(57)【要約】【課題】振動篩に損傷が生じることを確実に防ぐとともに、振動篩の長時間稼動及び長寿命化の両立を図る振動篩装置の動作制御方法を提供する。【解決手段】振動篩装置１は、振動篩２と、該振動篩２の複数の部位４に配置され、該部位４での振動を検出する複数の振動検出器５と、を備える。予め、振動篩２の形状及び材質に基づいて、振動篩２の限界許容応力を求める。複数の部位４のうち２つの部位４ｂ，４ｃにおける振動波の位相差と、振動篩２の発生応力と、の予め求められた関係に基づいて、限界許容応力に対応する限界位相差を求めておく。２つの部位４ｂ，４ｃのうち、一方の部位４ｂに配置される第１の振動検出器５ｂで検出される第１振動波と、他方の部位４ｃに配置される第２の振動検出器５ｃで検出される第２振動波と、の位相差が、限界位相差以下となるように振動篩２を振動させる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動篩と、該振動篩の部位の振動を検出する振動検出器と、を備える振動篩装置の動作制御方法であって、
予め、前記振動篩の形状及び材質に基づいて、前記振動篩の限界許容応力を求め、
２つの前記部位の振動波の位相差と前記振動篩の発生応力との関係を求めて、該関係に基づいて前記限界許容応力に対応する限界位相差を求めておき、
前記２つの部位に配置される振動検出器から検出される振動波の位相差が、前記限界位相差以下となるように前記振動篩を振動させることを特徴とする振動篩装置の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼原料の整粒、選別などに用いられる振動篩装置の動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、コークスや焼結鉱などの鉄鋼原料を整粒、選別などするために、多くの振動篩装置が使用されている。振動篩には、振動を与えるために、モータや軸などを有する駆動機構に接続された振動伝達部材が取り付けられている。振動篩装置を長時間稼動させていると、その振動篩に鉄鋼原料が付着するなどして、振動篩の前後左右の部位で重さが変動する。振動篩の振動開始当初で、前後左右の部位での重さが同じであるときには、いずれの部位にも振動が同様に作用するが、振動篩の前後左右の部位で重さが異なると、それらの部位における振動の間で振幅差や位相差が生じる。そうなると、振動篩の部位のうち、特に、振動伝達部材が接続している部位に異常な負荷が掛かり、その部位に亀裂などの損傷が生じる可能性があり、損傷が生じると、操業上及び設備上多大な損害が発生する。
【０００３】
特許文献１には、加振機により加振される振動篩の複数の部位のそれぞれに、振動を検出する振動検出器を配置して、各振動検出器からの振動出力を比較して、振動篩の振動状態を判定する振動篩の監視方法が提案されている。その監視方法では、出力された振動の最大振幅や位相を比較して、振動篩の稼動中に異常が発生したことを検知しており、特に、特許文献１には、複数の部位で検出された振動の最大振幅を比較することによって、振動の位相を比較する場合よりも、高感度に振動篩のバランスの狂いを検知することができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発明によれば、振動篩の２つの部位に許容限界を超える振動が加わった場合に振動篩を停止させている。しかしながら、そのような場合に、振動篩の稼動を中止すると、鉄鋼原料の整粒、選別などの作業が停止してしまう。特許文献１の発明は、振動篩の損傷を確実に防いだ上で、長時間稼動させかつ長寿命化させることを両立させる振動篩装置の動作制御方法に関するものではなく、振動篩に損傷が生じることを確実に防ぐとともに、長時間稼動及び長寿命化の両方を実現する技術は、未だ確立されていないという実情がある。
【０００６】
本発明はこの実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、振動篩に損傷が生じることを確実に防ぐとともに、振動篩の長時間稼動及び長寿命化の両立を図る振動篩装置の動作制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、振動篩の２つの部位で検出される振動の振幅差より位相差の方が、振動篩に発生する亀裂に大きな影響を及ぼしていると推察した。なぜならば、２つの部位での振動の振幅差が大きい場合であっても、その２つの振動が同じ位相である場合には、振動篩には亀裂を発生させるほどの力が加わりにくく、２つの振動の位相が異なる場合には、その２つの振動により振動篩に引張応力や圧縮応力が発生してしまい、振動篩に亀裂を発生し得るほどの強い力となる可能性があると考えられたからである。そして、本発明者らは、振動篩の許容限界を明確化し、２つの部位に発生する振動波の位相差をこの許容限界以下となるように、振動篩を振動させる本発明の完成に至った。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
振動篩と、該振動篩の部位の振動を検出する振動検出器と、を備える振動篩装置の動作制御方法であって、予め、前記振動篩の形状及び材質に基づいて、前記振動篩の限界許容応力を求め、２つの前記部位の振動波の位相差と前記振動篩の発生応力との関係を求めて、該関係に基づいて前記限界許容応力に対応する限界位相差を求めておき、前記２つの部位に配置される振動検出器から検出される振動波の位相差が、前記限界位相差以下となるように前記振動篩を振動させることを特徴とする振動篩装置の動作制御方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動篩に損傷が生じることを確実に防ぎ、振動篩装置の長時間稼動と長寿命化とを両立させることができ、鉄鋼原料の整粒、選別などにおいて高い歩留りが維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】振動篩装置の平面図である。
【図２】図１に示す振動篩装置の側面図である。
【図３】直応力範囲Δσと応力繰返し数Ｎとの関係を示すグラフである。
【図４】応力と位相差との関係を示すグラフである。
【図５】２つの振動検出部位で検出された振動の波形を示すグラフである。
【図６】位相差が修正された後に２つの振動検出部位で検出される振動の波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は振動篩装置の平面図であり、図２は、図１に示す振動篩装置の側面図である。振動篩装置１は、振動篩２と、駆動機構３と、振動篩２の複数の部位４ａ〜４ｄに配置され、振動を検出する複数の振動検出器５ａ〜５ｄとを有する。以下、振動検出器を、単に符号「５」とも記載し、振動検出器が配置される振動検出部位を、単に符号「４」とも記載する。また、振動篩装置１の説明のために、図１における、紙面上側を振動篩２の右側、紙面下側を振動篩２の左側、紙面左側を振動篩２の前側、紙面右側を振動篩２の後側、とし、図２においては、紙面左側が振動篩２の前側、紙面右側が振動篩２の後側、紙面奥側が振動篩２の右側、紙面手前側が振動篩２の左側、となる。
【００１２】
図２に示すように、振動篩２は傾斜しており、［１］前方右端、［２］後方右端、［３］前方左端、［４］後方左端、の振動篩２の４箇所で、振動篩２が、バネなどの弾性部材３１ａが途中に設けられた支柱３１にボルトで取り付けられ、その支柱３１で支えられている。振動篩２に鉄鋼原料２２が供給され、この振動篩２で鉄鋼原料２２を選別する。また、振動篩２の長手方向中央部分の両端には軸受２５が設けられており、この軸受２５を介して駆動機構３からの振動が伝えられ、この振動によって鉄鋼原料２２を確実に選別する。
【００１３】
図１に示すように、振動篩２には貫通穴２１が複数形成されており、図２に示すように、鉄鋼原料供給口２３から鉄鋼原料２２が振動篩２の後側部分に供給される。鉄鋼原料２２が、振動篩２の後側から前側へ傾斜した面上を転落している間に、貫通穴２１より小さい鉄鋼原料２２ａは、貫通穴２１を通じて振動篩２から落下し、貫通穴２１より大きい鉄鋼原料２２ｂは、振動篩２上を転落して前方へ落下する。なお、振動篩２の左右両端から鉄鋼原料２２が落下しないように、その左右両端には側壁２４が設けられている。
【００１４】
図２に示すように、振動篩２の下方には搬送装置８ａが配置されており、振動篩２の下方であってその前後両端側には、鉄鋼原料２２ａが搬送装置８ａ上に落下するように、案内板９が配置されている。また、振動篩２の前方には、搬送装置８ｂが配置されている。搬送装置８ａで、比較的小さい鉄鋼原料２２ａを次工程の設備に搬送する一方で、搬送装置８ｂで、比較的大きい鉄鋼原料２２ｂを次工程の設備に搬送する。
【００１５】
鉄鋼原料２２が振動篩２上を転落している間に、振動篩２を振動させる。次に、この振動を発生させる駆動機構３を説明する。該駆動機構３は、モータ３２とギアボックス３３とシャフト３４とを有する。図１に示すように、支持台３７で支持されているモータ３２の軸が、ギアボックス３３から突出する軸にベルト３５を介して連結している。該ベルト３５を通じて、モータ３２の回転の力がギアボックス３３の軸に伝達して、該ギアボックス３３から振動篩２側へ突出するシャフト３４に伝達し、該シャフト３４が回転する。なお、ギアボックス３３は公知の構造をしており、モータ３２の回転速度を適宜変更し、速度が変更された回転の力をモータ３２からシャフト３４に伝達することができる。
【００１６】
振動篩２の長手方向での中央部分における側壁２４には、軸受２５が取り付けられ、該軸受２５にはシャフト３４が嵌装されている。軸受２５とギアボックス３３との間におけるシャフト３４には、例えば、扇形などの重心が偏った偏心錘３６が取り付けられている。シャフト３４が回転すると、偏心錘３６による振れまわり荷重が発生して、このシャフト３４に円形の振動が発生する。シャフト３４に発生する振動が軸受２５に伝達して、振動篩２が振動する。この振動は、支柱３１の途中に弾性部材３１ａが設けられているため、図２に示すように、軸受２５（シャフト３４）を振動源として、振動篩２は前後上下方向に振動する。
【００１７】
振動篩２を長時間作動し続けるにつれて、その振動篩２の様々な部位に鉄鋼原料２２が付着するなどして、振動篩２の前後左右の部位で重さが変わってしまう。振動篩２の動作開始当初で、前後左右の部位での重さが同じであるときには、振動篩のいずれの部位でも振動が同様に作用するが、振動篩２の前後左右の部位で重さが異なると、それらの部位における振動の間で振幅差や位相差が生じる。そうなると、振動篩以外の装置と接続している振動篩の部位、例えば、軸受２５が取り付けられている振動篩２の部位や、支柱３１が取り付けられている部位などに、異常な負荷が掛かり、それらの部位に亀裂などの損傷が生じる場合がある。
【００１８】
そこで、本発明では、このような損傷の発生を防ぐために、上記の振動を次の工程（１）〜（３）で管理する。
【００１９】
工程（１）
振動篩２の形状及び材質に基づいて、振動篩２の限界許容応力を求める。振動篩２の形状及び材質とは、特に振動により異常な負荷が掛かりやすい部位の形状及び材質である。
【００２０】
工程（２）
振動篩２の複数の部位に取り付けられた複数の振動検出器５のうちから、２つの振動検出器５を選択し、該振動検出器５が配置されている２つの振動検出部位４で生じる振動波の位相差と、工程（１）に記載の部位での発生応力との関係を、ＦＥＭ解析などのシミュレーションやひずみゲージなどの実測により予め求めておく。この関係に基づいて、工程（１）で求めた限界許容応力に対応する限界位相差を求める。振動検出部位４とは、振動篩２の振動を検出することが可能な部位や振動篩２とともに振動する部分をいう。振動篩２の振動検出部位４には、振動篩２の側壁２４の面、振動篩２の裏面などの振動篩２の一部や、振動篩２の一部ではないが、振動篩２とともに振動する支柱３１の部分が含まれる。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、支柱３１の上面であり、振動篩２での、［１］前方右端、［２］後方右端、［３］前方左端、［４］後方左端、の４つの代表的な部位を、振動検出部位４に採用して、これらの振動検出部位４に振動検出器５を配置している。以下、４つの振動検出部位４のうち、前方右端のものを４ａ、後方右端のものを４ｂ、前方左端のものを４ｃ、後方左端のものを４ｄとし、４つの振動検出器５のうち、前方右端のものを５ａ、後方右端のものを５ｂ、前方左端のものを５ｃ、後方左端のものを５ｄとしている。
【００２２】
工程（３）
工程（２）で選択した２つの振動検出部位４に配置される、第１の振動検出器５で検出される第１振動波と、第２の振動検出器５で検出される第２振動波と、の位相差が、工程（２）で求めた限界位相差以下となるように前記振動篩を振動させる。
【００２３】
上記工程（１）〜（３）を以下に詳述する。
【００２４】
＜工程（１）＞
図３は、金属材料の疲労設計曲線の一例であり、縦軸に直応力範囲Δσ、横軸に応力繰返し数Ｎを示したグラフの一例である。直応力範囲Δσとは、測定部位に発生する応力振幅を示し、応力繰返し数Ｎとは、対応する直応力範囲Δσの応力が、対象の金属材料に繰返し掛かる場合に、その材料が、疲労により破断に至る繰返し回数を示している。疲労設計曲線は、公知の文献、例えば、日本鋼構造協会（ＪＳＳＣ）の「鋼構造物の疲労設計指針」で求めることができる。
【００２５】
この疲労設計曲線は、振動による異常な負荷が掛かりやすい振動篩２の部位の形状及び材質に基づいて選択（決定）する。この部位として、例えば、軸受２５が取り付けられている振動篩２の部位に着目する。部位の形状としては、側壁２４の形状は勿論、側壁２４の厚みなどの部位の寸法や、側壁２４には軸受２５が取り付けられている態様が含まれる。図２に示すように、軸受２５を貫通するボルトで側壁２４に取り付けられている部位は、軸受２５のケースと側壁２４の板部材とが複数のボルトで接合された継手部位といえる。部位の材質としては、振動篩２の本体、側壁２４や軸受２５の材質がある。耐久性が要求されるため、振動篩２の全体は金属であるが、その材質には、金属の種類や、過去に溶接補修がなされたかなどの状態も含まれる。
【００２６】
以上のような、形状及び材質によって、いわゆる、金属材料の強度等級Δσｆが決まり、その強度等級Δσｆに対応する疲労設計曲線を選択（決定）する。その疲労設計曲線において、直応力範囲Δσが一定の値に漸近することになる程度に、十分に大きな応力繰返し数Ｎを求める。横軸の応力繰返し数Ｎが、１０７を超えて、１０８〜１０９程度となると、それに対応する直応力範囲Δσが一定の値に漸近する。このグラフは、この一定の値以下の直応力範囲Δσの応力が、金属材料に掛かっても、その金属材料は破断に至りにくいことを示しており、振動篩２における異常な負荷が掛かりやすい部位を、グラフの金属材料と想定し、直応力範囲Δσの応力を、破断に至りにくいこの一定の値となる限界許容応力とする。図３の例では、限界許容応力は５０ＭＰａである。
【００２７】
＜工程（２）＞
本発明では、工程（３）で、振動篩２の複数の部位での振動波を観察し、この振動波の形状を調整するように振動篩２を振動させる。
【００２８】
複数の振動検出部位４のうち、２つの振動検出部位４における２つの振動波の位相差に着目する。着目する２つの振動検出部位４としては、後方右端の振動検出部位４ｂと前方左端の振動検出部位４ｃとの組み合わせ、または、後方左端の振動検出部位４ｄと前方右端の振動検出部位４ａとの組み合わせ、が好ましい。なぜならば、シャフト３４及び振動篩２の本体を挟んで対角線上に位置付けられる振動検出部位４ｂ，４ｃまたは振動検出部位４ａ，４ｄが、振動元のシャフト３４から最も遠くなる２つの部位であり、これらの２つの部位における振動に違いが生じやすくかつその違いが大きくなるからである。これらの部位における振動波の形状（位相差）を調整すれば、異常な負荷が掛かりやすい振動篩２の部位に発生する応力を抑えやすい。
【００２９】
なお、本実施形態では、振動篩２の左側に、振動の動力源となるモータ３２が存在するため、振動篩２の左側の方が右側より振動が強くなりやすく、振動篩２の左端と右端とで振動に違いが生じやすい。更には、シャフト３４から離れた部位であるほど、シャフト３４で生じる振動より、その部位での振動が大きくなる傾向がある。このため、振動篩２の前端と後端とで振動に違いが生じやすい。２つの振動波のうち、位相が異なると、その２つの振動による力は、振動篩への引張応力及び圧縮応力となってしまい、振動篩に亀裂を発生し得るほどの強い力となってしまうからである。
【００３０】
本実施形態では、振動波を観察する振動篩２の部位を、振動検出部位４ｂ，４ｃとし、異常な負荷が掛かりやすい部位として、軸受２５が取り付けられている振動篩２の部位のうち、シャフト３４に近い側の部位とする。振動検出部位４ｂ，４ｃで、位相差の異なる２つの振動が発生する場合に、異常な負荷が掛かりやすい部位に発生する応力を予め求めておく。図４は、その部位で発生する応力と、振動検出部位４ｂ，４ｃでの振動の位相差との関係を示すグラフの一例である。この図４から限界許容応力に等しい応力に対応する位相差を求め、この位相差を限界位相差とする。
【００３１】
図４に示す、応力と位相差との関係は、例えば、ＦＥＭ解析などの数値演算によるシミュレーションで求めることができる。振動篩２の仕様に基づけば、振動篩２に与える振動の振幅や周波数は定まる。その他、シミュレーションに必要な設定も、その仕様によって定まる。なお、工程（２）での２つの振動検出部位で求める２つの振動波の向きは、前後上下方向のいずれでもよいが、次の工程（３）で観察する振動波の向きと同じとすることが好ましい。また、次の工程（３）において、振動篩２を実際に稼働させるときに、設定する振動波の振幅及び周波数で、シミュレーションをすることもできる。
【００３２】
２つの部位における振動の振幅を同じとし、一方の振動波の周波数を固定し、もう一方の周波数を変化させていくと、位相差が大きくなっていく。図４のグラフからわかるように、２つの振動波の周波数が同じ（位相差０°）であった場合に、発生する応力は最小の値となっており、シミュレーションにおいては、位相差が増大するにつれて、発生する応力は、その最小応力値から増大していくことがわかる。工程（１）における図３の例では、限界許容応力として５０ＭＰａが得られており、図４のグラフにおいて、この限界許容応力５０ＭＰａに対応する位相差３５°が限界位相差と定まる。
【００３３】
＜工程（３）＞
図５は、振動検出部位４ｂ，４ｃで検出された振動の波形を示すグラフの一例である。図６は、位相差が修正された後に、振動検出部位４ｂ，４ｃで検出された振動の波形を示すグラフの一例である。振動検出部位４ｂに配置される後方右端の振動検出器（第１の振動検出器）５ｂから検出される第１振動波を得て、同様に、振動検出部位４ｃに配置される前方左端の振動検出器（第２の振動検出器）５ｃで検出される第２振動波を得る。
【００３４】
図５に示すように、第１振動波と第２振動波との位相差が９０°となる場合には、シャフト３４に既に取り付けられている偏心錘３６を異なる形状のものに変更したり、ギアボックス３３内のギアを変更するなどして、シャフト３４の回転数を変更して、図６に示すように、２つの振動検出部位４ｂ，４ｃに配置される振動検出器５ｂ，５ｃから検出される振動波の位相差が、工程（２）で求めた限界位相差以下（例えば、位相差４°）となるように振動篩２を振動させる。これにより、振動篩２の部位のうち、該振動篩２以外の装置と接続する部位に損傷が生じることを確実に防ぎ、振動篩装置１を長時間稼動させるとともに長寿命化させることができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【００３５】
振動検出器５としては、圧電型振動検出器などを用いてもよく、振動篩２の前後左右方向及び上下方向の振動を測定可能な振動検出器とする。この振動検出器５に、表示機構（図示しない）への信号線を接続しておき、その信号線から前後方向及び上下方向の波形信号を検出し、表示機構で、図５及び図６に示すような振動の波形を表示する。
【００３６】
上記実施形態では、振動篩の形状として、軸受２５を貫通するボルトで側壁２４に取り付ける態様に基づいて、疲労設計曲線を選択したが、本発明は、この形態に限られず、軸受２５を側壁２４に溶接することで取り付けているという形状に基づき、図３に示すグラフ（疲労設計曲線）を決めてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、限界許容応力を求める振動篩２の部位として、軸受２５が取り付けられている部位に着目しているが、本発明は、この形態に限られず、支柱３１が取り付けられている部位などの、振動による負荷が大きく掛かる部位での限界許容応力を求めてもよい。
【００３８】
更には、上記実施形態では、２つの振動波が求められる振動検出部位として、振動篩２本体を挟んで右後側部分及び左前側部分とし、かつ、支柱３１の上部としたが、本発明は、この部位に限られず、振動が発生する任意の２つの部位であればよい。また、複数の部位から任意の数の部位を選択した場合であって、選択した部位から組み合わせられる２つの部位のいずれの組み合わせにおいても、上記（１）〜（３）の工程で、振動篩２の振動を管理することが好ましい。２つの部位のいずれか１つの組み合わせの部位であっても、限界許容応力を超える振動が発生すると、振動篩２が破断する可能性が生じるからである。例えば、３つの部位を選択する場合には、その３つの部位から組み合わせられる２つの部位の組み合わせ数は３通りとなる。この３通りのいずれの組み合わせの２つの部位であっても、限界許容応力を超える振動を発生させないようにすることが好ましい。
【００３９】
従来の振動篩の異常検出方法では、異常な負荷が掛かる部位に生じる応力を考慮することもなく、振動篩装置を異常とする可能性があった。このため、振動篩に損傷が生じることを防ぐことはできるとしても、振動篩に損傷が生じない範囲の最大限の許容応力を特定することができず、損傷が生じない範囲の限度まで振動篩を利用して、長時間稼動と長寿命化とを両立させることができない。一方で、本発明によって、振動篩に損傷が生じない範囲の最大限の許容応力を特定することで、その許容応力を超えないように振動篩を振動させることで、振動篩に損傷が生じることを確実に防ぎつつも、振動篩装置を最大限に利用し、かつ、長時間稼動させるとともに長寿命化させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１          振動篩装置
２          振動篩
３          駆動機構
４          振動検出部位
４ａ        （前方右端の）振動検出部位
４ｂ        （後方右端の）振動検出部位
４ｃ        （前方左端の）振動検出部位
４ｄ        （後方左端の）振動検出部位
５          振動検出器
５ａ        （前方右端の）振動検出器
５ｂ        （後方右端の）振動検出器
５ｃ        （前方左端の）振動検出器
５ｄ        （後方左端の）振動検出器
８ａ，８ｂ  搬送装置
９          案内板
２１        貫通穴
２２        鉄鋼原料
２２ａ      （比較的小さい）鉄鋼原料
２２ｂ      （比較的大きい）鉄鋼原料
２３        鉄鋼原料供給口
２４        側壁
２５        軸受
３１        支柱
３１ａ      弾性部材
３２        モータ
３３        ギアボックス
３４        シャフト
３５        ベルト
３６        偏心錘
３７        支持台
【図１】
2014184412.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014184412.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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