JP6382457B2 - 振動篩機の運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動篩機の運転制御方法に関し、特に、偏芯錘を備えた２本の回転軸を平行に配設し、２本の回転軸を独立して回転駆動するように電動機を配設した振動発生装置を設けた振動篩機の運転制御方法に関するものである。

従来、振動篩機として、平行に配設した偏芯錘を備えた２本の回転軸を互いに逆方向に回転することによって振動を発生させるようにした振動発生装置を設けたものが汎用されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、この種の振動発生装置においては、２本の回転軸を互いに逆方向に回転させる手段として、２本の回転軸を歯車を用いて連結させることで、１台の電動機の回転駆動力を歯車を介して２本の回転軸にそれぞれ伝達することで、２本の回転軸を同期して互いに逆方向に回転させるようにされている。

一方、２本の回転軸を独立して回転駆動するように２台の電動機を配設することによって歯車を必要としないもの（本明細書において、「ギヤレス機構」という。）も存在する。
このギヤレス機構を適用した振動発生装置の場合、歯車を用いた振動発生装置の歯車におけるエネルギ損失がないため、これによる消費電力の低減効果や運転時の騒音の発生を抑えることができるという利点がある反面、以下の欠点があった。
（１）２台の電動機の総容量（ｋＷ）は、歯車を用いた振動発生装置を駆動するために必要な始動トルク（電動機の容量）に比べて、理論上２０％程度大きな始動トルクを必要とする。ここで、始動トルクで選定した電動機において負荷運転時、通常定格電流を超えることがないため、このタイプの機械は通常始動トルクで選定する。
（２）そのために運転時においては電動機の容量に対する負荷率が、歯車を用いた振動発生装置よりも低くなる場合があり、電動機の特性（負荷率の低い使用状態では効率が低い）の観点から消費電力増加につながる。
（３）２台の電動機を設けるため、電動機を一方に配置することが難しく、電動機を振動篩機の両サイドに分けて配置することになる。この場合、電動機を配置するスペースを多く使用するため、電動機を振動篩機と一体化して搭載することで省スペース化し、振動篩機と一緒に振動させるものが一般的であるが、そのために振動篩機の重量が増加し、最終的に電力の増加につながっている。

ところで、本件出願人は、先に、上記従来のギヤレス機構を適用した振動発生装置を用いた振動篩機の有する問題点に鑑み、必要とされる電動機の容量や消費電力のピークを低減できる振動発生装置を提案した（特許文献２参照。）。

実開平６−３９１３４号公報 国際公開第２０１４／１７１４１６号

特許文献２に記載の振動発生装置は、（ａ）起動時に２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動するように回転駆動制御機構を構成することによって、２本の回転軸を回転駆動するために必要とされる電動機のピークの容量を低減でき、これにより、電動機の消費電力のピーク値を低減できるようにしたり、（ｂ）２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせるように回転駆動制御機構を構成することによって、電動機の消費電力を低減できるものであり、所期の一定の目的を達成できるものであった。

しかしながら、本件出願人の開発研究の結果、特許文献２に記載の振動発生装置の上記（ｂ）の手段は、動作条件によって、電動機の消費電力の低減効果が得られないだけでなく、かえって、電動機の消費電力が増大することがあることが判明した。

本発明は、上記従来のギヤレス機構を適用した振動発生装置を用いた振動篩機の有する問題点に鑑み、必要とされる電動機の容量や消費電力を確実に低減できる振動篩機の運転制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の振動篩機の運転制御方法は、偏芯錘を備えた２本の回転軸を平行に配設し、２本の回転軸を独立して回転駆動するように電動機を配設した振動発生装置を設けた振動篩機の運転制御方法において、予め負荷の大きさに基づく閾値を設定しておき、前記２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、閾値よりも負荷の大きさが小さいときは、２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせるようにし、閾値よりも負荷の大きさが大きくなったときは、回転駆動力の伝達を中止していた回転軸に対する回転駆動力の伝達を開始し、２本の回転軸を回転駆動するようにしたことを特徴とする。
ここで、「２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した（時）」とは、回転軸を起動することにより、電動機の消費電力は急激に立ち上がった後、漸次減少し、回転数が設定した回転数になると、ほぼ一定の値に収束するが、この状態になった時をいう。

また、起動時に２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行するようにすることができる。

また、回転軸の起動時に、回転駆動力の伝達を短時間一時的に中止することにより、偏芯錘を備えた回転軸に振り子動作を行わせて回転軸を起動するようにすることができる。

本発明の振動篩機の運転制御方法によれば、偏芯錘を備えた２本の回転軸を平行に配設し、２本の回転軸を独立して回転駆動するように電動機を配設した振動発生装置を設けた振動篩機の運転制御方法において、予め負荷の大きさに基づく閾値を設定しておき、前記２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、閾値よりも負荷の大きさが小さいときは、２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせるようにし、閾値よりも負荷の大きさが大きくなったときは、回転駆動力の伝達を中止していた回転軸に対する回転駆動力の伝達を開始し、２本の回転軸を回転駆動するようにしたことにより、必要とされる電動機の容量を低減しながら、動作条件によって、電動機の消費電力が増大することを防止することできる。

また、起動時に２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行するようにすることにより、２本の回転軸を回転駆動するために必要とされる電動機のピークの容量を低減でき、これにより、電動機の消費電力のピーク値を低減することができる。

また、回転軸の起動時に、回転駆動力の伝達を短時間一時的に中止することにより、偏芯錘を備えた回転軸に振り子動作を行わせて回転軸を起動するようにすることにより、容量を低減した電動機を用いた場合においても、回転軸の起動を確実に行うことができる。

本発明の振動篩機の運転制御方法を実施する振動発生装置を設けた振動篩機の一例を示す正面図である。 起動時の具体的な実施例と、比較例の実験例を示すグラフである。 回転軸に振り子動作を行わせて回転軸を起動する方法を示す説明図である。 一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、連れ回りさせるようにする具体的な実施例を示す説明図である。 （ａ）は処理量と電力との関係を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は運転制御方法を示すフロー図である。 振動篩機における処理量と電力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の振動篩機の運転制御方法を、当該方法を実施する振動発生装置を設けた振動篩機を例に説明する。

図１に、本発明の振動篩機の運転制御方法を実施する振動発生装置を設けた振動篩機の一例を示す。

この振動篩機１は、篩網２上に供給された被処理物Ｗに篩網２を介して振動を付与して篩分けを行いながら、被処理物Ｗを搬送するようにしたもので、篩網２に対して振動を付与するために、それぞれ偏芯錘３２ａ、３２ｂを備えた２本の回転軸３１ａ、３１ｂを平行して配設した振動発生装置３を備えるようにしている。

そして、この振動発生装置３は、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを独立して駆動するように電動機Ｍａ、Ｍｂを配設するようにしている。

この振動発生装置３は、起動時に２本の回転軸３１ａ、３１ｂのうちのいずれか一方の回転軸を起動し、この回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動し、この回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行するように、回転駆動制御機構（図示省略）を構成するようにしている。
これにより、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを回転駆動するために必要とされる電動機Ｍａ、Ｍｂのピークの容量を低減でき、これにより、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力を低減することができるようにしている。
この作用効果について、より具体的に説明すると、一度に２台の電動機Ｍａ、Ｍｂを起動すると、大きな始動電流（１台当たり定格電流の７〜８倍程度）が流れるため、変電設備から電動機Ｍａ、Ｍｂまでの電気配線において大きな電圧降下を引き起こしていた。この電圧降下は電動機Ｍａ、Ｍｂの始動トルクを低下させるため、起動不良を引き起こす原因の１つとなっている。そこで、上記の運転制御を行うにより、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂを１台ずつ時間を空けて順次起動することで一度に流れる電流を小さくし、電圧降下を抑えることができ、起動し難い条件下でも起動しやすくすることができ、容量を低減した電動機Ｍａ、Ｍｂを用いた場合においても、回転軸３１ａ、３１ｂの起動を確実に行うことができる。そして、小型のモータを使用できるため、これにより、振動篩機の重量を軽くでき、最終的に電力を低減できる。

ここで、「回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した（時）」とは、一方の回転軸を起動することにより、電動機の消費電力は急激に立ち上がった後、漸次減少し、回転数が設定した回転数になると、ほぼ一定の値に収束するが、この状態になった時をいう。

これを、電動機Ｍａ、Ｍｂに、それぞれ誘導電動機を使用し、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを独立して逆方向に駆動するようにした、より具体的な実施例に基づいて説明する。
図２に、起動時に２本の回転軸３１ａ、３１ｂのうちのいずれか一方の回転軸３１ａ（実施例１）又は回転軸３１ｂ（実施例２）を起動し、この回転軸３１ａ又は回転軸３１ｂの回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸３１ｂ（実施例１）又は回転軸３１ａ（実施例２）を起動するようにした場合と、起動時に２本の回転軸３１ａ、３１ｂの両方を同時に起動した場合（比較例）の消費電力を示す。
なお、図２では、他方の回転軸３１ｂ（実施例１）又は回転軸３１ａ（実施例２）の起動を、一方の回転軸３１ａ（実施例１）又は回転軸３１ｂ（実施例２）を起動した後、１２秒後に行うようにしている。

図２からも明らかなように、実施例１及び２は、比較例と比較して、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを回転駆動するために必要とされる電動機のピークの容量（消費電力）を低減でき（実施例１及び２の電動機のピークの容量は、比較例の５５％程度となる。）、電動機の消費電力のピーク値を低減できることが分かった。
また、このように、電動機の消費電力のピーク値を低減できるため、変電設備から電動機Ｍａ、Ｍｂまでの電気配線において大きな電圧降下を引き起こすことを防止し、電動機Ｍａ、Ｍｂの起動不良を未然に防止することができる。

ここで、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂは、同期を取らずに起動しても、発生する振動によって、回転軸３１ａ、３１ｂは自然と所定の相対的な位相状態に同調させることができる。
このため、回転駆動制御機構としては、簡単なリレー回路やタイマー回路を用いて、適当な時間差（本実施例においては、１２秒。）をもたせて、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂを起動するようにすることができる。

ところで、回転軸３１ａ、３１ｂの起動時に、図３に示すように、回転軸３１ａ、３１ｂに対する回転駆動力の伝達を短時間一時的に中止することにより、偏芯錘３２ａ、３２ｂを備えた回転軸３１ａ、３１ｂに振り子動作を行わせて回転軸３１ａ、３１ｂを起動するようにすることができる。
これにより、容量を低減した電動機Ｍａ、Ｍｂを用いた場合においても、回転軸３１ａ、３１ｂの起動を確実に行うことができる。
この作用効果について、より具体的に説明すると、図３に示すように、偏芯錘３２ａ、３２ｂは偏心しているため初期位置ｔ０となる。電動機Ｍａ、Ｍｂを起動することにより、偏芯錘３２ａ、３２ｂが持ち上がるが、トルクが足りないためｔ１の状態まで持ち上がって停止する。そこで、電源を切ることで回転駆動力の伝達を中止すると、偏芯錘３２ａ、３２ｂはｔ２の状態を経て、ｔ１で蓄えられた位置エネルギが運動エネルギに変換され、ｔ３の位置まで持ち上がる。偏芯錘３２ａ、３２ｂがｔ３の上死点前後又はｔ３の後、再び落ち始めた後に電源を再度入れることで回転駆動力を伝達すると、ｔ３で蓄えた位置エネルギを利用してｔ１の状態より上まで持ち上げることができる。この操作により（又は、必要に応じてこの操作を繰り返すことにより）、ｔ４に示すように偏芯錘３２ａ、３２ｂを完全に上まで持ち上げことで、回転軸３１ａ、３１ｂを起動することができる。
これにより、実際の使用設備において稀に起こる電圧の低下や、冬の気温の低下による油の硬化（粘度上昇）が原因で発生する起動不良を解消することができる。

一方、この振動発生装置３は、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを独立して駆動するように電動機Ｍａ、Ｍｂを配設するとともに、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態に移行した後、２本の回転軸３１ａ、３１ｂのうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせるように回転駆動制御機構（図示省略）を構成することができるようにしている。

ここで、「２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した（時）」とは、回転軸を起動することにより、電動機の消費電力は急激に立ち上がった後、漸次減少し、回転数が設定した回転数になると、ほぼ一定の値に収束するが、この状態になった時をいう。

これを、電動機Ｍａ、Ｍｂに、それぞれ誘導電動機を使用し、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを独立して逆方向に駆動するようにした、より具体的な実施例に基づいて説明する。
図４に、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態（「両軸運転」という。）に移行した後、２本の回転軸３１ａ、３１ｂのうちのいずれか一方の回転軸３１ｂ（実施例３）又は回転軸３１ａ（実施例４）への回転駆動力の伝達を中止し（具体的には、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂのうちのいずれか一方の電動機Ｍｂ（実施例３）又は電動機Ｍａ（実施例４）を停止するようにする。）、回転駆動力の伝達を中止した回転軸３１ｂ又は回転軸３１ａを、他方の電動機Ｍａ又は電動機Ｍｂによる回転軸３１ａ又は回転軸３１ｂの回転駆動によって発生する振動によって他方の回転軸３１ａ又は回転軸３１ｂに連動して連れ回りさせるようにした場合（「片軸運転」という。）を示す。

図４に示すように、振動方向の角度が、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態にある場合（水平面に対して４５°）と比較して、実施例３の場合、回転駆動力の伝達を中止した回転軸３１ｂが回転駆動している回転軸３１ａに遅れて連れ回りすることから水平方向に近づき（水平面に対して３５°）、実施例４の場合、回転駆動力の伝達を中止した回転軸３１ａが回転駆動している回転軸３１ｂに遅れて連れ回りすることから鉛直方向に近づく（水平面に対して５５°）ことになる。

ところで、この片軸運転は、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力を低減することを目的の１つとするもの（無負荷時の片軸運転の電力消費は、無負荷時の両軸運転と比べ最大６％程度省エネルギ化することができる。）であるが、動作条件、具体的には、図５（ａ）及び図６に示すように、負荷の大きさ（処理量）によって、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力の低減効果が得られないだけでなく、かえって、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力が増大することがあることが判明した。
すなわち、図５（ａ）及び図６に示すように、ギヤレス機構を適用した振動発生装置を用いた本実施例の振動篩機は、歯車機構を適用した振動発生装置を用いた振動篩機（「標準機」という。）と比較して、両軸運転方法においては、常に消費電力を低減できるが、片軸運転においては、負荷の大きさ（処理量）がある値を超えて大きくなると、両軸運転より消費電力が増大し、さらに負荷の大きさ（処理量）が大きくなると、標準機の消費電力よりも消費電力が増大することになる。

このため、上記知見に鑑み、図５（ｂ）に示すように、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態に移行した後、２本の回転駆動状態が定常状態に移行した後、予め負荷の大きさ（処理量）に基づく閾値（本実施例においては、分岐点電力（電流値）に基づく閾値）を設定しておき、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態に移行した後、閾値よりも負荷の大きさが小さいときは、２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせる（片軸運転）ようにし、閾値よりも負荷の大きさが大きくなったときは、回転駆動力の伝達を中止していた回転軸に対する回転駆動力の伝達を開始し、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを回転駆動する（両軸運転）ようにしている。
ここで、電動機Ｍａ、Ｍｂの運転（片軸運転と両軸運転）制御は、負荷の大きさ（処理量）（本実施例においては、分岐点電力（電流値））をコントロールユニットに取り込んで、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力（電流値）が閾値を下回った場合には片軸運転を、上回った場合には両軸運転を行うようにする。
これにより、必要とされる電動機Ｍａ、Ｍｂの容量を低減しながら、動作条件によって、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力が増大することを防止することできる。

ところで、実施例３及び実施例４の運転方法は、電動機Ｍａ、Ｍｂの消費電力の低減に加え、振動方向の角度の違いによって、振動篩機１の篩分け動作を選択可能とし、これにより、篩分け効率の向上につなげることができる。
すなわち、実施例３の運転方法は、振動方向の角度が水平方向に近づく（水平面に対して３５°）ため、定常状態にある場合（水平面に対して４５°）と比較して、「搬送力＞篩分け力」の篩分け動作となり、一方、実施例４の運転方法は、振動方向の角度が鉛直方向に近づく（水平面に対して５５°）ため、定常状態にある場合（水平面に対して４５°）と比較して、「篩分け力＞搬送力」の篩分け動作となる。
そして、この振動方向の角度による篩分け動作の違いを利用して、例えば、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態が定常状態に移行した後、実施例３の運転方法によって、「搬送力＞篩分け力」の搬送優先の篩分け動作を行って、振動篩機１の篩網２上に供給された被処理物Ｗの搬送を行いながら、定期的に実施例４の運転方法に切り替えて（この場合、必要に応じて、２本の回転軸３１ａ、３１ｂを駆動する運転方法を介在することもできる。）、「篩分け力＞搬送力」の篩分け優先の篩分け動作を行って、被処理物Ｗに篩網２を介して大きな振動を付与して篩分けを行うようにすることができる。
また、実施例４の運転方法は、振動方向の角度が鉛直方向に近づく（水平面に対して５５°）ため、篩網２の網目に突き刺さったり、網目を閉塞した被処理物Ｗを振動により払い落して、篩網２の篩分け機能を維持する機能も備えている。

ここで、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂは、そのいずれか一方を停止するだけでよいため、回転駆動制御機構としては、簡単なリレー回路やタイマー回路を用いて、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂの駆動を制御するようにすることができる。
なお、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂのいずれか一方の電動機の停止は、継続的に行っても、又は断続的に行ってもよい。
また、図４に示すように、振動方向の角度が、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転駆動状態を定常状態にするために、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂを同時に起動してもよいが、上記のとおり、起動時に２本の回転軸３１ａ、３１ｂのうちのいずれか一方の回転軸を起動し、この回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動するようにすることが望ましい。

ところで、振動方向の角度は、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの中心を結ぶ線分の垂直２等分線と水平面とがなす角度（本実施例では、４５°）を調節することにより、任意の角度、例えば、水平面に対して５５°を挟んで、±２２．５°等に設定することができる。

また、発生する振動の周期は、２本の回転軸３１ａ、３１ｂの回転数（具体的には、２台の電動機Ｍａ、Ｍｂの回転数）によって、任意の周期に設定することができる。

以上、本発明の振動篩機の運転制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の振動篩機の運転制御方法は、偏芯錘を備えた２本の回転軸を平行に配設し、２本の回転軸を独立して回転駆動するように電動機を配設した振動発生装置を設けた振動篩機において必要とされる電動機の容量や消費電力を低減できる特性を有していることから、振動篩機の用途に好適に用いることができる。

１ 振動篩機
２ 篩網
３ 振動発生装置
３１ａ 回転軸
３１ｂ 回転軸
３２ａ 偏芯錘
３２ｂ 偏芯錘
Ｍａ 電動機
Ｍｂ 電動機
Ｗ 被処理物

Claims (3)

1. 偏芯錘を備えた２本の回転軸を平行に配設し、２本の回転軸を独立して回転駆動するように電動機を配設した振動発生装置を設けた振動篩機の運転制御方法において、予め負荷の大きさに基づく閾値を設定しておき、前記２本の回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、閾値よりも負荷の大きさが小さいときは、２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸への回転駆動力の伝達を中止し、該回転駆動力の伝達を中止した回転軸を、他方の回転軸の回転駆動により発生する振動によって他方の回転軸に連動して連れ回りさせるようにし、閾値よりも負荷の大きさが大きくなったときは、回転駆動力の伝達を中止していた回転軸に対する回転駆動力の伝達を開始し、２本の回転軸を回転駆動するようにしたことを特徴とする振動篩機の運転制御方法。
2. 起動時に２本の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行した後、他方の回転軸を起動し、該回転軸の回転駆動状態が定常状態に移行するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の振動篩機の運転制御方法。
3. 回転軸の起動時に、回転駆動力の伝達を短時間一時的に中止することにより、偏芯錘を備えた回転軸に振り子動作を行わせて回転軸を起動するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動篩機の運転制御方法。

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