JP4789019B2 - 鋳物砂再生装置 - Google Patents

Description

本発明は鋳物砂再生装置に関する。さらに詳しくは、再生砂の品質を向上させる鋳物砂再生装置に関する。

従来より、下端に砂落し口を設けた砂供給シュートと、該砂供給シュートの下方において水平回転自在に配設されて、円形底板の周端から斜め上外方に延びる傾斜周壁および該傾斜周壁の上端から内側に張り出す堰を連結した回転ドラムと、該回転ドラム内において前記傾斜周壁に対して若干の隙間を設けて直角に配置されたローラと、該ローラに連結されて、該ローラを前記傾斜周壁の方向に一定圧力により押しつけるローラ加圧機構とからなる鋳物砂再生装置がある（特許文献１参照）。
本再生装置は、連続して回転ドラム内に投入された砂が遠心力作用を受けて、ドラム内周壁に砂層を形成していったところをローラによって加圧することで、砂表面の付着物を剥離する方式を採用している。

この再生装置は、ローラの加圧力を調整する機能がないため、生産ラインによっては砂性状のバラツキが大きく、装置内へ投入される砂流量が変化すると、回転ドラムを駆動させるモータの電流値も変化する。したがって、この再生装置では、砂流量に対するモータの動力が不適切であると、再生砂の品質を適切な状態に維持することが難しい。

これに対して、回転テーブル上に供給する原料の量が変化する場合において、運転中に回転テーブルに粉砕ローラを押圧する粉砕圧力を回転テーブル上面と粉砕ローラ周面との間の原料の層厚で除した値である比加圧力を常に検出し、実際の比加圧力と予め目標した比加圧力の目標値とを比較して、比加圧力が一定となるように制御することにより、竪型粉砕機に振動が生じることなく、所望の粒度の製品を効率よく得ることができる竪型粉砕機の運転制御方法がある（特許文献２参照）。

特許第３１２５２７６号公報 特開２０００-１２６６３３号公報

しかしながら、前記運転制御方法では、層厚や加圧力をパラメータとして用いており、多様な鋳造プロセスに適した再生砂の品質管理に対応する、個々の演算式や係数を提供することが事実上難しいという問題がある。
また、投入される砂流量の計測は、装置停止時のみ可能であり、砂が連続投入されているあいだに発生する砂流量の変化を把握することができないため、意図的、または何らかの原因で、投入される砂流量に変化があった場合に対応できないという問題がある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、再生砂の品質を向上させることができる鋳物砂再生装置を提供することを目的とする。

本発明の鋳物砂再生装置は、下端に砂落し口を有する砂投入部と、該砂投入部の下方において水平方向に回転自在に配設される回転ドラムと、該回転ドラムをモータにより回転させるモータ駆動手段と、前記回転ドラム内において隙間を設けて配置されたローラと、該ローラにシリンダーが連結されて、該ローラを回転ドラムに向けて押しつけるシリンダー手段とからなる鋳物砂再生装置であって、前記砂投入部の砂落し口に設置され投入される砂流量を検出する砂流量検出器と、前記モータ駆動手段の電流値を検出する電流検出器と、前記シリンダーの圧力制御手段と、前記砂量検出器により検出される砂量に応じて前記シリンダーによるローラの加圧力を調整する制御手段と、を備え、前記制御手段が、さらに、前記砂流量と再生砂に要求される研磨の程度の違いにより決定される前記モータの電流値との相対関係をあらかじめ設定し、該相対関係を維持するように、前記砂流量検出器により検出された砂流量に対応する前記モータの目標電流値を算出する目標電流演算部と、投入された砂流量に対応する前記モータの目標電流値と運転中の実測したモータの電流値とを比較する比較部と、該比較部の結果に基づいて運転中の前記モータの電流値を前記モータの目標電流値になるように前記シリンダーによるローラの加圧力を調整する制御部と、を具備してなることを特徴としている。

本発明によれば、砂流量検出器により検出される砂流量に応じて変化する、前記モータ駆動手段の電流値に合わせて、前記シリンダーによるローラの加圧力を調整することにより、砂表面に残留する老化したバインダーなどの付着物の量に対しても管理でき、再生砂の品質を向上することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の鋳物砂再生装置を説明する。本発明の一実施の形態は、とくに限定されるものではないが、図１に示されるように、下端に砂落し口を有する砂投入部１と、該砂投入部１の下方において水平方向に回転自在に配設される回転ドラム２と、該回転ドラム２をモータ３により回転させるモータ駆動手段４と、前記回転ドラム２内において隙間を設けて配置されたローラ５と、該ローラ５にシリンダー６が連結されて、該ローラ５を回転ドラム２に向けて押しつけるシリンダー手段７とからなる鋳物砂再生装置に、投入される砂流量を検出する砂流量検出器Ａと、前記モータ駆動手段４の電流検出器Ｂと、シリンダー６の圧力制御手段Ｃと、制御手段Ｄとが備えられている。
前記回転ドラム２は、円形底板２ａの周端から斜め上外方に延びる傾斜周壁２ｂおよび該傾斜周壁２ｂの上端から内側に張り出す堰２ｃを連結した構成にされている。前記ローラ５は、該傾斜周壁２ｂに対して若干の隙間を設けて配置されている。
また、前記回転ドラム２を囲むようにシュート８が設けられている。これにより、前記ローラ５により一定圧力で加圧された状態で剪断作用が行われた砂（再生された砂）は堰２ｃを乗り越えてシュート８に集められたのち処理槽（図示せず）へ取り出される。

前記モータ駆動手段４は、とくに限定されるものではないが、回転ドラム２をモータ３とベルトで駆動させる機構を用いることができる。本実施の形態では、該回転ドラム２における円形底板２ａの下面中央部には門形フレーム１１に取り付けられた軸受部１２に軸支される回転軸１３が固着されている。該回転軸１３の下端にはプーリー１４が取付けられている。また、機体の外側には、フレーム１５にモータ３が取付けられている。これにより、前記回転ドラム２はこのモータ３の回転軸１６に取り付けられるプーリー１７と前記プーリー１４に巻きつけられるベルト１８によりモータ３の駆動力が伝動可能にされている。

前記シリンダー手段７は、ローラ５をシリンダー６で加圧させる機構を用いることができれば、とくに限定されるものではない。本実施の形態では、前記ローラ５の上端面に固着される連結具２１と、該連結具２１に挿通して支持される軸２２と、該軸２２に連結されるアーム２３と、該アーム２３に連結される前記シリンダー６とからなる機構にされている。また、このシリンダー６は、そのロッドがアーム２３の上端部に回動自在に連結されている。なお、本実施の形態では、２個のローラ５が配設されているが、ローラ５の個数は適宜選定することができる。

前記砂流量検出器Ａは、前記砂投入部１の砂落し口に設置され投入される砂流量を検出することができる検出器であれば、とくに限定されるものではないが、たとえばロードセルなどで一定の高さから落下する砂の運動量変化を測定する装置を用いることができる。
また、前記電流検出器Ｂは、前記モータ駆動手段４の電流値を検出することができる検出器であれば、とくに限定されるものではないが、たとえば電流表示に用いられる変流器の信号を数値データに変換する装置を用いることができる。
さらに、前記圧力制御手段Ｃは、シリンダー６の加圧力を調整できる機構であれば、とくに限定されるものではないが、本実施の形態では、油圧配管３１に接続される電磁切替弁３２、圧力制御弁３３、油圧ポンプ３４および油圧タンク３５からなる機構とされている。この圧力制御弁３３は、送られてくるオイルを制御手段Ｄの出力信号の大きさに比例した圧力に制御してシリンダー６側に送り出すようにされている。なお、本実施の形態では、シリンダー６が油圧シリンダーとされているが、エアシリンダー、空圧と油圧とを用いるシリンダーまたは電動シリンダーとすることができる。この場合、シリンダーの種類に応じて適宜シリンダーの加圧力を調整できる機構を採用することができる。

前記制御手段Ｄは、前記砂流量検出器Ａにより検出される砂流量に応じて前記シリンダー６によるローラ５の加圧力を調整する構成にされている。
本実施の形態では、あらかじめ設定された、前記回転ドラム２に投入されるべき砂流量と、該砂流量に応じた前記モータ３の電流値との相対関係を維持するように、前記砂流量検出器Ａにより検出された砂流量に対応するモータ３の電流値を算出する目標電流演算部と、算出された砂流量に対応する前記モータ３の目標電流値と運転中の実測したモータ３の電流値とを比較する比較部と、該比較部の結果に基づいて前記運転中のモータ３の電流値を目標電流値になるように前記シリンダー６によるローラ５の加圧力を調整する制御部とからなる構成にされている。具体的には、演算内容は負の帰還量を算出している。つまり、目標の電流値に近づくためには、現在の設定圧力を、どれだけ上げるべきか、下げるべきか、またはそのままでよいかを算出している。
前記相対関係は、客先の仕様条件により決定される砂流量と再生砂に要求される研磨の程度の違いにより決定される電流値、たとえば研磨し易い砂は８０〜１００Ａ程度、研磨し難い砂は１００〜１２０Ａ程度とに基づいて、前記回転ドラム２に投入される砂流量を再生するのに必要な前記モータ３の電流値を目標電流値として求めることができる。
たとえば、砂流量が２〜５ｔ／ｈ程度を対象とした設備を考えると、図２に示されるように、砂流量５ｔ／ｈを再生するときに必要な前記モータ３の電流値を１００Ａとすると、前記回転ドラム２に投入される砂流量が４ｔ／ｈである場合、該砂流量に応じたモータ３の目標電流値は８８Ａとなる。本実施の形態では、砂流量が５ｔ／ｈから４ｔ／ｈに減少したとき、運転中のモータ３の電流値を目標電流値８８Ａになるようにシリンダー６によるローラ５の加圧力を調整する。
なお、本実施の形態における相対関係は、投入砂流量に応じた電流値の調整を直線で表しているが、曲線で表される場合についても同様の制御を行うことができる。

また、前記比較部は、前記投入された砂流量に対応する前記モータ３の目標電流値と運転中の実測したモータ３の電流値とを比較したのち、前記シリンダー６によるローラ５の加圧力に対する増加減率を算出する演算部を具備しているのが好ましい。たとえば、つぎの式（１）から得られる増加減率（増圧率または減圧率）を１秒周期で演算してシリンダー６の加圧力を調整する。ここで、感度とは増加減率が急激に変化することを調整するためのものであり、たとえば０．２とすることができる。
増加減率＝（目標電流値／実測の電流値−１)×感度＋１ ・・・（１）
具体的な加圧力の演算例としては、目標電流値＝８８Ａ、実測の電流値＝８０Ａにて、感度＝０．２とした場合、増加減率＝（８８／８０−１）×０．２＋１＝１．０２となり、現在の圧力設定値が１００ｋＰａなら、１秒後の圧力設定値を１００×１．０２＝１０２ｋＰａとする。

また、本実施の形態では、前記制御手段Ｄに付加される機能として、処理砂の累計重量値を算出する演算手段を備えている。この演算手段は、前記砂流量検出器Ａにより測定した砂流量を処理時間について積分演算を行い、処理砂の累計重量値を算出する。
たとえば、前記測定した砂流量を処理時間について積分演算を行う方法としては、サンプリング時間を1秒に設定するとともに、処理開始時点の砂量小計をゼロとして、砂処理中の砂量をつぎの式（２）により１秒毎に演算を行う。
砂量小計＝砂量小計＋毎時砂流量×１／３６００ ・・・（２）
ついで、この砂処理中の砂量を積分演算したのち、処理完了時点の処理砂の累計重量値（砂累計値）は、つぎの式（３）により算出することができる。
砂量累計＝砂量累計＋砂量小計 ・・・（３）
なお、ここで、累計を求める手順を小計と累計の二段階に分けたのは演算精度を確保するためである。
たとえば２〜５ｔ／ｈを処理する場合、１秒当り０．６〜１．４ｋｇの砂が流れるので、１年のうち２０００時間の稼動では、処理砂の量は(０．６〜１．４)×３６００×２０００＝４３２００００〜１００８００００ｋｇとなる。
演算処理では、有効数字７桁で浮動小数点まで演算をさせているので、累計が小さい間はそのまま積算しても高精度の演算ができる。
ところが、長い間累計をリセットしないと前述の様に、演算結果が７桁を越えることもあり得る。この場合は、小さい方の有効数字が失われ、全く加算されなくなるという不具合が発生する。
そこで、再生処理毎に一旦、小計を取り、小さい方の数字を３程度桁移動させた後、累計に加算することにより高精度の演算を行っている。
そして、前記算出される処理砂の累計重量値は、表示装置、たとえばパーソナルコンピュータや、グラフィックタッチパネルなどに表示し、メモリーカードなどに記録する。
本実施の形態では、この記録される処理砂の累計重量値の情報（データ）を、鋳型造型工程における砂量の管理や、設備の消耗部品、たとえば前記ローラ５や回転ドラム２の交換時期の管理に役立てることができる。

以下、本発明の実施例を図２〜３に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

本実施例では、再生する砂流量が５ｔ／ｈである設備を対象とし、使用されるモータの目標電流値を１００Ａとする。このときの相対関係は図２に示される。
そこで、回転ドラムに投入される砂流量と該砂流量に応じたモータの目標電流値との相対関係を設定し、記憶させる（ステップＳ１）。
ついで、砂再生装置を起動する。そして、回転ドラムに砂の投入を開始する（ステップＳ２）。
ついで、砂投入部に設置した砂流量検出器にて、現在の投入砂流量を算出する（ステップＳ３）。
ついで、前記相対関係から投入砂流量に応じたモータの目標電流値を算出する（ステップＳ４）。
ついで、現在（運転中）のモータの電流値（実測電流値）を算出し、投入された砂流量に対応するモータの目標電流値と比較する（ステップＳ５、Ｓ６）。
ついで、シリンダーによるローラの加圧力に対する増加減率を算出する（ステップＳ７）。
ついで、前記式（１）から得られる増加減率をサンプリング時間、たとえば１秒ごとに算出し、シリンダーの加圧力設定値を増減し、モータの電流値を増減させる。なお、このときの感度は０．２とした（ステップＳ８）。

本実施の形態では、投入される砂流量に対応するモータの目標電流値に合わせてシリンダーの加圧力を制御することで再生砂の品質を向上させることができる。

また、本実施の形態では、再生装置における主要データを運転している最中に記録し、採取記録を分析することで装置の稼動状態や砂性状の変化を監視して、適正範囲を超える場合は対処を促すための警報を発することで、大きな問題発生を防止することにより再生砂の品質管理ができる。
監視としては、ディスプレイ画面に表示して適正範囲を超える場合はその理由と対処方法を表示する。
主要データとしては、投入された砂流量、モータの電流値、シリンダーの伸びおよび加圧力の設定値を挙げることができる。
たとえば投入砂流量の極端な減少は、ローラを急加熱し、割れを引き起こすこともあるため、砂流量を監視する。
目標電流値とモータの電流値が異なることから電流値の変動を管理するため、モータの電流値を記録し、監視する。
シリンダーの伸びが適正範囲（たとえば７０〜１１０ｍｍ）を超えた時だけ異常表示をするのでは、それまでの過程が不明となるので記録を行う。また、砂性状やローラの加圧力などの値が変化していないのにも関わらず、シリンダーの伸びが大きくなる場合はローラや回転ドラムの摩耗が考えられるため、シリンダーの伸びを監視する。このシリンダーの伸びは、シリンダー６のロッドに位置センサ、たとえばリニアゲージ４１を連結して測定することができる。
また、ローラの加圧力にも制御可能な範囲があるため、ローラの加圧力も監視する。

そこで、本実施の形態では、主要データを運転中記録する記録部と、記録される主要データをそれぞれ適正な範囲にあるか否かを判定する判定部と、該判定部の結果、主要データが適正な範囲外となった場合は対処を促す警報を発する警報指令部とを具備するのが好ましい。

本発明の実施の形態にかかわる鋳物砂再生装置の概略構成図である。 投入砂流量とモータの目標電流値との相対関係を示す図である。 本発明のフローチャートを示す図である。

符号の説明

Ａ 砂流量検出器
Ｂ 電流検出器
Ｃ 圧力制御手段
Ｄ 制御手段
１ 砂投入部
２ 回転ドラム
３ モータ
４ モータ駆動手段
５ ローラ
６ シリンダー
７ シリンダー手段

Claims (5)

1. 下端に砂落し口を有する砂投入部と、
   該砂投入部の下方において水平方向に回転自在に配設される回転ドラムと、
   該回転ドラムをモータにより回転させるモータ駆動手段と、
   前記回転ドラム内において隙間を設けて配置されたローラと、
   該ローラにシリンダーが連結されて、該ローラを回転ドラムに向けて押しつけるシリンダー手段とからなる鋳物砂再生装置であって、
   前記砂投入部の砂落し口に設置され投入される砂流量を検出する砂流量検出器と、
   前記モータ駆動手段の電流値を検出する電流検出器と、
   前記シリンダーの圧力制御手段と、
   前記砂量検出器により検出される砂量に応じて前記シリンダーによるローラの加圧力を調整する制御手段と、を備え、
   前記制御手段が、さらに、前記砂流量と再生砂に要求される研磨の程度の違いにより決定される前記モータの電流値との相対関係をあらかじめ設定し、該相対関係を維持するように、前記砂流量検出器により検出された砂流量に対応する前記モータの目標電流値を算出する目標電流演算部と、
   投入された砂流量に対応する前記モータの目標電流値と運転中の実測したモータの電流値とを比較する比較部と、
   該比較部の結果に基づいて運転中の前記モータの電流値を前記モータの目標電流値になるように前記シリンダーによるローラの加圧力を調整する制御部と、を具備してなる
   ことを特徴とする鋳物砂再生装置。
2. 前記比較部が、前記投入された砂流量に対応する前記モータの目標電流値と運転中の実測したモータの電流値とを比較したのち、前記シリンダーによるローラの加圧力に対する増加減率を算出する演算部を具備してなる請求項１記載の鋳物砂再生装置。
3. 主要データとして投入された砂流量、モータの電流値、シリンダーの伸びおよび加圧力を運転中記録する記録部と、記録される主要データをそれぞれ適正な範囲にあるか否かを判定する判定部と、該判定部の結果、主要データが適正な範囲外となった場合は警報を発する警報指令部とを具備する請求項１または２記載の鋳物砂再生装置。
4. 前記制御手段が、前記砂流量検出器から得られる検出値を処理時間について積分演算し、処理砂の累計重量値を算出する演算手段を具備してなる請求項１または２記載の鋳物砂再生装置。
5. 処理砂の累計重量値を表示および記録する表示装置を具備してなる請求項４記載鋳物砂再生装置。