応用科学
ドラッグライン掘削機
ドラッグライン掘削機は、土木工学や露天掘りで使用される重機です。
ドラッグラインは、2つの大まかなカテゴリに分類されます。標準のリフティングクレーンに基づくものと、現場で建設する必要がある重いユニットです。前面にウィンチドラムが追加されたほとんどのクローラークレーンは、引き綱として機能します。これらのユニットは（他のクレーンと同様に）分解され、フラットベッドトレーラーで道路上を輸送されるように設計されています。土木工学で使用されるドラッグラインは、ほとんどの場合、この小型のクレーンタイプです。これらは、道路、港の建設、池と運河のed、および杭打ち掘削装置として使用されます。これらのタイプは、Link-BeltやHysterなどのクレーンメーカーによって製造されています。
現場で構築されるはるかに大きなタイプは、一般的にストリップ採掘作業で使用され、石炭上の表土を除去し、最近ではオイルサンド採掘に使用されています。最大の重いドラッグラインは、これまでに建設された最大のモバイルランドマシンの1つです。重量のあるタイプの中で最も小さくて一般的なものの重量は約8,000トンで、最大の建造物の重量は約13,000トンでした。
ドラッグラインバケットシステムは、ワイヤーロープでブーム（大きなトラスのような構造）から吊り下げられた大きなバケットで構成されています。バケットは、多数のロープとチェーンを使用して操作されます。大型ディーゼルまたは電気モーターを動力とするホイストロープは、ブームからバケットとホイストカプラーアセンブリを支えます。ドラッグロープを使用して、バケットアセンブリを水平に描画します。ホイストと引き綱の巧みな操作により、バケットはさまざまな操作のために制御されます。大規模なドラッグラインバケットシステムの概略図を以下に示します。
歴史
ドラッグラインは、シカゴ運河の掘削に使用するためにジョン・W・ペイジ（Page＆Schnable Contractingのパートナーとして）によって1904年に発明されました。 1912年までに、Pageはドラッグラインの構築が契約よりも収益性が高いことに気付き、Page Engineering Companyを設立してドラッグラインを構築しました。ページは、1923年に最初の粗い歩行用ドラッグラインを構築しました。これらは、クレーンを持ち上げる別のフレームでラックとピニオンによって操作される脚を使用していました。ボディは、ローラートラックでチェーンによって前方に引っ張られ、その後再び下げられました。 Pageは1924年にドラッグラインアプリケーション専用の最初のディーゼルエンジンを開発しました。また、Pageはアーチ型のドラッグラインバケットも発明しました。競合他社のMonighan（下記参照）に比べて歩行メカニズムが大きく劣っていたため、Pageは1935年にメカニズムを偏心ドライブに更新しました。この大幅に改善されたメカニズムは適切な楕円運動を与え、1988年まで使用されていました。 Pageの最大のドラッグラインは、1983年にアルバータ州ヒントン近くのオベド鉱山に納入されたモデル757でした。これは、298フィートのブームに75ヤードのバケットと4,500トンの運転重量を備えていました。 1988年、Harnischfeger Corporation（P＆H Mining Equipment）がPage Engineering Companyを買収しました。
Harnischfeger Corporationは、1884年にAlonzo PawlingとHenry HarnischfegerによってP＆H Miningとして設立されました。 1914年、P＆Hは世界初のガソリンエンジンを搭載したドラッグラインを導入しました。 1988年、PageはHarnischfegerに買収され、シャベル、ドラッグライン、クレーンのP＆Hラインを製造しました。 P＆Hの最大のドラッグラインは、160ヤードのバケットと最大425フィートのブームを備えた9030Cです。
1907年、シカゴのMonighanのMachine Worksは、地元の請負業者John W. Pageがホイスト機を設置するよう注文したときに、ドラッグラインの製造に興味を持ちました。 1908年、モニギャンはその名前をモニギャンマシンカンパニーに変更しました。 1913年、オスカー・マーティンソンという名前のモニギャンのエンジニアが、ドラッグラインの最初の歩行メカニズムを発明しました。このデバイスは、Martinson Tractorとして知られ、Monighanドラッグラインに設置され、最初の歩行ドラッグラインを作成しました。これにより、Monighanは他のドラッグラインに比べて大きな優位性を持ち、会社は繁栄しました。カム機構は、靴のドラッグチェーンを削除し、楕円形のトラックで走行するカムホイールに変更することにより、1925年にさらに改善されました。これにより、靴に適切な楕円運動が与えられました。新しいメカニズムを使用した最初のドラッグラインは1926年に使用可能な3-Wでした。これらのマシンは非常に人気があったため、Monighanという名前がドラッグラインの総称になりました。 1930年代初頭、ビュサイラスエリーはモニギャンの承認を得てモニギャン株の購入を開始しました。ビュサイラスは支配権を購入し、1946年に正式に合併するまで、合同会社はビュサイラス-モニガンとして知られるようになりました。イギリスで最初の歩行ドラッグライン掘削機は、1940年にウェリングバラ製鉄所で使用されました。
Ransomes＆Rapierは1869年に4人のエンジニアによって鉄道機器やその他の重工を建設するために設立されました。 1914年に、彼らは顧客の要求の結果として2つの小さな蒸気シャベルの構築を開始しました。彼らがこのために構築したロープ式群衆システムは特許を取得し、後にビュサイラスに売却されました。第一次世界大戦後、掘削機の需要が増加し、1924年にマリオンドラッグラインを1から8立方ヤードの容量に建設することに合意しました。 1927年に、彼らはType-7 1ヤードおよびType-460 1.5ヤードモデルを構築しました。 Marionマシンの製造契約は1936年に終了しました。R＆Rは、Type 4120で独自の設計の構築を開始し、続いて3.5立方ヤードの4140を構築しました。 1958年に、Ramsomes＆Rapier部門はSheffieldのNewton、Chambers＆Co. Ltdに売却され、NCK Crane＆Excavator部門と統合されました。これがNCKレイピアになりました。 NCKレイピアの歩行ドラッグライン部門は、1988年にビュサイラスに買収されました。
Marion Power Shovel Company（1880年設立）は、1939年にシンプルなシングルクランクメカニズムを備えた最初のウォーキングドラッグラインを構築しました。最大のドラッグラインは、1973年にAmax Coal Companyに販売された8950でした。 -フットブームと7,300トンの重量。マリオンは1997年にビュサイラスに買収されました。
Bucyrus Foundry and Manufacturing Companyは、1910年にHeyworth-Newmanドラッグライン掘削機の製造権を購入して、ドラッグライン市場に参入しました。彼らの「クラス14」ドラッグラインは、1911年に最初のクローラーマウントドラッグラインとして導入されました。 1912年、ビュサイラスは、鉱業で使用される大型のストリッピングショベルと引き綱の動力源としての電気の使用の先駆者となりました。イタリアの会社フィオレンティーニは、1919年からビュサイラスが認可した引き綱掘削機を製造しました。 1946年のモニギャンとの合併後、ビュサイラスは、15ヤードのバケットを使用した800トン650-Bなどのモニギャンの歩行メカニズムを使用して、より大きな機械の生産を開始しました。ビュサイラスの最大のドラッグラインは、1969年にオハイオ石炭会社向けに建設されたビッグマスキーでした。このマシンは、450フィートのブームに220ヤードのバケットを備え、重量は14,500トンでした。 Bucyrusは、2011年に重機およびディーゼルエンジンメーカーであるCaterpillarに買収されました。Caterpillarの最大のドラッグラインは、169ヤードのバケット、435フィートのブーム、8,350トンの重量を持つ8750です。
ドラッグラインの市場は、1960年代と1970年代のブームの後、急速に縮小し始め、より多くの合併をもたらしました。 1988年にP＆HがPageを買収し、1988年にビュサイラスがRansomes＆Rapierを買収し、1997年にマリオンが買収したことで、重荷ドラッグラインの世界的なサプライヤーの数を半分以上削減しました。現在、P＆HとCaterpillarは、大型ドラッグラインの唯一のメーカーです。
その他のメーカー
Heavy Engineering Corporation Limitedは、31ヤードのバケット容量のウォーキングドラッグラインを製造した最初のインド企業です。 HECは最大44ヤードのバケットを作ります。比較のために、これは42ヤードのバケットを備えたCaterpillarのSmall Draglines 8000シリーズに匹敵します。 HECは、インドの鉱業に十数個をわずかに供給しています。
操作
掘削の典型的なサイクルでは、バケットは掘削される材料の上に配置されます。次に、バケットが下げられ、ドラッグロープが描かれ、バケットがマテリアルの表面に沿ってドラッグされます。次に、ホイストロープを使用してバケットを持ち上げます。次に、スイング操作を実行して、材料を投棄する場所にバケットを移動します。その後、ドラッグロープが解放され、バケットが傾いて空になります。これは、ダンプ操作と呼ばれます。
クレーンタイプのドラッグラインでは、ジブまで巻き上げてからドラッグケーブルのクラッチを解除することにより、バケットを「投げる」こともできます。これにより、バケットが振り子のように揺れます。バケットが垂直を通過すると、ホイストケーブルが解放され、バケットが投げられます。より小さなドラッグラインでは、熟練したオペレーターは、バケツをジブの長さの約半分に落とすことができました。大きなドラッグラインでは、これは一般的な慣行ではありません。
ドラッグラインにはさまざまな切断シーケンスがあります。 1つ目は、オフセットベンチを使用したサイドキャスト法です。これは、ベンチを作るために爆破された材料の上に横向きに土砂を投げることを含みます。 2つ目はキーパスです。このパスは、新しいハイウォールのつま先でキーをカットし、ベンチをさらにローウォールに向けて移動します。また、壁がブロック状の場合、チョップパスが必要になる場合があります。チョップパスでは、傾斜した高壁にバケットを落とし、表面をスケーリングします。次のシーケンスは最も遅い操作で、ブロックが通過します。ただし、このパスは素材のほとんどを移動します。キーを使用して材料の底部にアクセスし、持ち上げて台無しにしたり、ベンチの高さまで上げたりします。必要に応じて最終カットは引き戻しで、材料をさらに低壁側に引き戻します。
マイニングのドラッグライン
露天掘り鉱業で使用される大規模なドラッグラインシステムは、約5,000〜1億米ドルの費用がかかります。典型的なバケットの容積は40〜80立方ヤード（30〜60立方メートル）ですが、非常に大きいバケットの範囲は最大168立方メートル（5,900立方フィート）です。ブームの長さは、45〜100メートル（148〜328フィート）です。 1サイクルで、最大450トンの材料を移動できます。
ほとんどのマイニングドラッグラインは、他のほとんどのマイニング機器のようにディーゼル式ではありません。数メガワットのオーダーの消費電力は非常に大きいため、6.6〜22 kVの電圧で高電圧グリッドに直接接続します。 55立方メートルのバケットを備えた4000〜6000トンの一般的なドラッグラインは、通常の掘削作業中に最大6メガワットを使用できます。このため、マイニングドラッグラインの停電を引き起こす影響について、多くの（おそらく潜在的な）物語が語られてきました。たとえば、1970年代に、ピークダウンズ鉱山（オーストラリアのクイーンズランド州中央部にある非常に大きなBHP炭鉱）の7本の引き綱がすべて同時に転がると、ノースクイーンズランドのすべてが停電するという長命の物語があります。ただし、現在でもシャットダウンされている場合は、スタートアップの膨大な電力要件のために、一度に1つずつ再起動されます。
キャタピラートラックは地面に過度の圧力をかけ、ドラッグラインの莫大な重量の下では非常に困難なので、ドラッグラインのごくわずかを除いて、足またはポンツーンを使用して「歩く」ことによって動きが達成されます。各ステップで足の位置を変更する必要があるため、最高速度は毎分数メートルです。中距離（約30〜100 km）を移動する場合は、特別なドラッグラインキャリアを持ち込んで、ドラッグラインを輸送できます。その距離を超えると、一般に分解が必要になります。しかし、リーチによるマイニングドラッグラインは、1つの位置から広い範囲で機能し、小さな機械のように顔に沿って絶えず移動する必要はありません。
制限事項
ドラッグラインの主な制限は、ブームの高さとブームの長さです。これにより、ドラッグラインが廃棄物を投棄できる場所が制限されます。もう1つの主な制限は掘り込みの深さです。これは、ドラッグラインが使用できるロープの長さによって制限されます。構造に固有のドラッグラインは、ベースのレベルより下で最も効率的に材料を掘削します。ドラッグラインはそれ自体の上を掘ることができますが、非効率的であり、積み上げられた材料のロードには適していません（ロープショベルまたはホイールローダーのように）。
限界と非常に高い資本コストにもかかわらず、ドラッグラインは信頼性と廃棄物除去コストが非常に低いため、多くの鉱山で人気があります。
注目すべき例
中央オハイオ石炭会社（アメリカ電力の一部門）が所有するBig Muskieとして知られる石炭採掘の引き綱は、世界最大の移動式地ならし機であり、重量は約13,000トン、高さは22階建てです。 1969年から1991年まで、米国オハイオ州マスキンガム郡で運営され、13,800ボルトの電源から電力を得ていました。 1999年に70万ドル相当のリサイクル金属で解体されました。
Ransomes＆Rapierの英国企業は、当時（1960年代）にヨーロッパ最大の数台の大型（1400〜1800トン）掘削機を生産しました。電力は、発電機を駆動する内燃機関からのものでした。 1つはSUNDEWという名前で、1957年から1974年まで採石場で使用されていました。ラトランドの最初のサイトでの作業が終了した後、13マイル歩いてコルビーの新しい生活が始まりました。散歩には9週間かかりました。その後、サンデューは1987年1月から6月まで廃棄されました。
油圧ショベルが一般的に使用される前は、より小さなドラッグラインも一般的に使用されていましたが、現在では、小さなドラッグラインは川や砂利採掘場以外ではほとんど使用されていません。小型機械は、クラッチ付きの機械式駆動装置でした。ラストンやビュサイラスなどの企業は、小規模な建築工事や排水工事で人気のあるRB10などのモデルを製作しました。これらのいくつかは、ケンブリッジシャー、リンカンシャーおよびノーフォークの一部のイングランドのフェンスでまだ見ることができます。 Ruston'sは、排水ポンプエンジンにも関連する会社です。電気駆動システムは大型の採掘機械でのみ使用されていましたが、変電所と供給ケーブルを設置するコストを正当化するのに十分な長さの機械が1か所にあることはめったにないため、ほとんどの現代の機械はディーゼル油圧駆動を使用します。
技術の進歩
ドラッグラインは、土木工事で使用されるほとんどの機器とは異なり、ほぼ100年間、設計および制御システムで比較的変化していません。過去数年間で、ドラッグラインシステムと方法論にいくつかの進歩がありました。
オートメーション
オーストラリアのCSIROの研究者は、ドラッグラインの自動化に関する長期的な研究プロジェクトを実施しています。 CSIRO部門であるQCATのマイニング自動化チーム。自動化システムには、クルーズコントロールとデジタルテレインマッピングが含まれます。実用的なソリューションには、Tarong BE1370の概念実証ドラッグラインスイングクルーズコントロールが含まれます。
シミュレーションソフトウェア
通常、ドラッグラインは大きく、複雑で、非常に高価なので、新しいオペレーターのトレーニングは難しいプロセスになる可能性があります。フライトシミュレーターがパイロットを訓練するために開発したのと同じ方法で、マイニングシミュレーターソフトウェアが開発され、新しいオペレーターが機械の制御方法を学習するのを支援します。
UDD
UDDはUniversal-Dig-Dumpの略です。これは、「奇跡のヒッチ」の発明以来、ほぼ1世紀にわたるドラッグラインの最初の根本的な変化を表しています。 2本のロープ（ホイストロープとドラッグロープ）を使用してバケットを操作する代わりに、UDDマシンは4本のロープ、2本のホイストと2本のドラッグを使用します。これにより、ドラッグラインオペレーターは、バケットをいつ収集するか、およびバケットをどのようにダンプするかについて、はるかに高い選択性を持つことができます。 UDDマシンは通常、標準のドラッグラインよりも生産性が高くなりますが、多くの場合、機械的な問題が大きくなります。鉱業では、UDDの改善がコストを正当化するかどうかについて、まだ多くの議論があります。
