JP4477779B2 - ロックドリル装置における方式 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、車台と、これに対して移動可能に配備されたブームとを含むロックドリル装置におけるドリル部品交換方式に関するものである。このブームにはドリルユニットが移動可能に配備されていて、ドリルユニットは少なくともロックドリル、供給ビームおよび供給手段を含む。本方式はさらに、掘削時に必要とされるドリル部品を収納する少なくとも１つの部品マガジンと、ドリル部品を部品マガジンとドリルユニットとの間で操作する交換ユニットとを含む。
【０００２】
岩盤掘削に使用されるドリルビットには著しく大きな圧力がかかり、そのため、摩耗や損傷が生じ得ることから、ドリルビットは時々交換することが必要である。効率良く岩盤を掘削するには、良好な状態のドリルビットが必要である。公知の方式では、ドリルビットの交換装置はマガジンを備え、ドリルユニットに配備されている。しかし、かかる方式には、ドリルユニットの重量および外形寸法が必然的に増大するという欠点があり、これによりドリルユニットの操作が困難となり、掘削対象物の視認性も悪化する。重量構造には、頑健なブームと、ドリルユニットを移動させる大重量の手段とが必要とされ、これらの要因により、当然ながら装置の製造コストは増大する。さらに、ドリルビットマガジンおよび交換ユニットが供給ビームに固定して配備されている場合には、装置の保守と、セッティングについての決定とが困難となる。これに加えて、マガジンから使用済みのドリルビットを除去して新品を補充することも困難である。さらに、ドリルビットの数量は、マガジンの重量および外形寸法によって制限されるため、いかなる場合にもドリルユニットに十分な数量のドリルビットを収容できるとは限らない。上述の問題を解決するために、ドリルビットをドリルロッドの末端にあらかじめ取り付け、これを車台上のマガジンに配備した装置が開発されている。しかし、この方式の問題は、ドリルビット付きドリルロッドをマガジンからドリルユニットに移動させる必要上、ロッド操作装置がある程度の自由度を有する必要があることである。したがってこの方式では、所要の掘削条件下において、複雑な運動制御を行い、高価で損傷し易い部品を使用せざるを得ない。この方式のもう１つの問題は、ドリルビットがドリルロッドに取り付けられているため、それらのサイズおよび重量が大きいことから、操作が不便になることである。その上、マガジンが占めるスペースは非常に大きくなってしまう。
【０００３】
本発明は、ロックドリルのドリルビットまたはその他のドリル部品を交換する新規な方式を提供し、従来技術で生じる諸問題を取り除くことを目的とする。
【０００４】
本発明による方式は、部品マガジンがドリルユニットから分離され、車台またはブームに配備されていて、ドリル部品を交換するドリルユニットを部品マガジンに対して所定の姿勢および位置に駆動する手段を前記方式が含むことを特徴とする。
【０００５】
本発明の基本思想は、ロックドリルと供給装置とを備えたドリルユニットが、ドリル部品を交換するために部品マガジンに対して所定の位置および姿勢に駆動されることである。この方法によれば、部品マガジンと、ある特定の交換位置に駆動されたドリルユニットとの相対位置は、正確に分かる。交換ユニットは好ましくは車台またはブームに対して回転するように配備されていて、これにより、交換するドリル部品は、ドリルユニットとマガジンとの間で移動可能になる。本発明の好適な実施例の基本思想は、交換ユニットおよび部品マガジンがブームに配備されているため、交換ユニット、部品マガジンおよび交換位置に駆動されるドリルユニットの相対位置に対して、ブームの運動が影響を与えないということである。本発明の第２の好適な実施例の基本思想は、交換ユニットの位置決め運動が機構的に制限されていることである。
【０００６】
本発明は、ドリルビットの交換において交換ユニットが複雑な運動をすることを必要とせず、したがって交換ユニットを構造的に簡単化すると同時に、その信頼性も高めることができるという利点を有する。これにより交換ユニットの製造および運用コストは低減される。複雑な事故感知センサもしくは制御装置、または正確な運動制御等は、もはや必要とならない。動作が単純なため動作速度を相当に高速化できるから、ドリルビット交換に要する時間は著しく短縮できる。本発明による方式はさらに、次の利点を有する。すなわち、交換ユニットおよび部品マガジンが車台またはブームに配備されているため、これらがドリルユニットの重量および外形寸法に加算されないことから、装置の操縦が容易になり、掘削場所の視認性が良好になり、さらにドリルユニットの構造および駆動装置を小形化すると同時に、安価に設計できることである。一方、部品マガジンをブームまたは車台に配備したことにより、より大型のマガジンまたは複数のマガジンの使用が可能であり、これにより、ドリルユニットの連続運転時間を長くすることができる。
【０００７】
次に本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図1aは、本発明による方式が特に効果的に適用されたロックドリル装置の部分概観図である。この適用例で注意されたい点は、ドリル部品というときは、単にドリルビットのみを意味するのではなく、例えば図2aおよび図2bついて後述するドリル切り屑パイプおよびその設置手段や、掘削時に必要となり得る、交換ユニットで操作される他の部品をも、意味することである。図示したロックドリル装置は、制御室２を有する移動可能な車台１と、必須の補助装置とを含む。油圧シリンダ３により上昇および下降するブーム４が車台１に取り付けられている。ブーム４は好ましくはフォーク状であり、すなわち車台に長手方向を向けて伸びていて相互に一定の間隔を有する２本のビームを含み、これらは掘削時には地面に向けて下降可能であり、同様に、少なくともロックドリル装置の移動中には上昇可能である。明確化のため、図にはブームの最後尾のビームおよび各ビームを連結する横ビーム4aの断面のみを示す。少なくともロックドリル７、供給ビーム６その他の供給手段を含む実際のドリルユニット５は、ブーム４に対して、好ましくはその自由端の近くに配備されている。ロックドリル７は油圧シリンダによって、例えば供給ビーム６の長手方向に送られる。ドリルユニット５はブーム４に対して、多くの様々な方法で移動可能である。まず、ドリルユニット全体は油圧モータにより、例えば水平な第１の軸８について方向Ａに回転可能である。さらに油圧シリンダなどのドリルユニット上昇装置９によって、上昇および下降可能である。ドリルユニットはまた、傾斜シリンダ10により、ブーム４に対して、図示の方向Ｃに沿って前方および後方に傾斜可能である。さらに、明確化のため図示していない他の傾斜シリンダによっても、ロックドリルの横方向Ｄに傾斜可能である。上述の移動手段により、ドリルユニットは、任意の方法で方向付け可能であり、このため、例えばトンネルの天井、側壁または床に対する、様々な方法による穿孔に使用可能である。ドリルユニットの位置は、掘削時に掘削面に対して別個の支持装置を圧着することにより、保持することが可能である。さらに、ロックボルトまたは発破装置を供給ビームに配備可能であり、これらに指示を与えれば、これらを穿孔された孔に対して、例えばドリルロッド付きドリルビットが脇に移動した直後に、移動させることができる。延長ロッドによる掘削に必要なドリルロッドのために、ロッドドリルマガジン11が好ましくはドリルユニットに配備されていて、そこからは、適切な自動手段によってロッドを相互に連結可能であり、これに対応して、ドリルユニットには、ドリルロッド系から切り離されたドリルロッドを公知の方法で収納可能である。
【０００９】
延長ロッドによる掘削時において鈍化したドリルは、通常、新しい穿孔の開始時に交換される。なぜなら、この時に、延長ロッド組立体は、いかなる場合も分解されなければならないからである。掘削中にドリルビットが破損した場合は、延長ロッドは分解され、ドリルユニットは交換位置に駆動される。ドリルビットの交換後は、ほとんどの場合、未完成の穿孔の掘削を継続することが可能であり、この場合ドリルユニットは、ブーム自動制御により、穿孔位置に復帰する。
【００１０】
本発明によるドリルビットの交換は、ここでは、次のような方法で行う。すなわち、交換用ドリルビットの部品マガジン12をブームに配備し、このマガジンは好ましくはその軸について方向Ｅに回転可能であり、マガジンにはドリルビットその他の必要な部品を簡単な方法で収納可能である。言うまでもないが、チェーン状のマガジンなどの他の形式のマガジンも、必要に応じて使用可能である。図示したマガジンは、最も簡単には、ディスク状物体13としてよく、その周辺にはピンまたはそれに相当する突起14を備え、これには部品15がその内部孔によって取り付けられている。この方法によれば、交換ユニットまたは他の類似の操作装置の把握器によって、部品の外周部を容易に把握可能である。マガジン12はブーム４のフォーク間のスペースに配置することが望ましく、この位置であればマガジンは破損する心配がない一方、視認性を妨げたりロックドリル装置の外形寸法を大きくしたりすることがない。マガジン12がドリルユニットに配置されていないために、マガジンはより大型にすることができ、これにより、従来より多くの部品を収容可能である。さらに本発明思想によれば、交換ユニット16はロックドリル装置に配備され、この交換ユニットは、部品マガジン12とドリルユニット５との間でドリル部品を移送可能な、一種のマニピュレータとなる。ドリルユニットは、部品交換のためにあらかじめ定められた交換位置に駆動される。最近のロックドリル装置では、公知のように、ブームおよびドリルユニットを精密に設計された掘削プログラムに従って自動的に方向決めし制御するために、例えば数値制御式の自動制御手段を採用する。このような制御は、ドリルユニットを交換位置に駆動する場合にも使用可能である。交換位置におけるマガジン12とドリルユニット５との相対位置は正確に分かるため、さらにこの時点でのドリルユニットは交換に関していかなる場合にも都合のよい位置に置かれているため、交換ユニットの到達範囲内で、交換ユニット16は、２つの運動軸に関するもの以外の運動を必然的に必要とせず、すなわち少なくとも２つの自由度があれば十分となる。したがって、図には、ブームの他端に回転可能に関節接続されたアーム17を含む交換ユニットを示していて、このアームは方向Ｆに沿って伸縮可能である。アーム17の自由端には部品を把握する把握器18が設けられていて、部品は好ましくはそれらの外周部で取り扱われる。交換ユニット16は、例えば油圧シリンダ20または同等のアクチュエータにより、水平回転軸19について方向Ｇに回転可能である。
【００１１】
ドリル部品は、ドリルロッドの組立体が通常の方法によりロッド毎に自動的にドリルロッドマガジン内へ分解されてゆくように、交換される。通常は、ロッド間でネジ接続を用いることにより、ロックドリルの回転によって接続解除可能にしている。必要に応じて、ロックドリルは、ハンマ打ち込み接続を使用してもよい。ドリルロッドの最後部およびその末端のドリルビットが穿孔された孔から引き出されると、ドリルユニット５はドリルビット交換用の交換位置に駆動され、この段階で、少なくともマガジン12に対するドリルユニットの配置、すなわちその位置および姿勢は正確に分かる。ドリルユニットは好ましくは直立姿勢に駆動され、この場合、把握器の位置を変えることなく、マガジンから部品を取り出し、それらをドリルユニットへ接続するよう配置することが可能である。交換ユニット16の把握器18が回転可能であれば、ドリルユニットが車台に対して水平になっている時も、あるいは一定の角度をなす位置に駆動されている時も、部品の交換が可能である。交換位置におけるドリルユニットの高さも、好ましくは、交換ユニットが交換ユニットの運動に応じて良好に部品を交換できるよう、調整することが必要である。交換ユニットの回転運動は機構的手段によって、例えばある所望の位置に容易に制限することができ、その場合には、別個の運動調節装置またはセンサ装置は、一切必要とならない。交換ユニットのアーム17が低い位置にあるときも、部品マガジン12に対する位置を機構的に制限可能であるため、その場合、交換ユニットは、それが機構的に制限された限界位置の間で、あらかじめ設定された軌道に沿って回転するように設定される。さらに、アーム長さの変更も、アームロッド17aにより、例えば交換ユニットとマガジン12との間および交換ユニットとドリルユニット５との間の距離が事前に分かっているため、その限界位置内で機構的に制限可能である。この方法により交換ユニットの位置決め運動を可能な限り簡単なものにすれば、正確な運動調節を必要とすることなく、交換ユニットの構造および操作は、信頼性が実証されている汎用部品を採用した非常に簡単な方法により、実現可能である。したがって、複雑な調整器や測定器を使用する必要はない。その上、交換ユニットの運動を高速化することができる。
【００１２】
交換ユニットは、ドリルシャンク28からドリルビットを取り外してそれを部品マガジンへ運び、同時に部品マガジンから新しいドリルビットを取り出してそれをドリルユニットへ運ぶ。ドリル部品は交換ユニットによってロックドリル供給器７の運動軸Ｈ方向に設置され、これによりドリル部品のドリルシャンクへの接続は、ドリルを部品とシャンクとの間のネジ接続部に近づくように回転することにより、実行可能である。ドリルビットはドリル供給運動手段により供給ビームの末端に移動され、この手段は、ドリルビットがドリルシャンクから取り外された後に、運ばれてきたドリルビットを適切に保持するよう、設定されている。この後、ロックドリルは出発位置に戻るように駆動され、延長ロッドをドリルビットとシャンクとの間に配置することが可能になる。現行の掘削に必要とされている数の延長ロッドは、ドリルビットとロックドリルとの間に設置される。さらに、ドリルビットを保持するため、ドリルビットを供給ビームの末端に直接取り付けてもよく、これによれば装置操作を一層高速化できる。
【００１３】
図1aに示した方式の他、交換ユニットおよび部品マガジンの両方を車台に配備してもよく、その場合は、交換ユニットおよびマガジンの位置は、ブームの位置とは無関係に分かる。また交換ユニットを車台に、マガジンをブームに配備してもよく、これとは逆に配備してもよい。後者の場合、交換ユニットのマガジンに対する位置および交換ユニット使用上に必要な制御データは、例えば適当な位置決めセンサにより得られる。いずれの場合にも、ドリルユニットはマガジンに対する交換位置に位置決めされる。交換ユニットおよびマガジンの固定点に基づき、マガジンとドリルユニットとの間における交換ユニットの運動は、固定された制限器または適切な位置決めセンサにより得られた情報をベースにして制御される。
【００１４】
図1bに示す方式では、交換ユニット16はドリルユニット５に配備されている。したがって、交換ユニット16を供給ビーム６に関節接続することができ、この場合、交換ユニットは部品15を部品マガジン12から取り出し、これらを直接供給ビームの末端に運んで保持する。供給ビームの末端に運ばれ保持されるドリル部品15は、破線により示している。明確化のため、交換ユニット16の回転用アクチュエータは図示しない。この種の方式は、ドリル部品15が運ばれ保持される時に、交換ユニット16は一切の複雑な制御なしに回転可能であるという利点を有するが、これは交換ユニットおよび保持ステーションの相対位置が正確に分かっていて、実質的に不変だからである。さらに、本発明思想に基づき、ドリルユニットは、ドリル部品交換のため、部品マガジン12に対して、あらかじめ設定された姿勢および位置に駆動されるため、交換位置における交換ユニットの部品マガジンに対する位置も、正確に分かる。
【００１５】
図2aは穿孔内に設置されたドリル切り屑パイプの原理を示す。ドリル切り屑パイプ21の役割は、切り屑22、すなわち掘削中に発生し、下方または下方に傾斜した掘削を行っている間にドリルを介して上方に持ち運ばれた岩屑が、穿孔された孔に流れ落ちて戻ることを防ぐことである。ドリル切り屑パイプはある方法により、穿孔の周囲に高さを有するカラーを形成する。ドリル切り屑パイプ21を設置するために、最初の孔23は実際の孔より大きなドリルビットにより穿孔され、その後に図2bに示すように、ドリル切り屑パイプが孔内に部分的に押し込まれる。ドリル切り屑パイプ21の内径は、当然ながら、延長ロッド25a〜25c付きの実際のドリルビット24が、パイプ内を通って押し出されることにより、実際の孔26を穿孔できるよう、設計されている。この種のドリル切り屑パイプは通常、人手によって設置されるが、これは遅々としていて不便であり、最新の岩盤掘削には向いていない。本発明による方式は、ここで、ドリル切り屑パイプの設置に関する改善策も提供する。ドリル切り屑パイプ用の孔を穿孔する大直径ドリルビットは部品マガジンに収納し、そこから取り出して交換に用いることができ、ドリル切り屑パイプ用孔が穿孔された後は、ドリル切り屑パイプの設置に適したツールをドリルシャンクに配備可能である。この後、交換ユニットは、設置すべきドリル切り屑パイプを捕捉し、これをドリルシャンクに接続された一種のプランジャ27であるツールへ運び、さらにその後に、設置用プランジャに運ばれたドリル切り屑パイプ21は、ロックドリルの供給装置により孔23内に押し込まれる。その後プランジャは交換ユニットによって取り戻され、通常の穿孔がドリル切り屑パイプを通じて行なわれる。
【００１６】
１個以上の、例えば２個のマガジンを備えることが可能であり、第１のマガジンは、ツールすなわちドリルビットおよびドリル切り屑パイプのプランジャ用とし、第２のマガジンは、ドリル切り屑パイプ用としてよい。例えば図1aに示したマガジンとしてよく、それらは、ロックドリル装置の前方から見て、ブームフォーク間のスペースに並べて設置してよい。この場合、交換ユニットの回転ジョイント19に加えて、垂直回転ジョイントも備えられていて、これにより交換ユニットはロックドリル装置の横手方向にも回転可能になる。交換ユニットの横手方向の運動は、その限界位置内に制限することも可能である。一方、マガジンは、次のような方法で設置してもよい。すなわち、部品取り扱いの都度必要とされるマガジンを、交換ユニットがマガジン内の部品を取り扱うことができる特定の位置に駆動するという方法である。このマガジン位置は、ドリルユニットがその交換位置に位置決めされる基準点でもある。
【００１７】
各図面およびそれらに関する記載は、本発明の思想の説明を目的としたものにすぎない。本発明は特許請求の範囲内で詳細を変更してよい。したがって、ロックドリルのブームまたはドリルユニットは、図示されたものに限定されるものではなく、本発明は、他の種類のロックドリル装置にも適用可能である。さらに、図示されているものとは異なり、交換ユニットを水平方向にのみ回転させてもよく、この場合には、部品マガジンを制御室の後部で車台に配備してよい。交換ユニットによる部品交換は、したがって、最も簡単には、交換ユニットを水平なままある角度だけ回転し、そのアームを伸ばすだけでよい。本発明による方式は、延長ロッドによる掘削時における単なるドリルビットまたはその同等品の交換に限られず、それ以外の状況にも良好に適用可能であることに留意されたい。したがって、本発明による方式は、ドリルロッドカートリッジを必ずしも含む必要がなく、あるいはカートリッジはドリルユニット以外の場所に設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１ａおよび１ｂ】 本発明によるドリル部品交換方式を適用したロックドリル装置の概観図である。
【図２ａおよび２ｂ】 岩盤掘削時に使用されるドリル切り屑パイプの設置原理図である。

Claims (8)

1. 車台と、該車台に対して移動可能に配備されたブームとを含み、該ブームにはドリルユニットが移動可能に配備され、該ドリルユニットは少なくともロックドリルと、供給ビームと、供給手段とを有する方式であって、該方式はさらに、掘削時に必要なドリル部品を収納する少なくとも１つの部品マガジンと、前記ドリル部品を前記部品マガジンとドリルユニットとの間で操作する交換ユニットとを含む、ロックドリル装置におけるドリル部品交換方式において、前記部品マガジンは、前記車台またはブームに、前記ドリルユニットから分離されて配備され、前記方式は、前記ドリル部品を交換するために前記ドリルユニットを前記部品マガジンに対して所定の姿勢および位置に駆動する手段を含むことを特徴とする方式。
2. 請求項１に記載の方式において、前記交換ユニットは、前記車台またはブームに配備されていることを特徴とする方式。
3. 請求項１または２に記載の方式において、前記交換ユニットは、前記部品マガジンとドリルユニットとの間で該交換ユニットの回転ジョイントについて回転するように配備され、該交換ユニットは、伸縮可能なアームを含み、該アームの自由端は、前記ドリル部品を把握する把握器を含むことを特徴とする方式。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の方式において、前記部品マガジンおよび交換ユニットは、前記ブームに配備され、これにより、前記部品マガジンと、交換ユニットと、ドリルユニットとの相対位置は、ブームの位置とは無関係であることを特徴とする方式。
5. 請求項４に記載の方式において、前記交換ユニットの運動は、前記ドリルユニットの所定の交換位置と前記部品マガジンとの相対位置に対応して、機構的に制限されていることを特徴とする方式。
6. 請求項１に記載の方式において、前記交換ユニットは前記ドリルユニットに配備され、該交換ユニットは、前記ドリル部品を、前記部品マガジンと供給ビームの末端にある保持ステーションとの間で操作するように配備されていることを特徴とする方式。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の方式において、前記部品マガジンは、回転可能なディスク状物体を含み、該物体の周辺には、突起またはその同等物が、前記ドリル部品を固定するために備えられていることを特徴とする方式。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の方式において、前記ブームは、前記ロックドリル装置に対して長手方向を向けていて相互に一定の間隔を有する２本のビームを含み、前記部品マガジンおよび交換ユニットは、前記ブームの各ビーム間に配備されていることを特徴とする方式。

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