特許 7308364 旋動式破砕機並びにその故障予兆診断装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-05

(45)【発行日】2023-07-13

(54)【発明の名称】旋動式破砕機並びにその故障予兆診断装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B02C 2/06 20060101AFI20230706BHJP

   B02C 25/00 20060101ALI20230706BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20230706BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20230706BHJP

【ＦＩ】

B02C2/06

B02C25/00 B

G01H17/00 Z

G01M99/00 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022538032

(86)(22)【出願日】2021-07-20

(86)【国際出願番号】 JP2021027233

(87)【国際公開番号】W WO2022019317

(87)【国際公開日】2022-01-27

【審査請求日】2022-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2020123710

(32)【優先日】2020-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503245465

【氏名又は名称】株式会社アーステクニカ

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木島 崇

(72)【発明者】

【氏名】小林 純

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 寿恭

(72)【発明者】

【氏名】増田 貴行

【審査官】宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５３１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０２２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１７５１９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７６３８９００（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０２Ｃ ２／０６

Ｂ０２Ｃ ２５／００

Ｇ０１Ｈ １７／００

Ｇ０１Ｍ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸と、前記主軸に固定されたマントルと、前記マントルと対峙するように配置され、前記マントルとの間に破砕室を形成するコンケーブと、前記主軸の下部を下部軸受を介して支持する偏心スリーブと、前記偏心スリーブを回転駆動する駆動モータと、前記駆動モータにより回転駆動される横軸、前記横軸に配置されたベベルピニオン、及び、前記偏心スリーブに配置されて前記ベベルピニオンと噛合するベベルギヤを含み、前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構と、を備える旋動式破砕機の故障予兆診断装置であって、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、前記破砕室に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された前記噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、前記噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する、
旋動式破砕機の故障予兆診断装置。

【請求項2】

前記旋動式破砕機の破砕負荷を取得し、前記破砕負荷が所定の負荷閾値を下回る期間を前記無破砕負荷期間と見做し、当該無破砕負荷期間に前記噛合振動加速度のサンプリングを行う、
請求項１に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断装置。

【請求項3】

前記噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、分析周波数帯全体のスペクトルの合算値を求め、前記合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、前記合算値が前記診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断する、
請求項１又は２に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断装置。

【請求項4】

前記噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、或る特定の周波数帯のスペクトルの合算値を求め、前記合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、前記合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断する、
請求項１又は２に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断装置。

【請求項5】

主軸と、前記主軸に固定されたマントルと、前記マントルと対峙するように配置され、前記マントルとの間に破砕室を形成するコンケーブと、前記主軸の下部を下部軸受を介して支持する偏心スリーブと、前記偏心スリーブを回転駆動する駆動モータと、前記駆動モータにより回転駆動される横軸、前記横軸に配置されたベベルピニオン、及び、前記偏心スリーブに配置されて前記ベベルピニオンと噛合するベベルギヤを含み、前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構とを備える旋動式破砕機の故障予兆診断方法であって、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、
前記破砕室に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された前記噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、
前記噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する、
旋動式破砕機の故障予兆診断方法。

【請求項6】

破砕負荷を取得し、前記破砕負荷が所定の負荷閾値を下回る期間を前記無破砕負荷期間と見做し、当該無破砕負荷期間に前記噛合振動加速度のサンプリングを行う、
請求項５に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断方法。

【請求項7】

故障の予兆の有無を診断することが、前記噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、分析周波数帯全体のスペクトルの合算値を求め、前記合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、前記合算値が前記診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断することを含む、
請求項５又は６に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断方法。

【請求項8】

故障の予兆の有無を診断することが、前記噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、或る特定の周波数帯のスペクトルの合算値を求め、前記合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、前記合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断することを含む、
請求項５又は６に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断方法。

【請求項9】

主軸と、
前記主軸に固定されたマントルと、
前記マントルと対峙するように配置され、前記マントルとの間に破砕室を形成するコンケーブと、
前記主軸の下部を下部軸受を介して支持する偏心スリーブと、
前記偏心スリーブを回転駆動する駆動モータと、前記駆動モータにより回転駆動される横軸、前記横軸に配置されたベベルピニオン、及び、前記偏心スリーブに配置されて前記ベベルピニオンと噛合するベベルギヤを含み、前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構と、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を検出する噛合振動検出器と、
請求項１～４のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の故障予兆診断装置と、を備える、
旋動式破砕機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、旋動式破砕機、旋動式破砕機の故障予兆診断装置、及び、旋動式破砕機の故障予兆診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、破砕室を形成するコンケーブと主軸に固定されたマントルとを備え、主軸を上部懸垂部を支点として偏心旋回運動させて、コンケーブとマントルとの間で被破砕物を噛み込んで圧砕する旋動式破砕機が知られている。このような旋動式破砕機は、鉱山において岩石や鉱石などの破砕に利用されることがある。鉱山では、習熟労働者不足に対応するため、遠隔地での集中監視による省人化操業の検討がなされている。そのため、オートメーション化され且つメンテナンス性の高い旋動式破砕機が求められている。なお、旋動式破砕機における高いメンテナンス性とは、メンテナンスの頻度が低いこと、ダウンタイムが短いことなどが挙げられる。

【0003】

特許文献１では、破砕機の遠隔監視システムが開示されている。このシステムでは、自動運転制御盤と遠隔地にある中央監視盤とが有線又は無線で接続され、中央監視盤が自動運転制御盤の情報をモニタするとともに自動運転制御盤を遠隔操作する。ここで、破砕機の破砕力は、破砕ライナ（コンケーブとマントル）の出口セットの大小及び投入原料の多少により変化し、この変化は破砕圧力やモータ負荷の変化となって現れる。そこで自動運転制御盤は、出口セット検出信号と負荷検出信号とに基づいて出口セットの変化とモータ負荷の変化を検知する。自動運転制御盤は、モータ過負荷やパッキングが生じたときには、アラームを発生し、機械本体の損傷がないよう出口セットを自動的に拡げることにより、モータ負荷を安定させる。中央監視盤では、リアルタイムでの破砕機の運転状態を表す監視画面が表示される。監視画面には、運転データとして現在の出口セットの値やモータ負荷率が表示されるとともに、運転状況に異常がある場合、異常状況の各項目に異常が消えるまで赤ランプが点灯する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－０７０７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

旋動式破砕機では、従来からインターロック回路と称される安全装置が設けられている。この安全装置は、主に補器類（例えば、潤滑油圧装置や電気盤）から作動油の油温、油量、電流量、オイルレベル等のプロセスデータを取得し、これらのプロセスデータが設定された範囲内にある場合にのみ破砕機の運転を許容する。また、安全装置は、これらのプロセスデータが設定された範囲外にある場合には異常警報を発する。

【0006】

上記の特許文献１の中央監視盤や上記の安全装置は、破砕機に異常が発生している状態をオペレータに知らせるものである。オペレータは、異常が発生したことを受けて、直ちに運転を停止させてメンテナンスを開始し、交換部品の発注を行う。しかし、破砕機の交換部品の多くは専用品であって、発注してから入手するまでに時間を要し、ダウンタイムが長期化して生産性が著しく低下するおそれがある。

【0007】

ダウンタイムを短縮するためには、実際に故障が発生する前に故障の予兆をとらえ、故障の予兆が見られた時点でメンテナンスの準備を開始することが有効である。以上のような事情から、本開示はダウンタイムの短縮を達成するために、運転中の破砕機で検出された情報を解析することにより故障の予兆を診断する破砕機及びその故障予兆診断方法を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る旋動式破砕機は、
主軸と、
前記主軸に固定されたマントルと、
前記マントルと対峙するように配置され、前記マントルとの間に破砕室を形成するコンケーブと、
前記主軸の下部を下部軸受を介して支持する偏心スリーブと、
前記偏心スリーブを回転駆動する駆動モータと、
前記駆動モータにより回転駆動される横軸、前記横軸に設けられたベベルピニオン、及び、前記ベベルピニオンと噛合する前記偏心スリーブに設けられたベベルギヤを含み、前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構と、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を検出する噛合振動検出器と、
故障予兆診断装置と、を備える。

【0009】

本開示の一態様に係る旋動式破砕機の故障予兆診断装置は、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、前記破砕室に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された前記噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、前記噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する。

【0010】

また、本開示の一態様に係る旋動式破砕機の故障予兆診断方法は、
前記ベベルピニオン及び前記ベベルギヤの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、
前記破砕室に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された前記噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、
前記噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、運転中の破砕機で検出された情報を利用して故障の予兆を診断する破砕機及びその故障予兆診断方法を提案することができる。これにより、破砕機が故障してから回復するまでのダウンタイムの短縮に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る旋動式破砕機の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、破砕機の制御系統の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、故障予兆診断に関する構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、故障予兆診断装置の処理の流れを示す図である。

【図5】図５は、無破砕負荷期間の噛合振動加速度波形の周波数分析結果の一例である。

【図6】図６は、有破砕負荷期間の噛合振動加速度波形の周波数分析結果の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図１は本開示の一実施形態に係る旋動式破砕機１００の概略構成を示す図である。図１に示す旋動式破砕機１００は、ジャイレトリクラッシャ又はコーンクラッシャであって、故障予兆診断装置４０及び制御装置５０を除いた破砕機１００自体の構成は公知である。

【0014】

旋動式破砕機１００は、上部フレーム３１とそれに連結された下部フレーム３２から成るフレーム３０を備える。フレーム３０の内部空間の中央部には、鉛直方向に延びる機体中心軸線Ａが規定されている。フレーム３０の上部にはホッパ３が連設されている。ホッパ３へは、供給装置９であるコンベヤから被破砕物が供給される。

【0015】

フレーム３０の略中央部には主軸５が配置されている。主軸５の中心軸線は、機体中心軸線Ａに対して傾いている。主軸５の上端は、上部軸受１７を介して上部フレーム３１に支持されている。上部軸受１７は、上部フレーム３１の上端部から内方へ向けて突出したスパイダ１８に設けられている。主軸５の下端は、主軸スラスト軸受２を介して軸受シリンダ６のラム６１に支持されている。軸受シリンダ６は、シリンダチューブ６２と、シリンダチューブ６２内を摺動するラム６１とからなる油圧シリンダである。

【0016】

主軸５の下部は、偏心スリーブ４に回転自在に挿入されている。偏心スリーブ４は、下部フレーム３２に形成されたボス７に回転自在に挿入されている。偏心スリーブ４の下部は、スラスト滑り軸受２３を介して下部フレーム３２に支持されている。

【0017】

主軸５の上部には、マントルコア１２が固定されている。マントルコア１２の外表面は、截頭円錐面となっている。マントルコア１２の外表面には、マントル１３が取り付けられている。マントル１３の外表面は、截頭円錐面となっている。マントル１３の外表面は、上部フレーム３１の内面に設けられたコンケーブ１４の内表面と対峙している。コンケーブ１４の内表面とマントル１３の外表面とにより、鉛直断面が楔状をなす破砕室１６が形成されている。ホッパ３へ供給された被破砕物は、自重で破砕室１６へ流れ込む。

【0018】

ボス７の上方には円筒形状の仕切板２４が設けられている。この仕切板２４によって、偏心スリーブ４及びボス７の上方且つマントルコア１２の下方に、油圧室２７が形成されている。この油圧室２７から、主軸５の外周面と偏心スリーブ４の内周面との間、及び、偏心スリーブ４の外周面とボス７の内周面との間に、潤滑剤が供給される。主軸５の外周面と偏心スリーブ４の内周面との間に形成されたジャーナル滑り軸受を「主軸軸受１０」と称し、偏心スリーブ４の外周面とボス７の内周面との間に形成されたジャーナル滑り軸受を「スリーブ軸受１１」と称する。そして、主軸軸受１０及びスリーブ軸受１１により形成された多重軸受を「下部軸受１５」と称する。

【0019】

フレーム３０の外部には、駆動モータ８が設けられている。駆動モータ８の出力軸８ａから偏心スリーブ４へ動力伝達機構２０を介して動力が伝達される。動力伝達機構２０は、出力軸８ａに設けられたプーリ２２ａ、横軸２１、横軸２１に設けられたプーリ２２ｂ、プーリ２２ａ，２２ｂに巻き掛けられた動力伝達ベルト２２ｃ、横軸２１に設けられたベベルピニオン１９ａ、及び、偏心スリーブ４に設けられたベベルギヤ１９ｂを含む。横軸２１は横軸軸受２５を介して下部フレーム３２に支持されている。偏心スリーブ４が回転すると、主軸５が機体中心軸線Ａに対して偏心した旋回運動、いわゆる歳差運動を行う。これにより、マントル１３の外表面とコンケーブ１４の内表面との距離が主軸５の旋回位置に応じて変化する。破砕室１６内に落下してきた被破砕物は、コンケーブ１４とマントル１３との間で破砕されて、下部フレーム３２の下方から破砕品として回収される。

【0020】

上記構成の破砕機１００は、故障予兆診断装置４０及び制御装置５０を備える。制御装置５０は、破砕機１００の運転を司る。故障予兆診断装置４０は、運転中又は立ち上げ運転中の破砕機１００で検出された情報に基づいて、破砕機１００の故障の予兆の有無を診断する。

【0021】

〔制御装置５０〕
図２は、破砕機１００の制御系統の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置５０には、表示装置５８、設定装置５９、故障予兆診断装置４０、各種の計器５２，５５，５６、及び、制御対象８，９，６が接続されている。本明細書で開示する故障予兆診断装置４０及び制御装置５０の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び/又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見做される。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、或いは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、又はユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び/又はプロセッサの構成に使用される。

【0022】

制御装置５０は、被破砕物の供給量を制御する。制御装置５０は、供給装置９の駆動モータ９ａと無線又は有線で接続されている。制御装置５０は、供給装置９の駆動モータ９ａに対し目標供給量と対応する指令信号を送信する。駆動モータ９ａが、制御装置５０からの指令信号に応答して動作することにより、供給装置９からホッパ３へ目標供給量の被破砕物が供給される。

【0023】

制御装置５０は、出口セットの値を制御する。出口セット（クローズドセット）は、コンケーブ１４とマントル１３の二つの破砕面の間隙の最も狭い位置の間隙と規定される。本実施形態に係る破砕機１００では、軸受シリンダ６がセット調整装置として機能する。ラム６１と共に主軸スラスト軸受２が昇降すると、マントル１３がコンケーブ１４に対して昇降移動して出口セットの値が変化する。出口セットの値によって、粉砕品の粒度が定まる。

【0024】

軸受シリンダ６のシリンダチューブ６２内には、ラム６１の変位によって容量の変化する油圧室６３が形成されており、この油圧室６３に油圧回路９０が接続されている。作動油が油圧回路９０を通じて油圧室６３へ給油されることにより、ラム６１が上昇する。また、油圧室６３の作動油が油圧回路９０を通じて油タンク７１へ排油されることにより、ラム６１が降下する。制御装置５０は、出口セットの値を検出するセットセンサ５２と無線又は有線で接続されている。制御装置５０は、セットセンサ５２で検出された情報を取得し、セットセンサ５２で検出される出口セットの値が目標出口セット値となるように、ラム６１を昇降させる。制御装置５０は、ラム６１を昇降させるために、油圧回路９０に設けられたポンプモータや電磁弁（いずれも図示略）を動作させて、所望のラム６１の位置が得られるようにシリンダ油圧を発生させる。

【0025】

制御装置５０は、偏心スリーブ４の回転数を制御する。偏心スリーブ４の回転数は、駆動モータ８によって回転駆動される横軸２１の回転数や主軸５の回転数と対応関係にある。制御装置５０は、駆動モータ８と無線又は有線で接続されている。制御装置５０は、駆動モータ８に対し目標回転数と対応する指令信号を送信する。駆動モータ８が、制御装置５０からの指令信号に応答して動作することにより、偏心スリーブ４の回転数が目標回転数となる。

【0026】

〔故障予兆診断装置４０〕
図３は、故障予兆診断に関する構成を示すブロック図である。図３に示すように、故障予兆診断装置４０には噛合振動検出器４３、軸受振動検出器４４、及び負荷検出器５６が接続されている。噛合振動検出器４３は、ベベルピニオン１９ａとベベルギヤ１９ｂの噛合部の振動加速度を検出する。噛合振動検出器４３は、破砕機１００の本体（例えば、下部フレーム３２や横軸２１のスリーブなど）に設けられる。噛合振動検出器４３は、下部フレーム３２においてベベルピニオン１９ａとベベルギヤ１９ｂとの噛合部の近傍に設けられていてよい。軸受振動検出器４４は、横軸軸受２５の振動加速度を検出する。軸受振動検出器４４は横軸軸受２５に設けられている。負荷検出器５６は、駆動モータ８のモータ負荷を検出することにより、破砕負荷を間接的に検出する。負荷検出器５６は、モータ電流をモータ負荷の指標とし、駆動モータ８へ供給される電流値（モータ電流）を検出する。

【0027】

ベベルピニオン１９ａとベベルギヤ１９ｂとの噛合振動加速度を計測し、それを時系列に並べると噛合振動加速度波形が得られる。図６は、有破砕負荷期間の噛合振動加速度波形の周波数分析結果の一例である。図６に示すように、破砕中の噛合振動加速度波形を解析することにより得られたパワースペクトルでは、噛み合いに起因する振動に加えて破砕に起因する振動が含まれる。そのため、破砕中の噛合振動加速度波形から故障の予兆となる特徴周波数成分のみを抽出することは難しい。そこで、故障予兆診断装置４０は、破砕室１６に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された噛合振動加速度を用いて、故障の予兆の有無を診断する。無破砕負荷期間は、破砕機１００の立ち上げ運転時に加えて、定常運転中にも発現し得る。破砕機１００は、立ち上げ運転及び定常運転中の無破砕負荷期間を検出し、無破砕負荷期間に噛合振動加速度のサンプリングを行う。

【0028】

図４は、故障予兆診断装置４０の処理の流れを示す図である。図４に示すように、故障予兆診断装置４０は、破砕機１００の立ち上げ運転時及び定常運転時に、負荷検出器５６で検出された破砕負荷の値を取得する（ステップＳ１）。故障予兆診断装置４０は、取得した破砕負荷の値と所定の負荷閾値とを比較する（ステップＳ２）。この負荷閾値は、破砕室１６に被破砕物が無く破砕が行われていないと見做せるような破砕負荷の値である。負荷閾値は実験により或いはシミュレーションにより求められたものが、予め故障予兆診断装置４０に設定されている。

【0029】

破砕負荷が負荷閾値以上である場合は（ステップＳ２でＮＯ）、処理はステップＳ１に戻って、ステップＳ１とステップＳ２とが繰り返される。一方、破砕負荷が負荷閾値より小さい場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、故障予兆診断装置４０は噛合振動検出器４３で検出される噛合振動加速度のサンプリングを開始する。

【0030】

故障予兆診断装置４０は、噛合振動加速度のサンプリング中においても、破砕負荷の値を取得して監視する（ステップＳ４）。破砕負荷が負荷閾値より小さい場合は（ステップＳ５でＹＥＳ）、サンプリングを開始してから所定のサンプリング時間が経過するまで（ステップＳ６でＮＯ）、サンプリングを継続する。サンプリング時間は任意に設定可能であり、噛合振動加速度波形を分析するために十分な時間が設定される。

【0031】

一方、故障予兆診断装置４０は、破砕負荷が負荷閾値以上となった場合（ステップＳ５でＮＯ）、及び、サンプリングを開始してからサンプリング時間が経過した場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、噛合振動加速度のサンプリングを終了する（ステップＳ７）。故障予兆診断装置４０は、サンプリングされた噛合振動加速度を用いて、故障の予兆を診断する（ステップＳ８）。

【0032】

無破砕負荷期間の噛合振動加速度波形に対しＦＦＴスペクトル処理が行われることにより、噛合振動加速度の周波数分析結果が得られる。図５は、無破砕負荷期間の噛合振動加速度波形の周波数分析結果の一例である。図５に示す噛合振動加速度波形のパワースペクトルでは、噛合周波数において噛み合いによるピークが顕著に表れ、噛合周波数の他の周波数において幾つかの側帯波のピークが表れている。

【0033】

回転機の振動解析において、噛合するギヤに故障が生じると、噛合振動加速度のパワースペクトルに、噛合周波数における噛み合いによるピークの他に側帯波のピークが発生することが知られている。側帯波のピークが生じる周波数や分散状態などを特定することにより、故障箇所や故障原因などを推定する技術も知られている。故障が生じていない場合には、パワースペクトルには際立った側帯波のピークは見られないものの、その予兆は表れ得る。

【0034】

そこで、故障予兆診断装置４０は、無破砕負荷期間に噛合振動検出器４３で検出された噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する。解析では、噛合振動加速度波形から故障の予兆となる特徴周波数成分が抽出され、抽出された特徴周波数成分が所定のルールで数値化される。故障予兆診断装置４０は、このようにして数値化された故障の予兆の程度に基づいて故障の予兆の有無を診断する。例えば、故障予兆診断装置４０は、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、分析周波数帯全体のスペクトルの合算値（オーバーオール値）を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断する。また、例えば、故障予兆診断装置４０は、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、或る特定の周波数帯のスペクトルの合算値（部分オーバーオール値）を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断する。

【0035】

故障予兆診断装置４０は、故障の予兆が見つかったときには、故障の予兆を報知する。故障の予兆の報知は、例えば、表示装置５８を通じて行われる。オペレータは、故障の予兆の報知を受けて、メンテナンスの準備を開始する。メンテナンスの準備では、予備品や関係資材の確保、及び、メンテナンス体制の構築が行われる。メンテナンス体制の構築には、操業計画の見直し、部品交換スケジュールの立案、作業員確保などが含まれる。メンテナンスの準備の期間中、破砕機１００は実際に故障が生じるまで或いは故障の可能性が高まるまで操業が継続される。つまり、破砕機１００の操業を停止することなく、メンテナンスの準備のための時間を稼ぐことができる。このように、故障が発覚してからメンテナンスの準備を開始する場合と比較して、ダウンタイムを短縮することができる。

【0036】

以上に説明したように、上記実施形態に係る旋動式破砕機１００は、
主軸５と、
主軸５に固定されたマントル１３と、
マントル１３と対峙するように配置され、マントル１３との間に破砕室１６を形成するコンケーブ１４と、
破砕室１６へ被破砕物を供給する供給装置９と、
主軸５の下部を下部軸受１５を介して支持する偏心スリーブ４と、
偏心スリーブ４を回転駆動する駆動モータ８と、
駆動モータ８により回転駆動される横軸２１、横軸２１に配置されたベベルピニオン１９ａ、及び、偏心スリーブ４に配置されてベベルピニオン１９ａと噛合するベベルギヤ１９ｂを含み、駆動モータ８の出力を偏心スリーブ４へ伝達する動力伝達機構２０と、
ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を検出する噛合振動検出器４３と、
故障予兆診断装置４０とを備える。

【0037】

そして、上記実施形態に係る旋動式破砕機１００の予兆診断装置４０は、ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、破砕室１６に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する。

【0038】

上記の故障予兆診断装置４０は、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、分析周波数帯全体のスペクトルの合算値を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断してよい。或いは、上記の故障予兆診断装置４０は、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、或る特定の周波数帯のスペクトルの合算値を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断してよい。

【0039】

同様に、上記実施形態に係る旋動式破砕機１００の故障予兆診断方法は、
ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの噛み合いにより生じる噛合振動加速度を取得し、
破砕室１６に被破砕物が供給されない無破砕負荷期間に検出された噛合振動加速度を時系列に並べた噛合振動加速度波形を求め、
噛合振動加速度波形の解析結果に基づいて故障の予兆の有無を診断する。

【0040】

上記において、故障の予兆の有無を診断することが、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、分析周波数帯全体のスペクトルの合算値を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断することを含んでいてよい。或いは、上記において、故障の予兆の有無を診断することが、噛合振動加速度波形に対してＦＦＴスペクトル処理を行い、或る特定の周波数帯のスペクトルの合算値を求め、合算値が所定の診断閾値を超える場合に故障の予兆が見つかったと判断し、合算値が所定の診断閾値以下である場合に故障の予兆が見つからなかったと判断することを含んでいてよい。

【0041】

上記構成の破砕機１００、破砕機１００の故障予兆診断装置４０及び方法によれば、ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂは破砕による負荷を受けるが、診断に用いる噛合振動加速度波形では破砕による負荷に起因する振動の影響を無視することができる。よって、ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの噛合振動加速度波形から故障の予兆となる特徴周波数成分を抽出することが可能となる。そして、破砕機１００の故障（とりわけ、ベベルピニオン１９ａ，ベベルギヤ１９ｂの故障）の予兆の有無を診断することができるので、故障の予兆が見られた時点でメンテナンスの準備を開始することができる。つまり、破砕機１００の操業を停止することなく、メンテナンスの準備のための時間を稼ぐことができる。このように、故障が発覚してからメンテナンスの準備を開始する場合と比較して、ダウンタイムを短縮することができる。

【0042】

また、上記実施形態に係る破砕機１００の故障予兆診断装置４０は、破砕機１００の破砕負荷を取得し、破砕負荷が所定の負荷閾値を下回る期間を無破砕負荷期間と見做し、当該無破砕負荷期間に噛合振動加速度のサンプリングを行う。

【0043】

同様に、上記実施形態に係る破砕機１００の故障予兆診断方法では、破砕負荷を検出し、破砕負荷が所定の負荷閾値を下回る期間を無破砕負荷期間と見做し、当該無破砕負荷期間に噛合振動加速度のサンプリングを行う。

【0044】

このように、破砕負荷に基づいて無破砕負荷期間を判断することによれば、破砕機１００の運転中において生じる無破砕負荷期間に自動的に噛合振動加速度のサンプリングが行われるので、破砕機１００の運転を停止することなく故障の予兆の診断を自動的に行うことができる。

【0045】

以上に本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示の発明思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本開示に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

【0046】

例えば、上記の破砕機１００は、軸受シリンダ６のシリンダ圧によって出口セットが調整される油圧式の破砕機１００であるが、破砕機１００は機械式の破砕機１００であってもよい。機械式の旋動式破砕機１００では、マントル１３に対してコンケーブ１４を昇降させる昇降装置（例えば、油圧シリンダ）を備える。

【0047】

例えば、破砕機１００に対し故障予兆診断装置４０が遠隔配置されていてもよい。この場合、噛合振動検出器４３や軸受振動検出器４４で検出された情報が通信ネットワークを通じて故障予兆診断装置４０へ伝達され、故障予兆診断装置４０は故障の予兆の診断結果を通信ネットワークを通じて破砕機１００の傍に配置された制御装置５０へ伝達する。制御装置５０は、破砕機１００に対し遠隔配置されていてもよい。また、故障予兆診断装置４０がクラウドサービスにより提供されてもよい。この場合、特定のコンピュータからアクセスを受けたクラウドサーバが所定のプログラムを実行することによって故障予兆診断装置４０として機能し、提供された噛合振動加速度情報に基づいて算出した故障の予兆の診断結果をコンピュータへ返してもよい。また、算出された故障の予兆の診断結果はクラウドサーバに特定のコンピュータからアクセス可能に格納されてもよい。同様に、制御装置５０がクラウドサービスにより提供されてもよい。

【符号の説明】

【0048】

４ ：偏心スリーブ
５ ：主軸
６ ：軸受シリンダ
８ ：駆動モータ
９ ：供給装置
１０ ：主軸軸受
１１ ：スリーブ軸受
１３ ：マントル
１４ ：コンケーブ
１５ ：下部軸受
１６ ：破砕室
１７ ：上部軸受
１９ａ ：ベベルピニオン
１９ｂ ：ベベルギヤ
２０ ：動力伝達機構
２１ ：横軸
２５ ：横軸軸受
３０ ：フレーム
３１ ：上部フレーム
３２ ：下部フレーム
４０ ：故障予兆診断装置
４３ ：噛合振動検出器
４４ ：軸受振動検出器
５０ ：制御装置
１００ ：旋動式破砕機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】