JP5374261B2 - ベルト脱索防止システム - Google Patents

Description

本発明は、ベルト脱索防止システムに関するものである。

建設工事、特にトンネル構築工事では掘削速度の向上、および坑内環境の改善などの目的で連続ベルトコンベアが多用されるようになっている。
連続ベルトコンベアは、坑口から切羽まで１本のベルトでつながった構成となっている。
そのために、曲線部を備えたトンネルでは、ベルトコンベアもトンネルの曲線に合わせてカーブさせる必要がある。
その場合にベルトはカーブに合わせて傾斜させて設置する。
この傾斜角は、カーブの曲率、ベルトに作用する引張力、によってきめている。
しかし実際の運転では、ベルトへのズリの過剰な載荷や、ベルト下のプーリーの摩擦などなどによるローラの作動不良が生じる場合がある。
すると予想外の張力がベルトのかかり、その結果ベルトの脱索、すなわちベルトコンベア台からのベルトの逸脱が生じる。
いったん脱索が発生すると、その修復のためにベルト全体の走行を停止して修理しなければならず、工程に大きく影響して損害は大きい。

特開２０００−２５９２２号公報。 特開平１０−１６７４３９号公報。 実用新案昭和５４−４３５０８号公報。

通常は、設計段階でズリ出し量に基づくベルトテンション、カーブの曲率などからトラフ角（ベルトの傾斜角）を算出している。
しかし現実には積載するズリの量やプーリー摩擦の変化などのために調整に多くの時間を必要としている。
その点の改善策として、ベルトの側面にベルト抑えローラを設置し、この抑えローラでベルトの両端の位置を強制的に拘束する構造もあるが、ベルトのテンションが大きく変化すれば抑えローラを乗り越えて脱索してしまう。
また抑えローラ自体がベルトの端部を損傷させる可能性も高く、有効な解決策がない状態である。

上記のような課題を解決するために、本発明のベルト脱索防止システムは、搬送物をベルトコンベアに投入する投入コンベアと、投入された搬送物を搬送する連続ベルトコンベアと、各種の制御盤と、演算処理装置によって構成し、ベルトコンベアのベルトにはそのベルトの張力を計測できるベルト張力計測装置と、ベルトコンベアのベルトの積載量を測定するズリ積載量計測装置を設置し、制御盤として、ベルトコンベアの移動速度を制御するベルトコンベア制御盤と、投入コンベアの駆動量を制御する投入量制御盤を設置し、ベルト張力計測装置によってベルトコンベアのベルトの張力が事前に設定したベルト張力の基準値以上であることを計測した場合には、ベルトコンベア制御盤に信号を入力して、ベルトコンベアの速度を低下し、かつ投入量制御盤に信号を入力して、投入コンベアの制御を行ってベルトコンベアへの搬送物の投入量を低下し、その結果ベルトコンベアのベルトの張力を基準値に復元させ、ベルトコンベアのベルトの脱索を防止するベルト脱索防止システムを特徴とするものである。
また本発明は、ズリを積み込む切羽と坑口側とを連結するベルトコンベアと、ズリを積み込む投入コンベアから構成し、ベルトコンベアのベルトにはその張力を計測できるベルト張力計測装置を設置し、このベルト張力計測装置の信号によってベルトコンベアのベルトの張力が基準値以上であると演算処理装置が判断した場合には、排土用コンベアのモータとベルト駆動モータに制御信号を送り、排土用コンベアのモータを停止するとともに、ベルト駆動モータによってベルトコンベアのベルトの速度を減速し、前記のベルト張力計測装置の信号によってベルトコンベアのベルトの張力が基準値以下に復元したと演算処理装置が判断した場合には、ベルト駆動モータによってベルトコンベアのベルトの速度を復元させ、ベルトコンベアのベルトの脱索を防止するベルト脱索防止システムを特徴とするものである。
また、前記のベルト張力計測装置として、ベルトコンベアのベルトの張力が加わるプーリーの軸受けにロードセルを取り付けて構成することもできる。
また前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測するプーリーとして、ベルトコンベアの坑口側の端部に位置するヘッドプーリーを採用することもできる。
また前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測するプーリーとして、ベルトコンベアのベルトを途中で折り返す乗継プーリーを採用することもできる。
また前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測する装置として、ベルトコンベアのベルトの初期値よりの伸び量を測定してこれをベルトコンベアのベルトの張力に変換する装置によって構成することもできる。

本発明のベルト脱索防止システムは以上説明したようになるから、次のような効果の少なくともひとつを達成することができる。
＜１＞ ベルトコンベアのベルト張力を計測し、この計測値をもとに、搬送物の投入コンベアとベルトコンベアをリアルタイムで制御することで、ベルトの脱索を防止することができる。
＜２＞ 想定外の張力がベルトに作用した場合に、まずベルト上への搬送物の投入を停止し、それと同時にベルトの走行速度を減速するものである。したがってベルトの脱索を事前に防止できるから、従来のようなベルト全長にわたる長時間の走行の停止、といった不経済な結果を回避することができる。
＜３＞ ベルト自体の走行速度が減速するから、ベルトの周囲に抑えローラを設置して乗り越えを阻止するような構成に比較して、乗り越え対象のローラが存在せず、ベルトの端部の噛みこみ、損傷などが発生することがない
＜４＞ 連続ベルトコンベアで曲線部の多い搬送ルートであっても、搬送効率を向上させることができる。
＜５＞ 投入量が変わらないのに、ベルトコンベアによる搬送物の量が少なくなってきた場合には、ローラーの摩耗や搬送物の引っ掛かりなど、何らかの劣化や異常が起こったものと推測できるために効率的なメンテナンスを行うことができる。
＜６＞ 実施例では理解しやすいように、トンネルでの利用について説明するが、本発明のシステムは建設工事だけではなく、一般のベルトコンベアで搬送物を運搬する用途に広く利用することができる。

本発明のベルト脱索防止システムの実施例の説明図。 プーリーへのロードセル取り付け説明図。 ベルト張力計測装置としてヘッドプーリーにロードセルを設置した他の実施例の説明図。 ベルト張力計測装置として中間駆動プーリーにロードセルを設置した他の実施例の説明図。 ベルト伸び量からベルト張力を計測する実施例の説明図。 ベルト伸び量からベルト張力を計測する概念の説明図。 重量計測装置を設置した実施例の横断説明図。 重量計測装置を設置した実施例の斜視図による説明図。 断面計測装置を設置した他の実施例の説明図。 断面を計測する概念の説明図。 本発明のシステム制御フローの実施例の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞全体の構成。
本発明のシステムは、各種の搬送物をベルトコンベアの上に投入する投入コンベア１と、投入コンベア１から投入した搬送物を搬送するベルトコンベア２と、各種の制御盤３と、演算処理装置４によって構成する。
なお、以下の図面の実施例では本発明のシステムをトンネル内に配置した場合について説明するが、前記したように本発明のシステムはトンネル内に限定するものではない。

＜２＞ベルトコンベア。
ベルトコンベア２は、トンネル内に配置するものであり、先端をトンネルの切羽に、尾端を坑口側に位置させる。
そして切羽で発生したズリをベルトコンベア２の先端から積み込み、トンネルの全長を通過して坑口で排出する構成である。
このベルトコンベア２は、基本的には駆動モータによって駆動プーリー２１を駆動して、この駆動プーリー２１に巻き付けたベルト２２を走行させる、という公知の装置である。

＜３＞トンネル掘削機。
トンネル掘削機の一例としてシールド掘進機５について説明する。
投入コンベア１としては、切羽で発生したズリを投入コンベア１によってベルトコンベア２上に投入して積み込む、公知の投入コンベア１を使用する。
シールドトンネルにおいては、この投入コンベア１はシールド掘進機５に連結しておき、シールド掘進機５の前進に伴って、一体で前進する構成のものを採用することができる。
あるいは走行部を備えたクローラショベルのような、独立した投入コンベア１を採用することもできる。
これらの装置には、投入用コンベア１のベルトを走行させるモータが搭載してあり、このモータに、後述する制御部からの信号が入力するように構成する。
なお、制御盤３からの信号は、シールド掘進機５の推進ジャッキ５１にも入力して推進速度を制御することができる。

＜４＞ベルト張力計測装置。
本願発明のベルトコンベア２では、ベルト２２にその張力を計測できるベルト張力計測装置６を設置する。
ベルト張力計測装置６の種類、その設置位置として次のような構成を採用することができる。

＜４−１＞ヘッドプーリーにロードセルを設置。（図２、３）
ベルト張力計測装置６としてロードセル６１を採用する。
そして、ベルトコンベア２の切羽側の端部に位置するヘッドプーリ２３の回転軸の軸受けにロードセル６１を取り付ける。
ロードセル６１とは、力を加えるとそれを電気信号に変換して出力する装置のことである。
具体的にはロードセル６１の表面にひずみゲージが貼り付けてあり、このひずみゲージが変形するとその電気抵抗値が変化する現象を利用して、ロードセル６１のわずかな変形を電気信号に変換する構成である。
ロードセル６１としては、ビーム型、コラム型、Ｓ字型、ダイヤフラム型などの製品があるが、そのような市販の各種のものを採用することができる。
このロードセル６１を、図２に示すように、ヘッドプーリ２３の回転軸の軸受け２４と支柱２５との間に取り付ければ、ベルト２２の引張力の変化を電気的に計測することができる。
この計測後の値を、後述する演算処理装置４に入力する。

＜４−２＞乗継プーリーにロードセル。（図４）
前記したロードセル６１を、乗継プーリーの回転軸の軸受けに取り付ける。
延長の長いベルトコンベア２では、その中間に中間ブースターモータ２７を設け、このモータ２７で中間駆動プーリー２８を駆動して中間で駆動力を与える。
乗継プーリ２６とは、この中間での駆動プーリー２８から回転力を得るためにＳ字型にベルト２２を折り返した場合、その折り返し部の先端に位置するプーリーである。
この乗継プーリ２６にも、ベルト２２の張力が作用しているから、この回転軸の軸受けにロードセル６１を設置することによって、ベルト２２の張力の変化を計測することができる。
このロードセル６１からの信号も、後述する演算処理装置４に入力するように構成する。

＜４−３＞ベルト２２の伸び量の測定。（図５、６）
ベルト２２の張力を測定するために、ベルト２２の伸び量を測定して張力に換算することができる。
そのためには、事前にそのベルトコンベア２におけるベルト２２の伸び量と張力の関係を確認しておく必要がある。
そして、間隔の分かっている２か所のベルト２２の裏にカメラ６２を設置し、ベルト２２の裏面にも、カメラ６２間隔と同一の間隔で計測マーク２２ａを設置しておく。
この計測マーク２２ａの位置のずれが、ベルト２２の伸び量であり、この伸び量を張力に換算して、この区間でのベルト２２の張力を推定する。

＜４−４＞その他。
回転軸にかかるベルト２２の引張力の変化を計測する方法は、上記のようなロードセル６１に限らず、バネや圧縮素子、変位センサーなど公知の装置を利用して行うことができる。

＜５＞ズリ積載量計測装置。
ズリの積載量を計測する装置として、たとえば重量計測方法、あるいは断面計測方法を採用することができる。

＜５−１＞重量計測方法。（図７、８）
ベルトコンベア２のベルト２２上の搭載物の重量を計測する装置として、ベルトスケールと呼ばれる製品が公知である。
これはベルト２２を支えるローラー架台２２ｂの複数組をロードセル６１上に搭載したものである。
このロードセル６１の計測値から架台２２ｂの重量を引いて、その区間のベルト２２に載っている搭載物の重量を得ることができる。

＜５−２＞断面計測方法。（図９、１０）
この方法は、ベルト２２の上の搭載の断面を計測して、体積変化を計測する方法である。
重量を計測する方法では、搭載物の性質や含水比などで変化する可能性がある。
しかし断面計測方法は、搭載物の体積がどれだけ変化したかを計測するために、搭載物の種類に影響されない。
その装置として例えばレーザースキャナ７と呼ばれる装置が市販され利用されている。
このレーザースキャナ７をベルト２２の上から下向きに設置し、所定の断面計測エリアを通過する採取土砂の量を計測する。

＜６＞演算処理装置。
演算処理装置４にはベルト張力計測装置６からの信号が入力する。
その信号によってベルト２２の張力が基準値以内か、基準値を超えているかを比較演算する。
そしてベルト２２の張力が基準値を超えていた場合には、ベルコン制御盤３Ａ、および投入量制御盤３Ｂに向けて信号を出力する。

＜７＞制御盤。
ベルコン制御盤３Ａは、入力した信号に基づいて、ベルトコンベア２の速度を停止状態から最高速度まで制御する制御盤である。
そのために、ベルトコンベア２の駆動モータに向けて信号を出力する。
投入量制御盤３Ｂは、入力した信号に基づいて、投入コンベア１の投入速度の制御を行う。
そのために、投入コンベア１の駆動モータに向けて信号を出力する。
投入量制御盤３Ｂは、さらにシールド掘進機５が推進ジャッキ５１を用いる場合にはそのジャッキ５１伸長速度の制御を行うことができる。
基準値を超えていたベルト２２の張力が、基準値内に戻った場合にも、同様に信号を出力する。

＜８＞制御方法。
次に上記のシステムと機能を、図１１について説明する。

＜９＞平常時。
平常時には、切羽において投入コンベア１から順次ズリをベルトコンベア２の先端に投入する。
その投入量は、ベルトコンベア２の平均的な輸送量に応じた量であるから、ベルト２２には特別に過大な引張力が作用することがない。
ベルト張力計測装置６、たとえばロードセル６１による計測、カメラ６２による計測などからの信号は常に演算処理装置４へ入力しており、演算処理装置４ではその値があらかじめ設定した基準値を超えるか否かを比較して判断している。

＜１０＞張力の異常時。
ズリの輸送中に、ベルトコンベア２のベルト２２が脱索しそうになったり、その他の異常が生じると、ベルト張力計測装置６からの信号を受けた演算処理装置４ではベルト２２の張力が平常時の値、すなわち基準値を超えて増大しているということが判断できる。
演算処理装置４が、ベルトコンベア２の張力が基準値を超えたと判断した場合には、演算処理装置４から、ベルコン制御盤３Ａと投入量制御盤３Ｂに信号を出力する。

＜１１＞投入コンベアの速度制御。
さらに、投入量制御盤３Ｂからは投入コンベア１へ制御信号を出力して、投入コンベア１の移送速度を低下させ、あるいは停止させる。
さらにシールド掘進機５である場合には推進ジャッキ５１の制御部に出力して、推進ジャッキ５１の伸長速度を低下させ、あるいは停止させる。

＜１２＞ベルトの減速。
ベルコン制御盤３Ａからベルトコンベア２の駆動プーリー２１を駆動する駆動モータに送られた信号によって、ベルトコンベア２のベルト２２の速度が減速する。
すなわち、まず投入コンベア１の駆動を制御して、ベルトコンベア２へのズリの投入量を減少させ、あるいは停止しておく。
そして投入が行われない状態で、ベルトコンベア２のベルト２２の走行速度を平常時の速度よりも減速する。
この走行速度の減速によってベルト２２の異常状態が修復され、ベルト２２の脱索を阻止することができる。
減速してもさらにベルト張力計測装置６からの信号で張力が増加している場合には、ベルコン制御盤３Ａからベルト２２の駆動モータに停止信号を送り、ベルト２２の走行を停止して点検作業に入る。
この場合にもベルト２２の脱索が生じる前にベルト２２の走行を停止するから、ベルト２２の脱索や切断、端部の破壊などが生じていないので、修理も簡単であり、長時間の作業の中断が発生しない。

＜１３＞ベルトの復元。
ベルト２２の走行速度の減速によって、ベルト張力計測装置６から制御部３Ａへの信号が基準値以下に戻ったと演算処理装置４が判断できた場合には、ベルコン制御盤３Ａからベルトコンベア２の駆動モータへ信号が入力される。
その信号を受けてベルトコンベア２の駆動モータの回転は基準値の回転に戻る。
ベルトコンベア２のベルト２２の走行速度が復元してから、投入コンベア１の駆動部の駆動を再開する信号が入力する。
その結果、すでに走行しているベルトコンベア２のベルト２２の上に、ズリの投入が再開する。

１：投入コンベア
２：ベルトコンベア
２１：駆動プーリー
２２：ベルト
３Ａ：ベルコン制御盤
３Ｂ：投入量制御盤
４：演算処理装置
５：シールド掘進機
６：張力計測装置
６１：ロードセル
６２：カメラ
７：レーザースキャナ

Claims (6)

1. 搬送物をベルトコンベアに投入する投入コンベアと、投入された搬送物を搬送する連続ベルトコンベアと、各種の制御盤と、演算処理装置によって構成し、
   ベルトコンベアのベルトには、そのベルトの張力を計測できるベルト張力計測装置と、
   ベルトコンベアのベルトの積載量を測定するズリ積載量計測装置を設置し、
   制御盤として、
   ベルトコンベアの移動速度を制御するベルトコンベア制御盤と、
   投入コンベアの駆動量を制御する投入量制御盤を設置し、
   ベルト張力計測装置によってベルトコンベアのベルトの張力が事前に設定しベルト張力の基準値以上であることを計測した場合には、
   ベルトコンベア制御盤に信号を入力して、
   ベルトコンベアの速度を低下し、
   かつ投入量制御盤に信号を入力して、
   投入コンベアの制御を行ってベルトコンベアへの搬送物の投入量を低下し、
   その結果ベルトコンベアのベルトの張力を基準値に復元させ、ベルトコンベアのベルトの脱索を防止する、
   ベルト脱索防止システム。
2. ズリを積み込む切羽と坑口側とを連結するベルトコンベアと、
   ズリを積み込む投入コンベアから構成し、
   ベルトコンベアのベルトにはその張力を計測できるベルト張力計測装置を設置し、
   このベルト張力計測装置の信号によってベルトコンベアのベルトの張力が基準値以上であると演算処理装置が判断した場合には、
   投入コンベアのモータとベルト駆動モータに制御信号を送り、
   投入コンベアのモータを停止するとともに、
   ベルト駆動モータによってベルトコンベアのベルトの速度を減速し、
   前記のベルト張力計測装置の信号によってベルトコンベアのベルトの張力が基準値以下に復元したと演算処理装置が判断した場合には、
   ベルト駆動モータによってベルトコンベアのベルトの速度を復元させ、ベルトコンベアのベルトの脱索を防止する、
   ベルト脱索防止システム。
3. 前記のベルト張力計測装置として、
   ベルトコンベアのベルトの張力が加わるプーリーの軸受けにロードセルを取り付けて構成した、
   請求項１または２に記載のベルト脱索防止システム。
4. 前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測するプーリーとして、
   ベルトコンベアの坑口側の端部に位置するヘッドプーリを採用した、
   請求項３に記載のベルト脱索防止システム。
5. 前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測するプーリーとして、
   ベルトコンベアのベルトを途中で折り返す乗継プーリを採用した、
   請求項３に記載のベルト脱索防止システム。
6. 前記のベルトコンベアのベルトの張力を計測する装置として、
   ベルトコンベアのベルトの初期値よりの伸び量を測定してこれをベルトコンベアのベルトの張力に変換する装置によって構成した、
   請求項１または２に記載のベルト脱索防止システム。

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