(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇シリンダと下降シリンダとを鉛直に並設し、上昇シリンダで実荷を上昇させ、下降シリンダで空荷を下降させる場合において、油タンクからポンプを介して高圧にした油圧を前記下降シリンダの上部に供給してロッドを下降させると共に、このロッドの下降に伴って下降シリンダの下部から排出された油を前記上昇シリンダの下部に供給してロッドを上昇させ、このロッドの上昇に伴って上昇シリンダの上部から排出された油を前記油タンクに戻す循環経路を構成した油圧回路。
【請求項２】
上昇シリンダと下降シリンダとを鉛直に並設し、上昇シリンダで実荷を上昇させ、下降シリンダで空荷を下降させる場合において、ポンプを介して高圧にした油圧を前記上昇シリンダの下部に供給してロッドを上昇させると共に、このロッドの上昇に伴って上昇シリンダの上部から排出された油を前記下降シリンダの上部に供給してロッドを下降させ、このロッドの下降に伴って下降シリンダの下部から排出された油を前記ポンプに戻し、且つこの油戻し管の途中を分岐し逆止弁を介して油タンクを接続した構成の油圧回路。
【請求項３】
大深度立坑底部でトンネル掘削時に発生したズリを、この立坑より地上へ搬出する際、ズリ搬送用の大容量容器を上昇シリンダ及び下降シリンダでバケツリレー式により上下搬送する搬送装置において、請求項１又は請求項２に記載の油圧回路を備えた搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダの戻り油を有効利用した油圧回路及びその油圧回路を備えた搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダは、油タンク内の油を油圧ポンプで高圧にしてシリンダ内に送り込み、ロッドを伸縮させることで使用に供されている。ロッドを伸ばす作業でも、ロッドを縮める作業でも油圧シリンダの入出力経路が逆転するだけで、その時の負荷に応じたエネルギーは必要である。シリンダを鉛直に配置し、重力とは逆方向つまり上向きに負荷を移動させる場合は、負荷の位置エネルギーに相当する油圧エネルギーが必要である。逆に重力方向（下向き）に負荷を移動させる場合では特に油圧エネルギーを必要としない。
例えば、図４のように鉛直に配置された上昇シリンダＡと下降シリンダＢとを同期運転させて大深度立坑底部でトンネル掘削時に発生したズリ（土砂、岩石等の屑）を、この立坑より地上へ搬出する際、ズリ搬送用の大容量容器（以下、バケット）を油圧シリンダでバケツリレー式により揚重する場合を考えると、油タンクＣ内の油をポンプＤを介し高圧Ｐ0 にして上昇シリンダＡに送り込み、ロッドＥを伸ばして負荷Ｆ（ズリを収容したバケット）を上昇移動させ、このロッドＥの上昇に伴って上昇シリンダＡから排出された油を下降シリンダＢに送り込み、ロッドＧを縮めて負荷Ｈ（ズリを放出した空バケット）を下降移動させ、このロッドＧの下降に伴って下降シリンダＢから排出された油を前記油タンクＣ内に戻す循環経路が構成される。ＩはタンクＣへの戻し管の途中に設けられた流量調整弁である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の油圧回路において、上昇シリンダＡには負荷Ｆの位置エネルギーに相当する油圧エネルギーが必要であり、この必要な油圧エネルギーはポンプＤにより付加され、一方負荷Ｈを下降させる下降シリンダＢには特に油圧エネルギーを必要とせず、逆に負荷Ｈの重量に相当する位置エネルギーが付加されることになる。
しかしながら、この負荷Ｈによる位置エネルギーは下降シリンダＢからタンクＣに戻る油と共に無駄に費消されてしまうため何ら有効利用されていない。
【０００４】
本発明は、このような負荷Ｈによる位置エネルギーの有効利用に鑑みてなされたもので、つまり空バケット重量に相当する位置エネルギー分を上昇シリンダの油圧に還元してエネルギー効果の向上を図った油圧回路及びその油圧回路を備えた搬送装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための具体的手段として、本発明は、上昇シリンダと下降シリンダとを鉛直に並設し、上昇シリンダで実荷を上昇させ、下降シリンダで空荷を下降させる場合において、油タンクからポンプを介して高圧にした油圧を前記下降シリンダの上部に供給してロッドを下降させると共に、このロッドの下降に伴って下降シリンダの下部から排出された油を前記上昇シリンダの下部に供給してロッドを上昇させ、このロッドの上昇に伴って上昇シリンダの上部から排出された油を前記油タンクに戻す循環経路を構成した油圧回路を要旨とする。
又、上昇シリンダと下降シリンダとを鉛直に並設し、上昇シリンダで実荷を上昇させ、下降シリンダで空荷を下降させる場合において、ポンプを介して高圧にした油圧を前記上昇シリンダの下部に供給してロッドを上昇させると共に、このロッドの上昇に伴って上昇シリンダの上部から排出された油を前記下降シリンダの上部に供給してロッドを下降させ、このロッドの下降に伴って下降シリンダの下部から排出された油を前記ポンプに戻し、且つこの油戻し管の途中を分岐し逆止弁を介して油タンクを接続した構成の油圧回路を要旨とする。
更に、大深度立坑底部でトンネル掘削時に発生したズリを、この立坑より地上へ搬出する際、ズリ搬送用の大容量容器を上昇シリンダ及び下降シリンダでバケツリレー式により上下搬送する搬送装置において、上記いずれかの油圧回路を備えた搬送装置を要旨とするものである。
このように構成した油圧回路により、下降シリンダでの空荷重量に相当する位置エネルギー分を上昇シリンダの油圧に還元でき、油圧ポンプにより発生させる油圧エネルギーを減少させることでエネルギー効果が改善され、搬送装置の電気使用量も減少させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳説する。
図１は、本発明に係る油圧回路の実施形態を示すもので、１は上昇シリンダ、２は下降シリンダであり、共に鉛直方向をなして並設されている。３は油タンクであり、ポンプ４と送油管５で接続され、ポンプ４と前記下降シリンダ２の上部に設けられた油入口２ａとは給油管６で接続されている。又、下降シリンダ２の下部に設けられた油出口２ｂと前記上昇シリンダ１の下部に設けられた油入口１ａとは連絡管７により接続され、更に上昇シリンダ１の上部に設けられた油出口１ｂと前記油タンク３とは戻し管８で接続され循環経路が形成されている。
【０００７】
このように構成された油圧回路において、上昇シリンダ１のロッド１ｃの上部に載置された負荷Ｗ0 （例えば、ズリを収容した大容量のバケット）を上昇させるに必要な油圧をＰ0 とすると、前記下降シリンダ２から上昇シリンダ１に通じる連絡管７内の油圧がＰ0 であることが必要である。
【０００８】
前記油タンク３からの油をポンプ４で高圧にして下降シリンダ２の油入口２ａに送り込む給油管６内の油圧をＰ1 とすると、この油圧Ｐ1 は前記連絡管７内の油圧Ｐ0 より低圧（Ｐ1 ＜Ｐ0 ）で良い。油圧Ｐ1 を下降シリンダ２の油入口２ａに送り込むと、下降シリンダ２のロッド２ｃは下降され、その下降の際に上部に載置された負荷Ｗ1 （例えば、ズリを放出した空のバケット）の位置エネルギーが加わって下降シリンダ２の油出口２ｂから連絡管７に排出される油圧がＰ0 となるからである。
【０００９】
下降シリンダ２に送り込む油圧Ｐ1 は、係数α（０≦α≦１）、下降シリンダの受圧面積比βとすると、Ｐ1 ＝（１−α）×β×Ｐ0 となり、それに必要な前記ポンプ４の動力Ｐ2 は、Ｐ2 ＝（１−α）×β×Ｐ0 ×Ｑ／βとなる。ここで、Ｑは所定の速度を得るのに必要な油流量である。従って、下降シリンダ２に注油するにはＰ0 より低圧でβ分の１の流量で良いことになる。
但し、配管抵抗及びシール抵抗（通常５％以内）はないものとする。又、ポンプ４、下降シリンダ２の耐圧性としてはＰ1 が必要である。通常α＝０．１〜０．５、β＝１．５〜２程度であり、α＝０．５、β＝２の場合には、ポンプ４、下降シリンダ２の耐圧性は従来通りで良い。
【００１０】
図２は、本発明に係る油圧回路の他の実施形態を示すもので、上昇シリンダ１１と下降シリンダ１２とが共に鉛直方向をなして並設され、ポンプ１４と上昇シリンダ１１の下部に設けられた油入口１１ａとは給油管１６で接続され、上昇シリンダ１１の上部に設けられた油出口１１ｂと下降シリンダ１２の上部に設けられた油入口１２ａとは連絡管１７により接続され、下降シリンダ１２の下部に設けられた油出口１２ｂと前記ポンプ１４とは戻し管１８で接続され、更にこの戻し管１８の途中を分岐し送油管１５及び逆止弁１９を介して油タンク１３が接続されている。
【００１１】
このように構成された油圧回路において、前記ポンプ１４により油タンク１３からの油を高圧Ｐ0 にして上昇シリンダ１１に送り込み、ロッド１１ｃを伸ばしてその上に載置された重い負荷Ｗ0 を上昇させ、この上昇に伴って上昇シリンダ１１の油出口１１ｂから排出された油を連絡管１７を介して下降シリンダ１２に送り込み、ロッド１２ｃを縮めてその上に載置された軽い負荷Ｗ1 を下降させ、この下降に伴って下降シリンダ１２の油出口１２ｂから排出された油を戻し管１８を介してポンプ１４に戻す。
【００１２】
前記戻し管１８内の油圧は、前記負荷Ｗ1 の下降による位置エネルギーが付加されるため、その分油圧が高くなっており、ポンプ１４により再度油圧Ｐ0 に高める際にポンプ動力を低減させることができる。従って、戻り油を有効利用することが可能となる。その時のポンプ動力Ｐ3 は、Ｐ3 ＝Ｐ0 ×（１−α）×Ｑとなる。但し、ポンプ１４の注入側に圧油が作用することになる。
【００１３】
図３は、本発明に係る油圧回路を備えた搬送装置の一例を示すもので、地下式揚水発電所等で大深度、大容量の掘削ズリをバケツリレー式で地上に揚重する場合であって、大深度の掘削孔２１の全揚程を複数の小揚程区間Ｌ（１０〜１５ｍ）に区分し、各小揚程区間Ｌに第１のリフト２２と第２のリフト２３とを配設する。
【００１４】
前記第１のリフト２２は油圧式の駆動用シリンダ２４により、第２のリフト２３は駆動用シリンダ２５によりそれぞれ一定のストロークでガイドレール（図略）に沿って上下動可能に形成され、上部にはパレット２６を介してズリを収納したバケット２７を載置できるようにしてある。又、第１のリフト２２と第２のリフト２３との上部には、前記パレット２６を押すための押出用シリンダ２８と、パレット２６に着脱する固定用ピン２９がそれぞれ設けられている。
このように構成されたリフト機構はユニット化し、このユニットを各小揚程区間Ｌに装着することで全揚程に沿って連続した搬送装置とすることが好ましい。
【００１５】
次に、この搬送装置を用いてズリを揚重する方法について説明する。図３(A) を初期状態とすると、各小揚程区間Ｌにおいて第１のリフト２２にはパレット２６を介してズリを収納したバケット２７がそれぞれ載置され、前記駆動用シリンダ２４は短縮し、駆動用シリンダ２５は伸長し、第１のリフト２２は小揚程区間Ｌの下端部に、第２のリフト２３は上端部にそれぞれ位置している。
【００１６】
この初期状態から駆動用シリンダ２４、２５を作動させると、図３(B) のように第１のリフト２２は上昇し、同時に第２のリフト２３は下降し、それぞれ一定のストローク移動後に停止させると図３(C) のように各小揚程区間Ｌの中間位置で第１のリフト２２と第２のリフト２３とが向き合った状態となる。
【００１７】
この後、第１のリフト２２で固定用ピン２９を下げてパレット２６の固定を解除すると共に、図３(D) のように前記押出用シリンダ２８を作動させてパレット２６を押し出し、第２のリフト２３にそれぞれ受け渡す。すると、図３(E) のように第２のリフト２３では固定用ピン２９を上げてパレット２６を固定し、第１のリフト２２では押出用シリンダ２８が後退する。これにより、パレット２６の受け渡しが完了し、前記バケット２７はそれぞれ第２のリフト２３上に載置される。この受け渡し完了後に、前記駆動用シリンダ２４、２５を作動させると、図３(F) のように第１のリフト２２は下降し、同時に第２のリフト２３は上昇し、一定のストローク移動後に停止させるとそれぞれ元の位置に復帰する。
【００１８】
次いで、第２のリフト２３で固定用ピン２９を下げてパレット２６の固定を解除すると共に、図３(H) のように第２のリフト２３の押出用シリンダ２８を作動させてパレット２６を押し出し、直上の小揚程区間における第１のリフト２２にそれぞれ受け渡す。すると、図３(I) のように第１のリフト２２では固定用ピン２９を上げてパレット２６を固定し、第２のリフト２３では押出用シリンダ２８が後退する。
【００１９】
これにより、前記バケット２７は各小揚程区間Ｌの下端部から上端部まで上昇し、つまり各小揚程区間Ｌの高さ分だけ揚重されたことになる。これに引き続いて、図３(B) 〜(I) までを１工程とし、この工程を必要回数繰り返すことでバケット２７を掘削孔２１に沿ってリレー式に全揚程上昇させ、ズリを地上に揚重することができる。
図３は上昇過程の説明図であり、下降過程は図示されていないが同様の設備が平行して存在する。図３の例では、シリンダストロークが６ｍであり、１０００ｍ／６ｍ×２（上下）＝３３４本の５０トン油圧シリンダが同時に作動することになる。
【００２０】
この搬送装置における前記駆動用シリンダ２４、２５に本発明に係る油圧回路を用い、下降時に発生した油圧を上昇用の油圧源として利用することにより、上昇に必要な油圧エネルギーをその分相殺させることができる。従って、油圧ポンプにより発生させる油圧エネルギーを減少させることができ、電気使用量も少なくなる。ちなみに、地下深度１０００ｍの掘削ズリ１０００万ｍ3 を１０００日（１日２０時間稼働）で地上に揚重する場合には、油圧ユニットの総出力が２００００ｋＷ程度になることが分かっている。今、出力の１割だけ改善できると仮定仮定して試算すると、
２００００ｋＷ×１０００日×２０Ｈｒ／日×約２０円／ｋＷｈ×０．１    ＝約８億円の電気料金コストダウンが可能となる。
【００２１】
尚、本発明に係る油圧回路は地下揚水発電所等の搬送装置に限らず、垂直連続輸送装置等その他広く適用することが可能である。又、上昇、下降それぞれ複数の油圧シリンダを使用する場合でも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る油圧回路は、油圧シリンダの下降時に発生する位置エネルギーを有効利用できるため、電気使用量の大幅なコストダウンが期待できる。又、シリンダの油温上昇が少なく、シール材等の寿命が延び、抗内の温度環境も良くなる等の効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油圧回路の実施形態を示す回路構成図
【図２】本発明に係る油圧回路の他の実施形態を示す回路構成図
【図３】本発明に係る油圧回路を備えた搬送装置の一例を示す説明図
【図４】従来例の説明図
【符号の説明】
１…上昇シリンダ
２…下降シリンダ
３…油圧タンク
４…ポンプ
５…送油管
６…給油管
７…連絡管
８…戻し管
１１…上昇シリンダ
１２…下降シリンダ
１３…油圧タンク
１４…ポンプ
１５…送油管
１６…給油管
１７…連絡管
１８…戻し管
１９…逆止弁
２１…掘削孔
２２…第１のリフト
２３…第２のリフト
２４、２５…駆動用シリンダ
２６…パレット
２７…バケット
２８…押出用シリンダ
２９…固定用ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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