JP3772306B2 - 土質改良装置 - Google Patents

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    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/126Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土質改良装置に関し、特には生産管理に好適な土質改良装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
道路工事や建築現場等で掘削した、いわゆる残土や土砂等の原料土と、石灰などの改良材とを解砕、混合して、埋め戻し等に再利用される改良土を製作する土質改良装置には、例えば自走式土質改良装置がある。この自走式土質改良装置としては、例えば特開平11−165878号公報に記載されたものが知られており、図10は同公報に記載された自走式土質改良装置の側面図である。
【0003】
図10に示すように、車体61に左右の下部走行体62が取付けられており、車体61の前後中間部に混合機63が取付けてある。車体61の後部寄りにエンジン、油圧ポンプおよび操作弁等の駆動装置64が取付けてある。また、車体61の前部寄りに取付用フレーム66が取付けてあり、この取付用フレーム66に原料土搬送装置67が前後方向に向けて取付けてある。前記取付用フレーム66の前部寄りに原料土ホッパ68、後部寄りに改良材供給装置69が前記原料土搬送装置67の上方に位置してそれぞれ取付けてある。
【0004】
前記車体61の下部には、改良土搬送装置70が前後方向に向けて取付けてある。この改良土搬送装置70の搬送方向一側部(前部寄り)は前記混合機63の下方に位置し、改良土搬送装置70の搬送方向他側部(後部寄り)は車体61よりも後方に突出している。
【0005】
上記構成による作動を説明すると、図示しない積込機等で原料土ホッパ68内に投入された原料土は原料土搬送装置67により定量ずつ搬送され、この原料土搬送装置67上の原料土には、改良材供給装置69から目標の混合比に応じた所定量の改良材が供給され、これらの原料土と改良材とは原料土搬送装置67により混合機63内に供給される。混合機63では前記原料土と改良材を混合し、混合されてできた改良土(製品)は改良土搬送装置70によって車体61の後方へ搬送され、外部のダンプトラックに積載されたり、地面上に堆積されたりする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平11−165878号公報に記載されたような自走式土質改良装置には、以下の問題がある。
改良土を製品として生産する上で、生産効率を上げて生産コストを下げることや、生産計画に基づいて精度良く生産管理すること等は非常に重要なことである。ところが、上記自走式土質改良装置で生産される改良土(製品)の時間当りの生産量が、下記のような様々な要因によってばらつくことがある。例えば、原料土搬送装置67によって搬送される原料土量が、原料土ホッパ68内の積み込み量、原料土の種類、該搬送装置67の駆動モータのトルク変動等によってばらつく。また、改良材供給装置69から供給される改良材量が、該供給装置69の改良材ホッパ内の貯溜量、改良材の比重の変動、該供給装置69の供給モータのトルク変動等によってばらつく。さらに、改良土搬送装置70で搬送される改良土量が、該搬送装置70の駆動モータのトルク変動等によってばらつく。これらのばらつき要因によって、改良土の時間当りの生産量はばらつくので、改良土の生産管理を精度良く行なうことができないという問題がある。また、時間当りの原料土供給量および改良材供給量がそれぞればらつくことにより、混合比がばらつき、混合比の精度の良い改良土を得難いという問題もある。
【0007】
本発明は、上記の問題点に着目してなされ、正確な生産管理ができ、また混合比を精度良く制御できる土質改良装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第1発明は、土質改良装置において、
原料土の時間当りの目標処理量を設定する目標処理量設定手段と、
原料土の実処理量を時系列的に検出する実原料土量検出手段と、
前記実原料土量検出手段の検出値から、原料土の時間当りの実処理量を算出する実原料土量算出手段と、
原料土フィーダの速度を検出する原料土フィーダ速度検出手段と、
原料土フィーダ速度検出手段により検出した原料土フィーダ速度に基づき、原料土の時間当りの予測供給量を算出する予測原料土量算出手段と、
前記実原料土量算出手段で算出した原料土の時間当りの実処理量と、前記予測原料土量算出手段で算出した、原料土の時間当りの目標処理量としての予測供給量とを比較する第1の比較手段と、
この第1の比較手段の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段で設定された原料土の時間当りの目標処理量から求めた原料土フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により原料土フィーダの速度を制御する原料土フィーダ速度修正手段とを備えた構成としている。
【0009】
第1発明によると、原料土の時間当りの目標処理量を設定し、実作業中に実際の原料土の処理量を検出してフィードバックし、前記目標処理量と実処理量との比較結果に基づき、実処理量が目標処理量に等しくなるように原料土フィーダの速度を修正して制御するので、原料土の時間当りの処理量を精度良く制御できる。このため、適切な原料土フィーダの速度に制御することにより生産性や混合性を適正な値に維持することが可能となると共に、生産管理を正確に行なうことができる。また、混合比を精度良く制御可能となるので、良質の改良土を製作できる。
【0010】
第2発明は、第1発明において、前記実原料土量検出手段は、原料土を混合機に供給する原料土フィーダ部、または混合機から改良土を外部に排出する改良土排出コンベヤ部に設けたコンベヤスケールであることを特徴としている。
【0011】
第2発明によると、原料土の実処理量は、原料土フィーダ部または改良土排出コンベヤ部に設けたコンベヤスケールによって検出されるので、簡単な構成で、かつ正確に検出できる。
【0012】
第3発明は、土質改良装置において、
改良材の時間当りの目標添加処理量を設定する目標処理量設定手段と、
改良材の実添加処理量を時系列的に検出する実改良材量検出手段と、
前記実改良材量検出手段の検出値から、改良材の時間当りの実添加処理量を算出する実改良材量算出手段と、
改良材フィーダの速度を検出する改良材フィーダ速度検出手段と、
改良材フィーダ速度検出手段により検出した改良材フィーダ速度に基づき、改良材の時間当りの予想添加量を算出する予測改良材量算出手段と、
前記実改良材量算出手段で算出した改良材の時間当りの実添加処理量と、前記予測改良材量算出手段で算出した、改良材の時間当りの目標添加処理量としての予測添加量とを比較する第2の比較手段と、
この第2の比較手段の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段で設定された改良材の時間当りの目標添加処理量から求めた改良材フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により改良材フィーダの速度を制御する改良材フィーダ速度修正手段とを備えた構成としている。
【0013】
第3発明によると、原料土と共に改良材の時間当りの目標添加処理量を設定し、実作業中に改良材の実添加処理量を検出してフィードバックし、前記目標添加処理量と実添加処理量とを比較した結果に基づき、実添加処理量が目標添加処理量と等しくなるように改良材フィーダの速度を修正して制御するので、改良材の時間当りの添加処理量を精度良く制御できる。このため、目標の所定混合比に正確に制御することが可能となり、良質の改良土を製作できる。
【0014】
第4発明は、第3発明において、前記実改良材量検出手段は、改良材を貯溜する改良材ホッパと、該改良材ホッパ部に設けて、改良材ホッパ部の重量を測定するロードセルとを組み合わせてなることを特徴としている。
【0015】
第4発明によると、改良材の実添加処理量を、改良材ホッパと、改良材ホッパ部の重量を測定するロードセルとを組み合わせて検出するので、従来の例えば改良材添加体積を測定してから比重等のデータを用いて改良材重量に換算する方式に比べて、改良材の添加重量を正確に検出することができる。これにより、より正確に混合比を管理できると共に、改良土の生産量も精度良く管理できる。
【0016】
第5発明は、土質改良装置において、
原料土の時間当りの目標処理量、および改良材の時間当りの目標添加処理量を設定する目標処理量設定手段と、
原料土の実処理量を時系列的に検出する実原料土量検出手段と、
前記実原料土量検出手段の検出値から、原料土の時間当りの実処理量を算出する実原料土量算出手段と、
原料土フィーダの速度を検出する原料土フィーダ速度検出手段と、
原料土フィーダ速度検出手段により検出した原料土フィーダ速度に基づき、原料土の時間当りの予測供給量を算出する予測原料土量算出手段と、
前記実原料土量算出手段で算出した原料土の時間当りの実処理量と、前記予測原料土量算出手段で算出した、原料土の時間当りの目標処理量としての予測供給量とを比較する第1の比較手段と、
この第1の比較手段の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段で設定された原料土の時間当りの目標処理量から求めた原料土フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により原料土フィーダの速度を制御する原料土フィーダ速度修正手段と、
改良材の実添加処理量を時系列的に検出する実改良材量検出手段と、
前記実改良材量検出手段の検出値から、改良材の時間当りの実添加処理量を算出する実改良材量算出手段と、
改良材フィーダの速度を検出する改良材フィーダ速度検出手段と、
改良材フィーダ速度検出手段により検出した改良材フィーダ速度に基づき、改良材の時間当りの予想添加量を算出する予測改良材量算出手段と、
前記実改良材量算出手段で算出した改良材の時間当りの実添加処理量と、前記予測改良材量算出手段で算出した、改良材の時間当りの目標添加処理量としての予測添加量とを比較する第2の比較手段と、
この第2の比較手段の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段で設定された改良材の時間当りの目標添加処理量から求めた改良材フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により改良材フィーダの速度を制御する改良材フィーダ速度修正手段とを備えたことを特徴としている。
【0017】
第5発明によると、原料土の実処理量および改良材の実添加処理量を、それぞれ原料土の目標処理量および改良材の目標添加処理量に等しくなるように精度良く制御できるので、改良土の生産量を正確に管理して生産管理が容易にできると共に、改良土の混合比の精度を精度良く制御できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係る土質改良装置の適用例としての自走式土質改良装置の側面図であり、図2は図1のX視図で、改良材ホッパ取付部の正面図を表す。図1において、自走式土質改良装置1はクローラ式走行装置を有する下部走行体62を備え、下部走行体62の上部に基台3を取付けている。該基台3の前後方向一側上部には原料土を貯溜する原料土ホッパ5を備え、原料土ホッパ5の下方にはその排出口から原料土を搬送するコンベヤ等からなる原料土フィーダ8を配設している。原料土ホッパ5の排出口には、原料土を原料土ホッパ5内から掻き出して前記原料土フィーダ8と協働で搬送する掻き出しロータ5aが回転駆動自在に装着されている。また、基台3の略中央上部には混合機7が搭載されており、前記原料土フィーダ8の搬送下流側端部は前記混合機7の投入口に向けて配設されている。
【0019】
原料土ホッパ5と混合機7との間で、原料土フィーダ8の上方には、改良材を貯溜する改良材ホッパ6が設けられている。また、改良材ホッパ6の下部には回転フィーダの回転速度を制御することにより改良材供給量を制御可能とされた図2に示す改良材フィーダ6bが配設され、さらに該改良材フィーダ6bの下部の改良材排出口には改良材シュータ6aが設けられており、原料土フィーダ8で搬送される原料土の上にこの改良材シュータ6aを経由して改良材が添加されるようになっている。また、前記原料土ホッパ5の排出口とこの改良材シュータ6aとの間には、原料土フィーダ8上の原料土の有無を検出する原料土有無センサ19が設けられている。
【0020】
混合機7内には、供給された原料土および改良材を第1次解砕、混合する1次カッタと、これを第2次混合する2次カッタとを備えている。また、混合機7の下方には、混合機7で原料土と改良材とを解砕、混合して製作した改良土を外部に排出する改良土排出コンベヤ9が配設されており、該改良土排出コンベヤ9の下流側は基台3より前後方向他端側外方に向けて上向きに設けられている。そして、改良土排出コンベヤ9の中間部の所定区間には、該区間のコンベヤ上の改良土の重量を測定するコンベヤスケール12が設けられている。
【0021】
図2に示すように、改良材ホッパ6の下部には改良材添加重量を測定するロードセル11が設けられており、改良材ホッパ6はこのロードセル11を介して基台3上に搭載されている。このロードセル11は、改良材ホッパ6及び改良材フィーダ6bの重量と該改良材ホッパ6及び改良材フィーダ6b内の改良材の重量との合計値を測定している。後述するように、ロードセル11による重量測定値の変化量に応じて、改良材の実添加量を求めるようにしている。
【0022】
次に、図3〜図6により第1実施形態について説明する。
【0023】
図3は、第1実施形態に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、同図によりハード構成を説明する。なお、以下では、原料土の実処理重量または実処理体積を総称して実処理量と、改良材の実添加重量又は実添加体積を総称して実添加量とそれぞれ呼ぶ。また、原料土の予測処理重量または予測処理体積を総称して予測処理量と呼ぶ。
【0024】
目標処理量設定手段21は、時間当りの原料土の目標処理重量又は目標処理体積(以下、両者を総称して目標処理量と呼ぶ)と、時間当りの改良材の目標添加重量又は目標添加体積(以下、両者を総称して目標添加量と呼ぶ)とをそれぞれ設定するものである。この目標処理量設定手段21は、例えばキーボード、設定専用スイッチ、ダイヤル付設定ボリュームなどで構成されている。なお、原料土および改良材の上記目標重量と目標体積とはそれぞれ原料土の比重、改良材の比重を用いて相互に換算できるので、目標重量および目標体積の少なくともいずれか一方の設定で構わない。
本実施形態では、時間当りの原料土の目標処理重量(目標原料土重量Wj)、および改良材の重量添加率Vjを設定し、これに基づいて数式「目標原料土重量Wj×重量添加率Vj」により時間当りの改良材の目標添加重量を求めるようにしている。
【0025】
なお、原料土の目標処理量と、改良材の目標添加量とをそれぞれ設定する代わりに、時間当りの改良土の目標生産重量又は目標生産体積(以下、両者を総称して目標生産量と呼ぶ)と、混合比(例えば、原料土と改良材との重量比、または体積比など)とを設定し、これにより原料土の目標処理量および改良材の目標添加量を算出するようにしてもよい。また、改良土の目標生産重量および目標生産体積は、該改良土の比重を既知とすると、少なくともいずれか一方を設定すればよい。
【0026】
また、データ入力のための操作部18を備えており、オペレータの操作によって操作部18から詳細は後述する原料土比重、添加率(原料土処理重量に対する改良材添加重量の比)、原料土の含水比(単位重量の原料土に含まれる水の重量)、及び改良材比重(改良材比重の初期値)などの値が入力され、作業開始前に予め制御器10に記憶される。
【0027】
また、原料土の実処理量を検出する実原料土量検出手段として、本実施形態では改良土の実生産重量を前記コンベヤスケール12で検出し、この改良土実生産重量に基づいて混合比等を参照して原料土の実処理量を算出する手段を用いている。前記コンベヤスケール12により測定した原料土の実処理重量値、および前記ロードセル11により測定した改良材の重量値は、制御器10に入力される。また、原料土有無センサ19は、例えば原料土フィーダ8上の原料土の搬送高さを検出するリミットスイッチ等で構成されており、この有無検出信号は制御器10に入力される。
【0028】
第1流量制御弁13aは、制御器10が後述の制御処理に基づき演算して求めた原料土フィーダ8の駆動油圧モータ14の流量指令を受けて、図示しない油圧ポンプから吐出された圧油を制御して前記流量指令(停止指令も含む)に応じた流量を出力し、駆動油圧モータ14の回転数を制御している。また、第2流量制御弁13bは、制御器10から改良材フィーダ6bの駆動油圧モータ15の流量指令を受けて、図示しない油圧ポンプから吐出された圧油を制御して前記流量指令(停止指令も含む)に応じた流量を出力し、駆動油圧モータ15の回転数を制御している。これらの駆動油圧モータ14,15の回転数は速度センサ16,17によりそれぞれ検出され、制御器10にフィードバックされている。
【0029】
また、切換弁23は改良土排出コンベヤ9の駆動油圧モータ24を駆動または停止するものであり、制御器10からの駆動または停止指令を受けて、図示しない油圧ポンプから吐出された圧油を制御して前記駆動または停止指令に応じた流量を出力し、駆動油圧モータ24を駆動している。
【0030】
制御器10はコンピュータ等の高速演算装置及び図示しない記憶装置を有しており、前記目標処理量設定手段21により設定された原料土目標処理量、改良材目標添加処理量、および操作部18から入力した改良材重量添加率(混合比)、原料土密度、改良材比重等の各データをこの記憶装置に予め記憶する。そして、実制御時には、前記コンベヤスケール12により所定時間毎に測定した改良土の実生産量、および前記ロードセル11により所定時間毎に測定した改良材の実添加量を入力し、これらの入力データに基づき後述の所定の演算処理を行ない、原料土の時間当りの実処理量と前記記憶した目標処理量との比較結果、および改良材の時間当りの実添加処理量と前記記憶した目標添加処理量との比較結果に基づいて、原料土フィーダ8および改良材フィーダ6bの速度を修正して制御し、改良土(原料土と改良材の混合)の時間当りの実生産量が目標生産量に等しくなるようにする。このとき、改良土の時間当りの実生産量が目標生産量に対して所定値以上ばらついたときには、警報手段22によって外部に知らしている。
【0031】
警報手段22は、制御器10からの警報指令を受けて、土質改良装置のオペレータに、改良土の時間当りの生産量が目標生産量に対して所定値以上ばらついたことを警報するものであり、ブザーやチャイム等の警報器、パトライトやランプ表示器等の表示器、及び警報メッセージやエラー番号等を表示する文字表示器の組み合わせにより構成されている。
【0032】
次に、図4に示す制御機能ブロック図に基づき、第1実施形態に係る制御器10の演算処理手順を説明する。なお、図4で、各機能を表すブロック内にはオペレータにより設定されるデータ、演算により求められるそれぞれのデータ名、またはその機能等を記載している。
【0033】
オペレータは、予め、時間当りの目標原料土重量Wj、原料土密度q、重量添加率Vj、含水比j、原料土体積修正係数Kw、改良材比重C及び改良材比重修正係数Kvなどを制御器10に設定しておく。ここで、目標原料土重量Wjは原料土の時間当りの目標処理量(単位:例えばt/H)を表し、原料土密度qは単位体積当りの原料土重量(単位:例えばt/m)を表し、重量添加率Vjは単位重量の原料土に対する改良材の重量添加割合(単位:例えば%)を表し、また含水比jは単位重量の原料土内の水分の重量比(単位:例えば%)を表している。また、原料土体積修正係数Kwは、詳細は後述するように使用原料土重量の実績(実測値に略近い)と目標値とのずれに応じて目標作業量の原料土体積を修正するための係数で、その初期値は通常1に設定される。さらにまた、改良材比重Cは単位体積当りの改良材の重量(単位:例えばt/m)であり、改良材比重修正係数Kvは、目標改良材添加体積を演算するために用いる前記改良材比重Cを、改良材添加重量の実測値と目標値とのずれに応じて修正するための係数で、その初期値は通常1に設定される。
【0034】
制御器10は制御開始時に、まず、原料土体積演算部27で、前記設定された目標原料土重量Wj及び原料土密度qに基づき、目標作業量として、時間当り処理する原料土体積WT(単位:例えばm/H)を数式「WT=Wj/q」により求める。
【0035】
そして、制御時は、まず理論原料土体積演算部28で、この求めた時間当りの原料土体積WTと、前記設定された原料土体積修正係数Kwとに基づき、時間当り処理する理論原料土体積W0を数式「W0=WT/Kw」によって求める。
次に、原料土フィーダ目標速度演算部29で、上記求めた時間当りの理論原料土体積W0を満たす原料土フィーダ8の目標速度を演算し、これを速度指令Caとして出力する。そして、原料土フィーダ速度制御部30は、この速度指令Caと、原料土フィーダ8の速度センサ16からの速度フィードバック信号との偏差値に応じて前記流量制御弁13の第1制御弁13aの流量を制御し、原料土フィーダ8の駆動油圧モータ14の回転数を制御する。
【0036】
また、制御器10は制御開始時に、まず改良材添加重量比演算部32で、前記設定された原料土密度q、重量添加率Vj及び含水比jに基づき、単位体積当りの原料土から水分を除いた真の原料土に対する改良材の添加重量比V(単位:例えばkg/m)を、数式「V=q×Vj×(1−j)」によって求める。
【0037】
そして、制御時は、まず理論改良材添加体積比演算部34で、前記求めた真の原料土に対する改良材の添加重量比Vと、前記設定された改良材比重修正係数Kvによって修正された改良材比重Cn(=Cn-1×Kv、但しnは所定サーボ演算周期時間毎の演算回数を表す)とに基づき、原料土に対する改良材添加体積を表す理論改良材添加体積比VL (単位:例えばリットル/m)を数式「VL =V/Cn」によって演算する。次に、改良材添加速度演算部35で、この求めた理論改良材添加体積比VL と、前記求めた時間当り処理する原料土体積WTとに基づき、時間当りの添加する改良材を表す改良材添加速度Q(単位:例えばリットル/H)を数式「Q=WT×VL 」によって演算し、これを改良材添加速度目標値として出力する。
【0038】
さて一方、原料土有無センサ19による原料土有無状態の検出信号は、積分器31および改良材フィーダ目標速度演算部36に入力される。
【0039】
改良材フィーダ目標速度演算部36では、前記改良材添加速度演算部35で求めた上記改良材添加速度Qの目標値を満たす改良材フィーダ6bの駆動油圧モータ15の速度を求め、これを速度指令Cbとして出力する。なお、この速度指令Cbは、改良材フィーダ6bの駆動油圧モータ15の回転速度と改良材添加量との関係を表す関係式又はデータテーブルに基づいて求められる。このとき、原料土有無センサ19から原料土無しの信号を入力している間は、上記速度指令Cbを強制的に零として、改良材添加を一時停止する。そして次に、改良材フィーダ速度制御部37で、この求めた速度指令Cbと、改良材フィーダ6bの速度センサ17からの速度フィードバック信号との偏差値に応じて前記流量制御弁13の第2制御弁13bの流量を制御し、改良材フィーダ6bの駆動油圧モータ15の回転数を制御する。
【0040】
次に、積分器39では、速度センサ17からの速度フィードバック信号に基づく改良材フィーダ6bの速度の積分値S1を所定単位時間T0(例えば1時間)の間演算する。
次に、改良材添加重量積算値演算部40で、この積算値S1と、前記改良材比重Cnとから、前記駆動油圧モータ15の回転速度と改良材添加量との関係に基づき、所定単位時間T0当りの改良材添加重量の積算値Vsを数式「Vs=S1×Cn」によって求める。なお、この改良材添加重量積算値Vsは、図示しない表示器に表示される。
【0041】
次に、積分器31で速度センサ16からの速度フィードバック信号に基づく原料土フィーダの速度積分値S2(つまり、原料土の搬送距離を表す)を所定単位時間T0(例えば1時間)の間演算する。このとき、前記原料土有無センサ19から原料土無しの信号を入力している間は、上記速度積分値S2を強制的に零として、その間の原料土処理量を加算しないようにする。そして、原料土体積積算値演算部42で、この速度積算値S2と、予め設定された原料土の搬送面積U(すなわち、原料土フィーダの幅×原料土高さ)と、前記原料土体積修正係数Kwとから、所定単位時間T0当りの原料土体積積算値Waを数式「Wa=S2×U×Kw」によって求める。なお、この原料土体積積算値Waは、所定単位時間T0当りの処理された原料土体積の予測値となる。
【0042】
そして、第1原料土重量積算値演算部43で、この求めた所定単位時間T0当りの原料土体積積算値Waと前記原料土密度qとに基づき、所定単位時間T0当りの原料土処理重量の予測値として、第1原料土重量積算値Wwを数式「Ww=Wa×q」によって演算する。
【0043】
また一方、改良土排出コンベヤ9に設けられたコンベヤスケール12により所定計測時間毎に測定された改良土重量値を、改良土測定重量積算値演算部45で所定単位時間T0(例えば1時間)の間積分して改良土測定重量積算値(以下、実改良土生産重量という)を求める。そして、次に、実原料土重量値演算部47で、この求めた実改良土生産重量から、実改良材添加量としての前記演算した所定単位時間T0当りの改良材添加重量積算値Vsを差し引いて所定単位時間T0当りの実原料土重量値Wsとして求める。
【0044】
さらに、原料土重量補正率演算部48で、この求めた所定単位時間T0当りの実原料土重量値Wsと、所定単位時間T0当りの目標原料土重量としての前記第1原料土重量積算値Wwとの比Mを求める。
次に、原料土体積修正係数演算部25で、この求めた比Mとこれまでの原料土体積修正係数Kwとを用いて、数式「Kw×M」により新たな原料土体積修正係数Kwを求めてこれを更新する。
これにより、所定単位時間T0当りの原料土の実処理重量が、前記設定された目標原料土重量Wjと等しくなるように制御する。
【0045】
また、実改良材添加重量値演算部46は、ロードセル11で測定した重量値に基づき所定単位時間T0の間の実改良材添加重量値Vaを演算する。すなわち、所定計測時間毎のロードセル11による重量測定値とその前回測定値との差がその間の実改良材添加重量であり、この実改良材添加重量を所定単位時間T0の間に積算して、上記実改良材添加重量値Vaを求めている。
【0046】
次に、改良材比重補正率演算部49で、この求めた所定単位時間T0当りの実改良材添加重量値Vaと、目標改良材重量値としての、前記求めた所定単位時間T0当りの改良材添加重量積算値Vsとの比Pを求める。そして、改良材比重修正係数演算部26で、この求めた比Pとこれまでの改良材比重修正係数Kvとを用いて、数式「Kw×P」により新たな改良材比重修正係数Kvを求め、これを更新する。
【0047】
一方、目標処理量設定手段21により、所定単位時間T0当りの原料土の目標処理重量(目標原料土重量Wj)と、改良材の目標添加重量(本例では「目標原料土重量Wj×重量添加率Vj」で求められる)とが設定されている。
【0048】
そして、処理量比較手段53では、所定単位時間T0毎に、上記で求めた所定単位時間T0当りの実原料土重量値Wsと、前記設定された原料土の目標処理重量(目標原料土重量Wj)との比較、および上記で求めた所定単位時間T0当りの実改良材添加重量値Vaと、前記設定された改良材の目標添加重量との比較を、それぞれ行なう。そして、実原料土重量値Wsと原料土の目標処理重量との差値が所定許容値以上のとき、及び/又は、実改良材添加重量値Vaと改良材の目標添加重量との差値が所定許容値以上のときには、警報指令を警報手段22に出力する。
【0049】
以上の処理を繰り返すことにより、改良材添加重量の実測値と目標値とのずれの大きさに応じて、制御演算時に用いる改良材比重の大きさを補正することができ、このため、改良材比重の初期設定値が実際値と異なっていても次第に適正値に補正され、これに基づいて改良材添加量及び原料土処理量が補正されて制御される。従って、図11に示すように改良材重量実測値の減少カーブが目標に略等しくなる、つまり改良材の時間当りの添加処理量(添加速度)が目標値に等しくなるように制御される。
【0050】
また、原料土処理重量の実測値と目標値とのずれの大きさに応じて、制御演算時に用いる原料土体積すなわち原料土目標処理量の大きさを適正に補正することができる。このため、改良材比重の設定値が実際値と異なっていたり、改良材フィーダ、原料土フィーダ等の駆動速度にばらつきがあっても、これらが適正値に補正され、これに基づいて時間当りの原料土処理量が補正されて制御される。従って、原料土の時間当りの実処理重量が目標値に略等しくなるように制御されるので、混合比精度が非常に良い改良土を製作できる。
【0051】
ここで、実改良材添加重量値演算部46での演算処理方法について図5〜図7により詳細に説明する。図5は、ロードセル11で測定した重量値の経過時間に対する変化を示している。
ロードセル11で測定した重量値は改良材ホッパ6と改良材フィーダ6b及びそれらの中に貯溜されている改良材の合計重量を示しており、土質改良作業で改良材が添加されるに従ってその添加量に応じた傾斜角度で減少する。所定のサーボ演算周期時間Δtの間隔を有する時刻t1,t2の時に読み込まれたロードセル11の測定値の差値が、前回演算処理時から今回演算処理時までの間の改良材添加重量ΔVに相当する。そして、この改良材添加重量ΔVの積算値を実測改良材添加重量積算値Vaとする。
【0052】
一方、改良材ホッパ6内の貯溜改良材量が減少すると、作業員は新たな改良材袋から改良材ホッパ6内に投入するので、重量測定値は図6に示すようにステップ状に増加する。また、作業員が改良材ホッパ6回りの監視やメンテナンス等を行なう場合には改良材ホッパ6部に昇降して作業することがあり、この場合にも図7に示すようにステップ状の重量測定値の増減が起こる。また、自走式土質改良装置の場合、走行しながら改良作業を行っている時に車体の振動に伴って重量測定値が変動することもある。このような重量測定値の急激な増減は、前述の実測改良材添加重量積算値Vaの演算処理においては誤差要因(ノイズ)となるので、この影響を除去するために以下の処理が成される。
【0053】
(誤差要因の発生判定)
下記の少なくともいずれかの場合に、誤差要因の発生と判定される。
(1)重量測定値がこれまでの減少傾向による予測ラインから所定値以上大きく外れたとき
(2)重量測定値が所定値以上の傾斜角で急激に変化したとき
【0054】
(誤差要因の除去処理)
誤差要因の発生と判定したら、次のような処理が行なわれる。
(1)その時の急激な変化分の測定値は無視し、前述の原料土体積修正係数Kw及び改良材比重修正係数Kvの更新による補正演算を中止し、それまでの係数を用いて制御演算処理を行う。補正演算の中止の間は、チャイム等を鳴らしたり、警告ランプ等を点灯したり、警告メッセージを表示したりなど、オペレータに対して注意を促すようにする。
(2)誤差要因の発生後、重量測定値の急激な変化が安定したら、上記補正演算中止処理を自動的に解除し、測定値に基づく改良材添加重量及び実測改良材添加重量積算値Vaの演算を行ない、これによる上記各係数の更新、及びこの更新による補正演算を再開する。
なお、補正演算中止処理の解除方法としては上記に限らず、例えば、図示しない解除スイッチ等を設けてオペレータが改良材投入の完了後やメンテナンスで改良材ホッパ6部から降りた後にこの解除スイッチ等を手動で操作したとき、または所定時間経過後に自動的に、解除するようにしても構わない。
【0055】
このようにして、改良材重量の測定値に外乱が生じても、この外乱の影響を除去するように演算処理しているので、正確に改良材重量を測定でき、精度の良い混合比の改良土を製作できる。
また、エア圧送によって改良材を投入する場合の比重の変化や、改良材ホッパの上部と下部での比重の変化等があっても、正確に改良材の添加重量を管理できる。
【0056】
(実施例)
つぎに、上記構成による詳細な作動を、具体的な実施例で説明する。
いま、時間当り原料土体積WTが60m/Hであり、原料土体積修正係数Kwが初期値1.0であると仮定する。作業が開始されると、まず数式「W0=WT/Kw=60/1.0」によって、時間当りの理論原料土体積W0を60m/Hとして求める。そして、この理論原料土体積W0=60m/Hに対する原料土フィーダ8の目標速度指令Caを求め、この指令Caにより原料土フィーダ8の駆動油圧モータ14の回転数を制御する。そして、この間、原料土フィーダ8の速度を1時間(所定単位時間T0)の間に積分し、この積分値S2に基づき、数式「Wa=S2×U×Kw」によって1時間当りの原料土体積積算値Waを求め、さらに数式「Ww=Wa×q」によって1時間当りの原料土処理重量の予測値としての第1原料土重量積算値Wwを演算する。この第1原料土重量積算値Wwが60m/Hになったとする。つぎに、コンベヤスケール12により求めた1時間当りの実改良土生産重量から、実改良材添加量としての改良材添加重量積算値Vsを差し引いて、1時間当りの原料土の実処理重量(実原料土重量値Ws)を演算する。この求めた実処理重量が50m/Hであったとすると、実処理重量と目標原料土重量(第1原料土重量積算値Ww)との比Mとして「50m/H/60m/H=5/6」を得る。この後、数式「Kw×M」により新たな原料土体積修正係数Kwは5/6に更新される。
【0057】
次に、上記新たな原料土体積修正係数K(=5/6)に基づき、数式「W0=60/(5/6)」によって、時間当りの理論原料土体積W0が72m/Hとなる。この72m/Hになるように、前記同様に、原料土フィーダ8の目標速度が演算されて、原料土フィーダ8が制御され、この間原料土フィーダ8の速度を1時間の間に積分し、この積分値S2に基づき、数式「Wa=S2×U×Kw」によって1時間当りの原料土体積積算値Waを求め、さらに数式「Ww=Wa×q」によって1時間当りの第1原料土重量積算値Wwを演算する。このとき、理論原料土体積W0が72m/Hであるから「S2×U」は略72m/Hに等しくなるが、今回は「Kw=5/6」であるから、前記原料土体積積算値Waも60m/Hにほぼ等しくなり、第1原料土重量積算値Wwが60m/Hにほぼ等しいとする。そして、今回、コンベヤスケール12により求めた1時間当りの実改良土生産重量に基づき、1時間当りの原料土の実処理重量(実原料土重量値Ws)を演算して、この実処理重量が62m/Hであったとすると、実処理重量と目標原料土重量(第1原料土重量積算値Ww)との比Mとして「62/60=1.03」を得る。この後、数式「Kw×M」により新たな原料土体積修正係数Kwは「(5/6)×1.03=0.86」に更新される。
以後、上記と同様に繰り返される。
【0058】
本実施形態により、次の効果が得られる。
原料土の時間当りの目標処理量(重量又は体積で可)と実処理量とを比較し、その比較結果に基づき原料土の実供給速度(すなわち原料土フィーダの速度指令)を修正して、時間当りの実処理量が目標処理量と等しくなるように制御している。これにより、原料土フィーダの駆動モータトルクのばらつき、原料土ホッパ5内の積み込み量のばらつき、原料土の種類(比重)の変動等があっても、原料土の時間当りの実処理量を目標処理量に対して精度良く管理することができる。
【0059】
また、改良材の時間当りの目標添加量(重量又は体積で可)と実添加量とを比較し、その比較結果に基づき改良材の実添加速度(すなわち改良材フィーダの速度指令)を修正して、時間当りの実添加量が目標添加量と等しくなるように制御している。これにより、改良材フィーダの駆動モータトルクのばらつき、改良材ホッパ6内の積み込み量のばらつき、改良材の比重の変動等があっても、改良材の時間当りの実添加量を目標添加量に対して精度良く管理することができる。
【0060】
この結果、原料土と改良材とを混合した改良土の時間当りの実生産量を、目標生産量にほぼ等しく制御することができるので、生産計画に沿った改良土の生産管理を精度良く行うことができる。従って、生産速度を常に正確に管理できると共に、所定の適正な生産速度を維持して効率的で、かつ低コストに生産ができる。また、原料土と改良材との混合比を、目標値(所望値)に対して常に精度良く制御できるので、品質の良い改良土を製作できる。
【0061】
原料土の実処理量を、改良土搬送コンベヤに設けた、排出される改良土の重量を測定するコンベヤスケールで測定するか、または、原料土フィーダに設けた、混合機に供給する原料土の重量を測定するコンベヤスケールで測定するから、簡単で、コンパクトな構成により正確に測定ができる。
【0062】
また、改良材の実添加量を、改良材ホッパ、改良材フィーダ、およびこれらの内部に貯溜された改良材のそれぞれの重量を加算した全重量を測定するロードセルにより測定するので、重量測定センサ部が頑丈であり、また所定測定時毎の測定値の差を積算することによって、正確に測定ができる。
【0063】
原料土の時間当りの実処理量(例えば実原料土重量値Ws)と目標処理量との差値が所定許容値以上のとき、及び/又は、改良材の時間当りの実添加処理量(例えば実改良材添加重量値Va)と改良材の目標添加処理量との差値が所定許容値以上のときには、警報によって知らせるので、オペレータはこの異常に対して直ぐに対応できる。このため、異常状態での生産に気付かずに長時間生産を継続することによる不具合の発生を未然に防止できる。
【0064】
次に、図8〜図9により、第2実施形態を説明する。なお、これらの図において、前記第1実施形態の図3,4に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付して、ここでは説明を省く。
まず、図8に示す制御装置のハード構成ブロック図により、ハード構成を説明する。本実施形態では、原料土の実処理量を検出する実原料土量検出手段として、第1実施形態における改良土の実生産重量を測定するコンベヤスケール12の代わりに、原料土フィーダ8の前記改良材シュータ6aよりも原料土ホッパ5寄りに、原料土ホッパ5から供給された原料土の実処理重量を測定するコンベヤスケール12aを設けている。コンベヤスケール12aの測定値は、制御器10に入力される。他のハード構成は、第1実施形態と同様である。
【0065】
制御器10はコンピュータ等の高速演算装置及び図示しない記憶装置を有しており、前記目標処理量設定手段21から入力した改良土目標生産量、および操作部18から入力した改良材重量添加率(混合比)、原料土密度、改良材比重等の各データ(または、原料土目標処理量、改良材目標添加量、改良材比重等の各データでもよい)をこの記憶装置に予め記憶する。そして、実制御時には、前記コンベヤスケール12aにより所定時間毎に測定した原料土の実処理量、および前記ロードセル11により所定時間毎に測定した改良材の実添加量を入力し、これらの入力データに基づき後述の所定の演算処理を行ない、原料土の時間当りの実処理量と前記記憶した目標処理量との比較結果に基づいて、原料土フィーダ8および改良材フィーダ6bの速度を修正して制御し、原料土の時間当りの実処理量を目標処理量に等しくなるようにする。このとき、原料土の時間当りの実処理量が目標処理量に対して所定値以上ばらついたときには、警報手段22によって外部に警報指令を出力している。
【0066】
次に、図9により、機能構成を説明する。
第1実施形態における改良土測定重量積算値演算部45および実原料土重量値演算部47の代わりに、実原料土重量値演算部47aを設けている。
この実原料土重量値演算部47aは、原料土フィーダ8に設けられたコンベヤスケール12aにより所定計測時間毎に測定された原料土重量値を、所定単位時間T0(例えば1時間)の間積分して、所定単位時間T0当りの実原料土重量値Wsを求める。
【0067】
第2実施形態によると、以下の効果が得られる。
原料土の実処理量を、原料土フィーダに設けた、混合機に供給する原料土の重量を測定するコンベヤスケールで測定するから、簡単で、コンパクトな構成により正確に測定ができる。また、原料土の実処理量を直接測定するので、演算誤差等が少なくなり、測定精度が良い。その他の効果は、第1実施形態と同様であるので、説明を省く。
【0068】
なお、以上の実施形態では、改良材重量の測定手段にロードセルを用いた例で説明したが、これに限定されず、例えば歪ゲージ、又はコンベヤスケール等を用いてもよい。
また、自走式土質改良装置としてクローラ式走行装置を有する例で説明したが、車輪式であってもよい。
【0069】
以上説明したように、本発明によると以下の効果が得られる。
土質改良装置において、原料土の時間当りの実処理量と目標処理量とを比較した結果に基づき、混合機への原料土供給速度を修正して制御し、また、改良材の時間当りの実添加量と目標添加量とを比較した結果に基づき、原料土への添加速度を修正して制御しているので、原料土および改良材の時間当りの実処理量をそれぞれの目標値にほぼ等しくできる。このため、改良土の時間当りの実生産量を生産計画に沿って精度良く制御できるので、改良土の生産管理が精度良くできる。従って、適正な生産速度を正確に維持できるので、生産効率が上がり、改良土を低コストで生産できる。さらに、原料土と改良材との混合比を高精度に管理でき、高品質の改良土を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自走式土質改良装置の側面図である。
【図2】図1のX視図である。
【図3】第1実施形態に係る制御装置の構成ブロック図である。
【図4】第1実施形態の制御機能ブロック図である。
【図5】ロードセルで測定した重量値の経過時間に対する変化図である。
【図6】改良材投入時の重量測定値の変化図である。
【図7】改良材ホッパ部に人が昇降した場合の重量測定値の変化図である。
【図8】第2実施形態に係る制御装置の構成ブロック図である。
【図9】第2実施形態の制御機能ブロック図である。
【図10】従来技術に係る自走式土質改良装置の側面図である。
【符号の説明】
1…自走式土質改良装置、2…下部走行体、3…基台、5…原料土ホッパ、6…改良材ホッパ、6a…改良材シュータ、6b…改良材フィーダ、7…混合機、8…原料土フィーダ、9…改良土排出コンベヤ、10…制御器、11…ロードセル、12,12a…コンベヤスケール、13,13a,13b…流量制御弁、14,15…駆動油圧モータ、16,17…速度センサ、18…操作部、19…原料土有無センサ、21…目標処理量設定手段、22…警報手段、23…切換弁、24…駆動油圧モータ、25…原料土体積修正係数演算部、26…改良材比重修正係数演算部、27…原料土体積演算部、28…理論原料土体積演算部、29…原料土フィーダ目標速度演算部、30…原料土フィーダ速度制御部、31…積算器、32…改良材添加重量比演算部、34…理論改良材添加体積比演算部、35…改良材添加速度演算部、36…改良材フィーダ目標速度演算部、37…改良材フィーダ速度制御部、39…積分器、40…改良材添加重量積算値演算部、41…、42…原料土体積積算値演算部、43…第1原料土重量積算値演算部、44…、45…改良土測定重量積算値演算部、46…実改良材添加重量値演算部、47…実原料土重量値演算部、48…原料土重量補正率演算部、49…改良材比重補正率演算部、53…処理量比較手段。

Claims (5)

  1. 土質改良装置において、
    原料土の時間当りの目標処理量を設定する目標処理量設定手段(21)と、
    原料土の実処理量を時系列的に検出する実原料土量検出手段(12)と、
    前記実原料土量検出手段(12)の検出値から、原料土の時間当りの実処理量を算出する実原料土量算出手段(47a)と、
    原料土フィーダ(8)の速度を検出する原料土フィーダ速度検出手段(16)と、
    原料土フィーダ速度検出手段(16)により検出した原料土フィーダ速度に基づき、原料土の時間当りの予測供給量を算出する予測原料土量算出手段(43)と、
    前記実原料土量算出手段(47a)で算出した原料土の時間当りの実処理量と、前記予測原料土量算出手段(43)で算出した、原料土の時間当りの目標処理量としての予測供給量とを比較する第1の比較手段(48)と、
    この第1の比較手段(48)の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段(21)で設定された原料土の時間当りの目標処理量から求めた原料土フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により原料土フィーダ(8)の速度を制御する原料土フィーダ速度修正手段(25)とを
    備えたことを特徴とする土質改良装置。
  2. 請求項1記載の土質改良装置において、
    前記実原料土量検出手段(12a)は、原料土を混合機に供給する原料土フィーダ部(8)、または混合機から改良土を外部に排出する改良土排出コンベヤ部(9)に設けたコンベヤスケールである
    ことを特徴とする土質改良装置。
  3. 土質改良装置において、
    改良材の時間当りの目標添加処理量を設定する目標処理量設定手段(21)と、
    改良材の実添加処理量を時系列的に検出する実改良材量検出手段(11)と、
    前記実改良材量検出手段(11)の検出値から、改良材の時間当りの実添加処理量を算出する実改良材量算出手段(46)と、
    改良材フィーダ(6b)の速度を検出する改良材フィーダ速度検出手段(17)と、
    改良材フィーダ速度検出手段(17)により検出した改良材フィーダ速度に基づき、改良材の時間当りの予想添加量を算出する予測改良材量算出手段(40)と、
    前記実改良材量算出手段(46)で算出した改良材の時間当りの実添加処理量と、前記予測改良材量算出手段(40)で算出した、改良材の時間当りの目標添加処理量としての予測添加量とを比較する第2の比較手段(49)と、
    この第2の比較手段(49)の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段(21)で設定された改良材の時間当りの目標添加処理量から求めた改良材フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により改良材フィーダ(6b)の速度を制御する改良材フィーダ速度修正手段(26)とを
    備えたことを特徴とする土質改良装置。
  4. 請求項3記載の土質改良装置において、
    前記実改良材量検出手段(11)は、改良材を貯溜する改良材ホッパ(6)と、該改良材ホッパ(6)部に設けて、改良材ホッパ(6)部の重量を測定するロードセルとを組み合わせてなる
    ことを特徴とする土質改良装置。
  5. 土質改良装置において、
    原料土の時間当りの目標処理量、および改良材の時間当りの目標添加処理量を設定する目標処理量設定手段(21)と、
    原料土の実処理量を時系列的に検出する実原料土量検出手段(12)と、
    前記実原料土量検出手段(12)の検出値から、原料土の時間当りの実処理量を算出する実原料土量算出手段(47a)と、
    原料土フィーダ(8)の速度を検出する原料土フィーダ速度検出手段(16)と、
    原料土フィーダ速度検出手段(16)により検出した原料土フィーダ速度に基づき、原料土の時間当りの予測供給量を算出する予測原料土量算出手段(43)と、
    前記実原料土量算出手段(47a)で算出した原料土の時間当りの実処理量と、前記予測原料土量算出手段(43)で算出した、原料土の時間当りの目標処理量としての予測供給量とを比較する第1の比較手段(48)と、
    この第1の比較手段(48)の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段(21)で設定された原料土の時間当りの目標処理量から求めた原料土フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により原料土フィーダの速度を制御する原料土フィーダ速度修正手段(25)と、
    改良材の実添加処理量を時系列的に検出する実改良材量検出手段(11)と、
    前記実改良材量検出手段(11)の検出値から、改良材の時間当りの実添加処理量を算出する実改良材量算出手段(46)と、
    改良材フィーダ(6b)の速度を検出する改良材フィーダ速度検出手段(17)と、
    改良材フィーダ速度検出手段(17)により検出した改良材フィーダ速度に基づき、改良材の時間当りの予想添加量を算出する予測改良材量算出手段(40)と、
    前記実改良材量算出手段(46)で算出した改良材の時間当りの実添加処理量と、前記予測改良材量算出手段(40)で算出した、改良材の時間当りの目標添加処理量としての予測添加量とを比較する第2の比較手段(49)と、
    この第2の比較手段(49)の比較結果に基づき、前記目標処理量設定手段(21)で設定された改良材の時間当りの目標添加処理量から求めた改良材フィーダ速度の目標値を修正し、この修正した目標値により改良材フィーダ(6b)の速度を制御する改良材フィーダ速度修正手段(26)とを
    備えたことを特徴とする土質改良装置。
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