KR20180091075A - 엔진 연료 소비 제어부를 구비한 수평 분쇄기 - Google Patents

엔진 연료 소비 제어부를 구비한 수평 분쇄기 Download PDF

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KR20180091075A
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데이비드 린 해리슨
로렌스 로버트 커밍
글랜 포드 비트롤프
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아스텍 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

수평 분쇄기는 프레임, 처리될 재료를 수용하도록 구성된 공급 호퍼 및 공급 호퍼와 연관되며 처리될 재료를 처리 방향으로 이동시키도록 구성된 공급 컨베이어를 포함한다. 분쇄기는 개략적으로 수평인 분쇄 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 분쇄 실린더, 및 공급 호퍼의 후위 단부에서 그리고 분쇄 실린더의 전방에서 프레임 상에 장착되는 공급 롤러 조립체를 포함한다. 공급 롤러 조립체는 재료를 분쇄 실린더를 향해 가압하는 제 1 방향 및 재료를 분쇄 실린더로부터 멀어지게 가압하는 제 2 방향으로 개략적으로 수평인 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 공급 롤러를 포함한다. 컨트롤러는 공급 롤러 및 공급 컨베이어에 작동 가능하게 연결되고, 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 소정의 비율을 얻기 위해 공급 롤러의 회전 속도 및 공급 컨베이어의 속도를 제어하도록 구성된다.

Description

엔진 연료 소비 제어부를 구비한 수평 분쇄기
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2015년 12월 9일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/265,104호의 이익을 주장한다.
본 발명은, 일반적으로 나무 그루터기(stumps), 통나무(logs), 및 곁가지(brush)를 칩(chips)으로 전환시키는 분쇄기에 관한 것으로서, 특히 상대적으로 균일한 크기의 공급 재료를 분쇄하기 위해 사용될 때, 분쇄기의 작동을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
분쇄기는 나무, 곁가지 및 그 밖의 재료를 상대적으로 균일한 입자 크기로 찢거나(tearing), 종절하거나(shredding), 충격을 가하거나(impacting) 또는 전단함으로써(shearing) 상기와 같은 재료를 축소시키는 데 사용되는 자주식 또는 휴대용 기계이다. 수평 분쇄기는, 통상적으로 해당 분쇄기의 전방에 있는 공급 재료용 호퍼(hopper) 및 재료를 전방 호퍼로부터 분쇄 메커니즘까지 개략적으로 수평 방향으로 전진시키는 공급 메커니즘을 갖는다. 공급 메커니즘은 호퍼의 하부에 있는 공급 컨베이어 및 분쇄 메커니즘보다 상부에 및 전방에 위치된 하나 이상의 공급 롤러 조립체를 포함할 수 있다. 분쇄 메커니즘은 대개 주연부 둘레에 배치된 절단 구성요소를 갖는 드럼 또는 일련의 디스크를 포함한다. 통상, 분쇄 드럼 또는 디스크의 후위에는 쇠격자(grate)가 위치되어서, 입자 크기가 축소된 재료에 대한 어느 정도의 제어 기준을 제공한다. 배출 활송장치 또는 컨베이어는 분쇄 메커니즘에 인접하여 그 후위에 위치되어서, 분쇄 메커니즘에 의해 축소되어 있는 재료를 해당 분쇄기로부터 멀리 운반 또는 운송한다. 내연 기관 및 하나 이상의 유압식 모터를 포함하는 유압 회로를 포함할 수 있는 동력원은 분쇄 메커니즘, 공급 메커니즘 및 (설치될 경우) 배출 컨베이어에 동력을 공급해서 작동시키도록 제공된다.
공급 메커니즘이 과잉공급으로 인한 지연(stalling)에 기여하거나 또는 지연을 야기하지 않고 분쇄기를 통한 재료의 처리를 최대화하도록 작동될 때, 수평 분쇄기의 생산 속도가 최대화된다. 공급 메커니즘이 연소된 단위 연료당 최대 생산 출력을 제공하는 일정한 소정의 속도로 재료의 흐름을 제한하도록 작동될 때, 수평 분쇄기의 생산 효율이 최대화된다. 재료의 흐름을 제한하도록 공급 메커니즘이 작동되어서 재료를 축소하는 데 필요한 동력이 엔진의 허용 가능한 연속적인 동력 출력의 이하로 될 때, 엔진 과부하가 방지된다. 종래의 기계 및 방법을 이용해서 다양한 크기의 공급 재료를 분쇄할 경우, 공급 속도를 제어하는 것에 의해 동력 수요를 조절하거나 또는 생산 효율을 최대화하는 것은 불가능하다. 그러나, 균일하게 작은 입자 크기 범위를 갖는 공급 재료의 분쇄시에는 엔진의 과부하 없이 생산 속도 및 효율을 최대화하는 공급 속도 제어 방법이 채용될 수 있다.
사전에 축소된 재료를 더욱 작은 입자 크기로 축소시키는 분쇄를 재분쇄(re-grinding)라고 한다. 재분쇄는 사전에 축소된 재료를 처리하는 것이기 때문에, 재분쇄에 관련된 분쇄기의 생산 속도 및 효율은 공급 속도를 제어하는 것에 의해 엔진의 과부하 없이 최대화될 수 있다. 재분쇄는, 재료가 분쇄 챔버를 가득 채우지만 넘치지 않게 유지되도록 분쇄 메커니즘이 일정한 속도로 공급되는 경우에, 가장 바람직한 제품을 생산한다. 이 공급 속도를 "초크 공급(choke feeding)"이라고 하고, 이는 멀치(mulch), 특히 착색제 또는 그 밖의 첨가제가 적용되는 멀치를 생성하기 위해 목질 재료의 재분쇄를 이용하는 경우에 특히 중요하다. 멀치의 생성에 있어서의 초크 공급은 일반적으로, 착색제 또는 첨가제가 최종 멀치 제품에 균일하게 분포되는 것을 보증할 것이다.
재분쇄에 관련된 분쇄기의 공급 속도는 최대 효율을 위해 또는 엔진 동력 수요를 제한하기 위해 추가로 제어될 수 있다. 이러한 공급 속도 제어를 "조절된 공급(regulated feeding)"이라고 한다. 조절된 공급은 엔진이 제어된 속도로 작동하는 것을 가능하게 하고, 이로써 엔진의 연료 사용이 최적화되고 운전 수명이 최대화된다.
분쇄기에 있어서의 제어된 공급은, 공급 롤 조립체를 분쇄 메커니즘에 대하여 고정된 높이에 핀 고정(pinning)하거나 또는 공급 스트림의 높이를 분쇄 메커니즘 내로 제한하기 위해 공급 롤 조립체의 전방에 레벨링 바(leveling bar)를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 공급 롤 조립체를 상승된 위치에 핀 고정하는 것은 공급 롤 조립체의 안전 특성을 저해할 수 있고, 레벨링 바는 분쇄기에 대한 추가적인 구성요소가 된다. 또한, 제어된 공급을 달성하기 위한 이들 기지의 방법은 어느 것도, 엔진 수명을 증가시키고 연료 효율을 최대화하기 위해 엔진의 최대 연속 동력 출력의 제어를 허용하지 않는다. 결과적으로, 분쇄기의 작동 중에 초크 공급 또는 조절된 공급을 유지하기 위한 다른 시스템 및 메커니즘이 제공될 수 있는 것이 바람직할 것이다.
발명의 이점
본 발명의 바람직한 실시예의 이점들 중 하나는, 본 발명은 작동하기에 안전한 분쇄기의 초크 공급 또는 조절된 공급을 유지하기 위한 시스템을 제공하는 한편, 컨트롤러와 연관된 구성요소를 제외하고는, 레벨링 바 또는 그 밖의 구조적 구성요소가 분쇄기에 추가될 필요가 없다는 점이다. 본 발명의 다른 이점 및 특징은 첨부 도면 및 하기의 상세한 설명의 검토로부터 명백해질 것이다.
구성에 대한 유의점
본 발명을 설명하는 문맥에서의 관사("a", "an", "the") 및 이와 유사한 용어의 사용은, 본 명세서에서 달리 지시되거나 또는 문맥에 의해 명확하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "구비하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(including)" 및 "내포하는(containing)"은, 달리 주지하지 않는 한, 개방형 용어(즉, "~를 포함하되, ~에 한정되지 않는(including, but not limited to)"의 의미)로 해석되어야 한다. 용어 "실질적으로(substantially)", "일반적으로(generally)" 및 그 밖의 정도를 나타내는 단어는 특성으로부터 허용 가능한 변형과 그렇게 수정된 것을 나타내기 위한 상대적인 수식어이다. 본 발명의 물리적 또는 기능적 특성을 설명함에 있어서 상기와 같은 용어들을 사용하는 것은, 상기와 같은 특성을 해당 용어가 수정하는 절대적인 가치로 한정하려는 것이 아니라, 상기와 같은 물리적 또는 기능적 특성의 가치의 근사치를 제공하려는 것이다. 본 명세서에서 기술한 모든 방법은 본 명세서에서 달리 특정하거나 또는 명확하게 문맥에 의해 지시되지 않는 한 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다.
"연결(connected)" 및 "상호 연결(interconnected)"과 같은 부착, 결합 등에 관한 용어는, 본 명세서에서 달리 특정하거나 또는 명확하게 문맥에 의해 지시되지 않는 한, 구조체가 매개 구조체를 통해 직접 또는 간접적으로 서로 고정 또는 부착되는 관계뿐만 아니라 이동 가능한 견고한 부착 또는 관계를 의미한다. 용어 "작동 가능하게 연결(operatively connected)"은 관련 구조체들이 해당 관계에 의해 의도된 대로 작동할 수 있게 하는 바와 같은 부착, 결합 또는 연결이다.
본 명세서에서의 임의의 및 모든 예시 또는 예시적인 언어(예컨대, "~와 같은(such as)" 및 "바람직하게(preferably)")의 사용은 단지 본 발명 및 그 바람직한 실시예를 보다 잘 나타내려는 것일 뿐이지, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서의 어떠한 부분도 특정하여 언급되지 않는 한 본 발명을 실시함에 있어서 임의의 요소를 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다. 몇 가지 용어는 본 명세서에서 구체적으로 정의되어 있다. 이들 용어는 다음과 같이 그러한 정의에 부합하는 가능한 한 그 가장 넓은 구성으로 주어져야 한다:
용어 "위(above)" 및 이와 유사한 용어는, 수평 분쇄기, 또는 그러한 기계의 구성요소 또는 일부분 상에서의 또는 그에 대한 상대적인 방향에 관하여 사용될 때, 재료를 처리하기 위해 해당 기계가 위치되는 표면으로부터 더욱 멀어지는 상대적인 방향을 의미한다.
용어 "처리 방향(processing direction)"은, 수평 분쇄기에서의 처리 도중에 축소되는 통나무 또는 그 밖의 재료의 이동 방향을 의미한다.
용어 "전위 단부(front end)" 및 이와 유사한 용어는, 수평 분쇄기, 또는 그러한 기계의 구성요소 또는 일부분의 단부로서, 처리될 공급 재료가 해당 기계로 도입되는 지점에 가장 가까운 단부를 의미한다.
본 명세서에서, 수평 분쇄기, 또는 그러한 기계의 구성요소 상에서의 또는 그에 관한 상대적인 위치 또는 방향을 설명하는 데 사용되는 용어 "~의 전방(in front of)" 및 이와 유사한 용어는, 해당 기계의 전위 단부를 향하는 상대적인 위치 또는 방향을 의미한다.
용어 "후위 단부(rear end)" 및 이와 유사한 용어는, 수평 분쇄기, 또는 그러한 기계의 구성요소 또는 일부분의 단부로서, 해당 기계, 또는 그 구성요소 또는 일부분의 전위 단부로부터 가장 먼 단부를 의미한다.
본 명세서에서, 수평 분쇄기, 또는 그러한 기계의 구성요소 상에서의 또는 그에 관한 상대적인 위치 또는 방향을 설명하는 데 사용되는 용어 "후방(behind)" 및 이와 유사한 용어는, 해당 기계의 후위 단부를 향하는 상대적인 위치 또는 방향을 의미한다.
용어 "액추에이터(actuator)"는, 수평 분쇄기의 하우징, 프레임 또는 다른 구성요소에 대하여 해당 분쇄기의 일 구성요소에 힘을 가하도록 구성된 전기식, 유압식, 전기-유압식, 공압식 또는 기계식 디바이스를 의미한다.
용어 "선형 액추에이터(linear actuator)"는, 직선으로 배향되는 힘을 발생시키는 액추에이터를 의미한다. "선형 액추에이터"의 일반적인 예시는, 실린더, 실린더 내부의 피스톤, 피스톤에 부착된 로드를 포함하는 복동식 유압 또는 공압 액추에이터를 포함한다. 피스톤의 일 측에서 실린더 내부의 압력을 증가시킴으로써(피스톤의 맞은편 측에 비해), 로드는 실린더로부터 뻗어나오거나 실린더 안으로 들어가게 된다.
용어 "엔진 제어 모듈(engine control module)"은, 엔진이 장착된 수평 분쇄기의 컨트롤러에 정보를 통신하도록 구성된 임의의 디바이스 또는 구성요소를 의미하며, 해당 컨트롤러는 엔진의 연료 소비율을 결정하는 데 사용할 수 있다.
발명의 내용
본 발명은 재료를 처리하도록 구성된 수평 분쇄기를 포함한다. 분쇄기는 프레임, 및 처리될 재료를 수용하도록 구성된 공급 호퍼를 포함한다. 공급 컨베이어는 공급 호퍼와 연관되고 재료를 처리 방향으로 이동시키도록 구성된다. 분쇄 실린더는 개략적으로 수평인 분쇄 축선을 중심으로 회전하도록 구성되고, 공급 롤러 조립체는 공급 호퍼의 후위 단부에서 그리고 분쇄 실린더의 전방에서 프레임에 장착된다. 공급 롤러 조립체는 재료를 분쇄 실린더를 향해 가압하는 제 1 방향 및 재료를 분쇄 실린더로부터 멀어지게 가압하는 제 2 방향으로 개략적으로 수평인 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 공급 롤러를 포함한다. 컨트롤러는 공급 롤러에 작동 가능하게 부착되고 공급 롤러의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 컨트롤러는 또한, 공급 컨베이어에 작동 가능하게 부착되고 공급 컨베이어의 속도를 제어하도록 구성된다. 또한, 컨트롤러는 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 소정의 바람직한 비율을 얻기 위해 공급 롤러의 회전 속도 및 공급 컨베이어의 속도를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 엔진, 및 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되어 엔진의 연료 소비율을 나타내는 신호를 컨트롤러에 통신하도록 구성된 엔진 제어 모듈을 갖는 동력 유닛을 포함한다. 컨트롤러는 또한, 엔진에 작동 가능하게 부착되고 엔진의 적어도 일부 작동 양태를 제어하도록 구성된다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 컨트롤러는 엔진의 연료 소비율에 비례하여 공급 컨베이어의 속도를 조정하도록 구성된다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예뿐만 아니라 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에 의해 공지된 최선의 모드가 도면에 설시되며, 그 상세한 설명이 후술된다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예에 한정되거나 또는 본 명세서에서 설시된 장치와 관련하여 사용하는 것에 한정되는 것을 의도하지 않는다. 따라서, 본 발명자들에 의해 고려된 발명의 범위는 청구범위에서 인용된 청구대상의 모든 등가물뿐만 아니라 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에게 통상적으로 발생할 수 있는 다양한 변형예 및 대안적인 실시예를 포함한다. 본 발명자들은 숙련된 기술자들이 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것 외에 본 발명의 실시를 포함하여 적절하다고 생각되는 그러한 변경을 채용할 것으로 기대한다. 또한, 본 명세서에서 달리 지시되거나 또는 문맥에 의해 명확히 배제되지 않는 한, 임의의 가능한 변경으로 본 명세서에서 설명된 발명의 요소들 및 구성요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부 도면에서 설시되고, 도면 전반에서 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다:
도 1은, (a) 정상 작동 중 공급 롤러의 회전 방향; (b) 공급 롤러 지지체 및 그에 따른 공급 롤러의 수직 운동 범위; 및 (c) 분쇄 실린더의 회전 방향을 도시하는, 본 발명의 제어 시스템이 장착된 수평 분쇄기의 부분 단면 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분쇄기의 평면도이다.
도 3은, 균일한 크기의 공급 재료의 공급 스트림에 대한 공급 롤러의 배치 및 회전 방향을 도시하는, 도 1 및 도 2에 설시된 분쇄기의 일부분의 부분 단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 선택된 작동 파라미터의 그래프이다.
본 발명의 이 바람직한 실시예의 설명은 본 발명의 전체 상세한 설명의 일부분으로 간주되는 첨부 도면과 관련하여 읽혀지도록 의도된다. 도면은 반드시 실척일 필요는 없으며, 본 발명의 특정한 특징은 명료성 및 간결성을 위해 과장된 축척으로 또는 다소 개략적인 형태로 도시될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기계(10)는 통나무, 그루터기, 곁가지 또는 그 밖의 목질 재료를 처리하도록 구성된 수평 분쇄기이다. 처리될 재료는 공급 호퍼(14)와 연관되어 그 하부에 배치되는 공급 컨베이어(12) 상에 놓인다. 컨베이어(12)는 재료를 공급 롤러 조립체(16)까지 처리 방향(D)으로(도 1에 도시된 바와 같이, 오른쪽으로) 운반하기 위해 종래의 구동 시스템에 의해 작동된다. 이 구동 시스템은 컨베이어(12)를 정방향 및 역방향의 양방향으로(즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제각기 오른쪽으로 및 왼쪽으로), 그리고 가변적인 속도로 구동하도록 구성된다. 공급 롤러 조립체(16)는 공급 호퍼(12)의 후위 단부에서, 그리고 분쇄 메커니즘(20)보다 상부 및 전방에서 분쇄기의 프레임(18)에 피봇 가능하게 장착된다. 공급 롤러 조립체(16)의 공급 롤러(22)는, 도 3에서 보여지듯이 지면(紙面)에 수직한, 개략적으로 수평인 회전 축선(23)을 중심으로 (도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이) 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로, 그리고 가변적인 속도로 공급 롤러(22)를 구동하는 종래의 구동 시스템에 의해 작동된다. 공급 롤러(22)는, 분쇄기가 그 정상 작동 모드에서 작동될 때, (도 1에 도시된 바와 같이) 반시계방향으로 회전해서 분쇄 메커니즘과 접촉하는 공급 호퍼 내의 재료를 가압하도록 구성된다. 분쇄 메커니즘(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 환형 표면 상에 배치된 절단 요소(26)들을 갖는 수평하게 장착된 분쇄 실린더(24)를 포함한다. 분쇄 실린더(24)는 개략적으로 수평인 분쇄 축선(25)(도 3에서 지면(紙面)에 수직한 것으로 도시됨)을 중심으로 시계방향(도 1에 도시된 바와 같음) 회전하도록 구성된다.
분쇄 메커니즘에 의해 처리되는 재료는 분쇄기로부터의 제거를 위해 쇠격자(28)를 통과해서 배출 컨베이어(30) 상으로 이동된다. 내연 기관(34), 및 하나 이상의 유압 모터(도시되지 않음)를 포함하는 종래의 유압 회로를 포함하는 것이 바람직한 동력 유닛(32)은, 분쇄 실린더(24), 공급 컨베이어(12)용 구동 시스템, 공급 롤러(22)용 구동 시스템 및 배출 컨베이어(30)용 구동 시스템에 동력을 공급해서 작동시키도록 제공된다.
제어 시스템은, 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되어서 엔진(34)의 연료 소비율을 나타내는 신호를 컨트롤러에 통신하도록 구성되는, 엔진 제어 모듈(38)에 작동 가능하게 부착되는 컨트롤러(36)를 포함한다. 컨트롤러(36)는 또한, 엔진(34), 공급 컨베이어(12)용 구동 시스템 및 공급 롤러(22)용 구동 시스템에 작동 가능하게 부착되는 한편, 공급 롤러(22)의 수직 위치를 조정하기 위해 하나 이상의 선형 액추에이터(40)를 포함하는 것이 바람직한 리프팅 메커니즘에 작동 가능하게 부착된다. 컨트롤러(36)는 분쇄기(10)의 조작실(42)(도 1에 도시됨)에 위치되고, 엔진(34)의 작동, 공급 컨베이어(12)용 구동 시스템 및 공급 롤러(22)용 구동 시스템의 작동, 및 공급 롤러(22)의 수직 위치를 조정하기 위한 리프팅 메커니즘의 적어도 몇 가지 양태를 제어하도록 구성된다. 컨트롤러는 조작실(42)로부터 조작되거나 또는 원격 컨트롤러(44)를 통해 원격으로 조작될 수 있다(도 1에 도시됨). 바람직하게는, 컨트롤러는 정상 작동 조건 동안, 공급 롤러의 회전 속도가 선형 속도로 변환(RPM×2πr)되고 두 속도가 단위 시간당 선형 거리로 표현될 때, 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율이 약 1.5가 되도록 공급 롤러(22)를 회전시키는 구동 시스템 및 공급 컨베이어(12)용 구동 시스템을 작동시킨다.
바람직하게는, 컨트롤러(36)는 분쇄기가 작동될 때 엔진 연료 소비율에 비례하여 공급 컨베이어(12)의 속도를 조정하게 된다. 도 4는, 엔진의 최대 정격 연료 소비율의 약 20%가 되는 소정의 시동 부하 연료 소비율 RSTART, 엔진의 최대 정격 연료 소비율의 약 80%가 되는 소정의 최소 작동 연료 소비율 RMIN, 및 엔진의 최대 정격 연료 소비율의 약 93%가 되는 소정의 최대 작동 연료 소비율 RMAX를 선택함으로써 양호한 결과를 얻은 본 발명의 바람직한 작동 모드를 설시한다. 물론, RMAX가 RMIN보다 크고 RMIN이 RSTART보다 큰 경우라면, 다른 소비율들이 선택될 수도 있다.
엔진이 시동되고 엔진이 RSTART 이하의 소비율, 즉 도 4에 도시된 범위 "A" 이내의 연료 소비율로 연료를 소비하고 있으면, 컨트롤러는 재료를 공급 호퍼(14)에서 공급 롤러 조립체(16)를 향해 이동시키기 위해 공급 컨베이어(12)용 구동 시스템을 작동시키게 된다. 이후, 엔진 연료 소비율이 RSTART로부터 RMIN 이하의 소비율로, 즉 도 4에 도시된 범위 "B"의 연료 소비율로 증가하면, 컨트롤러(36)는, 예를 들어 공급 롤러(22)의 하부를 공급 컨베이어(12)의 표면보다 약 25인치 위로 상승시켜서 상승된 위치에 유지하는 바와 같이, 리프링 메커니즘이 공급 롤러 조립체(16)를 소정의 상승된 위치로 들어올리게 할 것이다. 공급 롤러 조립체가 들어올려지면, 공급 롤러의 회전 방향은 도 1과 도 3의 비교에 의해 도시된 바와 같이 역전되고, 컨트롤러는 공급 롤러 회전 속도 및/또는 공급 컨베이어 속도를 조정해서 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율을 소정의 낮은 비율로 낮춘다. 바람직하게는, 이러한 재분쇄 모드에서의 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 속도의 비율은 약 0.7로 감소된다. 이러한 조정으로 인해, 공급 롤러는 공급 스트림의 상부 부분을 분쇄 메커니즘 입구를 향하게 하는 것이 아니라 그로부터 멀리 밀어내게 된다. 컨트롤러가 엔진 연료 소비율이 RSTART로 감소되었다고 결정하면, 컨트롤러는 공급 롤러 조립체를 그 원래의 위치로 하강시키고 재료를 분쇄 메커니즘을 향해 배향시키도록 그 회전 방향을 다시 역전시키게 된다. 컨트롤러는 또한, 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율을 그 정상 작동값, 즉 약 1.5의 값으로 복귀시키기 위해 공급 롤러 회전 속도 및/또는 공급 컨베이어 속도를 조정하게 된다. 착색제 또는 그 밖의 첨가제가 재분쇄 모드에 적용되고 있을 경우에는, 컨트롤러는 또한, 종래의 첨가제 공급 시스템(도시되지 않음)에 작동 가능하게 부착되어 참가제 노즐(46)(도 3에 도시됨)을 통한 첨가제의 적용을 제어해서 재료 공급 속도에 비례하여 공급 재료가 공급 컨베이어 상에 존재할 때에만 첨가제가 공급 스트림에 도입되도록 구성된다.
컨트롤러가 엔진(34)이 RMIN 이상 RMAX 이하의 소비율로, 즉 도 4에 도시된 범위 "C" 이내의 연료 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정하면, 컨트롤러(36)는 엔진(34)의 연료 소비율에 비례하여 공급 컨베이어(12)의 속도를 조정하게 된다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에 있어서, 엔진 연료 소비율이 소정의 최소 작동 연료 소비율 RMIN과 소정의 최대 작동 연료 소비율 RMAX 사이에서 증가할 경우, 컨트롤러(36)는 공급 컨베이어(12)의 속도를 비례적으로 감소시키게 된다. 유사하게, 엔진 연료 소비율이 도 4의 범위 "C"로 지시된 소비율 이내에서 감소되면, 컨트롤러(36)는 공급 컨베이어(12)의 속도를 비례적으로 증가시키게 된다. 컨트롤러가 엔진(34)이 RMAX보다 큰 소비율로, 즉 도 4에 도시된 범위 "D" 이내의 연료 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정하면, 컨트롤러(36)는 엔진 연료 소비율이 RMAX보다 낮게 떨어질 때까지 공급 컨베이어를 정지시키게 되고, 그 지점에서 컨트롤러가 공급 컨베이어를 정방향으로 재시동하게 된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 수평 분쇄기의 초크 공급 또는 조절된 공급 조건을 제어 및 유지하기 위한 시스템을 포함한다. 이 제어 시스템은, 컨트롤러, 실시간 엔진 연료 소비율을 결정하기 위한 수단, 공급 롤러를 들어올리기 위한 리프팅 메커니즘 및 재료를 분쇄 메커니즘을 향해 또는 그로부터 멀리 선택적으로 배향시키기 위해 공급 롤러를 양 회전 방향으로 회전시키기 위한 회전 구동부를 포함한다. 제어 시스템은 또한, 공급 컨베이어를 가변적인 속도로, 또한 정방향 및 역방향의 양방향으로 구동하도록 구성된 공급 컨베이어용 구동 메커니즘을 포함한다. 정상 작동에 있어서, 엔진 연료 소비율이 RSTART 이하이면, 컨트롤러는 공급 컨베이어 구동 메커니즘 및 공급 롤러용 회전 구동부를 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 소정의 원하는 비율을 생성하는 속도로 작동시키게 된다. 컨트롤러는 또한, 재료를 분쇄 메커니즘을 향해 배향시키는 회전 방향으로 공급 롤러를 회전시키게 된다. 컨트롤러가 엔진 연료 소비율이 RSTART를 초과하여 증가했다고 결정하면, 컨트롤러는 리프팅 메커니즘이 공급 롤러 조립체를 소정의 상승된 위치로 들어올려서 상승된 위치에 유지시키게 한다. 공급 롤러 조립체가 들어올려짐에 따라, 공급 롤러의 회전 방향은 재료를 분쇄 메커니즘으로부터 멀리 배향시키도록 역전되고, 공급 컨베이어 속도 및/또는 공급 롤러 회전 속도는 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율을 소정의 낮은 레벨로 낮추도록 조정된다. 또한, 컨트롤러는 공급 컨베이어를 엔진 연료 소비율에 비례하는 속도로 구동시키도록 공급 컨베이어 구동 메커니즘을 작동시키게 된다. 이러한 조정으로 인해, 공급 롤러는 공급 스트림의 상부 부분을 분쇄 메커니즘 입구를 향하게 하는 것이 아니라 그로부터 멀리 밀어내게 되고, 엔진이 권장 범위를 벗어나는 듀티 사이클로 작동하는 것이 방지된다. 엔진 연료 소비율이 RMIN과 RMAX 사이의 소비율로 증가하면, 컨트롤러는 이에 비례하여 공급 컨베이어를 감속시키게 된다. 엔진 연료 소비율이 RMIN과 RMAX 사이의 범위 내에서 감소하면, 컨트롤러는 이에 비레하여 공급 컨베이어를 가속시키게 된다. 엔진 연료 소비율이 RMAX보다 커지도록 증가하면, 컨트롤러는 엔진 연료 소비율이 RMAX보다 낮게 떨어질 때까지 공급 컨베이어를 정지시키게 되고, 그 지점에서 컨트롤러는 공급 컨베이어를 정방향으로 재시동사게 된다.
본 발명자들은 이 제어 시스템이 수평 분쇄기의 엔진이 제어된 연료 소비율로 작동하고 해당 분쇄기의 분쇄 메커니즘이 일정한 조절된 공급 또는 초크 공급 조건에서 작동할 수 있게 한다는 점을 발견했다. 첨가제가 재분쇄 모드에서 제품에 첨가될 경우, 첨가제는 균일하게 분포된다. 조절된 공급 조건은 분쇄기 조작자가 최대 연비 및 엔진 수명을 얻을 수 있게 한다. 초크 공급 조건은 더욱 균일한 제품 입자 크기를 생성함으로써 분쇄기 조작자가 바람직한 제품 품질을 얻을 수 있게 한다. 많은 경우, 조절된 공급 조건의 이점 및 초크 공급 조건의 이점이 모두 달성될 수 있다.
이 설명이 많은 세부 내용을 포함하고 있지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 단지 현재 그 바람직한 실시예의 설시뿐만 아니라 본 발명을 수행하는 발명자들에 의해 고려된 최선의 모드를 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다양한 수정 및 변형을 허용한다.

Claims (19)

  1. 재료를 처리하도록 구성된 수평 분쇄기에 있어서,
    상기 분쇄기는:
    (a) 프레임;
    (b) 처리될 상기 재료를 수용하도록 구성된 공급 호퍼(feed hopper);
    (c) 상기 공급 호퍼와 연관되고 상기 재료를 처리 방향으로 이동시키도록 구성된 공급 컨베이어;
    (d) 개략적으로 수평인 분쇄 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 분쇄 실린더;
    (e) 상기 공급 호퍼의 후위 단부에서 그리고 상기 분쇄 실린더의 전방에서 상기 프레임 상에 장착되는 공급 롤러 조립체로서, 상기 공급 롤러 조립체는, 상기 재료를 상기 분쇄 실린더를 향해 가압하는 제 1 방향 및 상기 재료를 상기 분쇄 실린더로부터 멀어지게 가압하는 제 2 방향으로 개략적으로 수평인 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 공급 롤러를 포함하는, 상기 공급 롤러 조립체;
    (f) 컨트롤러로서,
    (i) 상기 공급 롤러에 작동 가능하게(operatively) 부착되며 상기 공급 롤러의 회전 속도를 제어하도록 구성되고;
    (ⅱ) 상기 공급 컨베이어에 작동 가능하게 부착되며 상기 공급 컨베이어의 속도를 제어하도록 구성되고;
    (ⅲ) 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 소정의(predetermined) 비율을 얻기 위해 상기 공급 롤러의 회전 속도 및 상기 공급 컨베이어의 속도를 제어하도록 구성되는,
    상기 컨트롤러를 포함하는
    수평 분쇄기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (a) 엔진을 갖는 동력 유닛을 포함하고;
    (b) 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며 상기 엔진의 연료 소비율을 나타내는 신호를 상기 컨트롤러에 통신하도록 구성된 엔진 제어 모듈을 포함하고;
    (c) 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 연료 소비율에 비례하여 상기 공급 컨베이어의 속도를 조정하도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 엔진의 연료 소비율이 감소함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 증가시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 엔진의 연료 소비율이 증가함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 감소시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    (a) 상기 공급 롤러의 수직 위치를 조정하기 위한 리프팅 메커니즘(lifting mechanism)을 포함하고;
    (b) 상기 컨트롤러는 상기 리프팅 메커니즘에 작동 가능하게 연결되며, 상기 공급 롤러의 수직 위치를 조정하도록 구성되고;
    (c) 상기 컨트롤러는 상기 공급 롤러의 회전 속도 및 회전 방향을 제어하도록 구성되고;
    (d) 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 소정의 시동 부하 연료 소비율(starting load fuel consumption rate)을 수신하도록 구성되고;
    (e) 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 소정의 최소 작동 연료 소비율(minimum operating fuel consumption rate)을 수신하도록 구성되고;
    (f) 상기 컨트롤러는, 상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 소정의 시동 부하 연료 소비율보다 높고 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율 이하인 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정할 때, 상기 공급 롤러를 들어올리고 상기 공급 롤러의 회전 방향을 역전시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율을 소정의 낮은 레벨로 낮추기 위해 상기 공급 롤러가 들어올려짐에 따라 상기 공급 컨베이어 속도 및/또는 상기 공급 롤러 회전 속도를 조정하도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    (a) 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 소정의 최대 작동 연료 소비율을 수신하도록 구성되고;
    (b) 상기 컨트롤러는, 엔진 연료 소비율이 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율과 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 사이에 있을 때, 상기 엔진의 연료 소비율이 감소함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 증가시키도록 구성되고;
    (c) 상기 컨트롤러는, 엔진 연료 소비율이 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율과 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 사이에 있을 때, 상기 엔진의 연료 소비율이 증가함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 감소시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 이상의 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정할 때, 상기 공급 컨베이어를 정지시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔진이 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 이상의 소비율로 연료를 소비하고 있어서 상기 컨트롤러가 상기 공급 컨베이어를 정지시킨 후에, 상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 엔진의 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율보다 적은 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정하면, 상기 컨트롤러는 상기 공급 컨베이어를 재시동시키도록 구성되는
    수평 분쇄기.
  10. 공급 컨베이어가 내부에 배치된 공급 호퍼, 정방향 및 역방향의 양방향으로 그리고 가변적인 속도로 상기 공급 컨베이어를 구동시키도록 구성된 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템, 상기 공급 호퍼의 후위 단부에 그리고 분쇄 실린더의 전방에 장착되는 공급 롤러 조립체, 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로 그리고 가변적인 속도로 상기 공급 롤러를 회전시키도록 구성된 상기 공급 롤러용 구동 시스템, 상기 공급 롤러의 수직 위치를 조정하도록 구성된 리프팅 메커니즘, 및 상기 분쇄 실린더, 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템 및 상기 공급 롤러용 구동 시스템을 작동시키도록 구성되며, 엔진을 포함하는 동력 유닛을 갖는 수평 분쇄기를 작동하는 방법에 있어서,
    (a) 컨트롤러를 제공하는 단계로서, 상기 컨트롤러는,
    (i) 상기 공급 롤러용 구동 시스템에 작동 가능하게 연결되며 상기 공급 롤러의 회전 속도 및 회전 방향을 제어하도록 구성되고;
    (ⅱ) 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템에 작동 가능하게 연결되며 상기 공급 컨베이어의 작동을 제어하도록 구성되고;
    (ⅲ) 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 소정의 비율을 수신하도록 구성되는, 단계;
    (b) 상기 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율이 상기 소정의 비율로 되도록 상기 공급 롤러용 구동 시스템 및 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율이 약 1.5가 되도록 상기 공급 롤러용 구동 시스템 및 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율이 약 0.7이 되도록 상기 공급 롤러용 구동 시스템 및 상기 공급 컨베이어용 구동 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    (a) 상기 컨트롤러를 첨가제 공급 시스템에 작동 가능하게 연결하는 단계;
    (b) 첨가제가 상기 공급 컨베이어 속도에 비례하는 속도로 재료에 도입되도록 상기 재료에의 상기 첨가제의 적용을 제어하는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    (a) 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며 상기 엔진의 연료 소비율을 나타내는 신호를 상기 컨트롤러에 통신하도록 구성된 엔진 제어 모듈을 제공하는 단계;
    (b) 상기 공급 컨베이어의 속도를 상기 엔진의 연료 소비율에 비례하여 조정하는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    (a) 상기 엔진의 소정의 시동 부하 연료 소비율을 수신하는 능력을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계;
    (b) 상기 엔진의 소정의 최소 작동 연료 소비율을 수신하는 능력을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계;
    (c) 상기 공급 롤러의 수직 위치를 조정하기 위한 리프팅 메커니즘을 제공하는 단계;
    (d) 상기 컨트롤러가 상기 공급 롤러의 수직 위치를 조정하도록 구성되게 상기 컨트롤러를 상기 리프팅 메커니즘에 작동 가능하게 연결하는 단계;
    (e) 상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 소정의 시동 부하 연료 소비율보다 높고 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율 이하인 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정할 때, 상기 공급 롤러를 들어올리고 상기 공급 롤러의 회전 방향을 역전시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    공급 컨베이어 속도에 대한 공급 롤러 회전 속도의 비율을 소정의 낮은 레벨로 낮추기 위해 상기 공급 롤러가 들어올려짐에 따라 상기 공급 컨베이어 속도 및/또는 상기 공급 롤러 회전 속도를 조정하는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    (a) 상기 엔진의 소정의 최대 작동 연료 소비율을 수신하는 능력을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계;
    (b) 엔진 연료 소비율이 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율과 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 사이에 있을 때, 상기 엔진의 연료 소비율이 감소함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 증가시키는 단계;
    (c) 엔진 연료 소비율이 상기 소정의 최소 작동 연료 소비율과 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 사이에 있을 때, 상기 엔진의 연료 소비율이 증가함에 따라 상기 공급 컨베이어의 속도를 비례적으로 감소시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 이상의 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정할 때, 상기 공급 컨베이어를 정지시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 엔진이 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율 이상의 소비율로 연료를 소비하고 있어서 상기 컨트롤러가 상기 공급 컨베이어를 정지시킨 후에, 상기 컨트롤러가 상기 엔진이 상기 엔진의 상기 소정의 최대 작동 연료 소비율보다 적은 소비율로 연료를 소비하고 있다고 결정하면, 상기 공급 컨베이어를 재시동시키는 단계를 포함하는
    수평 분쇄기 작동 방법.
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