JPH0781512B2 - 掘削機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は掘削機、特に小径管推進用掘進機の制御方法に
関するものである。

〔従来技術〕

一般に道路、河川の如き地下に比較的小口径管（例えば
2000mm以下、多くは1000mm程度）の管渠を埋設する場
合、地上より溝を掘削する開削工法を採ることができな
いため推進工法が採用されている。この推進工法は、所
定点に立抗を掘り、この立抗の底から水平方向に埋立穴
を掘削するとともに、この埋設穴に推進管を逐次押圧挿
入する工法であって、この埋設穴の掘削には推進管の先
端に管体を継ぎ足し、この管体内に作業者が入って掘削
を行なっている。

しかしながら、1000mm〜800mm程度の小径管内に作業員
が入って掘削機を操作する作業は、体の自由がきかない
ために困難であり、特に砂礫、転石、岩盤層へ遭遇した
場合は、その掘削は極めて困難なものとなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕 前記掘削機の先端には直径が約100mm程度のビット（ド
リル）が設けられており、このビットの中心位置を少し
づつずらしながら小口径の掘削穴を開口して行くわけで
あるが、このような掘削機においては、掘削機のビッ
トの多数回の位置決めに時間がかかって非能率的であ
る。また、空打ち時の振動騒音が激しく、作業環境を
悪くしている。

従来の小口径の掘削穴の掘削作業においては１つの穴を
ビットで掘削したならば、その穴の隣に別の穴を掘削
し、更にその穴に別の穴を掘削する、恰も一つ一つ石を
集めて石垣を積むように小口径の穴を掘削し、この穴を
集合させて１個の穴を掘削している。

そのため、ビットを多数回前後方向に移動させて所定深
さの穴を掘削し、次にビットの位置を変更して位置合せ
して次の穴を掘削するという煩雑な作業を必要とする。
そしてこの所定深さの穴は、推進管の口径が800mm程度
であると掘進管の前面地山に150個程度の多数のものを
必要とし、その各穴の位置合せの時間を必要とする上
に、空打ちが生じ、騒音が発生することとなっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記したような従来の問題点を解決するために
なされたものであって、推進管の先端に装着される外筒
内に油圧モーターにより駆動される回転筒を嵌合し、該
回転筒内に掘削機を、さし角用油圧シリンダーにより半
径方向に揺動可能に支持した掘削機において、 前記回転筒の回転角検出器と、掘削機のさし角検出器と
を設け、各検出器の信号を演算装置に導き、該演算装置
において記憶装置からの信号と比較して弁制御信号を作
成し、該弁制御信号をさし角用油圧シリンダー及び油圧
モーターの油圧回路に設けられた電磁弁の開度を制御す
るように構成してなる掘削機の制御方法を提供するもの
である。

そして、弁制御信号は電磁弁に連続して導かれ、さし角
用油圧シリンダー及び油圧モーターを連続的に作動さ
せ、掘削機のビットが少なくとも円周方向でかつ半径方
向に拡大するよう連続して移動するように制御されるの
である。

換言すれば、渦巻状に直径を次第に拡大するようにビッ
トの軌跡を制御するものである。この渦巻状にビットの
軌跡を制御することが最も適しているが、従来法のよう
に往復間歇掘削ではなく、連続的に掘削することが重要
であり、その際のビットの軌跡は他のものでも採用可能
である。

〔作用〕

小径管推進用掘進機のさし角検出器と回転角検出器より
得られた信号により弁制御信号を作成し、この弁制御信
号によりビットの位置を制御するものであり、ビットを
間歇的に往復させて掘削する方法に比較して連続的に移
動させることができるので、連続掘削が可能である。

また、ビットの位置決めが容易で、空打ちがなくなり、
振動や騒音の発生を防止できる。

〔実施例〕

以下第１図ないし第７図に基づき本発明による掘削機、
特に小径管推進用掘進機の制御方法の実施例を説明す
る。

第１図は小径管推進用掘進機の側断面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ矢視図、第３図はＢ−Ｂ矢視図である。

１は、推進管、即ち埋設する管であるヒューム管２の先
端に装着される外筒であって、この外筒１内に一種のレ
ール状の支持筒３が取付けられ、この支持筒３の内面に
回転筒５が回動可能に嵌挿されている。そしてこの回転
筒５の内面には掘削機９の取付材６がボルト等で取付け
られるとともに回転筒５の端部には円周方向にラック４
が設けられている。

そしてこの取付材６に一端が取付けられたアーム７の先
端にはピン８により掘削機９が取付けられている。この
掘削機９はさし角（掘進機９が揺動する角）用油圧シリ
ンダー10によりピン８を中心として図において上方に傾
動可能なように構成されている。

11は掘削機９のビット12を前後方向に移動させるための
移送用空圧シリンダーである。また、第３図に示される
13は回転角検出器であって、外筒１に対して回転筒５が
回転する回転角を検出するものである。

即ち、回転筒５は油圧モーター14に取付けられたピニオ
ン15と、この回転筒５の内周面に設けたラック４との噛
合により回転されるように構成されており、この回転に
より回転筒５の内面に支持された掘削機９の先端に設け
られたビット12を円周方向に移動させることができる。

一方、さし角用油圧シリンダー10にはストローク長さを
検出し、これにより掘削機９のさし角を検出するさし角
検出器23が設けられている。

これら回転角検出器13及びさし角検出器23で得られた信
号V₁，V₂は第４図に示されるようにCPUの演算部16に導
入される。

記憶装置17にはあらかじめ掘削される地下の状態等によ
り所定値が入力されており、この記憶装置17の入力が演
算部16に導入され、ここで信号V₁，V₂が処理され弁制御
信号V₃，V₄が作成され、この弁制御信号V₃が回転角制御
用の油圧モーター14の油圧回路に設けられた比例電磁方
向切換弁18の開度を調整する。

一方、弁制御信号V₄は、さし角用油圧シリンダー10の油
圧回路に設けられた比例電磁方向切換弁19の開度を調整
し、掘削機９のさし角を制御する。即ち掘削機９のビッ
ト12の位置を半径方向に移動させるようになっている。

第５図に示す油圧回路において、回転角用油圧モータ14
は、回転角用油圧ポンプ20からの圧油を比例電磁方向切
換弁18、フローコントロール弁21、ロードホールデング
弁22を通って供給される油圧によって動作する。

また、比例電磁方向切換弁18は、弁制御信号V₂の指示に
従って弁開度を調整できるため、実際のビット12の動く
速度（回転）を変化させることができる。更にフローコ
ントロール弁21は油圧回路に絞り抵抗を与え、油圧回路
の急激な圧力変化を抑えて安定させるものである。な
お、ロードホールデイング弁22は、油圧モータ14が停止
している場合に、負荷により油圧モータ14が回転させら
れることを防止する。

さし角用油圧シリンダー10は、さし角用油圧ポンプ24か
らの圧油を比例電磁方向切換弁19、フローコントロール
弁21a、ロードホールデング弁22aを通って供給される油
圧によって動作する。

比例電磁方向切換弁19は、弁制御信号V₁の指示に従っ
て、弁開度を調整できるため、実際のビット12の動く速
度（さし角）を変化させることができる。また、フロー
コントロール弁21aは油圧回路に絞り抵抗を与え、油圧
回路の急激な圧力変化を抑えて安定させる。更に、ロー
ドホールデング弁22aは、さし角用油圧シリンダー10が
停止している場合に、負荷によりこのさし角用油圧シリ
ンダー10が伸び縮みさせられることを防ぐものである。

掘削機用油圧ポンプ25から送出された圧油は掘削機用方
向切換弁26を通り、各々、掘削機のビット12を打撃（打
撃用油圧シリンダー作動して）すると共に、（ビット回
転用油圧モータ作動して）回転させる。

掘削作業は、第６図及び第７図に示すように掘削機９を
作動させて先ず埋設穴30の中心位置Ｃ（あるいは掘削開
始位置）にビット12をセットする。

そして砂礫、転石、岩盤層のデータによって最適のビッ
ト12の移動軌跡を制御するように決められた信号V₃，V₄
を連続して比例電磁方向切換弁18,19に導き、掘削機９
のビット12の位置を制御する。

発明者の多数の実験例によれば、ビット12を移動させる
経路は、ビット12の埋設穴30の掘削開始位置は、掘削す
る穴の中心位置Ｃからスタートさせ、円周方向でかつ半
径方向に前記中心位置Ｃからの位置が増加するように、
所謂うず巻状の軌跡を取るように制御するのが好ましい
ことが判明している。なお、埋設穴30の内、30aは掘削
終了部を、30bは未掘削部をそれぞれ示している。

従来の掘削方法においては、掘削面に１個の穴を明ける
と、その隣に別の穴を明け、更にその隣に別の穴を明け
るというように、あたかも一つ一つの石で石垣を積むよ
うに次第に穴の数を間歇的に増加して所定の断面積を有
する埋設穴30を開口している。

しかし、本発明においては、ビット12を掘削開始点より
連続的に平面的、ないしは平面的に近い状態で移動させ
て埋設穴を面積を次第に増加するものであり、極めて掘
削効率に優れている。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による掘削機の
制御方法によれば、さし角検出器及び回転角検出器によ
り得られた信号により弁制御信号を作成し、この弁制御
信号により掘削機の位置を制御するように構成してお
り、次の効果を奏することができる。

ビット（ドリル）の位置決めが容易であり、しかもビッ
トを連続的に平面的に、好ましくは、円周方向でかつ半
径方向に拡大するよう渦巻状に連続して移動させること
により連続掘削が可能となる。

その結果、位置決め及び空打ち時間がなくなり迅速な作
業が可能であるばかりでなく、空打時の振動、騒音がな
くなり、作業環境を大幅に向上させることができる等の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による小径管推進用掘進機の制御方法の実施
例を示すもので、第１図は掘削機の側断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第１図のＢ−Ｂ矢視図
である。 第４図は制御系統図、第５図は油圧回路図であり、そし
て第６図は掘削作業を示す側面図、第７図は掘削面の正
面図である。 である。 １…外筒、２…ヒューム管 ３…支持材、４…ラック ５…内筒、６…取付材 ７…アーム、８…ピン ９…掘削機 10…さし角用油圧シリンダー 11…移動用空圧シリンダー 12…ビット、13…回転角検出器 14…油圧モーター、15…ピニオン 16…演算部、17…記憶装置 18,19…比例電磁方向切換弁 20…回転角用油圧ポンプ 21…フローコントロール弁 22…ロードホールデイング弁 23…さし角検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 達男 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 三 井建設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】推進管の先端に装着される外筒内に油圧モ
   ーターにより駆動される回転筒を嵌合し、該回転筒内に
   掘削機を、さし角用油圧シリンダーにより半径方向に揺
   動可能に支持した掘削機において、前記回転筒の回転角
   検出器と、掘削機のさし角検出器とを設け、各検出器の
   信号を演算装置に導き、該演算装置において記憶装置か
   らの信号と比較して弁制御信号を作成し、該弁制御信号
   をさし角用油圧シリンダー及び油圧モーターの油圧回路
   に設けられた電磁弁の開度を制御するように構成してな
   る掘削機の制御方法。