JP7193843B2

JP7193843B2 - 土木機械のロッド交換装置

Info

Publication number: JP7193843B2
Application number: JP2019002003A
Authority: JP
Inventors: 竜樹日高
Original assignee: YBM Co Ltd
Current assignee: YBM Co Ltd
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: JP2020111904A

Description

本発明は、掘削を行う掘削装置のボーリングロッド、地盤改良機のロッド等のための土木機械のロッド交換装置に関する。更に詳しくは、自動運転等での掘削作業時に、掘削ヘッドから単位ロッドの回収や接続を確実に行うことができる土木機械のロッド交換装置に関する。

ボーリングロッドは、掘削長さが深くなると、単位ロッドを順次ねじ込んで継ぎ足す締結作業を行う、逆に単位ロッドを回収するとき、単位ロッドを逆転させてねじを切り離すねじ切りという作業を行う。これらのねじ込み作業、ねじ切り作業では、単位ロッドを回転駆動する必要があるが、この回転駆動は掘削作業のための駆動装置である掘削ヘッドで行われる。一方、ボーリング等の掘削作業には熟練度が求められるが、作業員の高齢化・後継者不足が問題になっており、近年これらの作業を自動的に行う自動掘削制御装置が導入されている。しかしながら、ねじ込み作業、ねじ切り作業は、熟練した作業員が目視で作業の開始、完了を判断している。

掘削装置の手動式のロッドチェンジャーにおいて、単位ロッド交換のために、筒状のホルダーを揺動可能に設け、これに単位ロッドを挿入して縦方向に保持した状態で、掘削ヘッドも揺動自在に設け、単位ロッドと掘削ヘッドの軸心を一致させて、単位ロッドの継ぎ足し、又は回収作業を行うものが提案されている（特許文献１）。他方、さく孔機にロッド交換装置を別途配置して、単位ロッドの継ぎ足しや回収作業を行うロッド交換装置も提案されている（特許文献２）。これはロッド交換を行うとき、ロッド交換装置で単位ロッドを固定した状態で、さく孔機の回転駆動装置であるドリフタで回転駆動させて、単位ロッドの継ぎ足しや回収作業を行うものである。

特開２００５－４８４７５号公報特開２００９－１８５５７８号公報

特許文献１に記載されたロッドチェンジャーは、掘削ヘッドを傾けるために特別な揺動機構が必要となる。手動式のために、ねじ込み作業、ねじ切り作業は、熟練した作業員が目視で作業の開始、完了を判断しているが、近年は熟練作業者の確保が困難である。また、特許文献２に記載されたように、掘削ヘッドの駆動モータで単位ロッドの継ぎ足し、又は回収作業を行う場合、ねじ込み、ねじ切りの完了位置を掘削ヘッド自体の移動距離で計測する必要がある。このために、ロッド交換装置に把持されている単位ロッドのみが移動する、又はロッド交換装置と単位ロッドが共に移動して、ねじ込み、ねじ切りが完了していないにも拘らず、ねじ切り又はねじ込み完了の判断を行う誤動作が発生する。
本発明は、以上の課題を解決するために以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、ロッド交換装置側に単位ロッドを回転駆動する駆動ローラを別途設置し、単位ロッドの軸線方向の上下動を検知することにより、確実にねじ込み、ねじ切りの完了の判定ができるようにした土木機械のロッド交換装置を提供するものである。

本発明は、前記課題を解決するために、次の手段を採る。
即ち、本発明１の土木機械のロッド交換装置は、地盤掘削、地盤改良を行うために複数個の単位ロッドをねじによる締結により、相互に連結して使用されるロッドを回転駆動する掘削ヘッドを有した土木機械に、
前記掘削ヘッドの回転出力軸に、前記単位ロッドを前記ねじの締結、又はねじ切りにより着脱するためのロッド交換装置を備えた土木機械のロッド交換装置において、
前記ロッド交換装置に搭載され、出力軸に駆動ローラを有し、前記単位ロッドの軸線と前記掘削ヘッドの前記回転出力軸の軸線が一致する位置で、前記駆動ローラが前記単位ロッドの外周面に摩擦接触して、前記単位ロッドを回転駆動するロッド回転駆動手段を有し、
前記ロッド交換装置は、
前記ロッド交換装置の本体と、
前記本体に、退避位置と前記単位ロッドの軸線と前記回転出力軸の軸線が一致する交換位置の間を揺動可能に軸支された揺動本体と、
前記揺動本体を前記退避位置と前記交換位置の間を揺動させるための揺動本体駆動手段とからなり、
前記ロッド回転駆動手段は、前記揺動本体に配置されており、
前記揺動本体に配置され、鉛直方向に配置された前記単位ロッドの下端を回転自在に支持するロッドホルダーと、
前記ロッドホルダーに連結された流体圧で駆動される流体圧シリンダーのピストンロッドとからなることを特徴とする。

本発明２の土木機械のロッド交換装置は、本発明１において、前記ロッド回転駆動手段の前記駆動ローラの軸線と、前記掘削ヘッドの前記回転出力軸の軸線とが成す角度が調整可能であることを特徴とする。

本発明の土木機械のロッド交換装置は、単位ロッドを回転駆動する駆動ローラを設置し、回転出力軸から着脱された単位ロッドの軸線方向の上下動を検知するため、ねじ込み、ねじ切りの完了の判定が確実に出来るようになった。

図１は、本発明の実施の形態のロッド交換装置を備えた掘削装置の要部の斜視図である。図２は、図１のロッド交換装置の揺動本体が退避位置に揺動した状態を示す正面図である。図３は、図１のロッド交換装置の揺動本体が交換位置に揺動した状態を示す正面図である。図４は、図１のロッド回転駆動手段の要部を示す拡大斜視図である。図５は、図４のロッド回転駆動手段の駆動ローラと把持ローラで単位ロッドを把持した状態を示す正面図である。図６は、図４のロッド回転駆動手段の駆動ローラと把持ローラが単位ロッドの把持を解除した状態を示す正面図である。図７は、図１のロッドホルダーに連結されたロッドホルダー用油圧シリンダーの油圧回路図である。図８は、本発明の実施の形態のロッド交換装置の単位ロッド交換動作を示す説明図であり、ロッド交換装置の揺動本体が退避位置に揺動した状態を示す。図９は、図８の後工程を示す説明図であり、ロッド交換装置の揺動本体が交換位置に揺動した状態を示す。図１０は、図９の後工程を示す説明図であり、掘削ヘッドの回転出力軸から単位ロッドが切り離されてロッドホルダーが下降した状態を示す。図１１は、図１０の後工程を示す説明図であり、ロッド交換装置の揺動本体が退避位置に揺動した状態を示す。図１２は、図１１の後工程を示す説明図であり、ピストンロッドが下降して単位ロッドがロッド交換装置から取り外し可能な位置に下降した状態を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態のロッド交換装置を備えた掘削装置の要部の斜視図、図２は図１のロッド交換装置の揺動本体が退避位置に揺動した状態を示す正面図、図３は図１のロッド交換装置の揺動本体が交換位置に揺動した状態を示す正面図である。図１から図３に示すように、本発明の実施の形態の掘削装置１の鉛直に立設された柱状のフレーム１１には、掘削ヘッド１２が上下方向に移動可能に取り付けられ、掘削ヘッド１２の下端には回転駆動される回転出力軸１３が取り付けられている。回転出力軸１３には単位ロッド１４上端の雄ねじ（右ねじ）１４１がねじ込まれて固定される。回転出力軸１３に固定された単位ロッド１４下端の雌ねじ（図示せず）には、複数個の単位ロッド１４をねじによる締結により相互に連結し、最下端の単位ロッド１４の先端に取り付けられたビットで地盤を掘削する。

フレーム１１の右側面には、掘削ヘッド１２の回転出力軸１３に、単位ロッド１４を着脱するためのロッド交換装置２が取り付けられている。ロッド交換装置２は、その本体２１がフレーム１１の右側面に固定されている。本体２１には鉛直方向に延びる揺動中心軸２２が取り付けられ、この揺動中心軸２２に水平面内で揺動可能に揺動本体３が軸支されている。揺動本体３は、揺動用油圧モータ（揺動本体駆動手段）３１によって、図１、図２の退避位置と図３の交換位置の間で揺動する。揺動本体３は、上揺動本体３２、下揺動本体３３、連結板３４で構成されている。上揺動本体３２は揺動中心軸２２の上部に軸支され、下揺動本体３３は揺動中心軸２２の下部に軸支され、連結板３４は鉛直方向に延びて、上揺動本体３２と下揺動本体３３を連結している。

上揺動本体３２には単位ロッド１４を回転駆動するためのロッド回転駆動手段４の枠体４１が固定されている。図４は図１のロッド回転駆動手段４の要部を示す拡大斜視図、図５は図４のロッド回転駆動手段４の駆動ローラと把持ローラで単位ロッド１４を把持した状態を示す正面図、図６は図４のロッド回転駆動手段４の駆動ローラと把持ローラが単位ロッド１４の把持を解除した状態を示す正面図である。図４から図６に示すように、ローラ駆動用油圧モータ４２の出力軸には円筒形の駆動ローラ４３が取り付けられ、この駆動ローラ４３が単位ロッド１４の外周面に摩擦接触して、単位ロッド１４を回転駆動する。ねじ軸４４を調節して、駆動ローラ４３の軸線と単位ロッド１４の軸線とが成す角度が調整可能である。駆動ローラ４３の軸線と単位ロッド１４の軸線とが成す角度（図３の角度β）は、単位ロッド１４に形成された雄ねじ１４１のリード角と同一に設定する。駆動ローラ４３の軸線と単位ロッド１４の軸線とが成す角度βを雄ねじ１４１のリード角よりも大きく設定すれば、単位ロッド１４は上方向または下方向により早い速度で移動するため、単位ロッド１４の交換時間を短縮できるため、好ましい。

駆動ローラ４３に対向した位置に、把持ローラ４５、４５が取り付けられている。把持ローラ４５、４５はローラ支持板４５１に回転可能に軸支され、ローラ支持板４５１はレバー４６の一端にピン４５２で連結されている。レバー４６は枠体４１にピン４６１で揺動可能に軸支され、レバー４６の他端が把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１に連結されている。レバー４６とローラ支持板４５１との間には、圧縮コイルばね４６２、４６２が挿入され、把持ローラ４５、４５が単位ロッド１４を把持する方向に常時付勢している。把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１を前進させると、レバー４６が時計方向に揺動し、図５に示すように、駆動ローラ４３と把持ローラ４５、４５で単位ロッド１４を把持し、単位ロッド１４を回転駆動することが可能になる。把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１を後退させると、レバー４６が反時計方向に揺動し、図６に示すように、駆動ローラ４３と把持ローラ４５、４５が単位ロッド１４の把持を解除する。

図１から図３に示すように、連結板３４には、単位ロッド１４の下端を回転自在に支持する円筒状のロッドホルダー５が鉛直方向に移動可能に支持されている。ロッドホルダー５の側面には鉛直方向に延びる案内板５１が固定され、この案内板５１が連結板３４に案内されて鉛直方向に移動する。下揺動本体３３、連結板３４の下端には、鉛直方向に延びるロッドホルダー用油圧シリンダー（流体圧シリンダー）６が固定されている。案内板５１の下端にはブラケット５２が固定され、このブラケット５２に、ロッドホルダー用油圧シリンダー６のピストンロッド６１の下端が連結されている。ロッドホルダー用油圧シリンダー６には、ピストンロッド６１の移動位置を検知するためのリードスイッチ（ピストンロッド位置検知手段）が内蔵されている。

図７は図１のロッドホルダー５に連結されたロッドホルダー用油圧シリンダー６の油圧回路図である。方向制御弁（４ポート３位置）６２のソレノイドを励磁すると、圧油がチェック弁（パイロット操作ダブルチェック弁）６３を経由してロッドホルダー用油圧シリンダー６に供給され、ピストンロッド６１が上昇または下降し、ロッドホルダー５が上昇または下降する。方向制御弁６２のソレノイドを切ると、Ａポート及びＢポートがタンク側に接続され、チェック弁６３でロッドホルダー用油圧シリンダー６の油路が遮断されるため、ピストンロッド６１は停止する。この状態で方向制御弁（２ポート２位置）６４、６４のソレノイドを励磁すると、ロッドホルダー用油圧シリンダー６の油路がタンク側に接続されるため、ロッドホルダー５に下方向へ押す力が働くと、ピストンロッド６１は下降する。

次に、本発明の実施の形態のロッド交換装置２の単位ロッド１４の交換動作を説明する。図８から図１２が単位ロッド１４の交換動作を説明する説明図である。最初に、掘削ヘッド１２の回転出力軸１３から単位ロッド１４を取り外す動作について説明する。柱状のフレーム１１の下端にはチャック（図示せず）が取り付けられ、単位ロッド１４を相互に連結したり連結を外す時に単位ロッド１４をクランプするために使用される。回転出力軸１３に連結された複数個の単位ロッド１４の内の上から二番目の単位ロッド１４をこのチャックでクランプした後、図８に示すように、回転出力軸１３を上から見て反時計方向に回転しながら掘削ヘッド１２を上方向に移動すれば、上から一番目の単位ロッド１４が上から二番目の単位ロッド１４から切り離される。

次に、揺動用油圧モータ３１を駆動して、揺動中心軸２２を中心にして、揺動本体３を図８の退避位置から図９の交換位置に揺動する。この時、把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１は後退位置にあり、図６に示すように、駆動ローラ４３と把持ローラ４５、４５が単位ロッド１４の把持を解除した状態にある。次に、図５に示すように、把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１を前進させ、駆動ローラ４３と把持ローラ４５、４５で単位ロッド１４を把持する。次に、ローラ駆動用油圧モータ４２を駆動し、図９に示すように、上から見て反時計方向に駆動ローラ４３を回転すれば、単位ロッド１４が上から見て時計方向に回転し、回転出力軸１３から単位ロッド１４の雄ねじ（右ねじ）１４１が緩み始める。駆動ローラ４３の軸線と単位ロッド１４の軸線（回転出力軸１３の軸線）とが成す角度（図９の角度β）は、単位ロッド１４に形成された雄ねじ１４１のリード角に設定されている。従って、単位ロッド１４には下方向に力が作用し、回転出力軸１３から雄ねじ１４１が切り離された後も、駆動ローラ４３を回転駆動して、単位ロッド１４は上から見て時計方向に回転しながら下方向に移動する。

この時、図７の方向制御弁６２のソレノイドを切り、方向制御弁６４、６４のソレノイドを励磁して、ロッドホルダー用油圧シリンダー６の油路をタンク側に接続しておく。図１０に示すように、単位ロッド１４の下端がロッドホルダー５に挿入され、更に単位ロッド１４が下方向に移動してピストンロッド６１が所定距離だけ下方向に移動すると、ロッドホルダー用油圧シリンダー６に内蔵されたリードスイッチがピストンロッド６１の移動距離を検知し、回転出力軸１３から単位ロッド１４が切り離されたことを検知できる。

図７の方向制御弁６４、６４のソレノイドを切り、チェック弁６３でロッドホルダー用油圧シリンダー６の油路を遮断し、ピストンロッド６１を停止する。この状態で、揺動用油圧モータ３１を駆動して、揺動中心軸２２を中心にして、揺動本体３を図１０の交換位置から図１１の退避位置に揺動する。次に、図６の把持用油圧シリンダー４７のピストンロッド４７１を後退させ、駆動ローラ４３と把持ローラ４５、４５による単位ロッド１４の把持を解除する。続いて、図７の向制御弁６２のソレノイドを励磁し、圧油をチェック弁６３を経由してロッドホルダー用油圧シリンダー６に供給し、図１２に示すように、ピストンロッド６１、ロッドホルダー５を下降して、単位ロッド１４の上端をロッド回転駆動手段４から離脱させる。単位ロッド１４を手で掴んで持ち上げロッドホルダー５から取り外せば、回転出力軸１３からの単位ロッド１４の取り外しが完了する。

次に回転出力軸１３に単位ロッド１４をねじ込んで取り付ける動作について説明する。図１２の退避位置で、新しい単位ロッド１４をロッドホルダー５に挿入した後、図７の向制御弁６２のソレノイドを励磁して圧油をロッドホルダー用油圧シリンダー６に供給し、図１１に示すように、ピストンロッド６１、ロッドホルダー５を上昇して、新しい単位ロッド１４の上端をロッド回転駆動手段４に挿入する。ピストンロッド６１が所定距離だけ上方向に移動すると、ロッドホルダー用油圧シリンダー６に内蔵されたリードスイッチがピストンロッド６１の移動距離を検知し、図７の方向制御弁６２のソレノイドを切り、ピストンロッド６１を停止する。次に、揺動用油圧モータ３１を駆動して、揺動中心軸２２を中心にして、揺動本体３を図１１の退避位置から図１０の交換位置に揺動する。

次に、上から見て時計方向に駆動ローラ４３を回転し、新しい単位ロッド１４を上から見て反時計方向に回転すれば、新しい単位ロッド１４は回転出力軸１３にねじ込まれる方向に回転するとともに、新しい単位ロッド１４には上方向に力が作用する。同時に、図７の向制御弁６２のソレノイドを励磁し、圧油をロッドホルダー用油圧シリンダー６に供給し、ピストンロッド６１、ロッドホルダー５を上昇させる。同時に、方向制御弁（２ポート２位置）６５のソレノイドを励磁すると、ロッドホルダー用油圧シリンダー６の油路が可変絞り弁（チェック弁付き）６６を経由してタンク側に接続されるため、ピストンロッド６１、ロッドホルダー５の上昇速度が減速される。回転出力軸１３に対して新しい単位ロッド１４のねじ込みが完了し、ピストンロッド６１、ロッドホルダー５が上昇して、ロッドホルダー用油圧シリンダー６に内蔵されたリードスイッチがピストンロッド６１の移動距離を検知すると、ねじ込みの完了が判定される。本発明の実施の形態のロッド交換装置は、単位ロッド１４を回転駆動する駆動ローラ４３を別途設置し、回転出力軸１３から着脱された単位ロッド１４の軸線方向の上下動をロッドホルダー用油圧シリンダー６に内蔵されたリードスイッチで検知するため、ねじ込み、ねじ切りの完了の判定が確実に出来るようになった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。例えば、前述した実施の形態では、回転出力軸１３に対する単位ロッドのねじ込み作業とねじ切り作業の両方を駆動ローラ４３の回転で行っているが、回転出力軸１３からの単位ロッドのねじ切り作業を駆動ローラ４３の回転で行い、回転出力軸１３に対する単位ロッドのねじ込み作業は回転出力軸１３の回転で行ってもよい。

１…掘削装置
１１…フレーム
１２…掘削ヘッド
１３…回転出力軸
１４…単位ロッド
１４１…雄ねじ
２…ロッド交換装置
２１…本体
２２…揺動中心軸
３…揺動本体
３１…揺動用油圧モータ（揺動本体駆動手段）
３２…上揺動本体
３３…下揺動本体
３４…連結板
４…ロッド回転駆動手段
４１…枠体
４２…ローラ駆動用油圧モータ
４３…駆動ローラ
４４…ねじ軸
４５…把持ローラ
４５１…ローラ支持板
４５２…ピン
４６…レバー
４６１…ピン
４６２…圧縮コイルばね
４７…把持用油圧シリンダー
４７１…ピストンロッド
５…ロッドホルダー
５１…案内板
５２…ブラケット
６…ロッドホルダー用油圧シリンダー
６１…ピストンロッド
６２…方向制御弁
６３…チェック弁
６４…方向制御弁
６５…方向制御弁
６６…可変絞り弁

Claims

地盤掘削、地盤改良を行うために複数個の単位ロッドをねじによる締結により、相互に連結して使用されるロッドを回転駆動する掘削ヘッドを有した土木機械に、
前記掘削ヘッドの回転出力軸に、前記単位ロッドを前記ねじの締結、又はねじ切りにより着脱するためのロッド交換装置を備えた土木機械のロッド交換装置において、
前記ロッド交換装置に搭載され、出力軸に駆動ローラを有し、前記単位ロッドの軸線と前記掘削ヘッドの前記回転出力軸の軸線が一致する位置で、前記駆動ローラが前記単位ロッドの外周面に摩擦接触して、前記単位ロッドを回転駆動するロッド回転駆動手段を有し、
前記ロッド交換装置は、
前記ロッド交換装置の本体と、
前記本体に、退避位置と前記単位ロッドの軸線と前記回転出力軸の軸線が一致する交換位置の間を揺動可能に軸支された揺動本体と、
前記揺動本体を前記退避位置と前記交換位置の間を揺動させるための揺動本体駆動手段とからなり、
前記ロッド回転駆動手段は、前記揺動本体に配置されており、
前記揺動本体に配置され、鉛直方向に配置された前記単位ロッドの下端を回転自在に支持するロッドホルダーと、
前記ロッドホルダーに連結された流体圧で駆動される流体圧シリンダーのピストンロッドと
からなることを特徴とする土木機械のロッド交換装置。
請求項１に記載の土木機械のロッド交換装置において、
前記ロッド回転駆動手段の前記駆動ローラの軸線と、前記掘削ヘッドの前記回転出力軸の軸線とが成す角度が調整可能である
ことを特徴とする土木機械のロッド交換装置。