JP2580358B2

JP2580358B2 - 地盤改良機のワイヤー巻取り制御装置

Info

Publication number: JP2580358B2
Application number: JP2042604A
Authority: JP
Inventors: 勝博原; 一夫加唐
Original assignee: YOSHIDA TEKKOSHO KK
Current assignee: YOSHIDA TEKKOSHO KK
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH03247813A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、陸上、海底における軟弱な地盤を改良す
るための地盤改良機のワイヤー巻取り制御装置に関する
ものである。更に詳しくは、地盤改良機のロッド軸を吊
り下げるためのワイヤーを巻取り制御するための地盤改
良機のワイヤー巻取り制御装置に関する。

［従来技術］従来から、軟弱な地盤をスラリー状固結剤やモルタル
などの地盤改良剤を地盤に注入する地盤改良機が知られ
ている。

この地盤改良機は、軟弱地盤を改良する場合、地盤改
良剤が撹拌翼と吐出口を有する中空のロッドを通して改
良の対象となる軟弱な地盤を加圧注入されることによっ
て行われる。すなわち、引抜き吐出工法でいえば、ロッ
ド軸を回転させながら軟弱地盤内に貫入させ、一定の深
度になったら今度はロッド軸を逆方向に回転させロッド
軸の吐出口からスリラー状固結剤やモルタルなどの地盤
改良剤を注出しながらロッド軸を引き抜く。このように
することによりモルタルなどの地盤改良剤と軟弱地盤と
の間で相互に撹拌と混合とが行われ、いわゆる地盤改良
柱が形成される。

本出願人等は、ロッド軸を移動させるためのオートフ
ィード装置として、ロッド軸を保持または解放する２つ
のチャック手段と、それぞれのチャック手段を回転駆動
させる２つのチャック回転駆動手段と、それぞれのチャ
ック手段のロッド送り方向に移動される２つの送り手段
とを有し、チャック手段とチャック送り手段とを交互に
作動させて、ロッド軸を連続的に送り移動させる送り制
御手段とを具備するオートフィード装置をすでに特願平
１−308441号（特開平３−206289号）として提案した。

このオートフィード装置は、極めて効率良くロッド軸
を上下移動することができ地盤改良機やボーリング機械
の掘削効率を著しく増大させることが可能となった。

［発明が解決しようとする課題］ところが、このような地盤改良機においてもロッド軸
の移動に応じてロッド軸を吊り下げているワイヤーの巻
取りがそれとは別個に行われていたため、両者の動きが
バラバラになり乱れる場合が多かった。ワイヤーに余分
なたるみや波打ちを生じたり逆に強く引っ張り応力が働
いたりしオートフィード装置のチャック部分の故障につ
ながるようなことがあった。

この発明の目的は、ロッド軸の動きをワイヤーを巻取
っているウインチの動きに対応させることにより、ワイ
ヤーの送り出し巻取りを自動的に制御する地盤改良機の
ワイヤー巻取り制御装置を提供するものである。

［前記課題を解決するための手段］前記課題を解決するために、次のような手段を採る。

a.地盤改良機本体に鉛直に支持されたリーダに沿って駆
動されるロッド軸と、 b.このロッド軸を把持及び解放するチャック手段と、前
記チャック手段を回転するチャック回転駆動手段、及び
前記リーダに沿って前記チャック手段と前記チャック回
転駆動手段とを送る送り手段とを含むオートフィード装
置と、 c.前記ロッド軸を前記リーダの上部から吊り下げるため
のワイヤーと、 d.このワイヤーを巻き取るためのウインチとを具備する
地盤改良機であって、 e.前記リーダと前記ロッド軸との間の上下方向移動を検
出するための移動検出手段と、 f.この移動検出手段からの信号を受けて前記ロッド軸の
移動距離を積算する距離演算手段と、 g.前記移動検出手段からの信号を判別し前記ロッド軸の
移動の上下方向を判別する移動方向判別手段と、 h.前記ロッド軸の移動距離を予め設定するための移動処
理プリセッターと、 i.前記ロッド軸の移動方向及び移動距離を検出しその出
力により、その検出距離に相当する長さの分だけ前記ワ
イヤーの送り出しまたは巻取りを行うために前記ウイン
チを回転駆動するためのモータと、 j.前記モータの入力電流値により前記モータの回転速度
を制御するためのモータ巻取制御手段と k.を有することを特徴とする地盤改良機のワイヤー巻取
り制御装置である。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。第１図は地盤改良機の全体略図である。地盤改良機
本体にリーダ２が鉛直に支持されている。このリーダー
２と平行に地盤を掘削させるためのロッド軸３が配設さ
れている。ロッド軸３の内部には、改良剤の通路が設け
られており、ロッド軸３の先端部付近で外部に解放され
ている。スラリー状固形剤やモルタルなどの改良剤は改
良剤注入加圧装置（図示せず）からこの通路を通じて軟
弱地盤に注入されることになる。

また地盤改良機本体の前部には、リーダ２に沿って案
内されるロッド軸３を上昇・下降させたり撹拌のため回
転させたりするオートフィード装置４が取り付けられて
いる。オートフィード装置４は、ロッド軸３を把持また
は解放するチャック手段と、このチャック手段を回転す
るチャック回転駆動手段５およびチャック手段をロッド
軸３の移動方向に移動させるチャック送り手段（戻すこ
ともある）とよりなる。したがって、オートフィード装
置４は、連続してロッド軸３を上下方向に移動できるも
のである。

ロッド軸３の先端には撹拌翼６が取り付けられており
地盤改良剤と軟弱な地盤との撹拌混合を効率良く行うこ
とができる。またリーダ２の頂部のヘッドシープ７には
滑車８が設けられている。ロッド軸３の上端は、吊り上
げ用のワイヤー９に繋がれており、このワイヤー９はヘ
ッドシープ７の滑車８を介して巻き上げ用のウインチ10
に繋がっている。ウインチ10は、モータ11で駆動されワ
イヤー９の巻き取り、送り出しを駆動する。オートフィ
ード装置４にはロッド軸３の上下の移動および移動方向
を判別するための検出素子33が内蔵されている。

制御装置第２図は、地盤改良機１の制御装置30の概要を示す可
能ブロック図である。リーダー２には、スケール31が固
定されている。スケール31は、規則的に定ピッチの突起
32を有した機械式のスケールである。突起32の直上部に
は、検出素子33が配置されている。検出素子33は、オー
トフィード駆動装置４上に設けられており、近接スイッ
チ、光センサーなどの素子であり、突起32を検出する。
この検出素子33の出力は、検出回路34により突起32を検
出し、カウンター35に出力する。

カウンター35は、突起32の数を距離演算回路36に出力
する。カウンター35は、突起32の数をカウントしその数
を記憶保持する。カウンター35の出力は、距離演算回路
36に出力する。距離演算回路36は、あらかじめ設定され
たピッチ、すなわち、突起のピッチとカウンター35によ
りカウントされた値を積算して移動距離を算出し、この
算出値を記憶メモリ内に記憶しておく。この算出された
移動距離とは、ロッド軸３の移動距離そのものである。

一方、検出回路34の出力は、移動方向判別回路37に出
力される。移動方向判別回路37は、検出回路34の出力か
らロッド軸３が上昇しているのか下降しているかの移動
方向の判断を行う回路である。この判断は、例えば、複
数個設置された検出素子33からの位相差などを検出して
行う。

移動距離プリセッター38は、ロッド軸３の地盤への侵
入深さであり、地盤改良工事の種類などで決まるもので
あり、あらかじめ手動によりセットしておく。距離演算
回路36、移動方向判別回路37、移動距離プリセッター38
からの出力は、入力インターフェイス40に入力される。
入力インターフェイス40は、バスを介して中央処理装置
41に連結されている。

中央処理装置41は、ROM42またはRAM43内に記憶保持さ
れたプログラムで作動するCPUと呼ばれている演算素子
である。中央処理装置41の出力は、出力インターフェイ
ス44を介してサーボ機構、表示計などに出力される。電
磁切換弁51は、オートフィード装置４内の複数の油圧シ
リンダ52の送り方向を順次切り換えるためのものであ
る。この順次の切り換えにより連続的な送り軸３の送り
制御ができる。連続送りのための電磁切換弁51の切り換
えのタイミングなどは、送り制御回路50により行われ
る。中央処理装置41は、送りの停止、逆転の指示などを
行う。モータ11は、ウインチ10を駆動するためのモータ
である。

モータ11が駆動されると、ウインチ10の巻取りドラム
が回転されワイヤー９を巻き取り、または繰り出す。モ
ータ11は、中央処理装置41の指令で多段階に回転速度を
選択できる。巻取制御回路55は、中央処理装置41からの
処理を受けてアンプ54を介してモータ11の回転速度を制
御する。ワイヤー９を巻き取るドラム径は、ワイヤー９
の巻取り量により、同じモータ11の回転数でもワイヤー
９の巻取り長さが時々刻々と変化する。

したがって、同じ回転速度でモータ11を駆動しても同
じ巻き取り量とはならない。そこで、このモータ11の制
御は、次のように行う。モータ11は、ワイヤー９をたわ
み長さ以上巻き取ると、ワイヤー９を緊張させモータ11
の回転が不可能になり、モータ11の入力電流に過電流が
流れる。この入力電流値が設定以上に達したとき、ワイ
ヤー９が緊張したと判断し、モータ11を減速または一時
的に停止させる。設定値以下のときは、必要以上にたわ
んでると判断し、モータ11を加速する。

移動距離表示計56は、距離演算回路36内の距離を表示
するための表示計である。改良剤注入装置58は、地盤改
良剤を加圧するためのポンプ、ミキサなどからなる加圧
装置である。改良剤注入装置58は、制御回路57を介して
制御される。深度記録計59は、地盤改良の長さ、本数な
どを紙、磁気メモリなどに記録するための記録計であ
る。

作動以下、地盤改良法によく用いられる引抜き注出（吐
出）方式による一連の作動行程を第３、４図のフローチ
ャートを参照に説明する。地盤改良機１の電気系統をON
にしウインチ10、オートフィード装置４および改良剤注
入装置58を可動可能な状態（S₁）とする。地盤の改良柱
の長さつまりロッド軸３の掘削距離（下降または上昇の
移動ステップ距離）を決定し、設定値Ｐを移動距離プリ
セッター38にプリセットする（S₂）。

オートフィード装置４は、ロッド軸３が下降するとき
はロッド軸３に正回転を与えまたは上昇するときはロッ
ド軸３はそれとは逆方向に負回転を行うよう構成されて
いる。オートフィード装置４を駆動させロッド軸３を下
降移動させる（S₃）。ここでは、ロッド軸３が下降（下
向き）しているかどうかを判断し（S₄）下降しているな
らばウインチ10のモータ53によりワイヤー９を送り出す
（S₅）。もしロッド軸３が下降していない場合は何らか
の原因で不良が起きた場合が考えられる。

これから後は、エラー処理（第４図）の手順となる。
このときはアラーム警告を行い（Se₁）、オートフィー
ド装置４を即停止させる（Se₂）。そしてその原因を追
及する（Se₃）。例えば、オートフィード装置４のチャ
ックのギヤ部やロッド軸３の把持部に原因がある場合が
考えられる。また関連する電気系統に接触不良があるこ
とも想定される。いずれにしても原因を追求し、すぐ直
せるものかどうかを判断する（Se₄）。すぐその場で直
せるものなら早急に修復し（Se₅）、その後再起動を行
う（Se₆）。もしすぐ直せないものなら再起動を諦め電
源系統装置をOFFにする（Se₇）。

その後本格的な修理にまわすことになる（Se₈）。ロ
ッド軸３の下移動が正常であれば、改良剤注入装置58の
バルブを自動または手動で開けて注入剤の吐出を開始す
る。この間、ロッド軸３は、徐々に上昇しているウイン
チ10のモータ11を回してワイヤー９を送り出す。この間
移動ステップ駆動カウンターは、常時ロッド軸３の移動
距離を加算しておく。

一致しておれば、ロッド軸３の最終移動距離すなわち
地盤改良柱の深さ位置まで上昇しか否か判断し、また到
達してなければその巻き戻し動作を繰り返す。モータ53
が設定トルクすなわち設定した入力電流をオーバーし
て、ウインチ10のモータ11の回転速度を減速する
（S₇）。すなわち、この状態は、ワイヤー９が過度に張
力を保った状態である。設定トルク以下であれば、ワイ
ヤー９がたわんだ状態であり、ウインチ10のモータ53を
加速する（S₈）。なお、モータの加減速技術は、周知の
技術であり、ここでは記述しない。

次に前もって定めた移動ステップ距離（Ｘ）がプリセ
ットの設定値（Ｐ）にロッド軸３が到達したかどうか、
すなわちＸ＝Ｐかどうかを判別する（S₁₇）。設定値
（Ｐ）に達したと判断した場合は、オートフィード装置
４による下降移動を停止し（S₁₂）、同時にウインチ10
の送り出しも停止する（S₁₃）。またロッド軸３の下降
移動距離が設定値（Ｐ）にまだ達していない場合は、オ
ートフィード装置４の駆動を続けウインチ10によるワイ
ヤー９の送り出しを行って設定値（Ｐ）になるまでその
運動を繰り返す。なお、この間ウインチ10は、ワイヤー
９を自由に送り込みができるように自動回転とする。

以上、ロッド軸３の下降による掘削行程は終わったこ
とになる。今度は、ロッド軸３が今までとは逆に負の回
転をして吐出口からモルタルなどの地盤改良剤を注出し
ながら引き抜かれ元の位置まで上昇する行程を説明す
る。まずオートフィード装置４が駆動しロッド軸３を上
昇移動させる（S₁₄）が確実にその移動方向が上昇して
いるかどうかを判別する（S₁₅）。上昇している場合は
ロッド軸３の先端から地盤改良剤を吐出させる
（S₁₆）。またウインチ10によるワイヤーの巻き取りを
行う（S₁₇）。

次にロッド軸３が元の位置に戻った状態かどうかつま
り移動ステップ距離X,Oかどうかを判別する（S₂₃）。こ
こで、Ｘ＝０に達した場合は地盤改良剤の吐出を止め
（S₂₄）、オートフィード装置４による上昇移動を停止
させ（S₂₅）、同時にウインチ10の巻取りを停止させる
（S₂₆）。Ｘ＝０にまだ達していない場合はオートフィ
ード装置４の駆動を続けウインチ10によるワイヤー９の
巻取りを前記繰り出し動作と同様に行って（S₁₈〜
S₂₂）、Ｘ＝０になるまでその運動を繰り返す。

もしロッド軸３が上昇していない場合は何らかの原因
で不良が起きた場合が考えられる。これから後はエラー
処理（第５図）の手順となる。この時はアラーム警告を
行い（Se₁）、オートフィード装置４を即停止させる（S
e₂）。そしてその原因となものを追求調査する（S
e₃）。たとえば、オートフィード装置４のチャックのギ
ヤ部や把持部に原因がある場合が考えられる。また関連
する電気系統に接触不良があることも想定される。

いずれにしても原因を追求しすぐに直せるものかどう
かを判断する（Se₄）。そのすぐその場で直せるものな
ら早急に修復し（Se₅）、その後再起動を行う（Se₆）。
もしすぐに直せないものなら再起動を諦め電源装置系統
をOFFにする（Se₇）。その後は本格的に修理にまわす
（Se₈）。これで地盤改良剤を吐出しながら撹拌上昇し
て元の位置に戻る工程を完了する。

以上引抜き吐出方式による、ロッド軸３が軟弱地盤を
掘削しあらかじめ定められた設定値（Ｐ）に達したら地
盤改良剤を吐出しながら引抜き上昇撹拌させ元の位置ま
で戻る、までの一連の作業行程を説明してきた。この後
この作業行程を繰り返し行い地固め作業をしていくこと
になるが、第６図は全地固め作業のフローチャートを示
す。地固め作業を行うに当たってはどの場所から始める
かまず場所決めを行う（S_A）。

始める場所が決定したらオートフィード装置４による
上下往復運動を繰り返し行い地盤の改良柱を順次作り上
げていく（S_B）。目標とした全面積（場所）を改良し終
わったら（S_C）地固め作業はすべて完了する。

今まで地盤改良機１の吐出装置、ロッド軸３を移動さ
せるためのオートフィード装置４およびウインチ10の具
体的構成には十分に触れずに述べてきたが、これは従来
からある装置を使って十分実施可能なので本願では言及
していない。

また、地盤改良柱を作るべくロッド軸３の引抜き吐出
式による地盤改良行程を例示して説明したが、ボーリン
グ工法によるロッド軸３の繰り返し掘削作業にも十分適
用可能であることは言うまでもない。

［その他の実施例］前記した実施例は、巻取りモータの入力電流を検出し
てワイヤーのたるみを検出し、モータの速度および停止
を制御している。しかし、モータの制御はこの方法によ
ることなく他の方法でも良い。すなわち、ワイヤーのた
るみを光センサー、リミットスイッチなどで検出し、こ
れが検出されるとモータを一定時間のみ起動させる方
法、ON、OFF制御する方法などである。更に、モータ11
の出力パルスをとりロッド軸３の移動と巻取速度を同期
させてモータを駆動する方法でも良い。

また、前記実施例は、中央処理装置41を有する制御装
置であったが、前記動作を行うものであれば、シーケン
ス制御装置など他の公知の制御手段でも良い。また、前
記実施例のスケール31は凹凸式のスケールであったが磁
気スケール、光学スケールなど他の公知のスケールでも
良い。

［発明の効果］この発明の制御装置は、従来のようにロッド軸の移動
に対してロッド軸を吊り下げているワイヤーの巻取りが
それぞれと別々に行われて両者の動きがバラバラになり
乱れるようなことがない。ロッド軸の動きを検出して読
取りそれに応じてウインチによりワイヤーの巻き取りを
行うので具体的にはワイヤーに余計なたるみや波打ちを
生じさせない。

また、ワイヤーに強い引っ張り応力を作用させてオー
トフィード装置のチャックの故障になることやウインチ
の過大負荷による故障などが起きるのを排除することが
できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例である地盤改良機の全体概略
図、第２図は巻取り制御装置の機能ブロック図、第3,4,
5図は本発明の実施例であるワイヤー巻取り制御装置に
おける制御手順を示すブロック図、第６図は本発明の実
施例である地盤改良機による地固め作業フローチャート
である。１……地盤改良機、３……ロッド軸、４……オートフィ
ード装置、６……撹拌翼、９……ワイヤー、10……ウイ
ンチ、35……カウンター、36……移動距離演算回路、37
……移動方向判別回路、56……移動距離表示計

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】a.地盤改良機本体に鉛直に支持されたリー
ダに沿って駆動されるロッド軸と、 b.このロッド軸を把持及び解放するチャック手段と、前
記チャック手段を回転するチャック回転駆動手段、及び
前記リーダに沿って前記チャック手段と前記チャック回
転駆動手段とを送る送り手段とを含むオートフィード装
置と、 c.前記ロッド軸を前記リーダの上部から吊り下げるため
のワイヤーと、 d.このワイヤーを巻き取るためのウインチとを具備する
地盤改良機であって、 e.前記リーダと前記ロッド軸との間の上下方向移動を検
出するための移動検出手段と、 f.この移動検出手段からの信号を受けて前記ロッド軸の
移動距離を積算する距離演算手段と、 g.前記移動検出手段からの信号を判別し前記ロッド軸の
移動の上下方向を判別する移動方向判別手段と、 h.前記ロッド軸の移動距離を予め設定するための移動距
離プリセッターと、 i.前記ロッド軸の移動方向及び移動距離を検出しその出
力により、その検出距離に相当する長さの分だけ前記ワ
イヤーの送り出しまたは巻取りを行うために前記ウイン
チを回転駆動するためのモータと、 j.前記モータの入力電流値により前記モータの回転速度
を制御するためのモータ巻取制御手段と k.を有することを特徴とする地盤改良機のワイヤー巻取
り制御装置。