JP2016113796A - Automatic excavation propulsion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動掘削推進装置に関し、特に、月面等の特殊な環境において無人で地盤を掘削する自動掘削推進装置に関する。 The present invention relates to an automatic excavation propulsion device, and more particularly to an automatic excavation propulsion device that unmannedly excavates the ground in a special environment such as the moon surface.
従来、月面等の特殊な環境において無人で地盤を掘削する自動掘削推進装置が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示される自動掘削推進装置は、推進機構と掘削機構との動作を制御する制御装置とで構成される。推進機構は、外径が縮径・拡径する3個以上の伸縮ユニットを軸方向に一列に配置し、個別に伸縮ユニットの縮径・拡径する順番を制御することで、縮径する伸縮ユニットの軸方向長を伸長させるとともに、拡径する伸縮ユニットの軸方向長を短縮させることにより蠕動運動による推進力を得るように構成される。
推進機構は、軸方向に貫通する中空部を形成するように構成され、この中空部にケーシングパイプを設けるとともに、ケーシングパイプ内に掘削機構のアースオーガーが収容される。アースオーガーは、地盤を掘削する掘削スクリュと、掘削スクリュにより掘削された土砂を後方に向けて搬送する搬送スクリュとで構成されている。掘削スクリュは、先端から後方へ向かうほど外径が漸減するように先端側が大径に形成されている。掘削スクリュは、ケーシングパイプの先端に設けたスカート部で覆われる。スカート部は、上記推進機構の伸縮ユニットの拡径時の外径よりも小さく、縮径時の外径よりも大きくなるように、ケーシングパイプよりも外径が大径に形成される。スカート部のケーシングパイプの逆側には、掘削スクリュの外周縁と対向し、外周縁の輪郭線と並行な円錐状の内壁が形成される。そして、この内壁に掘削スクリュを収容することで、掘削した土砂が掘削スクリュから搬送スクリュへ移動しやすく構成されている。
Conventionally,
The propulsion mechanism is configured to form a hollow portion penetrating in the axial direction. A casing pipe is provided in the hollow portion, and an earth auger of the excavation mechanism is accommodated in the casing pipe. The earth auger is composed of a drilling screw for excavating the ground and a transport screw for transporting earth and sand excavated by the drilling screw to the rear. The drilling screw has a larger diameter on the tip side so that the outer diameter gradually decreases from the tip toward the rear. The drilling screw is covered with a skirt provided at the tip of the casing pipe. The skirt portion is formed to have a larger outer diameter than the casing pipe so as to be smaller than the outer diameter when the expansion unit of the propulsion mechanism is expanded and larger than the outer diameter when the diameter is reduced. On the opposite side of the casing pipe of the skirt portion, a conical inner wall is formed facing the outer peripheral edge of the drilling screw and parallel to the contour line of the outer peripheral edge. The excavated earth and sand are accommodated in the inner wall so that the excavated earth and sand can easily move from the excavated screw to the transport screw.
しかしながら、上記自動掘削推進装置では、推進機構が推進動作を行う毎に掘削壁の土砂が少しずつ崩れてスカート部の上部に堆積し、推進機構の伸縮ユニットの拡径を妨げることがないので、アースオーガーを推進させる十分な推進量が得られないため、掘削効率を悪化させてしまうという問題を生じさせている。
そこで、本発明では、上記課題を解決するように、アースオーガーによる安定した掘削を可能にする自動掘削推進装置を提供することを目的としている。
However, in the above automatic excavation propulsion device, every time the propulsion mechanism performs the propulsion operation, the earth and sand of the excavation wall collapses little by little and accumulates on the upper part of the skirt part, and does not hinder the expansion of the expansion unit of the propulsion mechanism. Since a sufficient amount of propulsion for propelling the earth auger cannot be obtained, there arises a problem that the excavation efficiency is deteriorated.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an automatic excavation propulsion device that enables stable excavation by an earth auger so as to solve the above-described problems.
上記課題を解決するための自動掘削推進装置の構成として、軸方向に貫通する中空部を備え、掘削穴の壁面に対して蠕動運動することで推進力を生じさせる推進装置と、推進装置の中空部内に収容され、推進装置と相対回転して地盤を掘削するスクリュを有する掘削装置と、スクリュによって掘削された土砂を中空部内の後方へ搬送するときの土砂の進入をガイドするスカート部とを備え、スクリュの先端側の半径をスカート部の半径よりも大きくしたので、推進装置の蠕動運動等で掘削穴の壁面から崩れた土砂をスカート部の外周側に落下させることにより、崩れた土砂が推進装置の蠕動運動を妨げることなく、掘削装置による安定した推進力を与えながら、安定した掘削をさせることができる。
また、自動掘削推進装置の他の構成として、スクリュは、先端から所定長さ外周縁に沿って延長し、軸方向に沿って立ち上がる立ち上がり部を備えるので、掘削穴の壁面から崩れた土砂を確実に回収することができる。
また、推進装置は、スクリュを収容し、スクリュの回転により後方に搬送された土砂を排出する排出口を有するケーシングパイプを中空部に備え、スクリュの排出口の縁部に堆積する土砂を清掃する清掃手段を設けたので、スクリュにより搬送された土砂を効率よく排出口から排出することができる。
As a configuration of an automatic excavation propulsion device for solving the above-described problem, a propulsion device that includes a hollow portion that penetrates in the axial direction and generates a propulsive force by performing a peristaltic motion with respect to the wall surface of the excavation hole, and the hollow of the propulsion device A drilling device having a screw that is housed in the unit and that rotates relative to the propulsion device to excavate the ground, and a skirt portion that guides the entry of the sand and sand when transporting the earth and sand excavated by the screw to the rear in the hollow part Because the radius of the screw tip side is made larger than the radius of the skirt part, the broken earth and sand is dropped by dropping the earth and sand that has collapsed from the wall surface of the drilling hole due to the peristaltic motion of the propulsion device, etc. Stable excavation can be performed while giving a stable driving force by the excavator without disturbing the peristaltic movement of the apparatus.
As another configuration of the automatic excavation propulsion device, the screw extends along the outer peripheral edge for a predetermined length from the tip and has a rising portion that rises along the axial direction, so that the earth and sand collapsed from the wall surface of the excavation hole can be surely secured. Can be recovered.
Further, the propulsion device includes a casing pipe having a discharge port for receiving the screw and discharging the earth and sand conveyed backward by the rotation of the screw in the hollow portion, and cleans the sediment deposited on the edge of the screw discharge port. Since the cleaning means is provided, the earth and sand conveyed by the screw can be efficiently discharged from the discharge port.
図1は、自動掘削推進装置1の一実施形態の構成を示す断面図である。以下、同図を用いて自動掘削推進装置1について説明する。自動掘削推進装置1は、概略、掘削装置2と、推進装置5、排出装置7と、制御装置10を備える。
掘削装置2は、いわゆるアースオーガーからなり、地面を掘削するスクリュ21と、スクリュ21を回転駆動させる掘削モーター22とを備え、スクリュモーター22の回転駆動により、スクリュ21を回転させて、地盤の掘削・掘削した土砂の運搬・排出を単一の機構で実行される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment of an automatic
The
スクリュ21は、地面を掘削する掘削スクリュ23と、掘削スクリュ23によって掘削された土砂を搬送する搬送スクリュ24とを備える。掘削スクリュ23は、スクリュ軸25の外周にスパイラル翼26を備え、スクリュ軸25の先端側から後端側にかけてスパイラル翼26が螺旋を描きながら渦巻き状に縮径する。
The
図2は、掘削スクリュ23を示す図である。同図に示すように、掘削スクリュ23は、スパイラル翼26のピッチが、先端が小さく、後端側に向かって漸増するように形成される。つまり、先端側が密、後端側が疎となるように形成される。また、掘削スクリュ23の外径は、先端から後端へ向かうに従ってテーパー状に漸減するように形成される。すなわち、スパイラル翼26の外径は、先端の半径をR1、先端から180度回転したときの半径をR2、先端から360度回転したときの半径をR3とした場合に、先端から後端に向かう半径がR1>R2>R3となるように縮径させて設計される。
FIG. 2 is a view showing the
図3は、搬送スクリュ24を示す図である。同図に示すように、搬送スクリュ24は、スクリュ軸27の外周に螺旋状のスパイラル翼28を備える。搬送スクリュ24のスパイラル翼28は、外径及びピッチが一定になるようにスクリュ軸27の外周に設けられる。
スクリュ軸27の先端側には、上記掘削スクリュ23を連結するためのジョイント部29、後端側には、掘削モーター22の駆動力を伝達するためのジョイント部30が設けられる。
FIG. 3 is a view showing the
A
搬送スクリュ24のスパイラル翼28の半径は、掘削スクリュ23のスパイラル翼26の後端の半径R3と同じ寸法で形成される。搬送スクリュ24のスクリュ軸27は、スパイラル翼28の軸方向長さに比べて長く形成され、後端がスパイラル翼28よりも所定長さ突出する。搬送スクリュ24の後端側には、スパイラル翼28によって搬送された土砂の排出を制御するための排出カバー32が取り付けられる。
The radius of the
図4は、排出カバー32の平面図、及び斜視図である。
図3,図4に示すように、排出カバー32は、スクリュ軸27の外周に所定角度、例えば100°の間隔を隔てて互いに対向するように2箇所に設けられる。排出カバー32は、扇状の天板33と、天板33の外周に沿った状態で先端側に向けて延長する弧状壁34とで構成される。天板33は、スパイラル翼28よりも後端側のスクリュ軸27の外周から、軸線と直交方向に延長する平板扇状に形成される。天板33の外周縁の半径は、スパイラル翼28の半径とほぼ等しい寸法で形成される。弧状壁34は、それぞれ先端側に向けて延長する。本実施形態では、一方の排出カバー32の弧状壁34は、スパイラル翼28と一回重なるように延長し、他方の排出カバー32の弧状壁34は、スパイラル翼28と二回重なるように延長する。つまり、排出カバー32の弧状壁34は、軸方向にそれぞれ異なる長さで形成される。一方の弧状壁34と他方の弧状壁34とで形成される排出カバー32,32の外径は、スパイラル翼28の外径と同一寸法に設定される。すなわち、スパイラル翼28と弧状壁34の重なりにおいて、スパイラル翼28と弧状壁34が一体に形成される。また、弧状壁34の外周の周方向長さは、例えば同一の長さに設定される。長尺の弧状壁34には、排出カバー32;32の間から排出された土砂を、後述のケーシングパイプ50の排出口56から排出する際に、排出口56の下側の縁部56Dに堆積する土砂を取り除くための清掃手段35が設けられる。
FIG. 4 is a plan view and a perspective view of the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図5は、図4(b)における清掃手段35のA−A断面図である。図4(b)に示すように、清掃手段35は、弧状壁34から出没するフィン36と、フィン36の出没の支点となる軸38と、フィン36が弧状壁34から突出するように付勢する付勢手段37とを備える。フィン36は、弧状壁34の外周面から窪むように形成された収容部39に収容される。フィン36は、平板状の部品からなり、扉部41と、ヒンジ部42とで構成される。扉部41及びヒンジ部42は、一体に形成され、弧状壁34の収容部39に収容されたときに、外周面が弧状壁34の外周面と同一の円筒面を形成するように曲面状に形成される。扉部41は、平面視において軸方向に延長する長方形状に形成される。ヒンジ部42は、扉部41の側面に一体に形成され、扉部41よりも小さく形成される。ヒンジ部42には、収容部39に収容したときに、先端側端面から後端側端面に軸方向に沿って貫通する貫通孔43が形成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of the
弧状壁34の収容部39は、上述のフィン36を収容可能な形状、例えばフィン36とほぼ同一の形状で外周面から窪むように形成される。弧状壁34には、収容部39にフィン36を収容したときに、ヒンジ部42の貫通孔43と連通する貫通孔44が軸線に沿って形成される。
したがって、清掃手段35は、フィン36を弧状壁34の収容部39に収容した状態で、弧状壁34の貫通孔44とヒンジ部42の貫通孔43に軸38を挿入し、フィン36の裏面側に設けた図外のばね受部と、収容部39の図外のばね受部とに付勢手段37のスプリングを着座させることにより、フィン36が、図5に示すように、軸38を回転中心としてスプリングの付勢力により回転することで、弧状壁34の外周面から突出する。なお、ヒンジ部42は、スクリュ21の回転方向側に位置するように設定される。
The
Therefore, the
掘削モーター22は、スクリュ軸27の後端に設けられたジョイント部29(図3参照)を介して連結される。掘削モーター22は、後述のモーターカバー53により固定される。掘削モーターは、制御装置10と接続され、制御装置10から出力される信号に基づいて回転駆動する。
The
図1に戻り、推進装置5について説明する。掘削装置2のスクリュ21の外周には、ケーシングパイプ50が設けられる。ケーシングパイプ50は、掘削スクリュ23を覆うスカート部51と、搬送スクリュ24を覆う円筒部52と、モーターカバー53とを備える。スカート部51は、外周から掘削スクリュ23の先端側の一部が外側に露出する寸法で形成される。スカート部51は、掘削スクリュ23のスパイラル翼26の外周縁との間に僅かなギャップを隔てて対向し、かつ外周縁の輪郭線と並行な円錐状の内壁54を有している。スカート部51の外周51a側の半径R5は、掘削スクリュ23の先端側の半径R1よりも小径に設定される。
Returning to FIG. 1, the
図6は、スカート部51と掘削スクリュ23との関係を示す図である。同図に示すように、スカート部51と掘削スクリュ23とは、軸方向視したときに、スカート部51の外周51aから掘削スクリュ23の先端側の外周が露出している。このように、掘削スクリュ23の先端側の外周をスカート部51の外周51aから半径方向に露出させることにより、掘削スクリュ23により掘削される掘削穴の穴径が、スカート部51の外径よりも大きくなるため、既に掘削した掘削穴の内壁から土砂が崩れても、崩れた土砂をスカート部51の外周51a側に落下させて、再び掘削スクリュ23で回収することができる。すなわち、掘削スクリュ23の掘削動作以外に掘削穴の内壁から落下した土砂も回収し、搬送スクリュ24に搬送できるので、効率よく掘削することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the
図1に示すように、円筒部52は、後端側に搬送スクリュ24によって搬送された土砂を排出する排出口56を備える。排出口56は、軸線を挟んで、円筒部52の円周方向に沿って互いに対向する位置に矩形状の開口として形成される。本実施形態では、排出口56は、上述の搬送スクリュ24に設けられた排出カバー32に対応するように2箇所に設けられる。排出口56の周方向の長さは、排出カバー32の弧状壁34外周の周方向長さと同等若しくは短く設定される。このように排出口56の周方向の長さを設定することにより、排出口56と排出カバー32とが重なるように一致したときに、2箇所の排出口56を塞いで搬送スクリュ24からの土砂の排出を規制できる。
図7は、排出口56と清掃手段35を示す拡大図である。同図に示すように、排出口56は、上下方向に延長する縁部56A,56Bがケーシングパイプ50の軸方向に、また周方向に延長する縁部56C,56Dがケーシングパイプ50の円周方向に延長するように開口し、縁部56Dが、排出カバー32に設けられた清掃手段35のフィン36の下面36Aと軸方向に所定の距離の隙間を有するようにケーシングパイプ50の円筒部52に設けられる。排出口56は、少なくとも、縁部56C,56Dの周方向に沿う長さ寸法が、フィン36の周方向の長さ寸法よりも大きく、縁部56A,56Bの長さ寸法がフィン36の高さ寸法よりも大きく設定される。
As shown in FIG. 1, the
FIG. 7 is an enlarged view showing the
モーターカバー53は、例えば、ケーシングパイプ50の後端に設けられる図外の固定手段により固定される。モータカバー53は、ケーシングパイプ50に固定されることにより、円筒部52の後端から突出する掘削モーター22を完全に収容するとともに駆動反力を支持するように固定する。
The
図8は、推進装置5を構成する伸縮ユニット60の平面図及び断面図である。
推進装置5は、軸方向へ一列に配列されて個別にその外径を縮径・拡径させる複数の伸縮ユニット60を備える。各伸縮ユニット60は全体形状が環状をなし、縮径時には軸方向長が伸長すると共に、拡径時には軸方向長が短縮する構成を備える。伸縮ユニット60は、一対の軸方向可動部材61と、一対の軸方向可動部材61を連結する複数のリンク機構62と、一対の軸方向可動部材61を互いに近接離間させる駆動源となるモーター63と、モーター63の回転駆動を一対の軸方向可動部材61に伝達する伝達機構69とを備える。
FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view of the
The
リンク機構62は、軸方向可動部材61の周方向に沿って所定の間隔で複数(本例では6個)設けられる。リンク機構62は、各軸方向可動部材61の対向面に突設された支持部材64と、各支持部材64にそれぞれ設けられた2個の軸部65と、各軸部65によりそれぞれ一端が回転自在に支持された一対の平行なアーム66とで構成した四節平行リンク機構からなる。各アーム66の他端部は径方向可動部材67に対して軸部68によって回動自在に軸支されている。リンク機構62は、軸方向可動部材61と径方向可動部材67を連動して作動させる。
A plurality (six in this example) of link mechanisms 62 are provided at predetermined intervals along the circumferential direction of the axially
モーター63は、一方の軸方向可動部材61に設けられ、制御装置10によって駆動が制御される。モーター63は、例えば、一方の軸方向可動部材61に、少なくとも一個以上、本実施形態では、2個搭載される。モーター63には、例えばステッピングモーターが適用される。伝達機構69は、上述の軸方向可動部材61に形成されたねじ孔69Aと、このねじ孔69Aに螺入されるボールねじ69Bとで構成される。ボールねじ69Bは、直接、あるいは歯車機構やプーリー機構等の動力伝達機構を介してモーター63と接続される。
The
上記構成によれば、伸縮ユニット60は、モーター63を回転駆動することで、モーター63が固定された一方の軸方向可動部材61とボールねじ69Bが螺入する他方の軸方向可動部材61とを相対的に近接離間させて、軸方向可動部材61同士が近接した場合にリンク機構62を構成するアーム66が径方向外側に移動し、軸方向可動部材61同士が離間した場合にリンク機構62のアーム66が径方向内側に移動する。したがって、伸縮ユニット60としては、軸方向可動部材61同士を近接させることで軸方向の長さ寸法を縮短させるとともに径方向の長さ寸法を拡径させ、軸方向可動部材61同士を離間させることで軸方向の長さ寸法を伸長させるとともに径方向の長さ寸法を縮径させる。すなわち、モーター63を正逆に回転させることで、各リンク機構62により支持された各径方向可動部材67が同時に放射状に内外径方向へ出没する。
According to the above configuration, the expansion /
本実施形態では、3つの伸縮ユニット60をケーシングパイプ50の外周に直列に配置し、3つの伸縮ユニット60がミミズの蠕動運動を摸すように、制御装置10により各伸縮ユニット60の伸縮を個別に制御することで、掘削装置2に推進力を付与する。すなわち、制御装置10が、各伸縮ユニット60を所定のタイミングで個別に縮径又は拡径を制御することにより、ミミズの移動方式と同様な蠕動運動を再現し、掘削装置2を推進させるための推進力を生じさせる。
In this embodiment, three expansion /
モーター63の駆動によるボールねじ69Bの収縮方向への回転によって他方の軸方向可動部材61が一方の軸方向可動部材61に最も接近した軸方向位置にある時には、リンク機構62が収縮状態にあることによって各径方向可動部材67は外径側に放射状に突出した加圧位置にある。また、ボールねじ69Bの逆方向への回転によって他方の軸方向可動部材61が一方の軸方向可動部材61から最も離間した軸方向位置にある時には、リンク機構62が拡張状態にあることによって径方向可動部材67は内径側に退避した非加圧位置にある。すなわち、伸縮ユニット60の最大拡径時の半径は、掘削スクリュ23の先端径(半径R1)よりも大きく、最大縮径時の半径は、掘削スクリュ23の先端径(半径R1)よりも小さい。
When the other axially
図8(c)に示すように、隣接する伸縮ユニット60は、互いに対向する一方の伸縮ユニット60の軸方向可動部材61と、他方の伸縮ユニット60の対向面に形成された嵌合部同士を嵌めあわせ、図外のボルト等の固定手段により着脱可能に固定される。例えば、嵌合部には、一方の軸方向可動部材61に凸部、他方の軸方向可動部材61に凹部をそれぞれ形成しておき、互いに嵌合させることで、隣接する伸縮ユニット60;60同士が連結される。
As shown in FIG. 8 (c), the adjacent expansion /
推進装置5は、直列に連結した3個の伸縮ユニット60により形成される中空部5A内にケーシングパイプ50を装着し、ケーシングパイプ50の内部に掘削装置2が配置される。先端側に位置する伸縮ユニット60は、軸方向可動部材61がスカート部51の上面に固定される。ケーシングパイプ50の後端側を中空部5Aまたは下側巻取装置74内側に、図示しないOリング等のパッキングによって封止することにより、推進装置5の内側から各伸縮ユニット60の内部への掘削土砂の浸入を防止する。
In the
また、推進装置5の外周は、図8(c)に示したように、推進装置5内への土砂やほこりの進入を阻止する防塵シート6で被われる。図8(a)に示したように、推進装置5は、先端側の伸縮ユニット60と後端側の伸縮ユニット60が図示しないOリング等のパッキンによりケーシングパイプ50の外周と封止されるととともに、隣接する伸縮ユニット60同士を図示しないOリング等のパッキングにより封止することで、内周側からの土砂の進入が防止されている。一方、推進装置5の外側からの土砂の進入は、図8(c)に示すように、両端が開口した円筒状の防塵シート6を推進装置5を構成する各伸縮ユニット60に跨って外面に覆うように、両端を閉止することで防止される。この防塵シート6は、例えば可撓性を有し、伸縮性のないビニルシートを基材とするシートの表面にアルミ蒸着を施すことで、掘削穴の内壁との摩擦抵抗を低減させながら防塵性を得ることができる。例えば、推進装置5が掘削穴を前進する過程では、防塵シート6の表面の摩擦抵抗が低いことにより前進がよりスムーズとなる。各伸縮ユニット60を構成する軸方向可動部材61の外周面に形成される環状の係止溝内にOリングを嵌着することによって各伸縮ユニット60の外面の開口を防塵シート6によって封止することで、伸縮ユニット60内部への土砂の進入が防止される。
Further, as shown in FIG. 8C, the outer periphery of the
図9(a),(b)は、排出装置7の構成を示す図である。同図に示すように、排出装置7は、ケーシングパイプ50の排出口56から排出された土砂を受けるバケット71と、バケット71に堆積した土砂を搬出する搬出機構72とを備える。バケット71は、ケーシングパイプ50の円筒部52の外周を包囲するように、上方が解放された環状の容器である。バケット71の内周壁71Aは、円筒部52の外周との間で所定の隙間を有するように筒状に形成される。バケット71の外周壁71Bは、少なくともスカート部51の外径と同等若しくは小径の寸法で形成される。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the configuration of the
搬出機構72は、吊り部材73と、下側巻取装置74と、上側巻取装置75とを備える。吊り部材73は、例えば、可撓性を有する長尺な帯状の部材で構成される。なお、吊り部材73は、帯状の部材に限定されず、ワイヤ等の断面円形の部材であっても良いが、好ましくは可撓性を有する金属製の帯状の部材を用いることで、バケット71を昇降させる際の下側巻取装置74による巻き取りや、上側巻取装置75による巻き上げ時に、バケット71を安定させて昇降させることができる。下側巻取装置74は、ベース板76と、吊り部材73を巻き取る巻取機構77とを備える。ベース板76は、環状の平板部材で構成され、内径がケーシングパイプ50が貫通可能な寸法、外径がスカート部51の外径と等しい寸法で形成される。ベース板76の中心を挟んだ対称の位置には、一対の巻取機構77が設けられる。巻取機構77は、内部に渦巻ばねと、渦巻ばねの付勢により回転するスプール77Aを備え、スプール77Aの外周に吊り部材73が巻き付けられている。スプール77Aに巻き付けられた吊り部材73は、渦巻ばねにより常にスプール77Aによる巻取り方向に付勢されている。この下側巻取装置74の巻取機構77上にバケット71が載置される。
The carry-out
上側巻取装置75は、図外の支持手段により、掘削モータ22から所定距離離間させて支持される。図9(b)に示すように、上側巻取装置75は、一組のプーリ78と一組のプーリ78を同期させて回転駆動する巻取りモーター79とを備える。プーリ78には、下側巻取装置74から巻き出された吊り部材73の一端が取り付けられる。巻取りモーター79は、制御装置10と接続され、制御装置10から出力される信号に基づいて回転が正転若しくは逆転する。下側巻取装置74から上側巻取装置75に渡された吊り部材73の中途部は、図外の固定手段によりバケット71にそれぞれ固定される。
したがって、上側巻取装置75が、吊り部材73を巻き取るように動作すると、下側巻取装置74から吊り部材73が巻き出されるとともに、バケット71が下側巻取装置74から離れ、掘削モーター22の後端を過ぎることで、掘削された土砂を外部に搬出することができる。
The upper winding
Therefore, when the upper winding
図10(a)乃至(d)は、自動掘削推進装置1の推進動作を示す図である。同図に示すように、掘削モータ22を駆動してスクリュ21を掘進方向に回転させることにより、先端部の掘削スクリュ23によって地盤(例えば、月面におけるレゴリス層)を掘削する。この際、制御装置10は、スクリュ21の回転による掘削過程において、推進装置5を構成する3つの伸縮ユニット60を所定の順序で縮径又は拡径させる。なお、以下の説明では、先端側の伸縮ユニットを60A,中間に位置する伸縮ユニットを60B,後端側の伸縮ユニットを60Cとして説明する。
FIGS. 10A to 10D are diagrams illustrating the propulsion operation of the automatic
図10(a)に示すように、最初に全ての伸縮ユニット60A乃至60Cを拡径させることにより、推進装置5を掘削穴の内壁12に固定する。これにより、推進装置5がスクリュ21と共回りすることを阻止し、スクリュ21を安定して効率良く回転させることができる。
次に、図10(b)に示すように、中間の伸縮ユニット60B及び後端側の伸縮ユニット60Cを拡径させたまま、先端側の伸縮ユニット60Aを縮径させて、伸縮ユニット60Aを軸方向に伸長させることにより、掘削装置2を推進させる。すなわち、スクリュ21とスカート部51とが伸縮ユニット60Aの軸方向伸長分Xだけ前進する。
次に、図10(c)に示すように、後端側の伸縮ユニット60Cの拡径を維持したまま、中間の伸縮ユニット60Bの縮径と、先端側の伸縮ユニット60Aの拡径とを同時に実施する。
次に、図10(d)に示すように、中間の伸縮ユニット60Bの拡径と、後端側の伸縮ユニット60Cの縮径を同時に実施する。
そして、推進装置5に、図10(a)乃至(d)に示した推進動作を順次繰り返させることで、掘削装置2の掘削に推進力を付与することができる。
また、図10(a)乃至(d)に示したように、推進装置5による推進動作において、常に2個の伸縮ユニット60を拡径して掘削穴の内壁12に圧接させることにより、アンカー効果が得られ、推進装置5がスクリュ21と共まわりすることを阻止するとともに、掘削装置2におけるスクリュ21の姿勢を適切に維持できる。
As shown in FIG. 10A, the
Next, as shown in FIG. 10B, the diameter of the
Next, as shown in FIG. 10C, while maintaining the expansion of the
Next, as shown in FIG. 10 (d), the diameter expansion of the intermediate expansion /
Then, the propulsion force can be applied to the excavation of the
Further, as shown in FIGS. 10A to 10D, in the propulsion operation by the
次に、清掃手段35の動作について説明する。図11(a)乃至(c)は、清掃手段35の動作を示す図である。掘削スクリュ23によって掘削された土砂Dは、掘削スクリュ23の回転力によってスカート部51の内壁54に沿って搬送スクリュ24側に移動し、搬送スクリュ24の後方へ搬送される。後方への搬送により搬送カバー32に到達した土砂Dは、搬送カバー32:32の間の隙間が、ケーシングパイプ50の排出口56と一致する毎にバケット71に排出される。
Next, the operation of the
図11(a)に示すように、スクリュ21の回転中において、搬送カバー32:32の間の隙間が、ケーシングパイプ50の排出口56と一致している間、土砂Dがバケット71に排出される。そして、図11(b)に示すように、スクリュ21の回転により、フィン36が排出口56の位置まで回転すると、ケーシングパイプ50の内周面により抑えられた付勢手段37の付勢力が開放されて、フィン36が軸38を中心として回転し、排出口56の外側に突出することで、フィン36の扉部41の下面36Aが、排出口56の下側の縁部56Dに沿って移動する。これにより、土砂の排出時に排出口56の縁部56Dに堆積した土砂Dが、バケット71に払い落とされる。すなわち、ケーシングパイプ50内からの土砂Dの排出時に、障害となる排出口56の下側の縁部56Dに堆積した土砂Dが取り除かれ、バケット71へと土砂Dを排出することができる。
そして、図11(c)に示すように、さらにスクリュ21が回転することで、フィン36のヒンジ部42側が排出口56の軸方向に延長する縁部56A(図7参照)に衝突すると、フィン36は、付勢手段37の付勢力に打ち勝って、図11(d)に示すように、ヒンジ部42側から徐々に収容部39に収容される。このように、排出口56の有無によりフィン36を出没させることにより、スクリュ21の回転を妨げることなく、また、自動で排出口56の下側の縁部56D(図7参照)に堆積した土砂Dをバケット71に払い落とすことができる。
As shown in FIG. 11 (a), during the rotation of the
Then, as shown in FIG. 11C, when the
図12は、排出装置7の動作を示す図である。スクリュ21の掘削、搬送により排出口56から排出された土砂が、バケット71に所定量堆積すると、バケット71内の土砂の搬出動作が行われる。バケット71内の土砂を搬出する場合、排出口56からの土砂の排出を停止させるため、制御装置10は、掘削装置2及び推進装置5による掘削推進動作を停止する。具体的には、スクリュ21の排出カバー32が、ケーシングパイプ50の排出口56を塞ぐ位置でスクリュ21の回転を停止させる。このように動作させることで、後工程でバケット71を上昇させる際に、排出カバー32が、ケーシングパイプ50の内側からの土砂の排出を防ぐとともに、バケット71の上昇をガイドするようにバケット71からの土砂の落下を抑制する。これによりバケット71の下方への土砂の落下を抑制することで、バケット71が載置される下側巻取装置74の巻取機構77上への土砂の堆積を防ぐことができる。なお、ケーシングパイプ50の排出口56に対するスクリュ21の排出カバー32の位置の制御は、掘削モータ22の回転角とスクリュ21の排出カバー32との関係と、排出口56とスクリュ21との関係をあらかじめ制御装置10に記憶させておけば良い。
掘削推進動作の停止後、制御装置10が上側巻取装置75に信号を出力することで、図12(a)に示すように、上側巻取装置75に吊り部材73の巻取り動作を実行させる。吊り部材73の巻取り動作によりバケット71が掘削穴の外まで上昇させ、地表面から所定距離の位置に到達すると、図外の転覆手段等によりバケット71を逆さにして、バケット71内の土砂を投棄する。土砂の投棄後、制御装置10は、巻取とは逆向きに巻取りモーター79を回転させて、バケット71を下側巻取装置74に向けて下降させる。このとき、巻取りモーター79の駆動により巻き出された吊り部材73は、巻取機構77の渦巻ばねによってスプール77Aに巻き取られる。バケット71が、下側巻取装置74上に載置されると、制御装置10は、掘削装置2及び推進装置5に信号を出力して掘削穴の掘進を開始する。
FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the
After the excavation propulsion operation is stopped, the
以上説明したように、本実施形態に係る自動掘削推進装置1では、掘削装置2のスクリュ21の先端側の半径をスカート部51の外周51a側の半径よりも大きくしたので、推進装置5の蠕動運動等で掘削穴の内壁から崩れた土砂をスカート部51の外周51a側に落下させることにより、崩れた土砂が推進装置5の蠕動運動を妨げることなく、掘削装置2による安定した推進力を与えることができる。また、推進装置5が、スクリュ21を収容し、スクリュ21の回転により後方に搬送された土砂を排出する排出口56を有するケーシングパイプ50を中空部5Aに備え、スクリュ21の排出口56の縁部56Dに堆積する土砂を清掃する清掃手段35を設けたので、スクリュ21により搬送された土砂を効率よく排出口56から排出することができる。
As described above, in the automatic
なお、上記実施形態では、推進装置5を3つの伸縮ユニット60で構成するとして説明したが、2つの伸縮ユニット60を直列に連結して推進装置5を構成しても良い。なお、上述したように推進装置5を3つの伸縮ユニット60で構成した場合、推進力を得るための蠕動運動において、3つの伸縮ユニット60のうち少なくとも1つが常時拡径した状態を維持することになり、この拡径状態の伸縮ユニット60が掘削穴の内壁を圧接するため、常時推進装置5によって掘削装置2を支持させることができる。これにより、掘削装置2の掘削動作中の推進装置5の共回りを防ぎつつ、安定した推進力を掘削装置に付与して、掘削装置2の掘削動作を連続的に行わせることができるという利点がある。
In the above embodiment, the
図13は、掘削スクリュ23の他の形態を示す図である。同図に示す掘削スクリュ23は、スパイラル翼26の外周縁に沿って延長する外周壁26Aを備えている。外周壁26Aは、スクリュ軸の軸線方向に沿って所定高さで立ち上がる立ち上がり部として設けられ、スパイラル翼26の先端側から外周縁に沿って例えば、360°分形成される。このように外周壁27Aを掘削スクリュ23に設けることにより、掘削穴の内壁から落下した土砂が確実にスパイラル翼26上で受け止められるため、掘削穴の内壁から落下した土砂の回収率を向上させながら、効率よく掘削することができる。
FIG. 13 is a view showing another form of the excavating
また、フィン36の構成は、上記実施形態に限らず、フィン36の下面36Aにブラシ等の可撓性を有する繊維の束を延長方向に取り付けることにより、排出口56の縁部56Dと、フィン36の下面36Aとの間の隙間を大きくしても確実に縁部56Aの土砂を取り払うことができる。
The configuration of the
1 自動掘削推進装置、2 掘削装置、5 推進装置、5A 中空部、
21 スクリュ、27A 外周壁、35 清掃手段、50 ケーシングパイプ、
51 スカート部、56 排出口。
1 automatic drilling propulsion device, 2 drilling device, 5 propulsion device, 5A hollow part,
21 screw, 27A outer peripheral wall, 35 cleaning means, 50 casing pipe,
51 skirt, 56 outlet.
Claims (3)
前記推進装置の中空部内に収容され、推進装置と相対回転して地盤を掘削するスクリュを備える掘削装置と、
前記スクリュによって掘削された土砂を前記中空部内の後方へ搬送するときの土砂の進入をガイドするスカート部とを備え、
前記スクリュの先端側の半径を前記スカート部の半径よりも大きくした自動掘削推進装置。 A propulsion device including a hollow portion penetrating in the axial direction and generating a propulsive force by peristaltic movement with respect to the wall surface of the excavation hole;
A drilling device comprising a screw housed in a hollow portion of the propulsion device and rotating relative to the propulsion device to excavate the ground;
A skirt portion for guiding the entry of earth and sand when conveying the earth and sand excavated by the screw to the rear in the hollow part,
An automatic excavation propulsion apparatus in which a radius on a tip side of the screw is larger than a radius of the skirt portion.
前記スクリュの前記排出口の縁部に堆積する土砂を清掃する清掃手段を設けた請求項1又は請求項2に記載の自動掘削推進装置。 The propulsion device is provided with a casing pipe in the hollow portion, which contains the screw and has a discharge port for discharging earth and sand conveyed rearward by rotation of the screw.
The automatic excavation propulsion apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a cleaning unit that cleans sediment deposited on an edge of the discharge port of the screw.
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