(57)【要約】【課題】稼働中のベルトコンベアのベルトコンベア用ローラーに対し、一定期間内でのベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することのできる異常発生予測方法を提供する。【解決手段】本発明によるベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法は、非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における複数のローラー２０のベアリング２０ａの振動実効値の経時変化を求め、該経時変化に基づき、所定期間の経過後にローラー２０の異常が発生する振動実効値の予測閾値を定める準備工程と、非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における所定ローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値を測定する本測定工程と、前記予測閾値に基づき、所定ローラー２１が前記所定期間の経過までに異常発生するか否かを判定する判定工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトコンベアにおけるベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法であって、
非接触式振動計を用いて、前記ベルトコンベアにおける複数のローラーのベアリングの振動実効値の経時変化を求め、該経時変化に基づき、所定期間の経過後に前記ローラーの異常が発生する振動実効値の予測閾値を定める準備工程と、
前記非接触式振動計を用いて、前記ベルトコンベアにおける所定ローラーのベアリングの振動実効値を測定する本測定工程と、
前記予測閾値に基づき、前記所定ローラーが前記所定期間の経過までに異常発生するか否かを判定する判定工程と、
を含むことを特徴とするベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法。
【請求項２】
前記非接触式振動計は、非接触式レーザードップラー振動計である、請求項１に記載のベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法を用いて、前記所定期間が経過するまでにローラーが異常発生するか否かを予測する予測工程と、
異常発生すると予測されたローラーを、前記所定期間が経過するまでに交換する交換工程と、
を含むことを特徴とするベルトコンベアの補修管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法およびそれを用いたベルトコンベアの補修管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルトコンベアは、コンベアベルトが多数のローラー（ベルトコンベア用ローラ）により支持される。製鉄所等で使用される大型且つ長距離のベルトコンベアでは、ローラーの個数は数千個に及ぶこともある。ローラーの回転が停止したり、落下物がローラーに引っ掛かったり、ローラーがコンベアベルトを噛み込んだりするなどして、ローラー起因でベルトコンベアに異常が発生することが知られている。ローラーが大きく破損するなどの甚大な異常が発生すれば、ベルトコンベアの操業は突発的に停止することになり、大規模な補修を行う必要が生じる。
【０００３】
そのため、ベルトコンベア操業には通常、定期的なメンテナンス時期が設けられる。しかしながら、定期メンテナンスによるメンテナンス間隔は、数週間から数ヶ月に及ぶこともあり、この間、予期せぬローラーの劣化が発生することもある。こうした場合、次回の定期メンテナンスを待たずに、ベルトコンベアの操業が突発的に停止してしまう。そのため、定期メンテナンス後、次回定期メンテナンスに至るまで、ベルトコンベアを安定して長期操業するためには、ローラーの異常を検知し、突発的な操業停止を防止する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ベルトコンベア用ローラーの異常検知方法として、加速度ピックアップをコンベアベルトの側面に設置することで、ローラー異常を検知する技術が開示されている。特許文献１の異常検知方法では、ローラー異常を加速度を用いて検出し、異常発生場所の特定を行う、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−６０５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の異常検知方法は、ローラー異常箇所を検知できる点では有益であるものの、ローラー異常を起こしてからの事後処理対応とならざるを得ない。この技術では、ローラー異常が検知された場合、次回のメンテナンス時期を待つこと無く、可及的速やかに異常検知されたローラに対して交換処置等を行う必要がある。この場合、ベルトコンベアの操業を一時的であれども、停止する必要が生じる。
【０００７】
こうした一時的な停止は、安定的なベルトコンベアの長期操業を行う上では支障となる。一方、一定期間内でローラーに異常が発生するか否かを正確に予測できれば、定期メンテナンス時期まではローラー交換を行う必要なしに、当該期間内は安定してベルトコンベア操業を行うことが可能である。したがって、ベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することのできる異常発生予測方法の確立が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、稼働中のベルトコンベアのベルトコンベア用ローラーに対し、一定期間内でのベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することのできる異常発生予測方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、当該異常発生予測方法を用いたベルトコンベアの補修管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく本発明者は鋭意検討し、非接触振動計によるベルトコンベア用ローラーの異常検出を試みた。すると、非接触振動計により測定される振動実効値は、ベルトコンベア用ローラが破損に至る前であれば、一定期間内は線形的に増加することを本発明者は知見し、ある段階での振動実効値から将来的な振動実効値の増加を予測できることを着想した。上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１０】
（１）ベルトコンベアにおけるベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法であって、
非接触式振動計を用いて、前記ベルトコンベアにおける複数のローラーのベアリングの振動実効値の経時変化を求め、該経時変化に基づき、所定期間の経過後に前記ローラーの異常が発生する振動実効値の予測閾値を定める準備工程と、前記非接触式振動計を用いて、前記ベルトコンベアにおける所定ローラーのベアリングの振動実効値を測定する本測定工程と、前記予測閾値に基づき、前記所定ローラーが前記所定期間の経過までに異常発生するか否かを判定する判定工程と、を含むことを特徴とするベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法。
【００１１】
（２）前記非接触式振動計は、非接触式レーザードップラー振動計である、上記（１）に記載のベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法。
【００１２】
（３）上記（１）または（２）に記載のベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法を用いて、前記所定期間が経過するまでにローラーが異常発生するか否かを予測する予測工程と、異常発生すると予測されたローラーを、前記所定期間が経過するまでに交換する交換工程と、を含むことを特徴とするベルトコンベアの補修管理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、稼働中のベルトコンベアのベルトコンベア用ローラーに対し、一定期間内でのベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することのできる異常発生予測方法を提供することができる。さらに本発明によれば、当該異常発生予測方法を用いたベルトコンベアの補修管理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による異常発生予測方法の一実施形態に用いるベルトコンベアの走行方向の断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に用いるベルトコンベアの走行方向における垂直面の断面模式図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおけるローラ２１を測定する際の拡大模式図である。
【図３】実施例におけるベアリング破損と、振動実効値との対応関係を示すグラフである。
【図４】実施例における振動実効値の増加を示すグラフである。
【図５】実施例における振動実効値とベアリング破損までの日数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００１６】
本発明の説明に先立ち、本発明による異常発生予測方法の一実施形態に用いて好適なベルトコンベア１００の模式断面図を図１，図２Ａ，図２Ｂに示す。図１は、ベルトコンベア１００の走行方向の断面模式図であり、図２Ａは、ベルトコンベア１００の走行方向における垂直面の断面模式図である。ただし、図１および図２Ａでは、ベルトコンベア１００の要部のみを示し、簡略化して図示しているため、断面図の対応関係は一対一ではない。また、図２Ｂは、図２Ａにおけるローラ２１を測定する際の拡大模式図である。
【００１７】
図１，２Ａに示すベルトコンベア１００は、コンベアベルト１０と、ベアリング２０ａを備えるローラー２０（ベルトコンベア用ローラー）と、架台４０とを備え、コンベアベルト１０およびローラー２０は架台４０により支持される。コンベアベルト１００の走行方向に沿ってローラー２０は複数設けられ、ローラー２０の個数は、場合によっては数千個に及ぶこともある。ローラー２０の回転に連動して、コンベアベルト１０はローラー２０に支持されながら、所定の走行方向に沿って走行する。
【００１８】
また、図２Ａに示すように、ローラ２０は、支持側で３分割したローラ２１，２２，２３（「キャリアローラー」とも呼ばれる）及びコンベアベルト１０の戻り側のローラー２５（「リターンローラー」とも呼ばれる）を含むこともある。一般に、製鉄所で鉄鉱石や石炭などの搬送に用いられるベルトコンベア１００のキャリアローラーとしては、図２Ａに示すように、搬送側のキャリアローラーを３分割して、緩やかなＵ字型となっているローラーが広く用いられている。そして、図２Ｂは、複数あるローラ２０のうち、所定のローラ２１に対して異常発生予測を行う際の測定態様を示す拡大模式図であり、その具体的な内容については後述する。
【００１９】
（ベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法）
図１，図２Ａ，図２Ｂを参照して、本発明の一実施形態に従うベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法を説明する。この異常発生予測方法は、（ｉ）非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における複数のローラー２０のベアリング２０ａの振動実効値の経時変化を求め、該経時変化に基づき、所定期間の経過後に前記ローラー２０の異常が発生する振動実効値の予測閾値を定める準備工程と、（ｉｉ）非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における所定ローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値を測定する本測定工程と、（ｉｉｉ）前記予測閾値に基づき、所定ローラー２１が前記所定期間の経過までに異常発生するか否かを判定する判定工程と、を含むものである。以下、各工程の詳細を順次説明する。
【００２０】
＜準備工程＞
まず、予測閾値を定めるための準備工程を行う。この準備工程では、非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における複数のローラー２０のベアリング２０ａの振動実効値の経時変化を求め、該経時変化に基づき、所定期間の経過後にローラー２０の異常が発生する振動実効値の予測閾値を定める。
【００２１】
なお、非接触式振動計９０としては、非接触式レーザードップラー振動計および超音波式振動計など、種々の振動計を用いることができる。ただし、ベルトコンベヤ１００の操業を停止することなく振動実効値を求めるため、非接触式の振動計を用いることとする。なかでも、振動実効値を明確に測定するためには、非接触式レーザードップラー振動計を用いることが好ましい。例えば、Polytec社より市販のデジタル振動計（型番：PDV-100）などを、非接触式レーザードップラー振動計として用いることができる。
【００２２】
また、上記「振動実効値」とは、非接触式振動計９０を用いてベアリング２０ａの振動波形を測定した際に算出される半周期単位の振幅の平均二乗根（ＲＭＳ：Root Mean Square）である。より具体的に説明すると、振動波形の正符号および負符号のいずれも二乗値を算出して、正符号の波形に変換し、振幅の平方根をとって平均値を求めるものである。一般的には、市販の非接触式振動計には振動実効値を算出するための機能が備わっており、振動波形を測定すれば、振動実効値も直ちに求めることが可能である。
【００２３】
所定期間の経過後にローラー２０の異常が発生する振動実効値の予測閾値を定めるためには、例えば、以下の第１準備工程乃至第３準備工程を行うことが好ましい。まず、第１準備工程として、非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における複数のローラー２０のそれぞれのベアリング２０ａの振動実効値を、任意の第１の時期（第１測定日）に測定する。非接触式振動計９０を用いるため、振動実効値は、ベルトコンベア１００を稼働させながら測定することが可能である。そして、ローラー２０に異常が発生する振動実効値の異常発生閾値を求める。それぞれのベアリング２０ａの振動実効値の値と、ローラー２０の破損状況の確認のため、測定したローラー２０のベアリング２０ａを解体し、破損の有無を確認することで、異常発生閾値を定めることが可能となる。
【００２４】
次に、第２準備工程として、上記第１の時期（第１測定日）より後の、第２の時期（第２測定日）に、ベアリング２０ａの振動実効値を測定すればよい。そして、第１の時期と第２の時期とで、各ベアリング２０ａの振動実効値の経時変化を求める。第１の時期と、第２の時期との間隔は任意であり、数日から数ヶ月程度、例えば１カ月〜２カ月程度とすればよい。定期メンテナンス時期の間隔程度の日数としておけば、振動実効値の経時変化を精度良く求めることができ、好ましい。
【００２５】
最後に、第３準備工程として、第２準備工程により求めた経時変化に基づき、所定期間の経過後にローラ２０に異常が発生する振動実効値の予測閾値を定めることができる。本発明者の検討によると、破損が生じているローラのベアリングの振動実効値は急速に増加し得るものの、破損に至る前のベアリングであれば、第１測定日から第２測定日まで、当該ベアリングの振動実効値は経過日数に応じて線形増加することが実験的に確認された。そのため、第１測定日における振動実効値（ＲＭＳ）をｘ[mm/sec]とし、第２測定日における振動実効値（ＲＭＳ）をｙ[mm/sec]とすると、予測式１：ｙ＝ａｘ＋ｂ（ａ、ｂはそれぞれ定数）で表される一次関数に近似できる。一次関数に近似する際には、最小自乗法等、公知の計算手法を用いればよい。
【００２６】
第１測定日に振動実効値ｘであったローラー２１が、第２測定日に至った後に、第１準備工程で求めた異常発生閾値の値を上回るか、下回るかを、予測式１に基づき予測することが可能である。また、予測式１における定数ｂを、実験測定値に基づき、大きめに見積もった予測式２：ｙ＝ａｘ＋ｂ’（ａは予測式１の定数であり、ｂ’は、ｂ’＞ｂを満足する定数である）おくことも好ましい。こうした予測式２を用いて、所定期間経過後の振動実効値を予測しておけば、ベアリングの劣化が予測よりも早くても、異常発生閾値に達するまでの交換対応等が可能である。
【００２７】
なお、上述した第１乃至第３準備工程は、本実施形態によるベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法における準備工程の一態様に過ぎず、種々の方法により予測閾値を求めても構わない。
【００２８】
＜本測定工程＞
上述した準備工程とは別に、本測定工程として、準備工程と同様の非接触式振動計９０を用いて、ベルトコンベア１００における測定対象とする所定ローラー２０のベアリング２０ａの振動実効値を測定する。図２Ｂでは、ローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値を測定する際の模式図である。図２Ｂにおいては、水平面に対して所定角度θで傾斜設置されたローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値のうち、水平成分の振動実効値を測定している。なお、ローラー軸方向に沿って振動実効値を測定しても構わないが、水平成分の振動実効値を測定する方が非接触式振動計９０の設置が簡便である。
【００２９】
＜判定工程＞
そして、判定工程として前述した準備工程により得られる予測閾値に基づき、所定ローラー２１が所定期間の経過までに異常発生するか否かを判定する。より具体的には、上記本測定工程により測定した所定ローラー２１の振動実効値と、準備工程により得られる予測閾値とを対比する。そして、本測定工程により得られる振動実効値が予測閾値を下回っていれば、少なくとも第１測定日から第２測定日までの期間に相当する日数が経過するまでは、当該所定ローラー２１は異常発生閾値に至ることはないと判定することが可能である。反対に、本測定工程により得られる振動実効値が予測閾値を上回っていれば、第１測定日から第２測定日までの期間に相当する日数が経過する前に、当該所定ローラー２１は異常発生閾値に至る危険性が高いと判定することが可能である。
【００３０】
したがって、上述した準備工程、本測定工程および判定工程を行うことにより、稼働中のベルトコンベアのベルトコンベア用ローラーに対し、一定期間内でのベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することが可能となる。
【００３１】
また、本測定工程は、ローラー１箇所あたり、数秒〜数十秒（例えば１０秒）で測定することができる。そのため、数千個にも及び得るベルトコンベア１００のローラー全てに対しても、稼働中に定期メンテナンス時期を待たずに全数検査が可能であり、全数に対してベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態の説明では、図２Ｂは、ローラー２０のうち、３分割ローラーのローラ２１の測定態様を具体例として説明したが、図２Ｂに示されるローラー２１，２２，２３，２５の全てに対して本発明は適用可能である。ただしその場合、ベアリングの振動方向と測定角度は一致させた上で、あるいは角度θに基づき予測閾値を換算した上で本発明を適用することは当然に理解される。
【００３３】
（ベルトコンベアの補修管理方法）
また、本発明によるベルトコンベアの補修管理方法は、上述したベルトコンベア用ローラーの異常発生予測方法を用いて、所定期間が経過するまでにローラーが異常発生するか否かを予測する予測工程と、異常発生すると予測されたローラーを、当該所定期間が経過するまでに交換する交換工程と、を含む。所定期間が経過するまでに異常発生すると予測されるローラーに対しては、当該所定期間が経過するまでの、定期メンテナンスのタイミングなどでローラー交換すれば、ローラー起因の突発的なベルトコンベア操業の停止を未然に防止することが可能である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３５】
（評価試験１）
まず、試験対象のベルトコンベア１００における異常発生閾値を求めるため、図２Ｂと同様の測定を行い、ベルトコンベア用ローラ２１のベアリング２１ａの振動実効値を、Polytec社製の非接触式レーザードップラー振動計（型番：PDV-100）を用いて測定した。そして、この振動実効値の測定を、合計２６個のベアリング２１ａに対して行った。振動実効値を測定したのち、測定したベアリング２１ａをそれぞれ解体し、破損の有無を確認した。評価結果を図３に示す。
【００３６】
図３に示すように、振動実効値：６．２[mm/sec]を閾値として、当該閾値未満であれば、ベアリング破損はなく、当該閾値以上であるとベアリング破損があることが確認された。そこで、このベルトコンベアの、傾斜設置されたローラーにおける異常発生閾値を６．２[mm/sec]とした。なお、振動実効値が７．４を超えたベアリングのローラーからは異音が確認されており、こうしたローラーを使用し続けると、突発的なベルトコンベア操業の停止を招きかねない。
【００３７】
（評価試験２）
次に、上記評価試験１とは別に、第１測定日において、同じベルトコンベア１００から合計１００個のベアリング２１ａの振動実効値を測定した。そして、約２カ月後の第２測定日に、第１測定日に測定したベアリング２１ａとおなじものの振動実効値を測定し、第１測定日から第２測定日に至るまでの期間での、振動実効値の経時変化を求めた。第１測定日の振動実効値をｘ軸、第２測定日の振動実効値をｙ軸とする散布図を図４に示す。図４から、いずれのベアリングの振動実効値も、約２カ月の経過により増大することが確認できる。
【００３８】
また、最小自乗法を用いて劣化の平均直線を算出した（図４参照）。劣化の平均直線に基づけば、第１測定日において、振動実効値が５．７未満であったローラのベアリングは、約２カ月経過しても、異常発生閾値：６．２未満であることが期待される。さらに、予期せぬ劣化を考慮すると、劣化の平均直線のｙ切片の係数を増大した（すなわち、劣化の平均直線を実測値と接するようにｙ軸方向に移動させた）劣化の上限直線を用いて、異常発生閾値：６．２未満を確保できる振動実効値の閾値を定めるべきである。そこで、本評価試験２では予測閾値を５．２に設定した。
【００３９】
上記非接触式レーザードップラー振動計を用いて、測定対象とするベルトコンベア用ローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値を測定し、当該測定値が予測閾値：５．２未満であれば、そのベルトコンベア用ローラー２１は、約２カ月経過するまでは交換不要と判定することができる。
【００４０】
（評価試験３）
最後に、上記ベルトコンベア１００におけるベルトコンベア用ローラー２１のベアリング２１ａの振動実効値を測定し、ベアリング破損までの日数を確認した。結果を図５に示す。異常発生閾値を基準とするベアリング破損に至る前であれば、振動実効値と、ベアリング破損までの日数は線形関係にあることが確認できる。したがって、評価試験２において定めた予測閾値は、第１測定日から第２測定日までの日数と、次回定期メンテナンスまでの日数に応じて、比例計算により適宜換算可能であることも確認できた。また、例えば振動実効値が５．２であったローラに対しては、少なくとも５０日経過するまでであれば、交換不要と判断することができるし、６０日を超えて経過すると、ローラーのベアリングが破損する危険性が高いと判断することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、稼働中のベルトコンベアのベルトコンベア用ローラーに対し、一定期間内でのベルトコンベア用ローラーの異常発生の有無を予測することのできる異常発生予測方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０    コンベアベルト
２０    ローラー（ベルトコンベア用ローラー）
２０ａ  ベアリング
２１    ローラー（ベルトコンベア用ローラー）
２１ａ  ベアリング
４０    架台
９０    非接触式振動計
１００    ベルトコンベア
【図１】
2019151422.tif 000003
【図２Ａ】
2019151422.tif 000004
【図２Ｂ】
2019151422.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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