JP6164182B2 - ベルトコンベアの異常検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルトコンベアの異常検知方法に関し、特に、コンベアベルトを支持する支持ローラ等の異常を検知することでベルトコンベアの異常を検知する方法についての提案である。

一般に、コンベアベルトを支持ローラで支持するベルトコンベアにおいては、支持ローラの不回転や、落下物の引っ掛かり、噛み込み等に起因する異常が発生することが知られている。例えば、支持ローラの異常は、ベルトの破断などを招き、ベルトコンベアの運転停止につながる。従って、該支持ローラの異常を検知し、その異常箇所を予め補修することは、ベルトコンベアの長期の安定した運転を保障する上で有効である。

従来、ベルトコンベアの異常検知方法としては種々の方法が知られている。例えば、特許文献１では、ベルトコンベアを構成するモータやプーリに振動加速度センサを取付け、該ベルトコンベア運転中のモータやプーリの振動加速度を測定し、その測定結果に基づいてベルトコンベアの状態を監視する方法を開示している。また、特許文献２では、コンベアベルトの状態を検出するセンサと表示用の端末を使って、各センサ位置での異常を検知する方法を開示している。

特開２０１０−２０８８５０号公報 特開２００９−１２９５７号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術については、これらを製鉄所等で使用される大型・長距離のベルトコンベアに適用しようとすると、ベルトコンベアの大型化に伴ってセンサ等の設備の使用数が大幅に増加するため、ベルトコンベアの異常検知のための設備費等が高額になるという問題があった。また、引用文献１および引用文献２に開示された技術は、複数の支持ローラを備えるベルトコンベアを対象としたものではなく、これをそのまま大型のベルトコンベア設備の異常検知に適用するには困難があった。

本発明の目的は、既設のベルトコンベア特に大型のベルトコンベアに対し、簡単かつ低コストで導入可能なベルトコンベアの異常検知方法を提案することにある。

発明者らは、従来技術が抱えている前述の課題を克服することができるベルトコンベアの異常検知方法について鋭意検討した。この結果、発明者らは、下記の要旨構成に係る本発明を開発するに到った。即ち、本発明は、コンベアベルトを複数の支持ローラで支持するベルトコンベアの異常を検知するに当たり、コンベアベルトの少なくとも一方の側面に取付けた加速度センサにより、少なくとも１周分のコンベアベルトの加速度を測定し、測定したその加速度のデータから支持ローラの異常とその位置を求めることで、ベルトコンベアの異常を検知することを特徴とするベルトコンベアの異常検知方法である。

また、上記の構成に係る本発明は、さらに、
（１）前記加速度センサは、データの記録及び無線送受信機能を備え、コンベアベルトの加速度を測定して加速度のデータを記録し、その加速度のデータをベルトコンベア近傍に配した受信器に送信し、その受信器にて受信した加速のデータから振動数を求め、求めた振動数が予め定めたしきい値振動数ｆ以上となったときに支持ローラに異常が発生したとみなし、支持ローラの異常とその位置を検出すること、
（２）前記しきい値振動数ｆをｆ＝Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）／０．００１（ｍ）、但し、Ｖ：ベルト速度（ｍ／ｓｅｃ）である、として、前記支持ローラの異常とその位置を検出すること、
（３）振動の検出方向をベルト長さ方向の振動に限定して、前記支持ローラの異常とその位置を検出すること、
（４）前記受信器の位置を基準とし、前記異常値がベルトコンベア１周分のデータのどの位置にあるかを調べることにより、受信器の位置から異常値が発生した位置までの相対位置を判定することで、前記異常の発生した支持ローラの位置を求めること、
（５）前記センサをベルト側面の両側に設置すること、
を採用することがより好ましい解決手段を提供できるものと考えられる。

本発明によれば、コンベアベルトの少なくとも一方の側面に設けたセンサにより、ベルト移動時における少なくとも１周分のベルトの加速度データを測定することで、ベルトコンベアの異常を簡単かつ正確、確実に検知することができるようになる。しかも、本発明によれば、既設のベルトコンベアに対しも、従来よりも大幅に低コスト、短工期で、しかも簡単にベルトコンベアの異常を検知するシステムの導入が可能となる。

特に、本発明によれば、コンベアベルトの加速度を測定することだけで、ベルトコンベアの異常を速やかにかつ直接的に検知することが可能となる。

（ａ）、（ｂ）は本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法の一例を説明するための図である。 本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法において用いられる支持ローラの変形例を説明するための図である。 本発明を適用した場合の振動数と時間との関係（２周分）を示すグラフである。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法の好適実施例の１つを説明するための図であって、図１（ａ）は、ベルトに対するセンサの装着位置の一例を説明する図であり、図１（ｂ）は、本発明を適用するベルトコンベアの一例を説明するための図である。

以下、図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法を説明する。一般に、対象となるベルトコンベア１は、無端のコンベアベルト２を複数の支持ローラ３で支持して構成されている。そして、搬送物（図示せず）は、そのコンベアベルト２の平坦な部分２ａに載せられ、図示しない駆動装置により該コンベアベルト２を駆動することによって所定の場所へ搬送される。

本発明の好適実施例においては、図１（ａ）に示すように、コンベアベルト２の少なくとも一方の側面（ここでは一方の側面のみ）２ｂに微少なセンサ、即ちコンベアベルト２の加速度を測定し、測定したその加速度データを記録し、そして無線で送受信する機能を有する加速度センサ４を所定の方法で取付けたものが使用されている。

本発明に係るベルトコンベアの異常検知の方法では、上述した構成のベルトコンベアにおいて、該ベルトコンベア１のコンベアベルト２の少なくともいずれか一方の側面２ｂに取付けた加速度センサ４により、ベルト移動時における少なくとも１周分のコンベアベルト２の加速度データを測定することが必要である。そして、測定した少なくとも１周分のコンベアベルト２の加速度のデータから、まず、コンベアベルト２を支持する支持ローラ３のうちの異常が発生している支持ローラ３およびその位置を求める。ここで、図示の５は、加速度センサ４へ送信指令及び記録データリセットを指示するデータを送信する送信器であり、６は、加速度センサ４からのデータを受信する受信器であり、いずれもベルトコンベア１の近傍の位置に配置されている。

本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法においては、前述した少なくとも１周分のコンベアベルト２の加速度データから、異常が発生した支持ローラ３およびその位置を求めることができる。その理由は、支持ローラ３の異常が不回転の支持ローラ３（以下、不転ローラともいう）である場合、その上を通過するコンベアベルト２は不転ローラとの摩擦によるビビリ等で、不転ローラの位置で通常とは違う振動・加速度が発生する。そのため、少なくとも１周分の加速度データがあれば、異常値を容易に判定することができ、所謂、ベルトコンベアの異常自体及びその位置の検知が可能になる。また、落下物の引っ掛かり・噛み込み等の異常がある場合も、同様にその異常の検知が可能である。

次に、本発明で用いる加速度センサ４について説明する。近年、センサや記録装置、無線装置の小型化が急速に進んでいる。例えば、記録機能付きの加速度計は、ボタンサイズのものも市販されており、形状を工夫すれば厚みが１０ｍｍ以上あるコンベアベルト２の側面に所定の手段を介して取付けることが可能である。また、無線装置としては、無線タグ／ＲＦＩＤ等でよく、通信距離は数メートル程度と短いが、切手サイズのものが好ましい。本発明はそれらを利用すると共に、コンベアベルト２の少なくとも一方の側面に、加速度センサ４を設置してデータを記録し、任意のベルトコンベア１近傍の送信器５及び受信器６を用いて記録したデータを収集して解析する。

この方法であれば、ベルトコンベア１が長距離になり複雑なルートを通過するような場合であっても、ベルトコンベア１に対し、１式の加速度センサ４や送信器５および受信器６等を配設することで、支持ロール３の異常の検知を行うことができる。また、使用する加速度センサ４が小型・安価なことから、加速度センサ４が破損した場合でも、容易に復旧が可能である。なお、ベルトコンベア１は、搬送物が粉体を含む場合、コンベアベルト２に発塵防止用カバーを設置している場合が多い。このようなコンベアベルト２の場合は、加速度センサ４から発信されたデータの受信が困難なときがある。そこで、本発明では、前記加速度センサ４にデータ記録機能を持たせ、無線による送受信が可能な状態とした。即ち、コンベアベルト２の戻り側（下側）の開放部（例えば図１（ｂ）に示す位置）等でデータの受信を行うことで、データ授受を確実に行うことができるようにした。さらに、既設のベルトコンベア１に対しては、コンベアベルト２への加速度センサ４の設置という最小限の改造のみで実施可能であり、非常に搬送性が高い方法となる。

次に、ベルトコンベアの異常起因の１つである不転ローラがある場合の異常検知方法について説明する。不転ローラがある場合、このローラが発生する振動の周波数は、コンベアベルト２の材質や張力、搬送材の荷重等の影響を受けるため、事前の推定は困難である。しかし、コンベアベルト２の肌荒れなどからビビリが発生するため、そのビビリを検知することで不転ローラの検知が可能である。一般に、ビビリのピッチは１ｍｍ以下であると推定される。従って、異常時のコンベアベルト２のしきい値振動数ｆは、ｆ＝Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）／０．００１（ｍ）、但し、Ｖ：ベルト速度（ｍ／ｓｅｃ）である、よりも大きいと考えられる。これは、ベルト速度：１（ｍ／ｓｅｃ）の場合で１ｋＨｚであり、他設備の影響がなければ、通常のベルトコンベア運転時には検出されない値であり、異常時判定のしきい値として使用することができる。

一方、振動が不転ローラ３とコンベアベルト２との間のビビリによるものである場合、振動の加速度はベルト長方向となる。そのため、加速度センサ４を１軸のものにしてベルト長方向の振動を測定する、または２軸あるいは３軸のセンサを用いた上でベルト長方向の振動を測定することにより、検出精度の向上が期待できる。

さらに、ベルトコンベア１のコンベアベルト２が１周する毎にその周回分のデータを、地上側に設置したデータの受信器６に蓄積することで、異常振動が発生した場合のその該当箇所の推定が可能である。具体的には、データ受信後から異常振動発生までの時間とベルトコンベア１のコンベアベルト２の搬送速度とから、異常振動発生箇所とデータ受信器６との間のベルト長が算出可能である。そのため、データ受信器６の位置を基準に１周分のデータを記録した場合は、データ受信器６の位置から求めたベルト長だけ前方の位置に異常が発生したことがわかり、その位置の支持ローラ３が不転ローラだと判定することができる。

次に、ベルトコンベアの異常が支持ローラ３の変形に基づくときの例について説明する。図２は、本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法において用いられる支持ローラの変形例を説明するための図である。図２に示す例は、１つの支持ローラ３を３分割した３分割ローラである。一般に、製鉄所で鉄鉱石や石炭などの搬送に用いられるベルトコンベア１は、図２に示すように、搬送側を３分割して緩やかなＵ型となっている支持ローラが多く用いられている。この場合、３分割支持ローラは各個が独立して回転するため、コンベアベルト２の一方の側面のみに加速度センサ４を設置しても、もう一方の側面の支持ローラが不転となっている場合は異常の検知が困難である。そのため、好ましい態様として、コンベアベルト２の両側の側面の各別に加速度センサ４を設置することで、この問題を回避して検知精度向上が可能である。

なお、上述した３分割型支持ローラ３の場合、不転となるのは左右の支持ローラである場合が多い。これは軸受部が斜めで異物が入り易いこと、ベルト端部からの落下物が堆積しやすいなどの理由による。中央部の支持ローラはその逆の理由により、軸受部への異物や堆積物の侵入が起こり難いため、不転トラブルは稀である。従って、ベルト両側の側面の各個別に設けた加速度センサ４で、左右それぞれの支持ローラの不転を検知出来れば、異常検知の一次チェックとしては十分に機能する。

この実施例は、製鉄所の原料ヤードにおける図２に示すようなベルトコンベア（ベルト周長：１５５ｍ、ベルト移動速度：１．７２ｍ／ｓｅｃ）についての異常検知方法の例である。この例において、コンベアベルト２の一方の側面の一箇所に切手サイズで所定の記憶および送受信機能を有する加速度センサ４を貼り付けるとともに、図２に示すようにリターンローラ手前のカバー開放部の近傍に、加速度センサ４へ蓄積された１周分のデータの送信と送信後の蓄積データの削除の指示を送る送信器５と、送信された１周分のデータを受信する受信器６と、を設置した。

そして、ベルトコンベア１のコンベアベルト２を一定速度（１．７２ｍ／ｓｅｃ）で運転する例において、加速度センサ４に加速度データを収集して蓄積する。次に、加速度センサ４が送信器５および受信器６の近傍に搬送されてきた時に、送信器５からの指示で加速度センサ４が蓄積した１周分のデータを送信し、送信したデータを受信器６で受信する。次に、受信した１周分のデータ（必要に応じて１周分以上例えば２周分のデータ）に基づき、一例として振動数と時間との関係に基づきグラフとして表示することで、異常振動の有無および異常発生箇所の検知を行った。

図３は、上述したようにして本発明を適用した場合の振動数と時間との関係（２周分）を示すグラフである。ここで、異常の判断は、振動数：ｆ≧１．７２（ｍ／ｓｅｃ）／０．００１（ｍ）＝１７２０（Ｈｚ）の場合に異常と判断した。図３の結果から、ベルトが周回中、通常は１００Ｈｚ程度の振動数が、グラフ上２箇所において３０００Ｈｚ以上に上昇していることがわかる。この２箇所の時間間隔は９０ｓｅｃであることから、その移動距離は１．７２（ｍ／ｓｅｃ）×９０（ｓｅｃ）≒１５５（ｍ）となり、ベルトの周長と一致するため、同一箇所の異常を示していることがわかる。この異常振動が発生している箇所は、図３から受信器６から１０ｓｅｃ経過した位置、即ち、受信器６から１．７２（ｍ／ｓｅｃ）×１０（ｓｅｃ）≒１７（ｍ）移動した位置と推定でき、不転ローラがその位置にあることがわかる。実際に、設備点検の結果、上記の異常箇所に不回転ローラを発見し、火災等の重大なトラブルに到る前に修理を行うことができた。

本発明は、上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施例では、加速度のデータ取得及び蓄積機能と送受信機能とを有する一体のセンサを例示したが、これらの機能は一体でなくても良く、加速度センサ、記録装置、送信器、受信器などを別体で構成することもできる。

また、上述した実施例では、センサの測定するベルトの物理量として加速度を例示したが、加速度に代えて、あるいは、加速度と共に、温度を測定することもできる。即ち、不転ローラとベルトとの摩擦により熱が発生している場合、その不転ローラの箇所が高温となることにより、加速度による振動数で異常部分を求めることと同様の方法で、温度データにより異常検知が可能である。加速度センサおよび温度センサの両方を設けた場合は、より精度の高い異常検出が期待できる。

さらに、上述した実施例では、センサをベルトの少なくとも一方の側面に設けたが、ベルトと支持ローラとの接触やベルト上の被搬送物との接触に支障がなければ、側面に限定する必要はなく、例えば、センサをベルトの内部に埋め込んでもよい。

本発明に係るベルトコンベアの異常検知方法によれば、既存のベルトコンベアに対し、従来よりも大幅に低コスト・短工期で異常検知システムの導入が可能となり、特に、製鉄所等で使用される大型・長距離のベルトコンベアに好適に用いることができる。

１ ベルトコンベア
２ コンベアベルト
３ 支持ローラ
４ 加速度センサ
５ 送信器
６ 受信器

Claims (5)

1. コンベアベルトを複数の支持ローラで支持するベルトコンベアの異常を検知するに当たり、コンベアベルトの少なくとも一方の側面に取付けた加速度センサにより、少なくとも１周分のコンベアベルトの加速度を測定し、測定したその加速度のデータからベルト長さ方向の振動の振動数を求め、求めた振動数に基づき支持ローラの異常とその位置を求めることで、ベルトコンベアの異常を検知することを特徴とするベルトコンベアの異常検知方法。
2. 前記加速度センサは、データの記録及び無線送受信機能を備え、コンベアベルトの加速度を測定して加速度のデータを記録し、その加速度のデータをベルトコンベア近傍に配した受信器に送信し、その受信器にて受信した加速度のデータから振動数を求め、求めた振動数が予め定めたしきい値振動数ｆ以上となったときに支持ローラに異常が発生したとみなし、支持ローラの異常とその位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のベルトコンベアの異常検知方法。
3. 前記しきい値振動数ｆをｆ＝Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）／０．００１（ｍ）、但し、Ｖ：ベルト速度（ｍ／ｓｅｃ）である、として、前記支持ローラの異常とその位置を求めることを特徴とする請求項２に記載のベルトコンベアの異常検知方法。
4. 前記受信器の位置を基準とし、前記支持ローラの異常がベルトコンベア１周分のデータのどの位置にあるかを調べることにより、受信器の位置から前記支持ローラの異常が発生した位置までの相対位置を判定することで、前記異常が発生した支持ローラの位置を求めることを特徴とする請求項２または３に記載のベルトコンベアの異常検知方法。
5. 前記センサをベルト側面の両側に設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のベルトコンベアの異常検知方法。

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