JPS6195197A - 自動掘削制御装置 - 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） 本発明は、リバースサーキュレーションドリル等の場所
打杭施工機における自動掘削制御装置に関する。

（従来の技術） リバースサーキュレーションドリルにおいて、拡底ビッ
トの翼を油圧シリンダで開閉し、拡底形状に掘削する方
法は種々あるが、扇形に広げて掘削する場合には、Ｘ方
向（翼の拡大方向）とＹ方向（ドリルパイプのヒ下方向
）の制御を行ないながら掘削する必要がある。、そこで
この掘削を行なう場合には、Ｙ方向の制御は櫓に取付番
人られた油圧ウィンチにより行ない、Ｘ方向については
払底ビットに取付けられた開閉シリンダにより行ない、
それぞれの位置をストローク計により検出しながら掘削
する。この掘削動作を自動的に行なうたりに、電気的シ
ーケンス回路を組むが、従来は地盤条件に関係無く掘肖
！シているため、拡底ビットの吸込口の閉塞や、掘削ト
ルク不足の状態になり、自動掘削が不可μになることが
しばしばあり、このため、実際には位置を数字で読み取
りながら掘削する手動方式←たよらざるを得す、正確で
精度の良い拡底杭の形成が困難であった。

（発明が解決し士うとす盃問題点） 本発明は、上記した点に鑑み、地盤条件等に応じて完全
な自動掘削を行なうことを可能とする自動掘削装置を提
供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の自動掘削装置は、拡底ビットのビット荷重、掘
削トルクおよび揚水量をそれぞれ検出する手段と、前記
ビット荷重、掘削トルクが設定値を超えた場合あるいは
揚水量過少の場合に掘削を停止し、拡底ビットを巻上げ
、過負荷解除を待つ過負荷解除手段とを備えたことを特
徴とする。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の自動掘削制御装置を装備したリバース
サーキュレーションドリルの全体を示しており、ｌは基
台２５上に取付けた櫓であり、該櫓１には、スイベルジ
ヨイント２以下のドリルストリングを、第２図に示すよ
うに櫓ｌに取付けたシーブ４５．４６に掛けたワイヤロ
ープ２６を介して櫓１に沿って昇降する昇降フレーム４
７に接続し、該昇降フレーム４７に取付けたシーブブロ
ック４８と櫓ｌに取付けたシーブブロック４９に、油圧
ウィンチ２０により巻取り繰出しされるワイヤロープ５
１を掛は回わし、その終端を、ドリルストリングの荷重
を検出する荷重計１５を介して櫓ｌに接続している。ま
た、櫓１には、該油圧ウィンチ２０に連動して掘削孔の
深さを検出するポテンショメータ内蔵のストローク計で
なる深度計２１と、サクションポンプ２２に接続される
サクションホース２３を櫓ｌに取付けたシーブに掛けた
ワイヤロープ２７を介して支持する電動ウィンチ２４等
を搭載する。スイベルジヨイント２は、前記サクション
ホース２３とケリーバ４とを接続する役目を果たし、内
部に泥水が通過する回転ジヨイントであり、ドリルスト
リングの降下時に後述のケーブルリール６に当たらない
ように、ベント部に水平部２ａが設けである。３は後述
の拡底ビット１２の開閉シリンダ３５に作動油を供給す
る油圧配管（図示せず）に油圧源側油圧配管（図示せず
）を接続する油圧ジヨイントであり、内部に泥水が通過
するものである。

ケリーバ４は断面矩形をなし、前記基台２５上に設置し
たロータリーテーブル８の回転部８ａに設けた矩形をな
す貫通穴に上下動自在に嵌挿し、ロータリーテーブル８
の駆動用油圧モータ（図示せず）により回転部８ａを回
転させることにより、ケリーバ４を回転させ、ケリーバ
４に接続されるドリルパイプ９、拡底ピッ）１２を回転
させるように構成される。２８は本発明により付加され
た圧力計で、該圧力計は、ロータリーテーブル８の駆動
用油圧モータの゛圧力を検出することにより、掘削トル
クを検出するものである。ｌＯは掘削孔の曲がりを防コ
卜するスタビライザである。

１１は、開閉シリンダ３５のストロークを検出するポテ
ンショメータ内蔵の耐圧ケースに収容されたワイヤリー
ル式のストローク計であり該ストローク計１１に接続さ
れるケーブル１６は、ドリルバイブ９に固定具４１によ
りクランプし、ロータリーテーブル８の回転部８ａに設
けた開口部に通し５回転部８ａに固定した夛−プルリー
ル６にガイドローラを介して巻取る。１３は該回転部８
ａ上に固定されたテレメータ送信器であり、該テレメー
タ送信器１３内には電源（バッテリー）が内蔵され、前
記ケーブルリール６に設けたスリップリング（図示せず
）を介して前記ポテンショメータからの電圧信号を受信
し、その電圧信号の大きさに応じたＦＭ信号を発信する
ようになっている。なお、この場合の発゛信周波数は、
外部妨害電波の影響を受けにくい周波数を選択する。１
４は前記回転部８ａ以外のリバースサーキュレーション
ドリルの静止部もしくは地−Ｅに設置され、前記テレメ
ータ送信器１３からの電波を受信するテレメータ受信器
亭ある。

１９は油圧源となる油圧ポンプ等を備えた油圧ユニット
、７は、グラフィックディスプレイやプリンタおよび磁
気ディスクやカセット等の表示拳記録装置を有するマイ
クロコンピュータと、前記各油圧装置や電動ウィンチ２
４等の制御機器および操作機器とを装備した電気制御装
置であり、マイクロコンピュータは前記荷重計１５、深
度計２１、圧力計２８およびストローク計１１の出力信
号、および後述のマイクロスイッチ６０の信号を入力し
て油圧ウィンチ２０、開閉シリンダ３５、ロータリーテ
ーブル８の回転部８ａを回転させるモータ等の駆動を制
御することにより、後述のような自動掘削を行なうもの
である。

第３図および第４図は第１図に示したサクションポンプ
２２による揚水量の検出手段の一例であり、５２はＶベ
ルト５３を介してサクションポンプ２２を回す原動機、
２３はポンプ２２の吸込口に接続された前記サクション
ホース、５４はポンプ２２の吐出側に設けられたデリベ
リホース、５５は揚水量が所定量以下であるか否かを検
出する揚水量検出装置であり、この装置５５は、図示の
ようにポンプ２２の吐出側あるいは吸込側に設けられる
。該揚水量検出装置５５は、断面矩形のフレーム５６と
、該フレーム５６に両端カ該フレーム５６から突出する
ように回転自在に貫挿した軸５７と、該軸５７のフレー
ム５６内の部分に固定され、ポンプ２２の吐出口を開閉
する弁体５８と、軸５７の一端に取付けられ、弁体５８
を閉塞方向に付勢する重５１５９と、フレーム５６に固
定されたリミットスイッチ６０と、軸５７の他端に取付
けられ、前記リミットスイッチ６０のレバー６１に押接
するドッグ６２とからなり、揚水μが少ない場合には重
！！５９は第４図の点線に示すような傾斜した姿勢とな
ってドッグ６２がリミットスイッチ６０のレバー６１を
押すことにより、その接点を開（または閉）とし、揚水
量が多い場合には流水により弁体５８が押し上げられて
重錘５９は２点鎖線に示すように水平の姿勢となるよう
に構成されている。

第５図は自動掘削を行なうための前記電気制御装置７の
機能を説明するブロック図で、図中、拡底仕様設定手段
３０、演算手段３１，３３，３４、比較手段３８．４０
．４２．４３、待ち時間保持手段４４および過負荷解除
処理手段３６は前記マイクロコンピュータにより実現さ
れ、表示・記録手段３２はマイクロコンピュータに付帯
した前記グラフィックデスプレイ等の装置であり、油圧
ウィンチ制御手段３９、開閉シリンダ制御手段３７は電
気制御袋Ｍ７に含まれる電磁弁とその制御用油圧・電気
回路等で構成されるものである。

この装置において、拡底ビット１２の翼開閉は開閉シリ
ンダ３５により行なうが、該開閉シリンダ３５に対する
作動油の供給は、油圧ユニッ）１９から油圧ジヨイント
３、ケリーバ４を通り、油圧ホースを介して伝達される
。また、ドリルストリング全体の降下は、油圧ウィンチ
２０でワイヤロープ２６を繰出しながら、櫓１内にてケ
リーバ４をガイドしつつ行なわれる。また、払底ビット
１２による拡底部５０ａの掘削は、開閉シリンダ３５に
より翼１２ａを単位拡底量だけ開き、次に油圧ウィンチ
２０でワイヤロープ２６を繰出すことを順次繰返すこと
により行なう。勿論このような動作と同時に、ロータリ
ーテーブル８の油圧モータを作動させることにより、ド
リルパイプ９を介して拡底ビット１２を回転させ、かつ
サクションポンプ２２により土砂を水と共に吸上げなが
ら掘削する。

この拡底部の掘削を自動的に行なう場合の動作、操作は
次のようになる。まず、前記マイクロコンピュータのＣ
ＰＵに予め作成されている自動掘削用のプログラムを読
み込ませておく、そしてキー人力とメモリによる拡底仕
様設定手段３０により、拡底仕様値を設定する。この拡
底仕様値の榮え方として、図示例では、払底開始深度、
基本径（掘削孔５０の径）、拡底径（拡底部５０ａの最
大径）、拡底部５０ａの高さ、掘削トルク、ビット荷重
、単位拡底量（（拡底径−基本径）÷ｎ）を与えている
。この入力値に基づき、演算手段３１により、まず最初
の掘削サイクルにおけるウィンチ２０のロープ繰出し敬
（拡底ピッ）１２の降下量）と開閉シリンダ３５のスト
ローク（すなわち質拡大量）とを算出する。自動掘削を
行なうに当っては、拡底開始深度にまで基本径の孔の掘
削が終了しているので、まず油圧ウィンチ２０をワイヤ
ロープ２６の繰出し方向に作動させると同時に、荷重計
１５の値を演算手段３３により常にビット荷重に変換し
て比較手段４２でビット荷重指定値と比較して監視して
おき、ビット荷重が指定値になったことによって着床を
確認してから自動掘削を開始する。もちろん、予め設定
される任意の深さにおいて、ビット荷重が指定値になる
ように設定しておけば、任意の深さから自動掘削を行な
うことができる。

自動掘削においては、まず電磁弁の作動によって開閉シ
リンダ３５への油圧回路の遮断、連通を行なわせる開閉
シリンダ制御手段３７により、開閉シリンダ３５を徐々
に翼を開く方向に作動させて掘削を行ない、これと同時
にストローク計１１により検出される開閉シリンダ３５
のストロークが演算子段３１により求められたストロー
クに達したか否かを目標値との比較手段３８により比較
し、目標値に達したら拡底ピッ）１２のｆＪＲｌ　２　
ａの拡大動作、すなわち開閉シリンダ３５の伸長動作を
停止ヒし、待ち時間保持手段４４に設定させる時間（こ
の時間は払底ビット１２の１回転に要する時間以上に設
定される）だけ開閉シリンダ３５を停止したままで掘削
を行なうことにより、その高さにおける掘削残しが生じ
ないようにする。次に電磁弁の作動によって油圧ウィン
チ２ｏへの油圧回路の遮断、連通を行なわせる油圧ウィ
ンチ制御手段３９により、ウィンチ２ｏにワイヤローブ
２６の春下げ動作を行なわせつつ掘削を行なわせ、これ
と同時に深度計２１により検出される深度を監視し、演
算手段３１により求められているその掘削サイクルの深
度に達したことが比較手段４０により検出された時には
、拡底ビット１２の降下を停止にさせ１次に再び演算手
段３１により次の掘削サイクルにおけるウィンチ２０に
ょる拡底ビット１２による降下掛と、開閉シリンダ３５
による遅１２　ａの拡大Ｕを演算し、前記同様に、翼１
２ａの拡大を伴なう掘削と、払底ビット１２の降下を伴
なう掘削を行なう動作を繰返す。

１−記のような動作において、表示・記憶手段３２によ
り、掘削される孔の形状やウィンチ降しｉＩＮ、開閉シ
リンダ３５のストロークが表示される他、拡底ビット１
２の現在位置や杭什様、掘削の年月■、時間が表示、記
憶される。

また本発明においては、上記掘削動作中、過負荷を防Ｉ
Ｌする処理を行なう。すなわち、掘削中の負荷はビット
荷重と掘削トルクによって決まるので、これらを信号と
して取り入れる。このうち、ビット荷重は、前記荷重計
１５により求められるドリルストリング全体の荷重から
ビット荷重演算手段３３により求め、そのビット荷重と
、前記払底仕様設定手段３０によるビット荷重設定値と
を比較手段４２により比較する。その結果ビット荷重が
設定値以上になった時は、過負荷解除処理手段３６によ
り、前記ロータリーテーブル８の回転部８ａを駆動する
モータ６３に対する制御信号６４として停止を指令する
信号を送って停止させ、かつ拡大質１２　ａの開動作を
行なっている場合には開閉シリンダ制御手段３７に対す
る制御信号６５として開方向の動作を停止させる指令信
号を送って拡大質１２ａの開動作を停止させ、さらにウ
ィンチ制御手段３９に対する制御信号６６として巻上げ
指令信号を送り、ウィンチ２０をワイヤロープ２６の巻
取り方向に作動させて拡底ビット１２を所定の高さだけ
拡底ピッ）１２を上昇させ、停止する。そしてサクショ
ンポンプ２２にょる拡底ピッ）１２中の土砂を吸い上げ
る動作のみを行なわせて過負荷の解除、すなわちビット
荷重が低下するのを待つ。このビット荷重の設定値は、
掘削地点の地層の硬さが大である場合には大きく設定し
、地層が軟かい場合には小さく設定することにより、地
層に応じた掘削ができる。

また、前記圧力計２８から掘削トルク演算手段３４によ
り掘削トルクを求め、比較手段４３により掘削トルクの
設定値との比較を行ない、検出された掘削トルクが設定
値を超えていれば前記の過負荷解除動作を行なわせる。

この場合の掘□削トルクの設定値も、掘削地点の地層の
硬さが大である場合には大きく設定し、地層が軟かい場
合には小さく設定することにより、地層に応じた掘削が
できる。

さらに、掘削した土砂がサクションポンプ２２の吸込み
流路等に詰まった場合、揚水量が低下するので、前記リ
ミットスイッチ６０が作動し、前記と同様の過負荷解除
動作を行なう。なお、この実施例と異なり、揚水量検出
装置５５では揚水量そのものを検１−ＨＬ、、その検出
量と設定値とを比較して揚水量が所定値以下になると信
号を発生させるようにしてもよい。

そして、これらの荷重あるいは掘削トルクの過大、もし
くは揚水量過少の状態が解除されたならば、制御信号６
４としてモータ６３の回転を指令する信号を発生させ、
開閉シリンダ制御手段３７に対する制御信号６５には、
開動作の禁１ヒを解除する信号を発生させ、ウィンチ制
御手段３９に対する制御信号６６としてはウィンチを元
の位置まで巻下げる信号を発生させる。

なお、自動掘削の他、半自動掘削と手動掘削を行なう切
換え手段を有することにより、操作上の融通性が向上す
る。この内、半自動掘削の場合は、表示手段に表示され
る孔形状やウィンチ降し量、開閉シリンダストロークを
監視しながら、コンピュータ指令に基づいて掘削する。

また、手動掘削は、コンピュータが故障した場合に用い
られるもので、予めプリンタに出力しておいたストロー
ク、ウィンチ降し量、拡底径の表を見て、表示手段に表
示される深度計２１、ストローク計ｌ１等により検出さ
れる数値と比較しながら、さらにリミットスイッチ６０
からの信号を監視しながら掘削する。

（発明の効果） 本発明によれば、自動掘削装置において、拡底ビットの
ビット荷重、掘削トルクおよび揚水量をそれぞれ検出す
る手段と、ビット荷重と掘削トルクの少なくともいずれ
かが設定値を超えた場合、あるいは揚水量が低下した場
合に、掘削を停止トし、拡底ビットを巻上げ、過負荷解
除を待つ過負荷解除手段を備えたので、ビットの吸込口
の閉塞や掘削トルク不足の状態、あるいは土砂による流
路の詰まり状態が持続することが防１ヒされ、しかも自
動掘削が自動的に再開されるので、完全な自動掘削が達
成され、能率を向−トさせることができる。また、ビッ
ト荷重や掘削トルクの設定値として、地盤条件に応じた
値を設定することにより、地盤条件に適合した自動掘削
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動掘削装置の一実施例を示すリ
バースサーキュレーションドリルの側面図、第２図はそ
のドリルストリングの支持、昇降をさせる機構を示す斜
視図、第３図は本発明におけるサクションポンプの一例
を示す平面図、第４図はその一部を示す正面図、第５図
は本発明の制御システムの一例を示すブロック図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 場所打杭施工機における自動掘削制御装置において、拡
   底ビットのビット荷重、掘削トルクおよび揚水量をそれ
   ぞれ検出する手段と、前記ビット荷重、掘削トルクが設
   定値を超えた場合あるいは揚水量過少の場合に掘削を停
   止し、拡底ビットを巻上げ、過負荷解除を待つ過負荷解
   除手段とを備えたことを特徴とする自動掘削制御装置。