土処理装置
【課題】土の流動性に関わらず連続して土の処理を行うことができる土処理装置を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するために、本発明における課題解決手段は、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４とを備えた土処理装置において、ゲート２の開度を調節する開度調節手段５と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段７とを備え、計測手段７で計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御する。
【解決手段】上記した目的を達成するために、本発明における課題解決手段は、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４とを備えた土処理装置において、ゲート２の開度を調節する開度調節手段５と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段７とを備え、計測手段７で計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土処理装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
土の処理には、泥土処理や不溶化処理、土壌改良処理といった種々の処理がある。たとえば、泥土処理は、泥水式シールド工法や連続地中壁工法といった工法において掘削土の排出に便利なように泥水によって流動化した掘削土（一般に建設汚泥と称される）を処理するものであり、含水比が高く自硬性に乏しい掘削土の流動性を低下させて再利用可能な状態へと戻す処理である。不溶化処理は、汚染土壌に吸着剤等を混合して重金属等の汚染物質が外に溶け出さないようにする処理である。
【０００３】
泥土処理を建設現場にて行って、処理後の土を埋め戻しするには、たとえば、コンテナに貯留した泥土に固化材を投入し、攪拌することにより安定化させることが行われている。この処理を効率化するため、固化材を投入しつつ泥土を攪拌することが可能な攪拌部材を備えた処理装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、不溶化処理を建設現場にて行うことを目的とした処理車の提案もあり、この処理車にあっては、掘削土を土と石に篩い分けるロールスクリーンと、土に薬剤等を混合する混合機と、ロールスクリーンを通過した土を混合機まで搬送するベルトコンベアと、該ベルトコンベアで搬送される土に不溶化剤を供給する供給機とをトラックの荷台に装備するとともに、混合機から排出される処理後の土を再度篩いにかける混合物スクリーンと、混合機スクリーンの篩下を地面に搬送する他のベルトコンベアがトラックの荷台に積まれている。
【０００５】
そして、この処理車は、建設現場にて、混合機スクリーンおよびベルトコンベアをトラックの荷台から降ろして展開させることによって上述の処理を行うようになっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１１９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４０９０４号公報（発明の実施の形態欄，図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した処理装置にあっては、コンテナ内に貯留した泥土のみを処理するようになっているので、連続して自動的に泥土を処理することができず、また、不溶化処理や土壌改良処理などの他の処理に向かない。
【０００８】
対して、処理車にあっては、順次、掘削土を供給しつつ、連続して不溶化処理等の処理を行うことができるが、不溶化剤が定量供給されるのみで流動性のある掘削土の処理を行うには不向きである。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、土の流動性に関わらず連続して土の処理を行うことができる土処理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】
上記した目的を達成するために、本発明における課題解決手段は、投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置とを備えた土処理装置において、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の土処理装置によれば、投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置と、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御するので、土の含水比によらず含水比に適した薬剤量を自動的に散布して土の処理を行うことができ、含水比が高く流動化した土を安定化させる処理のみならず、流動的でない土の不溶化処理や土壌改良処理等の種々の処理を、連続して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施の形態における土処理装置の概略図である。
【図２】一実施の形態における土処理装置のゲートの詳細図である。
【図３】一実施の形態における土処理装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態における土処理装置は、図１に示すように、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４と、ゲート２の開度を調節する開度調節手段としてのアクチュエータ５と、散布装置４における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段たる重量センサ７と、重量センサ７で計測した土の重量からゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定して上記開度調節手段５と散布量調節手段６を制御するコントローラ８とを備えて構成されている。
【００１４】
以下、各部について詳細に説明する。槽１は、四つの壁を備えて上部および下部が開口した箱型とされ、開放されている上部からの土の投入を容易とするため、上部側の開口面積が下部側の開口面積より大きく設定されてホッパ形状と設定されている。
【００１５】
ただし、ゲート２が設けられる壁１ａは傾斜されておらず、ゲート２は、壁１ａの最下端から上方に向けて設けた切欠２ａと、壁１ａに摺接して図１中上下方向への移動が許容されるシャッター２ｂとを備えている。そして、シャッター２ｂを上下させることで切欠２ａとの重なり度合（ラップ量）を変更することができるようになっており、シャッター２ｂで切欠２ａを完全に塞ぐとゲート２が閉じられた状態となり、また、シャッター２ｂを切欠２ａより上方へ移動させるとゲート２が全開状態とされる。
【００１６】
この実施の形態の場合、壁１ａの図１中上方に固定される直動型のアクチュエータ５を備えており、当該アクチュエータ５を用いてシャッター２ｂの上下移動させてゲート２の開閉を行うようになっており、また、シャッター２ｂと切欠２ａのラップ量を調節することによってゲート２の開度を調節することができるようになっている。アクチュエータ５の駆動源は、モータ、リニアモータの他、液圧や空圧とされてもよい。したがって、この場合、アクチュエータ５が開度調節手段とされているが、ゲート２の開度の調節ができればよいので開度調節手段はこれに限られるものではない。
【００１７】
なお、シャッター２ｂは、図２に示すように、横幅が広く直接切欠２ａを開閉する第一隔壁２ｃと、第一隔壁２ｃの下端から上方に向けて設けた切欠２ａより幅狭の小切欠２ｄと、第一隔壁２ｃに摺接して上下方向に移動可能とされて小切欠２ｄを開閉する第二隔壁２ｅとを備えて構成されており、アクチュエータ５が第二隔壁２ｅに連結されている。また、第二隔壁２ｅが第一隔壁２ｃに対して図２中上方側へ移動して小切欠２ｄを全開とすると、第一隔壁２ｃに対する第二隔壁２ｅの上方への移動が規制されるようになっている。したがって、小切欠２ｄを閉塞した状態から第二隔壁２ｅを上方へ駆動し、第二隔壁２ｅが小切欠２ｄを全開にした後に、さらに、第二隔壁２ｅを上方へ駆動すると第一隔壁２ｃに対する第二隔壁２ｅの上方への移動が規制されているので、第一隔壁２ｃが第二隔壁２ｅとともに上方へ移動して切欠２ａを開放するようになる。
【００１８】
このようにシャッター２ｂを構成することで、第一隔壁２ｃで切欠２ａを開く状態ではゲート２の開口面積を大きくとることができるだけでなく、ゲート２の開き始めにおいては切欠２ａより幅狭の小切欠２ｄを第二隔壁２ｅでゲート２の開度を調節することができるので、ゲート２の開き始めにおけるゲート２の開口面積を細かく調節することができる。
【００１９】
戻って、上記した槽１の下部の開口部は、搬送装置３によって閉塞されており、この場合、搬送装置３はベルトコンベアとされている。搬送装置３の側部には、搬送装置３上の土が側方から零れ落ちることが無いように、側壁３ａが設けられている。ゲート２が開放された状態において、このベルトコンベアでなる搬送装置３を駆動することで、槽１内に投入されて貯留された土をゲート２を介して外部へ搬送することができるようになっている。また、壁１ａを除いて、槽１の下端には、帯状のゴムシール９が取付けられており、当該ゴムシール９で槽１と搬送装置３との間がシールされ、含水率の高い土が槽１内に投入されても、当該土がゲート２以外から外部へ漏れてしまうことが防止されている。そして、当該搬送装置３は、ゲート２が開放されると一定の速度を持ってベルトを回転させて土を槽１内から外部へ搬送する。
【００２０】
上述のように構成されてアクチュエータ５を含む槽１と搬送装置３は、四つの脚１０によって基台Ｂ上に取付けられている。この各脚１０の途中には、それぞれロードセル７ａが介装されており、これらロードセル７ａで重量センサ７を構成している。この実施の形態では、計測手段としての重量センサ７は、槽１および搬送装置３を支持する脚１０に介装されているため、槽１、アクチュエータ５および搬送装置３を含んだ重量を計測するが、槽１、アクチュエータ５および搬送装置３の重量分は、土を投入する前の重量を計測して補正するなどすればよい。なお、この補正は、重量センサ７側で行うようにしてもよいし、後述するコントローラ８側で行うようにしてもよい。また、計測手段としては、ロードセル以外にも歪ゲージやその他の重量を計測することが可能なセンサを利用することができる。
【００２１】
つづいて、散布装置４は、薬剤を貯留するタンク４ａと、タンク４ａの底部から側方へ張り出すように設けられて搬送装置３で搬送途中にある土の上方から薬剤を散布する散布口４ｂとを備えて構成されている。また、薬剤散布量を調節する散布量調節手段６は、この場合、タンク４ａの底部近傍に回転自在に横架されるスクリュー軸６ａと、タンク４ａの側部に固定されて当該スクリュー軸６ａを回転駆動するモータ６ｂとを備えてスクリューコンベアとされており、スクリュー軸６ａを回転駆動することによりタンク４ａ内の薬剤を散布口４ｂへ搬送することができるようになっている。そして、スクリュー軸６ａの回転速度に応じて散布口４ｂへ搬送される薬剤量を調節することができ、モータ６ｂの回転速度を制御してやることで土に対して散布口４ｂから散布される薬剤量を調節することができるようになっている。
【００２２】
なお、散布装置４と散布量調節手段６は、槽１と搬送装置３と同様、四つの脚１１によって基台Ｂ上に取付けられている。
【００２３】
そして、この土処理装置は、槽１内に投入された土をゲート２を開いて、搬送装置３で槽１外へ搬出し、散布装置４内の薬剤を搬送装置３の上方に設置された散布口４ｂから搬送装置３上の搬送中の土に散布し、最終的には、薬剤と土とが搬送装置３の先端から攪拌機１２に投入されることになる。この攪拌機１２で薬剤と土とを攪拌することによって、土と薬剤とが満遍なく混ざりあって排出される。薬剤は、土の処理に合致するものが選択され、たとえば、含水比が高く流動化した土を固化する処理を行うのであれば、セメントや石灰を含んだ薬剤を用いればよく、不溶化処理を行う場合には、硫酸第一鉄や硫化ナトリウムなど汚染土に適応した薬剤を使用すればよい。
【００２４】
また、コントローラ８は、重量センサ７で計測した土の重量からゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定して上記アクチュエータ５と散布量調節手段６を制御するようになっている。
【００２５】
このコントローラ８は、図３に示すように、アクチュエータ５と散布量調節手段６を制御するために、重量センサ７が計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定する演算部８ａと、土の含水比から時間あたりに処理すべき土の重量と、土の重量に対する薬剤の添加割合を求める目標値演算部８ｂと、さらに、処理すべき土の重量と推定される時間あたりの土の重量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行ってアクチュエータ５を比例積分制御するゲート制御部８ｃと、推定される時間あたりの土の重量に適した目標散布量と実際の薬剤散布量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行って散布量調節手段６を比例積分制御する散布量制御部８ｄとを備えている。
【００２６】
コントローラ８は、ハードウェア資源として、図示はしないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、上記演算処理装置に記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置と、上記したコントローラ８の各部の処理を行うために使用されるプログラム等が格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）等の副記憶装置とを備えており、ＣＰＵで上記プログラムを実行することで、上記演算部８ａ、目標値演算部８ｂ、ゲート制御部８ｃおよび散布量制御部８ｄが実現されるようになっており、また、重量センサ７、アクチュエータ５および散布量調節手段６との接続を可能とするインターフェース装置、重量センサ７が出力する信号に含まれる高周波ノイズを除去するなどの処理を行うフィルタや、Ａ／Ｄ変換器を備えている。
【００２７】
以下、コントローラ８の処理の一例を演算部８ａ、目標値演算部８ｂ、ゲート制御部８ｃおよび散布量制御部８ｄの処理に即して説明する。コントローラ８における演算部８ａは、重量センサ７が所定のサンプリング周期で計測する土の重量を取り込み、その変化量からゲート２から排出されている時間あたりの土の重量を推定する。時間あたりの土の重量の推定について詳しく説明すると、槽１内に投入された土は、ゲート２から排出されて一定速度で回転している搬送装置３によって搬送されて、攪拌機１２に投入される。他方、重量センサ７で計測するのは、槽１と搬送装置３上にある土の重量であり、槽１に新たに土が投入されない場合、重量センサ７で計測した土の重量は、時間の経過とともに減少する。ある時点の土の重量から次のサンプリングで得られた土の重量と減算すると、サンプリング周期の間に搬送装置３の先端から攪拌機１２へ投入された土の重量を得る事ができる。この土の重量をサンプリング周期で除せば搬送装置３の先端から攪拌機１２へ投入された時間あたりの土の重量を得る事ができる。実際には、土の重量は、均一でない場合もあるが、搬送装置３が定速で土を搬送しており、上述の手順でゲート２を通過する時間あたりの土の重量を推定することができる。また、槽１に追加の土を投入する場合、重量センサ７で計測する土の重量が増加することになるが、重量が増加する場合は、たとえば、減少に転じるまで上記重量の推定を行わないようにし、制御上は、時間あたりの土の重量を更新せずに後述する各部の処理を実行するようにしておけばよい。
【００２８】
さらに、目標値演算部８ｂは、予めオペレータが計測しコントローラ８の記憶装置内に格納される土の含水比から処理すべき時間あたりの土の重量を演算するとともに、含水比から土の重量に対する薬剤の添加割合を求める。処理すべき時間あたりの土の重量は、この場合、予め含水比に対する土の処理量を決めてあり、含水比によって一義的に決定されるようになっている。含水比に対する土の処理量は、予めコントローラ８の記憶装置内に格納されており、任意に決定することができるが、効率的処理を行えることを目安に決めておくとよく、また、一の含水比に対して複数の処理量を用意しておき、オペレータによって選択させるようにしてもよい。
【００２９】
これとは別に、目標値演算部８ｂは、この土の含水比から、土の単位重量あたりの散布されるべき薬剤量である薬剤の添加割合を求める。薬剤は、土の含水比によって最適な散布量が変化するので、目標値演算部８ｂで最適な薬剤の散布量として添加割合を求める。
【００３０】
ゲート制御部８ｃは、演算部８ａで推定したゲート２から排出されている土の重量と、処理すべき土の重量との制御偏差を求め、当該制御偏差に比例積分補償を行ってアクチュエータ５を比例積分制御することで、ゲート開度を制御する。したがって、ゲート開度は、ゲート２から排出される時間あたりの土の重量が処理すべき土の重量となるように制御されることになる。また、特に、土の含水比が高く流動化されている場合にあっては、槽１内の土の残量が減少すると圧力の関係で、ゲート開度が一定であるとゲート２から排出される土の重量が減少することになるが、上述のようにゲート開度が制御されることで、時間あたりの土の重量が自動的に処理すべき土の重量に調節される。
【００３１】
このゲート制御部８ｃにおけるゲート開度の制御とともに、散布量制御部８ｄは、推定したゲート２から排出されている土の重量と上述の薬剤の添加割合とから目標散布量を得て、薬剤散布量を目標散布量に制御する。実際の薬剤の散布量は、散布量調節手段６におけるモータ６ｂの時間あたりの回転数によって把握することができ、目標散布量と実際の薬剤散布量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行って散布量調節手段６におけるモータ６ｂを比例積分制御する。したがって、薬剤散布量は、目標散布量に調節され、上記したゲート開度制御と相俟って処理すべき土の重量に適合した量の薬剤が散布されることになる。なお、比例積分補償の代わりに比例積分微分補償を行うようにしてもよい。
【００３２】
コントローラ８は、目標値演算部８ｂ以外の処理を上記した順に繰り返し行って、ゲート開度と薬剤散布量を制御することになる。
【００３３】
このように、本実施の形態の土処理装置によれば、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４と、ゲート２の開度を調節する開度調節手段５と、散布装置４における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段７とを備え、計測手段７で計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御するので、土の含水比によらず含水比に適した薬剤量を自動的に散布して土の処理を行うことができ、含水比が高く流動化した土を安定化させる処理のみならず、流動的でない土の不溶化処理や土壌改良処理等の種々の処理を、連続して行うことができる。
【００３４】
さらに、計測手段７が、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測して、時間あたりの土の重量を推定するようになっているので、特に流動性の高い土の重量の推定が実現されるとともに、精度よく土の重量を推定できる。
【００３５】
また、含水比から処理すべき時間あたりの土の重量と薬剤の目標散布量とを求め、処理すべき時間あたりの土の重量と推定される時間あたりの土の重量とに基づいて開度調節手段を制御し、目標散布量に基づいて薬剤散布量を制御するので、効率よく土を処理することができる。
【００３６】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、種々の土の処理を行う土処理装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 槽
１ａ 壁
２ ゲート
２ａ 切欠
２ｂ シャッター
２ｃ 第一隔壁
２ｄ 小切欠
２ｅ 第二隔壁
３ 搬送装置
３ａ 側壁
４ 散布装置
４ａ タンク
４ｂ 散布口
５ 開度調節手段としてのアクチュエータ
６ 散布量調節手段
６ａ スクリュー軸
６ｂ モータ６ｂ
７ 計測手段としての重量センサ
７ａ ロードセル
８ コントローラ
８ａ 演算部
８ｂ 目標値演算部
８ｃ ゲート制御部
８ｄ 散布量制御部
９ ゴムシール
１０，１１ 脚
１２ 攪拌機
Ｂ 基台
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土処理装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
土の処理には、泥土処理や不溶化処理、土壌改良処理といった種々の処理がある。たとえば、泥土処理は、泥水式シールド工法や連続地中壁工法といった工法において掘削土の排出に便利なように泥水によって流動化した掘削土（一般に建設汚泥と称される）を処理するものであり、含水比が高く自硬性に乏しい掘削土の流動性を低下させて再利用可能な状態へと戻す処理である。不溶化処理は、汚染土壌に吸着剤等を混合して重金属等の汚染物質が外に溶け出さないようにする処理である。
【０００３】
泥土処理を建設現場にて行って、処理後の土を埋め戻しするには、たとえば、コンテナに貯留した泥土に固化材を投入し、攪拌することにより安定化させることが行われている。この処理を効率化するため、固化材を投入しつつ泥土を攪拌することが可能な攪拌部材を備えた処理装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、不溶化処理を建設現場にて行うことを目的とした処理車の提案もあり、この処理車にあっては、掘削土を土と石に篩い分けるロールスクリーンと、土に薬剤等を混合する混合機と、ロールスクリーンを通過した土を混合機まで搬送するベルトコンベアと、該ベルトコンベアで搬送される土に不溶化剤を供給する供給機とをトラックの荷台に装備するとともに、混合機から排出される処理後の土を再度篩いにかける混合物スクリーンと、混合機スクリーンの篩下を地面に搬送する他のベルトコンベアがトラックの荷台に積まれている。
【０００５】
そして、この処理車は、建設現場にて、混合機スクリーンおよびベルトコンベアをトラックの荷台から降ろして展開させることによって上述の処理を行うようになっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１１９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４０９０４号公報（発明の実施の形態欄，図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した処理装置にあっては、コンテナ内に貯留した泥土のみを処理するようになっているので、連続して自動的に泥土を処理することができず、また、不溶化処理や土壌改良処理などの他の処理に向かない。
【０００８】
対して、処理車にあっては、順次、掘削土を供給しつつ、連続して不溶化処理等の処理を行うことができるが、不溶化剤が定量供給されるのみで流動性のある掘削土の処理を行うには不向きである。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、土の流動性に関わらず連続して土の処理を行うことができる土処理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】
上記した目的を達成するために、本発明における課題解決手段は、投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置とを備えた土処理装置において、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の土処理装置によれば、投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置と、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御するので、土の含水比によらず含水比に適した薬剤量を自動的に散布して土の処理を行うことができ、含水比が高く流動化した土を安定化させる処理のみならず、流動的でない土の不溶化処理や土壌改良処理等の種々の処理を、連続して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施の形態における土処理装置の概略図である。
【図２】一実施の形態における土処理装置のゲートの詳細図である。
【図３】一実施の形態における土処理装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態における土処理装置は、図１に示すように、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４と、ゲート２の開度を調節する開度調節手段としてのアクチュエータ５と、散布装置４における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段たる重量センサ７と、重量センサ７で計測した土の重量からゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定して上記開度調節手段５と散布量調節手段６を制御するコントローラ８とを備えて構成されている。
【００１４】
以下、各部について詳細に説明する。槽１は、四つの壁を備えて上部および下部が開口した箱型とされ、開放されている上部からの土の投入を容易とするため、上部側の開口面積が下部側の開口面積より大きく設定されてホッパ形状と設定されている。
【００１５】
ただし、ゲート２が設けられる壁１ａは傾斜されておらず、ゲート２は、壁１ａの最下端から上方に向けて設けた切欠２ａと、壁１ａに摺接して図１中上下方向への移動が許容されるシャッター２ｂとを備えている。そして、シャッター２ｂを上下させることで切欠２ａとの重なり度合（ラップ量）を変更することができるようになっており、シャッター２ｂで切欠２ａを完全に塞ぐとゲート２が閉じられた状態となり、また、シャッター２ｂを切欠２ａより上方へ移動させるとゲート２が全開状態とされる。
【００１６】
この実施の形態の場合、壁１ａの図１中上方に固定される直動型のアクチュエータ５を備えており、当該アクチュエータ５を用いてシャッター２ｂの上下移動させてゲート２の開閉を行うようになっており、また、シャッター２ｂと切欠２ａのラップ量を調節することによってゲート２の開度を調節することができるようになっている。アクチュエータ５の駆動源は、モータ、リニアモータの他、液圧や空圧とされてもよい。したがって、この場合、アクチュエータ５が開度調節手段とされているが、ゲート２の開度の調節ができればよいので開度調節手段はこれに限られるものではない。
【００１７】
なお、シャッター２ｂは、図２に示すように、横幅が広く直接切欠２ａを開閉する第一隔壁２ｃと、第一隔壁２ｃの下端から上方に向けて設けた切欠２ａより幅狭の小切欠２ｄと、第一隔壁２ｃに摺接して上下方向に移動可能とされて小切欠２ｄを開閉する第二隔壁２ｅとを備えて構成されており、アクチュエータ５が第二隔壁２ｅに連結されている。また、第二隔壁２ｅが第一隔壁２ｃに対して図２中上方側へ移動して小切欠２ｄを全開とすると、第一隔壁２ｃに対する第二隔壁２ｅの上方への移動が規制されるようになっている。したがって、小切欠２ｄを閉塞した状態から第二隔壁２ｅを上方へ駆動し、第二隔壁２ｅが小切欠２ｄを全開にした後に、さらに、第二隔壁２ｅを上方へ駆動すると第一隔壁２ｃに対する第二隔壁２ｅの上方への移動が規制されているので、第一隔壁２ｃが第二隔壁２ｅとともに上方へ移動して切欠２ａを開放するようになる。
【００１８】
このようにシャッター２ｂを構成することで、第一隔壁２ｃで切欠２ａを開く状態ではゲート２の開口面積を大きくとることができるだけでなく、ゲート２の開き始めにおいては切欠２ａより幅狭の小切欠２ｄを第二隔壁２ｅでゲート２の開度を調節することができるので、ゲート２の開き始めにおけるゲート２の開口面積を細かく調節することができる。
【００１９】
戻って、上記した槽１の下部の開口部は、搬送装置３によって閉塞されており、この場合、搬送装置３はベルトコンベアとされている。搬送装置３の側部には、搬送装置３上の土が側方から零れ落ちることが無いように、側壁３ａが設けられている。ゲート２が開放された状態において、このベルトコンベアでなる搬送装置３を駆動することで、槽１内に投入されて貯留された土をゲート２を介して外部へ搬送することができるようになっている。また、壁１ａを除いて、槽１の下端には、帯状のゴムシール９が取付けられており、当該ゴムシール９で槽１と搬送装置３との間がシールされ、含水率の高い土が槽１内に投入されても、当該土がゲート２以外から外部へ漏れてしまうことが防止されている。そして、当該搬送装置３は、ゲート２が開放されると一定の速度を持ってベルトを回転させて土を槽１内から外部へ搬送する。
【００２０】
上述のように構成されてアクチュエータ５を含む槽１と搬送装置３は、四つの脚１０によって基台Ｂ上に取付けられている。この各脚１０の途中には、それぞれロードセル７ａが介装されており、これらロードセル７ａで重量センサ７を構成している。この実施の形態では、計測手段としての重量センサ７は、槽１および搬送装置３を支持する脚１０に介装されているため、槽１、アクチュエータ５および搬送装置３を含んだ重量を計測するが、槽１、アクチュエータ５および搬送装置３の重量分は、土を投入する前の重量を計測して補正するなどすればよい。なお、この補正は、重量センサ７側で行うようにしてもよいし、後述するコントローラ８側で行うようにしてもよい。また、計測手段としては、ロードセル以外にも歪ゲージやその他の重量を計測することが可能なセンサを利用することができる。
【００２１】
つづいて、散布装置４は、薬剤を貯留するタンク４ａと、タンク４ａの底部から側方へ張り出すように設けられて搬送装置３で搬送途中にある土の上方から薬剤を散布する散布口４ｂとを備えて構成されている。また、薬剤散布量を調節する散布量調節手段６は、この場合、タンク４ａの底部近傍に回転自在に横架されるスクリュー軸６ａと、タンク４ａの側部に固定されて当該スクリュー軸６ａを回転駆動するモータ６ｂとを備えてスクリューコンベアとされており、スクリュー軸６ａを回転駆動することによりタンク４ａ内の薬剤を散布口４ｂへ搬送することができるようになっている。そして、スクリュー軸６ａの回転速度に応じて散布口４ｂへ搬送される薬剤量を調節することができ、モータ６ｂの回転速度を制御してやることで土に対して散布口４ｂから散布される薬剤量を調節することができるようになっている。
【００２２】
なお、散布装置４と散布量調節手段６は、槽１と搬送装置３と同様、四つの脚１１によって基台Ｂ上に取付けられている。
【００２３】
そして、この土処理装置は、槽１内に投入された土をゲート２を開いて、搬送装置３で槽１外へ搬出し、散布装置４内の薬剤を搬送装置３の上方に設置された散布口４ｂから搬送装置３上の搬送中の土に散布し、最終的には、薬剤と土とが搬送装置３の先端から攪拌機１２に投入されることになる。この攪拌機１２で薬剤と土とを攪拌することによって、土と薬剤とが満遍なく混ざりあって排出される。薬剤は、土の処理に合致するものが選択され、たとえば、含水比が高く流動化した土を固化する処理を行うのであれば、セメントや石灰を含んだ薬剤を用いればよく、不溶化処理を行う場合には、硫酸第一鉄や硫化ナトリウムなど汚染土に適応した薬剤を使用すればよい。
【００２４】
また、コントローラ８は、重量センサ７で計測した土の重量からゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定して上記アクチュエータ５と散布量調節手段６を制御するようになっている。
【００２５】
このコントローラ８は、図３に示すように、アクチュエータ５と散布量調節手段６を制御するために、重量センサ７が計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定する演算部８ａと、土の含水比から時間あたりに処理すべき土の重量と、土の重量に対する薬剤の添加割合を求める目標値演算部８ｂと、さらに、処理すべき土の重量と推定される時間あたりの土の重量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行ってアクチュエータ５を比例積分制御するゲート制御部８ｃと、推定される時間あたりの土の重量に適した目標散布量と実際の薬剤散布量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行って散布量調節手段６を比例積分制御する散布量制御部８ｄとを備えている。
【００２６】
コントローラ８は、ハードウェア資源として、図示はしないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、上記演算処理装置に記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置と、上記したコントローラ８の各部の処理を行うために使用されるプログラム等が格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）等の副記憶装置とを備えており、ＣＰＵで上記プログラムを実行することで、上記演算部８ａ、目標値演算部８ｂ、ゲート制御部８ｃおよび散布量制御部８ｄが実現されるようになっており、また、重量センサ７、アクチュエータ５および散布量調節手段６との接続を可能とするインターフェース装置、重量センサ７が出力する信号に含まれる高周波ノイズを除去するなどの処理を行うフィルタや、Ａ／Ｄ変換器を備えている。
【００２７】
以下、コントローラ８の処理の一例を演算部８ａ、目標値演算部８ｂ、ゲート制御部８ｃおよび散布量制御部８ｄの処理に即して説明する。コントローラ８における演算部８ａは、重量センサ７が所定のサンプリング周期で計測する土の重量を取り込み、その変化量からゲート２から排出されている時間あたりの土の重量を推定する。時間あたりの土の重量の推定について詳しく説明すると、槽１内に投入された土は、ゲート２から排出されて一定速度で回転している搬送装置３によって搬送されて、攪拌機１２に投入される。他方、重量センサ７で計測するのは、槽１と搬送装置３上にある土の重量であり、槽１に新たに土が投入されない場合、重量センサ７で計測した土の重量は、時間の経過とともに減少する。ある時点の土の重量から次のサンプリングで得られた土の重量と減算すると、サンプリング周期の間に搬送装置３の先端から攪拌機１２へ投入された土の重量を得る事ができる。この土の重量をサンプリング周期で除せば搬送装置３の先端から攪拌機１２へ投入された時間あたりの土の重量を得る事ができる。実際には、土の重量は、均一でない場合もあるが、搬送装置３が定速で土を搬送しており、上述の手順でゲート２を通過する時間あたりの土の重量を推定することができる。また、槽１に追加の土を投入する場合、重量センサ７で計測する土の重量が増加することになるが、重量が増加する場合は、たとえば、減少に転じるまで上記重量の推定を行わないようにし、制御上は、時間あたりの土の重量を更新せずに後述する各部の処理を実行するようにしておけばよい。
【００２８】
さらに、目標値演算部８ｂは、予めオペレータが計測しコントローラ８の記憶装置内に格納される土の含水比から処理すべき時間あたりの土の重量を演算するとともに、含水比から土の重量に対する薬剤の添加割合を求める。処理すべき時間あたりの土の重量は、この場合、予め含水比に対する土の処理量を決めてあり、含水比によって一義的に決定されるようになっている。含水比に対する土の処理量は、予めコントローラ８の記憶装置内に格納されており、任意に決定することができるが、効率的処理を行えることを目安に決めておくとよく、また、一の含水比に対して複数の処理量を用意しておき、オペレータによって選択させるようにしてもよい。
【００２９】
これとは別に、目標値演算部８ｂは、この土の含水比から、土の単位重量あたりの散布されるべき薬剤量である薬剤の添加割合を求める。薬剤は、土の含水比によって最適な散布量が変化するので、目標値演算部８ｂで最適な薬剤の散布量として添加割合を求める。
【００３０】
ゲート制御部８ｃは、演算部８ａで推定したゲート２から排出されている土の重量と、処理すべき土の重量との制御偏差を求め、当該制御偏差に比例積分補償を行ってアクチュエータ５を比例積分制御することで、ゲート開度を制御する。したがって、ゲート開度は、ゲート２から排出される時間あたりの土の重量が処理すべき土の重量となるように制御されることになる。また、特に、土の含水比が高く流動化されている場合にあっては、槽１内の土の残量が減少すると圧力の関係で、ゲート開度が一定であるとゲート２から排出される土の重量が減少することになるが、上述のようにゲート開度が制御されることで、時間あたりの土の重量が自動的に処理すべき土の重量に調節される。
【００３１】
このゲート制御部８ｃにおけるゲート開度の制御とともに、散布量制御部８ｄは、推定したゲート２から排出されている土の重量と上述の薬剤の添加割合とから目標散布量を得て、薬剤散布量を目標散布量に制御する。実際の薬剤の散布量は、散布量調節手段６におけるモータ６ｂの時間あたりの回転数によって把握することができ、目標散布量と実際の薬剤散布量との制御偏差に基づいて比例積分補償を行って散布量調節手段６におけるモータ６ｂを比例積分制御する。したがって、薬剤散布量は、目標散布量に調節され、上記したゲート開度制御と相俟って処理すべき土の重量に適合した量の薬剤が散布されることになる。なお、比例積分補償の代わりに比例積分微分補償を行うようにしてもよい。
【００３２】
コントローラ８は、目標値演算部８ｂ以外の処理を上記した順に繰り返し行って、ゲート開度と薬剤散布量を制御することになる。
【００３３】
このように、本実施の形態の土処理装置によれば、投入された土をゲート２から排出可能な槽１と、槽１内からゲート２を介して土を搬送する搬送装置３と、搬送装置３で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置４と、ゲート２の開度を調節する開度調節手段５と、散布装置４における薬剤散布量を調節する散布量調節手段６と、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測する計測手段７とを備え、計測手段７で計測した土の重量に基づいてゲート２から排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御するので、土の含水比によらず含水比に適した薬剤量を自動的に散布して土の処理を行うことができ、含水比が高く流動化した土を安定化させる処理のみならず、流動的でない土の不溶化処理や土壌改良処理等の種々の処理を、連続して行うことができる。
【００３４】
さらに、計測手段７が、槽１および搬送装置３上の土の重量を計測して、時間あたりの土の重量を推定するようになっているので、特に流動性の高い土の重量の推定が実現されるとともに、精度よく土の重量を推定できる。
【００３５】
また、含水比から処理すべき時間あたりの土の重量と薬剤の目標散布量とを求め、処理すべき時間あたりの土の重量と推定される時間あたりの土の重量とに基づいて開度調節手段を制御し、目標散布量に基づいて薬剤散布量を制御するので、効率よく土を処理することができる。
【００３６】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、種々の土の処理を行う土処理装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 槽
１ａ 壁
２ ゲート
２ａ 切欠
２ｂ シャッター
２ｃ 第一隔壁
２ｄ 小切欠
２ｅ 第二隔壁
３ 搬送装置
３ａ 側壁
４ 散布装置
４ａ タンク
４ｂ 散布口
５ 開度調節手段としてのアクチュエータ
６ 散布量調節手段
６ａ スクリュー軸
６ｂ モータ６ｂ
７ 計測手段としての重量センサ
７ａ ロードセル
８ コントローラ
８ａ 演算部
８ｂ 目標値演算部
８ｃ ゲート制御部
８ｄ 散布量制御部
９ ゴムシール
１０，１１ 脚
１２ 攪拌機
Ｂ 基台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置とを備えた土処理装置において、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御することを特徴とする土処理装置。
【請求項２】
含水比から処理すべき時間あたりの土の重量と土の重量に対する薬剤の添加割合とを求め、処理すべき時間あたりの土の重量と推定される時間あたりの土の重量とに基づいて開度調節手段を制御し、推定される時間あたりの土の重量と上記添加割合に基づいて薬剤散布量を制御することを特徴とする請求項１に記載の土処理装置。
【請求項３】
計測手段で計測した土の重量の時間的変化からゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の土処理装置。
【請求項１】
投入された土をゲートから排出可能な槽と、槽内からゲートを介して土を搬送する搬送装置と、搬送装置で搬送されるゲート通過後の土に薬剤を散布する散布装置とを備えた土処理装置において、ゲートの開度を調節する開度調節手段と、散布装置における薬剤散布量を調節する散布量調節手段と、槽および搬送装置上の土の重量を計測する計測手段とを備え、計測手段で計測した土の重量に基づいてゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定し、推定される時間あたりの土の重量に基づいてゲート開度と薬剤散布量の両方を制御することを特徴とする土処理装置。
【請求項２】
含水比から処理すべき時間あたりの土の重量と土の重量に対する薬剤の添加割合とを求め、処理すべき時間あたりの土の重量と推定される時間あたりの土の重量とに基づいて開度調節手段を制御し、推定される時間あたりの土の重量と上記添加割合に基づいて薬剤散布量を制御することを特徴とする請求項１に記載の土処理装置。
【請求項３】
計測手段で計測した土の重量の時間的変化からゲートから排出される時間あたりの土の重量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の土処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２６９２４７（Ｐ２０１０−２６９２４７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３３１６（Ｐ２００９−１２３３１６）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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