JPH10338356A

JPH10338356A - ばら物積山形状測定方法及びばら物積山貯蓄量算出方法

Info

Publication number: JPH10338356A
Application number: JP15254897A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Masuda; 洋人増田; Hideyuki Suwa; 秀行諏訪; Shuzo Uno; 修三宇野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ばら物を掘削し払い出しを行うリクレーマの完
全運転自動化を図るための貯蔵ヤードにおけるばら物の
積山形状の割り出し、及び、荷役計画、棚卸し等を行う
ためのばら物貯蓄量の測定を、高精度、高速及び省コス
トで行うことができるばら物積山形状測定方法及びばら
物積山貯蓄量算出方法を提供する。【解決手段】貯蔵ヤードに積み付けられたばら物積山１
０の掘削に使用するリクレーマ３４のブーム３６先端に
鉛直方向の首振り機構を備えた距離計測装置９０を設置
する。そして、ばら物積山１０の掘削後の掘削面８０に
対向する位置で、リクレーマ３４のブーム３６を旋回動
作させるとともに、距離計測装置９０を鉛直方向に首振
り動作させて掘削面８０までの距離を測定し、測定した
掘削面８０までの距離に基づいて掘削面８０の３次元形
状を測定する。これにより、掘削面８０の３次元形状を
高精度で測定することができ、この掘削面８０の形状か
ら掘削開始地点や掘削面形状を検知することによって、
リクレーマの完全運転自動化が可能となる。また積山初
期のデータを用いて全体形状を検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はばら物積山形状測定
方法及びばら物積山貯蓄量算出方法に係り、特に、石
炭、工業塩、石灰石等のばら物の貯蔵ヤードに積み付け
られたばら物積山の形状及び貯蓄量を測定算出するばら
物積山形状測定方法及びばら物積山貯蓄量算出方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭、工業塩、石灰石等のばら物
の貯蔵ヤードに積み上げられたばら物を払い出しするリ
クレーマは、レール上を走行する本体と、旋回部分から
構成され、旋回部分はブームと先端部のばら物かき込装
置からなる。ばら物かき込装置として例えば多数のバケ
ツをもつホイール式（バケットホイール）が使用されて
おり、貯蔵ヤードに積み上げられたばら物は、バケット
ホイールでブーム内部を通るベルトコンベヤに載せら
れ、本体のシュートを経て地上に設置されたベルトコン
ベヤで運ばれる。

【０００３】従来、貯蔵ヤードに積み上げられたばら物
の上記リクレーマによる払い出し作業は、ＩＴＶ（産業
用テレビジョン）を使用した運転員の目視による遠隔手
動操作により行われていた。その操作手順を説明する
と、まず、ばら物積山の初期状態から手動によりばら物
積山の頂点付近の掘削開始地点にリクレーマのバケット
ホイールを移動着地させる。そして、ブームの旋回、反
転操作を行いながら掘削を行っていく。掘削を継続して
いくと、リクレーマのブームがばら物積山の稜線に接触
してバケットホイールがばら物に着地できなくなるた
め、段替え操作によりブームを下げてバケットホイール
の掘削地点を下げ、次ぎの掘削開始地点から更に掘削を
継続していく。

【０００４】現在、これらの一連の掘削操作の内、ブー
ムの旋回、反転、段替え操作に関しては、バケットホイ
ールの負荷電流の検出、バケットホイールの移動軌跡の
算出、距離測定センサの補助的な使用等により遠隔操作
による運転自動化が達成されている。また、リクレーマ
の荷役計画は、その日に使用する払い出し量に応じて、
ばら物の種類及びその備蓄量、また備蓄期間等を考慮し
て行っている。

【０００５】従来、その払い出し量は、リクレーマによ
り払い出されたばら物を搬送するコンベヤに取り付けら
れたロードセルを時間で積算することで算出していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たリクレーマによるばら物の払い出し作業において、ブ
ームの旋回、反転及び段替え操作については運転自動化
を実現しているが、バケットホイールの着地操作につい
ては、掘削開始地点の正確な３次元位置座標、掘削面形
状を検知する有効な方法が考案されていないため、現在
も運転員の目視により遠隔手動操作で行われており、完
全運転自動化には至っていない。このため、運転員の省
力化を達成できないという問題があった。

【０００７】また、例えば特開平６−３０５５８０号公
報には、リクレーマのブーム上に首振り機構を備えた距
離センサを設置し、リクレーマを走行させながらこの距
離センサにより積山全体の形状を測定する方法が提案さ
れているが、この方法では全長数１００ｍにもおよぶ積
山形状を測定するのに長時間を要してしまい、また掘削
後の面形状を測定する際、その面と計測方向が平行に近
くなるため、運転自動化に最も必要とされる掘削面形状
が精度よく測定できないという問題がある。

【０００８】また、上述したようにリクレーマの荷役計
画において、ばら物の払い出し量の算出はコンベヤに取
り付けたロードセルを用いていたが、コンベヤの送り速
度は１００ｍ／ｍｉｎ以上の高速であり、精度が悪く、
またそれが積算されていくことで総備蓄量の誤差が大き
くなるという問題がある。このため、荷役計画にあた
り、荷受け入れの綿密な計画ができず、また効率の悪い
備蓄となるため広大なヤード設備によるイニシャルコス
トの増大等の問題があった。

【０００９】また、このために、一年に一度棚卸しを行
い、積山形状を台形の形にそろえ、計測会社に依頼し、
正確な寸法計測を行い、現状の備蓄量の補正を行わせる
等、膨大な費用を費やしていた。本発明はこのような事
情に鑑みてなされたもので、ばら物を掘削し払い出しを
行うリクレーマの完全運転自動化を図るための貯蔵ヤー
ドにおけるばら物の積山形状の割り出し、及び、荷役計
画、棚卸し等を行うためのばら物貯蓄量の測定を、高精
度、高速及び省コストで行うことができるばら物積山形
状測定方法及びばら物積山貯蓄量算出方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、貯蔵ヤードに積み付けられたばら物積山の
掘削に使用するリクレーマのブーム先端に鉛直方向の首
振り機構を備えた距離計測装置を設置し、前記ばら物積
山の掘削後の掘削面に対向する位置で、前記リクレーマ
のブームを旋回動作させるとともに、前記距離計測装置
を鉛直方向に首振り動作させて前記掘削面までの距離を
測定し、該測定した掘削面までの距離に基づいて前記掘
削面の３次元形状を測定することを特徴としている。

【００１１】本発明によれば、ばら物積山の掘削面まで
の距離をリクレーマのブーム先端に設置した距離計測装
置によって測定することにより、掘削面の３次元形状
（３次元座標）を測定することができ、測定した掘削面
の３次元座標に基づいて掘削開始地点や掘削面形状を正
確に検知することができる。これにより、リクレーマの
完全運転自動化が可能となる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、ば
ら物積山の積み付け初期における３次元形状を測定し、
ばら物積山の積み付け初期における３次元形状と、前記
測定した掘削面の３次元形状とに基づいて現在のばら物
積山の全体形状を算出する。これにより、ばら物積山の
全体形状を検知する毎に積山全体の形状を測定すること
なく、掘削面の３次元形状を測定するのみでばら物積山
全体の形状を検知することができる。このため、短時
間、低コストでばら物積山形状を測定することができ
る。

【００１３】また、請求項４に記載の発明によれば、上
記求めたばら物積山形状からばら物の容積を求めること
ができ、これに積付け期間、含水率を考慮した嵩密度を
掛けることでばら物貯蓄量を正確に算出することがで
き、棚卸しによる貯蓄量の測定等の手間や費用を削減す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るばら物積山形状測定方法及びばら物積山貯蓄量算出方
法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、石
炭、工業縁、石灰石等のばら物貯蔵ヤードにスタッカに
よって積み上げられたばら物積山の形状を示した図であ
る。同図に示すばら物積山１０はスタッカによって複数
の地点で略等間隔に円錐状の積山の積み上げが行われ、
複数の円錐状の積山が裾の部分で交差した形状を有して
いる。このような積山１０の積み上げが行われた場合
に、まずこの積山の形状を把握するデータ（以下、積山
形状元データと称す。）を測定する。同図に示す積山形
状の場合、積山形状元データとして以下に示すデータを
測定する。

【００１５】まず、図１に示すように、貯蔵ヤードに基
準位置とする原点Ｏを設定し、例えば、スタッカ及びリ
クレーマの走行するレール３３の方向をＸ軸方向、これ
に垂直な地面内の方向をＹ軸方向、地面に垂直な方向を
Ｚ軸方向と設定する。そして、原点Ｏを基準として寸法
線１２及び寸法線１４で示す各積山頂点１６、１８、１
８、…、２０のＹ軸方向及びＺ軸方向の位置（座標）、
寸法線２２及び寸法線２４で示す初期積山頂点１６及び
最終積山頂点２０までのＸ軸方向の位置、積山頂点１
６、１８、１８、…、２０の数、寸法線２６で示す積山
頂点間の距離、ばら物の種類及び粒径により決まる角度
寸法線２８で示す安息角αを測定する。

【００１６】これらの測定によって得られた積山形状元
データからばら物積み上げ初期における積山１０の３次
元形状及びばら物蓄積量を算出する。次に、上述のよう
に貯蔵ヤードに積み上げられたばら物積山１０からリク
レーマにより掘削し、払い出しする場合について説明す
る。まず、図２（ａ）乃至（ｄ）を用いてリクレーマの
一般的な運転手順について説明する。図２（ａ）に示す
ように積山３０がある場合（ここでは同図に示すように
台形の積山３０で説明するがこれと異なる上記図１に示
したような積山形状の場合でも運転手順は同じであ
る。）、オペレータはレール３３上に設置されたリクレ
ーマ３４のブーム３６先端のバケットホイール３８を積
山３０の掘削開始地点３２に移動させ着地させる。その
着地においては、図３に示すようにバケットホイール３
８の切り込み高さ５０と切り込み深さ５２を調整する。
そして、ブーム３６を矢印５４に示す方向に旋回させ荷
役を開始する。

【００１７】次いで図２（ｂ）に示すようにブーム３６
を矢印４０（図２矢印５４）の方向に旋回させていき、
荷が切れた地点４２に到達すると、この地点４２でブー
ム３６の旋回方向を反転させ、且つリクレーマ３４を図
３で示した切り込み深さ５２だけ矢印４４で示す方向に
走行させ荷役を繰り返す。以降この荷切れを判断し、反
転、走行を繰り返し、第１テラス４６を掘削する。尚、
このときの掘削パターンを図４の軌跡線６０に示す。同
図の６２で示す軌跡線の位置がブーム３６の反転操作が
行われる位置である。

【００１８】この後、このままブーム３６を水平方向に
移動させて掘削を継続していくと、図２（ｃ）に示すよ
うに、ブーム３６と積山３０の稜線４８が接触する。こ
のため、バケットホイール３８の軌道線６６で示すよう
に第２テラス６８に段替えを行い、第２テラス６８の掘
削開始地点７０から第１テラスと同様荷役を開始する。
そして、図２（ｄ）に示すように第２テラス６８の荷役
を行う。

【００１９】以下、ブーム３６と積山３０の接触を避
け、着地段替え、反転操作を行いながら第２テラス６
８、第３テラス７２と順に荷役を行っていく。以上に示
したリクレーマ３４の掘削払い出し作業において、予め
ばら物積山形状を測定し、予めこのばら物積山形状を知
っておくことは、各テラスの掘削開始地点、ブーム３６
の段替え位置、反転位置等を予め決めておくことがで
き、これにより、リクレーマ３４の完全自動運転が可能
となる。

【００２０】上述したように、ばら物積山が積み上げら
れた初期の段階では積山形状元データにより積山形状を
得ているため、リクレーマ３４の完全自動運転が可能で
ある。一方、このような作業により上記図１に示したば
ら物積山１０は、図５に示すように掘削面８０が段とな
って複雑な形状を有することとなる。これにより、この
状態から次の払い出し作業を自動で行う場合には、再度
積山形状を測定し、各テラスの掘削開始地点８２を知る
必要がある。

【００２１】そこで、この払い出し作業後、あるいは次
回の払い出し作業前に積山１０の掘削面８０の形状を測
定する。図６は、その測定の様子を示した図である。同
図に示すように、リクレーマ３４のブーム３６の先端に
鉛直方向首振り機能を備えた自動距離計測装置９０が設
置される。この自動距離計測装置９０は図７に示すよう
に、ブーム３６に固定されるベース部材９２に距離計測
器９４が両側の軸９６によって支持されている。この距
離計測器９４は、例えば光学式のものが使用され、前面
からレーザ光を出射してその反射光を受光するまでの時
間により前方の対象物までの距離を測定する。尚、距離
計測器は、光学式のものに限らず例えば、超音波を使用
したものを用いてもよい。

【００２２】また、この距離計測器９４を支持する軸９
６は駆動モータ９８により回転するプーリ１００、１０
２とリンク部材１０４を介して連結されている。あるい
は距離計測器９４を指示する軸９６に直接駆動モータを
連結させてもよい。従って、駆動モータ９８が回転する
と、距離計測器９４は同図１０６で示す鉛直方向の範囲
で首振り動作する。これにより、ブーム３６を固定した
状態でこの駆動モータ９８を回転させることにより、こ
の首振り範囲の対象物の距離を測定することができる。

【００２３】さて、このような鉛直方向首振り機能を備
えた自動距離計測装置９０によって掘削面８０の測定を
開始する場合、図６に示すようにまずこの自動距離計測
装置９０を搭載したリクレーマ３４をレール３３上で走
行させ適切な位置に停止させる。このリクレーマ３４の
停止位置は、自動距離計測装置９０がその首振り動作に
よって掘削面８０の高さ方向の範囲９２を走査できる位
置とする。そして、自動距離計測装置９０によって同図
９４で示す方向に首振り動作を行いながら掘削面８０ま
での距離を鉛直方向の所定角度毎に測定する。また、同
時に掘削面８０の横方向の範囲９８を走査できる範囲で
ブーム３６を同図９６で示す横方向に所定角度づつ旋回
させて、掘削面８０の全範囲の距離の測定を行う。

【００２４】また、上記測定と同時に、各測定点を測定
時に自動距離計測装置９０の首振り角度、原点Ｏに対す
るブーム３６の起伏１００の中心位置１０２、ブーム３
６の旋回角度及び起伏角度１０４を把握する。これによ
り、上記自動距離計測装置９０によって測定した測定結
果から掘削面８０の３次元位置座標を算出することがで
きる。また、この掘削面８０の３次元位置座標のデータ
に基づいて、図５に示した各テラスの掘削開始地点８２
を知ることができ、次の掘削払い出し作業を完全に自動
で行うことが可能となる。

【００２５】以上の掘削面８０形状の測定を実施した
後、次にこの測定によって得られた掘削面８０の３次元
位置座標のデータ（以下、掘削面形状データと称す。）
と、上記積山形状元データを用い、これらの掘削面形状
データと積山形状元データとを合成して積山形状の全体
を把握する。これにより、積山に残留しているばら物蓄
積量を算出する。

【００２６】以下、積山形状の合成方法について説明す
る。図８、図９は、それぞれ上記図５に示したばら物積
山１０の全体形状を示した平面図、正面図である。ここ
では、図８に示す掘削面８０とその周辺部の斜線で示さ
れた範囲１１０が上記自動距離計測装置９０により掘削
面形状データが得られた部分とする。図９に示すように
積山の正面図が三角形状となるような場合、この正面図
で示す最高ポイント１１２（Ｚ軸方向の最高ポイント）
は、図８に示す掘削面８０のＸ軸方向最大位置１１５と
はならない。また、掘削面８０の周辺部は崩落等による
型崩れを起こしている場合も考えられる。このため、最
高ポイント１１５の位置からＸ軸方向に同図１１４で示
す数ｍ先の位置を積山段面１１６として定義し、この積
山断面１１６より−方向の範囲１１８では掘削面形状デ
ータを使用することとする。図１０にこの範囲１１８の
積山掘削面形状データを３次元表示した場合の概略図を
示す。また、実際の石炭積山を対象に測定した掘削面形
状の測定例を図１１に示す。

【００２７】一方、図９において、積山断面１１６を境
にＸ軸方向に＋側の範囲１２０では、積山形状元データ
を使用する。図１２にこの範囲１２０の積山形状元デー
タを３次元表示した場合の概略図を示す。そして、これ
らの範囲１１８の積山掘削面形状データで示される積山
３次元形状と、範囲１２０の積山形状元データで示され
る積山３次元形状とを合わせるとことで、図１３に示す
ように積山三次元形状の全体形状を割り出すことができ
る。

【００２８】そして、以上のように合成した積山形状に
より積山の容積を算出することができ、これに嵩比重を
掛け合わせることで積山１０に残留するばら物蓄積量を
算出することができる。尚、嵩比重は積付け期間、含水
率を考慮して決定する。尚、仮に積山正面図の形状が台
形である場合の掘削面形状データと積山形状データの境
目となる積山断面の定義方法を図１４の平面図と図１５
の正面図を用いて説明する。図１５の正面図において、
積山の掘削面の上底１３０とブームの旋回半径中心側の
斜辺１３２との交点１３４の位置は、図１４に示すよう
に掘削面のＸ軸方向最大位置１３４となるが、この場合
も崩落等の型崩れを考慮して、このＸ軸方向最大位置１
３４からＸ軸方向に同図１３６で示す数ｍ先となる積山
断面１３８を境とする。

【００２９】尚、上記掘削面形状データと積山形状元デ
ータの合成方法は上記実施の形態に限らず、例えば、掘
削面形状データが得られた範囲以外の部分に積山形状元
データを使用するようにしてもよい。また、掘削面以外
の部分に積山形状元データを使用するようにしてもよ
い。また、積山は、積み付け期間や含水率等の影響因子
によっても変化するため、これらの影響因子を考慮して
積山形状元データを算出するようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るばら物
積山形状測定方法及びばら物積山貯蓄量算出方法によれ
ば、貯蔵ヤードに積み付けられたばら物積山の掘削に使
用するリクレーマのブーム先端に鉛直方向の首振り機構
を備えた距離計測装置を設置し、前記ばら物積山の掘削
後の掘削面に対向する位置で、前記リクレーマのブーム
を旋回動作させるとともに、前記距離計測装置を鉛直方
向に首振り動作させて前記掘削面までの距離を測定し、
該測定した掘削面までの距離に基づいて前記掘削面の３
次元形状を測定する。これにより、測定した掘削面の３
次元座標に基づいて掘削開始地点や掘削面形状を高速、
高精度、省コストで検知することができ、リクレーマの
完全運転自動化が可能となりリクレーマ運転員の省力化
が図れる。また、本発明によれば、測定方向と対象面と
の角度が垂直に近いことから従来に比べて高精度で掘削
面を測定することができる。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、ば
ら物積山の積み付け初期における３次元形状を測定し、
ばら物積山の積み付け初期における３次元形状と、前記
測定した掘削面の３次元形状とに基づいて現在のばら物
積山の全体形状を算出する。これにより、ばら物積山の
全体形状を検知する毎に積山全体の形状を測定すること
なく、掘削面の３次元形状を測定するのみでばら物積山
全体の形状を検知することができる。このため、短時
間、低コストでばら物積山形状を測定することができ
る。

【００３２】また、請求項４に記載の発明によれば、上
記求めたばら物積山形状からばら物の容積を求めること
ができ、これに積付け期間、含水率を考慮した嵩密度を
掛けることでばら物蓄積量を正確に算出することがで
き、リクレーマの荷役計画、棚卸し等の手間や費用を削
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、石炭、工業縁、石灰石等のばら物貯蔵
ヤードにスタッカによって積み上げられたばら物積山の
形状を示した図である。

【図２】図２は、リクレーマの一般的な運転手順の説明
に使用した説明図である。

【図３】図３は、バケットホイールの切り込み高さと切
り込み深さを説明した説明図である。

【図４】図４は、掘削パターンをを示した図である。

【図５】図５は、ばら物積山の掘削面の形状を示した図
である。

【図６】図６は、ばら物積山の掘削面の測定の様子を示
した図である。

【図７】図７は、自動距離計測装置の構成を示した図で
ある。

【図８】図８は、ばら物積山の全体形状を示した平面図
である。

【図９】図９は、ばら物積山の正面図である。

【図１０】図１０は、掘削面形状データを３次元表示し
た場合の概略図である。

【図１１】図１１は、実際の石炭積山を対象に測定した
掘削面形状の測定例を示した図である。

【図１２】図１２は、積山形状元データを３次元表示し
た場合の概略図である。

【図１３】図１３は、積山三次元形状の全体形状を示し
た図である。

【図１４】図１４は、積山正面の形状が台形である場合
の積山の平面図である。

【図１５】図１５は、積山正面の形状が台形である場合
の積山の正面図である。

【符号の説明】

１０、３０…ばら物積山３３…レール３４…リクレーマ３６…ブーム３８…バケットホイール８０…掘削面９０…自動距離計測装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｃ 15/00 Ｇ０１Ｃ 15/00 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯蔵ヤードに積み付けられたばら物積山
の掘削に使用するリクレーマのブーム先端に鉛直方向の
首振り機構を備えた距離計測装置を設置し、前記ばら物
積山の掘削後の掘削面に対向する位置で、前記リクレー
マのブームを旋回動作させるとともに、前記距離計測装
置を鉛直方向に首振り動作させて前記掘削面までの距離
を測定し、該測定した掘削面までの距離に基づいて前記
掘削面の３次元形状を測定することを特徴とするばら物
積山形状測定方法。
【請求項２】前記ばら物積山の積み付け初期における
３次元形状を測定し、該ばら物積山の積み付け初期にお
ける３次元形状と、前記測定した掘削面の３次元形状と
に基づいて現在のばら物積山の全体形状を算出すること
を特徴とする請求項１のばら物積山形状測定方法。
【請求項３】前記ばら物積山の積み付け初期における
３次元形状は、前記ばら物積山の積み付け高さを測定
し、該積み付け高さ、ばら物の種類により決まる安息
角、積み付け期間、含水率等の影響因子を考慮して算出
することを特徴とする請求項２のばら物積山形状測定方
法。
【請求項４】前記請求項２のばら物積山形状測定方法
によって算出したばら物積山の全体形状から該ばら物積
山の容積を求め、該求めた容積に積付け期間、含水率を
考慮した嵩密度をかけて、前記ばら物積山のばら物貯蓄
量を算出することを特徴とするばら物積山貯蓄量算出方
法。