JPS5921886A - 自動制御ボ−リング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロコンピュータを用いて自動的に穿孔制
御するようにした自動制御ポーリング装置に関するもの
である。

従来、ポーリング機による地質調査やグラウトホールの
穿孔その他各種のポーリング作業においてけ、ポーリン
グ機のビットの回転数や推力等をすべて作業員の経験と
堪に依存していたため、常に効率のよい作業を期待する
ことは出来なかったし、また、作業条件によってはビッ
ト刃先を破損したり、損壊するおそれがおった。

本発明はポーリング機にマイクロコンピュータを導入し
て穿孔制御を行うようにすることにより常時最適の状態
でボーリング作業を持続でき、且つジャーミングその他
の異状状態になっても、予めプログラミングされた異状
処理方式に従って。

すべて自動処理できる自動制御ポーリング装置を提供す
ることを目的としてなされたもので、ポーリング装置に
おいて、穿孔制御にマイクロコンピュータを導入し、該
マイクロコンピュータに予メ、適切な演算処理方式全プ
ログラミングしておき、穿孔時の諸元全検出して前記処
理方式に従い演算処理して、常時最適の推力又は最適の
穿孔速度でボーリング作業を行えるようにしたものであ
る。

即ち、本発明の発明者は、常時最適の推力、穿孔トルク
、ビット回転数、穿孔速度に工りボーリング作業を行う
ことのできるポーリング装置を提供することを目的とし
て、研究を重ねた結果、ポーリング装置にマイクロコン
ピュータを導入することにより、前記目的を達成できる
ことを知得し、本発明をなしとげたのであって、その理
論的根拠について説明すれば５次の通りである。

一般に１ポ一リング作業において最も重要な要素は、ビ
ット刃先に加える押付力即ち、刃先にかかる推力であっ
て、この推力が最適推力エフ小さい場合は、穿孔距離に
対してビット刃先の摩耗が犬き（、マた大き過ぎる場合
は、ビット刃先の破損、損壊が生じるからである。而し
て、ビット刃先にかかる推力はポーリング機の油圧シリ
ンダによる推力分と、ボーリングロッド自重による分の
合計であるが、ボーリング作業においては、その穿孔方
向は常に鉛直方向に限られるわけではなく、水平方向や
場合によっては水平Ｌカ上向きの方向に穿孔することも
あり、従って、それらの各穿孔角度におけるビット刃先
方向分力と油圧シリンダによる推力分との合計がビット
刃先にかかる押付力即ち、推力であって、ポーリング作
業時におけるビット刃先への所要推力Ｔ、は、一般に次
の式で表わされる。

Ｔ、＝に、・Ａ、・・・・・・（１） ここで、Ｋ１はビットの種類及びビット刃先形状できま
る定数・・・・・・Ｋｑ／ｍ’Ａ、はビット刃先の切削
断面積・・・・・・ｍ７従って、所要推力Ｔ１は、ビッ
ト刃先の切削断面積と％　　ＫＩの数値を入力しておけ
ば、マイクロコンピュ−タＶＣＬり演算して求めること
が可能である。

また、ボーリングロッドの自重によりビット刃先Ｋかか
る分力Ｔ、は１次の式で表わされる。

Ｔ、　＝　Ｋ、・Ｗｃｏｓθ・・・・・・（２）ここで
、Ｋ、はボーリングロッドと岩盤との摩擦係数その他に
よって決まる定 数 Ｗはボーリングロッドの全重量・・・・・・胸θは穿孔
方向と鉛直線との角度・・・・・・度従って、ビット刃
先分力Ｔ、も、定数に７．ロンド重量Ｗ、穿孔角度θを
入力すれば、マイクロコンピュータにより演算して求め
ることが可能である。

一方、油圧シリンダによる推力Ｔ、は、次の式で表わさ
れる。

Ｔ、＝Ｐ＠Ａ、・・・・・・（３） ここで、Ｐはピストンにかかる油圧・・・・・・Ｋｇ／
ｄＡ、は油圧のかかるピストン部断面 梗・・・・・・− 従って、油圧シリンダによる推力Ｔ３も、ピストンにか
かる油圧Ｐを検出することにより、前記の推力Ｔ、　、
　Ｔ、と同様に演算可能である。

而して、前述のように、ビット刃先にがかる推力はロッ
ドの自重による分力と油圧シリンダによる推力の合計で
あるから、上記の式（１）　、　（２）　、　（３）か
ら Ｔ、　＝　Ｔ、　＋Ｔｓ　＝　Ｋｙ　Ｗｃｏｓθ＋Ｆ　
Ａ、−・・（４）となり、従って、推力Ｔ、については
常時、式（４）を満足させる制御を行えばよい。

次に、ボーリングロッドの所要回転トルクについて見る
と、ロンドの回転トルクはビット刃先の岩盤の切削トル
クと、ロッドと孔壁間の摩擦損失トルクの合計であって
、ビット刃先の切削所要トルクは、対象岩盤の圧縮強度
が一定で且つ刃先の摩耗が一定であれば、穿孔深さに関
係なく一定であり、また、ロッドと孔壁間の摩擦損失ト
ルクは穿孔角度が一定で且つロッドの回転数が一定であ
れば、穿孔深さに比例して増加する。

而して、穿孔に要する動力Ｐｓは、一般に次の式％式％ （５） ここで、４は定数 Ｎはボーリングロッドの回転数・・・・・・ｒｐｍＭｉ
ｄポーリングロンドの回ロッ ルク・・・・・・匂−ｍ 上式から明らかなように、所要動力２日は、ボーリング
ロッドの回転数Ｎとボーリングロッドの回転トルクＭに
正比例する。通常、動力源は電動機を使用しており、そ
の動力は一定でおるから、最も能率よくポーリング作業
を行うためには、所要動力Ｐ８が宵、動機の動力の常時
最大であるように制御する必要がある。そこで、上記式
（５）全変形すれば。

Ｎ＝Ｐθ／（Ｋ４・Ｍ）・・・・・・（６）となるから
、常にボーリングロッドの回転トルクＢｌ検出し５式（
６）によりマイクロコンピュータで演算して、ボーリン
グロッドの回転数がＮｒｐｍになるように自動制御すれ
ばよい。

また、自動制御にマイクロコンピュータｅ　利用するこ
とにより、例えば、推力及びボーリングロッドの回転ト
ルク等の検出信号ｆ：、現在値とｔ秒前の検出値との偏
差を検出演算することが可能であるため、それらの各偏
差が予め入力された許容範囲を超えた場合、直ちにプロ
グラミングされている異状処理方式に従って、異状状態
の処理を行うことができる。

次に本発明の実施の一例を図に拠り説明する。

１．２は電磁サーボ方式の可変油ポンプで、モータ６の
駆動によす、それぞれ吸込フィルタ４゜５を通して油槽
６から作動油を吸込むようになっておＱ、可変油ポンプ
１からの圧油は給油管７を通ってオイルモータ８に供給
され、該オイルモータ８を駆動する。尚、オイルモータ
８を駆動後の戻り油は図示しないが、油槽６に還流する
ようになっている。９は給油管７の圧油の上限を規定す
る安全弁、１０はオイルモータ８に連設した減速歯車箱
、１１はボーリングロッド１２の一端を定着したロッド
チャックで、オイルモータ８．減速歯車箱１０を通じて
回転穿孔トルクをボーリングロッド１２に伝達するよう
になっている。１６はオイルモータ８に供給される油圧
を検出する油圧検出器で、オイルモータ８の発生トルク
は油圧に比例するので、回転穿孔トルクの検出器として
も利用される。１４は回転数検出器、１５は穿孔速度検
出器、１６はフレームである。また、前記可変油ポンプ
２からの圧油は給油管１７．電磁切換四方弁１８．連結
管１９を通り、油圧シリンダ２０の左端ａ部に通じてお
り、油圧シリンダ２０の右端す部からの戻り油は連結管
２１．電磁切換四方弁１８．戻り管２２を通って油槽６
に還流するようになっている。２６は給油管１７の圧油
の上限を規定する安全弁である。２４は油圧シリンダ２
０のピストン、２５は該ピストン２４と一体のピストン
杆で、油圧シリンダ２０の右端はフレーム１６に固定さ
れ、また、ピストン杆２５の左端は減速歯車箱１０の下
部に締結されている。２６は減速歯車箱１０に加えられ
る給進方向及び後退方向の荷重を検出するロードセル型
の推力検出器である。

２７はマイクロコンピュータを内蔵し、可変油ポンプ１
の吐出量を制御するための制御装置、２８は同じくマイ
クロコンピュータを内蔵し、可変油ポンプ２の吐出圧力
を制御するための制御装置、２９は推力、穿孔トルク、
ポーリンブロンド回転数、穿孔速度を記録するための自
記記録計、６０はフレーム１６ｖｃ設はボーリングロッ
ド１２を支持する支持部材である。

上記のように構成される本発明の一例の自動制御ポーリ
ング装置の制御動作について説明すれば、次の通りであ
る。

まず、本発明において採用される制御方法は、制御装置
２８に付属する切換スイッチＳ、のＯＮ　、　ＯＦＦの
状態を電気信号をデジタル入力信号としてＤｉｌに読込
み、ＯＮの場合は、マイクロコンピュータにより演算さ
れｆｃ最適の一定推力で、ボーリングロッドの回転数が
常時所定の馬力になるように自動制御される方法であり
、　　ＯＦＦの場合は、ボーリングロッドの回転数が設
定値を保つ一定で、推力が常時所定の馬力になるように
自動制御される方法であって、必要に応じて、上記いず
れかの制御を選択することができるようになっているの
で、それぞれの場合について説明する。

切換スイッチＳ１がＯＮの場合 （推力を手動設定、ボーリングロッドの回転数を制御） 切換スイッチＳ、がＯＮの電気信号をデジタル入力信号
としてＤｉｌに読込む。この状態は制御装置２８からＤ
Ｂラインで制御装置２７にも読込まれる。制御装置２７
はＤｉｌの状態を知ρ、圧力検出器１６からのアナログ
電気信号？Ａ１１として取込み、前述の式（６）にエリ
予め固定定数として入力されている所要動力Ｐθ及び可
変定数として入力されている４とにエリボーリングロッ
ド１２の回転数Ｎ′ｆ演算してその結果を制御装置２７
の設定値ＳＶ、とする。また、回転数検出器１４からの
アナログ電気信号ｐｖ、として砲込み、　　ｐｖ、とＳ
Ｖ、の備差を検出してＰより演算を行い、その結果を操
作出力信号ＭＶ。

として電磁サーボ方式の可唆油ポンプ１のサーボ部に加
えて該可変油ポンプ１の吐出量を制御する。

換言すれば、常時、モータ３の最大出力を保持するよう
に穿孔回転数が変化して最大効率の位置でポーリング作
業が行われるように自動制御するのである。まｆｃ１制
御装置２８では推力検出器２６からのアナログ電気信号
ｆｆ１ＰＶｔとして取込み、前述の式（４）にエリ予め
入力されている固定定数Ａ４　。

可変定数に＋　ｒ　ＡＩ＋　Ｋｙ　＋　Ｗ　、θにより
内蔵のマイクロコンピュータで演算してその結果を設定
値ＳＶ。

とし、この設定値ＳＶ、と前記アナログ電気信号ＰＶ。

の偏差を検出してＰより演算を行い、その結果を操作出
力信号ＭＶ、として電磁サーボ方式の可変油ポンプ２の
サーボ部に加えて該可変油ポンプ２の吐出圧力を制御す
る。換言すれば、常時、ボーリングロッド１２のビット
刃先に演算結果の最適推力が加えられるように自動制御
するのである。

切換スイッチｓ、がＯＦＦの場合 Ｃボーリングロッドの回転数を手動設定、推力を制御） 切換スイッチＳ、がＯＦＦの電気信号をテジタＡ、入力
信号としてＤｉｌに読込む。この状態は制御装置２８か
らＤＢラインで制御装置２７にも読込まれる。

制御装置２７はＤｉｌの状態を知シ、ポーリングロッド
の回転数Ｎの設定値が手動設定であることを知る、従っ
て、前記回転数ｙｓｖ、に設定すると。

圧力検出器１６からのアナログ電気信号Ａ１１に関係な
く、回転数検出器１４からのアナログ電気信号ｐｖ、と
前記設定値ＳＶ、との偏差を検出してＰより演算を行い
、その結果を操作量ＭＶ、として電磁サーボ方式の可変
油ポンプ１のサーボ部に加え、該可変油ポンプ１の吐出
量を制御することに工夛、ｐｖ、値がＳＶ、と一致する
ようにＭＶ、を連続制御して速かに実際のボーリングロ
ッドの回転数が常時設定回転数と一致するように制御す
るのである。

また、制御装置２８は同様にモータ６の出力が常時最大
になるように操作出力信号ＭＶ、による操作量を制御し
て推力を自動制御するのである。

一方、穿孔速度検出器１５から制御装置２７゜２８へ入
力される電気信号Ａｌ？　＋　４ｔは、それぞれ制御装
置２７．２８に入力されている穿孔速度の上。

下限値と比較されて、その範囲外の場合、警報を発する
と共に予めプログラミングされた方法例えば、ビット刃
先を穿孔位置から１０鍔後退させて次の指令を待つなど
の制御を行うためのものである。

本発明は上述の通りであって、ポーリング装置の制御に
マイクロコンピュータを組込んだ制御装置を導入し、ビ
ット刃先にかかる推力が常時最適値を保持するように自
動制御すると同時に動力が常に最も効率的に利用され、
最大穿孔速度を得るようにボーリングロッドの回転数を
自動制御するものであるから、従来のポーリング作業が
すべて作業員の経験と堪に頼っていたものを全自動制御
することに工り、常時効率のよい作業を行うことができ
るし、捷だ、遠隔操作も可能であるから、環境条件の悪
い場所でポーリング作業に遠隔操作を採用すれば、効率
よく然も安全に作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す系統図である。 １．２・・・電磁サーボ方式の可変油ポンプ、６・・・
モータ、　６・・・油槽、７・・・給油管、８・・・オ
イルモータ、１２・・・ボー１ノングロツド、１６・・
・油圧検出器、１４・・・回転数検出器、１５・・・穿
孔速度検出器、１６・・・フレーム、１７・・・給油管
、１８・・・電磁切換四方弁、２０・・・油圧シリンダ
、２４・・・ピストン、２５・・・ピストン杆、２６・
・・推力検出器、２７．２８・・・制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧油にエフ駆動されるオイルモータによってポーリ
   ンブロンドを回転させると共に油圧シリンダにより前記
   ポーリンブロンドを推進させて該ロッド先端のビット刃
   先にニジ対象岩盤等を穿孔するようにしたポーリング装
   置において、穿孔制御にマイクロコンピュータを導入し
   、前記マイクロコンピュータに予め、使用するビット径
   及び対象岩盤等の圧縮強度を入力して最適推力を演算し
   、推進用油ポンプの吐出量を自動制御して、常時最適の
   推力を保持するようにしたことを特徴とする自動制御ポ
   ーリング装置。 ２　圧油により駆動されるオイルモータによってポーリ
   ンブロンドを回転させると共に油圧シリンダにＪ：り前
   記ポーリンブロンドを推進させて該ロンド先端のビット
   刃先により対象岩盤等を穿孔するようにしたポーリング
   装置において、穿孔制御にマイクロコンピュータを導入
   し、前記マイクロコンピュータに予め適切な演算処理方
   式をプログラミングしておき、穿五時の推力、穿孔トル
   ク。 ビット回転数、穿引速度を検出し各数値を取込んで前記
   演算処理方式に従い演算処理して、常時最適の穿孔速度
   を得られるようにしたことを特徴とする自動制御ポーリ
   ング装置。 ３　マイクロコンピュータに予め異状状態処理方式をプ
   ログラミングしておき、推力又は穿孔速度が最適推力又
   は最適穿孔速度の許容範囲外になれば、それらの状態を
   検出して警報を発すると同時に前記異状状態処理方式に
   従って、異状処理を行うようにした特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の自動制御ポーリング装置。