JP2834744B2 - 打撃力および打撃回数の自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、油圧パワーショベル等の先端に取付け、
コンクリート構造物の解体、岩石の破砕、岩盤掘削等に
用いる油圧作動の衝撃動工具における打撃力および打撃
回数の自動制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

油圧作動の衝撃動工具は、大きく分けるとアキュムレ
ータ方式とガス方式に二分される。

アキュムレータ方式は、ピストンが上昇するとき、ア
キュムレータに油を蓄積しておいて、打撃行程でそれを
放出してピストンを加速する方式である。

ガス方式は、ピストンが油圧によって上昇するとき、
ピストン上方のガス室内のガスを圧縮することによりエ
ネルギーを蓄積し、打撃行程では、ガスの膨張するエネ
ルギーを利用してピストンを加速する方式で特公昭54−
32192号公報にこの方式が示されている。

ところで、軟らかい岩石や割れ目が多い岩石を破砕す
る場合は打撃力はあまり要求されないので打撃頻度を多
くし、硬い岩石を破砕する場合は打撃力を大きくする必
要があり、打撃頻度は少なくてもよいことはよく知られ
ている。

実公昭60−26938号公報に記載のものは、ピストンの
往復を油圧のみで行うようにした衝撃工具において、可
変可圧弁によりピストン上昇時の背圧を調整してピスト
ンの上昇速度を調整することにより、打撃サイクルおよ
び打撃力を変えるようにしたものである。

また、特開昭62−9878号公報記載のものは、同じく液
圧によりピストンを昇降させるものであるが、ピストン
の変位を差動トランスにより電気的に検出し、その出力
信号により電気・油圧サーボ弁や電磁比例リリーフ弁を
制御してピストンの運動をフィードバック制御するもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、実公昭60−26938号に記載のも
のは構造が簡単であるという利点はあるが、ピストンの
戻り速度を調整するだけのもので、打撃方向への作動液
圧の調整ができないので打撃サイクルの正確な制御がで
きないという問題がある。

また、特開昭62−9878号公報記載のものはピストンの
変位を電気的に検出するため、シリンダの上部に差動ト
ランスを儲ける必要があり、シリンダに作用する強い衝
撃が差動トランスに加わるので信頼性に問題がある。ま
た、電気・油圧サーボ弁や電磁比例リリーフ弁のような
高価な部品も必要なためコスト高となる。

この発明の目的は上記のような従来の打撃装置の問題
点を解決して被破砕物の硬軟に応じて自動的に打撃回数
および打撃力を変化させる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〕

上記の目的を達成するために、この発明は衝撃動装置
のガス室に容積調整手段を有する圧力調整室を連通さ
せ、ガス室には、圧力検出器を設け、この圧力検出器の
信号により上記容積調整手段を制御するようにしたもの
である。

また、チゼルを打撃したピストンが反発したときのピ
ストンの変位量を、圧力検出器の出力を入力とする演算
回路で演算し、その値にもとづいて容積調整手段の制御
用切換弁を制御するようにしたものもある。

〔作用〕

この発明は上記の構成であり、ガス室の圧力で、下降
したピストンがチゼルなどを打撃し、その反発力でピス
トンが上昇すると、ガス室のガス圧は瞬間的に上昇す
る。

上記のように瞬間的なガス室の圧力上昇を圧力検出器
が検出し、その出力を演算回路に入力して演算すること
によりピストンの変位量を判定し、その値に応じて圧力
調整室の容積調整手段を作動させ、ガス室のガス圧を加
減して被破砕物の硬さに応じたガス圧とし、ピストンの
打撃力と打撃サイクルを被破砕物の硬さに最適な値とす
る。

〔実施例〕

第１図に示す第１の実施例において、１は下端にチゼ
ルなどの工具２を進退自在に装着したシリンダである。

このシリンダ１内には、中間部に大径部３を有し、下
降時に該工具２を打撃するピストン４を嵌装し、シリン
ダ１の上部には上昇したピストン４の上面にガス圧を加
えるガスを封入したガス室５を設ける。

また、ピストン４の大径部３の上下の小径部とシリン
ダ１の内周の間には中室６と下室７を設ける。

８はシリンダ１の側部に設けた弁室で、この弁室内に
は中央に連通孔９を有する弁体10を嵌装してある。

上記弁室８の上下と中室６および下室７の下部とはそ
れぞれ油路14,16で連通させ、シリンダ１の中間部と弁
室８の中間部も油路15と同油路の途中から分岐した油路
で連通させる。

また、弁室８の上部と下部寄りには排油口11と給油口
12を連通させ、この給油口12に通じる油路を弁体10を押
下するプランジャ13の後部に連通させる。

20は前記ガス室５の上部に設けた圧力調整室で、連通
孔41によってガス室５に通じている。

上記調整室20内には容積調整手段としてピストン21が
はめられている。

22はピストン21上に一体に設けたプランジャ、23は加
圧室で、プランジャ22は室20、23を摺動自在に貫通して
いる。

24は加圧室23と油圧ユニット25間の油圧回路の途中に
設けた切換弁で、油圧ユニット25は油圧ポンプ26、油タ
ンク27などで構成されている。

また、前記ガス室５には圧力検出器30を設ける、この
検出器30はガス室５内のガス圧を電気信号に変換するも
のでシリンダ１に直接取付ける場合と、ガス室５に接続
したパイプに取付けてシリンダ１の振動の影響を受けな
いようにする場合とがあり、シリンダ１に取付ける場合
は振動の影響を受けないものを用いる。

上記の実施例の衝撃動工具は弁体10が、第１図のよう
に下限にあるとき給油口12からの油圧が油路16を経て下
室７に加わり、中室６が排油口11に通じているのでピス
トン４が上昇してガス室５内のガスを圧縮する。

ピストン４の上昇により大径部３の下端が油路15より
上になると、給油口12が弁体10を押上げる油路に通じ、
油圧の作用で弁体10が上昇して下室７が弁体10の連通孔
９により排油口11に通じるので、ガス室５のガス圧によ
りピストン４が下降し、工具２を打撃する作用を行う。

第４図のＩ、IIは上記の作用中におけるガス室の圧力
変化を示すもので、縦軸は圧力、横軸は左から右へ時間
の経過を示すものである。

この図において、ａはピストンの下降開始点、ｂは打
撃点、ｃは反発の上限である。

上記の圧力変化は検出器30から電気信号として第３図
のアンプ31で増幅し、波形成形回路32にて波形成形し、
演算回路33に入力する。

上記回路では、第４図（Ｉ）のピストンの打撃点ｂか
ら反発上限ｃに達するまでの時間Ｔの間の圧力−時間の
関係を積分する。

打撃した被破砕物の硬度が高いほどピストン４の反発
時の高さが高くなり、これに比例してガス室５内のガス
圧も高くなるので回路33における積分値も高くなる。

すなわち、回路33の出力の値は被破砕物の硬度に比例
するから、この値が高いか低いかを比較判定回路34にお
いて、あらかじめ設定してある値と比較し、設定値より
高ければ駆動回路35に圧力上昇の信号を送る。

圧力上昇の信号を受けた駆動回路35は切換弁24を圧力
上昇側（第１図の位置）に切換えるので油圧ユニット25
からの圧油が加圧室23へ補給されて、プランジャ22を押
し下げる。

プランジャ22の下降によりこれと一体のピストン21も
下降し、ガス室５に通じる圧力調整室の20の下部の容積
を縮小することによりガス室５の圧力を上昇させる。

こうしてガス室５の圧力が上昇するとガス圧によるピ
ストン４の打撃力が増大する。

また、シリンダ１の下室７の圧力もガス圧によって決
まり、ガス圧が上昇すると給油口12へ供給する作動油の
油圧も上昇する。

一般にこの種の装置は油圧パワーショベルのアタッチ
メントとして装着され、その油圧源からの油圧を給油口
12に供給している。

一般のパワーショベルの油圧の殆どのものが、第５図
のような油圧と流量の相関関係をもって変化する。

すなわち、第５図において、縦軸に下から上へと流量
の上昇をとり、横軸に左から右へ圧力の上昇をとれば、
曲線Ａとなる。

従って、最初に圧力P₀、流量Q₀でピストン４を働かし
ていたのが、圧力をP₁に上げると流量はQ₁に低下する。

シリンダ１の下室７に流入する圧油の流量が低下する
と、ピストン４の打撃数は低下するので、被破砕物が硬
いものの場合、ピストン４の打撃力が増加すると同時に
打撃回数が減少して強力な破砕作用を行う。

また、上記の逆に、被破砕物が、軟らかくなると、打
撃時のピストン４の反発高さが低くなり、比較判定回路
34からシリンダ駆動回路35に圧力下げの信号が出され
る。

上記の信号が出されると、切換弁24が排油側へ切換え
られるので。加圧室23内の圧油は切換弁24を経て油タン
ク27へ戻される。

加圧室23の圧油の排出に伴いガス圧によりピストン21
は上昇し、圧力調整室20の下部の容積を増加させ、ガス
室５のガス圧を低下させる。

これによりピストン４の打撃力は低下し、打撃回数は
増大する。

上記の切換弁24の作動時において、圧力上昇、圧力下
降の何れの場合も所定の圧力に達して比較判定回路34か
らの出力信号が零になると切換弁24は中立位置となって
加圧室23を閉鎖する。

上記の演算回路33において、微分回路を用いた場合は
（第４図の（II）を参照）、ピストン４の打撃点ｂから
一定時間ｔ経過後のガス室５のガス圧を検出してガス圧
が高ければ被破砕物が硬いと判断し、ガス圧が低けれ
ば、軟らかいと判断するもので、切換弁24などの作用は
積分の場合と同じである。

第２図は第２の実施例であり、シリンダ１とは別体に
設けた容器38内に圧力調整室20を設け、室20の一方を連
通路39によりガス室５に連通させ、室20の他方は連通路
40によって切換弁24を介して油ユニット25に連通させ
る。

この実施例の場合、プランジャ22はピストン21のガイ
ドの役目をする。

上記の第２の実施例の場合、第１図の加圧室23はな
く、そのかわりに調整室20のプランジャ22側を加圧部28
とする。

この例では加圧部28に加える油圧を制御して調整室20
の容積を変え、ガス室５の圧力を調整するもので、その
他の構成および作用は第１の実施例と同じである。

〔発明の効果〕

この発明は上記のようにガス室に容積調整手段を有す
る圧力調整室を連通させ、ガス室には、圧力検出器を設
け、この圧力検出器の信号により上記容積調整手段を制
御するようにしたもので、さらに、チゼルを打撃したピ
ストンが反発したときのピストンの変位量を圧力検出器
の出力を入力とする演算回路で演算し、その値にもとづ
いて、容積調整手段の制御用切換弁を制御するようにし
たものであるから、ピストンがチゼルなどを打撃したと
きの反発力によるガス室の瞬間的な圧力上昇を検出して
ガス圧上昇を判定し、その値に応じて圧力調整室の容積
調整手段を作動させ、ガス室のガス圧を加減して被破砕
物の硬さに応じたガス圧とし、ピストンの打撃力と打撃
サイクルを被破砕物の硬さに最適な値とするものであ
る。

従って、岩石などの破砕作業において、岩石などの硬
さの変化に応じてピストンの打撃力と打撃のサイクルが
自動的に調整され、常に最適な打撃力と打撃サイクルに
より能率のよい破砕作業が行える。

また、ガス室の圧力変化によりピストンの反発状態を
検出するものであるから差動トランスのような故障し易
いものと異なり、簡単な圧力検出器をシリンダに設け、
またはガス室にパイプを連結して衝撃の少ない部分に圧
力検出器を設けるなどの構成により電気関係の故障を最
少限にできるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の各実施例を示す縦断側面
図、第３図は制御系のブロック図、第４図Ｉ、IIはガス
室の圧力変化を示すグラフ、第５図は流量と油圧の関係
を示すグラフである。 １……シリンダ、３……大径部、 ４……ピストン、５……ガス室、 ６……中室、７……下室、 11……排油口、12……給油口、 20……圧力調整室、 21……容積調整手段としてのピストン、 23……加圧室、24……切換弁、 25……油圧ユニット、 28……加圧部、30……圧力検出器、 38……容器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に、中間部に大径部を有するピ
   ストンを嵌装し、ピストンの大径部の下部におけるシリ
   ンダの内周には下室を設け、シリンダの上部内には上昇
   するピストンにより圧縮されるガスを封入したガス室を
   設け、油圧によるピストンの上昇と、ガス圧によるピス
   トンの下降と、ピストンの昇降に伴う油圧の切換えによ
   りピストン制御用の弁体を昇降させるようにした装置に
   おいて、上記ガス室に容積調整手段を有する圧力調整室
   を連通させ、ガス室には、圧力検出器を設け、この圧力
   検出器の信号により上記容積調整手段を制御するように
   した打撃力および打撃回数の自動制御装置。
2. 【請求項２】前記ピストンがその下方に設けられたチゼ
   ルを打撃して反発したときのピストンの変位量を、圧力
   検出室の出力を入力とする演算回路で演算し、その値に
   もとづいて容積調整手段の制御用切換弁を制御するよう
   にした請求項１に記載の打撃力および打撃回数の自動制
   御装置。