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JP2837124B2 - Drilling control method of submerged drilling rig - Google Patents
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JP2837124B2 - Drilling control method of submerged drilling rig - Google Patents

Drilling control method of submerged drilling rig

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JP2837124B2
JP2837124B2 JP34598195A JP34598195A JP2837124B2 JP 2837124 B2 JP2837124 B2 JP 2837124B2 JP 34598195 A JP34598195 A JP 34598195A JP 34598195 A JP34598195 A JP 34598195A JP 2837124 B2 JP2837124 B2 JP 2837124B2
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、地下空間およびウ
オータフロント等の開発に適用される岩・土砂を掘削す
る水没掘削装置の制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a submerged excavation apparatus for excavating rocks and earth and sand applied to the development of underground spaces, waterfronts, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、図4に示すような水没式掘削機
提案されている。この水没式掘削機は、水没状態で地下
の水底041に沿い走行しうる掘削機040に、ラダー
04が水平旋回および俯仰可能に装着され、ラダー04
の先端部に装着された掘削刃付きバケットホイール01
で掘削された土砂や岩石が、バケットホイール01に隣
接するクラッシャー03で破砕されて泥水状とされ、ポ
ンプにより搬送ホース017を介して地上の濁水処理装
置019まで搬送されるようになっている。掘削機04
0の走行制やラダー04の旋回俯仰制御は、地上の指
令所034で遠隔的に行なわれ、その際、掘削機040
の位置検知、送波器036からの信号を受波器037
を介し受信することにより地上の指令所034の検知手
段で行なわれる。
Conventionally, submerged excavator as shown in FIG. 4
It has been proposed . The water-immersed excavator, the excavator 040 capable traveling along the water bottom 041 of the underground submerged state, the ladder 04 is horizontal turn and elevation can mounted, ladder 04
Bucket wheel 01 with excavation blade attached to the tip of
In excavated soil and rocks, are crushed in a crusher 03 which is adjacent to the bucket wheel 01 is a mud-like, and is transported to the ground turbid water treatment apparatus 019 through the transfer hose 017 by a pump . Excavator 04
Turning elevation control of the travel control and ladder 04 0 are remotely carried out on the ground of the control center 034, this time, the excavator 040
Is detected by receiving a signal from the transmitter 036
Is performed by the detection means of the command center 034 on the ground .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の水没式掘削機により、水中下で連続的に圧縮強
度が広範囲な岩・土砂を掘削し、これらを連続的に搬出
しようとすると次のような問題点があり、人間による運
転操作が困難である。 (1)ダー俯仰操作でバケットホイールの回転数を
一定に制御し掘削する場合において、圧縮強度が低い岩
・土砂ではラダーを動かす速度が速ければ速いほど掘削
量は増加し、効率よく掘削ができるが、掘削された土砂
等をスラリー搬送するときスラリーが高濃度の泥水とな
るためポンプで搬送する場合に岩泥率が上がりすぎ、詰
まってしまうおそれがある。これらの不具合は瞬時に起
こり、人間の操作では判断・動作に応答の遅れがあり、
回避することが困難である。また、圧縮強度が高い岩・
土砂ではバケットホイールを押し付ける力を強くする必
要があるが、押し付けすぎるとバケットホイールの回転
に掘削トルク過大による回転むらが発生し、バケットホ
イールから取りこぼす岩・土砂の量が多くなるとともに
バケットが回転しなくなる。 (2)ダー旋回操作による掘削、あるいはラダーの
前後移動掘削による掘削においても上述と同様の問題
が起こる。 (3)さらに、水没泥水下では掘削機の周囲状況,掘削
状況のモニターが難しい。
However , as described above,
Conventional excavator excavates rocks and earth and sand with a wide range of compressive strength underwater and continuously carries them out.
Attempting to do so involves the following problems, making it difficult for humans to perform driving operations. (1) In the case of controlling drilling rotational speed to a certain bucket wheel elevation operation of ladder, faster the excavation amount if Hayakere the speed of moving the ladder in compressive strength is low rocks and sediment increases, efficiently drilling However, when the excavated soil and the like are transported as slurry, the slurry becomes muddy water with a high concentration, so that when the slurry is transported by a pump, the rock / mud ratio may be too high and clogged. These problems occur instantaneously, and human operations have a delay in response to judgment and operation.
It is difficult to avoid. In addition, rock with high compressive strength
Sediment it is necessary to strengthen the force to press the bucket wheel by but rotates unevenness generated by the drilling torque excessively to the rotation of Gill and the bucket wheel extinguish with pushing, the bucket with the amount of rock and sediment to lose information from the bucket wheel is increased Stop spinning. (2) drilling by turning operation of the ladder, or even in the drilling by ladder <br/> forth moving drilling, similar to the above problems. (3) In addition, the surrounding circumstances of the excavator under submerged muddy water, monitoring of the drilling situation is not difficult.

【0004】本発明は、このような問題点の解決をはか
ろうとするもので、ポンプの詰まりや、人間による操作
では判断・動作に応答の遅れがあり、回避することが困
難であるため、計算機を用いたフィードバック制御運転
を行なうことにより、上記問題点の解決をはかってい
る。つまり、バケットホイールの掘削トルク,バケット
ホイール回転数,ラダーの旋回トルク,ラダーの俯仰ト
ルクおよび前後移動力,ラダー移動速度を検出し、掘削
時にバケットの掘削トルクがあらかじめ定められた掘削
速度内で、あらかじめ定められた最大掘削トルクを越え
ず、ポンプで搬送する岩泥率があらかじめ定められた最
大濃度以下で、かつ、安定となるよう各センサからのデ
ータと指令値のフィードバック制御で各アクチュエータ
の油圧制御弁を制御し、ラダーの移動(旋回,俯仰,前
後進)速度を制限するものである。
The present invention is intended to solve such a problem, and it is difficult to avoid the clogging of the pump or a delay in the response of the judgment and operation by human operation. The above problem is solved by performing a feedback control operation using a computer. In other words, the excavation torque of the bucket wheel, the number of revolutions of the bucket wheel, the turning torque of the rudder, the elevating torque of the rudder and the longitudinal movement force, and the rudder moving speed are detected. Hydraulic pressure of each actuator is controlled by feedback control of data from each sensor and command value so that the rate of rock and mud conveyed by the pump does not exceed the predetermined maximum excavation torque and is below the predetermined maximum concentration and stable. The control valve is controlled to limit the speed of the rudder movement (turning, raising, moving forward and backward).

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、機体フレーム
と、同機体フレームに前後方向移動可能に取り付けられ
た前後移動台と、同前後移動台に水平方向旋回可能に取
り付けられた旋回台と、同旋回台に俯仰可能に取り付け
られたラダーと、同ラダーの先端部に取り付けられて連
続的に岩・土砂を掘削するバケットホイールと、同バケ
ットホイールで掘削された土砂を泥水と共にスラリー状
態で搬送する土砂搬送ポンプ装置とをそなえた搬送手段
と、上記前後移動台の移動用アクチュエータとしての前
後移動油圧シリンダと、上記旋回台の旋回用アクチュエ
ータとしての旋回油圧シリンダと、上記ラダーの俯仰用
アクチュエータとしての俯仰油圧シリンダと、上記バケ
ットホイールの駆動用アクチュエータとしての油圧モー
タと、上記バケットホイールの回転数と掘削トルクとを
検出する手段、上記ラダーの旋回トルクを検出する手
段、上記ラダーの俯仰トルクを検出する手段、同ラダー
の前後方向の移動力および移動速度としての上記前後移
動台の前後方向の移動力と移動速度とを検出する手段お
よび上記搬送装置における上記スラリーの泥水濃度を検
出する手段とをそなえた水没掘削装置について、上記バ
ケットホイールの回転数および掘削トルクならびに上記
ラダーの旋回トルク,俯仰トルク,前後方向の移動力お
よび移動速度を上記各検出手段で検出し、上記バケット
ホイールの回転数を一定に保持しながらの掘削時に、上
記バケットホイールの掘削トルクがあらかじめ定められ
た掘削速度内であらかじめ定められた最大掘削トルクを
越えず、かつ上記搬送手段における泥水濃度があらかじ
め定められた最大濃度以下となるように、上記各検出手
段からの検出データに基づき上記各アクチュエータの油
圧制御弁を制御して上記ラダーの移動速度を制御して課
題解決の手段としている。
According to the present invention, there is provided an airframe, a front-rear movable table mounted on the airframe so as to be movable in a front-rear direction, and a rotary table mounted on the front-rear movable table so as to be able to turn horizontally. A ladder mounted on the swivel base so as to be able to ascend, a bucket wheel mounted on the tip of the ladder to continuously excavate rock and earth, and the earth and sand excavated by the bucket wheel in slurry with muddy water. Conveying means having a sediment conveying pump device for conveying, a front-rear moving hydraulic cylinder as a moving actuator for the front-rear moving table, a turning hydraulic cylinder as a turning actuator for the turning table, and an actuator for raising the rudder A hydraulic cylinder serving as an actuator for driving the bucket wheel, and a hydraulic motor serving as an actuator for driving the bucket wheel. Means for detecting the number of rotations of the wheel and the excavation torque, means for detecting the turning torque of the rudder, means for detecting the ascending torque of the rudder, the fore-and-aft moving table as the moving force and the moving speed of the rudder in the front-rear direction A submerged excavator equipped with a means for detecting a moving force and a moving speed in the front-rear direction and a means for detecting the muddy water concentration of the slurry in the transport device, the rotation speed and excavating torque of the bucket wheel and the rudder The turning torque, the elevation torque, the moving force and the moving speed in the front-rear direction are detected by the respective detecting means, and the excavating torque of the bucket wheel is predetermined in excavation while the rotation speed of the bucket wheel is kept constant. Do not exceed the predetermined maximum excavation torque within the excavation speed, and In order to solve the problem, the hydraulic control valves of the actuators are controlled based on the detection data from the detection means to control the moving speed of the rudder so that the concentration is equal to or less than a predetermined maximum concentration. .

【0006】また、機体フレームと、同機体フレームに
前後方向移動可能に取り付けられた前後移動台と、同前
後移動台に水平方向旋回可能に取り付けられた旋回台
と、同旋回台に俯仰可能に取り付けられたラダーと、同
ラダーの先端部に取り付けられて連続的に岩・土砂を掘
削するバケットホイールと、同バケットホイールで掘削
された土砂を泥水と共にスラリー状態で搬送する土砂搬
送ポンプ装置とをそなえた搬送手段と、上記前後移動台
の移動用アクチュエータとしての前後移動油圧シリンダ
と、上記旋回台の旋回用アクチュエータとしての旋回油
圧シリンダと、上記ラダーの俯仰用アクチュエータとし
ての俯仰油圧シリンダと、上記バケットホイールの駆動
用アクチュエータとしての油圧モータと、上記バケット
ホイールの回転数と掘削トルクとを検出する手段、上記
ラダーの旋回トルクを検出する手段、上記ラダーの俯仰
トルクを検出する手段、同ラダーの前後方向の移動力お
よび移動速度としての上記前後移動台の前後方向の移動
力と移動速度とを検出する手段および上記搬送手段にお
ける上記スラリーの泥水濃度を検出する手段とをそなえ
た水没掘削装置について、上記バケットホイールの回転
数を一定に制御しながら掘削するに際し、上記ラダーの
旋回を用いた掘削においては上記バケットの掘削トルク
が定められた掘削速度内であらかじめ決められた最大掘
削トルクを越えないように上記ラダーの旋回速度を制限
し、上記ラダーの俯仰を用いた掘削においては上記バケ
ットの掘削トルクが定められた掘削速度内であらかじめ
決められた最大掘削トルクを越えないように上記ラダー
の俯仰速度を制限し、上記前後移動台の前後移動による
掘削においては上記バケットの掘削トルクが定められた
掘削速度内であらかじめ決められた最大掘削トルクを越
えないように上記前後移動台の前後移動速度を制限し
て、上記泥水濃度があらかじめ決められた泥水濃度にな
るよう上記ラダーの旋回速度,上記ラダーの俯仰速度あ
るいは上記前後移動台の移動速度を調整する制御を行な
うように構成して課題解決の手段としている。
Further, an airframe, a front and rear movable table mounted on the airframe so as to be movable in the front and rear direction, a rotary table mounted on the front and rear movable table so as to be horizontally rotatable, and a vertically movable base. A ladder attached, a bucket wheel attached to the tip of the ladder for continuously excavating rocks and earth, and a sediment transport pump device for transporting the earth and sand excavated by the bucket wheel together with muddy water in a slurry state. A transporting means provided, a front-rear moving hydraulic cylinder as a moving actuator of the front-rear moving table, a turning hydraulic cylinder as a turning actuator of the turning table, a raising hydraulic cylinder as a raising actuator of the rudder, A hydraulic motor as a bucket wheel drive actuator, and a rotation speed of the bucket wheel. Means for detecting the cutting torque, means for detecting the turning torque of the rudder, means for detecting the ascending torque of the rudder, movement of the rudder in the longitudinal direction as the longitudinal force and speed of movement of the rudder. In a submerged excavator equipped with a means for detecting force and moving speed and a means for detecting the muddy water concentration of the slurry in the conveying means, when excavating while controlling the rotation speed of the bucket wheel to be constant, the ladder In the excavation using the turning of the rudder, the turning speed of the rudder is limited so that the excavating torque of the bucket does not exceed a predetermined maximum excavating torque within a predetermined excavating speed, and the excavation using the elevation of the rudder is performed. In the above, the excavation torque of the bucket does not exceed the predetermined maximum excavation torque within the predetermined excavation speed As described above, the excavation speed of the rudder is limited, and in the excavation by the longitudinal movement of the longitudinal carriage, the excavation torque of the bucket does not exceed a predetermined maximum excavation torque within a prescribed excavation speed. Control to adjust the turning speed of the rudder, the elevating speed of the rudder or the moving speed of the front-rear moving table so that the mud concentration becomes a predetermined mud concentration. This is a means of solving the problem.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての水没掘削装置の掘削制御方法について説明
すると、図1はそのブロック図、図2はその制御方法を
実施した水没掘削機の側面図、図3は同平面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an excavation control method for a submerged excavator according to an embodiment of the present invention; FIG. FIG. 3 is a side view, and FIG.

【0008】図2,3において、符号40は水没掘削機を
示しており、同水没掘削機40には、かさ歯車24を介して
アクチュエータとしての油圧モータ25によって回転駆動
されて土砂または岩の掘削を行なうバケットホイール1
が設けられている。
In FIGS. 2 and 3, reference numeral 40 denotes a submerged excavator. The submerged excavator 40 is driven by a hydraulic motor 25 as an actuator via a bevel gear 24 to excavate earth or rock. Bucket wheel 1 that performs
Is provided.

【0009】バケットホイール1で掘削された岩・土砂
は、クラッシャ(図示せず)で粉砕されて泥水と共にス
ラリー状態で土砂搬送管3,回転自在継手5を経て、土
砂搬送ポンプ装置7で吸入され、流量計8,土砂濃度計
9,ホースねじれ自在継手10,土砂搬送ホース11を経て
泥水処理施設のある場所に搬送されるようになってい
る。符号26は水没掘削機40上の支持台18に設けられた旋
回台を示しており、同旋回台26にラダー2がピンを介し
て、旋回台26を基準として俯仰できるように取り付けら
れている。そしてこの俯仰用アクチュエータとしての俯
仰油圧シリンダ4が旋回台26とラダー2との間に介装さ
れている。支持台18は水没掘削機40上の前後移動台12上
に固定され、旋回台26が同前後移動台に水平方向の旋回
可能に嵌合されている。旋回台26の旋回作動は、旋回用
アクチュエータとしての旋回油圧シリンダ6によって行
なわれるようになっている。
Rocks and earth and sand excavated by the bucket wheel 1 are pulverized by a crusher (not shown), and are sucked by the earth and sand transportation pump device 7 through the earth and sand transportation pipe 3 and the rotary joint 5 in a slurry state together with muddy water. , A flow meter 8, a soil concentration meter 9, a hose twisting universal joint 10, and a soil and sand transfer hose 11, to be conveyed to a place where a muddy water treatment facility is located. Reference numeral 26 denotes a swivel provided on the support 18 on the submerged excavator 40, and the ladder 2 is attached to the swivel 26 via a pin so as to be able to ascend with respect to the swivel 26. . An elevating hydraulic cylinder 4 as an elevating actuator is interposed between the swivel 26 and the rudder 2. The support table 18 is fixed on the front and rear movable table 12 on the submerged excavator 40, and the swivel table 26 is fitted to the front and rear movable table so as to be capable of turning horizontally. The turning operation of the turning table 26 is performed by a turning hydraulic cylinder 6 as a turning actuator.

【0010】前後移動台12は水没掘削機40の機体フレー
ム13に前後方向移動可能に嵌合されており、同前後移動
台12の機体フレーム13上での前後方向移動用アクチュエ
ータとしての前後移動油圧シリンダ19が設けられてい
る。機体フレーム13にはクローラ式の走行装置16が取り
付けられ、その駆動は走行装置16に一体となった油圧モ
ータ17によって行なわれる。上記の油圧モータ25,俯仰
油圧シリンダ4,旋回油圧シリンダ6および前後移動油
圧シリンダ19の各アクチュエータに油圧を供給するため
の油圧ポンプ装置14,作動油タンク23および油圧力を制
御する油圧制御弁22からなる油圧系が設けられ、さらに
上記各アクチュエータに対する油圧供給制御を行なう電
気制御装置21が設けられている。
The forward / backward moving platform 12 is fitted to the body frame 13 of the submerged excavator 40 so as to be movable in the forward / backward direction. A cylinder 19 is provided. A crawler-type traveling device 16 is attached to the body frame 13, and its driving is performed by a hydraulic motor 17 integrated with the traveling device 16. A hydraulic pump device 14 for supplying hydraulic pressure to the actuators of the hydraulic motor 25, the raising hydraulic cylinder 4, the turning hydraulic cylinder 6, and the front-rear moving hydraulic cylinder 19, a hydraulic oil tank 23, and a hydraulic control valve 22 for controlling hydraulic pressure. , And an electric control device 21 for controlling the hydraulic pressure supply to each of the actuators.

【0011】なお、上記の各油圧シリンダ4,6,19に
は、各シリンダストローク位置を検出する検出器が設け
られ、さらに予め各シリンダストロークとラダー2の旋
回角度,俯仰角度および前後移動台の移動量との関係
や、掘削機の方向および傾斜を検出する検出器等が電気
制御装置21に内蔵されている。また、図2に示すよう
に、水没掘削機の機体フレーム13に、掘削機の位置を発
信する超音波送波器15が取り付けられるとともに、掘削
場所内に場所の基準とな受波器が固定されていて、これ
を基に水没掘削機の位置を遠隔検知し、目的とする掘削
場所を、目的とする形状寸法に遠隔自動掘削できるよう
になっている。このほか車体傾斜情報などを発信・受信
する測定装置なども設けられている。
Each of the hydraulic cylinders 4, 6, and 19 is provided with a detector for detecting the position of each cylinder stroke. A detector for detecting the relationship with the movement amount and the direction and inclination of the excavator are built in the electric control device 21. As shown in FIG. 2, an ultrasonic transmitter 15 for transmitting the position of the excavator is attached to the body frame 13 of the submerged excavator, and a receiver serving as a reference of the place is fixed in the excavation place. Based on this, the position of the submerged excavator is remotely detected, and a target excavation site can be automatically excavated to a target shape and size. In addition, a measuring device for transmitting and receiving body tilt information and the like is also provided.

【0012】上記の構成において、この実施形態の水没
掘削装置では、 (1) ラダーの旋回による掘削。 (2) ラダーの俯仰による掘削。 (3) 前後移動台の前後移動による掘削。 の三方式による掘削を行なうことができる。なお上記三
つの方式は、単独で実施される場合のほか、二つの方式
または三つの方式が組合わされて実施される場合もあ
る。また、油圧ポンプ装置14は電動機(図示せず)によ
り駆動されるとともに、同電動機に外部(陸上あるいは
母船)から電力を供給する電力ケーブルが設けられてい
る。
In the above construction, the submerged excavator according to this embodiment includes: (1) excavation by turning a rudder. (2) Excavation by raising the rudder. (3) Excavation by moving the back and forth moving table back and forth. Excavation can be performed by the three methods. The above three methods may be implemented alone or in a combination of two or three methods. The hydraulic pump device 14 is driven by an electric motor (not shown), and is provided with a power cable for supplying electric power to the electric motor from outside (on land or from a mother ship).

【0013】次に、図1に基づいて、バケットホイール
の回転数を一定に保ちながらラダーの旋回方式による掘
削時の掘削制御方法について説明する。バケットホイー
ルの掘削トルクTBは、油圧モータ25の差圧とかさ歯車2
4の減速比,機械効率から求まる。すなわち、油圧モー
タの出口の圧力をPo,モータ入り口の圧力をPi(測定
値),一回当たりの油圧モータの押しのけ容量をDp
減速機等の減速比をn,油圧モータおよび減速機のトー
タル効率をηとすると、バケットホイールの掘削トルク
sは、バケットトルク演算器51において、[数1]式
により演算される。
Next, an excavation control method at the time of excavation by a rudder turning method while keeping the rotation speed of the bucket wheel constant will be described with reference to FIG. Drilling torque T B of the bucket wheel, Is Toka differential pressure of the hydraulic motor 25 gear 2
It can be obtained from the reduction ratio and mechanical efficiency of 4. That is, the pressure at the outlet of the hydraulic motor P o, P i (measured value) the pressure of the motor inlet, the displacement capacity of the hydraulic motor per one D p,
Assuming that the reduction ratio of the speed reducer and the like is n and the total efficiency of the hydraulic motor and the speed reducer is η, the bucket torque calculator 51 calculates the excavation torque T s of the bucket wheel by Equation (1).

【数1】TB=Dp×n×η×(Pi−Po)/2π また、旋回トルクTSは、同様に旋回トルク演算器52に
おいて、旋回油圧シリンダ6の圧力を測定することで求
められる。
T B = D p × n × η × (P i −P o ) / 2π The turning torque T S is obtained by measuring the pressure of the turning hydraulic cylinder 6 in the turning torque calculator 52 in the same manner. Is required.

【0014】すなわち、旋回トルクTsは、旋回シリン
ダ6のロッド側断面積Sr1と測定油圧力Pr1の積
と、シリンダ側断面積Sc1と測定油圧力Pc1の積の
差およびシリンダの向きと旋回中心点までの幾何学的関
係による垂直距離C1との積により求められる([数
2])。
That is, the swing torque T s is determined by the difference between the product of the rod-side sectional area Sr1 of the swing cylinder 6 and the measured oil pressure Pr1, the product of the cylinder-side sectional area Sc1 and the measured oil pressure Pc1, the direction of the cylinder, and the swing center. It is obtained by the product of the vertical distance C1 and the geometric relationship to the point (Equation 2).

【数2】 Ts=(Sr1×Pr1−Sc1×Pc1)×C1 また、俯仰トルクについても旋回シリンダと同様の計算
により求めることができる。
T s = (Sr1 × Pr1−Sc1 × Pc1) × C1 Further, the ascending torque can be obtained by the same calculation as that of the swing cylinder.

【0015】さらに、前後掘削力FSは前後移動油圧シ
リンダ19との幾何学的関係から求まるが、この実施形態
のものでは、前後移動油圧シリンダ19の力(移動力)が
そのまま掘削力としてかかる構造であるので、前後移動
油圧シリンダのロッド側断面積Sr2と測定油圧力Pr
2の積と、シリンダ側断面積Sc2と測定油圧力Pc2
の積の差により求まる。すなわちシリンダ側の圧力が高
い時、バケットを地山に圧し付ける側とすれば、前後掘
削力FSは、[数3]式で求められる。
Further, the front-rear excavation force F S is obtained from the geometric relationship with the front-rear movement hydraulic cylinder 19, but in this embodiment, the force (movement force) of the front-rear movement hydraulic cylinder 19 is directly applied as the excavation force. Because of the structure, the rod-side cross-sectional area Sr2 of the front-rear moving hydraulic cylinder and the measured hydraulic pressure Pr
2, the cylinder side sectional area Sc2 and the measured oil pressure Pc2
It is determined by the difference between the products of. That is, when the pressure on the cylinder side is high, assuming that the bucket is pressed against the ground, the front-rear excavation force F S can be obtained by Expression 3.

【数3】FS=Sc2×Pc2−Sr2×Pr2## EQU3 ## F S = Sc2 × Pc2-Sr2 × Pr2

【0016】スラリー濃度SDは、スラリー濃度演算器5
3において土砂濃度計9によって計測された値に基づい
て算出する。スラリー流量SQはスラリー流量演算器に
おいて流量計8によって計測された値に基づいて算出さ
れる。関数ブロック55,56,57,58は、上記のバケット
トルクTB,旋回トルクTS,スラリー濃度SDおよびス
ラリー流量SQの値(現在値)に対する旋回台の旋回速
度の関係を表す関数である。
The slurry concentration S D is calculated by a slurry concentration calculator 5
The calculation is performed based on the value measured by the soil concentration meter 9 in 3. The slurry flow rate SQ is calculated based on the value measured by the flow meter 8 in the slurry flow rate calculator. Function blocks 55, 56, 57, 58, said bucket torque T B, the turning torque T S, a function representing the relationship between the revolving base of the swirl velocity to the value of the slurry concentration S D and the slurry flow rate S Q (present value) is there.

【0017】ここでそれぞれの入力に対する関数を簡単
に説明すると、バケットホイールの掘削トルクTBと旋
回速度VSとの関係は、バケットホイールの掘削トルク
Bが小さいうちは(旋回速度VSは)最大値で一定であ
るが、負荷が大きくなりバケットホイールの掘削トルク
Bが増大すると旋回速度VSを減少させる方向に設定す
る。また、バケットホイールの掘削トルクTBがある大
きさ以上になると旋回速度VSを最低速度となるよう設
定する。旋回トルクTSと旋回速度VSとの関係は、旋回
トルクTSが小さいうちは旋回速度VSは最大値で一定で
あるが、負荷が大きくなり旋回トルクTSが増大すると
旋回速度VSを減少させる方向に設定する。また、旋回
トルクTSが大きくなって、ある大きさ以上になると旋
回を停止させるよう設定する。
[0017] will now be described in the function for each of input simply, the relationship between the drilling torque T B of the bucket wheel and the turning velocity V S is among a small drilling torque T B of the bucket wheel (turning speed V S is ) is constant at the maximum value, set in a direction to reduce the load drilling torque T B of increases and the bucket wheel to increase the turning speed V S. Also, set to a and the turning velocity V S becomes a certain size or greater drilling torque T B of the bucket wheel the lowest speed. The relationship between the turning torque T S and the turning speed V S is such that while the turning torque T S is small, the turning speed V S is the maximum value and is constant, but when the load increases and the turning torque T S increases, the turning speed V S increases. Is set to decrease. In addition, it is set so that the turning is stopped when the turning torque T S becomes large and exceeds a certain value.

【0018】スラリー濃度SDと旋回速度VSの関係は、
スラリー濃度SDが小さいうちは旋回速度VSは最大値一
定であるが、スラリー濃度SDが増大すると旋回速度を
減少させる方向に設定する。また、スラリー濃度SD
大きくなって、ある大きさ以上になると旋回を停止させ
るよう設定する。スラリー流量SQと旋回速度VSの関係
は、スラリー流量SQが小さいうちはラダーの旋回速度
はゼロで一定であるが、スラリー流量SQが増大すると
旋回速度を最大流量一定にするよう設定する。
The relationship between the slurry concentration S D and the turning speed V S is as follows:
Although among the slurry concentration S D is small turning speed V S is the maximum value constant, set in a direction to reduce the the turning speed slurry concentration S D is increased. In addition, it is set so that the turning is stopped when the slurry concentration S D increases and becomes equal to or more than a certain value. Relationship of the slurry flow rate S Q and the turning velocity V S is set to out flow rate of slurry S Q is small but the ladder turning speed is constant at zero, that the the turning speed flow rate of slurry S Q increases the maximum flow rate constant I do.

【0019】これらの4つの関数から決定されたラダー
の旋回速度は、最小値選択ブロック59へ入力され、旋回
速度の最小値が積分ブロック60に出力され変位に変換さ
れる。変換された変位は、加算ブロック61で旋回油圧シ
リンダ6のフィードバック信号と減算されて変位指令信
号となり、同変位指令信号により旋回シリンダ制御弁62
を駆動する。旋回シリンダ制御弁62を駆動することによ
り旋回油圧シリンダ6が駆動され、ラダー2が旋回され
るとともに旋回台26の変位が検出され、この検出値が上
記のフィードバック信号となる。また、他の方式の掘削
(ラダーの俯仰による掘削,前後移動台の前後移動によ
る掘削)の場合の各油圧シリンダ(俯仰油圧シリンダ
4,前後移動油圧シリンダ19)の制御についても、上記
の旋回油圧シリンダ制御と基本的に同じである。
The turning speed of the rudder determined from these four functions is input to a minimum value selection block 59, and the minimum value of the turning speed is output to an integration block 60 and converted into a displacement. The converted displacement is subtracted from the feedback signal of the swing hydraulic cylinder 6 in an addition block 61 to form a displacement command signal.
Drive. By driving the swing cylinder control valve 62, the swing hydraulic cylinder 6 is driven, the rudder 2 is swung and the displacement of the swivel base 26 is detected, and the detected value becomes the above-mentioned feedback signal. In the case of other types of excavation (excavation by raising the rudder, excavation by moving the front-rear moving table back and forth), the control of each hydraulic cylinder (elevating hydraulic cylinder 4 and front-rear moving hydraulic cylinder 19) is also performed by the above-described swing hydraulic pressure. Basically the same as cylinder control.

【0020】すなわち、上記の旋回シリンダの制御に関
する記述における旋回トルク52と旋回シリンダ制御弁6
2,旋回シリンダ6の各「旋回」を、いずれも「俯仰」
あるいは「前後移動」に読み替えるとき、同記述が俯仰
油圧シリンダ4あるいは前後移動油圧シリンダ19の制御
に関する説明となる。ただし、バケットトルク旋回速度
関数55からスラリー流量対旋回速度関数58までの各特性
は、それぞれ異なるものとなる。このようにして、各ア
クチュエータの作動状態からこれらのトルク・力が規定
値以内であることをチェックし、泥水濃度が規定値を越
えて詰まらないようにラダーの旋回速度,俯仰速度およ
び前後移動速度のフィードバック制御が可能となる。
That is, the swing torque 52 and the swing cylinder control valve 6 in the above description related to the swing cylinder control.
2. Each “swivel” of the swivel cylinder 6 is “elevated”
Alternatively, when the term "forward-backward movement" is read, the same description is for the control of the elevation hydraulic cylinder 4 or the forward-backward movement hydraulic cylinder 19. However, the characteristics from the bucket torque turning speed function 55 to the slurry flow rate vs. turning speed function 58 are different from each other. In this way, it is checked from the operating state of each actuator that these torques and forces are within the specified values, so that the muddy water concentration does not exceed the specified values, and the rudder turning speed, elevating speed, and front-rear moving speed are checked. Feedback control becomes possible.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の水没掘削
装置の掘削制御方法によれば、水中下で圧縮強度が広範
囲な岩・土砂を連続的に掘削し、これを連続的に搬出で
きるようにした水没掘削装置において、バケットホイー
ルの回転数を一定に制御しながらラダー旋回掘削・俯仰
掘削・前後移動掘削の各方式で掘削する場合において、
掘削トルク,旋回トルク.前後移動力,搬送手段の濃度
をそれぞれ検出し、その検出値に基づいてラダー移動速
度が適正となるよう油圧制御弁がフィードバック制御さ
れるため、搬送手段の詰まりを防止しながら、効率のよ
い掘削の自動運転操作ができる、という利点が得られ
る。
As described above in detail, according to the excavation control method of the submerged excavation device of the present invention, rocks and soils having a wide range of compressive strengths are continuously excavated under water, and are continuously unloaded. In a submerged excavator that can be used, in the case of excavating in each method of rudder turning excavation, elevation excavation, and back and forth moving excavation while controlling the rotation speed of the bucket wheel constant,
Excavation torque, turning torque. The hydraulic control valve is feedback-controlled so that the ladder moving speed is appropriate based on the detected values of the forward and backward movement force and the concentration of the transportation means. The advantage is that the automatic driving operation can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態としての水没掘削装置の掘
削制御方法のブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of an excavation control method for a submerged excavator as one embodiment of the present invention.

【図2】同制御方法をそなえた水没掘削装置の側面図。FIG. 2 is a side view of the submerged excavator provided with the control method.

【図3】同制御方法をそなえた水没掘削装置の平面図。FIG. 3 is a plan view of a submerged excavator provided with the control method.

【図4】従来の水没掘削装置の掘削状態の側面図。FIG. 4 is a side view of a conventional submerged excavator in an excavation state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バケットホイール 2 ラダー 3 土砂搬送管 4 俯仰油圧シリンダ 5 回転自在継手 6 旋回油圧シリンダ 7 土砂搬送ポンプ装置 8 流量計 9 土砂濃度計 10 ホースねじれ自在継手 11 土砂搬送ホース 12 前後移動台 13 機体フレーム 14 油圧ポンプ装置 15 超音波送波器 16 走行装置 17 油圧モータ 18 支持台 19 前後移動油圧シリンダ 21 電気制御装置 22 油圧制御弁装置 23 作動油タンク 24 かさ歯車 25 油圧モータ 26 旋回台 51 バケットトルク演算器 52 旋回トルク演算器 53 スラリー濃度演算器 54 スラリー流量演算器 55 バケットトルク対旋回速度関数 56 旋回トルク対旋回速度関数 57 スラリー濃度対旋回速度関数 58 スラリー流量対旋回速度関数 59 最小値選択ブロック 60 積分器 61 加算器 62 旋回シリンダ制御弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bucket wheel 2 Rudder 3 Sediment transport pipe 4 Elevating hydraulic cylinder 5 Rotating universal joint 6 Rotating hydraulic cylinder 7 Sediment transport pump device 8 Flow meter 9 Sediment concentration meter 10 Hose torsion universal joint 11 Sediment transport hose 12 Front and rear movable stand 13 Body frame 14 Hydraulic pump device 15 Ultrasonic wave transmitter 16 Traveling device 17 Hydraulic motor 18 Support base 19 Back and forth moving hydraulic cylinder 21 Electric control device 22 Hydraulic control valve device 23 Hydraulic oil tank 24 Bevel gear 25 Hydraulic motor 26 Swivel table 51 Bucket torque calculator 52 Swirling torque calculator 53 Slurry concentration calculator 54 Slurry flow rate calculator 55 Bucket torque vs. swirl speed function 56 Swirling torque vs. swirl speed function 57 Slurry concentration vs. swirl speed function 58 Slurry flow rate vs. swirl speed function 59 Minimum value selection block 60 Integration 61 Adder 62 Swing cylinder control valve

フロントページの続き (72)発明者 森 章伯 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三菱重工業株式会社 神戸造船所内 (72)発明者 上谷 洋行 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三菱重工業株式会社 神戸造船所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E02F 5/00 E02F 3/92Continuation of the front page (72) Inventor Akihori Mori 1-1-1, Wadazakicho, Hyogo-ku, Kobe-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (72) Inventor Hiroyuki Uetani 1-1-1, Wadazakicho, Hyogo-ku, Kobe-shi No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) E02F 5/00 E02F 3/92

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 機体フレームと、 同機体フレームに前後方向移動可能に取り付けられた前
後移動台と、 同前後移動台に水平方向旋回可能に取り付けられた旋回
台と、 同旋回台に俯仰可能に取り付けられたラダーと、 同ラダーの先端部に取り付けられて連続的に岩・土砂を
掘削するバケットホイールと、 同バケットホイールで掘削された土砂を泥水と共にスラ
リー状態で搬送する土砂搬送ポンプ装置とをそなえた搬
送手段と、 上記前後移動台の移動用アクチュエータとしての前後移
動油圧シリンダと、 上記旋回台の旋回用アクチュエータとしての旋回油圧シ
リンダと、 上記ラダーの俯仰用アクチュエータとしての俯仰油圧シ
リンダと、 上記バケットホイールの駆動用アクチュエータとしての
油圧モータと、 上記バケットホイールの回転数と掘削トルクとを検出す
る手段、上記ラダーの旋回トルクを検出する手段、上記
ラダーの俯仰トルクを検出する手段、同ラダーの前後方
向の移動力および移動速度としての上記前後移動台の前
後方向の移動力と移動速度とを検出する手段および上記
搬送装置における上記スラリーの泥水濃度を検出する手
段とをそなえた水没掘削装置について、 上記バケットホイールの回転数および掘削トルクならび
に上記ラダーの旋回トルク,俯仰トルク,前後方向の移
動力および移動速度を上記各検出手段で検出し、上記バ
ケットホイールの回転数を一定に保持しながらの掘削時
に、上記バケットホイールの掘削トルクがあらかじめ定
められた掘削速度内であらかじめ定められた最大掘削ト
ルクを越えず、かつ上記搬送手段における泥水濃度があ
らかじめ定められた最大濃度以下となるように、上記各
検出手段からの検出データに基づき上記各アクチュエー
タの油圧制御弁を制御して上記ラダーの移動速度を制御
するようにしたことを特徴とする、水没掘削装置の掘削
制御方法。
1. An airframe, a front and rear movable table mounted on the airframe so as to be movable in the front and rear direction, a rotary table mounted on the front and rear movable table so as to be able to turn horizontally, A ladder attached, a bucket wheel attached to the tip of the ladder to continuously excavate rocks and earth, and a sediment transport pump device for transporting the earth and sand excavated by the bucket wheel together with muddy water in a slurry state. A transporting means provided with, a forward / backward moving hydraulic cylinder as a moving actuator of the front / rear moving table, a turning hydraulic cylinder as a turning actuator of the turning table, a raising hydraulic cylinder as a raising actuator of the rudder, A hydraulic motor as a bucket wheel drive actuator, and a rotation speed of the bucket wheel Means for detecting the excavation torque, means for detecting the turning torque of the rudder, means for detecting the ascending torque of the rudder, movement of the rudder in the longitudinal direction as the longitudinal force and speed of the rudder. A submerged digging device having means for detecting force and moving speed, and means for detecting the muddy water concentration of the slurry in the transport device, comprising: a rotating speed and a digging torque of the bucket wheel; a turning torque and a tilting torque of the rudder. The excavation torque of the bucket wheel is controlled within a predetermined excavation speed during the excavation while the rotation speed of the bucket wheel is kept constant by detecting the traveling force and the traveling speed in the front-rear direction by the above-mentioned respective detecting means. Do not exceed the specified maximum excavation torque and make sure that the mud Controlling the moving speed of the rudder by controlling a hydraulic control valve of each of the actuators based on the detection data from each of the detecting means so as to be equal to or less than the maximum concentration determined. An excavation control method for an excavator.
【請求項2】 機体フレームと、 同機体フレームに前後方向移動可能に取り付けられた前
後移動台と、 同前後移動台に水平方向旋回可能に取り付けられた旋回
台と、 同旋回台に俯仰可能に取り付けられたラダーと、 同ラダーの先端部に取り付けられて連続的に岩・土砂を
掘削するバケットホイールと、 同バケットホイールで掘削された土砂を泥水と共にスラ
リー状態で搬送する土砂搬送ポンプ装置とをそなえた搬
送手段と、 上記前後移動台の移動用アクチュエータとしての前後移
動油圧シリンダと、 上記旋回台の旋回用アクチュエータとしての旋回油圧シ
リンダと、 上記ラダーの俯仰用アクチュエータとしての俯仰油圧シ
リンダと、 上記バケットホイールの駆動用アクチュエータとしての
油圧モータと、 上記バケットホイールの回転数と掘削トルクとを検出す
る手段、上記ラダーの旋回トルクを検出する手段、上記
ラダーの俯仰トルクを検出する手段、同ラダーの前後方
向の移動力および移動速度としての上記前後移動台の前
後方向の移動力と移動速度とを検出する手段および上記
搬送手段における上記スラリーの泥水濃度を検出する手
段とをそなえた水没掘削装置について、 上記バケットホイールの回転数を一定に制御しながら掘
削するに際し、 上記ラダーの旋回を用いた掘削においては上記バケット
の掘削トルクが定められた掘削速度内であらかじめ決め
られた最大掘削トルクを越えないように上記ラダーの旋
回速度を制限し、 上記ラダーの俯仰を用いた掘削においては上記バケット
の掘削トルクが定められた掘削速度内であらかじめ決め
られた最大掘削トルクを越えないように上記ラダーの俯
仰速度を制限し、 上記前後移動台の前後移動による掘削においては上記バ
ケットの掘削トルクが定められた掘削速度内であらかじ
め決められた最大掘削トルクを越えないように上記前後
移動台の前後移動速度を制限して、 上記泥水濃度があらかじめ決められた泥水濃度になるよ
う上記ラダーの旋回速度,上記ラダーの俯仰速度あるい
は上記前後移動台の移動速度を調整する制御が行なわれ
るように構成されていることを特徴とする、水没掘削装
置の掘削制御方法。
2. An airframe, a front and rear movable table mounted on the airframe so as to be movable in a front and rear direction, a rotary table mounted on the front and rear movable table so as to be capable of turning horizontally, A ladder attached, a bucket wheel attached to the tip of the ladder to continuously excavate rocks and earth, and a sediment transport pump device for transporting the earth and sand excavated by the bucket wheel together with muddy water in a slurry state. A transporting means provided with, a forward / backward moving hydraulic cylinder as a moving actuator of the front / rear moving table, a turning hydraulic cylinder as a turning actuator of the turning table, a raising hydraulic cylinder as a raising actuator of the rudder, A hydraulic motor as a bucket wheel drive actuator, and a rotation speed of the bucket wheel Means for detecting the excavation torque, means for detecting the turning torque of the rudder, means for detecting the ascending torque of the rudder, movement of the rudder in the longitudinal direction as the longitudinal force and speed of the rudder. For a submerged excavator equipped with a means for detecting a force and a moving speed and a means for detecting the muddy water concentration of the slurry in the transporting means, when excavating while controlling the rotation speed of the bucket wheel constant, the ladder In the excavation using the turning of the rudder, the turning speed of the rudder is limited so that the excavating torque of the bucket does not exceed a predetermined maximum excavating torque within a predetermined excavating speed. In the above, the excavation torque of the bucket must not exceed the predetermined maximum excavation torque within the specified excavation speed. The excavation speed of the ladder is limited so that the excavation torque of the bucket does not exceed a predetermined maximum excavation torque within a predetermined excavation speed. Control is performed to limit the forward and backward moving speed of the moving base and adjust the turning speed of the rudder, the elevation speed of the rudder, or the moving speed of the front and rear moving base so that the mud concentration becomes a predetermined mud concentration. An excavation control method for a submerged excavator, wherein the excavation control method is configured as follows.
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