インバータ化されたトロンメル

今日は兼務神社の新穀感謝祭でした。
というわけで、薪仕事自体は、全くできていません。
もう 11 月もほぼ終わってしまいましたが、今シーズンの納品ができてないんですよね。
少しでも早く納品をスタートしたいと思います。

さて、K さんのところに里子に出したトロンメル初号機ですが、今まではエンジン駆動だったものがインバータ化されました。

トロンメルというのは、大型の回転式ふるいで、薪から木屑や泥などの汚れをクリーニングしたり、サイズによりより分けたりすることができる装置です。
数年前に初号機を試作しました。
最近、うちでも注文量が増えてきて、2 号機を作ろうと思い立ったのです。

2 号機を作るにあたり、走行減速機のスペックがわかっていないため、その推定のため、周波数と回転速度について、調査をお願いしていたところ、連絡がありました。

走行減速機というのは、油圧モータと減速機が一体になったもので、バックホーとか、パワーショベルとか、ユンボとか言われる機械ですね、これのクローラ(履帯)を回転させるモータです。
このモータを使い、トロンメルのふるい本体を回転させる仕組みを採用しています。
ただ、新品はとても高いので、中古部品を買ってきていますから、スペックが謎なのです。
実物で調べるしかありません。

周波数(Hz) トロンメル回転速度(rpm)
40 5.0
45 5.5
50 6.1
55 6.9
60 7.5

ほぼリニアですね。

この辺にも書いてあるんですが、使っているポンプは GPF1020PC です。

SPECIFICATIONS
Disp. 0.12 cu. in. / rev.
Pump Type Gear
Rotation CW
Pressure:
3190 PSI rated
3770 PSI peak
Speed:
2000 RPM rated
6000 RPM max.
Flow:
0.97 GPM rated
2.90 GPM max.
Mount 2 bolt SAE AA
Shaft 1/2″ dia. x 1-1/16″ long with 1/8″ wide keyway
Rqd. Filtration 25 micron
Inlet Port SAE 8
Outlet Port SAE 6
Size 3-5/16″ x 4-1/32″ x 3-5/16″
Shpg. 5 lbs.

油圧ポンプを駆動するモータは 60Hz の時に 3,600rpm です。
40Hz であれば、2,400rpm です。
0.12 cu. in. / rev な訳ですから、2,400rpm だと、288 cu. in. / min です。
288 cu. in. で走行減速機が 5 回転ですから、57.6 cu. in. / rev である、ということになりなすね。

元々推定した同クラスの走行減速機は、

458.3cc/rev

ということでした。
これは、28.0 cu. in. / rev に相当します。
しかし、実際のところは、57.6 cu. in. / rev であったので、当初の設計の通りの回転数を得るためには、倍の油量が必要ということが判明しました。

それで、現在の回転数で遅いのかどうなのか、ということになるわけですが、ざっと作業を見た程度ですが、その範囲では、6rpm くらいでいいんじゃないのか、というのが正直なところですね。

無論、すでに割ってあるものを一気に処理したいとなれば、また状況は変わるのかも知れませんが。

走行減速機のスペックが分かったわけですから、その油圧源をどうするのか、ということが問題になります。
予想よりも倍必要だったわけで、薪製造機から取り出すので間に合うのかということになるわけですが、製造機で使用されているポンプの性能が分からないので、なんともいえないところですね。

それともう一点ですが、トロンメルへの汎用性の高い定量供給機が必要です。

薪のことだけを言えば、本来は LogFix のようなものが望ましいのですが、ただ、LogFix のようにクリーニングディスクを使うと、チップの選別作業時の定量供給機としては使えません。

同時に乾燥機の燃料のチップをふるいにかける作業の省力化が必要です。
チップ工場からは大型アームロールで納品されるのですが、それをリフトのスコップ(スノーバケット)ですくって、定量供給機で定量トロンメルに投入して、大きなものはつまりの原因になるので除去したいわけです。
スクリューコンベアにすると、薪でこの定量供給機を利用できません。

なので、将来ウォーキングフロアを作成するために、その技術獲得を目的として、投入幅 2m 程度、ホッパ容量 2 — 3m3 程度の小型の試験モデルを作ったらどうかなと思いました。
ふるいの機能は一切持たせず、純粋にバッファと定量供給とに機能を限定するわけです。
これすら作れないようだと、40ft コンテナサイズのものを作ることはできないと思いますから。

ただ、ウォーキングフロアにすると、3 つのグループを作って、非対称な動作をさせないといけないので、ちょっと面倒くさいわけです。

乾燥機のチップビンの wedge floor 方式でもいいんじゃないかと思うんです。
これだと、reciprocating valve ひとつで駆動できるため、極めてシンプルですから。

これが実現すれば、ホッパにある程度薪を貯められるので、製造機を止めることなく、選別作業を行いつつ、選別が終わったものがいっぱいになったものを輸送したりと、作業効率も上げることができるのではないかと思います。

ホース代をケチりたい件

トロンメルの話です。

ホースのことなんですが、米国で買えば高くはないんですが安くもないのです。
それで、以前書いたと思うんですが、Brave 13t が計算ほどの速度が出なくて、これはホースやポートサイズの問題じゃないかと思うのです。
なので、太いに越したことはないし、そういう意味では、薪割り機なんかは皆 1/2″ を使っているのでそれに合わせたらいいようにも思ったりもするんですが、今回、薪製造機のベルコンを駆動する圧油を横取りしてやろうという作戦でいます。
そうすると、モータの位置はベルコンの付け根になりますから、ベルコンの長さ + α、さらにトロンメルを駆動するモータは出口側につきますので、トロンメル本体の長さ + α、都合 10m くらいにはなるわけです。
往復 + ドレンですから、3 本必要です。
意外と馬鹿にならないのでは、と思うわけです。

それで、走行減速機ですが、現状 0.12 cu のポンプを使っているわけで、3,000rpm で駆動すると、1.56 GPM で運転されているということになります。

Q をフローレート(GPM), D を配管内径(インチ), V を流速(ft/s)とすると、

Q = 2.45 \times D^2 \times V

となります。

ポンプ側について言えば、そもそも SAE 6 で、この 6 って数字は Dash Size といって、1 = 1/16″ なので、SAE 6 ってのは、6/16″ = 3/8″ ってことになるので、ホース部分を 1/2″ にすれば余裕はあるんだけどね、不必要だよね、ってことになるのかなと思うのです。

それで、最も不利なのはサクション側なんですが、それですら SAE 6 のポンプもあったりして、まあ、K さんのところの初号機は SAE 8 ですが、まあ、ここは一つ 3/8″ にサイズダウンできるのかどうか、というのをちゃんと計算したらどうかと思うわけです。

2.45 \times (3/8)^2 \times 4 = 1.378125

戻り側の速度は、4 — 7 ft/s くらいとされているので最も不利な数字を採用します。
うーん、戻り側は最悪の条件では少し厳しいということになりますね。
まあ、戻り側なんで、Hosebarb を使って 1/2″ にすれば安上がりって話もありますが。
ドレンについても、同様に。

どれだけ安かがりかというと、144″ の場合、3/8″ だと $26.25, 1/2″ だと $28.90 って、ほとんど変わらないですね。
よくわからないんだけど、多分、One-wire の安物だと思いますけど、$16.95 ってのが 1/2″ にはあるから、1/2″ の方が安いってことになりますね。
なんとも。。。
流量の計算方法がわかったので、よしとします。

あと、もう一つの課題は、ベルトコンベアの流量が分からないので、フローディバイダをどうするのか、決められない、ということです。

プロポーショナルフローディバイダを使えば、ベルコンの速度は単純に 1/2 になります。
まあ、1/2 になっても問題ないとは思うんですが、問題は、それでトロンメルが駆動できるのか、ということです。
実際に走行減速機の必要な流量も分かりませんし。
K さんがインバータ駆動にしているので、逆にモータの回転数とスクリーンの回転数から必要流量を逆算した方が早いかもしれません。

流量計は結構高価なので、コンベアの方は、戻り側ホースを外しておいて、一定量が何秒でバケツに貯まるのか、という原始的な方法で当たりをつける程度でいいんじゃないかとも思います。

あ、そうそう、全然関係ないんですが、注文してあったニューマチックストラッピングツール(Pneumatic Strapping Tool)ですが、今朝届きました。
というか、知らない間に置いてありました。

早速試しましたが、引き締めはちょっと弱いような気がしないでもないです。
それと、溶着ですが、タイマーで自動で切れるからそれまで押し続けろ、みたいなことが書いてあるんですが、止まらないですね。適当なタイミングで離すと一応溶着はできているんですが。

マニュアルをざっと読んでみたんですが、タイマーの調整方法のようなことは書いてません。

実際に使う前にちゃんと調べようと思います。
高くはないんですが、安くもないので。

昨日書いた WiFi ですが、夕方、出荷の後、オートバックスに行ってみたんですが、物自体は置いてありませんでした。
なもんで、大きさだとか、そういう部分は全くわからずじまいです。

帰りに DoCoMo ショップに寄ってみたんですが、なんと定休日でした。
それも、月に 1 回の。
定休日男の本領を発揮してしまいました。

こっちは、毎月費用が発生し続けるのでよくよく考えたいと思います。

そろそろトロンメル 2 号機を作ったらどうかと思う件

配達の際に K さんのところで稼働しているトロンメル初号機がまたまた改良されていました。
写真を撮って来ればよかったんですが。。。(写真は改造前のものです)
忘れないうちにメモをしておこうと思います。

まず、駆動系があまりもののホンダエンジン GC160 から三相モーター(インバーター駆動)に変更されていて、回転速度も調整できるようになっていました。
電源があるところなら、これが一番コスト削減に繋がりますね。

あと、排出部分ですが、シャフトが延長されて、オーバー材の排出時に詰まる問題が解決したそうです。

依然残っている問題としては、ダスト等の分別はシュートを作らないと混ざるということと、門扉の鉄車輪の損耗が激しいということのようです。

うちの場合、電動化は現状はない選択肢なのですが、油圧駆動にしておけば、このように油圧源をモータ駆動にすることでロスはあるものの電動対応もできるよ、ってことですね。

それで、2 号機を作る場合のことですが、初号機に対して、次の変更を加えたらどうかなと思うのです。

  • 懸架方式については、カーゴトレーラ用(薪割り機なんかと共通)のゴムタイヤを用いて、メンテナンス頻度・コストを下げる。場合によっては、フォークリフトのノーパンクタイヤのほうが良いかもしれない。
  • スクリーンは交換可能とし、各スクリーンの下部には、シュートを設けてそれぞれが混ざらないようにする。

サイズや駆動方式、本体サイズ等は、特に設計変更の必要性は感じません。

スクリーンについては、交換可能とすることで、今は摺動式のふるいで処理している燃料用チップの分級作業について、かなりの効率化が図れるものと思います。

トロンメル製作コストのうち、最も高額な部品が走行減速機です。
それで、e-jyuki さんに買い出しに出かけました。
ヤフオクで新品が 13 万で出ているので、それにも惹かれたんですけど、前回のものと同じモータがあって 9 万円でゲットしてきました。

この走行減速機はケースドレンが必要です。
前回はダブルリリーフバルブ(クッションバルブ)を安全のために組み込みました。
e-jyuki さんと話したんですが、必要ないんじゃないのか(コントロールバルブ側にリリーフが内蔵されているし、リリーフよりも低い圧力でデテント機能が働き停止するため)ということになりました。
まあ、部品点数は少ないなら、それに越したことはないです。

いずれにせよ、2 号機の肝心要の部品は無事調達できましたので、今シーズンの早期稼働に向けて準備を進めていきたいと思います。

前回、初号機の部品は August 7, 2017 に調達しているようなんですが、内容としては、

ITEM DETAILS PRICE (e.a) QTY
20 GPM 1 Spool Speeco Log Splitter Valve $49.95 1
5 Gallon Log Splitter Hydraulic Reservoir/Tank $90.95 1
Insert For L-095 & L-090 Jaw Coupling $3.60 1
3/4″ L-095 Jaw Coupling Half $8.20 1
1/2″ L-095 Jaw Coupling Half $8.20 1
0.12 cu in Dynamic GPF1020PC Hydraulic Pump $87.95 1
SAE AA 2-Bolt Gas Engine To Pump Mount Hydra-Mount Corp G11-106 $34.95 1

ざっとこんな感じです。油圧ホース類や、フィッティングなどの細々したものは省いています。

K さんのところにエンジンがあるので、エンジン自体は部品として拾っていませんし、SAE AA のマウントもいらないと思います、多分。

最悪油圧源に関しては、薪割り機で間に合わせることもできなくはないわけですし、初めから薪製造機から取り出すのでも良いようには思います。

必要な油量に関して、走行減速機の仕様がわからないんですが、少なくとも 0.12 cu の油圧ポンプで間に合っています。

  • Disp. 0.12 cu. in. / rev.
  • Pump Type Gear
  • Rotation CW
  • Pressure: 3190 PSI rated, 3770 PSI peak
  • Speed: 2000 RPM rated, 6000 RPM max.
  • Flow: 0.97 GPM rated, 2.90 GPM max.
  • Mount 2 bolt SAE AA
  • Shaft 1/2″ dia. x 1-1/16″ long with 1/8″ wide keyway
  • Rqd. Filtration 25 micron
  • Inlet Port SAE 8
  • Outlet Port SAE 6

という具合ですね。
エンジンの場合、定格 3,000 RPM くらいだと思うので、1.5 GPM くらいの流量ではないかと思います。

上の部材のコストはだいぶ前の値段で米国内の送料も含んでません。
今だと、1.2 — 1.3 倍, ヘタをすると 1.5 倍するんじゃないかなという感じです。

ブラケットに関しては、流用しないとすると、SAE AA よりも 4F17 の方がいいし、MTE D201.7-5487 Hydraulic Pump にすると、ポンプ自体も米国製になって、0.097 cu in というところです。
ただ、IN/OUT がどっちも SAE 6 なので、SAE と NPT の変換をしてやる必要がありますね。
今買うと、$120 くらいです。

もし、ダブルリリーフを組み込むとすると、Hydraulic Cushion Valve Prince Mfg DRV-4HH, 1/2 NPT 30 GPM 1500-3000 PSI を咬ますことになるかと思いますが、これは $90 程するようです。

コントロールバルブも今は $50 を切るような値段ものはなくて、安くて、大体 $80 程度です。
手持ちの在庫は IN/OUT 共に 3/4″ NPT なので、ポンプからの取り回しは 1/2″ でやるとすると、ここも変換が必要です。

それと、油圧源については、薪製造機から取り出す場合には、移動したりする際に切り離せるようにする必要があります。
ドレンに 1/2″ は必要ないし、まあ、ここは最悪 hosebarb とクランプで凌いでもいいようにも思うんですが、1/4″ の flush (flat) face coupler を使う場合だと、オスメスセットで $26 です。
まあ、これをケチって、ホースを付け直して、その度にオイルが漏れる、ゴミが入るとかはダサすぎですね。

あと、スクリーン本体の支持方法ですが、一番手っ取り早いのは薪割り機のタイヤを使う方法です。
これだと、車軸の在庫もあるし、空気タイヤなのである程度のガタも吸収してくれそうな気もするんですけど、ちょっと弱い気もしないでもないのです。

フォークリフトのタイヤを使った方がいいんじゃないかと思うんですが、車軸側の入手方法がわかりません。
屑鉄屋さんに潰すリフトが転がってないか、転がっていたらガスで足の先だけ切ってもらって、それを使えばいいんでしょうけど。
リフト屋さんにも聞いてみようと思います。
リフトなら、かなりの荷重がかかった状態でガンガン走って壊れないので、安心かなと思います。

雑貨類入荷

今日は 15 日なので、神社の巡回でした。
総代さんが車を下ろしたので、そのお祓いもあり、お昼過ぎまでかかって、神社の仕事は無事に終了です。

午後は通関をしました。
今回は書類審査だけで、夕方許可になり、3 パレットだけ引き取ってきました。
あと 5 パレットあるので、明日、神社の祭日なので午後から 2 回、引き取りに行ってきたいと思います。
最近在庫が切れている商品が多くなっていたのですが、これである程度は回復するのではないかと思います。

それはそうと、薪の生産の件です。
実際に乾燥機がそれなりに安定して稼働し始め、フル生産、といえる状態になってはいるんですが、一週間で乾燥機がいっぱいになりません。
乾燥機には一度に 30m3 のメッシュパレットが入りますが、空気の流れを確保する必要があるため、ガサツに放り込む必要があり、積み上げると 20m3 分くらい, 8t 程度の製品しか取れません。
作業のどこがボトルネックになっているのか、特定して、生産速度を向上させる必要があります。

やはり小割りというか、サイズの調整にとても時間がかかっている印象があります。
あと、おそらく明日からになると思うんですが、G さん向けのあまりにも太すぎる(と思う)、いわゆるメタボ薪の乾燥を始めるんですが、薪の品質管理の都合上も、こういうメタボ薪自体を作らない、というか作れない仕組みと、それで出来上がったものから、今度は細いものを抜き出し、出荷先を変える必要があるのではないかと思うのです。
わざわざ細割りを作ると時間の無駄だし、細い方が手間がかかるので、高い単価で売れるわけですから、何でもかんでも一山いくらではなくて、より付加価値の高い仕事をしないといけないかなと思うのです。

太さの選別は、やはりトロンメルスクリーンが早いと思うので、乾燥機から出したものを回転フォークでディスクスクリーンに投入して細かな木屑をそこで除去し、トロンメルスクリーンで、小割り、中割りを抜く、小割は焚き付け用、中割はピザ用、お終わりはマキストーブ用、といった具合です。

トロンメルに関しては、K さんのところで、1 号機が稼働しているので、現状の問題点や課題などの聞き取りをして、2 号機の製作につなげたいと思いますが、2 号機も 1 号機同様、油圧制御・ダイレクトドライブ方式で考えようと思います。

トロンメルのスクリーン本体の支持方法(改)

だいぶ前に連絡をもらっていたんですが、メモし忘れていました。
表題の通りなんですが、トロンメルのスクリーン本体の支持方法 を改善する必要があるようです。

現状、門扉などで使われている重量戸車を使っているんですが、流石に一日中開閉するようなことを前提としてないからかどうかわかりませんが、思っていた以上に摩耗が早いようです。
近視的な手間だけ考えると、車だけ更新すればいいんでしょうが。

摩耗が早い理由は単純で、荷重を受ける面積が小さいことです。
板厚は確か 6mm くらいしかなく、かつ、車のサイズ自体も小さいので、ほぼ 6mm 幅、1mm にも満たない線で支えていることになります。

なので、戸車自体は脱輪防止のためのガイドくらいの役割にして、重量自体はキャスター等で支えたらどうかと思うのです。

これならば、一つ 3,000 円程度で済みます。

ただ、図面によると、φ1,200mm のようです。
メーカーにはそういう表示はなかったんですが、MonotaRO では 2km/h 以下で使うようにとありますね。

0.0012 \pi \times x \times 60 = 2

要するに、8.8rpm を超えるとキャスターの許容速度を超えるようです。
まあ、キャスターは重たいものに耐えられるものを拾っただけですし、探せば別のものもあるとは思いますが。
一つ気になるのは許容荷重 (daN) 600 というのが、一つ当たりなのか、組みなのか、それとも 4 つでなのか、ですね。

今度、K さんとのところに出向いた時に、どう対策されたのか、確認してきたいと思います。

薪のクリーニングと選別を一度に行うトロンメルスクリーンがついに稼働

足掛けもう何年になるんだろうか、というトロンメルスクリーンですが、懇意にしていただいている和歌山県の薪屋さん 薪文化 さんのヤードで試験をしていただいているのですが、ついに稼働し始めました。

構造は見ての通りで、大型のドラム状のスクリーン(篩)がゆっくりと回転し、叩き洗いの要領で薪から付着しているチェンソーダストや、苔、泥などを取り除きつつ、単管パイプの間隔を調整することで、サイズを選り分けることもできます。

前半部分のピッチが狭い部分は、現状、ゴミと木っ端がまとめて落ちて、フレコン(ベージュの大型土嚢)に集められ、後半のピッチが広い部分では、サイズが一定以下で、薪ストーブで使用するのに最適なサイズのもののみがフォークリフトで吊ってある黒い通気バッグに収納されます。
サイズが大きすぎる(割直す必要がある)ものは、一番右から排出され、バッグに収納されます。

実際に動かしてみて、予定していた機能は実現できることがわかったんですが、いくつか改良すべき点も見つかりました。

まず、噛み込みの問題。

動画でも、薪を噛み込んで回転が停止していますが、形状の問題で、篩から抜けずに引っかかるものが出てきて、それがフレームに取り付けた誘導用の板等にひかかるのです。

安全装置(クッション, デテント, リリーフ)があるので、油圧モータが損傷することはないのですし、逆回転もできるのですが、いちいち止まったら面倒くさいわけです。

これについては、最大の薪の長さ分、クリアランスを保持したり、あるいは、誘導板等をしっかり固定しすぎない(ゴムやバネ等で軽く保持する)ようにすれば、改善できるのではと思いました。

それと、後部からオーバー材を排出する際、油圧モータを支持しているフレームとの間に噛み込む問題があります。
これについては、クリアランスを確保するか、支持の仕方そのものを変更して対処するしかない感じです。
部品点数を減らすためにダイレクトに回転させる方式を採用したんですが、2 号機を作る場合、ここがいちばんの改善点になるかなと思います。

それともう一つ。

一度にクリーニングと選別とを行うので、どうしてもクリーニング能力が犠牲になります。
また、商品として販売できる、木っ端(焚き付け)も、現状は埃状の細かなもの(チェンソーダスト、泥、苔)などとごちゃ混ぜに輩出されてしまいます。

乾燥後クリーニングしたい場合、どうやってスクリーンに投入するのか、という部分について、スクリーンとウッドバックトや、バッカンなどからダンプ投入できるホッパーとを兼ねた POSCH LogFix に相当するプレフィルタ装置, クリーニングディスクとかスタースクリーンと呼ばれるものですが、そういうものを開発したらどかと思いました。

クリーニング能力は限定的ですが、Vepack はクリーニングディスクだけでクリーニングと選別も行います。

両者をうまく組み合わせたり、使い分けたりすることで、作業の効率化が図れるのではと思います。