JP2005180174A - 掘削装置及び掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に大きい動力を必要とする掘削動作を低コストの構造で効率的に実行できる掘削装置を提供し、更に掘削要素を土に挿入する効率的な方法を提供する。
【解決手段】発明は掘削要素を挿入するマストに支持された駆動装置と、少なくとも一つの作動シリンダにより回転可能なコレットを有するコレット回転装置３０，７０とを備える、地面に掘削要素を挿入する掘削装置及び方法に関する。トルク伝達を改善するために、トルクを伝達するように掘削要素に係合される少なくとも二つのコレット回転装置３０，７０が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は地面に掘削要素を挿入する掘削装置に関し、この装置は前記掘削要素を挿入するマスト上に支持された駆動装置と、少なくとも一つの作動シリンダにより回転されるコレットを有するコレット回転装置とを備える。発明は更にコレット回転装置によりトルクが掘削要素に与えられる、地面に掘削要素を挿入する方法に関する。

先行技術において、特に地盤整備手段のための特殊地盤工学において採用される種々の地盤掘削機が知られている。これらの地盤掘削機では、孔は掘削具により作られ、次いで孔は基礎杭を作るために例えばコンクリートで満たされる。更に、ある掘削装置では、ねじ先を有するねじアンカー又はボーリング杭を土の中に直接ねじ込むこともできる。特に後者の場合、杭を土にねじ込むために大きい杭長さに対しては比較的大きい掘削トルクが必要である。

掘削駆動装置は予測される最大トルクに従って設計すべきであり、この理由により、駆動装置は掘削装置において主要なコスト要因となる。更に、管内穿孔を行うために、更にいわゆるケーシング機を備えた掘削装置が知られている。これは支持ケース内で掘削を行うものである。そのようなケーシング機は作動シリンダにより回転可能なコレットを有する。

ケーシング機が取り付けられた可動掘削装置は下記特許文献１（DE 38 09 626 C2）に開示されている。ケーシング機は油圧シリンダにより上げ下げできる支持台を含む。支持台に回転可能に支持された支持リングが支持台に保持された二つの油圧シリンダにより前後に回転される。支持リングの一方の上側は二つのクランプジョーを保持し、これらは油圧シリンダにより互いに向って移動でき、また開閉できる。クランプジョーにより管ストリングの端部はクランプされ、支持リングの回転の結果として土に挿入され、あるいはそこから引き抜かれる。

特許文献２（DE 12 15 624 B）において、ケースを深くあけられた孔に差し込む更なる装置が開示されている。そこに述べられる装置において、ケースは周期的な往復回転運動の個々の方向変化の瞬間の前に下に移動する。周期的な交互回転運動は掘削管に固定されたケースクランプにより行われ、その両方のアームがプレスシリンダにより前後に交互に移動する。ケースクランプ及びプレスシリンダのためのフレームが圧力シリンダにより垂直方向に変位される。

独国特許第３８０９６２６号明細書 独国特許第１２１５６２４号明細書

本発明は、それを用いて特に大量の動力を必要とする掘削動作を低コストの構造で効率的に実行できる掘削装置を提供する目的に基づいている。更に本発明の目的は掘削要素を地面に挿入する効率的な方法を提供することである。

前記目的の装置関連部分に関しては請求項１の特徴を有する掘削装置により本発明に従って解決される。前記目的の方法関連部分に関しては請求項８の特徴を有する掘削装置により発明に従って解決される。発明の好ましい実施形態は個々の従属請求項に述べられる。

本発明による掘削装置は、トルクを伝達するための掘削要素に係合可能な少なくとも二つのコレット回転装置が設けられることを特徴とする。発明の基本的概念は、通常は油圧モータで構成される既設の回転駆動装置に加えて、トルクが掘削要素に与えられること、あるいはそれが専ら二つのコレット回転装置により与えられることにある。こうして、特定の時点において、通常の回転駆動装置の他に更なるトルク支援が掘削要素に与えられる。掘削要素は、その挿入後にあけられた孔から再び引き出される掘削工具でも、挿入されるべき支持ケースでも、地盤要素として直接役立ち土の中に残るねじ杭又はアンカー要素でもよい。

コレットを回転するための作動シリンダの付いたコレットを使用すれば限られた回転角に対して非常に大きいトルクを発生することができる。経験により、掘削中に、掘削時間の全てにわたって最大トルクは必要なく、非常に限られた時点での最大負荷のみが必要であるので、掘削装置の駆動装置は通常の掘削トルクに対してコスト効率よく設計することができる。トルクピークを得るためにコレット回転装置が採用される。

この点について、本発明によって、トルクを伝達するためにコレット回転装置が同時にかつ／あるいは時間的に互いにずれて掘削要素に係合することを意図している。少なくとも二つのコレット回転装置の所定の時間的にずれた動作の結果として、より均一なトルク支援に調整可能であり、コレット回転装置の僅かな回転角にも関わらず準連続的な掘削動作にさえ調整可能な場合がある。特に極端に大きいトルクピークの場合、いくつかのコレット回転装置が同時に動作され、それに従って最大トルクが倍加されることも原理的に可能である。

コレット回転装置の所望の同期を達成するために、本発明によって、連結器が設けられ、それによりコレット回転装置の運動が整合されることを意図している。連結器は機械的連結器により構成でき、それはトルク支援の間、一つのコレット回転装置を掘削方向に移動しながら、第２のコレット回転装置が対応する自由走行位置にあるときに、同時にそれをその出発位置へ再びセットする。それに従って、次いで第２のコレットは掘削要素をクランプし、掘削要素が土の中に押し込まれながら、これにトルクを与えることができ、一方、代わりに第１のコレット回転装置は連結器、特に連結ロッドによりリセットされる。この純粋に機械的な連結器とは別に、制御動作される連結器を設けてもよい。掘削要素を有する個々のコレット回転装置を移動するために、別個の動作装置、例えば油圧作動シリンダが設けられ、これが所望の同期を得るために所定のプログラムに従って中央制御装置により制御される。連結ロッド自身は作動シリンダ、特に油圧シリンダとして設計することもできる。

本発明によれば、コレット回転装置がマストの下端部に固定されることが好ましい。これにより、掘削要素がほとんど完全に地面の中に挿入されるときでさえトルク支援を可能にする。

コレット回転装置が掘削方向に回転及び／又は移動するように支援されるという点において本発明によって効率的な掘削動作が達成される。その結果、トルク支援は掘削要素の送り運動中でさえそれに作用することができる。

本発明のもう一つの実施形態は、コレットが二つのクランプジョーを有し、それらがクランプ位置と自由走行位置の間でクランプシリンダにより調整可能であることを特徴とする。調整可能なコレットは長さ全体にわたって掘削要素のクランプを可能にし、掘削要素の直径差も補償できる。クランプジョーは個々の掘削要素に合わせることができ、それによりクランプ位置において良好な力の伝達が保証され、自由走行位置においては掘削要素への適切な距離が維持される。コレット回転装置のクランプシリンダと作動シリンダは好ましくは特に大きい力を発生することが可能な油圧シリンダとして設計される。

最後に、本発明によって、制御装置が設けられ、それを介して、回転駆動装置、送り駆動装置及びコレット回転装置が整合されて動作されることを意図している。それにより、制御装置は連続回転駆動装置、特に油圧モータを不連続なコレット回転装置に整合させることができる。

本発明による方法は、少なくとも二つのコレット回転装置が設けられ、それを介してトルクが掘削要素に与えられることを特徴とする。比較的単純な構造の掘削装置でも、これらのコレット回転装置により比較的大きいトルクを掘削要素に簡単に与えることが可能である。

この点について、発明によって、コレット回転装置が同時にかつ／あるいは時間的に互いにずれて掘削要素にトルクを伝達することを意図している。こうして、コレット回転装置により、特に大きい最大トルク、あるいはより均一なトルク支援を達成することができ、あるいは準連続掘削動作さえ達成することができる。

本発明のもう一つの好ましい実施例は、トルク伝達の間、コレット回転装置が、前記回転装置がそれらの出発位置にリセットされるまで掘削方向に少なくとも部分的に掘削要素と共に移動し、コレット回転装置の一方が掘削要素と共に移動し、一方もう一つのコレット回転装置がその出発位置に再びセットされることにある。個々のコレット回転装置の動作のそのようなずらされたモードの結果、限られた回転角にもかかわらず改良されたトルク支援に調整することができる。コレット回転装置の回転角とそれらの数（これは２より大きくてもよい）により、準連続回転動作さえ達成可能である。

不連続的装置と連続的な装置を整合又は同期させるために、本発明によって、回転駆動装置の回転、掘削要素の送り運動及びコレット回転装置の動作が整合されて制御されることを意図している。これは、通常はコンピュータで構成される中央制御装置により実行される。

更に、本発明によって、トルク支援が特定の期間のみ、特に最終掘削段階中に実行されることを意図している。掘削要素が土の中に指し込まれるときに、掘削深さと高摩擦面の増加の際にトルク負荷が増加する。従って、トルク支援は好ましくは最終段階に実行され、それにより信頼性のある回転運動がこの時点においても保証される。

基本的に、掘削要素は、掘削ねじ、あるいは他の連続又は不連続動作掘削具又は支持ケースのような掘削孔から再度取り外し可能な掘削具により構成できる。しかしながら、本発明によれば、特に円錐ねじ先を有するねじ杭が掘削要素として用いられることが好ましい。土のかなりの部分が変位されており、それにより大きい表面摩擦が発生するので、特にスクリューフライトによるそのような地盤杭の掘削の間、通常大きいトルクを与えねばならない。

本発明のもう一つの実施例は地盤整備手段として、ねじ杭が柔らかい地層から固い地層まで押し込まれ、トルク支援が固い地層に挿入するために実行されることにある。こうして回転駆動により、ねじ杭が緩い地層を通ってねじ込まれ、ケース装置の支援により固い地層に効率的に固定される。

以下において、発明は添付図面に模式的に示される好ましい実施例を通じて述べられる。

図１に示す掘削装置１０は無限軌道車として設計された運搬機２０を有し、それに対し、マスト１４が水平な搬送位置と図示の鉛直となった動作位置の間で旋回可能に支持される。油圧シリンダにより、よく知られた方式で旋回駆動されるマスト１４は、いわゆるリーダーとして設計され、基部マスト１６と、その基部マストの上に摺動可能に支持され、移動装置を備えた可動マスト１５を有している。

可動マスト１５には回転駆動装置１２が送り駆動装置２６を介して摺動可能に支持され、この回転駆動装置はここには描かれていない掘削要素を駆動する役目をする。マスト１４の下端にはコレット回転装置が配置され、より分かり易くするために図１の図解には回転装置３０が一つのみ描かれている。

図２にコレット３２を有する回転装置３０の基本構造が示され、これは掘削要素５０を囲んでいる。図２に描かれるコレット３２は自由走行位置にあり、その場合、コレット３２は囲まれた掘削要素５０から全周にわたり離間され、それにより掘削要素５０は図面の紙面に垂直に延びる掘削方向にコレット３２を通過して自由に移動できる。

コレット３２は円弧状のコレット基部３１を備え、その両端にクランプジョー３３，３４がそれぞれ回転可能に支持される。両方のクランプジョー３３，３４の自由端は互いに対向し、クランプシリンダ４６により接続される。クランプシリンダ４６を引き込むことにより、クランプジョー３３，３４は互いに向って移動でき、それにより掘削要素５０を締め付けて固定接続を達成できる。

コレット基部３１は長さ調整可能な支持アーム３８を介して支持軸受４０によりマスト１４に支持される。カルダン式サスペンションのために、支持軸受４０は、軸受ブロック４５に回転可能に支持される水平方向ピボットピン４２を有する。水平ピボットピン４２には垂直に向いた垂直ピボットピン４４が設けられ、その上に支持アーム３８のマストに面する端部と二つの作動シリンダ３５，３６のマストに面する端部が回転可能に支持される。作動シリンダ３５，３６は、コレット３２を支持軸受４０に対して回す役目をし、作動シリンダ３５，３６のコレットに面する端部はコレット基部３１に回動可能に支持され、この支持点は、それぞれクランプジョー３３，３４が、コレット基部３１に支持される点でもある。

支持軸受４０はクランプされた掘削要素が掘削方向に移動するときにコレット３２がこれに追従できるようにする。掘削動作中に掘削要素５０の送り運動が起こるときは、クランプ位置にあるコレット３２は、その作動シリンダ３５，３６を用いて掘削要素５０の運動を地面に向ける。クランプシリンダ４６の開放の後に、コレット３２は再度の回転動作により、より上方に再びセットされる。

図３の模式図において、第１のコレット回転装置３０と第２のコレット回転装置７０が掘削方向に互いに上下して配置され、それらは部分的にのみ図解される。両方のコレット回転装置３０，７０の基本構造は、マストへの連結を例外として図２についての上で成された説明に対応する。

両方のコレット回転装置３０，７０はそれぞれ揺り軸８４に取り付けられ、この揺り軸は軸受ブロック８２上の水平軸の回りに回転可能に支持され、この軸受ブロックが今度はビーム状台８０ａ又は８０ｂに固定される。図３に示すアイドル位置において、両方のビーム状台８０ａ，８０ｂは水平に向いており、個々の水平ピボット軸受８６によりベースフレーム８８に可動的に支持される。ベースフレーム８８は掘削装置のマストに固定的に接続される。

両方のコレット回転装置３０，７０の運動の機械的整合又は同期のために、連結ロッド９０が設けられ、これは一方においては水平ピボット軸受８６と軸受ブロック８２の間の上側台８０ａに回転可能に接続される。もう一方においては、連結ロッド９０は下側台８０ｂのレバーアーム８１に回転可能に接続される。レバーアーム８１はビーム状台８０ｂに対して動かないように設計されるが、水平ピボット軸受８６から離れる方向に台８０ｂと反対方向に延びている。

連結ロッド９０との対角連結のために、上側台８０ａの下方回転の間、下側台８０ｂは同時に上方に回転する。あるいは下側台８０ｂが再び下方に回転し、それと同時に上側台８０ａの上方に再びセットされる。両方のコレット回転装置３０，７０のピボット運動のこの整合の結果、より均一なトルク支援を実行できる。こうして、コレット回転装置３０により行われるトルク支援中に（この場合、そのクランプ位置にあるコレット回転装置３０は掘削方向に掘削要素と共に回転される）、その自由走行位置にある他のコレット回転装置７０がその上方出発位置に回転して戻される。次いで、両方のコレット回転装置３０，７０のクランプ位置が変更され、それにより掘削要素の送り運動がクランプされた第２のコレット回転装置７０を下方に移動し、一方、その自由走行位置にある上側の第１のコレット回転装置３０はそれと同時にその出発位置に再びセットされる。

コレット回転装置を備える掘削装置の側面図である。 本発明によるコレット回転装置の上面図である。 機械的連結器を有する二つのコレット回転装置の側面配置図である。

符号の説明

１０ 掘削装置、１２ 回転駆動装置、１４ マスト、２６ 送り駆動装置、３０ コレット回転装置、３２ コレット、３３ クランプジョー、３４ クランプジョー、３５ 作動シリンダ、３６ 作動シリンダ、４６ クランプシリンダ、５０ 掘削要素、９０ 連結ロッド。

Claims (13)

1. 掘削要素を挿入するマストに支持された回転駆動装置と、少なくとも一つの作動シリンダにより回転可能なコレットを有するコレット回転装置とを備える掘削要素を地面に挿入する掘削装置であって、
   少なくとも二つのコレット回転装置が設けられ、
   トルクを支援するために前記コレット回転装置が前記回転駆動装置により駆動される前記掘削要素に係合される、
   ことを特徴とする掘削装置。
2. トルクを伝達するために、前記コレット回転装置が同時に及び／又は時間的に互いにずれて掘削要素に係合することを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
3. 連結器が設けられ、それにより前記コレット回転装置の運動が整合されることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
4. 前記コレット回転装置が前記マストの下側端部に固定されることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
5. 前記コレット回転装置が掘削方向に回転及び／又は移動可能に支持されることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
6. 前記コレットが二つのクランプジョーを有し、それらがクランプシリンダ手段によりクランプ位置と自由走行位置の間で調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
7. 制御装置が設けられ、それを介して回転駆動装置と送り駆動装置と前記コレット回転装置が整合されて動作されることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
8. トルクがコレット回転装置により前記掘削要素に与えられる、特に請求項１に記載の掘削装置により土に掘削要素を挿入する方法であって、少なくとも二つのコレット回転装置が設けられ、それを介してトルクが時間的に互いにずれて前記掘削要素に伝達されることを特徴とする方法。
9. 前記トルク伝達の間、前記コレット回転装置がそれらの出発位置にリセットされるまで、前記コレット回転装置が少なくとも部分的に前記掘削要素と共に掘削方向に移動し、
   前記コレット回転装置の一方が前記掘削要素と共に移動し、一方、他方のコレット回転装置がその出発位置に再びセットされることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 回転駆動装置の回転と前記掘削要素の送り運動と前記コレット回転装置における動作が整合されて制御されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. トルク支援が特定の期間、特に最終段階のみ行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 特に円錐ねじ先を有するねじ杭が掘削要素として使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 地盤整備手段として、前記ねじ杭が緩い地層を通って固い地層層まで押し込まれ、前記トルク支援が前記固い土壌層に挿入するために行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
    

Images