フィード制御装置
【課題】さく孔状況の変化に対応して迅速にさく岩機のフィード速度を制御でき、オペレータの熟練の程度に左右されずに適切なフィード速度制御が可能であり、コスト低減を可能とするフィード制御装置を提供すること。
【解決手段】さく岩機のフィード機構２１に作動油を送るフィード制御装置４０を、差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４と絞りバルブ４６とから構成する。差圧検知バルブ４２の開度は、フィード制御装置４０の前後における作動油の差圧ΔＰ１と対抗するスプリングＳａにより変化し、圧力補償バルブ４４の開度は、差圧検知バルブ４２の前後における作動油の差圧ΔＰ２と対抗するスプリングＳｂにより変化し、絞りバルブ４６のオリフィスにより圧力補償バルブ４４下流の作動油の流量が絞られ圧力が低下する。
【解決手段】さく岩機のフィード機構２１に作動油を送るフィード制御装置４０を、差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４と絞りバルブ４６とから構成する。差圧検知バルブ４２の開度は、フィード制御装置４０の前後における作動油の差圧ΔＰ１と対抗するスプリングＳａにより変化し、圧力補償バルブ４４の開度は、差圧検知バルブ４２の前後における作動油の差圧ΔＰ２と対抗するスプリングＳｂにより変化し、絞りバルブ４６のオリフィスにより圧力補償バルブ４４下流の作動油の流量が絞られ圧力が低下する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に供給される作動油の流量を調整することにより、さく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉱山、採石、土木工事等の現場でさく孔作業に使用されるジャンボやクローラドリル等のさく孔機では、ガイドシェルに搭載されたさく岩機からロッド先端に取付けたビットに打撃と回転を伝達すると共に、さく岩機にフィードを与えてさく孔対象をさく孔する。
さく孔作業においては、オペレータは、さく岩機の作動機構の作動状況を視覚や聴覚で把握してさく孔対象の岩質を判断し、岩質に合わせてさく岩機の作動機構の作動条件を調整する。さく孔対象の岩質は一定ではなく変化するものであるため、オペレータは、常にさく岩機の作動機構の作動状況を把握して岩質の変化を判断し、さく孔状況の変化の都度、さく岩機やロッドやビットに最も負荷がかからず、且つさく孔が迅速に行えるように、油圧バルブや電気スイッチ等の操作機器を操作し、さく岩機の作動機構の作動条件の調整を行なわねばならない。長孔をさく孔する場合、さく岩機のフィード速度を特に慎重に調整して制御する必要がある。
【０００３】
通常、さく岩機のフィード速度は、さく孔速度に対して２０〜４０％大きな値となるように調整する。ビットは岩質に対応した推力で押されてさく孔対象に着岩しさく孔がなされるが、さく孔中に岩質が変化する場合がある。例えば、ビットがガマ等の岩石内に存在する内空間や軟岩に達すると、さく孔速度は急激に大きくなるので、オペレータはレバー操作や調整バルブの操作を瞬時に行い、フィード速度を岩盤にあわせて直ちに調整する。
【０００４】
このとき、オペレータが行う調整の判断に遅滞があったり、調整の操作に誤りがあったりすると、さく孔の直進性や孔壁の仕上がり等にばらつきを生じ、さく孔精度が低下する原因となる。さらに、ロッドや、ロッドをつなぐカップリングへも大きな負荷がかかり、さく岩機のドリリングツールの消耗が早まり、さく孔機にも大きな負荷がかかる。
なお、以下の説明において、岩石内の内空間や軟岩へビットが突入した状態を「突込状態」という。
【０００５】
このようにさく孔作業は、常時さく岩機の作動機構の作動状況を監視してさく岩機のフィード速度を調整して制御する必要があるので、オペレータの疲労が大きくなる。また、さく孔中にさく岩機の作動機構の作動状況を視覚や聴覚で把握してさく孔対象の岩質を判断する作業は、オペレータの熟練度による個人差が大きく、さく孔精度にばらつきを生じやすい。さく孔精度が低下すると、計画されたさく孔パターンと実さく孔パターンの差が大きくなり、破砕が均一に行われなくなる。
【０００６】
そこで、さく岩機の作動機構の作動状況に応じて、さく岩機の作動機構の作動条件を最適なものに調整可能とするさく孔機の制御装置が開発されている（特許文献１を参照）。図５に示すように、この制御装置１００は記憶装置１０２、検出器１０４、処理装置１０６とを備える。記憶装置１０２は、予設定情報としてさく岩機の作動機構１０８の最適作動条件を種々のさく孔状況に対応させて記憶している。検出器１０４は、フィード、打撃、回転に関する作動機構１０８の実際の作動状況を検出する。処理装置１０６は検出器１０４により検出された作動機構１０８の実際の作動状況と予設定情報とを比較してさく孔状況を判断し、このさく孔状況において作動機構１０８の最適作動条件を選定し、作動機構１０８へ制御信号を出力する。
【特許文献１】特開昭６２―１５６４９４号公報（第３〜４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５の制御装置１００にあっては、処理装置１０６において検出器１０４より検出された情報と予設定情報との比較演算を行っている。この比較演算には時間がかかり、作動機構１０８への制御信号の出力が迅速に行われないという不都合があった。例えば、突込状態となって急激にさく孔状況が変化しても、処理装置１０６からの制御信号の出力遅れがあり、作動機構１０８を迅速に最適作動条件へ調整することができなかった。
【０００８】
また、記憶装置１０２に記憶されている予設定情報と検出器１０４により検出される情報との間に大きな乖離があると、処理装置１０６による作動機構１０８の最適作動条件の選定が困難となり、作動機構１０８へ適切な制御信号を出力できないという不具合もあった。
さらに、制御装置１００は検出器１０４等に数多くの精密機器を備えており、断線等の故障の発生頻度が高くなるおそれがあり、制御装置１００の設置、メンテナンスに要するコストも嵩むというという不具合もあった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、さく孔状況の変化に対応して迅速にさく岩機のフィード速度を制御でき、オペレータの熟練の程度に左右されずに適切なフィード速度制御が可能であり、コスト低減を可能とするフィード制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に作動油を送り、このさく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置であって、差圧検知バルブと圧力補償バルブと絞りバルブとを備え、前記差圧検知バルブは、前記フィード制御装置の前後における作動油の差圧と対抗してこの差圧検知バルブの開度を変化させるスプリングを有し、前記圧力補償バルブは、前記差圧検知バルブの前後における作動油の差圧と対抗してこの圧力補償バルブの開度を変化させるスプリングを有し、前記絞りバルブは、前記圧力補償バルブの下流で作動油の流量を絞り圧力を低下させるオリフィスを有するフィード制御装置である。
【００１１】
請求項１の発明によると、フィード制御装置の下流で作動油の圧力が上昇すると、フィード制御装置の前後における作動油の差圧が低下し、スプリングの力により差圧検知バルブの開度は小さくなる。差圧検知バルブの開度が小さくなり、差圧検知バルブの前後における作動油の差圧が大きくなると、スプリングの力により差圧検知バルブの開度は小さくなり、圧力補償が行われる。
したがって、さく孔条件の変化によりフィード制御装置の下流で作動油の圧力が変化すると、差圧検知バルブ、圧力補償バルブの各開度が変化し、作動油の流量が調整され、フィード速度も制御される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフィード制御装置であって、前記オリフィスは交換可能に構成されているフィード制御装置である。
請求項２の発明によると、絞りバルブのオリフィスを交換することでオリフィス径を変更可能となり、油圧式フィード機構へ送られる作動油の最大流量を変更できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記のようなフィード制御装置であるので、さく孔状況の変化に対応して迅速にさく岩機のフィード速度を制御でき、オペレータの熟練の程度に左右されずに適切なフィード速度制御が可能であり、コスト低減を可能とするフィード制御装置を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１ないし図４を参照して本実施の形態の構成を説明する。図１は本実施の形態に係るフィード制御装置を備えた油圧クローラドリルの斜視図、図２はさく岩機の構成図、図３及び図４はフィード制御装置の構成と動作の説明図である。
図１に示すように、油圧クローラドリル１０は、走行台車１１上に旋回起伏可能にブーム１２が設けられており、ブーム１２の先端部にはさく岩機１３を搭載したガイドシェル１４が支持されている。図２に示すように、さく岩機１３にはシャンクロッド１５が挿着されており、シャンクロッド１５に所定長のロッド１６がスリーブ１７を介して接続され、このロッド１６の先端にはビット１８が取付けられている。
【００１５】
さく岩機１３は、打撃機構１９と回転機構２０とを備えており、ガイドシェル１４に設けられたフィード機構２１でフィードが与えられ前後に移動可能になっていて、シャンクロッド１５、ロッド１６を介してビット１８に打撃と回転とを伝達して岩石にさく孔する。これらの打撃機構１９、回転機構２０及びフィード機構２１は、油圧駆動部２５から送られる作動油の油圧により制御されている。また、さく岩機１３はフラッシング機構２２を備え、フラッシング機構２２はロッド１６先端に圧縮空気を供給して、さく孔内から繰粉を排出させる。ガイドシェル１４の先端部には、さく孔口元を覆うダストポット２３が設けられており、このダストポット２３から排出された繰粉を捕集する。
【００１６】
さく孔長がロッド１６の長さより長い場合には、ロッド１６の継ぎ足しと回収が必要となるので、ガイドシェル１４にはロッド１６の継ぎ足しと回収を行うロッド交換装置２４が装備されている。
走行台車１１上には、打撃機構１９、回転機構２０、フィード機構２１及びロッド交換装置２４を駆動するための油圧駆動部２５と、フラッシング機構２２に圧縮空気を供給するための空気駆動部２６とが設置されている。
【００１７】
図３に示すように、油圧駆動部２５にある作動油ポンプ２３により、作動油が油圧駆動部２５からフィード制御装置４０を介してフィード機構２１へ送られている。作動油ポンプ２３とフィード制御装置４０との間には遠隔制御バルブ２４、圧力補償バルブ２５及び方向切り換えバルブ２６が設けられている。遠隔制御バルブ２４をオペレータが操作することによって、フィード制御装置４０の上流側における作動油の圧力Ｐ１を調整可能に構成されている。
【００１８】
フィード制御装置４０内には、上流側から順番に差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６を設けてある。ここで、差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４との間における作動油の圧力をＰ２、圧力補償バルブ４４と絞りバルブ４６との間における作動油の圧力をＰ３、絞りバルブ４６下流側の作動油の圧力をＰ４とする。圧力Ｐ１、圧力Ｐ２、圧力Ｐ３及び圧力Ｐ４はそれぞれ圧力計６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び６２ｄにより計測される。
【００１９】
差圧検知バルブ４２は、差圧検知バルブ入口４８と差圧検知バルブ出口５０との間にあって差圧検知バルブ４２の開閉を行うピストン５６ａと、ピストン５６ａ上端に隣接するスプリング室５８ａと、スプリング室５８ａ内に収容されてピストン５６ａ上端を反発力Pｓａで押圧しているスプリングＳａとを有している。
スプリング室５８ａは圧力伝達路６０ａによって絞りバルブ４６下流側と連通しており、スプリング室５８ａ内は圧力Ｐ４の作動油で満たされている。ピストン５６ａは、スプリング室５８ａ側から反発力Pｓａと圧力Ｐ４とによって押圧されており、差圧検知バルブ入口４８に流入する作動油により、スプリングＳａによる押圧とは逆向きに圧力Ｐ１によって押圧されている。差圧検知バルブ４２の開閉方向は、スプリングＳａの伸張する方向が開方向となり、スプリングＳａの収縮する方向が閉方向となっている。
【００２０】
圧力補償バルブ４４は、圧力補償バルブ入口５２と圧力補償バルブ出口５４との間にあって圧力補償バルブ４４の開閉を行うピストン５６ｂと、ピストン５６ｂ上端に隣接するスプリング室５８ｂと、スプリング室５８ｂ内に収容されてピストン５６ｂ上端を反発力Pｓｂで押圧しているスプリングＳｂとを有している。
スプリング室５８ｂと圧力補償バルブ入口５２とは、ピストン５６ｂ内に形成された圧力伝達路６０ｂによって連なっており、スプリング室５８ｂ内は圧力Ｐ２の作動油で満たされている。また、ピストン５６ｂ下端は圧力伝達路６０ｃにより差圧検知バルブ入口４８上流側とつながっており、作動油がピストン５６ｂ下端をスプリングＳｂによる押圧とは逆向きに圧力P１で押圧している。圧力補償バルブ４４の開閉方向は、スプリングＳｂの伸張する方向が開方向となり、スプリングＳｂの収縮する方向が閉方向となっている。
【００２１】
絞りバルブ４６は交換可能なオリフィスを有し、オリフィスを交換することでオリフィス径φｃを変更可能に構成されている。絞りバルブ４６のオリフィス径φｃはさく孔対象の岩質にあわせて選定されている。掘さく対象の岩質が安定しており、ビット１８がさく孔対象に着岩してさく孔している通常のさく孔条件下で、フィード機構２１へ所定の流量Qｓｔｄの作動油を送ることが可能となっている。なお、以下の説明において、掘さく対象の岩質が安定しており、さく岩機１３が安定してさく孔している状態を「通常さく孔状態」という。
【００２２】
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
まず、フィード制御装置４０の差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６の各作用について述べる。
差圧検知バルブ４２のピストン５６ａは、差圧検知バルブ４２の開方向に反発力Ｐｓａと圧力Ｐ４との和によって押圧され、閉方向に圧力Ｐ１によって押圧されており、次の（１）式の関係が成立する状態でピストン５６ａは釣り合ってとまっている。
Ｐｓａ＋Ｐ４＝Ｐ１ ・・・・・（１）
【００２３】
圧力Ｐ４が変化すると、（１）式の関係が崩れ、再び（１）式の関係が成立する状態までピストン５６ａは移動する。
すなわち、フィード制御装置４０の前後の差圧ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ４）及び反発力Ｐｓａとの間に次の（２）式の関係が成立するまで、差圧検知バルブ４２の開度は変化する。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＝Ｐｓａ ・・・・・（２）
圧力補償バルブ４４のピストン５６ｂは、圧力補償バルブ４４の開方向に反発力Ｐｓｂと圧力Ｐ２との和によって押圧され、閉方向に圧力Ｐ１によって押圧されており、次の（３）式の関係が成立する状態でピストン５６ｂは釣り合ってとまっている。
Ｐｓｂ＋Ｐ２＝Ｐ１ ・・・・・（３）
【００２４】
圧力Ｐ２が変化すると、（３）式の関係が崩れ、再び（３）式の関係が成立する状態までピストン５６ｂは移動する。
すなわち、差圧検知バルブ４２の前後の差圧ΔＰ２（＝Ｐ１−Ｐ２）及び反発力Ｐｓｂとの間に次の（４）式の関係が成立するまで、圧力補償バルブ４４の開度は変化する。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｐｓｂ ・・・・・（４）
絞りバルブ４６は、前記オリフィスによりフィード制御装置４０から出る作動油の流量を絞り、作動油の圧力をＰ４まで降下させている。
【００２５】
次に、図３及び図４を参照しつつ、さく岩機１３がさく孔対象の岩石をさく孔するときにおけるフィード制御装置４０の作用について述べる。
通常さく孔状態のときは、流量Ｑｓｔｄの作動油が作動油ポンプ２３からフィード制御装置４０を介してフィード機構２１へ送られ、さく岩機１３は所定のフィード速度Ｖｓｔｄを与えられている。このとき、差圧検知バルブ４２は開状態となって（２）式の関係が成立している。また、圧力補償バルブ４４は開状態となって（４）式の関係が成立している（図３を参照）。
【００２６】
ビット１８が掘さく対象の中の内空間へ突入し、通常さく孔状態から突込状態へ変ると、フィード機構２１の負荷は減少する。この負荷減少により、作動油の流量はＱｓｔｄから増加し、絞りバルブ４６下流側の作動油の圧力Ｐ４は低下する。圧力Ｐ４が低下すると、通常さく孔状態において成立していた（２）式の関係が崩れ、次の（５）式の関係となる。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＞Ｐｓａ ・・・・・（５）
（５）式の関係となると、スプリングＳａは（２）式の関係が再び成立するまで収縮する。スプリングＳａが収縮してピストン５６ａが移動し、差圧検知バルブ４２の開度は小さくなり、作動油の流量はＱｓｔｄから減少する（図４を参照）。作動油の流量が減少すると、さく岩機１３のフィード速度もＶｓｔｄから減速され、さく岩機１３が内空間へ突っ込むことが制御される。
【００２７】
差圧検知バルブ４２の開度が小さくなると、差圧検知バルブ出口５０において作動油の流量は絞られ、差圧検知バルブ出口５０下流で作動油の圧力Ｐ２は低下する。圧力Ｐ２が低下すると、（４）式の関係が崩れ、次の（６）式の関係となる。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＞Ｐｓｂ ・・・・・（６）
（６）式の関係となると、圧力補償バルブ４４のスプリングＳｂは（４）式の関係が再び成立するまで収縮する。スプリングＳｂが収縮してピストン５６ｂが移動し、圧力補償バルブ４４の開度は小さくなり、圧力補償バルブ４４上流で圧力Ｐ２は上昇する（図４を参照）。したがって、差圧検知バルブ４２の前後における差圧ΔＰ２は維持され、差圧検知バルブ４２の開度が変化した後の圧力補償が行われ、作動油の流量も維持される。
【００２８】
突込状態にあったビット１８が内空間の終端に達すると、ビット１８と掘さく対象との間の着岩性がよくなり、再び、通常さく孔状態へ戻る。通常さく孔状態へ戻るとフィード機構２１の負荷は増加し、圧力Ｐ４も上昇する。圧力Ｐ４が上昇すると、突込状態で成立していた（２）式の関係が崩れ、次の（７）式の関係となる。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＜Ｐｓａ ・・・・・（７）
（７）式の関係となると、スプリングＳａは（２）式の関係が成立するまで伸張する。スプリングＳａが伸張してピストン５６ａが移動し、差圧検知バルブ４２の開度は大きくなり、作動油の流量はＱｓｔｄまで増加する。作動油の流量が増加すると、さく岩機１３のフィード速度もＶｓｔｄまで加速される。
【００２９】
差圧検知バルブ４２の開度が大きくなると、差圧検知バルブ出口５０下流で圧力Ｐ２は上昇する。圧力Ｐ２が上昇すると、突込状態で成立していた（４）式の関係が崩れ、次の（８）式の関係となる。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＜Ｐｓｂ ・・・・・（８）
（８）式の関係となると、圧力補償バルブ４４のスプリングＳｂは（４）式の関係が成立するまで伸張し、ピストン５６ｂは圧力補償バルブ４４の開度を大きくする方向に移動し、突込状態で圧力補償バルブ４４によって行われていた圧力補償も解除される。
【００３０】
したがって、さく孔条件が変化すると、この変化に直ちに追随して差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４の各開度が変化し、フィード機構２１へ送られる作動油の流量は自動的に制御され、さく岩機１３のフィード速度もさく孔条件に応じて自動的に制御される。
また、フィード制御装置４０は、差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６が集約されて小型化されており、フィード制御装置４０の取り付け作業、メンテナンス作業等が簡素化される。
さらに、フィード制御装置４０は構造が簡単であるので、そのコストが廉価となるとともに、故障の発生頻度も低く押さえられる。
なお、本実施の形態において、圧力計６２ａ、圧力計６２ｂ、圧力計６２ｃ、圧力計６２ｄを設けることとしたが、これらの圧力計を全て備える必要がないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態に係るフィード制御装置を備えた油圧クローラドリルの斜視図である。
【図２】さく岩機の構成図である。
【図３】フィード制御装置の構成と通常さく孔状態における動作の説明図である。
【図４】フィード制御装置の構成と突込状態における動作の説明図である。
【図５】従来のさく孔機の制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 油圧クローラドリル
１１ 走行台車
１２ ブーム
１３ さく岩機
１４ ガイドシェル
１５ シャンクロッド
１６ ロッド
１７ スリーブ
１８ ビット
１９ 打撃機構
２０ 回転機構
２１ フィード機構
２２ フラッシング機構
２３ ダストポット
２４ ロッド交換装置
２５ 油圧駆動部
２６ 空気駆動部
２３ 作動油ポンプ
２４ 遠隔制御バルブ
２５ 圧力補償バルブ
２６ 方向切り換えバルブ
４０ フィード制御装置
４２ 差圧検知バルブ
４４ 圧力補償バルブ
４６ 絞りバルブ
４８ 差圧検知バルブ入口
５０ 差圧検知バルブ出口
５２ 圧力補償バルブ入口
５４ 圧力補償バルブ出口
５６ａ、５６ｂ ピストン
５８ａ、５８ｂ スプリング室
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 圧力伝達路
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 圧力計
Ｓａ、Ｓｂ スプリング
Ｐ１ フィード制御装置上流の作動油の圧力
Ｐ２ 差圧検知バルブと圧力補償バルブとの間における作動油の圧力
Ｐ３ 圧力補償バルブと絞りバルブとの間における作動油の圧力
Ｐ４ フィード制御装置下流の作動油の圧力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に供給される作動油の流量を調整することにより、さく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉱山、採石、土木工事等の現場でさく孔作業に使用されるジャンボやクローラドリル等のさく孔機では、ガイドシェルに搭載されたさく岩機からロッド先端に取付けたビットに打撃と回転を伝達すると共に、さく岩機にフィードを与えてさく孔対象をさく孔する。
さく孔作業においては、オペレータは、さく岩機の作動機構の作動状況を視覚や聴覚で把握してさく孔対象の岩質を判断し、岩質に合わせてさく岩機の作動機構の作動条件を調整する。さく孔対象の岩質は一定ではなく変化するものであるため、オペレータは、常にさく岩機の作動機構の作動状況を把握して岩質の変化を判断し、さく孔状況の変化の都度、さく岩機やロッドやビットに最も負荷がかからず、且つさく孔が迅速に行えるように、油圧バルブや電気スイッチ等の操作機器を操作し、さく岩機の作動機構の作動条件の調整を行なわねばならない。長孔をさく孔する場合、さく岩機のフィード速度を特に慎重に調整して制御する必要がある。
【０００３】
通常、さく岩機のフィード速度は、さく孔速度に対して２０〜４０％大きな値となるように調整する。ビットは岩質に対応した推力で押されてさく孔対象に着岩しさく孔がなされるが、さく孔中に岩質が変化する場合がある。例えば、ビットがガマ等の岩石内に存在する内空間や軟岩に達すると、さく孔速度は急激に大きくなるので、オペレータはレバー操作や調整バルブの操作を瞬時に行い、フィード速度を岩盤にあわせて直ちに調整する。
【０００４】
このとき、オペレータが行う調整の判断に遅滞があったり、調整の操作に誤りがあったりすると、さく孔の直進性や孔壁の仕上がり等にばらつきを生じ、さく孔精度が低下する原因となる。さらに、ロッドや、ロッドをつなぐカップリングへも大きな負荷がかかり、さく岩機のドリリングツールの消耗が早まり、さく孔機にも大きな負荷がかかる。
なお、以下の説明において、岩石内の内空間や軟岩へビットが突入した状態を「突込状態」という。
【０００５】
このようにさく孔作業は、常時さく岩機の作動機構の作動状況を監視してさく岩機のフィード速度を調整して制御する必要があるので、オペレータの疲労が大きくなる。また、さく孔中にさく岩機の作動機構の作動状況を視覚や聴覚で把握してさく孔対象の岩質を判断する作業は、オペレータの熟練度による個人差が大きく、さく孔精度にばらつきを生じやすい。さく孔精度が低下すると、計画されたさく孔パターンと実さく孔パターンの差が大きくなり、破砕が均一に行われなくなる。
【０００６】
そこで、さく岩機の作動機構の作動状況に応じて、さく岩機の作動機構の作動条件を最適なものに調整可能とするさく孔機の制御装置が開発されている（特許文献１を参照）。図５に示すように、この制御装置１００は記憶装置１０２、検出器１０４、処理装置１０６とを備える。記憶装置１０２は、予設定情報としてさく岩機の作動機構１０８の最適作動条件を種々のさく孔状況に対応させて記憶している。検出器１０４は、フィード、打撃、回転に関する作動機構１０８の実際の作動状況を検出する。処理装置１０６は検出器１０４により検出された作動機構１０８の実際の作動状況と予設定情報とを比較してさく孔状況を判断し、このさく孔状況において作動機構１０８の最適作動条件を選定し、作動機構１０８へ制御信号を出力する。
【特許文献１】特開昭６２―１５６４９４号公報（第３〜４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５の制御装置１００にあっては、処理装置１０６において検出器１０４より検出された情報と予設定情報との比較演算を行っている。この比較演算には時間がかかり、作動機構１０８への制御信号の出力が迅速に行われないという不都合があった。例えば、突込状態となって急激にさく孔状況が変化しても、処理装置１０６からの制御信号の出力遅れがあり、作動機構１０８を迅速に最適作動条件へ調整することができなかった。
【０００８】
また、記憶装置１０２に記憶されている予設定情報と検出器１０４により検出される情報との間に大きな乖離があると、処理装置１０６による作動機構１０８の最適作動条件の選定が困難となり、作動機構１０８へ適切な制御信号を出力できないという不具合もあった。
さらに、制御装置１００は検出器１０４等に数多くの精密機器を備えており、断線等の故障の発生頻度が高くなるおそれがあり、制御装置１００の設置、メンテナンスに要するコストも嵩むというという不具合もあった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、さく孔状況の変化に対応して迅速にさく岩機のフィード速度を制御でき、オペレータの熟練の程度に左右されずに適切なフィード速度制御が可能であり、コスト低減を可能とするフィード制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に作動油を送り、このさく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置であって、差圧検知バルブと圧力補償バルブと絞りバルブとを備え、前記差圧検知バルブは、前記フィード制御装置の前後における作動油の差圧と対抗してこの差圧検知バルブの開度を変化させるスプリングを有し、前記圧力補償バルブは、前記差圧検知バルブの前後における作動油の差圧と対抗してこの圧力補償バルブの開度を変化させるスプリングを有し、前記絞りバルブは、前記圧力補償バルブの下流で作動油の流量を絞り圧力を低下させるオリフィスを有するフィード制御装置である。
【００１１】
請求項１の発明によると、フィード制御装置の下流で作動油の圧力が上昇すると、フィード制御装置の前後における作動油の差圧が低下し、スプリングの力により差圧検知バルブの開度は小さくなる。差圧検知バルブの開度が小さくなり、差圧検知バルブの前後における作動油の差圧が大きくなると、スプリングの力により差圧検知バルブの開度は小さくなり、圧力補償が行われる。
したがって、さく孔条件の変化によりフィード制御装置の下流で作動油の圧力が変化すると、差圧検知バルブ、圧力補償バルブの各開度が変化し、作動油の流量が調整され、フィード速度も制御される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフィード制御装置であって、前記オリフィスは交換可能に構成されているフィード制御装置である。
請求項２の発明によると、絞りバルブのオリフィスを交換することでオリフィス径を変更可能となり、油圧式フィード機構へ送られる作動油の最大流量を変更できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記のようなフィード制御装置であるので、さく孔状況の変化に対応して迅速にさく岩機のフィード速度を制御でき、オペレータの熟練の程度に左右されずに適切なフィード速度制御が可能であり、コスト低減を可能とするフィード制御装置を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１ないし図４を参照して本実施の形態の構成を説明する。図１は本実施の形態に係るフィード制御装置を備えた油圧クローラドリルの斜視図、図２はさく岩機の構成図、図３及び図４はフィード制御装置の構成と動作の説明図である。
図１に示すように、油圧クローラドリル１０は、走行台車１１上に旋回起伏可能にブーム１２が設けられており、ブーム１２の先端部にはさく岩機１３を搭載したガイドシェル１４が支持されている。図２に示すように、さく岩機１３にはシャンクロッド１５が挿着されており、シャンクロッド１５に所定長のロッド１６がスリーブ１７を介して接続され、このロッド１６の先端にはビット１８が取付けられている。
【００１５】
さく岩機１３は、打撃機構１９と回転機構２０とを備えており、ガイドシェル１４に設けられたフィード機構２１でフィードが与えられ前後に移動可能になっていて、シャンクロッド１５、ロッド１６を介してビット１８に打撃と回転とを伝達して岩石にさく孔する。これらの打撃機構１９、回転機構２０及びフィード機構２１は、油圧駆動部２５から送られる作動油の油圧により制御されている。また、さく岩機１３はフラッシング機構２２を備え、フラッシング機構２２はロッド１６先端に圧縮空気を供給して、さく孔内から繰粉を排出させる。ガイドシェル１４の先端部には、さく孔口元を覆うダストポット２３が設けられており、このダストポット２３から排出された繰粉を捕集する。
【００１６】
さく孔長がロッド１６の長さより長い場合には、ロッド１６の継ぎ足しと回収が必要となるので、ガイドシェル１４にはロッド１６の継ぎ足しと回収を行うロッド交換装置２４が装備されている。
走行台車１１上には、打撃機構１９、回転機構２０、フィード機構２１及びロッド交換装置２４を駆動するための油圧駆動部２５と、フラッシング機構２２に圧縮空気を供給するための空気駆動部２６とが設置されている。
【００１７】
図３に示すように、油圧駆動部２５にある作動油ポンプ２３により、作動油が油圧駆動部２５からフィード制御装置４０を介してフィード機構２１へ送られている。作動油ポンプ２３とフィード制御装置４０との間には遠隔制御バルブ２４、圧力補償バルブ２５及び方向切り換えバルブ２６が設けられている。遠隔制御バルブ２４をオペレータが操作することによって、フィード制御装置４０の上流側における作動油の圧力Ｐ１を調整可能に構成されている。
【００１８】
フィード制御装置４０内には、上流側から順番に差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６を設けてある。ここで、差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４との間における作動油の圧力をＰ２、圧力補償バルブ４４と絞りバルブ４６との間における作動油の圧力をＰ３、絞りバルブ４６下流側の作動油の圧力をＰ４とする。圧力Ｐ１、圧力Ｐ２、圧力Ｐ３及び圧力Ｐ４はそれぞれ圧力計６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び６２ｄにより計測される。
【００１９】
差圧検知バルブ４２は、差圧検知バルブ入口４８と差圧検知バルブ出口５０との間にあって差圧検知バルブ４２の開閉を行うピストン５６ａと、ピストン５６ａ上端に隣接するスプリング室５８ａと、スプリング室５８ａ内に収容されてピストン５６ａ上端を反発力Pｓａで押圧しているスプリングＳａとを有している。
スプリング室５８ａは圧力伝達路６０ａによって絞りバルブ４６下流側と連通しており、スプリング室５８ａ内は圧力Ｐ４の作動油で満たされている。ピストン５６ａは、スプリング室５８ａ側から反発力Pｓａと圧力Ｐ４とによって押圧されており、差圧検知バルブ入口４８に流入する作動油により、スプリングＳａによる押圧とは逆向きに圧力Ｐ１によって押圧されている。差圧検知バルブ４２の開閉方向は、スプリングＳａの伸張する方向が開方向となり、スプリングＳａの収縮する方向が閉方向となっている。
【００２０】
圧力補償バルブ４４は、圧力補償バルブ入口５２と圧力補償バルブ出口５４との間にあって圧力補償バルブ４４の開閉を行うピストン５６ｂと、ピストン５６ｂ上端に隣接するスプリング室５８ｂと、スプリング室５８ｂ内に収容されてピストン５６ｂ上端を反発力Pｓｂで押圧しているスプリングＳｂとを有している。
スプリング室５８ｂと圧力補償バルブ入口５２とは、ピストン５６ｂ内に形成された圧力伝達路６０ｂによって連なっており、スプリング室５８ｂ内は圧力Ｐ２の作動油で満たされている。また、ピストン５６ｂ下端は圧力伝達路６０ｃにより差圧検知バルブ入口４８上流側とつながっており、作動油がピストン５６ｂ下端をスプリングＳｂによる押圧とは逆向きに圧力P１で押圧している。圧力補償バルブ４４の開閉方向は、スプリングＳｂの伸張する方向が開方向となり、スプリングＳｂの収縮する方向が閉方向となっている。
【００２１】
絞りバルブ４６は交換可能なオリフィスを有し、オリフィスを交換することでオリフィス径φｃを変更可能に構成されている。絞りバルブ４６のオリフィス径φｃはさく孔対象の岩質にあわせて選定されている。掘さく対象の岩質が安定しており、ビット１８がさく孔対象に着岩してさく孔している通常のさく孔条件下で、フィード機構２１へ所定の流量Qｓｔｄの作動油を送ることが可能となっている。なお、以下の説明において、掘さく対象の岩質が安定しており、さく岩機１３が安定してさく孔している状態を「通常さく孔状態」という。
【００２２】
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
まず、フィード制御装置４０の差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６の各作用について述べる。
差圧検知バルブ４２のピストン５６ａは、差圧検知バルブ４２の開方向に反発力Ｐｓａと圧力Ｐ４との和によって押圧され、閉方向に圧力Ｐ１によって押圧されており、次の（１）式の関係が成立する状態でピストン５６ａは釣り合ってとまっている。
Ｐｓａ＋Ｐ４＝Ｐ１ ・・・・・（１）
【００２３】
圧力Ｐ４が変化すると、（１）式の関係が崩れ、再び（１）式の関係が成立する状態までピストン５６ａは移動する。
すなわち、フィード制御装置４０の前後の差圧ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ４）及び反発力Ｐｓａとの間に次の（２）式の関係が成立するまで、差圧検知バルブ４２の開度は変化する。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＝Ｐｓａ ・・・・・（２）
圧力補償バルブ４４のピストン５６ｂは、圧力補償バルブ４４の開方向に反発力Ｐｓｂと圧力Ｐ２との和によって押圧され、閉方向に圧力Ｐ１によって押圧されており、次の（３）式の関係が成立する状態でピストン５６ｂは釣り合ってとまっている。
Ｐｓｂ＋Ｐ２＝Ｐ１ ・・・・・（３）
【００２４】
圧力Ｐ２が変化すると、（３）式の関係が崩れ、再び（３）式の関係が成立する状態までピストン５６ｂは移動する。
すなわち、差圧検知バルブ４２の前後の差圧ΔＰ２（＝Ｐ１−Ｐ２）及び反発力Ｐｓｂとの間に次の（４）式の関係が成立するまで、圧力補償バルブ４４の開度は変化する。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｐｓｂ ・・・・・（４）
絞りバルブ４６は、前記オリフィスによりフィード制御装置４０から出る作動油の流量を絞り、作動油の圧力をＰ４まで降下させている。
【００２５】
次に、図３及び図４を参照しつつ、さく岩機１３がさく孔対象の岩石をさく孔するときにおけるフィード制御装置４０の作用について述べる。
通常さく孔状態のときは、流量Ｑｓｔｄの作動油が作動油ポンプ２３からフィード制御装置４０を介してフィード機構２１へ送られ、さく岩機１３は所定のフィード速度Ｖｓｔｄを与えられている。このとき、差圧検知バルブ４２は開状態となって（２）式の関係が成立している。また、圧力補償バルブ４４は開状態となって（４）式の関係が成立している（図３を参照）。
【００２６】
ビット１８が掘さく対象の中の内空間へ突入し、通常さく孔状態から突込状態へ変ると、フィード機構２１の負荷は減少する。この負荷減少により、作動油の流量はＱｓｔｄから増加し、絞りバルブ４６下流側の作動油の圧力Ｐ４は低下する。圧力Ｐ４が低下すると、通常さく孔状態において成立していた（２）式の関係が崩れ、次の（５）式の関係となる。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＞Ｐｓａ ・・・・・（５）
（５）式の関係となると、スプリングＳａは（２）式の関係が再び成立するまで収縮する。スプリングＳａが収縮してピストン５６ａが移動し、差圧検知バルブ４２の開度は小さくなり、作動油の流量はＱｓｔｄから減少する（図４を参照）。作動油の流量が減少すると、さく岩機１３のフィード速度もＶｓｔｄから減速され、さく岩機１３が内空間へ突っ込むことが制御される。
【００２７】
差圧検知バルブ４２の開度が小さくなると、差圧検知バルブ出口５０において作動油の流量は絞られ、差圧検知バルブ出口５０下流で作動油の圧力Ｐ２は低下する。圧力Ｐ２が低下すると、（４）式の関係が崩れ、次の（６）式の関係となる。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＞Ｐｓｂ ・・・・・（６）
（６）式の関係となると、圧力補償バルブ４４のスプリングＳｂは（４）式の関係が再び成立するまで収縮する。スプリングＳｂが収縮してピストン５６ｂが移動し、圧力補償バルブ４４の開度は小さくなり、圧力補償バルブ４４上流で圧力Ｐ２は上昇する（図４を参照）。したがって、差圧検知バルブ４２の前後における差圧ΔＰ２は維持され、差圧検知バルブ４２の開度が変化した後の圧力補償が行われ、作動油の流量も維持される。
【００２８】
突込状態にあったビット１８が内空間の終端に達すると、ビット１８と掘さく対象との間の着岩性がよくなり、再び、通常さく孔状態へ戻る。通常さく孔状態へ戻るとフィード機構２１の負荷は増加し、圧力Ｐ４も上昇する。圧力Ｐ４が上昇すると、突込状態で成立していた（２）式の関係が崩れ、次の（７）式の関係となる。
ΔＰ１＝Ｐ１−Ｐ４＜Ｐｓａ ・・・・・（７）
（７）式の関係となると、スプリングＳａは（２）式の関係が成立するまで伸張する。スプリングＳａが伸張してピストン５６ａが移動し、差圧検知バルブ４２の開度は大きくなり、作動油の流量はＱｓｔｄまで増加する。作動油の流量が増加すると、さく岩機１３のフィード速度もＶｓｔｄまで加速される。
【００２９】
差圧検知バルブ４２の開度が大きくなると、差圧検知バルブ出口５０下流で圧力Ｐ２は上昇する。圧力Ｐ２が上昇すると、突込状態で成立していた（４）式の関係が崩れ、次の（８）式の関係となる。
ΔＰ２＝Ｐ１−Ｐ２＜Ｐｓｂ ・・・・・（８）
（８）式の関係となると、圧力補償バルブ４４のスプリングＳｂは（４）式の関係が成立するまで伸張し、ピストン５６ｂは圧力補償バルブ４４の開度を大きくする方向に移動し、突込状態で圧力補償バルブ４４によって行われていた圧力補償も解除される。
【００３０】
したがって、さく孔条件が変化すると、この変化に直ちに追随して差圧検知バルブ４２と圧力補償バルブ４４の各開度が変化し、フィード機構２１へ送られる作動油の流量は自動的に制御され、さく岩機１３のフィード速度もさく孔条件に応じて自動的に制御される。
また、フィード制御装置４０は、差圧検知バルブ４２、圧力補償バルブ４４及び絞りバルブ４６が集約されて小型化されており、フィード制御装置４０の取り付け作業、メンテナンス作業等が簡素化される。
さらに、フィード制御装置４０は構造が簡単であるので、そのコストが廉価となるとともに、故障の発生頻度も低く押さえられる。
なお、本実施の形態において、圧力計６２ａ、圧力計６２ｂ、圧力計６２ｃ、圧力計６２ｄを設けることとしたが、これらの圧力計を全て備える必要がないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態に係るフィード制御装置を備えた油圧クローラドリルの斜視図である。
【図２】さく岩機の構成図である。
【図３】フィード制御装置の構成と通常さく孔状態における動作の説明図である。
【図４】フィード制御装置の構成と突込状態における動作の説明図である。
【図５】従来のさく孔機の制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 油圧クローラドリル
１１ 走行台車
１２ ブーム
１３ さく岩機
１４ ガイドシェル
１５ シャンクロッド
１６ ロッド
１７ スリーブ
１８ ビット
１９ 打撃機構
２０ 回転機構
２１ フィード機構
２２ フラッシング機構
２３ ダストポット
２４ ロッド交換装置
２５ 油圧駆動部
２６ 空気駆動部
２３ 作動油ポンプ
２４ 遠隔制御バルブ
２５ 圧力補償バルブ
２６ 方向切り換えバルブ
４０ フィード制御装置
４２ 差圧検知バルブ
４４ 圧力補償バルブ
４６ 絞りバルブ
４８ 差圧検知バルブ入口
５０ 差圧検知バルブ出口
５２ 圧力補償バルブ入口
５４ 圧力補償バルブ出口
５６ａ、５６ｂ ピストン
５８ａ、５８ｂ スプリング室
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 圧力伝達路
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 圧力計
Ｓａ、Ｓｂ スプリング
Ｐ１ フィード制御装置上流の作動油の圧力
Ｐ２ 差圧検知バルブと圧力補償バルブとの間における作動油の圧力
Ｐ３ 圧力補償バルブと絞りバルブとの間における作動油の圧力
Ｐ４ フィード制御装置下流の作動油の圧力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に作動油を送り、このさく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置であって、
差圧検知バルブと圧力補償バルブと絞りバルブとを備え、
前記差圧検知バルブは、前記フィード制御装置の前後における作動油の差圧と対抗してこの差圧検知バルブの開度を変化させるスプリングを有し、
前記圧力補償バルブは、前記差圧検知バルブの前後における作動油の差圧と対抗してこの圧力補償バルブの開度を変化させるスプリングを有し、
前記絞りバルブは、前記圧力補償バルブの下流で作動油の流量を絞り圧力を低下させるオリフィスを有することを特徴とするフィード制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフィード制御装置であって、前記オリフィスの径は変更可能に構成されていることを特徴とするフィード制御装置。
【請求項１】
さく孔機に搭載されたさく岩機のフィード機構に作動油を送り、このさく岩機のフィード速度を油圧制御するフィード制御装置であって、
差圧検知バルブと圧力補償バルブと絞りバルブとを備え、
前記差圧検知バルブは、前記フィード制御装置の前後における作動油の差圧と対抗してこの差圧検知バルブの開度を変化させるスプリングを有し、
前記圧力補償バルブは、前記差圧検知バルブの前後における作動油の差圧と対抗してこの圧力補償バルブの開度を変化させるスプリングを有し、
前記絞りバルブは、前記圧力補償バルブの下流で作動油の流量を絞り圧力を低下させるオリフィスを有することを特徴とするフィード制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフィード制御装置であって、前記オリフィスの径は変更可能に構成されていることを特徴とするフィード制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１１５５２８（Ｐ２００８−１１５５２８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９６７６１（Ｐ２００６−２９６７６１）
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（５９４１４９３９８）古河ロックドリル株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（５９４１４９３９８）古河ロックドリル株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
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