立坑掘削機の制御装置
【課題】効率よく掘削するに好適な立坑掘削機の制御装置を提供する。
【解決手段】立坑２内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回駆動される旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える立坑掘削機１であって、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回速度を低くして、カッタヘッド７の地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【解決手段】立坑２内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回駆動される旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える立坑掘削機１であって、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回速度を低くして、カッタヘッド７の地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立坑掘削機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の立坑掘削機としては、カッタにて掘削するものやブレーカにより掘削するものがある(特許文献１〜３参照)。
【０００３】
特許文献１においては、全断面掘削機であり、グリッパによって全断面掘削機を立坑の坑壁に支承させており、中央カッタと外周カッタに２分割したカッタを駆動モータにて駆動回転するものであり、中央カッタは外周カッタより下方へ突設させて双方のカッタ間に段差を設け、中央カッタによる先行掘削部にズリ溜部を設け、ズリ出し作業の効率を向上させるようにしている。
【０００４】
特許文献２においては、大口径の立穴を掘削する際に、まず小口径のガイド穴を掘削するとともに、このガイド穴内にパイプを挿入し、次にこのパイプ内の水抜きを行った後、パイプ内に土砂排出用のバケットを吊持しておく。そして、掘削用アームを回転させて大口径の穴を掘削し、この掘削土砂をパイプ内のバケット内に落とし込み、このバケットを引き揚げることにより掘削土砂を排出するよう構成している。
【０００５】
特許文献３においては、立坑内に固定的に配設される外フレームに旋回駆動手段にて旋回する内フレームを取付け、この内フレームから掘削手段としての油圧ブレーカを備え、油圧ブレーカを岩盤に切込ませながら破砕し掘削し、その掘削範囲を旋回駆動手段により立坑の全断面に展開させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９４２７６号公報
【特許文献２】特開平６−１４６７６２号公報
【特許文献３】特開平６−８８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に示す立坑掘削機にあっては、立坑の大部分の断面を回転駆動するカッタにより掘削するものであるため、地山が硬い場合には効率よく掘削できない不具合があり、且つ地山が硬い場合を想定してカッタの回転駆動力を増加させると当該駆動力を支持するフレーム剛性も高める必要があり、軽量化できない不具合があった。
【０００８】
また、特許文献３に示す立坑掘削機にあっては、岩盤に切込ませながら破砕し掘削する油圧ブレーカを使用し、その掘削範囲を旋回駆動手段により立坑の全断面に展開させるものであるため、効率よく掘削できない不具合があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、効率よく掘削するに好適な立坑掘削機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【００１２】
このため、旋回フレームにより掘削ユニットを立坑内で旋回させて、立坑内の地山を掘削ユニットのカッタヘッドにより掘削することができ、効率よく硬い地山でも掘削できる。また、揺動ブーム及び掘削ユニットの揺動角度位置に応じて立坑内でのカッタヘッドによる掘削半径の大きさに応じてカッタヘッドの旋回角度を小さくするため、カッタヘッドの移動速度の変化が一定範囲に抑制されて、効率よく地山を掘削できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態を示す立坑掘削機の側面図。
【図２】同じく立坑掘削機の断面図。
【図３】同じくメインフレームの側面図。
【図４】同じくメインフレームの平面図。
【図５】立坑掘削機の旋回フレームの支持機構の断面図。
【図６】同じく旋回フレームの支持機構におけるガイドローラ部分の平面図。
【図７】同じく旋回フレームの駆動機構の平面図。
【図８】揺動ブームの揺動角度検出部の側面図。
【図９】掘削ユニットの揺動角度検出部の側面図。
【図１０】揺動ブームの基準位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１１】揺動ブームの第１位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１２】揺動ブームの第２位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１３】揺動ブームの第３位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１４】カッタヘッドの旋回半径に対する旋回流量（Ａ）、先端速度（Ｂ）、旋回圧力（Ｃ）の特性を示す説明図。
【図１５】揺動ブームの伸縮シリンダによる押付け力と、カッタヘッドの先端速度［ｍｍ／ｓｅｃ］と、駆動モータに供給する作動油の供給圧力［ＭＰａ］と、駆動モータに供給する作動油量［Ｌ／ｍｉｎ］との設定値を示すパターン図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明を適用する立坑掘削機１は、例えば、内径が４．５メートル、深さが５００メートルとなる、比較的大径の立坑を掘削するものである。
【００１６】
この立坑掘削機１は、図１に示すように、立坑２内に吊下げられて降下し、立坑２と中心軸位置を一致した状態で立坑２の坑壁にグリッパ１０により固定され、掘削した土砂の排出手段が通過する排土搬出用開口部を備えるメインフレーム３と、前記メインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回するよう配置された旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に設けた、立坑２の半径方向に対する法線方向の水平軸を介して当該基端が連結され、旋回フレーム４に対して立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に設けた、立坑２の半径方向に対する法線方向の水平軸を介して当該基端が連結され、揺動ブーム５に対して立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える。
【００１７】
前記メインフレーム３は、図３，４に示すように、上下に配置された上側リングフレーム１１及び下側リングフレーム１２と、上下リングフレーム１１，１２を連結する円周方向等間隔に配置された複数(図示例では３個)の柱状部材１３と、下側リングフレーム１２に固定された旋回案内部１４と、が夫々溶接等により一体に結合して構成されている。前記上側リングフレーム１１の上面にはフック１５が固定され、図示しない吊下げクレーンより降下された吊下げワイヤの先端を当該フック１５に係合させることにより、メインフレーム３を吊下げクレーンにより吊下げるようにしている。このように、メインフレーム３は、複数(３本)の柱状部材１３により上下リングフレーム１１，１２を連結・合体して、全体として環状の骨格構造体により構成されているため、メインフレーム３の強度を確保できると共に軽量化でき、また、吊下げウインチの吊り重量を軽減できる。
【００１８】
前記上下リングフレーム１１，１２と柱状部材１３とが連結される部位には、各リングフレーム１１，１２の半径方向に延び、外周側で開口する収容穴が設けられている。前記各収容穴には、油圧シリンダ等のアクチュエータ１６が内蔵され、アクチュエータ１６により半径方向外側へ出没可能なグリッパ１０が配置されている。各グリッパ１０はアクチュエータ１６に対して所定角度だけ揺動可能に固定されている。
【００１９】
各グリッパ１０は、アクチュエータ１６により半径方向内側への待避位置に位置する際には、立坑２の坑壁から離脱しており、メインフレーム３は図示しない吊下げクレーンにより立坑２内に昇降可能である。また、各グリッパ１０をアクチュエータ１６により半径方向外側へ進出させる作動位置に位置する際には、立坑２の坑壁に沿って揺動してアクチュエータ１６の押付力により接触し、メインフレーム３を立坑２内に固定して、後述する掘削反力と自重を支持することができる。
【００２０】
このように、各グリッパ１０を剛性が確保された上下リングフレーム１１，１２と柱状部材１３との連結部位に配置しているため、メインフレーム３の剛性を確保しつつ立坑２の坑壁に確実にメインフレーム３を支持させることができる。
【００２１】
前記旋回案内部１４は、図５に示すように、下側リングフレーム１２下部に固定されてリング状に構成された環状フレーム１４Ａを備える。前記環状フレーム１４Ａの内面には、前記各柱状部材１３同士の間において上下方向(立坑軸方向)に配置された回転軸に回転可能に配置された３個のガイドローラ１７と、ガイドローラ１７が配置された部位より立坑２の軸方向に位置をずらせて配置され、上下に対向して形成した環状のレール面１８と、を備える。前記３個のガイドローラ１７は、前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１の外周に転動可能に係合して、旋回フレーム４の立坑２内での半径方向の位置決めを行う。
【００２２】
前記３個のガイドローラ１７の回転軸は、図５及び図６に示すように、環状フレーム１４Ａから内側に突出する調整ねじにより半径方向の位置を調整可能なブロック１９に支持されており、各ガイドローラ１７の調整ねじによる位置調整により、前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１の中心が前記メインフレーム３(立坑２)の中心と一致させた状態において、各ガイドローラ１７の各ブロック１９が環状フレーム１４Ａに固定される。
【００２３】
また、前記環状のレール面１８は、前記旋回フレーム４の基部に対して半径方向に配置した軸回りに回転可能に設けた旋回ローラ２２を上下方向から挟むよう配置され、旋回ローラ２２を環状のレール面１８上に転動移動させることにより、旋回フレーム４の立坑２内での軸方向の位置決めを行う。このように、旋回フレーム４の基部が前記３個のガイドローラ１７と環状のレール面１８に転動する旋回ローラ２２とにより、メインフレーム３に対して回転可能に支持されることにより、高価な大型ベアリングを用いる場合に比較して、より安価に旋回フレーム４を旋回可能に支持させることができる。
【００２４】
前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１は、図７に示すように、周方向に所定ピッチ間隔を持って複数のピン２３を軸方向に固定して配置している。各ピン２３はリング部材２１に固定した一対の環状プレートにより上下端が固定保持され、一対の環状プレート間に位置するピン部分が、後述する駆動モータ２５により回転駆動されるピニオン２６が係合する。前記ピニオン２６および駆動モータ２５は、前記３個のガイドローラ１７に対応した角度位置において、３組が下側リングフレーム１２に固定して配置されている。
【００２５】
前記駆動モータ２５は、油圧モータにより構成され、油圧源となる油圧ユニット３０から供給される作動油圧と作動油量に基づいて、その駆動トルクと駆動速度を制御されて回転する。従って、駆動モータ２５が回転されると、ピニオン２６とピン２３との係合によりリング部材２１が回転され、メインフレーム３のガイドローラ１７と旋回ローラ２２とにより回転支持されている旋回フレーム４がメインフレーム３内で旋回移動する。
【００２６】
前記メインフレーム３の下側リングフレーム１２の上部には、図２に示すように、前記駆動モータ２５に作動油を供給する油圧ユニット３０と油圧ユニット３０および後述する揺動ブーム５・掘削ユニット６の揺動角等を制御する制御盤３１とが配置されている。前記油圧ユニット３０は、図示しないが、電動機で駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプより吐出された作動油の圧力を制御する圧力制御弁および吐出油の供給流量を制御する流量制御弁と、を備え、これら制御弁は制御盤３１によりその出力値が制御される。また、前記メインフレーム３には、立坑２内を換気するために、立坑２内に外気を供給する１本の小径の風管３３と立坑２内の空気を排出する２本の大径の風管３４とが配置されている。
【００２７】
前記メインフレーム３は、前記した旋回フレーム４およびその駆動モータ２５、油圧ユニット３０および制御盤３１、大小の風管３３，３４の周縁への配置により、図２に示すように、内部に上下に貫通し、旋回フレーム４の旋回動作によっても開口している空間を形成することができる。この空間は、掘削した土砂の排出手段が通過する排土搬出用開口部６０を構成している。
【００２８】
前記旋回フレーム４は、前記メインフレーム３の旋回案内部１４の内方において、前記リング部材２１および前記３個のガイドローラ１７を支持する環状体に構成され、また、図１に示すように、環状体の一部をメインフレーム３の下方に突出させて構成されている。前記旋回フレーム４の前記下方に突出させたその先端には、立坑２の円周方向に配置した水平軸を介して揺動ブーム５の基端を連結し、揺動ブーム５を旋回フレーム４に対して水平軸回り(立坑２の半径方向)に揺動可能に支持している。また、旋回フレーム４と揺動ブーム５とに両端部を連結するシリンダ３５を備え、シリンダ３５を伸縮させることにより揺動ブーム５の揺動位置を調整することができる。
【００２９】
前記揺動ブーム５の揺動位置は、図８に示すように、揺動ブーム５に設けた検出アーム３６の先端位置を検出するよう旋回フレーム４側に配置した複数個(図示例では３個)の近接センサ３７のオンーオフ作動により、検出され、図示しない制御盤に入力される。図示例では、近接センサ３７が３個配置されており、いずれの近接センサ３７もオン作動しない基準位置と、１個の近接センサ３７のみがオン作動する第１位置、２個の近接センサ３７がオン作動する第２位置と、全ての近接センサ３７がオン作動する第３位置とが検出されるよう構成されている。前記揺動ブーム５の揺動位置の検出は、上記した近接センサ３７による検出に限定されるものでなく、他の検出手段を用いてもよい。
【００３０】
前記揺動ブーム５は、図示しないが、伸縮自在であり且つ軸回りの互いの相対回転が阻止されたピストンロッドとシリンダとからなる伸縮シリンダにより構成され、基端側のピストンロッドが前記立坑２の円周方向に配置した水平軸を介して旋回フレーム４側に連結される。前記伸縮シリンダは、先端に装備される掘削ユニット６のカッタヘッド７により地山を掘削する際、カッタヘッド７の地山への押付力を発生するよう機能する。前記押付力は、前記油圧ユニット３０よりの作動油を圧力制御弁を介して導入することにより発生させる。前記押付力の制御は、前記圧力制御弁を制御盤３１より制御することにより実行される。
【００３１】
前記揺動ブーム５の先端側には、前記立坑２の円周方向に配置した水平軸を備え、後述する掘削ユニット６を揺動ブーム５に対して水平軸回り(立坑２の半径方向)に揺動可能に支持している。また、揺動ブーム５と掘削ユニット６とに両端部を連結するシリンダ３８を備え、シリンダ３８を伸縮させることにより掘削ユニット６の揺動位置を調整することができる。前記掘削ユニット６の揺動位置は、図９に示すように、掘削ユニット６に設けた検出アーム３９の先端位置を検出するよう揺動ブーム５側に配置した複数個(図示例では３個)の近接センサ４０のオンーオフ作動により、検出され、図示しない制御盤に入力される。
【００３２】
図示例では、近接センサ４０が３個配置されており、いずれの近接センサ４０もオン作動しない基準位置と、１個の近接センサ４０のみがオン作動する第１位置、２個の近接センサ４０がオン作動する第２位置と、全ての近接センサ４０がオン作動する第３位置とが検出されるよう構成されている。前記掘削ユニット６の揺動位置の検出は、上記した近接センサ４０による検出に限定されるものでなく、他の検出手段を用いてもよい。
【００３３】
前記掘削ユニット６は、先端に配置されたカッタヘッド７を、図示しない減速機を内蔵する電動機により回転させて地山を掘削するよう構成されている。カッタヘッド７の後方の軸外周には螺旋状のスクリュ４１が配置され、カッタヘッド７により地山に孔明けする場合に、カッタヘッド７により掘削した土砂を孔から排出するよう作動する。前記カッタヘッド７は、図示しないが、例えば、特開２００２−３４８９００号公報に記載するように、多数のラウンド型ピックを円錐台形（断面は台形）のヘッド本体の下面の中央から外周面の下端までに螺旋状配列して突設したもので、例えば、その螺旋状配列を２列として互いに対称に設けてある。各ピックは、先端が円錐形の頭部と鍔部と円柱形の固定部とを有し、その固定部を抱持するピックボックスを用いてヘッド本体に固着されている。
【００３４】
前記掘削ユニット６はこのような構造であるので、掘削用電動機の回転を減速機にて減速して回転させるので、油圧を利用して回転させる場合のようなトルク変動や急激な回転停止がない。また、カッタヘッド７を回転させることにより垂直に穴を掘るように掘削できるのは勿論のこと、前記旋回フレーム４により旋回移動させることにより立坑２の地山を円形に連続掘削できる。また、前記揺動ブーム５及び掘削ユニット６を揺動させることにより、前記円形に連続掘削させる半径位置を変更でき、掘削範囲を拡幅させて連続掘削させることができる。
【００３５】
即ち、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を基準位置とした場合には、図１のＡで示すように、掘削ユニット６のカッタヘッド７は立坑２の中心に位置され、その状態で揺動ブーム５を伸長させるとＢ位置に進出するよう作動する。また、揺動ブーム５を立坑２の中心と並行となる第２位置とし且つ掘削ユニット６を第１位置とする場合には、図１のＣで示すように、掘削ユニット６のカッタヘッド７は立坑２の坑壁に達し、旋回フレーム４によりこれらを旋回させると立坑２の坑壁に沿って溝を掘削することができる。
【００３６】
図１０は、立坑２の直径が４．５メートルである場合の一例であり、揺動ブーム５を基準位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示し、図１１は、同様に揺動ブーム５を第１位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示す。また、図１２は、同様に揺動ブーム５を第２位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示し、図１３は、同様に揺動ブーム５を第３位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示す。
【００３７】
従って、揺動ブーム５を第１位置とし掘削ユニット６を第３位置とする場合、揺動ブーム５を第２位置とし掘削ユニット６を第２位置以上とする場合、揺動ブーム５を第３位置とし掘削ユニット６を第１位置以上とする場合には、立坑２の坑壁寸法(例えば、直径４．５メートル)を超えて掘削することができ、坑壁を部分的に拡幅(例えば、直径７．５メートル)して形成することもできる。
【００３８】
前記旋回フレーム４には、前記した装備の他に、例えば、掘削ユニット６により掘削した土砂を掻き寄せて排出バケットへ積込むシャフトローダ５０が装備され、排出バケットに積込まれた土砂は、前記メインフレーム３の排土搬出用開口部６０を経由して立坑２の外部へ搬出される。また、立坑２の坑壁は、図１に示すように、型枠６１により形成された空間にコンクリートを流し込み硬化させて、順次コンクリート壁に形成される。
【００３９】
以上に説明した立坑掘削機１により立坑２の地山を掘削する場合について、以下に説明する。
【００４０】
先ず、吊下げクレーンにより立坑２内に吊下げたメインフレーム３を、下方に位置する掘削ユニット６の先端のカッタヘッド７が立坑２の地山に近接する軸方向位置において、立坑２内に位置決めする。そして、メインフレーム３のグリッパ１０をアクチュエータ１６により前進させて、メインフレーム３を立坑２内に固定した状態とする。
【００４１】
そして、先ず、制御盤３１により掘削ユニット６のカッタヘッド７が立坑２の坑壁に沿って旋回させるために、立坑２の直径(例えば、直径４．５メートル)に近似した揺動ブーム５を第３位置とし掘削ユニット６を基準位置とする。次いで、掘削ユニット６の電動機を回転させてカッタヘッド７を回転させ、同時に揺動ブーム５の伸縮シリンダに所定圧に制御した作動油を供給して伸長させることにより、カッタヘッド７を立坑２の坑壁に接近した地山に所定の押付け力により押付けて、地山の掘削を開始する。
【００４２】
揺動ブーム５の伸縮シリンダの伸長により、掘削ユニット６のカッタヘッド７が地山に所定深さだけ掘進んだ状態に達した段階において、油圧ユニット３０からの作動油を油圧制御弁及び流量制御弁を介して駆動モータ２５へ供給して駆動モータ２５を回転させ、旋回フレーム４を旋回動作させ、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を旋回動作させる。カッタヘッド７は、立坑２の坑壁に沿って移動され、順次坑壁に沿って地山を掘削する。
【００４３】
この時点の駆動モータ２５への作動油の供給圧力と供給流量は、図１４の（Ａ）（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径に応じて制御される。即ち、図１４（Ａ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径が大きいほど供給流量が低減され旋回半径が小さいほど供給流量が増加されて、図１４（Ｂ）に示すように、カッタヘッド７の地山に対する速度が略一定となるよう制御される。一方、駆動モータ２５に供給される作動油の供給圧力は、図１４（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径が小さいほど低く、旋回半径が大きくなるに連れて高くなるように制御される。
【００４４】
旋回フレーム４、揺動ブーム５、及び掘削ユニット６の旋回が一周すると、地山には坑壁に沿った溝が全周に渡って形成される。次いで、揺動ブーム５若しくは掘削ユニット６の揺動角度を一段階だけ減少させつつ掘削ユニット６のカッタヘッド７により地山を内周側に掘削し、引続き、同様に、旋回フレーム４を旋回動作させ、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を旋回動作させる。地山は前記掘削された円周溝の内周側において、順次カッタヘッド７により掘削される。以降は、前記旋回を継続させつつ、順次カッタヘッド７の位置を内周側に移動させることにより、立坑２の地山の全領域を掘削することができる。
【００４５】
前記駆動モータ２５への作動油の供給圧力と供給流量の制御は、図１４（Ａ）,（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径に対応して設定されるが、図１５に示すように、旋回ブーム及び掘削ユニット６の揺動角度を検出する近接センサよりの検出信号の組合わせパターンに応じて予め設定するようにしてもよい。
【００４６】
即ち、旋回ブームの検出角度０〜３と掘削ユニット６の検出角度０〜３との組合せの１６通りのパターンに対して、揺動ブーム５の伸縮シリンダによる押付け力［ＫＮ］と、カッタヘッド７の先端速度［ｍｍ／ｓｅｃ］と、駆動モータ２５に供給する作動油の供給圧力［ＭＰａ］と、駆動モータ２５に供給する作動油量［Ｌ／ｍｉｎ］とを、予め設定するようにしている。
【００４７】
この場合においても、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度位置に応じて立坑２内でのカッタヘッド７による掘削半径の大きさに応じてカッタヘッド７の旋回角度を小さくしてカッタヘッド７の移動速度の変化が一定範囲に抑制されるようにしている。
【００４８】
また、カッタヘッド７の移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回方向への駆動力を大きく制御するようにして、前記カッタヘッド７の移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されるようにし、カッタヘッド７は移動方向への一様な駆動力と移動速度により移動するようにしている。なお、記載している設定数値は、地山の硬さや揺動ブーム５・掘削ユニット６のアーム長さ、旋回フレーム４の旋回半径等に応じて、種々に変更可能である。
【００４９】
このように、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度を検出する近接センサ３７，４０よりの検出信号の組合わせパターンに応じて予め設定することにより、制御を簡素化でき、また、地山の硬さ等に応じて設定値を容易に変更可能となる。
【００５０】
本実施形態においては、立坑２内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回駆動される旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える立坑掘削機１であって、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回速度を低くして、カッタヘッド７の地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【００５１】
このため、旋回フレーム４により掘削ユニット６を立坑２内で旋回させて、立坑２内の地山を掘削ユニット６のカッタヘッド７により掘削することができ、効率よく硬い地山でも掘削できる。また、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度位置に応じて立坑２内でのカッタヘッド７による掘削半径の大きさに応じてカッタヘッド７の旋回角度を小さくするため、カッタヘッド７の移動速度の変化が一定範囲に抑制されて、効率よく地山を掘削できる。
【００５２】
また、検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回方向への駆動力を大きく制御する手段を備え、前記カッタヘッド７の移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されるため、カッタヘッド７は移動方向への一様な駆動力と移動速度により移動し、効率よく地山を掘削できる。
【００５３】
また、カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段は、揺動ブーム５の旋回フレーム４に対する相対角度を検出する検出手段と掘削ユニット６の揺動ブーム５に対する相対角度を検出する検出手段との検出値に基づいて、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を演算するため、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度を検出するセンサを設けるのみでカッタヘッド７の正確な移動半径を検出することができる。
【００５４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 立坑掘削機
２ 立坑
３ メインフレーム
４ 旋回フレーム
５ 揺動ブーム
６ 掘削ユニット
７ カッタヘッド
１０ グリッパ
１１ 上側リングフレーム
１２ 下側リングフレーム
１３ 柱状部材
１４ 旋回案内部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立坑掘削機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の立坑掘削機としては、カッタにて掘削するものやブレーカにより掘削するものがある(特許文献１〜３参照)。
【０００３】
特許文献１においては、全断面掘削機であり、グリッパによって全断面掘削機を立坑の坑壁に支承させており、中央カッタと外周カッタに２分割したカッタを駆動モータにて駆動回転するものであり、中央カッタは外周カッタより下方へ突設させて双方のカッタ間に段差を設け、中央カッタによる先行掘削部にズリ溜部を設け、ズリ出し作業の効率を向上させるようにしている。
【０００４】
特許文献２においては、大口径の立穴を掘削する際に、まず小口径のガイド穴を掘削するとともに、このガイド穴内にパイプを挿入し、次にこのパイプ内の水抜きを行った後、パイプ内に土砂排出用のバケットを吊持しておく。そして、掘削用アームを回転させて大口径の穴を掘削し、この掘削土砂をパイプ内のバケット内に落とし込み、このバケットを引き揚げることにより掘削土砂を排出するよう構成している。
【０００５】
特許文献３においては、立坑内に固定的に配設される外フレームに旋回駆動手段にて旋回する内フレームを取付け、この内フレームから掘削手段としての油圧ブレーカを備え、油圧ブレーカを岩盤に切込ませながら破砕し掘削し、その掘削範囲を旋回駆動手段により立坑の全断面に展開させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９４２７６号公報
【特許文献２】特開平６−１４６７６２号公報
【特許文献３】特開平６−８８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に示す立坑掘削機にあっては、立坑の大部分の断面を回転駆動するカッタにより掘削するものであるため、地山が硬い場合には効率よく掘削できない不具合があり、且つ地山が硬い場合を想定してカッタの回転駆動力を増加させると当該駆動力を支持するフレーム剛性も高める必要があり、軽量化できない不具合があった。
【０００８】
また、特許文献３に示す立坑掘削機にあっては、岩盤に切込ませながら破砕し掘削する油圧ブレーカを使用し、その掘削範囲を旋回駆動手段により立坑の全断面に展開させるものであるため、効率よく掘削できない不具合があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、効率よく掘削するに好適な立坑掘削機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【００１２】
このため、旋回フレームにより掘削ユニットを立坑内で旋回させて、立坑内の地山を掘削ユニットのカッタヘッドにより掘削することができ、効率よく硬い地山でも掘削できる。また、揺動ブーム及び掘削ユニットの揺動角度位置に応じて立坑内でのカッタヘッドによる掘削半径の大きさに応じてカッタヘッドの旋回角度を小さくするため、カッタヘッドの移動速度の変化が一定範囲に抑制されて、効率よく地山を掘削できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態を示す立坑掘削機の側面図。
【図２】同じく立坑掘削機の断面図。
【図３】同じくメインフレームの側面図。
【図４】同じくメインフレームの平面図。
【図５】立坑掘削機の旋回フレームの支持機構の断面図。
【図６】同じく旋回フレームの支持機構におけるガイドローラ部分の平面図。
【図７】同じく旋回フレームの駆動機構の平面図。
【図８】揺動ブームの揺動角度検出部の側面図。
【図９】掘削ユニットの揺動角度検出部の側面図。
【図１０】揺動ブームの基準位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１１】揺動ブームの第１位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１２】揺動ブームの第２位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１３】揺動ブームの第３位置における掘削ユニットの動作状態を示す説明図。
【図１４】カッタヘッドの旋回半径に対する旋回流量（Ａ）、先端速度（Ｂ）、旋回圧力（Ｃ）の特性を示す説明図。
【図１５】揺動ブームの伸縮シリンダによる押付け力と、カッタヘッドの先端速度［ｍｍ／ｓｅｃ］と、駆動モータに供給する作動油の供給圧力［ＭＰａ］と、駆動モータに供給する作動油量［Ｌ／ｍｉｎ］との設定値を示すパターン図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明を適用する立坑掘削機１は、例えば、内径が４．５メートル、深さが５００メートルとなる、比較的大径の立坑を掘削するものである。
【００１６】
この立坑掘削機１は、図１に示すように、立坑２内に吊下げられて降下し、立坑２と中心軸位置を一致した状態で立坑２の坑壁にグリッパ１０により固定され、掘削した土砂の排出手段が通過する排土搬出用開口部を備えるメインフレーム３と、前記メインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回するよう配置された旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に設けた、立坑２の半径方向に対する法線方向の水平軸を介して当該基端が連結され、旋回フレーム４に対して立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に設けた、立坑２の半径方向に対する法線方向の水平軸を介して当該基端が連結され、揺動ブーム５に対して立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える。
【００１７】
前記メインフレーム３は、図３，４に示すように、上下に配置された上側リングフレーム１１及び下側リングフレーム１２と、上下リングフレーム１１，１２を連結する円周方向等間隔に配置された複数(図示例では３個)の柱状部材１３と、下側リングフレーム１２に固定された旋回案内部１４と、が夫々溶接等により一体に結合して構成されている。前記上側リングフレーム１１の上面にはフック１５が固定され、図示しない吊下げクレーンより降下された吊下げワイヤの先端を当該フック１５に係合させることにより、メインフレーム３を吊下げクレーンにより吊下げるようにしている。このように、メインフレーム３は、複数(３本)の柱状部材１３により上下リングフレーム１１，１２を連結・合体して、全体として環状の骨格構造体により構成されているため、メインフレーム３の強度を確保できると共に軽量化でき、また、吊下げウインチの吊り重量を軽減できる。
【００１８】
前記上下リングフレーム１１，１２と柱状部材１３とが連結される部位には、各リングフレーム１１，１２の半径方向に延び、外周側で開口する収容穴が設けられている。前記各収容穴には、油圧シリンダ等のアクチュエータ１６が内蔵され、アクチュエータ１６により半径方向外側へ出没可能なグリッパ１０が配置されている。各グリッパ１０はアクチュエータ１６に対して所定角度だけ揺動可能に固定されている。
【００１９】
各グリッパ１０は、アクチュエータ１６により半径方向内側への待避位置に位置する際には、立坑２の坑壁から離脱しており、メインフレーム３は図示しない吊下げクレーンにより立坑２内に昇降可能である。また、各グリッパ１０をアクチュエータ１６により半径方向外側へ進出させる作動位置に位置する際には、立坑２の坑壁に沿って揺動してアクチュエータ１６の押付力により接触し、メインフレーム３を立坑２内に固定して、後述する掘削反力と自重を支持することができる。
【００２０】
このように、各グリッパ１０を剛性が確保された上下リングフレーム１１，１２と柱状部材１３との連結部位に配置しているため、メインフレーム３の剛性を確保しつつ立坑２の坑壁に確実にメインフレーム３を支持させることができる。
【００２１】
前記旋回案内部１４は、図５に示すように、下側リングフレーム１２下部に固定されてリング状に構成された環状フレーム１４Ａを備える。前記環状フレーム１４Ａの内面には、前記各柱状部材１３同士の間において上下方向(立坑軸方向)に配置された回転軸に回転可能に配置された３個のガイドローラ１７と、ガイドローラ１７が配置された部位より立坑２の軸方向に位置をずらせて配置され、上下に対向して形成した環状のレール面１８と、を備える。前記３個のガイドローラ１７は、前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１の外周に転動可能に係合して、旋回フレーム４の立坑２内での半径方向の位置決めを行う。
【００２２】
前記３個のガイドローラ１７の回転軸は、図５及び図６に示すように、環状フレーム１４Ａから内側に突出する調整ねじにより半径方向の位置を調整可能なブロック１９に支持されており、各ガイドローラ１７の調整ねじによる位置調整により、前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１の中心が前記メインフレーム３(立坑２)の中心と一致させた状態において、各ガイドローラ１７の各ブロック１９が環状フレーム１４Ａに固定される。
【００２３】
また、前記環状のレール面１８は、前記旋回フレーム４の基部に対して半径方向に配置した軸回りに回転可能に設けた旋回ローラ２２を上下方向から挟むよう配置され、旋回ローラ２２を環状のレール面１８上に転動移動させることにより、旋回フレーム４の立坑２内での軸方向の位置決めを行う。このように、旋回フレーム４の基部が前記３個のガイドローラ１７と環状のレール面１８に転動する旋回ローラ２２とにより、メインフレーム３に対して回転可能に支持されることにより、高価な大型ベアリングを用いる場合に比較して、より安価に旋回フレーム４を旋回可能に支持させることができる。
【００２４】
前記旋回フレーム４の基部に設けたリング部材２１は、図７に示すように、周方向に所定ピッチ間隔を持って複数のピン２３を軸方向に固定して配置している。各ピン２３はリング部材２１に固定した一対の環状プレートにより上下端が固定保持され、一対の環状プレート間に位置するピン部分が、後述する駆動モータ２５により回転駆動されるピニオン２６が係合する。前記ピニオン２６および駆動モータ２５は、前記３個のガイドローラ１７に対応した角度位置において、３組が下側リングフレーム１２に固定して配置されている。
【００２５】
前記駆動モータ２５は、油圧モータにより構成され、油圧源となる油圧ユニット３０から供給される作動油圧と作動油量に基づいて、その駆動トルクと駆動速度を制御されて回転する。従って、駆動モータ２５が回転されると、ピニオン２６とピン２３との係合によりリング部材２１が回転され、メインフレーム３のガイドローラ１７と旋回ローラ２２とにより回転支持されている旋回フレーム４がメインフレーム３内で旋回移動する。
【００２６】
前記メインフレーム３の下側リングフレーム１２の上部には、図２に示すように、前記駆動モータ２５に作動油を供給する油圧ユニット３０と油圧ユニット３０および後述する揺動ブーム５・掘削ユニット６の揺動角等を制御する制御盤３１とが配置されている。前記油圧ユニット３０は、図示しないが、電動機で駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプより吐出された作動油の圧力を制御する圧力制御弁および吐出油の供給流量を制御する流量制御弁と、を備え、これら制御弁は制御盤３１によりその出力値が制御される。また、前記メインフレーム３には、立坑２内を換気するために、立坑２内に外気を供給する１本の小径の風管３３と立坑２内の空気を排出する２本の大径の風管３４とが配置されている。
【００２７】
前記メインフレーム３は、前記した旋回フレーム４およびその駆動モータ２５、油圧ユニット３０および制御盤３１、大小の風管３３，３４の周縁への配置により、図２に示すように、内部に上下に貫通し、旋回フレーム４の旋回動作によっても開口している空間を形成することができる。この空間は、掘削した土砂の排出手段が通過する排土搬出用開口部６０を構成している。
【００２８】
前記旋回フレーム４は、前記メインフレーム３の旋回案内部１４の内方において、前記リング部材２１および前記３個のガイドローラ１７を支持する環状体に構成され、また、図１に示すように、環状体の一部をメインフレーム３の下方に突出させて構成されている。前記旋回フレーム４の前記下方に突出させたその先端には、立坑２の円周方向に配置した水平軸を介して揺動ブーム５の基端を連結し、揺動ブーム５を旋回フレーム４に対して水平軸回り(立坑２の半径方向)に揺動可能に支持している。また、旋回フレーム４と揺動ブーム５とに両端部を連結するシリンダ３５を備え、シリンダ３５を伸縮させることにより揺動ブーム５の揺動位置を調整することができる。
【００２９】
前記揺動ブーム５の揺動位置は、図８に示すように、揺動ブーム５に設けた検出アーム３６の先端位置を検出するよう旋回フレーム４側に配置した複数個(図示例では３個)の近接センサ３７のオンーオフ作動により、検出され、図示しない制御盤に入力される。図示例では、近接センサ３７が３個配置されており、いずれの近接センサ３７もオン作動しない基準位置と、１個の近接センサ３７のみがオン作動する第１位置、２個の近接センサ３７がオン作動する第２位置と、全ての近接センサ３７がオン作動する第３位置とが検出されるよう構成されている。前記揺動ブーム５の揺動位置の検出は、上記した近接センサ３７による検出に限定されるものでなく、他の検出手段を用いてもよい。
【００３０】
前記揺動ブーム５は、図示しないが、伸縮自在であり且つ軸回りの互いの相対回転が阻止されたピストンロッドとシリンダとからなる伸縮シリンダにより構成され、基端側のピストンロッドが前記立坑２の円周方向に配置した水平軸を介して旋回フレーム４側に連結される。前記伸縮シリンダは、先端に装備される掘削ユニット６のカッタヘッド７により地山を掘削する際、カッタヘッド７の地山への押付力を発生するよう機能する。前記押付力は、前記油圧ユニット３０よりの作動油を圧力制御弁を介して導入することにより発生させる。前記押付力の制御は、前記圧力制御弁を制御盤３１より制御することにより実行される。
【００３１】
前記揺動ブーム５の先端側には、前記立坑２の円周方向に配置した水平軸を備え、後述する掘削ユニット６を揺動ブーム５に対して水平軸回り(立坑２の半径方向)に揺動可能に支持している。また、揺動ブーム５と掘削ユニット６とに両端部を連結するシリンダ３８を備え、シリンダ３８を伸縮させることにより掘削ユニット６の揺動位置を調整することができる。前記掘削ユニット６の揺動位置は、図９に示すように、掘削ユニット６に設けた検出アーム３９の先端位置を検出するよう揺動ブーム５側に配置した複数個(図示例では３個)の近接センサ４０のオンーオフ作動により、検出され、図示しない制御盤に入力される。
【００３２】
図示例では、近接センサ４０が３個配置されており、いずれの近接センサ４０もオン作動しない基準位置と、１個の近接センサ４０のみがオン作動する第１位置、２個の近接センサ４０がオン作動する第２位置と、全ての近接センサ４０がオン作動する第３位置とが検出されるよう構成されている。前記掘削ユニット６の揺動位置の検出は、上記した近接センサ４０による検出に限定されるものでなく、他の検出手段を用いてもよい。
【００３３】
前記掘削ユニット６は、先端に配置されたカッタヘッド７を、図示しない減速機を内蔵する電動機により回転させて地山を掘削するよう構成されている。カッタヘッド７の後方の軸外周には螺旋状のスクリュ４１が配置され、カッタヘッド７により地山に孔明けする場合に、カッタヘッド７により掘削した土砂を孔から排出するよう作動する。前記カッタヘッド７は、図示しないが、例えば、特開２００２−３４８９００号公報に記載するように、多数のラウンド型ピックを円錐台形（断面は台形）のヘッド本体の下面の中央から外周面の下端までに螺旋状配列して突設したもので、例えば、その螺旋状配列を２列として互いに対称に設けてある。各ピックは、先端が円錐形の頭部と鍔部と円柱形の固定部とを有し、その固定部を抱持するピックボックスを用いてヘッド本体に固着されている。
【００３４】
前記掘削ユニット６はこのような構造であるので、掘削用電動機の回転を減速機にて減速して回転させるので、油圧を利用して回転させる場合のようなトルク変動や急激な回転停止がない。また、カッタヘッド７を回転させることにより垂直に穴を掘るように掘削できるのは勿論のこと、前記旋回フレーム４により旋回移動させることにより立坑２の地山を円形に連続掘削できる。また、前記揺動ブーム５及び掘削ユニット６を揺動させることにより、前記円形に連続掘削させる半径位置を変更でき、掘削範囲を拡幅させて連続掘削させることができる。
【００３５】
即ち、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を基準位置とした場合には、図１のＡで示すように、掘削ユニット６のカッタヘッド７は立坑２の中心に位置され、その状態で揺動ブーム５を伸長させるとＢ位置に進出するよう作動する。また、揺動ブーム５を立坑２の中心と並行となる第２位置とし且つ掘削ユニット６を第１位置とする場合には、図１のＣで示すように、掘削ユニット６のカッタヘッド７は立坑２の坑壁に達し、旋回フレーム４によりこれらを旋回させると立坑２の坑壁に沿って溝を掘削することができる。
【００３６】
図１０は、立坑２の直径が４．５メートルである場合の一例であり、揺動ブーム５を基準位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示し、図１１は、同様に揺動ブーム５を第１位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示す。また、図１２は、同様に揺動ブーム５を第２位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示し、図１３は、同様に揺動ブーム５を第３位置として、掘削ユニット６を基準位置から第３位置まで変化させた場合における掘削ユニット６の姿勢変化を示す。
【００３７】
従って、揺動ブーム５を第１位置とし掘削ユニット６を第３位置とする場合、揺動ブーム５を第２位置とし掘削ユニット６を第２位置以上とする場合、揺動ブーム５を第３位置とし掘削ユニット６を第１位置以上とする場合には、立坑２の坑壁寸法(例えば、直径４．５メートル)を超えて掘削することができ、坑壁を部分的に拡幅(例えば、直径７．５メートル)して形成することもできる。
【００３８】
前記旋回フレーム４には、前記した装備の他に、例えば、掘削ユニット６により掘削した土砂を掻き寄せて排出バケットへ積込むシャフトローダ５０が装備され、排出バケットに積込まれた土砂は、前記メインフレーム３の排土搬出用開口部６０を経由して立坑２の外部へ搬出される。また、立坑２の坑壁は、図１に示すように、型枠６１により形成された空間にコンクリートを流し込み硬化させて、順次コンクリート壁に形成される。
【００３９】
以上に説明した立坑掘削機１により立坑２の地山を掘削する場合について、以下に説明する。
【００４０】
先ず、吊下げクレーンにより立坑２内に吊下げたメインフレーム３を、下方に位置する掘削ユニット６の先端のカッタヘッド７が立坑２の地山に近接する軸方向位置において、立坑２内に位置決めする。そして、メインフレーム３のグリッパ１０をアクチュエータ１６により前進させて、メインフレーム３を立坑２内に固定した状態とする。
【００４１】
そして、先ず、制御盤３１により掘削ユニット６のカッタヘッド７が立坑２の坑壁に沿って旋回させるために、立坑２の直径(例えば、直径４．５メートル)に近似した揺動ブーム５を第３位置とし掘削ユニット６を基準位置とする。次いで、掘削ユニット６の電動機を回転させてカッタヘッド７を回転させ、同時に揺動ブーム５の伸縮シリンダに所定圧に制御した作動油を供給して伸長させることにより、カッタヘッド７を立坑２の坑壁に接近した地山に所定の押付け力により押付けて、地山の掘削を開始する。
【００４２】
揺動ブーム５の伸縮シリンダの伸長により、掘削ユニット６のカッタヘッド７が地山に所定深さだけ掘進んだ状態に達した段階において、油圧ユニット３０からの作動油を油圧制御弁及び流量制御弁を介して駆動モータ２５へ供給して駆動モータ２５を回転させ、旋回フレーム４を旋回動作させ、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を旋回動作させる。カッタヘッド７は、立坑２の坑壁に沿って移動され、順次坑壁に沿って地山を掘削する。
【００４３】
この時点の駆動モータ２５への作動油の供給圧力と供給流量は、図１４の（Ａ）（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径に応じて制御される。即ち、図１４（Ａ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径が大きいほど供給流量が低減され旋回半径が小さいほど供給流量が増加されて、図１４（Ｂ）に示すように、カッタヘッド７の地山に対する速度が略一定となるよう制御される。一方、駆動モータ２５に供給される作動油の供給圧力は、図１４（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径が小さいほど低く、旋回半径が大きくなるに連れて高くなるように制御される。
【００４４】
旋回フレーム４、揺動ブーム５、及び掘削ユニット６の旋回が一周すると、地山には坑壁に沿った溝が全周に渡って形成される。次いで、揺動ブーム５若しくは掘削ユニット６の揺動角度を一段階だけ減少させつつ掘削ユニット６のカッタヘッド７により地山を内周側に掘削し、引続き、同様に、旋回フレーム４を旋回動作させ、揺動ブーム５及び掘削ユニット６を旋回動作させる。地山は前記掘削された円周溝の内周側において、順次カッタヘッド７により掘削される。以降は、前記旋回を継続させつつ、順次カッタヘッド７の位置を内周側に移動させることにより、立坑２の地山の全領域を掘削することができる。
【００４５】
前記駆動モータ２５への作動油の供給圧力と供給流量の制御は、図１４（Ａ）,（Ｃ）に示すように、カッタヘッド７の旋回半径に対応して設定されるが、図１５に示すように、旋回ブーム及び掘削ユニット６の揺動角度を検出する近接センサよりの検出信号の組合わせパターンに応じて予め設定するようにしてもよい。
【００４６】
即ち、旋回ブームの検出角度０〜３と掘削ユニット６の検出角度０〜３との組合せの１６通りのパターンに対して、揺動ブーム５の伸縮シリンダによる押付け力［ＫＮ］と、カッタヘッド７の先端速度［ｍｍ／ｓｅｃ］と、駆動モータ２５に供給する作動油の供給圧力［ＭＰａ］と、駆動モータ２５に供給する作動油量［Ｌ／ｍｉｎ］とを、予め設定するようにしている。
【００４７】
この場合においても、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度位置に応じて立坑２内でのカッタヘッド７による掘削半径の大きさに応じてカッタヘッド７の旋回角度を小さくしてカッタヘッド７の移動速度の変化が一定範囲に抑制されるようにしている。
【００４８】
また、カッタヘッド７の移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回方向への駆動力を大きく制御するようにして、前記カッタヘッド７の移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されるようにし、カッタヘッド７は移動方向への一様な駆動力と移動速度により移動するようにしている。なお、記載している設定数値は、地山の硬さや揺動ブーム５・掘削ユニット６のアーム長さ、旋回フレーム４の旋回半径等に応じて、種々に変更可能である。
【００４９】
このように、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度を検出する近接センサ３７，４０よりの検出信号の組合わせパターンに応じて予め設定することにより、制御を簡素化でき、また、地山の硬さ等に応じて設定値を容易に変更可能となる。
【００５０】
本実施形態においては、立坑２内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレーム３に対して当該メインフレーム３の中心軸回りに旋回駆動される旋回フレーム４と、前記旋回フレーム４の下端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブーム５と、前記揺動ブーム５の先端に立坑２の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッド７を回転させて地山を掘削する掘削ユニット６と、を備える立坑掘削機１であって、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段と、前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回速度を低くして、カッタヘッド７の地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備える。
【００５１】
このため、旋回フレーム４により掘削ユニット６を立坑２内で旋回させて、立坑２内の地山を掘削ユニット６のカッタヘッド７により掘削することができ、効率よく硬い地山でも掘削できる。また、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度位置に応じて立坑２内でのカッタヘッド７による掘削半径の大きさに応じてカッタヘッド７の旋回角度を小さくするため、カッタヘッド７の移動速度の変化が一定範囲に抑制されて、効率よく地山を掘削できる。
【００５２】
また、検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレーム４の旋回方向への駆動力を大きく制御する手段を備え、前記カッタヘッド７の移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されるため、カッタヘッド７は移動方向への一様な駆動力と移動速度により移動し、効率よく地山を掘削できる。
【００５３】
また、カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を検出する手段は、揺動ブーム５の旋回フレーム４に対する相対角度を検出する検出手段と掘削ユニット６の揺動ブーム５に対する相対角度を検出する検出手段との検出値に基づいて、前記カッタヘッド７の立坑２の地山に対する移動半径を演算するため、揺動ブーム５及び掘削ユニット６の揺動角度を検出するセンサを設けるのみでカッタヘッド７の正確な移動半径を検出することができる。
【００５４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 立坑掘削機
２ 立坑
３ メインフレーム
４ 旋回フレーム
５ 揺動ブーム
６ 掘削ユニット
７ カッタヘッド
１０ グリッパ
１１ 上側リングフレーム
１２ 下側リングフレーム
１３ 柱状部材
１４ 旋回案内部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、
前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、
前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、
前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、
前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備えることを特徴とする立坑掘削機の制御装置。
【請求項２】
前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回方向への駆動力を大きく制御する手段を備え、
前記カッタヘッドの移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機の制御装置。
【請求項３】
前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段は、揺動ブームの旋回フレームに対する相対角度を検出する検出手段と掘削ユニットの揺動ブームに対する相対角度を検出する検出手段との検出値に基づいて、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立坑掘削機の制御装置。
【請求項１】
立坑内に吊下げられて坑壁に固定されるメインフレームに対して当該メインフレームの中心軸回りに旋回駆動される旋回フレームと、
前記旋回フレームの下端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置された揺動ブームと、
前記揺動ブームの先端に立坑の半径方向面内で揺動可能に配置され、先端に配置したカッタヘッドを回転させて地山を掘削する掘削ユニットと、を備える立坑掘削機であって、
前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段と、
前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回速度を低くして、カッタヘッドの地山に対する移動速度の変化を一定範囲に抑制する手段と、を備えることを特徴とする立坑掘削機の制御装置。
【請求項２】
前記検出された移動半径の大きさに応じて旋回フレームの旋回方向への駆動力を大きく制御する手段を備え、
前記カッタヘッドの移動速度と移動方向への駆動力との乗算値が、その移動半径に係わらず一定範囲に抑制されることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機の制御装置。
【請求項３】
前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を検出する手段は、揺動ブームの旋回フレームに対する相対角度を検出する検出手段と掘削ユニットの揺動ブームに対する相対角度を検出する検出手段との検出値に基づいて、前記カッタヘッドの立坑の地山に対する移動半径を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立坑掘削機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２３６３１５（Ｐ２０１０−２３６３１５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７１３４（Ｐ２００９−８７１３４）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
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