JP3835576B2 - 油圧さく岩機のピストンストローク制御機構 - Google Patents
油圧さく岩機のピストンストローク制御機構 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、さく孔中にさく孔条件の変化に従って打撃機構のピストンのストロークを変更することのできる油圧さく岩機のストローク制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧さく岩機は、打撃機構と回転機構とを備えており、送り機構によってガイドシェル上を移動し、これらの作動機構によってロッドに打撃と回転と送りを与えてさく孔を行う。
【０００３】
従来、油圧さく岩機の打撃機構としては、図８に示すように、中央に大径部１Ｂその前後に小径部１Ａ、１Ｃを有するピストン１をシリンダ２内に摺嵌して前室３と後室４とを形成し、前室３を高圧回路５へ連通させる前室高圧ポート６と、制御弁７の前後進切換えにより後室４を高圧回路５と低圧回路８とへそれぞれ連通させる後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とを設け、制御弁７の前後進切換えを行う弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁前進制御ポート１３を、ピストン１が後進したとき前室３と連通する位置に設け、その後方に所定距離離隔して弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁後進制御ポート１４と、低圧回路８に連通される排液ポート１５とを設け、ピストン１が前進したとき弁後進制御ポート１４と排液ポート１５とを連通させる排液溝１６をピストン１の大径部１Ｂの外周に設けたものが用いられている。
【０００４】
図８の油圧さく岩機の打撃機構では、制御弁７は次のように構成されている。シリンダ１にバルブプラグ１７を嵌着して、バルブプラグ１７の外周とシリンダ１の内周との間に、ピストン１と同心状の弁室１８を形成し、この弁室１８に円筒状の制御弁７を摺嵌している。弁室１８には、制御弁７の前後進切替えを行なう弁制御室１１と、高圧回路５と連通して制御弁７を後方に付勢する弁規制室１９が設けられ、弁室１８の前端部及び後端部は常時低圧回路８と連通している。
【０００５】
この油圧さく岩機の打撃機構は、制御弁７が前方にある状態では、後室４が給液孔２０で後室高圧ポート９と連通されているので、後室４と前室３とは共に高圧回路５と連通する。ピストン１の後室４側の受圧面積は前室３側の受圧面積より大となっているので、ピストン１は前進する。この状態では、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれており、弁後進制御ポート１４はピストン１の大径部１Ｂで閉じられているので、弁制御回路１２を介して前室３と連通している弁制御室１１は高圧になっている。従って、弁規制室１９と弁制御室１１とは共に高圧であり、弁制御室１１側の受圧面積が弁規制室１９側の受圧面積より大となっているので、制御弁７は前方に保持されている。
【０００６】
ピストン１が前進すると、ピストン１の大径部１Ｂで弁前進制御ポート１３が閉じられ、弁後進制御ポート１４が排液溝１６を介して排液ポート１５と連通するので、弁制御回路１２、弁制御室１１が低圧となる。このとき、弁規制室１９は高圧のままであるから、制御弁７は後進する。制御弁７が後進すると給液孔２０が閉じ排液孔２１が開いて、後室４が後室低圧ポート１０を経て低圧回路８に連通する。前進したピストン１は、ロッド２２の後端を打撃して前進を停止し、後室４が低圧となっているため後進を開始する。
【０００７】
ピストン１が後進すると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれ、弁後進制御ポート１４がピストン１の大径部１Ｂで閉じられるので、弁制御回路１２を介して前室３と連通した弁制御室１１は再び高圧となって制御弁７が前進する。制御弁７が前進すると、後室４が後室高圧ポート９を経て高圧回路５と連通し、後室４の圧力が上昇して、慣性により後進を続けようとするピストン１は制動を受け、後進の運動エネルギーが高圧液の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。後進を停止したピストン１は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルが繰返される。
【０００８】
また、この打撃機構には、さく孔する岩盤の岩質の変化や掘削工法の相違に対応して、打撃力、打撃数を変更するために、弁前進制御ポート１３の前方に所定距離離隔してショートストロークポート２３を設け、ショートストロークポート２３をストローク調整回路２４で弁制御回路１２と接続し、ストローク調整回路２４に開閉可能なストローク調整絞り２５を設けて、ピストン１のストロークを変更できるようにしている。
【０００９】
ストローク調整絞り２５を全開の状態にした場合は、ピストン１が後進するとき、図９に示す位置までくると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるより早く、ショートストロークポート２３が前室３側に開かれて、前室３と弁制御室１１とが弁制御回路１２を介して連通し、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが早くなるので、ピストン１のストロークが短くなり、打撃数が増加して打撃力が小さくなる。
【００１０】
ストローク調整絞り２５を全閉の状態にした場合は、ピストン１が後進するとき、図１０に示す位置まできて弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるまで、前室３と弁制御室１１とは弁制御回路１２を介して連通しないので、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが遅くなり、ピストン１のストロークは最大で、打撃数が減少し打撃力が大きくなる。
【００１１】
そして、ストローク調整絞り２５の開度を調整すれば、制御弁７の切換えのタイミングを調整できるので、ピストン１のストロークを最小から最大まで変更することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のストローク調整絞り２５の開度の調整は、油圧さく岩機本体に設けられた調整ねじで行うようになっていたので、掘削工法の相違に対応して調整するのには差し支えないが、さく孔中に岩質が変化したときこれに対応して打撃機構のピストンのストロークを変更するには、一旦さく孔を停止し、オペレータが運転席からさく岩機の機側まで移動して調整ねじを調整しなければならなず時間と手間を要する。
【００１３】
従って、さく孔中に岩質が変化してストロークを変更すべき場合でも、直ちに対応できずそのまま一定のストロークでさく孔作業が行われるので、さく孔能率が低下する。
【００１４】
この発明は、さく孔中に岩質が変化したとき、これに対応して直ちにピストンのストロークを変更することるできる油圧さく岩機のピストンストローク制御機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の油圧さく岩機のピストンストローク制御機構は、シリンダ内に、中央に大径部その前後に小径部を有するピストンを摺嵌して前室と後室とを形成し、前室を高圧回路へ連通させ、制御弁の前後進切換えによって前記後室を高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後進させる油圧さく岩機の打撃機構において、制御弁の前後進切換えを行う弁制御室に弁制御回路で接続される弁前進制御ポートを、ピストンが後進したとき前室と連通する位置に設け、その後方に所定距離離隔して弁制御室に弁制御回路で接続される弁後進制御ポートと、低圧回路と連通する排液ポートとを設け、ピストンが前進したとき弁後進制御ポートと排液ポートとを連通させる排液溝をピストンの大径部の外周に設け、弁前進制御ポートの前方にショートストロークポートを設け、ショートストロークポートをストローク調整回路で弁制御回路に接続し、ストローク調整回路にパイロット操作可能な絞り弁を設け、絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続することにより油圧さく岩機のピストンストローク制御機構における上記課題を解決している。
【００１６】
絞り弁が開いてショートストロークポートが弁制御回路と連通されている状態では、ピストンが前進行程に入るタイミングが早くなるので、打撃機構のピストンのストロークは最小となり打撃数が増加して打撃力が小さくなる。
【００１７】
絞り弁が閉じてショートストロークポートと弁制御回路との連通が遮断されている状態では、ピストンが前進行程に入るタイミングが遅くなり、打撃機構のピストンのストロークは最大となるので打撃数が減少し打撃力が大きくなる。
【００１８】
絞り弁の開度を調整すれば、制御弁の切換えのタイミングが調整されるので、ピストンのストロークを最小から最大まで変更することができる。そして、絞り弁のパイロットポートが油圧さく岩機の作動機構の作動回路と接続されているので、岩質が変化して油圧さく岩機の作動機構の作動状態が変わると、作動回路の圧力変化によって絞り弁の開度が自動的に調整され、岩質の変化に対応してピストンストロークが制御される。
【００１９】
絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続しているから、オペレータが運転席からピストンストロークを変更することも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図、図２及び図３は絞り弁の説明図である。
【００２１】
ここで、打撃機構Ｄのシリンダ２内にはピストン１が前後（図１上左右）方向へ往復動可能に摺嵌され、ピストン１の前方にはロッド２２が挿着されている。ピストン１は、中央に大径部１Ｂ、その前方に小径部１Ａ、後方に小径部１Ｃを有し、この径の相違により前室３と後室４とを形成している。後方の小径部１Ｃは、前方の小径部１Ａより更に径が小さく、従って、ピストン１は後室４側の受圧面積が前室３側の受圧面積より大である。
【００２２】
シリンダ２には前室３を高圧回路５へ連通させる前室高圧ポート６と、制御弁７の前後進切換えにより後室４を高圧回路５と低圧回路８とへそれぞれ連通させる後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とが設けられている。また、制御弁７の前後進切換えを行う弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁前進制御ポート１３が、ピストン１が後進したとき前室３と連通する位置に設けられ、その後方に所定距離離隔して弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁後進制御ポート１４と、低圧回路８に連通される排液ポート１５とが設けられている。
【００２３】
ピストン１の大径部１Ｂの外周には、ピストン１が前進したとき弁後進制御ポート１４と排液ポート１５とを連通させる排液溝１６が設けられている。
シリンダ１にはバルブプラグ１７が嵌着され、バルブプラグ１７の外周とシリンダ１の内周との間に、ピストン１と同心状の弁室１８が形成されており、この弁室１８に円筒状の制御弁７が摺嵌されている。弁室１８には、制御弁７の前後進切替えを行なう弁制御室１１と、高圧回路５と連通して制御弁７を後方に付勢する弁規制室１９が設けられ、弁室１８の前端部及び後端部は常時低圧回路８と連通している。弁規制室１９側の受圧面積は弁制御室１１側の受圧面積より小となっている。
【００２４】
この油圧さく岩機の打撃機構Ｄは、制御弁７が前方にある状態では、後室４が制御弁７の給液孔２０で後室高圧ポート９と連通されているので、後室４と前室３とは共に高圧回路５と連通する。ピストン１の後室４側の受圧面積は前室３側の受圧面積より大となっているので、ピストン１は前進する。この状態では、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれており、弁後進制御ポート１４はピストン１の大径部１Ｂで閉じられているので、弁制御回路１２を介して前室３と連通している弁制御室１１は高圧になっている。従って、弁規制室１９と弁制御室１１とは共に高圧であり、弁制御室１１側の受圧面積が弁規制室１９側の受圧面積より大となっているので、制御弁７は前方に保持されている。
【００２５】
ピストン１が前進すると、ピストン１の大径部１Ｂで弁前進制御ポート１３が閉じられ、弁後進制御ポート１４が排液溝１６を介して排液ポート１５と連通するので、弁制御回路１２、弁制御室１１が低圧となる。このとき、弁規制室１９は高圧のままであるから、制御弁７は後進する。制御弁７が後進すると給液孔２０が閉じ排液孔２１が開いて、後室４が後室低圧ポート１０を経て低圧回路８に連通する。前進したピストン１は、ロッド２２の後端を打撃して前進を停止し、後室４が低圧となっているため後進を開始する。
【００２６】
ピストン１が後進すると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれ、弁後進制御ポート１４がピストン１の大径部１Ｂで閉じられるので、弁制御回路１２を介して前室３と連通した弁制御室１１は再び高圧となって制御弁７が前進する。制御弁７が前進すると、後室４が後室高圧ポート９を経て高圧回路５と連通し、後室４の圧力が上昇して、慣性により後進を続けようとするピストン１は制動を受け、後進の運動エネルギーが高圧液の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。後進を停止したピストン１は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルが繰返される。
【００２７】
また、この打撃機構Ｄには、さく孔する岩盤の岩質の変化や掘削工法の相違に対応して、打撃力、打撃数を変更するために、弁前進制御ポート１３の前方に所定距離離隔してショートストロークポート２３が設けられ、ショートストロークポート２３はストローク調整回路２４で弁制御回路１２と接続されていて、ストローク調整回路２４の途中には、絞り弁３５が設けられている。
【００２８】
絞り弁３５は、図２に示すように、スプール形の絞り弁で、そのポートＰ1 、Ｐ2 がストローク調整回路２４と接続されており、スプール３６はスプリング３７で付勢されストローク調整回路２４を遮断する位置にオフセットされる。スプール３６のスプリング３７と反対側にはパイロットピストン３８が設けられており、パイロット油室３９の圧力が所定値を越えるとパイロットピストン３８がスプール３６をスプリング３７の付勢力に抗して移動させ、ストローク調整回路２４を連通させるようになっている。
【００２９】
絞り弁３５のパイロットポートＰr は、油圧さく岩機の回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０の正転側作動回路３１と接続されている。また、ポートＬは、ドレン回路３３に接続されている。
【００３０】
通常のさく孔時には、回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０は、圧油が正転側作動回路３１回路から供給され、逆転側作動回路３２から流出し正回転している。一般に、さく孔する岩盤が安定しているいわゆる硬岩のときは回転抵抗は小さく、破砕帯を含むような不安定な状態であるいわゆる軟岩になると回転抵抗は大きくなる。
【００３１】
さく孔作業では岩盤が硬岩のときは打撃力を大とし、軟岩のときには打撃力を小とすることが望ましい。
さく孔の際の回転抵抗が小さく、正転側作動回路３１回路の圧力が所定値より低いときには、スプール３６は、図２に示すように、ストローク調整回路２４を遮断する位置にある。この場合は、ピストン１が後進するとき、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるまで、前室３と弁制御室１１とは弁制御回路１２を介して連通しないので、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが遅くなり、ピストン１のストロークは最大となる。従って、打撃数は少なく打撃力は最大となる。
【００３２】
さく孔中に回転抵抗が増加し、正転側作動回路３１の圧力が上昇すると、パイロット油室３９の圧力が上昇するので、パイロットピストン３８がスプール３６をスプリング３７の付勢力に抗して移動させ、ストローク調整回路２４を連通させる。
【００３３】
スプール３６が図３に示す位置まで移動すると絞り弁３５は全開の状態となり、この場合は、ピストン１が後進するとき、ショートストロークポート２３が前室３側に開かれると、前室３と弁制御室１１とが弁制御回路１２を介して連通し、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが早くなるので、ピストン１のストロークが最小となる。従って、打撃数が増加して打撃力が最小となる。
【００３４】
さく孔中に岩質が変化して回転抵抗が増減すると、正転側作動回路３１回路の圧力が変化して絞り弁３５の開度が調整されるので、岩質の変化に対応してピストン１のストロークを最小から最大まで自動的に制御される。
【００３５】
ここでは、ストローク制御のパラメータをさく岩機の回転圧力としているが、パラメータを送り圧力等他の要素とすることもできる。例えば、送り圧力をパラメータとする場合には、絞り弁３５のパイロットポートＰr を送り機構の作動回路と接続する。
【００３６】
図４乃至図６は、絞り弁の他の例を示す説明図である。
図４の絞り弁４０はアジャストボルト４１を備えており、このアジャストボルト４１でスプリング３７の付勢力を調節して、スプール３６を作動させるパイロット油室３９の圧力の範囲を変更することができる。
【００３７】
図５の絞り弁５０はスプール３６の配置が図２の絞り弁３５の場合と逆向きとなっており、正転側作動回路３１の圧力が所定値より高いときストローク調整回路２４を遮断し、正転側作動回路３１の圧力が低下するとストローク調整回路２４を連通させるようになる。
【００３８】
通常のさく孔作業では、岩盤が硬岩のときは打撃力を大とし、軟岩のときには打撃力を小とすることが望ましい。しかし、岩盤が極端に硬いいわゆる超硬岩の場合には、岩盤からの反発力が大きくなり、さく岩機の振動が増加してさく孔能率が低下しロッド２２やスリーブ（図示略）等の消耗品の損耗が著しく増加する。このとき岩盤にビット（図示略）が食い込む量が小さくなるので回転圧力は小くなる。このような場合には、打撃力を小さくして振動を低減しなければならない。
【００３９】
従って、硬岩と超硬岩とが混在する地層でさく孔する場合には、回転圧力の低下によってピストン１のストロークを小とし打撃力を小さくするという制御が必要になる。図５の絞り弁５０は、このような場合に使用するのに好適である。
【００４０】
図６の絞り弁６０は正転側作動回路３１の圧力が最適値のときストローク調整回路２４を遮断し、正転側作動回路３１の圧力がそれより上昇しても低下してもストローク調整回路２４を連通させるようになる。
【００４１】
従って、軟岩と硬岩と超硬岩とが混在する地層でさく孔する場合に使用することができる。
図７は、本発明の他の実施の形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【００４２】
ここでは、絞り弁３５のパイロットポートＰr がシャトル弁７０を介して油圧さく岩機の回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０の正転側作動回路３１と、運転席から圧力調整されるパイロット操作回路３４とに接続されている。その他の構成は、図２のものと同様である。
【００４３】
このピストンストローク制御機構では、オペレータが運転席でパイロット操作回路３４の圧力を調整することにより、ピストンストロークを変更することも可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油圧さく岩機のピストンストローク制御機構は、さく孔中に岩質が変化したとき、これに対応して直ちにストロークロークを変更することができる。
【００４５】
絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続しているから、オペレータが運転席からピストンストロークを変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図２】絞り弁の説明図である。
【図３】絞り弁の説明図である。
【図４】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図５】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図６】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図８】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図９】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の作動の説明図である。
【図１０】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の作動の説明図である。
【符号の説明】
１ ピストン
１Ａ、１Ｃ 小径部
１Ｂ 大径部
２ シリンダ
３ 前室
４ 後室
５ 高圧回路
６ 前室高圧ポート
７ 制御弁
８ 低圧回路
９ 後室高圧ポート
１０ 後室低圧ポート
１１ 弁制御室
１２ 弁制御回路
１３ 弁前進制御ポート
１４ 弁後進制御ポート
１５ 排液ポート
１６ 排液溝
２２ ロッド
２３ ショートストロークポート
２４ ストローク調整回路
３０ 回転用油モータ
３１ 正転側作動回路
３４ パイロット操作回路
３５ 絞り弁
３６ スプール
３７ スプリング
３８ パイロットピストン
３９ パイロット油室
７０ シャトル弁
Ｄ 打撃機構
Ｐr パイロットポート
Ｒ 回転機構
【発明の属する技術分野】
この発明は、さく孔中にさく孔条件の変化に従って打撃機構のピストンのストロークを変更することのできる油圧さく岩機のストローク制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧さく岩機は、打撃機構と回転機構とを備えており、送り機構によってガイドシェル上を移動し、これらの作動機構によってロッドに打撃と回転と送りを与えてさく孔を行う。
【０００３】
従来、油圧さく岩機の打撃機構としては、図８に示すように、中央に大径部１Ｂその前後に小径部１Ａ、１Ｃを有するピストン１をシリンダ２内に摺嵌して前室３と後室４とを形成し、前室３を高圧回路５へ連通させる前室高圧ポート６と、制御弁７の前後進切換えにより後室４を高圧回路５と低圧回路８とへそれぞれ連通させる後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とを設け、制御弁７の前後進切換えを行う弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁前進制御ポート１３を、ピストン１が後進したとき前室３と連通する位置に設け、その後方に所定距離離隔して弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁後進制御ポート１４と、低圧回路８に連通される排液ポート１５とを設け、ピストン１が前進したとき弁後進制御ポート１４と排液ポート１５とを連通させる排液溝１６をピストン１の大径部１Ｂの外周に設けたものが用いられている。
【０００４】
図８の油圧さく岩機の打撃機構では、制御弁７は次のように構成されている。シリンダ１にバルブプラグ１７を嵌着して、バルブプラグ１７の外周とシリンダ１の内周との間に、ピストン１と同心状の弁室１８を形成し、この弁室１８に円筒状の制御弁７を摺嵌している。弁室１８には、制御弁７の前後進切替えを行なう弁制御室１１と、高圧回路５と連通して制御弁７を後方に付勢する弁規制室１９が設けられ、弁室１８の前端部及び後端部は常時低圧回路８と連通している。
【０００５】
この油圧さく岩機の打撃機構は、制御弁７が前方にある状態では、後室４が給液孔２０で後室高圧ポート９と連通されているので、後室４と前室３とは共に高圧回路５と連通する。ピストン１の後室４側の受圧面積は前室３側の受圧面積より大となっているので、ピストン１は前進する。この状態では、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれており、弁後進制御ポート１４はピストン１の大径部１Ｂで閉じられているので、弁制御回路１２を介して前室３と連通している弁制御室１１は高圧になっている。従って、弁規制室１９と弁制御室１１とは共に高圧であり、弁制御室１１側の受圧面積が弁規制室１９側の受圧面積より大となっているので、制御弁７は前方に保持されている。
【０００６】
ピストン１が前進すると、ピストン１の大径部１Ｂで弁前進制御ポート１３が閉じられ、弁後進制御ポート１４が排液溝１６を介して排液ポート１５と連通するので、弁制御回路１２、弁制御室１１が低圧となる。このとき、弁規制室１９は高圧のままであるから、制御弁７は後進する。制御弁７が後進すると給液孔２０が閉じ排液孔２１が開いて、後室４が後室低圧ポート１０を経て低圧回路８に連通する。前進したピストン１は、ロッド２２の後端を打撃して前進を停止し、後室４が低圧となっているため後進を開始する。
【０００７】
ピストン１が後進すると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれ、弁後進制御ポート１４がピストン１の大径部１Ｂで閉じられるので、弁制御回路１２を介して前室３と連通した弁制御室１１は再び高圧となって制御弁７が前進する。制御弁７が前進すると、後室４が後室高圧ポート９を経て高圧回路５と連通し、後室４の圧力が上昇して、慣性により後進を続けようとするピストン１は制動を受け、後進の運動エネルギーが高圧液の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。後進を停止したピストン１は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルが繰返される。
【０００８】
また、この打撃機構には、さく孔する岩盤の岩質の変化や掘削工法の相違に対応して、打撃力、打撃数を変更するために、弁前進制御ポート１３の前方に所定距離離隔してショートストロークポート２３を設け、ショートストロークポート２３をストローク調整回路２４で弁制御回路１２と接続し、ストローク調整回路２４に開閉可能なストローク調整絞り２５を設けて、ピストン１のストロークを変更できるようにしている。
【０００９】
ストローク調整絞り２５を全開の状態にした場合は、ピストン１が後進するとき、図９に示す位置までくると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるより早く、ショートストロークポート２３が前室３側に開かれて、前室３と弁制御室１１とが弁制御回路１２を介して連通し、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが早くなるので、ピストン１のストロークが短くなり、打撃数が増加して打撃力が小さくなる。
【００１０】
ストローク調整絞り２５を全閉の状態にした場合は、ピストン１が後進するとき、図１０に示す位置まできて弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるまで、前室３と弁制御室１１とは弁制御回路１２を介して連通しないので、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが遅くなり、ピストン１のストロークは最大で、打撃数が減少し打撃力が大きくなる。
【００１１】
そして、ストローク調整絞り２５の開度を調整すれば、制御弁７の切換えのタイミングを調整できるので、ピストン１のストロークを最小から最大まで変更することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のストローク調整絞り２５の開度の調整は、油圧さく岩機本体に設けられた調整ねじで行うようになっていたので、掘削工法の相違に対応して調整するのには差し支えないが、さく孔中に岩質が変化したときこれに対応して打撃機構のピストンのストロークを変更するには、一旦さく孔を停止し、オペレータが運転席からさく岩機の機側まで移動して調整ねじを調整しなければならなず時間と手間を要する。
【００１３】
従って、さく孔中に岩質が変化してストロークを変更すべき場合でも、直ちに対応できずそのまま一定のストロークでさく孔作業が行われるので、さく孔能率が低下する。
【００１４】
この発明は、さく孔中に岩質が変化したとき、これに対応して直ちにピストンのストロークを変更することるできる油圧さく岩機のピストンストローク制御機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の油圧さく岩機のピストンストローク制御機構は、シリンダ内に、中央に大径部その前後に小径部を有するピストンを摺嵌して前室と後室とを形成し、前室を高圧回路へ連通させ、制御弁の前後進切換えによって前記後室を高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後進させる油圧さく岩機の打撃機構において、制御弁の前後進切換えを行う弁制御室に弁制御回路で接続される弁前進制御ポートを、ピストンが後進したとき前室と連通する位置に設け、その後方に所定距離離隔して弁制御室に弁制御回路で接続される弁後進制御ポートと、低圧回路と連通する排液ポートとを設け、ピストンが前進したとき弁後進制御ポートと排液ポートとを連通させる排液溝をピストンの大径部の外周に設け、弁前進制御ポートの前方にショートストロークポートを設け、ショートストロークポートをストローク調整回路で弁制御回路に接続し、ストローク調整回路にパイロット操作可能な絞り弁を設け、絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続することにより油圧さく岩機のピストンストローク制御機構における上記課題を解決している。
【００１６】
絞り弁が開いてショートストロークポートが弁制御回路と連通されている状態では、ピストンが前進行程に入るタイミングが早くなるので、打撃機構のピストンのストロークは最小となり打撃数が増加して打撃力が小さくなる。
【００１７】
絞り弁が閉じてショートストロークポートと弁制御回路との連通が遮断されている状態では、ピストンが前進行程に入るタイミングが遅くなり、打撃機構のピストンのストロークは最大となるので打撃数が減少し打撃力が大きくなる。
【００１８】
絞り弁の開度を調整すれば、制御弁の切換えのタイミングが調整されるので、ピストンのストロークを最小から最大まで変更することができる。そして、絞り弁のパイロットポートが油圧さく岩機の作動機構の作動回路と接続されているので、岩質が変化して油圧さく岩機の作動機構の作動状態が変わると、作動回路の圧力変化によって絞り弁の開度が自動的に調整され、岩質の変化に対応してピストンストロークが制御される。
【００１９】
絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続しているから、オペレータが運転席からピストンストロークを変更することも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図、図２及び図３は絞り弁の説明図である。
【００２１】
ここで、打撃機構Ｄのシリンダ２内にはピストン１が前後（図１上左右）方向へ往復動可能に摺嵌され、ピストン１の前方にはロッド２２が挿着されている。ピストン１は、中央に大径部１Ｂ、その前方に小径部１Ａ、後方に小径部１Ｃを有し、この径の相違により前室３と後室４とを形成している。後方の小径部１Ｃは、前方の小径部１Ａより更に径が小さく、従って、ピストン１は後室４側の受圧面積が前室３側の受圧面積より大である。
【００２２】
シリンダ２には前室３を高圧回路５へ連通させる前室高圧ポート６と、制御弁７の前後進切換えにより後室４を高圧回路５と低圧回路８とへそれぞれ連通させる後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とが設けられている。また、制御弁７の前後進切換えを行う弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁前進制御ポート１３が、ピストン１が後進したとき前室３と連通する位置に設けられ、その後方に所定距離離隔して弁制御室１１に弁制御回路１２で接続される弁後進制御ポート１４と、低圧回路８に連通される排液ポート１５とが設けられている。
【００２３】
ピストン１の大径部１Ｂの外周には、ピストン１が前進したとき弁後進制御ポート１４と排液ポート１５とを連通させる排液溝１６が設けられている。
シリンダ１にはバルブプラグ１７が嵌着され、バルブプラグ１７の外周とシリンダ１の内周との間に、ピストン１と同心状の弁室１８が形成されており、この弁室１８に円筒状の制御弁７が摺嵌されている。弁室１８には、制御弁７の前後進切替えを行なう弁制御室１１と、高圧回路５と連通して制御弁７を後方に付勢する弁規制室１９が設けられ、弁室１８の前端部及び後端部は常時低圧回路８と連通している。弁規制室１９側の受圧面積は弁制御室１１側の受圧面積より小となっている。
【００２４】
この油圧さく岩機の打撃機構Ｄは、制御弁７が前方にある状態では、後室４が制御弁７の給液孔２０で後室高圧ポート９と連通されているので、後室４と前室３とは共に高圧回路５と連通する。ピストン１の後室４側の受圧面積は前室３側の受圧面積より大となっているので、ピストン１は前進する。この状態では、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれており、弁後進制御ポート１４はピストン１の大径部１Ｂで閉じられているので、弁制御回路１２を介して前室３と連通している弁制御室１１は高圧になっている。従って、弁規制室１９と弁制御室１１とは共に高圧であり、弁制御室１１側の受圧面積が弁規制室１９側の受圧面積より大となっているので、制御弁７は前方に保持されている。
【００２５】
ピストン１が前進すると、ピストン１の大径部１Ｂで弁前進制御ポート１３が閉じられ、弁後進制御ポート１４が排液溝１６を介して排液ポート１５と連通するので、弁制御回路１２、弁制御室１１が低圧となる。このとき、弁規制室１９は高圧のままであるから、制御弁７は後進する。制御弁７が後進すると給液孔２０が閉じ排液孔２１が開いて、後室４が後室低圧ポート１０を経て低圧回路８に連通する。前進したピストン１は、ロッド２２の後端を打撃して前進を停止し、後室４が低圧となっているため後進を開始する。
【００２６】
ピストン１が後進すると、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれ、弁後進制御ポート１４がピストン１の大径部１Ｂで閉じられるので、弁制御回路１２を介して前室３と連通した弁制御室１１は再び高圧となって制御弁７が前進する。制御弁７が前進すると、後室４が後室高圧ポート９を経て高圧回路５と連通し、後室４の圧力が上昇して、慣性により後進を続けようとするピストン１は制動を受け、後進の運動エネルギーが高圧液の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。後進を停止したピストン１は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルが繰返される。
【００２７】
また、この打撃機構Ｄには、さく孔する岩盤の岩質の変化や掘削工法の相違に対応して、打撃力、打撃数を変更するために、弁前進制御ポート１３の前方に所定距離離隔してショートストロークポート２３が設けられ、ショートストロークポート２３はストローク調整回路２４で弁制御回路１２と接続されていて、ストローク調整回路２４の途中には、絞り弁３５が設けられている。
【００２８】
絞り弁３５は、図２に示すように、スプール形の絞り弁で、そのポートＰ1 、Ｐ2 がストローク調整回路２４と接続されており、スプール３６はスプリング３７で付勢されストローク調整回路２４を遮断する位置にオフセットされる。スプール３６のスプリング３７と反対側にはパイロットピストン３８が設けられており、パイロット油室３９の圧力が所定値を越えるとパイロットピストン３８がスプール３６をスプリング３７の付勢力に抗して移動させ、ストローク調整回路２４を連通させるようになっている。
【００２９】
絞り弁３５のパイロットポートＰr は、油圧さく岩機の回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０の正転側作動回路３１と接続されている。また、ポートＬは、ドレン回路３３に接続されている。
【００３０】
通常のさく孔時には、回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０は、圧油が正転側作動回路３１回路から供給され、逆転側作動回路３２から流出し正回転している。一般に、さく孔する岩盤が安定しているいわゆる硬岩のときは回転抵抗は小さく、破砕帯を含むような不安定な状態であるいわゆる軟岩になると回転抵抗は大きくなる。
【００３１】
さく孔作業では岩盤が硬岩のときは打撃力を大とし、軟岩のときには打撃力を小とすることが望ましい。
さく孔の際の回転抵抗が小さく、正転側作動回路３１回路の圧力が所定値より低いときには、スプール３６は、図２に示すように、ストローク調整回路２４を遮断する位置にある。この場合は、ピストン１が後進するとき、弁前進制御ポート１３が前室３側に開かれるまで、前室３と弁制御室１１とは弁制御回路１２を介して連通しないので、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが遅くなり、ピストン１のストロークは最大となる。従って、打撃数は少なく打撃力は最大となる。
【００３２】
さく孔中に回転抵抗が増加し、正転側作動回路３１の圧力が上昇すると、パイロット油室３９の圧力が上昇するので、パイロットピストン３８がスプール３６をスプリング３７の付勢力に抗して移動させ、ストローク調整回路２４を連通させる。
【００３３】
スプール３６が図３に示す位置まで移動すると絞り弁３５は全開の状態となり、この場合は、ピストン１が後進するとき、ショートストロークポート２３が前室３側に開かれると、前室３と弁制御室１１とが弁制御回路１２を介して連通し、制御弁７が前進してピストン１が前進行程に入るタイミングが早くなるので、ピストン１のストロークが最小となる。従って、打撃数が増加して打撃力が最小となる。
【００３４】
さく孔中に岩質が変化して回転抵抗が増減すると、正転側作動回路３１回路の圧力が変化して絞り弁３５の開度が調整されるので、岩質の変化に対応してピストン１のストロークを最小から最大まで自動的に制御される。
【００３５】
ここでは、ストローク制御のパラメータをさく岩機の回転圧力としているが、パラメータを送り圧力等他の要素とすることもできる。例えば、送り圧力をパラメータとする場合には、絞り弁３５のパイロットポートＰr を送り機構の作動回路と接続する。
【００３６】
図４乃至図６は、絞り弁の他の例を示す説明図である。
図４の絞り弁４０はアジャストボルト４１を備えており、このアジャストボルト４１でスプリング３７の付勢力を調節して、スプール３６を作動させるパイロット油室３９の圧力の範囲を変更することができる。
【００３７】
図５の絞り弁５０はスプール３６の配置が図２の絞り弁３５の場合と逆向きとなっており、正転側作動回路３１の圧力が所定値より高いときストローク調整回路２４を遮断し、正転側作動回路３１の圧力が低下するとストローク調整回路２４を連通させるようになる。
【００３８】
通常のさく孔作業では、岩盤が硬岩のときは打撃力を大とし、軟岩のときには打撃力を小とすることが望ましい。しかし、岩盤が極端に硬いいわゆる超硬岩の場合には、岩盤からの反発力が大きくなり、さく岩機の振動が増加してさく孔能率が低下しロッド２２やスリーブ（図示略）等の消耗品の損耗が著しく増加する。このとき岩盤にビット（図示略）が食い込む量が小さくなるので回転圧力は小くなる。このような場合には、打撃力を小さくして振動を低減しなければならない。
【００３９】
従って、硬岩と超硬岩とが混在する地層でさく孔する場合には、回転圧力の低下によってピストン１のストロークを小とし打撃力を小さくするという制御が必要になる。図５の絞り弁５０は、このような場合に使用するのに好適である。
【００４０】
図６の絞り弁６０は正転側作動回路３１の圧力が最適値のときストローク調整回路２４を遮断し、正転側作動回路３１の圧力がそれより上昇しても低下してもストローク調整回路２４を連通させるようになる。
【００４１】
従って、軟岩と硬岩と超硬岩とが混在する地層でさく孔する場合に使用することができる。
図７は、本発明の他の実施の形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【００４２】
ここでは、絞り弁３５のパイロットポートＰr がシャトル弁７０を介して油圧さく岩機の回転機構Ｒの回転用油圧モータ３０の正転側作動回路３１と、運転席から圧力調整されるパイロット操作回路３４とに接続されている。その他の構成は、図２のものと同様である。
【００４３】
このピストンストローク制御機構では、オペレータが運転席でパイロット操作回路３４の圧力を調整することにより、ピストンストロークを変更することも可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油圧さく岩機のピストンストローク制御機構は、さく孔中に岩質が変化したとき、これに対応して直ちにストロークロークを変更することができる。
【００４５】
絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続しているから、オペレータが運転席からピストンストロークを変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図２】絞り弁の説明図である。
【図３】絞り弁の説明図である。
【図４】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図５】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図６】絞り弁の他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図８】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の構成図である。
【図９】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の作動の説明図である。
【図１０】従来のピストンストローク制御機構を備えた油圧さく岩機の打撃機構の作動の説明図である。
【符号の説明】
１ ピストン
１Ａ、１Ｃ 小径部
１Ｂ 大径部
２ シリンダ
３ 前室
４ 後室
５ 高圧回路
６ 前室高圧ポート
７ 制御弁
８ 低圧回路
９ 後室高圧ポート
１０ 後室低圧ポート
１１ 弁制御室
１２ 弁制御回路
１３ 弁前進制御ポート
１４ 弁後進制御ポート
１５ 排液ポート
１６ 排液溝
２２ ロッド
２３ ショートストロークポート
２４ ストローク調整回路
３０ 回転用油モータ
３１ 正転側作動回路
３４ パイロット操作回路
３５ 絞り弁
３６ スプール
３７ スプリング
３８ パイロットピストン
３９ パイロット油室
７０ シャトル弁
Ｄ 打撃機構
Ｐr パイロットポート
Ｒ 回転機構
Claims (1)
- シリンダ内に、中央に大径部その前後に小径部を有するピストンを摺嵌して前室と後室とを形成し、前室を高圧回路へ連通させ、制御弁の前後進切換えによって前記後室を高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後進させる油圧さく岩機の打撃機構において、
制御弁の前後進切換えを行う弁制御室に弁制御回路で接続される弁前進制御ポートを、ピストンが後進したとき前室と連通する位置に設け、その後方に所定距離離隔して弁制御室に弁制御回路で接続される弁後進制御ポートと、低圧回路と連通する排液ポートとを設け、ピストンが前進したとき弁後進制御ポートと排液ポートとを連通させる排液溝をピストンの大径部の外周に設け、弁前進制御ポートの前方にショートストロークポートを設け、ショートストロークポートをストローク調整回路で弁制御回路に接続し、ストローク調整回路にパイロット操作可能な絞り弁を設け、絞り弁のパイロットポートをシャトル弁を介して油圧さく岩機の作動機構の作動回路と運転席から圧力調整されるパイロット操作回路とに接続したことを特徴とする油圧さく岩機のピストンストローク制御機構。
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