(57)【要約】【課題】ドラムミキサーにおいて、ドラムの亀裂進展による余寿命を的確に算定することができるドラムミキサーのドラム劣化評価方法とそれに基づくドラム劣化回復方法を提供する。【解決手段】経時的なドラムの肉厚減少と振動増加に基づくドラム応力の増加を加味して、ドラムの亀裂が限界亀裂深さになるまでの余寿命を算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムミキサーにおけるドラムの亀裂進展による劣化状態を評価する方法であって、経時的なドラムの肉厚減少と振動増加に基づくドラム応力の増加を加味して、ドラムの亀裂が限界亀裂深さになるまでの余寿命を算出することを特徴とするドラムミキサーのドラム劣化評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のドラムミキサーのドラム劣化評価方法に基づくドラム劣化回復方法であって、定期的な補修タイミング毎にドラムの余寿命を算出し、算出されたドラムの余寿命に基づいて、ドラムの亀裂の補修を行うかドラムミキサー自体の更新を行うかの判断をすることを特徴とするドラムミキサーのドラム劣化回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラムミキサーのドラム劣化評価法およびドラム劣化回復方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドラムミキサーは、ドラム内に複数の物質を装入し、ドラムを回転させて、それら複数の物質を混合するものである。
【０００３】
図１、図２は、一般的なドラムミキサーの概略構造を示すものである。ここで、図１は側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
図１、図２に示すように、この種のドラムミキサー１０は、ドラム１の外面に、ガースギヤ４が設置されており、駆動モーター５により減速機６、ピニオン７、ガースギヤ４を介してドラム１を回転するようになっている。
【０００５】
また、ドラム１の外面に、長手方向に所定の間隔をおいて複数（ここでは、２個）のタイヤ２が設置されており、それぞれのタイヤ２は、当該タイヤ２の位置に対応して設けられた一対のサポートローラー３によって支持されている。
【０００６】
したがって、ドラムミキサー１０の運転中に、ドラム１のタイヤ２設置部分は、タイヤ２を介してサポートローラー３からの反力を受けながら回転することになり、ドラムのタイヤ２設置部分にはサポートローラー３からの反力による周期的な応力（繰返し応力）が発生する。
【０００７】
そのため、ドラム１を継続的に使用しているうちに、経年劣化により、図３にドラム１のタイヤ２設置部分１Ａ（以下、ドラム１Ａ）近傍の拡大縦断面図を示すように、ドラム１Ａの外面１Ａｏ側や内面１Ａｉ側から疲労亀裂１１（外面１Ａｏ側の亀裂１１ｏ、内面１Ａｉ側の亀裂１１ｉ）が発生していた。特に、ドラム１とタイヤ２の隅肉溶接部８の近傍での発生が多かった。
【０００８】
ドラム１Ａの外面１Ａｏ側や内面１Ａｉ側から発生した亀裂１１は、初期段階（初期疲労亀裂段階）においてはドラムミキサー１０の運転に支障はないが、亀裂１１が進展して限界亀裂深さ（通常、ドラム１Ａの厚みｔｄ）に達した場合、すなわち、亀裂１１がドラム１Ａの厚みｔｄを貫通した場合、ドラムミキサー１０の運転の続行が不可能となる。場合によっては、大事故につながる。
【０００９】
そこで、従来、ドラムミキサー１０の定期的な補修の際に、ドラム１Ａの亀裂発生状況を超音波探傷によって観測し、ドラム１Ａの亀裂深さが所定量を超えている場合は、亀裂１１の発生箇所を除去して肉盛溶接により補修（溶接補修）したり、場合によっては、ドラムミキサー１０自体を更新したりしている。これによって、ドラムミキサー１０の定期的な補修と補修の間に、亀裂１１がドラム１Ａの厚みを貫通して、ドラムミキサー１０の運転の続行が不可能にならないようにしている。
【００１０】
なお、通常、ドラムミキサー１０の補修は１週間程度の時間を要するため、一般的に、ドラムミキサー１０の定期的な補修のタイミングは１年に１回である。
【００１１】
これに対して、特許文献１には、ドラムミキサー１０のタイヤ２やサポートローラー３の表面硬度を計測し、計測した表面硬度をタイヤ２やサポートローラー３の表面に亀裂が発生する限界硬度と比較し、計測した表面硬度が限界硬度に近いほどタイヤ２やサポートローラー３の劣化が進行していると評価するという技術が開示されている。また、タイヤ２やサポートローラー３の表面を所定時間加熱して軟化させることによって、劣化を回復して長寿命化を図るという技術も示されている。すなわち、ドラムミキサー１０のタイヤ２やサポートローラー３の劣化の進行状態を亀裂が発生するまえに評価し、劣化を回復して長寿命化を図るというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１０１９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したように、従来、ドラムミキサーの定期的な補修の際に、ドラムの亀裂発生状況を超音波探傷によって観測し、ドラムの亀裂深さが所定量を超えている場合は、亀裂の発生個所を溶接補修したり、場合によっては、ドラムミキサー自体を更新したりすることで、ドラムミキサーの定期的な補修と補修の間に、亀裂がドラムの厚みを貫通して、ドラムミキサーの運転の続行が不可能にならないようにしている。
【００１４】
しかしながら、この場合、亀裂が進展してドラムの厚みを貫通する時期（ドラムの余寿命、すなわち、ドラムミキサーの余寿命）を的確に推定できないと、溶接補修で充分であったのにドラムミキサーの更新を行って余分な費用を掛けることになってしまったり、逆に、ドラムミキサーの更新が必要であったのに溶接補修で済ませてしまって運転続行が不可能になってしまったりすることになる。
【００１５】
なお、前記特許文献１に記載の技術は、亀裂が発生する前にタイヤ等の劣化を評価するものであり、上記のように、亀裂が発生した後の亀裂進展を評価する場合には適用できない。
【００１６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ドラムミキサーにおいて、ドラムの亀裂進展による余寿命を的確に算定することができるドラムミキサーのドラム劣化評価方法とそれに基づくドラム劣化回復方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１８】
［１］ドラムミキサーにおけるドラムの亀裂進展による劣化状態を評価する方法であって、経時的なドラムの肉厚減少と振動増加に基づくドラム応力の増加を加味して、ドラムの亀裂が限界亀裂深さになるまでの余寿命を算出することを特徴とするドラムミキサーのドラム劣化評価方法。
【００１９】
［２］前記［１］に記載のドラムミキサーのドラム劣化評価方法に基づくドラム劣化回復方法であって、定期的な補修タイミング毎にドラムの余寿命を算出し、算出されたドラムの余寿命に基づいて、ドラムの亀裂の補修を行うかドラムミキサー自体の更新を行うかの判断をすることを特徴とするドラムミキサーのドラム劣化回復方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ドラムミキサーにおけるドラムの劣化状態（亀裂進展による余寿命）を的確に評価することができる。そして、ドラムの劣化状態（亀裂進展による余寿命）に基づいて、適切なドラムの劣化回復方法（補修、更新）を選択することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ドラムミキサーを示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】タイヤとドラムの接続部近傍の拡大縦断面図である。
【図４】減肉および振動による応力増加速度の例を示す図である。
【図５】ドラムの余寿命を算定する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
前述したように、図１〜図３に示したような、一般的なドラムミキサー１０においては、従来、ドラムミキサー１０の定期的な補修の際に、ドラム１Ａの亀裂発生状況を超音波探傷によって観測し、ドラム１Ａの亀裂長さが所定量を超えている場合は、亀裂１１の発生箇所を除去して溶接する溶接補修を行ったり、場合によっては、ドラムミキサー１０自体を更新したりしていた。これによって、ドラムミキサー１０の定期的な補修と補修の間に、亀裂１１がドラム１Ａの厚みを貫通して、ドラムミキサー１０の運転の続行が不可能にならないようにしていた。
【００２４】
そこで、本発明者らは、まず、これまでの溶接補修の状況について調査した。その結果、ドラムミキサーの稼動年数が増加するにつれて、すなわち溶接補修の回数が増加するにつれて、溶接補修後の亀裂進展速度が速くなることに気が付いた。
【００２５】
このことは、毎年の定期補修の際に常にドラムの溶接補修を行ったとしても、いずれはドラムの亀裂進展速度の方が勝って、定期補修を行う前にドラムの亀裂が限界亀裂深さに達することを意味している。
【００２６】
言い換えれば、ドラムの溶接補修を行ってから、その後の溶接補修を行わない状態で、亀裂が限界亀裂深さに達するまでの年数をドラムの仮の余寿命とすると、今後、毎年の定期補修で常にドラムの溶接補修を行うとして、ドラムの仮の余寿命が１年未満になるまでの年数がドラムの真の余寿命ということになる。
【００２７】
このように、ドラムミキサーの稼動年数が増加するにつれて、溶接補修後の亀裂進展速度が速くなる原因は、経年劣化によるドラムの肉厚減少と振動増加によって、ドラムに発生する応力が増加するためであると推定された。
【００２８】
上記のような、ドラムの肉厚減少（減肉）と振動増加（振動加速度増加）によってドラムに発生する応力の増加割合（応力増加速度：減肉起因の応力増加速度、振動起因の応力増加速度）の一例を図４に示す。なお、図中のＹは年を意味しており、Ｇは加速度の単位ガルを意味している。
【００２９】
この例の場合は、ドラム外面側では、減肉起因の応力増加速度が０．０７ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙ、振動起因の応力増加速度が０．４８ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙとなり、ドラム外面側の応力増加速度は、両者を合計した０．５５ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙということになる。一方、ドラム内面側では、減肉起因の応力増加速度が０．０７ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙ、振動起因の応力増加速度が０．３０ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙとなり、ドラム内面側の応力増加速度は、両者を合計した０．３７ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙということになる。
【００３０】
以上のことから、ドラムミキサーにおけるドラムの劣化状態を的確に評価するためには、上記のような経時的なドラムの肉厚減少と振動増加に基づくドラム応力の増加を加味して、亀裂進展によるドラムの余寿命（すなわち、ドラムミキサーの余寿命）を算出することが重要であるということになる。
【００３１】
以下に、具体的にドラムの余寿命を算出する手順を説明する。
【００３２】
まず、溶接補修後の亀裂進展による仮の余寿命は、以下の（１）〜（３）式によって算出することができる。
【００３３】
【数１】
2014121654.tif 000003
【００３４】
ここで、
Ｎｃ：溶接補修後のドラム累計回転数
ａ：亀裂深さ
ａｃ：限界亀裂深さ（通常は、ドラムの肉厚）
ａ０：初期亀裂深さ（初期疲労亀裂の深さ、亀裂残りの深さ）
σ：ドラム発生応力
ΔＫ１：応力拡大係数Ｋ１の変動幅（ドラム発生応力σの関数）
Ｃ、ｍ：ドラムの材質によって定まる定数
Ｎｙ：ドラムの年間回転数
Ｙｃ：ドラムの仮の余寿命（年）
【００３５】
そして、毎年の定期補修において常に溶接補修を行うことを前提にして、上記の（１）〜（３）式に基づいて、ドラムの仮の余寿命が１年になるドラム発生応力、すなわち、溶接補修から１年後に亀裂が限界亀裂深さになるドラム発生応力を限界発生応力（外面限界発生応力σｃ外、内面限界発生応力σｃ内）として逆算し、別途算出してある現在のドラム発生応力（外面現在発生応力σ１外、内面現在発生応力σ１内）が肉厚減少と振動増加に基づくドラム発生応力増加によって限界発生応力（外面限界発生応力σｃ外、内面限界発生応力σｃ内）に達するまでの年数をドラムの真の余寿命Ｙｓとする。
【００３６】
なお、上記の計算を行う際には、ＦＥＭ解析プログラム等を用いることができる。
【００３７】
このような手法によって、ドラムミキサーの真の余寿命Ｙｓを算出した例を図５に示す。なお、ドラムの肉厚ｔｄは３５ｍｍで、亀裂限界深さａｃをドラムの肉厚ｔｄ（＝３５ｍｍ）とした。そして、ドラムの肉厚減少と振動増加に基づくドラム発生応力の増加速度は図４に示したものとした。また、初期亀裂深さａ０は、外面側が疲労亀裂（初期疲労亀裂）０．１ｍｍ、内面側が亀裂残り（溶接補修で残った亀裂）２ｍｍとした。
【００３８】
そして、図５においては、ドラム内面側の亀裂進展がドラムの余寿命を決定付けているので、ドラム内面側の亀裂進展に注目する。
【００３９】
まず、ドラム内面側の現在の発生応力（内面現在発生応力σ１内）は９ｋｇｆ／ｍｍ２であり、（１）式、（２）式に基づいて、現時点での仮の余寿命Ｙｃは２．７年となる。これに対して、仮の余寿命が１年となるドラム内面側発生応力、すなわち、溶接補修から１年後に亀裂が限界亀裂深さになるドラム内面側発生応力（内面限界発生応力σｃ内）は、（１）式、（２）式に基づいて、１１ｋｇｆ／ｍｍ２となる。したがって、ドラム内面側の応力増加速度が０．３７ｋｇｆ／ｍｍ２／Ｙであることから、内面現在発生応力σ１内の９ｋｇｆ／ｍｍ２から内面限界発生応力σｃ内の１１ｋｇｆ／ｍｍ２になるまでの年数は６年ということになる。すなわち、真の余寿命Ｙｓは６年と算出される。なお、ドラム外面側の現在の発生応力（外面現在発生応力σ１外）は１５ｋｇｆ／ｍｍ２であり、ドラム内面側が限界発生応力になる６年後のドラム外面側の発生応力（外面限界発生応力σｃ外）は１８ｋｇｆ／ｍｍ２である。
【００４０】
そして、上記のようにドラムの亀裂進展による余寿命が算出されれば、それに基づいて、適切なドラムの劣化回復方法（亀裂の溶接補修、ドラムミキサーの更新）を選択することが可能になる。
【００４１】
すなわち、この実施形態においては、ドラムミキサーの補修の限界を推定できるため、臨機応変に適切な劣化回復方法を選択することができ、大事故等につながるような重大トラブルを回避できるという効果がある。また、無用な補修を実施しなくてすむほか、適切な老朽化更新の計画を策定できるので、生産計画や生産効率・投資効率を最適化できるという効果がある。
【符号の説明】
【００４２】
１  ドラム
１Ａ  ドラムのタイヤ設置部分
１Ａｏ  タイヤ設置部分のドラム外面
１Ａｉ  タイヤ設置部分のドラム内面
２  タイヤ
３  サポートローラー
４  ガースギヤ
５  駆動モーター
６  減速機
７  ピニオン
８  タイヤとドラムの隅肉溶接部
１０  ドラムミキサー
１１  亀裂
１１ｏ  ドラム外面からの亀裂
１１ｉ  ドラム内面からの亀裂
【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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