以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る破砕機の全体構造を示す側面図、図2はその平面図である。なお、本願明細書では図1中の右左を破砕機の前後とする。
図1及び図2に例示した破砕機は、廃棄物の再利用や減容化を主な目的として被破砕物を破砕する機械である。破砕機の破砕対象物すなわち被破砕物には、例えば森林で発生する剪定枝材や間伐材、建築物の解体に伴って発生する廃木材等の木材の他、廃プラスチック材、廃タタミ、竹材等の建設廃材等を含めた木材以外の廃材も含まれ得る。また、木材については、比較的乾燥した硬質のものに限らず、剪定後間もない街路樹の枝葉や沿道の雑草などの水分量の多い軟質のものも含まれ得る。本実施の形態では、これらの破砕対象物を総称して被破砕物と記載する。
上記破砕機は、機体を自力走行させるための走行体1、被破砕物を受け入れて破砕処理する破砕機本体部2、破砕機本体部2で破砕処理された破砕物を機外に搬出する排出コンベヤ3、及び搭載した各機器の動力源であるエンジン等を有する動力装置(パワーユニット)4等を備えている。
走行体1は、トラックフレーム5、トラックフレーム5の前後両端部に設けた駆動輪6及び従動輪7、駆動輪6の軸に出力軸を連結した駆動装置(走行用油圧モータ)8、並びに駆動輪6及び従動輪7に掛け回した履帯(無限軌道履帯)9を有している。トラックフレーム5上には前後に延在する本体フレーム10が設けられており、この本体フレーム10によって、破砕機本体部2や排出コンベヤ3、動力装置4等が支持されている。
破砕機本体部2は、被破砕物を破砕する破砕装置13(後述の図3参照)、被破砕物を投入するホッパ11、このホッパ11内に配置された送りコンベヤ12、及び送りコンベア12とともに被破砕物を破砕装置13に供給する供給装置を構成する押圧ローラ装置14(図2参照)を備えている。破砕機本体部2の構成については後述する。
排出コンベヤ3は、上流側コンベヤ51及び下流側コンベヤ52の2本の直線状のコンベヤからなる。上流側コンベヤ51は、左右の履帯9の間において破砕装置13の下方から動力装置4の下方辺りまで延在しており、水平又は下流側に向かって僅かに上り傾斜の姿勢で本体フレーム10に支持されている。下流側コンベヤ52は、上流側コンベヤ51の下流側端部の下方から前方に延在しており、限られた機体全長の範囲内で下流側端部の高さがなるべく高くなるように下流側に向かって上り傾斜の姿勢で上流側コンベヤ51や動力装置4に支持されている。これら上流側コンベヤ51及び下流側コンベヤ52は、いずれもコンベヤフレーム53、このコンベヤフレーム53の前後両端に設けた駆動輪及び従動輪(不図示)、駆動輪と従動輪との間に掛け回したコンベヤベルト(不図示)、駆動輪を回転駆動してコンベヤベルトを循環駆動させる駆動装置(排出コンベヤモータ)54等を有している下流側コンベヤ52の下流側の部分においては、コンベヤベルトの搬送面の上方を覆うようにコンベヤフレーム53にコンベヤカバー55が取り付けられている。また、下流側コンベヤ56の上方には磁選機56が設けられており、下流側コンベヤ56により搬送される破砕物に混入している釘や鉄片等の金属が、磁選機56によって吸着されて破砕物と分離して下流側コンベヤ56の側部に搬出されるようになっている。
動力装置4は、本体フレーム10の前部に搭載されていて、破砕装置13よりも前方側に位置している。この動力装置4には、破砕機の動力源となるエンジン(原動機)やこのエンジンによって駆動される油圧ポンプ、油圧ポンプから各種油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁ユニット、燃料タンク、作動油タンク等が備えられている。また、動力装置4の側面(本実施の形態では右側面)における下部には、走行操作以外の機体操作や設定、モニタリング等を行うための操作盤58が設けられている。操作盤58は、地上から作業者が操作し易い高さに配置されている。走行動作については有線又は無線のリモコン(不図示)により指示する構成であるが、例えば動力装置4の後部辺りに走行操作レバーを設置した運転席を設けて操作者が搭乗して走行操作を行う構成とすることもできる。
図3は破砕機本体部2の要部を抜き出して表した側面図である。図3においては手前側の破砕機フレーム20(後述)を取り外した状態を表している。
上記ホッパ11は、上部及び前後が開口した有底形状の枠体であり、本体フレーム10の後部に水平に設置されている。
上記送りコンベヤ12は、回転軸21が機体幅方向に延在するヘッド側の駆動スプロケット(不図示)、同じく回転軸(不図示)が機体幅方向に延在するテール側の従動スプロケット(不図示)、及び駆動スプロケット及び従動スプロケットの間に掛け回した複数列(本実施の形態では4列)の搬送ベルト(チェーンベルト)17を備え、機体後端近傍から破砕ロータ15の後面下半側に対向する位置までホッパ11内でほぼ水平に延在している。従動スプロケットはホッパ11の左右の側壁体18(図1参照)における後部に設けた軸受19(図1参照)によって、また駆動スプロケットは破砕装置13の側壁を構成する破砕機フレーム20に設けた軸受(不図示)によって支持されている。駆動スプロケットの回転軸21は、軸受よりも機体幅方向外側に設けた駆動装置(不図示)の出力軸にカップリング等を介して連結している。当該駆動装置で駆動スプロケットを回転駆動することによって駆動スプロケット及び従動スプロケットの間で搬送ベルト17が循環駆動する。
破砕装置13は、送りコンベア12の前方に位置するように本体フレーム10の前後方向のほぼ中央位置に搭載されている。この破砕装置13は、破砕室27内に収容した上記の破砕ロータ15、及び破砕室27の内周壁部に破砕ロータ15側に突出して設けたアンビル(固定刃)34を備えている。破砕ロータ15の回転軸は、送りコンベヤ12の駆動スプロケットの回転軸12と平行と同じく機体幅方向に延在している。また、破砕ロータ15は、外周部に複数の破砕ビット(破砕刃)36を有している。破砕ビット36は、破砕ロータ15の外周面に設けたビットホルダ35のロータ正転方向(図3において時計回り)の前方側にボルト及びナットで取り付けられていて、その刃面(衝突面)は破砕ロータ15の正転方向の前方を向いている。破砕ロータ15は回転体であるため、その最外周部(破砕ビット36)の回転軌道と静止体であるアンビル34との間には所定の間隙が確保されている。
アンビル34は、破砕室27内に導入された被破砕物が衝突する衝突面39を有しており、破砕ロータ15の回転に伴って破砕室27内を周回する破砕片に衝突面39が対向するように、アンビルフレーム40における湾曲板41の破砕ロータ15の正転方向後方側に取り付けられている。このアンビル34は破砕室27内の左右ほぼ全長に亘って(図3において紙面奥側の破砕機フレーム20の近傍から図示しない手前側の破砕機フレームの近傍まで)延在している。
このアンビル34を保持するアンビルフレーム40は、回動軸31を支点に前後に回動可能に支持されている。回動軸31は、押圧ローラ装置14の回動軸22の上方やや前方寄りの位置で破砕機フレーム20に軸受(不図示)を介して支持されている。また、アンビルフレーム40は、通常時は破砕機フレーム20の内壁面に固設された支持部材42に対しシアピン43を介して適宜拘束されていて、アンビル34が破砕室27内に臨む姿勢で固定されている。シアピン43はアンビル34の保護手段として機能するものであり、運転中、アンビル34にシアピン43の許容剪断応力を超える衝撃荷重がかかった場合、シアピン43が破断してアンビルフレーム40の拘束が解け、アンビル34に加わった衝撃力によってアンビルフレーム40が回動軸31を支点に回動し、一時的に図4のようにアンビル34が破砕室27から離れるとともに破砕室27が開放される。図4においては、図の繁雑防止のために、ホッパ11、送りコンベヤ12、押圧ローラ装置14、シリンダ47(後述)等を図示省略している。なお、アンビルフレーム40の重心と回転軸31との位置関係は、シアピン43を取り外してもアンビルフレーム40が図3のようにアンビル3が破砕室27に臨む姿勢、具体的にはアンビルフレーム40の湾曲板41がウェアプレート61(後述)に接触する姿勢となるように規定されている。
ここで、破砕室27とは、破砕ロータ15を収容し被破砕物を破砕処理する空間をいう。具体的には、送りコンベヤ12の下流側端部を始点とした場合、破砕ロータ15の正転方向に、送りコンベヤ12の端部、押圧ローラ装置14の湾曲板28、アンビル34、上記アンビルフレーム40の湾曲板41、スクリーン(篩部材)38の順に破砕ロータ15の外周面に対向して円弧状に配置されており、これら送りコンベヤ12、湾曲板28、アンビル34、湾曲板41、スクリーン38によって画定された空間が破砕室27を構成している。
スクリーン38は、多数の排出孔(不図示)を有し円弧面状に曲成された板状の篩部材である。このスクリーン38は、上記湾曲板41に対して破砕ロータ15の正転方向前方側に位置していて、破砕ロータ15の外周面の下半側の部分に対向するように、弧状に形成されたスクリーンホルダ44上に着脱可能に保持されている。スクリーンホルダ44上には、このスクリーン38が破砕ロータ15の回転方向に複数枚(本実施の形態では3枚)並べて配置してある。
スクリーンホルダ44は、機体幅方向に延びる軸45を支点にしてシリンダ47の伸縮動作に伴って上下方向に回動する構成であり、図3の状態(作業時の姿勢)から破砕機フレーム20よりも下側にスクリーン38が下降する位置まで回動する。これによって、破砕機フレーム20の下側からスクリーン38を左右に抜き差しすることができる。
シリンダ47は、例えば油圧シリンダ(電動シリンダでも良い)であり、左右の破砕機フレーム20の内壁面にそれぞれ1本ずつ設置されている。左右のシリンダ47は、破砕装置13の前方側に位置し、破砕機フレーム20に取り付けたブラケット(不図)に連結されたボトム側を基点にして後方に延在している。シリンダ47のロッドにはスライダ48が取り付けられている。スライダ48はアーム46を介してスクリーンホルダ44の前端部近傍に連結されている。アーム46の両端は、スライダ48とスクリーンホルダ44に対して回動自在に連結されている。図3から判るように、スライダ48及びアーム46はリンク機構を構成しており、シリンダ47の伸縮動作に伴うスライダ48の前後方向への往復運動がアーム46を介してスクリーンホルダ44の上下動に変換される。
なお、スクリーンホルダ44やアーム46の長さ、シリンダ47の前後位置等は、スクリーンホルダ44が作業時の通常姿勢(図3の状態)のときに、アーム46が鉛直近くまで立ち上がり、その際に破砕室27の接線方向に概ね沿うように設定されており、リンク機構によるスクリーンホルダ44の押し上げ力や姿勢保持力が効果的に得られるように配慮されている。
上記押圧ローラ装置14は、破砕ロータ15前面の上方にて機体幅方向に延在する回動軸22、回動軸22を支点に上下方向に揺動可能な支持部材23、支持部材23に回転自在に支持されて送りコンベヤ12の駆動スプロケット付近の搬送面に対向する押圧ローラ24、及び押圧ローラ24の支持部材23を揺動させる押圧シリンダ29を備えている。
回動軸22は、アンビルフレーム40の後方に位置し、破砕機フレーム20に設けた軸受(不図示)に回転自在に支持されている。支持部材23は、回動軸22に支持されたアーム部25、及びアーム部25の先端側に連結された押圧ローラ取り付け用のブラケット部26を備えている。アーム部25の下面における押圧ローラ24の前方側の部分は弧状に凹んだ形状をしていて、この弧状の部分に押圧ローラ24の外周面に対向するように、破砕室27の壁面の一部をなす上記の湾曲板28が取付けられている。
押圧シリンダ29は、例えば油圧シリンダ(電動シリンダでも良い)であり、被破砕物の硬度測定(後述)の際に送りコンベヤ12上の被破砕物に押圧ローラ24を押し付けたり、メンテナンス等の際に支持部材23を上方に回動させて破砕室27の入口側(送りコンベヤ12側)を開いたりするものでる。この押圧シリンダ29のボトム側端部は、アンビルフレーム40の上方位置に設けたブラケット30に回動可能に連結されている。ブラケット30は、図3のようにビームを介して破砕機フレーム20に固定されている。押圧シリンダ29のロッド側端部は、アーム部25の上面後端部に設けたブラケット32に回動可能に連結されている。
押圧ローラ24は、その軸方向(図3における紙面に直交する方向)の寸法が送りコンベヤ12の搬送面の幅と概ね同じ程度、若しくはそれよりも若干大きい程度に設定されている。この押圧ローラ24は駆動装置(不図示)を内部に収容していて、この駆動装置によって送りコンベア12により搬送される被破砕物に転動する方向(図3では反時計回り)に、送りコンベヤ12の搬送速度に同調した周速度で回転駆動する。
本実施の形態においては、破砕ロータ15の周囲に環状に形成された破砕室27の左右の内壁面には、耐摩耗材料で形成されたウェアプレート61−64がリング状に張り付けられている。ウェアプレート61−64は、破砕運転中の破砕室27における破砕物との接触による破砕装置フレーム20の摩耗を防ぐ保護部材であって、破砕装置フレーム20の破砕室27側の面にボルトによって取り付けられた交換部品である。ウェアプレート61は、破砕ロータ15の上半側においてアンビル34から破砕ロータ15の正転方向の前方側の領域をカバーしている。このウェアプレート61は、その板厚分だけ破砕装置フレーム20に対して破砕室27側に突出しており、通常時にはアンビルフレーム40の湾曲板41の左右の端部が接触することから、アンビルフレーム40の着座部としての機能も有する。ウェアプレート61の外周面66はアンビルフレーム40の湾曲板41の内周面に沿って弧状に形成されており、通常時に湾曲板41が着座するアンビルフレーム40の着座面を構成する。ウェアプレート62−64は、ウェアプレート61と同程度の板厚であって破砕ロータ15の正転方向にこの順で並んでおり、ウェアプレート61−64で破砕室27の全周をカバーしている。
そして、左右の破砕装置フレーム20における上記ウェアプレート61の直上部には、破砕装置フレーム20を貫通する貫通穴65(図4参照)が設けられている。この貫通穴65は、ウェアプレート61の外周面66に沿って設けられた弧状の長穴であり、通常時はウェアプレート61の外周面66に着座したアンビルフレーム40及びアンビル34で破砕室27側から塞がれていて、シアピン43が折損して図4のようにアンビルフレーム40が回動することで、若しくは人力でアンビルフレーム40を回動させることで露出する。本実施の形態における貫通穴65は、ウェアプレート61の外周面66のうち少なくとも最も水平に近い部位に沿って設けられており、具体的にはウェアプレート61の破砕ロータ15の正転方向後方側端部からアンビル34を少し越えた位置まで延在している。
図5は図4中のV−V線による破砕装置フレーム20及びウェアプレート61の部分矢視断面図である。
図5に示したように、貫通穴65は、鉛直断面で見たとき、破砕室27の外側に向かって下方に傾斜している。また、ウェアプレート61の外周面66の一部が、貫通穴65の内壁面のうちの下面67に連続する傾斜面68になっている。
次に上記構成の本実施の形態の破砕機の動作を説明する。
まず、グラップル等の適宜の作業具を備えた重機(油圧ショベル等)等によってホッパ11内に被破砕物を投入すると、被破砕物が送りコンベヤ12の搬送ベルト17に載って破砕装置13に向かって搬送される。被破砕物が破砕装置13の手前に差し掛かると、押圧ローラ装置14の押圧ローラ24が被破砕物上に乗り上げ、その後、押圧ローラ24の自重によって送りコンベヤ12の搬送面に被破砕物が押し付けられる。押圧ローラ24は送りコンベヤ12の搬送速度に同調して自転しており、被破砕物は搬送ベルト17と押圧ローラ24に挟持され、送りコンベヤ12と押圧ローラ装置14の協働によって破砕室27へ送り込まれる。破砕室27に送り込まれた被破砕物は、押圧ローラ24と搬送ベルト17とで挟持された部分を支点に片持ち梁状に破砕ロータ15に向かって突出する。破砕ロータ15は被破砕物に対して破砕ビット36が下から衝突する向き(図3において時計回り)に回転するので、破砕反力が主に押圧ローラ24によって受けられる。
破砕ロータ15に押し付けられる被破砕物は、押圧ローラ24によって上方から押さえられつつ、下方から高速で衝突してくる破砕ロータ15の破砕ビット36によって先端から徐々に粗破砕(1次破砕)されていく。このように1次破砕されて破砕室27内で跳ね上げられた被破片はアンビル34に衝突し、その衝撃力によりさらに細かく破砕(2次破砕)される。2次破砕された破砕片のうち既にスクリーン38を通過する程度に小さいものはスクリーン38を通過して排出され、通過しない比較的大きなものは破砕ロータ15の回転に伴って破砕室27内を周回し、アンビル34や破砕ビット36、スクリーン等の破砕室27の内壁面等との衝突作用や剪断作用、すり潰し作用等を受けてさらに破砕(3次破砕)される。そして、周回する破砕片のうち3次破砕を経てスクリーンの目を通過する大きさに細粒化されたものから、順次スクリーン38を通過して破砕装置13から排出される。破砕装置13から排出された破砕物は、シュート(不図示)を介して排出コンベヤ3の上流側コンベヤ51上に落下し、下流側コンベヤ52に乗り継いで機外に搬出される。
このとき、運転中にアンビル34と破砕ビット36との間に異物が噛み込む等してシアピン43の許容剪断応力を超える衝撃荷重がかかった場合、シアピン43が破断してアンビルフレーム40の拘束が解け、アンビル34に加わった衝撃力によってアンビルフレーム40が回動軸31を支点に回動し、一時的に図4のようにアンビル34が破砕室27から離れて当該アンビル34が保護されるとともに、破砕室27が開放されて異物が排出される。
ところが、アンビルフレーム40が回動した際、開け放たれた開口部からは異物のみでなく破砕室27内を周回する破砕片や木材チップが排出され、開口部近傍の構造物上に木材チップ等が堆積し得る。ウェアプレート61の外周面66も例外ではなく、ウェアプレート61の外周面66に木材チップが堆積すると、そのままではアンビルフレーム40の湾曲板41とウェアプレート61との間に木材チップが挟まってアンビルフレーム40を完全には閉じられなくなってしまう場合がある。
そこで、本実施の形態においては、ウェアプレート61の外周面66に沿って貫通穴65を設けたことにより、自重で閉じるアンビルフレーム40によってウェアプレート61上の木材チップを押し退け、それら木材チップが貫通穴65から破砕装置フレーム20の外側に排出され得る構成となっている。アンビルフレーム40との衝突のみではウェアプレート61上の木材チップが貫通穴65から落下しない場合でも、作業者が貫通穴65から木材チップを引き出す、或いは払い除けることができる。このようにしてウェアプレート61上の木材チップを自動的又は人力で容易に清掃することができるので、本実施の形態によれば、アンビル34の保護手段が機能した際の復旧時間を短縮し復旧に要する労力を軽減することができるので、作業効率を向上させることができる。また、貫通穴65を設けたことによって特に破砕作業の効率の低下を招くこともない。また、アンビル34の保護手段の機能時のみならず、貫通穴65を利用することによってメンテナンス(清掃)の効率の向上も期待される。
また、貫通穴65が破砕室27の外側に向かって下方に傾斜しているので、ウェアプレート61上の木材チップの機外への落下を促すことができる。特に本実施の形態の場合、ウェアプレート61の外周面66自体に貫通穴65に続く傾斜面68が設けてあるため、ウェアプレート61上への木材チップの堆積そのものを抑制するとともに、アンビルフレーム40が閉まる際の衝撃をきっかけにして木材チップがより貫通穴65に導かれ易く、上記清掃容易性の効果を効率的に得ることができる。
図6は本発明の第2の実施の形態に係る破砕機に備えられた破砕機本体部の要部を抜き出して表した側面図であって、第1の実施の形態における図4に相当する図である。第1の実施の形態と同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、ウェアプレート61の外周面66の全長に沿って貫通穴65’が破砕装置フレーム20に設けられている(ウェアプレート61の外周面66の破砕ロータ15の回転方向の始端から終端まで貫通穴65’を沿わせている)点である。その他の構成については第1の実施の形態と同様である。
第1の実施の形態では、破砕ロータ15の軸方向から見てウェアプレート61の弧状の外周面66の最も水平に近い部位であるアンビル34の近傍に貫通穴65を設けた場合を例に挙げて説明した。このようにウェアプレート61の外周面66のうち部分的に貫通穴65を臨ませる構成でも、当該部位から離れるにつれてウェアプレート61の外周面66の角度は鉛直に近付いていき、木材チップが堆積し難く、また堆積したとしても落下し易いので、必要十分の機能を果たし得るため問題ない。
それに対し、本実施の形態の場合、ウェアプレート61の外周面66の全長に貫通穴65’を沿わせることで、例えばウェアプレート61の外周面66におけるウェアプレート62に近い部位に木材チップが堆積又は付着することがあったとしても、それら木材チップが貫通穴65’から排出し易い。勿論、アンビル34の近傍におけるウェアプレート61の外周面66に堆積する木材チップについては、第1の実施の形態と同様の排出効果を得ることができる。
なお、以上の実施の形態では、ウェアプレート61の外周面66の一部を傾斜面68とする構成としたが、ウェアプレート61の外周面66自体が貫通穴65の下面67に連続する傾斜面であっても良い。この場合、ウェアプレート61上への木材チップの堆積をより抑制することができるとともに、堆積した木材チップをより円滑に排出することができる。但し、このウェアプレート61の外周面66とアンビルフレーム40の湾曲板41が面接触するように、湾曲板41側のウェアプレート61との接触部の形状をウェアプレート61の外周面66の傾斜に合わせることが望ましい。
また、アンビルフレーム40が着座する部材をウェアプレート61で兼ねる場合を例示したが、ウェアプレート61に限らず、アンビルフレーム40を支持する部材或いは部位を別途設けた構成にも本発明は適用可能である。すなわち、アンビルフレーム40を支持する部材又は部位におけるアンビルフレーム40の着座面に沿って貫通穴を設ける構成とすれば、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
また、アンビルに許容値を超える衝撃力が作用した場合にアンビルフレーム40の回動動作を許容するアンビル34の保護手段としてシアピン43を用いた場合を例に挙げて説明したが、破砕装置フレーム20を含む静止体に対してアンビルフレーム40を弾性的に係合させ、アンビルに過大な衝撃力が作用して静止体との係合が外れた場合に、アンビルフレーム40の拘束が解かれる構成とすることもできる。この構成は、例えば国際出願番号:PCT/JP2009/55862等に詳しい。
また、ホッパ(処理物の受け入れ側)と反対側に排出コンベヤを設けた自走形式の破砕機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、ホッパと同じ側に排出コンベヤを設けた構成の自走式破砕機にも本発明は適用可能である。また、走行手段として無限軌道履帯を有するクローラ式の自走式破砕機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、走行手段としてタイヤを有するホイール式の自走式破砕機にも本発明は適用可能である。これらの場合も、同様の効果を得ることができる。また、本発明を自力走行可能な破砕機に適用した場合を例にとって説明したが、これに限られず、牽引走行可能な移動式破砕機、若しくはクレーン等により吊り上げて運搬可能な可搬式破砕機、さらにはプラント等において固定機械として配置される定置式破砕機にも本発明は適用可能である。