JP2005098097A - 土壌中に掘削エレメントを挿入する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出来る限り単純でかつ費用対効果のある掘削装置を提供する。
【解決手段】掘削エレメント５０を土壌中に挿入する掘削装置は、回転駆動部と、回転装置３０を有する。回転駆動部は、支柱上に支持され、該支柱上に回転可能かつ摺動可能に配置した掘削エレメント５０を挿入する。回転装置３０は、少なくとも一つの作動シリンダ３５，３６により回転させることのできるコレット３３，３４を有する。回転装置３０は支柱に固着してあり、トルクを支援すべく回転駆動部が駆動する掘削エレメント５０に係合させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は掘削エレメントを土壌中に挿入する掘削装置に係り、この装置は支柱に回転可能かつ摺動可能に配置した掘削エレメントを挿入する支柱上に支持した回転駆動部と、少なくとも一つの作動シリンダにより回転させることのできるコレットを有する回転装置を備える。

本発明はさらに土壌中に掘削エレメントを挿入する方法に係り、ここでは掘削エレメントは回転駆動部と支柱に沿う橇により回転状態へ設定される。

従来技術では様々な掘削機械が公知であり、それらは特に専門家による基礎対策用の基礎工事に用いられている。これらの掘削機械を用いることで、掘削孔はいずれにせよ掘削工具により生成される。例えば基礎杭を生成すべくその孔にはそこでコンクリートを充填する。さらに、掘削装置を用いることで、螺子錨すなわち螺子先端をもった中ぐり孔付き杭もまた土壌中に直接螺子込むことができる。特に後者の場合、大きな杭長に対しては土壌中に杭を螺子込むのに比較的高トルクが要求されることがある。

掘削装置の駆動部は、予測される最大トルクに従って設計することにしており、この理由から駆動部は掘削装置内で主要なコスト因子を構成する。

ケースで囲った掘削をもたらすため、支持ケーシング内で螺子込むのに役立つケーシング機械を追加的に備える掘削装置が公知である。この種のケーシング機械は、作動シリンダを介して回転させることのできるコレットを有する。

本発明は掘削装置を提供する目的に基づいており、この装置を用いることで特に大量の動力を必要とする掘削動作でさえ、出来る限り単純でかつ費用対効果のある構成を用いて実行することができる。さらに、本発明の一つの目的は土壌中に掘削エレメントを挿入する効率的方法を提供することにある。

本目的の装置関連部分は、請求項１の特徴を有する掘削装置により本発明により解決される。本目的の方法関連部分は、請求項９の特徴を有する方法により本発明により解決される。本発明の好適な実施形態は、個別の従属請求項に明記してある。

本発明になる掘削装置は、回転装置を支柱に固着し、トルク支援すべく回転装置が駆動する掘削エレメントに係合可能であることを特徴とするものである。

本発明の基本観念は、回転装置を支柱上に直接配設し、この回転装置を掘削エレメントと直接係合可能とし、それによって少なくとも特定の時点で追加のトルクを通常の回転駆動部の他に掘削エレメントに加えることができるようにした事実に存在する。掘削エレメントは、挿入後に掘削孔から再び引き抜かれる掘削工具か、基礎エレメントとして直接役立って土壌中に止まる螺子杭や錨エレメントのいずれかとすることができる。回転駆動部のトルクが掘削エレメントの挿入に十分でない場合、回転装置によりトルク支援を遂行することができる。コレットを回転させる作動シリンダを備えるコレットを用いることで、限定された回転角度に対し非常に高いトルクを生成することが可能である。掘削期間中に、全掘削期間中には最大の掘削トルクは存在しないが、非常に限定された時点にピーク負荷としてだけ存在することを経験が示しているため、掘削装置の駆動部は通常の掘削トルク用に費用対効果のある仕方でレイアウトすることができる。トルクピークを橋渡しすべく、トルク支援を用いることができる。

本発明によれば、回転装置は支柱の下端部に固着することが好ましい。これにより、掘削エレメントを土壌中にほぼ完全に挿入したときでさえトルク支援が可能となる。

効率的な掘削動作は、それを介してコレットを旋回及び／又は回転させることのできる支持軸受により回転装置を支柱上に支持する本発明により達成される。その結果、トルク支援は前記掘削エレメントの給送期間中でさえ掘削エレメントに対し作用させることができる。

特に張力とは無関係の構成が、少なくとも一つの作動シリンダ及び／又はコレットの支持アームを支持軸受を介してジンバル上に装着した本発明により達成される。その結果、掘削エレメントの多少のずれもまた支持軸受により柔軟に補償することができ、これにより回転装置による非常に良質のトルク伝達が常時達成される。

本発明の別の実施形態は、コレットが締め付けシリンダにより締め付け位置と自由走行位置の間で調整することのできる二つの締め付けジョーを有することを特徴とするものである。可調整コレットにより、全長に亙って掘削エレメントの締め付けを可能にし、掘削エレメントの直径における差異を補償することも可能になる。締め付けジョーは個別掘削エレメントに適合するよう設け、良好な力の伝達を締め付け位置にて保証し、掘削エレメントに対する一定の距離が自由走行位置にて保たれるようにしてある。回転装置の締め付けシリンダと作動シリンダは、好ましくは特に高い力を生成することのできる液圧シリンダとして設計してある。

原則として、掘削エレメントの給送は掘削エレメント上に配置した対応螺子溝を介して回転駆動部のみが適用することができる。給送は、例えばロープウィンチ或いは歯付きラックを介して行なうことができる。加えて、支柱を導入部として設計することができ、支柱上部は基本支柱に対し可動となる。

最後に制御装置を設け、これを介して回転駆動部、給送駆動部と回転装置を協調させる仕方で動作させることができることを、本発明では意図している。制御装置は、それによって連続的な回転駆動部を不連続回転装置と協調させることができる。かくして、回転装置によるトルク支援期間中、回転駆動部は不連続様式にても動作させることができる。

掘削装置の高度の柔軟性に対し、キャリッジ上に支柱を枢支することを本発明では意図している。こうして、ほぼ垂直な動作位置とほぼ水平な移送位置の間で回転装置と共に支柱を移動させることができる。

本発明になる方法は、コレットを有する回転装置を掘削エレメントに係合させ、支援トルクを少なくとも一つの作動シリンダにより回転装置を介して掘削エレメントに加えることを特徴とするものである。こうして回転装置はトルクピークの平衡をとることができ、これにより通常トルク負荷に対し連続式回転駆動部を費用対効果をもった仕方でレイアウトすることができる。

効率的な掘削進捗に対し、回動及び／又は掘削方向へ掘削エレメントと共に回転装置を少なくとも段階的に移動させることを、本発明では意図している。この目的に合わせ、回転装置は支柱上の対応枢支部又は摺動軸受を介して支柱上に上側位置と下側位置の間に可動配置してある。リセット装置はなるべく設け、これを介して回転装置を再び下側位置から上側位置へリセットする。上側位置にあっては、回転装置はそこで掘削エレメントとの対応する締め付けを介する給送に応答して再び下側位置へ移動させることができる。

不連続駆動部と連続駆動部を協調すなわち同期させるため、回転駆動部の回転と掘削エレメントの給送運動と掘削装置の動作を協調様式で制御することを本発明では意図している。

さらに、特定の時間期間だけ、特に最終掘削段階期間中にトルク支援を遂行することを、本発明は意図している。掘削エレメントを土壌内へ掘進させたときに、高摩擦面が原因で掘削深さの増大に伴いトルク負荷が増大する。それ故、トルク支援は好ましくは最終段階において遂行し、これにより信頼に足る回転運動をこの時点でもまた保証する。

一般に、掘進エレメントは、掘削螺子や螺子バケットや連続様式或いは不連続様式で動作する他の任意の選択された掘削工具等の、掘削孔から再度取り除くことのできる掘削工具により構成することができる。しかしながら、本発明によれば、螺子杭、特に先細螺子先端を有するものを掘削エレメントとして用いることが好ましい。特に螺子段列を備えるこの種の基礎杭の掘削期間中は一般に高トルクを加えねばならず、何故なら土壌の相当部分が変位させられ、それによって高い表面摩擦が生成されるからである。

本発明の別の実施形態は、基礎対策を講ずるため螺子杭を軟質土壌層を貫通して硬質土壌層へ押し込み、硬質土壌層内へ挿入するためトルク支援を遂行するという事実に存在する。かくして、回転駆動部を用いることで軟質土壌を貫通して螺子杭を螺子込み、ケーシング装置の支援をもって硬質土壌層内に効果的に定着させることができる。

以下では、本発明は添付図面に概略図示した好適な実施形態により説明する。

図１に示した本発明になる掘削装置１０は、クローラー（無限軌道車）として設計されたキャリッジ２０を有しており、これに対し支柱１４が水平移送位置と図示の垂直動作位置との間で回動可能に蝶番結合されている。支柱１４は、液圧シリンダにより既知の方法で枢支できるが、その上には可動支柱１５が移動装置を介して摺動可能に支持した静止基本支柱１６を用いていわゆる挿入部として構成してある。

可動支柱１５上には、給送駆動部２６を介して回転駆動部１２が摺動可能に支持されており、この回転駆動部がここに図示していない掘削エレメントを駆動するのに役立つ。支柱１４の下端部に対し、以下にさらに詳細に説明する回転装置３０がトルク支援体として固着されている。

図３において、掘削エレメント５０を封入するコレット３２と共にこの回転装置３０を図示してある。図３に図示したコレット３２は自由走行位置にあり、この位置ではコレットは封入された掘削エレメント５０から全側面が離間しており、これにより掘削エレメント５０はコレット３２により図の平面に垂直に延びる掘削方向に自由に移動させることができるようになっている。

コレット３２は、アーチ状のコレットベース３１を備えており、その両端には締め付けジョー（jaw）３３，３４がそれぞれ回動可能に蝶番結合してある。両締め付けジョー３３，３４の自由端は互い対向配置されており、締め付けシリンダ４６により接続されている。締め付けシリンダ４６を後退させることで、締め付けジョー３３，３４はお互いに向けて移動でき、それによって掘削エレメント５０との力固定接続を確立できるようにしてある。

コレットベース３１は、支持軸受４０により可調整長支持アーム３８を介して支柱１４に固着されている。カルダン懸架用に、支持軸受４０は軸受ブロック４５内に回転可能に支持した水平旋回ボルト４２を有する。水平旋回ボルト４２上には垂直方向を向く垂直旋回ボルト４４が備わっており、その上に支持アーム３８の支柱対向端と二つの作動シリンダ３５，３６の支柱対向端が枢支してある。作動シリンダ３５，３６は支持軸受４０に対しコレット３２を回転させるのに役立ち、作動シリンダ３５，３６のコレット対向端は締め付けジョー３３，３４がコレットベース３１にも支持されるこれらの点においてコレットベース３１にそれぞれ枢支してある。

支持軸受４０は、図２に概略示した如く、締め付けた掘削エレメント５０を掘削方向へ動かしたときにコレット３２がこれに追従できるようにすることを可能にしている。掘削エレメント５０の給送運動は掘削動作期間中に行われたときに、締め付け位置にあるコレット３２がその作動シリンダ３５，３６と共に地表へ向け掘削エレメント５０の運動に追従する。締め付けシリンダ４６を開いた後、コレット３２は更新された回転動作へ向け上方へリセットしなければならず、これをリセット装置６０により可能にしてある。

図示のリセット装置６０は、水平旋回ボルト４２上に支持した圧力板６２を含み、この板は隣接体６４上に係止する圧縮ばね６６によりリセットできるようにしてある。

回転装置３０のトルク支援動作を、図４（ａ）乃至図４（ｃ）に概略図示する。図４（ｂ）は、図３と併せ既に説明した自由走行位置を示す。

図４（ａ）によれば、締め付けシリンダ４６は掘削エレメント５０を力固定態様で封入する締め付けジョー３３，３４と共に後退させる。第１の作動シリンダ３５を後退させ、第２の作動シリンダ３６を延出させることで、コレット３２の反時計方向の回転、すなわち締め付けられた掘削エレメント５０の回転を遂行することができる。この回転は、トルクの支援に用いることができる。

図４（ｃ）によれば、コレットの時計方向の回転は、他方で第１の作動シリンダ３５を延出させ、第２の作動シリンダ３６を後退させることで達成することができる。

本発明による掘削装置の側面図である。 回転装置の概略側面図である。 図２の回転装置の上面図である。 様々な回転位置における回転装置の上面図である。

符号の説明

１０ 掘削装置、１２ 回転駆動部、１４ 支柱、１５ 可動支柱、１６ 静止基本支柱、２０ キャリッジ、２６ 給送駆動部、３０ 回転装置、３１ コレットベース、３２ コレット、３３，３４ 締め付けジョー、３５，３６ 作動シリンダ、３８ 可調整長支持アーム、４０ 支持軸受、４２ 水平旋回ボルト、４４ 垂直旋回ボルト、４５ 軸受ブロック、４６ 締め付けシリンダ、５０ 掘削エレメント、６０ リセット装置、６２ 圧力板、６４ 隣接体、６６ 圧縮ばね。

Claims (14)

1. 掘削エレメントを土壌中に挿入する掘削装置であって、
   支柱上に支持され、該支柱上に回転可能かつ摺動可能に配置した前記掘削エレメントを挿入する回転駆動部と、
   少なくとも一つの作動シリンダにより回転させることのできるコレットを有する回転装置を備え、
   前記回転装置は前記支柱に固着してあり、トルクを支援すべく前記回転駆動部が駆動する前記掘削エレメントに係合させることができることを特徴とする掘削装置。
2. 前記回転装置は、前記支柱の下端部に固着したことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
3. 前記回転装置は、前記コレットを旋回及び／又は掘削方向へ移動させることのできる支持軸受により前記支柱に支持した、
   ことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
4. 前記少なくとも一つの作動シリンダ及び／又は前記コレット（３２）の支持アームは、前記支持軸受を介してジンバル支持したことを特徴とする請求項３記載の掘削装置。
5. 前記コレットは、締め付け位置と自由走行位置との間で締め付けシリンダにより調整することのできる二つの締め付けジョーを有することを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
6. 給送駆動部は、前記支柱沿いに前記掘削エレメントを移動させるように配設したことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
7. 制御装置を設け、これを介して前記回転駆動部と前記給送駆動部と前記回転装置を協調態様で動作させることができるようにしたことを特徴とする請求項６記載の掘削装置。
8. 前記支柱は、キャリッジ上に枢支したことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
9. 掘削エレメントを土壌中に挿入する方法であって、
   前記掘削エレメントを回転駆動部により回転状態に設定し、支柱沿いに移動させ、
   コレットを有する回転装置を前記掘削エレメントに係合させ、
   少なくとも一つの作動シリンダにより前記回転装置を介して前記掘削エレメントへ支援トルクを加える、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記回転装置を、前記掘削エレメントと共に少なくとも段階的に旋回及び／又は移動させることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記回転駆動部の回転と掘削エレメントの給送運動と回転装置の動作は、協調様式でもって制御することを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 前記支援トルクは、特定の時間期間にのみ、特に最終の掘削段階期間中に遂行することを特徴とする請求項９記載の方法。
13. 特に先細の螺子先端を有する螺子杭を掘削エレメントとして用いることを特徴とする請求項９記載の方法。
14. 基礎対策をなすべく、硬質土壌層への挿入用にトルク支援を遂行した状態で前記螺子杭を軟質土壌層を介して硬質土壌層まで押し込むことを特徴とする請求項１３記載の方法。

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