JP7125256B2 - リクレーマ - Google Patents

Description

本発明は、リクレーマに関する。

リクレーマは、石炭や鉱物などの「ばら物」が山積みされたパイル（山）から、ばら物を切り出して払い出す装置である。下記の特許文献１には、切り出したばら物を一旦ホッパで収容し、ホッパで収容したばら物をベルトコンベヤで払い出すリクレーマが記載されている。そして、ホッパレベルを一定に保つことにより、ばら物の払出し量を一定にできる（定量払出しが行える）として、特許文献１に記載のリクレーマでは、ホッパレベルが一定となるようにパイルからの切り出し量を調整している。なお、ホッパレベルはホッパの重量を直接測定するホッパ荷重計を用いて判断している。

特開２００２－２４０９５７号公報

特許文献１では、ばら物の払出し量を一定にするには、ホッパレベルを一定にする必要があるかのように記載されているが、実際にはホッパレベルが変わってもばら物の払出し量を一定にすることは可能である。むしろ、ホッパ内のばら物が無くならない状態を維持すること（ホッパが空にならないこと）が重要であり、その場合には切り出し量を細かく制御する必要はない。また、特許文献１に記載のリクレーマで用いるホッパ荷重計は、非常に大きな荷重を測定することになるためホッパ荷重計自体の重量が非常に大きくなる。さらに、ばら物がホッパに供給されたときの振動によって計測精度が低下するおそれがある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ホッパ内のばら物が無くならない状態を維持し、ばら物の払出し量を一定にすることができる簡易な構成のリクレーマを提供することを目的としている。

本発明の一態様に係るリクレーマは、山積みされたばら物を切り出すバケットホイールと、前記バケットホイールを先端部分で保持するブームと、前記バケットホイールで切り出したばら物を前記ブームに沿って搬送するブームコンベヤと、前記ブームコンベヤで搬送されたばら物を一時的に収容するホッパと、前記ホッパで収容されたばら物を定量で払い出すフィーダコンベヤと、前記ブームコンベヤで搬送されるばら物の重量を測定するブーム重量計と、前記フィーダコンベヤで搬送されるばら物の重量を測定するフィーダ重量計と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ブーム重量計が測定した測定重量値に基づいて前記ホッパに供給されたばら物の供給積算重量を算出するとともに、前記フィーダ重量計が測定した測定重量値に基づいて前記ホッパから排出されたばら物の排出積算重量を算出し、算出した前記供給積算重量及び前記排出積算重量に基づいて前記ホッパが収容しているばら物の収容量を推定し、推定した前記収容量が予め設定した上限値を超えたとき、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを停止させ、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを停止した後、推定した前記収容量が予め設定した下限値を下回ったとき、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを再開する。

この構成によれば、ばら物の切り出しを停止した後、ホッパが収容しているばら物の収容量が下限値を下回ったとき、バケットホイールによるばら物の切り出しが再開されるため、ホッパ内のばら物が無くならない状態を維持することができる。また、上記の構成では、切り出し量の細かい制御も不要である。さらに、上記の構成では、ホッパの荷重を直接測定する機器を用いずに、ブーム重量計とフィーダ重量計を用いてホッパの収容量を推定している。したがって、上記の構成によれば、ホッパの荷重を直接測定する機器（ホッパ荷重計）及びこれを支持する架台を省略できるため、リクレーマの総重量を抑えることができるとともに、リクレーマを簡易な構成とすることができる。

上記のリクレーマにおいて、前記制御装置は、前記バケットホイールで切り出すばら物の種類を取得し、取得したばら物の種類に基づいて補正値を決定し、決定した補正値を用いて前記ブーム重量計の測定重量値を補正して実重量を算出し、算出した前記実重量を積算して前記供給積算重量を算出するようにしてもよい。

この構成によれば、ばら物の種類に応じた補正値を用いて実重量を算出し、その実重量に基づいてホッパの収容量を推定するため、収容量をより正確に把握でき、ひいてはより適切な制御を行うことができる。

上記のリクレーマにおいて、バケットホイールがばら物を切り出す切り出し期間とバケットホイールがばら物を切り出さない非切り出し期間とが繰り返し到来し、前記制御装置は、到来する直近の非切り出し期間の長さに応じて前記下限値を設定するようにしてもよい。

この構成によれば、非切り出し期間の長さに応じて下限値を小さく設定できるため、ホッパの収容量を減らすことができる。その結果、リクレーマ全体の重量を抑えることができ、リクレーマにかかる荷重負担を軽減することができる。

上記のリクレーマによれば、簡易な構成でありながら、ホッパ内のばら物が無くならない状態を維持し、ばら物の払出し量を一定にすることができる。

図１は、リクレーマの概略図である。 図２は、リクレーマの制御系のブロック図である。 図３は、切り出し作業プログラムのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

＜リクレーマの全体構成＞
まず、本実施形態に係るリクレーマ１００の全体構成について説明する。図１は、リクレーマ１００の概略図である。図１に示すように、本実施形態のリクレーマ１００は、バケットホイール１０と、ブーム２０と、ブームコンベア３０と、走行装置４０と、ホッパ５０と、フィーダコンベヤ６０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。

バケットホイール１０は、石炭や鉄鉱石などのばら物１０１を山積みしてなるパイル１０２から、ばら物１０１を切り出す装置である。本実施形態では、同じ種類のばら物１０１からなるパイル１０２が図１の紙面に対して垂直の方向に並んで形成されている。バケットホイール１０は、複数のバケット１１を有しており、これらのバケット１１を回転させることによりパイル１０２からばら物１０１を切り出す。

ブーム２０は、バケットホイール１０を先端部分で保持する部分である。ブーム２０は、旋回体２１に支持されており、起伏装置２２により旋回体２１の頂部を支点として俯仰角を変更できるように構成されている。さらに、旋回体２１は走行装置４０に対して旋回できるように構成されている。つまり、ブーム２０は、旋回体２１の旋回に伴って、走行装置４０に対して旋回できるように構成されている。

ブームコンベヤ３０は、バケットホイール１０で切り出したばら物１０１をブーム２０に沿って搬送し、ホッパ５０に供給する装置である。なお、ブームコンベヤ３０には、バケットホイール１０の各バケット１１が切り出したばら物１０１が断続的に供給される。そのため、ブームコンベヤ３０からホッパ５０に供給するばら物１０１の量は変動する。また、ブームコンベヤ３０には、長手方向の所定箇所にブーム重量計３１が設けられている。ブーム重量計３１は、ブームコンベヤ３０で搬送されるばら物１０１のうち、ブーム重量計３１上を通過するばら物１０１の重量を連続的に測定する。

走行装置４０は、ブーム２０等を搭載した状態で移動する装置である。本実施形態では、走行装置４０はパイル１０２の列に沿って延びるレール４１上を移動する。つまり、走行装置４０は、図１の紙面に対して垂直の方向に沿って移動する。また、走行装置４０の上部には下部架構４２が設けられており、前述した旋回体２１はこの下部架構４２に旋回可能に支持されている。したがって、旋回体２１に支持されているブーム２０は、走行装置４０に対して俯仰角を変更すことができ、走行装置４０に対して旋回することができる。そのため、走行装置４０の位置、ブーム２０の俯仰角、及びブーム２０の旋回角度を調整することで、バケットホイール１０を任意の位置に位置させることができる。

ホッパ５０は、ブームコンベヤ３０で搬送されたばら物１０１を一時的に収容する部分である。ホッパ５０で一時的に収容したばら物１０１は、ホッパ５０の下方に位置するフィーダコンベヤ６０に排出される。ホッパ５０は、下部架構４２に取り付けられており、走行装置４０とともに移動する。なお、本実施形態に係るリクレーマ１００は、ホッパ５０の重量を直接測定する機器は備えていない。

フィーダコンベヤ６０は、ホッパ５０で収容されたばら物１０１を払い出す装置である。本実施形態では、フィーダコンベヤ６０は下方に位置するヤードコンベヤ１０３にばら物１０１を払い出す。ヤードコンベヤ１０３はパイル１０２が形成されたヤードに設けられており、パイル１０２の列に沿って延びている。フィーダコンベヤ６０は、このヤードコンベヤ１０３に対して平行に配置されている。つまり、フィーダコンベヤ６０は、図１の紙面に対して垂直な方向に延びている。フィーダコンベヤ６０は下部架構４２に取り付けられている。

また、フィーダコンベヤ６０には、長手方向の所定箇所にフィーダ重量計６１が設けられている。フィーダ重量計６１は、フィーダコンベヤ６０で搬送されるばら物１０１のうち、フィーダ重量計６１上を通過するばら物１０１の重量を連続的に測定する。なお、本実施形態では、フィーダコンベヤ６０の速度を一定にすることにより、ばら物１０１の払出し量を一定にしている。ただし、払出し量を一定にするにあたり、ホッパ５０の出口付近に設けた図外のカットゲートの開度をあわせて調整してもよい。

＜切り出し作業＞
次に、リクレーマ１００がパイル１０２からばら物１０１を切り出す「切り出し作業」の概要について説明する。まず、バケットホイール１０の高さがパイル１０２の切り出しを行う部分の高さに一致するようにブーム２０の俯仰角を調整する。さらに、ブーム２０を旋回させたときバケットホイール１０が切り出しを行う部分を通過するように走行装置４０の位置を調整する。この状態で、バケットホイール１０を回転させながら、ブーム２０を少しずつ旋回させれば、パイル１０２からばら物１０１を切り出すことができる。以上の動作をパイル１０２の上方部分から下方部分まで行う。

なお、本実施形態では、図１の紙面手前から紙面奥に向かって切り出しを行う。具体的には、ブーム２０をヤードコンベヤ１０３に近づく方向に旋回させて切り出しを行った後、リクレーマ１００を図１の紙面奥に向かって所定距離移動（以下、「前進」と称する）させ、続いてブーム２０をヤードコンベヤ１０３から離れる方向に旋回させて切り出しを行い、さらにリクレーマ１００を前進させる。これを繰り返し、パイル１０１の図１の紙面奥側端部の切り出しが終了すると、今度はリクレーマ１００を図１の紙面手前に向かって移動させ、ブーム２０の俯仰角を変えてバケットホイール１０の位置を低くして「段替え」を行う。そして、段替えを行った後は、再び図１の紙面手前から紙面奥に向かって切り出しを行う。

以上の説明から理解できるように、切り出し作業全体でみると、バケットホイール１０がばら物１０１を常に切り出しているわけではなく、バケットホイール１０がばら物１０１を切り出す「切り出し期間」と、バケットホイール１０がばら物１０１を切り出さない「非切り出し期間」とが、繰り返し到来することになる。しかも、パイル１０２の上方部分で切り出しを行う場合と、パイル１０２の下方部分で切り出しを行う場合とでは、「切り出し期間」及び「非切り出し期間」の長さが異なる。

本実施形態のリクレーマ１００は、上記の切り出し作業を自動で行っている。つまり、切り出し作業におけるリクレーマ１００の動作は、予めプログラムされており、「切り出し期間」及び「非切り出し期間」の回数や長さも事前に設定されている。

＜制御系の構成＞
次に、リクレーマ１００の制御系の構成について説明する。図２は、リクレーマ１００の制御系の構成のブロック図である。図２に示すように、リクレーマ１００は、全体の制御を行う制御装置７０を備えている。制御装置７０は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、及びＩ／Ｏインターフェース等を有している。

制御装置７０は、ブーム重量計３１、フィーダ重量計６１、及び、入力装置７１と電気的に接続されている。制御装置７０は、ブーム重量計３１及びフィーダ重量計６１からそれらの機器が測定した測定重量値を取得することができる。また、入力装置７１は切り出しを行うばら物１０１の種類を作業者が入力できるように構成されており、制御装置７０は入力装置７１から切り出しを行うばら物１０１の種類を取得することができる。

さらに、制御装置７０は、バケットホイール１０、旋回体２１、起伏装置２２、ブームコンベヤ３０、走行装置４０、及び、フィーダコンベヤ６０と電気的に接続されている。制御装置７０は、これらの機器に制御信号を送信して各機器を制御する。本実施形態では、制御装置７０は、不揮発性メモリに後述する「切り出し作業プログラム」及び種々のデータが保存されており、プロセッサがこの切り出し作業プログラムに基づき揮発性メモリを用いて演算処理を行う。

＜切り出し作業プログラム＞
次に、制御装置７０が実行する切り出し作業プログラムについて説明する。図３は、切り出し作業プログラムのフローチャートである。図３で示す処理は、制御装置７０によって遂行される。まず、処理が開始されると、制御装置７０は、入力装置７１から切り出しを行うばら物１０１の種類を取得する（ステップＳ１）。

続いて、制御装置７０は、ブーム２０の俯仰角を取得する（ステップＳ２）。切り出し作業を進めていったときのブーム２０の俯仰角、ブーム２０の旋回範囲（旋回角度範囲）、及び、走行装置４０の位置が予め設定されており、制御装置７０はこれらの値（以下、「設定データ」と称する）を記憶している。制御装置７０は、この設定データからブーム２０の俯仰角を取得する。ただし、ブーム２０に角度計を設け、制御装置７０がその角度計からブーム２０の俯仰角を取得するようにしてもよい。

続いて、制御装置７０は、ブーム重量計３１が測定したばら物１０１の測定重量値から実重量を算出するための補正値を決定する（ステップＳ３）。補正値は、ばら物１０１の種類及びブーム２０（ブームコンベヤ３０）の俯仰角によって異なり、制御装置７０はばら物１０１の種類及びブーム２０の俯仰角ごとに補正値を記憶している。そのため、制御装置７０はステップＳ２で取得したブーム２０の俯仰角及びステップＳ１で取得したばら物１０１の種類に基づいて、補正値を決定することができる。

また、ばら物１０１の種類及びブーム２０の俯仰角と補正値との関係は、事前にキャリブレーションを行うことで設定することができる。なお、ばら物１０１の種類及びブーム２０の俯仰角によって補正値が異なるのは、ばら物１０１の種類によってブームコンベヤ３０との摩擦や密着の程度が異なることに起因すると考えられる。また、フィーダ重量計６１に関しては、フィーダコンベヤ６０が水平であることから、ばら物１０１の種類にかかわらず測定重量値と実重量は一致する。そのため、フィーダ重量計６１の測定重量値は補正を行わず、フィーダ重量計６１に関しては補正値は算出しない。

続いて、制御装置７０は、ホッパ５０が収容するばら物１０１の下限値を設定する（ステップＳ４）。本実施形態では、切り出し作業中においてホッパ５０が空にならないように下限値を設定する。例えば、前述したバケットホイール１０がばら物１０１を切り出さない非切り出し期間において、ポッパ５０にばら物１０１が供給されないため、その期間中にホッパ５０が空にならないように下限値を設定する。

具体的には、制御装置７０は到来する直近の非切り出し期間の長さに応じて下限値を設定する。非切り出し期間が長ければ下限値は大きく設定され、非切り出し期間が短ければ下限値が小さく設定される。すなわち、非切り出し期間が短くなるにしたがって下限値は小さく設定される。一方、ホッパ５０が収容するばら物１０１の上限値は一定であり、ホッパ５０からばら物１０１が溢れ出ない値に設定される。なお、本実施形態の下限値及び上限値は重量値であるが、上限値及び下限値は容積値であってもよい。

続いて、制御装置７０は、ブーム２０の旋回範囲を取得する（ステップＳ５）。前述のとおり、制御装置７０は、ブーム２０の旋回範囲を含む設定データを記憶しているため、当該設定データからブーム２０の旋回範囲を取得することができる。そして、バケットホイール１０を回転させた状態で、ステップＳ５で取得した旋回範囲内においてブーム２０を旋回させ、切り出しを開始する（ステップＳ６）。

続いて、制御装置７０は、ホッパ５０が収容するばら物１０１の収容量を推定する（ステップＳ７）。具体的には以下の手順で収容量を推定する。まず、ブーム重量計３１が測定した測定重量値にステップＳ３で決定した補正値を適用した実重量を積算してゆき、ホッパ５０に供給されたばら物１０１の供給積算重量を算出する。さらに、フィーダ重量計６１が測定した測定重量値を積算してゆき、ホッパ５０から排出されたばら物１０１の排出積算重量を算出する。そして、供給積算重量から排出積算重量を差し引いた値がホッパ５０の収容量であると推定する。

続いて、ステップＳ７で推定したホッパ５０の収容量が、前述したホッパ５０の上限値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。収容量が上限値よりも大きくない場合は（ステップＳ８においてＮＯ）、ステップＳ１３へ進む。一方、収容量が条件値よりも大きい場合は（ステップＳ８においてＹＥＳ）、ホッパ５０からばら物１０１が溢れ出るおそれがあるため、ブーム２０の旋回を中止して、切り出しを一時的に停止する（ステップＳ９）。

切り出しを停止した後は、ホッパ５０の収容量を再び推定する（ステップＳ１０）。ホッパ５０の収容量を推定する手順はステップＳ７と同じである。その後、ステップＳ１０で推定した収容量が、ステップＳ４で算出した下限値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１）。収容量が下限値よりも小さい（下回る）場合は（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ホッパ５０内のばら物１０１が空になるおそれがあるため、ブーム２０を旋回させて、切り出しを再開する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ１３に進む。一方、収容量が下限値よりも小さくない場合は（ステップＳ１１においてＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１３では、ブーム２０の旋回が終了しているか否か（つまり、ステップＳ５で取得した旋回範囲内における切り出しが終了しているか否か）を判定する。ブーム２０の旋回が終了していない場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ７に戻る。一方、ブーム２０の旋回が終了している場合は（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４に進む。つまり、ブーム２０が旋回している間は、ステップＳ７からステップＳ１２までを繰り返す。

ステップＳ１４では、予定されていた一連の切り出し作業が終了したか否かを判定する。切り出し作業が終了している場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）、切り出し作業プログラムを終了する。一方、切り出し作業が終了していない場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、切り出し位置の高さを変える「段替え」を行うか否かを判定する。前述のとおり、制御装置７０は、切り出し作業を行うための設定データを記憶しているため、この設定データに基づいて段替えを行うか否かを判定することができる。段替えを行う場合は（ステップＳ１５でＹＥＳ）、リクレーマ１００を進行方向（図１の紙面奥に向かう方向）とは逆の方向に向かって所定の位置まで移動させるとともに、ブーム２０の俯仰角を変更する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ２に戻り、切り出し作業が終了するまでステップＳ２からステップＳ１４を繰り返す。

一方、段替えを行わない場合は（ステップＳ１５でＮＯ）、リクレーマ１００を進行方向に向かって一定距離移動させ（ステップＳ１７）、その後ステップＳ６に戻って、切り出し作業が終了するまでステップＳ６からステップＳ１４を繰り返す。

以上のように、本実施形態に係るリクレーマ１００によれば、ホッパ５０の収容量が下限値を下回ったとき、ばら物１０１の切り出しが行われるため、ホッパ５０内のばら物が無くならない状態を維持し、ばら物１０１の払出量を一定にすることができる。また、ブーム重量計３１とフィーダ重量計６１を用いてホッパ５０の収容量を推定しているため、ホッパ５０の重量を直接測定する機器は不要である。これにより、リクレーマ１００の総重量の増加を抑えることができるとともに、リクレーマ１００の構造が複雑になるのを抑えることができる。

また、本実施形態に係るリクレーマ１００によれば、ばら物１０１の種類に応じた補正値を用いてホッパ５０に供給されるばら物１０１の実重量を算出し、その実重量に基づいてホッパ５０の収容量を推定するため、より適切な制御を行うことができる。

さらに、本実施形態に係るリクレーマ１００によれば、非切り出し期間の長さに応じて下限値を小さく設定できるため、ホッパ５０の収容量を減らすことができる結果、リクレーマ１００にかかる荷重負担を軽減することができる。

１０ バケットホイール
２０ ブーム
３０ ブームコンベヤ
３１ ブーム重量計
５０ ホッパ
６０ フィーダコンベヤ
６１ フィーダ重量計
７０ 制御装置
１００ リクレーマ
１０１ ばら物
１０２ パイル

Claims (2)

1. 山積みされたばら物を切り出すバケットホイールと、
   前記バケットホイールを先端部分で保持し俯仰角が変化するブームと、
   前記バケットホイールで切り出したばら物を前記ブームに沿って搬送するブームコンベヤと、
   前記ブームコンベヤで搬送されたばら物を一時的に収容するホッパと、
   前記ホッパで収容されたばら物を定量で払い出すフィーダコンベヤと、
   前記ブームコンベヤで搬送されているばら物の重量を搬送されている状態で測定するブーム重量計と、
   前記フィーダコンベヤで搬送されているばら物の重量を搬送されている状態で測定するフィーダ重量計と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記バケットホイールで切り出すばら物の種類を取得し、
   取得したばら物の種類及び前記ブームの俯仰角に基づいて補正値を決定し、
   前記ブーム重量計が測定した測定重量値を、前記補正値を用いて補正して実重量を算出し、算出した前記実重量を積算して前記ホッパに供給されたばら物の供給積算重量を算出するとともに、前記フィーダ重量計が測定した測定重量値に基づいて前記ホッパから排出されたばら物の排出積算重量を算出し、
   算出した前記供給積算重量及び前記排出積算重量に基づいて前記ホッパが収容しているばら物の収容量を推定し、
   推定した前記収容量が予め設定した上限値を超えたとき、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを停止させ、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを停止した後、推定した前記収容量が予め設定した下限値を下回ったとき、前記バケットホイールによるばら物の切り出しを再開する、リクレーマ。
2. バケットホイールがばら物を切り出す切り出し期間とバケットホイールがばら物を切り出さない非切り出し期間とが繰り返し到来し、
   前記制御装置は、到来する直近の非切り出し期間の長さに応じて前記下限値を設定する、請求項１に記載のリクレーマ。

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