JP7041454B2

JP7041454B2 - 穿孔制御装置

Info

Publication number: JP7041454B2
Application number: JP2018122346A
Authority: JP
Inventors: 正敏本間
Original assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Current assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JP2020002604A

Description

本発明は、緩衝機構を備える穿孔装置用として好適な穿孔制御装置に関する。

周知の穿孔装置は、例えば図４に一例を示すようなさく岩機Ａを備える。このさく岩機Ａは、走行台車に設けられたブーム先端に装着されるガイドシェル８と、ガイドシェル８上を前進後退可能に搭載されて打撃・回転機構３を有するさく岩機本体１と、を有する。
さく岩機本体１は、ガイドシェル８のキャリッジ７上に設置され、キャリッジ７にはフィードモータ１０によって駆動されるチェーン９が連結され、さく岩機本体１を進退駆動する送り機構が構成されている。さく岩機本体１の先端には、シャンクロッド２が装着され、シャンクロッド２の前端には、ビット６を前端に取り付けたロッド４がスリーブ５を介して連結されている。
そして、これらビット６、ロッド４、スリーブ５及びシャンクロッド２で工具が構成され、送り機構によって工具を破砕対象へと押付けるとともに、打撃機構と回転機構とにより発生する衝撃力と回転力を、工具を介して破砕対象へと伝達して破砕対象を破砕するようになっている。

ここで、本出願人は、図５に示すように、工具（シャンクロッド）２および打撃ピストン１２とさく岩機本体１との間に配設され、破砕対象から工具２を介してさく岩機本体１に伝えられる反射エネルギーを緩衝するダンピングピストン１７と、工具２を破砕対象に安定的に押し付けるプッシングピストン１６と、を備える２段式の緩衝機構ＤＰ（以下、「デュアルダンパ機構ＤＰ」ともいう）を実用化し、さく岩機本体１の機器の損耗低減と打撃効率の向上とを果たしている。
同図に示す例では、さく岩機本体１には、チャック１３を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１４が設けられている。チャックドライバ１４には、シャンクロッド２の大径部後端に当接する伝達部材としてのチャックドライバブッシュ１５が装着され、このチャックドライバブッシュ１５の後側に、緩衝機構としてのプッシングピストン１６とダンピングピストン１７とが配設されている。

さらに、本出願人は、図４および図５に示すように、デュアルダンパ機構ＤＰの作動圧力（すなわちダンパ圧力ＤＰｐｒ）を、送り機構の作動圧力ＦＦｐｒに基づいて制御するダンパ圧力制御手段２２を提案している。
このダンパ圧力制御手段２２によれば、破砕対象の状態に応じて変化する送り機構の推力をパラメータとして、ダンピングピストン１７の緩衝力（すなわち、図５に示すダンピング推力Ｆ１７）と、プッシングピストン１６の押し付け力（すなわち、図５に示すプッシング推力Ｆ１６）とを自動調整するので、ダンピング作用とプッシング作用とを適正に発揮することが可能となる。

図６はダンパ圧力制御手段２２の詳細を示している。
同図に示すように、ダンパ圧力制御手段２２は、パイロット比例制御弁２７と減圧弁２８とを有して構成される。パイロット比例制御弁２７のパイロットポートは、送り機構の作動管路に接続されており、減圧弁２８のパイロットポートは、パイロット比例制御弁２７の入力側に接続されている。減圧弁２８の入力側は、図５に示すポンプ２１に接続され、減圧弁２８の吐出側は、デュアルダンパＤＰの作動管路に接続され、さらに、パイロット比例制御弁２７の吐出側はタンクに接続されている。

図７はダンパ圧力制御手段２２によってもたらされる制御特性を示している。
同図に示すように、送り機構の作動圧力ＦＦｐｒの上昇に伴い、ダンパ圧力ＤＰｐｒは線形に上昇する。そして、パイロット比例制御弁２７と減圧弁２８の調整機構を操作することで、同図に示す灰色のマスクの領域内で制御特性を変化させることが可能である（例えば特許文献１参照）。

特開２００１－３４１０８３号公報再表２０１５－１１５１０５号公報

近年、さく岩機の出力は向上しており、本出願人も、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構を開発して高出力化を実現している（例えば特許文献２参照）。
しかし、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構は、前室常時高圧後室高低圧切換式の液圧式打撃機構と比較すると、ピストンが通常の打撃点を越えて前進したときにクッション性能が不足し得る。
ここで、ピストンが通常の打撃点を越えて前進する状況は、工具の先端が空隙や破砕帯に突入した場合であり、このような場合は、送り機構の作動圧力ＦＦｐｒも低下する。つまり、図７に示す通り、上記ダンパ圧力制御手段２２によれば、送り機構の作動圧力ＦＦｐｒが低下するとダンパ圧力ＤＰｐｒも低下するので、充分なプッシング作用が発揮されない。

したがって、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構に従来のダンパ圧力制御手段を備えたデュアルダンパ機構を適用すると、工具の先端が空隙や破砕帯に突入した場合には、プッシング作用が不十分なため、工具の岩盤への押し付け力が足りない状況が発生し、その状況下でピストンが充分に減速されずに工具を打撃することになる。
工具の先端が破砕対象に密着しない状態でピストンが工具を打撃することを「空打ち」というところ、前述の状態は、工具に対して最も過酷な空打ち状態といえるものであり、そのため、工具の寿命が短くなるという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構にデュアルダンパ機構を適用した場合において、ダンパ作用を適正に発揮し且つ空打ち状態を改善し得る穿孔制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る穿孔制御装置は、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構と、フィードモータを有する送り機構と、プッシングピストンおよびダンピングピストンを有するデュアルダンパ機構と、を備える穿孔装置に用いられる穿孔制御装置であって、前記液圧式打撃機構の作動管路に設けられて第一のパイロット比例制御弁および第一の減圧弁を有する打撃圧力制御手段と、前記デュアルダンパ機構の作動管路に設けられて第二のパイロット比例制御弁および第二の減圧弁を有するダンパ圧力制御手段と、前記送り機構の作動管路にポンプ側からフィードモータ側へ向けて順に設けられたフィード圧力調整弁およびフィード流量調整弁と、前記ダンパ圧力制御手段のパイロットポートと前記フィード流量調整弁および前記フィード圧力調整弁の間の１次通路とを相互に接続する第一のパイロット通路と、前記打撃圧力制御手段のパイロットポートと前記フィード流量調整弁および前記フィードモータの間の２次通路とを相互に接続する第二のパイロット通路と、を備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の他の一態様に係る穿孔制御装置は、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構と、フィードモータを有する送り機構と、プッシングピストンおよびダンピングピストンを有するデュアルダンパ機構と、を備え、前記デュアルダンパ機構の作動管路が、ダンピングピストン用作動管路と、プッシングピストン用作動管路と、を有する穿孔装置に用いられる穿孔制御装置であって、前記液圧式打撃機構の作動管路に設けられて第一のパイロット比例制御弁および第一の減圧弁を有する打撃圧力制御手段と、前記ダンピングピストン用作動管路に設けられて第二のパイロット比例制御弁および第二の減圧弁を有するダンパ圧力制御手段と、前記送り機構の作動管路にポンプ側からフィードモータ側へ向けて順に設けられたフィード圧力調整弁およびフィード流量調整弁と、前記フィード流量調整弁と前記フィードモータとの間の２次通路と前記打撃圧力制御手段のパイロットポート並びに前記ダンパ圧力制御手段のパイロットポートとを相互に接続するパイロット通路と、を備え、前記フィード流量調整弁と前記フィード圧力調整弁との間の１次通路と前記プッシングピストン用作動管路とが直接接続されていることを特徴とする。

本発明のいずれか一の態様に係る液圧式打撃機構によれば、液圧式打撃機構の作動管路には打撃圧力制御手段が設けられ、デュアルダンパ機構の作動管路にはダンパ圧力制御手段が設けられ、打撃圧力制御手段のパイロットポートは、送り機構の作動管路のフィード流量調整弁の下流圧、すなわち送り機構の２次圧力が供給され、ダンパ圧力制御手段のパイロットポートにはフィード流量調整弁とフィード圧力調整弁の間の圧、すなわち送り機構の１次圧力が供給される。
したがって、液圧式打撃機構は、破砕対象の状態に対応して打撃圧力が変動して作動し、デュアルダンパ機構は、送り機構の設定圧に対応して一定のダンパ圧力で作動するので、通常のさく孔時には、デュアルダンパ機構および液圧式打撃機構は、ともに所定の作動状態を維持し、工具先端が空隙や破砕帯に突入したときには、デュアルダンパ機構のプッシング作用は適正に発揮され、かつ、液圧式打撃機構の打撃圧力は絞られるので空打ち状態が大幅に改善される。

上述のように、本発明によれば、前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構にデュアルダンパ機構を適用した場合において、ダンパ作用を適正に発揮し且つ空打ち状態を改善する穿孔制御装置を提供できる。

本発明の一態様に係る穿孔制御装置の第１の実施形態の説明図である。図１の穿孔制御装置によってもたらされる制御例である。本発明の一態様に係る穿孔制御装置の第２の実施形態の説明図である。従来のダンパ圧力制御手段を備えた穿孔装置の模式図である。従来のデュアルダンパ機構の説明図である。従来のダンパ圧力制御手段の説明図である。従来のダンパ圧力制御手段の制御線図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。但し、穿孔装置全体の各構成は、上述した従来の構成（図４～図７）と共通するので詳細な説明は省略する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態の穿孔制御装置１００について図１を参照して説明する。
第１の実施形態の穿孔制御装置１００は、同図に示すように、ドリフタ（液圧式打撃機構）１０１、デュアルダンパ機構１０４、打撃圧力制御手段１０８、ダンパ圧力制御手段１１２、回転機構１１５および送り機構１１６を備えている。デュアルダンパ機構１０４は、プッシングピストン１０５およびダンピングピストン１０６を有する。

ドリフタ１０１は、打撃ピストン１０２と切換バルブ１０３とを有し、公知の前後室高低圧切換式の作動機構を備えている。打撃ピストン１０２の前方（図中上方）には、シャンクロッド１２５が装着され、シャンクロッド１２５には、図示しないロッドが接続されるとともに、ロッド先端には図示しない工具が装着される。
ドリフタ１０１とポンプＰとは、打撃作動管路１０７を介して接続されており、打撃作動管路１０７には、打撃圧力制御手段１０８が設けられている。打撃圧力制御手段１０８は、パイロット比例制御弁１０９と減圧弁１１０とを有して構成されている。

パイロット比例制御弁１０９のパイロットポート１０９ａには、後述するパイロット通路１２７が接続されており、減圧弁１１０のパイロットポート１１０ａは、パイロット比例制御弁１０９の入力側に接続されている。減圧弁１１０の入力側は、打撃作動管路１０７の上流側に接続され、吐出側は打撃作動管路１０７の下流側に接続されている。
デュアルダンパ機構１０４とポンプＰとは、ダンパ作動管路１１１を介して接続されており、ダンパ作動管路１１１にダンパ圧力制御手段１１２が設けられている。ダンパ圧力制御手段１１２は、パイロット比例制御弁１１３と減圧弁１１４とを有して構成されている。

パイロット比例制御弁１１３のパイロットポート１１３ａには、後述するパイロット通路１２６が接続されており、減圧弁１１４のパイロットポート１１４ａは、パイロット比例制御弁１１３の入力側に接続されている。減圧弁１１４の入力側は、ダンパ作動管路１１１の上流側に接続され、吐出側はダンパ作動管路１１１の下流側に接続されている。
パイロットポート１１３ａ、１１４ａには、それぞれ調整機構１１３ｂ、１１４ｂが設けられている。調整機構１１３ｂは、図７におけるダンパ圧力ＤＰｐｒの初期値、すなわち、送り圧力ＦＦｐｒがゼロの時のダンパ圧力を設定し、調整機構１１４ｂは、ダンパ圧力ＤＰｐｒの上限値を設定する。

送り機構１１６は、フィードモータ１１７、フィード圧力調整弁１１８、フィード流量調整弁１２１、および送り作動管路１２２を有する。送り作動管路１２２は、図中右側が前進側１２２ａ、左側が後退側１２２ｂである。
送り作動管路１２２の前進側１２２ａには、ポンプＰ側からフィードモータ１１７側に向けて順に、フィード圧力調整弁１１８およびフィード流量調整弁１２１が設けられている。フィード圧力調整弁１１８は、リリーフ弁１１９および減圧弁１２０を有して構成されている。

ここで、送り作動管路１２２の前進側１２２ａにおいて、フィード圧力調整弁１１８とフィード流量調整弁１２１との間の区間を１次圧通路１２３と呼び、フィード流量調整弁１２１とフィードモータ１１７との間の区間を２次圧通路１２４と呼ぶ。
１次圧通路１２３とダンパ圧力制御手段１１３のパイロットポート１１３ａとは、パイロット通路１２６によって相互に接続されており、２次圧通路１２４と打撃圧力制御手段１０８のパイロットポート１０９ａとは、パイロット通路１２７によって相互に接続されている。

次に、第１の実施形態の穿孔制御装置１００の制御特性について、図２を参照して説明する。なお、図２の横軸は穿孔が進むにつれて、破砕対象の状態が硬岩Ｈ１～軟岩Ｓ～硬岩Ｈ２～空隙Ｇ～硬岩Ｈ３と変化することを示しており、縦軸はこの破砕対象の状態変化に対応する打撃圧力（ＭＰａ）、実フィード圧力（ＭＰａ）、ダンパ作動圧力（ＭＰａ）、打撃点変位（ｍｍ）、フィード速度（ｍ／ｍｉｎ×１０^－１）、および、ツールストレス（％）の変動を示している。

図１に示した構成において、破砕対象の状態が変化すると、実フィード圧力、すなわち２次圧通路１２４の圧力が変化する。一方で、１次圧通路１２３の圧力は、破砕対象の状態変化の影響を受けることなく、フィード圧力調整弁１１８で設定した圧力に保たれる。
したがって、ドリフタ１０１の作動圧力は、２次圧通路１２４からパイロット圧が供給される打撃圧力制御手段１０８の比例制御によって破砕対象の状態変化に伴い変動する。これに対し、デュアルダンパ機構１０４のダンパ作動圧力は、１次圧通路１２３からパイロット圧が供給されるダンパ圧力制御手段１１３によって制御されて常に一定である。

破砕対象が軟岩Ｓの場合は、実フィード圧力が低下し、これに伴い打撃圧力も低下して打撃力を絞り、ダンパ作動圧力は一定なので、プッシングピストン１０５の推力は低下することなくシャンクロッド１２５を前方へと安定的に押し付ける。そのため、空打ち状態は緩和されてツールストレスの上昇は低く抑えられている。
破砕対象が空隙Ｇの場合は、実フィード圧力が大幅に低下し、これに伴い打撃圧力も低下して打撃力を大幅に絞り、ダンパ作動圧力は一定なので、プッシングピストン１０５の推力は低下することなくシャンクロッド１２５を前方へと安定的に押し付ける。そのため、空打ち状態は緩和されてツールストレスの上昇は低く抑えられている。
ここで、空隙Ｇと軟岩Ｓにおけるツールストレスを対比すると、空隙Ｇの方がツールストレスが高くなっているが、空隙Ｇでは、プッシングピストン１０５が適正に作動しても工具の先端を破砕対象に密着させることに限界があるためである。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の穿孔制御装置２００について図３を参照して説明する。なお、第１の実施形態と相違する点を説明し、同図では、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともにその説明を適宜省略する。
第２の実施形態の穿孔制御装置２００と第１の実施形態の穿孔制御装置１００との相違点は、同図に示すように、デュアルダンパ１０４の作動管路を、プッシングピストン作動管路１２８とダンピングピストン作動管路１２９とに分離し、プッシングピストン作動管路１２８を１次圧通路１２３と接続し、ダンピングピストン作動管路１２９をポンプＰと接続し、その途中にダンパ圧力制御手段１１２を設けた点である。

そして、第２の実施形態の穿孔制御装置２００では、打撃圧力制御手段１０８のパイロットポート１０９ａおよびダンパ圧力制御手段１１２のパイロットポート１１３ａと２次圧通路１２４とをパイロット通路１２７´で接続している。
すわなち、プッシングピストン１０５を送り機構１１６の１次圧で作動させ、ダンピングピストン１０６を送り機構１１６の２次圧に比例して作動させるというものである。これにより、プッシング作用は、第１の実施形態と同様に、破砕対象の状態によらず一定で、ダンピング作用については、破砕対象の状態に応じて最適制御をすることができる。
なお、本発明に係る穿孔制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

１００、２００穿孔制御装置
１０１ドリフタ（液圧式打撃機構）
１０２打撃ピストン
１０３切換バルブ
１０４デュアルダンパ機構
１０５プッシングピストン
１０６ダンピングピストン
１０７打撃作動管路
１０８打撃圧力制御手段
１０９パイロット比例制御弁
１０９ａパイロットポート
１１０減圧弁
１１０ａパイロットポート
１１１ダンパ作動管路
１１２ダンパ圧力制御手段
１１３パイロット比例制御弁
１１３ａパイロットポート
１１３ｂ調整機構
１１４減圧弁
１１４ａパイロットポート
１１４ｂ調整機構
１１５回転機構
１１６送り機構
１１７フィードモータ
１１８フィード圧力調整弁
１１９リリーフ弁
１２０減圧弁
１２１フィード流量調整弁
１２２送り作動管路
１２２ａ前進側
１２２ｂ後退側
１２３１次圧通路
１２４２次圧通路
１２５シャンクロッド
１２６パイロット通路
１２７、１２７´ パイロット通路
１２８プッシングピストン作動管路
１２９ダンピングピストン作動管路
Ｐポンプ
Ｔタンク

Claims

前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構と、フィードモータを有する送り機構と、プッシングピストンおよびダンピングピストンを有するデュアルダンパ機構と、を備える穿孔装置に用いられる穿孔制御装置であって、
前記液圧式打撃機構の作動管路に設けられて第一のパイロット比例制御弁および第一の減圧弁を有する打撃圧力制御手段と、
前記デュアルダンパ機構の作動管路に設けられて第二のパイロット比例制御弁および第二の減圧弁を有するダンパ圧力制御手段と、
前記送り機構の作動管路にポンプ側からフィードモータ側へ向けて順に設けられたフィード圧力調整弁およびフィード流量調整弁と、
前記ダンパ圧力制御手段のパイロットポートと前記フィード流量調整弁および前記フィード圧力調整弁の間の１次通路とを相互に接続する第一のパイロット通路と、
前記打撃圧力制御手段のパイロットポートと前記フィード流量調整弁および前記フィードモータの間の２次通路とを相互に接続する第二のパイロット通路と、
を備えることを特徴とする穿孔制御装置。
前後室高低圧切換式の液圧式打撃機構と、フィードモータを有する送り機構と、プッシングピストンおよびダンピングピストンを有するデュアルダンパ機構と、を備え、前記デュアルダンパ機構の作動管路が、ダンピングピストン用作動管路と、プッシングピストン用作動管路と、を有する穿孔装置に用いられる穿孔制御装置であって、
前記液圧式打撃機構の作動管路に設けられて第一のパイロット比例制御弁および第一の減圧弁を有する打撃圧力制御手段と、
前記ダンピングピストン用作動管路に設けられて第二のパイロット比例制御弁および第二の減圧弁を有するダンパ圧力制御手段と、
前記送り機構の作動管路にポンプ側からフィードモータ側へ向けて順に設けられたフィード圧力調整弁およびフィード流量調整弁と、
前記フィード流量調整弁と前記フィードモータとの間の２次通路と前記打撃圧力制御手段のパイロットポート並びに前記ダンパ圧力制御手段のパイロットポートとを相互に接続するパイロット通路と、を備え、
前記フィード流量調整弁と前記フィード圧力調整弁との間の１次通路と前記プッシングピストン用作動管路とが直接接続されていることを特徴とする穿孔制御装置。