JP6931568B2 - 吹付材配合システム - Google Patents
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Description
図4において、例えば、ダンプトラックTにより砂が搬送され、砂貯蔵装置51に貯蔵される。施工時には、貯蔵された砂が砂用ホッパー1に供給される(矢印A)。
砂用ホッパー1から排出された砂は、第1のベルトコンベア2により砂計量機3に供給され、砂計量機3で計量された砂は、第2のベルトコンベア4によりミキサー6に供給される。ミキサー6には、セメント用ホッパー5からセメントも供給される(矢印B)。
供給された砂とセメントはミキサー6で混合され、第3のベルトコンベア7により吹付機11に供給される。吹付機11には、水槽8の水が、ポンプ9により送水管10により供給される。さらに吹付機11には、エア供給源12から吹付材圧送用のエア(圧送エア)が供給される。
吹付機11で混合、配合された吹付材は、圧送エアにより、吹付材ホース13を通して(先端の)吹付ノズル14から吹付現場S(吹付対象)の法面等に吹き付けられる。
なお、図1で、符号16、17、18は排出弁、符号19は流量調整弁、符号20はエア流量を制御するエア制御弁を示している。
それに対して、従来は、チャップマンフラスコ52(図4参照)を用いて、作業者Mにより、午前と午後に、現場に搬入された砂(砂貯蔵装置51に貯蔵された砂)の表面水率(砂の中に含まれる水分量の指標)を測定していた。そして測定された表面水率に基づいて砂中の水分量を決定し、吹付材中の配合(例えば、水とコンクリートとの比率W/C)を決定していた。
また、施工現場に搬入される砂は、例えば、ダンプトラックTにより搬送された砂毎に表面水率が異なる。そのため、作業者Mがチャップマンフラスコ52を用いて施工現場に搬入された砂(或いは、砂貯蔵装置51に貯蔵された砂)の表面水率を午前と午後に測定するのみでは、砂の表面水率を適切に測定したことにはならず、吹付材のW/Cを適正に調整することは不可能である。そのため従来技術では、現場で吹付材を配合する際に、吹付材が法面等に吹き付けられる状態を作業者Mが観察して、その観察結果により吹付材の配合を、微調整していた。
しかし、係る微調整を行うためには、多大な労力が必要とされる。
しかし、これ等の従来技術(特許文献1〜4)では、材料吐出状況に合わせて補正配合をすることが困難である。
前記表面水率計測装置(21)は前記砂計量器(3)の砂供給口に設けられ、
吹付ノズル(14)から吹き付けられる吹付材の状態(例えば、法面から跳ね返る状態)から、吹付材の水とコンクリートとの比率(W/C)を微調整する指示を制御装置(30)に発信する機能を有するW/C調整手段(22)を有しており、
前記制御装置(30)は、
(例えば1バッチの吹付材に必要な砂の量に対して)所定の割合(例えば70%)の砂が供給された際に表面水率計測装置(21)で計測された表面水率に基づいて当該所定の割合の砂における表面水率を決定すると共に、決定された表面水率が残りの砂の表面水率であるとして供給された砂における表面水率を決定する機能と、
砂の残量(前記所定の割合の砂に対する残量:例えば30%)を表面水率0%の砂に換算して決定し、当該換算された重量に到達した時点で砂の供給を停止する機能と、
砂の水分量を計算して、水を供給する装置から供給される水の量を、吹付材の配合に必要な水分量と前記計算された砂の水分量との差に制御する機能と、
W/C調整手段(22)からの配合を微調整する旨の信号により、セメント量及び水量を調節する制御信号を生成する機能を有することを特徴としている。
吹付材の配合を作業者(M)が微調整する(前記W/C調整手段22が作業者Mである)場合には、吹付機(11)にW/C調整装置(15)を設け、当該調整装置(15)を作業者(M)が操作して、吹付材の配合が容易に調整されるのが好ましい。
そのため、吹付材1バッチに用いられる砂を計量する際に、その砂の表面水率を求めることが出来るので、ダンプトラックにより搬送された砂毎に表面水率が異なったとしても、吹付材における水の量を決定するのに必要且つ十分な精度で砂の表面水率を決定することが出来る。
そのため、吹付材の配合、特にW/Cを適正に調整することが可能になる。
そして、前記残量(例えば30%)の砂については、表面水率0%の砂に換算した場合における1バッチあたりの砂の配合量(乾燥重量)に換算して、当該換算された重量に到達した時点で砂の供給を停止している。
すなわち本発明によれば、必要な配合(W/C等)に調整するため、1バッチの砂における水分量を計算して、当該水分量に基づいて吹付機(11)に供給される水の量を調整して、砂とセメントと混練するので、配合された吹付材のW/Cを正確に調整することが出来る。
図1において、本発明の実施形態に係る吹付材配合システムは全体が符号100で示されている。
吹付材配合システム100は、砂用ホッパー1、砂計量機3、供給される砂の表面水率を計測する表面水率計測装置21(表面水率センサ)、セメントを供給するセメント供給装置5(セメント用ホッパー)、供給されたセメントと砂を混合する強制ミキサー6、水槽8、ポンプ9、吹付装置11(吹付機)と、制御装置30(コントロールユニット)を備えている。吹付装置11は、ミキサー6から供給される砂とセメント(の混合物)と、水槽8から供給される水を混合して、吹付材ホース13を介して吹付ノズル14へ供給している。
砂計量機3の入口(供給口)には表面水率センサ21が設けられており、表面水率センサ21は、第1のベルトコンベア2から砂計量機3に供給される砂の表面水率をリアルタイムで計測し、計測信号ラインSL1を介して計測された表面水率をコントロールユニット30に送信する。図示の実施形態では表面水率センサ21は計量機3の入口(供給口)に設けているが、砂用ホッパー1出口或いは第1のベルトコンベア2に表面水率センサ21を設けても良い。
表面水率センサ21としては、公知のセンサ(例えば、特許第4647138号公報に開示されているセンサ)や市販のセンサ(例えば、ハカルプラス株式会社製の商品名「ピクノスター」)を適用可能である。実施に際しては、砂に接触すると、リアルタイムで当該砂の表面水率を計測することが出来るタイプのセンサが好適である。
ロードセル3(砂計量機)で計量された砂は、砂計量機用排出弁16を介して第2のベルトコンベア4により搬送され、強制ミキサー6に投入される。
強制ミキサー6には、セメント用ホッパー5及びセメント用排出弁17を介して、セメントが投入される(矢印B)。
強制ミキサー6では砂とセメントが混合され、砂とセメントの混合物は、ミキサー用排出弁18を介して第3のベルトコンベア7により搬送され、吹付機11に供給される。
図1では強制ミキサー6を設けているが、強制ミキサーを省略して、吹付機11に水、砂、セメントを直接供給することも可能である。
さらに吹付機11には、エア供給源12から圧送エアが供給される。符号20はエア制御弁を示している。
吹付機11で混合、配合された吹付材は、圧送エアにより、吹付材ホース13を介して先端の吹付ノズル14に送られ、吹付ノズル14から吹付現場Sの法面等に吹き付けられる。
例えば、吹付ノズル14を操作するロボット(図示しない)によりを構成することが出来る。当該ロボット(調整手段22)には、吹き付けられた吹付材の状態を検出するセンサ(例えば、乾燥度、温度等の複数のセンサの組み合わせ)が設けられ、当該センサの計測信号に基づき、ロボット(調整手段22)は吹付材の配合(水とコンクリートとの比率W/Cその他)を微調整する旨の指示をコントロールユニット30に送信する。そしてコントロールユニット30は、吹付材のW/Cを微調整するため、セメント用ホッパー5の排出弁17の開度調整及び/又は流量調整弁19の開度調整のため、制御信号を発信する。
調整手段22が作業者で構成されている場合には、吹付機11にW/C調整装置15(図1)を設け、W/C調整装置15を作業者が操作してコントロールユニット3に制御指令を送信し、水の供給量及び/又はセメントの供給量を制御して、吹付材のW/Cを容易に調整することが出来る。
或いは、作業者の手元(例えば、吹付ノズル14)に遠隔操作可能なW/C調整装置(図示しない)を配置し、遠隔操作可能なW/C調整装置を吹付ノズル14で吹き付け作業を行っている作業者が操作して、コントロールユニット3に制御指令を送信し、吹付材のW/Cを調整することも出来る。
図1において、コントロールユニット30は、計測信号ラインSL1を介して表面水率センサ21と接続されており、計測信号ラインSL2を介してロードセル3と接続されている。
そしてコントロールユニット30は、計測信号ラインSL3を介して、送水管10に介装された流量計24に接続されている。
また、コントロールユニット30は、指令信号ラインDL1を介して吹付現場Sに設けられたW/C調整手段22(図示しない遠隔操作可能なW/C調整装置を含む)と接続されている。或いは、指令信号ラインDL2を介して、吹付機11に設けられたW/C調整装置15と接続されている。
同様に、コントロールユニット30は、作動信号ラインOL3を介してポンプ9と接続され、制御信号ラインOL4を介して流量調整弁19と接続されている。
図2において、コントロールユニット30は、表面水率決定ブロック30A、供給砂重量決定ブロック30B、必要砂量決定ブロック30C、砂計量機排出弁制御信号発生ブロック30D、供給水量演算ブロック30E、水量決定ブロック30F、比較ブロック30G、セメント排出弁制御信号発生ブロック30H、流量調整弁制御信号発生ブロック30I、ポンプ制御信号発生ブロック30J及び記憶ブロック30Kを有している。
図2において、図示の煩雑を防止するため、各種外部センサ(表面水率センサ等)からコントロールユニット30への入力側インターフェースの図示、コントロールユニット30から各種外部機構(流量調整弁等)への出力側インターフェースの図示を省略している。同様に、記憶ブロック30Kとその他のブロック間において情報を授受するラインの図示も省略している。
供給砂重量決定ブロック30Bが1バッチの吹付材に必要な砂の量に対して所定の割合(例えば70%)の砂が供給されたと決定するまで、リアルタアイムで表面水率を決定する処理は継続される。
表面水率決定ブロック30Aは、その間(供給砂重量決定ブロック30Bが1バッチの吹付材に必要な砂の量に対して所定の割合(例えば70%)の砂が供給されたと決定するまでの間)に決定した表面水率の平均値を演算し、当該平均値を、1バッチの吹付材に必要な砂の量に対して所定の割合(例えば70%)の砂の表面水率として決定する機能を有している。
表面水率決定ブロック30Aで決定した表面水率(1バッチの吹付材に必要な砂の表面水率)は、それぞれ情報信号ラインIL2、IL3、IL4を介して、供給砂重量決定ブロック30B、必要砂量決定ブロック30C、供給水量演算ブロック30Eに送信される。
W1=W0×0.7(70%) である。
図2では明確に示されていないが、記憶ブロック30Kには上述した1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の量(重量)、1バッチの吹付材に必要なセメントの量、1バッチの吹付材に必要な水の量、各種施工現場におけるW/C等が記憶されており、必要に応じて各機能ブロックにより送信される。
供給砂重量決定ブロック30Bで決定した供給砂の重量(W1=W0×0.7)は、情報信号ラインIL5を介して必要砂量決定ブロック30Cに送信される。
また、供給砂重量決定ブロック30Bは、供給砂の重量が上述したW1(=W0×0.7:1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の重量の70%の重量)に到達した際に、情報信号ラインIL6を介して、到達した旨を砂計量機排出弁制御信号発生ブロック30Dに送信する。
ここで、「必要な砂の残量」は、例えば、1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の重量の70%の重量の水分を含有する砂が供給された時点において、1バッチの吹付材に必要な砂の残量であって、表面水率0%の乾燥した砂の重量である。
また、必要な砂の残量W2は、1バッチに必要な砂の量Wと供給砂重量決定ブロック30Bで決定した供給砂の重量W1(=W0×0.7)から、下式
W2=W−W1={W0/(1−α)}−W0×0.7 で演算することが出来る。上述した様に、必要な砂の残量W2は、表面水率0%の乾燥した砂に換算して決定した数値である。
必要砂量決定ブロック30Cは、供給砂の重量がW1に達した後、残りの砂を供給してロードセル3で計測する際に、ロードセル3で計測された重量が上述の必要な砂の残量W2に到達した場合に、その旨を、情報信号ラインIL7を介して砂計量機排出弁制御信号発生ブロック30Dに送信する機能を有している。
砂計量機排出弁制御信号発生ブロック30Dは、受信された情報に基づき、基づき、制御信号ラインOL1を介して砂計量機用排出弁16に開平制御信号を送信する機能を有している。
砂計量機用排出弁16は一時的に閉鎖した後に再び開弁し、再び開弁した後に、ロードセル3で計量された砂(水分を含有する砂)の重量が、前記必要な砂の残量W2に到達すると、再び閉弁する様に制御される。換言すれば、1バッチに必要な砂が供給されたため、砂の供給は停止される。
1バッチの吹付材に必要なセメントの量は当初から決定されており、所定のW/Cに配合するために必要な水分量も決定している。
水槽8から供給されるべき水の量(供給水量)をQ1、所定のW/Cに配合するために必要な水分量をQ、1バッチの吹付材に必要な砂に含まれる水分量をQ2とすれば、
供給水量Q1=Q−Q2 である。
Q2=W0×α/(1−α) ・・・(1)
ここで、1バッチの吹付材に必要な砂の量であって、表面水率0%の乾燥した砂の重量W0は記憶ブロック30Kから供給水量演算ブロック30Eに送信され、表面水率αは信号伝達ラインIL4を介して表面水率決定ブロック30Aから送信されている。
或いは砂の水分量Q2は、ロードセル3で計測された砂(水分を含有する砂)の量W3と、表面水率決定ブロック30Aで決定された砂の表面水率αから、次式(2)で演算することが出来る。 Q2=W×α ・・・(2)
この場合、砂(水分を含有する砂)の量W3は、信号伝達ラインSL2Aを介してロードセル3から供給水量演算ブロック30Eに送信される。
供給水量演算ブロック30Eは、必要水量Qと砂の水分量Q2との差として供給水量Q1(演算された供給水量)を演算して決定し、情報信号ラインIL8を介して演算された供給水量Q1を比較ブロック30Gに送信する機能を有している。
比較ブロック30Gは、供給水量演算ブロック30Eから送信された(情報信号ラインIL8)演算された供給水量Q1と水量決定ブロック30Fから送信された(情報信号ラインIL9)実際の水量Q1Rとを比較し、当該比較結果(実際の水量が演算された供給水量に達したか否か)を、それぞれ情報信号ラインIL11、IL10を介して、流量調整弁制御信号発生ブロック30I及びポンプ制御信号発生ブロック30Jに送信する機能を有している。
セメント用排出弁17は、当該制御信号に基づき開度或いは排出量が微調整され、吹付材の配合(W/C)が微調整される。
係る制御信号により流量調整弁19は、「実際の水量が演算された供給水量に達していない」場合に開弁し、「実際の水量が演算された供給水量に達した」場合に閉弁する様に制御される。
また、流量調整弁制御信号発生ブロック30Iは、指令信号ラインDL1或はDL2(図1参照)の何れかを介してW/C調整手段22からの信号(吹付材の配合微調整の指示)を受信し、当該信号に基づき、制御信号ラインOL4を介して流量調整弁19に制御信号を送信する機能を有している。
流量調整弁19は、当該制御信号に基づき吹付機11に供給する水量が微調整され、吹付材の配合(W/C)が微調整される。
係る制御信号によりポンプ9は、「実際の水量が演算された供給水量に達していない」場合に吐出量を増加し、「実際の水量が演算された供給水量に達した」場合に吐出量を減少する様に制御される。
図3におけるステップS1では、例えばダンプトラック等で吹付材配合システム100に新たに砂が供給されたか否かを判断し、新たに砂が供給されれば(ステップS1が「Yes」)、ステップS2に進む。
一方、新たに砂が供給されなければ(ステップS1が「No」)、ステップS1に戻る(ステップS1が「No」のループ)。
表面水率センサ21のキャリブレーション(較正)が終了したら、ステップS3に進む。
砂を第1のベルトコンベア2からロードセル3に供給する際に、表面水率センサ21により砂の表面水率がリアルタイムで計測され、当該計測結果はコントロールユニット30の表面水率決定ブロック30Aに送信される。
そしてステップS4に進む。
ステップS4において、供給された砂(水分を含有する砂)の重量が1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の70%の重量になった場合には(ステップS4が「Yes」)、ステップS5に進む。
一方、供給された砂の重量が1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の70%の重量になっていない場合には(ステップS4が「No」)、ステップS4に戻る(ステップS4が「No」のループ)。
ステップS6では、表面水率決定ブロック30Aにより、供給される砂の表面水率を決定する。表面水率を決定するに際しては、1バッチの吹付材に必要な砂の量に対して70%を供給した段階において、その間に求めた表面水率の平均値を演算し、当該平均値を表面水率に決定する。ただし、その他の手法により、表面水率を決定することも可能である。
ここで、決定された表面水率は、既に供給された砂(70%の砂)の表面水率であると共に、後述するステップS8以降で供給される残量の砂(一時停止後に供給される砂)の表面水率と推定され、且つ、1バッチに必要な砂(100%の砂)の表面水率としても推定される。
さらに、供給水量演算ブロック30Eにより、ステップS6で決定された砂の表面水率に基づいて、1バッチの吹付材を所定のW/Cに配合するために、水槽8から吹付機11に供給するべき水の量を演算する(演算された供給水量を求める)。
W=W0/(1−α)
(W0は1バッチの吹付材に必要な表面水率0%の乾燥した砂の重量、αは砂の表面水率) で演算することが出来る。
同様に、必要な砂残量W2は、次式
W2={W0/(1−α)}−W0×70% で演算することが出来る。
供給水量Q1=Q−Q2=Q−W×α
或いは、
供給水量Q1=Q−W0×(α/1−α)
の何れかの式を用いて演算することが出来る。
ステップS9では、砂供給を再開してから供給される砂の量がステップS7で計算した必要な砂残量W2に達したか否か、を判断する。ここで、供給された砂の量がステップS7で計算した必要砂量W(100%)に達したか否か、を判断しても良い。
ステップS9の判断の結果、供給される砂の量が必要な砂残量W2に達した場合は(ステップS9が「Yes」)、ステップS10に進む。
一方、ステップS9の判断の結果、供給される砂の量が必要な砂残量W2に達していない場合は(ステップS9が「No」)、ステップS9に戻る(ステップS9が「No」のループ)。
そしてステップS11に進む。
吹付材の配合を必要なW/Cに調整するため、図示の実施形態では、水槽8から吹付機11に供給される水量を、砂に含有される水分量を計算した上で演算している。すなわち、1バッチの砂(水分を含有する砂)における水分量を計算して、当該水分量に基づいて、吹付機に供給される水の量を調整して、配合された吹付材のW/Cを正確に調整している。
コントロールユニット30がW/C調整手段22からの当該信号を受信した場合(ステップS12が「Yes」)、ステップS13に進む。
一方、W/C調整手段22からの当該信号を受信していなければ(ステップS12が「No」)、ステップS14に進む。
ステップS13では、図2を参照して上述した様に、セメント用排出弁17及び/又は流量調整弁19を制御して、吹付機11に供給される水及び/又はセメントの量を調整し、吹付材のW/Cを微調整する。
そしてステップS14に進む。
次のバッチがある場合(ステップS14が「Yes」)、ステップS3に戻り、吹付材配合の制御を継続する(ステップS14が「Yes」のループ)。次のバッチがない場合は(ステップS14が「No」)、吹付材配合を終了する。
図3に示す吹付材を配合する手順では、表面水率α、必要な砂残量W2、供給するべき水の量Q1を決定するため、砂の供給、計量を一時停止している(ステップS5)が、ステップS5を証私掠して、砂の供給、計量を一時停止しないことも可能である。その場合、砂の供給、計量を停止することなく続行し、表面水率α、必要な砂残量W2、供給するべき水の量Q1を決定する。
また、図示の実施形態によれば、吹付材の配合を微調整する調整手段22を設けているので、吹付作業状況に対応して吹付材の配合(例えばW/C)をリアルタイムに且つ容易に調整することが出来る。
3・・・砂計量機(ロードセル)
5・・・セメント用ホッパー
8・・・水槽
9・・・ポンプ
11・・・吹付装置(吹付機)
13・・・吹付材ホース
14・・・吹付ノズル
15・・・W/C調整装置
16・・・砂計量機用排出弁
17・・・セメント用排出弁
19・・・流量調整弁
21・・・表面水率センサ(表面水率計測装置)
22・・・調整手段
24・・・流量計
30・・・コントロールユニット(制御装置)
100・・・吹付材配合システム
M・・・作業者
Claims (1)
- 砂を供給する砂用ホッパー(1)と、砂を計量する砂計量機(3)と、供給される砂の表面水率を計測する表面水率計測装置(21)と、セメントを供給するセメント供給装置(5)と、水を供給する装置(8、9)と、水、砂、セメントを混合し吹付材ホース(13)を介して吹付ノズル(14)へ供給する吹付装置(11)と、制御装置(30)を備え、
前記表面水率計測装置(21)は前記砂計量器(3)の砂供給口に設けられ、
吹付ノズル(14)から吹き付けられる吹付材の状態から、吹付材の水とコンクリートとの比率(W/C)を微調整する指示を制御装置(30)に発信する機能を有するW/C調整手段(22)を有しており、
前記制御装置(30)は、
所定の割合の砂が供給された際に表面水率計測装置(21)で計測された表面水率に基づいて当該所定の割合の砂における表面水率を決定すると共に、決定された表面水率が残りの砂の表面水率であるとして供給された砂における表面水率を決定する機能と、
砂の残量を表面水率0%の砂に換算して決定し、当該換算された重量に到達した時点で砂の供給を停止する機能と、
砂の水分量を計算して、水を供給する装置から供給される水の量を、吹付材の配合に必要な水分量と前記計算された砂の水分量との差に制御する機能と、
W/C調整手段(22)からの配合を微調整する旨の信号により、セメント量及び水量を調節する制御信号を生成する機能を有することを特徴とする吹付材配合システム。
Priority Applications (1)
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JP2017152149A JP6931568B2 (ja) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | 吹付材配合システム |
Applications Claiming Priority (1)
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