チェーンドライブバケットエレベーター: タイプ、コンポーネント、容量、選択に関する完全ガイド

チェーンドライブバケットエレベーターとは何か、またベルト駆動システムとの違い

チェーン ドライブ バケット エレベーターは、1 つまたは 2 つのエンドレス チェーンを牽引要素として使用し、一連のバケットを連続ループで運び、穀物、セメント、肥料、石炭、鉱物、工業用粉末などのバルク材料を低い積載点から高い積載点まで持ち上げる連続垂直搬送機械です。チェーンはエレベーターの上部 (ヘッド) と下部 (ブーツ) のスプロケットに接続されており、通常、駆動ユニットはヘッド セクションに配置されており、そこでチェーンとバケットが駆動スプロケット上を移動し、材料は遠心力、重力、またはその両方の組み合わせによって排出シュートに排出されます。

チェーン駆動バケットエレベータとベルト駆動バケットエレベータの基本的な違いは、牽引要素と各システムが適した動作条件にあります。ベルトエレベータは、ゴムまたは布製のコンベヤベルトを使用してバケットを搬送し、スムーズで静かな動作、壊れやすい材料に対するバケットの摩耗の低減、および動作速度の向上を実現します。ただし、動作温度、材料の磨耗性、およびベルトの張力が問題になる前の最大リフト高さには制限があります。 チェーンドライブバケットエレベーター 対照的に、非常に高い温度に耐えることができ、ゴムベルトをすぐに破壊してしまうような粗くて摩耗性の高い重い材料を扱い、より高いバケット充填レベルで低速で動作できるスチールチェーンを使用します。この組み合わせにより、チェーンエレベーターは、セメント製造、鉱山、製鉄所の原材料の取り扱い、高温または化学的に攻撃的なバルク固体の処理などの重工業用途で推奨される選択肢となります。

チェーンドライブバケットエレベーターの主要コンポーネント

各主要コンポーネントの機能を理解することは、仕様、トラブルシューティング、および保守計画に役立ちます。チェーンバケットエレベータは、相互に接続された複数のシステムで構成されており、それらのシステムは相互に、また動作条件に正しく適合する必要があります。

ヘッド部とドライブアセンブリ

ヘッドセクションはエレベーターの上部にあり、駆動スプロケット、シャフト、ベアリング、排出シュートを収容します。ドライブ スプロケットはチェーンとかみ合い、ドライブ ユニット (通常はギアボックスを介して接続された電気モーター、場合によっては流体カップリングや可変周波数ドライブを介して接続される) からのトルクを伝達し、負荷がかかったチェーンとバケットを上昇側で上方に引っ張ります。ヘッドセクションは、材料がバケットから出てシュートに入る排出ポイントも提供します。ヘッドセクションの形状 (スプロケットの直径、フードの形状、排出シュートの角度) によって、排出が主に遠心投射、重力、または正方向 (誘導) 排出のいずれによって発生するかが決まり、それぞれが異なる材料タイプと動作速度に適しています。

ブーツ部と巻取部

エレベーターの基部にあるブーツ セクションには、テール スプロケット、資材投入口、チェーン巻き取りシステムが収納されています。材料は、入口シュートを通る重力によって (遠心荷重)、またはブーツ内のプールから材料をすくい上げるバケットによって (掘削荷重) のいずれかによってブーツに供給されます。テークアップ機構 (通常はスクリューテークアップまたは重力テークアップ) は、テールシャフトの位置を移動することでチェーンの張力を調整し、摩耗や熱膨張によるチェーンの伸びを補償します。チェーンの張力を適切に維持することは、スムーズな操作とスプロケットからのチェーンの脱線を防ぐために非常に重要です。ブーツセクションは、特に、充填中にバケットが材料の山に繰り返し衝撃を与える掘削負荷のエレベーターでは、材料の蓄積や摩耗が最も起こりやすい場所でもあります。

ケーシングとエンクロージャ

エレベータのケーシングは、ヘッドとブーツの間の垂直方向に沿ってチェーンとバケットのアセンブリを囲み、材料を収容し、粉塵を制御し、構造的なサポートを提供します。ケーシングは通常、標準的な用途向けに軟鋼板から製造され、腐食性、高温、または摩耗性の高い材料にはステンレス鋼、耐摩耗性鋼、または特殊合金構造が利用可能です。ケーシングセクションはモジュール式の長さ (通常、セクションごとに 1.5 ～ 3 メートル) でボルトで固定され、現場への輸送と必要なリフト高さまでの現場での組み立てを可能にします。ケーシングに沿って一定の間隔で配置された点検ドアにより、動作中にチェーンやバケットに視覚的にアクセスできるようになり、メンテナンスや詰まりの除去が容易になります。爆発性の粉塵環境（主な例として穀物処理）の場合、ケーシングは該当する ATEX または同等の粉塵爆発封じ込め規格または通気規格に準拠するように設計および構築されている必要があります。

チェーン

チェーンはチェーン ドライブ バケット エレベータの定義要素であり、各用途の引張荷重、摩耗、温度、腐食条件の組み合わせに合わせて選択する必要があります。バケットエレベーターで使用されるチェーンの種類には、鍛造リンクチェーン（丸リンクまたはスタッドリンクチェーンとも呼ばれます）、可鍛鉄チェーン、鋳鋼チェーン、エンジニアリングクラスローラーチェーンなどがあります。鍛造リンク チェーンは、重労働の鉱山およびセメント用途で最も一般的です。鍛造鋼製リンクは、優れた耐疲労性と衝撃靱性を備えています。エンジニアリングクラスのローラーチェーンは、概念としては自転車やオートバイのチェーンに似ていますが、より重い工業用グレードであり、スプロケットの噛み合いに正確なピッチが重要であり、鍛造リンクと比較してローラーチェーンの重量が軽いことが高速用途に有利なエレベーターで使用されます。チェーンのピッチ (取り付け点間の中心間の距離) は、バケットの間隔とスプロケットの歯の形状と正確に一致する必要があります。

バケツ

バケツ are the carrying elements that scoop, transport, and discharge the material. They are manufactured in a range of materials — mild steel, high-chrome white iron, stainless steel, polyethylene, and nylon — and in several profile geometries suited to different material types and operating speeds. Pressed steel buckets are the standard for medium-duty applications. Cast iron or high-chrome white iron buckets are used for highly abrasive materials such as clinker, sand, and ore. Polyethylene and nylon buckets are used for food-grade, pharmaceutical, and mildly abrasive applications where contamination from metal particles is a concern. Bucket profile — the relationship between bucket width, projection (depth), and back-plate height — is matched to the material's bulk density, lump size, and flowability to achieve efficient filling and clean discharge.

チェーンドライブバケットエレベーターの種類と動作原理

チェーンバケットエレベーターはチェーンの構成、バケット間隔、排出方式によって分類されます。各タイプは、特定の材料特性と容量要件に合わせて最適化されています。

連続バケットエレベーター（バケットの間隔が非常に狭いため、先頭のバケットの後部が後続のバケットから排出される材料のガイド面として機能する）は、その動作原理が遠心排出タイプとは根本的に異なるため、特に注目に値します。先頭では、遠心力によって材料を外側に投げ出すのではなく、バケットがヘッドスプロケットを越えて前方に傾き、材料を前のバケットの後部に排出し、そこから排出シュートに排出します。この積極的な排出メカニズムは動作速度に依存しないため、連続バケットエレベーターは遠心式よりも低速で動作できます。これは、遠心排出の高速衝撃によって損傷する脆弱な材料や、遠心投入によってきれいに自己排出されない粘着性または粘着性の材料にとって利点です。

チェーンバケットエレベーターの容量計算とサイジング

チェーンドライブバケットエレベータのサイズを正しく設定するには、必要な容積および質量スループットを計算し、そのスループットを確実に提供するバケットサイズ、バケット間隔、チェーン速度、および駆動力を選択する必要があります。過小なサイジングはシステムのボトルネックを引き起こします。過剰なサイジングは資本を無駄にし、運用コストを増加させます。次の方法論では、主要なサイジング手順を説明します。

体積容量の計算

バケットエレベータの理論上の容積は、バケット容積、バケット充填率、チェーン速度、バケット間隔から計算されます。式は次のとおりです: Q (m3/h) = (V × φ × 3600 × v) / a、ここで、V はリットル単位のバケット容積、φ は充填率 (材料の流動性と積載方法に応じて通常 0.6 ～ 0.85)、v はメートル/秒単位のチェーン速度、a はメートル単位のバケットピッチ (バケット取り付け点間の間隔) です。質量処理量は、体積容量に材料のかさ密度を乗じることによって得られます。かさ密度が高い材料 (2.0 ～ 2.5 t/m3 の鉄鉱石など) の場合、体積処理量だけでなく、チェーンのリニア メートルあたりの高い質量負荷を考慮してチェーンとバケットを選択する必要があります。

チェーン速度の選択

バケットエレベータのチェーン速度は、同等のベルトエレベータのベルト速度よりも大幅に低く、これはチェーン質量が重いことと、スプロケット接触時にチェーンにかかる過剰な遠心力を避ける必要性を反映しています。一般的なチェーン速度の範囲は、頑丈なダブルチェーン重力排出式エレベータの場合は 0.4 ～ 1.0 m/s で、遠心排出タイプの場合は 1.0 ～ 1.8 m/s に上昇しますが、チェーン エレベータの用途では 2.0 m/s を超えることはほとんどありません。チェーン速度が高くなると、特定のバケットの体積と間隔に対する容量が増加しますが、チェーンの摩耗、スプロケットの摩耗、バケットがブーツセクションに入る際のチェーンリンクへの衝撃荷重も増加します。摩耗性、塊状、または温度に敏感な材質の場合は、チェーン速度を控えめに選択すると耐用年数が大幅に延長されます。

駆動力計算

チェーンバケットエレベータに必要な駆動力は、材料（有用な作業コンポーネント）を持ち上げるのに必要な動力と、チェーンの摩擦、バケットの空気抵抗、ドライブトレインの損失によって消費される動力の合計です。揚力は次のとおりです: P_lift (kW) = (Q × H × g) / (3600 × η)、ここで、Q は質量処理量 (t/h)、H は揚程 (メートル)、g は重力加速度 (9.81 m/s²)、η は全体の駆動効率 (通常、ギアボックスとチェーンの駆動損失を合わせて 0.85 ～ 0.92) です。設置されているモーターの総出力には、始動時の負荷、時折発生する過負荷、および耐用年数にわたってチェーンが摩耗して伸びるにつれて発生する追加のチェーン摩擦に対応するために、計算された要件を上回る 1.25 ～ 1.5 倍のサービス係数が含まれます。

材料の適合性とアプリケーション固有の考慮事項

チェーン駆動バケットエレベータはベルトエレベータよりも広範囲の困難な材料を扱いますが、すべての材料が同じように簡単に扱えるわけではありません。以下の材料特性は、エレベーターの設計とコンポーネントの選択に特別な影響を与えます。

• 高温材料: 100℃を超える材料（80～150℃のセメントクリンカー、焼成アルミナ、または高温の灰を含む）には、合金鋼リンクを使用した耐熱チェーン構造、チェーンリンクとベアリングの高温潤滑剤、およびプラスチックではなく鋼製バケットが必要です。ケーシングの伸縮継手は、構造の熱膨張に対応する必要があります。ポリマーシールを備えた標準的なローラーチェーンは、約 80°C を超える温度には適していません。高温での連続運転には、鍛造リンクチェーンまたは高温ローラーチェーンが必要です。
• 研磨性の高い素材: 珪岩、ケイ砂、クリンカー、鉄鉱石は、バケットのリップ、バケットのバック、およびブーツのトラフと接触するチェーン リンクに深刻な摩耗を引き起こします。交換可能な摩耗リップを備えた高クロム白鉄またはハードックス鋼バケットは、これらの用途での耐用年数を大幅に延長します。ブーツセクションのトラフとチェーンがケーシングに接触する領域は、耐摩耗性のスチールまたはセラミックタイルで裏打ちする必要があります。毎月チェーンの伸びを監視し、元のピッチ長さの 2 ～ 3% を超えて伸びる前にチェーンを交換することで、突然のチェーン脱線を引き起こすスプロケットの歯飛びを防止します。
• 粘着性と粘着性のある素材: 湿った粘土、湿った石炭、または粘着性のある化学物質はバケットの表面に付着し、ヘッドからきれいに排出されず、時間の経過とともに蓄積し、不均衡、詰まり、最終的には機械的故障を引き起こす可能性があります。正排出（連続バケット）エレベータタイプは、遠心排出と比較してこの問題を最小限に抑えます。バケット表面処理 - 滑らかな仕上げ、PTFE コーティング、またはポリエチレンバケットライニング - により、粘着力が軽減されます。一部の設置では、ヘッドセクションにバイブレーターを使用して、粘着性のある材料から材料を剥離しやすくします。
• 爆発性または可燃性の粉塵物質: 穀物、小麦粉、砂糖、石炭粉塵、および多くの化学粉末は、通常の動作条件下でエレベーターのケーシング内に爆発性の粉塵と空気の混合物を形成します。これらの物質を扱うチェーンバケットエレベータは、ATEX ゾーン 21 または同等の基準に従って設計する必要があります。これには、ケーシング上の一定間隔の爆発防止パネル、静電気防止チェーンとバケット、すべての金属部品の接地、摩擦によって発火レベルの熱が発生する可能性のあるベルトまたはチェーンの滑りを検出するための速度監視が含まれます。穀物エレベーターの爆発は歴史的に複数の死亡事故を引き起こしており、適用される粉塵爆発規制への準拠は、これらの用途にとって交渉の余地のない要件です。
• 腐食性物質: 硝酸アンモニウムや塩化カリウムを含む肥料、化学粉末、または湿気の多い海岸環境にある材料は、軟鋼チェーンやケーシングのコンポーネントに急速な腐食を引き起こす可能性があります。ステンレス鋼チェーン、ステンレス鋼ケーシング構造、または保護コーティングと定期的な検査および交換スケジュールが必要です。亜鉛メッキチェーンの保護は限られています。攻撃的な化学環境では、亜鉛コーティングは急速に消耗します。また、ステンレス鋼は、初期コストが高いにもかかわらず、より耐久性のあるソリューションです。

チェーンの選択と引張荷重の管理

チェーンは、チェーン駆動バケットエレベータにおいて最も重要で最も故障しやすいコンポーネントです。正しいチェーンの選択と引張荷重の管理は、エレベーターの設計において最も重要な技術的決定です。

チェーンの最大張力は、ヘッド スプロケットの負荷がかかる上昇側で発生します。これは、負荷がかかる上昇側のチェーンとバケットの重量に、重力と摩擦に抗して下降側の空のチェーンとバケットを引っ張るのに必要な張力を加えたものです。ダブルチェーンエレベーターの場合、総張力は 2 本のチェーン間で均等に分配されるため、チェーンごとの作動張力は計算された総張力の半分になります。選択したチェーンは、計算された使用張力を大幅に上回る最小破断荷重 (MBL) を持っている必要があります。MBL に対する最小安全率は 7:1 が、連続運転のバケット エレベータ チェーンでは一般的ですが、大きな塊状物質からの激しい衝撃荷重や全負荷に対して頻繁に始動する用途では 10:1 まで上昇します。

チェーン疲労 (繰り返しの周期的荷重を受けてチェーン リンクが徐々に弱くなること) は、静的過負荷ではなく、適切に維持されているエレベータ チェーンの主な故障モードです。チェーンの疲労寿命は、作動張力と MBL の比に大きく依存します。MBL の低い割合で作動したチェーンは、定格容量に近づけたチェーンよりも不釣り合いに長く寿命を迎えます。チェーン交換に伴う計画外のダウンタイムのコストに比べて、より重いチェーンの増分コストが小さいため、計算によって必要な最小サイズよりも大きい次のチェーン サイズを選択することは、ライフサイクル コストの観点から正当化されることがよくあります。

チェーンエレベーターの信頼性を決定するメンテナンスの実践

チェーンドライブバケットエレベーターは機械的には簡単な機械ですが、メンテナンスを怠ると急速に劣化してしまいます。次のメンテナンス方法は、耐用年数と可用性に最も大きな影響を与えます。

• チェーンの伸びの監視: チェーン摩耗ゲージを使用するか、10 リンク部分の長さを測定し、新しいチェーンの呼び寸法と比較することにより、3 ～ 6 か月ごとにループの複数の点でチェーンのピッチを測定します (研磨用途ではより頻繁に)。伸びが元のピッチ長さの 2% に達したら、チェーンを交換します。この時点で、チェーンはスプロケットの歯と正しく噛み合わなくなり、スプロケットの摩耗が加速し、チェーンが飛び出す危険性があります。このしきい値に達する前にチェーンを交換すると、チェーンと磨耗したスプロケットを一緒に交換するよりも大幅に安価になります。
• チェーンの潤滑： チェーンリンクには、ピンとブッシュの摩耗を軽減するために潤滑が必要です。多くのバケットエレベータ用途では、チェーンが潤滑点を通過するときに計量された量の潤滑剤をチェーンピンに塗布する自動チェーン潤滑システムは、手動給油よりも安定した信頼性の高い潤滑を提供します。潤滑剤の仕様は、取り扱う材料に適合する必要があります。食品および医薬品用途には食品グレードの潤滑剤が必要であり、一部の化学用途には特定の溶剤や腐食剤に対する耐性のある潤滑剤が必要です。
• バケットの検査と交換: バケットの縁、背面、取り付けボルト穴を月に一度点検してください。バケットのリップが摩耗すると、充填効率が低下し、バケットとケーシングの間の隙間から材料が落ちる可能性があります。ひび割れや壊れたバケットは直ちに交換する必要があります。エレベーターのケーシング内で放出されたバケットの破片がチェーンとスプロケットの間に詰まり、突然のチェーンの故障やケーシングの損傷を引き起こす可能性があります。振動により締結具が徐々に緩むため、ボルトで固定されたバケットアタッチメントは、定期検査ごとに正しいトルクをチェックする必要があります。
• 巻き取り調整： ブーツセクションのチェーンのたるみを点検し、正しいチェーンの張力を維持するためにテークアップを調整してください。張力が不十分な場合、チェーンのたるみが発生し、ケーシングに接触したり、チェーンがスプロケットから外れたりする可能性があります。過度の張力はチェーン、スプロケット、ベアリングの摩耗を促進し、駆動電力の消費量を増加させます。各調整時の巻き取り位置を記録します。巻き取り延長量の増加傾向はチェーンの伸びを示し、チェーンの交換が必要になる時期を予測するのに役立ちます。
• ブーツセクションのクリーンアウト: ブーツセクションに物質が蓄積すると、ほとんどの用途では避けられませんが、バケットが掘削動作を開始するレベルが上昇し、すくう抵抗とチェーンの張力が増加します。スケジュールされた手動クリーニングまたは自動ブート レベル制御システムによる定期的なブート クリーンアウトにより、一貫した負荷状態が維持され、ドライブ システムに過負荷をかけるブート レベルのサージのリスクが軽減されます。

チェーンドライブバケットエレベーターを指定または購入する際に評価すべきこと

チェーンドライブバケットエレベーターの購入には多額の設備投資がかかり、運用パフォーマンスと総所有コストは、仕様が実際のアプリケーション要件にどれだけ適合するかに大きく依存します。次の評価フレームワークは、サプライヤーまたは設計に取り組む前に解決すべき重要な質問をカバーしています。

• 材料は完全に特性評価されていますか? サプライヤーに完全な材料データ、つまり嵩密度（ルースおよび圧縮）、塊サイズ分布、含水率範囲、温度範囲、摩耗性（研磨評価用の結合仕事指数またはモース硬度）、安息角、および材料の適合性に関連する化学的特性を提供します。不完全な材料特性評価は、エレベーターの性能低下や早期摩耗の最も一般的な原因です。材料が季節や供給源によって異なる場合は、平均的な条件ではなく最悪の条件を指定します。
• 必要な容量はどれくらいですか?またその計算方法は何ですか? 記載されている容量要件がピーク デューティ (最大瞬間スループット) であるか、平均スループットであるかを確認します。サービスファクタを備えたピークデューティに合わせた設計。サプライヤーの生産能力の計算が、特定の材料に対して正しいかさ密度と充填率を使用していることを確認してください。「類似した」材料の一般的な充填率は、粘着性材料または可変材料の実際のスループットに重大な誤差を引き起こす可能性があります。
• どのようなチェーン安全率が適用されていますか? 使用張力、チェーン MBL、およびその結果として得られる安全率を示すチェーン選択の計算をサプライヤーに依頼してください。連続運転には、MBL に対する最小安全率 7:1 が適切です。これより小さい場合は、照会して正当化する必要があります。安全係数が、定常状態の運転張力だけでなく、全負荷に対する始動からの動的負荷を考慮していることを確認します。
• どのようなアクセスとメンテナンスの規定が含まれていますか? 点検口の数と位置、ヘッド部とブーツ部のアクセス配置、チェーンの巻き取り調整方法とアクセスポイント、チェーンやケーシングを乱すことなくメンテナンスできる駆動配置かどうかを確認します。検査とメンテナンスが難しいエレベーターは適切にメンテナンスされず、早期の故障や計画外のダウンタイムにつながります。
• どのような安全システムが標準装備されていますか? 少なくとも、エレベーターにバックストップ装置 (停電時の負荷時の逆回転とチェーンの逆行を防止するため)、速度モニター (チェーンの滑り、破損、または詰まりを検出するため)、および駆動モーターの過負荷保護が備わっていることを確認してください。爆発性粉塵用途の場合は、ATEX 準拠文書と防爆設計の基礎を確認してください。
• スペアパーツの在庫はありますか? サプライヤーまたは地域の販売代理店が、購入する特定のエレベーターのモデルおよびサイズに対応する重要な摩耗部品 (チェーン (適合する交換長さを含む)、バケット セット、およびスプロケット) の在庫を保有していることを確認してください。部品の入手不能によりチェーンやバケットが故障してから 24 ～ 48 時間以内に運転を再開できないエレベーターは、ほとんどの生産クリティカルなアプリケーションにとって許容できない運用リスク プロファイルを抱えています。