JP4586834B2

JP4586834B2 - バケット式掘削機

Info

Publication number: JP4586834B2
Application number: JP2007215112A
Authority: JP
Inventors: 真弘佐藤; 俊男中村
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2007327334A

Description

本発明はバケット式掘削機に関する。

従来より掘削に用いられるバケット式掘削機は、ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端にワイヤーを介して昇降可能に吊下された掘削バケットとからなり、その掘削バケット下端の一対のシェルを開閉駆動させて掘削溝を掘削している。そして、鉛直に掘削溝を掘るべく、掘削作業を定期的に中断して、掘削バケットの掘削姿勢の鉛直度を測定している。

この鉛直度測定は、掘削溝内に掘削バケットを配して掘削姿勢にした状態で運転を停止した後、水糸を垂下して、当該水糸と掘削バケットに罫書かれた基準線とを比較して行っている。

この測定結果が公差範囲外の場合には、掘削バケットを地上に吊り出して、掘削バケットの傾斜側の外周面に、掘削溝内壁と当接して傾きを修正する突起物を取り付ける。そして、再度掘削溝内に掘削バケットを配して前記鉛直度測定を行い、公差範囲内であれば掘削作業を再開し、範囲外であれば再び突起物を調整し、これらを繰り返して掘削バケットの鉛直性を確保している。

しかしながら、前記鉛直度測定および傾斜の修正は、水糸を垂下したり、突起物を取り付けるべく掘削バケットを地上に出さなければならないため、長時間を要していて、その度に掘削作業が長時間に亘って中断し著しく掘削効率を落としていた。

本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、前記掘削バケットの掘削姿勢を短時間で計測するとともに、この計測結果に基づいて掘削姿勢を速やかに鉛直に修正することができるバケット式掘削機を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために主たる発明は、ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に、昇降可能にワイヤーを介して吊下された掘削バケットとを備え、該掘削バケットを掘削溝内に配して土砂を掘削するバケット式掘削機において、前記掘削バケットは、上端が前記ワイヤーに吊下され下端に開閉駆動する一対のシェルが設けられた掘削バケット本体と、該掘削バケット本体の両側方に設けられて、前後に傾動可能かつ側方へ突出可能な一対の駆動ガイドと、鉛直に対する、掘削バケット本体の前後方向および側方方向の傾斜角度をそれぞれ計測する傾斜計とを備え、該傾斜計から送信される傾斜角度情報に基づいて、前記駆動ガイドを適宜駆動して掘削溝へ押し付けることにより、掘削バケット本体の傾斜を修正するよう構成されており、前記駆動ガイドは、ガイド本体と、ガイドプレートとを備え、前記ガイド本体には前記ガイドプレートの形状に沿った開口が形成されており、前記ガイドプレートは、前記ガイド本体の側端面から側方へ突出駆動可能に、前記開口に格納されており、前記ガイド本体は、前記掘削バケット本体に対して、相対的に平行移動可能、且つ、相対的に傾動可能に支持されており、前記傾斜計から送信される前記前後方向の前記傾斜角度情報に基づいて、前記ガイド本体が前後に傾動され、前記傾斜計から送信される前記側方方向の前記傾斜角度情報に基づいて、左右の前記ガイドプレートが、前記ガイド本体からの突出量に差をつけて突出されるように構成されていることを特徴とするバケット式掘削機である。

主たる発明によれば、掘削バケットを掘削溝内に配したまま、傾斜計によって掘削姿勢を短時間で計測し駆動ガイドにより速やかに掘削姿勢を鉛直に修正できるので、掘削作業の中断を極短時間に抑えることができて、掘削効率を著しく向上することができる。

以下、本発明に係る一実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る一実施形態の側面図であって、掘削バケットを掘削溝内に吊り降ろした状態を示す。

図１に示すように、本実施形態のバケット式掘削機１１は、水平旋回可能な旋回ベース１３ａを備えるベースマシン１３と、前記旋回ベース１３ａ上に傾動可能に軸支されたブーム１５と、このブーム１５上端１５ａからワイヤー１７を介して昇降可能に吊下された掘削バケット２０とから概略構成される。そして、かかる構成のバケット式掘削機１１は、(1)前記ワイヤー１７を巻下げて掘削バケット２０を掘削溝３内へ配置し、(2)掘削バケット２０下端の一対のシェル２５ａ，２５ｂを開閉させて土砂を掘削して掘削土をシェル２５ａ，２５ｂ内に収容し、(3)前記ワイヤー１７を巻上げて掘削バケット２０を地上へ吊り出し、(4)ブーム旋回および傾動によって掘削バケット２０を所期の排土場所へ移動した後、前記一対のシェル２５ａ，２５ｂを開閉させて土砂を排土し、(5)ブーム旋回および傾動によって掘削バケット２０を前記掘削溝３上へ移動し、これら(1)〜(5)を繰り返して地盤１に掘削溝３を深く掘っていくものである。

ベースマシン１３は、走行可能なキャタピラ上に水平旋回可能な旋回ベース１３ａを備えて構成され、この旋回ベース１３ａ上には運転室や前記ブーム１５が設けられている。

ブーム１５は、その下端１５ｂを旋回ベース１３ａに傾動可能に軸支され、そして上端１５ｂに、ケーブル１６ａを介して接続されたリンク部材１６を鉛直面内に旋回駆動させることにより起伏自在に駆動される。また、このブーム１５の上端１５ａにはシーブ１５ｃ，１５ｄが回転自在に軸支されており、前記掘削バケット２０を吊下するワイヤー１７は、このシーブ１５ｃ，１５ｄをガイドにして、旋回ベース１３ａ上のワイヤーウインチ（不図示）により適宜巻上下げされる。

このワイヤー１７と掘削バケット２０との間には鉛直な鋼製のガイドバー３１が両者と同軸に介装されており、前記ワイヤー１７には固設される一方、掘削バケット２０には、連結部としてのユニバーサルジョイント２７を介して連結される。また、前記ブーム１５の上端１５ａには、ユニバーサルジョイント３５を介して鋼製のガイドパイプ３３が連結されており、このガイドパイプ３３は鉛直に吊下されている。そして、このガイドパイプ３３は、その下端から前記ガイドバー３１を挿抜可能に収容し、当該収容状態にあっては、ガイドバー３１の動きを拘束することによって、その下端に連結された掘削バケット２０の地上における揺動を抑制する。つまり、これらガイドパイプ３３およびガイドバー３１は、地上における掘削バケット２０の振れ止めとして機能する。

図２には前記掘削バケットの正面図を、後記駆動ガイドを取り外して示す。図示の如く掘削バケット２０は、上端が前記ガイドバー３１を介してワイヤー１７に吊下され、下端に開閉駆動する一対のシェル２５ａ，２５ｂが設けられた掘削バケット本体２１と、この掘削バケット本体２１の左右両側方に対称に設けられて、前後に傾動可能かつ側方へ突出可能な一対の駆動ガイド４１と、鉛直に対する、掘削バケット本体２１の前後方向および側方方向の傾斜角度を計測する傾斜計７１とを備える。そして、この掘削バケット２０が掘削溝３内に配されて、前記シェル２５ａ，２５ｂを開口して掘削姿勢をとった際に、この傾斜計７１から傾斜角度情報が前記運転室内のＣＲＴ等の画面表示手段へ送信されて、運転操作者はこの傾斜角度表示に基づいて、駆動ガイド４１を操作して当該駆動ガイド４１を掘削溝３内壁に適宜押し付けて、もって掘削バケット本体２１の姿勢を鉛直に修正する。尚、掘削バケット本体２１と前記一対のシェル２５ａ，２５ｂとは鉛直方向に同軸に設けられており、よって一対のシェル２５ａ，２５ｂの鉛直に対する傾斜角度は前記掘削バケット本体２１にて代表される。

図３および図４に、前記駆動ガイド４１を拡大して示す。尚、図３は図２中のIII部を、後板の一部を破断して示し、図４は図３中のIV-IV線矢視図であって後記軸受け部を破断して示している。図４の如く、駆動ガイド４１は、前記一対のシェル２５ａ，２５ｂ（不図示）の前後幅分の間隔をもって互いに対向する、上下に長い一対の略矩形板たる前板４３および後板４５と、これらを繋ぐ一つの側板４６とからなる横断面略コ字状のガイド本体４７を備える。そして、図２に示すように、ガイド本体４７の側方開口部４７ａが掘削バケット本体２１側を向いた状態で、掘削バケット本体２１の側端面から側方へ突出するブラケット２３に、上下一対の後記軸受け２９ａ，２９ｂを介して連結される。

図４に示すように、前記前板４３と後板４５とは、その上部と下部とにおいて水平な丸棒５１ａ，５１ｂによって、またその中間部において角材５２によって連結されており、もって前後板４３，４５とを一体化させて当該ガイド本体４７を堅牢に補強している。図５（ａ）および図５（ｂ）に図４中のＡ部およびＢ部をそれぞれ拡大して示すが、これら丸棒５１ａ，５１ｂの内、上部の丸棒５１ａの両端は、それぞれ前記前後板４３，４５にボルト止め固定（不図示）されている。一方、下部の丸棒５１ｂの両端は、前記前後板４３，４５に球面座５３を介して接続されており、下部の丸棒５１ｂは、前後板４３，４５に対して鉛直面内の相対傾動を許容されつつ、これら前後板４３，４５の前後間隔を維持するようになっている。

一方、図２に示すように、前記ブラケット２３は、掘削バケット本体２１のほぼ全高に亘って延在している。そして、その上部および下部には、それぞれ前記上下の丸棒５１ａ，５１ｂを前後に相対移動可能に案内する前記軸受け２９ａ，２９ｂが設けられており、前記ブラケット２３は、これら軸受け２９ａ，２９ｂを介して前記ガイド本体４７を前後に相対移動可能に支持している。

図５に示すように、この内の上部の軸受け２９ａは、前記ブラケット２３に、鉛直面内の前後方向に揺動可能に軸支されており、もってブラケット２３に対するガイド本体４７の前後方向の傾動を何ら規制しない。一方、下部の軸受け２９ｂは前記ブラケット２３に固定されているが、前述の如く、この下部の軸受け２９ｂに前後に案内された前記丸棒５１ｂは、その両端の球面座５３によって、ガイド本体４７に対して相対的に傾動することができて、もってブラケット２３に対するガイド本体４７の前後方向の傾動を何ら規制しない。したがって、ガイド本体４７は、掘削バケット本体２１に対して、相対的に前後に平行移動および傾動が可能となっている。

これら上部および下部の軸受け２９ａ，２９ｂのそれぞれには、前記ガイド本体４７を前後方向に相対移動するための油圧シリンダー５５ａ，５５ｂが設けられており、これら油圧シリンダー５５ａ，５５ｂは、各軸受け２９ａ，２９ｂに、鉛直面内の前後回転可能に軸支されている。そして、これらのピストンロッド５６ａ，５６ｂ端は、いずれも前記前板４３に水平な連結ピン５７ａ，５７ｂを介して相対回転可能に接続されている。尚、これら油圧シリンダー５５ａ，５５ｂにはピストンロッド位置を認識するためのセンサー５８ａ，５８ｂが設けられており、このセンサー信号に基づいてサーボ弁等により油圧シリンダー５５ａ，５５ｂ内へ作動油を適宜出し入れすることで、前記ピストンロッド位置を所期値に設定できるようになっている。

このような構成からなるガイド本体４７は、上部および下部の油圧シリンダー５５ａ，５５ｂのピストンロッド５６ａ，５６ｂを前後に移動させることによって、前記ガイド本体４７を前後に平行移動させたり、前後に傾動させたりすることができる。図７に示す、掘削溝３内に配された掘削バケット２０の側面図を用いて説明すると、例えば、図７（ａ）のような中立位置から、同図（ｂ）に示すように、掘削バケット本体２１に対して前記ガイド本体４７を前後に平行移動させる場合には、図５に示す中立位置の状態から、前記上部および下部の油圧シリンダー５５ａ，５５ｂのピストンロッド５６ａ，５６ｂを同方向に同量だけ移動させれば良い。また図７（ｃ）に示すように、掘削バケット本体２１に対してガイド本体４７を前後に傾動させる場合には、図６に示すように、上下部の油圧シリンダー５５ａ，５５ｂのピストンロッド５６ａ，５６ｂを互いに逆方向に移動させるか、若しくは一方のみを移動させれば良い。尚、前述したように、これらピストンロッド５６ａ，５６ｂ位置は、所期値に設定できるので、前記平行移動量および傾動量も任意に設定できるのは言うまでもない。

図３および図４に示すように、前記駆動ガイド４１は、更にこのガイド本体４７の側端面４７ｂから側方へ突出駆動可能に格納された略矩形板状のガイドプレート６１も備えている。つまり、前記ガイド本体４７の側板４６には、ガイドプレート６１の形状たる前記略矩形形状に沿った開口４６ａが形成されており、このガイドプレート６１はこの開口４６ａから側方へ出没可能となっている。そして、格納状態にあっては、ガイドプレート６１ｂの側面は側板面４７ｂと面一になる。

このガイドプレート６１は、その上下に設けられた一対のリンク部材６３ａ，６３ｂを介して、ガイド本体４７の上部と下部とに連結されている。これらリンク部材６３ａ，６３ｂは、その一端を前記ガイド本体４７に水平な連結ピン６４ａ，６４ｂを介して軸支されていて、下方から側方へ向けての揺動回転をする一方、その他端は、水平な連結ピン６５ａ，６５ｂを介してガイドプレート６１を軸支しており、もってガイドプレート６１は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、側方へ出没可能になっている。

そして、下のリンク部材６３ｂの中間部には、このリンク部材６３ｂを揺動駆回転駆動するための油圧シリンダー６７のピストンロッド６７ａが連結されていて、当該ピストンロッド６７ａを伸縮することで、前記ガイドプレート６１を出没自在に駆動することができる。尚、この油圧シリンダー６７は、前記角材５２に支持されている。このピストンロッド６７ａの位置も、内蔵するセンサーによって認識することができて、前述と同様にサーボ弁等によってピストンロッド６７ａ位置を所期値に設定することが可能であり、もって、ガイドプレート６１の側方への突出量を所期値に設定可能となっている。

図８（ａ）に、掘削溝３内に配された掘削バケット２０を正面視にて示すが、前記ガイド本体４７の側端面４７ｂと掘削溝３内壁との間に隙間５が生じるように、前記一対のガイド本体４７の側端面４７ｂ間幅は、前記一対のシェル２５ａ，２５ｂの開口時の側方幅より狭くなっている。よって、図８（ｂ）の如く、少なくとも一方のガイドプレート６１を突出させて掘削溝３内壁に押し付けることによって、シェル２５ａを支点に掘削バケット本体２１を側方へ回転させて、もって掘削バケット２０を側方へ傾動させることができる。そして、図８（ｃ）に示すように、左右のガイドプレート６１の側方への突出量に差をつけることにより、その差分だけ掘削バケット本体２１を側方へ傾けることができるので、側方へ所期角度だけ傾動させることができる。

図２に示すように、傾斜計７１は、前記掘削バケット本体２１の上部に内蔵されており、鉛直からの掘削バケット本体２１の傾斜角度、すなわち前記前後方向たるＸ方向および前記側方方向たるＹ方向の傾斜角度を計測することができる。そして、この傾斜角度情報は、前記運転室内のＣＲＴへ送信されて、その画面上に、Ｘ方向およびＹ方向の傾斜角度が、ｍｍ／ｍの単位、すなわち鉛直方向１メートル当たりの水平方向の変位量にて表示されるようになっている。尚、Ｘ方向の傾斜角度は、前記ガイド本体４７の傾動量によって修正し、またＹ方向の傾斜角度は、前記ガイドプレート６１の突出量によって修正する。この傾斜計は、２軸角度加速度センサーを使用しており、互いに直交する２軸方向の傾斜角度を測定できるものである。尚、二次元の傾斜を計測可能であればこれに限らない。

次に、図７および図８用いて、掘削溝３内における掘削バケット２０の掘削姿勢の調整手順を説明する。先ず、図８（ａ）の如く、ワイヤー１７（不図示）を巻下げて掘削溝３内に掘削バケット２０を降ろし、開口させた一対のシェル２５ａ，２５ｂの刃先が掘削溝３底部に近接するようにする。そして、図７（ａ）の如く、掘削バケット本体２１に対するガイド本体４７の傾動角度を０度、つまりガイド本体４７を平行にするとともに、左右のガイドプレート６１の両方を同量突出させて掘削溝３の内壁に押し付けて、掘削可能な掘削姿勢にする。

そして、この状態で傾斜計７１を起動して、掘削バケット本体２１の、前後方向たるＸ方向および側方方向たるＹ方向の傾斜角度をそれぞれ計測し、この傾斜角度情報を運転室のＣＲＴへ表示する。運転操作者は、このＸ方向およびＹ方向の傾斜角度に基づいて前記駆動ガイド４１を動かして、掘削姿勢を鉛直に調整する。例えば、Ｘ方向の傾斜角度がＡｘ、Ｙ方向の傾斜角度がＡｙである場合には、図７（ｃ）に示すように、前記Ａｘに応じた分だけ前記ガイド本体４７を前後に傾動させるとともに、図８（ｃ）に示すように、前記Ａｙに応じた分だけ左右のガイドプレート６１の突出量に差をつけて突出する。そして、かかる姿勢調整後、傾斜計７１によって傾斜角度を再計測し、公差範囲内であれば傾斜計７１を停止した後、前記シェル２５ａ，２５ｂを閉口させて前記掘削溝３底部の土砂を掘削する。一方、公差範囲外の場合には、再計測した傾斜角度情報に基づいて、再度、ガイド本体４７の傾動およびガイドプレート６１の突出による姿勢調整を行う。このように、本実施形態によれば、掘削バケット２０が掘削溝３内にある状態のまま、その掘削姿勢を計測してその姿勢を修正できるので、掘削作業の中断時間を極短く抑えることができる。

尚、本実施形態の掘削バケット２０は、掘削溝３内においては完全にワイヤー吊りの状態であるため、掘削溝３に対して鉛直軸周りに掘削バケット２０がねじれて配される虞もある。このようなねじれを修正するには、前記一対のガイド本体４７を互いに前後の逆側に平行移動させれば良い。また、掘削溝３に対して前後方向に掘削バケット本体２１を平行移動させたい場合には、図７（ｂ）の如く一対のガイド本体４７の両者を同方向に同量だけ平行移動させれば良い。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

本実施形態においては、傾斜計７１にて計測した掘削バケット本体２０の傾斜角度情報に基づいて、運転操作者の手動操作にて駆動ガイド４１を運転したが、これに限るものではなく、駆動ガイド制御装置等を設けて、前記傾斜角度情報に基づいて駆動ガイド４１を自動運転しても良い。例えば、前記駆動ガイド制御装置に、左右のガイドプレート６１の突出量とＹ方向の掘削バケット本体２１の傾斜角度との対応関係、およびガイド本体４７の傾動量とＸ方向の掘削バケット本体２１の傾斜角度との対応関係を記憶させておく。また、この駆動ガイド制御装置を、前記傾斜計と通信可能に接続しておく。更には、傾斜計から受信した傾斜角度情報の内、Ｘ方向の傾斜角度に応じた突出量にガイドプレート６１を設定する一方、Ｙ方向の傾斜角度に応じた傾動量にガイド本体４７を設定するような制御プログラムを前記駆動ガイド制御装置に格納しておけば良い。

本発明に係る一実施形態の側面図であり、掘削バケットを掘削溝内に吊り降ろした状態を示す。駆動ガイドを取り外して示す、掘削バケットの正面図である。図２中のIII部を、後板の一部を破断して示す。図３中のIV-IV線矢視図であって、軸受け部を破断して示す。図４中のＡ部およびＢ部を拡大して示す。図４中のＡ部およびＢ部を拡大して示す図であって、ガイド本体を傾動させた状態を示す。掘削溝内に配された掘削バケットの側面図である。掘削溝内に配された掘削バケットの正面図である。

符号の説明

１地盤
３掘削溝
１１バケット式掘削機
１３ベースマシン
１５ブーム
１７ワイヤー
２０掘削バケット
２１掘削バケット本体
２５ａ、２５ｂシェル
４１駆動ガイド
７１傾斜計

Claims

ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に、昇降可能にワイヤーを介して吊下された掘削バケットとを備え、該掘削バケットを掘削溝内に配して土砂を掘削するバケット式掘削機において、
前記掘削バケットは、上端が前記ワイヤーに吊下され下端に開閉駆動する一対のシェルが設けられた掘削バケット本体と、
該掘削バケット本体の両側方に設けられて、前後に傾動可能かつ側方へ突出可能な一対の駆動ガイドと、
鉛直に対する、掘削バケット本体の前後方向および側方方向の傾斜角度をそれぞれ計測する傾斜計とを備え、
該傾斜計から送信される傾斜角度情報に基づいて、前記駆動ガイドを適宜駆動して掘削溝へ押し付けることにより、掘削バケット本体の傾斜を修正するよう構成されており、
前記駆動ガイドは、ガイド本体と、ガイドプレートとを備え、前記ガイド本体には前記ガイドプレートの形状に沿った開口が形成されており、前記ガイドプレートは、前記ガイド本体の側端面から側方へ突出駆動可能に、前記開口に格納されており、
前記ガイド本体は、前記掘削バケット本体に対して、相対的に平行移動可能、且つ、相対的に傾動可能に支持されており、
前記傾斜計から送信される前記前後方向の前記傾斜角度情報に基づいて、前記ガイド本体が前後に傾動され、前記傾斜計から送信される前記側方方向の前記傾斜角度情報に基づいて、左右の前記ガイドプレートが、前記ガイド本体からの突出量に差をつけて突出されるように構成されていることを特徴とするバケット式掘削機。
前記ガイドプレートの格納状態にて、前記ガイド本体の側端面は掘削溝内壁との間に隙間を有するように、前記一対のガイド本体の側端面間幅は、前記一対のシェルの開口時の側方幅よりも狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載のバケット式掘削機。