JP4424612B2 - 建設残土等の粉砕撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として山やトンネル，道路，宅地造成等の掘削工事や、採石，採土等の作業現場他から排出される微細粒子の掘削土並びに土砂類からなる建設残土、建設汚泥、及び各種の混合調整材料を粉砕混合し撹拌処理をすることができる建設残土等の粉砕撹拌装置に関する。

一般に、山やトンネル，宅地等の工事で生じた掘削残土、及び採石場や道路工事等の様々な作業現場で生ずる建設汚泥を固液分離手段等によって形成した脱水ケーキは、そのまま埋立地に運搬されて廃棄処分する等の簡易な処理が主体となっている。然し、埋め立て処分した場合でも、廃棄材料が安定的な土質になって目的の用途になるまでに相当の時間を要する。そこで上記掘削工事等で発生する例えば粘性の低いマサ土や山砂に対し、脱水ケーキを所定の割合で粉砕混合する等の土質改良処理を行い、盛り土や築堤他各用途に適合する改良土を製造してリサイクルすることが本発明者等に対して提案されている。

従来、改良土を製造するための改良土製造機は、例えば特許文献１で示されるような混合機械が使用され既に公知である。この混合機械は横長円筒状の回転ドラム内で、偏心軸位置に支持される回転軸に複数の混合羽根（粉砕爪）を突設した混合羽根組立体（回転処理体）を回転し、供給口から供給された土を細粒化しながら水やセメント等の固化剤等からなる混合調整材料を撹拌混合し、処理済の製品土を排出口から排出する構成となっている。
特開平９−２２５２８２号公報

上記特許文献１で示される混合機械は、回転ドラムの回転によって供給される混合材料を回転方向に移動させながら、混合羽根組立体の混合羽根によって偏心軸位置で撹拌処理するため、混合材料の撹拌混合が促進される利点がある。然し、この構造では回転羽根の先端が土を掬い取るバケット形状であるため、回転時に土の持ち回り量が多く砕土性能や撹拌性能も悪い。また混合羽根先端部との間に形成される隙間に付着する付着土を除去しないまま撹拌混合を行うので、撹拌抵抗も大きく撹拌が不十分となる。その他上記のような構成では羽根先端とドラム内周面との間に粒径の一定しない粒石を噛み込む欠点がある。

一方上記のような混合機械において、回転ドラムをドラム回転機構を省略し廉価な固定型に構成し、混合羽根組立体を偏心回転させる構造では、粘性の高い土を撹拌混合するような場合に、内周壁に付着する土が偏心空間部を塞いでトンネル状態に付着形成されるので、混合材料の撹拌混合をスムーズに行うことが困難になると共に、粉砕作用が損なわれる等の構造上の問題がある。

上記課題を解決するための建設残土等の粉砕撹拌装置は、第１に、粘性が低く最大粒径１０〜１８ｍｍの石が混在する山砂又はマサ土と、固液分離された脱水ケーキとからなる混合材料とを供給口１７から供給し、横向きに設置される円筒状のドラムケース１５内で、該ドラムケース１５の中心位置に設けた回転軸２３の軸周に複数の粉砕爪３５を突設した回転処理体１２を回転させ、上記混合材料を粉砕しながら撹拌混合し排出口１９から排出するものにおいて、上記粉砕爪３５を先端部を側方に屈曲させたナタ爪型の耕耘爪３５にすると共に、回転軸２３の軸周に所定の爪間隔Ｌを介して螺旋状に配列させて放射方向に突設配置し、耕耘爪３５先端部の回転軌跡とドラムケース１５の内周壁との間に、混合材料中の上記最大粒径１０〜１８ｍｍの石の通過を許容する該最大粒径近傍の幅の間隙からなる掻落し間隙Ｈを形成したことを特徴としている。

第２に、回転軸２３に各耕耘爪３５の屈曲部３５ｂの先端部を排出口１９側に向けて設けることを特徴としている。

第３に、屈曲部３５ｂの先端部を排出口１９側に一定方向に向けた複数の耕耘爪３５中に、一部の耕耘爪３５を屈曲部３５ｂの先端部を供給口１７側に向けて設けることを特徴としている。

第４に、ドラムケース１５のドラム部２０を、上下対称形状となる上側筒部３０と下側筒部３１とを接合して形成し、上側筒部３０の中途の一部を開閉可能なケース蓋２７によって形成することを特徴としている。

第５に、耕耘爪３５を備える回転軸２３をドラムケース１５の中心に軸支して約９０〜１８０ｒｐｍの範囲で高速回転させることを特徴としている。

上記のように構成される本発明によれば、回転軸の外周に螺旋状に所定の爪間隔を有して配置され、放射方向に突設させる耕耘爪の回転軌跡とドラムケースの内周壁とで、材料中の石の最大粒径の近傍の間隙をなす掻落し間隙を形成したことにより、ドラムケースの内周壁に付着する付着土を耕耘爪の先端部で勢いよく持ち回される石によって掻落とすことができる。これにより混合材料は耕耘爪によって付着土を少なくした状態で、掻落とし間隙内での混合材料の粉砕をより確実にすることができる。また掻落とし間隙内で石の持ち回し回転を耕耘爪に大きな負荷をかけることなく行い、混合材料及び石の粉砕を確実にすることができる。

屈曲部の先端部を排出口側に向けて設けた耕耘爪は、混合材料を粉砕しながら先端部で屈曲方向に跳ね送り、排出口側に隣接する耕耘爪に順次引き継がせ排出口側に送るので、材料の粉砕と移動をスムーズに行い詰まりや停滞を防止して排出口から確実に排出することができる。

屈曲部の先端部を排出口側に一定方向に向けた複数の耕耘爪中に、一部の耕耘爪を屈曲部の先端部を供給口側に向けて設けることにより、混合材料を排出口側への移動方向の中途で、逆向きにした耕耘爪が一時的に逆方向に送るので、混合材料を滞留させて粉砕をより確実にすることができる。

上側筒部と下側筒部とを上下対称形状となして接合してドラム部を形成するので、ドラム構成部品の子部品化を図り大型のドラムケースの製作を簡単に行うことができる。また上側筒部の中途の一部をケース蓋によって構成するので、上側筒部の製作を簡単に行うことができると共に、ケース蓋を開くとき大きく開口することができ、ドラムケース内の清掃や耕耘爪の交換等のメンテナンス作業を行い易くすることができる。

耕耘爪を突設した回転軸を円筒状のドラムケースの中心に軸支することにより、耕耘爪先端部の回転軌跡とドラムケースの内周壁との間で、掻落とし間隙を全周に形成することができるので、内周壁に付着する混合材料の付着土を耕耘爪及び遠心方向に跳ね飛ばされる石による掻落としを確実に行うことができる。

以下図示する本発明の実施形態について説明する。図１はマサ土や脱水ケーキ等の改良土用の各種の材料（以下単に混合材料と言う）を本発明の粉砕撹拌装置１によって、混合材料が発生する現場において処理し改良土等に製品化することができる作業プラントの一例を示す模式図である。
尚、本実施形態において処理する混合材料は、前記工事現場等で生ずるマサ土及び脱水ケーキを粉砕撹拌装置１によって混合粉砕撹拌する例について説明する。

図示例の作業プラントは、粉砕撹拌装置１を備えた製品製造機（改良土製造機）２と、脱水ケーキを収容するプレス土供給装置３と、マサ土を収容するマサ土供給装置５と、プレス土供給装置３とマサ土供給装置５からそれぞれ供給される脱水ケーキとマサ土等の混合材料を受けて製品製造機２に搬送供給する供給ベルトコンベア６と、製品製造機２によって混合粉砕撹拌処理された改良土を機外に搬送してストックさせる排出ベルトコンベア７等によって構成される。

先ず粉砕撹拌装置１を備える製品製造機２について説明する。この製品製造機２は、作業現場等の地面に設置される機台フレーム８に対し、可動フレーム９を傾斜角を調節可能に設けたフレーム構造にしている。そして、可動フレーム９に粉砕撹拌装置１と該粉砕撹拌装置１の後述する回転処理体１２を駆動する駆動モーター１０を左右方向に搭載支持している。上記可動フレーム９は左右端側をそれぞれ機台フレーム８に設けた取付軸１１と図示しない昇降機構によって支持される。これにより可動フレーム９は昇降機構の作動操作に基づき、取付軸１１を支点に上下回動し粉砕撹拌装置１の傾斜角を調節することができる。

尚、上記駆動モーター１０は回転処理体１２を９０ｒｐｍ〜１８０ｒｐｍの高速回転の範囲で回転調節することができ、各種の混合材料に適応させて撹拌処理することができる。この実施形態の粉砕撹拌装置１は各部の主要寸法を後述するように設定し、且つ回転処理体１２を９０ｒｐｍ程度にした場合に、上記混合材料による改良土を毎時２０ｍ³程度の生産量に上げることができる。

粉砕撹拌装置１は図１，図２で示すように、横長円筒状のドラムケース１５内に回転処理体１２を回転可能に軸支し駆動モーター１０によって回転駆動し、右端側に形成される供給口１７から供給する混合材料を粉砕撹拌処理（以下単に撹拌処理と言う）したのち、左端側に形成される排出口１９から下方に排出し処理済の改良土（製品）として取り出すことができる。

上記ドラムケース１５は円筒状のドラム部２０の両側に形成される開口端を、可動フレーム９に対する取付フレームを兼用する側壁板２１，２１を設けて閉鎖し、該側壁板２１，２１に軸支部２２，２２を設け、ドラムケース１５の中心位置で回転処理体１２の回転軸２３を回転可能に軸支している。

ドラムケース１５はドラム部２０の右端側の上部に、前記供給ベルトコンベア６の終端を接続するホッパー２５付きの供給口１７と、左端側の下部に排出ベルトコンベア７の始端側に臨ませるガイド筒２６を有する排出口１９を設けている。
ドラム部２０の供給口１７と排出口１９間の周面上半部には、複数のケース蓋２７，２７を固定筒部２９を介在させて開閉可能に設けている。
ドラム部２０は筒部を上側筒部３０と下側筒部３１とに上下で対称形状となる２分割状に形成し、外側に向けて屈曲した対向端面を着脱可能に接合して構成している。

上記のように構成されるドラムケース１５は、上側筒部３０と下側筒部３１とを上下対称形状となして接合しドラム部２０を形成するので、ドラム構成部を小部品に分割し大型のドラムケース１５の製作を簡単に行うことができる。また上側筒部３０の中途の一部はケース蓋２７によって構成するので、上側筒部３０の子部品化を図り製作を簡単にすることができる。

そして、上側筒部３０の一部を形成するケース蓋２７は、開くと内部を大きく開口することができるので、ドラムケース１５内の清掃や耕耘爪３５の交換等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。尚、実施形態のドラム部２０は内径を５５０ミリ程度とし、長さを２０５０ミリ程度にしている。

次に回転処理体１２について図２，図３を参照し説明する。前記左右の側壁板２１，２１に軸支される回転軸２３は、軸端に設けたジョイント部３２を介して駆動モーター１０と接続され、図示しないコントロール部の操作によって回転調節可能に駆動される。この回転軸２３はドラムケース１５内の軸長で軸周に沿って突設したホルダー３３に、撹拌処理用の粉砕爪（処理歯）として、農業用トラクタの耕耘装置に使用されるものと同様な耕耘爪３５を着脱可能に取付固定した構成としている。

この回転軸２３の外周には螺旋状に配置され所定の爪間隔Ｌを有し耕耘爪３５を着脱可能に取付固定する複数のホルダー３３を突設している。上記爪突設間隔Ｌは混合材料中に混在する石の最大径以上の間隔（実施形態では４０ミリ程度以上）にしている。これにより回転処理体１２の撹拌処理中に、大きな夾雑物や石を耕耘爪３５と隣接する耕耘爪３５との間に挟み込むことなく通過させ、抵抗の少ない撹拌処理をスムーズに行う。

上記耕耘爪３５は一般に多用され廉価に市販されているものと同様の、正面視において基部側の直線部３５ａから先端側を一側に捻り曲げて形成した屈曲部３５ｂとなし、爪板全体を側面視で回転方向上手側に沿って緩やかな円弧を描いて湾曲するナタ型形状で、耕耘性に優れて回転抵抗も小さくできる特徴がある。また耕耘爪３５は、曲線部３５ｂの基部側を回転軸２３の周面に突設したホルダー３３の角筒内に挿入した状態でボルト３６によって着脱可能に取付固定され、耕耘爪３５の交換も簡単にすることができる。

実施形態における各耕耘爪３５は、屈曲部３５ｂの先端部を処理方向下手側（排出口１９側）に向くようにホルダー３３に取付固定しており、各先端部が順次螺旋方向に沿って移送をずらして放射方向に突設される。これにより各耕耘爪３５は供給口１７から供給される材料を撹拌処理しながら、処理方向上手側の耕耘爪３５から下手側の耕耘爪３５へと材料を引き継がせて移動させる。

さらに回転処理体１２は、各耕耘爪３５の先端部とドラムケース１５の内周壁との間に、材料中の石の最大粒径の近傍に設定した掻落とし間隙Ｈを形成している。この掻落とし間隙Ｈは、図３で示すように回転軸２３を中心に耕耘爪３５が回転し先端部が描く先端回転軌跡３７とドラムケース１５の内周壁との間に形成される。この掻落とし間隙Ｈは後述するようにドラム部２０の内周壁に付着する付着土を、マサ土中に混在する石によって掻落とすことができる間隙としている。

尚、実施形態で用いるマサ土は予めスクリーン装置等によって選別することにより、大きな石が除去され最大粒径が１０〜１８ミリ程度の石が混在したものが改良土用の材料として用いられる。そして、石の最大粒径が１８ミリ程度である場合の掻落とし間隙Ｈは２０ミリ程度に設定されることが望ましく、この場合上記掻落とし間隙Ｈは耕耘爪３５とドラム部２０の内周壁との間で石の移動を許容し齧りを防止すると共に、この石によって内周壁の付着土を掻落とすことができる。

以上のように構成される粉砕撹拌装置１を備えた製品製造機２が設置される前記作業プラントは、プレス土供給装置３とマサ土供給装置５から脱水ケーキとマサ土の混合材料を、供給ベルトコンベア６によって供給口１７から粉砕撹拌装置１のドラムケース１５内に連続的に供給する。供給された混合材料は回転処理体１２の回転によって混合粉砕され、撹拌作用を受けながら処理方向下手側に移動し改良土となって排出口１９から排出される。排出された改良土は排出ベルトコンベア７により機外に搬送されストックされて、一連の改良土製造作業が完了する。

上記のような作業に用いられる粉砕撹拌装置１は、粉砕爪を農業用の耕耘装置に汎用されるナタ爪型の耕耘爪３５にしたので、回転処理体１２を簡潔且つ廉価で取り扱い易い構成にすることができる。また回転軸２３の軸周に螺旋状に所定の爪間隔Ｌを介して放射方向に突設させて配置し、耕耘爪３５先端部の回転軌跡とドラムケース１５の内周壁との間に、材料中の石の最大粒径の近傍の間隙をなす掻落し間隙Ｈを形成するので、混合材料の撹拌処理を次のように行うことができる。

即ち、回転軸２３の外周に螺旋状に所定の爪間隔Ｌを有し突設される耕耘爪３５の回転軌跡とドラムケース１５の内周壁とで、材料中の石の最大粒径の近傍の間隙をなす掻落し間隙Ｈを形成するので、内周壁に付着する付着土の厚さを掻落とし間隙Ｈに規制する。そして、高速回転する耕耘爪３５の先端部によって勢いよく撥ね飛ばされる石を付着土に衝突させ掻落としながら、付着土が少なくなった状態の内周壁に対し混合材料を衝突させ、且つ掻落とし間隙Ｈ内で混合材料と石を激しく混合移動させ、互いの粉砕をより確実に行うことができる。

このとき石は掻落とし間隙Ｈ内で噛み込みを生じることなく持ち回しされるから、耕耘爪３５の先端に大きな回転負荷をかけないで混合材料の撹拌処理をスムーズに行うことができる。また屈曲部３５ｂの先端部を排出口１９側に向けて設ける各耕耘爪３５は、混合材料を上記のように撹拌処理しながら先端部の屈曲部３５ｂによって屈曲方向に跳ね送りをするので、排出口１９側に隣接する耕耘爪３５に混合材料を順次引き継がせ、撹拌処理を繰り返しながら排出口１９側に向け詰まりや停滞を防止して移動させ排出口１９からスムーズに排出させる。

これにより混合材料は、細粒化されたマサ土粒に対し微細に粉砕された脱水ケーキ粒を均一に混在させた状態の良質な改良土に形成されるので、漏水防止が重視される築堤用土等各種の用途に適応した機能を確実に発揮することができる。
尚、上記掻落とし間隙Ｈによる石の掻落とし作用は、内周壁に強く付着する粘土質の材料に対しても確実に作用し除去することができる。

さらに、上記耕耘爪３５をホルダー３３によって回転軸２３に配列する回転処理体１２は、屈曲部３５ｂの先端部を排出口１９側に向けて一定とし回転軸２３に設けた複数の耕耘爪３５の中に、耕耘爪３５を逆方向又は反転させた状態で、屈曲部３５ｂの先端部を排出口１９とは逆向きにした爪を、付け替えによって簡単に設けることができる。
これにより混合材料を排出口１９側への移動方向の中途で、逆向きにした耕耘爪３５によって一時的に逆方向に送ることができ、混合材料を局所的に滞留させながら粉砕をより促進させることができる。

また図示例のように耕耘爪３５を突設した回転軸２３は円筒状のドラムケース１５の中心に軸支する場合には、耕耘爪３５先端部の回転軌跡とドラムケース１５の内周壁との間で、等しい掻落とし間隙Ｈを全周に形成することができるので、特に内周壁に強く付着する粘土質の材料を処理する場合でも、耕耘爪３５及び遠心方向に跳ね飛ばされる石によって全内周壁の付着土の掻落としをすることができる。

さらに粉砕撹拌装置１は、ドラムケース１５の内周壁に鋼製の耐磨耗性を有するライナーを設けることもでき、この場合には石粒の多い材料をドラムケース１５の摩損を防止しながら処理することができる。また同様に内周壁にスクリーンを設置することもでき、この場合には砂粒を主体とした混合材料の処理を内周面の摩耗を防止しながら行うと共に、粗い砂石粒との選別も行うことができる。

また傾斜角を調節可能な可動フレーム９に搭載される粉砕撹拌装置１は、機台フレーム８に対し取付軸１１を支点に下降させると、ドラムケース１５を上り傾斜にすることができるので、各種の混合材料に適応させて回転処理体１２による排出側への移動速度を抑制した撹拌処理を行うことができる。同様に可動フレーム９を上昇させると、ドラムケース１５を下り傾斜にすることができるので、混合材料の排出側への移動を速くした撹拌処理を行い、また排出口１９から速やかな排出を行うことができる。

なお上記実施形態は主に建設残土とマサ土、山砂等とを混合する場合について説明したが、これらのほか例えば生ゴミ処理や下水汚泥処理後等に生じる脱水有機汚泥自体を凝集剤や固化剤等を混合する場合のほか、脱水ケーキ状の廃棄物を粉砕しながら他の物と撹拌混合する場合にも使用できるものである。これらの場合必要に応じ、回転処理体１２は２０〜９０ｒｐｍとすることもできる。

本発明に係わる粉砕撹拌装置を利用した作業プラントの側面図である。 図１の粉砕撹拌装置の構成を一部破断をして示す側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 粉砕撹拌装置
２ 製品製造機（改良土製造機）
３ プレス土供給装置
５ マサ土供給装置
６ 供給ベルトコンベア
８ 機台フレーム
９ 可動フレーム
１０ 駆動モーター
１２ 回転処理体
１５ ドラムケース
１７ 供給口
１９ 排出口
２３ 回転軸
２７ ケース蓋
３５ 耕耘爪（粉砕爪）
３５ａ 直線部
３５ｂ 屈曲部
Ｈ 掻落とし間隙
Ｌ 爪間隔

Claims (5)

1. 粘性が低く最大粒径１０〜１８ｍｍの石が混在する山砂又はマサ土と、固液分離された脱水ケーキとからなる混合材料とを供給口（１７）から供給し、横向きに設置される円筒状のドラムケース（１５）内で、該ドラムケース（１５）の中心位置に設けた回転軸（２３）の軸周に複数の粉砕爪（３５）を突設した回転処理体（１２）を回転させ、上記混合材料を粉砕しながら撹拌混合し排出口（１９）から排出するものにおいて、上記粉砕爪（３５）を先端部を側方に屈曲させたナタ爪型の耕耘爪（３５）にすると共に、回転軸（２３）の軸周に所定の爪間隔Ｌを介して螺旋状に配列させて放射方向に突設配置し、耕耘爪（３５）先端部の回転軌跡とドラムケース（１５）の内周壁との間に、混合材料中の上記最大粒径１０〜１８ｍｍの石の通過を許容する該最大粒径近傍の幅の間隙からなる掻落し間隙Ｈを形成した建設残土等の粉砕撹拌装置。
2. 回転軸（２３）に各耕耘爪（３５）の屈曲部（３５ｂ）の先端部を排出口（１９）側に向けて設ける請求項１の建設残土等の粉砕撹拌装置。
3. 屈曲部（３５ｂ）の先端部を排出口（１９）側に一定方向に向けた複数の耕耘爪（３５中に、一部の耕耘爪（３５）を屈曲部（３５ｂ）の先端部を供給口（１７）側に向けて設ける請求項１又は２の建設残土等の粉砕撹拌装置。
4. ドラムケース（１５）のドラム部（２０）を、上下対称形状となる上側筒部（３０）と下側筒部（３１）とを接合して形成し、上側筒部（３０）の中途の一部を開閉可能なケース蓋（２７）によって形成する請求項１又は２又は３の建設残土等の粉砕撹拌装置。
5. 耕耘爪（３５）を備える回転軸（２３）をドラムケース（１５）の中心に軸支して約９０〜１８０ｒｐｍの範囲で高速回転させる請求項１又は２又は３又は４の建設残土等の粉砕撹拌装置。

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