JP4989032B2 - 起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、河川又は海岸部の樋門・水門に設置される起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路に関する。

近年、樋門並びに水門等の設備管理の安全性並びに効率化を目的とし、浮体式起状型自動ケート設備が計画あるいは設置されてきている。当該ゲート設備の技術は、特許文献１に示されるとおり、起伏型の扉体が上下流水位状態に対応し水圧力を作動力として起伏動作することで樋門又は水門の通水部を閉塞又は開放する自動ゲート設備において、両ロッド式の油圧シリンダーを用いて任意操作可能とした技術である。
特許第３５４４５０３号公報

特許文献１に示す両ロッド式油圧シリンダーの自由な動作を行う連通回路は一回路で、シリンダーの伸動作時も縮動作時も同一回路を経由する。また、両ロッド式油圧シリンダーは常に油圧タンクと連通状態にある。

当該回路では、両ロッド式油圧シリンダーの伸縮動作を各々制御することは困難となる。また、回路が作動油タンクと連通しているため、両ロッド式油圧シリンダー動作時、吐出された作動油が作動油タンクヘ戻る可能性がある。

樋門・水門設備において自動作動ゲートを有効に、且つ安全に機能させるためには、起立・倒伏の自動作動状態を制御し、波浪等による揺動作動を防止しなければならない。このためには、ゲートの自動起立速度、自動倒伏速度を各々適切な速度とする必要がある。

さらに、速度制御を行うためには起立・倒伏の各作動時の作動油回路を特定する必要があり、作動油タンクへの作動油が逃げることを防止しなければならない。

そこで、本発明は、起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路により、水路の水位状態によって自動倒伏、自動起立作動の実施が可能となり、また、一定の時間間隔で自動倒伏・起伏作動の実行が可能となる、起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路を提供するものである。

本発明は、河川又は海岸部の樋門並びに水門に設置され、浮体式扉体に作用する水圧力によって自動開閉作動する機能を有する河床ヒンジ式の起伏型自動ゲート設備であって、起伏式に設置された浮体式扉体側部に扉体起伏回転中心と同芯で駆動軸を取り付け、同駆動軸を水路側部に設けた装置室内に貫通させ駆動用アームを固結し、駆動用アームの先端とロッドの先端がピン結合された両ロッド式油圧シリンダーを揺動式に配置し、両ロッド式油圧シリンダーのロッド伸縮動作速度を制御することによって水圧力による扉体の自動起伏作動速度を制御し、且つ両ロッド式油圧シリンダーを伸縮作動させることによって扉体を任意に開閉作動させる、起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路において、
前記両ロッド式油圧シリンダーと方向制御弁、油圧ポンプ並びに作動油タンクと連通する油圧回路に、油圧ポンプによって作動油を供給する時以外は両ロッド式油圧シリンダー側から方向制御弁側への作動油流れを常に遮断するパイロット付き逆止弁が設置され、両ロッド式油圧シリンダーと前記パイロット付き逆止弁間の油圧回路に、両ロッド式油圧シリンダーの前方油室から後方油室に作動油が流れるロッド伸方向の油圧連通回路と、後方油室から前方油室へ作動油が流れるロッド縮方向の油圧連通回路を各々設け、この油圧連通回路の両方に逆止弁、並びに流量制御弁が配置され、さらに当該油圧連通回路を開放並びに遮断する切替弁によって構成された作動油循環回路を形成することを特徴とする。

自動作動時の制御回路を閉鎖型とすることにより、任意操作時に発生した作動圧が抜け難くなる問題点が発生する。循環回路内に大きな圧が残ることは好ましくない。本発明は、これを解消するため、作動油循環回路から直接作動油タンクヘ圧抜き用の回路を設け、通常は止め弁によって閉鎖し、任意操作後に一時的に開放し回路内の圧抜きができるようにする。また、圧抜き用の回路にはリリーフバルブを設け、一定のリリーフ圧以下の作動油の戻りを制限することで、必要以上の作動油が作動油タンクヘ戻ることを防止する。

本発明の起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路により、水路の水位状態によって自動倒伏、自動起立作動を実施可能となり、また、一定の時間間隔で自動倒伏・起伏作動を実行可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は浮体式起伏型自動ゲート設備の設置概要図を示し、図１（ア）は設備全体の断面概要図、図１（イ）は浮体式設備自動ゲート側断面概要図を示す。

図１に示すとおり、浮体式起伏型自動ゲート設備は堤防３２に挿入して設置された樋門３１の河川３３側出口に設置される。樋門３１の河川側出口には側部戸当２ａ、下部戸当２ｂ、上部戸当２ｃで構成される戸当金物が設置される。浮休式扉休１は下部支承３によって支持、且つ下部支承３を中心に起立、倒伏作動して樋門３１を閉塞、開放する。浮体式扉体１が全起立した状態では、下部支承３と上部支承４によって支持され、河川３３側からの水圧荷重を受ける構造となっている。また、樋門３１の水路側部に装置室３０が設けられている。

図２に浮体式扉体１と駆動軸５、トルクアーム６、両ロッド式油圧シリンダー８の構成概要を示す斜視図である。

図２に示すとおり、浮体式扉体１の側部に、扉体回転中心と同芯で駆動軸５が取り付けられ、駆動軸５にトルクアーム６が固結される。トルクアーム６と両ロッド式油圧シリンダー８は、トルクアーム先端とシリンダーロッド先端がピン結合されている。また、駆動軸５は軸受７によって支持されている。

図３は両ロッド式油圧シリンダーと扉体の動作関係概要図である。

図３（ア）は両ロッド式油圧シリンダー８が中間伸動作、浮体式扉体１も中間起立動作状態を示す。図３（イ）は両ロッド式油圧シリンダー８が全伸状態、浮体式扉体１が全起立作動状態を示す。

図２及び図３より、この設置形態においては浮体式扉体１が起立作動する時に両ロッド式油圧シリンダー８は伸動作をし、浮体式扉体１が自動倒伏作動する時に両ロッド式油圧シリンダー８は縮動作を行うことがわかる。

同様に、油圧操作により両ロッド式油圧シリンダー８を伸作動させると浮体式扉材１は起立作動し、両ロッド式油圧シリンダー８を縮作動させると浮体式扉体１は倒伏作動することがわかる。

図４は本発明の制御回路図である。

図４において、８ａは両ロッド式油圧シリンダー前方油口、８ｂは同後方油口、１０は切替弁、１１は流量制御弁、１２は逆止弁、１３は流量制御弁、１４は逆止弁、１５ａ，１５ｂは１方向絞り弁、１６ａ，１６ｂはパイロット付逆止弁、１７は方向制御弁、１８はリリーフ弁（１）、１９は油圧ポンプ、２０はフィルター、２１は止め弁、２２はリリーフ弁（２）、２３は作動油タンク、２４は圧力計を示す。矢印Ａは両ロッド式油圧シリンダー８の伸作動方向、矢印Ｂは同縮作動方向を示す。なお、止め弁２１は常時閉鎖状態とする。

図５によって本発明の制御回路による浮体式扉体１の自動作動制御を説明する。本回路ではゲート自動作動制御時には切替弁１０は開放状態にある。

図５（ア）は浮体式扉体１が水圧力により自動起立作動する時の両ロッド式油圧シリンダー８の伸動作時の回路である。

図５（ア）において、作動油は矢印アが示すとおり、両ロッド式油圧シリンダー８の前方油口８ａから流量制御弁１３、逆止弁１４、並びに切替弁１０を経由して後方油口８ｂへ流れる。上記回路以外は逆止弁１２、並びにパイロット付逆止弁１６ａによって閉鎖されている。したがって、自動起立作動時の矢印アの流量は流量制御弁１３によって決定される。

図５（イ）は浮体式扉体１が自動倒伏作動する時の両ロッド式油圧シリンダー８の縮動作時の回路である。

図５（イ）において、作動油は矢印イが示すとおり、両ロッド式油圧シリンダー８の後方油口８ｂから切替弁１０、流量制御弁１１、逆止弁１２を経由して前方油口８ａへ流れる。

上記回路以外は逆止弁１４、並びにパイロット付逆止弁１６ｂによって閉鎖されている。したがって、自動倒伏作動時の矢印イの流量は流量制御弁１１によって決定される。

図５（ア）並びに（イ）に示すとおり、両ロッド式油圧シリンダー８が外力によって伸縮動作する時、回路がパイロット付逆止弁１６ａ，１６ｂによって油圧タンク２３方向へは遮断されているため、閉鎖された回路内の循環流れとなる。

両ロッド式油圧シリンダー８は、前後のロッド径を等しくすることにより、伸縮各動作時においてシリンダー内からの吐出油量と吸引油量が同等となる特性を有する。

閉鎖された回路であることと、シリンダーの特性により、外力によるロッド伸縮動作によって押出された作動油の流量調整を行うことによって、両ロッド式油圧シリンダーの動作速度を調整することが可能となり、また、吸引側回路に吸引による負圧が発生することがない。

図６によって本発明の制御回路での任意操作による浮体式扉体１の開閉作動時の回路状態を説明する。本回路によってゲート任意操作時は切替弁１０を閉鎖状態とする。

図６（ア）は両ロッド式油圧シリンダー８を伸作動させ、浮体式扉体１を起立作動させる時の回路図を示す。

図６（ア）において、油圧ポンプ１９、並びに方向制御弁１７の操作により作動油を矢印ウのとおり両ロッド式油圧シリンダー８の後方油室８ｂに圧送し、矢印Ａ方向ヘロッドを伸作動させる。ロッドの伸作動に伴い前方油口８ａから吐出された作動油は矢印工のとおり作動油タンク２３に戻される。この時、パイロット付逆止弁１６ａは、油圧ポンプ１９からの作動圧油によって開放され、矢印工の作動油を通過させる。

また、一方向絞り弁１５ａで矢印工の作動油流量調節を行うことによって両ロッド式油圧シリンダー８の伸作動速度を調節することができる。

図６（イ）は両ロッド式油圧シリンダー８を縮作動させ、浮体式扉体１を倒伏作動させる時の回路図を示す。

図６（イ）において、油圧ポンプ１９、並びに方向制御弁１７の操作により作動油を矢印オのとおり両ロッド式油圧シリンダー８の前方油室８ａに圧送し、矢印Ｂ方向ヘロッドを縮作動させる。

ロッドの縮作動に伴い前方油口８ｂから吐出された作動油は矢印力のとおり作動油タンク２３に戻される。この時、パイロット付逆止弁１６ｂは、油圧ポンプ１９からの作動圧油によって開放され、矢印力の作動油を通過させる。また、一方向絞り弁１５ｂで矢印力の作動油流量調節を行うことによって両ロッド式油圧シリンダー８の縮作動速度を調節することができる。

油圧ホンプ１９による作動油供給を停止するとパイロット付逆止弁１６ａ、１６ｂは閉鎖され、回路内の作動油はパイロット付逆止弁１６ａ、１６ｂと両ロッド式油圧シリンダー８間の回路の中に密閉された形式となる。

油圧ポンプ１９による送油圧力が高い場合は、切替弁１０を開放しても一定の作動油圧が回路内に残る場合があるが、閉鎖された回路内に一定の作動油圧が存在しても循環形式の回路であるため、両ロッド式油圧シリンダー８の外力による伸縮動作には支障はない。

しかしながら、温度変化等による回路内圧の変化等を考慮すると高い作動油圧が残ることは好ましくない。この問題を解決するため、本回路には回路内作動油圧を開放する止め弁２１、リリーフ弁２２による逃がし回路が設けられる。

図７は止め弁２１の開放状態を示す図である。止め弁２１は通常閉鎖されている。

図７において、油圧ポンプ１９操作後、油圧計２４により、パイロット付逆止弁１６ａ、１６ｂによって閉鎖された回路内に高い作動油圧が残ったことが確認された場合、止め弁２１を一時的に開放する。矢印キに示す作動油の流れにより、回路内の作動油圧はリリーフ弁２２の設定圧まで下降する。作動油圧の下降が確認されたら止め弁２１を閉鎖する。

本回路による扉体の自動作動制御について説明する。

図１０に本回路の原型となる作動油回路を示す。

図１０に示された油圧回路は、切替弁１０の開放により両ロッド式油圧シリンダーの外力による自由な伸縮動作を可能とし、また、切替弁１０の閉鎖と油圧ポンプ１９、方向制御弁１７の操作によって任意の伸縮作動を可能とする機能を有する。

しかしながら、図１０の回路では両ロッド式油圧シリンダー８の外力による伸縮動作を制御することができない。

図８は、図１０に示す回路によって制御された浮体式扉体１の、下流側水位に大きな波が発生している中での自動作動状態を示す。

図８（ア）は浮体式扉体１が押波３４ａによって起立作動している状態を示す。図８（イ）は浮体式扉体１が引波３４ｂによって倒伏作動している状態を示す。

図８（ア）に示すとおり、浮体式扉体１は押波３４ａの水圧力によって起立作動を行う。

図８（イ）に示すとおり、引波３４ｂ時には浮体式扉体１の自重、並びに上流側水位３５ａの水圧力によって比較的速い速度で倒伏作動を行う。図８（ア）、（イ）に示される浮体式扉体１の起立・倒伏作動は押波３４ａ、引波３４ｂの周期によって繰り返される。また、浮体式扉体１の動作影響により上流側水３５ａも波打ち、これも浮体式扉体１の起伏動作を急速なものとする。

図８（ア）及び図８（イ）に示すとおり、扉体は波によって激しく起立・倒伏作動を繰り返す揺動現象が発生し、これは設備の安全性、耐久性上有害な作動現象となると考えられる。

図９は、本発明の回路によって制御された浮体式扉体１の、下流側水位に大きな波が発生している中での自動作動状態を示す。

図９（ア）は浮体式扉体１が押波３４ａによって起立作動している状態を示し、図９（イ）は図９（ア）の押波３４ａが引波３４ｂになった状態を示す。

図９（ア）に示すとおり、浮体式扉体１は押波３４ａの水圧力によって起立作動を行う。これは、逆流防止を主目的とする設備の用途土、起立速度を比較的速く設定することによる。

図９（イ）に示すとおり、引波３４ｂ時になっても浮体式扉体１は大きな倒伏動作は行わない。これは自重、並びに土流側水圧による倒伏速度を緩やかなものとしているためである。

図９（ア）、（イ）に示される押波３４ａ、引波３４ｂの周期時間内に、浮体式扉体１の倒伏作動は僅かなものとなるため、図８（ア）、（イ）にみられるような大きな揺動現象は発生しない。また、そのため上流側水３５ｂも浮体式扉体１の動作影響が小さく、比較的穏やかなものとなる。

（ア）は設備全体の断面概要図、（イ）は浮体式設備自動ゲート側断面概要図である。 浮体式扉体と駆動軸、トルクアーム、両ロッド式油圧シリンダーの構成概要図である。 （ア）は両ロッド式油圧シリンダー中間伸動作、浮体式扉体中間起立動作状態図、（イ）は両ロッド式油圧シリンダー全伸状態、浮体式扉体が全起立作動状態図である。 本発明の制御回路図である。 （ア）は本発明の制御回路による自動作動制御１を示す制御回路図、（イ）は本発明の制御回路による自動作動制御２を示す制御回路図である。 （ア）は本発明の制御回路による任意操作制御１を示す制御回路図、（イ）は本発明の制御回路による任意操作制御２を示す制御回路図である。 本発明の制御回路による回路内圧開放操作図である。 （ア）は起立・倒伏各々の制御が出来ない状態での波浪時の自動作動状態１（起立）を示す図、（イ）は起立・倒伏各々の制御が出来ない状態での波浪時の自動作動状態２（倒伏）を示す図である。 （ア）は起立・倒伏各々の制御可能状態での波浪時の自動作動状態１（起立）を示す図、（イ）は起立・倒伏各々の制御可能状態での波浪時の自動作動状態２を示す図である。 本発明の原型となった基本回路図である。

符号の説明

１ 浮体式扉体
２ａ 側部戸当
２ｂ 下部戸当
２ｃ 上部戸当
３ 下部支承
４ 上部支承
５ 駆動軸
６ トルクアーム
７ 駆動軸受
８ 両ロッド式油圧シリンダー
８ａ 両ロッド式油圧シリンダー前方油口
８ｂ 両ロッド式油圧シリンダー後方油口
９ａ 操作・制御装置
９ｂ 油圧配管
１０ 切替弁
１１ 流量調節弁
１２ 逆止弁
１３ 流量調節弁
１４ 逆止弁
１５ａ 一方向絞り弁
１５ｂ 一方向絞り弁
１６ａ パイロット付逆止弁
１６ｂ パイロット付逆止弁
１７ 方向制御弁
１８ リリーフ弁（１）
１９ 油圧ポンプ
２０ フィルター
２１ 止め弁
２２ リリーフ弁（２）
２３ 作動油タンク
２４ 圧力計
３０ 装置室
３１ 樋門
３２ 堤防
３３河川（河床）
矢印Ａ 両ロッド式油圧シリンダーの伸動作方向
矢印Ｂ 両ロッド式油圧シリンダーの縮動作方向
矢印ア 両ロッド式油圧シリンダーの伸動作時の作動油流れ
矢印イ 両ロッド式油圧シリンダーの縮動作時の作動油流れ
矢印ウ 両ロッド式油圧シリンダー伸操作時の送油方向の流れ
矢印エ 両ロッド式油圧シリンダー伸操作時の作動油戻り方向の流れ
矢印オ 両ロッド式油圧シリンダー縮操作時の送油方向の流れ
矢印カ 両ロッド式油圧シリンダー縮操作時の作動油戻り方向の流れ
矢印キ 回路内圧解消時の作動油逃げ流れ
矢印ク 浮体式扉体の倒伏作動方向

Claims (3)

1. 河川又は海岸部の樋門並びに水門に設置され、浮体式扉体に作用する水圧力によって自動開閉作動する機能を有する河床ヒンジ式の起伏型自動ゲート設備であって、起伏式に設置された浮体式扉体側部に扉体起伏回転中心と同芯で駆動軸を取り付け、同駆動軸を水路側部に設けた装置室内に貫通させ駆動用アームを固結し、駆動用アームの先端とロッドの先端がピン結合された両ロッド式油圧シリンダーを揺動式に配置し、両ロッド式油圧シリンダーのロッド伸縮動作速度を制御することによって水圧力による扉体の自動起伏作動速度を制御し、且つ両ロッド式油圧シリンダーを伸縮作動させることによって扉体を任意に開閉作動させる、起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路において、
   前記両ロッド式油圧シリンダーと方向制御弁、油圧ポンプ並びに作動油タンクと連通する油圧回路に、油圧ポンプによって作動油を供給する時以外は両ロッド式油圧シリンダー側から方向制御弁側への作動油流れを常に遮断するパイロット付き逆止弁が設置され、両ロッド式油圧シリンダーと前記パイロット付き逆止弁間の油圧回路に、両ロッド式油圧シリンダーの前方油室から後方油室に作動油が流れるロッド伸方向の油圧連通回路と、後方油室から前方油室へ作動油が流れるロッド縮方向の油圧連通回路を各々設け、この油圧連通回路の両方に逆止弁、並びに流量制御弁が配置され、さらに当該油圧連通回路を開放並びに遮断する切替弁によって構成された作動油循環回路を形成することを特徴とする起伏型自動ゲート設備の自動作動制御回路。
2. 作動油循環回路から止め弁を介して作動油タンクヘ連通する開放回路を有することを特徴とする請求項１記載の浮体式扉体の自動作動制御回路。
3. 開放回路にリリーフ弁を有することを特徴とする請求項２の浮体式扉体の自動作動制御回路。

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