【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ローラ式粉砕装置およびその運転方法に係り、特に粉砕装置の各部の点検・交換時期を予知するのに好適なローラ式粉砕装置およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６にローラ式粉砕装置の全体構造を示す。 ヨーク１０はモータに接続された減速機１１の出力軸上に回転可能なように取付けられており、このヨーク１０上には環状の粉砕リング１が固定されている。 粉砕リング１上のくぼみ部１Ａには、ローラブラケット３にローラ軸およびベアリングにより回転可能なように固定されたローラ２が等間隔で３組設置されている。 ローラブラケット３の上部および加圧フレーム９下面にはピン４が入る溝が加工されており、ローラブラケット３およびローラ２はピン４を介して加圧フレーム９により粉砕リング１上に押付けられ、ローラ２が転倒しないようになっている。 加圧フレーム９にはピボットアーム１２が取付けられており、このピボットアーム１２のもう一方の端は加圧シリンダ１７に連結されたローディングロッド１３とつながっている。

【０００３】モータにより減速機１１の入力軸を回転させると、減速機１１の出力軸に取付けられたヨーク１０
およびヨーク１０に固定された粉砕リング１が回転する。 このとき、加圧シリンダ１７はローディングロッド１３を引張っており、この引張り力はピボットアーム１
２を介して加圧フレーム９を下方向に押付けており、この加圧フレーム９はピン４、ローラブラケット３を介してローラ２を粉砕リング１に押付けている。 被粉砕物（例えば、石炭）は中央上部の供給管１４から投下され、ローラ２と粉砕リング１に挟まれ、圧壊作用により粉砕される。 粉砕された被粉砕物（例えば、微粉炭）は熱風３０により吹上げられ、分級器１５を通り、所定の粒度のものは出口管１６へ、それより粒度の大きいものは粉砕部へ落下し、再び粉砕される構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置は、粉砕時の衝撃や振動により、粉砕部に大きな応力が発生し、
粉砕部の部品が突発的に疲労破壊し、粉砕装置の運転に支障を来すという問題点があった。 図６に示すローラ式粉砕装置において、被粉砕物は粉砕リング１とローラ２
の間で粉砕され、このとき、ヨーク１０、ローラ２、ローラブラケット３および加圧フレーム９などで構成される粉砕部は常に激しい衝撃荷重を受けている。 これらの部品は激しい衝撃荷重を受けても疲労破壊しないように設計されているが、被粉砕物の中に金属等の異物が混入していたり、設計条件を上回る厳しい条件で運転されることがあるため、予想以上の大きな衝撃荷重が粉砕部に発生し、粉砕部各部品の疲労損傷が進み、部品が疲労破壊してしまうことがある。 部品が破損した場合、部品交換のために長時間粉砕装置を停止する必要があるため、
粉砕装置の運転に支障を来すことになる。

【０００５】本発明の目的は、上記課題に対し、粉砕部の各部品に発生する応力および疲労損傷度を推定し、各部品の点検および交換時期を予知することにより、粉砕部各部品の突然の破損を未然に防止するローラ式粉砕装置およびこれを用いた粉砕方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため本願の第１の発明は、ハウジング内に回転自在に支持された粉砕リングと、該粉砕リング上に回転方向に沿って所定間隔に配置された複数個の粉砕用ローラと、ローラを回転可能に支持するローラブラケットを介して加圧する加圧フレームと、加圧フレームに接続され加圧フレームに荷重を加えるローディングロッドとを備え、被粉砕物を粉砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉砕装置において、粉砕部の荷重変動を計測する手段と、該手段の計測値に基づき粉砕装置の部品の応力変動と疲労損傷度を求める手段とを設けたことを特徴とするローラ式粉砕装置に関する。

【０００７】第２の発明は、ハウジング内に回転自在に支持された粉砕リング上に、複数個の粉砕用ローラを回転方向に沿って所定間隔に配置し、このローラを加圧フレームおよび該フレームに取付けたローディングロッドにより加圧して粉砕リング上に圧接し、被粉砕物を粉砕リングと回転するローラとの間で粉砕するローラ式粉砕装置を用いた粉砕方法において、粉砕部の荷重変動を計測し、この荷重変動から粉砕装置の各部の発生応力および応力変動を推定し、これにより各部の疲労損傷度を推定し、各部の点検、交換時期を予知することを特徴とするローラ式粉砕装置を用いた粉砕方法に関する。

【０００８】第３の発明は、ハウジング内に回転自在に支持された粉砕リング上に、複数個の粉砕用ローラを回転方向に沿って所定間隔に配置し、このローラを加圧装置により加圧して粉砕リング上に圧接し、被粉砕物を粉砕リングとローラの間で粉砕するローラ式粉砕装置を用いた粉砕方法において、前記ローラ式粉砕装置の粉砕荷重変動を求め、これにより粉砕装置各部の応力変動と疲労損傷度を推定し、これに基づき粉砕装置の運転条件を制御することを特徴とするローラ式粉砕装置を用いた粉砕方法に関する。

【０００９】

【作用】ローディングロッドの荷重変動から粉砕部に作用している荷重変動の大きさを推定し、あらかじめ各部品ごとに有限要素解析などにより求めてある荷重と発生応力の関係を用いて、各部品に発生している応力変動を推定し、これをコンピュータ内に記憶しておき、各部品の疲労損傷度を計算することにより、各部品の疲労損傷度を正確に知ることが可能となる。 これに基づいて各部品の点検および交換時期を予知することにより、突発的な部品の破損事故を未然に防止することが可能となる。

【００１０】

【実施例】

（ｉ）全体の構成 本発明になるローラ式粉砕装置の実施例を図１に示す。
モータに接続された減速機１１の出力軸上にはヨーク１
０が回転可能なように取付けられており、このヨーク１
０上には環状の粉砕リング１が固定されている。 粉砕リング１上のくぼみ部１Ａには、ローラブラケット３にローラ軸およびベアリングにより回転可能なように固定されたローラ２が等間隔で３組設置されている（本発明は３組に限定されない）。 ローラブラケット３の上部および加圧フレーム９下面にはピン４が入る溝が加工されており、ローラブラケット３およびローラ２はピン４を介して加圧フレーム９により粉砕リング１上に押付けられ、ローラ２が転倒しないようになっている。 加圧フレーム９にはピボットアーム１２が取付けられており、このピボットアーム１２のもう一方の端はローディングロッド１３とつながっている。 ローディングロッド１３
は、荷重を測定するためのロードセル２０を介して加圧シリンダ１７につながっており、加圧シリンダ１７でローディングロッド１３を引張ることにより、加圧フレーム９を下方向に加圧し、ローラ２を粉砕リング上に圧接する構造となっている。

【００１１】ローラ２を粉砕リング１上に圧接するためのローディングロッド１３と加圧シリンダ１７の間にはロードセル２０が取付けられており、加圧シリンダ１７
を加圧することによりローディングロッド１３に作用する荷重を測定できるようになっている。 このロードセル２０により電圧として測定された荷重はアンプ２１で増幅され、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２２でデジタル信号に変換された後、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションのようなコンピュータ２３に送られる。 また、コンピュータ２３には表示用ディスプレイ２４、キーボード２５、例えばハードディスクのような大容量のデータ記憶装置２６が接続されている。

【００１２】粉砕時、被粉砕物はローラ２と粉砕リング１の間で粉砕されるため、ローラ２は被粉砕物から常に衝撃力を受けている。 ローラ２はローラブラケット３、
ピン４、加圧フレーム９、ピボットアーム１２、ローディングロッド１３を介して加圧シリンダ１７で粉砕リング１上に圧接される構造となっているため、ローラ２の衝撃力はローラブラケット３、ピン４、加圧フレーム９、ピボットアーム１２からローディングロッド１３に伝わる。 したがって、ローディングロッド１３の荷重を測定することにより、ヨーク１０、粉砕リング１、ローラ２、ローラブラケット３、加圧フレーム９などで構成される粉砕部の荷重の大きさを知ることができる。 本発明になるローラ式粉砕装置ではローディングロッド１３
と加圧シリンダ１７の間にロードセル２０が取付けられているため、粉砕部に発生する衝撃力を測定することが可能である。 従来のローラ式粉砕装置では、上記衝撃荷重を検知する機構が設けられていないため、粉砕部の衝撃力を測定することはできない。 粉砕時、ローディングロッド１３の荷重変動は、ロードセル２０で連続的に電圧変化として測定され、アンプ２１で増幅された後、Ａ
／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変換され、コンピュータ２３に取込まれる。

【００１３】本発明になるローラ式粉砕装置では、コンピュータ２３に取込まれた荷重変動からヨーク１０、粉砕リング１、ローラ２、ローラブラケット３、加圧フレーム９などの粉砕部各部品に発生する応力の大きさおよび疲労損傷度を推定し、これに基づいて各部品の点検および交換時期を予知し、部品の破損事故を未然に防止することが可能である。

【００１４】コンピュータ２３に連続的に取込まれた荷重変動から、粉砕部各部品に発生する応力の大きさおよび疲労損傷度を推定する方法について以下に説明する。
粉砕部各部品に発生する応力は、あらかじめ各部品ごとに、例えば有限要素法などによる応力解析によって求められた作用荷重と発生応力の関係を用いることにより、
推定することができる。 すなわち、各部品の発生応力σ
は次式により推定することができる。

【００１５】

【数１】σ＝α・Ｗ （１） ここで、Ｗは作用荷重であり、ロードセル２０で計測され、コンピュータ２３に取込まれている。 また、αはあらかじめ有限要素解析などにより求められた作用荷重と発生応力の比であり、各部品ごとに求めておく必要がある。 αは各部品について、例えば有限要素法による応力解析を行うことにより簡単に求めることができる。 図２
に有限要素解析の例としてヨーク１０の解析モデルを示す。 このモデルは対称性が考慮され全周の１／３がモデル化されている。 図２のようなモデルに荷重Ｗを負荷し、応力解析することにより、ヨーク１０の詳細な応力分布を知ることができ、発生する応力の最大値σ _maxやその発生位置を知ることができる。 応力解析により、最大発生応力σ _maxがわかれば、αは次式により求めることができる。

【００１６】

【数２】α＝σ _max ／Ｗ （２） 疲労破壊が発生するとすれば、最大応力発生点であるので、αは各部品の最大応力σ _maxについてのみ求めておけばよい。 上記手法、すなわち（１）式を用いて、ローディングロッド１３の荷重変動から応力変動を求めた結果例を図３に示す。

【００１７】図３（ａ）はロードセル２０により測定した荷重変動、図３（ｂ）は（１）式により求めた応力変動である。 次に疲労損傷度の推定方法について説明する。 各部品に発生している応力の大きさがわかれば、図３（ｂ）に示す応力振幅△σおよび図４に示す疲労強度曲線を用いて疲労損傷度を計算することができる。 図４
において、縦軸は応力振幅△σ、横軸は繰返し数Ｎであり、応力振幅△σ ₁がＮ ₁回繰返された場合、疲労破壊することを意味する。 同様に、応力振幅△σ ₂がＮ ₂回繰返されると疲労破壊する。 また、△σ _Wは疲労限度であり、応力振幅△σが△σ _Wより小さい場合は疲労破壊しない。 図３（ｂ）からわかるように、応力振幅△σの大きさは常に変動しており、この場合、次式で表わされる線形損傷則によって疲労損傷度を評価することができる。

【００１８】

【数３】

【００１９】ここで、Ｃは疲労損傷度であり、Ｃ＝１となった場合疲労破壊する。 また、ｎ _iは応力振幅△σ _i
が作用した回数で、Ｎ _iは疲労強度曲線上の△σ _iに対応するＮの値である。 以上の方法により、図３（ｂ）に示すような各部品の応力変動から疲労損傷度Ｃを求めることができる。 以上のように、本発明になるローラ式粉砕装置では、上記方法によりロードセル２０によって測定され、コンピュータ２３内に取り込まれた荷重変動から各部品の応力変動、疲労損傷度を計算することができる。 計算された各部品の応力変動、疲労損傷度は常時ディスプレイ２４に表示されており、ディスプレイ２４を見ることにより各部品の疲労損傷度を知ることができる。 もし、疲労損傷度Ｃが１に近づいてきた場合、その部品の点検および交換が必要であることをディスプレイ２４に表示し、部品の点検・交換を促すことにより、粉砕部部品の破損事故を未然に防止することが可能である。

【００２０】以上のように、本発明になるローラ式粉砕装置によれば、粉砕部の各部品の発生応力および疲労損傷度を推定し、各部品の点検および交換時期を予知することが可能となり、粉砕部各部品の破損事故を未然に防止することが可能となる。 本発明の他の実施例を図５に示す。 本実施例は、ローディングロッド１３の荷重値から推定した各部品の発生応力および疲労損傷度のデータを粉砕装置の運転制御装置に送り、このデータを粉砕装置の運転制御に用いるようにしたものである。

【００２１】本実施例では、各部品に過大な応力の発生を検知した場合、例えば加圧シリンダ１７の加圧力または粉砕装置への被粉砕物供給量などを下げる等を行い、
疲労損傷度が増加しないように運転制御することにより、粉砕部各部品の寿命を長くすることができるという効果がある。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ローラ式粉砕装置粉砕部の各部品の発生応力および疲労損傷度を推定し、各部品の点検および交換時期を予知することが可能となり、
粉砕部各部品の破損事故を未然に防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるローラ式粉砕装置の実施例図。

【図２】ローラ式粉砕装置のヨーク部の有限要素解析モデル図。

【図３】ローディングロッドの荷重変動および荷重変動から計算した応力変動を示す図。

【図４】材料の疲労強度曲線図。

【図５】本発明の他の実施例図。

【図６】従来のローラ式粉砕装置の全体図。

【符号の説明】

１…粉砕リング、２…ローラ、３…ローラブラケット、
４…ピン、９…加圧フレーム、１０…ヨーク、１１…減速機、１２…ピボットアーム、１３…ローディングロッド、１４…供給管、１５…分級器、１６…出口管、１７
…加圧シリンダ、１９…ハウジング、２０ロードセル、
２１…アンプ、２２…Ａ／Ｄ交換器、２３…コンピュータ、２４…ディスプレイ、２５…キーボード、２６…記憶装置。