ４６から落下せず、水の中に落下しようとする場合には、内側円弧シールド８６はシルトが落下しないようにする。シルトが水に落下して戻ってしまうことは、水を攪拌し、水域の低部において水とシルトとの混合がなかった状態にしようとする。
本実施例において、掘削ホイール機構１６は、各駆動ホイール１２８と同一方向に回転している。従って、駆動ホイール１２８を、制動ホイールとして利用してもよいし、ほんのわずか、または殆ど力を加えることなく回転すればよい。装置１０は、各シルト保持チャンバ４６がシルトで完全に充填させるのに必要な速度にほぼ等しい速度で前進すればよい。シルト保持チャンバ４６が完全に充填されていない場合には、残っている未充填部分が望ましくない水で充填されている可能性がある。本実施例において、掘削ホイール機構は、１分あたり約１回転の割合で回転すると考えられる。ホイール組立体４０、４２の回転速度は、ホイール組立体の大きさに基く。本実施例においてホイールの径は約６メートルであり、全幅は約２メートルである。数々のホイールの径と幅を本発明の原則から逸脱することなく使用してもよいことがわかる。
シルトがシルト保持チャンバ４６から各らせん錐５８、６０に放出されると、らせん錐がシルトを外方向に動かし、これを、第１および第２のコンベヤ６２、６４のそれぞれに堆積させる。コンベヤ６２、６４はシルトを動かし、これをコンベヤ６６に投棄し、シルトを動かしてコンベヤ６８に投棄する。コンベヤ６８は、シルトを連続したコンベヤ、またはシルトを蓄積堆積場所にまで動かす別の収集装置に投棄する。１つの可能な保管場所は水域の中の大型の貯蔵場所にシルトを堆積させるか、または水域の中において長い貯蔵法場所にシルトを堆積させることである。このことは、トラックの中の物質を牽引するのに必要性と費用を削減する。
対象物がシルト除去工程中にホイール組立体４０、４２と円弧形部材９０との間で分割され始める場合に、リリース機構８９が前進しホイール組立体４０、４２が停止する。ホイール組立体は、スイッチ１０８から信号を受信した後にオペレータによって停止されてもよいし、またはリリース機構８９が進行すると、自動的に停止してもよい。対象物が排除されると、シリンダ構造１０４がリリース機構８９をリセットし、装置が水域の下側からシルトを続けて取除こうとする。
前述したように、装置は相互に第１および第２の駆動ホイール１２８の速度を変更することによって操舵される。GPSは、既にチャートされた水の深さを有し、同様に水域の全体的な領域を知ることになるので、シルト除去工程は、ほとんどオペレータの制御なしに常時作動できる。
本装置１０は、おもに水域の下側からシルトを取除くものであり、水の深さは通常１から１．５メートル以下の深さである。シルトが水域から取除かれると、水域の深さが、２から２．５メートルの深さであることが望まれる。
装置１０が長時間使用されるので、燃料タンク３０の多量の燃料が消費され重量分布に影響を及ぼすことになる。燃料が消費されると、浮力制御構造は重量分布の変化を検出し、フロート２４の所定の一方における浮力を自動的に変え、重量分布を修正する。
円形ギア組立体７０は、装置がシルト除去中に前進すると、主コンベヤシステムに対するコンベヤ６８の位置を維持するように作動する。この関係はGPSにより自動的に制御されるか、もしくは、オペレータによって手で制御される。
前述の観点から、本発明のエゼクター機構は、シルト除去装置１０が水域の下側からシルトを取除く際に、ホイール組立体４０、４２のシルト保持チャンバ４６からシルトを除去することを目的とする際に有効である。
本発明の別の態様、目的及び利点は、図面、発明の開示及び請求の範囲を研究することから得ることができる。

Claims (7)

1. 第１及び第２の側部（52,54）間に配置された複数のベーン（44）のそれぞれにより形成された複数のシルト保持チャンバ（46）を備え、ホイールフレーム（34）に回転可能に取りつけられている掘削ホイール機構（16）を有するシルト掘削機械において、前記保持チャンバ（48）が前記掘削ホイール機構（16）の上部位置に移動したときに、該保持チャンバ（48）内に捕捉されたシルトを該保持チャンバ（48）から放出するように作動するエゼクター機構（19）であって、
   前記掘削ホイール機構（16）の上部位置にある前記保持チャンバ（48）内に出入りできるように前記ホイールフレーム（34）にピボット運動可能に取りつけられたエゼクター部材（109,110）と、
   回転する偏心アーム（120,122）を有するクランク機構（114）と、
   一端が前記偏心アーム（120、122）に、他端が前記エゼクター部材（109,110）にそれぞれ接続され、前記クランク機構（114）の回転に伴って前記エゼクター部材（109,110）をピボット運動させて該エゼクター部材（109,110）を前記掘削ホイール機構（16）の上部位置にある前記保持チャンバ（48）内に出入りさせるリンク部材（116、118）と、
   からなるエゼクター機構（19）。
2. 前記クランク機構（114）は前記掘削ホイール機構（16）に結合され、該掘削ホイール機構（16）の回転に同期して回転するように作動することを特徴とする請求項１に記載のエゼクター機構（19）。
3. 前記エゼクター機構（109,110）は、前記ホイール機構（16）の前記上部において前記ホイールフレーム（34）に取付けられていることを特徴とする請求項２に記載のエゼクター機構（16）。
4. 前記掘削ホイール機構（16）は、前記ベーン（44）のそれぞれに接続されたディバイダ（54）によって分離された第１および第２の掘削ホイール（40,42）を含んでおり、前記エゼクター機構（19）は、第２のリンク（118）によって前記クランタ機構（114）に配置された第２の偏心アーム（122）に接続された第２のエゼクター部材（110）を含むことを特徴とする請求項３に記載のエゼクター機構（19）。
5. 前記クランク機構（114）の前記第１および第２の偏心アーム（120,122）が、互いに180度の位相差をもつ関係に配向されていることを特徴とする請求項４に記載のエゼクター機構（19）。
6. 前記クランク機構（114）と前記掘削ホイール機構（16）との間に接続されたタイミング装置（112）を含むことを特徴とする請求項５に記載のエゼクター機構（19）。
7. 前記各エゼクター機構（109,110）のそれぞれの幅が前記各ベーン（44）の幅の２分の１よりも大きいが、前記各ベーン（44）の幅よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のエゼクター機構（19）。

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