(57)【要約】【課題】搬送量が一定ではなく、かつ、複数のコンベヤベルトが混在して構成されているベルトコンベヤラインのそれぞれのコンベヤベルトの駆動消費電力を、簡易でありながら精度よく予測できる予測方法を提供する。【解決手段】複数のコンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在するベルトコンベヤライン１の駆動に要する電力Ｐを目的変数とし、ある時点におけるベルトコンベヤライン１のキャリア側ＣＳに存在するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの割合およびベルトコンベヤライン１による搬送量Ｑを説明変数として重回帰分析することにより、それぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの駆動に要する電力Ｐ１、Ｐ２を予測する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンベヤベルトが混在するベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法において、前記ベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力を目的変数とし、ある時点における前記ベルトコンベヤラインのキャリア側に存在するそれぞれのコンベヤベルトの割合およびベルトコンベヤラインによる搬送量を説明変数として重回帰分析することにより、それぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を予測することを特徴とするベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法。
【請求項２】
前記ベルトコンベヤラインに搬送物を積載して稼働させて、ベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力および搬送量の時系列データを取得し、取得した搬送量の時系列データから、そのデータが安定している所定時間における搬送量の平均を算出するとともに、取得したベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力の時系列データから、前記所定時間におけるベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力の平均を算出し、この搬送量の平均および消費電力の平均を算出した時点にベルトコンベヤラインのキャリア側に存在するそれぞれのコンベヤベルトの割合を算出し、これら算出したデータを重回帰分析に用いる請求項１に記載のベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法に関し、さらに詳しくは、搬送量が一定ではなく、かつ、複数のコンベヤベルトが混在して構成されているベルトコンベヤラインのそれぞれのコンベヤベルトの駆動消費電力を、簡易でありながら精度よく予測できる予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルトコンベヤラインを駆動するための消費電力は、ベルトコンベヤラインを構成するコンベヤベルトの仕様や駆動ローラ等の周辺設備、さらにはコンベヤベルトに積載する搬送物の重量の変動等の影響を受けて変動することが知られている。ベルトコンベヤラインが例えば数ｋｍ超の長機長になると、コンベヤベルトを支持する支持ローラの数が増加するため、消費電力に関してはコンベヤベルトと支持ローラとの接触に起因する動力損失が支配的になる。また、長機長のベルトコンベヤラインになると、破損した部分を交換することにより、仕様の異なるコンベヤベルトが混在することがある。或いは、コンベヤベルトの仕様が同じであっても新旧のコンベヤベルトが混在することがある。
【０００３】
仕様の異なるコンベヤベルトが混在するベルトコンベヤラインのそれぞれのコンベヤベルトの駆動消費電力を予測する方法は幾つか提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これら従来の方法は、基本的にベルトコンベヤラインに積載する搬送物の重量（搬送量）が安定している場合を想定している。しかしながら、ベルトコンベヤラインによる搬送量は、搬送先の要求によって増減するため不安定な場合もある。そのため、これら従来の方法では、搬送量が不安定な場合に、それぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を精度よく予測することは難しく、さらなる工夫が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８９４３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１８９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、搬送量が一定ではなく、かつ、複数のコンベヤベルトが混在して構成されているベルトコンベヤラインのそれぞれのコンベヤベルトの駆動消費電力を、簡易でありながら精度よく予測できる予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法は、複数のコンベヤベルトが混在するベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力を目的変数とし、ある時点における前記ベルトコンベヤラインのキャリア側に存在するそれぞれのコンベヤベルトの割合およびベルトコンベヤラインによる搬送量を説明変数として重回帰分析することにより、それぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、重回帰分析する際の説明変数として、ベルトコンベヤラインによる搬送量を採用しているので、搬送量が一定ではない場合のそれぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を予測することが可能になる。また、ベルトコンベヤラインの駆動に要する消費電力に極めて大きな影響力を有するベルトコンベヤラインのキャリア側での支持ローラの乗り越え抵抗力に着目して、ある時点におけるベルトコンベヤラインのキャリア側に存在するそれぞれのコンベヤベルトの割合を説明変数として採用している。これにより、回帰式が単純されて複雑な計算が不要になり、簡易でありながら精度よく、それぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を予測することができる。
【０００８】
この予測によって、ベルトコンベヤラインの駆動消費電力の削減のための様々なシミュレーションをすることができるので、駆動消費電力の省エネルギー化には大いに有益である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数のコンベヤベルトが混在しているベルトコンベヤラインを例示する説明図である。
【図２】図１のベルトコンベヤラインのキャリア側の一部拡大図である。
【図３】消費電力Ｐ、搬送量Ｑおよび支持ローラの乗り越え抵抗力ｆの時系列データを例示するグラフ図である。
【図４】支持ローラ乗り越え抵抗力測定装置を側面視で例示する説明図である。
【図５】図４の一部拡大図である。
【図６】図５のＡ矢視図である。
【図７】測定用支持ローラに作用する抵抗力を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のベルトコンベヤラインの駆動消費電力の予測方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１、図２に例示するベルトコンベヤライン１（以下、コンベヤライン１という）は、複数のコンベヤベルトが混在して構成されていて、この実施形態では、２つのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在している。それぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂは仕様が異なる、或いは、仕様が同じであっても新旧が異なっている。このコンベヤライン１は、３つの駆動用のプーリ２ａ、２ｂ、２ｃによって回転駆動される。駆動用のプーリの数はコンベヤライン１の長さ等によって適宜決定される。また、コンベヤライン１には適宜の位置に従動プーリが配置される。
【００１２】
コンベヤライン１のキャリア側ＣＳでは、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂの内周面１ｎ側を支持する多数の支持ローラ３が配置されている。キャリア側ＣＳでは、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂが所定のトラフ角度を有して凹状に湾曲するように支持ローラ３が配置される。コンベヤライン１のリターン側では、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂの外周面を支持する支持ローラ３が適宜配置されてコンベヤベルト１Ａ、１Ｂを円滑にガイドする。
【００１３】
長機長のコンベヤライン１では既述したように、駆動に要する消費電力Ｐに関してはコンベヤベルト１Ａ、１Ｂと支持ローラ３との接触に起因する動力損失が支配的になる。そこで、コンベヤライン１を駆動するために要する消費電力Ｐは、コンベヤライン１のキャリア側ＣＳに配置された支持ローラ３がコンベヤベルト１Ａ、１Ｂを乗り越える際の支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆの総和に比例すると見做すことができる。
【００１４】
このコンベヤライン１では、異なるコンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在しているので、キャリア側ＣＳにどちらのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂがどの程度位置しているかによって消費電力Ｐが変動することになる。即ち、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在することに起因して、コンベヤライン１が一周する周期時間Ｔで消費電力Ｐが変動する。
【００１５】
また、コンベヤライン１に積載される搬送物Ｔの重量に応じて、キャリア側ＣＳでコンベヤベルト１Ａ、１Ｂと支持ローラ３との接触に起因する動力損失が変化する。即ち、コンベヤライン１による搬送量Ｑによって消費電力Ｐが変動する。
【００１６】
本発明では、このコンベヤライン１を構成するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの駆動に要する消費電力を予測する。その際に、コンベヤライン１の駆動に要する消費電力Ｐを目的変数とし、ある時点におけるコンベヤライン１のキャリア側ＣＳに存在するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの割合およびコンベヤライン１による搬送量Ｑを説明変数として重回帰分析する。
【００１７】
そこで、コンベヤライン１が一方のコンベヤベルト１Ａのみで構成されていると仮定した場合のコンベヤライン１の駆動に要する消費電力をＰ１（ｋＷ）、他方のコンベヤベルト１Ｂのみで構成されていると仮定した場合のコンベヤライン１の駆動に要する消費電力をＰ２（ｋＷ）とする。そして、ある時点でのコンベヤライン１のキャリア側ＣＳに一方のコンベヤベルト１Ａが存在する割合をＸ1、他方のコンベヤベルト１Ｂが存在する割合をＸ2とする。Ｘ1+Ｘ2＝１である。すると、このコンベヤライン１の駆動に要する消費電力Ｐ（ｋＷ）は下記（１）式で表すことができる。
Ｐ＝Ｐ1×Ｘ1+Ｐ2×Ｘ2・・・（１）
【００１８】
また、それぞれの消費電力Ｐ1、Ｐ2は、コンベヤライン１による搬送物Ｔの搬送量Ｑ（ｔｏｎ／ｈ）が多ければ増大し、少なければ小さくなる。それ故、消費電力Ｐ1、Ｐ2は、搬送量Ｑの一次関数として下記（２）式、（３）式で表すことができる。
Ｐ1＝ａ0+ａ1×Ｑ・・・（２）
Ｐ2＝ｂ0+ｂ1×Ｑ・・・（３）
【００１９】
上記（２）式および（３）式を（１）式に代入し、整理すると下記（４）式になる。
Ｐ＝ｂ0+（ａ0−ｂ0）×Ｘ1+ｂ1×Ｑ+（ａ1−ｂ1）×Ｘ1×Ｑ・・・（４）
係数をまとめると、下記（５）式になる。
Ｐ＝ｃ0+ｃ1×Ｘ1+ｃ2×Ｑ+ｃ3×Ｘ1×Ｑ・・・（５）
ここで、ｃ0＝ｂ0、ｃ1＝ａ0−ｂ0、ｃ2＝ｂ1、ｃ3＝ａ1−ｂ1である。
【００２０】
上記（５）式を回帰式として、重回帰分析を行なって係数ｃ0、ｃ1、ｃ2、ｃ3および係数ａ0、ａ1、ｂ0、ｂ1を算出する。具体的には、下記（６）式で示される行列をパーソナルコンピュータ等の演算装置を用いて計算してそれぞれの係数を算出する。（６）式中のｎはデータ数である。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
重回帰分析に用いるデータ取得のため、コンベヤライン１を稼働させ、適宜、搬送物Ｔを積載して搬送する。これにより、図３に例示するように、消費電力Ｐ（ｋｗ）の時系列データと搬送量Ｑ（ｔｏｎ／ｈｒ）の時系列データを取得する。図３には、キャリア側ＣＳに図４に例示するように、支持ローラ乗り越え抵抗力測定装置４（以下、測定装置４という）を設置して取得した支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆの時系列データも記載されている。
【００２３】
取得した搬送量Ｑの時系列データから、比較的データが安定している時刻で、所定時間での搬送量Ｑの平均を算出する。また、取得した消費電力Ｐの時系列データから、搬送量Ｑの平均を求めた時刻（所定時間）での消費電力Ｐの平均を算出する。
【００２４】
消費電力Ｐの時系列データには、複数のコンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在していることに起因して、コンベヤライン１が１周回する周期時間Ｔにおいて、混在するコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの数と同数の変曲点ＡP、ＢPが現れる。これら変曲点ＡP、ＢPの時刻と、既知であるコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの長さとに基づいて、コンベヤライン１の走行速度Ｖを算出する。或いは、走行速度Ｖは別途計測してもよい。これにより、ある時点においてキャリア側ＣＳに存在するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの割合（長さ割合）が算出できる。したがって、搬送量Ｑおよび消費電力Ｐの平均を算出した時刻におけるキャリア側ＣＳに存在するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの割合が算出できる。以上のように算出したデータを用いて重回帰分析を行なう。
【００２５】
算出された係数ｃ0、ｃ1、ｃ2、ｃ3を（５）式に代入することで、搬送量Ｑが一定ではなく、かつ、複数のコンベヤベルト１Ａ、１Ｂが混在して構成されているコンベヤライン１の消費電力Ｐを精度よく予測、再現できる。また、係数ａ0、ａ1、係数ｂ0、ｂ1をそれぞれ、（２）式、（３）式に代入することで、搬送量Ｑが一定ではない条件下におけるそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの駆動に要する消費電力Ｐ１、Ｐ２も精度よく予測することが可能になる。
【００２６】
本発明では、重回帰分析する際の説明変数として、コンベヤライン１による搬送量Ｑを採用しているので、搬送量Ｑが一定の場合に限らず、変動する場合のそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの消費電力Ｐ１、Ｐ２を予測することができる。また、コンベヤライン１の消費電力Ｐに極めて大きな影響があり、支配的な因子となるキャリア側ＣＳでの支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆに着目して、ある時点におけるコンベヤライン１のキャリア側ＣＳに存在するそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの割合を説明変数として採用している。したがって、予測精度を向上させるために多数の説明変数を用いた回帰式にすることなく、簡易でありながら精度よく、消費電力Ｐ１、Ｐ２を予測することができる。これにより、複雑な計算も不要になる。
【００２７】
この予測によって、コンベヤライン１の一部分を交換する際に、そのコンベヤベルトに交換すると、どの程度の消費電力になるのか、或いは、どの程度の長さ交換するとどの程度の消費電力になるのか等を精度よく把握することができる。このように、コンベヤライン１の駆動消費電力の削減のための様々なシミュレーションに利用できる。それ故、本発明はコンベヤライン１の駆動消費電力の省エネルギー化には大いに有益である。
【００２８】
コンベヤライン１を構成するコンベヤベルトが３本以上の場合も、同様の手順により、それぞれのコンベヤベルトの駆動に要する消費電力を精度よく予測することが可能になる。本発明により消費電力の予測対象となるコンベヤベルト１Ａ、１Ｂは、長さが１ｋｍ以上、より好ましくは３ｋｍ以上、さらに好ましくは５ｋｍ以上である。長さが１ｋｍ未満では、消費電力Ｐ、Ｐ１、Ｐ２に及ぼすキャリア側ＣＳでの支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆの影響力が相対的に小さくなり、予測精度が低下するためである。
【００２９】
例えば、コンベヤライン１の水平機長７，８３０ｍ、周長１５，６５３ｍの内、一方のコンベヤベルト１Ａの長さが７，２９２ｍ、他方のコンベヤベルト１Ｂの長さが８，３６０ｍ、キャリア側ＣＳ支持ローラ３の配置ピッチが１．８ｍで配置本数４，４００本、走行速度Ｖが１７０ｍ／ｍｉｎ（＝２．８３３ｍ／ｓｅｃ）の場合について、（５）式の回帰式で重回帰分析を行ない算出された係数ｃ0、ｃ1、ｃ2、ｃ3および係数ａ0、ａ1、ｂ0、ｂ1は表１のとおりであった。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この結果により、それぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの消費電力Ｐ１、Ｐ２は、表２に示すようになり、コンベヤベルト１Ｂは、１Ａに比して消費電力が少なくて済むことが予測できる。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
測定装置４は、図４〜図６に例示するように、測定用支持ローラ５と、測定用支持ローラ５を支持する支持部６と、この支持部６が上面に載置されるフレーム７と、測定用支持ローラ５に作用する抵抗力を逐次検知する２つのロードセル１３ａ、１３ｂと、このロードセル１３ａ、１３ｂの検知データが逐次入力される制御部１４を備えている。制御部１４には、コンベヤライン１の走行速度Ｖも逐次入力される。さらに、フレーム７の上面と支持部６の下面との間には、フッ素樹脂等からなる低摩擦部材１０が介在している。測定用支持ローラ５には、支持ローラ３または支持ローラ３と同等仕様のものを用いる。測定用支持ローラ５は、１個に限らず、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂの幅方向に複数並べて配置することもできる。
【００３４】
一方のロードセル１３ａは支持部６の前側に固定され、他方のロードセル１３ｂは支持部６の後側に固定されて、それぞれフレーム７に直接または間接的に接続される。ここで前後方向とは、コンベヤベルト１Ａ、１Ｂの走行方向（長手方向）であり、支持部６の前側は支持部６に対してコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの走行方向下流側、後側はコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの走行方向上流側を意味する。
【００３５】
それぞれのロードセル１３ａ、１３ｂは、接続部材８を介して、フレーム７を構成する垂直フレーム７ｂに間接的に接続されている。ロードセル１３ａ、１３ｂは直接、垂直フレーム７ｂに接続することもできる。また、フレーム７を構成する水平フレーム７ａや支持フレーム７ｃにロードセル１３ａ、１３ｂを接続することもできる。
【００３６】
水平フレーム７ａの上面には、前後方向に延びるレール部１２ａが突設されている。また、支持部６の下面には、このレール部１２ａが嵌合する溝部１２ｂが設けられている。そして、レール部１２ａの全面および水平フレーム７ａの上面の全面が低摩擦部材１０により覆われている。このレール部１２ａと溝部１２ｂとにより、支持部６の移動を前後方向にガイドするガイド部１１が構成されている。水平フレーム７ａの上面および支持部６の下面のガイド部１１を除いた部分は、平坦な面状になっている。
【００３７】
測定用支持ローラ５は、上下アジャスタ機構９を用いてコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの内周面１ｎに当接させてセットした状態でコンベヤライン１を稼働させることにより、内周面１ｎに接しながら転動する。図７に例示するように、測定用支持ローラ５がコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの内周面１ｎに当接して転動する際に、測定用支持ローラ５には、ベルト進行方向に向かって斜め下方の外力Ｆが作用する。実機の支持ローラ３は垂直方向に変位しないので、外力Ｆの垂直分力Ｆｖによる損失はない。そのため、測定用支持ローラ５に作用する外力Ｆの水平分力Ｆｈが支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆとなる。そこで、この測定装置４では測定用支持ローラ５に作用する水平方向の抵抗力ｆ（水平分力Ｆｈ）のみを検知するようにしている。
【００３８】
コンベヤベルト１Ａ、１Ｂが測定用支持ローラ５を乗り越える際には、前側のロードセル１３ａは支持部材３とフレーム７との間の水平方向の圧縮力を検知し、後側のロードセル１３ｂは支持部材３とフレーム７との間の水平方向の引張力を検知する。そして、前側のロードセル１３ａが検知した圧縮力から後側のロードセル１３ｂが検知した引張力を差し引いた値（絶対値）の１／２が抵抗力ｆとして把握される。即ち、それぞれのロードセル１３ａ、１３ｂの初期状態（ゼロ点）を合わせていなくても、それぞれのロードセル１３ａ、１３ｂによる検知データを用いることに誤差を小さくして抵抗力ｆが測定される。
【００３９】
この測定装置４では、支持部６の下面と水平フレーム７ａの上面との間に低摩擦部材１０を介在させて支持部６を水平フレーム７ａに載置しているので、走行しているコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの内周面１ｎに測定用支持ローラ５を当接させて転動させると、実質的に測定用支持ローラ５に作用する水平方向の抵抗力ｆのみが、支持部６の前後それぞれに固定されたロードセル１３ａ、１３ｂにより検知される。そして、前後のロードセル１３ａ、１３ｂにより検知された検知データに基づいて上述したように、測定用支持ローラ５に作用する水平方向の抵抗力ｆを測定することができる。
【００４０】
例えば表２の結果から、搬送量Ｑが１，０００ｔｏｎ／ｈｒの場合のそれぞれの消費電力Ｐ１、Ｐ２の差異（Ｐ１-Ｐ２）は、約１４０（ｋＷ）になる。一方、測定装置４により測定した、搬送量Ｑが１，０００ｔｏｎ／ｈｒの時のそれぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂを乗り越える際の支持ローラ３の乗り越え抵抗力ｆはそれぞれ、２１．９（Ｎ）、１３．０（Ｎ）であった。そして、消費電力（ｋＷ）、抵抗力ｆ、キャリア側の支持ローラ本数Ｎ、ベルトの走行速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、以下（７）式の関係にある。
Ｐ＝（ｆ・Ｎ・Ｖ）／１０００・・・（７）
【００４１】
上記（７）式により、それぞれのコンベヤベルト１Ａ、１Ｂの抵抗力ｆの違いにより生じる消費電力Ｐ１、Ｐ２の差異は、（２１．９-１３．０）・４４００・２．８３３／１０００≒１１１（ｋＷ）と算出される。したがって、重回帰分析を用いて予測した消費電力Ｐ１、Ｐ２と、測定装置４を用いて測定した抵抗力ｆに基づいて算出した消費電力Ｐ１、Ｐ２とは概ね整合している。このように測定装置４により測定した抵抗力ｆに基づく消費電力Ｐ１、Ｐ２と比較することにより、予測した消費電力Ｐ１、Ｐ２の適正さを確認することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  ベルトコンベヤライン
１Ａ、１Ｂ  コンベヤベルト
１ｎ  内周面
２ａ、２ｂ、２ｃ  プーリ
３  支持ローラ
４  測定装置
５  測定用支持ローラ
６  支持部
７  フレーム
７ａ  水平フレーム
７ｂ  垂直フレーム
７ｃ  支持フレーム
８  接続部材
９  上下アジャスタ機構
１０  低摩擦部材
１１  ガイド部
１２ａ  レール部
１２ｂ  溝部
１３ａ、１３ｂ  ロードセル
１４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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