JP6547545B2 - コンベヤベルトの摩耗状態把握方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンベヤベルトの摩耗状態把握方法に関し、さらに詳しくは、コンベヤベルトの使用現場での上カバーゴムの摩耗状態を、サンプルを用いた耐摩耗性評価試験の結果に基づいて精度よく把握できるようにしたコンベヤベルトの摩耗状態把握方法に関するものである。

鉄鉱石や石灰石等の鉱物資源をはじめとして様々な物がコンベヤベルトによって搬送される。コンベヤベルトによって物が搬送される場合、その搬送物はホッパや別のコンベヤベルトからコンベヤベルトの上カバーゴムに投入される。投入された搬送物は上カバーゴムに積載されてコンベヤベルトの走行方向に搬送される。搬送物が上カバーゴムに積載されて搬送される際には、搬送物が上カバーゴム上を摺動して上カバーゴムが摩耗する。投入される搬送物により上カバーゴムに生じる摩耗量は、コンベヤベルトの仕様や使用条件によって大きく変化する。

ゴムの耐摩耗性を評価する方法として、ピコ摩耗試験、ＤＩＮ摩耗試験、ランボーン摩耗試験、テーバー摩耗試験、ウイリアムス摩耗試験、アクロン摩耗試験等を用いた評価方法が知られている。また、コンベヤベルトの摩耗試験装置を用いた評価方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。これらの評価方法では、ゴムサンプルに対して押圧体を押圧しつつ互いを相対移動させることにより、摩耗したゴムサンプルの摩耗量を測定している。しかしながら、これら従来の評価方法で得られた耐摩耗性と、実際の使用現場におけるコンベヤベルトの耐摩耗性とが大きく乖離することがあった。そのため、ゴムサンプルを用いた評価方法では、使用現場におけるコンベヤベルトの摩耗状態を精度よく把握できないという問題があった。

特開２００４−２０３１９号公報

本発明の目的は、コンベヤベルトの使用現場での上カバーゴムの摩耗状態を、サンプルを用いた耐摩耗性評価試験の結果に基づいて精度よく把握できるようにしたコンベヤベルトの摩耗状態把握方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のコンベヤベルトの摩耗状態把握方法は、ゴム種毎にサンプルを用いて、そのサンプルに付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力を異ならせてゴムの耐摩耗性試験を行い、前記見かけの圧縮応力とその試験により得られた前記サンプルの表面粗さとの関係を取得し、かつ、前記表面粗さとその試験により得られた前記サンプルの単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量と関係を取得し、これら取得した関係に基づいて、前記表面粗さと前記見かけの圧縮応力と前記単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との相関関係を示すデータベースを作成し、コンベヤベルトの使用現場において上カバーゴムに対して運搬物により付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力と、前記データベースとに基づいて、前記上カバーゴムの摩耗状況を把握することを特徴とする。

本発明の別のコンベヤベルトの摩耗状態把握方法は、粘弾性特性が異なる複数のゴム種のサンプルを用いてゴムの耐摩耗性試験を行い、その試験により得られた前記サンプルの表面粗さから算出される平均摩耗ピッチとそのサンプルのゴム種の粘弾性特性との関係を取得し、かつ、前記平均摩耗ピッチとその試験により得られた前記サンプルの実際の摩耗量との関係を取得し、これら取得した関係に基づいて、前記平均摩耗ピッチと前記粘弾性特性と前記サンプルの実際の摩耗量との相関関係を示すデータベースを作成し、コンベヤベルトの上カバーゴムのゴム種の粘弾性特性と、前記上カバーゴムの平均摩耗ピッチと、前記データベースとに基づいて、前記上カバーゴムの摩耗状況を把握することを特徴とする。

本発明は、サンプルを用いたゴムの耐摩耗性評価試験の結果に基づいて、実際のコンベヤベルトの上カバーゴムの摩耗状態を把握する。この際に、摩耗によって生じるゴムの表面粗さに着目している。

摩擦を受けるゴムにおいては、ゴムに付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力とゴムの表面粗さとは相関性が高く、また、ゴムの表面粗さと摩擦を受けるゴムの単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量とは相関性が高い。これに伴って、見かけの圧縮応力と単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との相関性も高くなる。したがって、本発明の前者のコンベヤベルトの摩耗状態把握方法によれば、前記表面粗さと前記見かけの圧縮応力と前記単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との相関関係を示すデータベースと、コンベヤベルトの使用現場での上カバーゴムに生じる見かけの圧縮応力とに基づいて、使用現場での上カバーゴムの摩耗状態を精度よく把握することができる。

また、摩擦を受けるゴムにおいては、ゴムの表面粗さから算出される平均摩耗ピッチとゴムの粘弾性特性とは相関性が高く、また、平均摩耗ピッチとゴムの実際の摩耗量とは相関性が高い。これに伴って、ゴムの粘弾性特性と実際の摩耗量との相関性も高くなる。したがって、本発明の後者のコンベヤベルトの摩耗状態把握方法によれば、前記平均摩耗ピッチと前記粘弾性特性と前記実際の摩耗量との相関関係を示すデータベースと、コンベヤベルトの上カバーゴムの粘弾性特性と、前記上カバーゴムの平均摩耗ピッチとに基づいて、使用現場での上カバーゴムの摩耗状態を精度よく把握することができる。

コンベヤベルトラインを単純化して例示する説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 コンベヤベルトが受ける摩擦力を例示する説明図である。 摩耗試験装置の基本構造を例示する説明図である。 コンベヤベルトの摩耗状態を把握するシステムを例示する説明図である。 サンプルの表面に形成される摩耗の筋を例示する説明図である。 サンプルの表面粗さを例示するグラフ図である。 サンプルに生じる見かけの圧縮応力と表面粗さとの関係を例示するグラフ図である。 サンプルの表面粗さと単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との関係を例示するグラフ図である。 サンプルに生じる見かけの圧縮応力と単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との関係を例示するグラフ図である。 サンプルの平均摩耗ピッチと粘弾性特性との関係を例示するグラフ図である。 サンプルの実際の摩耗量と平均摩耗ピッチとの関係を例示するグラフ図である。

以下、本発明のコンベヤベルトの摩耗状態把握方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するコンベヤベルトラインでは、別のコンベヤベルト７によって搬送された搬送物Ｃがコンベヤベルト１に投入されて、このコンベヤベルト１によって搬送先に搬送される。コンベヤベルト１にはホッパ等を通じて搬送物Ｃが投入されることもある。コンベヤベルト１は、プーリ５ａ、５ｂ間に架け渡されていて所定のテンションで張設されている。

図２に例示するようにコンベヤベルト１は、帆布やスチールコード等の心体で構成される心体層２と、心体層２を挟む上カバーゴム３と下カバーゴム４とにより構成されている。心体層２は、コンベヤベルト１を張設するためのテンションを負担する部材である。コンベヤベルト１のキャリア側では下カバーゴム４が支持ローラ６により支持され、リターン側では上カバーゴム３が支持ローラ６により平坦状に支持されている。コンベヤベルト１のキャリア側ではベルト幅方向に３つの支持ローラ６が配置されていて、これらの支持ローラ６によってコンベヤベルト１は所定のトラフ角度ａで凹状に支持されている。駆動側のプーリ５ａが回転駆動することにより、コンベヤベルト１は一方向に所定の走行速度Ｖ１で稼働する。搬送物Ｓは上カバーゴム３の上に投入され、上カバーゴム３に積載されて搬送される。

このコンベヤベルトラインでは図３に例示するように、このコンベヤベルト１と別のコンベヤベルト７とが上下差ｈ（それぞれの搬送面の高さ位置の差ｈ）で配置されている。別のコンベヤベルト７では搬送物Ｃが水平方向速度Ｖ０（Ｖ０＜Ｖ１）で搬送されている。この搬送物Ｃが別のコンベヤベルト７からコンベヤベルト１に積載された瞬間、搬送物Ｃは水平方向速度Ｖ０のままであるが、コンベヤベルト１によって搬送されることにより、その水平方向速度は徐々にコンベヤベルト１の走行速度と同じＶ１になる。

即ち、上カバーゴム３に接触した搬送物Ｃは、上カバーゴム３に圧縮応力Ｐｒを生じさせつつ、コンベヤベルト１に対してその走行方向に相対移動速度Ｖ（＝Ｖ１−Ｖ０）で移動し、最終的に相対移動速度Ｖはゼロになる。この間に、上カバーゴム３には摩擦力ｆが作用して、主に搬送物Ｃのこの挙動によって上カバーゴム３は摩耗する。

搬送物Ｃによって上カバーゴム３に生じる見かけの圧縮応力Ｐｒは、搬送物Ｃと上カバーゴム３との接触面積Ａｒに対して搬送物Ｃが上カバーゴム３を押圧する押圧力（搬送物Ｃの重量Ｗと見なせる）である。即ち、見かけの圧縮応力Ｐｒ＝搬送物Ｃの重量Ｗ／接触面積Ａｒとなる。

ゴムの摩耗試験装置８は一般的に図４に例示するように、押圧体９と、押圧体９をゴムのサンプルＳに対して押圧させる押圧機構１０と、押圧体９とサンプルＳとを相対移動させる相対移動機構１１とを備えている。この試験装置８を用いた耐摩耗性試験方法は、押圧体９をサンプルＳに押圧しつつ相対移動させてサンプルＳに摩耗を生じさせて、その摩耗量や摩耗モードを把握する。そして、上述した公知の摩耗試験方法は、押圧体９、押圧機構１０や相対移動機構１１の仕様がそれぞれ異なっている。

本発明では、サンプルＳを用いて公知の耐摩耗性試験を行ってデータを取得する。公知の耐摩耗性試験としては、ピコ摩耗試験、ＤＩＮ摩耗試験、ランボーン摩耗試験、テーバー摩耗試験、ウイリアムス摩耗試験、アクロン摩耗試験等を用いることができる。そして、コンベヤベルトの摩耗状態を把握するには、例えば図５に示すシステム１２を用いる。このシステム１２は、試験によって取得したデータにより作成されたデータベースＤ１、Ｄ２が記憶された演算装置１３と、演算装置１３に対してデータを入力する入力部１４と、演算装置１３による演算結果を表示する表示部１５とを備えている。

データベースＤ１を作成するために、複数のゴム種毎にサンプルＳを用いて、公知の耐摩耗性試験を行う。その試験の際に、サンプルＳに付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力Ｐｅを異ならせ、見かけの圧縮応力Ｐｅとその試験により得られたサンプルＳの表面粗さＲとの関係を取得する。この試験によってサンプルＳの表面には図６に例示するような摩擦方向ＦＤに間隔をあけて摩耗の筋Ｌが形成される。サンプルＳの表面粗さＲは図７に例示するようになる。図７では、表面粗さＲとしてＪＩＳに規定されている算術平均粗さＲａを用いている。表面粗さＲは、算術平均粗さＲａの他に最大高さ（Ｒｙ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）等を用いることもできる。

公知の耐摩耗性試験はそれぞれ、サンプルＳに生じる見かけの圧縮応力Ｐｅが異なっているので、異なる複数の公知の耐摩耗性試験を行えば、見かけの圧縮応力Ｐｅを異ならせて耐摩耗性試験を行うことになる。例えば、見かけの圧縮応力ｐｅは、ＤＩＮ摩耗試験、ピコ摩耗試験、ランボーン摩耗試験ではそれぞれ、０．０５Ｎ／ｍｍ²、１３８．５Ｎ／ｍｍ²、０．３３３Ｎ／ｍｍ²となる。耐摩耗性試験としては、少なくともＤＩＮ摩耗試験、ピコ摩耗試験のいずれかを用いるとよい。

取得した見かけの圧縮応力Ｐｅと表面粗さＲとの関係は、図８に例示するように高い相関性がある。図８は片対数グラフであり、ゴム種の異なる３種類のサンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３を用いて、それぞれに対して異なる３種類の耐摩耗性試験を行って得られたデータが記載されている。図８では、縦軸の見かけの圧縮応力Ｐｅを指数で表示していて、指数が大きい程、見かけの圧縮応力Ｐｅが大きいことを意味する。図８に例示するように見かけの圧縮応力Ｐｅが大きい程、表面粗さＲ（図８では表面粗さＲａ）が大きくなる。

公知の耐摩耗性試験によって、さらに、表面粗さＲとその試験により得られたサンプルＳの単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１と関係を取得する。この摩耗量Ｋ１は、サンプルＳの実際の摩耗量Ｖｒ／（サンプルＳと押圧体９との接触面積×サンプルＳのゴムの引張強さＴＢ×摩擦距離）によって算出される。

取得した表面粗さＲと摩耗量Ｋ１との関係は、図９に例示するように高い相関性がある。図９では、縦軸の摩耗量Ｋ１を指数で表示していて、指数が大きい程、摩耗量Ｋ１が多いことを意味する。即ち、表面粗さＲが大きい程、摩耗量Ｋ１が多くなる。図９では摩耗量Ｋ１を用いているが、これに代えて単位接触面積摩耗量Ｋ２を用いることもできる。単位接触面積摩耗量Ｋ２は、サンプルＳの実際の摩耗量Ｖｒ／（サンプルＳと押圧体９との接触面積）により算出される。取得した表面粗さＲと摩耗量Ｋ２との関係も、取得した表面粗さＲと摩耗量Ｋ１との関係と同様に高い相関性がある。

試験により取得した図８、図９に例示した関係に基づいて、見かけの圧縮応力Ｐｅと摩耗量Ｋ１との関係が取得できる。この見かけの圧縮応力Ｐｅと摩耗量Ｋ１との関係も、図１０の片対数グラフに例示するように高い相関性がある。即ち、見かけの圧縮応力Ｐｅが大きくなる程、摩耗量Ｋ１が多くなる。そして、取得した図８、９、１０に例示する関係によって、表面粗さＲと見かけの圧縮応力Ｐｒと単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１との相関関係を示すデータベースＤ１を作成する。

このデータベースＤ１を用いて使用現場のコンベヤベルト１の上カバーゴム３の摩耗状況を把握するには、使用現場において上カバーゴム３に対して運搬物Ｃにより付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力Ｐｒを、図５に例示した入力部１４から演算部１３に入力する。その他の既知のデータは予め演算部１３に入力しておくとよい。演算部１３は、入力された見かけの圧縮応力Ｐｒと、データベースＤ１とに基づいて、上カバーゴム３の摩耗状況を表示部１５に表示する。表示部１５に表示された内容を見ることにより、上カバーゴム３の摩耗状況を把握することができる。

例えば、あるコンベヤベルト１の上カバーゴム３の摩耗状況を把握する場合は、使用現場において上カバーゴム３に生じる見かけの圧縮応力Ｐｒを取得して、演算部１３に入力する。コンベヤベルト１の使用現場の条件は既知なので見かけの圧縮応力Ｐｒは既知の条件から算出して取得可能である。

次いで、図１０に例示したデータにおいて、上カバーゴム３と同種のゴムのデータを用いて、見かけの圧縮応力Ｐｅに上カバーゴム３に生じる見かけの圧縮応力Ｐｒの数値を代入することにより、この上カバーゴム３の単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１を算出する。算出した単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１は、既述した式によって算出されるので、この摩耗量Ｋ１と、使用現場での搬送物Ｃと上カバーゴム３との接触面積Ａｒとに基づいて、使用現場での実際の上カバーゴム３の摩耗量Ｘを算出することができる。即ち、表示部１５に、この上カバーゴム３の摩耗量Ｘが表示されて把握することができる。

或いは、あるコンベヤベルト１の上カバーゴム３の摩耗状況を把握する場合は、使用現場における上カバーゴム３の表面粗さＲ（Ｒａ）を取得して、演算部１３に入力する。次いで、図９に例示したデータにおいて、上カバーゴム３と同種のゴムのデータを用いて、表面粗さＲａに現場における上カバーゴム３の表面粗さＲａの数値を代入することにより、この上カバーゴム３の単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１を算出する。算出した単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量Ｋ１は、上述した式によって算出されるので、この摩耗量Ｋ１と、使用現場での搬送物Ｃと上カバーゴム３との接触面積Ａｒとに基づいて、使用現場での上カバーゴム３の摩耗量Ｘを算出することができる。このように算出した摩耗量Ｘと、実際の上カバーゴム３を実測した摩耗量とは、概ね整合するデータが得られている。

もう一方のデータベースＤ２を作成するために、粘弾性特性ＲＲＦが異なる複数のゴム種のサンプルＳを用いて公知の耐摩耗性試験を行う。そして、試験により得られたサンプルＳの表面粗さＲから算出される平均摩耗ピッチＰとそのサンプルＳのゴム種の粘弾性特性ＲＲＦとの関係を取得する。平均摩耗ピッチＰは、図６に例示したように摩擦方向ＦＤに隣り合う摩耗の筋Ｌの間隔である。

平均摩耗ピッチＰと粘弾性特性ＲＲＦとの関係は、図１１に例示するように高い相関性がある。図１１には、ゴム種の異なる３種類のサンプルＳ１、Ｓ２、Ｓ３を用いて、それぞれに対して異なる３種類の耐摩耗性試験Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を行って得られたデータが記載されている。図１１では、縦軸の平均摩耗ピッチＰを指数で表示していて、指数が大きい程、平均摩耗ピッチＰが大きいことを意味する。また、図１１の横軸では粘弾性特性ＲＲＦとして、２０℃の条件下でのＲＲＦを用いている。ＲＲＦ（Rolling Resistance Factor）とは、ゴムの動的粘弾性を表す指標であり、この数値が小さい程ゴムの反発速度が速く、応答遅れを短縮できる性能に優れていることを意味する。図１１に例示するようにゴム種によって平均摩耗ピッチＰが異なり、ゴムの粘弾性特性ＲＲＦが大きくなる程、平均摩耗ピッチＰが大きくなる。

公知の耐摩耗性試験によって、さらに、平均摩耗ピッチＰとその試験により得られたサンプルＳの実際の摩耗量Ｖｒとの関係を取得する。平均摩耗ピッチＰと実際の摩耗量Ｖｒとの関係は、図１２に例示するように高い相関性があり、平均摩耗ピッチＰが大きくなる程、サンプルＳの実際の摩耗量Ｖｒが多くなる。図１２では、縦軸の実際の摩耗量Ｖｒを指数で表示していて、指数が大きい程、実際の摩耗量Ｖｒが多いことを意味する。

試験により取得した図１１、図１２に例示した関係に基づいて、粘弾性特性ＲＲＦと実際の摩耗量Ｖｒとの関係が取得できる。そして、取得した図１１、１２に例示する関係によってサンプルＳの平均摩耗ピッチＰと粘弾性特性ＲＲＰと実際の摩耗量Ｖｒとの相関関係を示すデータベースＤ２を作成する。

このデータベースＤ２を用いて使用現場のコンベヤベルト１の上カバーゴム３の摩耗状況を把握するには、コンベヤベルト１に使用している上カバーゴム３のゴム種（粘弾性特性ＲＲＦ）と、使用現場の上カバーゴム３の平均摩耗ピッチＰを、図５に例示した入力部１４から演算部１３に入力する。

次いで、図１２に例示したデータにおいて、上カバーゴム３と同種のゴム（同じ粘弾性特性ＲＲＦ）のデータを用いて、平均摩耗ピッチＰに使用現場の上カバーゴム３の平均摩耗ピッチＰの数値を代入することにより、この上カバーゴム３の摩耗量Ｘを算出する。即ち、表示部１５に、この算出された上カバーゴム３の摩耗量Ｘが表示されて把握することができる。このように算出した摩耗量Ｘと、実際の上カバーゴム３を実測した摩耗量とは、概ね整合するデータが得られている。

或いは、上カバーゴム３に用いるゴム種の粘弾性特性ＲＲＦを、図５に例示する入力部１４から演算部１３に入力する。そして、入力した粘弾性特性ＲＲＦと、図１１のデータとに基づいて、平均摩耗ピッチＰがどの程度になるのかを把握することができる。

実施形態では演算部１３にデータベースＤ１、Ｄ２を記憶させているが、本発明ではデータベースＤ１、Ｄ２のいずれか一方を演算部１３に記憶させてもよい。

１ コンベヤベルト
２ 心体層
３ 上カバーゴム
４ 下カバーゴム
５ａ、５ｂ プーリ
６ 支持ローラ
７ 別のコンベヤベルト
８ 摩耗試験装置
９ 押圧体
１０ 押圧機構
１１ 相対移動機構
１２ システム
１３ 演算部
１４ 入力部
１５ 表示部
Ｄ１、Ｄ２ データベース
Ｓ サンプル
Ｃ 搬送物

Claims (4)

1. ゴム種毎にサンプルを用いて、そのサンプルに付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力を異ならせてゴムの耐摩耗性試験を行い、前記見かけの圧縮応力とその試験により得られた前記サンプルの表面粗さとの関係を取得し、かつ、前記表面粗さとその試験により得られた前記サンプルの単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量と関係を取得し、これら取得した関係に基づいて、前記表面粗さと前記見かけの圧縮応力と前記単位摩擦エネルギ当たりの摩耗量との相関関係を示すデータベースを作成し、コンベヤベルトの使用現場において上カバーゴムに対して運搬物により付与される押圧力によって生じる見かけの圧縮応力と、前記データベースとに基づいて、前記上カバーゴムの摩耗状況を把握することを特徴とするコンベヤベルトの摩耗状況把握方法。
2. 粘弾性特性が異なる複数のゴム種のサンプルを用いてゴムの耐摩耗性試験を行い、その試験により得られた前記サンプルの表面粗さから算出される平均摩耗ピッチとそのサンプルのゴム種の粘弾性特性との関係を取得し、かつ、前記平均摩耗ピッチとその試験により得られた前記サンプルの実際の摩耗量との関係を取得し、これら取得した関係に基づいて、前記平均摩耗ピッチと前記粘弾性特性と前記サンプルの実際の摩耗量との相関関係を示すデータベースを作成し、コンベヤベルトの上カバーゴムのゴム種の粘弾性特性と、前記上カバーゴムの平均摩耗ピッチと、前記データベースとに基づいて、前記上カバーゴムの摩耗状況を把握することを特徴とするコンベヤベルトの摩耗状況把握方法。
3. 前記表面粗さとして、算術平均粗さＲａを用いる請求項１または２に記載のコンベヤベルトの摩耗状況把握方法。
4. 前記耐摩耗性試験として、少なくともＤＩＮ摩耗試験、ピコ摩耗試験のいずれかを用いる請求項１〜３のいずれかに記載のコンベヤベルトの摩耗状況把握方法。

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