JP2014081344A - 振動杭打抜機の監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動杭打抜機の作動状態を監視する装置を改良し、特に外部電源を必要とせず、耐震性に優れた監視装置を提供する。
【解決手段】 発電機構１１の筐体Ｂはハンガ３に設置され、コイル１１ａを備えている。磁右１１ｂは、連結部材１１ｃによって振動発生機５に連結され、コイル１１ａに対して上下方向に変位し得る。コイル１１ａに誘導された電流は、整流回路１１ｄを経て出力端子１１ｆから検出機構８および送信機構（図外）の電源として供給される。検出機構８は振動発生機５の状態を非接触的に監視する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動杭打抜機を運転する場合、その作動状態を遠隔的かつ即時的に検知して監視する装置に関するものである。

図３は、公知の振動杭打抜機の１例を示す外観図である。
クレーン２で吊持されたハンガ３が、弾性材であるコイルスプリング（４）を介して振動発生機５を支持している。
前記振動発生機５は原動機（例えば電動機）および偏心重錘を備えていて、上下方向の振動を発生させる。
発生した振動は、チャック６で把持されている杭７に伝動される。該杭７は、激しく上下に振動しつつ、地盤Ｅの中へ自重で貫入してゆき、または激しく上下に振動しつつクレーン２で吊り上げられて地盤の中から引き抜かれる。

特開２００５−０２９３３８号公報（建設機械の監視システム）

振動杭打抜機を運転して杭を打ち、又は抜く場合、（図３参照）作業の進行に伴って、杭７の地中貫入深さ寸法Ｈが変化し、振動杭打抜機の地上高が変化する。
作業者は概ね地表付近に位置していて、振動杭打抜機を遠隔運転する。
この遠隔運転は振動発生機５の原動機（電気モータ、油圧モータ、又は油圧シリンダ）を遠隔操作したり、チャック６に設けられている油圧シリンダを遠隔操作したりすることによって遂行される。

前述のように原動機や油圧シリンダを操作するには、当該振動杭打抜機の運転状態を検知して知悉していなければならない。
このため、運転状態を表す数値（例えば温度、回転速度、地上高寸法）を遠隔的に計測して、運転制御が適正に行なわれているか否かを監視することが必要である。
機器類の状態を示す数値を計測する技術は既に開発されていて、多種多様のものが公知であるが、振動杭打抜機においては、検知対象の機器が激しく振動し、かつ、その位置が上下に大きく変化するので、振動杭打抜機特有の技術的困難が有る。
技術的困難の例としては、
（イ）温度や回転速度を検出する電子的センサの多くは、振動杭打抜機における激しい振動に耐え難い。
（ロ）振動発生機の状態を表す数値の計測や、計測した数値の無線送信には電源を必要とするが、振動杭打抜機は、時には地上高数十メートルまで上昇し、しかも激しく振動するので、該振動杭打抜機と地上の電源とを送電線で結ぶことは避けたい（不可能ではないが、耐久性・保守性・操作性に関して煩わしい問題を伴う）。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的は、振動杭打抜機の作動状態を遠隔的に計測し、とりわけ、危険状態の予兆の有無を監視し得る装置を提供することである。
振動杭打抜機の自動監視技術の開発は、更に振動杭打抜機の自動制御に寄与することが期待される。

前記の目的を達成するために創作した請求項１に係る発明の構成は、原動機によって振動を発生させる振動発生機と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャックと、弾性部材を介して前記振動発生機を支持するハンガとを具備する振動杭打抜機の作動状態を監視する装置において、
振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構と、
検出機構で得られた数値を信号電波として送信する送信機構と、
前記検出機構および送信機構に電源を供給する発電機構とを具備しており、
前記検出機構は前記のハンガに設置され、振動発生機の状態を非接触的に検知する計測器を備えており、
かつ前記発電機構は、その本体部分をハンガに設置されるとともに、振動発生機で発生した振動を伝動して取り入れる連結部材を備え、（イ）本体部分に設置されたコイルと、（ロ）上記コイルに対し変位可能に支持されて、前記連結部材を取り付けられた磁石と、（ハ）前記コイルに誘導された電流を整流する整流回路と、（ニ）整流された電流を蓄電するバッテリとが設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明の構成は、前記請求項１の構成要件に加えて、
前記振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構が、前記原動機の温度、および回転速度の少なくとも何れか片方を計測する光電素子を有していることを特徴とする。

請求項３に係る発明の構成は、前記請求項１または請求項２の構成要件に加えて、
前記振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構が、「該振動発生機に装着され、もしくは前記チャックに装着されたストレインゲージ」を有しており
または、「該振動発生機に装着され、もしくは前記チャックに装着された振動加速度計」を有していることを特徴とする。

請求項１の発明は、振動杭打抜機を構成している部材それぞれの振動特性を活用して、
振動を嫌う検出機構および送信機構を「振動発生機に対して振動絶縁（防振）されたハンガ」に設置してあるので、耐久性および信頼性を損なわれる虞れが無く、
検出機構は振動発生機の状態を非接触的に検知するので、振動の悪影響を受けず、
しかも発電機構は、振動発生機の振動を利用して発電し、電源としての役目を果たす。
これにより、請求項１を適用すると振動杭打抜機の作動状態を遠隔的かつ即時的に計測し、特に、危険状態の予兆（例えば過熱傾向や過負荷傾向）の有無を監視し得る。

請求項２の発明を適用すると、激しく振動している原動機の状態を表す物理量（温度および／または回転速度）を計測するに好都合である。
請求項３の発明を適用すると、「振動発生機で発生して杭を振動させている振動」の強さ（振幅）を知ることができ、振動杭打抜機の運転を管理するに好適である。

本発明の１実施形態の要部を模式的に描いた部分破断正面図である。 本発明の１実施形態の概要的なイメージ図である。 振動杭打抜機の公知例を描いた正面図である。

図３は、公知例の振動杭打抜機によって杭７を地盤Ｅ中に打ち込み、または引き抜いている状態を描いたものであり、
図２は、前掲の図３に示した公知例の振動杭打抜機に本発明の監視装置を適用して改良した状態のイメージ図である。
検出機構８の詳細な構成は図１を参照して後述するが、該検出機構８は図２に示されているように、ハンガ３に設置されている。
送信機構９もハンガ３に設置されている。
上記のハンガ３は、弾性材４を介して振動発生機５を支持している。すなわち、振動源に対して振動絶縁されていて、その振動伝達率は０．１％以下である。このため、振動を嫌う検出機構８や送信機構９をハンガに設置すると、これらの機構が振動を被らず、耐久性や信頼性が損なわれない。

上述の構造機能から理解されるように、検出機構や送信機構は振動発生機５に対して振動絶縁されていることが大切である。本発明においてハンガとは、弾性部材を介して振動発生機を支持している部材をいい、弾性部材を介して振動発生機により支持されている部材もハンガと均等である。

検出機構８は振動発生機５の状態を表す数値（本実施形態では原動機である電動機の温度および回転速度）を非接触的に計測して、得られた数値を送信機構９に与える。
送信機構９は、与えられた数値を電波信号として送信（矢印ｂ）し、受信機構１０がこれを受信する。
本実施形態においては、地表付近に位置する作業員が受信機構１０から情報を貰って振動杭打抜機を遠隔操作する。更なる改良としては、受信機構１０から出力される情報に基づいて振動杭打抜機を自動制御することも考えられる。
自動制御に至る一歩手前の改良として、例えば原動機の温度が予め設定された許容温度範囲よりも高くなった場合に自動警報（例えばブザーまたはランプ）を作動させることは公知技術を適用して実施可能である。

図１は本発明の実施形態の要部を描いた模式図である。
発電機構１１の本体部を形成する筐体Ｂはハンガ３に設置され、振動発生機５から振動絶縁されている。
上記発電機構本体部にコイル１１ａが設置され、整流回路１１ｄを介してバッテリ１１ｅに接続されている。１１ｆはバッテリ１１ｅの出力端子である。
コイル１１ａに対して上下方向の変位可能に、磁石１１ｂが配設されていて、その上下動に伴って磁束がコイル１１ａを切るようになっている。
そして前記の磁石１１ｂと振動発生機５との間に連結部材１１ｃが介装接続されていて、振動発生機で生じた振動の一部が前記の磁石１１ｂに伝動されるようになっている。

振動杭打抜機の運転中、振動発生機５およびチャック６（図２）は激しく上下に振動する。ハンガ３は、これに対して弾性材４によって振動絶縁されているので、全く振動しない訳ではないが、振動発生機に比して著しく振動が小さい。ハンガの振動が著しく小さいことに着目した場合、これを静止部材と呼ぶことにする。本発明において静止部材とは、作用効果を説明するための便宜上の呼び名であって、「振動を無視し得る部材」との意である。
前記のコイル１１ａは静止部材であるハンガ３に設置する。次に、その意義を述べる。
整流回路１１ｄやバッテリ１１ｅは、激しい振動を嫌うので、静止部材であるハンガ３に対して設置することが望ましい。検出機構８も同様である。
そこでコイル１１ａと磁石１１ｂとは、何れか片方を静止部材であるハンガ３に取り付け、何れか他方を振動する部材（振動発生機５）に取り付けることになるが、
この実施形態のように、コイル１１ａを静止部材（ハンガ３）側に取り付けておけば、該コイル１１ａと整流回路１１ｄとを結ぶ配線αに曲げや捩れが掛からない。
こうした不具合を承知の上で、コイルと磁石との配置を相互に置換しても本発明と均等である。

検出機構８は、静止部材であるハンガ３に設置されている。
一方、監視の対象である電動機１２は振動発生機５の構成機器であって激しく振動する。
この電動機１２の回転軸に標識１３を貼着し、検出機構８の回転速度センサ８ａで回転速度を検知する。この回転速度センサ８ａは光電素子を備えていて、非接触的に回転速度を検知する。
また、検出機構８の温度センサ８ｂは、電動機１２の外周面から放射される遠赤外線を検知する光電素子を有していて、電動機１２の表面温度を計測する。
本例と異なる実施形態として、所定の温度で変色するサーモテープを電動機１２の外周面に貼着して、色調の識別機能を有する温度センサで遠隔的に計測することもできる。

（図２参照）検出機構８で得られた数値は、信号電波として送信機構９から送り出され（矢印ｂ）、受信機構１０で受信され、可視化して地上作業員（図示省略）に提供される。
前記検出機構８を作動させるにも、送信機構９を作動させるにも電源が必要である。
これらの所要電力は発電機構１１から供給される。
該発電機構１１は（図１参照）バッテリ１１ｅを備えているので、当該振動杭打抜機が休止している時でも電力を供給して、計測や送信を可能ならしめる。
杭打抜機が休止していても振動発生機の状態を計測しなければならないとき、
例えば、電動機が過熱したため作業を中断し、杭打抜機を休止させて電動機を放冷させている場合、該電動機の温度降下情況を監視しなければならないので、休止時の計測が可能であることの実用的価値は多大である。

前述の実施形態によれば、振動発生機５の過負荷や過熱などの「破損防止のために有効な技術情報」をリアルタイムに検知し得るという効果を奏した。
次に、本発明に係る２例の変形例について図２を援用して説明する。
第１の変形例はストレインゲージ（歪計）を適用する。
第２の変形例は振動加速度計を適用する。

ストレインゲージは導電線を被検体に貼着して、該被検体の歪みや応力を検知する機器であって、１９５４年ごろに実用化された周知の計測器である。
ストレインゲージの基本的構成は、センサとして機能する電気抵抗線と、増幅機能を有する回路部とから成っている。
第１の変形例においては、ストレインゲージの本体をなしている回路部を「静止部材であるハンガ」に設置し、センサ部である抵抗線を振動部材に貼着する。本発明において振動部材とは振動発生機５およびチャック６をいう。
これにより、当該振動杭打抜装置が発生している振動の強さを検知することができる。詳しくは、チャックを介して杭７に与えている振動の振幅を検知して、杭打抜作業の効率を算定することができる。

第２の変形例に適用する振動加速度計には種々の型式が有って、機械式・半導体式・静電誘導式・ピエゾ式などが公知である。本発明においては任意の型式の振動加速度計を適用できるが、半導体式またはピエゾ式が好適である。
本変形例においては、振動加速度計のセンサ部分を振動部材に装着し、振動加速度計の本体をなしている演算回路部を「静止部材であるハンガ」に設置する。
これにより、当該振動杭打抜装置が発生している振動の強さを検知し、チャックを介して杭７に与えている振動の振幅を算出して、杭打抜作業の効率を算定することができる。

前記第１の変形例によると、振動部材に生じている応力を直接的に計測できるという長所が有る。しかし、抵抗線を一旦被測定部に貼着すると貼り直しが困難である。
これに比して、第２の変形例における振動加速度計センサ部は測定部に対して着脱交換が可能である。
これらの長短を勘案して適当な変形例を選択することが望ましい。

振動発生機は一般に、電気モータもしくは油圧モータ、または油圧シリンダによって駆動されている。従って、電流・電圧を計測したり油圧・流量を測定したりして、「原動機に供給されているエネルギー量」や「原動機が発生している動力」を算定することが可能であり、広く行なわれている。
このような作業条件において、更に本発明を適用することによって「杭が与えられている振動の振幅」を正確に検知すると、「杭が地盤から受けている力」を正確に算定することができる。これにより、杭打工学的な意味での「杭の状態」や「地盤の状態」を把握することができ、杭打抜技術の進歩に貢献するところ多大である。

３…ハンガ
４…弾性材
５…振動発生機
６…チャック
７…杭
８…検出機構
８ａ…回転速度センサ
８ｂ…温度センサ
９…送信機構
１０…受信機構
１１…発電機構
１１ａ…磁石
１１ｂ…コイル
１１ｃ…連結部材
１１ｄ…整流回路
１１ｅ…バッテリ
１１ｆ…出力端子
１２…電動機
１３…標識
Ｂ…発電機構の筐体
ｂ…信号電波の放射を表す矢印
Ｅ…地盤
Ｈ…地中貫入深さ寸法
α…配線

Claims (3)

1. 原動機によって振動を発生させる振動発生機と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャックと、弾性部材を介して前記振動発生機を支持するハンガとを具備する振動杭打抜機の作動状態を監視する装置において、
   振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構と、
   検出機構で得られた数値を信号電波として送信する送信機構と、
   前記検出機構および送信機構に電源を供給する発電機構と、を具備しており、
   前記検出機構は前記のハンガに設置され、振動発生機の状態を非接触的に検知する計測器を備えており、
   かつ前記発電機構は、その本体部分をハンガに設置されるとともに、振動発生機で発生した振動を伝動して取り入れる連結部材を備え、（イ）本体部分に設置されたコイルと、（ロ）上記コイルに対し変位可能に支持されて、前記連結部材を取り付けられた磁石と、（ハ）前記コイルに誘導された電流を整流する整流回路と、（ニ）整流された電流を蓄電するバッテリとが設けられていることを特徴とする、振動杭打抜機の監視装置。
2. 前記振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構が、
   前記原動機の温度、および回転速度の少なくとも何れか片方を計測する光電素子を有していることを特徴とする、請求項１に記載した振動杭打抜機の監視装置。
3. 前記振動発生機の状態を表す数値を計測する検出機構が、
   該振動発生機もしくは前記チャックに装着されたストレインゲージを有しており、
   または、振動発生機もしくはチャックに装着された振動加速度計を有していることを特徴とする、請求項１または請求項２の何れかに記載した振動杭打抜機の監視装置。

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