JP2019000846A - 建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を生成する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝撃または振動運動の設定および変更をより柔軟に実現可能な、衝撃パルスまたは振動を生成する装置および方法を提供すること。【解決手段】 本発明は建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を生成する装置および方法に関する。筐体の動作空間内において第１反転点と第２反転点との間でピストンを反転往復移動させる。第１反転点および第２反転点の領域において、動作空間に対して供給および排出される圧力流体により、衝撃パルスまたは振動を生成するためにピストンが反転往復移動するように設定する。本発明の開示によると、ピストンの位置が測定手段により測定され、ピストンの測定された位置に応じて、制御ユニットは、動作空間に対して圧力流体を供給および／または排出するための少なくとも１つの制御可能弁を制御し、制御ユニットにより、ピストンの移動が制御される。【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１に記載のとおり、筐体と、筐体内の動作空間において第１反転点と第２反転点との間で反転往復移動可能なピストンと、第１反転点および第２反転点の領域において、動作空間に対して圧力流体を供給および排出可能とする圧力流体供給部とを有し、衝撃パルスまたは振動を生成するために、ピストンが反転往復移動するように設定可能な、建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を生成する装置に関する。

本発明はさらに、請求項１０に記載のとおり、筐体内の動作空間において第１反転点と第２反転点との間でピストンを反転往復移動させ、第１反転点および第２反転点の領域において、動作空間に対して供給および排出される圧力流体により、衝撃パルスまたは振動を生成するためにピストンが反転往復移動するように設定する、建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を生成する方法に関する。

特許文献１に、公知の一般的な振動発生器が開示されている。この公知の振動発生器においては、筐体内の動作空間が動作ピストンにより、２つの圧力室に分割されている。圧力流体が２つの圧力室の入口、出口を通じて交互に選択的に供給、排出されることで、動作ピストンが反復移動し、振動が発生する。圧力流体の各圧力室に対する時限供給／排出は、動作ピストン内で複雑に配置されたダクトにより実現される。動作ピストン内ではさらに、制御ピストンが移動可能に支持されている。制御ピストンの動作ピストンに対する位置は、筐体の前面から突出して所与のダクトを開放／閉鎖する栓部材により選択的に変更可能となる。したがって、圧力流体の供給／排出が機械的手段で実現されている。即ち、圧力流体の供給／排出の切り替えは、所与の切り替え点に到達した際に、所与のダクトを介して実行される。

特許文献２〜４に、同様の振動発生器における機械的制御手段の例が開示されている。これら公知の装置の全てにおいて、動作ピストンと制御ピストンが設けられ、それぞれの筐体における位置に応じて、所与のダクトが開放または閉鎖される。これにより、それぞれ反対側に設けられた２つの圧力室に対する選択的な交互供給が実行され、動作ピストンが移動する。

ＥＰ１７２８５６４Ｂ１公報 ＧＢ９２０，１５８Ａ公報 ＵＳ４，０２６，１９３Ａ公報 ＵＳ４，０３１，８１２Ａ公報

このような装置は製造に時間とコストがかかる。さらに、ダクトの配置により、ピストンの所与の振動または衝撃運動が、所定の圧力レベルに事前に限定されてしまう。したがって、振動周波数および衝撃エネルギーの変更幅が非常に限定されてしまい、場合によっては変更に大がかりな機械的再構成を要する。

本発明の目的は、衝撃または振動運動の設定および変更をより柔軟に実現可能な、衝撃パルスまたは振動を生成する装置および方法を提供することである。

この目的の一方は請求項１の特徴を有する装置により実現され、他方は請求項１０の特徴を有する方法により実現される。本発明の好ましい実施形態については従属項に記載される。

本発明の装置では、動作空間におけるピストンの位置を判定するための測定手段が設けられ、動作空間に対して圧力流体を供給および／または排出するように少なくとも１つの制御可能弁が配置され、測定手段と少なくとも１つの制御可能弁とに接続されて、動作空間内のピストンの移動を制御および変更可能とする制御ユニットが設けられる。

本発明の根本的概念は、動作空間におけるピストンに対する従前の入り組んだ機械的制御を放棄し、電気または電子制御ユニットによる制御を実現することである。本発明によると、動作空間におけるピストンの位置を判定するための少なくとも１つの測定手段が設けられる。測定手段は、ピストンの位置データに関する信号を、連続的にまたは所定の短い時間間隔で送信できる。当該信号は、制御ユニットにより受信され、所定の制御ロジックの機能として処理される。このように制御信号または制御データは１つまたはいくつかの制御可能弁に対して生成される。したがって、少なくとも１つの制御可能弁により、動作空間に対して圧力流体を選択的に供給および排出できる。

そのため、本発明の装置によると、複数のラインが設けられるような精巧に作り上げられた動作ピストンは不要である。したがって、大幅に製造コストが低減される。さらに、制御ユニットの該当する制御ロジックを変更または適用することで、筐体内のピストンの移動運動が特に容易に制御、変更できるようになる。したがって、ピストンの反復移動の行程および／または周波数を比較的容易に制御および変更可能となる。

本発明の装置には、基本的にあらゆる適切な制御可能弁が利用可能である。本発明のさらなる態様によると、弁は好適には電磁弁である。弁体は、開位置および閉位置との間の電磁的配置により調整できる。中間位置も設定できる。これにより動作空間に供給される圧力流体の量も調整できる。基本的には、任意の圧力流体を設けてもよいが、好ましくは作動油が使用される。

同様に、特に光学的、容量的、誘導的、磁気的等の方式で動作する、長さまたは位置測定用に使用可能な任意のセンサにより測定手段が実現できる。本発明の実施形態によると、測定手段がリニアセンサを有することが特に有利である。この構成は、筐体内で、ピストンが２つの反転点間で直線移動する場合に特に好ましい。

本発明の好ましい実施形態の態様は、測定手段が動作空間内およびピストンの自由空間に延在する細長第１測定部材を有することにより実現される。即ち、測定部材を筐体の壁の背後に配置するのではなく、ピストンの移動が生じる動作空間内に直接配置する。細長第１測定部材がピストンの対応する自由空間内に突出することで、特に正確な位置測定が実現できる。この構成において、ピストンは、ピストンと一体の第２測定部材が第１測定部材とは非接触で、第１測定部材に沿って移動することが好ましい。

ピストンの自由空間に、特に磁石のような第２測定部材が配置されることが特に好ましい。第１測定部材に対して、したがって筐体の動作空間に対して、第２測定部材、したがってピストンの位置が高精度で決定できるように、２つの測定部材が非接触で相互作用する。第１測定部材はコイルを有してもよい。磁石が４から２０ｍＡの電流をコイルに誘導することで、ピストンの位置が測定される。

基本的に、ピストンはその２つの端面が筐体の壁に接触しないように筐体内で反復移動可能である。このようにして、装置はいわゆる振動発生器として利用可能である。本発明の有利な実施形態は、特に衝撃パルスを生成するために、ピストンが衝突する衝突面が少なくとも１つの反転点に設けられることで実現される。基本的には、衝突面は筐体において、ピストンの互いに反対側の端面に対して配置できる。ただし、例えば衝撃削孔において所望のとおりに、特定の衝撃パルスが生成できるよう、単一の衝突面のみ存在することが好ましい。

本発明のさらなる態様によると、制御ユニットにより、ピストンの周波数および／または行程が設定および調整可能であることが好ましい。制御ユニットは、開閉タイミングおよび必要に応じて油圧エネルギー供給を設定することで、特に周波数を変更できる。さらに、ピストンの行程は、２つの反転点の位置を、対応する制御可能弁の開閉により変更することで、実現できる。このため、制御ユニットは好ましくは入力フィールドのような入力インタフェースを有する。さらに、制御ユニットは、オペレータによる操作ユニットを介した一般的な機械制御により直接作動できる。

本発明の別の好ましい実施形態の態様では、制御ユニットが、ピストンを制御するための異なる複数の制御プログラムが記憶できる、プログラムメモリを有する。例えば、特定の用途に合わせて特定の制御プログラムを記憶可能である。例えば、プログラム開始時には、小ピストン行程による高周波数であって、その後プログラムシーケンスにおいて時間の経過とともにピストン行程が大きくなり、周波数が低減するようにしてもよい。周波数と行程に関してピストンを制御するために、任意の数の異なるプログラムシーケンスが設けられてもよい。例えば、急速前進または特別緩やかな駆動処理用のプログラムを設けてもよい。さらに、特定の種類の土壌に対するプログラムを記憶してもよい。

本発明は、衝撃パルスまたは振動を生成する上述の装置が設けられた建設機械を含む。特に、建設機械は基礎工法のために設けられてもよい。

本発明の実施形態によると、建設機械がアースドリル用装置であることが特に好ましい。衝撃パルス生成用の装置が設けられれば、衝撃削孔が実施できる。これは、硬い岩盤層を貫通する際に特に有利である。さらに／あるいは、装置は衝撃接触なしで振動を生成するものであってもよい。回転駆動される掘削機を有するアースドリル用装置であれば、特にいわゆるオーバーバーデン掘削が実施できる。ここで、振動運動が、掘削機の回転運動に加わる。振動を加えることで、少なくとも掘削機が接触する領域においていわゆる地盤の液状化が生じて、掘削処理が行いやすくなる。

本発明の別の実施形態は、建設機械が杭打機またはバイブレータであることで実現される。当該杭打機またはバイブレータは、例えば衝撃パルスまたは振動により地盤内に打ち込まれる鋼桁、杭、矢板を送り込むために使用できる。

本発明の方法は、ピストンの位置が測定手段により検出され、ピストンの検出された位置に応じて、制御ユニットは、動作空間に対して圧力流体を供給および／または排出するための少なくとも１つの制御可能弁を制御し、制御ユニットにより、前記ピストンの移動が制御されることで実現される。

具体的には、本発明の方法は上述の装置で実行可能である。したがって、当該方法により上述の利点が得られる。

本発明の実施形態に係る衝撃パルスを生成する装置を示す図である。

添付の図に概略的に示す好適な実施形態に基づいて、以下に本発明をさらに説明する。

図面は１つであり、衝撃パルスを生成するように設計された本発明の実施形態に係る装置１０を示す。装置１０は、円筒形の動作空間１４を有する筐体１２を備える。当該空間内で、略円筒形のピストン２０が２つの反転点間で反転可能なように、直線移動可能に支持される。ピストン２０は液密に筐体１２内に支持され、実施形態にて示すように、一方側が筐体１２から突出可能である。ピストン２０は、自由端面２４により、対応する衝突面１８に衝突可能である。当該面１８は、ドリルドライブシャフトの挿入側端であってもよい。

上側第１反転点の領域において、筐体１２に、圧力流体供給部３０の第１供給路３１のための第１開口部１５が設けられる。下側第２反転点の領域において、動作空間１４が、圧力流体供給部３０の第２供給路３２に対して第２開口部１６を通じて接続されている。図示の実施形態では２／４方向制御弁として設計されている制御可能弁３６により、２つの開口部１５および１６が油圧源Ｐと非加圧排気タンクＴとに交互に接続される。この構成により、動作空間１４の２つの互いに反対側の圧力室が、それぞれ交互に圧力流体で充填されるか、圧力流体が抜かれる。この結果、ピストン２０が筐体１２内で所望の反転移動するように設定される。なお、本実施形態では、動作空間１４の２つの圧力室は、ピストン２０と一体で移動する例えばピストンリングのような形状の隔壁部材によって仕切られるが、ピストン２０自体により仕切られても良い。

本発明の実施形態によると、第１細長測定部材４２を有する測定手段４０が筐体１２上に設けられる。第１測定部材４２は棒状に設計され、動作空間１４内およびピストン２０において対応するように配置された自由空間２２内に延在する。自由空間２２の下部領域に、磁石例えば環状磁石が第２測定部材４４として配置される。第２測定部材４４は移動可能ピストン２０に強固に接続されて、細長第１測定部材４２は筐体１２に強固に取り付けられる。測定手段４０の第１，第２測定部材４２，４４は、非接触で相互作用する。測定手段４０は例えば、第２測定部材４４の位置、したがって細長第１測定部材４２に対するピストン２０の位置、即ちピストン２０の動作空間１４内の位置を正確に判定するための誘導リニアセンサとして設計される。本実施形態では、環状磁石（第２測定部材）４４の中空穴を通過する第１測定部材４２が、例えば、環状磁石４４の磁界によって電流が誘導されるコイルを含むことができる。誘導される電流により、ピストン２０の位置が測定される。

測定手段４０がライン接続５２を介して制御ユニット５０に接続されることで、ピストン２０の動作空間１４内の現在位置を示すアナログ信号またはデジタルデータが送信される。所定のプログラムまたは制御ユニット５０の制御ロジックに応じて、制御可能弁３６が電磁要素３７を介して作動することで、図示のように例えば第１供給路３１が非加圧タンクＴに接続され、第２供給路３２が圧力源Ｐに接続される。弁３６が制御ユニット５０により切り替えられると、圧力源Ｐが第１供給路３１に接続され、タンクＴが第２供給路３２に接続される。このような弁位置では、動作空間１４の下側領域から圧力流体が抜かれて、同時に動作空間１４の上側領域が圧力流体で満たされる。この場合、ピストン２０は、上側第１反転点から下側第２反転点に向かって下側に移動する。測定手段４０により、ピストン２０が筐体１２内のトリガ点に達したことが認識されると、制御ユニット５０が再び弁３６を切り替えて、制御ライン５４を介して制御可能弁３６の電磁要素３７が作動されることで、方向転換が生じる。

対応する制御ロジック５０の制御ロジックの変化のみにより、２つの反転点間のピストン２０の周波数および行程が変更および設定可能である。

以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から
実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また生体情報推定装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１４…動作空間、２０…ピストン、２２…自由空間、３０…圧力流体供給部、３６…制御可能弁、４０…測定手段、４２…棒状第１測定部材、４４…第２測定部材（磁石）、５０…制御ユニット

Claims (10)

1. 建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を生成する装置であって、
   筐体と、
   衝撃パルスまたは振動を生成するために、前記筐体内の動作空間において第１反転点と第２反転点との間で反転往復移動可能なピストンと、
   前記第１反転点および前記第２反転点の領域において、前記動作空間に対して圧力流体を供給および排出可能とする圧力流体供給部と、
   前記動作空間における前記ピストンの位置を測定するため測定手段と、
   前記動作空間に対して前記圧力流体を供給および／または排出する少なくとも１つの制御可能弁と、
   前記測定手段と前記少なくとも１つの制御可能弁とに接続されて、前記動作空間内の前記ピストンの移動を制御および変更可能とする制御ユニットと、
   前記ピストン内の自由空間に固定される磁石と、
   を有し、
   前記測定手段は、前記動作空間内および前記ピストン内の自由空間内に延在するように前記筐体に固定される棒状第１測定部材を含み、
   前記測定手段の第２測定部材である前記磁石を有する前記ピストンは、前記磁石と前記棒状第１測定部材とが非接触で、前記棒状第１測定部材に沿って移動する、装置。
2. 前記弁が電磁弁である、請求項１に記載の装置。
3. 前記測定手段がリニアセンサである、請求項１に記載の装置。
4. 特に衝撃パルスを生成するために、前記ピストンが衝突する衝突面が少なくとも１つの反転点に設けられた、請求項１に記載の装置。
5. 前記制御ユニットにより、前記ピストンの周波数および／または行程が設定および調整可能である、請求項１に記載の装置。
6. 前記制御ユニットが、前記ピストンを制御するための異なる複数のプログラムが記憶されるプログラムメモリを有する、請求項１に記載の装置。
7. 請求項１に記載の、衝撃パルスまたは振動を生成する装置が設けられた建設機械。
8. アースドリル用装置である、請求項７に記載の建設機械。
9. 杭打機またはバイブレータである、請求項７に記載の建設機械。
10. 建設機械用の、衝撃パルスまたは振動を、特に請求項１に記載の装置で生成する方法であって、
    筐体内の動作空間において第１反転点と第２反転点との間でピストンを反転往復移動させることと、
    前記第１反転点および前記第２反転点の領域において、前記動作空間に対して供給および排出される圧力流体により、衝撃パルスまたは振動を生成するために前記ピストンが反転往復移動するように設定することと、
    を含み、
    前記ピストンの位置が測定手段により測定され、
    前記ピストンの測定された位置に応じて、制御ユニットは、前記動作空間に対して前記圧力流体を供給および／または排出するための少なくとも１つの制御可能弁を制御し、
    前記制御ユニットにより、前記ピストンの移動が制御される、方法。

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