特許 7422880 旋動式破砕機並びにその制御システム及び方法

(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】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】旋動式破砕機並びにその制御システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B02C 2/06 20060101AFI20240119BHJP

   B02C 25/00 20060101ALI20240119BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20240119BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

B02C2/06

B02C25/00 B

G01M99/00 Z

G01H17/00 Z

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2022538031

(86)(22)【出願日】2021-07-20

(86)【国際出願番号】 JP2021027232

(87)【国際公開番号】W WO2022019316

(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 2020123709

(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

(72)【発明者】

【氏名】木本 健介

【審査官】宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特表２００４－５１９３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８２２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３５４５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４５０４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２２５５５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０２Ｃ ２／０６

Ｂ０２Ｃ ２５／００

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０１Ｈ １７／００

(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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御システムであって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報に基づいて算出された故障発生の指標となる故障予兆レベルを取得し、前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転が行われるように前記旋動式破砕機を制御する制御装置を、備え、
前記制御装置は、
ｎはゼロから前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超える度に１ずつ増える数であって、前記故障予兆レベルがｎ回目に前記第１閾値を超えるとｎ次延命運転を行い、
前記ｎ次延命運転では、前記被破砕物の供給量、前記出口セットの大きさ、及び、前記偏心スリーブの回転数のうち前記延命措置と対応するものの制御目標値を変化させることによって前記故障予兆レベルを前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値まで低下させ、前記故障予兆レベルが前記第２閾値より小さくなったときの前記制御目標値を前記ｎ次延命運転の前記制御目標値とし、前記ｎ次延命運転において前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超えるとｎと所定の最大次数Ｎとを比較し、ｎが最大次数Ｎ未満であれば（ｎ＋１）を新たなｎとして新たなｎ次延命運転を行い、ｎが最大次数Ｎであれば前記旋動式破砕機の運転を停止するように構成されている、
旋動式破砕機の制御システム。

【請求項2】

前記状態情報を取得し、前記状態情報に基づいて前記故障予兆レベルを算出する故障予兆診断装置を、更に備える、
請求項１に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項3】

前記状態情報を検出する検出装置を、更に備える、
請求項２に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項4】

前記故障予兆診断装置は、前記複数の診断要素のうち２つ以上の前記状態情報を取得し、前記２つ以上の状態情報の各々について故障発生の指標となる故障予兆ポイントを求め、当該故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルを算出する、
請求項２又は３に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項5】

前記故障予兆診断装置は、前記複数の診断要素の各々と故障との関連度合及び／又は故障重度に応じて重み付けされた前記故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルを算出する、
請求項４記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項6】

前記旋動式破砕機は前記主軸の上部を上部軸受を介して支持するフレームを備えており、
前記複数の診断要素が、前記上部軸受の摩耗を含む、
請求項１～５のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項7】

前記第１閾値及び前記第２閾値のうち少なくとも一方の任意の値を前記制御装置へ設定する設定装置を更に備える、
請求項１～６のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項8】

複数のモードの中から選択された１つを前記制御装置へ設定する設定装置を更に備え、
前記制御装置は、前記複数のモードの各々に対応付けられた前記第２閾値が記憶されており、複数の前記第２閾値の中から設定されたモードに対応した前記第２閾値を読み出して用いる、
請求項１～６のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項9】

前記複数のモードの各々について前記故障予兆レベルの時間変化を予想した予想変動曲線を表示する表示装置を、更に備える、
請求項８に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項10】

前記延命運転を行うか否かを前記制御装置へ設定する設定装置を、更に備え、
前記制御装置は、前記延命運転を行うと設定された場合にのみ前記延命運転を行う、
請求項１～６のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項11】

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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御システムであって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報に基づいて算出された故障発生の指標となる故障予兆レベルを取得し、前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、少なくともその直後において前記故障予兆レベルが前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値を下回るまで、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転が行われるように前記旋動式破砕機を制御する制御装置と、
前記状態情報を取得し、前記状態情報に基づいて前記故障予兆レベルを算出する故障予兆診断装置とを、備え、
前記故障予兆診断装置は、前記複数の診断要素のうち２つ以上の前記状態情報を取得し、前記２つ以上の状態情報の各々について故障発生の指標となる故障予兆ポイントを求め、当該故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルを算出する、
旋動式破砕機の制御システム。

【請求項12】

前記故障予兆診断装置は、前記複数の診断要素の各々と故障との関連度合及び／又は故障重度に応じて重み付けされた前記故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルを算出する、
請求項１１に記載の旋動式破砕機の制御システム。

【請求項13】

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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御システムであって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報に基づいて算出された故障発生の指標となる故障予兆レベルを取得し、前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、少なくともその直後において前記故障予兆レベルが前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値を下回るまで、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転が行われるように前記旋動式破砕機を制御する制御装置と、
前記状態情報を検出する検出装置と、
前記検出装置から前記状態情報を取得し、前記状態情報に基づいて前記故障予兆レベルを算出する故障予兆診断装置と、を備え、
前記下部軸受の摺動面の摩擦係数又は当該摩擦係数と相関する指標を第１指標とし、
Ｓ^＊＝μｖ／Ｆ（但し、μは前記摺動面に介在する潤滑剤の粘度、ｖは前記摺動面の摺動速度、Ｆは前記摺動面の押付荷重）で示される物理量Ｓ^＊又は当該物理量Ｓ^＊と相関する指標を第２指標とし、
前記検出装置は、前記第１指標を測定する少なくとも１つの第１指標測定器と、前記第２指標を測定する少なくとも１つの第２指標測定器と、前記第１指標及び前記第２指標を取得し、前記第１指標の時間変化率の正負と前記第２指標の時間変化率の正負との相関に基づいて、前記下部軸受の潤滑状態を推定する潤滑状態推定器と含む、
旋動式破砕機の制御システム。

【請求項14】

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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御方法であって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの診断要素の状態情報を取得すること、
前記状態情報に基づいて故障発生の指標となる故障予兆レベルを算出すること、及び、
前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転を行うこと、を含み、
前記延命運転を行うことが、
ｎはゼロから前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超える度に１ずつ増える数であって、前記故障予兆レベルがｎ回目に前記第１閾値を超えるとｎ次延命運転を行い、
前記ｎ次延命運転では、前記被破砕物の供給量、前記出口セットの大きさ、及び、前記偏心スリーブの回転数のうち前記延命措置と対応するものの制御目標値を変化させることによって前記故障予兆レベルを前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値まで低下させ、前記故障予兆レベルが前記第２閾値より小さくなったときの前記制御目標値を前記ｎ次延命運転の前記制御目標値とし、前記ｎ次延命運転において前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超えるとｎと所定の最大次数Ｎとを比較し、ｎが最大次数Ｎ未満であれば（ｎ＋１）を新たなｎとして新たなｎ次延命運転を行い、ｎが最大次数Ｎであれば前記旋動式破砕機の運転を停止することを含む、
旋動式破砕機の制御方法。

【請求項15】

前記旋動式破砕機が前記主軸の上部を上部軸受を介して支持するフレームを更に備えており、前記複数の診断要素が前記上部軸受の摩耗を含む、
請求項１４に記載の旋動式破砕機の制御方法。

【請求項16】

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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御方法であって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち２つ以上の診断要素の状態情報を検出し、
前記２つ以上の状態情報の各々について故障発生の指標となる故障予兆ポイントを求め、当該故障予兆ポイントを合算することにより故障発生の指標となる故障予兆レベルを算出し、
前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、少なくともその直後において前記故障予兆レベルが前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値を下回るまで、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転を行う、
旋動式破砕機の制御方法。

【請求項17】

前記複数の診断要素の各々と故障との関連度合及び／又は故障重度に応じて重み付けされた前記故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルを算出する、
請求項１６に記載の旋動式破砕機の制御方法。

【請求項18】

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、前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、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制御方法であって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの診断要素の状態情報を取得し、
前記状態情報に基づいて故障発生の指標となる故障予兆レベルを算出し、
前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、少なくともその直後において前記故障予兆レベルが前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値を下回るまで、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増減、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転を行うことを含み、
前記下部軸受の潤滑状態の状態情報を検出することが、
前記下部軸受の摺動面の摩擦係数又は当該摩擦係数と相関する指標を第１指標とし、
Ｓ^＊＝μｖ／Ｆ（但し、μは前記摺動面に介在する潤滑剤の粘度、ｖは前記摺動面の摺動速度、Ｆは前記摺動面の押付荷重）で示される物理量Ｓ^＊又は当該物理量Ｓ^＊と相関する指標を第２指標とし、
前記第１指標及び前記第２指標を測定すること、及び、
前記第１指標の時間変化率の正負と前記第２指標の時間変化率の正負との相関に基づいて、前記摺動面の潤滑状態を推定することを含む、
旋動式破砕機の制御方法。

【請求項19】

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、
前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、
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、
前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構と、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の旋動式破砕機の制御システムとを備える、
旋動式破砕機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、旋動式破砕機、旋動式破砕機の制御システム、及び、旋動式破砕機の制御方法に関する。

【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）の出口間隙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、出口間隙検出信号と負荷検出信号とに基づいて出口間隙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間隙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、必要に応じて部品交換を行う。しかし、破砕機の交換部品の多くは専用品であって、万一、その部品の在庫が無い場合、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】

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、破砕機から取得したプロセスデータを分析することにより故障の予兆を評価し、故障の予兆が見られた場合は、直ちに故障に至らないように破砕機を継続して運転させる破砕機及びその制御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、
前記破砕室へ被破砕物を供給する供給装置と、
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、
前記駆動モータの出力を前記偏心スリーブへ伝達する動力伝達機構と、
制御システムとを備える。

【0009】

本開示の一態様に係る旋動式破砕機の制御システムは、上記構成の旋動式破砕機の制御システムであって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報に基づいて算出された故障発生の指標となる故障予兆レベルを取得し、前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転が行われるように前記旋動式破砕機を制御する制御装置を、備える。
そして、前記制御装置は、
ｎはゼロから前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超える度に１ずつ増える数であって、前記故障予兆レベルがｎ回目に前記第１閾値を超えるとｎ次延命運転を行い、
前記ｎ次延命運転では、前記被破砕物の供給量、前記出口セットの大きさ、及び、前記偏心スリーブの回転数のうち前記延命措置と対応するものの制御目標値を変化させることによって前記故障予兆レベルを前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値まで低下させ、前記故障予兆レベルが前記第２閾値より小さくなったときの前記制御目標値を前記ｎ次延命運転の前記制御目標値とし、前記ｎ次延命運転において前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超えるとｎと所定の最大次数Ｎとを比較し、ｎが最大次数Ｎ未満であれば（ｎ＋１）を新たなｎとして新たなｎ次延命運転を行い、ｎが最大次数Ｎであれば前記旋動式破砕機の運転を停止するように構成されているものである。

【0010】

また、本開示の一態様に係る旋動式破砕機の制御方法は、上記構成の旋動式破砕機の制御方法であって、
前記下部軸受の潤滑状態、前記動力伝達機構に含まれる噛合部の振動、及び、前記動力伝達機構に含まれる軸の軸受の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの診断要素の状態情報を取得すること、
前記状態情報に基づいて故障発生の指標となる故障予兆レベルを算出すること、及び、
前記故障予兆レベルが所定の第１閾値を超えると、少なくともその直後において前記故障予兆レベルが前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値を下回るまで、前記被破砕物の供給量の減少、前記マントルと前記コンケーブとの間の出口セットの増大、及び、前記偏心スリーブの回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転を行うことを、含む。
そして、前記延命運転を行うことが、
ｎはゼロから前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超える度に１ずつ増える数であって、前記故障予兆レベルがｎ回目に前記第１閾値を超えるとｎ次延命運転を行い、
前記ｎ次延命運転では、前記被破砕物の供給量、前記出口セットの大きさ、及び、前記偏心スリーブの回転数のうち前記延命措置と対応するものの制御目標値を変化させることによって前記故障予兆レベルを前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値まで低下させ、前記故障予兆レベルが前記第２閾値より小さくなったときの前記制御目標値を前記ｎ次延命運転の前記制御目標値とし、前記ｎ次延命運転において前記故障予兆レベルが前記第１閾値を超えるとｎと所定の最大次数Ｎとを比較し、ｎが最大次数Ｎ未満であれば（ｎ＋１）を新たなｎとして新たなｎ次延命運転を行い、ｎが最大次数Ｎであれば前記旋動式破砕機の運転を停止することを含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、破砕機の故障の予兆が見られた場合に、直ちに故障に至らないように破砕機を継続して運転させる破砕機及びその制御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、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】図３は、軸受間隙と故障予兆ポイントとの関係の一例を表す図表である。

【図4】図４は、破砕機の制御系統の構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、軸受シリンダの油圧系統の構成を示す図である。

【図6】図６は、制御装置による破砕機の制御の流れを示す図である。

【図7】図７は、故障予兆レベルの変動曲線を示した図である。

【図8】図８は、延命運転を行った場合の故障予兆レベルの変動曲線である。

【図9】図９は、第１閾値及び第２閾値を変更した場合における故障予兆レベルの変動曲線を示した図である。

【図10】図１０は、第１～３の各モードにおける故障予兆レベルの時間変化を予想した予想変動曲線を示した図である。

【図11】図１１は、連続制御を行った場合における、故障予兆レベルの変動曲線を示した図である。

【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及びその制御システム１０１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、この旋動式破砕機１０１は、故障予兆診断装置４０及び制御装置５０を含む制御システム１０１によって制御される。

【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は下部フレーム３２に横軸軸受２５を介して支持されている。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。故障予兆診断装置４０は、運転中又は運転前の破砕機１００で得られたプロセスデータに基づいて、破砕機１００の故障の予兆の有無を診断する。制御装置５０は、故障予兆診断装置４０で故障の予兆が有ると診断された場合に、直ちに故障に至らないように破砕機１００の運転を制御する。

【0021】

〔故障予兆診断装置４０〕
故障予兆診断装置４０は、故障予兆レベルＬを算出する。故障予兆レベルＬは、破砕機１００の故障発生の指標となる値である。故障予兆レベルＬがある値を超えると、破砕機１００が故障に至る可能性が高くなる。

【0022】

故障予兆レベルＬは、（１）上部軸受１７の摩耗、（２）下部軸受１５の潤滑状態、（３）ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの振動、及び、（４）横軸軸受２５の振動の、複数の診断要素のうち少なくとも１つの故障予兆診断結果に基づいて算出される。本実施形態では、故障予兆診断装置４０は、上記（１）～（４）の診断要素の各々について故障予兆ポイントα₁～α₄を算出し、算出した故障予兆ポイントα₁～α₄の合算値に基づいて故障予兆レベルＬを算出する。但し、故障予兆診断装置４０は、上記（１）～（４）の複数の診断要素のうち１つについて求めた故障予兆ポイントα₁～α₄に基づいて故障予兆レベルＬを算出してもよいし、上記（１）～（４）の複数の診断要素のうち２つ以上の組み合わせについて求めた故障予兆ポイントα₁～α₄の合算値に基づいて故障予兆レベルＬを算出してもよい。

【0023】

図２に示すように、故障予兆診断装置４０には、上部軸受１７の摩耗、下部軸受１５の潤滑状態、動力伝達機構２０に含まれる噛合部（ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂ）の振動、及び、動力伝達機構２０に含まれる横軸２１の横軸軸受２５の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報を検出する検出装置４９が接続されている。故障予兆診断装置４０は、検出装置４９で検出された状態情報を取得して故障予兆の診断に用いることができる。検出装置４９は、複数の診断要素のうち故障予兆レベルＬの算出に関与するものに応じて、上部軸受１７に設けられた摩耗検出器４１、下部軸受１５の潤滑状態を検出する潤滑状態検出器４２、ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの振動を検出する第１振動検出器４３、及び、横軸軸受２５の振動を検出する第２振動検出器４４の少なくとも１つを含む。

【0024】

（１）上部軸受１７の摩耗に関する故障予兆ポイントα₁
上部軸受１７が摩耗すると、軸受間隙が大きくなる。上部軸受１７の摩耗が進行すると、主軸５が偏心スリーブ４に片当たりして、偏心スリーブ４に焼き付きが生じる。そこで、故障予兆診断装置４０は、摩耗検出器４１で検出された上部軸受１７と主軸５との軸受間隙の大きさに基づいて、故障予兆ポイントα₁を算出する。図３は、軸受間隙と故障予兆ポイントα₁との関係の一例を表す図表である。軸受間隙（即ち、上部軸受１７の摩耗量）が大きくなるに従って、故障予兆ポイントα₁も大きくなる。故障予兆診断装置４０は、予め記憶された軸受間隙と故障予兆ポイントα₁との関係を利用して、検出された軸受間隙に基づいて故障予兆ポイントα₁を算出する。

【0025】

（２）下部軸受１５の潤滑状態に関する故障予兆ポイントα₂
下部軸受１５の潤滑状態は摺動面の摩擦係数ｆや潤滑膜の粘度μに基づいて評価することができる。しかし、破砕機１００の下部軸受１５では、運転中に摺動面の摩擦係数ｆや潤滑膜の粘度μなどを精密に計測することは困難である。そこで、下部軸受１５における摺動面の摩擦係数ｆと相関する第１指標を｛軸動力／シリンダ圧力｝とし、下部軸受１５における物理量Ｓ^＊と相関する第２指標を｛シリンダ圧力｝とし、第１指標と第２指標との正負の相関に基づいて、下部軸受１５の潤滑状態の変化を推定する。ここで、物理量Ｓ^＊は、相対運動をする２つの物体の摺動面において、摩擦係数ｆと、潤滑膜の粘度μ、摺動面の摺動速度ｖ及び摺動面の押付荷重Ｆの３要素を組み合わせた物理量である。物理量Ｓ^＊は、Ｓ^＊＝μｖ／Ｆ（但し、μは摺動面に介在する潤滑剤の粘度、ｖは摺動面の摺動速度、Ｆは摺動面の押付荷重）で求めることができる。第１指標は、推定対象の滑り軸受の摩擦係数ｆと相関する物理量であれば、仕事や、軸受損失、その他損失などを含む計測値であってもよい。第２指標は、推定対象の物理量Ｓ＊と相関する指標であれば、仕事や、軸受損失、その他損失などを含む計測値であってもよい。

【0026】

本実施形態では、潤滑状態検出器４２として、軸受シリンダ６のシリンダ圧力を検出する油圧検出器５５と、駆動モータ８のモータ負荷を検出する負荷検出器５６と、潤滑状態推定器５７とを備える。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。モータ負荷の増加／減少は、軸動力の増加／減少と相関することから、第１指標の軸動力としてモータ負荷を用いることができる。油圧検出器５５で検出されたシリンダ圧力と負荷検出器５６で検出されたモータ負荷とに基づいて第１指標及び第２指標が得られる。第１指標と第２指標の相関は、流体潤滑下では負の相関を示すが、時間が経過するとやがて或るタイミングで正の相関に変化する。潤滑状態推定器５７は、第１指標と第２指標の相関が負の相関から正の相関に変化したタイミングで、潤滑状態が流体潤滑から混合潤滑へ遷移したことを推定する。潤滑状態が混合潤滑となった状態で運転を継続すると、やがて潤滑状態は境界潤滑へ遷移する。混合潤滑では、潤滑膜が流体潤滑よりも薄くなって、摺動面の凸部同士の接触が局所的に生じている。境界潤滑では、潤滑膜が混合潤滑よりも薄くなり、摺動面の凸部同士に分子レベルの潤滑膜を介した接触が生じている。

【0027】

故障予兆診断装置４０は、潤滑状態検出器４２で得られた下部軸受１５の潤滑状態に基づいて故障予兆ポイントα₂を算出する。下部軸受１５の潤滑状態が、流体潤滑であるときの故障予兆ポイントα₂は０であり、混合潤滑であるときの故障予兆ポイントα₂は１である。但し、故障予兆ポイントα₂は流体潤滑よりも混合潤滑が大きければよく、ポイント数の割り当ては本実施形態に限定されない。

【0028】

（３）ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの振動に関する故障予兆ポイントα₃
ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂの振動加速度を計測し、それを時系列に並べると振動加速度波形が得られる。破砕中に得られた振動加速度波形には、ギヤ自身の振動に加えて破砕に起因する振動が含まれるので、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難しい。そこで、故障予兆診断装置４０は、非破砕時（即ち、破砕室１６に被破砕物が供給されてないとき）に、第１振動検出器４３で検出されたベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂ少なくとも一方の振動加速度から振動加速度波形を生成し、これを分析して、故障の予兆の有無に基づいて故障予兆ポイントα₃を算出する。例えば、故障の予兆が見つからないときの故障予兆ポイントα₃は０であり、故障の予兆が見つかったときの故障予兆ポイントα₃は１である。但し、故障予兆ポイントα₃は故障の予兆が無いときよりも有るときのほうが大きければよく、ポイント数の割り当ては本実施形態に限定されない。

【0029】

（４）横軸軸受２５の振動に関する故障予兆ポイントα₄
横軸軸受２５の振動加速度を計測し、それを時系列に並べると振動加速度波形が得られる。故障予兆診断装置４０は、破砕機１００の運転時に第２振動検出器４４で検出された横軸軸受２５の振動加速度から振動加速度波形を生成し、これを分析して、故障の予兆の有無に基づいて故障予兆ポイントα₄を算出する。例えば、故障の予兆が見つからないときの故障予兆ポイントは０であり、故障の予兆が見つかったときの故障予兆ポイントα₄は１である。但し、故障予兆ポイントα₄は故障の予兆が無いときよりも有るときのほうが大きければよく、ポイント数の割り当ては本実施形態に限定されない。

【0030】

なお、上記（３）及び（４）の診断要素について故障予兆ポイントα₃，α₄を算出する際の振動加速度波形の分析方法は特に限定されないが、次のように例示される。例えば、故障予兆診断装置４０は、振動加速度波形に対してＦＦＴ処理を行い、得られた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、振動加速度波形に対してＦＦＴ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。

【0031】

故障予兆診断装置４０は、算出した故障予兆ポイントα₁～α₄を合算して故障予兆レベルＬを算出する。
Ｌ＝κ₁・α₁＋κ₂・α₂＋κ₃・α₃＋κ₄・α₄ （式１）

【0032】

複数の診断要素について算出した故障予兆ポイントα₁～α₄を合算する際に、個々の診断要素の故障との関連度合又は故障重度に応じて、個々の診断要素の状態情報から得られた故障予兆ポイントに重み付けをしてもよい。上記の式１では、故障予兆ポイントα₁～α₄のそれぞれに対応して重みκ₁～κ₄が付けられている。例えば、上部軸受１７の摩耗が進行すると、上部軸受１７のみならず破砕機１００の他の構成要素の故障も引き起こすことから、上部軸受１７の摩耗は故障重度が大きい。そこで、上部軸受１７の摩耗について求めた故障予兆ポイントα₁の重みκ₁を、余の重みκ₂～κ₄より大きい数としてよい。例えば、重みκ₁を３とし、重みκ₂～κ₄を１としてよい。但し、重みκ₁～κ₄は全て１であってもよい。

【0033】

〔制御装置５０〕
図４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４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８，９ａ，９０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。

【0034】

制御装置５０は、供給装置９による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。

【0035】

制御装置５０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における出口セット（クローズドセット）を制御する。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寸法が変化する。出口セットの寸法によって、粉砕物の粒度が定まる。制御装置５０は、出口セット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。

【0036】

図５は、軸受シリンダ６の油圧系統の構成を示す図である。図５に示すように、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。油タンク７１の作動油が油圧回路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。

【0037】

油圧回路９０の構成は限定されないが、以下のように例示される。油圧回路９０は、油圧室６３の下部と連通された連通管９１、連通管９１に設けられたアキュムレータ９２（又は、バランスシリンダ）、連通管９１と接続された給油管９３、及び、給油管９３と接続された排油管９４を含む。連通管９１には、油圧室６３の作動油の圧力を検出する油圧検出器５５が設けられている。給油管９３には、油タンク７１の作動油を油圧室６３へ圧送するギヤポンプ７６が設けられている。ギヤポンプ７６はポンプモータ７７によって駆動される。給油管９３には、ノーマルクローズの開閉弁９８が設けられている。排油管９４には、ノーマルクローズの開閉弁９９が設けられている。

【0038】

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、ポンプモータ７７、開閉弁９８、及び開閉弁９９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。

【0039】

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。図４に示すように、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。

【0040】

〔破砕機１００の制御方法〕
制御装置５０は、破砕機１００の運転を司る。故障予兆レベルＬが所定の第１閾値Ｔ₁以下では、要求された砕石粒度を維持しつつ最大の生産量が得られるように、破砕機１００は定常運転される。故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えると、破砕機１００は延命運転される。延命運転中の破砕機１００では、実際に故障が生じるまでの時間を稼ぐために、破砕負荷が軽減される。ここで「破砕負荷」とは、破砕に伴って駆動モータ８に掛かる負荷を意味する。駆動モータ８は、所定以上の過負荷が発生すると、過負荷保護回路の作動によって出力軸８ａの回転がロックされ非常停止する。破砕負荷の指標として、負荷検出器５６で検出されるモータ負荷が用いられてよい。

【0041】

図６は、制御装置５０による破砕機１００の制御の流れを示す図である。図６に示すように、制御装置５０は、ｎをゼロにリセットし（ステップＳ１）、定常運転を行う（ステップＳ２）。制御装置５０は、故障予兆診断装置４０から故障予兆レベルＬを取得する（ステップＳ３）。

【0042】

図７は、故障予兆レベルＬの変動曲線を示した図である。破砕機１００に故障のおそれがない場合、故障予兆レベルＬは変動しつつも一定の範囲に収まっている。一方、破砕機１００に何らかの異常が発生して故障に至るおそれがある場合、故障予兆レベルＬは加速度的に増加して故障に至る。

【0043】

制御装置５０は、取得した故障予兆レベルＬと第１閾値Ｔ₁とを比較する（ステップＳ４）。故障予兆レベルＬの第１閾値Ｔ₁は、経験により又はシミュレーションにより個々の機体に応じた値が設定される。制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁以下であれば（ステップＳ４でＮＯ）、破砕機１００に故障の予兆が見られないとして、引き続き定常運転を継続しながら故障予兆レベルＬの監視を継続する（ステップＳ３，Ｓ４）。

【0044】

制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたとき（ステップＳ４でＹＥＳ）、故障の予兆があると判断する。なお、制御装置５０は、故障予兆レベルＬが一瞬でも第１閾値Ｔ₁を超えたときに故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたと判定してもよく、ノイズの影響を考慮して故障予兆レベルＬが一定時間連続して第１閾値Ｔ₁を超えたときに故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたと判定してもよい。制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたとき（ステップＳ４でＹＥＳ）、ｎが所定の最大次数Ｎであれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、破砕機１００の運転を強制的に停止させ（ステップＳ１１）、処理を終了する。ｎが最大次数Ｎ未満であれば（ステップＳ５でＮＯ）、ｎを１つ増やしてｎ＝ｎ＋１として（ステップＳ６）、ｎ次延命運転を開始する（ステップＳ７）。ここでｎ＝１であるとき、つまり、１次延命運転が開始される際に、オペレータに対して故障の予兆が報知される。故障の予兆を報知は、例えば、表示装置５８を通じて行われる。

【0045】

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は延命運転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、ダウンタイムを削減することができる。

【0046】

延命運転では、制御装置５０は定常運転時と比較して破砕負荷を軽減するために、被破砕物の供給量の減少、出口セットの増大、及び、偏心スリーブ４の回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つの措置をとる。但し、破砕負荷が軽減すると、破砕物の生産量が低減する。なお、出口セットが増大すると、砕石粒度が大きくなって再破砕が必要となるため、結果的に生産量が低減する。そこで、制御装置５０は、破砕物の生産量の低下と機器の延命とをバランスしながら、破砕機１００を延命運転させる。

【0047】

制御装置５０は、延命運転を開始すると、新たな制御目標値を設定する（ステップＳ８）。具体的には、故障予兆レベルＬが低下するように新たな制御目標値を設定する。新たな制御目標値は、被破砕物の供給量、シリンダ圧力（出口セット）、偏心スリーブ４の回転数のうち少なくとも１つの新たな制御目標値であってよい。換言すれば、被破砕物の供給量、シリンダ圧力（出口セット）、偏心スリーブ４の回転数のうち１つ以上においてそれまでの制御目標値が維持されてよい。

【0048】

例えば、制御装置５０は、被破砕物の供給量が所定の調整量だけ減少するように、被破砕物の供給量の新たな制御目標値を設定する。そして、制御装置５０は、被破砕物の供給量が新たな制御目標値となるように、供給装置９の駆動モータ９ａを動作させる。

【0049】

例えば、制御装置５０は、出口セットの寸法が所定の調整量だけ増加するように、シリンダ圧力の新たな制御目標値を設定する。そして、制御装置５０は、軸受シリンダ６のシリンダ圧力が新たな制御目標値となるように油圧回路９０を動作させる。

【0050】

例えば、制御装置５０は、偏心スリーブ４の回転数が所定の調整量だけ増加するように、偏心スリーブ４の回転数の新たな制御目標値を設定する。そして、制御装置５０は、偏心スリーブ４の回転数が新たな制御目標値となるように、駆動モータ８を動作させる。

【0051】

破砕機１００で延命運転が行われると、故障予兆レベルＬは一時的に減少する。制御装置５０は、破砕機１００の延命運転中も故障予兆レベルＬの監視を継続する。制御装置５０は、故障予兆診断装置４０から故障予兆レベルＬを取得し（ステップＳ９）、故障予兆レベルＬと第２閾値Ｔ₂とを比較する（ステップＳ１０）。第２閾値Ｔ₂は、故障予兆レベルＬの初期値より大きく且つ第１閾値Ｔ₁より小さな任意の値である。故障予兆レベルＬの第２閾値Ｔ₂は、経験により又はシミュレーションにより個々の機体に応じた値が設定される。制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂以上であれば（ステップＳ１０でＮＯ）、ステップＳ８に戻って、制御目標値の再設定を含むステップＳ８～Ｓ１０が繰り返される。

【0052】

制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂よりも小さくなったとき（ステップＳ１０でＹＥＳ）、破砕機１００が故障するリスクは低下したとして、現在の制御目標値を維持して１次延命運転を継続する。つまり、制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を上回ってから、故障予兆レベルＬが小さくなるように制御目標値を設定することを繰り返す。そして、制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂よりも小さくなれば、その時の制御目標値をｎ次延命運転の制御目標値として、ステップＳ３に戻って破砕機１００の運転を継続する。

【0053】

図８は、上述の運転制御を行った場合の故障予兆レベルの変動曲線である。なお、図８～１１では、故障予兆レベルＬは滑らかな曲線で近似的に示されている。なお、各図に示す故障予兆レベルの変動曲線はあくまでも一例である。

【0054】

図８の破線で示すように、定常運転中に故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を上回ったとき、即ち、破砕機１００に故障の予兆が発生したときに何ら対策をとらなければ、故障予兆レベルＬが加速度的に大きくなり、破砕機１００は短期間のうちに故障に至る。これに対し、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を上回ったことをトリガとして定常運転から１次延命運転に切り替わることにより、故障予兆レベルＬは第２閾値Ｔ₂よりも一旦小さくなる。しかしながら、１次延命運転が継続されるうちに、故障予兆レベルＬが再び第１閾値Ｔ₁を超える場合がある（ステップＳ４）。この場合には、２次延命運転を開始し（ステップＳ５～Ｓ７）、故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂よりも小さくなるまで制御目標値の再設定を繰り返し（ステップＳ８～Ｓ１０）、故障予兆レベルＬは第２閾値Ｔ₂よりも一旦小さくなった制御目標値で２次延命運転を継続する。なお、通常は、制御目標値を更新する回数が増えるに従って、破砕物の生産量は減少する。例えば、故障予兆レベルＬが初めて第１閾値Ｔ₁を超えてから２回目に超えるまでの１次延命運転時よりも、２回目に閾値を超えてから３回目に超えるまでの２次延命運転時の方が破砕物の生産量が小さくなる。そこで、延命運転の最大次数Ｎを１以上の適切な自然数に設定することで、生産量が過度に減少した状態で運転が継続されることが防止される。また、最大次数Ｎが１以上であることで、少なくとも１サイクルの延命運転が行われるので、延命運転を行わずに定常運転を継続する場合と比較して故障までの時間稼ぎをすることができる。

【0055】

以上に説明したように、本実施形態に係る破砕機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の出力を偏心スリーブ４へ伝達する動力伝達機構２０と、
下部軸受１５の潤滑状態、動力伝達機構２０に含まれる噛合部（ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂ）の振動、及び、動力伝達機構２０に含まれる軸（横軸２１）の軸受（横軸軸受２５）の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報を検出する検出装置４９（摩耗検出器４１、潤滑状態検出器４２、第１振動検出器４３、第２振動検出器４４）と、
状態情報を取得し、取得した状態情報に基づいて故障発生の指標となる故障予兆レベルＬを算出する故障予兆診断装置４０と、
故障予兆レベルＬを取得し、故障予兆レベルＬが所定の第１閾値Ｔ₁を超えると、少なくともその直後において故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁よりも小さい所定の第２閾値Ｔ₂を下回るまで、供給装置９による被破砕物の供給量の減少、及び、駆動モータ８による偏心スリーブ４の回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転が行われるように供給装置９、及び駆動モータ８を制御する制御装置５０とを、備えることを特徴としている。

【0056】

本実施形態に係る破砕機１００は油圧式の旋動式破砕機であって、当該破砕機１００は主軸５の上部を上部軸受１７を介して支持するフレーム３０を更に備える。そこで、上記の複数の診断要素は上部軸受１７の摩耗を更に含んでいる。

【0057】

また、本実施形態に係る破砕機１００は油圧式の旋動式破砕機であって、当該破砕機１００はマントル１３とコンケーブ１４との間の出口セットを調整するセット調整装置（軸受シリンダ６）を更に備え、制御装置５０はセット調整装置（軸受シリンダ６）を制御可能に構成されている。そこで、上記の複数の延命措置はセット調整装置（軸受シリンダ６）による出口セットの増大を更に含んでいる。

【0058】

同様に、本実施形態に係る破砕機１００の制御方法は、
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の出力を偏心スリーブ４へ伝達する動力伝達機構２０とを備える破砕機１００の制御方法であって、
上部軸受１７の摩耗、下部軸受１５の潤滑状態、動力伝達機構２０に含まれる噛合部（ベベルピニオン１９ａ及びベベルギヤ１９ｂ）の振動、及び、動力伝達機構に含まれる軸の軸受（横軸軸受２５）の振動を含む複数の診断要素のうち少なくとも１つの状態情報を検出し、
状態情報に基づいて故障発生の指標となる故障予兆レベルＬを算出し、
故障予兆レベルＬが所定の第１閾値Ｔ₁を超えると、少なくともその直後において故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁よりも小さい所定の第２閾値Ｔ₂を下回るまで、供給装置９による被破砕物の供給量の減少、及び、駆動モータ８による偏心スリーブ４の回転数の増減を含む複数の延命措置のうち少なくとも１つを伴う延命運転を行うことを特徴としている。

【0059】

本実施形態に係る破砕機１００は油圧式の旋動式破砕機であって、上記の複数の診断要素は上部軸受１７の摩耗を更に含んでいる。

【0060】

また、本実施形態に係る破砕機１００は油圧式の旋動式破砕機であって、上記の複数の延命措置はセット調整装置（軸受シリンダ６）による出口セットの増大を更に含んでいる。

【0061】

上記構成の破砕機１００及びその制御方法よれば、故障予兆レベルＬは第１閾値Ｔ₁を超えると加速度的に大きくなって故障に至るところ、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたときには、少なくともその直後において第２閾値Ｔ₂よりも故障予兆レベルＬが小さくなるまで複数の延命措置のうち少なくとも１つが行われる。これにより、破砕機１００の故障の予兆が検知された後、直ちに故障に至ることを回避し、運転を継続しながら故障に至るまでの時間を稼ぐことができる。よって、メンテナンスの準備期間も破砕機１００の運転を継続することができるので、破砕機１００のダウンタイムを短縮することができる。

【0062】

また、本実施形態に係る破砕機１００において、検出装置４９は、複数の診断要素のうち２つ以上の状態情報を検出し、故障予兆診断装置４０は、２つ以上の状態情報の各々について故障発生の指標となる故障予兆ポイントを求め、当該故障予兆ポイントを合算することにより故障予兆レベルＬを算出するように構成されていてよい。同様に、本実施形態に係る破砕機１００の制御方法において、複数の診断要素のうち２つ以上の状態情報を検出し、２つ以上の状態情報の各々について故障発生の指標となる故障予兆ポイントを求め、当該故障予兆ポイントを合算することにより前記故障予兆レベルＬを算出してよい。

【0063】

このように複数の異なる種類の診断要素の診断結果を組み合わせることにより、より正確な故障予兆レベルを算出することができる。また、診断要素の特定の組み合わせによれば、故障の予兆が見られる箇所を特定することも可能である。

【0064】

更に、上記の破砕機１００において、故障予兆診断装置４０は、複数の診断要素の各々と故障との関連度合及び／又は故障重度に応じて重み付けされた故障予兆ポイントを合算することにより故障予兆レベルＬを算出するように構成されていてよい。同様に、上記の破砕機１００の制御方法において、複数の記診断要素の各々と故障との関連度合及び／又は故障重度に応じて重み付けされた故障予兆ポイントを合算することにより故障予兆レベルＬを算出してよい。

【0065】

このように、診断要素の故障予兆ポイントに重み付けがなされることにより、実際の運転状況や機体個体差に応じた故障予兆レベルの計算が可能となる。

【0066】

また、本実施形態に係る破砕機１００は、下部軸受１５の潤滑状態を検出する検出装置４９としての潤滑状態検出器４２を備える。潤滑状態検出器４２は、前記下部軸受の摺動面の摩擦係数又は当該摩擦係数と相関する指標を第１指標とし、Ｓ^＊＝μｖ／Ｆで示される物理量Ｓ^＊又は当該物理量Ｓ^＊と相関する指標を第２指標とし、第１指標を測定する少なくとも１つの第１指標測定器と、第２指標を測定する少なくとも１つの第２指標測定器と、下部軸受１５の潤滑状態を推定する潤滑状態推定器５７を含む。潤滑状態推定器５７は、第１指標及び第２指標を取得し、第１指標の時間変化率の正負と第２指標の時間変化率の正負との相関に基づいて、下部軸受１５の潤滑状態を推定する。上記実施形態において、第１指標として｛軸動力／シリンダ圧力｝を採用し、駆動モータ８のモータ負荷を検出する負荷検出器５６及びシリンダ圧力を検出する油圧検出器５５を第１指標測定器としている。また、上記実施形態において、第２指標とし｛シリンダ圧力｝を採用し、油圧検出器５５を第２指標測定器としている。

【0067】

このように、本実施例に係る破砕機１００では、運転中に測定が容易なプロセスデータを利用して第１指標、及び第２指標が得られる。よって、運転中に下部軸受１５の潤滑状態を推定することができ、これを用いて故障予兆レベルを求めることができる。

【0068】

＜第１変形例＞
次に、破砕機１００の第１変形例について説明する。第１変形例に係る破砕機１００は、オペレータが設定装置５９を用いて第１閾値Ｔ₁及び第２閾値Ｔ₂のうち少なくとも一方の任意の値を制御装置５０へ設定することができる。

【0069】

図９は、第１閾値Ｔ₁及び第２閾値Ｔ₂を変更した場合における故障予兆レベルの変動曲線を示した図である。例えば、延命運転を行うと通常は破砕物の生産量が低下することから、オペレータは破砕負荷の多少の増加が許容されると判断した場合には、生産量の維持のために、図９に示すように１次延命運転時において定常運転時よりも第１閾値Ｔ₁及び
第２閾値Ｔ₂を大きくすることが考えられる。

【0070】

１次延命運転時において第１閾値Ｔ₁を大きくすれば、２次延命運転への移行時期を遅
らせることができるため、２次延命運転よりも生産量の多い１次延命運転時の制御目標値が維持される期間を長くすることができる。また、１次延命運転時に第２閾値Ｔ₂を大き
くすれば、２次延命運転時に入ったときに、１次延命運転のときよりも生産量の多い制御目標値に設定される。

【0071】

このように、第１変形例に係る破砕機１００は、第１閾値Ｔ₁及び第２閾値Ｔ₂のうち少なくとも一方の任意の値を制御装置５０へ設定する設定装置５９を更に備える。これにより、実施形態に係る破砕機１００の作用効果に加えて、実際の破砕機１００の状況に応じて第１閾値Ｔ₁及び第２閾値Ｔ₂を適切に設定することができるという利点がある。

【0072】

＜第２変形例＞
次に、破砕機１００の第２変形例について説明する。第２変形例では、オペレータが設定装置５９を用いて複数のモードのなかから選択された一つが制御装置５０に設定される。制御装置５０は、モードごとの第２閾値Ｔ₂が記憶されており、選択されたモードに対応した第２閾値Ｔ₂を設定する。

【0073】

図１０は、第１～３の各モードにおける故障予兆レベルＬの時間変化を予想した予想変動曲線を示した図である。第１モードには第１モード第２閾値Ｔ₂が対応付けられ、第２モードには第２モード第２閾値Ｔ₂が対応付けられ、第３モードには第３モード第２閾値Ｔ₂が対応付けられて、各第２閾値Ｔ₂が制御装置５０に記憶されている。第１モード第２閾値Ｔ₂、第２モード第２閾値Ｔ₂、及び第３モード第２閾値Ｔ₂はそれぞれ異なる値である。具体的には、第１モード、第２モード、及び、第３モードの順に第２閾値Ｔ₂の値が大きい。但し、複数のモードの数は本実施例に限定されない。

【0074】

本変形例では、オペレータは、予め、或いは、故障の予兆が見られたときに、設定装置５９を用いて複数のモードのなかから選択した１つのモードを制御装置５０へ設定する。制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えたとき、設定されたモードに対応した第２閾値Ｔ₂を読み出して利用する。

【0075】

モードを選択する際には、制御装置５０は、表示装置５８に、図１０で図示されるような、故障予兆レベルＬの予想変動曲線をモードごとに表示させる。つまり、表示装置５８に全てのモードの予想変動曲線を表示する。この構成によれば、オペレータは予想変動曲線を参考にしてモードを選択することができるため、適切なモードを容易に選択することができる。なお、各変動曲線は、モードを選択する際に故障予兆レベルの変動をイメージできる程度であればよく、故障予兆レベルの予想変動曲線を厳密に算出して表示しなくてもよい。また、表示装置５８は、故障予兆レベルの予想変動曲線を表示する際に、その時点に至るまでの故障予兆レベルの変動曲線又はこれに対応する図を併せて表示してもよい。更に、制御装置５０は、設定されたモードを表示装置５８に表示させてもよい。

【0076】

以上の通り、第２変形例に係る破砕機１００は、複数のモードの中から選択された１つを制御装置５０へ設定する設定装置５９を備える。そして、制御装置５０は、複数のモードの各々に対応付けられた第２閾値Ｔ₂が記憶されており、複数の第２閾値Ｔ₂の中から設定されたモードに対応した第２閾値Ｔ₂を読み出して用いる。第２変形例に係る破砕機１００は、複数のモードの各々について故障予兆レベルＬの時間変化を予想した予想変動曲線を表示する表示装置５８を、備えていてよい。

【0077】

これにより、本変形例に係る破砕機１００では、上記実施形態に係る破砕機１００の作用効果に加えて、オペレータが実際の運転状況に応じて、所望の故障予兆レベルＬの予想変動曲線が得られるようなモードを選択することができるという利点がある。

【0078】

＜第３変形例＞
次に、破砕機１００の第３変形例について説明する。第３変形例では、制御装置５０は、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えた後、故障予兆レベルＬが常に第２閾値Ｔ₂よりも小さくなるように、被破砕物の供給量、出口セット、及び、偏心スリーブ４の回転数の少なくとも１つの制御目標値を刻々と変化させる連続制御を行う。連続制御には、いわゆるフィードバック制御の他、フィードフォワード制御も含まれる。

【0079】

このように第３変形例に係る破砕機１００では、制御装置５０は、延命運転において故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂よりも小さくなった後、故障予兆レベルＬが第２閾値Ｔ₂よりも小さい状態が維持されるように被破砕物の供給量、出口セット、及び、偏心スリーブ４の回転数の少なくとも１つの制御目標値を刻々と変化させる連続制御を行う。

【0080】

図１１は、上記の連続制御を行った場合における、故障予兆レベルＬの変動曲線を示した図である。図１１に示すように、本変形例によれば、故障予兆レベルＬが第１閾値Ｔ₁を超えた後、第２閾値Ｔ₂よりも小さい状態を維持することができるため、破砕機１００の故障発生をより確実に遅延させることができる。

【0081】

以上に本開示の好適な実施の形態（及び変形例）を説明したが、本開示の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。

【0082】

上述した変形例は組み合わせることができる。例えば、閾値、基準値、連続制御の有無のいずれも任意に設定又は選択できるようにしてもよい。

【0083】

また、上述した延命運転を行うか否かをオペレータが任意に選択できるようにしてもよい。延命運転を行うか否かは設定装置５９を用いて制御装置５０へ設定することができる。この構成によれば、実際の破砕機１００の運転状況やメンテナンスの準備の進行度合いに応じて延命運転を行うか否かを選択できるため、より柔軟な運用が可能となる。

【0084】

本開示の旋動式破砕機１００の制御システム１０１の構成要素は一箇所に集約して配置されている必要はない。例えば、制御システム１０１のうち制御装置５０及び検出装置４９は旋動式破砕機１００に付帯して設けられ、故障予兆診断装置４０は旋動式破砕機１００から遠隔地に設けられていてもよい。この場合、検出装置４９で検出された状態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は算出した故障予兆レベルを通信ネットワークを通じて制御装置５０へ伝達する。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、提供された状態情報に基づいて算出した故障予兆診断結果をコンピュータへ返してもよい。また、算出された故障予兆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。

【0085】

また、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。この機械式の旋動式破砕機では、昇降装置出口セットを調整するセット調整装置として機能する。

【符号の説明】

【0086】

４ ：偏心スリーブ
５ ：主軸
６ ：軸受シリンダ（セット調整装置の一例）
８ ：駆動モータ
９ ：供給装置
９ａ ：駆動モータ
１０ ：主軸軸受
１１ ：スリーブ軸受
１２ ：マントルコア
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
１８ ：スパイダ
１９ａ ：ベベルピニオン（動力伝達機構に含まれる噛合部の一例）
１９ｂ ：ベベルギヤ（動力伝達機構に含まれる噛合部の一例）
２０ ：動力伝達機構
２５ ：横軸軸受（動力伝達機構に含まれる軸を受ける軸受の一例）
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
４１ ：摩耗検出器（検出装置の一例）
４２ ：潤滑状態検出器（検出装置の一例）
４３ ：第１振動検出器（検出装置の一例）
４４ ：第２振動検出器（検出装置の一例）
４９ ：検出装置
５０ ：制御装置
５５ ：油圧検出器（検出装置の一例）
５６ ：負荷検出器（検出装置の一例）
５７ ：潤滑状態推定器（検出装置の一例）
５８ ：表示装置
５９ ：設定装置
１００ ：旋動式破砕機
１０１ ：制御システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】