JPH0720333U - 水中作業機における掘削部駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中作業機の掘削部駆動装置を簡素化して信
頼性の向上をはかる。 【構成】 水中作業機10の掘削部としての回転バケット
107を水密構造のラダー106に回転可能に支持し、ラダー
106内に電動サーボモータ１とこれに直結される減速機
３とを収納して電動サーボモータ１により回転バケット
107を直接駆動する構成とすることにより、従来の油圧
駆動方式に比べて構成部品を少なくでき、駆動装置の構
造の簡素化と信頼性の向上とを可能にした。さらに電動
サーボモータ１に取付けられた冷却管７に取入口８ａか
ら回転バケット107の回転に伴う水流を利用して環境水
を効率良く取り入れて、電動サーボモータ１の効果的な
冷却が行なわれる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水中下に水没して稼動する水中作業機に関し、特にその回転部の駆 動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、水中下に没して岩盤などを掘削するための水中作業機として、図３に示 すようなものが提案されており、水中作業機101には、主要な構成部材として移 動機構102，上部構造体103，旋回支柱104，旋回体105，ラダー106，回転バケッ ト107，土砂搬送管108，110，土砂搬送ポンプ109，旋回体105の旋回駆動シリン ダ111，ラダー106の俯仰用シリンダ112，液圧発生装置113および液圧タンク114 がそなえられている。

【０００３】 そして、移動機構102により作業機101の移動を行ないながら、作業機前部に取 付けたラダー106の姿勢を旋回シリンダ111および俯仰シリンダ112により制御し ラダー先端部に設けた回転バケット107を岩盤へ押し付けながら矢印方向に回転 させることにより、底岩盤や側壁岩盤の掘削を行ない、掘削したあとの土砂を、 土砂搬送ポンプ109により吸入し、土砂搬送管108，110を通じて陸上へと排出し ている。 なおこの水中作業機では、その移動機構102やラダー106の姿勢制御用シリンダ 111，112および回転バケット107の駆動には、油圧などの液圧駆動式が採用され ている。

【０００４】 また、ラダー106の姿勢制御や回転バケット107の回転制御は、岩盤の硬さから くる掘削抵抗，掘削量および土砂搬出量などの状態により、回転バケット107の 岩盤へのくい込み量や回転速度およびラダー106の旋回速度等が自動調整される 掘削制御システムが採られている。 このため、従来の水中作業機には、これらの情報を得るための圧力センサ，回 転センサ，位置センサ，流量センサなどの各種センサが取付けられている。 そして、このような構成，作用のもとで、安定した掘削作業を確保するために は、ラダー106の正確な姿勢制御はもとより、回転バケット107の安定した回転制 御が不可欠となる。

【０００５】 図４は回転バケットの駆動システムの一例を示すもので、駆動システムは、回 転バケット107に結合した減速機115，液圧モータ116，液圧配管117，流量制御弁 118，方向制御弁119，液圧ポンプ120，水中電動モータ121，流量制御弁118およ び方向制御弁119のコントローラ122，電動モータ操作盤123，回転センサ124，圧 力センサ125および演算器126をそなえ、液圧ポンプ120で発生した圧油を方向制 御弁119，流量制御弁118を介して液圧モータ116に送ることで液圧モータ116を回 転させ、減速機115の出力軸で回転バケット107を回転させるものであり、減速機 115および液圧モータ116はラダー106内に収納されている。なおこのシステムで は、液圧モータ116の回転制御は流量制御弁118による流量調整で行なわれている 。

【０００６】 掘削状態を監視するために、液圧モータ116の回転(Ｎ)検出センサ124および回 路圧力検出センサ125が組み込まれており、これらの情報から掘削トルク(Ｔ)な どが算出される。また、コントローラ122は、ラダー駆動系からの掘削力や、土 砂搬出量などの各種情報から判断された回転バケット107の回転数指令Ｎrが入力 され、その指令に従って制御弁118，119を制御し流れ方向や、流量が調整される ようになっている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述のような従来の回転バケットの駆動システムにおいては、ラダ ー駆動シリンダなどの駆動用としての液圧発生装置113の共用化，圧力の高圧化 などによる比較的小型で大駆動力が得られるなどの理由で、油圧に代表される液 圧駆動方法が採られている。 しかしながら、シリンダ構成的には、図４に示したように、液圧ポンプ120， 制御弁類118，119および液圧モータ116などの多くの液圧機器やこれら機器の接 続配管などが必要であり、システム構成が複雑になると共に油圧使用の場合では 機器のシール部や配管などからの油もれによる環境汚染の心配もある。

【０００８】 また、構成機器が多いため、故障などによる信頼性を低下するばかりでなく、 各機器による効率を考えれば、システム全体の駆動効率が低くなるなどの問題点 も有している。 さらに、前述のようなあらゆる岩盤掘削に対して、それに適した掘削制御を行 なうための掘削情報を得るため、回転センサ124や圧力センサ125などの多種のセ ンサが必要である。さらにまた、システムの作動特性としては、特に掘削抵抗が 大きく変動する時などの作動液の圧縮性などからくる回転バケット107の回転変 動が生じて、安定した掘削が得られないなどの問題点もある。

【０００９】 本考案は、このような問題点の解消をはかろうとするもので、回転数制御や、 トルク制御が可能な回転検出器を内蔵した電動サーボモータを回転バケットの駆 動源として採用すると共に、比較的低速回転（15rpm程度）が要求される回転バ ケットの回転数に減速するための減速機のみを組合せた回転駆動システムとし、 また、水中下での使用のため減速機および電動サーボモータ内に水密収納する必 要があり、密閉空間となるため特に電動サーボモータについては温度上昇により 故障の原因となり得るため、電動サーボモータ表面に冷却管を配置し、周囲環境 水を通水し冷却を行なうことで電動サーボモータの過大な温度上昇の防止をはか っている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するため、本考案の請求項１に記載の水中作業機における掘 削部駆動装置は、水中に水没した状態で岩盤等を掘削する水中作業機において、 掘削部としての回転バケットの回転駆動機構として、、上記回転バケットを直接 駆動すべく、上記回転バケットを支持するラダー内に、電動サーボモータと同電 動サーボモータに直結され上記回転バケットの回転軸に接続された減速機とが収 納されていることを特徴としている。

【００１１】 また本考案の請求項２に記載の水中作業機における掘削部駆動装置は、請求項 １に記載の装置において、電動サーボモータを冷却すべく同電動サーボモータの 表面に冷却水としての周囲環境水を導入可能な冷却管が取付けられるとともに、 同冷却管の上記冷却水の取入口が上記回転バケットの回転部近傍に開口するよう に設けられたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】

上述の本考案の水中作業機における掘削部駆動装置では、従来の液圧駆動方式 に比べて構成機器を大幅に低減することができて、機器故障などによる信頼性や 、駆動効率を大幅に向上させることが可能となる。また、掘削制御を行なうため の各種情報についても、従来のように回転計，圧力センサ，流量センサなどを付 加する必要もなく、演算装置も不要となるなど制御装置をシンプル化できる。 さらに電動サーボモータの発熱を防止するための冷却管の設置により密閉箱内 においてもサーボモータの過熱を抑制できる。

【００１３】

【実施例】

以下、図面により本考案の一実施例としての水中作業機における掘削部駆動装 置について説明すると、図１はその模式構成図、図２はその組立構造図である。 この実施例の水中作業機10も、水中に水没した状態で岩盤等を掘削するもので 、岩盤等の掘削用の回転バケット107と、この回転バケット107の回転駆動源とし ての電動サーボモータ１とをそなえている。

【００１４】 電動サーボモータ１はラダー106のフレーム内にボルト等により固定され、そ の出力軸１ａは減速機３の入力軸３ａにカップリング等により結合されて、減速 機３の駆動軸４を介して、ラダー106に回転可能に支持された回転バケット107を 直接駆動するようになっている。そして、電動サーボモータ１および減速機３は いずれも水密構造のラダー106内に収納，固定されている。電動サーボモータ１ には回転量をパルスによって検出するエンコーダなどの回転検出器２が内蔵され ており、サーボドライバ６との組合せにより電動サーボモータ１の回転数を直接 検出することが可能となっている。

【００１５】 電動サーボモータ１とサーボドライバ６とは、動力線および回転検出器２の信 号線などのケーブル11で接続されており、サーボドライバ６から回転数Ｎ，トル クＴなどの駆動情報が直接得られるようになっている。また、サーボドライバ６ へは電動サーボモータ１の回転数(Ｎ)制御のための回転数（速度）指令値Ｎrが 入力され、サーボドライバ６によって実際の回転数Ｎとの比較によるフィードバ ック制御が行なわれるようになっている。 なお、減速機３は電動サーボモータ１の回転数を回転バケット107の必要な回 転数（例えば15rpm）に減速するものであり、遊星歯車などが使用され、減速比 ，必要トルクなどから容量が決定される。

【００１６】 電動サーボモータ１の外表面に冷却管７が取付けられている。冷却管７には周 囲の環境水を冷却水として取り入れる冷却水取水管８および冷却後の冷却水を放 出する冷却水放出管９とが接続されている。 冷却水取水管８および冷却水放出管９はいずれもラダー106を貫通して外部に 延在し、冷却水取水管８の取入口８ａが回転バケット107の回転部近傍に開口し ている。

【００１７】 上述の構成において、各種の掘削情報から決定される回転数指令Ｎｒをサーボ ドライバ６に入力することにより、電動サーボモータ１の回転数を自由に制御す ることができ、この結果、減速機３で機械的に減速された回転数が駆動軸４に出 力され、回転バケット107を回転させることが可能となる。また、回転バケット1 07における実際の回転数Ｎや掘削トルクＴもサーボドライバ６よりリアルタイム で検出することができる。

【００１８】 水密構造化されたラダー106内に収納された電動サーボモータ１は、掘削作動 時に発熱しモータ温度が上昇していくが、電動サーボモータ１の外表面に取付け られた冷却管７に冷却用の水として周囲環境水を取り入れることで、周囲環境水 によりサーボモータ１は冷却され過熱を抑制される。この際、冷却水取入管８は その開口部８ａを回転バケット107の近傍に配置されていたため、回転バケット1 07の回転に伴う水の流れをうまく利用して冷却管７へ周囲環境水を導入すること ができる。

【００１９】 上記のように、この実施例では駆動源として電動サーボモータを用いることに より、従来の液圧駆動方式に比べて構成機器数を大幅に低減することができて、 機器故障などによる信頼性や、駆動効率を大幅に向上させることが可能となる。 また、掘削制御を行なうための各種情報についても、従来のように回転計，圧力 センサ，流量センサなどを付加する必要もなく、電動サーボモータに内蔵された 回転検出器や、サーボモータコントローラとしてのサーボドライバより直接実回 転数や駆動トルクを得ることができるため、演算装置が不要となるなど制御装置 をシンプル化できるなどの効果もある。さらに電動サーボモータの発熱を防止す るための冷却管の設置により密閉箱内においてもサーボモータの過熱によるトラ ブルを解消することができる。

【００２０】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の水中作業機における掘削部駆動装置によれば、 次のような効果ないし利点が得られる。 (1) 構成機器が少ないため、故障などに対する信頼性を向上することができる。 また、駆動システムとしての効率の向上が図れる。 (2) 駆動系統に油圧を使用しないため油もれなどによる環境汚染の心配がない。 また、油の圧縮性などを原因とした回転変動などの不安定要因が少なく、安定し た回転状態が得られる。 (3) 掘削状態監視あるいは掘削制御に必要な回転数，掘削トルクなどの情報入手 手段としての各種センサが不要であり、システムがシンプル化すると共にコスト 低減にもつながる。 (4) 電動サーボモータの過熱防止に対しては、環境水を積極的に利用した冷却管 によりモータを直接冷却することができるため、モータのトラブル等を回避する ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例としての水中作業機における
掘削部駆動装置の模式構成図。

【図２】同組立構造図。

【図３】従来の水中作業機の構成図。

【図４】同水中作業機における掘削部駆動装置の模式構
成図。

【符号の説明】

１ 電動サーボモータ ２ 回転検出器 ３ 減速機 ４ 駆動軸 ５，11 ケーブル ６ サーボドライバ ７ 冷却管 ８ 冷却水取水管 ８ａ 取入口 ９ 冷却水放出管 106 ラダー 107 回転バケット

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に水没した状態で岩盤等を掘削する
   水中作業機において、掘削部としての回転バケットの回
   転駆動機構として、上記回転バケットを直接駆動すべ
   く、上記回転バケットを支持するラダー内に、電動サー
   ボモータと同電動サーボモータに直結され上記回転バケ
   ットの回転軸に接続された減速機とが収納されているこ
   とを特徴とする、水中作業機における掘削部駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水中作業機における掘
   削部駆動装置において、上記電動サーボモータを冷却す
   べく同電動サーボモータの表面に冷却水としての周囲環
   境水を導入可能な冷却管が取付けられるとともに、同冷
   却管の上記冷却水の取入口が上記回転バケットの回転部
   近傍に開口するように設けられたことを特徴とする、水
   中作業機における掘削部駆動装置。