JP3626363B2 - 液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧式破砕装置を保守する必要性を検出する検出装置に関するものである。この液圧式破砕装置は、液圧を破砕装置の中へ供給するとともに当該破砕装置から当該液圧を除去する手段と、この液圧の作用により往復運動を行なう衝撃ピストンと、破砕中に衝撃ピストンが加える衝撃を受ける上端部を有する工具とを含み、検出装置は、破砕装置の負荷を表わす少なくとも１つのパラメータを測定する測定手段を含む。
【０００２】
【従来の技術】
液圧式破砕装置は、本願においては液圧駆動式衝撃ハンマと呼び、これは石、コンクリート、アスファルトなどの比較的硬い材料を破砕するのに用いられる。このような衝撃ハンマは衝撃ピストンを有している。衝撃ピストンは、液圧液の作用によって往復運動を行ない、かつ衝撃ピストンは、破砕される面に押しつけられる工具の上端部に衝撃を加える。衝撃ピストンが工具の上端部を高速で打撃すると、その結果、工具に大きな力が作用し、そして、工具が押し当てられている面が壊れ、もしくは工具が、破砕すべき材料を貫通する。破砕される面が、特に硬い場合、工具がその面から衝撃のため跳ね返る。
【０００３】
衝撃ハンマなどの液圧式破砕装置は他のいずれの技術装置と同様に保守が必要である。保守は、衝撃ハンマがハンマの全予定寿命の間は有効に作動することを保証することを目的としている。保守の作業を定期的に行なわないと、装置は故障を繰り返し、かつ早期の摩耗を生じ、そして、ときには通常よりも早い時期に装置を廃棄することになるだろう。故障が頻発すると、かなりの修理費が生じるばかりでなく、通常の生産に使用することが中断し、それが同様に費用をかなり増大させることになる。更に、必要な保守作業が行なわれない場合、もしくは必要な保守作業が正しく時期を選んで行われない場合、装置の安全性が実質的に低下するかもしれない。保守は、衝撃ハンマが通常使用される過酷な条件を考慮すると、更に重要になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
保守作業は通常そのメーカーが立てた事前の計画に従った所定の間隔で行なわれる。その計画は通常、保守作業を、経験によって、もしくは計算によって決められた制限稼働時間に基づいて、もしくは前回の保守作業から経過した時間に基づいて行なうことを要求している。例えば潤滑剤は、例えその装置が全く使用されないでいたとしても、やがて効果がなくなるため、暦時間に基づいて最大保守間隔を決めるのが普通である。他方、従来使用されてきた保守間隔のうち、稼働時間に基づいて決められているものは、例えばその設備に関して個々の装置間に相違があるため、更にはもっと大事なことは、それらの装置の使用条件、使用方法、および使用頻度もかなり異なるので、通常は、だいたい平均値になっている。後者の要因は、さまざまな保守プログラムを工夫することによって、ある程度まで考慮されており、例えば、掘削作業用および建物破壊作業用のさまざまなプログラムがある。更に、故障の頻度が装置の運転者によって大きく変わる。
【０００５】
メーカーは通常、衝撃ハンマの保守間隔を、掘削機もしくは他の同様なキャリヤなどの掘削機本体の稼働時間に従って決めている。しかし、これは、掘削機本体の使用自体を衝撃ハンマの稼働時間と同じとみることができないばかりでなく、掘削機本体の稼働時間と衝撃ハンマの稼働時間との比は、行なうべき破砕作業によって１０％から９０％と大きく変わるので、どちらかと言えば不確実な方法である。更に、このようにして保守間隔を決めることは、衝撃ハンマに対するさまざまな大きさの衝撃により生じる実際のひずみを考慮に入れることができないという欠点がある。破壊すべき対象物が破砕装置の工具の下で壊れる場合、もしくは工具が、破壊すべき材料に貫通することができる場合、破壊すべき物から跳ね返る戻りの振動は、対象物が硬くて反動によって工具を跳ね返す場合よりもかなり弱くなる。工具が、硬い場所を打撃する場合、破砕装置に加わるひずみは、工具が、より大きな抵抗を受けるので、かなり大きくなる。このような大きなひずみは長い目で見れば、装置の耐久性をかなり害し、このような大きなひずみによって実質的に衝撃ハンマの保守の必要性が増す。不幸にして、現在の方法では決して、このような事実を考慮することができない。更に、衝撃ハンマの構造上の重大な損傷の始まりを、それが手遅れになる前に検出することは現在不可能である。その結果、掘削機本体の稼働時間に従って行なわれる次回の保守作業において、その損傷が検出される前に、衝撃ハンマを修理することができないほどにひどく衝撃ハンマが既に損傷を受けていることもありうる。
【０００６】
本発明は、衝撃ハンマの実際の使用により生じる負荷と、その後の保守の必要性を考慮して、衝撃ハンマを保守する必要性を検出するための以前よりも優れた装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による装置は、独立して作動する表示器を有し、この表示器を破砕装置に配置し、更にこの表示器をそれぞれの破砕装置に特有のものとし、この表示器は、この表示器に設けられた測定手段で測定したパラメータが、事前に保守のために決めた限界値を越えたことを、例えば発光ダイオード灯を用いて目に見えるように表示することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面によって更に詳細に説明する。
【０００９】
図１は、衝撃ハンマが加える衝撃の数をハンマ作業時間数に対して示す。縦軸は衝撃ハンマにより加えられた衝撃回数を表し、一方、横軸はハンマ作業時間を表す。例えば毎分３００ 回から８００ 回までの衝撃回数であるさまざまな衝撃頻度を、同図中のそれらの衝撃頻度に対応した直線の隣に示す。同図に示すように、衝撃回数は、用いている衝撃頻度およびハンマ作業時間数に直接比例している。すなわち、衝撃ハンマの衝撃頻度および作動時間数が大きくなるほど、衝撃ピストンが加える衝撃数が多くなる。原則として、衝撃ハンマを保守する必要性は、通常の摩耗のため、加えられた衝撃に比例して増す。本発明によれば、衝撃ピストンが実際に加えた衝撃を測定することができるため、装置の使用頻度を正確に決めることができ、もはや使用頻度を単に予測するものではない。最も単純な場合、保守間隔の限界値を衝撃ピストンの実際の衝撃とすることができ、限界値を越えたときに、所定の保守作業を行う。
【００１０】
図２は衝撃ピストンの運動が測定パラメータとして用いられている場合の衝撃ハンマが加える衝撃を計算する方法を概略的に示す。同図において、参照番号１はピストンの上昇を示し、参照番号２はピストンの衝撃を示す。ピストンを上昇段階１の間はその最上位置に、すなわち上方死点へ持ち上げ、衝撃２の間は上方死点から下方へ工具の上端部へ向けて急速に打ち出す。衝撃ピストンの動作サイクルが本図に示されている。衝撃ピストンのサイクルを数えると、衝撃ピストンが加えた正確な衝撃数を決定することができる。この測定は、例えばピストンの最上部の空間から非接触測定を行うことにより、行うことができる。このような非接触測定としては、ピストンの上端部の位置を例えば適切な運動センサによって測定するようなものがある。また、このような測定方法によれば、衝撃に続くピストンの跳ね返りおよび戻りパルス３が、上昇段階１の他の部分よりも高速の逆方向の運動として本曲線中に表れるため、加えられた衝撃の負荷効果を判定することができる。これは、工具が、破壊すべき面から衝撃後に速い初速で跳ね返るためである。戻りパルス３の強さについての所定の限界値を決めることができる。この限界値を越えるパルスは負荷および保守作業に関して特に重要な意味を持つ。このようなパルスを記録し、一定のパルス数が記録されたとき、もしくはパルスの大きさに基づいて計算された積算負荷が、積算負荷の限界値に達したときに、運転者に破砕装置の保守の必要性を知らせる。
【００１１】
図３では、ハンマの主弁の運動を検出用に用いて、衝撃ハンマが加える衝撃を計算する他の方法を概略的に示す。ピストンを制御する主弁は、１つの動作サイクル中に１つの往復運動を行う。主弁の運動を摺動部の端部から適切な運動センサで測定することができる。図２と同様に図３もピストンの上昇１および衝撃２、換言すれば、破砕装置の全動作サイクルを示している。
【００１２】
図４では、ハンマへ供給される高圧を圧力センサによって測定することにより、衝撃ハンマが加える衝撃を計算する第３の方法を概略的に示す。同図に示す曲線もピストンの上昇１および衝撃２を示す。上昇および衝撃は圧力脈動として曲線中に表れている。必要な場合、これらの圧力信号を処理して、信号中に発生している変化を記録し、発生した変化に基づいて衝撃ハンマの状態を評価することができる。装置の工具が、硬くて曲がりにくい面を破砕作業時に大きな力で打つと、工具が速い速度でその面から跳ね返り、衝撃ピストンの上にある圧力タンク内に圧力パルスを発生させる。この圧力パルスの強度に基づいて、加えられた衝撃の負荷効果を判定することができる。所定の閾値を越えるインパルスを算出し、破砕装置の負荷に関して重要であるこのような衝撃が所定数、加えられると、装置は保守を必要とする。他方、装置に課される部分的負荷により生じる積算負荷を計算することもできる。この積算負荷が所定の限界値に達すると、破砕装置は保守を必要とする状態になる。
【００１３】
図５では、衝撃ハンマが加える衝撃を、ハンマのタンク圧を用いて計算する方法を概略的に示す。同様に、タンク圧を測定すると、ピストンの上昇１および衝撃２を検出できる。
【００１４】
図６には、破砕装置におけるフレームの振動を表す曲線を概略的に示す。破砕装置のフレームの振動を、例えば加速度変換器もしくはひずみ計変換器によって測定できる。この曲線は明らかに、ピストンが打った瞬間４を高周波振動として示しており、高周波振動は、ピストンが工具を打撃し、その振動が工具を介して衝撃ハンマのフレームに伝達されることから生じる。この振動は、次の衝撃の前に、衝撃ハンマの構造物内で次第に減衰する。破砕作業がフル稼働で行われている場合に、破砕対象物が硬いとき、強いフレーム振動として検出される大きな負荷を破砕装置は受ける。したがって、破砕装置の負荷として重要な衝撃の数を算出することができ、所定の数の強力な衝撃が加えられると、装置は明らかに保守が必要となる。振動の大きさおよび減衰を更に分析することができ、その分析後に衝撃ハンマの状態に関する結論を分析に基づいて導き出すことができる。摩耗した、もしくは損傷した衝撃ハンマは、良好な状態のハンマが生成するものとは異なる振動周波数および振幅を発生する。このようにして、予想より驚くほど早期の故障および摩耗もはっきりわかる。正確な分析によって個々の構成部品における故障さえも明らかにすることができる。更に、振動の最大値に限界値を設定することができ、これらの限界値を越えると、装置がそれ以上に損傷する前に保守の必要を示す信号を発するようにする。なぜならば、振動の急速な増加は、通常は構成部品が損傷したことを示すからである。
【００１５】
実際には、例えば負荷表示器を液圧式破砕装置に配置し、所定の衝撃の限界値もしくは所定の負荷の限界値を越えていて、したがって装置の保守間隔が経過していることを明確に運転者に表示することを表示器の目的として負荷を測定することができる。表示器は望ましくは、破砕装置に直接固定した、かつ衝撃ハンマに固有の、測定表示装置などの独立した装置である。その表示器は、破砕装置の負荷を測定するセンサと、負荷を記録する手段と、負荷データを処理する手段と、必要な場合、保守の必要性を表示する表示手段と、望ましくは外部の電力もしくは掘削機本体への独立した電線を必要としない独立した電源とを含む。この表示手段は、例えば装置が保守を必要とする時に点灯する発光ダイオード灯でもよい。表示器は望ましくは、破砕装置の運転者が作業時に、表示器が出す信号に容易に気がつくことができるように配置する。表示器の構造を経済的にして、表示器を保守作業ごとに取り替えることができるようにすることができる。表示器を更に、何回かの保守期間にわたって長持ちさせ、表示器の衝撃計数器をリセットできて、電源を保守ごとに充電できるようにすることができる。更に、表示器を、ハンマが衝撃を加えていることを表示器が検出した時のみ作動するように作ることができる。表示器の他の実施方法は、例えば表示器が必要とする電力を、衝撃ピストンの運動によって発生する誘導から生成する手段を表示器が有することである。保守作業ごとに取り替える表示器は典型的には永久プログラム式警報限界値を有しており、限界値を越えると、表示器が所望の信号を発生する。より長期間にわたって動作する表示器を用いる場合、破砕装置に対して選択した限界値であって、保守間隔ごとに独立した複数の限界値を、必要な場合は例えば保守作業時に別個のＰＣによって表示器にプログラムすることができる。絶え間なく、湿気、粉塵および他の不純物はもちろんのこと、振動と衝撃にさらされる破砕装置に表示器を固定するので、表示器を機械的に頑丈に、かつ隙間のないようにする必要がある。表示器の電子部品およびその他の壊れやすい部品は、望ましくは適切な封止用コンパウンドを用いてキャスティングを行い、しっかりとしたパッケージにする。
【００１６】
本発明に関する図面および説明は、本発明の概念を示すことのみを意図している。本発明の詳細を特許請求の範囲内で変化させることができる。したがって、上述の測定信号およびセンサに加えて、いくつかの他の手段を負荷の測定に用いることができる。例えば、音波センサを運動センサとして用いることができるし、振動も圧電式加速度変換器によって測定することができる。ここに説明したもの以外にも破砕装置の負荷を測定する他の可能な方法がある。
【００１７】
更に他の実施例においては、衝撃ハンマが加える衝撃の回数を算出し、他のパラメータも同時に測定する。そのような場合、装置を、たとえ衝撃数に関する所定の保守限界値に達していなくても、保守に回すことができるが、測定されるその他のパラメータが保守の必要性を示す。他方、測定されるいくつかのパラメータにより得られる測定データを、衝撃ハンマの実際の衝撃を計算するために利用することができる。さらに、必要な場合は、いくつかの測定される他のパラメータが、装置に加わる負荷が予想よりも大きいことを示すときには、保守限界値として決められている衝撃数を低くする。
【００１８】
これらのセンサは、破砕装置の構造物において発生する騒音を測定するのに用いることもできる。負荷が大きいほど当然に、大きな音を発生する。更に、装置の使用により発生する騒音は通常は、装置が摩耗し、構成部品が損傷するにしたがって大きくなる。他の測定パラメータは温度でもよいが、それは負荷に従って変化する。摩耗した、もしくは損傷した構成部品もまた温度を上昇させる。あり得る透き間および破損により装置の内部に発生する油の漏出を測定することもでき、それに基づいてその装置の状態および保守の必要性を決めることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の基本概念は、破砕装置の負荷を継続的に少なくとも１つのセンサで測定することである。そのセンサは、衝撃ピストンが加える衝撃によって衝撃ハンマの構造物に課せられる負荷を表わす少なくとも１つの事前選択したパラメータを測定する。個々の構成部品の負荷もしくは状態を実測するのではなく、破砕装置全体に課せられる負荷を測定するのが目的である。本発明の好ましい実施例の重要な概念は、衝撃ハンマが加える実際の衝撃回数を測定すること、および所定の回数の衝撃が加えられた時に装置の保守の必要性を表示することである。更に、本発明の他の実施例の基本概念は、所望のパラメータの大きさを測定することと、その測定する値に対して、破砕装置の負荷および保守の必要性に関して重要な意味を持つ衝撃が加えられた時に越える所定の限界値を設定することとにある。本発明によれば、決められた負荷限界値を越えるこのような衝撃を記録し、経験的に決められ、もしくは計算された負荷レベル、もしくは積算した負荷に到達した場合、装置は保守が必要であると考えられる。大きな負荷作用を有するそのような衝撃は通常の打撃よりも破砕装置の摩耗および破壊に関してかなり重要な意味を持つ。更に、本発明の好ましい第３の実施例の基本概念は、測定用センサにより測定した負荷データをより正確に分析して、衝撃ハンマにおいて発生する永久変化を検出できるようにすることにある。測定結果に表れたそのような永久変化は、破砕装置の構成部品が摩耗していること、もしくは構成部品の１つもしくはいくつかが損傷しつつある、もしくは既に損傷していることを示す。このような監視を行なうことによって、保守作業を先制的保守の形で行なうことができ、破砕装置の全体的な損傷の発生も防止される。
【００２０】
本発明は、保守作業が適切に、かつ適正な時に、換言すれば、早過ぎず、かつ遅過ぎずに行なわれるという利点を有している。これにより、一方では不必要な保守作業が行なわれないため、他方では破砕装置において大規模な、かつ高く付く損傷が気づかれずに進行することを防ぐため、かなり費用を低減する。保守作業が測定結果に従って行なわれるので、以前よりも更に正確に保守作業にふさわしい時を選ぶ。本発明によれば、衝撃ハンマが加えるすべての衝撃を正確に計算することができ、また、負荷として重要である最大の衝撃を個々に計算することができ、さらに必要な場合は、これらの衝撃による積算負荷を個別に計算することができる。本発明による負荷の測定により、更に、所望の場合、それぞれの破砕装置ごとの個々の保守間隔を決めることができる。測定結果に表れる永久変化を分析するようにしている本発明の好ましい実施例では、損傷の始まりを充分事前に検出して、ハンマにおける大規模な損傷を防止することができるようにしている。したがって、重大な損傷および生産の長い中断により生じる高い修理費を回避することができる。したがって本発明を予防保全の原則に従って適用することができる。換言すれば、修理の予定を事前に作成して、装置を生産に使用することを修理が妨げることが最も少ないときに修理を行なえるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】衝撃ピストンが加える衝撃の回数を、衝撃頻度およびハンマ作業時間に関して概略的に示す図である。
【図２】衝撃ハンマを保守する必要性を検出する際に用いることができる測定パラメータを概略的に示す図である。
【図３】衝撃ハンマを保守する必要性を検出する際に用いることができる測定パラメータを概略的に示す図である。
【図４】衝撃ハンマを保守する必要性を検出する際に用いることができる測定パラメータを概略的に示す図である。
【図５】衝撃ハンマを保守する必要性を検出する際に用いることができる測定パラメータを概略的に示す図である。
【図６】衝撃ハンマを保守する必要性を検出する際に用いることができる測定パラメータを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ ピストンの上昇
２ ピストンの衝撃
３ 戻りパルス

Claims (12)

1. 液圧を液圧式破砕装置の中へ供給するとともに該液圧式破砕装置から該液圧を除去する手段と、該液圧の作用により往復運動を行なう衝撃ピストンと、破砕中に該衝撃ピストンにより加えられる衝撃を受ける上端部を有する工具とを含む前記液圧式破砕装置の負荷を表わす少なくとも１つのパラメータを測定する測定手段を含む、液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置において、
   該検出装置は、独立して作動する表示器を含み、
   該表示器は前記液圧式破砕装置に配置され、
   該表示器は各液圧式破砕装置に特有のものであり、
   該表示器は、該表示器に設けられた前記測定手段で測定したパラメータが、事前に保守のために決めた限界値を越えたことを、例えば発光ダイオード灯を用いて視覚的に表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置が加える衝撃の回数を算出する手段を含み、前記表示器は、該衝撃回数が所定の限界を越えた場合、保守の必要性を表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
3. 請求項１または２に記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置が加える衝撃の大きさを測定する手段を含み、
   前記表示器は、所定の負荷限界を越えている衝撃の回数を算出し、前記負荷限界を越える衝撃が所定回数、加えられた場合は、保守の必要性を表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置が加える衝撃の大きさを測定する手段を含み、
   前記表示器は、前記破砕装置が加える衝撃の負荷効果を記録し、個々の衝撃による負荷効果からなる積算負荷が所定の限界を越えた場合は、保守の必要性を表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置が加える衝撃の大きさを測定する手段を含み、
   前記表示器は、個々の衝撃が生成する負荷の大きさが所定の閾値を越えた場合に、保守の必要性を表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
6. 請求項１から５までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置が加える衝撃の大きさを測定する手段と、該測定から得られた結果を分析する手段とを含み、
   前記表示器は、該分析に基づいて、前記破砕装置における故障の始まりおよび／または故障の存在を検出した場合は、保守の必要性を表示することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
7. 請求項１から６までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置の衝撃ピストンの戻りパルスを測定する手段を含むことを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置へ供給される高圧中に衝撃により生じる圧力パルスを測定する手段を含むことを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
9. 請求項１から８までのいずれかに記載の検出装置において、該装置は、前記破砕装置のフレームの振動を測定する手段を含むことを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の検出装置において、警報限界を、それぞれの実施例および／またはそれぞれの保守期間に固有のものとして前記表示器にプログラムできることを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
11. 請求項１から１０までのいずれかに記載の検出装置において、ハンマが衝撃を加えていることを前記表示器が検出した時にのみ該表示器は作動することを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。
12. 請求項１から１１までのいずれかに記載の検出装置において、前記表示器は、該表示器が必要とする電力を、例えば前記衝撃ピストンの運動によって生じる誘導から生成する手段を含むことを特徴とする液圧式破砕装置の保守の必要性を検出する検出装置。

Images