JPWO2020188824A1 - 旋動式破砕機、並びに、その過負荷検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

偏心旋回運動する主軸に固定されたマントルと、マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、マントル及びコーンケーブの所定のセットを保持するようにマントル又はコーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダとを備える旋動式破砕機において、油圧シリンダの油圧力を検出し、当該油圧力を検出時刻と関連付けて記憶し、油圧シリンダが再加圧を行っていない所定の検出期間内において、油圧力が所定の圧力閾値を上回る時間を積算し、その積算された時間の検出期間に対する割合が所定の割合閾値を超える場合に、破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する。

Description

本発明は、岩石や鉱石などの破砕に利用される旋動式破砕機において、破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する技術に関する。

従来から、円錐筒状のコーンケーブの内側に配置された円錐台状のマントルを偏心旋回運動させて、原石をコーンケーブとマントルとの間に噛み込んで圧砕する旋動式破砕機が知られている。コーンケーブとマントルの二つの破砕面の間隙は周期的に変化し、その間隙の最も狭い位置における開き（セット）の寸法によって、粉砕物の粒度が定まる。旋動式破砕機は、セットを変更する方式によって油圧式と機械式とに種別される。

特許文献１には、機械式の旋動式破砕機が開示されている。この旋動式破砕機は、マントルが固定された主軸を支持する下部フレームと、コーンケーブを支持する上部フレームと、マントルに対しコーンヘッドを昇降させる昇降装置とを備える。この機械式の旋動式破砕機では、昇降装置でマントルに対しコーンヘッドを昇降させることによりセットが変化する。機械式の旋動式破砕機は、コーンヘッドの周囲に周方向に分散して配置された複数のフレームシリンダ（油圧シリンダ）を更に備える。フレームシリンダによって破砕力に抗する油圧力がコーンケーブに付与されることによって、セットが所定の値に保持される。

特許文献２には、油圧式の旋動式破砕機が開示されている。この旋動式破砕機は、マントルが固定された主軸を支持する下部フレームと、コーンケーブを支持する上部フレームと、マントルを旋回駆動する駆動電動機と、主軸を支持する主軸スラスト軸受とを備える。主軸スラスト軸受は、油圧シリンダによって昇降するラムを含み、ラムの変位によってコーンケーブに対しマントルが昇降することによりセットが変化する。油圧式の旋動式破砕機では、油圧シリンダの油圧力によって、破砕力に抗する油圧力がマントルに付与されることによって、セットが所定の値に保持される。

上記のような機械式及び油圧式の旋動式破砕機では、マントル及びコーンケーブに作用する破砕力が油圧力を上回ってタッピングが生じることがある。タッピングは、破砕機の運転の異常過負荷状態を表す、又は、異常過負荷状態の前兆となりうる。タッピングの原因の一つは、マントルとコーンケーブとの間の破砕室で生じるパッキングである。パッキングは、破砕室内に原石が隙間なく詰まったり、それが圧縮されて過密となっている状態のことをいう。パッキングの原因は、セットが狭いこと、原石に付着した細粒分が多いこと、原石が水分を多く含んでいることなど、様々である。破砕機の異常過負荷状態の運転が継続されると、著しく破砕能力が低下し、更には、破砕機の要素が破損するおそれがある。

そこで、特許文献１では、コーンヘッドを支持する球面スラスト軸受の潤滑油のライン圧力を検出し、検出された圧力を設定値と比較することにより、破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する。

特開平６−１８２２４０号公報 特開昭５３−１３７４６７号公報

特許文献１では、球面スラスト軸受の潤滑油のライン圧力を検出するが、コーンヘッドが破砕力を受けて球面スラスト軸受に押し付けられて潤滑油の流路が狭められることによって、潤滑油のライン圧力が変化する。このように旋動破砕においては、破砕力が定常的に変動するため、潤滑油のライン圧力は定常的に変動する。また、油圧式の旋動式破砕機においても、同様に、主軸受けの油圧シリンダの油圧値は定常的に変動する。機械式の旋動式破砕機において、フレームシリンダの油圧力（フレーム圧力）は、上部フレームと下部フレームをクランプするために所定の圧力が封入されている。しかし、内部リーク等によりフレーム圧力は次第に低下する。そこで、フレーム圧力が所定以上低下すると再加圧が行われ、フレーム圧力が一定の範囲内に保持される。このように、フレーム圧力は定常的に大きく変動しており、定常的に変動する測定値を過負荷状態の検出に利用する場合には、測定値から異常要素を誤りなく抽出することは容易ではない。

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、旋動式破砕機において、定常的に変動する測定値を利用しながらも、破砕機が過負荷状態で運転されていることを高精度に検出することにある。

本発明の一態様に係る旋動式破砕機の過負荷検出装置は、偏心旋回運動する主軸に固定されたマントルと、前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダとを備える旋動式破砕機が、過負荷状態で運転されていることを検出する装置であって、
前記油圧シリンダの前記油圧力を検出する油圧センサと、
前記油圧センサから前記油圧力に関する情報を取得してサンプリング時刻と関連付けて記憶する記憶装置と、
連続する複数のサンプリング区間を検出期間とし、当該検出期間内において前記油圧力が所定の圧力閾値を上回る時間を積算し、その積算された時間の前記検出期間に対する割合が所定の割合閾値を超える場合に、前記破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する演算装置と、を備えるものである。

また、本発明の一態様に係る旋動式破砕機は、
マントルと、
前記マントルが固定されて偏心旋回運動する主軸と、
前記主軸を支持する下部フレームと、
前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、
前記コーンケーブを支持する上部フレームと、
前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダと、
前記過負荷検出装置とを備えるものである。

また、本発明の一態様に係る旋動式破砕機の過負荷検出方法は、偏心旋回運動する主軸に固定されたマントルと、前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダとを備える旋動式破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する方法であって、
前記油圧シリンダの前記油圧力を検出し、当該油圧力をサンプリング時刻と関連付けて記憶すること、及び、
連続する複数のサンプリング時間を検出期間とし、当該検出期間内において前記油圧力が所定の圧力閾値を上回る時間を積算し、その積算された時間の前記検出期間に対する割合が所定の割合閾値を超える場合に、前記破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出すること、を含むものである。

上記旋動式破砕機、並びに、その過負荷検出装置及び方法によれば、検出期間が設定され、その検出期間における油圧力が圧力閾値よりも高くなる時間の割合で、破砕機の負荷状態を推定する。このように検出期間が設定されることにより、油圧力の短期の変動の影響が抑えられている。これにより、過負荷状態の誤検知を抑制することができる。よって、本発明によれば、定常的に変動する油圧力の測定値を利用しながらも、破砕機が過負荷状態で運転されていることを高精度に検出することができる。

本発明によれば、定常的に変動する測定値を利用しながらも、破砕機が過負荷状態で運転されていることを高精度に検出することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る過負荷検出装置を備える旋動式破砕機の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る過負荷検出装置及びフレームシリンダの油圧系統の構成を示す図である。 図３は、通常運転時のフレーム圧力の時系列変化を表すグラフである。 図４は、過負荷検出装置による過負荷検出処理のフローチャートである。 図５は、過負荷運転時のフレーム圧力の時系列変化を表すグラフである。 図６は、検出期間を説明する図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る過負荷検出装置を備える旋動式破砕機の概略構成を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る過負荷検出装置及び軸受シリンダの油圧系統の構成を示す図である。

〔第１実施形態〕
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る過負荷検出装置９を備える旋動式破砕機１０の概略構成を示す図である。本実施形態に係る旋動式破砕機１０は、機械式の旋動式破砕機１０である。

〔旋動式破砕機１０の概略構成〕
図１に示す旋動式破砕機１０は、コーンケーブサポート組立１と、フレーム組立２と、主軸組立３と、偏心スリーブ組立６と、電動機１８とを備える。

コーンケーブサポート組立１は、投入ホッパ１１とコーンケーブ１２とが、コーンケーブサポート１４を介して一体に接合されてなる。コーンケーブサポート１４には、歯車板１３が固定されている。また、コーンケーブサポート１４の外周には外ネジが形成されている。

フレーム組立２は、上部フレーム２１と下部フレーム２２とを備える。上部フレーム２１は、コーンケーブサポート組立１を上下動可能に支持する。下部フレーム２２は、製品となる砕石を外に案内するダクトを形成すると共に、偏心スリーブ組立６を収納する。上部フレーム２１と下部フレーム２２は、フレームシリンダ４によって上下方向に挟み込まれることによって固定されている。より詳細には、フレームシリンダ４はシリンダとシリンダロッドからなる油圧シリンダであって、フレームシリンダ４のシリンダが下部フレーム２２に取り付けられ、フレームシリンダ４のシリンダロッドが上部フレーム２１に係止されている。そして、シリンダロッドの位置を保持する油圧力によって、上部フレーム２１の浮き上がりが抑制されている。

上部フレーム２１には、コーンケーブサポート１４の外ネジと螺合する内ネジが形成されている。また、上部フレーム２１には、セット調整架台２３が固定されている。セット調整架台２３には、歯車板１３の歯車と噛合するギア２４と、ギア２４を回転駆動するモータ２７とが設けられている。

偏心スリーブ組立６は、横軸６２と偏心スリーブ６５とを含む。横軸６２は、下部フレーム２２に軸受を介して支持されている。横軸６２の一方の端部にはＶプーリ６１が固定されており、他方の端部にはベベルピニオン６３が固定されている。偏心スリーブ６５は、下部フレーム２２に設けられた垂直な縦孔に回転可能に嵌合して、垂直な回転軸の周りに回転する。偏心スリーブ６５には、偏心位置に中心軸が回転軸上の一点（頂点６６）で交わる縦孔が設けられていて、この縦孔に主軸３１が挿入される。偏心スリーブ６５には、ベベルピニオン６３と噛合したベベルギア６４が固定されている。

電動機１８からの回転動力は、ＶベルトとＶプーリ６１を介して横軸６２に伝達され、更に、ベベルピニオン６３及びベベルギア６４を介して偏心スリーブ６５に伝達される。これにより、主軸３１は、軸が上方の頂点６６を通るような擂り粉木運動（いわゆる歳差運動）をする。このような主軸３１の擂り粉木運動をここでは旋動と呼ぶ。

主軸組立３は、主軸３１と、マントルコア３３と、マントル３４とを含む。マントルコア３３は、主軸３１に固定されている。マントルコア３３の下端部には、下部フレーム２２に固定されたダストリング２５が挿入される周溝が形成されている。マントルコア３３の外周にマントル３４が固定されている。マントル３４は、中心頂部に孔があいた漏斗形状をしており、例えば高マンガン鋳鋼などの高い耐摩耗性を有する材料で形成される。

コーンケーブ１２とマントル３４との間には、下に行くほど径が拡がる断面形状を有する破砕室４７が形成される。破砕室４７の空間の厚みは、投入ホッパ１１から下に向かうほど薄くなって、最下端の周状開口で狭幅となる。

破砕したい原石６７の性状や製品砕石６８の粒度に応じて、破砕室４７におけるマントル３４とコーンケーブ１２の距離（セット）が調整される。セット調整架台２３のギア２４の駆動により、コーンケーブサポート１４が回転すると、上部フレーム２１に対するコーンケーブサポート１４のねじ込み深さが変化する。これにより、マントル３４とコーンケーブ１２の距離が変化し、セットを調整することができる。セットの大きさは、上部フレーム２１に設けられた超音波式のセットセンサ２６で計測される。

上記構成の旋動式破砕機１０では、主軸３１の偏心旋回運動により、破砕室４７におけるコーンケーブ１２とマントル３４の間の距離が広挟を繰り返す。投入ホッパ１１から破砕室４７に圧下した原石６７は、コーンケーブ１２とマントル３４との間で圧砕される。破砕室４７の原石６７は、圧砕と落下とを繰り返して、下落していくに従い徐々に細かくなる。所定の大きさになるまで細かくなった原石６７は、破砕室４７の下端開口を通って所定粒度の製品砕石６８として下部フレーム２２から排出される。

〔旋動式破砕機１０の過負荷検出装置９〕
旋動式破砕機１０の運転中に、原石６７の性状や水分量、投入ホッパ１１内の原石６７のレベルの変化、金属片などの異物の混入などの外乱に起因して破砕負荷が変動する。ここで「破砕負荷」とは、破砕に伴って電動機１８に掛かる負荷を意味する。なお、電動機１８は、その出力軸に所定以上の過負荷が発生すると、出力軸の回転がロックされ、過負荷保護回路の作動によって非常停止する。そこで、本実施形態に係る旋動式破砕機１０は、フレームシリンダ４の油圧力を監視し、その変化に基づいて過剰な破砕負荷を検出する過負荷検出装置９を備える。

図２に示すように、フレームシリンダ４には油圧回路７０が接続されている。油圧回路７０は、フレームシリンダ４のピストン後退側の第１油圧室４ａへ作動油を供給する第１油路７２と、フレームシリンダ４のピストン進出側の第２油圧室４ｂへ作動油を供給する第２油路７３と、油タンク７１から第１油路７２及び第２油路７３のうち一方へ選択的に給油する給油路７５と、第１油路７２及び第２油路７３からから油タンク７１へ作動油を排出する排油路７４とを含む。給油路７５には、作動油を圧送するギアポンプ７６が設けられている。ギアポンプ７６はポンプモータ７７により回転駆動される。給油路７５には、第１油路７２と接続された状態、第２油路７３と接続された状態、並びに、第１油路７２及び第２油路７３と接続されない状態、を切り替える切替弁７８が設けられている。第１油圧室４ａと連通された第１油路７２には、アキュムレータ４２が接続されている。但し、油圧回路７０の構成は上記に限定されない。

上記構成の油圧回路７０は、シリンダ制御装置４４によって制御される。シリンダ制御装置４４は、ポンプモータ７７、及び、切替弁７８と電気的に接続されており、これらの機器に対し制御信号を出力する。また、シリンダ制御装置４４は、セットセンサ２６及び油圧センサ４１と電気的に接続されており、油圧センサ４１で検出された油圧情報を取得する。

第１油圧室４ａに作動油が流入することにより、フレームシリンダ４の油圧力（以下、「フレーム圧力」と称する）が上昇する。破砕室４７に破砕不能な異物の混入や、原石６７の投入量の一時的な増加、又は、パッキングにより、旋動式破砕機１０が過負荷状態となると、コーンケーブ１２が押し上げられる。これによりフレーム圧力が上昇し、それを吸収するようにアキュムレータ４２へ作動油が流入する。過負荷状態が解消されると、アキュムレータ４２内の作動油がフレームシリンダ４へ流れ、元の破砕間隙に戻り、通常運転に復帰することができる。

図３は、通常運転時のフレーム圧力の時系列変化を表すグラフであり、縦軸がフレーム圧力、横軸が時間を表す。このグラフに示されるように、作動油の内部リーク等によって、フレーム圧力は時間の経過に伴って緩やかに低下する。なお、グラフでは直線状に見えるが、拡大すれば、フレーム圧力は定常運転時においても上下に細かく変動している。フレームシリンダ４では、フレーム圧力を所定範囲内に保持するために、再加圧（即ち、強制加圧）が自動的に行われる。再加圧は、意図してフレーム圧力を強制的に上昇させる処理である。再加圧は、例えば、所定量の作動油をフレームシリンダ４へ送ること、所定の時間だけ作動油をフレームシリンダ４へ送ること、フレーム圧力が所定量回復するまでフレームシリンダ４へ作動油へ送ること、のうちいずれか１つであってよい。

シリンダ制御装置４４は、予め定められたタイミングで再加圧を行う。再加圧のタイミングは、例えば、前回の再加圧から所定の時間が経過したとき、フレーム圧力が所定の閾値を下回ったとき、予めスケジュールされた時刻が到来したとき、のうちいずれか１つであってよい。シリンダ制御装置４４は、再加圧において、作動油をフレームシリンダ４へ送るように油圧回路７０を制御する。このような再加圧により、フレーム圧力は急上昇する。

前述の通り、フレーム圧力は、緩やかな降下と再加圧による急上昇とを１サイクルとし、このサイクルが繰り返される。フレーム圧力は絶えず変化し、一定値には定まらない。過負荷検出装置９は、このように変動するフレーム圧力の測定値から所定のロジックで過負荷による圧力変動を抽出することにより、過負荷を検知する。

過負荷検出装置９は、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの、一種のコンピュータとして具現化されてよい。過負荷検出装置９は、演算装置９ａと、揮発性及び不揮発性の記憶装置９ｂとを備える。演算装置９ａは、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成され、記憶装置９ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することで、過負荷検出処理を行う。過負荷検出装置９は、シリンダ制御装置４４と電気的に接続されている。過負荷検出装置９は、シリンダ制御装置４４から再加圧のタイミングを取得する。過負荷検出装置９は、油圧センサ４１と電気的に接続されており、油圧センサ４１から検出された油圧情報（フレーム圧力）を取得する。

図４は、過負荷検出装置９による過負荷検出処理のフローチャートである。図５は、過負荷時のフレーム圧力の時系列変化を表すグラフである。なお、図５では、図３のグラフとはスケールが異なり、フレーム圧力の変動が読み取れるように十分に拡大されている。

過負荷検出装置９は、旋動式破砕機１０の運転中に、油圧センサ４１の検出値である油圧力（即ち、フレーム圧力Ｐ）を取得し、フレーム圧力Ｐをサンプリング時刻と関連付けて記憶装置９ｂに逐次記憶する。そして、過負荷検出装置９は、シリンダ制御装置４４から送られてくる信号に基づいて、フレームシリンダ４が再加圧のタイミングを、記憶装置９ｂに記憶する。

過負荷検出装置９は、前述のように蓄積されたフレーム圧力Ｐの時系列データと、取得したフレーム圧力Ｐとに基づいて、過負荷状態の検出を行う。図４に示すように、過負荷検出装置９は、フレームシリンダ４が再加圧中であるかどうかを判断する（ステップＳ１）。過負荷検出装置９は、フレームシリンダ４が再加圧中であるか否かを、シリンダ制御装置４４から送られてくる信号に基づいて判断することができる。過負荷検出装置９は、再加圧中でなければ（ステップＳ１でＮＯ）、検出期間タイマを初期化（ｔ１＝０）し、積算タイマを初期化（ｔ２＝０）する（ステップＳ２）。そして、過負荷検出装置９は、検出期間タイマで検出時間ｔ１のカウントを開始する（ステップＳ３）。図６に示すように、検出期間Ｔ１は、連続するＭのサンプリング区間Ｓを含む。区間数Ｍは任意の自然数（複数）であり、過負荷検出装置９に予め記憶されている。１サンプリング区間Ｓの時間は、即ち、油圧センサ４１の検出周期である。

過負荷検出装置９は、現在のサンプリング区間Ｓ_ｎにおいて、油圧センサ４１の検出値であるフレーム圧力Ｐｎを取得し、圧力閾値αと比較する（ステップＳ４）。

圧力閾値αは、蓄積されたフレーム圧力Ｐの時系列データから求め得る。圧力閾値αは、フレーム圧力Ｐの移動平均Ｐｍに係数Ｃを掛けた値であってよい。係数Ｃは、１以上の実数である。係数Ｃは予め定められて、過負荷検出装置９に記憶されている。移動平均Ｐｍは、連続するＮ個のサンプリング区間Ｓ_{ｎ−N＋１}〜Ｓ_ｎ−１のフレーム圧力Ｐ_{ｎ−N＋１}〜Ｐ_ｎ−１の相加平均である。区間数Ｎは任意の自然数であり、過負荷検出装置９に予め記憶されている。なお、図６に示すＮはＭより小さいが、ＮはＭより大きくてもよい。Ｎ個のサンプリング区間Ｓ_{ｎ−N＋１}〜Ｓ_ｎ−１には、現在のサンプリング区間Ｓ_ｎの直前のサンプリング区間Ｓ_ｎ−１が含まれる。

過負荷検出装置９は、フレーム圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、その区間の時間（その区間のうちフレーム圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きくなる時間）を積算タイマでカウントする（ステップＳ５）。過負荷検出装置９は、フレーム圧力Ｐが圧力閾値α以下であれば（ステップＳ４でＮＯ）、その区間の時間を積算タイマでカウントしない。

過負荷検出装置９は、上記のステップＳ４〜Ｓ５を、検出期間タイマでカウントされている検出時間ｔ１が所定の検出期間Ｔ１以上となるまで繰り返す（ステップＳ６）。これにより、検出期間Ｔ１において、フレーム圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きい時間の積算値Ｔ２が得られる。

過負荷検出装置９は、検出期間Ｔ１に対するフレーム圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きい時間の積算値Ｔ２の割合Ｒを求め（ステップＳ７）、それを所定の割合閾値βとを比較する（ステップＳ８）。割合閾値βは、シミュレーションや実験等により予め決定され、過負荷検出装置９に記憶されている。過負荷検出装置９は、検出期間Ｔ１に対する積算値Ｔ２の割合Ｒが割合閾値βより大きい場合は（ステップＳ８でＹＥＳ）、過負荷を検出したと判断し（ステップＳ９）、所定の過負荷検出後処理を行って（ステップＳ１０）、過負荷検出処理を終了する。過負荷検出後処理は、図示されない原石フィーダへの停止指令の出力、図示されないモニタへの過負荷検出表示出力、図示されない報知機への過負荷検出表示出力、シリンダ制御装置４４への過負荷検出信号の出力、のうち少なくとも１つが含まれてよい。過負荷検出装置９は、検出期間Ｔ１に対する積算値Ｔ２の割合Ｒが割合閾値β以下の場合は（ステップＳ８でＮＯ）、過負荷ではないとして、過負荷検出処理を終了する。過負荷検出装置９は、旋動式破砕機１０の運転中に、上記の一連の過負荷検出処理を繰り返してよい。

以上に説明したように、本実施形態の旋動式破砕機１０は、マントル３４と、マントル３４が固定されて偏心旋回運動する主軸３１と、主軸３１を支持する下部フレーム２２と、マントル３４との間に原石６７を噛み込んで圧砕する破砕室４７を形成するコーンケーブ１２と、コーンケーブ１２を支持する上部フレーム２１と、マントル３４及びコーンケーブ１２の所定のセットを保持するようにコーンケーブ１２に破砕力に対抗する油圧力を与えるフレームシリンダ４（請求の範囲の「油圧シリンダ」に相当）と、過負荷検出装置９とを、備える。過負荷検出装置９は、フレームシリンダ４の油圧力を検出する油圧センサ４１と、記憶装置９ｂと、演算装置９ａとを有する。記憶装置９ｂは、油圧センサ４１から油圧力に関する情報を取得してサンプリング時刻と関連付けて記憶する。演算装置９ａは、連続する複数のサンプリング区間を検出期間Ｔ１とし、油圧力（本実施形態では、フレーム圧力）の移動平均を用いた圧力閾値αを求め、検出期間Ｔ１内において油圧力が圧力閾値αを上回る時間を積算し、その積算された時間Ｔ２の検出期間Ｔ１に対する割合（Ｔ２／Ｔ１）が所定の割合閾値βを超える場合に、旋動式破砕機１０が過負荷状態で運転されていることを検出する。

また、本実施形態に係る旋動式破砕機１０の過負荷検出方法は、フレームシリンダ４（請求の範囲の「油圧シリンダ」に相当）の油圧力であるフレーム圧力を検出し、当該フレーム圧力をサンプリング時刻と関連付けて記憶すること、及び、連続する複数のサンプリング時間を検出期間Ｔ１とし、当該検出期間Ｔ１内においてフレーム圧力が所定の圧力閾値αを上回る時間を積算し、その積算された時間Ｔ２の検出期間Ｔ１に対する割合（Ｔ２／Ｔ１）が所定の割合閾値βを超える場合に、旋動式破砕機１０が過負荷状態で運転されていることを検出すること、を含む。

本実施形態に係る旋動式破砕機１０の過負荷検出装置９及び方法によれば、検出期間Ｔ１が設定され、その検出期間Ｔ１におけるフレーム圧力が圧力閾値αよりも高くなる時間Ｔ２の割合で、旋動式破砕機１０の負荷状態を推定する。このように検出期間Ｔ１が設定されることにより、フレーム圧力の短期の変動の影響が抑えられている。これにより、過負荷状態の誤検知を抑制することができる。よって、定常的に変動するフレーム圧力の測定値を利用しながらも、破砕機１０が過負荷状態で運転されていることを高精度に検出することができる。

また、本実施形態に係る旋動式破砕機１０の過負荷検出装置９及び方法では、現在のサンプリング区間Ｓ_ｎの油圧力に対する圧力閾値αが、当該サンプリング区間Ｓ_ｎの直前のサンプリング区間Ｓ_ｎ−１の検出値を含む移動平均Ｐｍに１以上の係数Ｃを掛けた値である。

これにより、定常的に変動するフレームシリンダ４の油圧力に対して、圧力閾値αを適切に設定することができる。

また、本実施形態に係る旋動式破砕機１０の過負荷検出装置９及び方法では、検出期間Ｔ１にフレームシリンダ４による再加圧の期間が含まれない。

これにより、検出期間Ｔ１の検出値からは、周期的且つ大きな変動が除かれる。よって、圧力閾値αの値が適切に設定される。また、旋動式破砕機１０の過負荷状態をより高精度に検出することがきる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る過負荷検出装置１０９を備える旋動式破砕機１１０の概略構成を示す図である。本実施形態に係る旋動式破砕機１１０は、油圧式の旋動式破砕機１１０である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

従来の油圧式の旋動式破砕機では、破砕できない異物が投入されたり、過剰な原料が投入されたりすると、マントル及びコーンケーブに作用する破砕力が当該破砕力に対抗する油圧力を上回ってタッピングが生じることがある。タッピングが生じている状態で運転が継続されると、破砕機本体が損傷を受けたり、原料が溢れたりする。そのため、タッピングが発生すると、運転を一旦停止して、破砕室内の原料を取り除かねばならず、著しく生産性が低下する。また、タッピングが発生すると、負荷が急上昇するため、破砕機の駆動モータのサーマルリレーでは異常を検知できない。そこで、駆動モータの電流値や破砕圧に相当する主軸の保持圧を測定し、その測定値が所定の閾値を超える状態が所定時間継続していることによって、異常を検知することが行われている。しかし、油圧式の旋動式破砕機では、旋動破砕に起因する短い周期の負荷変動や、原料性状、原料サイズ、及び原料水分量などの変化に起因する負荷変動が生じることから、上記のような従来の異常検知方法で確実に過負荷異常を検出することは困難であった。そこで、以下では、第１実施形態に係る機械式の旋動式破砕機１０と同様に、油圧式の旋動式破砕機１１０においても過負荷状態をより高精度に検出する方法を説明する。

〔旋動式破砕機１１０の概略構成〕
図７に示すように、旋動式破砕機１１０は、被破砕物を貯留するホッパ１１と、ホッパ１１から落下した被破砕物を噛み込んで破砕するマントル３４及びコーンケーブ１２と、マントル３４の旋回駆動手段である電動機１８と、電動機１８からマントル３４へ回転動力を伝達する動力伝達機構１９と、マントル３４をコーンケーブ１２に対し昇降させる軸受シリンダ８（油圧シリンダ）とを備える。

旋動式破砕機１１０は、上部フレーム２１及び下部フレーム２２からなるフレーム組立２を更に備える。上部フレーム２１と下部フレーム２２は、上下に突合された状態で固定されている。上部フレーム２１の内周に、円錐筒状のコーンケーブ１２が設けられている。コーンケーブ１２の内側には、円錐台状のマントル３４が配置されている。間隙を隔てて対峙するコーンケーブ１２の破砕面とマントル３４の破砕面との間に、下に行くほど径が拡がる断面形状を有する破砕室４７が形成される。破砕室４７の空間の厚みは、投入ホッパ１１から下に向かうほど薄くなって、最下端の周状開口で狭幅となる。破砕したい原石６７の性状や製品砕石６８の粒度に応じて、破砕室４７におけるマントル３４とコーンケーブ１２の距離（セット）が調整される。セット調整装置８０は、マントル３４をコーンケーブ１２に対し昇降させる。

マントル３４は、主軸３１の上部に固定されたマントルコア３３に取り付けられている。マントルコア３３の外周にマントル３４が固定されている。マントルコア３３の下端部には、下部フレーム２２に固定されたダストリング２５が挿入される周溝が形成されている。主軸３１は、その軸心が鉛直方向から傾いた状態で、フレーム組立２内に配置されている。主軸３１の上端は、上部フレーム２１の上端部に設けられた上部軸受３５に、回転自在に支持されている。主軸３１の下部は、インナーブッシュ５１に嵌挿されている。インナーブッシュ５１は偏心スリーブ６５に固定されている。偏心スリーブ６５は、下部フレーム２２に設けられたアウターブッシュ５３に嵌挿されている。主軸３１の下端は、軸受シリンダ８のラム８１に設けられた滑り軸受８２に支持されている。

電動機１８は、フレーム組立２の外に配置されている。動力伝達機構１９は、電動機１８からマントル３４が固定された主軸３１へ動力を伝達する。電動機１８からの回転動力は、ＶベルトとＶプーリ６１を介して横軸６２に伝達され、更に、ベベルピニオン６３及びベベルギア６４を介して偏心スリーブ６５に伝達される。電動機１８の出力を受けて偏心スリーブ６５が回転すると、偏心スリーブ６５に挿嵌された主軸３１が偏心旋回する。これにより、マントル３４が位置固定されたコーンケーブ１２に対して偏心旋回運動、いわゆる歳差運動を行う。マントル３４の破砕面とコーンケーブ１２の破砕面とのセット（開き）は主軸３１の旋回位置に応じて変化する。

本実施形態に係る旋動式破砕機１１０は、セット調整装置８０としての軸受シリンダ８を備える。軸受シリンダ８は、シリンダチューブ８３と、シリンダチューブ８３内を摺動するラム８１とからなる油圧シリンダである。ラム８１は主軸スラスト軸受８２を支持し、ラム８１の昇降に伴って主軸スラスト軸受８２が昇降する。主軸スラスト軸受８２の昇降に伴って、マントル３４がコーンケーブ１２に対して昇降移動して、コーンケーブ１２とマントル３４の二つの破砕面の間隙の最も狭い位置におけるセット（クローズドセット）を変化させる。ラム８１又は主軸スラスト軸受８２の変位を検出するセットセンサ１２６（図８、参照）が設けられている。セットセンサ１２６で検出されたラム８１の位置からコーンケーブ１２に対するマントル３４の高さ方向の位置が求まり、コーンケーブ１２とマントル３４との相対的位置関係からセットが求まる。

図８は、第２実施形態に係る過負荷検出装置１０９及び軸受シリンダ８の油圧系統の構成を示す図である。図７及び図８に示すように、軸受シリンダ８のシリンダチューブ８３内には、ラム８１の変位によって容量の変化する油圧室８５が形成されており、この油圧室８５に油圧回路９０が接続されている。油タンク７１の作動油が油圧回路９０を通じて油圧室８５へ給油されることにより、ラム８１が上昇する。また、油圧室８５の作動油が油圧回路９０を通じて油タンク７１へ排油されることにより、ラム８１が降下する。

油圧回路９０は、油圧室８５の下部と連通された連通管９１、連通管９１に設けられたアキュムレータ９２（又は、バランスシリンダ）、連通管９１と接続された給油管９３、及び、給油管９３と接続された排油管９４を含む。連通管９１には、油圧室８５の作動油の圧力を検出する油圧センサ８６が設けられている。給油管９３には、油タンク７１の作動油を油圧室８５へ圧送するギアポンプ７６が設けられている。ギアポンプ７６はポンプモータ７７によって駆動される。給油管９３には、ノーマルクローズの開閉弁９８が設けられている。排油管９４には、ノーマルクローズの開閉弁９９が設けられている。但し、油圧回路９０の構成は本実施形態に限定されない。

上記構成の油圧回路９０は、シリンダ制御装置１４４によって制御される。シリンダ制御装置１４４は、ポンプモータ７７、開閉弁９８、及び、開閉弁９９と電気的に接続されており、これらの機器に対し制御信号を出力する。また、シリンダ制御装置１４４は、セットセンサ１２６と電気的に接続されており、セットセンサ１２６で検出された情報を取得する。シリンダ制御装置１４４は、セットセンサ１２６で検出されるセットが所定の値となるように、ポンプモータ７７、開閉弁９８、及び開閉弁９９を動作させる。

軸受シリンダ８の油圧力は、主軸３１(マントル３４)の旋回運動によって変動する。また、破砕室４７に破砕不能な異物の混入や、原石６７の投入量の一時的な増加、又は、パッキングにより、旋動式破砕機１１０が過負荷状態となると、マントル３４が押し下げられる。これにより軸受シリンダ８の油圧力が上昇し、それを吸収するようにアキュムレータ９２へ作動油が流入する。過負荷状態が解消されると、アキュムレータ９２内の作動油が軸受シリンダ８へ流れ、元の破砕間隙に戻り、通常運転に復帰することができる。このようにして、軸受シリンダ８の油圧力は絶えず変化し、一定値には定まらない。本実施形態に係る過負荷検出装置１０９は、このように変動する軸受シリンダ８の油圧力の測定値から所定のロジックで過負荷による圧力変動を抽出することにより、過負荷を検知する。

過負荷検出装置１０９は、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの、一種のコンピュータとして具現化されてよい。過負荷検出装置１０９は、演算装置１０９ａと、揮発性及び不揮発性の記憶装置１０９ｂとを備える。演算装置１０９ａは、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成され、記憶装置１０９ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することで、過負荷検出処理を行う。過負荷検出装置１０９は、電気的に油圧センサ８６と接続されており、油圧センサ８６から検出された油圧情報を取得する。

ここで、過負荷検出装置１０９による負荷検出処理の流れを説明する。本実施形態に係る過負荷検出装置１０９の処理の流れは、前述の第１実施形態に係る過負荷検出装置９の処理とステップＳ１を除いて実質的に同じであり、図４において「フレーム圧力」とあるのを「油圧力」に読み替えることにより説明できる。

図４を参照して、過負荷検出装置１０９は、旋動式破砕機１１０の運転中に、油圧センサ８６の検出値である油圧力（即ち、軸受シリンダ８の油圧力）を取得し、油圧力をサンプリング時刻と関連付けて記憶装置１０９ｂに逐次記憶する。過負荷検出装置１０９は、前述のように蓄積された油圧力の時系列データと、取得した油圧力とに基づいて、過負荷状態の検出を行う。過負荷検出装置１０９は、検出期間タイマを初期化（ｔ１＝０）し、積算タイマを初期化（ｔ２＝０）する（ステップＳ２）。そして、過負荷検出装置１０９は、検出期間タイマで検出時間ｔ１のカウントを開始する（ステップＳ３）。

過負荷検出装置１０９は、現在のサンプリング区間Ｓ_ｎにおいて、油圧センサ８６の検出値（瞬時値）である油圧力Ｐｎを取得し、圧力閾値αと比較する（ステップＳ４）。過負荷検出装置１０９は、油圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、その区間の時間（その区間のうち油圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きくなる時間）を積算タイマでカウントする（ステップＳ５）。過負荷検出装置１０９は、油圧力Ｐが圧力閾値α以下であれば（ステップＳ４でＮＯ）、その区間の時間を積算タイマでカウントしない。

過負荷検出装置１０９は、上記のステップＳ４〜Ｓ５を、検出期間タイマでカウントされている検出時間ｔ１が所定の検出期間Ｔ１以上となるまで繰り返す（ステップＳ６）。これにより、検出期間Ｔ１において、油圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きい時間の積算値Ｔ２が得られる。

過負荷検出装置１０９は、検出期間Ｔ１に対する油圧力Ｐが圧力閾値αよりも大きい時間の積算値Ｔ２の割合Ｒを求め（ステップＳ７）、それを所定の割合閾値βとを比較する（ステップＳ８）。過負荷検出装置１０９は、検出期間Ｔ１に対する積算値Ｔ２の割合Ｒが割合閾値βより大きい場合は（ステップＳ８でＹＥＳ）、過負荷を検出したと判断し（ステップＳ９）、所定の過負荷検出後処理を行って（ステップＳ１０）、過負荷検出処理を終了する。過負荷検出装置１０９は、検出期間Ｔ１に対する積算値Ｔ２の割合Ｒが割合閾値β以下の場合は（ステップＳ８でＮＯ）、過負荷ではないとして、過負荷検出処理を終了する。過負荷検出装置１０９は、旋動式破砕機１１０の運転中に、上記の一連の過負荷検出処理を繰り返してよい。

以上に説明したように、本実施形態の旋動式破砕機１１０は、マントル３４と、マントル３４が固定されて偏心旋回運動する主軸３１と、主軸３１を支持する下部フレーム２２と、マントル３４との間に原石６７を噛み込んで圧砕する破砕室４７を形成するコーンケーブ１２と、コーンケーブ１２を支持する上部フレーム２１と、マントル３４及びコーンケーブ１２の所定のセットを保持するようにマントル３４に破砕力に対抗する油圧力を与える軸受シリンダ８（請求の範囲の「油圧シリンダ」に相当）と、過負荷検出装置１０９とを、備える。過負荷検出装置１０９は、軸受シリンダ８の油圧力を検出する油圧センサ８６と、記憶装置１０９ｂと、演算装置１０９ａとを有する。記憶装置１０９ｂは、油圧センサ８６から油圧力Ｐに関する情報を取得してサンプリング時刻と関連付けて記憶する。演算装置１０９ａは、連続する複数のサンプリング区間を検出期間Ｔ１とし、当該検出期間Ｔ１内において油圧力が圧力閾値αを上回る時間を積算し、その積算された時間Ｔ２の検出期間Ｔ１に対する割合（Ｔ２／Ｔ１）が所定の割合閾値βを超える場合に、旋動式破砕機１１０が過負荷状態で運転されていることを検出する。

また、本実施形態に係る旋動式破砕機１１０の過負荷検出方法は、軸受シリンダ８（請求の範囲の「油圧シリンダ」に相当）の油圧力Ｐを検出し、当該油圧力Ｐをサンプリング時刻と関連付けて記憶すること、及び、連続する複数のサンプリング時間を検出期間Ｔ１とし、当該検出期間Ｔ１内において油圧力Ｐが所定の圧力閾値αを上回る時間を積算し、その積算された時間Ｔ２の検出期間Ｔ１に対する割合（Ｔ２／Ｔ１）が所定の割合閾値βを超える場合に、旋動式破砕機１１０が過負荷状態で運転されていることを検出すること、を含む。

本実施形態に係る旋動式破砕機１１０の過負荷検出装置１０９及び方法によれば、検出期間Ｔ１が設定され、その検出期間Ｔ１における油圧力が圧力閾値αよりも高くなる時間Ｔ２の割合で、旋動式破砕機１１０の負荷状態を推定する。このように検出期間Ｔ１が設定されることにより、油圧力Ｐの短期の変動の影響が抑えられている。これにより、過負荷状態の誤検知を抑制することができる。よって、定常的に変動する油圧力Ｐの測定値を利用しながらも、破砕機１１０が過負荷状態で運転されていることを高精度に検出することができる。

また、本実施形態に係る旋動式破砕機１１０の過負荷検出装置１０９及び方法では、現在のサンプリング区間Ｓ_ｎの油圧力に対する圧力閾値αが、当該サンプリング区間Ｓ_ｎの直前のサンプリング区間Ｓ_ｎ−１の検出値を含む移動平均Ｐｍに１以上の係数Ｃを掛けた値である。

これにより、原料性状、原料サイズ、及び、原料水分量などの変化に起因して定常的に変動する油圧力Ｐに対応して圧力閾値αの値が与えられる。よって、油圧力の短期の変動の影響を更に効果的に抑えることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態（第１実施形態及び第２実施形態）を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

例えば、上記実施形態では、検出期間Ｔ１に対する積算値Ｔ２の割合Ｒに基づいて、旋動式破砕機１０，１１０の運転が過負荷状態であるか定常状態であるかが判断される。これに代えて、過負荷検出装置９，１０９は、積算値Ｔ２に関する基準値を予め記憶しておき、積算値Ｔ２が基準値を上回る場合に旋動式破砕機１０，１１０の運転が過負荷状態であると判断してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、検出期間Ｔ１内において、油圧力が所定の圧力閾値αを上回る時間の積算値Ｔ２を求める。但し、時間の積算値Ｔ２に代えて、検出期間Ｔ１内において、所定の圧力閾値αを上回る油圧力の積算値（即ち、図５における斜線部分の面積）を求め、これを所定の閾値と比較することによって、旋動式破砕機１０，１１０の過負荷状態を判断してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、サンプリング区間の油圧力に対する圧力閾値が、当該サンプリング区間の直前のサンプリング区間の検出値を含む移動平均に基づいて求めた値であるが、圧力閾値の算出方法はこれに限定されない。例えば、サンプリング区間の油圧力に対する圧力閾値は、当該サンプリング区間よりも前の複数のサンプリング区間の検出値に基づいて求めた最新の時間平均値であってもよい。或いは、サンプリング区間の油圧力に対する圧力閾値は、当該サンプリング区間の直前のサンプリング区間を含む複数のサンプリング区間の検出値に所定の一次遅れフィルタを適用した値であってもよい。いずれの場合も、定常的に変動する油圧力に対応した圧力閾値を与えることができ、油圧力の短期の変動の影響を抑えることができる。

１ ：コーンケーブサポート組立
２ ：フレーム組立
３ ：主軸組立
４ ：フレームシリンダ（油圧シリンダ）
４ａ ：第１油圧室
４ｂ ：第２油圧室
６ ：偏心スリーブ組立
８ ：軸受シリンダ（油圧シリンダ）
９，１０９ ：過負荷検出装置
９ａ，１０９ａ ：演算装置
９ｂ，１０９ｂ ：記憶装置
１０，１１０ ：旋動式破砕機
１１ ：投入ホッパ
１２ ：コーンケーブ
１３ ：歯車板
１４ ：コーンケーブサポート
１８ ：電動機
１９ ：動力伝達機構
２１ ：上部フレーム
２２ ：下部フレーム
２３ ：セット調整架台
２４ ：ギア
２５ ：ダストリング
２６，１２６ ：セットセンサ
２７ ：モータ
３１ ：主軸
３３ ：マントルコア
３４ ：マントル
４１ ：油圧センサ
４２，９２ ：アキュムレータ
４４，１４４ ：シリンダ制御装置
４７ ：破砕室
６１ ：Ｖプーリ
６２ ：横軸
６３ ：ベベルピニオン
６４ ：ベベルギア
６５ ：偏心スリーブ
７０，９０ ：油圧回路
７１ ：油タンク
７２ ：第１油路
７３ ：第２油路
７４ ：排油路
７５ ：給油路
７６ ：ギアポンプ
７７ ：ポンプモータ
７８ ：切替弁
８０ ：セット調整装置
８１ ：ラム
８２ ：主軸スラスト軸受
８３ ：シリンダチューブ
８５ ：油圧室
８６ ：油圧センサ
９１ ：連通管
９３ ：給油管
９４ ：排油管
９８ ：開閉弁
９９ ：開閉弁

Claims (5)

1. 偏心旋回運動する主軸に固定されたマントルと、前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダとを備える旋動式破砕機が、過負荷状態で運転されていることを検出する装置であって、
   前記油圧シリンダの前記油圧力を検出する油圧センサと、
   前記油圧センサから前記油圧力に関する情報を取得してサンプリング時刻と関連付けて記憶する記憶装置と、
   連続する複数のサンプリング区間を検出期間とし、当該検出期間内において前記油圧力が所定の圧力閾値を上回る時間を積算し、その積算された時間の前記検出期間に対する割合が所定の割合閾値を超える場合に、前記破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する演算装置と、を備える、
   旋動式破砕機の過負荷検出装置。
2. 前記サンプリング区間の前記油圧力に対する前記圧力閾値が、当該サンプリング区間の直前のサンプリング区間の検出値を含む移動平均に１以上の係数を掛けた値である、
   請求項１に記載の旋動式破砕機の過負荷検出装置。
3. マントルと、
   前記マントルが固定されて偏心旋回運動する主軸と、
   前記主軸を支持する下部フレームと、
   前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、
   前記コーンケーブを支持する上部フレームと、
   前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダと、
   請求項１又は２に記載の過負荷検出装置とを、備える、
   旋動式破砕機。
4. 偏心旋回運動する主軸に固定されたマントルと、前記マントルとの間に原石を噛み込んで圧砕する破砕室を形成するコーンケーブと、前記マントル及び前記コーンケーブの所定のセットを保持するように前記マントル又は前記コーンケーブに破砕力に対抗する油圧力を与える油圧シリンダとを備える旋動式破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出する方法であって、
   前記油圧シリンダの前記油圧力を検出し、当該油圧力をサンプリング時刻と関連付けて記憶すること、及び、
   連続する複数のサンプリング時間を検出期間とし、当該検出期間内において前記油圧力が所定の圧力閾値を上回る時間を積算し、その積算された時間の前記検出期間に対する割合が所定の割合閾値を超える場合に、前記破砕機が過負荷状態で運転されていることを検出すること、を含む、
   旋動式破砕機の過負荷検出方法。
5. 前記サンプリング時間の前記油圧力に対する前記圧力閾値が、当該サンプリング時間の直前のサンプリング時間の検出値を含む移動平均に１以上の係数を掛けた値である、
   請求項４に記載の旋動式破砕機の過負荷検出方法。

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