JP7461119B2 - 移動式破砕機 - Google Patents

Description

本発明は、走行装置を備える移動式破砕機に関する。詳細には、移動式破砕機の駆動構成に関する。

従来から、岩石採掘現場等で用いられる破砕機において、自走可能な構成が知られている。特許文献１は、この種の自走式作業機（移動式破砕機）を開示する。

特許文献１の自走式作業機は、エンジン発電機により駆動される電動油圧ユニットからの油圧によって走行用油圧モータを駆動させて、クローラ走行装置を走行させる構成となっている。

特開２０１４－１５１２６８号公報

上記特許文献１の構成は、エンジン発電機及び油圧ユニットを用いて走行用クローラを駆動する場合、エンジンからの動力を電力に変換してから電動モータを経由して油圧ユニットに伝達することになるので、駆動効率が低下してしまう。また、エンジンの回転数は、走行負荷にかかわらず、発電機の周波数に応じた一定の回転数となるように制御されるので、燃費の向上が困難であり、この点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、作業時及び走行時の何れにおいても高い駆動効率を有する移動式破砕機を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の移動式破砕機が提供される。即ち、この移動式破砕機は、破砕対象物を破砕する。移動式破砕機は、破砕装置と、走行装置と、エンジンと、発電機と、油圧ポンプと、動力伝達経路と、クラッチと、を備える。前記破砕装置は、前記破砕対象物を破砕する。前記走行装置には、前記破砕装置が搭載されている。前記エンジンは、駆動源として用いられる。前記発電機は、前記エンジンからの動力を用いて発電する。前記油圧ポンプは、前記エンジンからの動力によって直接駆動される。前記動力伝達経路は、前記エンジンからの動力を前記油圧ポンプに伝達する。前記クラッチは、前記動力伝達経路を切断する第１状態と、前記動力伝達経路を接続する第２状態と、の間で切換可能である。前記破砕装置は、前記発電機で発電した電力によって駆動される。前記走行装置は、前記油圧ポンプから作動油が供給されることによって駆動される。前記破砕装置の動作時において、前記クラッチは前記第１状態に切り換えられる。前記走行装置の動作時において、前記クラッチは前記第２状態に切り換えられる。前記破砕装置の動作時において、前記エンジンは、所定の発電回転数で稼動する。前記クラッチが前記第１状態から前記第２状態に切り換えることが実行可能となる条件は、前記エンジンの回転数が閾値回転数以下であることを含む。前記閾値回転数が前記発電回転数以下である。

このように、破砕装置及び走行装置のそれぞれの特性に応じた異なる駆動構成で駆動することで、移動式破砕機の作業時及び走行時の何れにおいても、高い駆動効率を得ることができる。走行時における油圧駆動への切換えを簡単な構成で実現することができる。クラッチの摩耗を低減することができ、使用寿命を延ばすことができる。

本発明によれば、作業時及び走行時の何れにおいても高い駆動効率を有する移動式破砕機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る移動式破砕機の構成を示す側面図。 移動式破砕機において動力を伝達する構成を示す模式図。 走行装置を駆動するための油圧回路の例を示す図。 エンジンの運転特性の例を示すグラフ。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る移動式破砕機１００の構成を示す側面図である。図２は、移動式破砕機１００において動力を伝達する構成を示す模式図である。図３は、走行装置２を駆動するための油圧回路６の例を示す図である。

図１に示す移動式破砕機１００は、例えば、骨材、石灰石等の原石を１次破砕するために用いられる。移動式破砕機１００は、破砕装置１が走行装置２の上に搭載された自走型破砕機として構成されている。移動式破砕機１００は、図２に示すように、主駆動源としてのエンジン３と、破砕装置１に電力を供給するための発電機４と、走行装置２に作動油を供給して油圧駆動するための油圧ポンプ５と、備える。

図１に示す破砕装置１は、例えば、岩石採掘現場で採掘された原石等の破砕対象物を粗砕きする１次破砕装置として構成される。この破砕装置１は、破砕対象物供給装置１１と、破砕装置本体１２と、破砕物排出コンベア１３と、を備える。破砕装置１は、図２に示すように、前述の各装置を駆動するための電動モータ１４を備える。図２では電動モータ１４が１つだけ示されているが、実際は、電動モータ１４は、破砕対象物供給装置１１、破砕装置本体１２及び破砕物排出コンベア１３等に応じて多数配置されている。

破砕対象物供給装置１１は、バックホー等によって投入された破砕対象物を破砕装置本体１２に自動供給するために用いられる。破砕対象物供給装置１１は、供給ホッパ１１ａと、振動フィーダ１１ｂと、を備える。

供給ホッパ１１ａは、外部から破砕対象物を投入するために用いられる。供給ホッパ１１ａは、振動フィーダ１１ｂの上方に配置されている。供給ホッパ１１ａは、上方に向かって開放する漏斗状に形成されている。供給ホッパ１１ａから投入された破砕対象物は、自重により、振動フィーダ１１ｂへ落下する。

振動フィーダ１１ｂは、供給ホッパ１１ａを介して投入された破砕対象物を破砕装置本体１２に自動的に供給する。振動フィーダ１１ｂは、例えば、グリズリ付振動フィーダとして構成される。振動フィーダ１１ｂは、図略の振動発生装置が発生した振動を利用して、破砕対象物を大塊と細粒に選別しながら、大塊破砕対象物を破砕装置本体１２に供給する。なお、振動フィーダ１１ｂは、選別機能を有しない振動フィーダとして構成されても良い。

破砕装置本体１２は、例えば、図１に示す固定歯１２ａと、可動歯１２ｂと、を備えるシングルトグル型ジョークラッシャ（いわゆる揺動式破砕機）として構成される。固定歯１２ａは、破砕装置１に対して固定的に設けられている。可動歯１２ｂは、固定歯１２ａに対してスライド可能に設けられる。破砕装置本体１２は、可動歯１２ｂをスライドすることで、固定歯１２ａと可動歯１２ｂの間に投入された破砕対象物を噛み砕く。

なお、これに限定されず、破砕装置本体１２は、例えばインパクトクラッシャ（いわゆる衝突式破砕機）、コーンクラッシャ（旋動式破砕機）として構成されても良い。

破砕物排出コンベア１３は、破砕装置本体１２で破砕された破砕物を外部に排出する。破砕物排出コンベア１３は、破砕装置本体１２を挟んで、破砕対象物供給装置１１とは反対側に設けられる。なお、破砕物排出コンベア１３は破砕対象物供給装置１１と同じ側に設けられても良い。

走行装置２は、移動式破砕機１００を走行させることができる。走行装置２は、移動式破砕機１００の機体幅方向両側のそれぞれに１セットずつ設けられ、下方から破砕装置１を支持している。それぞれの走行装置２は、クローラ２１と、スプロケット２２と、油圧モータ２３と、を備える。

クローラ２１は、例えば鋼板からなる無端状に形成され、スプロケット２２に巻き掛けられている。スプロケット２２は、油圧モータ２３の出力軸と連結され、油圧モータ２３の出力軸の回転に伴って回転する。

油圧ポンプ５は、走行装置２に作動油を供給するために用いられる。油圧ポンプ５は、エンジン３からの動力によって直接駆動される。

油圧ポンプ５は、例えば、作動油の流量を調整可能な斜板式油圧ポンプから構成される。油圧ポンプ５において作動油の流量を調整することで、油圧モータ２３の出力軸の回転速度を制御することができる。本実施形態では、図２に示すように、エンジン３の動力を油圧ポンプ５の入力軸に直接伝達して駆動することができる。

油圧ポンプ５は、例えば、図３に示すような油圧回路６を介して、油圧モータ２３と接続されている。油圧ポンプ５、油圧モータ２３及び油圧回路６は、左右のクローラ２１に対応して、２つずつ設けられている。

一側の走行装置２の構成について説明すると、油圧ポンプ５は、油圧回路６を構成するコントロール弁６１を介して、第１経路６２及び第２経路６３に接続される。第１経路６２及び第２経路６３は、油圧モータ２３が備える後述の２つのポートのそれぞれに接続される。他側の走行装置２に関する構成は上記と実質的に同様であるので、説明を省略する。

コントロール弁６１は、油圧ポンプ５からの作動油の供給先を、第１経路６２と第２経路６３との間で切り換えることができる。即ち、コントロール弁６１を介して、油圧ポンプ５からの作動油の供給先である油圧モータ２３のポートを切り換えることができる。第１経路６２及び第２経路６３のうち何れかに供給された作動油は、油圧モータ２３の斜板を傾斜させるためにも用いられる。

油圧ポンプ５は、入力軸に駆動力が伝達されて回転すると、作動油を作動油タンク６０から吸入して、第１経路６２及び第２経路６３の何れかに吐出する。油圧モータ２３は、油圧ポンプ５から吐出された作動油によって駆動され、出力軸を回転させる。油圧モータ２３の出力軸は、スプロケット２２に連結されている。

油圧モータ２３は、例えば、作動油の流量を調整可能な斜板式油圧モータから構成される。油圧モータ２３は、２つのポートを備える。２つのうち一方のポートは第１経路６２に接続され、残りのポートは第２経路６３に接続される。第１経路６２と第２経路６３の何れに圧油を供給するかを切り換えることで、油圧モータ２３の出力軸の回転方向を切り換えることができる。

エンジン３は、例えば、ディーゼルエンジンから構成され、発電機４及び走行装置２に動力を提供するために用いられる。なお、エンジン３は、ディーゼルエンジンに限定されず、例えば、ガソリンエンジン等から構成されても良い。また、エンジン３の代わりに、エンジンと電動機とを組み合わせたハイブリッド駆動ユニットとして構成されても良い。

発電機４は、エンジン３からの動力を電力に変換する。発電機４で発電した電力は、複数の電動モータ１４のそれぞれに供給される。電動モータ１４の出力軸が回転することで、振動フィーダ１１ｂ、可動歯１２ｂ、及び破砕物排出コンベア１３等が駆動される。

続いて、本実施形態の移動式破砕機１００の作業時及び走行時における動力の供給について、図２等を参照して詳細に説明する。

本実施形態においては、図２に示すように、エンジン３は、走行装置２に連結された油圧ポンプ５を直接駆動可能に設けられている。具体的には、エンジン３は、図２に示す動力伝達経路７を介して、油圧ポンプ５に連結されている。エンジン３で発生した動力が、動力伝達経路７を介して、油圧ポンプ５に伝達される。

動力伝達経路７は、図２に示すように、第１伝達軸７１と、第２伝達軸７２と、走行用クラッチ（クラッチ）７３と、を備える。第１伝達軸７１は、エンジン３の出力軸として構成されても良いし、エンジン３の出力軸に固定された軸として構成されても良い。第２伝達軸７２は、例えば、油圧ポンプ５に接続され、油圧ポンプ５を駆動する駆動軸として構成されている。

第１伝達軸７１の中途部には、発電機４が設けられている。第１伝達軸７１は、エンジン３からの動力を発電機４に伝達する。発電機４の入力軸は、第１伝達軸７１に直結されても良いし、図略のクラッチ等を介して第１伝達軸７１に接続されても良い。

走行用クラッチ７３は、例えば公知の油圧式クラッチとして構成され、第１伝達軸７１及び第２伝達軸７２の間に設けられている。走行用クラッチ７３は、第１伝達軸７１からの動力を第２伝達軸７２に対して切断する遮断状態（第１状態）と、第１伝達軸７１からの動力を第２伝達軸７２に伝達する伝達状態（第２状態）と、の間で切換可能に構成されている。なお、走行用クラッチ７３としては、摩擦クラッチの代わりに、流体を介して回転運動の伝達を行うクラッチ（例えば流体継手）を用いることもできる。

走行用クラッチ７３は、例えば、エンジン３の稼動を制御する図略の制御装置により制御される。制御装置は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を備えるコンピュータから構成される。走行用クラッチ７３は、制御装置からの制御指令に応じて、遮断状態と伝達状態との間で切り換わる。

上記の構成で、移動式破砕機１００が破砕装置１を稼動させて破砕作業を行う場合を考える。以下、この状態を作業時と呼ぶことがある。破砕作業は、走行装置２を停止させた状態で行われる。

移動式破砕機１００の作業時においては、走行用クラッチ７３は図２（ａ）に示すように、制御装置からの制御指令に従って遮断状態に切り換えられる。この状態では、エンジン３は、発電機４のみを駆動する。

作業時では、発電機４が生成する電力の交流周波数を所定の周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に維持するために、エンジン３は、回転数が一定となるように制御される。以下では、このときの回転数を発電回転数と呼ぶことがある。

発電機４で発電した電力は、移動式破砕機１００の破砕作業のために、振動フィーダ１１ｂ、可動歯１２ｂ、破砕物排出コンベア１３等を駆動するそれぞれの電動モータ１４等に供給される。

次に、移動式破砕機１００が走行装置２によって移動する場合を考える。以下、この状態を走行時と呼ぶことがある。移動式破砕機１００の走行は、破砕装置１を停止させた状態で行われる。

移動式破砕機１００の走行時においては、走行用クラッチ７３は図２（ｂ）に示すように、制御装置からの制御指令に従って伝達状態に切り換えられる。この状態では、エンジン３は、走行装置２の駆動源としての油圧ポンプ５を直接駆動する。

走行時では、エンジン３は、油圧ポンプ５（ひいては走行装置２）の動力源として用いられる。発電機４を駆動する必要がないため、エンジン３は、移動式破砕機１００の走行速度、路面の傾斜等に応じて、回転数を適切に調整して運転することができる。

本実施形態の移動式破砕機１００においては、上記走行用クラッチ７３が遮断状態から伝達状態へ切り換えられる条件として、エンジン３の回転数に関する条件を含む。具体的には、エンジン３の回転数が所定回転数以下である場合にのみ、走行用クラッチ７３が、遮断状態から伝達状態へ切り換えられる。以下では、クラッチの接続条件となる回転数を、閾値回転数と呼ぶことがある。

これにより、エンジン３の回転数が高い状況において走行用クラッチ７３が遮断状態から伝達状態に切り換わることを回避でき、走行用クラッチ７３の使用寿命を延ばすことができる。上記の閾値回転数は、例えば、移動式破砕機１００の作業時におけるエンジン３の回転数（上述の発電回転数）と等しいか、それよりも小さい値とすることができる。

具体的には、本実施形態の移動式破砕機１００において、走行用クラッチ７３を遮断状態から伝達状態に切り換える必要がある場合（例えば、オペレータが破砕装置１を停止させ、走行を開始させる場合）であって、エンジン３が既に停止されているときは、制御装置は、エンジン３の始動前に、走行用クラッチ７３を伝達状態に切り換えさせる。

一方、エンジン３が稼動している場合、制御装置は、先ず、エンジン３の回転数を所定回転数以下まで下げるように、エンジン３を減速制御し、エンジン３の回転数が所定回転数以下となった場合に、走行用クラッチ７３を伝達状態に切り換えさせる。これにより、走行用クラッチ７３の摩耗を低減することができ、使用寿命を延長することができる。

ところで、従来の移動式破砕機には、作業時及び走行時の何れにおいても、エンジン及び油圧駆動装置の組合せを駆動源とする構成となっているものがある。ここで、油圧駆動装置とは、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせたものを意味する。この油圧式駆動構成では、破砕作業時にも油圧ポンプを使用するため、油圧ポンプとして大容量のものを用いる必要がある。一方で、走行時においては、作業時に比べて大幅に小さい容量でしか油圧ポンプが使用されないため、油圧ポンプの容積効率が低下してしまう。

一方、上記先行技術で述べたように、従来の移動式破砕機には、作業時及び走行時の何れにおいても、エンジン、発電機、作業用電動モータ、及び走行用油圧駆動装置の組合せを駆動源とする構成となっているものもある。この電動式駆動構成では、走行時において走行用油圧駆動装置が発電機からの電力で駆動されているため、全体の駆動効率が、発電機の効率と、電動機の駆動効率と、走行用油圧駆動装置の駆動効率と、を乗じた値となり、大幅に低下してしまう。また、走行時の負荷にかかわらず、発電周波数に応じた所定の回転数にエンジンの回転数が拘束されるので、燃費が良い条件でエンジンを運転することが困難である。

この点、本実施形態の移動式破砕機１００は、従来の油圧式駆動構成及び電動式駆動構成とは異なり、上述のように、作業時における電動駆動と、走行時における油圧駆動と、を使い分ける駆動構成を有している。

具体的には、本実施形態の移動式破砕機１００においては、作業時には、エンジン３、発電機４、及び電動モータ１４の組合せを駆動源として用いて破砕装置１が駆動される。仮に油圧ポンプを用いて破砕装置１を駆動する場合は低負荷時に効率が低くなってしまうが、本実施形態ではそれを回避して、低負荷から高負荷までの広い負荷領域にわたって高効率を達成することができる。本実施形態では、特に低負荷時において、従来の油圧式駆動構成に比べて駆動効率を大幅に向上し、例えば約７０％程度の駆動効率を実現することができる。

また、本実施形態の移動式破砕機１００では、油圧ポンプ５は、作業時には駆動されず、走行時にのみ駆動される。従って、油圧ポンプ５の容積は、走行時のために必要となる分を確保できれば十分である。油圧ポンプ５として小さな容積のものを採用することで、コストを低減することができる。また、油圧ポンプ５の容積と、走行のために必要な容積と、の差を小さくすることで、高効率の運転を実現することができる。更には、一般に、油圧ポンプ５は電動モータ１４と比較してメンテナンスを頻繁に行う必要があるが、油圧ポンプ５は走行時だけ駆動されるので、メンテナンスの負担を減らすことができる。

本実施形態の移動式破砕機１００では、走行時において、エンジン３は発電機４を駆動しない。従って、エンジン３の回転数の自由度が高くなるので、燃費の向上が容易である。図４にはエンジン３の運転特性の例がグラフで示され、下側のグラフは燃料消費率を示している。このグラフによれば、作業時におけるエンジン回転数よりも燃費が良好な回転数が存在することがわかる。作業時は高出力が必要となるため、エンジン３が高回転領域で運転する必要がある。一方、走行時では、必要な出力が比較的に小さいため、図４に示す燃費が良好な回転数でエンジン３を運転することが可能となる。従って、走行時において例えば当該回転数でエンジン３を運転するように制御することで、燃費の向上を実現することができる。

以上に説明したように、本実施形態の移動式破砕機１００は、破砕装置１と、走行装置２と、エンジン３と、発電機４と、油圧ポンプ５と、を備える。破砕装置１は、破砕対象物を破砕する。走行装置２には、破砕装置１が搭載される。エンジン３は、駆動源として用いられる。発電機４は、エンジン３からの動力を用いて発電し、電力を破砕装置１に供給する。油圧ポンプ５は、エンジン３からの動力によって駆動される。破砕装置１は、発電機４で発電した電力によって駆動される。走行装置２は、油圧ポンプ５から作動油が供給されることによって駆動される。

このように、破砕装置１及び走行装置２のそれぞれの特性に応じた異なる駆動構成で駆動することで、移動式破砕機１００の作業時及び走行時の何れにおいても、高い駆動効率を得ることができる。

また、本実施形態の移動式破砕機１００は、動力伝達経路７と、走行用クラッチ７３と、を備える。動力伝達経路７は、エンジン３からの動力を油圧ポンプ５に伝達する。走行用クラッチ７３は、動力伝達経路７を切断する遮断状態と、動力伝達経路７を接続する接続状態と、の間で切換可能である。破砕装置１の動作時において、走行用クラッチ７３は遮断状態に切り換えられる。走行装置２の動作時において、走行用クラッチ７３は接続状態に切り換えられる。

これにより、走行時における油圧駆動への切換えを簡単な構成で実現することができる。

また、本実施形態の移動式破砕機１００においては、破砕装置１の動作時において、エンジン３は、所定の発電回転数で稼動する。走行用クラッチ７３が遮断状態から接続状態に切り換えることが実行可能となる条件は、エンジン３の回転数が閾値回転数以下であることを含む。閾値回転数は、発電回転数以下である。

これにより、走行用クラッチ７３の摩耗を低減することができ、使用寿命を延ばすことができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

走行装置２は、クローラの代わりに、タイヤ等を備えても良い。

破砕対象物供給装置１１は、移動式破砕機１００の本体とは別途に設けられても良い。この場合、破砕対象物供給装置１１は、タイヤ等を備え、例えば、移動式破砕機１００により牽引されることで移動することが好ましい。

移動式破砕機１００には、例えば、上述の破砕装置１のような１次破砕装置の代わりに、２次破砕装置、３次破砕装置、又は旋回コンベアが搭載されても良い。

破砕装置１は、振動フィーダ１１ｂの代わりに、コンベア等を備えても良い。

１ 破砕装置
２ 走行装置
３ エンジン
４ 発電機
５ 油圧ポンプ
１００ 移動式破砕機

Claims (1)

1. 破砕対象物を破砕する破砕装置と、
   前記破砕装置が搭載された走行装置と、
   駆動源として用いられるエンジンと、
   前記エンジンからの動力を用いて発電し、電力を前記破砕装置に供給する発電機と、
   前記エンジンからの動力によって駆動される油圧ポンプと、
   前記エンジンからの動力を前記油圧ポンプに伝達する動力伝達経路と、
   
   前記動力伝達経路を切断する第１状態と、前記動力伝達経路を接続する第２状態と、の間で切換可能なクラッチと、
   を備え、
   前記破砕装置は、前記発電機で発電した電力によって駆動され、
   前記走行装置は、前記油圧ポンプから作動油が供給されることによって駆動され、
   前記破砕装置の動作時において、前記クラッチは前記第１状態に切り換えられ、
   前記走行装置の動作時において、前記クラッチは前記第２状態に切り換えられ、
   前記破砕装置の動作時において、前記エンジンは、所定の発電回転数で稼動し、
   前記クラッチが前記第１状態から前記第２状態に切り換えることが実行可能となる条件は、前記エンジンの回転数が閾値回転数以下であることを含み、
   前記閾値回転数が前記発電回転数以下であることを特徴とする移動式破砕機。

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