(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のアクチュエータを装備したロックドリルと、該ロックドリルを掘削方向および逆方向にフィードするフィードモータと、液圧ポンプおよび該ポンプに接続され液圧流体を各アクチュエータおよび前記フィードモータに供給する液圧流体チャネルと、液圧流体タンクに通じ該液圧流体タンクに液圧流体を戻す復路チャネルと、液圧流体の流れを各アクチュエータおよび前記フィードモータに向けるバルブとを含む液圧式削岩機制御方式において、該方式は、前記フィードモータに供給される液圧流体の圧力に従って少なくとも１個のアクチュエータに供給される液圧流体の圧力を制御するため掘削中に接続される圧力比バルブを含み、これにより、少なくとも前記フィードモータに供給される液圧流体の圧力が設定値を超えた場合、前記圧力比バルブは、前記アクチュエータに流入する液圧流体の圧力を制御し、前記アクチュエータに供給される液圧流体の圧力にフィード圧力の変化による圧力変化を生じさせ、この変化は、前記フィードモータに供給される液圧流体内の圧力変化に対し、前記圧力比バルブによって決定される一定の関係を有することを特徴とする液圧式削岩機制御方式。
【請求項２】
請求項１に記載の方式において、前記圧力比バルブは、掘削中に液圧流体を前記フィードモータに供給する液圧流体チャネルと、液圧流体を前記アクチュエータに導く液圧流体チャネルとの間に接続されていることを特徴とする方式。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方式において、該方式は、別個の圧力制限バルブを含み、該バルブは、前記アクチュエータに流入する液圧流体の圧力を、前記圧力比バルブによって前記アクチュエータに向けられる液圧流体の圧力値が最小圧力制限値を超えない限り、前記設定最小値に保持することを特徴とする方式。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方式において、前記圧力比バルブは交換可能なバルブであることを特徴とする方式。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方式において、前記圧力比バルブは、前記フィードモータに供給される液圧流体の圧力に対する制限値の設定に使用可能な制御器を含み、該制限値以上において前記圧力比バルブは前記アクチュエータに流入する液圧流体の圧力を調節することを特徴とする方式。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の方式において、該方式は、相異なる圧力関係を有する数個の圧力比バルブと、所要の圧力関係に対応する圧力比バルブの選択に使用可能な別の制御バルブとを含むことを特徴とする方式。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の方式において、前記アクチュエータに供給される液圧流体の圧力を制御するため、各アクチュエータがそれぞれの圧力比バルブを有することを特徴とする方式。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の方式において、前記アクチュエータのうち少なくとも１個は打撃器であることを特徴とする方式。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方式において、前記アクチュエータのうち少なくとも１個はシャンク安定器であることを特徴とする方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は液圧式削岩機制御方式に関するものである。本方式は、少なくとも１個のアクチュエータを装備したロックドリルと、ロックドリルを掘削方向および逆方向にフィードするフィードモータと、液圧ポンプおよびそれに接続され液圧流体を各アクチュエータおよびフィードモータに供給する液圧流体チャネルと、液圧流体タンクに通じ液圧流体タンクに液圧流体を戻す復路チャネルと、液圧流体の流れを各アクチュエータおよびフィードモータに向けるバルブとを含む。
【０００２】
掘削効果の改善ならびに機器の破損防止を目的として、様々な削岩制御方法が用いられてきた。多くの場合、その意図するものは、コストおよび生産性両面の目的を満足するように掘削工程を何らかの方法で最適化することである。すべてに共通する原則は、カラーリング中は低いフィード速度および打撃力を用い、カラーリングの完了時にフィード速度および打撃力をフルに切り替えることである。この切替はカラーリング時の値から通常の掘削時の値に直接移行させるか、または両者の間を適当な勾配で移行させて行なわれる。
【０００３】
公知の掘削制御方法では、フィード圧力と打撃機構圧力との関係は、両者間の圧力差が一定に保たれるように調整されている。また、打撃機構圧力およびフィード圧力の両者がロックドリル回転モータの流体圧力に追随するように接続された方式もある。
【０００４】
公知の方式には幾つかの欠点がある。打撃およびフィードの圧力間の一定の圧力差をベースに調整を行う場合は、広範な掘削力範囲にわたる適切な動作が得られない。したがって、掘削動作範囲の限界でアンダーフィードまたはオーバーフィードのいずれかを生じることになる。これは特にフィード圧力と打撃機構圧力との値間の差が大きい場合に生じる。一方、圧力値の差が小さいことは、たとえば軟質の岩盤によってフィード圧力が低下した場合に打撃圧力が最小設定値以下に低下する原因になり易く、このため掘削上の問題が生じる。
【０００５】
米国特許第4,074,771号は、手動制御レバーを用いてフィード調節を行う方式を提供している。前記特許では打撃機構の動作がフィードモータ圧力に追随するように設定されていて、これによりフィードモータ圧力が設定制限値を超えた時に打撃機構内の液圧がフィード圧力に従って上昇する。前記特許では通常の掘削中は制御レバーの最大位置によりフィードおよび打撃力の最大値が得られるとしている。この状態で、回転モータの液圧もまたフィード圧力に追随するように接続されているため、仮にフィード圧力が減少すれば回転力も減少する。前記特許に提示された方式は複雑であり、その掘削中の動作も最適とはいえない。フィード、打撃および回転動作が同時に調整されるように接続されている場合、たとえばカラーリングが難しいといった問題が発生する。
【０００６】
本発明は、掘削作業をあらゆる局面で容易かつ効率的に実施でき、また操作員の取り扱い上の複雑さがない削岩機制御方式を提供することを目的とする。本発明に係る方式は、フィードモータに供給される液圧流体の圧力に従い、少なくとも１個のアクチュエータに供給される液圧流体の圧力を制御するため、掘削中に接続される圧力比バルブを含むことを特徴とし、これにより、少なくともフィードモータに供給される液圧流体の圧力が設定値を超えた時に、圧力比バルブは、アクチュエータに流入する液圧流体の圧力を制御し、アクチュエータに供給される液圧流体の圧力にフィード圧力の変化によって圧力変化を生じさせ、この変化は、フィードモータに供給される液圧流体内の圧力変化に対し、圧力比バルブによって決定される一定の関係を有することとなる。
【０００７】
本発明の根本思想は、打撃機構および／またはシャンク安定器などのアクチュエータへの圧力チャネル内と、フィード機構への圧力チャネル内との圧力の関係を圧力比バルブを用いて制御し、前記アクチュエータおよびフィード機構の圧力関係を通常の掘削範囲内で一定に維持することにある。本発明の好適な他の実施例では、アクチュエータの圧力チャネルに接続された別個の圧力リリーフバルブが設けられていて、このバルブは、圧力比バルブがアクチュエータの圧力をフィード機構の圧力に関連して設定された最小圧力値より低く調整する場合に、アクチュエータへの液圧を前記最小圧力値に保持する。
【０００８】
本発明に係る方式の利点は、打撃およびフィード機能、または他のアクチュエータおよびフィード機能が、高出力時と同様に低出力時においても、相互に一層適切な関係に保たれることである。他の利点としては、簡単な圧力比バルブを制御機の表面部に設けることにより、装置特性および掘削条件上の要求に応じて所要の圧力関係に変更することが容易かつ迅速に行えることである。本発明の好適な実施例はさらに利点を有し、これは、最小圧力バルブを用いる場合、たとえば、適切な条件下では非常に低い出力でも打撃機構が動作するような打撃機構最小圧力に設定する可能性を提供できることである。
【０００９】
以下、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は削岩機制御用の液圧接続系統図である。本方式は、好ましくは圧力制御式流量ポンプである液圧ポンプ１を含む。本方式はまた、この場合に本発明に係るアクチュエータとなる打撃器２と、液圧ポンプ１から供給される液圧流体により駆動されるフィードモータ３とを含む。フィードモータ３は、液圧モータまたはシリンダのいずれかを用いることもできるが、本出願および各請求項では、いずれもフィードモータとして表す。フィードモータの動作を制御するため、減圧バルブ４が液圧ポンプからの液圧流体チャネルに接続されていて、これは液圧流体圧力を接続系統内の各制御バルブの動作に適するレベルまで低下させることを目的としている。減圧バルブ４からは制御圧力チャネル５が出ていて、フィードモータのフィード制御を行うフィード制御バルブ６へと導かれる。フィード制御バルブ６は、その位置、すなわち流出する液圧流体の圧力が制御レバー6aによって制御されるといった公知の圧力制御バルブである。制御レバー6aはその中央位置、すなわちニュートラル位置から矢印Ａで示す両方向に移動可能であり、これにより同一の制御器を用いて前方および後方へのフィードの両方を制御可能にしている。２本のフィード制御チャネル7aおよび7bがフィード制御バルブ６から出ていて、これらはフィード制御バルブ８を制御するよう接続されている。フィード制御バルブ８は二方向比例制御バルブであり、これを通過する液圧流体の流れはバルブに作用する制御圧力に比例する。フィード制御バルブ８にはまた、液圧ポンプに直接接続されたフィード圧力チャネル９が接続されていて、フィード制御バルブ８により制御された液圧流体をフィードモータ３へと導く。
【００１１】
フィード制御バルブ８から液圧流体タンク10に向かう復路チャネル11はフィードモータ３からの液圧流体の復流を液圧流体タンクに導く。また２本のフィードモータチャネル12a、12bがフィードモータ３からフィード制御バルブ８に接続されていて、これらは、フィード制御バルブ８の制御によってフィードモータ３を所要の方向に動作させるために用いられる。液圧流体がフィード制御バルブ６によりチャネル7aに向けられた場合は、これによってフィードモータ３がロックドリルおよびドリルロッドを前方にフィードする。同様に、制御レバー6aが反対方向に回転された場合は、制御圧力チャネル7bが加圧され、フィード制御バルブ８が移動してフィードモータ３に復帰動作をさせる位置になる。フィードモータ３により生じる移動速度はチャネル7aまたは7b内の到達圧力値に比例するため、制御レバー6aの位置を変更することにより所要の移動速度が得られる。
【００１２】
打撃チャネル13は液圧ポンプ１からの高圧の液圧流体を打撃バルブ14へ導き、打撃バルブは液圧流体を打撃器２に流す接続として使用可能である。打撃器２からは、別の液圧流体復路チャネルが液圧流体タンク10に向かっている。打撃バルブ14は別の打撃制御バルブ15により制御される。これは、たとえば制御レバー15aをそのニュートラル位置から矢印Ｂで示す方向の他の位置へ回転することにより行なわれ、これによってチャネル15b内の制御圧力がバルブ14を開いて液圧流体を打撃器２に流入させる。
【００１３】
打撃器の打撃圧を制御するため、打撃器の液圧チャネルはスロットル16を有する。スロットル16は制御チャネル17を経て圧力比バルブ18およびこれと直列接続されている最小圧力制限バルブ19に接続されている。チャネル17はまた、シャトルバルブ20を経て液圧ポンプの流量制御チャネル21に接続されている。
【００１４】
フィードモータチャネル12aおよび12bは圧力制御式切替バルブ22に接続されていて、このバルブはバルブを制御するために接続されたフィード制御チャネル7cを備えている。バルブ22はまた、フィード圧力制御バルブ23に接続されている。バルブ22は、フィード圧力制御バルブ23をフィードモータチャネルに常時接続し、フィードモータチャネルに沿ってフィードモータ３からの無圧の液圧流体が戻る。フィード制御バルブ８からは、加圧された液圧流体がスロットル24を経てチャネル25に流入し、フィード圧力制御バルブ23に接続される。さらにチャネル25はシャトルバルブ20を経て液圧ポンプ１の圧力制御チャネル21に接続される。
【００１５】
図１はまた、制御チャネル17と液圧流体タンク10に通じるチャネルとの間に接続された圧力リリーフバルブ26を示す。バルブ26は、打撃器２に供給される最大圧力が最大許容動作圧力を超えないよう設定された値に制限する。したがって、打撃器に供給される液圧流体圧力がこの設定制限値以下である時は、バルブ26は動作しない。
【００１６】
次にシステムの動作を説明する。掘削開始とともに、打撃制御圧力が打撃制御バルブ15から接続され、これにより打撃バルブ14はその位置を変化させて液圧流体を液圧ポンプからチャネル13を通じて打撃器２に流す。この状態では、打撃器の最小圧力は圧力制限バルブ19によって決定されたレベルを想定している。フィード制御バルブ６がフィードモータ３への液圧流体の流れを増加させるように用いられると、掘削抵抗に起因する反力がフィードモータ３に流入する液圧流体の圧力を増大させる。これは他方では、チャネル25内の圧力を同時に増大させる原因となり、圧力比バルブ18が打撃器２の液圧流体圧力を一定の関係で増大させることとなる。フィードモータ３への圧力が増大するにつれて、圧力比バルブ18によって調整される圧力値は、ある点で圧力制限バルブ19によって設定された最小圧力制限値を超える。この時点で、打撃器に流入する液圧流体の圧力は、結果として得られた圧力値が前記最小圧力値を上回っている限り、圧力比バルブ18によって制御された一定の関係を有するフィードモータへの圧力値に追随する。しかしながら、得られた圧力値が最大許容安全動作圧力を超える場合には、圧力リリーフバルブ26が打撃器への圧力を前記最大圧力値に制限することとなる。
【００１７】
最小圧力制限バルブ19は、本発明が想定している一定の圧力値を維持するものであれば、いかなるタイプの圧力制限バルブであってもよい。同様に、圧力比バルブ18も、それが２本の液圧流体チャネル間の圧力関係を少なくとも本質的に一定に維持するものである限り、いかなる構造のバルブであってもよい。これは望ましくは、圧力関係がバルブスプールの表面積の逆関係により決定されるような圧力比バルブを用いることによって達成される。プラグ状カートリッジバルブを圧力比バルブとして用いることにより、機器または掘削条件が必要とする所要のフィード／打撃圧力関係を容易に変更することができる。また、異なる圧力関係を有する数個のバルブが適当なバルブブロック内に装備されていて、適当なバルブセットが所要の圧力比バルブを選択するために接続されるとすれば、圧力関係は、手動または自動的な最適接続により選択することができる。
【００１８】
図２は本発明の図１に示す実施例によって達成される圧力曲線図を示したものである。図中の下の曲線Ａはフィードモータに供給される液圧流体圧力を示し、上の曲線Ｂは打撃器に供給される液圧流体圧力を示す。図示するように、曲線Ａで表されるフィード圧力は低い値からスタートしフィードの増加につれて一定の角度αで上昇し、同様にフィードの減少につれて下降する。一方、打撃圧力は最初は設定最小圧力値Ｐminに置かれていて垂直線Ｃで示す点の直後に角度βの方向に上昇を始める。したがって、この状態ではフィード圧力Ａと打撃圧力Ｂとの関係は一定に保たれている。破線Ｂ’、すなわち曲線Ｂの延長線で示すように、掘削開始時に圧力比バルブ18によって制御が行われるとすれば、打撃圧力はより低い値になり得るが、最小圧力制限バルブ19により破線の上部の最小値に保持される。
【００１９】
フィード圧力がさらに上昇すると、垂直線Ｄで示す点で打撃器の許容最大圧力値を超えることになる。このため、フィード圧力の上昇に拘らず、図１の圧力リリーフバルブ26が打撃圧力をこの点においてその最大値Ｐmaxに制限し、フィード圧力が上昇し続けてもそれを保持する。同様に、フィード圧力が減少する点Ｅにおいて、両者の関係が一定に維持されるように打撃圧力は減少し始める。このことは、フィード圧力が角度δで一様に低下する時は打撃圧力が一定の角度γで一様に低下するという事実で示される。点Ｆにおいて、打撃圧力は再び、図１の最小圧力制限バルブ19により決定された値に到達し、以後フィードの減少につれてフィード圧力がさらに低下するにも拘らず、そのレベルに留まる。
【００２０】
図３は打撃器２に流入する液圧流体圧力の制御を圧力比バルブが開始する値を別々にセットするために、圧力比バルブ18をどのように用いることができるかを示した図である。図には３通りの設定を示す。設定Ｐ０では、圧力比バルブ18は打撃器に流入する液圧流体の制御を、フィード機構に流入する液圧流体に関連して曲線lp０に沿って開始する。これに対して、圧力比バルブ18の制御値が、たとえば圧力Ｐ１およびＰ２に従って設定されていると、その結果として曲線はlp１およびlp２となる。このようにすれば、掘削条件および装置ならびに掘削物にできるだけ適応するよう、所要の圧力に設定変更することが可能である。圧力比バルブ18の設定は幾らでも調整可能であるから、設定範囲の最小値および最大値間での代案や可能な設定数が無限であることはいうまでもない。しかしながら、一旦圧力関係の調整が動作に入れば、フィードおよび打撃圧力の変化は常に圧力比バルブにより決定された相互の一定関係にあるということが重要である。
【００２１】
図４は本発明に係る方式の他の実施例の系統図である。本実施例では、打撃およびフィード機構に関する液圧接続部品およびそれらの制御は図１のものと同様である。これに加えて図に示すのは、ロックドリルシャンクの位置の調整に用いられるいわゆるシャンク安定器28であり、シャンクに対して予定されたいわゆる最適衝撃点に合わせて調整が行われる。最適衝撃点とは、シャンク29に向けられた打撃器の衝撃力が可能な限り多量に衝撃ピストン30からシャンク29に移行可能となる点を意味する。この種の安定器28は図示するように、シャンク29の後部、すなわち衝撃ピストンに面する側に置かれた１個のスリーブ状ピストン31を含む分離型ピストン構造を有する。ピストン31の背部には、最適衝撃点に合わせてシャンクの所要位置が設定されるように調整された圧力で液圧流体が供給され、通常の掘削時はこれが最適衝撃点を意味する。１個のスリーブ状ピストン31に代えて、２個またはそれ以上のスリーブ状ピストンを用いてもよく、あるいはシャンク軸の周りにリング状に置かれ前記液圧流体圧力によってシャンクを前方に押し出すことでシャンクに作用するような方法で接続されている数個のピストンを用いてもよい。このような種々の形式による安定器を用いた方式は周知であり、それらの構造や動作も当業者にとっては周知かつ自明のことである。
【００２２】
図示されている安定器制御用の部品は、原則として、図１の打撃器制御用のものと同一であり、これらの部品はアポストロフィを付した同一の参照符号で表されている。これらの部品の動作および接続は、圧力制御の見地からは、図１において打撃器の圧力制御に対して説明されているものと同じであり、したがって、これに関して改めて説明する必要はない。重要な事項は、安定器のピストン31、または場合によっては数個のピストンの背後に供給される液圧流体圧力が、図１において説明されている打撃器への供給圧力制御と同じ方法で、フィードモータへの供給圧力と関連して制御されることである。
【００２３】
本発明は上記の説明および図面により実施例について提示されているが、勿論これらに限定されるものではない。本発明の本質は、本方式が打撃器圧力をフィードモータのフィード圧力と関連して制御し、その関係を本質的に一定に維持する機器を含むことである。本発明の好適な一実施例によれば、本質的な事項は、打撃圧力がフィードモータのフィード圧力に対応して前記最小値を超えるまで、打撃器の液圧流体圧力が少なくとも設定最小圧力値に保持されていて、その後打撃圧力が前記一定関係でもってフィード圧力を追随し始めることである。本発明は打撃器、安定器または他のアクチュエータ、あるいは２個またはそれ以上のアクチュエータのいずれに対しても、本発明の原理に準じてその圧力制御に適用することが可能である。この場合、アクチュエータによっては２個またはそれ以上のアクチュエータに対して同じ圧力制御を用いてもよいし、あるいはそれらの各々に対して個別の制御を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る方式の一実施例の系統図である。
【図２】  図１に示す本発明の実施例の圧力曲線図である。
【図３】  図１に示す本発明の実施例の他の圧力曲線図である。
【図４】  本発明に係る方式の他の実施例の系統図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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