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公開番号2025007266
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023108546
出願日2023-06-30
発明の名称掘削制御装置、掘削機械及び掘削機械の制御方法
出願人株式会社神戸製鋼所,コベルコ建機株式会社
代理人個人,個人
主分類E21B 44/00 20060101AFI20250109BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】掘削作業においてケーシング内における水を考慮する必要がある場合及びケーシング内における水を考慮する必要がない場合の何れにおいてもハンマグラブの着地を適切に判定する。
【解決手段】掘削制御装置は、ハンマグラブ10の高さに相関する高さ情報を取得するための高さ検出器と、ハンマグラブ10の重さに相関する荷重値を取得するための荷重値検出器と、ハンマグラブ10の着地判定を行うコントローラ101と、を備える。コントローラ101は、着地判定においてケーシング11内における水を考慮する場合には、ハンマグラブ10が着地したか否かを前記高さ情報を用いて判定し、着地判定においてケーシング11内における水を考慮しない場合には、ハンマグラブ10が着地したか否かを前記荷重値を用いて判定する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ハンマグラブを吊り下げるワイヤロープがウインチドラムから繰り出されることにより筒状のケーシング内において前記ハンマグラブを底部に落下させる掘削作業を行う掘削機械のための掘削制御装置であって、
前記ハンマグラブの高さに相関する高さ情報を取得するための高さ検出器と、
前記ハンマグラブの重さに相関する荷重値を取得するための荷重値検出器と、
前記ハンマグラブの着地判定を行うコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮する場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記高さ情報を用いて判定し、
前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮しない場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記荷重値を用いて判定する、掘削制御装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記ケーシング内における水に関する情報である水情報を前記コントローラに提供する水情報提供器をさらに備え、
前記コントローラは、前記水情報に基づいて、前記着地判定のモードを、前記ケーシング内における水を考慮するモード又は前記ケーシング内における水を考慮しないモードに設定する、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮しない場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記荷重値及び前記高さ情報の両方を用いて判定する、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記ハンマグラブが着地したと判定すると、前記ウインチドラムの回転を停止させるためのブレーキ制御を行う、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項５】
前記高さ検出器は、前記ウインチドラムの回転量を検出するためのドラム回転検出器を含み、
前記コントローラは、前記回転量を用いて前記ハンマグラブの高さを演算する、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮する場合には、前記ハンマグラブが水中を落下するときに前記ワイヤロープの弛みが生じることが抑制されるように前記ウインチドラムに対するブレーキ力を調節する制御を行う、請求項５に記載の掘削制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、
前記ハンマグラブが前記底部に接地している状態から前記ワイヤロープが前記ウインチドラムに巻き取られることにより前記荷重値が増加する荷重値変化に基づいて、前記ハンマグラブが前記底部から離れるときの高さ位置である地離れ高さを決定し、
前記地離れ高さ及び前記回転量を用いて前記ハンマグラブの高さを演算する、請求項５に記載の掘削制御装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮しない場合には、前記ハンマグラブの落下速度が所定の速度許容範囲に含まれるように前記ウインチドラムに対するブレーキ力を調節する制御を行う、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項９】
オペレータによる入力を受ける重さ設定入力器をさらに備え、
前記コントローラは、前記重さ設定入力器が前記入力を受けたときの前記荷重値を用いて前記ハンマグラブの重さを設定する、請求項１に記載の掘削制御装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記ハンマグラブの着地のタイミング、及び、前記ハンマグラブが前記底部から離れる地離れのタイミングを、前記荷重値検出器が取得する前記荷重値を用いてそれぞれ決定し、前記着地のタイミングにおける前記ハンマグラブの高さ位置の基準高さ位置に対する相対位置と、前記地離れのタイミングにおける前記ハンマグラブの高さ位置の前記基準高さ位置に対する相対位置と、前記ハンマグラブの高さの変化速度と、を用いて、前記ハンマグラブの高さの初期値と、前記荷重値検出器の遅れに関する特性と、を取得する、請求項１に記載の掘削制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ハンマグラブを用いた掘削作業において掘削機械を制御する技術に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ハンマグラブを備えた掘削機械が知られている（例えば特許文献１）。ハンマグラブは、オールケーシング工法を用いたハンマグラブ作業に用いられるアタッチメントである。このハンマグラブ作業は、地中に押し込まれたケーシング（筒状の部材）内の土砂を掘削する掘削作業と、この掘削作業において掘削された土砂をケーシングの外に排出する排土作業と、を含む。掘削作業では、ハンマグラブを吊り下げるワイヤロープがウインチドラムから繰り出されることによりケーシング内においてハンマグラブを底部に落下させ、これにより、ケーシング内の土砂が掘削される。この掘削作業では、例えば、ケーシング内においてハンマグラブを自由落下させることによって、掘削作業のサイクルタイムを短縮するとともにハンマグラブが着地するときの衝撃力を利用して底部の掘削を効率よく行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平５－１６３８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、高い落下速度でハンマグラブが底部に着地すると、ハンマグラブは底部において急停止する一方でウインチドラムは慣性で回り続けるため、ワイヤロープがウインチドラムから過剰に繰り出される状態である過繰り出しが生じる。オペレータは、このような過繰り出しが生じることを抑制するために、ハンマグラブの着地後にブレーキ操作（ブレーキペダル操作）を行ってウインチドラムの回転を停止させる必要がある。しかし、掘削作業は、オペレータがケーシング内のハンマグラブを目視することができない状況で行われるので、ハンマグラブの着地に応じてブレーキ操作を適切に行うことは、オペレータにとって難易度が高い。従って、ハンマグラブの着地を適切に判定することが可能な制御装置の開発が望まれる。
【０００５】
また、掘削作業が行われる地中の状態は作業現場ごとに異なる。具体的には、地中に押し込まれたケーシング内には、地下水などの水が溜まっていることもあれば、水が溜まっていないこともある。しかしながら、特許文献１に記載の制御装置は、ケーシング内における水については何ら考慮していないので、ハンマグラブの着地を適切に判定することができない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、掘削作業においてケーシング内における水を考慮する必要がある場合及びケーシング内における水を考慮する必要がない場合の何れにおいてもハンマグラブの着地を適切に判定することができる掘削制御装置、掘削機械、及び掘削機械の制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
第１の態様に係る掘削制御装置は、ハンマグラブを吊り下げるワイヤロープがウインチドラムから繰り出されることにより筒状のケーシング内において前記ハンマグラブを底部に落下させる掘削作業を行う掘削機械のための掘削制御装置であって、前記ハンマグラブの高さに相関する高さ情報を取得するための高さ検出器と、前記ハンマグラブの重さに相関する荷重値を取得するための荷重値検出器と、前記ハンマグラブの着地判定を行うコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮する場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記高さ情報を用いて判定し、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮しない場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記荷重値を用いて判定する。
【０００８】
第１の態様に係る掘削制御装置では、コントローラは、ケーシング内における水を考慮する場合及びケーシング内における水を考慮しない場合のそれぞれに適した着地判定を行うので、これらの何れの場合においても、ハンマグラブの着地判定を適切に行うことができる。
【０００９】
第２の態様は、第１の態様に係る掘削制御装置において、さらに次の特徴を備えることが好ましい。すなわち、第２の態様に係る掘削制御装置は、前記ケーシング内における水に関する情報である水情報を前記コントローラに提供する水情報提供器をさらに備え、前記コントローラは、前記水情報に基づいて、前記着地判定のモードを、前記ケーシング内における水を考慮するモード（水考慮モード）又は前記ケーシング内における水を考慮しないモード（非考慮モード）に設定することが好ましい。この第２の態様では、コントローラは、水情報提供器から提供される水情報に基づいて、着地判定のモードを水考慮モード及び非考慮モードの何れかに設定することができる。そして、前記コントローラは、前記着地判定のモードが前記水考慮モードに設定されている場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記高さ情報を用いて判定し、前記着地判定のモードが前記非考慮モードに設定されている場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記荷重値を用いて判定する。
【００１０】
第３の態様は、第１又は第２の態様に係る掘削制御装置において、さらに次の特徴を備えることが好ましい。すなわち、第３の態様に係る掘削制御装置では、前記コントローラは、前記着地判定において前記ケーシング内における水を考慮しない場合には、前記ハンマグラブが着地したか否かを前記荷重値及び前記高さ情報の両方を用いて判定することが好ましい。この第３の態様では、コントローラは、荷重値のみを用いてハンマグラブの着地を判定する場合に比べて、ハンマグラブの着地をより適切に判定することができる。具体的には、掘削作業においてハンマグラブが落下を開始する時点からハンマグラブが着地する時点までの時間帯のうち、落下開始直後の時間帯には、荷重値検出器により検出される荷重値が一時的に減少する場合がある。この落下開始直後の時間帯は、ハンマグラブが比較的高い位置にある時間帯であるので、落下開始直後の時間帯において荷重値の一時的な減少が生じた場合であっても、コントローラは、その一時的な荷重値の減少と、ハンマグラブの着地に起因する荷重値の減少と、を前記高さ情報を用いて区別することができる。従って、コントローラは、着地判定においてケーシング内における水を考慮しない場合には、着地判定の主たる指標として荷重値を用いるとともに着地判定の補助的な指標として高さ情報を用いることで、ハンマグラブの着地をより適切に判定することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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