(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復運動する１点が往復で同一の軌跡を描かないヒステリシスを有して揺動する可動歯を支持する偏心軸を回転自在に支持する支持体と、
前記可動歯を駆動するための駆動源と、
前記支持体の部分が受ける衝撃を感知する衝撃感知センサと、
前記衝撃感知センサが感知する衝撃を電気的波形に変化する変換器と、
情報を出力する出力器とからなり、
前記情報は、前記電気的波形の振幅が設定値を越える連続時間が設定時間を越えることを含み、
前記情報にしたがって警報が発せられるが前記駆動源は停止されない
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【請求項２】
往復運動する１点が往復で同一の軌跡を描かないヒステリシスを有して揺動する可動歯を支持する偏心軸を回転自在に支持する支持体と、
前記可動歯を駆動するための駆動源と、
前記支持体の部分が受ける衝撃を感知する衝撃感知センサと、
前記衝撃感知センサが感知する衝撃を電気的波形に変化する変換器と、
情報を出力する出力器とからなり、
前記情報は、前記電気的波形の振幅が設定値を越える単位時間当たりの回数が設定回数を越えることを含み、
前記情報にしたがって警報が発せられるが前記駆動源は停止されない
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記情報は前記電気的波形のパターンを含み、
前記電気的波形のパターンを認識する認識器と、
前記電気的波形と、正常運転時及び／または異常運転時の波形パターンとを比較する比較器とからなる制御装置を備えている
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【請求項４】
請求項３において、
異常運転時の前記波形パターンは、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる持続時間が設定時間以上であること、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる単位時間当たりの回数が設定回数を越えること、及び、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる時間的間隔が設定間隔を越えることから選択される１以上のパターン要素である
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【請求項５】
請求項１から４から選択されるいずれか１項において、
前記支持体は、前記偏心軸を回転自在に支持する軸受である
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【請求項６】
請求項１から４から選択されるいずれか１項において、
前記衝撃感知センサは、加速度計が用いられている
ことを特徴とするジョークラッシャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ジョークラッシャに関し、更に詳しくは、亀裂が生じにくい材料を破砕する場合に偏心軸、軸受、フレーム、破砕対象物である原料等に作用する異常な衝撃を検出することができるジョークラッシャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原石等の原料を破砕して小石を製造するために、古くから、ジョークラッシャが用いられている。その破砕能力は、偏心軸を用いることにより高められている。このようなジョークラッシャは、最近、リサイクルのために用いられている。廃棄されるはずのアスファルト、コンクリート等は、その場で破砕され、道路、建築構造物の材料として再利用されるようになっている。
【０００３】
原料石は、それが硬いものであっても柔らかいものであっても、一定限界の応力が内部に生ずれば、必ず内部に亀裂が入り、破壊される。ジョークラッシャの偏心軸に作用する衝撃力は、一定値以下である。したがって、最大衝撃力に耐えうるように偏心軸の強度が設計されている。鉄筋コンクリートは、コンクリートのみなら破砕されるはずの内部応力によっても破砕されないことがある。破砕されるはずの材料が破砕されない場合、過度の衝撃的な荷重をうける偏心軸は、曲がり、更には、ついに折損する。このような曲がり、折損を起こすような過度の荷重が偏心軸に作用する場合にその荷重を検出することができれば、駆動モータのパワーを低下させることなどの方法によって、その折損事故を未然に防止することができる。折損事故を未然に防止するために過度の荷重を検出することができるジョークラッシャの提供が求められている。
【０００４】
ジョークラッシャの運転状態は、常時が異常状態にあるといっても過言ではない。硬い原石を破壊するジョークラッシャは、自らが破壊されるか相手を破壊するかの闘いを強いられる戦闘状態に常時置かれている。そこに発生させる衝撃力の反作用として受ける機械本体には、自己破壊を招く内部応力が発生する。自己破壊という最悪の事態を避けるために、わざわざ、自己破壊する部分が設けられている。勿論、この自己破壊部分は、破壊が安全に行われるような部分として設計されている。通常の圧力センサでは、その圧力は発散的であり、グラフの圏外に立ち上がる。従って、正常か異常かの判断が困難である。異常をベースとして、本当に異常が知られなければならい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、動作中の本当の異常を検出することができるジョークラッシャを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明１によるジョークラッシャは、往復運動する１点が往復で同一の軌跡を描かないヒステリシスを有して揺動する可動歯を支持する偏心軸を回転自在に支持する支持体と、前記可動歯を駆動するための駆動源と、前記支持体の部分が受ける衝撃を感知する衝撃感知センサと、前記衝撃感知センサが感知する衝撃を電気的波形に変化す
る変換器と、情報を出力する出力器とからなり、前記情報は前記電気的波形の振幅が設定値を越える連続時間が設定時間を越えることを含み、前記情報にしたがって警報が発せられるが前記駆動源は停止されないことを特徴とする。
【０００７】
このような解決手段は、ジョークラッシャにおいて特異である。ジョークラッシャの各部の衝撃力、内部応力、振動力は、時々刻々に変化する。温度、煙濃度が一定以上になったときに警報を発したり、応力が設定値以上になったときに運転を停止する工作機械、原子力発電所とは異なり、常時が異常時であるようなジョークラッシャの本当の異常は、そのパターンの存在であるということに本発明の本質がある。本発明は、そのパターンの存在にパターンによって本当の異常性の存在を判断する。パターンとは、変化要素の群である。本発明でいうパターンとは、電気的波形の２回以上の振れを要素とするが単振動ではない繰り返し群である。無負荷運転時には、２回以上の振れは、単振動波形として表れる。
【０００８】
本発明２のジョークラッシャは、往復運動する１点が往復で同一の軌跡を描かないヒステリシスを有して揺動する可動歯を支持する偏心軸を回転自在に支持する支持体と、前記可動歯を駆動するための駆動源と、前記支持体の部分が受ける衝撃を感知する衝撃感知センサと、前記衝撃感知センサが感知する衝撃を電気的波形に変化する変換器と、情報を出力する出力器とからなり、前記情報は、前記電気的波形の振幅が設定値を越える単位時間当たりの回数が設定回数を越えることを含み、前記情報にしたがって警報が発せられるが前記駆動源は停止されないことを特徴とする。すなわち、この情報にしたがって警報が発せられるが、警報と駆動源の停止との間に直接の関係はない。この警報に従って異常が致命的かどうかは、オペレータが判断する。この情報は、前記電気的波形の振幅が設定値を越える単位時間当たりの回数が設定回数を越えることを含む。この場合には、警報が発せられるが駆動源は停止されない。
【０００９】
本発明３のジョークラッシャは、本発明１または２において、前記情報は前記電気的波形のパターンを含み、前記電気的波形のパターンを認識する認識器と、前記電気的波形と、正常運転時及び／または異常運転時の波形パターンとを比較する比較器とからなる制御装置を備えていることを特徴とする。
本発明４のジョークラッシャは、本発明３において、異常運転時の前記波形パターンは、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる持続時間が設定時間以上であること、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる単位時間当たりの回数が設定回数を越えること、及び、前記電気的波形の振幅が設定幅以上になる時間的間隔が設定間隔を越えることから選択される１以上のパターン要素であることを特徴とする。時間的間隔が長引くことは、機械が停止寸前の異常事態に陥っていることを意味する。
【００１０】
本発明５のジョークラッシャは、本発明１〜４において、前記支持体は、前記偏心軸を回転自在に支持する軸受であることを特徴とする。
ジョークラッシャは、往復運動する１点が往復で同一の軌跡を描かないヒステリシスを有して揺動する。
本発明６のジョークラッシャは、本発明１〜４において、前記衝撃感知センサとして加速度計が用いられていることを特徴とする。
すなわち、揺動する可動歯を支持する偏心軸を回転自在に支持する支持体に設ける衝撃センサとしては加速度計であることが好ましい。
【００１１】
支持体は、その偏心軸を回転自在に支持する軸受であることが好ましい。可動歯の下部領域の１点の軌跡は、長楕円状のヒステリシスを有し、往復運動の往運動と複運動とは一致していないのが普通である。逆回転が可能であることが好ましい。
【００１２】
フライホイールが結合している偏心軸には、破砕作用が円滑に行われない時に、過度な衝撃力が作用する。このような衝撃力は、可動歯、偏心軸を介して軸受に作用する。偏心軸の中心線は、その偏心回転により、通常、大きい曲率半径を持つ円弧で近似される曲線である。このような偏心軸心線の円運動により、軸受は周期的な加速度を有している。その加速度の強度は、破砕が全く行われていない場合は、サインカーブで表現できる。破砕が始まると、より複雑な加速度が現れ、鋭く立ち上がる多くの波として現れる。
【００１３】
破砕が円滑に行われず過度な荷重が偏心軸に作用すると、加速度スペクトルの値（例えば電圧値）は一定以上の値になる。可動部の変位量から加速度を計算して出力する加速度計は、遅延してその値を出力する。異常なショックが軸受に働く場合には、その遅延時間はきわめて短い。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によるジョークラッシャは、真の異常を確実に検出することができる。ジョークラッシャの耐久性が向上して、工事現場等での工期の遅延を防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるジョークラッシャの一般形を示している。支持体である本体１は、３次元的に構造化された鉄製枠組、鋼板組等によって頑丈に製作されている。本体１は、自走式台車（図示せず）上に搭載されることがある。本体１には、軸受２が固定されている。
【００１６】
軸受２に、動力回転軸３が回転自在に支持されている。本体１には、駆動源としての電動機が取りつけられている。その電動機の出力軸は、動力回転軸３に結合されている。偏心軸４が、動力回転軸３に一体的に固定されている。動力回転軸３と偏心軸４とは、それらの軸心線が平行である。揺動体５が、偏心軸４に回転自在に又は揺動自在に支持されている。
【００１７】
揺動体５は、その上方部分が偏心軸４に支持されている。揺動体５の下方部分と本体１との間にトッグルプレート６が介設されている。トッグルプレート６の一端は、プレート受け７に揺動可能に支持され、その他端は揺動体５の一部に揺動可能に支持されている。トッグルプレート６は、偏心軸４の軸心線の方向に延びる長方形状の板である。
【００１８】
トッグルプレート６と揺動体５との接触点領域は、揺動体５上で可変であることが好ましい。トッグルプレート６とプレート受け７との接触点領域も、可変であることが好ましい。この可変性は、後述するように、揺動体５の下端点領域のヒステリシス運動軌跡を変更することができる。揺動体５の前端面に可動歯８が、固着されている。
【００１９】
シングルトッグル・タイプであるジョークラッシャの固定歯９は、本体１に固定されている。固定歯９は、偏心軸４の軸心線の方向に延びる長方形状の板である。可動歯８と固定歯９との間に、断面がＶ字状の破砕空間が形成されている。可動歯８と固定歯９には、それらの対向面側に、縦方向に延びる凸状で帯状の歯が形成されている。動力回転軸３には、大きいフライホイール１０が取りつけられている。
【００２０】
図２は、油圧系・機械系・電気系のブロックダイアグラムを示している。電動機１１の出力軸は、動力回転軸３に結合されている。但し、その軸は減速機又は増速機を有していることが好ましい。動力回転軸３を支持する軸受２は、本体１の一部を形成している。
【００２１】
軸受２又は軸受２を支持するフレームに、衝撃感知手段として加速度計２１が固定されている。加速度計２１は、その本体であるケーシング２２と可動部材２３とから構成されている。可動部材２３は、ある意味で空中に浮いている。加速度計の種類によって、可動部材２３の空中浮揚の仕方は、色々である。例えば、バネで支持されているもの、磁石で浮いているもの、回転しているものなどのタイプのものが知られている。加速度計は、一般的に周知であり、圧電型のもの、歪みゲージ計など各種のものが知られ、加速度によりもたらされる圧力、電圧、電流、電歪、電磁力などが測定される。加速度計２１は、衝撃感知手段としても用いることができる。
【００２２】
ケーシング２２と可動部材２３とは、相対的に変位可能であり、両者が同体で動くことは両者が特別な共振関係にない限りありえない。加速度計２１は、ケーシング２２に固定されたコイル２４を備えたものとして例示的に図２に示されている。コイル２４は、ケーシング２２に同体になるように固定されている。可動部材２３とコイル２４との相対的運動が、コイル２４に生じる電流の電圧を誘起する。ケーシング２２が運動するとそれに相対的に可動部材２３に運動が生じる。
【００２３】
その運動の加速度が、コイルの起電力として現れる。このように誘起される起電力の検出値は、きわめて正確であることが知られている。加速度計２１は、出力端子線２５を有している。出力端子線２５は、電動機１１と警報器２６とモニター用のオッシログラフ２７に接続している。出力端子線２５には、電圧が現れる。
【００２４】
一般の歪み計、衝撃感知手段は、２点間の相対的微小変位を検出するものであり、ジョークラッシャにこのようなものを用いるとそれ自体が破壊される恐れがある。加速度計は、その２点の１点が原理的に空中に浮いているので、その本体を測定対象物体に貼り付けるだけでよく、感度を自在に調整できるものが市販され容易に入手することができる。
【００２５】
図３は、可動歯８の特定点即ち可動歯８の下端点又はそれに近い点Ｒの運動軌跡を示している。運動点Ｒは、既に公開ずみの特許明細書により数学的に厳密に解析されているように、複雑な形状の閉じた曲線上を運動する。通常の設計では、見た目には、長楕円形状である。ある特許明細書には、弦月状であると述べられている。
【００２６】
このような形状は、トッグルプレート６の両端の座標、動力回転軸３の中心の座標、偏心軸４の偏心率、動力回転軸３の中心と点Ｒとの間の距離のパラメータにより決定される。運動軌跡は、一般に、上側死点Ｐと下側死点Ｑとを有している。死点近傍で、点Ｒの速度は極端に遅くなる。動点Ｒが上側死点Ｐの近傍にある時に、原材料が急激に増大する内部応力によって破壊されるのであろうと推定されている。
【００２７】
電動機１１の回転方向が逆転して、点Ｒの回転方向の逆転が可能である。このような逆転により、点Ｒの回転方向は、破砕対象物が硬質であるか軟質であるかによって変更される。軟質物は例えばアスファルトであり、硬質物は例えばコンクリートであり、更には、鉄筋コンクリート、鉄塊を含むコンクリート、裸の鉄塊である。
【００２８】
鉄筋コンクリート中の鉄塊は、アスファルト又はコンクリートとは異なり、破砕作用を受けることが困難である。１体のコンクリートは内部応力によって、２体又は３体程度の多体に自己分裂する。鉄塊は、このような多体分裂が困難であり、両歯８，９の間に挟まって、可動歯８の運動に強力な抵抗を示す。このような抵抗力は、図３に示す上側死点の近傍にある点Ｒは、これが実線矢で示す回転方向に回転している場合、固定歯９の歯面に直交するように向かう際に、極端に増大する。下側死点の近傍にある点Ｒは、これが点線矢で示す回転方向に回転している場合、固定歯９の歯面に直交するように向かう際に、極端に増大する。可動歯８が空転している時に加速度計２１が出力する波形は、図４に示すように、概ねサインカーブであるが、強力な抵抗が可動歯８の運動に生じると、図６に示すような異常な波形Ｗ１を示す。
【００２９】
アスファルトを破砕している間は、最大出力電圧Ｖが安全ラインＬを越えないが、コンクリート破砕の場合は、安全ラインＬを越え、針が振り切れる電気的波形Ｗ１が生じる。
【００３０】
安全ラインＬは、電圧Ｖ１で示されている。安全ラインを越える出力波形が生じても、その異常持続時間が規定時間ｔを越えなければ、機械系の異常とはみなさず正常であると判断する。安全ラインを越える出力波形の振動数が増大すると、軸受２に過度の衝撃力が繰り返して現れる。軸受２に作用するこのような衝撃力は、フライホイールの動力が集中したものとして現れる。安全ラインＬを越える波形の持続時間が設定時間ｔを越え、且つ、その時間中の振動数が設定数を越える場合には、警報器２６から警報が発せられる。
【００３１】
警報が発せられたからといって、電動機１３を直ちに停止させる必要はなく、両歯８，９の間の破砕空間への材料の供給を中断すればよい。警報が長引くような場合には、電動機１３を停止する。警報を発する条件は、異常電圧出力の継続時間、異常電圧出力の一定時間内の回数（例えば、振動数・設定時間）等である。このような異常検出は、固定歯９に固定される加速度計によっても可能である。固定歯９と本体１との間に歪み計を介設して両歯間に発生する抵抗力を測定することは、異常かどうかの判断の参考になる。停止を必要とするパターンを記憶させておくことはより好ましい。例えば、図６に示す波形Ｗ１の持続時間が時間間隔ｔを越えるような場合には、電動機を停止することが必要である。
【００３２】
点Ｒの運動のヒステリシスは、破砕力を極端に増大させるために与えられている。このようなヒステリシスがあるために、機械系に極端な衝撃力が発生する。衝撃力の検出だけでなく、歪み計により大きい抵抗力を測定することは、抵抗力値を実測できる点で意義がある。測定手段を機械系に取り付ける限り、測定手段がその測定系と同体に運動するから、その衝撃力の発生の検出は、加速度計でなければ困難である。
【００３３】
なお、過度の負荷が両歯間で発生する場合の保護として、ジョークラッシャでは、一般的に、トッグルプレートが破壊されるように設計されている。本発明によれば、破壊はされないが大きい負荷の発生回数をできるだけ少なくして、その耐久性を高めることができる。
【００３４】
ジョークラッシャに特有な異常運転に対する対策を講じる手段として、図７に示す制御系が付加される。サイリスタモータであるかご形電動機１１が用いられる場合について、その制御系が表されている。サイリスタモータに代えて、ベクトルモータ（登録商標）を用いることがより好ましい。電源は、電流計、サイリスタ群制御器を介して電動機１１に接続されている。電動機１１は、回転計発電機による回転数を帰還させる回転数設定装置を含む回転数制御機構により定常的運転が行われている。中央制御装置３１には、電流計回路から電流値又はそれに対応する電圧が入力される。遮断器による回路の切断は、警報器に従って人の判断により手動入力により行われるが、中央制御装置自身の判断により遮断器を開くことも行われる。警報器を制御する中央制御装置には、その判断の資料となる電気信号が加速度計から入力される。
【００３５】
図８は、中央制御装置３１の内部構造を示している。その内部構造は、加速度計２１から入力される電気的波形（電圧波形）のパターンを認識するパターン認識器３２を備えている。中央制御装置３１には、前もって各種のパターンを記憶しているパターンメモリ３３が内蔵されている。パターン認識器３２が認識したパターンとパターンメモリに記憶されているパターンの全てとが比較器３４に比較され、一致・不一致が判断される。記憶されているパターンには、正常パターンと異常パターンがある。異常パターンと正常パターンは、運転試験により人が仕分けして、異常パターンメモリと正常パターンメモリにそれぞれに記憶される。検出パターンが異常パターンに一致するか、全ての正常パターンに一致しない場合には、警報器が動作する。警報の継続時間が一定以上になれば、コントローラ３５が遮断器を動作させる。
【００３６】
異常パターンは、下記パターン要素の内から選択される１又は２以上のパターン要素からなる組である。記：電気的波形の振幅が設定幅以上になる持続時間が設定時間以上であること、電気的波形の振幅が設定幅以上になる単位時間当たりの回数が設定回数を越えること、電気的波形の振幅が設定幅以上になる時間的間隔が設定間隔を越えること。
【００３７】
図６に示すような振り切れる波形Ｗ１が一定時間以上継続したり、このような波形Ｗ１がある時間間隔で繰り返し生じたり、その時間間隔が長すぎたりすることは、異常の兆候を示すパターンである。破砕瞬間とその前後には、波形Ｗ１が現れる。この波形Ｗ１は、ジョークラッシャでは正常な波形である。このような波形Ｗ１を検出しようとすると、逆に正常なサインカーブの波形を検出できなくなる。したがって、ある一定の振幅設定値より大きいものを波形Ｗ１として扱うことが現実的である。このような設定値を複数設定し、設定値の繰り返し変更により時分割により、正常時パターン、異常時パターンを検出することは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ジョークラッシャを示す正面図である。
【図２】図２は、油圧系・機械系の関係を示すブロック図である。
【図３】図３は、運動のヒステリシスを示す幾何学図である。
【図４】図４は、定常な波形を示すグラフである。
【図５】図５は、異常な波形を示すグラフである。
【図６】図６は、波形の他の例を示すグラフである。
【図７】図７は、制御系の回路ブロック図である。
【図８】図８は、制御装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１…本体（支持体）
２…軸受（支持体）
３…動力回転軸
４…偏心回転軸
５…揺動体
６…トッグルプレート
８…可動歯
９…固定歯（支持体）
１１…油圧モータ
１２…油圧回路
１３…電動機
２１…加速度計
２２…ケーシング
２３…可動部材
２４…コイル
２５…出力端子線
２６…警報器
２７…オッシログラフ
３１…制御装置
３２…パターン認識器
３３…パターンメモリ
３４…比較器
【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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【図８】
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