JP4037742B2 - Down the hole excavator - Google Patents

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JP4037742B2
JP4037742B2 JP2002338685A JP2002338685A JP4037742B2 JP 4037742 B2 JP4037742 B2 JP 4037742B2 JP 2002338685 A JP2002338685 A JP 2002338685A JP 2002338685 A JP2002338685 A JP 2002338685A JP 4037742 B2 JP4037742 B2 JP 4037742B2
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valve
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pressure
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広茂 高野
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明 横川
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Kochi Marutaka KK
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Kochi Marutaka KK
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はダウンザホール掘進機に関し、より詳しくは空気圧モーターにより駆動されるダウンザホール掘進機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、硬質岩盤を掘削するための掘削工法として、ダウンザホール掘削工法と呼ばれる工法が知られている。
ダウンザホール掘削工法を行うための掘進機は、一般的に、ロッドの先端に接続されたエアハンマー装置と、エアハンマー装置を作動させるための圧縮空気を供給するコンプレッサと、ロッドを回転させる油圧モーターと、エアハンマー装置による打撃とロッドの回転を受けて、打撃と回転の相乗作用により地盤を掘削するビットとから構成されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−287975号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の掘進機は、コンプレッサと油圧モーターの二種類の駆動源を必要とするため、駆動システムが複雑化・高コスト化してしまうとともに、山中の急傾斜地等では設置スペースを確保することが困難であるという問題があった。
かかる問題を解決するための方法としては、油圧モーターに代えて空気圧モーターを使用することが考えられるが、空気は圧縮性流体であるために、駆動力を伝達する際にタイムラグが発生し、ロッドに加わるトルクの変化に即対応して安定した運転状態を保持することが困難であった。
【0005】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、駆動源を一元化して駆動システムを簡略化することができるとともに、駆動時にロッドに加わるトルクの変化に即対応することが可能で、安定した運転状態を保持することができるダウンザホール掘進機を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、ロッドの先端に接続されたエアハンマー装置と、該エアハンマー装置を作動させるための圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記ロッドを回転させる回転駆動装置と、前記エアハンマー装置による打撃とロッドの回転を受けて地盤を掘削するビットを備えてなるダウンザホール掘進機であって、前記回転駆動装置が空気圧モーターからなり、該空気圧モーターが前記コンプレッサからエアハンマー装置に供給される圧縮空気の一部を使用して駆動されるとともに、前記空気圧モーター又はロッドの回転数を検知する検知手段と、空気圧モーターに供給される空気量を調整するための流量調整弁と、空気圧モーターに供給される空気圧を調整するための圧力調整弁と、前記検知手段により検知された回転数を所定範囲内に維持するように前記流量調整弁及び圧力調整弁の開度を調整するフィードバック制御手段を備えてなることを特徴とするダウンザホール掘進機に関する。
請求項2に係る発明は、前記空気圧モーターが複数個備えられるとともに、これら空気圧モーターの上流側に各空気圧モーターに供給される空気量を等しくするための流量均等化弁を備え、前記フィードバック制御手段は、前記検知手段により検知された回転数を所定範囲内に維持するように前記流量調整弁、圧力調整弁及び流量均等化弁の開度を調整することを特徴とする請求項1記載のダウンザホール掘進機に関する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るダウンザホール掘進機の好適な実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明に係るダウンザホール掘進機の実施例を示す概略図である。
本発明に係るダウンザホール掘進機は、クレーン(1)により吊下されたロッド(2)と、該ロッド(2)の先端に接続されたエアハンマー装置(3)と、該エアハンマー装置(3)を作動させるための圧縮空気を供給するコンプレッサ(4)と、ロッド(2)を回転させる回転駆動装置(5)と、エアハンマー装置(3)による打撃とロッド(2)の回転を受けて地盤を掘削するビット(6)とから構成されている。尚、これらの基本的構成は、従来公知のダウンザホール掘進機と同じであるため、詳細な説明については省略する。
【0008】
回転駆動装置(5)としては、ロータリーテーブルマシンが使用されており、このようなロータリーテーブルマシンを使用した施工は、杭打機が入らない山間部等の狭い場所において適している。
図2は回転駆動装置(5)として使用されるロータリーテーブルマシンの一例を示す正面図であり、図3はその平面図である。
ロータリーテーブルマシン(5)の中心には、ロッド(2)を挿通するためのボス(6)が設けられており、ボス(6)の近傍にはロッド(2)を回転駆動させるための空気圧モーター(7)が左右1台づつの計2台設けられている。このように、モーター(7)として、従来のように油圧モーターではなく空気圧モーターを使用することは本発明の大きな特徴の一つであり、これによって駆動源を一元化することが可能となる。
【0009】
ダウンザホール掘進機は、通常、低速において高トルクを生じること、即ち起動特性の高いことが要求される。従って、空気圧モーター(7)としては、瞬発性の大きいピストン型空気圧モーターが最も好ましく使用される。
また、空気圧モーター(7)の数は特に限定されないが、大型の掘進機の場合には複数台設置する必要がある。
【0010】
図4は本発明に係るダウンザホール掘進機の制御システムの構成を示すブロック図である。
コンプレッサ(4)からの圧縮空気吐出口に接続された配管は、エアハンマー装置(3)に接続されたエアハンマー用圧縮空気配管(8)と、2基の空気圧モーター(7)に接続された制御用圧縮空気配管(9)とに分岐されている。これによって、本発明においては、従来、コンプレッサ(4)からエアハンマー装置(3)に供給されていた圧縮空気の一部を、空気圧モーター(7)を駆動するために使用できるようになっている。
【0011】
制御用圧縮空気配管(9)は、止め弁(10)、圧縮空気の温度を所定の値に保持するための冷却器(11)、フィルタ(12)を順次介して圧力調整弁(13)と接続されている。
この圧力調整弁(13)は、空気圧モーター(7)に供給される圧縮空気の圧力を調整するために設けられている。
そして、圧力調整弁(13)は、圧力計(14)及びルブリケータ(15)を順次介して流量調整弁(16)と接続されている。
また、流量調整弁(16)は、空気圧モーター(7)に供給される空気量を調整するために設けられている。
【0012】
制御用圧縮空気配管(9)は、流量調整弁(16)を通った後、分岐管(17)により二方向に分岐され、一方は流量均等化弁(18)を介して一方の空気圧モーター(7)へと接続され、他方は配管長が大きく遠方にあるもう一方の空気圧モーター(7)へと接続されている。
流量均等化弁(18)は、2台の空気圧モーター(7)に供給される空気量を等しくするために設けられており、2台の空気圧モーター(7)は、圧縮空気の供給を受けて、減速機(19)を介してダウンザホール掘進機のロッド(2)を回転駆動させる。
また、空気圧モーター(7)又はロッド(2)には、その回転数を検知するための検知手段(図示せず)が設けられている。検知手段としては、例えばエンコーダが使用されるが特に限定されない。
【0013】
そして、圧力調整弁(13)、流量調整弁(16)及び流量均等化弁(18)は、検知手段により検知された回転数が所定の範囲内に維持されるように開度が自動的に調整されるように制御されており、これによってロッド(2)にかかるトルクが変動してもロッドが安定して回転できるようになっている。
【0014】
以下、本発明に係るダウンザホール掘進機の制御システムの作用について、空気圧モーターの特性を明らかにした上で説明する。
1.供給空気圧力(給気圧力)を一定にした場合の空気圧モーターの性能曲線
図5に供給空気圧力を一定にした場合の空気圧モーターの性能曲線を示す。
空気圧モーターは、最大出力時回転数n以上の回転数で使用すれば寿命が短くなり、低速限度回転数(n=約0.2n)以下で使用すれば回転が安定し難くなるため、推奨回転数範囲(約0.2〜1.0)nがある。
また、同じ出力がとれる回転数が最大出力回転数を中心として、低速側と高速側の2箇所にあるが、低速側で使用すれば空気消費量が節約できる。
空気消費率(空気消費量Q/出力L)は最大出力時の回転数nの約80%の点で極小値をとるので、この点の回転数を定格回転数n≒0.8nとする。
流量調整弁(16)の開度によってトルクTと回転数nとの関係は図5に示すようになる。
【0015】
2.供給空気圧力を変化させた場合の空気圧モーターの性能変化状態
供給空気圧力を変化させた場合には、トルク、出力、回転数、空気消費量は、いずれも圧力の増加とともにほぼ直線的(比例的)に増加する。
【0016】
3.空気圧モーターにおける空気消費量と回転数との関係
回転数はほぼ空気消費量に比例するので、通常は流量の調整によって回転数の調整が行われる。
【0017】
以下、上記した空気圧モーターの特性を踏まえて、本発明に係るダウンザホール掘進機の制御システムの作用(制御動作)を具体的に説明する。
1.通常の地盤から軟弱な地盤に移行した場合
ロッド(2)の先のビット(6)が軟弱地盤に当たった場合には、図5に示す通り、定格運転状態▲1▼からトルクが下がり回転数が増加するため、流量調整弁(16)の開度10の状態で点▲1▼から点▲2▼に移動する。
ここで、回転数が上がり過ぎれば、故障の原因となり寿命が短くなる等の支障が生じるので、直ちに流量調整弁(16)の開度を絞り5として回転数を定格回転数nまで下げるようにする。即ち点▲2▼から点▲3▼に移動させる。
そして、軟弱地盤から通常の地盤に達すれば、トルクが上がり回転数が減少するため、点▲3▼から点▲4▼まで移動する。
ここで、点▲4▼の回転数は定格回転数nよりも小さいので、再び流量調整弁(16)の開度を10まで大きくして点▲1▼に戻るようにする、
このような運転操作を、図4に示す制御システムを用いて自動的に行う。
【0018】
2.通常の地盤から岩盤に移行した場合
ロッド(2)の先のビット(6)が通常の地盤から岩盤に当たった場合には、トルクが増加するため、流量調整弁(16)の開度を10の状態に保持していても回転数が下がる。図5の状態において、点▲1▼から点▲5▼まで達すれば回転数が低速限度回転数nになり、運転状態が不安定になって脈動を生じる。従って、この場合には供給空気圧力を増加させる必要が生じる。
上述したように、供給空気圧力が増加すれば、トルク、出力、回転数、空気消費量のいずれもが直線的に増加する。このことを考慮して、岩盤を掘削するのに必要なトルクとなるまで供給空気圧力を増加させる。
図6は、供給空気圧力を増加した場合のトルク−回転数の関係を示しており、図中の点▲1▼及び▲5▼は図5中の点▲1▼及び▲5▼と対応している。
図示のように、供給空気圧力をPからPまで増加させると、トルクが増加して点▲5▼から点▲6▼へと移動する。
そして、再び通常の地盤に戻れば、トルクが減少して点▲6▼から点▲7▼へと移動するので、PからPまで圧力を減少させて、図5の点▲1▼へ戻すようにする。
このような運転操作を図4に示す制御システムを用いて自動的に行う。
【0019】
3.回転数を常に推奨回転数の範囲内に保持させる場合
いま、供給空気圧力P=PにおけるトルクT、出力L、空気消費量Qと回転数nとの関係を以下の通りに表す。
=a+bn・・・・・・・(1)
=a+bn+c・・・(2)
=an+b・・・・・・・(3)
また、供給空気圧力P=PにおけるトルクT、出力L、空気消費量Qと回転数nとの関係を以下の通りに表す。
(P/P)=d(n/n)+e・・・(4)
(T/T)=d(n/n)+e・・・(5)
(L/L)=d(n/n)+e・・・(6)
(Q/Q)=d(n/n)+e・・・(7)
【0020】
次に、P=Pにおいては図7の通りに表すことができるとすれば、
n=0においてT=Tm1
n=2nにおいてT=0であるから、式(1)より、
=Tm1,b=−Tm1/2n
また、n=0においてL=0
n=nにおいてL=Lm1
n=2nにおいてL=0であるから、式(2)より、
=−Lm1/n ,b=2Lm1/n,C=0
∴T=Tm1−(Tm1/2n)n=Tm1(1−n/2n
=−(Lm1/n )n+(2Lm1/n)n=−Lm1{(n/n−2(n/n)}=−Lm1(n/n){(n/n)−2}
=an+b
【0021】
すなわち、
(T/Tm1)=1−(1/2)(n/n)・・・・(8)
(L/Lm1)=(n/n){2−(n/n)}・・・(9)
(Q/Q01)=(1/2){(Qm1/Q01)−1}(n/n)+1・・(10)
したがって、
(P/P)=d(n/n)+e・・・(11)
(T/T)={d(n/n)+e}/[Tm1{1−(1/2)(n/n)}]・・・(12)
(L/L)={d(n/n)+e}/[Lm1(n/n){2−(n/n)}]・・・(13)
(Q/Q)=2{d(n/n)+e}/[Q01{(Qm1/Q01)−1}(n/n)+1]・・・(14)
ここで、d,e,n,d,e,Tm1,d,e,Lm1,d,e,Q01,Qm1は、空気圧モーターの仕様によって与えられる定数(有次元)である。
【0022】
式(8)〜式(14)において、(n/n)=0.2〜1となるように、P,P,T,T,L,L,Q,Qの値を選定する。
ダウンザホール掘進機の場合には、まずP,Pの値を設定した後、T,Tの値に対応してQ,Qを自動制御すればよいと考えられる。
但し、上記数式はあくまでも制御方法のモデルの一例である。
【0023】
以上のようなフィードバック制御を用いた制御動作を行うことによって、掘削作業時においてロッドに加わるトルクの変化に即対応することができ、安定した運転状態を保持することが可能となる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、従来油圧と空気圧の二種類であった駆動源を一元化することができるので、ダウンザホール掘進機の駆動システムを簡略化することができるとともに、装置コストや施工コストを低減することが可能であり、メンテナンスも容易に行うことが可能となる。また、油圧関連装置が不要となって、掘進機の設置スペースが節減されるので、山中の急斜面での掘削作業も容易に行うことが可能となる。
また、フィードバック制御により、駆動時にロッドに加わるトルクの変化に即対応することが可能となり、安定した運転状態を保持することができる。
請求項2に係る発明によれば、複数台の空気圧モーターの出力を同様に制御することが可能となり、大型の掘進機であってもロッドに加わるトルクの変化に即対応することができ、安定した運転状態を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダウンザホール掘進機の実施例を示す概略図である。
【図2】回転駆動装置として使用されるロータリーテーブルマシンの一例を示す正面図である。
【図3】回転駆動装置として使用されるロータリーテーブルマシンの一例を示す平面図である。
【図4】本発明に係るダウンザホール掘進機の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図5】供給空気圧力を一定にした場合の空気圧モーターの性能曲線を示す。
【図6】供給空気圧力を増加した場合のトルク−回転数の関係を示す図である。
【図7】供給空気圧力が一定の場合のトルク−回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
2 ロッド
3 エアハンマー装置
4 コンプレッサ
5 回転駆動装置
7 空気圧モーター
13 圧力調整弁
16 流量調整弁
18 流量均等化弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a down-the-hole excavator, and more particularly to a down-the-hole excavator driven by a pneumatic motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method called a down-the-hole excavation method is known as an excavation method for excavating hard rock.
An excavator for performing the down-the-hole excavation method generally includes an air hammer device connected to the tip of a rod, a compressor for supplying compressed air for operating the air hammer device, and a hydraulic motor for rotating the rod. In addition, it is composed of a bit that excavates the ground by the synergistic action of the striking and rotation in response to the striking by the air hammer device and the rotation of the rod (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-287975 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional excavator requires two types of drive sources, a compressor and a hydraulic motor, which complicates and increases the cost of the drive system and secures installation space on steep slopes in the mountains. There was a problem that it was difficult to do.
As a method for solving such a problem, it is conceivable to use a pneumatic motor instead of a hydraulic motor. However, since air is a compressible fluid, a time lag occurs when the driving force is transmitted, and the rod It was difficult to maintain a stable operating state in response to a change in torque applied to the vehicle.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can simplify the drive system by unifying the drive source, and can immediately respond to changes in torque applied to the rod during driving. It is possible to provide a down-the-hole excavator capable of maintaining a stable operation state.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an air hammer device connected to the tip of a rod, a compressor for supplying compressed air for operating the air hammer device, a rotary drive device for rotating the rod, and the air hammer A down-the-hole excavator provided with a bit for excavating the ground in response to the impact of the device and the rotation of the rod, wherein the rotational drive device comprises a pneumatic motor, and the pneumatic motor is supplied from the compressor to the air hammer device Driven by using a part of the compressed air, a detection means for detecting the rotational speed of the pneumatic motor or rod, a flow rate adjusting valve for adjusting the amount of air supplied to the pneumatic motor, and a pneumatic motor A pressure adjusting valve for adjusting the supplied air pressure, and a rotation speed detected by the detecting means within a predetermined range; About down-the-hole boring machine characterized by comprising comprises a feedback control means for adjusting the opening of the flow regulating valve and the pressure regulating valve to maintain a.
The invention according to claim 2 includes a plurality of the pneumatic motors, and further includes a flow rate equalization valve for equalizing the amount of air supplied to each pneumatic motor upstream of the pneumatic motors, and the feedback control means. 2. The down-the-hole according to claim 1, wherein the openings of the flow rate adjustment valve, the pressure adjustment valve, and the flow rate equalization valve are adjusted so as to maintain the rotational speed detected by the detection means within a predetermined range. Related to excavator.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a down-the-hole excavator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a down-the-hole excavator according to the present invention.
The down-the-hole excavator according to the present invention includes a rod (2) suspended by a crane (1), an air hammer device (3) connected to the tip of the rod (2), and the air hammer device (3). Compressor (4) for supplying compressed air for actuating, rotation drive device (5) for rotating rod (2), striking by air hammer device (3) and rotation of rod (2) And a bit (6) for drilling. Since these basic configurations are the same as those of a conventionally known down-the-hole excavator, a detailed description thereof will be omitted.
[0008]
As the rotary drive device (5), a rotary table machine is used, and construction using such a rotary table machine is suitable in a narrow place such as a mountainous area where a pile driving machine does not enter.
FIG. 2 is a front view showing an example of a rotary table machine used as the rotary drive device (5), and FIG. 3 is a plan view thereof.
A boss (6) for inserting the rod (2) is provided at the center of the rotary table machine (5), and a pneumatic motor for rotating the rod (2) in the vicinity of the boss (6). (7) is provided with a total of two units, one on each side. Thus, the use of a pneumatic motor instead of a hydraulic motor as in the prior art as one of the motors (7) is one of the major features of the present invention, which makes it possible to unify the driving source.
[0009]
The down-the-hole excavator is usually required to generate a high torque at a low speed, that is, to have a high starting characteristic. Therefore, as the pneumatic motor (7), a piston-type pneumatic motor having a high flash rate is most preferably used.
Further, the number of pneumatic motors (7) is not particularly limited, but in the case of a large excavator, it is necessary to install a plurality of pneumatic motors.
[0010]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the down-the-hole excavator control system according to the present invention.
The piping connected to the compressed air discharge port from the compressor (4) was connected to the compressed air piping (8) for the air hammer connected to the air hammer device (3) and the two pneumatic motors (7). It branches off to the compressed air pipe (9) for control. Accordingly, in the present invention, a part of the compressed air that has been conventionally supplied from the compressor (4) to the air hammer device (3) can be used to drive the pneumatic motor (7). .
[0011]
The control compressed air pipe (9) includes a stop valve (10), a cooler (11) for maintaining the temperature of the compressed air at a predetermined value, and a pressure adjusting valve (13) through a filter (12) in this order. It is connected.
The pressure adjusting valve (13) is provided to adjust the pressure of the compressed air supplied to the pneumatic motor (7).
The pressure adjustment valve (13) is connected to the flow rate adjustment valve (16) through the pressure gauge (14) and the lubricator (15) in this order.
The flow rate adjusting valve (16) is provided to adjust the amount of air supplied to the pneumatic motor (7).
[0012]
The control compressed air pipe (9) passes through the flow rate adjusting valve (16), and then is branched in two directions by the branch pipe (17), one of which is connected to one of the pneumatic motors (through the flow equalizing valve (18)). 7), and the other is connected to the other pneumatic motor (7) which has a long pipe length and is far away.
The flow equalization valves (18) are provided to equalize the amount of air supplied to the two pneumatic motors (7), and the two pneumatic motors (7) are supplied with compressed air. Then, the rod (2) of the down-the-hole excavator is driven to rotate through the speed reducer (19).
The pneumatic motor (7) or the rod (2) is provided with detection means (not shown) for detecting the rotation speed. As the detecting means, for example, an encoder is used, but is not particularly limited.
[0013]
The opening of the pressure regulating valve (13), the flow regulating valve (16) and the flow equalizing valve (18) is automatically adjusted so that the rotational speed detected by the detecting means is maintained within a predetermined range. It is controlled so that the rod can be stably rotated even if the torque applied to the rod (2) fluctuates.
[0014]
The operation of the control system for the down-the-hole excavator according to the present invention will be described below after clarifying the characteristics of the pneumatic motor.
1. Performance Curve of Pneumatic Motor when Supply Air Pressure (Supply Air Pressure) is Constant FIG. 5 shows a performance curve of the pneumatic motor when supply air pressure is constant.
Pneumatic motors will have a shorter life if they are used at a rotational speed of more than nm at the maximum output, and it will be difficult to stabilize if used at a speed lower than the low speed limit (n l = approx. 0.2 nm ). There is a recommended rotational speed range (approximately 0.2 to 1.0) nm .
In addition, the number of rotations at which the same output can be obtained is at two locations on the low-speed side and the high-speed side centering on the maximum output rotation number, but if used on the low-speed side, air consumption can be saved.
Since the minima in terms of about 80% of the rotational speed n m at an air consumption (air consumption Q / Output L) is the maximum output, rated speed the rotational speed of the point n a ≒ 0.8n m And
FIG. 5 shows the relationship between the torque T and the rotational speed n depending on the opening degree of the flow rate adjusting valve (16).
[0015]
2. When the supply air pressure is changed, the performance of the pneumatic motor changes. When the supply air pressure is changed, the torque, output, rotational speed, and air consumption are all linear (proportional) as the pressure increases. ) To increase.
[0016]
3. Relationship between Air Consumption and Rotational Speed in Pneumatic Motor Since the rotational speed is substantially proportional to the air consumption, the rotational speed is usually adjusted by adjusting the flow rate.
[0017]
The operation (control operation) of the control system for the down-the-hole excavator according to the present invention will be specifically described below based on the characteristics of the pneumatic motor described above.
1. When shifting from normal ground to soft ground When the tip (6) of the rod (2) hits the soft ground, the torque decreases from the rated operating state (1) as shown in FIG. Therefore, when the opening degree of the flow rate adjusting valve (16) is 10, the point (1) is moved to the point (2).
Here, if too increases the rotation speed, since the trouble such as the life cause a failure is shortened occur, lowering the rotational speed up to the rated rotational speed n a as a 5 immediately stop the opening of flow control valve (16) as To. That is, the point (2) is moved to the point (3).
Then, when reaching the normal ground from the soft ground, the torque increases and the rotational speed decreases, so that the point moves from point (3) to point (4).
Here, the point ▲ 4 rpm of ▼ because smaller than the rated rotational speed n a, to return to the point ▲ 1 ▼ by increasing again the flow rate adjusting valve the opening of (16) to 10,
Such a driving operation is automatically performed using the control system shown in FIG.
[0018]
2. When shifting from the normal ground to the rock, when the bit (6) at the tip of the rod (2) hits the rock from the normal ground, the torque increases, so that the opening of the flow control valve (16) is set to 10 Even if it is kept in this state, the number of revolutions is reduced. In the state of FIG. 5, the point ▲ 1 ▼ Once you reach color point ▲ 5 until ▼ speed slows limit rotational speed n l, operating conditions results in a pulsating unstable. Therefore, in this case, it is necessary to increase the supply air pressure.
As described above, when the supply air pressure increases, any of torque, output, rotation speed, and air consumption increases linearly. Considering this, the supply air pressure is increased until the torque necessary for excavating the rock is reached.
FIG. 6 shows the relationship between torque and rotational speed when the supply air pressure is increased. Points (1) and (5) in the figure correspond to points (1) and (5) in FIG. ing.
As shown in the figure, when the supply air pressure is increased from P 1 to P 2 , the torque increases and moves from point (5) to point (6).
Then, Returning to the normal of the ground again, the torque is moved to the point ▲ 6 ▼ color point ▲ 7 ▼ to decrease, reduce the pressure from P 2 to P 1, the point of FIG. 5 ▲ 1 to ▼ Try to bring it back.
Such a driving operation is automatically performed using the control system shown in FIG.
[0019]
3. When the rotation speed is always kept within the range of the recommended rotation speed, the relationship among the torque T 1 , output L 1 , air consumption Q 1 and rotation speed n at the supply air pressure P = P 1 is expressed as follows. .
T 1 = a T + b T n... (1)
L 1 = a L n 2 + b L n + c L (2)
Q 1 = a Q n + b Q (3)
In addition, the relationship among the torque T 2 , the output L 2 , the air consumption Q 2 and the rotation speed n at the supply air pressure P = P 2 is expressed as follows.
(P 2 / P 1 ) = d P (n / n m ) + e P (4)
(T 2 / T 1 ) = d T (n / n m ) + e T (5)
(L 2 / L 1 ) = d L (n / n m ) + e L (6)
(Q 2 / Q 1 ) = d Q (n / n m ) + e Q (7)
[0020]
Next, if P = P 1 can be expressed as shown in FIG.
At n = 0, T 1 = T m1
Since a T 1 = 0 in the n = 2n m, the equation (1),
a T = T m1 , b T = −T m1 / 2 nm
In addition, when n = 0, L 1 = 0
L 1 = L m1 at n = n m
because it is L 1 = 0 in the n = 2n m, the equation (2),
a L = −L m1 / n m 2 , b L = 2L m1 / n m , C L = 0
∴T 1 = T m1 − (T m1 / 2n m ) n = T m1 (1−n / 2n m )
L 1 = − (L m1 / n m 2 ) n 2 + (2L m1 / n m ) n = −L m1 {(n / n m ) 2 −2 (n / n m )} = − L m1 (n / N m ) {(n / n m ) -2}
Q 1 = a Q n + b Q
[0021]
That is,
(T 1 / T m1 ) = 1− (1/2) (n / n m ) (8)
(L 1 / L m1 ) = (n / n m ) {2- (n / n m )} (9)
(Q 1 / Q 01 ) = (1/2) {(Q m1 / Q 01 ) −1} (n / n m ) +1 (10)
Therefore,
(P 2 / P 1 ) = d P (n / n m ) + e P (11)
(T 2 / T 1 ) = {d T (n / n m ) + e T } / [T m1 {1- (1/2) (n / n m )}] (12)
(L 2 / L 1 ) = {d L (n / n m ) + e L } / [L m1 (n / n m ) {2- (n / n m )}] (13)
(Q 2 / Q 1 ) = 2 {d Q (n / n m ) + e Q } / [Q 01 {(Q m1 / Q 01 ) −1} (n / n m ) +1] (14)
Here, d P, e P, n m, d T, e T, T m1, d L, e L, L m1, d Q, e Q, Q 01, Q m1 is given by the specification of the air motor Constant (dimensional).
[0022]
In Expression (8) to Expression (14), P 1 , P 2 , T 1 , T 2 , L 1 , L 2 , Q 1 , Q are set so that (n / n m ) = 0.2-1 Select a value of 2 .
In the case of a down-the-hole excavator, it is considered that first, the values of P 1 and P 2 are set, and then Q 1 and Q 2 are automatically controlled corresponding to the values of T 1 and T 2 .
However, the above formula is merely an example of a control method model.
[0023]
By performing the control operation using the feedback control as described above, it is possible to immediately cope with a change in torque applied to the rod during excavation work, and it is possible to maintain a stable operation state.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the two types of drive sources, the conventional hydraulic pressure and pneumatic pressure, can be unified, the drive system of the down-the-hole excavator can be simplified. The apparatus cost and the construction cost can be reduced, and the maintenance can be easily performed. In addition, since no hydraulic equipment is required and the installation space for the excavator is saved, excavation work on a steep slope in the mountain can be easily performed.
Further, the feedback control makes it possible to immediately respond to a change in torque applied to the rod during driving, and a stable operation state can be maintained.
According to the invention according to claim 2 , it becomes possible to control the output of a plurality of pneumatic motors in the same manner, and even a large excavator can immediately respond to a change in torque applied to the rod, and is stable. It is possible to maintain the operated state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a down-the-hole excavator according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing an example of a rotary table machine used as a rotation driving device.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a rotary table machine used as a rotation driving device.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a down-the-hole excavator control system according to the present invention.
FIG. 5 shows a performance curve of a pneumatic motor when supply air pressure is constant.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between torque and rotational speed when supply air pressure is increased.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between torque and rotational speed when supply air pressure is constant.
[Explanation of symbols]
2 Rod 3 Air hammer device 4 Compressor 5 Rotation drive device 7 Pneumatic motor 13 Pressure adjustment valve 16 Flow rate adjustment valve 18 Flow rate equalization valve

Claims (2)

ロッドの先端に接続されたエアハンマー装置と、該エアハンマー装置を作動させるための圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記ロッドを回転させる回転駆動装置と、前記エアハンマー装置による打撃とロッドの回転を受けて地盤を掘削するビットを備えてなるダウンザホール掘進機であって、前記回転駆動装置が空気圧モーターからなり、該空気圧モーターが前記コンプレッサからエアハンマー装置に供給される圧縮空気の一部を使用して駆動されるとともに、前記空気圧モーター又はロッドの回転数を検知する検知手段と、空気圧モーターに供給される空気量を調整するための流量調整弁と、空気圧モーターに供給される空気圧を調整するための圧力調整弁と、前記検知手段により検知された回転数を所定範囲内に維持するように前記流量調整弁及び圧力調整弁の開度を調整するフィードバック制御手段を備えてなることを特徴とするダウンザホール掘進機。An air hammer device connected to the tip of the rod, a compressor for supplying compressed air for operating the air hammer device, a rotary drive device for rotating the rod, and a blow and rotation of the rod by the air hammer device A down-the-hole excavator having a bit for receiving and excavating the ground, wherein the rotary drive device is composed of a pneumatic motor, and the pneumatic motor uses a part of the compressed air supplied from the compressor to the air hammer device. Detecting means for detecting the rotational speed of the pneumatic motor or rod, a flow rate adjusting valve for adjusting the amount of air supplied to the pneumatic motor, and adjusting the air pressure supplied to the pneumatic motor The pressure adjusting valve and the rotational speed detected by the detecting means so as to maintain within a predetermined range. Down-the-hole boring machine characterized by comprising comprises a feedback control means for adjusting the opening amount adjusting valve and the pressure regulating valve. 前記空気圧モーターが複数個備えられるとともに、これら空気圧モーターの上流側に各空気圧モーターに供給される空気量を等しくするための流量均等化弁を備え、前記フィードバック制御手段は、前記検知手段により検知された回転数を所定範囲内に維持するように前記流量調整弁、圧力調整弁及び流量均等化弁の開度を調整することを特徴とする請求項1記載のダウンザホール掘進機。A plurality of the pneumatic motors are provided, and a flow equalization valve for equalizing the amount of air supplied to each pneumatic motor is provided upstream of the pneumatic motors, and the feedback control means is detected by the detection means. 2. The down-the-hole excavator according to claim 1, wherein opening amounts of the flow rate adjustment valve, the pressure adjustment valve, and the flow rate equalization valve are adjusted so as to maintain the rotation speed within a predetermined range.
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