JPS6050957B2 - 竪孔掘削機の掘削荷重検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は竪孔掘削機の掘削荷重検出装置に係り、更に詳
しくは掘削孔上面を取り囲んて地上に設置されたベース
フレームと、該ベースフレーム上に装設された櫓及びロ
ータリテーブルと、昇降シリンダにより櫓に沿つて昇降
される昇降フレームと、該昇降フレームに支承され、か
つロータリテーブルにて回転されるドリルストリングと
を備えた竪孔掘削機におけるビット掘削荷重の検出装置
に関する。

リバースサーキユレーシヨンドリル等の竪孔掘削機によ
り竪孔を掘削する際、極めて重要な事項は垂直掘削精度
、即ち如何に孔曲りせす掘削を行うかということである
。

掘削の進歩に伴つて掘削土質の変化や硬さが種々変化す
る上、それらの地層が形成されている状態が傾斜してい
たり、途中に玉石や軟石が介在している場合があるので
、地表面より同じ状態で掘削機を操作したのては垂直精
度が著しく劣ることになる。垂直掘削精度を高１くする
ために掘削ビットの直上にスタビライザと称する案内具
を設けることも行われているが、これだけでは十分な掘
削垂直精度をあげることはできない。一方、竪孔掘削に
際して、いわゆる「下げ振りフの原理」と称される操作
を行うことが、垂直精度を高める上で最も効果があると
いわれている。

即ち、掘削の進歩に応じて継ぎ足すドリルパイプ、ビッ
トに荷重をかけるための鉛入りのドリルガラ一、スタビ
ライザ、ビット等を総称するドリルストリングを、おも
りを吊した糸と同じ状態に考えると、糸を張つたままお
もりの移動を抑えて垂直方向に降下せしめる為には適切
な荷重分担が必要である。即ち、ドリルストリング全重
量のうち適切な荷重をビットにかけ、残余を懸吊手段で
支承することにより、ドリルバイブが糸のように張力に
よつてピーンとはられ、ビットが重力で地球の中心に向
けられ、ドリルストリングが垂直に保たれると共に、ビ
ットは回転され、各種の土質の地層に遭遇してもその垂
直位置を保ちつつ竪孔を掘削して行く。前述の如く実際
の地層は様々の形態をなしている。

従つて下げ振りの原理を利用して掘削を行う場合、土質
及び地層の形態等に応じてビット荷重と懸吊部の支承荷
重との割合を適切にしなければならない。特に３０〜４
５度の激しい傾斜地盤ではこれらの調節が難しいことが
よく知られている。この為には、第１に竪孔掘削機のビ
ット荷重及びドリルストリングの全荷重を簡単迅速に検
出することができ、該検出値で簡単に荷重分配調整を行
えるようにしておくことが必要である。従来より掘削機
をクレーンで吊り下げて掘削を行う場合には、クレーン
のフック部にかかる荷重をローブ張力で検出して、全体
荷重から前記検出荷重を引き算してビット荷重を算出し
ているが、この方法では引き算を暗算で行わせることや
ドリルストリング全体荷重を常に覚えていなければなら
ない点などから間違いをおかしやすい欠点があり、また
臨機応変に対応できない。

またベースフレームに設置された昇降シリンダにより昇
降せしめられる昇降フレームにドリルストリングを懸吊
せしめて掘削を行う場合には、左右の昇降シリンダのヘ
ッド圧力とロッド圧力とを検出して、あらかじめ作成さ
れている換算グラフを用いてビット荷重を算出すること
が行われている。しかしながらこの方法は繁雑であるこ
とから操作上わずられしさが常時つきまとうと共に、こ
の方法も臨機応変に対応できない欠点がある。

また、この換算グラフを用いないで昇降シリンーダのヘ
ッド圧力とロッド圧力から荷重を知る方法として特開昭
５１−９７５０２が開示されている。これはドリルスト
リングの全重量を懸吊（ビットに加えられる推進力は零
）した際、ヘッド圧力とロッド圧力との圧力差を一旦零
に手動調整し、ビットに加えられる推進力の増加に伴つ
て生ずる圧力差にシリンダ受圧面積を考慮してドリル推
進力を表示させようというものである。この装置の場合
、シリンダの受圧面積と圧力との積を電気信号として出
力する関係上、シリンダの大きさが変更になると、本装
置は使えないことから、多様性の点で難がある。また、
一般の基礎工事においては下げ振りの原理を使つて掘削
する必要性から考えて、″常にドリルストリング全体荷
重及び全体荷重に対するビット荷重の割合を把持してお
く必要があるが、本装置の場合それらの把握はできない
。従つて、ドリルストリングの全重量をビットに負荷さ
せるケースが生じ孔曲りを生じる懸念がある。本発明は
、上述の問題点を解決するためになされたもので、その
目的とするところは、竪孔掘削機の全荷重及びビット荷
重を簡単迅速に検出することができ、地層の状態に応じ
て適切なビット荷重値に変換して行う掘削を円滑に実施
することが゛てきる竪孔掘削機の掘削荷重検出装置を提
供するにある。この目的を達成するために、本発明は、
掘削孔上面を取り囲んで地上に設置されたベースフレー
ムと、該ベースフレーム上に装設された櫓及びロータリ
テーブルと、昇降シリンダにより櫓に沿つて昇降される
昇降フレームと、該昇降フレームに支承され、かつロー
タリテーブルにて回転されるドリルストリングを備えた
竪孔掘削機の掘削荷重検出装置であつて、前記櫓または
ベースフレームに設けられた昇降シリンダの反力受部材
と、該反力受部材とベースフレームまたは櫓との間に設
置され、荷重を圧力として検出する荷重検出計と、その
検出圧力を荷重として表示する荷重表示計とを備え、前
記反力受部材は、昇降シリンダからの荷重を前記荷重検
出計に伝えるために僅かな上下移動を許容しうるように
取付けられたことを特徴とする。

以下、本発明の詳細な説明に従つて説明する。

第１図は本発明による掘削荷重検出装置を備えるリバー
スサーキユレーシヨンドリルの掘削状況を示す概略側面
図である。図において、リバースサーキユレーシヨンド
リルのドリルストリングは、掘削カッタを有するビット
１、ビットの直上に位置しビットを直進させる為の案内
具のスタビライザ２、ビットに荷重をかけるための鉛の
入つた錘であるドリルカラー３、ドリルカラーとドリル
バイブをつなぐクロスオーバサブ４、掘削の進捗に応じ
て単管を継ぎ足してドリルストリングを長くし、内側を
掘削したスリと水とが通過するドリルバイブ５等により
なる。６は掘削孔上面を取囲んで設けられるベースフレ
ームである。

ベースフレーム６には櫓のケリーマスト８が設置されて
いる。ケリーマスト８に案内され昇降フレーム９が垂直
に上下し得るようになつている。昇降フレーム９は両端
部で昇降シリンダ１０に接続され、該シリンダ１０によ
り昇降せしめられる。昇降フレーム９はドリルストリン
グを懸吊保持している。昇降シリンダ１０と昇降フレー
ム９とは球面軸受（図示しない）で接続されていて、昇
降フレーム９にドリルストリングの荷重による曲げモー
メントが作用しても昇降シリンダ１０に何んら影響を与
えることなく、単に剪断荷重だけしか作用しないように
なされている。またベースフレーム６上にはロータリテ
ーブル７が設けられ、ドリルストリングに回転力を与え
る。また、ベースフレーム６はドリノヒパイプ５を継ぎ
足す場合に、一旦ドリルストリングを保持する機能を有
す。このようにドリルストリングは昇降フレーム９に懸
吊保持され、ロータリテーブル７により回転されて竪孔
を掘削する。しかるに、本発明による掘削荷重検出装置
は、前記リバースサーキユレーシヨンドリルに備えられ
るもので、昇降シリンダ１０の反力受部材１２と、荷重
検出計１１及び荷重表示計２０等により構成される。

次に掘削荷重検出発明の詳細な説明する。第２図は第１
図おけるイ部の耘大図、第３図は第２図■−■線矢視断
面図、第４図は荷重検出計の縦断面図、荷重検出計の正
面図並びに両者の関係を示す説明図、第５図は第４図の
■−■線矢視断面図である。

図において、前記反力受部材１２は、ケリーマスト８に
固定したブラケット１４ピン１５を介して取付けられ、
かつそのピン１５より離れた位置に昇降シリンダ１０の
下端（ピストンロッドの先端）を連結させている。また
反力受部材１２は、ピン１５を挿通させたピン孔を縦長
の孔に形成して、昇降シリンダ１０の反力（荷重）が加
わつたとき、僅かな上下移動を許容して後述の荷重検出
計１１荷重を伝えられるようになつている。即ち、反力
受部材１２は水平方向の動きが抑制され、上下方向の僅
かな上下移動を許容される。また反力受部材１２のピン
挿通孔を長孔とすることにより昇降シリンダ１０の荷重
が加わつてもピン１５に負荷をかけることがない。前記
荷重検出計１１は、前記反力受部材１２とケリーマスト
８からの張り出しフレーム８ａとの間にて該張り出しフ
レーム８ａ上に設置されて、昇降シリンダ１０にかかる
昇降フレーム９からの剪断力、即ち垂直荷重を前記反力
受部材１２を介して受けるようになつている。の荷重検
出計１１は、荷重を圧力として検出する機能を有するも
ので、前記張り出しフレーム８ａに固定される下部材１
９と、下側にダイヤフラム１７ｄで閉鎖された空洞部１
６を設けた上部材１７と、ダイヤフラム１７ｄを固定す
るためのリングプレート１７ｂとから構成されている。
そして上部材１７は、そのダイヤフラム１７ｄ部を介し
て下部材１９上に載置され、かつ上部材１７の空洞部１
６には非圧縮性流体、例えば油が充填されている。空洞
部６は穴７７ｆにより、荷重表示計２０の圧力取入口に
連通するホース１８に連結されている。荷重により空洞
部１６内の油に圧力を発生する為に、また油圧力より荷
重表示計２０内部のブルドン管（図示しない）を延して
圧力表示をする為に、上部材１７は下部材１９に対して
昇降することが許容され、且つ水平方向の移動が起らな
いようにしなければならない。図示の実施例において、
下部材１９の上面には、空洞部１６を形成する上部材１
７の凹部に一部入り込む凸部が形成されている。またダ
イヤフラム１７ｄは上部材１７の凹部と下部材１９の凸
部の間の隙間に折り返えされた状態ではまり込ませてあ
り、この部分を他の部分にくらべて薄くしてある。この
ようにするとにより、上部材１７と下部材１９の水平方
向の関係位置を保つたまま空洞部１６の容積を減少して
上部材１７の降下を許容しながら、空洞部１６内の油に
荷重による圧力を発生せしめることができる。また、許
容荷重内において、荷重表示計２０への圧油の送出等に
よつて空洞部１６内の油容積が減少してダイヤフラム１
７ｄが上部材１７の空洞壁に接しダイヤフラム１７ｄを
損傷しないようにストッパが設けられてある。図示の実
施例ではリングプレート１７ｂでストッパを兼ねている
。即ち、リングプレート１７ｂを延ばし、リングプレー
ト１７ｂと下部材１９との間に、許容荷重内での上部材
１７の降下距離以上であり、上部材１７と下部材１９が
接触した場合に空洞部１６に尚空間を残すだけの間隙δ
がもうけられてある。尚、１７ｅは上部材１７に設けた
空洞部１６の空気抜き孔、１７ａはそのプラグを示す。
荷重表示計２０では、ホース１８によつて導かれた油圧
により指針２０ｃが振られ、空洞部１６内の油の圧力に
応じて目盛盤２０ｄによりドリルストリングの重量が表
示される。

荷重検出計１１が片方の昇降シリンダ１０にしか取付け
られていない場合は、両方の昇降シリンダ１０に荷重検
出計１１が取り付けられたと同じ表示をするように、す
なわち２本の昇降シリンダ１０にかかつている荷重の合
計荷重として表示するようにしておく。また荷重表示計
２０には、ドリルストリングの重量を表示する目盛盤２
０ｄ（主目盛）と他に、目盛盤２０ｄにおけるドリルス
トリングの重量目盛位置に零位置を設定可能で、かつ、
主目盛と同間隔で主目盛と逆方向に目盛られた回転目盛
盤２０ａが設けられている。

２０ｂは回転目盛盤２０ａを所望の位置に固定するため
のねじのストッパである。

次に、本発明の装置の作用を説明する。

初めにビット１を竪孔の底につけない状態で昇降シリン
ダ１０下端部にかかる荷重を荷重検出計１１で測定する
。この荷重は昇降フレーム９及び昇降シリンダ１０を含
めたドリルストリングの全重量である。この測定値は荷
重表示計２０の主目盛盤２０ｄで表示される。この全荷
重を知ることにより、土質によつてビットにかけるべき
荷重を全荷重に対する割合で算出することができ、ビッ
トにかけ．るべき荷重を求めることができる。また、昇
降フレーム及び昇降シリンダを含めたドリルストリング
の全重量を示す荷重表示計２０の指針位置に回転目盛盤
２０ａの零位置を合わせて固定する。次に、昇降シリン
ダ１０を縮めるとにより昇降一フレーム９を降下せしめ
ると、竪孔の底にビット１があたる。更に除々に昇降フ
レーム９が降下せしめると、ビット１に負荷される荷重
が次第に増加し、荷重表示計２０の指針が主目盛盤２０
ｄの零位置に向つて動き、指針は主目盛盤２０ｄで昇降
シリンダ１０にかかる荷重を、回動目盛盤２０ａでビッ
トにかかる荷重を示す。よつて昇降フレームを除々に降
下させてビット荷重を増加させて、荷重表示計２０の指
針が先に設定たビットにかかるべき荷重値（回転目盛盤
で表示される）に至るところで昇降シリンダ１０の昇降
を停止せしめれば、適正なビット荷重を保つ為の掘削準
備は完了ということになる。掘削に際しては、前述のビ
ット荷重を前記設定値に一定に保つように昇降シリンダ
を縮めれば、掘削は適正な一定のビット荷重で行われ、
掘削垂直精度の高い掘削を行うことができる。

そして傾斜した地層にあたつた場合にも、地層にあわせ
た適正なビット荷重値に、荷重表示計の指針を保つよう
に、ビットにかける荷重を増減して掘削を進めることに
より、ビットの横すベリを押さえられ、傾斜した地層へ
のビットのくい込みを容易にすることで掘削孔の垂直精
度をたかめることがで″きる。この実施例における荷重
表示計は、ドリルストリングの全重量を表示する目盛盤
と、そのドリルストリングの重量目盛位置に零目盛を設
定でき、かつ前記目盛盤と等間隔で逆方向に目盛られて
ビットの掘削荷重を表示する回転目盛盤とを備えたもの
であるから、掘削の進歩に伴つて増加するドリルストリ
ングの重量に対しても回転目盛盤の移動で零点調整でき
るので、簡単な操作で即応できると共に、全荷重及びビ
ット荷重を同時に直読で知ることができる。

本発明の掘削荷重検出装置は次の如き多くの効果をあげ
ることができる。

即ち、従来の操作方法に較べて簡単に全荷重及びビット
荷重を直読で知ることができる上、土質によつてビット
荷重を変換する必要が生じても、対応が早いと共に荷重
値を昇降シリンダのヘッド側、ロッド側の圧力から計算
で求める必要がない為、計算による間違いをおこす恐れ
がない。また、ドリルストリングを支持する別の櫓装置
であつても、本装置の検出可能な懸吊荷重範囲であれば
対応でき、その取付けに際しても特別の調整は不要であ
る。

また、この荷重検出にあたつては、昇降シリンダの下端
部が櫓に対して水平方向の運動が抑制され、即ち櫓との
相対距離が一定に保たれて荷重検知器に荷重が伝えられ
るので、昇降シリンダにかかる負荷のほとんど全部が荷
重検出計で検出され、荷重検出計による表示値は正確で
あり、またこれらの構造は単純であるので故障も少ない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の掘削荷重検出装置を備えるリバースサ
ーキユレーシヨンドリルの掘削状況を示す概略側面図、
第２図は第１図におけるイ部の拡大図、第３図は第２図
における■−■線矢視断面図、第４図は荷重検出計の縦
断面図、荷重表示計の正面図及び両者の関係を示す説明
図、第５図は第４図における■−■線矢視断面図である
。 １・・・・・・ビット、２・・・・・・スタビライザ、
３・・・・・・ドリルカラー、４・・・・・・クロスオ
ーバサブ、５・・・・・・ドリルバイブ、６■●●●●
べｉスフレーム、７ＩＩ１●●口ニタリテーブル、８・
・・・・・櫓（ケリーマスト）、９・・・・・・昇降フ
レーム、１０・・・・・・昇降シリンダ、１１・・・・
・・荷重検出計、１２・・・・・・反力受部材、１３，
１５・・・ゼン、１６・・・・・・空洞部、１７・・・
・・・上部材、１７ｂ・・・・・リングプレート （ス
トッパ）、１７ｄ・・・・・ダイヤフラム、１９・・・
・・・下部材、２０・・・・・・荷重表示計、２０ａ・
・・・・・回転目盛盤、２０ｄ・・・・・・目盛盤（主
目盛盤）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 掘削孔上面を取り囲んで地上に設置されたベースフ
   レームと、該ベースフレーム上に装設された櫓及びロー
   タリテーブルと、昇降シリンダにより櫓に沿つて昇降さ
   れる昇降フレームと、該昇降フレームに支承され、かつ
   ロータリテーブルにて回転されるドリルストリングを備
   えた竪孔掘削機の掘削荷重検出装置であつて、前記櫓ま
   たはベースフレームに設けられた昇降シリンダの反力受
   部材と、該反力受部材とベースフレームまたは櫓との間
   に設置され、荷重を圧力として検出する荷重検出計と、
   その検出圧力を荷重として表示する荷重表示計とを備え
   、前記反力受部材は、昇降シリンダからの荷重を前記荷
   重検出計に伝えるために僅かな上下移動を許容しうるよ
   うに取付けられたことを特徴とする竪孔掘削機の掘削荷
   重検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記荷重検出計は
   、上部材及び下部材に分割され、かつ両部材の間にダイ
   ヤフラムで閉鎖され非圧縮性流体が満された空洞部を有
   し、荷重が加わると前記空洞部が容積変化してその非圧
   縮性流体に圧力を生じせしめると共に、該圧力を荷重表
   示計へ伝えられるように構成され、前記上部材または不
   部材のどちらか一方には、前記空洞部の容積減少時にダ
   イヤフラムが空洞部内壁に接することを阻止するストッ
   パが設けられたことを特徴とする竪孔掘削機の掘削荷重
   検出装置。