JP2016028877A - Method for obtaining rotor load generating in kneading rotor of kneader, rotor load calculation device, and kneader - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム、プラスチックなどの被混練材料を混練する混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法に関する。 The present invention relates to a method for determining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader for kneading materials to be kneaded such as rubber and plastic.
混練機の混練ロータには、被混練材料の混練中に周期的な加振力が発生する。加振力が大きくなると、その加振力による振動が混練ロータの軸受部を介して混練機全体に伝わり、混練機に悪影響を及ぼす。また、混練ロータに作用する荷重が大きいと、それを支える軸受が損傷することがある。そのため、混練機運転中の混練ロータに発生するロータ荷重を把握することが望まれる。 A periodic vibration force is generated in the kneading rotor of the kneader during kneading of the material to be kneaded. When the excitation force increases, the vibration due to the excitation force is transmitted to the entire kneading machine via the bearing portion of the kneading rotor, and adversely affects the kneading machine. Also, if the load acting on the kneading rotor is large, the bearings that support it may be damaged. Therefore, it is desired to grasp the rotor load generated in the kneading rotor during operation of the kneader.
混練ロータに発生するロータ荷重を把握する方法としては、例えば、特許文献１に記載の方法がある。 As a method of grasping the rotor load generated in the kneading rotor, for example, there is a method described in Patent Document 1.
特許文献１には、圧力センサまたは歪ゲージを軸受に取り付け、２本のロール間の間隙を押し広げようとする応力を、圧力センサまたは歪ゲージで測定するという方法が記載されている。しかしながら、混練機の混練ロータには、２本のロール間の間隙を押し広げようとする方向の応力だけでなく、この方向に対する直角方向や、斜め方向などの様々なラジアル方向の応力（ロールに対するラジアル方向の応力）が発生する。特許文献１に記載の方法では、これらの様々なラジアル方向の応力を測定することができない。 Patent Document 1 describes a method in which a pressure sensor or a strain gauge is attached to a bearing and a stress that attempts to widen a gap between two rolls is measured by the pressure sensor or the strain gauge. However, the kneading rotor of the kneading machine is not limited to stress in a direction in which the gap between the two rolls is to be expanded, but also various radial stresses (relative to the roll) such as a direction perpendicular to this direction and an oblique direction. Radial stress) occurs. The method described in Patent Document 1 cannot measure these various radial stresses.
様々なラジアル方向の応力を測定することができる器具としては、例えば、特許文献２に記載の多分力ロードセルという器具がある。この多分力ロードセルによると、様々なラジアル方向の応力を測定することができる。そのため、この多分力ロードセルと、公知の軸受とを組み合わせれば、混練ロータに発生する様々なラジアル方向のロータ荷重を把握することができると考えられる。 As an instrument that can measure various radial stresses, for example, there is an instrument called a multi-component load cell described in Patent Document 2. According to this multi-component load cell, various radial stresses can be measured. Therefore, it is considered that various radial load of the rotor generated in the kneading rotor can be grasped by combining this multi-component load cell and a known bearing.
しかしながら、一般に軸同士の間隔が狭い２軸の混練ロータを有する２軸式混練機においては、特許文献２に記載のような多分力ロードセルを取り付けるスペースをその軸受部まわりに確保することは困難である。また、１軸の混練ロータを有する１軸式混練機においては、多分力ロードセルを取り付けるスペースは確保し得るものの、多分力ロードセルにより混練ロータの軸受部が肥大化してしまう。 However, in a biaxial kneading machine having a biaxial kneading rotor in which the distance between the shafts is generally narrow, it is difficult to secure a space for mounting a multi-component load cell as described in Patent Document 2 around the bearing portion. is there. Further, in a single-shaft kneader having a single-shaft kneading rotor, a space for attaching a multi-component load cell can be secured, but the multi-component load cell enlarges the bearing portion of the kneading rotor.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、多分力ロードセルというような器具を用いなくても、混練機負荷運転中における混練ロータに発生する様々なラジアル方向のロータ荷重を把握することができる方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide various radial rotors generated in the kneading rotor during the kneading machine load operation without using a tool such as a multi-purpose load cell. It is to provide a method capable of grasping the load.
本発明は、混練室の両側において軸受で支持された、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法である。この方法は、前記混練ロータのうちの前記軸受よりも軸端部側の露出部分の、または前記混練ロータの軸端に取り付けた計測用部材の、混練機負荷運転中におけるラジアル方向の変形量を測定する測定工程と、前記混練ロータのうちの前記軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとした前記ラジアル方向の等価荷重と、前記変形量との関係式に、前記測定工程にて測定された前記変形量の値を代入して当該２箇所における前記等価荷重を算出する算出工程と、を備えることを特徴とする。算出した前記等価荷重を前記ロータ荷重とみなす。なお、上記変形量とは、変位量、傾きといった変形量のことである。 The present invention is a method for determining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader supported by bearings on both sides of a kneading chamber. In this method, the amount of deformation in the radial direction of the measuring member attached to the shaft end of the kneading rotor or the shaft end of the kneading rotor or the shaft end of the kneading rotor during the kneading machine load operation is reduced. In the measurement step, a relational expression between the radial load equivalent to the measurement step to be measured and any two places sandwiched between the bearings of the kneading rotor and the amount of deformation is added to the measurement step. And a calculation step of calculating the equivalent load at the two locations by substituting the value of the deformation amount measured in this way. The calculated equivalent load is regarded as the rotor load. The deformation amount is a deformation amount such as a displacement amount and an inclination.
本発明によれば、多分力ロードセルというような器具を用いなくても、混練機負荷運転中における混練ロータに発生する様々なラジアル方向のロータ荷重を把握することができる。 According to the present invention, it is possible to grasp various radial rotor loads generated in the kneading rotor during the kneader load operation without using an instrument such as a multi-purpose load cell.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
（混練機の構成）
まず、図１Ａ、および図１Ｂを参照しつつ、ロータ荷重の測定対象である混練機の一例を説明する。図１Ａ、および図１Ｂに示すように、混練機１００は、左右一対の混練ロータ１を有する２軸式の混練機である。２本の混練ロータ１のうちの一方の混練ロータ１は、ギアカップリング６を介して電動モータ７に接続されている。他方の混練ロータ１は、上記一方の混練ロータ１にギア（不図示）を介して接続されている。２本の混練ロータ１は、互いに逆方向に回転するようにされている。
(Configuration of kneader)
First, an example of a kneader that is a measurement target of a rotor load will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the kneader 100 is a biaxial kneader having a pair of left and right kneading rotors 1. One of the two kneading rotors 1 is connected to an electric motor 7 via a gear coupling 6. The other kneading rotor 1 is connected to the one kneading rotor 1 via a gear (not shown). The two kneading rotors 1 are rotated in opposite directions.
２本の混練ロータ１は、互いに平行に配置された状態でケーシング２の中に収容されている。ケーシング２はバレルと呼ばれることもある。図１Ａに示す混練ロータ１の外周面には、ギアカップリング６に接続される側から順に、第一送り部１０、第一混練部１１、第二送り部１２、第二混練部２５、および排出部９が形成されている。送り部であるか、混練部であるか、排出部であるかは、混練ロータ１の外周面に形成されたロータ翼の形状、傾きなどにより決まる。なお、送り部であるか、混練部であるか、排出部であるかが明確に区別されないロータ翼部を有する混練ロータもある。 The two kneading rotors 1 are accommodated in the casing 2 in a state of being arranged in parallel to each other. The casing 2 is sometimes called a barrel. On the outer peripheral surface of the kneading rotor 1 shown in FIG. 1A, in order from the side connected to the gear coupling 6, a first feeding unit 10, a first kneading unit 11, a second feeding unit 12, a second kneading unit 25, and A discharge portion 9 is formed. Whether it is a feed unit, a kneading unit, or a discharge unit is determined by the shape, inclination, and the like of the rotor blades formed on the outer peripheral surface of the kneading rotor 1. There is also a kneading rotor having a rotor blade that is not clearly distinguished as a feed unit, a kneading unit, or a discharge unit.
ケーシング２と混練ロータ１の第一送り部１０との間の空間、およびケーシング２と第二送り部１２との間の空間は、送り室Ｒ１である。ケーシング２と混練ロータ１の第一混練部１１との間の空間、およびケーシング２と第二混練部２５との間の空間は、混練室Ｒ２である。また、ケーシング２と混練ロータ１の排出部９との間の空間は排出室Ｒ３である。混練室Ｒ２は密閉された空間とされる。ケーシング２の上部に取り付けられたホッパ８から投入された被混練材料５０は、送り室Ｒ１、混練室Ｒ２、送り室Ｒ１、混練室Ｒ２、の順で送られ、溶融した混練物となって排出室Ｒ３から出される。ホッパ８の直下の送り室Ｒ１は、被混練材料５０を上流側の混練室Ｒ２へ送るための室である。上流側および下流側の混練室Ｒ２は、混練ロータ１の混練部１１、２５から強力な剪断力を被混練材料５０に加えることで被混練材料５０を溶融、混練するための室である。上流側の混練室Ｒ２の下流側の送り室Ｒ１は、被混練材料５０を下流側の混練室Ｒ２へ送るための室である。被混練材料５０が溶融、混練されてなる混練物は、排出室Ｒ３から排出される。 A space between the casing 2 and the first feed portion 10 of the kneading rotor 1 and a space between the casing 2 and the second feed portion 12 are a feed chamber R1. A space between the casing 2 and the first kneading portion 11 of the kneading rotor 1 and a space between the casing 2 and the second kneading portion 25 are a kneading chamber R2. A space between the casing 2 and the discharge portion 9 of the kneading rotor 1 is a discharge chamber R3. The kneading chamber R2 is a sealed space. The material to be kneaded 50 fed from the hopper 8 attached to the upper part of the casing 2 is fed in the order of the feed chamber R1, the kneading chamber R2, the feed chamber R1, the kneading chamber R2, and discharged as a melted kneaded material. Exit from room R3. The feed chamber R1 directly below the hopper 8 is a chamber for sending the material to be kneaded 50 to the kneading chamber R2 on the upstream side. The kneading chambers R2 on the upstream side and the downstream side are chambers for melting and kneading the material to be kneaded 50 by applying a strong shearing force to the material 50 to be kneaded from the kneading portions 11 and 25 of the kneading rotor 1. The downstream feed chamber R1 of the upstream kneading chamber R2 is a chamber for sending the material to be kneaded 50 to the downstream kneading chamber R2. The kneaded material obtained by melting and kneading the material to be kneaded 50 is discharged from the discharge chamber R3.
混練機１００の運転中（被混練材料５０の混練運転中）、混練ロータ１の第一混練部１１および第二混練部２５には、ラジアル方向（ロータ軸に対して直交する方向）の荷重（ロータ荷重）が発生する。また、混練ロータ１の排出部９には、混練部１１、２５に発生するラジアル方向の荷重の大きさほどでないにしても、ラジアル方向の荷重が同様に発生する。排出部９に形成されたロータ翼により、溶融した混練物が下方（ロータ軸に対する直交方向）に押し出されるため、混練ロータ１の排出部９にはラジアル方向の荷重が発生する。 During the operation of the kneading machine 100 (during the kneading operation of the material to be kneaded 50), the first kneading part 11 and the second kneading part 25 of the kneading rotor 1 are loaded in the radial direction (direction perpendicular to the rotor axis) ( (Rotor load) occurs. Further, a radial load is similarly generated in the discharge portion 9 of the kneading rotor 1 if it is not as large as the radial load generated in the kneading portions 11 and 25. Since the melted kneaded material is pushed downward (perpendicular to the rotor axis) by the rotor blades formed in the discharge unit 9, a radial load is generated in the discharge unit 9 of the kneading rotor 1.
混練ロータ１は、３つの軸受３，４，５で回転自由に支持されている。送り室Ｒ１、混練室Ｒ２、および排出室Ｒ３を間に挟むようにして、ホッパ８に近い側の送り室Ｒ１の上流側に、所定の間隔をあけて軸受４、５が配置され、排出室Ｒ３の下流側に軸受３が配置されている。混練ロータ１は、このような形態で、軸受３と、軸受４，５とで少なくとも混練室Ｒ２の両側において回転自由に両持ち支持されている。 The kneading rotor 1 is rotatably supported by three bearings 3, 4, and 5. Bearings 4 and 5 are arranged at predetermined intervals on the upstream side of the feed chamber R1 close to the hopper 8 so that the feed chamber R1, the kneading chamber R2 and the discharge chamber R3 are sandwiched therebetween. A bearing 3 is disposed on the downstream side. In such a form, the kneading rotor 1 is supported by both the bearing 3 and the bearings 4 and 5 so as to freely rotate at least on both sides of the kneading chamber R2.
なお、ここで例示したのは２軸式の混練機であるが、１本の混練ロータを有する１軸式の混練機にも、本発明に係る混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法を適用することができる。 The example illustrated here is a two-shaft kneader, but the rotor load generated in the kneading rotor of the kneader according to the present invention is also obtained for a single-shaft kneader having one kneading rotor. The method can be applied.
（混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法）
<測定原理>
被混練材料５０の混練により発生するロータ荷重（ラジアル方向の荷重）は、主に、混練ロータ１の両端部の軸受により支持される。このロータ荷重によって軸受は変形する。このとき、軸受に作用するラジアル方向の荷重をＦｂ、軸受のばね剛性をＫｂ、軸受のラジアル方向の変形量をＸｂとすると、次の（式１）からＦｂを算出することができる。
Ｆｂ＝Ｋｂ×Ｘｂ ・・・（式１）
軸受のばね剛性Ｋｂがわかっていれば、軸受のラジアル方向の変形量Ｘｂを測定などにより求めることで、軸受に作用するラジアル方向の荷重Ｆｂを算出することができる。Ｆｂが求まれば、混練ロータ１のうちの軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとしたラジアル方向の等価荷重として、混練ロータ１に発生するロータ荷重を求めることができる。以下、説明する。
(Method for obtaining the rotor load generated in the kneading rotor)
<Measurement principle>
A rotor load (a radial load) generated by kneading the material to be kneaded 50 is mainly supported by bearings at both ends of the kneading rotor 1. The bearing is deformed by this rotor load. At this time, assuming that the radial load acting on the bearing is Fb, the bearing spring stiffness is Kb, and the radial deformation amount of the bearing is Xb, Fb can be calculated from the following (Equation 1).
Fb = Kb × Xb (Formula 1)
If the spring stiffness Kb of the bearing is known, the radial load Fb acting on the bearing can be calculated by obtaining the radial deformation Xb of the bearing by measurement or the like. If Fb is obtained, the rotor load generated in the kneading rotor 1 can be obtained as a radial equivalent load that is applied to any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor 1. This will be described below.
混練ロータ１のうちの軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとしたラジアル方向の等価荷重をＦ１、Ｆ２とする。これらＦ１、Ｆ２の配置例を図２に示す。図２中の上側に示す混練ロータ１は、図１Ａに示す混練ロータ１である。混練ロータ１では、第二混練部２５の中央に等価荷重Ｆ１を配置し、第一混練部１１の中央に等価荷重Ｆ２を配置している。なお、図２に示す各部品において、図１Ａに示す各部品と同じものについては同じ符号を付している（他の図についても同様）。Ｆｂ１は、軸受３に作用するラジアル方向の荷重であり、Ｆｂ２は、軸受４に作用するラジアル方向の荷重である。 F1 and F2 are radial equivalent loads assumed to act on any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor 1. An arrangement example of these F1 and F2 is shown in FIG. The kneading rotor 1 shown on the upper side in FIG. 2 is the kneading rotor 1 shown in FIG. 1A. In the kneading rotor 1, the equivalent load F <b> 1 is disposed at the center of the second kneading portion 25, and the equivalent load F <b> 2 is disposed at the center of the first kneading portion 11. In addition, in each part shown in FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as each part shown to FIG. 1A (it is the same also about another figure). Fb 1 is a radial load acting on the bearing 3, and Fb 2 is a radial load acting on the bearing 4.
図２中の真ん中に示す混練ロータ２１は、第一送り部２２、混練部２３、および第二送り部２４をこの順に有する混練ロータである。混練ロータ２１では、混練部２３の両端部に等価荷重Ｆ１、Ｆ２を配置している。 A kneading rotor 21 shown in the middle of FIG. 2 is a kneading rotor having a first feeding part 22, a kneading part 23, and a second feeding part 24 in this order. In the kneading rotor 21, equivalent loads F <b> 1 and F <b> 2 are arranged at both ends of the kneading portion 23.
図２中の下側に示す混練ロータ３１は、第一送り部３２、混練部３３、第二送り部３４、および排出部３５をこの順に有する混練ロータである。混練ロータ３１では、排出部３５の中央に等価荷重Ｆ１を配置し、混練部３３の中央に等価荷重Ｆ２を配置している。 A kneading rotor 31 shown on the lower side in FIG. 2 is a kneading rotor having a first feeding part 32, a kneading part 33, a second feeding part 34, and a discharge part 35 in this order. In the kneading rotor 31, the equivalent load F <b> 1 is arranged at the center of the discharge part 35, and the equivalent load F <b> 2 is arranged at the center of the kneading part 33.
このように、本発明では、混練ロータのうちの軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとしたラジアル方向の等価荷重として、混練ロータに発生するロータ荷重を求めている。 Thus, in this invention, the rotor load which generate | occur | produces in a kneading rotor is calculated | required as an equivalent load of the radial direction assumed to act on arbitrary two places pinched | interposed between the bearings of the kneading rotors.
図３に示したように、混練ロータ１のうちの軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとしたラジアル方向の等価荷重Ｆ１、Ｆ２の軸受３からの距離を、それぞれ、ｌ１、ｌ２とし、軸受３と軸受４との間の距離をｌとしたとする。この場合、次の（式２）が成立する。
Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆｂ１＋Ｆｂ２、Ｆ１×ｌ１＋Ｆ２×ｌ２＝Ｆｂ２×ｌ ・・・（式２）
As shown in FIG. 3, the radial equivalent loads F1 and F2 that are supposed to act on two arbitrary positions sandwiched between the bearings of the kneading rotor 1 are respectively expressed as l1, It is assumed that the distance between the bearing 3 and the bearing 4 is l. In this case, the following (Formula 2) is established.
F1 + F2 = Fb1 + Fb2, F1 × l1 + F2 × l2 = Fb2 × l (Expression 2)
（式２）を解くと、次の（式３）となり、この（式３）から等価荷重Ｆ１，Ｆ２を算出することができる。
Ｆ１＝（ｌ２×Ｆｂ１＋（ｌ２−ｌ）×Ｆｂ２）／（ｌ２−ｌ１）
Ｆ２＝（ｌ１×Ｆｂ１＋（ｌ１−ｌ）×Ｆｂ２）／（ｌ２−ｌ１） ・・・（式３）
なお、等価荷重Ｆ１，Ｆ２とは、軸受３，４に作用するラジアル方向の荷重Ｆｂ１，Ｆｂ２と釣り合い、且つ、荷重Ｆｂ１，Ｆｂ２により生じるモーメントとも釣り合う様に想定された、混練によりロータ軸（混練ロータ１）に作用すると考えられるラジアル方向の荷重のことをいう。
When (Expression 2) is solved, the following (Expression 3) is obtained, and the equivalent loads F1 and F2 can be calculated from (Expression 3).
F1 = (l2 × Fb1 + (l2−l) × Fb2) / (l2−l1)
F2 = (l1 × Fb1 + (l1−l) × Fb2) / (l2−l1) (Formula 3)
The equivalent loads F1 and F2 are balanced with the radial loads Fb1 and Fb2 acting on the bearings 3 and 4, and are also assumed to be balanced with the moment generated by the loads Fb1 and Fb2. A radial load that is considered to act on the rotor 1).
<軸受の変形量の求め方>
ここで、軸受３，４に作用するラジアル方向の荷重Ｆｂ１，Ｆｂ２は、それぞれの軸受３，４のばね剛性Ｋｂ１，Ｋｂ２がわかっていれば、軸受３，４のラジアル方向の変形量Ｘｂ１，Ｘｂ２を測定などにより求めることで、（式１）より算出することができる。しかしながら、軸受３，４のラジアル方向の変形量Ｘｂ１，Ｘｂ２を求めることは容易ではない。図１Ａからわかるように、軸受３，４はケーシング２の中に収容されているため、軸受３，４まわりのケーシング２を外したりしてその変形量を測定しなければならないからである。
<How to determine the amount of bearing deformation>
Here, the radial loads Fb1 and Fb2 acting on the bearings 3 and 4 are the deformation amounts Xb1 and Xb2 in the radial direction of the bearings 3 and 4 if the spring stiffnesses Kb1 and Kb2 of the respective bearings 3 and 4 are known. Can be calculated from (Equation 1). However, it is not easy to obtain the radial deformation amounts Xb1 and Xb2 of the bearings 3 and 4. As can be seen from FIG. 1A, the bearings 3 and 4 are accommodated in the casing 2, and therefore, the deformation amount must be measured by removing the casing 2 around the bearings 3 and 4.
そのため、混練ロータ１のうちの軸受３，４よりも軸端部側の露出部分であって、且つ軸受近傍のロータ軸部の変位量および傾きを測定することで、間接的に、軸受３，４の変形量Ｘｂ１，Ｘｂ２を求める。混練ロータ１のうちの軸受３と軸受４との間の部分には露出部分が無い。そのため、変位量などの測定箇所を、混練ロータ１のうちの軸受３，４よりも軸端部側としている。以下、説明する。 Therefore, by measuring the displacement amount and the inclination of the rotor shaft portion that is the exposed portion on the shaft end side of the bearings 3 and 4 in the kneading rotor 1 and in the vicinity of the bearing, the bearings 3 and 3 are indirectly measured. 4 deformation amounts Xb1, Xb2. There is no exposed portion in the portion of the kneading rotor 1 between the bearing 3 and the bearing 4. For this reason, the measurement location such as the amount of displacement is set on the shaft end side of the bearings 3 and 4 in the kneading rotor 1. This will be described below.
混練ロータ１は細長い構造であるため、図４に示したように、混練により発生するラジアル荷重により混練ロータ１には曲げが生じる。そこで、変位量に加えて傾きを測定することで、その測定点近傍に位置する軸受３，４の変形量Ｘｂ１，Ｘｂ２を、ロータ軸部の変位量および傾きの測定結果から計算により求める。 Since the kneading rotor 1 has an elongated structure, the kneading rotor 1 is bent by a radial load generated by kneading as shown in FIG. Therefore, by measuring the inclination in addition to the displacement amount, the deformation amounts Xb1 and Xb2 of the bearings 3 and 4 positioned in the vicinity of the measurement point are obtained by calculation from the displacement amount and inclination measurement results of the rotor shaft portion.
軸受３の変形量Ｘｂ１の求め方を図５を参照しつつ説明する。図５に示したように、軸受３から距離ｌ離れたロータ軸部の測定点において、混練ロータ１のラジアル方向の変位量Ｘと、ロータ軸心方向に対する傾きθ（傾き変位）とを測定する。その測定結果から、（式４）により、軸受３の変形量Ｘｂ１を算出する。
Ｘｂ１＝Ｘ＋ｌ×θ ・・・（式４）
このように、混練ロータ１のラジアル方向の変位量Ｘと傾きθの測定を行えば、軸受３の変形量Ｘｂ１を求めることができる。なお、軸受４，５についても同じ方法で、それぞれの変形量を求めることができる。変位量Ｘを測定する計器として変位計１４を図５中に示している。変位計１４としては、渦電流式変位計、レーザ式変位計などの非接触式変位計を挙げることができる。傾きθを測定する計器（傾斜センサ）の図示は省略している。
A method of obtaining the deformation amount Xb1 of the bearing 3 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, at the measurement point of the rotor shaft portion separated from the bearing 3 by the distance l, the radial displacement amount X of the kneading rotor 1 and the tilt θ (tilt displacement) with respect to the rotor shaft center direction are measured. . From the measurement result, the deformation amount Xb1 of the bearing 3 is calculated by (Equation 4).
Xb1 = X + 1 × θ (Expression 4)
Thus, if the displacement amount X and the inclination θ of the kneading rotor 1 in the radial direction are measured, the deformation amount Xb1 of the bearing 3 can be obtained. The deformation amounts of the bearings 4 and 5 can be obtained by the same method. A displacement meter 14 is shown in FIG. 5 as an instrument for measuring the displacement amount X. Examples of the displacement meter 14 include non-contact displacement meters such as an eddy current displacement meter and a laser displacement meter. The illustration of the instrument (tilt sensor) for measuring the tilt θ is omitted.
<等価荷重の求め方１>
軸受３，４の変形量Ｘｂ１，Ｘｂ２がわかれば、（式１）および（式３）より等価荷重Ｆ１、Ｆ２を算出することができる。
<How to find the equivalent load 1>
If the deformation amounts Xb1 and Xb2 of the bearings 3 and 4 are known, the equivalent loads F1 and F2 can be calculated from (Expression 1) and (Expression 3).
<等価荷重の求め方２>
ここで、混練ロータ１および軸受３，４，５の大部分はケーシング２で覆われているので、変位計１４の取付が容易でないことがある。そのため、測定箇所を減らすことが望まれる。軸受近傍のロータ軸部（混練ロータ１）の変位量、および傾きという２つのパラメータを用いる等価荷重Ｆ１，Ｆ２の算出方法では、軸受３，４近傍の両方のロータ軸部（混練ロータ１）の変位量、および傾きをそれぞれ求めることを行わずとも、いずれか一方の変位量、および傾きを求めることで、等価荷重Ｆ１，Ｆ２を算出することができる。以下、説明する。
<How to find the equivalent load 2>
Here, since most of the kneading rotor 1 and the bearings 3, 4, 5 are covered with the casing 2, the displacement meter 14 may not be easily attached. Therefore, it is desired to reduce the number of measurement points. In the calculation method of the equivalent loads F1 and F2 using the two parameters of the displacement amount and the inclination of the rotor shaft portion (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearing, both rotor shaft portions (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearings 3 and 4 are used. The equivalent loads F1 and F2 can be calculated by obtaining either one of the displacement amount and the inclination without obtaining the displacement amount and the inclination, respectively. This will be described below.
等価荷重Ｆ１，Ｆ２によって、混練ロータ１のうちの軸受よりも軸端部側での軸受近傍のロータ軸部の変位量Ｘおよび傾きθは一意に決まる。それぞれの値は、次の（式５）のとおり、等価荷重Ｆ１，Ｆ２の一次結合で表される。α１、α２、β１、β２は、等価荷重Ｆ１，Ｆ２の位置、軸受のばね剛性、および混練ロータの曲げ剛性で定まる定数である。
Ｘ＝α１×Ｆ１＋α２×Ｆ２
θ＝β１×Ｆ１＋β２×Ｆ２ ・・・（式５）
By the equivalent loads F1 and F2, the displacement amount X and the inclination θ of the rotor shaft near the bearing on the shaft end side with respect to the bearing of the kneading rotor 1 are uniquely determined. Each value is expressed by a linear combination of the equivalent loads F1 and F2 as in the following (Formula 5). α1, α2, β1, and β2 are constants determined by the positions of the equivalent loads F1 and F2, the spring stiffness of the bearing, and the bending stiffness of the kneading rotor.
X = α1 × F1 + α2 × F2
θ = β1 × F1 + β2 × F2 (Formula 5)
（式５）を変形すると（式６）になる。１箇所の変位量Ｘおよび傾きθを求めることで等価荷重Ｆ１，Ｆ２の算出が（式６）より可能となる。軸受の変形と、混練ロータの曲げ変形とが同時に発生すること、および、軸受および混練ロータの両方の変形を考慮することで等価荷重Ｆ１，Ｆ２を（式６）より算出することができる。
<等価荷重の求め方３>
前記した等価荷重Ｆ１，Ｆ２の２種類の求め方は、いずれも、軸受近傍のロータ軸部（混練ロータ１）の変位量、および傾き（混練機負荷運転中における水平方向に対するロータ軸部（混練ロータ１）の傾き）から等価荷重を算出する方法である。これに対して、軸受近傍のロータ軸部（混練ロータ１）における軸方向で隣り合う２つの位置の変位量Ｘ１，Ｘ２から、等価荷重Ｆ１，Ｆ２を算出することもできる。図６を参照しつつ説明する。
<How to find the equivalent load 3>
The two methods for obtaining the equivalent loads F1 and F2 described above are the displacement amount and inclination of the rotor shaft portion (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearing and the rotor shaft portion (kneading in the horizontal direction during kneader loading operation). This is a method for calculating an equivalent load from the inclination of the rotor 1). On the other hand, the equivalent loads F1 and F2 can also be calculated from the displacement amounts X1 and X2 at two positions adjacent in the axial direction in the rotor shaft portion (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearing. This will be described with reference to FIG.
図６に示したように、軸受３から距離ｌ２離れた箇所のロータ軸部（混練ロータ１）のラジアル方向の変位量Ｘ２を変位計１４にて測定する。また、変位計１４による測定箇所から距離ｌ１離れた箇所のロータ軸部（混練ロータ１）のラジアル方向の変位量Ｘ１を変位計１５にて測定する。なお、変位計１４からその測定点に延びる仮想線（変位計１４を基端とする測定方向に延びる仮想線）と、変位計１５からその測定点に延びる仮想線（変位計１５を基端とする測定方向に延びる仮想線）とが含まれる仮想の面は、軸受近傍のロータ軸部（混練ロータ１）の軸中心線を含む面となる。 As shown in FIG. 6, the displacement amount X <b> 2 in the radial direction of the rotor shaft portion (kneading rotor 1) at a distance 12 from the bearing 3 is measured by the displacement meter 14. Further, a displacement amount X1 in the radial direction of the rotor shaft portion (kneading rotor 1) at a distance l1 from the measurement position by the displacement gauge 14 is measured by the displacement gauge 15. A virtual line extending from the displacement meter 14 to the measurement point (virtual line extending in the measurement direction with the displacement meter 14 as the base end) and a virtual line extending from the displacement meter 15 to the measurement point (the displacement meter 15 as the base end) The virtual surface including the virtual line extending in the measurement direction is a surface including the axial center line of the rotor shaft portion (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearing.
軸受３の変形量Ｘｂ１を示す前記した（式４）中のＸ、およびθは、Ｘ１とＸ２との１次結合の式（７）でそれぞれ表すことができる。
Ｘ＝Ｘ２
θ＝１／ｌ１（Ｘ２−Ｘ１） ・・・（式７）
X and θ in the above-described (Expression 4) indicating the deformation amount Xb1 of the bearing 3 can be expressed by Expression (7) of the primary coupling between X1 and X2, respectively.
X = X2
θ = 1 / l1 (X2−X1) (Expression 7)
（式７）のＸ、θを（式６）に代入すると、次の（式８）が得られる。
（式８）に示すように、軸受近傍のロータ軸部（混練ロータ１）における軸方向で隣り合う２つの位置の変位量Ｘ１，Ｘ２と、等価荷重Ｆ１，Ｆ２とは変換行列Ｄで直接的に関係付けられる。すなわち、等価荷重Ｆ１，Ｆ２を上記変位量Ｘ１，Ｘ２から（式８）より算出することができる。なお、等価荷重Ｆ１，Ｆ２と変位量Ｘ１，Ｘ２とを関連付ける変換行列Ｄは、等価荷重Ｆ１，Ｆ２の位置、軸受のばね剛性、および混練ロータの曲げ剛性から算出する。また、図１Ａに示す混練ロータ１のような、２つの軸受ではなく、３つの軸受３，４，５で支持された混練ロータ１においても変換行列Ｄを算出することができる。さらには、４つ以上の軸受で支持された混練ロータにおいても変換行列Ｄを算出することは可能である。 As shown in (Expression 8), the displacement amounts X1 and X2 at two positions adjacent in the axial direction in the rotor shaft portion (kneading rotor 1) in the vicinity of the bearing and the equivalent loads F1 and F2 are directly expressed by a transformation matrix D. Related to. That is, the equivalent loads F1 and F2 can be calculated from the displacement amounts X1 and X2 according to (Equation 8). The transformation matrix D that associates the equivalent loads F1, F2 with the displacement amounts X1, X2 is calculated from the positions of the equivalent loads F1, F2, the spring stiffness of the bearing, and the bending stiffness of the kneading rotor. Further, the transformation matrix D can be calculated not only in the two bearings as in the kneading rotor 1 shown in FIG. 1A but also in the kneading rotor 1 supported by the three bearings 3, 4, and 5. Furthermore, it is possible to calculate the conversion matrix D even in a kneading rotor supported by four or more bearings.
<キャリブレーション>
ここで、軸受のばね剛性が不明であったり、混練ロータの曲げ剛性が不明であったりした場合は、以下に記載の内容を行うことで、（式８）中の変換行列Ｄを求める。
<Calibration>
Here, when the spring stiffness of the bearing is unknown or the bending stiffness of the kneading rotor is unknown, the conversion matrix D in (Equation 8) is obtained by performing the contents described below.
等価荷重Ｆ１，Ｆ２の位置に既知の荷重を与え、そのときの変位量を求める。この変位量は、変位計１４，１５による測定箇所と同じ位置の変位量のことである。理論上は、等価荷重Ｆ１，Ｆ２を想定した１組の既知の荷重を混練ロータ１に与え、そのときの変位量を求めることを、一次独立（比例関係でない関係）の関係にある既知の荷重で２回行うことで、変換行列Ｄを算出することができる。なお、１組の既知の荷重を与え、そのときの変位量を求めることの回数を増やせば、その分、精度の良い変換行列Ｄを算出することができる。 A known load is applied to the positions of the equivalent loads F1, F2, and the displacement amount at that time is obtained. This displacement amount is the displacement amount at the same position as the position measured by the displacement gauges 14 and 15. Theoretically, a set of known loads assuming the equivalent loads F1 and F2 is applied to the kneading rotor 1, and the amount of displacement at that time is obtained by a known load that is in a primary independent (non-proportional relationship) relationship. The conversion matrix D can be calculated by performing twice. If a set of known loads is applied and the number of times of obtaining the amount of displacement at that time is increased, the conversion matrix D with higher accuracy can be calculated accordingly.
<ロータ荷重を求めるための具体的な手順>
図７Ａから図８を参照しつつ、混練ロータ３１（図２に示したもの）に発生するロータ荷重を求めるための具体的な手順を一例として説明する。
<Specific procedure for obtaining rotor load>
A specific procedure for obtaining the rotor load generated in the kneading rotor 31 (shown in FIG. 2) will be described as an example with reference to FIGS. 7A to 8.
図７Ａに示す混練機１０１は、図１Ａに示す混練機１００と比較して、混練ロータの構成が違うのみで、その他の構成は混練機１００と同じ混練機である。この混練機１０１は、混練ロータ３１の電動モータ７とは反対側の軸端にターゲット部材１３（計測用部材）を取り付けたものである。ターゲット部材１３は、円筒形状とされており、混練ロータ３１と同軸となるようにその軸端に取り付けられている。ターゲット部材１３は、軸受３に近い位置に取り付けられている。 The kneader 101 shown in FIG. 7A is the same as the kneader 100 except for the configuration of the kneading rotor as compared with the kneader 100 shown in FIG. 1A. The kneading machine 101 has a target member 13 (measuring member) attached to the shaft end of the kneading rotor 31 opposite to the electric motor 7. The target member 13 has a cylindrical shape and is attached to the shaft end so as to be coaxial with the kneading rotor 31. The target member 13 is attached at a position close to the bearing 3.
ターゲット部材１３の軸方向で隣り合う２つの位置のラジアル方向の変位量をそれぞれ測定する変位計１４，１５が、治具１６に取り付けられている。治具１６は、ケーシング２のうちの軸受３に近い位置に取り付けられている。このように、治具１６は、ケーシング２などの機械フレームに固定される必要がある。混練運転中にケーシング２が動いたとしても、ケーシング２に治具１６を固定することで、変位計１４，１５もケーシング２とともに動き、相対変位を測定することができるためである。ケーシング２のうちの軸受３に近い位置に治具１６を取り付けるのは、ケーシング２の変形の影響を小さくするためである。変位計１４と変位計１５との間の距離は長いほうが好ましい。変位計１４と変位計１５との間の距離が長いほうが等価荷重（＝ロータ荷重）をより正確に算出することができるからである。変位計１４，１５は、治具１６を介して、ケーシング２（機械フレーム）のうちの軸受３に近い位置に取り付けられる。 Displacement meters 14 and 15 for measuring the radial displacement amounts of two positions adjacent to each other in the axial direction of the target member 13 are attached to the jig 16. The jig 16 is attached to a position near the bearing 3 in the casing 2. Thus, the jig 16 needs to be fixed to a machine frame such as the casing 2. This is because even if the casing 2 moves during the kneading operation, by fixing the jig 16 to the casing 2, the displacement gauges 14 and 15 also move together with the casing 2 and relative displacement can be measured. The reason why the jig 16 is attached at a position near the bearing 3 in the casing 2 is to reduce the influence of deformation of the casing 2. The distance between the displacement meter 14 and the displacement meter 15 is preferably longer. This is because the equivalent load (= rotor load) can be calculated more accurately when the distance between the displacement meter 14 and the displacement meter 15 is longer. The displacement meters 14 and 15 are attached to a position near the bearing 3 in the casing 2 (machine frame) via the jig 16.
変位計１４，１５は、ターゲット部材１３のラジアル方向のうちの鉛直方向の変位量を測定するものである。これに対して、ターゲット部材１３のラジアル方向のうちの水平方向の変位量を測定する変位計１７，２０も、ターゲット部材１３の軸方向に所定の間隔をあけて、治具１８に取り付けられている。治具１８は、治具１６と同じく、ケーシング２のうちの軸受３に近い位置に取り付けられる。 The displacement meters 14 and 15 measure the amount of vertical displacement of the target member 13 in the radial direction. On the other hand, the displacement meters 17 and 20 that measure the amount of displacement in the horizontal direction of the radial direction of the target member 13 are also attached to the jig 18 at a predetermined interval in the axial direction of the target member 13. Yes. Similar to the jig 16, the jig 18 is attached to a position in the casing 2 close to the bearing 3.
変位計１４，１５，１７，２０と、治具１６，１８とで、混練機運転中におけるラジアル方向の変位量を測定する測定装置を構成する。 The displacement meters 14, 15, 17, and 20 and the jigs 16 and 18 constitute a measuring device that measures the radial displacement amount during operation of the kneader.
また、混練機１０１は、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（図２の混練ロータ３１を参照）を算出する演算装置１９を備えている。演算装置１９は、混練ロータ３１のうちの軸受３，４同士の間に挟まれた任意の２箇所（本実施形態では、混練部１１および排出部９）に作用するとしたラジアル方向の等価荷重Ｆ１，Ｆ２と、変位計１４，１５にてそれぞれ測定された変位量Ｘ１，Ｘ２との関係式（式（８））から、当該２箇所における等価荷重Ｆ１，Ｆ２を算出する。これにより算出される等価荷重Ｆ１，Ｆ２は、鉛直方向のラジアル方向の等価荷重である。なお、演算装置１９は、水平方向のラジアル方向の変位量を測定する変位計１７，２０にてそれぞれ測定された変位量Ｘ１，Ｘ２からも、上記と同様にして、水平方向のラジアル方向の等価荷重を算出する。 Further, the kneading machine 101 includes an arithmetic unit 19 that calculates equivalent loads F1 and F2 (see the kneading rotor 31 in FIG. 2). The arithmetic unit 19 is equivalent to a radial equivalent load F1 that acts on any two places (in this embodiment, the kneading part 11 and the discharge part 9) sandwiched between the bearings 3 and 4 of the kneading rotor 31. , F2 and the relational expressions (formula (8)) between the displacement amounts X1, X2 respectively measured by the displacement meters 14, 15, the equivalent loads F1, F2 at the two locations are calculated. The equivalent loads F1 and F2 calculated thereby are equivalent loads in the vertical radial direction. The arithmetic unit 19 also calculates the equivalent of the radial direction in the horizontal direction in the same manner as described above from the displacement amounts X1 and X2 respectively measured by the displacement meters 17 and 20 that measure the displacement amount in the radial direction in the horizontal direction. Calculate the load.
変位計１４，１５，１７，２０と、治具１６，１８とで構成される測定装置と、演算装置１９とで、混練ロータ１に発生するロータ荷重を求めるロータ荷重演算装置を構成する。 The measuring device composed of the displacement gauges 14, 15, 17, 20 and the jigs 16, 18 and the computing device 19 constitute a rotor load computing device that calculates the rotor load generated in the kneading rotor 1.
図８を参照しつつ、混練ロータ３１に発生するロータ荷重を求めるための各ステップを、順を追って説明する。 Each step for obtaining the rotor load generated in the kneading rotor 31 will be described step by step with reference to FIG.
まず、変位計１４，１５，１７，２０を図７Ａに示したように混練機に取り付ける（ステップ１（Ｓ１と記載、他のステップも同様））。ここで、変位計１４，１５は、ターゲット部材１３のラジアル方向のうちの鉛直方向の変位量を測定するものである。変位計１７，２０は、ターゲット部材１３のラジアル方向のうちの水平方向の変位量を測定するものである。ターゲット部材１３のラジアル方向のうちの右斜め４５°や、左斜め４５°の変位量を測定する変位計を混練機に取り付ければ、ラジアル方向のうちのこれら斜め４５°方向の等価荷重（＝ロータ荷重）も求めることができる。なお、ラジアル方向とは、ロータ軸（混練ロータ３１）に対して直交する方向のことである。 First, the displacement gauges 14, 15, 17, and 20 are attached to the kneader as shown in FIG. 7A (step 1 (denoted as S1, the same applies to other steps)). Here, the displacement gauges 14 and 15 measure the amount of displacement in the vertical direction of the radial direction of the target member 13. The displacement meters 17 and 20 measure the amount of horizontal displacement of the target member 13 in the radial direction. If a displacement meter that measures the amount of displacement of 45 ° to the right of the target member 13 in the radial direction or 45 ° to the left of the target member 13 is attached to the kneader, the equivalent load (= rotor) in these 45 ° of the radial direction. Load) can also be obtained. The radial direction is a direction orthogonal to the rotor shaft (kneading rotor 31).
混練機１０１の無負荷運転を開始する（Ｓ２）。そして、回転するターゲット部材１３のラジアル方向のうちの各位相（本実施形態では、鉛直方向および水平方向）でのターゲット部材１３の変位量を測定する（Ｓ３）。この場合、ターゲット部材１３の変位量は、基本的には、混練機１０１の無負荷運転を開始する前の（混練ロータ３１およびターゲット部材１３が静止した状態での）ターゲット部材１３の位置を基準位置とする。なお、後述するステップ５（Ｓ５）での測定基準位置と同じであれば、混練機１０１の無負荷運転を開始する前のターゲット部材１３の位置を基準位置とする必要は必ずしもない。Ｓ３での測定基準位置と、Ｓ５での測定基準位置とを合わせておけばよいのである。 The no-load operation of the kneader 101 is started (S2). Then, the displacement amount of the target member 13 in each phase (in the present embodiment, the vertical direction and the horizontal direction) in the radial direction of the rotating target member 13 is measured (S3). In this case, the amount of displacement of the target member 13 is basically based on the position of the target member 13 (in a state where the kneading rotor 31 and the target member 13 are stationary) before starting the no-load operation of the kneading machine 101. Position. In addition, if it is the same as the measurement reference position in step 5 (S5) described later, the position of the target member 13 before starting the no-load operation of the kneader 101 is not necessarily set as the reference position. It is only necessary to match the measurement reference position in S3 with the measurement reference position in S5.
無負荷運転でのターゲット部材１３の変位量を測定するのは、混練ロータ３１自体の振れ回りの影響を排除するためである。変位計１４，１５による鉛直方向の変位量の測定と、変位計１７，２０による水平方向の変位量の測定とは、同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい（Ｓ５においても同様）。混練ロータ３１自体の振れ回りの影響が非常に小さい場合は、この無負荷運転での変位量の測定を省略してもよい。無負荷運転での変位量の測定を省略する場合は、混練機１０１の無負荷運転を開始する前の（混練ロータ３１およびターゲット部材１３が静止した状態での）ターゲット部材１３の位置を基準位置として、後述するステップ５（Ｓ５）を行う。 The reason why the amount of displacement of the target member 13 in the no-load operation is measured is to eliminate the influence of the whirling of the kneading rotor 31 itself. The measurement of the displacement amount in the vertical direction by the displacement meters 14 and 15 and the measurement of the displacement amount in the horizontal direction by the displacement meters 17 and 20 may be performed simultaneously or separately (the same applies to S5). . When the influence of the swinging of the kneading rotor 31 itself is very small, the measurement of the displacement amount in the no-load operation may be omitted. When the measurement of the displacement amount in the no-load operation is omitted, the position of the target member 13 (with the kneading rotor 31 and the target member 13 stationary) before starting the no-load operation of the kneader 101 is the reference position. Step 5 (S5) described later is performed.
次に、被混練材料５０を混練機１０１に投入しての負荷運転を開始する（Ｓ４）。そして、この混練機１０１の負荷運転中、混練ロータ軸３１は回転しているが、混練ロータ軸３１の各位相（０°〜３６０°）におけるラジアル方向（本実施形態では鉛直方向および水平方向）でのターゲット部材１３の変位量を測定する（Ｓ５（測定工程））。 Next, the load operation is started by putting the material to be kneaded 50 into the kneader 101 (S4). During the load operation of the kneading machine 101, the kneading rotor shaft 31 is rotating, but the radial direction (vertical direction and horizontal direction in this embodiment) in each phase (0 ° to 360 °) of the kneading rotor shaft 31. The amount of displacement of the target member 13 is measured (S5 (measuring step)).
無負荷運転および負荷運転での変位量の測定データは、演算装置１９に入る。演算装置１９は、負荷運転時の変位量と、無負荷運転時の変位量との差を、混練ロータ軸３１の各位相毎に算出する（Ｓ６）。各位相における負荷運転時の変位量と無負荷運転時の変位量との差が、前記した（式８）中の変位量Ｘ１，Ｘ２であり、この（式８）より演算装置１９にて、混練ロータ軸３１の各位相におけるラジアル方向の等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出する（Ｓ７（算出工程））。 The measurement data of the displacement amount in the no-load operation and the load operation enters the arithmetic unit 19. The computing device 19 calculates the difference between the displacement amount during the load operation and the displacement amount during the no-load operation for each phase of the kneading rotor shaft 31 (S6). The difference between the displacement amount during the load operation and the displacement amount during the no-load operation in each phase is the displacement amounts X1 and X2 in the above (Equation 8). The radial equivalent loads F1, F2 (= rotor load) at each phase of the kneading rotor shaft 31 are calculated (S7 (calculation step)).
上記した実施形態では、混練ロータ１の軸端に取り付けたターゲット部材１３のラジアル方向の変位量を測定しているが、混練ロータ１に露出部分がある場合には、その露出部分のラジアル方向の変位量を測定してもよい。例えば、図９中の上側に示すように、電動モータ７とは反対側の（混練ロータ３１の排出部３５側の）混練ロータ１の軸端部が露出していれば、その部分のラジアル方向の変位量を変位計１４，１５で測定してもよい。また、図９中の下側に示すように、電動モータ７側の混練ロータ３１の軸端部が露出していれば、その部分のラジアル方向の変位量を変位計１４，１５で測定してもよい。ギアカップリング６は、曲げモーメントを伝達せず、トルクのみを伝達するため、駆動部（電動モータ７）側端部でも、排出部３５側端部と同様に、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することができる。 In the above-described embodiment, the radial displacement amount of the target member 13 attached to the shaft end of the kneading rotor 1 is measured. If the kneading rotor 1 has an exposed portion, the exposed portion in the radial direction is measured. The amount of displacement may be measured. For example, as shown on the upper side in FIG. 9, if the shaft end portion of the kneading rotor 1 opposite to the electric motor 7 (on the discharge portion 35 side of the kneading rotor 31) is exposed, the radial direction of that portion is exposed. The displacement amount may be measured by the displacement meters 14 and 15. As shown in the lower side of FIG. 9, if the shaft end of the kneading rotor 31 on the electric motor 7 side is exposed, the amount of radial displacement of that portion is measured by the displacement meters 14 and 15. Also good. Since the gear coupling 6 transmits only the torque without transmitting the bending moment, the equivalent loads F1 and F2 (= rotor) are also transmitted at the drive unit (electric motor 7) side end portion, similarly to the discharge unit 35 side end portion. Load) can be calculated.
さらには、混練ロータ３１のうちの軸受４と軸受５との間の部分が露出していれば、その軸受４と軸受５との間の部分の軸受近傍位置のラジアル方向の変位量を変位計１４，１５で測定してもよい。 Further, if the portion of the kneading rotor 31 between the bearing 4 and the bearing 5 is exposed, the displacement amount in the radial direction at the position in the vicinity of the bearing of the portion between the bearing 4 and the bearing 5 is measured. You may measure by 14 and 15.
<キャリブレーションの具体的な手法>
軸受のばね剛性が不明であったり、混練ロータの曲げ剛性が不明であったりした場合の、（式８）中の変換行列Ｄを求める具体的な方法を、図１０から図１２を参照しつつ説明する。
<Specific calibration method>
A specific method for obtaining the transformation matrix D in (Equation 8) when the spring stiffness of the bearing is unknown or the bending stiffness of the kneading rotor is unknown is described with reference to FIGS. explain.
<実測値に基づいて行うキャリブレーション方法>
図１０は、校正実験のフローチャートである。混練機１００のケーシングを取り外す（ステップ１（Ｓ１と記載、他のステップも同様））。その後、図１１に示すように、荷重評価位置Ｅ１にジャッキ５０を設置する（Ｓ２）とともに、変位計１４，１５を混練機に取り付ける（Ｓ３）。なお、この変位計１４，１５を取り付ける位置は、混練機負荷運転時の取付位置と同じであり、混練機負荷運転時に測定する位置および位相と同じ位置および位相のロータ軸（混練ロータ３１）のラジアル方向の変位量の測定を行う。
<Calibration method based on actual measurement values>
FIG. 10 is a flowchart of the calibration experiment. The casing of the kneader 100 is removed (step 1 (denoted as S1, the same applies to other steps)). Thereafter, as shown in FIG. 11, the jack 50 is installed at the load evaluation position E1 (S2), and the displacement gauges 14 and 15 are attached to the kneader (S3). The positions at which the displacement gauges 14 and 15 are attached are the same as the attachment positions during the kneader load operation, and the rotor shaft (kneading rotor 31) of the same position and phase as the positions and phases measured during the kneader load operation. Measure the radial displacement.
ジャッキ５０により荷重評価位置Ｅ１に荷重をかけて、ロータ軸（混練ロータ３１）のラジアル方向の変位量の測定を行う。測定は、少なくとも１回行えばよい（Ｓ４）。なお、ジャッキ５０で混練ロータ３１に荷重を付加する前の位置を変位量測定の基準位置とし、この基準位置からの変位量を、ロータ軸（混練ロータ３１）のラジアル方向の変位量とする。 A load is applied to the load evaluation position E1 by the jack 50, and the amount of displacement in the radial direction of the rotor shaft (kneading rotor 31) is measured. The measurement may be performed at least once (S4). The position before the load is applied to the kneading rotor 31 with the jack 50 is used as a reference position for measuring the displacement, and the displacement from this reference position is used as the radial displacement of the rotor shaft (kneading rotor 31).
このロータ軸（混練ロータ１）のラジアル方向の変位量の測定を、ロータ軸（混練ロータ３１）を４５°ずつ回転させて、それぞれの位相で行う（Ｓ５）。３６０°（１周）測定が終わったら、荷重評価位置Ｅ１のジャッキ５０を取り外す（Ｓ６）。そして、荷重評価位置Ｅ２にジャッキ５０を設置する（Ｓ７） The radial displacement of the rotor shaft (kneading rotor 1) is measured at each phase by rotating the rotor shaft (kneading rotor 31) by 45 ° (S5). When the 360 ° (one turn) measurement is finished, the jack 50 at the load evaluation position E1 is removed (S6). And the jack 50 is installed in the load evaluation position E2 (S7).
ジャッキ５０により荷重評価位置Ｅ２に荷重をかけて、ロータ軸（混練ロータ３１）のラジアル方向の変位量の測定を行う。測定は、少なくとも１回行えばよい（Ｓ８）。なお、ジャッキ５０で混練ロータ３１に荷重を付加する前の位置を変位量測定の基準位置とし、この基準位置からの変位量を、ロータ軸（混練ロータ３１）のラジアル方向の変位量とする。 A load is applied to the load evaluation position E2 by the jack 50, and the displacement in the radial direction of the rotor shaft (kneading rotor 31) is measured. The measurement may be performed at least once (S8). The position before the load is applied to the kneading rotor 31 with the jack 50 is used as a reference position for measuring the displacement, and the displacement from this reference position is used as the radial displacement of the rotor shaft (kneading rotor 31).
このロータ軸（混練ロータ１）のラジアル方向の変位量の測定を、ロータ軸（混練ロータ３１）を４５°ずつ回転させて、それぞれの位相で行う（Ｓ９）。３６０°（１周）測定が終わったら、荷重評価位置Ｅ１および荷重評価位置Ｅ２での測定結果から、（式８）中の変換行列Ｄを算出する（Ｓ１０）。 The radial displacement of the rotor shaft (kneading rotor 1) is measured at each phase by rotating the rotor shaft (kneading rotor 31) by 45 ° (S9). When the 360 ° (one round) measurement is completed, the transformation matrix D in (Equation 8) is calculated from the measurement results at the load evaluation position E1 and the load evaluation position E2 (S10).
また、前記した例では、荷重評価位置Ｅ１と荷重評価位置Ｅ２とに別々に荷重をかけたが、荷重評価位置Ｅ１と荷重評価位置Ｅ２とに同時に荷重をかけてもよい。ただし、荷重評価位置Ｅ１にかける荷重と、荷重評価位置Ｅ２にかける荷重との組み合わせは、少なくとも２種の荷重の組み合わせで計測を行なう必要があり、かつ、２種の荷重の組み合わせは、相互に一次独立（比例関係でない関係）の関係にあるものである必要がある（後述する、有限要素法を用いて行うキャリブレーション方法においても同様）。 In the example described above, loads are separately applied to the load evaluation position E1 and the load evaluation position E2, but a load may be applied simultaneously to the load evaluation position E1 and the load evaluation position E2. However, the combination of the load applied to the load evaluation position E1 and the load applied to the load evaluation position E2 needs to be measured by a combination of at least two types of loads, and the combination of the two types of loads is mutually It must be in a primary independent (non-proportional relationship) relationship (the same applies to a calibration method using a finite element method, which will be described later).
<有限要素法を用いて行うキャリブレーション方法>
図１２は、有限要素法を用いた変換行列Ｄ（変換行列係数）の算出工程を示すフローチャートである。以下の各ステップは、コンピュータにて行う。混練ロータ３１および軸受３，４のＦＥＭ解析用のモデル化を行う（ステップ１（Ｓ１と記載、他のステップも同様））。ＦＥＭ解析モデルの混練ロータ３１の荷重評価位置Ｅ１（図１１参照）に荷重をかけ（Ｓ２）、混練ロータ３１の軸端部の変位量および傾きをＦＥＭ解析にて求める（Ｓ３）。その後、荷重評価位置Ｅ２（図１１参照）に荷重をかけ（Ｓ４）、混練ロータ３１の軸端部の変位量および傾きをＦＥＭ解析にて求める（Ｓ５）。ＦＥＭ解析結果から、（式８）中の変換行列Ｄを算出する（Ｓ６）。なお、荷重評価位置Ｅ１にかける荷重と、荷重評価位置Ｅ２にかける荷重との組み合わせは、少なくとも２種の荷重の組み合わせで解析を行なう必要があり、かつ、２種の荷重の組み合わせは、相互に一次独立（比例関係でない関係）の関係にあるものである必要がある。
<Calibration method using finite element method>
FIG. 12 is a flowchart showing a process of calculating a transformation matrix D (transformation matrix coefficient) using the finite element method. The following steps are performed by a computer. Modeling for the FEM analysis of the kneading rotor 31 and the bearings 3 and 4 is performed (step 1 (denoted as S1, the same applies to other steps)). A load is applied to the load evaluation position E1 (see FIG. 11) of the kneading rotor 31 of the FEM analysis model (S2), and the displacement amount and inclination of the shaft end of the kneading rotor 31 are obtained by FEM analysis (S3). Thereafter, a load is applied to the load evaluation position E2 (see FIG. 11) (S4), and the displacement amount and inclination of the shaft end portion of the kneading rotor 31 are obtained by FEM analysis (S5). A transformation matrix D in (Equation 8) is calculated from the FEM analysis result (S6). The combination of the load applied to the load evaluation position E1 and the load applied to the load evaluation position E2 needs to be analyzed by a combination of at least two types of loads, and the combination of the two types of loads is mutually It must be in a primary independent (non-proportional relationship) relationship.
（作用・効果）
本発明では、混練ロータのうちの軸受３，４，５のいずれかよりも軸端部側の露出部分の、または混練ロータの軸端に取り付けたターゲット部材１３（計測用部材）の、混練機負荷運転中におけるラジアル方向の変形量を測定する（測定工程）、その後、混練ロータのうちの前記軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとしたラジアル方向の等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）と、前記変形量との関係式（例えば、式（６）、式（８））に、前記測定工程にて測定された前記変形量の値を代入して当該２箇所における等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出する（算出工程）。
(Action / Effect)
In the present invention, the kneading machine for the target member 13 (measuring member) attached to the shaft end of the kneading rotor or the exposed portion on the shaft end side of any of the bearings 3, 4 and 5 of the kneading rotor. The amount of deformation in the radial direction during the load operation is measured (measuring step), and then the radial equivalent loads F1 and F2 (actually applied to any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor ( = Rotor load) and the amount of deformation (for example, Equation (6), Equation (8)), the value of the amount of deformation measured in the measurement step is substituted into the equivalent at the two locations. Loads F1 and F2 (= rotor load) are calculated (calculation step).
この構成によると、多分力ロードセルというような器具を用いなくても、混練機負荷運転中における混練ロータに発生する様々な向きの（上下方向や水平方向などの）ラジアル方向のロータ荷重を把握することができる。 According to this configuration, it is possible to grasp the radial load of the rotor in various directions (vertical direction, horizontal direction, etc.) generated in the kneading rotor during kneading machine load operation without using a tool such as a possibly force load cell. be able to.
また、前記変形量は変位量であって、前記測定工程において、混練ロータの軸端部側の露出部分の、またはターゲット部材１３（計測用部材）の、軸方向で隣り合う２つの位置の変位量を測定し、その後、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）と、前記２つの位置の変位量との関係式（式（８））に、前記測定工程にて測定された前記２つの位置の変位量の値を代入して、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することが好ましい。 Further, the deformation amount is a displacement amount, and in the measurement step, displacement of two positions adjacent to each other in the axial direction of the exposed portion on the shaft end side of the kneading rotor or the target member 13 (measuring member). Then, the two positions measured in the measurement step are expressed in a relational expression (equation (8)) between the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) and the displacement amount of the two positions. It is preferable to calculate the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) by substituting the displacement amount values.
この構成によると、「傾き」を測定することなく、「変位量」の測定のみで、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することができる。 According to this configuration, the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) can be calculated only by measuring the “displacement amount” without measuring the “tilt”.
また、本発明において、混練ロータ１のうちの軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に既知の静荷重を付与して、前記軸端部側の露出部分の、またはターゲット部材１３（計測用部材）の、混練機停止中における変形量を測定し、その後、得られた測定結果から、前記算出工程における前記関係式の中の係数（例えば、式（６）中の変換行列Ｃ、式（８）中の変換行列Ｄ）を算出しておくことも好ましい。 Further, in the present invention, a known static load is applied to any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor 1 to expose the exposed portion on the shaft end side or the target member 13 (measurement). Member) is measured while the kneader is stopped, and from the obtained measurement results, coefficients in the relational expression in the calculation step (for example, transformation matrix C, expression in expression (6)) It is also preferable to calculate the transformation matrix D) in (8).
この構成によると、軸受のばね剛性が不明であったり、混練ロータの曲げ剛性が不明であったりした場合でも、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することができる。 According to this configuration, even when the spring stiffness of the bearing is unknown or the bending stiffness of the kneading rotor is unknown, the equivalent loads F1, F2 (= rotor load) can be calculated.
また、本発明において、前記算出工程における前記関係式の中の係数（例えば、式（６）中の変換行列Ｃ、式（８）中の変換行列Ｄ）を解析手法（例えば有限要素法）を用いて算出しておくことも好ましい。 In the present invention, the analysis method (for example, the finite element method) is used to analyze the coefficients (for example, the conversion matrix C in the expression (6) and the conversion matrix D in the expression (8)) in the relational expression in the calculation step. It is also preferable to calculate by using.
この構成によると、上記と同様、軸受のばね剛性が不明であったり、混練ロータの曲げ剛性が不明であったりした場合でも、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することができる。 According to this configuration, the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) can be calculated even when the spring stiffness of the bearing is unknown or the bending stiffness of the kneading rotor is unknown, as described above.
（混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法その２）
<測定原理と等価荷重の求め方>
前記したロータ荷重を求める方法は、混練ロータの曲げ変形と軸受の変形に着目したもの（混練ロータの曲げ変形量と軸受の変形量を求めることによるもの）である。これに対して次に示すロータ荷重を求める方法は、混練ロータの曲げ変形にのみ着目したものである。
(Method 2 for obtaining the rotor load generated in the kneading rotor)
<Measurement principle and equivalent load calculation method>
The method for determining the rotor load described above is based on the bending deformation of the kneading rotor and the deformation of the bearing (by determining the bending deformation amount of the kneading rotor and the deformation amount of the bearing). On the other hand, the following method for obtaining the rotor load focuses only on the bending deformation of the kneading rotor.
混練により発生する荷重は混練ロータ１の各軸受で支持され、混練ロータ１には曲げ変形が生じる。曲げモーメントＭと混練ロータ１の曲げ角度θとの関係は、混練ロータ１の断面二次モーメントＩとヤング率Ｅを用いて次の（式９）で示される。
ＥＩθ＝−∫Ｍdx ・・・（式９）
The load generated by the kneading is supported by each bearing of the kneading rotor 1, and the kneading rotor 1 undergoes bending deformation. The relationship between the bending moment M and the bending angle θ of the kneading rotor 1 is expressed by the following (formula 9) using the cross-sectional secondary moment I and the Young's modulus E of the kneading rotor 1.
EIθ = −∫Mdx (Equation 9)
図１３は、任意の２箇所に作用するとした等価荷重Ｆ１，Ｆ２を配置した場合の混練ロータ１のモデル化図である。なお、等価荷重Ｆ１，Ｆ２とは、軸受３，４，５に作用するラジアル方向の荷重Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｂ３と釣り合い、且つ、荷重Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｂ３により生じる曲げモーメントとも釣り合う様に想定された、混練によりロータ軸（混練ロータ１）に作用すると考えられるラジアル方向の荷重のことをいう。図１３中のθ１、θ２は、それぞれ、混練ロータ１のうちの軸受３，５よりも軸端部側の露出部分であって、且つ軸受近傍のロータ軸部の上記と同じラジアル方向の傾き（傾き量）である。 FIG. 13 is a model diagram of the kneading rotor 1 when the equivalent loads F1 and F2 that are supposed to act on two arbitrary locations are arranged. The equivalent loads F1, F2 are assumed to be balanced with the radial loads Fb1, Fb2, Fb3 acting on the bearings 3, 4, 5 and also to the bending moment generated by the loads Fb1, Fb2, Fb3. It means a radial load that is considered to act on the rotor shaft (kneading rotor 1) by kneading. In FIG. 13, θ1 and θ2 are exposed portions of the kneading rotor 1 closer to the shaft end than the bearings 3 and 5, respectively, and the same inclination of the rotor shaft in the vicinity of the bearing as described above in the radial direction ( Tilt amount).
ここで、（式９）における異なる３つのケースの関係式を傾きθ１、θ２、各荷重Ｆ、および各作用点間距離（ｌ１〜ｌ５）を用いて算出する（３つのケースの関係式の記載は省略）。これら３つの関係式からそれぞれの軸受荷重を算出し、次の（式１０）で示す力とモーメントの釣り合い式に代入する。そして代入した（式１０）を整理すると（式１１）が得られ、この（式１１）から等価荷重Ｆ１，Ｆ２を算出することができる。
Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆｂ１＋Ｆｂ２＋Ｆｂ３
Ｆ１×ｌ１＋Ｆ２×（ｌ１＋ｌ２）＝（ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）×Ｆｂ２＋（ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＋ｌ４）××Ｆｂ３
・・・（式１０）
Here, the relational expression of three different cases in (Expression 9) is calculated using the inclinations θ1 and θ2, the loads F, and the distances between the action points (11 to 15) (description of relational expressions of the three cases) Is omitted). The respective bearing loads are calculated from these three relational expressions, and are substituted into the force / moment balance expression shown in the following (Expression 10). Then, by rearranging the substituted (Expression 10), (Expression 11) is obtained, and the equivalent loads F1 and F2 can be calculated from (Expression 11).
F1 + F2 = Fb1 + Fb2 + Fb3
F1 × l1 + F2 × (l1 + l2) = (l1 + l2 + l3) × Fb2 + (l1 + l2 + l3 + l4) ×× Fb3
... (Formula 10)
傾きθ１、θ２（傾き量）の測定は、例えば図６に示す方法で行う。変位計１４，１５で測定した変位量Ｘ２，Ｘ１から前記した（式７）により軸受３，５近傍のロータ軸部の傾きθ１、θ２を測定（検出）することができる。なお、傾きを測定できる計器（傾斜センサ）で傾きθ１、θ２を測定（検出）してもよい。 The inclinations θ1 and θ2 (inclination amounts) are measured by the method shown in FIG. 6, for example. The inclinations θ1 and θ2 of the rotor shaft near the bearings 3 and 5 can be measured (detected) from the displacement amounts X2 and X1 measured by the displacement meters 14 and 15 by the above-described (Expression 7). Note that the inclinations θ1 and θ2 may be measured (detected) with an instrument (an inclination sensor) capable of measuring the inclination.
等価荷重Ｆ１，Ｆ２と傾きθ１、θ２とを関連付ける（式１１）中の変換行列Ｃは、等価荷重Ｆ１，Ｆ２の位置、および混練ロータの曲げ剛性から算出する。 The transformation matrix C in (Equation 11) associating the equivalent loads F1, F2 with the inclinations θ1, θ2 is calculated from the positions of the equivalent loads F1, F2 and the bending rigidity of the kneading rotor.
<キャリブレーション>
こで、混練ロータの曲げ剛性が不明な場合は、以下に記載の内容を行うことで、（式１１）中の変換行列Ｃを求める。
<Calibration>
Here, when the bending rigidity of the kneading rotor is unknown, the conversion matrix C in (Equation 11) is obtained by performing the contents described below.
等価荷重Ｆ１，Ｆ２の位置に既知の荷重を与え、そのときの傾き（傾き量）を測定する。この傾き（傾き量）の測定位置は、混練機負荷運転（実負荷運転）における測定位置と同じ位置である。理論上は、等価荷重Ｆ１，Ｆ２を想定した１組の既知の荷重を混練ロータ１に与え、そのときの傾き（傾き量）を求めることを、一次独立（比例関係でない関係）の関係にある既知の荷重で２回行うことで、変換行列Ｃを算出することができる。なお、１組の既知の荷重を与え、そのときの傾き（傾き量）を求めることの回数を増やせば、その分、精度の良い変換行列Ｃを算出することができる。 A known load is applied to the positions of the equivalent loads F1 and F2, and the inclination (inclination amount) at that time is measured. The measurement position of this inclination (inclination amount) is the same position as the measurement position in the kneader load operation (actual load operation). Theoretically, applying a set of known loads assuming the equivalent loads F1 and F2 to the kneading rotor 1 and obtaining the inclination (inclination amount) at that time is in a linearly independent (non-proportional relationship) relationship. The conversion matrix C can be calculated by performing twice with a known load. If a set of known loads is applied and the number of times of obtaining the inclination (inclination amount) at that time is increased, the conversion matrix C with higher accuracy can be calculated accordingly.
<ロータ荷重を求めるための具体的な手順>
混練ロータ３１（図２に示したもの）に発生するロータ荷重を求めるための具体的な手順の例については、図７Ａから図８を参照しつつ説明した軸受の変形に着目した場合の前記した<ロータ荷重を求めるための具体的な手順>と同様であるので細かな相違点のみ記載する。図８に示すフローチャートのＳ１（ステップ１）では、図７Ａ，Ｂに示すように変位計１４，１５，１７，２０を配置するとともに、例えば混練ロータ３１のターゲット部材１３とは反対側の軸端部、すなわち軸受５（図７Ａでは図示が省略されている）の近くの混練ロータ３１の変位を測定できるように、変位計１４，１５、および１７，２０とそれぞれロータ回転方向の位相を合わせて、変位計１４，１５、および１７，２０に対応する２組の変位計（計４つの変位計）を取り付ける（図７Ａで図示を省略している軸受５近くの変位計の配置に関し例えば図１４中の上側の図を参照）。Ｓ３（ステップ３）において、測定した変位量から（式７）により傾きθ（傾き量）を求める。同様に、Ｓ５（ステップ５）においても、測定した変位量から（式７）により傾きθ（傾き量）を求める。なお、ステップ３、５では、ターゲット部材１３の傾きθ１（傾き量）、および軸受５近傍での混練ロータ３１の傾きθ２（傾き量）を各位相でそれぞれ求める。Ｓ６（ステップ６）に関しては、「変位量」を「傾き（傾き量）」に読み替え、Ｓ７（ステップ７）に関しては、「式（８）より」を「式（１１）より」に読み替えて頂きたい。
<Specific procedure for obtaining rotor load>
An example of a specific procedure for obtaining the rotor load generated in the kneading rotor 31 (shown in FIG. 2) is as described above in the case where attention is paid to the deformation of the bearing described with reference to FIGS. 7A to 8. Since this is the same as the <specific procedure for obtaining the rotor load>, only minor differences are described. In S1 (step 1) of the flowchart shown in FIG. 8, the displacement gauges 14, 15, 17, and 20 are arranged as shown in FIGS. 7A and 7B, and for example, the shaft end of the kneading rotor 31 opposite to the target member 13 is disposed. In order to measure the displacement of the kneading rotor 31 near the portion, that is, the bearing 5 (not shown in FIG. 7A), the displacement gauges 14, 15 and 17, 20 are respectively aligned in the rotor rotational phase. 2 sets of displacement gauges (total of four displacement gauges) corresponding to the displacement gauges 14, 15 and 17, 20 are attached (with respect to the arrangement of the displacement gauges near the bearing 5 not shown in FIG. 7A, for example, FIG. 14). (See the upper diagram in the middle). In S3 (step 3), the inclination θ (inclination amount) is obtained from (Equation 7) from the measured displacement amount. Similarly, in S5 (step 5), the inclination θ (inclination amount) is obtained from (Equation 7) from the measured displacement amount. In steps 3 and 5, the inclination θ1 (inclination amount) of the target member 13 and the inclination θ2 (inclination amount) of the kneading rotor 31 in the vicinity of the bearing 5 are obtained for each phase. For S6 (step 6), replace “displacement” with “inclination (inclination)”, and for S7 (step 7), replace “from equation (8)” with “from equation (11)”. I want.
図１４は、混練ロータ３１の傾き(傾き量)の測定箇所の例を示す混練ロータ３１のモデル化図である。図１４中の上側に示す例では、混練ロータ３１の軸受３、５の近傍で、それぞれ、混練ロータ３１の傾き(傾き量)を測定している。図１４中の中段に示す例では、軸受５の近傍で傾き(傾き量)を測定する場合に、軸受５の両側を変位計１４，１５で計測している。図１４中の下側に示す例では、軸受４、５の近傍で、それぞれ、混練ロータ３１の傾き(傾き量)を測定している。なお、図１４に示すいずれの例においても、測定箇所は、混練ロータ３１の露出部分であり、且つ計２箇所である。 FIG. 14 is a modeling diagram of the kneading rotor 31 showing an example of a measurement location of the inclination (inclination amount) of the kneading rotor 31. In the example shown on the upper side in FIG. 14, the inclination (inclination amount) of the kneading rotor 31 is measured in the vicinity of the bearings 3 and 5 of the kneading rotor 31. In the example shown in the middle stage in FIG. 14, when measuring the inclination (inclination amount) in the vicinity of the bearing 5, both sides of the bearing 5 are measured by the displacement meters 14 and 15. In the example shown on the lower side in FIG. 14, the inclination (inclination amount) of the kneading rotor 31 is measured in the vicinity of the bearings 4 and 5, respectively. In any of the examples shown in FIG. 14, the measurement points are the exposed portions of the kneading rotor 31 and a total of two points.
<キャリブレーションの具体的な手法>
混練ロータの曲げ剛性が不明であった場合の（式１１）中の変換行列Ｃを求める具体的な手法は、図１０から図１２を参照しつつ説明した軸受の変形に着目した場合の前記した<キャリブレーションの具体的な手法>と同様であるので細かな相違点のみ記載する。
<Specific calibration method>
The specific method for obtaining the transformation matrix C in (Equation 11) when the bending rigidity of the kneading rotor is unknown is as described above when focusing on the deformation of the bearing described with reference to FIGS. Since it is the same as <Specific method of calibration>, only minor differences are described.
<実測値に基づいて行うキャリブレーション方法>
図１０に示すフローチャートのＳ４（ステップ４）、およびＳ８（ステップ８）に関して、「変位量」を「２箇所の傾き（傾き量）」に読み替える。また、Ｓ１０（ステップ１０）の「変換行列Ｄの算出」は、「（式１１）の変換行列Ｃの算出」と読み替える。なお、傾き（傾き量）の測定箇所は、ターゲット部材１３（図７Ａ、Ｂ参照）であったり、図１４に示す混練ロータ３１の軸受近傍の露出部分であったりする。
<Calibration method based on actual measurement values>
With respect to S4 (step 4) and S8 (step 8) of the flowchart shown in FIG. 10, “displacement amount” is read as “two inclinations (inclination amounts)”. Further, “calculation of transformation matrix D” in S10 (step 10) is read as “calculation of transformation matrix C of (Equation 11)”. In addition, the measurement location of inclination (inclination amount) may be the target member 13 (see FIGS. 7A and 7B) or an exposed portion near the bearing of the kneading rotor 31 shown in FIG.
<有限要素法を用いて行うキャリブレーション方法>
図１２に示すフローチャートのＳ３（ステップ３）、およびＳ５（ステップ５）の「混練ロータ軸端部の変位量及び傾きの算出」は、「２箇所の傾き（傾き量）の算出」と読み替え、Ｓ６（ステップ６）の「変換行列Ｄの算出」は、「（式１１）の変換行列Ｃの算出」と読み替える。
<Calibration method using finite element method>
“Calculation of displacement and inclination of kneading rotor shaft end” in S3 (step 3) and S5 (step 5) of the flowchart shown in FIG. 12 is read as “calculation of inclination (inclination amount) at two locations”. “Calculation of transformation matrix D” in S6 (step 6) is read as “calculation of transformation matrix C of (Equation 11)”.
（作用・効果）
上記した実施形態のように、混練ロータのうちの軸受３，４，５のいずれかよりも軸端部側の任意に選択した２つの（２箇所の）露出部分の、または任意に選択した１つの（１箇所の）露出部分と混練ロータの軸端に取り付けたターゲット部材１３（計測用部材）の、混練機負荷運転中におけるラジアル方向の変形量としての傾きθ１、θ２（傾き量、図１３参照）を測定し（測定工程）、その後、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）と、前記傾きθ１、θ２（傾き量）との関係式（式（１１））に、前記測定工程にて測定された前記傾き（傾き量）の値を代入して、等価荷重Ｆ１，Ｆ２（＝ロータ荷重）を算出することも好ましい。
(Action / Effect)
As in the above-described embodiment, two (2) exposed portions arbitrarily selected on the shaft end side of any one of the bearings 3, 4 and 5 of the kneading rotor, or arbitrarily selected 1 Inclinations θ1 and θ2 (inclination amounts, FIG. 13) as radial deformation amounts of one (one) exposed portion and the target member 13 (measurement member) attached to the shaft end of the kneading rotor during load operation of the kneader. Reference) is measured (measurement step), and then the relational expression (equation (11)) between the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) and the inclinations θ1 and θ2 (inclination amounts) is determined in the measurement step. It is also preferable to calculate the equivalent loads F1 and F2 (= rotor load) by substituting the measured value of the inclination (inclination amount).
この構成によると、上記した等価荷重Ｆ１，Ｆ２の求め方は、軸受の変形に着目したものではなく、混練ロータの曲げ変形のみに着目したものであるので、軸受３，４，５のガタが仮に大きかったとしても、精度良く等価荷重Ｆ１，Ｆ２を推定することができる。 According to this configuration, the method for obtaining the equivalent loads F1 and F2 described above does not focus on the deformation of the bearing but focuses only on the bending deformation of the kneading rotor. Even if it is large, the equivalent loads F1 and F2 can be estimated with high accuracy.
１：混練ロータ
２：ケーシング
３、４、５：軸受
６：ギアカップリング
７：電動モータ
８：ホッパ
９：排出部
１０：第一送り部
１１：第一混練部
１２：第二送り部
１３：ターゲット部材（計測用部材）
１４、１５：変位計
１６：治具
１９：演算装置
２５：第二混練部
Ｒ１：送り室
Ｒ２：混練室
Ｒ３：排出室
１００、１０１：混練機
1: kneading rotor 2: casing 3, 4, 5: bearing 6: gear coupling 7: electric motor 8: hopper 9: discharge unit 10: first feeding unit 11: first kneading unit 12: second feeding unit 13: Target member (Measuring member)
14, 15: Displacement meter 16: Jig 19: Computing device 25: Second kneading part R1: Feeding chamber R2: Kneading chamber R3: Discharge chamber 100, 101: Kneading machine
Claims (7)
前記混練ロータのうちの前記軸受よりも軸端部側の露出部分の、または前記混練ロータの軸端に取り付けた計測用部材の、混練機負荷運転中におけるラジアル方向の変形量を測定する測定工程と、
前記混練ロータのうちの前記軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとした前記ラジアル方向の等価荷重と、前記変形量との関係式に、前記測定工程にて測定された前記変形量の値を代入して当該２箇所における前記等価荷重を算出する算出工程と、
を備え、
算出した前記等価荷重を前記ロータ荷重とみなす、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法。 A method for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader supported by bearings on both sides of the kneading chamber,
A measuring step of measuring a radial deformation amount during a kneading machine load operation of an exposed portion of the kneading rotor closer to the shaft end than the bearing or a measuring member attached to the shaft end of the kneading rotor When,
The deformation measured in the measuring step is a relational expression between the radial equivalent load and the deformation amount, which is supposed to act on any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor. A calculation step of calculating the equivalent load at the two locations by substituting the value of the quantity;
With
A method for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader, wherein the calculated equivalent load is regarded as the rotor load.
前記変形量は、変位量であって、
前記測定工程において、前記軸端部側の露出部分の、または前記計測用部材の、軸方向で隣り合う２つの位置の前記変位量を測定し、
前記算出工程において、前記等価荷重と、前記２つの位置の前記変位量との関係式に、前記測定工程にて測定された前記２つの位置の前記変位量の値を代入して前記等価荷重を算出することを特徴とする、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法。 In the method of calculating | requiring the rotor load of Claim 1,
The deformation amount is a displacement amount,
In the measurement step, the amount of displacement of two positions adjacent to each other in the axial direction of the exposed portion on the shaft end side or the measurement member is measured,
In the calculating step, the equivalent load is calculated by substituting the displacement amount values of the two positions measured in the measurement step into a relational expression between the equivalent load and the displacement amounts of the two positions. A method for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader, characterized by calculating.
前記変形量は、傾き量であって、
前記測定工程において、前記軸端部側の２つの露出部分の、または前記軸端部側の１つの露出部分と前記計測用部材の、前記傾き量を測定し、
前記算出工程において、前記等価荷重と、前記傾き量との関係式に、前記測定工程にて測定された前記傾き量の値を代入して前記等価荷重を算出することを特徴とする、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法。 In the method of calculating | requiring the rotor load of Claim 1,
The deformation amount is an inclination amount,
In the measurement step, the amount of inclination of the two exposed portions on the shaft end portion side, or one exposed portion on the shaft end portion side and the measurement member is measured,
In the calculating step, the equivalent load is calculated by substituting the value of the tilt amount measured in the measuring step into a relational expression between the equivalent load and the tilt amount. Of obtaining the rotor load generated in the kneading rotor of the above.
前記２箇所に既知の静荷重を付与して、前記軸端部側の露出部分の、または前記計測用部材の、混練機停止中における前記変形量を測定し、その後、得られた測定結果から、前記算出工程における前記関係式の中の係数を算出しておくことを特徴とする、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法。 In the method of calculating | requiring the rotor load in any one of Claims 1-3,
Applying a known static load to the two locations, measuring the amount of deformation of the exposed portion on the shaft end side or of the measuring member while the kneader is stopped, and then from the obtained measurement results A method for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader, wherein a coefficient in the relational expression in the calculating step is calculated.
前記算出工程における前記関係式の中の係数を解析手法を用いて算出しておくことを特徴とする、混練機の混練ロータに発生するロータ荷重を求める方法。 In the method of calculating | requiring the rotor load in any one of Claims 1-3,
A method for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader, wherein a coefficient in the relational expression in the calculating step is calculated using an analysis method.
前記混練ロータのうちの前記軸受よりも軸端部側の露出部分の、または前記混練ロータの軸端に取り付けた計測用部材の、混練機負荷運転中におけるラジアル方向の変形量を測定する測定装置と、
前記混練ロータのうちの前記軸受同士の間に挟まれた任意の２箇所に作用するとした前記ラジアル方向の等価荷重と、前記変形量との関係式に、前記測定装置にて測定された前記変形量の値を代入して当該２箇所における前記等価荷重を算出する演算装置と、
を備え、
算出した前記等価荷重を前記ロータ荷重とみなす、ロータ荷重演算装置。 A rotor load calculation device for obtaining a rotor load generated in a kneading rotor of a kneader supported by bearings on both sides of the kneading chamber,
A measuring device that measures the amount of deformation in the radial direction of the measuring member attached to the shaft end of the kneading rotor or the shaft end of the kneading rotor or the shaft end of the kneading rotor during the kneading machine load operation. When,
The deformation measured by the measuring device in the relational expression between the radial equivalent load and the deformation amount, which is supposed to act on any two locations sandwiched between the bearings of the kneading rotor. An arithmetic unit for substituting the value of the quantity to calculate the equivalent load at the two locations;
With
A rotor load calculation device that regards the calculated equivalent load as the rotor load.
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