(57)【要約】【課題】複数の発電機を電力源として地盤改良工事を行なう際に、発電機による無駄な燃料消費を削減できる発電機の制御システムを提供する。【解決手段】施工対象地盤Ｂで予め試験施工した際の攪拌翼９が下降および上昇するときの深さと必要電力との関係を示す必要電力データと、攪拌翼９の深さ位置を把握する深度検知部２によるデータと、攪拌翼９が下降または上昇のいずれの状態であるかを把握する昇降検知部３によるデータとを制御装置５に入力して、これら入力されたデータに基づいて、運転させる発電機Ｇの台数を決定して、この決定した台数の発電機Ｇを運転させて、使用する全ての発電機Ｇにより消費される燃料を最小限に抑えるように制御する。【選択図】図１
2014005705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良装置の攪拌翼を、複数の発電機から供給される電力によって回転駆動させながら施工対象地盤の中を下降および上昇させて、この下降または上昇の少なくともいずれかの最中に、改良材と施工対象地盤の土とを攪拌混合して、この施工対象地盤を固化させる地盤改良施工に用いる発電機の制御システムであって、
施工対象地盤で予め試験施工した際の前記攪拌翼が下降および上昇するときの深さと必要電力との関係を示す必要電力データが入力された制御装置と、前記攪拌翼の深さ位置を把握する深度検知部とを備え、前記深度検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この深度検知部によるデータと前記必要電力データとに基づいて運転させる発電機の台数を決定し、この決定した台数の発電機を運転させて、前記複数の発電機により消費される燃料を最小限に抑えるように制御することを特徴とする地盤改良施工に用いる発電機の制御システム。
【請求項２】
前記攪拌翼が下降または上昇のいずれの状態であるかを把握する昇降検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この昇降探知部によるデータを含めて前記制御装置に入力されたデータに基づいて運転させる発電機の台数を決定する請求項１に記載の地盤改良施工に用いる発電機の制御システム。
【請求項３】
前記攪拌翼の昇降速度を把握する速度検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この速度検知部によるデータを含めて前記制御装置に入力されたデータに基づいて、それぞれの発電機に対して運転および停止の指令を出すタイミングを決定する請求項１または２に記載の地盤改良施工に用いる発電機の制御システム。
【請求項４】
前記複数の発電機の稼働履歴が予め前記制御装置に入力され、この稼働履歴に基づいて使用時間が少ない発電機の順に早い優先順位を設定し、この優先順位の早い発電機から運転させるように制御する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良施工に用いる発電機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良施工に用いる発電機の制御システムに関し、さらに詳しくは、複数の発電機を電力源として地盤改良工事を行なう際に、発電機による無駄な燃料消費を削減できる地盤改良施工に用いる発電機の制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱土と改良材とを攪拌混合して固化させることにより、軟弱地盤を堅固な地盤に改良するＣＤＭ工法等の地盤改良施工を行なう際には、回転駆動される攪拌翼を備えた地盤改良装置が使用される。この攪拌翼を回転駆動させる駆動モータに電力を供給するには、例えば、複数の発電機を並列運転させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
通常、発電機の使用台数は、攪拌翼の回転負荷が最も大きくなる支持地盤着底時での必要電力を見込んで決定される。換言すれば、支持地盤着底時以外、例えば、柔らかい地盤表層部等を混合攪拌するには、発電機から供給する電力は少なくて済む。したがって、必要電力に応じて運転する発電機の台数を変化させることで、発電機による無駄な燃料消費を削減することが可能である。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、それぞれの発電機の負荷分担割合を適正に維持すること主眼にしていて、発電機の燃料消費を削減することを目的としていなかった。また、発電機に対して運転および停止の指令を出しても、ある程度のタイムラグが生じる。したがって、発電機の運転および停止の切替え作業を手動で行なう場合は、タイミングよく発電機の運転および停止の切替えを行なうことが難しいという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、複数の発電機を電力源として地盤改良工事を行なう際に、発電機による無駄な燃料消費を削減できる地盤改良施工に用いる発電機の制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の地盤改良施工に用いる発電機の制御システムは、地盤改良装置の攪拌翼を、複数の発電機から供給される電力によって回転駆動させながら施工対象地盤の中を下降および上昇させて、この下降または上昇の少なくともいずれかの最中に、改良材と施工対象地盤の土とを攪拌混合して、この施工対象地盤を固化させる地盤改良施工に用いる発電機の制御システムであって、施工対象地盤で予め試験施工した際の前記攪拌翼が下降および上昇するときの深さと必要電力との関係を示す必要電力データが入力された制御装置と、前記攪拌翼の深さ位置を把握する深度検知部とを備え、前記深度検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この深度検知部によるデータと前記必要電力データとに基づいて運転させる発電機の台数を決定し、この決定した台数の発電機を運転させて、前記複数の発電機により消費される燃料を最小限に抑えるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、施工対象地盤で予め試験施工することにより、前記攪拌翼が下降および上昇するときの深さと必要電力との関係を把握して、その関係を示す必要電力データを制御装置に入力しておくので、前記攪拌翼の深さ位置を把握する深度検知部によるデータを前記制御装置に入力することにより、この深度検知部によるデータと前記必要電力データとに基づいて、運転させる発電機の台数を、その時の必要電力を供給できる最小限の台数になるように決定すれば、前記複数の発電機により消費される燃料を最小限に抑えることが可能になる。
【０００９】
ここで、例えば、前記攪拌翼が下降または上昇のいずれの状態であるかを把握する昇降検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この昇降探知部によるデータを含めて前記制御装置に入力されたデータに基づいて運転させる発電機の台数を決定することもできる。これにより、攪拌翼が下降している場合と上昇している場合とでも運転させる発電機の台数を異ならせて、その時の必要電力を供給できる最小限の台数になるように決定すれば、消費される燃料をより効果的に抑えることが可能になる。
【００１０】
また、例えば、前記攪拌翼の昇降速度を把握する速度検知部によるデータが前記制御装置に入力され、この速度検知部によるデータを含めて前記制御装置に入力されたデータに基づいて、それぞれの発電機に対して運転および停止の指令を出すタイミングを決定する仕様にする。この仕様によれば、攪拌翼の昇降速度データを考慮して、それぞれの発電機に対して運転および停止の指示を出すタイミングを決定するので、発電機に運転および停止の指令に対するタイムラグがあっても、目標どおりの深度で発電機の運転および停止の切替えを行なうことが可能になる。
【００１１】
前記複数の発電機の稼働履歴が予め前記制御装置に入力され、この稼働履歴に基づいて使用時間が少ない発電機の順に早い優先順位を設定し、この優先順位の早い発電機から運転させるように制御する仕様にすることもできる。この仕様によれば、それぞれの発電機の稼働時間を均一化することが可能になり、それぞれの発電機の消耗具合を同程度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発電機の制御システムおよびこの制御システムにより制御される地盤改良装置を例示する説明図である。
【図２】図１の制御システムの概要を例示する説明図である。
【図３】深度に応じて運転させる発電機の台数を設定する設定画面を例示する説明図である。
【図４】発電機の運転台数の切替え制御のフローチャートの一部を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の地盤改良施工に用いる発電機の制御システムを実施形態に基づいて説明する。図１、図２に例示する本発明の発電機の制御システム１は、深層混合処理等の地盤改良施工に用いる地盤改良装置７に対して電力を供給する発電機Ｇ（Ｇ１〜Ｇ５）を制御するために使用される。
【００１４】
この地盤改良装置７は、複数の発電機Ｇから供給される電力によって駆動モータ８を回転させることによりシャフト８ａを回転駆動させ、これに伴ってシャフト８ａに取り付けられた攪拌翼９を回転駆動させながら施工対象地盤Ｂの深さ方向に向かって下降させる。その際に、改良材（セメント系硬化剤）を吐出して、改良材と施工対象地盤Ｂの土とを攪拌混合して、攪拌翼９を支持地盤Ｂ１まで下降させ、その後、この攪拌翼９を回転駆動させながら上昇させて地盤上に引き揚げて施工が完了する。この一連の工程によって施工対象地盤Ｂを堅固に改良する。攪拌翼９、シャフト８ａおよび駆動モータ８は、ウインチ１０によるワイヤの巻取りおよび繰出しによって昇降する。
【００１５】
尚、攪拌翼９を回転駆動させながら施工対象地盤Ｂの深さ方向に向かって下降させる際および上昇させる際に、改良材を吐出して、改良材と施工対象地盤Ｂの土とを攪拌混合することもある。或いは、攪拌翼９を回転駆動させながら施工対象地盤Ｂの深さ方向に向かって下降させる際には改良材を吐出せず、上昇させる際のみに改良材を吐出して、改良材と施工対象地盤Ｂの土とを攪拌混合することもある。即ち、本発明は、攪拌翼９を回転駆動させながら施工対象地盤Ｂの中を下降または上昇の少なくともいずれかの最中に、改良材と施工対象地盤の土とを攪拌混合する場合に適用する。
【００１６】
この制御システム１は、制御装置５と、攪拌翼９の深さ位置を把握する深度検知部２とを備えている。制御装置５としては、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。制御装置５には、発電機制御部５ａと運転制御部５ｂとが接続されている。発電機制御部５ａはそれぞれの発電機Ｇに接続されている。運転制御部５ｂは深度探知部２に接続され、深度検知部２により取得されるデータは運転制御部５ｂを介して制御装置５に入力される。
【００１７】
この実施形態では、さらに、攪拌翼９が下降または上昇のいずれの状態であるかを把握する昇降検知部３と、攪拌翼９が下降および上昇する際の昇降速度を把握する速度検知部４を備えている。昇降検知部３および速度検知部４により取得されるデータも運転制御部５ｂを介して制御装置５に入力される。深度検知部２、昇降検知部３および速度検知部４は、ウインチ１０に設けられている。また、制御装置５には表示装置６が接続されている。
【００１８】
制御装置５には、施工対象地盤Ｂにおいて予め本施工と同様に試験施工した際の攪拌翼９が下降および上昇するときの深さと必要電力との関係を示す必要電力データが入力されている。即ち、本施工の前に、施工対象地盤Ｂにおいて、攪拌翼９を回転駆動させながら地盤表層から支持地盤Ｂ１まで下降させた際の攪拌翼９の深さ位置と攪拌翼９の回転駆動に要した必要電力との関係、その後、攪拌翼９を回転駆動させながら支持地盤Ｂ１から地盤表層まで上昇させた際の攪拌翼９の深さ位置と攪拌翼９の回転駆動に要した必要電力との関係が制御装置５に入力されている。
【００１９】
制御装置５は、これら入力されたデータに基づいて運転させる発電機Ｇの台数を決定して、この決定した台数の発電機Ｇを本施工において発電機制御部５ａに指令を出して運転させることで、発電機Ｇによって消費される燃料の総量を最小限に抑えるように制御する。
【００２０】
通常は、攪拌翼９の回転負荷が最も大きくなる支持地盤Ｂ１に着底時での必要電力を見込んで発電機Ｇの最大使用台数（設置台数）を決定する。例えば、試験施工により最大の必要電力を把握しておき、最大の必要電力を不足なく供給できるように、ここでは発電機Ｇの最大使用台数を５台とする。
【００２１】
一方、柔らかい地盤表層部等では、攪拌翼９の回転負荷が相対的に小さいので、必要電力は少なくなる。即ち、深さによって施工対象地盤Ｂの堅さが異なるので、必要電力は異なることになる。
【００２２】
また、攪拌翼９を下降させる際と、上昇させる際とでは、攪拌翼９が同じ深さ位置であっても、施工対象地盤Ｂの堅さが異なっているので、必要電力は異なる。そこで、本発明では、その時点での必要電力を過不足なく供給できる台数の発電機Ｇを運転させる制御を行なうことにより、発電機Ｇによる無駄な燃料消費を削減する。
【００２３】
制御装置５に接続された表示装置６には、例えば図３に示すように、深度（攪拌翼９の深さ位置）に応じて運転させる発電機Ｇの台数を設定する設定画面が表示される。図３の設定画面においては、台数切替箇所ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ６、ｃ７、ｃ８の深度において、運転させる発電機Ｇの台数を切り換えるように設定されている。
【００２４】
図３の設定に基づく本施工では、制御装置５に予め入力されている試験施工で取得した必要電力データに基づいて、必要な台数（例えば２台）の発電機Ｇのエンジンが始動される。これにより並列運転される複数の発電機Ｇから地盤改良装置７の駆動モータ８に電力が供給される。
【００２５】
次いで、改良材を吐出しながら、攪拌翼９を回転駆動させて徐々に深さ方向に下降させ、深度１０ｍ位置（台数切替箇所ｃ１）で運転させる発電機Ｇを３台に切替え、深度１５ｍ位置（台数切替箇所ｃ２）で運転させる発電機Ｇを５台に切替え、深度２０ｍ位置（台数切替箇所ｃ３）で運転させる発電機Ｇを４台に切替え、深度３０ｍ位置（台数切替箇所ｃ４）で運転させる発電機Ｇを５台に切替えて、その後、攪拌翼９が支持地盤Ｂ１に着底するまで５台の発電機Ｇを運転させる。支持地盤Ｂ１まで攪拌翼９を下降させた後は、攪拌翼９を回転駆動させつつ上昇させて、深度３０ｍ位置（台数切替箇所ｃ６）で運転させる発電機Ｇを４台に切替え、深度１５ｍ位置（台数切替箇所ｃ７）で運転させる発電機Ｇを３台に切替え、深度１０ｍ位置（台数切替箇所ｃ８）で運転させる発電機Ｇを２台に切替えて、その後、攪拌翼９を地盤上に引き揚げるまで２台の発電機Ｇを運転させる。
【００２６】
具体的には、攪拌翼９の回転負荷が大きい場所では運転させる発電機Ｇの台数を増やし、回転負荷が小さい場所では運転させる発電機Ｇの台数を減少させるようにして、深度（必要電力）に応じて、運転させる発電機Ｇの台数を変化させて施工を行なう。運転させる発電機Ｇの台数を、その時の必要電力を供給できる最小限の台数になるように設定すれば、使用する全ての発電機Ｇによって消費される燃料の総量を最小限に抑えることができて、発電機Ｇによる無駄な燃料消費を削減できる。
【００２７】
運転させる発電機Ｇの台数を切り換え制御は、例えば、図４に示すフローチャートのように、まず、それぞれの台数切替箇所にチェックが入っているか否かを判断する。ここでは、台数切替箇所ｃ２にチェックが入っているか否かを判断して、チェックが入っていなければ、そのまま次の台数切替箇所ｃ３にチェックが入っているか否かを判断する段階に進む。一方、台数切替箇所ｃ２にチェックが入っていると、現在の攪拌翼９の深度Ｈが設定したＨ２（深度１５ｍ）よりも浅いか深いかを判断する。Ｈ２よりも浅ければそのまま所定時間待機して、攪拌翼９が下降するのを待つ。所定時間待機した後は、再度、現在の攪拌翼９の深度ＨがＨ２よりも浅いか深いかを判断して、浅ければ、再度、所定時間待機する。一方、現在の攪拌翼９の深度ＨがＨ２より深ければ、運転させる発電機Ｇの台数切替ａ２を実行して、運転させる台数を３台から５台に切り換える。
【００２８】
運転させる発電機Ｇの台数の切り換え制御を行なう際には、攪拌翼９が現在、下降しているのか、或いは、上昇しているのかを知らせるデータが昇降検知部３から運転制御部５ｂを介して制御装置５に入力される。また、攪拌翼９の現在の深さ位置（深度）を知らせるデータが深度検知部２から運転制御部５ｂを介して制御装置５に入力される。
【００２９】
尚、昇降検知部３を省略して、必要電力データおよび深度検知部２によるデータのみに基づいて運転させる発電機Ｇの台数を決定する仕様にすることもできる。即ち、攪拌翼９の下降または上昇を問わずに攪拌翼９の深度に基づいて、運転させる発電機の台数を切り換える制御を行なうこともできる。この制御によっても、発電機Ｇによる無駄な燃料消費を削減できるが、この実施形態のように昇降検知部３によるデータも利用すると、攪拌翼９が下降している場合と上昇している場合とでも運転させる発電機Ｇの台数を異ならせた一段と詳細な制御ができる。これにより、発電機Ｇにより消費される燃料をより効果的に抑えることが可能になる。
【００３０】
ところで、運転する発電機Ｇの台数の切り換え制御をする際に、個々の発電機Ｇに対して運転および停止の指令を出しても、実際にその発電機Ｇが運転を開始および運転を停止するまでには、ある程度のタイムラグが生じる。そこで、それぞれの発電機Ｇに対して運転および停止の指令を出すタイミングは、このタイムラグを考慮して決定することが好ましい。即ち、それぞれの深度（台数切替箇所）に攪拌翼９が到達する時点よりもタイムラグの分だけ早めに運転および停止の指令を出す。
【００３１】
例えば、速度検知部４によって、下降あるいは上昇する攪拌翼９の昇降速度を把握して昇降速度データを制御装置５に入力し、この昇降速度データを考慮して、それぞれの発電機Ｇの運転および停止の指令を出すタイミングを決定する。攪拌翼９の昇降速度が定速度であれば、設定したそれぞれ深度（台数切替箇所）に攪拌翼９が到達する時点は既知となるので、その到達時点からタイムラグの分だけ前の時点で運転および停止の指令を出すようにする。
【００３２】
これにより、発電機Ｇに運転および停止の指令に対するタイムラグがあっても、タイミングよく目標どおりの深度（台数切替箇所）において、発電機Ｇの運転および停止の切替えを行なうことが可能になる。
【００３３】
複数の発電機Ｇを使用する場合、使用時間が長い発電機Ｇは、使用時間の短い発電機Ｇよりも機械消耗が大きくなる。そのため、特定の発電機Ｇに偏ることなく、すべての発電機Ｇの使用時間を均等化することが好ましい。そこで、それぞれの発電機Ｇの稼働履歴（例えば、その施工現場での累積使用時間）を予め制御装置５に入力しておく。この稼働履歴に基づいて使用時間が少ない発電機Ｇの順に早い優先順位を設定する。そして、運転させる発電機Ｇの台数の切り換え制御では、優先順位の早い発電機Ｇから運転させるように制御する。
【００３４】
例えば、発電機Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５の順で使用時間が少なければ、図３の設定で施工を行なう場合、まず、発電機Ｇ１、Ｇ２の２台を始動させる。次いで、深度１０ｍ位置（台数切替箇所ｃ１）で発電機Ｇ３を運転させ、深度１５ｍ位置（台数切替箇所ｃ２）で発電機Ｇ４およびＧ５を運転させ、深度２０ｍ位置（台数切替箇所ｃ３）で発電機Ｇ５を停止させ、深度３０ｍ位置（台数切替箇所ｃ４）で発電機Ｇ５を運転させる。同様に、深度３０ｍ位置（台数切替箇所ｃ６）で発電機Ｇ５を停止させ、深度１５ｍ位置（台数切替箇所ｃ７）で発電機Ｇ４を停止させ、深度１０ｍ（台数切替箇所ｃ８）で発電機Ｇ３を停止させて、以後、２台の発電機Ｇ１、Ｇ２を運転させる。
【００３５】
これにより、それぞれの発電機Ｇの稼働時間を均一化することが可能になり、それぞれの発電機Ｇの消耗具合を同程度にできる。
【実施例】
【００３６】
図１に例示した地盤改良装置と同様の装置を用いて、ある軟弱地盤を深度４４ｍの支持地盤まで地盤改良施工した際に、以下の従来例と実施例を行なった。
従来例：攪拌翼を回転駆動させるために施工中を通じて３台の発電機を運転させた。
実施例：攪拌翼を回転駆動させるために本発明を適用して、攪拌翼を下降および上昇させる際に、地盤表層から深度２０ｍの区間は２台の発電機を運転させ、深度２０ｍから支持地盤の区間は３台の発電機を運転させた。
その結果、実施例は従来例に比して、発電機による消費燃料の総量が５％以上削減できることが確認された。
【符号の説明】
【００３７】
１  制御システム
２  深度検知部
３  昇降検知部
４  速度検知部
５  制御装置
５ａ  発電機制御部
５ｂ  運転制御部
６  表示装置
７  地盤改良装置
８  駆動モータ
８ａ  シャフト
９  攪拌翼
１０  ウインチ
Ｇ、Ｇ１〜Ｇ５  発電機
Ｂ  施工対象地盤
Ｂ１  支持地盤
【図１】
2014005705.tif 000003
【図２】
2014005705.tif 000004
【図３】
2014005705.tif 000005
【図４】
2014005705.tif 000006