ドラッグライン掘削機

ドラッグライン掘削機は、土木工事や露天掘りで使用される大型掘削機です。1904年に発明され、蒸気ショベルやそのディーゼルおよび電気駆動の後継機であるパワーショベルに即座に対抗しました。後者の最大のものよりも効率が高く、20世紀のほとんどの間、超大型の全盛期を謳歌しました。1950年代には、より効率的なロータリー式掘削機に最初に対抗され、1970年代以降は上位機種でロータリー式掘削機に取って代わられました。

これまでで最大の歩行式ドラグラインは、 1969年に稼働を開始したビュサイラス・エリー社製4250-W型ビッグ・マスキーで、220立方ヤード（ ^170m3）、325トンの容量のバケットを持ち、310フィート（94m）のブームを持ち、重量は13,500トンであった。

2014年時点で生産された最大のウォーキングドラグラインは、ジョイグローバルのデジタルACドライブコントロールP&H 9020XPCで、バケット容量は110～160立方ヤード（84～122m3 ^）、ブーム長は325～425フィート（99～130m）、作業重量は7,539～8,002トンです。^[1]

ドラグラインは、標準的な吊り上げクレーンをベースにしたものと、現場で組み立てる必要がある大型ユニットの 2 つのカテゴリに大別されます。前面にウインチ ドラムを追加したほとんどのクローラー クレーンは、ドラグラインとして使用できます。これらのユニットは (他のクレーンと同様に) 一時的に解体して、フラットベッド トレーラーで道路上を輸送できるように設計されています。土木工学で使用されるドラグラインは、この小型のクレーン タイプです。これらは、道路、港湾建設、池や運河の浚渫、および杭打ちリグとして使用されます。これらのタイプは、Link-BeltやHysterなどのクレーン製造業者によって製造されています。

現場で組み立てられる大型のタイプは、露天掘り作業で石炭の表土を取り除くのによく使用され、最近ではオイルサンドの採掘にも使用されています。最も大型の重牽引ラインは、これまで製造された陸上移動機械の中でも最大級のもので、重量は最大 13,500 トンです。一方、現場で組み立てられるタイプの中で最も小型で最も一般的なものは、重量が約 8,000 トンです。

ドラグライン バケット システムは、ワイヤ ロープで大きなトラスのようなブーム(またはマスト)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によって操作されます。大型ディーゼルモーターまたは電気モーターで駆動されるホイスト ロープは、ブームからバケットとホイスト カプラ アセンブリを支えます。ドラグロープは、バケット アセンブリを水平に引っ張るために使用されます。ホイストとドラグロープを巧みに操作することで、バケットをさまざまな操作に合わせて制御します。大型ドラグライン バケット システムの概略図を以下に示します。

ドラグラインは、1904年にジョン・W・ペイジ（Page & Schnable Contracting社の共同経営者）がシカゴ運河の掘削に使うために発明した。1912年までに、Pageはドラグラインを造る方が請負うより儲かることに気づき、ドラグラインを造るためにPage Engineering Companyを設立した。Pageは1923年に最初の粗雑な歩行型ドラグラインを造った。これは、クレーンを持ち上げる別のフレーム上でラックとピニオンで操作される脚を使用した。次に、本体はローラートラック上のチェーンで前方に引っ張られ、再び下ろされた。^[2] Pageは1924年にドラグライン専用の最初のディーゼルエンジンを開発した。Pageは、アーチ型ドラグラインバケットも発明した。このデザインは、今日でも多くの他のメーカーのドラグラインで一般的に使用されている競合他社の Monighan (下記参照) に比べて歩行機構がはるかに劣っていたため、Page は 1935 年に機構を偏心駆動に更新しました。この大幅に改良された機構により適切な楕円運動が可能になり、1988 年まで使用されました。Page は 1954 年に 700 シリーズでドラグラインをさらに近代化しました。Page の最大のドラグラインは、1983 年にアルバータ州ヒントン近郊の Obed 鉱山に納入されたモデル 757 でした。このドラグラインは 298 フィートのブームに 75 ヤードのバケットを備え、動作重量は 4,500 トンでした。1988 年に、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 エンジン駆動のドラグラインを発表しました。1988 年、Page は、P&Hのショベル、ドラグライン、クレーン製品を製造する Harnischfeger に買収されました。P&H の最大のドラグラインは、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、シカゴのモニハン機械工場は、地元の請負業者ジョン・W・ペイジがドラグラインを設置するための巻き上げ機械を注文したことをきっかけに、ドラグラインの製造に興味を持つようになった。1908年、モニハンは社名をモニハン・マシン・カンパニーに変更した。1913年、オスカー・マーティンソンという名のモニハンの技術者が、ドラグライン用の最初の歩行機構を発明した。^{[3] [4] [5]}マーティンソン・トラクターとして知られるこの装置は、モニハンのドラグラインに取り付けられ、最初の歩行ドラグラインが誕生した。これにより、モニハンは他のドラグラインに対して大きな優位性を獲得し、会社は繁栄した。1925年には、シューのドラグチェーンをなくし、楕円形のトラックで動くカムホイールに変更することで、カム機構がさらに改良された。これにより、シューは適切な楕円運動をするようになった。^{[6] [7]}この新しい機構を採用した最初のドラッグラインは、1926年に発売された3-Wでした。これらの機械は非常に人気があったため、モニガン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・エリーはモニガンの承認を得て、モニガンの株式を購入し始めました。ビュサイラスが支配権を取得し、合弁会社は1946年に正式に合併するまでビュサイラス・モニガンとして知られていました。英国初の歩行式ドラッグライン掘削機は、1940年にウェリングバラの鉄採石場で使用されました。 ^[8]

ランサムズ＆レイピアは、鉄道設備やその他の重機を製造するために1869年に4人の技術者によって設立されました。1914年に、顧客の要望により、2台の小型蒸気ショベルの製造を開始しました。このために製造したロープ操作のクラウドシステムは特許を取得し^[9]、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1立方ヤードから8立方ヤードの容量のマリオンドラッグラインを製造する契約に達しました。1927年には、1ヤードのタイプ7と1.5ヤードのタイプ460を製造しました。マリオンマシンを製造する契約は1936年に終了しました。R&Rは、タイプ4120から独自の設計の製造を開始し、続いて3.5立方ヤードの4140を製造しました。 1958 年、Ramsomes & Rapier 部門はシェフィールドのNewton, Chambers & Co.に売却され、同社のNCK Crane & Excavator 部門と統合されました。これが NCK-Rapier となりました。NCK-Rapier のウォーキング ドラッグライン部門は 1988 年に Bucyrus に買収されました。

マリオンパワー ショベル カンパニー(1880 年設立) は、1939 年に、シンプルなシングル クランク機構を備えた最初のウォーキング ドラグラインを製造しました。最大のドラグラインは、1973 年に Amax Coal Company に販売された 8950 です。このドラグラインは、310 フィートのブームに 150 立方ヤードのバケットを備え、重量は 7,300 トンでした。マリオンは 1997 年に Bucyrus に買収されました。

Bucyrus Foundry and Manufacturing Company は、1910 年に Heyworth-Newman のドラッグライン掘削機の製造権を購入し、ドラッグライン市場に参入しました。同社の「クラス 14」ドラッグラインは、最初のクローラー搭載ドラッグラインとして 1911 年に発表されました。1912 年に、Bucyrus は、採掘で使用される大型のストリッピング ショベルとドラッグラインの動力源として電気を使用する先駆者となりました。イタリアの会社であるFiorentini は、1919 年から Bucyrus のライセンスを受けてドラッグライン掘削機を製造しました。1946 年に Monighan と合併した後、Bucyrus は、15 ヤードのバケットを使用する 800 トンの 650-B など、Monighan の歩行機構を使用して、はるかに大型の機械の製造を開始しました。 Bucyrus 社最大のドラッグラインは、 1969 年にオハイオ コール カンパニー向けに製造されたBig Muskieです。この機械は、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 社自体は、2011 年に重機およびディーゼル エンジン メーカーの Caterpillar 社に買収されました。Caterpillar 社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 トンの重量を備えた 8750 です。

1960 年代と 1970 年代の好景気の後、ドラッグラインの市場は急速に縮小し始め、合併がさらに進みました。1988 年の P&H による Page の買収、1988 年の Bucyrus による Ransomes & Rapier の買収、1997 年の Marion の買収により、大型ドラッグラインの全世界の供給業者数は半分以下に減少しました。今日、大型ドラッグラインの製造業者は P&H と Caterpillar のみとなっています。

Heavy Engineering Corporation Limitedは、31ヤードのバケット容量を持つウォーキングドラグラインを製造したインド初の企業です。HECは最大44ヤードのバケットを製造しています。比較すると、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はインドの鉱業業界に15のドラグラインを供給しています。^[10]

典型的な掘削サイクルでは、バケットは掘削する材料の上に配置されます。^[11]次にバケットを下げ、ドラグロープを引いて、バケットを材料の表面に沿って引きずります。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、バケットを材料をダンプする場所に移動します。次に、ドラグロープを解放してバケットを傾けて空にします。これをダンプ操作と呼びます。

クレーンタイプのドラグラインでは、ジブまで巻き上げてからドラグケーブルのクラッチを解放することで、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。バケットが垂直を超えると、ホイストケーブルが解放され、バケットが投げられます。より小型のドラグラインでは、熟練したオペレーターは、バケットを単に落とす場合よりも、ジブの長さの約半分の距離に着地させることができます。大型のドラグラインでは、これは一般的な方法ではありません。

露天掘り鉱山で使用される大型ドラグラインシステムのコストは約5,000万～1億ドルです。一般的なバケットの容量は40～80立方ヤード（30～60立方メートル）ですが、非常に大きなバケットでは220立方ヤード（168立方メートル）に達するものもあります。 ^[12]ブームの長さは45～100メートル（148～328フィート）です。1回のサイクルで最大450トンの材料を移動できます。

大半の採鉱用ドラグラインは、他の採鉱設備の大半のようにディーゼル動力ではありません。 数メガワット単位の電力消費量は非常に大きいため^{[定量化] 、6.6～22 kV の電圧で}高圧送電網に直接接続されています。重量 4000～6000 トン、容量 55 立方メートルの典型的な^{[さらなる説明が必要]ドラグラインは、通常の掘削作業中に最大 6 メガワットを消費します。 このため、採鉱用ドラグラインが停電を引き起こす影響について、多くの (おそらく}作り話の) 話^{[例が必要]}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、クイーンズランド州中央部にあるBHP の大規模炭鉱) の 7 本のドラグラインがすべて同時に回転すると、ノースクイーンズランド全域が停電するだろうという、長く語り継がれている話があります^{[誰の話か? ]}。しかし、現在でも、^{[いつ? ]}シャットダウンされた場合、起動に膨大な電力が必要になるため、常に 1 つずつ再起動されます。^{[引用が必要]}

最も小型のドラグラインを除き、移動は足またはポンツーンを使って「歩く」ことによって行われます。これは、キャタピラ式トラックは地面に過度の圧力をかけ、ドラグラインの巨大な重量に耐えるのが非常に難しいためです。最高速度はせいぜい毎分数メートルに過ぎません。^[13]足を一歩ごとに再配置する必要があるためです。^[14]中距離 (約 30～100 km) を移動する場合は、特別なドラグライン キャリアを使用してドラグラインを輸送できます。それ以上の距離では、通常、分解が必要です。しかし、採掘用ドラグラインは到達距離が長いため、1 つの位置から広い範囲を作業でき、小型の機械のように切羽に沿って絶えず移動する必要がないためです。

ドラグラインの主な制限はブームの高さと長さで、これによりドラ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 つの主な制限は掘削深度で、これはドラ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。ドラグラインの構造上、ドラグラインはベース レベルより下の材料を掘削するのに最も効率的です。ドラグラインはそれ自身より上のレベルを掘削できますが、効率が悪く、積み重なった材料を積み込むのには適していません (ロープ ショベルやホイール ローダーのように)。

ドラグラインは、その制限と極めて高い資本コストにもかかわらず、信頼性が高く、廃棄物の除去コストが極めて低いため、多くの鉱山で依然として人気があります。

セントラル・オハイオ・コール・カンパニー（アメリカン・エレクトリック・パワーの一部門）が所有していたビッグ・マスキーとして知られる石炭採掘用ドラグラインは、重量13,500トン、高さ22階建て近くに達する世界最大の移動式土木機械だった。 ^[15]この機械は1969年から1991年まで米国オハイオ州マスキンガム郡で稼働し、13,800ボルトの電力供給を受けていた。1999年に70万ドル相当のリサイクル金属と引き換えに解体された。

英国のランサムズ＆レイピア社は、1960年代にヨーロッパ最大の1400～1800トンのディーゼル電気式掘削機を数台製造し、その10分の1をはるかに超えるサイズを誇った。そのうちの1台、SUNDEWは1957年から1974年まで採石場で使用された。ラトランドの最初の現場での稼働を終えた後、9週間で13マイル（21 km）を歩いてコービーまで移動し、1987年1月から6月にかけて解体されるまでそこで稼働し続けた。

小型のドラグラインも、油圧掘削機が一般的に使用されるようになる前にはよく使用されていましたが、現在では河川や砂利採取場の作業以外ではめったに使用されていません。小型の機械は、クラッチ付きの機械駆動でした。ラストンやビュサイラスなどの会社は、小規模な建築工事や排水工事で人気の RB10 などのモデルを製造しました。これらのうちのいくつかは、イギリスのケンブリッジシャー、リンカンシャー、ノーフォークの一部のフェンズで今でも見ることができます。ラストンは、排水ポンプエンジンとも関係のある会社です。電気駆動システムは、大型の採掘機械にのみ使用され、ほとんどの現代の機械はディーゼル油圧駆動を使用しています。これは、変電所や電源ケーブルを設置するコストを正当化するほど機械が 1 か所に長く留まることはめったにないからです。

ドラグラインの基本的な機械技術は、土木工事で使用されるほとんどの機器とは異なり、設計と制御機能においてほぼ 100 年間ほとんど変わっていません。ただし、いくつかの進歩 (油圧、その後の電気油圧、制御 (ジョイスティックを含む)、シミュレーション ソフトウェアを使用した新しいオペレーターのトレーニングなど) が達成され、追求され (自動化システムの改善など)、または前進とみなされるもの (「ユニバーサル ディグ ダンプ」(UDD) など) もあります。

オーストラリアのCSIROの研究者は、ドラグラインの自動化に関する長期研究プロジェクト^[16]を実施しています。CSIROの部門であるQCATの採掘自動化チームは、1994年から自動化技術の開発に取り組んでいます。自動化システムには、クルーズコントロールとデジタル地形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の概念実証ドラグラインスイングクルーズコントロールが含まれます。^[17]

ドラグラインは一般的に大きく、複雑で、非常に高価なため、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のトレーニング用に開発されたのと同じように、採掘シミュレーターソフトウェアは、新しいオペレーターがマシンの制御方法を学習できるようにするために開発されました。

UDD はユニバーサル ディグダンプの略です。これは、「ミラクル ヒッチ」の発明以来、ほぼ 1 世紀ぶりのドラグラインの根本的な変化を表しています。バケットを操作するために 2 本のロープ (ホイスト ロープとドラッグ ロープ) を使用する代わりに、UDD マシンは 2 本のホイスト ロープと 2 本のドラッグ ロープの 4 本のロープを使用します。これにより、ドラグラインのオペレーターは、バケットをいつ持ち上げるか、どのようにバケットを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 マシンは一般に、標準的なドラグラインよりも生産性が高いですが、多くの場合、機械的な問題が大きくなります。鉱業業界では、UDD の改善がコストに見合うかどうかについて、いまだに多くの議論があります。

• バケットホイール掘削機– 代替採掘機械
• 掘削機– ドラグラインがサブクラスである機械の一般的なクラス
• パワーショベル– 採掘機械の一種（フロントショベルとも呼ばれる）
• 蒸気ショベル– 最も初期の鉱山掘削機

• K. Pathak、K. Dasgupta、A. Chattopadhyay、「ドラグラインバケットの作業領域の決定 - グラフィカルアプローチ」、ドンカスター、鉱山技術者協会、1992 年。
• Peter Ridley、Peter Corke、「重力負荷下でのドラグラインバケットの姿勢の計算」、メカニズムと機械理論、第35巻、2000年。

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• P&H ドラッグライン
• ビュサイラス ドラッグライン
• HEC ドラグライン