JPH01278622A - 掘削機の貫入力及び掘削速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、クローラクレーン、トラッククレーン等の
上部旋回体前部に俯仰動可能なブームを備え、該ブーム
先端より掘削装置を垂下し、該掘削装置を支持するロー
プを巻き取るウィンチを有し、かつ、ブーム角度を検出
する角度検出器および俯仰ロープ張力を検出する荷重検
出器を具備した掘削機の貫入力および掘削速度制御装置
に関するものである。

〔従来の技術］ ブーム角度を検出する角度検出器および俯仰ロープ張力
を検出する荷重検出器を有するクレーンは公知である。

また、上部旋回体前部に俯仰可能なブームを備え、該ブ
ーム先端より掘削装置を垂下し、該掘削装置を支持する
ロープを巻き取るウィンチ機構をを有するものとしては
、連続壁掘削機、アースドリル等があり、これらは何れ
もパケット乃至ケリーバの自重を利用して掘削するもの
である。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、ブーム角度を検出する角度検出器および俯仰口
・−プ張力を検出する荷重検出器を有するクレーンにお
いては、ブーム長さとブーム角度から作業半径を算出し
、その作業半径における機械の吊上能力と荷重検出器か
ら求めた荷重とを比較し、機械の能力以上の荷重を吊っ
た場合に警報を発し又は停止させるものであり、作業を
続行するためにはオペレータが人為的に安全側に操作し
てやる必要があった。

また、パケット乃至ケリーバの自重を利用して掘削する
連続壁掘削機およびアースドリル等においては、パケッ
ト等の掘削装置を接地するまで巻き下げる場合、巻下速
度のコントロールを足踏みブレーキ等により人為的に行
うので一定の速度にコントロールすることが困難である
こと、さらには、ブレーキ操作手段であるペダルの操作
を誤るとエンジンがオーバーランする恐れもあり、接地
後掘削する場合においては、掘削力および掴み量がパケ
ット開閉力やパケット回転力だけでなく、パケット乃至
ケリーイくの自重によっても影響を受けるため、土質の
変化、すなわち負荷変動により掘削速度が変化し、掘削
力乃至掴み量の変化を来し掘削不能となる場合も生じノ
ご。

これを解決するなめ、従来は、掘削装置を吊っているロ
ープをウィンチで適宜巻き取り、掘削可能な状態に維持
する操作を人為的に行う必要があった しかし、この方法では不便極まりないため、出願人は、
先願の特願昭６２−２１７７１６　ｒ掘削機の貫入力制
御装置」において、実際の貫入力が設定値と一致するよ
うに制御を行うことができる装置を提供したが、この方
法においても、掘削地磐の硬軟の差により掘削速度に変
化を来し、特に、軟らかい地磐では掘削速度が上昇し、
排土用ポンプの能力を越すと排土用ポンプが故障したり
、掘削精度の低下につながる等の問題点があった。

この発明は、上記問題点を解決することを課題とするも
のであって、動力伝達系（ウィンチ系）に制動力を与え
、得られる掘削装置支持力と掘削装置重量から貫入力を
演算Ｌ７、該貫入力が設定値と一致するように制御を行
うと共に、掘削速度が予め設定された値と等しくなった
時は掘削速度を一定に保つ「速度制御」を行い、掘削速
度が予め設定された値以下の時は貫入力を一定に保つよ
うに「貫入力制御」を行うようにしたものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記課題解決の手段を提供するものであって
、クローラクレーン等の上部旋回体前部に俯仰動可能な
ブームを枢着し、該ブームに角度検出器を取付け、ブー
ムを俯仰動させる俯仰ロープ元付に荷重検出器を取付け
ると共に、上部旋回体のほぼ中央部にウィンチを配設し
、かつ、ブーム先端より掘削装置を垂下した掘削機にお
いて、ウィンチを駆動し、かつ、制動するコント・ロー
ル装置、すなわち、エンジンの回転をウィンチに伝える
動力伝達系の途中に装着された多板ブレーキの固定ディ
スクと可動ライニングの圧接力を調整するブレーキシリ
ンダと該ブレーキシリンダに供給される流体の圧力を制
御する重油変換弁と該電油変換弁に信号をおくるコント
ロールユニット等からなるコントロール装置と、前記ウ
ィンチの制動力を設定するコントローラ、貫入力設定器
および掘削速度検出器を設け、さらに、前記角度検出器
および荷重検出器により検出されたブーム角度および俯
仰ロープ張力により掘削装置吊上げ時の掘削装置重量お
よび動力伝達系に制動力を与えたときの掘削装置支持力
を演算すると共に掘削装置重量を記憶し、該掘削装置重
量および掘削装置支持力から貫入力を演算し、かつ、掘
削速度検出器の検出値から掘削速度を演算する制御用コ
ンピュータを有し、該貫入力が予め設定された貫入力と
等しくなるよう前記コントロール装置により制御調整可
能にすると共に、掘削速度が予め設定された値と等しく
なったとき掘削速度を一定に保つ速度制御を行い、掘削
速度が予め設定された値以下では前記貫入力を一定に保
つ貫入力制御と可能にしたことを特徴とする掘削機の貫
入力および速度制御装置を発明要旨とするものである。

なお、前記掘削速度検出器の代わりに掘削深度検出器を
設け、該掘削深度検出器の検出値から掘削速度を演算す
るようにしてもよい。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図を用いて説明する。

図中１は上部旋回体で下部走行体２上に旋回可能に装架
されている。上部旋回体１の前部にはブーム３が俯仰動
可能に枢着されており、上部旋回体１のほぼ中央部には
、巻上つ２インチ９．ブーム俯仰ウィンチ１０が配設さ
れ、後端寄りにはマスト８が装着されている。

ブーム俯仰ウィンチ１０から繰り出されたブーム俯仰ロ
ー１５は、マスト８に枢着されたペイル６およびブーム
３の先端に一端が取り付けられたペンダントロー１４の
他端に取り付けられたプライドル７に掛は回された後、
一端がマスト８に収り付けられている荷重検出装置３８
の他端に連結されている。

巻上ウィンチ９から繰り出された巻上ロー１１１は、ブ
ーム３の先端部に収り付けられたガイドシーブ１２およ
びヘッドシーブ１３を介して、掘削装置１５の上部に取
り付けられているシーブ１４に掛は回され、ブーム３の
先端部に連結されている。

ガイドシーブ１２の支軸４２の一端には掘ｍ速度検出器
４３が設けられ、該掘削速度検出器４３は制御用コンピ
ュータ３６に接続されている。

エンジン１６の回転はトルクコンバータ］７を介してス
プロケット】９に伝達され、更に、チェーン２０．スプ
ロケ・ソト２１．減速装置２２を介して巻上クラッチ９
ｂあるいは巻下クラッチ９ｃに伝達される。

巻上ウィンチ９のウィンチドラム９ａは、巻上クラッチ
９ｂあるいは巻下クラッチ９ｃのＯＮ。

ＯＦＦにより正逆回転およびフリーを可能にし、巻上ク
ラッチ９ｂ、巻下クラッチ９ｃは、操作レバー２３によ
ってＯＮ、ＯＦＦ操作される。またウィンチドラム９ａ
にはフートペダル２４によって人為的に制動されるバン
ドブレーキ２５が装着されている。

更に、エンジン１６とトルクコンバータ１７の間にはギ
ヤ２６が設けられ、該ギヤ２６に噛み合うギヤ２７によ
り油圧ポンプ２８を駆動させている。この油圧ポンプ２
８は、管路２９により電油変換弁３０の入力ボートに連
通され、該重油変換弁３０の出力ボートは、トルクコン
バータ１７とスプロケット１つの間に設けられた多板ブ
レーキ１８のブレーキシリンダ３２に管路３１により連
通されている。

ブレーキシリンダ３２は、作用する油圧の大きさによっ
て多板ブレーキ１８の固定ディスクと可動ライニングの
圧接力を変えることが可能であり、油圧ポンプ２８とブ
レーキシリンダ３２の間に設けんれな重油変換弁３０に
よってブレーキシリンダ３２に供給される油圧が制御さ
れる。

電油変換弁３０は、電気信号により圧力制御を行うバル
ブであって、電気信号を送るコントロールユニット３３
と連通され、該コントロールユニット３３は、手動・自
動モード切替器３４を介して、コントローラ３５および
制御用コンピュータ３６に接続されている。コントロー
ラ３５には、電圧を任意に調整できるダイヤル３５ａが
付いている。

ブーム３の基端部には、ブーム角度を検出する角度検出
器３７が取り付けられ、マスト８には、俯仰ロープ張力
を検出する荷重検出器３８が装着されている。

前記角度検出器３７の端子と荷重検出器３８の端子は制
御用コンピュータ３６に接続され、該制御用コンピュー
タ３６には貫入力設定器３９２表示パネル４０．設定ス
イッチ４１が接続されている。

貫入力設定器３９において設定した貫入力は表示パネル
４０に表示されると共に、電油変換弁３０に送られる電
気信号としてコントローラ３５からの信号と手動・自動
モード切替器３４により択一的に選択される。

表示パネル４０には貫入力設定値、実際の貫入力、ブー
ム角度等が表示され、設定スイッチ４１は、ロープ掛数
、ブーム長さ等を設定１表示するものである。

［作用コ 上記実施例を参照しつつ本発明の作用について説明する
。

先ず、設定スイッチ４１によりブーム長さ、ロープ掛数
を設定し、コントローラ３５のダイヤル３５ａを回して
動力伝達系に与える制動力を設定する。その場合、ダイ
ヤル３５ａを一杯に回して最大制動力が得られ、最小に
絞って制動力はゼロになるように設定されている。

次に、掘削装置１５を吊った状態のブーム俯仰ロープ５
の張力Ｔを荷重検出器３８によって検出し、予め入力さ
れている掘削装置１５を吊っていないとき、すなわち、
ブーム自重によって発生するブーム俯仰ロープ５の張力
Ｔ。とから次式により掘削装置１５の重量Ｗを制御用コ
ンピュータで演算し記憶させる。

ここで　Ｗ；掘削装置重量 Ｔ：掘削装置吊上時のブーム俯仰ロープらの張力 Ｔｏ：掘削装置を吊っていない時のブーム俯仰ロー１５
の張力 Ｈ８；ブームフートとブーム俯仰ロープ（乃至ペンダン
トロープ）間のｉ＆短 距離 ｈＢ；ブームフートと巻上ロー１間の最短距離 Ｒ；作業半径（旋回中心から掘削装置中心までの水平距
離） ｒ：旋回中心からブームフートまでの距離 ＮＢ；ブーム俯仰ロー１掛数 ｎＢ；巻Ｌロープ掛数 また、作業半径Ｒは次式にて与えられる。

Ｒ＝ＬＢｃｏｓθ−！−Ｊ？ｓｉｎθ＋ｒここで　ＬＢ
：ブーム長さ ！！：ヘッドシーブ取付位置偏心量 θ：ブーム角度 次にフートペダル２４を操作してバンドブレーキ２５を
開放し、操作レバー２３を巻下側に入れると、掘削装置
１５の自重によりエンジンブレーキが負荷に耐えられず
エンジンがオーバーランしそうになるが、コントローラ
３５によりコントロールユニット３３に指令を与えると
、該コントロールユニット３３から電油変換弁３０へ送
られる電気信号により電油変換弁３０から多板ブレーキ
１８内に設けられたブレーキシリンダ３２への圧油の圧
力を制御し、動力伝達系に制動力を与えるため掘削装置
１５の上向きに該掘削装置を支持しようとする力（掘削
装置支持力）ＦＯが作用し、動力巻下時、掘削装置等の
重量物によるエンジンのオーバーランを防止することが
できる。この着底するまでの掘削装置支持力Ｆｏは掘削
装置重量と釣り合いＦ。＝Ｗとなる。

掘削装置１５が着底したら、貫入力設定器３９により貫
入力を設定し、手動・目動モード切替器３４を自動側に
切り替えると、電油変換弁３０には貫入力設定器３つか
らの信号がコントロールユニ・ソト３３を介して伝わり
動力伝達系（ウィンチ系）に制動力を与える。この制動
力により、掘削装置１５の上向きには前記と同様に掘削
装置支持力Ｆ。が作用し、この場合の掘削装置支持力Ｆ
。

は次式により演算される。

ｊ（ｒ”　　ｈＢ／ｎＢ こ、二で　Ｔ１；多板ブレーキ】、８で制動した時のブ
ーム俯仰ロー１５の張力 したがって実際の貫入力Ｆは次式により演算される。

Ｆ＝Ｗ−Ｆ。

貫入力設定器３９により設定された貫入力に許容範囲を
定め、実際の貫入力Ｆがその定められた許容範囲を越え
た場合、あるいは、その定められた許容範囲内であって
も成る一定時間以上Ｒ１続した場合には自動的に停止し
、その定められた許容範囲内にある場合は設定貫入力に
一致するよう制御しながら作業を行う。

このように、貫入力が一定になるように制御さ。

れる結果、第３図に示すように、硬い土質では掘削速度
が遅くなり、軟らかい土質では掘削速度が早くなる。

その結果、非常に軟らかい土質では掘削速度が必要以上
に上昇１−ポンプの排土能力を超える場合もありうるの
で、これを防止するために掘削装置１５を吊っている巻
上ロー１１１の移動量をガイドシーブ１２および支軸４
２の回転数に変換し、該回転数を掘削速度検出装置４３
により信号として検出し、該信号を制御用コンピュータ
３６に送り掘削速度を演算させる。

前記掘削速度検出装置４３に代え、巻上ロープ１１の移
動量を検出する掘削深度検出装置（図示せず）を用い、
その検出値から掘削速度を演算するようにしてもよい。

そして、第４図に示すように掘削速度が予め設定された
値と等しくなったとき掘削速度を一定に保つ「速度制御
」を行い、掘削速度が予め設定された値以下のときは前
記貫入力を一定に保つ「ぼ入力制御」が行われる。

この間の説明を更に具体的にすると、貫入力制御掘削が
行われているときに空洞部分が現れると貫入力は零と判
断され、多板ブレーキ１８は開放状態となり自由落下す
るが、速度が予め設定された値に達すると、その後は掘
削速度を一定に保つ「速度制御」が行われる。

逆に速度制御掘削が行われているときに硬い地磐が現れ
ると、速度を維持するためにブレーキは開放状態となり
掘削装置の重量が地磐にあすけられ実際の貫入力Ｆは上
昇する。そして貫入力設定器で設定された値に達すると
、その後は貫入力を一定に保つ「貫入力制御」が行われ
る。

〔効果コ 本発明によれば、掘削装置１５が着底するまでは、コン
トローラ３５によりコントロールユニット３３に指令を
与えると該コントロールユニット３３から電油変換弁３
０への電気信号により電油変換弁３０から多板ブレーキ
１８への圧油の圧力が制御され動力伝達系に制動力を与
えるため、エンジンがオーバーランすることなく、一定
速度で巻下げができ、また、一定のブレーキ力で掘削装
置重量により降下するため掘削装置１５の着底時におい
ても巻上ロープ１１が緩むことなくウィンチドラム９ａ
で乱巻きを起こし難く、したがってロープ寿命も延びる
こと、および、土質の変化により掘削速度が変化し、硬
い土質では掘削速度が遅くなり貫入力制御が行われ、軟
らかい土質では掘削速度が早くなるが、設定値に達した
後は一定の掘削速度に保たれる速度制御掘削が行われる
結果、最適な掘削状態を維持することができ、排土用ポ
ンプに過負荷を与えなくてすむ等作業性において項著な
効果を奏する。

なお、実施例では制動力を与えるブレーキとして多板ブ
Ｉ）−キを用いたが、単板ブレーキ、その他種々のブレ
ーキに置き換えても差し支えなく、また、荷重検出器と
してはロープエンド式のほか三点ローラ式でも可能なこ
とは云う迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したクローラクレーンの全体側面
図、第２図は本発明に係る貫入力制御装置の説明図、第
３図は貫入力制御のみを行った場合の土質と掘削速度と
の関係を示す図、第４図は貫入力制御および速度制御を
行った場合の土質と掘削速度との関係を示す図、第５図
は掘削速度検出装置の取付状態を示す図である。 ３：ブーム ９コ巻上ウインチ ９ａ：ウィンチドラム ９ｂ：巻上クラッチ ９ｃ：巻下クラッチ １５：掘削装置 １８：多板ブレーキ ２８：油圧ポンプ ３０：重油変換弁 ３２ニブレーキシリンダ ３３：コントロールユニット ３４：手動・自動モード切替器 ３５：コントローラ ３６−制御用コンピュータ ３７：角度検出器 ３８：荷重検出器 ３９：貫入力設定器 ４０：表示パネル ４１：設定スイッチ ４２：支軸 ４３：掘削速度検出器 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）クローラクレーン等の上部旋回体前部に俯仰動可能
   なブームを枢着し、該ブームに角度検出器を取付け、ブ
   ームを俯仰動させる俯仰ロープ元付に荷重検出器を取付
   けると共に、上部旋回体のほぼ中央部にウインチを配設
   し、かつ、ブーム先端より掘削装置を垂下した掘削機に
   おいて、ウインチを駆動し、かつ、制動するコントロー
   ル装置と、該ウインチの制動力を設定するコントローラ
   、貫入力設定器および掘削速度検出器を設け、さらに、
   前記角度検出器および荷重検出器により検出されたブー
   ム角度および俯仰ロープ張力により掘削装置吊上げ時の
   掘削装置重量および動力伝達系に制動力を与えたときの
   掘削装置支持力を演算すると共に掘削装置重量を記憶し
   、該掘削装置重量および掘削装置支持力から貫入力を演
   算し、かつ、掘削速度検出器の検出値から掘削速度を演
   算する制御用コンピュータを有し、該貫入力が予め設定
   された貫入力と等しくなるよう前記コントロール装置に
   より制御調整可能にすると共に、掘削速度が予め設定さ
   れた値と等しくなったとき掘削速度を一定に保つ速度制
   御を行い、掘削速度が予め設定された値以下では前記貫
   入力を一定に保つ貫入力制御を可能にしたことを特徴と
   する掘削機の貫入力および速度制御装置 ２）掘削速度検出器の代わりに掘削深度検出器を設け、
   該掘削深度検出器の検出値から掘削速度を演算するよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の掘
   削機の貫入力および速度制御装置