JP6531363B2 - 摩耗試験装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、摩耗試験装置および方法に関し、さらに詳しくは、実使用した場合のコンベヤベルトの上カバーゴムの耐摩耗性を精度よく予測することができる摩耗試験装置および方法に関するものである。
鉄鉱石や石灰石等の鉱物資源をはじめとして様々な物がコンベヤベルトによって搬送される。コンベヤベルトによって物が搬送される場合、その搬送物はホッパや別のコンベヤベルトからコンベヤベルトの上カバーゴムに投入される。投入された搬送物は上カバーゴムに積載されてコンベヤベルトの走行方向に搬送される。コンベヤベルトの上カバーゴムに搬送物が投入される際には、上カバーゴムは衝撃を受け、その搬送物の表面が鋭利であればカット傷が生じることもある。搬送物が上カバーゴムに積載されて搬送される際には、搬送物が上カバーゴム上を摺動して上カバーゴムが摩耗する。そのため、従来、耐摩耗性を向上させるために種々の提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
上カバーゴムに生じる摩耗量等は、コンベヤベルトの使用環境（搬送物の種類も含む）によって大きく変化する。そのため、上カバーゴムの耐摩耗性を精度よく予測するには、極力、実際の使用環境に類似した条件下で評価を行なうことが好ましい。そのために、評価を行なう試験装置には、コンベヤベルトの様々な使用環境に整合した条件に設定できることが要求される。
従来、ゴムの耐摩耗性を評価する試験機として、ＤＩＮ摩耗試験機やウィリアムス摩耗試験機が知られている。しかしながら、これら摩耗試験機は、予め設定された一定条件下の耐摩耗性を把握することを目的としている。そのため、コンベヤベルトの様々な使用環境に整合した条件に設定することができず、実使用した場合のコンベヤベルトの上カバーゴムの耐摩耗性を精度よく予測することが難しいという問題があった。
特開２００１−８８９２２号公報
本発明の目的は、実使用した場合のコンベヤベルトの上カバーゴムの耐摩耗性を精度よく予測することができる摩耗試験装置および方法を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明の摩耗試験装置は、回転速度が可変の回転ドラムと、この回転ドラムの外周面に取り付けられたゴムサンプルの表面に接触可能な接触部材と、この接触部材を前記ゴムサンプルの表面に押圧する押圧機構と、前記接触部材による押圧荷重を変化させる錘部材と、前記ゴムサンプルの表面を押圧している前記接触部材の押圧方向変位量を検知する変位センサとを備え、前記接触部材として、前記ゴムサンプルの表面と接触する接触面の仕様が異なる複数種類の接触部材を有し、この複数種類の接触部材から前記ゴムサンプルの表面を押圧する接触部材が任意に選択され、選択された接触部材を前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にして、前記回転ドラムとともに回転している前記ゴムサンプルの表面に対して前記接触部材を継続的に押圧する構成にしたことを特徴とする。
本発明の摩耗試験方法は、回転速度が可変の回転ドラムの外周面にゴムサンプルを取り付けて、このゴムサンプルの表面に対して、押圧機構によって接触部材を押圧する摩耗試験方法であって、試験する際には、前記回転ドラムの回転速度を所望の速度に設定し、前記接触部材による押圧荷重を錘部材によって所望の押圧荷重に設定し、前記接触部材として備えている前記ゴムサンプルの表面と接触する接触面の仕様が異なる複数種類の接触部材から所望の接触部材を選択し、選択した接触部材を前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にして、前記回転ドラムとともに回転している前記ゴムサンプルの表面に対して前記接触部材を継続的に押圧するとともに、前記ゴムサンプルの表面を押圧している前記接触部材の押圧方向変位量を変位センサにより検知することを特徴とする。
本発明によれば、前記回転ドラムの回転速度、前記接触部材による押圧荷重を所望の設定にすることができる。そして、所望の仕様の接触面を有する接触部材を前記ゴムサンプルの表面に押圧することができる。その際に、その接触部材を前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にして前記ゴムサンプルの表面に押圧することができる。これにより、コンベヤベルトの上カバーゴムに使用されるゴムと同じ仕様のゴムサンプルの耐摩耗性を試験する際に、そのコンベヤベルトの実際の使用環境に類似した条件下で評価を行なうことが可能になる。それ故、実使用した場合のコンベヤベルトの上カバーゴムの耐摩耗性を、精度よく予測することができる。
また、前記ゴムサンプルの表面を押圧している前記接触部材の押圧方向変位量を変位センサにより検知することで、単に押圧荷重と摩耗量の関係だけでなく、ゴムサンプルの押圧変形量と摩耗量の関係を把握できる。即ち、ゴムサンプルの変形状態と摩耗量の関係を把握できる。
ここで、本発明の摩耗試験装置には、前記接触部材に作用する前記押圧荷重および前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向荷重を逐次検知する荷重センサを備えることもできる。これにより、ゴムサンプルの動摩擦係数を把握することが可能になる。
前記ゴムサンプルの外部環境温度を可変にするケーシングを備えることもできる。これにより、ゴムサンプルの外部環境温度を所望の温度に設定することができるので、コンベヤベルトの実際の使用環境に一段と類似した条件下で評価を行なうことが可能になる。
また、前記ゴムサンプルの表面温度を検知する温度センサを備えることもできる。これにより、評価中のゴムサンプルの表面温度変化を測定して、ゴムサンプルが摩耗する際に生じるエネルギを把握することができる。
前記押圧機構は、例えば、前記接触部材が取り付けられるアーム部を備え、その長手方向他端部が回転軸により軸支されていて、このアーム部を前記錘部材により押圧して、前記回転軸を中心にして前記アーム部を上下方向に回動可能な構成にする。
本発明の摩耗試験装置を正面視で例示する説明図である。 図１の摩耗試験装置を側面視で例示する説明図である。 コンベヤベルトラインを単純化して例示する説明図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。
以下、本発明の摩耗試験装置および方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
実際のコンベヤベルトラインでは、図３、図４に例示するように、別のコンベヤベルト１７によって搬送された搬送物Ｓがコンベヤベルト１１に投入されて、このコンベヤベルト１１によって搬送先に搬送される。コンベヤベルト１１にはホッパ等を通じて搬送物Ｓが投入されることもある。コンベヤベルト１１は、プーリ１５ａ、１５ｂ間に架け渡されていて所定のテンションで張設されている。
コンベヤベルト１１は、帆布やスチールコード等の心体で構成される心体層１２と、心体層１２を挟む上カバーゴム１３と下カバーゴム１４とにより構成されている。心体層１２は、コンベヤベルト１１を張設するためのテンションを負担する部材である。コンベヤベルト１１のキャリア側では下カバーゴム１４が支持ローラ１６により支持され、リターン側では上カバーゴム１３が支持ローラ１６により支持されている。コンベヤベルト１１のキャリア側ではベルト幅方向に３つの支持ローラ１６が配置されていて、これらの支持ローラ１６によってコンベヤベルト１１は所定のトラフ角度ａで凹状に支持されている。駆動側のプーリ１５ａが回転駆動することにより、コンベヤベルト１１は一方向に所定の走行速度Ｖ１で稼働する。搬送物Ｓは上カバーゴム１３の上に投入され、上カバーゴム１３に積載されて搬送される。
図１〜図２に例示する本発明の摩耗試験装置１は、回転ドラム７と、接触部材４と、この接触部材４が着脱自在に取り付けられるアーム部３と、アーム部３に着脱自在に取り付けられる錘部材５と、制御部６ａと、変位センサ９ａとを備えている。さらに、この実施形態では、荷重センサ９ｂおよび温度センサ９ｃと、制御部６ａを除く上述した部品が内設されるケーシング１０とを備えている。
ケーシング１０は、内部空間を所望の温度に設定して維持することができる。温度に加えて、内部空間を所望の湿度に設定して維持することができるケーシング１０を採用することもできる。
回転ドラム７は、ベース２ａに立設された支持台８に回転可能に支持されている。回転ドラム７は、駆動モータ６によって伝達ベルトを介して回転駆動される。回転ドラム７の回転数は可変であり、所望の回転数を設定することができる。この回転数は制御部６ａにより制御される。回転ローラ７と駆動モータ６とは、ギヤ等の別の機構によって駆動力を伝達する構成にすることもできる。
回転ドラム７の外周面にはゴムサンプルＲが取り付けられる。この実施形態では、ゴムサンプルＲが回転ドラム７の外周面の全周に渡って環状に取り付けられている。
アーム部３は、ベース２ａに立設されたポスト２ｂに対して、回転軸３ｂによって上下方向に回動可能に軸支されている。アーム部３の長手方向一端部には錘部材５が取り付けられている。アーム部３の長手方向他端部は、ポスト２ｂに形成された水平方向に延びる保持長穴２ｃに挿通する回転軸３ｂによって軸支されている。そのため、アーム部３は水平方向にある程度移動可能になっている。このアーム部３が、後述するように接触部材４をゴムサンプルＲの表面に押圧する押圧機構を構成している。
接触部材４は、このゴムサンプルＲの表面に接触可能にアーム部３に位置に取り付けられる。詳述すると、アーム部３の長手方向一端部に固定された保持部３ａに接触部材４が着脱自在に取り付けられる。
接触部材４としては、ゴムサンプルＲの表面と接触する接触面の仕様（形状、硬さ、材質、表面粗さ等）が異なる複数種類が備わっている。即ち、このゴムサンプルＲと同仕様のゴムが上カバーゴム１３として使用されるコンベヤベルト１１が搬送する搬送物Ｓの表面と類似した仕様の接触面を有する接触部材４（４ａ、４ｂ、４ｃ）が備わっている。
例えば、搬送物Ｓが鉄鉱石であるのか、石灰石であるのか、或いは土砂であるのかによって、鋭利さや硬さ等が異なるので、これらに類似した接触面を有する複数種類の接触部材４を備える。そして、複数種類の接触部材４（４ａ、４ｂ、４ｃ）から任意の接触部材４を選択して保持部３ａに取り付けられる構成になっている。
錘部材５としては、重量が異なる複数の錘部材５が備わっていて、アーム部３の長手方向一端部に着脱自在に取り付けられる。アーム部３の長手方向一端部を錘部材５により押圧すると、アーム部３はアーム部３の長手方向他端部の位置にある回転軸３ｂを中心にして上下方向に回動する。これに伴って、接触部材４がゴムサンプルＲの表面を押圧することになる。このようにアーム部３が押圧機構を構成しているが、接触部材４をゴムサンプルＲの表面に押圧できれば別の押圧機構を採用することができる。
錘部材５は、ゴムサンプルＲに対する接触部材４による押圧荷重を変化させるものであればよい。即ち、錘部材５の重さによって、接触部材４のゴムサンプルＲの表面に対する押圧力を変化させることができる。
変位センサ９ａはポスト２ｂに取り付けられていて、ゴムサンプルＲの表面を押圧している接触部材４の押圧方向変位量を検知する。即ち、接触部材４の上下変位量を逐次検知して、押圧されているゴムサンプルＲの変形状態を検知する。
荷重センサ９ｂは、アーム部３の長手方向一端部の下面に取り付けられている。荷重センサ９ｂにより、接触部材４に作用する押圧荷重および回転ドラム７の回転方向に対する接線方向荷重を逐次検知する。即ち、ゴムサンプルＲを押圧している接触部材４に作用する鉛直方向荷重および水平方向荷重が逐次、荷重センサ９ｂにより検知される。
温度センサ９ｃは、このゴムサンプルＲの表面温度を逐次検知する。変位センサ９ａ、荷重センサ９ｂおよび温度センサ９ｃによる検知データは、制御部６ａに入力される。
次に、この摩耗試験装置１を用いてゴムサンプルＲの耐摩耗性を評価する試験方法を説明する。
回転ドラム７の外周面に評価対象物となるゴムサンプルＲを取り付けて、駆動モータ６を回転駆動する。この際に、回転ドラム７の回転速度を所望の速度に設定し、押圧機構による接触部材４のゴムサンプルＲの表面に対する押圧荷重を錘部材５によって所望の押圧荷重に設定する。
接触部材４は、複数種類の接触部材４（４ａ、４ｂ、４ｃ）から所望の接触部材を選択して保持部３ａに装着する。これにより、所望の接触部材４をゴムサンプルＲの表面に押圧するともに、ゴムサンプルＲの表面を押圧している接触部材４の押圧方向変位量を変位センサ９ａにより検知する。この実施形態では、回転ドラム７の真上の位置で接触部材４がゴムサンプルＲの表面を押圧している。
アーム部３は水平方向にある程度フリーに移動可能なので、接触部材４は回転ドラム７の回転方向に対する接線方向（即ち、水平方向）に移動可能な状態でゴムサンプルＲの表面を押圧する。接触部材４をある程度、回転ドラム７の回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にすることで、実際にコンベヤベルト１１の上カバーゴム１３の上に投入される搬送物Ｓの状態をより近似して再現できる。このようにして、ゴムサンプルＲは所定の押圧荷重で接触部材４により継続的に押圧されつつ回転するので摩耗することになる。
本発明によれば、評価対象物となるゴムサンプルＲが上カバーゴム１３として使用されるコンベヤベルト１１の実際の使用環境に類似した条件下で評価を行なうことが可能になる。即ち、回転ドラム７の回転速度は、コンベヤベルト１１に投入される際の搬送物Ｓの水平方向速度とコンベヤベルト１１の水平方向の走行速度との差、即ち、コンベヤベルト１１と投入される搬送物Ｓとの水平方向の相対速度と、同等の条件にする。接触部材４による押圧荷重は、搬送物Ｓの単位時間当たりの投入重量、投入高さ等に応じて、上カバーゴム１３が搬送物Ｓから受ける押圧荷重と同等の条件にする。
これらによって、コンベヤベルト１１の実際の使用環境に類似した条件下にすることができる。したがって、実使用した場合のコンベヤベルト１１の上カバーゴム１３の耐摩耗性を精度よく予測することが可能になる。
また、ゴムサンプルＲの表面を押圧している接触部材４の押圧方向変位量を変位センサ９ａにより検知することで、単に押圧荷重と摩耗量の関係だけでなく、ゴムサンプルＲの押圧変形量と摩耗量の関係を把握できる。即ち、ゴムサンプルＲの変形状態と摩耗量の関係を把握できる。
この実施形態では、接触部材４に作用する押圧荷重（即ち、鉛直方向荷重）および回転ドラム７の回転方向に対する接線方向荷重（即ち、水平方向荷重）を逐次検知する。そのため、検知データに基づいてゴムサンプルＲの動摩擦係数を把握することが可能になる。
また、この実施形態では、ケーシング１０によってゴムサンプルＲの外部環境温度を所望の温度に設定することができる。そのため、コンベヤベルト１１の実際の使用環境に一段と類似した条件下で評価を行なうことが可能になる。また、外部環境温度を異ならせて評価を行なうことで、ゴムサンプルＲの耐摩耗性の温度依存性を把握することができる。
また、温度センサ９ｃを備えているので、評価中のゴムサンプルＲの表面温度変化を測定することができる。ゴムサンプルＲが摩耗する際には、熱エネルギが生じるので、温度センサ９ｃによる温度測定結果によって摩耗する際のエネルギを把握することができる。ゴムの種類によってこのエネルギの大きさは異なるので、温度測定結果は、例えば、このエネルギを小さくできるゴム種を選択するには有益である。
１ 摩耗試験装置
２ａ ベース
２ｂ ポスト
２ｃ 保持長穴
３ アーム部
３ａ 保持部
３ｂ 回転軸
４（４ａ、４ｂ、４ｃ） 接触部材
５ 錘部材
６ 駆動モータ
６ａ 制御部
７ 回転ドラム
８ 支持台
９ａ 変位センサ
９ｂ 荷重センサ
９ｃ 温度センサ
１０ ケーシング
１１ コンベヤベルト
１２ 心体層
１３ 上カバーゴム
１４ 下カバーゴム
１５ａ、１５ｂ プーリ
１６ 支持ローラ
１７ 別のコンベヤベルト
Ｒ ゴムサンプル
Ｓ 搬送物

Claims (6)

  1. 回転速度が可変の回転ドラムと、この回転ドラムの外周面に取り付けられたゴムサンプルの表面に接触可能な接触部材と、この接触部材を前記ゴムサンプルの表面に押圧する押圧機構と、前記接触部材による押圧荷重を変化させる錘部材と、前記ゴムサンプルの表面を押圧している前記接触部材の押圧方向変位量を検知する変位センサとを備え、前記接触部材として、前記ゴムサンプルの表面と接触する接触面の仕様が異なる複数種類の接触部材を有し、この複数種類の接触部材から前記ゴムサンプルの表面を押圧する接触部材が任意に選択され、選択された接触部材を前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にして、前記回転ドラムとともに回転している前記ゴムサンプルの表面に対して前記接触部材を継続的に押圧する構成にしたことを特徴とする摩耗試験装置。
  2. 前記接触部材に作用する前記押圧荷重および前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向荷重を逐次検知する荷重センサを備える請求項１に記載の摩耗試験装置。
  3. 前記ゴムサンプルの外部環境温度を可変にするケーシングを備える請求項１または２に記載の摩耗試験装置。
  4. 前記ゴムサンプルの表面温度を検知する温度センサを備える請求項１〜３のいずれかに記載の摩耗試験装置。
  5. 前記押圧機構が、前記接触部材が取り付けられるアーム部を備え、その長手方向他端部が回転軸により軸支されていて、このアーム部を前記錘部材により押圧して、前記回転軸を中心にして前記アーム部を上下方向に回動可能な構成にした請求項１〜４のいずれかに記載の摩耗試験装置。
  6. 回転速度が可変の回転ドラムの外周面にゴムサンプルを取り付けて、このゴムサンプルの表面に対して、押圧機構によって接触部材を押圧する摩耗試験方法であって、試験する際には、前記回転ドラムの回転速度を所望の速度に設定し、前記接触部材による押圧荷重を錘部材によって所望の押圧荷重に設定し、前記接触部材として備えている前記ゴムサンプルの表面と接触する接触面の仕様が異なる複数種類の接触部材から所望の接触部材を選択し、選択した接触部材を前記回転ドラムの回転方向に対する接線方向に移動可能な状態にして、前記回転ドラムとともに回転している前記ゴムサンプルの表面に対して前記接触部材を継続的に押圧するとともに、前記ゴムサンプルの表面を押圧している前記接触部材の押圧方向変位量を変位センサにより検知することを特徴とする摩耗試験方法。
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