(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送されるばら物搬送物の挙動を予測するベルト搬送物の挙動予測方法であって、
前記コンベアベルトの搬送面に搬送物を係止するための横桟が設けられている場合に、
少なくとも前記コンベアベルトの搬送面を、ベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬するとともに、前記横桟の少なくともベルト進行方向前側の面を仮想の壁面部材により模擬する解析モデルを用意し、
前記解析モデルに対して、少なくとも、コンベアベルト及び搬送物のそれぞれの材料データと幾何データとを入力するとともに、該コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定し、
前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの移動状態を記述するようにベルト長手方向に移動させながら、該壁面部材と共に移動する搬送物の挙動を前記初期条件に基づいて予測することを特徴とするベルト搬送物の挙動予測方法。
【請求項２】
ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送されるばら物搬送物の挙動を予測するベルト搬送物の挙動予測方法であって、
少なくとも前記コンベアベルトの搬送面を、ベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬するとともに、複数のコンベアベルトをそれぞれの配置を含めて模擬する解析モデルを用意し、
前記解析モデルに対して、少なくとも、コンベアベルト及び搬送物のそれぞれの材料データと幾何データとを入力するとともに、該コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定し、
前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの移動状態を記述するようにベルト長手方向に移動させながら、該壁面部材と共に移動する搬送物の挙動を前記初期条件に基づいて予測し、かつ前記複数のコンベアベルト間の搬送物の乗り継ぎ挙動を個別要素法の適用により予測することを特徴とするベルト搬送物の挙動予測方法。
【請求項３】
ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送されるばら物搬送物の挙動を予測するベルト搬送物の挙動予測装置であって、
少なくとも前記コンベアベルトの搬送面をベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬する解析モデルと、
前記解析モデルに対して、コンベアベルトの搬送面上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定する初期条件設定手段と、
前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの少なくとも幾何データに基づいてベルト長手方向に移動させることにより、該コンベアベルトの移動状態を記述するベルト移動状態記述手段と、
前記解析モデルにおける搬送物の挙動を、該搬送物の少なくとも材料データ及び幾何データと、前記初期条件設定手段により設定された搬送物挙動の初期条件と、前記ベルト移動状態記述手段により記述されるコンベアベルトの移動状態とに基づいて逐次記述する搬送物挙動記述手段とを備え、
前記解析モデルは、複数のコンベアベルトをそれぞれの配置を含めて模擬する３次元のものであり、
前記初期条件設定手段は、前記複数のコンベアベルトのうちの上流側コンベアベルトの搬送面上に所定の分布状態で搬送物を生成配置する搬送物生成手段を有し、
前記搬送物挙動記述手段は、前記上流側コンベアベルトの搬送面から下流側コンベアベルトの搬送面上へ落下する搬送物の乗り継ぎ挙動を、前記搬送物生成手段により配置された搬送物の初期分布状態と、ベルト移動状態記述手段により記述される上流側コンベアベルトの移動状態とに基づいて、個別要素法により逐次記述するように構成されている
ことを特徴とするベルト搬送物の挙動予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭、鉱石等の塊状ばら物や粒状の搬送物をベルトコンベア装置により搬送する際の、該搬送物の挙動を予測する挙動予測方法及び挙動予測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、鉱石やコークス等を溶鉱炉の高所にある投入口に連続的に投入するために、それらばら物搬送物を急傾斜又は垂直搬送可能な桟付コンベアベルトを備えたベルトコンベア装置が使用されている（図２参照）。このような桟付コンベアベルトは、例えば図３に示すように、平ベルトからなるベースベルト１（ベルト本体）の外周の搬送面１ａに、ベルト幅方向に延びる板状の横桟２２，２２，…をベルト長さ方向の全周に亘って所定間隔を空けて立設し、この横桟２２，２２，…により図示しない搬送物を係止して、急傾斜又は垂直状態で搬送できるようにしたものである。
【０００３】
ところで、前記のようなベルトコンベア装置の受入シュートでは、上流側のコンベアベルト等から搬送物が落下して、その下方のコンベアベルト上に受け止められるようになっており、このときにコンベアベルトに加わる衝撃力がベルトコンベア装置に作用する最大の負荷となることは知られている。そして、この衝撃力は、通常、古典的な物理式や搬送物の流体力学的な近似による噴流荷重の考え方によって推定されている。
【０００４】
また、そのように推定した搬送物の衝撃荷重に基づいて、ベルトコンベア装置のレイアウト設計や使用条件等が決定されるのであるが、この決定は通常、技術者の経験に頼ってなされており、例えば、前記受入シュートにおける搬送物の投下高さを低めに設定したり、或いは搬送量を所定以下に制限したりして、搬送物の落下による衝撃荷重をできるだけ軽減するようにしている。
【０００５】
また、前記受入シュートには、通常、搬送物が飛び散らないように案内する案内板や衝撃力を緩和するための干渉板等が配置されているが、これらの案内板や干渉板による効果を事前に予測することは困難なので、これらはベルトコンベア装置の設置後に搬送物を実際に投入して見て、その結果に基づいて位置を調節するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のように、ベルトコンベア装置のレイアウトや使用条件等を経験に頼って決定するようにすると、ベルトコンベア装置の搬送量や搬送速度の増大に伴い衝撃力が大きくなったときに、コンベアベルトを実際に使用してから短時間で摩耗や破損を生じることがある。
【０００７】
特に、前記桟付コンベアベルトでは、受入シュートからの落下搬送物との衝突によって横桟が破損しやすく、また、搬送のばらつきによって一部の横桟に多量の搬送物が係止されると、急傾斜又は垂直搬送状態でその横桟が荷重を支え切れなくなって変形し、多量の搬送物が落下したり、横桟そのものが破損したりする虞れがある。
【０００８】
一方、このような問題の発生を避けるために、装置レイアウトの決定やベルトの仕様選定を安全側の設計にすると、ベルトコンベア装置のコスト高、重量増等の不具合を招く。
【０００９】
また、前記桟付コンベアベルトの場合、排出シュートから排出されるべき搬送物が横桟に引っかかってしまい、排出されずに残ることがあるので、横桟の形状や搬送速度等の設定によって、そのような搬送物の残留量をできるだけ低減したいという要請もある。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送される搬送物挙動の予測方法に工夫を凝らし、該搬送物挙動を正確に予測し得るようにして、ベルトコンベア装置のレイアウトや使用条件、及びコンベアベルトの仕様等を事前に適切に設定可能とすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、コンベアベルトの搬送面を仮想の壁面部材により模擬する解析モデルを用意し、その壁面部材を移動させて、コンベアベルトの移動状態を記述しながら、搬送物の挙動を予測するようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明は、ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送されるばら物搬送物の挙動を予測するベルト搬送物の挙動予測方法を前提とする。そして、前記コンベアベルトの搬送面に搬送物を係止するための横桟が設けられている場合に、少なくとも前記コンベアベルトの搬送面を、ベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬するとともに、前記横桟の少なくともベルト進行方向前側の面を仮想の壁面部材により模擬する解析モデルを用意し、この解析モデルに対して、少なくとも、コンベアベルト及び搬送物のそれぞれの材料データと幾何データとを入力するとともに、該コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定し、その上で、前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの移動状態を記述するようにベルト長手方向に移動させながら、該壁面部材と共に移動する搬送物の挙動を前記初期条件に基づいて予測する。
【００１３】
この方法では、コンベアベルトの搬送面や横桟を複数の仮想の壁面部材により模擬する解析モデルにおいて、コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定するとともに、該コンベアベルトの移動状態を記述するように壁面部材を移動させながら、この壁面部材と共に移動する搬送物の挙動を前記初期条件に基づいて予測することで、例えば、コンベアベルト上に落下する搬送物による衝撃力の分布状態や、コンベアベルト上に載置されて搬送される搬送物の挙動、或いはコンベアベルトから排出される搬送物の挙動等を予測することができ、この予測結果に基づいて、ベルトコンベア装置のレイアウトや使用条件等を決定することにより、ベルトコンベア装置の信頼性確保と重量やコストの低減とを両立することができる。
【００１４】
また、一般的に、前記のような横桟が設けられた桟付コンベアベルトでは、コンベアベルト上への落下搬送物の衝突によって、横桟が破損しやすいので、横桟の無いものに比べて、落下搬送物の挙動を正確に把握することの重要性が大きい。しかも、搬送ばらつきが大きくなると、一部の横桟にのみ過大な荷重が作用して、該横桟が破損したり、搬送物がこぼれ落ちたりすることが懸念されるので、この点からも搬送物の挙動を正確に把握することの重要性が大きい。よって、前記の如く搬送物挙動を予測できることが、特に有効な作用効果を奏するものである。
【００１５】
好ましいのは、搬送物の挙動を個別要素法の適用によって予測することであり、こうすれば、その予測精度を極めて高いものとして、請求項１の発明の作用効果を高めることができる。
【００１６】
また、好ましいのは、３次元の解析モデルを用意し、該解析モデルにおいてコンベアベルトの移動状態がそれぞれ異なる複数の領域を設定し、この各領域毎に壁面部材の移動手順を定義する。
【００１７】
こうすることで、まず３次元の解析モデルを用いることで、搬送物の挙動を空間的に予測して、請求項１の発明の作用効果を十分に得ることができる。また、コンベアベルトの移動状態が異なる領域毎に壁面部材の移動手順を定義することで、コンベアベルトがプーリ間を並進する移動状態やプーリに巻きかけられて周回する移動状態にあるときに、その各移動状態に対応するように壁面部材を移動させて、解析モデル上でコンベアベルトの移動状態を正確に記述することができる。
【００１８】
次に、請求項２の発明は、前記請求項１の発明に係るベルト搬送物の挙動予測方法と同じ前提において、少なくとも前記コンベアベルトの搬送面を、ベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬するとともに、複数のコンベアベルトをそれぞれの配置を含めて模擬する解析モデルを用意し、この解析モデルに対して、少なくとも、コンベアベルト及び搬送物のそれぞれの材料データと幾何データとを入力するとともに、該コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定する。そして、前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの移動状態を記述するようにベルト長手方向に移動させながら、該壁面部材と共に移動する搬送物の挙動を前記初期条件に基づいて予測し、かつ前記複数のコンベアベルト間の搬送物の乗り継ぎ挙動を個別要素法の適用により予測する。
【００１９】
こうすることで、複数のコンベアベルト間の搬送物の乗り継ぎ部において、上流側コンベアベルトの搬送面から下流側コンベアベルトの搬送面上に落下する搬送物の挙動を個別要素法の適用によって正確に求めることができる。
【００２０】
次に、請求項３の発明は、ベルトコンベア装置のコンベアベルトにより搬送されるばら物搬送物の挙動を予測するベルト搬送物の挙動予測装置を前提とする。そして、少なくとも前記コンベアベルトの搬送面をベルト長手方向に連続的に配置した複数の仮想の壁面部材により模擬する解析モデルと、この解析モデルに対して、コンベアベルトの搬送面上に供給される搬送物の挙動の初期条件を設定する初期条件設定手段と、前記解析モデルにおいて壁面部材を、コンベアベルトの少なくとも幾何データに基づいてベルト長手方向に移動させることにより、該コンベアベルトの移動状態を記述するベルト移動状態記述手段と、前記解析モデルにおける搬送物の挙動を、該搬送物の少なくとも材料データ及び幾何データと、前記初期条件設定手段により設定された搬送物挙動の初期条件と、前記ベルト移動状態記述手段により記述されるコンベアベルトの移動状態とに基づいて逐次記述する搬送物挙動記述手段とを備える構成とする。
【００２１】
その上さらに、前記複数のコンベアベルトをそれぞれの配置を含めて模擬するものとし、前記初期条件設定手段は、前記複数のコンベアベルトのうちの上流側コンベアベルトの搬送面上に所定の分布状態で搬送物を生成配置する搬送物生成手段を有するものとし、前記搬送物挙動記述手段は、前記上流側コンベアベルトの搬送面から下流側コンベアベルトの搬送面上へ落下する搬送物の乗り継ぎ挙動を、前記搬送物生成手段により配置された搬送物の初期分布状態と、ベルト移動状態記述手段により記述される上流側コンベアベルトの移動状態とに基づいて、個別要素法により逐次記述する構成とする。
【００２２】
前記の構成により、コンベアベルトの搬送面を複数の仮想の壁面部材により模擬する解析モデルにおいて、コンベアベルト上に供給される搬送物の挙動の初期条件が初期条件設定手段により設定されるとともに、ベルト移動状態記述手段により該コンベアベルトの移動状態を記述するように前記壁面部材が移動され、この壁面部材の移動状態、即ちコンベアベルトの移動状態と前記搬送物挙動の初期条件とに基づいて、搬送物挙動記述手段により、搬送物の挙動が逐次記述される。これにより、コンベアライン上の搬送物の挙動をきめ細かく予測することができ、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
また、前記搬送物生成手段により上流側コンベアベルト上に所定の分布状態で搬送物が生成配置されるとともに、該上流側コンベアベルトの移動状態がベルト移動状態記述手段により記述され、この上流側コンベアベルトの移動状態と前記搬送物の初期分布状態とに基づいて、搬送物挙動記述手段により、上流側コンベアベルトから下流側コンベアベルトの搬送面上に落下する搬送物の挙動が個別要素法の適用によって逐次記述される。このことで、まず搬送物の挙動を個別要素法の適用によって予測することで、その予測精度を極めて高いものとして、前記の発明の作用効果を高めることができる。また、下流側コンベアベルト上に落下する搬送物の挙動を搬送物挙動記述手段によって記述することで、該落下搬送物による衝撃力の分布状態を正確に求めることができ、このことによっても前記の発明の作用効果を高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２５】
（コンベアラインの構成）
図２は、本発明に係るベルト搬送物の挙動予測方法を適用するコンベアラインＬ（ベルトコンベア装置）の一例を示し、このコンベアラインＬは、例えば石炭や鉱石等のばら物搬送物を略垂直上方に搬送するよう、いわゆるＳ字レイアウトとされた下流側のコンベアベルトＢ１と、このコンベアベルトＢ１に搬送物を乗り継ぎ供給する上流側のコンベアベルトＢ２とを有する。そして、前記下流側コンベアベルトＢ１は、平ベルトからなるベースベルト１（ベルト本体）を有し、このベースベルト１が、コンベア頭部（図の上端部）に設けられたドライブプーリ２とコンベア尾部（図の下端部）に設けられたテイクアッププーリ３との間に巻き掛けられるとともに、変角ディスクプーリ４，４、変角馬の背ローラ５，５，…及びリタン変角プーリ６によりそれぞれ変角されている。そして、前記ドライブプーリ２が図示しないモータ等によリ図の反時計回り方向に回転されると、コンベアベルトＢ１がドライブプーリ２により駆動され、搬送物をベースベルト１外周の搬送面１ａ（図３参照）に載置して連続的に搬送するようになっている。
【００２６】
より詳しくは、前記コンベアベルトＢ１は、コンベア尾部においてテイクアッププーリ３と変角ディスクプーリ４との間に略水平に延びるように設けられ、該テイクアッププーリ３により図に矢印ｆで示すように張力を加えられるとともに、複数（図例では５つ）のインパクトローラ８，８，…により下側から支持されていて、上方の受入シュート９（搬送物の乗り継ぎ部）から投入された搬送物をベースベルト１の搬送面１ａで受け止めるようになっている。また、コンベアベルトＢ１は変角ディスクプーリ４の周りを上方に向かって略９０°周回し、そこから略鉛直上方に延びていて、搬送面１ａに載置した搬送物を図に矢印で示すようにコンベア頭部まで連続的に搬送する。尚、符号１０，１０，…は、垂直搬送状態のコンベアベルトＢ１の内周側を支持するように上下方向に略等間隔に配置された複数（図例では６つ）のキャリアローラを示す。
【００２７】
さらに、前記コンベア頭部において、コンベアベルトＢ１は、ベルト内周側に所定のカーブを描くように配設された複数（図例では６つ）の変角馬の背ローラ５，５，…に沿って周回し、そこからドライブプーリ２まで略水平に延びて、該ドライブプーリ２の回りを図の反時計回り方向に略１８０度周回して、折り返されている。これにより、搬送物は、コンベアベルトＢ１とともにドライブプーリ２の回りを周回しながら、該ドライブプーリ２を取り囲む排出シュート１１内に落下して、排出される。一方、そのように搬送物が落下した後のコンベアベルトＢ１は、ドライブプーリ２から変角ディスクプーリ４まで略水平に延びていて、ここで、搬送面１ａに付着している搬送物がビータクリーナ１２によってふるい落とされるようになっている。
【００２８】
最後に、コンベアベルトＢ１は、変角ディスクプーリ４の周りを図の下側に向かって略９０°周回し、複数（図例では５つ）のリタンローラ１３，１３，…により内周面を支持されながら、略鉛直下方に延びて、コンベア尾部においてリタン変角プーリ６の周りを周回した後、そこから略水平に延びて、再びテイクアッププーリ３に至る。尚、図の符号１４，１４，１４は、コンベアベルトＢ１をベルト幅方向両側から支持するサイドローラを示し、また、符号１５，１６は、それぞれベースベルト１の内周面に付着した搬送物をそぎ落とすスクレーパを示している。さらに、符号１７は、搬送面１ａに残った搬送物がコンベア戻り側で落下したときに、この搬送物が飛び散るのを防ぐためのリターン案内板を示している。
【００２９】
前記コンベアベルトＢ１は、搬送物を係止して急傾斜状態でも上方に搬送可能な桟付きのものである。詳しくは図３に示すように、ベースベルト１の外周面（図の上面）における中央の所定幅の範囲が搬送面１ａとされ、この搬送面１ａのベルト幅方向両側には、それぞれ搬送物の落下を防止するための耳桟２１，２１が、ベルト長さ方向の全周に亘って設けられている。この一対の耳桟２１，２１は、それぞれベースベルト１の外周面から略垂直に突出していて、ベースベルト５が変角ディスクプーリ４，４や変角馬の背ローラ５，５，…等に沿って周回するときに伸縮できるように、蛇腹状に形成されている。また、前記左右両側の耳桟２１，２１よりもさらに外側に、それぞれ変角ディスクプーリ４，４の外周面に当接される当接面１ｂ，１ｂが形成されていて、ベースベルト１は、該当接面１ｂ，１ｂにおいて変角ディスクプーリ４，４に巻きかけられている。
【００３０】
さらに、前記ベースベルト１の搬送面１ａ上には、両側の耳桟２１，２１の間でベルト幅方向に延びる略矩形板状の横桟２２，２２，…が設けられている。この横桟２２，２２，…は、ベルト長さ方向の全周に亘って互いに所定間隔をあけて立設されていて、それぞれ、ベースベルト１の搬送面１ａから略垂直に突出する垂直壁部と、この垂直壁部の先端からベルト進行方向前側に向かって斜めに延びる折曲部とからなる。そして、横桟２２の折曲部の傾斜角度を適切に設定することで、この横桟２２によりかなり多くの搬送物を係止して、こぼれ落ちないように保持しながら、急傾斜又は垂直搬送状態であっても上方に搬送できるようになっている。
【００３１】
一方、前記上流側のコンベアベルトＢ２（以下、供給ベルトという）は平ベルトからなり、ドライブプーリ１８と図示しないドリブンプーリとに巻掛けられていて、該両プーリ間に略水平に延びている。そして、前記ドライブプーリ１８が図示しないモータ等によリ図の反時計回り方向に回転されると、そのドライブプーリ１８により供給ベルトＢ２が駆動され、この供給ベルトＢ２上の搬送物が図の左側に向かって連続的に搬送されて、コンベア終端部から受入シュート９に投入されるようになっている。尚、図の１９は、供給ベルトＢ２から受入シュート９に向かって落下する搬送物を案内する案内板である。
【００３２】
ところで、上述の如きコンベアラインＬのレイアウトや使用条件、或いはベルトＢ１，Ｂ２の仕様等は、従来までは主に技術者の経験に頼って決定されていたので、ベルトの信頼性確保と重量やコストの低減とを両立させることが難しかった。例えば、コンベアベルトＢ１は受入シュート９における落下搬送物によって大きな衝撃力重を受けることが知られているが、この衝撃力の分布状態や局所的な最大値等は正確には分からないので、ベルトの早期破損等の不具合を避けるためには、供給ベルトＢ２の高さ位置をかなり低めに制限したり、或いはコンベアベルトＢ１の仕様を過剰に安全側に設定するといった対応をせざるを得ず、結果として、コスト高や重量増といった悪影響が大きかった。
【００３３】
特に、前記のように垂直搬送が可能な桟付コンベアベルトＢ１を用いる場合、落下搬送物による横桟２２の損傷が大きいことから、この横桟２２そのものやベースベルト１との接着部分を過剰に補強することが多く、これによるベルトの重量増が大きな問題になっていた。また、供給ベルトＢ２から落下する搬送物の分量ばらつきが大きいと、この搬送物の垂直搬送状態で一部の横桟２２，２２，…に過大な荷重がかかることになり、この横桟２２が大きく変形して、搬送物がこぼれ落ちることによって、コンベアベルトＢ１が破損する虞れもあった。
【００３４】
さらに、排出シュート１１においては、上述の如く、コンベアベルトＢ１がコンベア頭部のドライブプーリ２の回りを周回する間に、搬送物が排出シュート１１内に落下するようになっているが、横桟２２，２２，…があると、この横桟２２，２２，…に搬送物が引っかかってしまい、落下せずに残留するという不具合もあった。このような不具合は、この実施形態のように途中で折れ曲った横桟２２，２２，…を設けた場合に特に顕著になり、また、ベルトの搬送速度が大きいほど残留量の増える傾向があるので、搬送物の残留量を減らすためには、横桟２２，２２，…の折曲部の傾斜角度やベルト搬送速度の設定にも十分な注意を払う必要がある。
【００３５】
（搬送物の挙動の予測）
斯かる実状に鑑み、この実施形態では、前記コンベアラインＬの設計段階において、コンベアラインＬと搬送物とを例えば図４に示すように模擬する解析モデルを用意し、この解析モデル上で、搬送物に対応する球状粒子の状態を個別要素法（Distinct Elemennt Method）によりシミュレーションするようにした。これにより、受入シュート９を介してコンベアベルトＢ１の搬送面１ａ上に投下する搬送物の挙動や、この搬送物がコンベアベルトＢ１により垂直搬送されて、排出シュート１１にて排出されるまでの挙動を高精度に予測することができ、この予測結果に基づいてコンベアラインＬのレイアウトや使用条件等を決定することで、前記のような不具合を解消することができる。
【００３６】
すなわち、この実施形態の搬送物挙動予測装置Ａは、概略図１の理論ブロック図にも示すように、前記コンベアベルトＢ１及び供給ベルトＢ２等を模擬する解析モデルＭを備えており、その解析モデルＭにおいて、上流側の供給ベルトＢ２の搬送面上に所定の分布状態で搬送物を生成配置する搬送物生成手段３０と、該供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１の移動状態をそれぞれ記述するベルト移動状態記述手段３１とが設けられ、さらに、前記供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１上でそれぞれ搬送される搬送物の挙動を、個別要素法により逐次記述する搬送物挙動記述手段３２が設けられている。
【００３７】
詳しくは、前記解析モデルＭは、前記図４に示すように、コンベアベルトＢ１の搬送面１ａや横桟２２，２２，…及び供給ベルトＢ２の搬送面を仮想の剛体壁からなる壁面部材ｗ，ｗ，…により模擬し、また、該供給ベルトＢ２からコンベアベルトＢ１へ投下される搬送物の案内板１９等を仮想の剛体壁からなる平面部材wallで模擬するとともに、搬送物そのものは所定の弾性及び減衰特性を有する球状粒子ptclにより模擬するものである。また、前記ベルト移動状態記述手段３１は、解析モデルＭにおいて供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１をそれぞれ構成する壁面部材ｗ，ｗ，…を、ベルトレイアウトデータ等に基づいてベルト長手方向に移動させることにより、前記供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１の移動状態をそれぞれ記述するものである。
【００３８】
さらに、前記搬送物挙動記述手段３２は、解析モデルＭ上で、上流側の供給ベルトＢ２の搬送面から下流側コンベアベルトＢ１の搬送面１ａ上へ落下する搬送物の乗り継ぎ挙動を、該搬送物の少なくとも材料データ及び幾何データと、前記搬送物生成手段３０により配置された搬送物の初期分布状態と、前記ベルト移動状態記述手段３１により記述される供給ベルトＢ２の移動状態とに基づいて、個別要素法により逐次記述する。また、該搬送物挙動記述手段３２は、前記のように記述した落下搬送物の挙動と、該搬送物の少なくとも材料データ及び幾何データと、前記ベルト移動状態記述手段３１により記述されるコンベアベルトＢ１の移動状態とに基づいて、コンベアベルトＢ１が受入シュート９から排出シュート１１まで移動する間の一連の搬送物の挙動を、個別要素法により逐次記述する。
【００３９】
そして、前記搬送物挙動記述手段３２からの出力結果として、受入シュート９においてコンベアベルトＢ１上に落下する搬送物の位置及び速度データを該コンベアベルトＢ１のＦＥＭ解析の初期条件として与えるとともに、受入シュート９から排出シュート１１に至るコンベアベルトＢ１の移動状態及び搬送物挙動をそれぞれディスプレー装置（画像表示装置）に出力して、表示させるようにしている。
【００４０】
ここで、個別要素法とは、多数の粒状物が集合してなる不連続体の挙動を解析するための計算手法の一種であり、この実施形態のようなばら物搬送物の挙動を従来までの連続体近似による計算手法等と比較して高精度に求めることができるものである。
【００４１】
具体的に、粒状物の要素を球状粒子ptclとした場合について、図５に基づいて説明すると、同図（ａ）に示すように、或る時刻ｔにおいて、座標位置Ａに並進速度ｖA、回転速度ωAの球状粒子ptclが存在し、隣り合う他の球状粒子（図に仮想線で示す）と点Ｐにおいて接しているとする。この場合、まず、微小時間Δｔが経過した後の球状粒子ptclの位置Ａ′及び速度ｖA′，ωA′を求めるために、そのときに球状粒子ptclに作用している外力Ｆが微小時間Δｔの経過する間一定であると仮定し、この外力Ｆ、座標位置Ａ、並進速度ｖA、及び回転速度ωAに基づいて、球状粒子ptclの一般的な運動方程式を解くことで、移動後の座標位置Ａ′、並進速度ｖA′、及び回転速度ωA′を演算する。
【００４２】
次に、前記の運動方程式の演算を解析モデルにおける全ての球状粒子について行った後、各球状粒子の位置座標に基づいて、隣接する球状粒子同士の干渉度合いを調べる。すなわち、同図（ｂ）に示すように、隣接する球状粒子間で重なりや滑りが発生しているときには、その重なり量ｄ及び滑り量Δｓに加えて、各球状粒子の弾性や摩擦係数等の材料特性を考慮し、一般的な線形ばねモデルに基づく力・変位関係式を解いて、新たな接触点ｐ″における半径方向及び接線方向の接触力Ｆn，Ｆsをそれぞれ演算する。この力・変位関係式は、例えば接触点Ｐ″における半径方向及び接線方向のそれぞれについて、減衰のある１自由度の線形ばねモデルを仮定し、フックの法則により力と変位との関係を定めたものとすればよい。
【００４３】
次に、球状粒子ptclに対し図示しないがその周囲に隣接する全ての球状粒子からそれぞれ作用する接触力Ｆn，Ｆsの合力を求め、この合力と球状粒子ptclに作用する重力とを該球状粒子ptclの新しい運動方程式における外力Ｆとして、この新たな運動方程式を解く。すなわち、図６に模式的に示すように、前記運動方程式の演算結果に基づく球状粒子等の位置座標の更新、この更新結果に基づく力・変位関係式の演算、及びその演算結果に基づく接触力の更新、この更新された接触力に基づく新たな運動方程式の演算というように、微小時間Δｔ毎に運動方程式及び力・変位関係式を交互に解くことで、球状粒子ptclの挙動を時々刻々と正確に記述することができるのである。
【００４４】
以下、個別要素法の適用によって、移動するコンベアベルトＢ１，Ｂ２とこのコンベアベルトＢ１，Ｂ２上の搬送物の挙動とを記述するシミュレーション制御の手順について、図７〜図９に基づいて具体的に説明する。
【００４５】
（全体的な手順）
まず、シミュレーション制御の全体的な手順は図７のフローチャート図に示すようになり、このメインフローにおけるスタート後のステップＳ１において、コンベアラインＬの基本的なレイアウトや球状粒子ptclの直径（幾何データ）、それらの密度、ばね定数、減衰率及び摩擦係数（材料データ）、球状粒子ptclの個数、ベルト移動速度（使用条件）等のデータを入力する。尚、前記コンベアラインＬの基本的なレイアウトとしては、例えば、供給ベルトＢ２及び搬送用コンベアベルトＢ１の寸法及び配置、該コンベアベルトＢ１上の横桟２２の間隔、並びに該横桟２２の寸法形状等である。
【００４６】
続いて、ステップＳ２において、前記ステップＳ１で入力したレイアウトデータに基づいて、コンベアベルトＢ１及び供給ベルトＢ２の基本レイアウトを生成する。即ち、例えば図９に模式的に示すコンベアレイアウト図において、レイアウト基準点Ｐ０〜Ｐ５がそれぞれ決定されて、前記図４に示すような３次元の仮想のコンベアラインＬが構成される。この仮想のコンベアラインＬにおいて、下流側のコンベアベルトＢ１については、ベースベルト１の搬送面１ａを表す２枚の壁面部材ｗ，ｗと、横桟２２の垂直壁部及び折曲部の表裏両面をそれぞれ表す４枚の壁面部材ｗ，ｗ，…との合計６枚の仮想の壁面部材ｗを１つの構成単位とし、この構成単位を排出シュート１１付近から受入シュート９付近までベルト長手方向に連続的に配置することで、コンベアベルト全体を模擬するようにしている。また、上流側の供給ベルトＢ２については、同様にその搬送面を表す壁面部材ｗ，ｗ，…をベルト長手方向に連続的に配置して、ベルト全体を模擬するようにしている。
【００４７】
続いて、ステップＳ３では、シミュレーション制御の制御サイクルのカウント値ｉが最終値ｉendになったかどうか判定し、この判定がＹＥＳであれば制御を終了する一方、判定がＮＯならばステップＳ４に進む。このステップＳ４では、供給ベルトＢ２の搬送面上に所定数の球状粒子ptclを例えばガウス分布になるように生成配置し、続くステップＳ５において供給ベルトＢ２を移動させ（供給用コンベアベルト移動）、続くステップＳ６において、コンベアベルトＢ１を移動させる（搬送用コンベアベルト移動）。この両ベルトＢ１，Ｂ２の移動状態を記述するサブルーチンについては後述する。
【００４８】
続いて、ステップＳ７において、前記供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１の移動に伴い搬送される球状粒子ptclの挙動を、上述の如き個別要素法の適用によって演算する。すなわち、微小時間Δｔの経過する間の球状粒子ptcl及び壁面部材ｗに関する運動方程式と力・変位関係式とを解いて、球状粒子ptclの位置座標や並進速度、回転速度等を更新する。続いて、ステップＳ８では、球状粒子ptcl及び壁面部材ｗの位置座標をディスプレー装置に出力し、或いは球状粒子ptcl位置座標をＦＥＭ解析装置に出力して、続くステップＳ９において、制御サイクルのカウント値ｉをインクリメントし、しかる後に前記ステップＳ３にリターンする。
【００４９】
そうして、前記ステップＳ３からステップＳ９までの制御手順を繰り返し行うことで、球状粒子ptclが供給ベルトＢ２に搬送されて水平方向に移動し、この供給ベルトＢ２からコンベアベルトＢ１に向かって落下し、その後、該コンベアベルトＢ１のベースベルト１の搬送面１ａ上に載置されて略鉛直上方に搬送され、排出シュート１１において、コンベアベルトＢ１から離れて落下するというような、一連の球状粒子ptclの位置座標や速度を時々刻々と求めることができる。つまり、コンベアラインＬにおける搬送物に対応する球状粒子ptcl群の挙動を正確に記述することができる。
【００５０】
前記図７に示すメインフローのステップＳ４は、解析モデルＭにおいて、供給ベルトＢ２上に所定の分布状態で球状粒子ptcl（搬送物）を生成配置する搬送物生成手段３０に対応している。
【００５１】
また、ステップＳ５及びステップＳ６は、それぞれ、前記解析モデルＭにおける供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１の移動状態を、該解析モデルＭに入力されたベルトＢ１，Ｂ２の幾何データ等に基づいて、逐次記述するベルト移動状態記述手段３１に対応している。
【００５２】
さらに、ステップＳ７は、前記解析モデルＭにおいて、解析モデルＭ２に入力された球状粒子ptclの少なくとも材料データ及び幾何データと、搬送物生成手段３０により供給ベルトＢ２上に配置された球状粒子ptclの初期分布状態と、ベルト移動状態記述手段３１により記述された供給ベルトＢ２の移動状態とに基づいて、該供給ベルトＢ２からコンベアベルトＢ１上に落下する球状粒子ptclの挙動を個別要素法により逐次記述するとともに、このようにして記述された球状粒子ptcl（落下搬送物）の挙動を初期条件として、コンベアベルトＢ１により受入シュート９から排出シュート１１まで搬送される球状粒子ptclの挙動を、同様に個別要素法により記述する搬送物挙動記述手段３２に対応している。
【００５３】
加えて、前記ステップＳ９は、前記ベルト移動状態記述手段３１により記述されたコンベアベルトＢ１及び供給ベルトＢ２の移動状態と、前記搬送物挙動記述手段３２により記述された球状粒子ptclの挙動とを、それぞれ、図外のディスプレー装置に表示させる画像処理手段に対応している。
【００５４】
（ベルト移動状態の記述）
次に、前記図７に示すメインフローのステップＳ５，Ｓ６において、供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１の移動状態をそれぞれ記述するサブルーチンについて、前記図４を参照しながら、図８及び図９に基づいて詳細に説明する。尚、以下の説明においては、図４及び図９における左右方向をＸ方向、図の紙面に直交する方向をｙ方向、図の上下方向をｚ方向とも呼ぶものとする。
【００５５】
まず、図８に示すフローのスタート後のステップＴ１では、仮想の壁面部材ｗの座標位置を代表する配列変数ｗｐの先頭位置へ移動する。続いて、ステップＴ２において、該配列変数ｗｐの値が空（ｗｐ null）かどうか判別し、この判別結果がＹＥＳならば制御を終了する（ＥＮＤ）一方、判別結果がＮＯならば、ステップＴ３に進み、当該壁面部材ｗが供給ベルトＢ２及びコンベアベルトＢ１のいずれを構成するものかを表すＩＤと該壁面部材ｗの現在の座標値とを読み込む。
【００５６】
続いて、ステップＴ４では、前記ステップＴ３で読み込んだＩＤに基づいて、壁面部材ｗが供給ベルトＢ２を構成するものかどうか判定し、この判定結果がＮＯならば、図示しないが、コンベアベルトＢ１の移動状態を記述する制御手順に進む一方、判定結果がＹＥＳで供給ベルトＢ２であれば、ステップＴ５に進んで供給ベルトＢ２の移動状態の記述を開始する。すなわち、まず、前記ステップＴ３で読み込んだ座標値に基づいて、壁面部材ｗの座標値がレイアウト基準点Ｐ１よりも下側（図９における下側：以下、同様とする）にあるかどうか判定する。ここで、レイアウト基準点Ｐ１は、供給ベルトＢ２を駆動するドライブプーリ１８の回転軸心に対応する位置にあり、前記の判定結果がＹＥＳならば、ステップＴ６に進んで壁面部材ｗを消去し（壁消去）、ステップＴ２にリターンする一方、判定結果がＮＯならばステップＴ７に進む。つまり、解析モデルＭ２おいて供給ベルトＢ２のドライブプーリ１８の回転軸心よりも低い位置については、該供給ベルトＢ２は記述しない。
【００５７】
一方、ステップＴ７では、今度は壁面部材ｗの座標値が前記点Ｐ１よりも左側にあるかどうか判定し、この判定結果がＮＯならばステップＴ１１に進む一方、判定結果がＹＥＳならばステップＴ８に進んで、ｗｐのｘ方向並進速度を一旦、零とし、かつ点Ｐ１の周りを図の反時計周り方向に回転するように、一定の角速度を与える（Ｐ１を中心に回転）。そして、ステップＴ９において、前記一定の角速度に基づいて壁面部材ｗの移動量を計算し、続くステップＴ１０では、前記ステップＴ３で読み込んだ座標値とステップＴ９で計算した移動量とに基づいて、配列変数ｗｐの座標値を新しい値に更新して、しかる後にステップＴ２にリターンする。つまり、点Ｐ１よりも左側の区間（イ）では、壁面部材ｗを点Ｐ１を中心として一定の角速度で回転移動させる。これにより、供給ベルトＢ２はドライブプーリ１８の周りを回転する移動状態になる。
【００５８】
また、前記ステップＴ７において、壁面部材ｗがレイアウト基準点Ｐ１よりも右側にあると判定して進んだステップＴ１１では、ｗｐにＸ方向の一定の並進速度を与え、続くステップＴ１２において壁面部材ｗの移動量を計算する。続いて、ステップＴ１３において、前記ステップＴ３で読み込んだ座標値とステップＴ１３で計算した移動量とに基づいて、壁面部材ｗの座標値を新しい値に更新し、しかる後にステップＴ２にリターンする。つまり、点Ｐ１よりも右側の区間（ロ）では、壁面部材ｗを一定の並進速度でＸ方向に並進させて、供給ベルトＢ２を一定速度の並進移動状態とする。尚、点Ｐ０よりも右側の区間に（ハ）に壁面部材ｗが１つも無くなれば、新しい壁面部材ｗを生成する。
【００５９】
つまり、供給ベルトＢ２については、該供給ベルトＢ２の先頭位置からベルト進行方向後側に向かって順番に壁面部材ｗを配置し、この壁面部材ｗをそれぞれ進行方向前側に移動させることにより、該供給ベルトＢ２の移動状態を記述する。また、供給ベルトＢ２の先頭の壁面部材ｗがドライブプーリ１８の回転軸心に対応する基準点Ｐ１よりも低い位置まで進めば、この壁面部材ｗを消去する一方、最後尾の壁面部材ｗが生成基準点Ｐ０よりも進行方向前側に移動したときには、その後ろに新しい壁面部材ｗを生成する。尚、詳しい説明は省略するが、コンベアベルトＢ１の移動状態についても同様に壁面部材ｗ，ｗ，…を用いて記述すればよい。
【００６０】
（実施形態の作用効果）
したがって、この実施形態に係るベルト搬送物の挙動予測装置Ａを使用して、上述の如く、３次元の解析モデルＭにおいて壁面部材ｗ，ｗ，…によりコンベアベルトＢ１及び供給ベルトＢ２の移動状態を記述しながら、この壁面部材ｗ，ｗ，…の移動に伴い搬送される球状粒子ptclの挙動を個別要素法の適用によってシミュレーションすることで、それら球状粒子ptclに対応するばら物搬送物の搬送中の挙動を３次元的に正確に予測することができる。
【００６１】
これにより、例えば、受入シュート９から投下された搬送物によりコンベアベルトＢ１に作用する衝撃力をその分布状態も含めてきめ細かくかつ正確に把握することができるので、この衝撃力の分布状態を初期条件として、例えばＦＥＭ解析によりコンベアベルトＢ１の応力分布状態を求め、この解析結果に基づいて、コンベアベルトＢ１の仕様や供給ベルトＢ２の高さ位置等のレイアウト、或いは最大搬送量等の使用条件等を最適に決定することで、コンベアラインＬの信頼性確保と重量やコストの低減とを高次元で両立させることができる。しかも、前記解析モデルＭにおいてはベルトＢ１，Ｂ２だけでなく、案内板１９等も模擬されているので、コンベアベルトＢ１上への落下搬送物による衝撃力を極めて正確に求めることが可能になる。
【００６２】
また、垂直搬送中にコンベアベルトＢ１の横桟２２，２２，…からこぼれ落ちる搬送物の挙動や、排出シュート１１においてコンベアベルトＢ１の横桟２２，２２，…に引っかかって残留する搬送物の挙動も正確に把握することができるので、そのようにこぼれ落ちたり残留する搬送物の量が少なくなるよう横桟２２形状の設計を変更したり、平均の搬送量を適度に制限したり、或いは、搬送量のばらつきが小さくなるよう供給ベルトＢ２の高さや案内板１９の位置を修正するというように、コンベアレイアウトや使用条件の設定をコンベアラインＬの設置前に適切に行うことができる。
【００６３】
さらにまた、この実施形態では、前記コンベアベルトＢ１及び供給ベルトＢ２の移動状態や搬送物の挙動がディスプレー装置に表示されるので、従来まではコンベアラインＬの設置後でも直接、見ることは難しかったばら物搬送物の流れを設計技術者が視覚的に捉えることができるようになり、受入シュート９から排出シュート１１に至る搬送物の流れを直感的に把握して、設計の一部修正等の適切な対策を迅速に行うことができるという優れた設計支援効果が得られる。
【００６４】
加えて、この実施形態では、コンベアラインＬをシミュレーションする際に、コンベアベルトＢ１や供給ベルトＢ２の全体を記述することはせず、ベルト搬送面の一部や案内板等の搬送物挙動に直接的に影響する部分だけを記述するようにしているので、シミュレーション制御の計算量を減らして、計算時間を短縮することができる。
【００６５】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態では本発明のベルト搬送物挙動予測方法を桟付コンベアベルトを用いたコンベアラインＬに適用しているが、これに限らず、本発明は横桟の無いものを含めて、種々のコンベアベルトに適用することができる。
【００６６】
また、前記実施形態では、解析モデルＭとして供給ベルトＢ２を含むものを用意して、該供給ベルトＢ２からコンベアベルトＢ１に落下する搬送物の挙動も個別要素法により記述するようにしているが、これに限らず、供給ベルトＢ２についてのシミュレーションは行わずに、例えば、コンベアベルトＢ１上に落下する球状粒子ptclの空間分布と速度分布を与えるようにしてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明におけるベルト搬送物の挙動予測方法によると、コンベアベルトの搬送面を仮想の壁面部材により模擬する解析モデルを用意し、その壁面部材を移動させて、コンベアベルトの移動状態を記述しながら、搬送物の挙動を予測するようにしたので、その搬送物挙動の予測結果に基づいて、ベルトコンベア装置のレイアウトや使用条件、及びコンベアベルトの仕様等を事前に適切に設定することができる。これにより、ベルトコンベア装置の信頼性確保と重量やコストの低減とを両立できる。
【００６８】
特に、桟付コンベアベルトに適用することで、前記の如く搬送物挙動を正確に予測できることが、特に有効な効果を奏する。
【００６９】
請求項２の発明によると、複数のコンベアベルト間の搬送物の乗り継ぎ挙動を個別要素法の適用によって正確に求めることができ、これにより、本発明の効果がさらに有効なものとなる。
【００７０】
請求項３の発明におけるベルト搬送物の挙動予測装置によると、個別要素法の適用により搬送物の挙動を極めて高精度に予測することができ、また、複数のコンベアベルト間の搬送物の乗り継ぎ部で上流側コンベアベルトから下流側コンベアベルト上に落下する搬送物の挙動をきめ細かくかつ正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るベルト搬送物の挙動予測装置Ａの構成を示す理論ブロック図である。
【図２】  本発明を適用するコンベアラインの一例を示す概略構成図である。
【図３】  桟付コンベアベルトの構成を拡大して示す斜視図である。
【図４】  解析モデルにおける仮想のコンベアライン及び搬送物を示す斜視図である。
【図５】  個別要素法における要素粒子の運動を示す模式図である。
【図６】  個別要素法における演算手順の概念図である。
【図７】  搬送物の挙動予測方法の全体的な手順を示すフローチャート図である。
【図８】  供給ベルトの移動状態を記述する手順を示すフローチャート図である。
【図９】  解析モデルにおけるコンベアラインの基本的なレイアウト設定を示す模式図である。
【符号の説明】
Ａ          搬送物挙動予測装置
Ｂ１        コンベアベルト（下流側コンベアベルト）
Ｂ２        供給ベルト（上流側コンベアベルト）
Ｌ          コンベアライン（ベルトコンベア装置）
Ｍ          解析モデル
１ａ        コンベアベルトの搬送面
２２        横桟
３０        搬送物生成手段（初期条件設定手段）
３１        ベルト移動状態記述手段
３２        搬送物挙動記述手段
ptcl        球状粒子（搬送物）
ｗ          壁面部材
【図１】
0004414525.tif 000002
【図２】
0004414525.tif 000003
【図３】
0004414525.tif 000004
【図４】
0004414525.tif 000005
【図５】
0004414525.tif 000006
【図６】
0004414525.tif 000007
【図７】
0004414525.tif 000008
【図８】
0004414525.tif 000009
【図９】
0004414525.tif 000010