JP4993166B2 - １モータ二重出力式掘削機の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、基礎工事に用いられる１モータ二重出力式掘削機の外側トルク制御に関する。

従来、二重出力式掘削機は、ケーシングからなる外側オーガと外側オーガ内に貫挿されたオーガスクリューからなる内側オーガとからなり、各々の出力を各々独立したモータで行う２モータ方式と両出力を１モータで兼ねる方式とがある。

２モータ方式は、運転管理はし易いが、ケーシングの上端に装着されるモータ重量が１モータの場合より取り付け部材を含めかなり大きくなり、安定性に欠けるためリーダ長を短くせざるをえないといった欠点がある（特許文献１参照）。

図４に例示した１モータの場合は、比較的軽量でリーダ長を大きく取れる特徴はあるが、出力側が二出力であるため負荷状態によっては、内側回転軸、あるいは外側回転軸の片側に全出力が流れる場合があり、絶えず変化する負荷の分配率を求めることが不可能であった（特許文献２参照）。

そのため、モータ及び減速機の保護だけなら、入力モータ監視による制御で事足りるが、二出力の内、外側回転軸は一般的にトルクが高く、全出力が外側回転軸に集中して流れるとその高トルクによってケーシング、リーダ、ベースマシン等を破損させることがあった。

また、従来負荷トルクは電流値などで検出していたが、インバータを使用したときは、周波数を変えると電流値も変化するので、真のトルクを検出することが困難であった。
特開昭５９−８８９８ 特開２０００−３２０２８１

本発明は、１モータ方式において上記問題点を解消する装置及び方法を提供することを課題としてなされたものである。

上記問題を解決する手段として本発明は、オーガの外側回転軸に繋合するケーシングとの間に取付け内側回転軸に繋合されたスクリューを介して持ち上げられてきた掘削土砂を排土するための排土カップリングを、上部にトルク検出制御部を下部に排土部を有する２重構造とし、該トルク検出制御部としてオーガとの繋合上部側と排土部との繋合下部側間に旋回ベアリングを挿入して摺動自在とし、トルク伝達を荷重計又はトルクを計測できる水平油圧シリンダを介して、行わせる装置にある。

また、本発明は、外側回転軸のトルクは、前記荷重計又はトルクを計測できる水平油圧シリンダの圧力を計測することにより検出し、検出したトルクを無線でトルク設定コントロールボックスへ送信し、設定トルクを超える負荷が掛かったときに停止信号を出してモータを停止させる制御方法にある。

更に、本発明は、設定トルクを超える負荷が掛かったときに、警報を出すと共に機械衝撃による破壊防止の緩衝方法として、前記トルクを計測できる水平油圧シリンダに油圧を逃がすリリーフ弁を取り付けたことにある。

本発明によれば、安価にトルク制御が行なえ、高トルクによるケーシング、リーダ、ベースマシン等の破損を防止できる。

また、外側回転軸のトルクの計測が可能なことから、特殊杭の捻じ込み施工トルクにより杭支持力算定データも取ることができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。

図１は本発明を実施するに用いるモータ二重出力式掘削機（オーガ）の一実施形態を示す全体構成図であり、オーガ１はベースマシン１５のリーダマスト２５に側方を固着支持され、上端を昇降ウィンチで巻き取り可能としたワイヤー２６によりシーブ２７を介して昇降自在に吊下されており、下端外側回転軸３には排土カップリング６を介し、ケーシング５が装着され、また、下端内側回転軸２にはその先端に掘削ヘッド８を有するスクリュー７が装着され、内側回転軸２に内蔵されている送水管経由掘削ヘッド８から水吐出が行えるようになっている。そして、排土カップリング６には後述の検出トルクを無線伝送するための無線送信機１４が取り付けられており、その無線信号をベースマシン１５側に取り付けられている無線受信機１４で受け、それがトルク表示、トルク設定コントロールボックス１７に電送表示され、更にモータ制御盤１６を介してオーガモータ４への指示にフィードバックされるようになっている。

オーガ１の外側回転軸３下端に取り付けられる２重構造の排土カップリング６の構造は、図２に示した如く、その上部側と下部側とがその間に挿入された旋回ベアリング１２を介して摺動自在となっており、また、水平油圧シリンダ９、９の両端にアッパーピン２３、２３及びロワーピン２４、２４を介して、上部側のアッパーフランジ１０と下部側のロワーフランジ１１が揺動自在に接合されている。

尚、図３に示したように、前記水平油圧シリンダ９、９には、油圧供給管（図示せず）、リリーフ弁２１、２１、・・、圧力変換機１８、１８、・・、信号変換機１９、１９が付設されており、バッテリーを有する信号変換機１９、１９から無線送信機１３を経て、信号がベースマシン１５側の無線受信機１４送られ、そこからトルク設定コントロールボックス１７に電送され、トルクが表示されると共に、設定トルク以上になった場合、警報を鳴らし、モータ制御盤１６へオーガ内モータ４の停止信号を送るようになっている。

次に上記実施形態の作用を図１、図２、図３を参照して説明する。

まず、 オーガ１とケーシング５の間に取り付けられた排土カップリング６のリリーフ弁２１、２１、・・のリリーフ圧を上限トルクに見合った圧に設定すると共に、トルク設定コントロールボクッス１７のトルクを所定トルク（上限）より少し低めに設定する。

次にベースマシン１５を所定場所に移動し、先端ヘッド８をワイヤー２６にて降下接地後、モータ４を駆動して内外回転軸２，３を回転させ、ケーシング５の埋入を開始する。

このとき、外側の回転力は外側回転軸３から、排土カップリング６のアッパーフランジ１０に伝達され、アッパーフランジ１０と水平油圧シリンダ９、９とを揺動自在に接合するアッパーピン２３、２３を経て、水平油圧シリンダ９、９の他端とロワーフランジ１１を揺動自在に接合するロワーピン２４、２４を経て、排土カップリング６のアッパーフランジ１０側とロワーフランジ１１側とがその間に挿入した旋回ベアリング１２を介して摺動自在となっているロワーフランジ１１側に伝達され、更に排土カップリング６の下端に接続されたケーシング５へ伝達され、ケーシング５が回転する。

そして、ケーシング５にかかる回転トルクは、オーガ１側に固定されているアッパーフランジ１０と摺動自在のロワーフランジ１１との間に挿入された水平油圧シリンダ９、９を介して伝達されるので、水平油圧シリンダ９、９のピストンはその力により揺動させることになる。この揺動を圧力変換１８し、その圧力差を信号変換器１９にて信号化して無線送信器１３にて、ベースマシン１５の無線受信器１４で受け、それをコントロールボックス１７に送りトルク変換して表示させることにより、施工中のケーシング５にかかるトルクを監視することができる。

ところで、ケーシング５の埋入途中ケーシング５にかかる回転トルクが、硬質地盤に遭遇する等の理由によりコントロールボクッス１７のトルク設定値に達した場合、警報ブザーが鳴ると共にモータ４はモータ制御盤１６への停止信号により自動停止するので、ケーシング、リーダ、ベースマシン等の破損防止が図られる。

このような事態が生じた場合、オペレータは掘削ヘッド８からの吐出水量を増加させる等の負荷軽減措置を行い、施工を再開する。

また、このような事態が生じたとき、コントロールボクッス１７のトルク設定が上限トルクより少し低めに設定されているので、リリーフ弁２１、２１、・・は働かないが、ケーシング５にかかるトルク変化が急激に起こりモータ４の停止信号が間に合わず、上限トルクに達した場合、リリーフ弁２１、２１、・・が働き衝撃を緩衝する二重安全機構になっている。

本発明における全体構成図。 本発明における１モータ二重出力式掘削機のオーガ部に取り付けられた、排土カップリング部の一実施形態を示す内部構造図。 本発明におけるトルク制御システム説明図。 従来の１モータ二重出力式掘削機のオーガ部と排土カップリング部の内部構造図。

符号の説明

１ 二重出力式オーガ
２ 内側回転軸
３ 外側回転軸
４ モータ
５ ケーシング
６、６’ 排土カップリング
７ スクリュー
８ ヘッド
９ 油圧シリンダ
１０ アッパーフランジ
１１ ロワーフランジ
１２ 旋回ベアリング
１３ 無線送信機
１４ 無線受信機
１５ ベースマシン
１６ モータ制御盤
１７ トルク表示、トルク設定コントロールボクッス
１８ 圧力変換器
１９ 信号変換機
２０ バッテリー
２１ リリーフ弁
２２ 旋回ベアリング
２３ アッパーピン
２４ ロワーピン
２５ リーダマスト
２６ ワイヤー
２７ シーブ

Claims (3)

1. １モータ二重出力式掘削機において、オーガの外側回転軸に繋合するケーシングとの間に取付け、内側回転軸に繋合されたスクリューを介して持ち上げられてきた掘削土砂を排土するための排土カップリングを、上部にトルク検出制御部を下部に排土部を有する２重構造とし、該トルク検出制御部としてオーガとの繋合上部側と排土部との繋合下部側間に旋回ベアリングを挿入して摺動自在とし、トルク伝達を荷重計又はトルクを計測できる水平油圧シリンダを介して行わせることを特徴とする排土カップリング装置。
2. １モータ二重出力式掘削機において、前記外側回転軸のトルクを、前記荷重計又はトルクを計測できる水平油圧シリンダの圧力を計測することにより検出し、検出したトルクを無線でトルク設定コントロールボックスへ送信し、設定トルクを超える負荷が掛かったときに停止信号を出し、モータを停止させることを特徴とする制御方法。
3. 前記設定トルクを超える負荷が掛かったとき、警報を出すと共に前記トルクを計測できる水平油圧シリンダに油圧を逃がすリリーフ弁を設け、機械衝撃による破壊防止を図ることを特徴とする請求項２の制御方法。

Images