JP2698422B2

JP2698422B2 - シールド掘進機の姿勢制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2698422B2
Application number: JP1072199A
Authority: JP
Inventors: 祥治桐谷; 豊大西; 茂佳田方; 貢一梅野
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1998-01-19
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: US5017045A; EP0470309A1; JPH02252894A; EP0470309B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はシールド掘進機の曲線掘進或いは方向修正を
行うためのシールド掘進機の姿勢制御方法及び装置に関
するものである。

［従来の技術］シールド掘進機には、掘進のため、シールドフレーム
円周方向に複数の推進ジャッキが配設されている。而し
てシールド掘進機の前進は、推進ジャッキの後端をセグ
メントに支持させた状態で推進ジャッキに圧油を供給
し、ピストンロッドを突出させることにより行う。

又シールド掘進機の前進時にカーブさせる場合には、
複数の推進ジャッキのうち所定の推進ジャッキには、高
圧油を供給してピストンロッドを突出させるが、残りの
推進ジャッキには高圧油を供給せず停止のままとする
か、シールド掘進機に推進力を加えない程度の低圧油を
供給して、ただピストンロッドをシールド掘進機の推進
に従って伸ばすだけの無負荷追従運転により行う。

上述のシールド掘進機に適用する従来の自動方向制御
装置の油圧回路を第４図により説明すると、タンク１の
油を吸引し加圧して送出すようにした油圧ポンプ２の吐
出側には、管路３が接続され、管路３の先端には、主切
換弁４が連結され、主切換弁４には、油をタンク１に戻
す戻し用の管路５が接続されている。

主切換弁４には別の管路6,11が接続され、管路６は２
本の管路7a,7bに分岐し、管路7a,7bは推進ジャッキ負荷
圧力切換弁8a,8b、管路9a,9bを介して推進ジャッキ10a,
10bのヘッド側油室22a,22bに接続されている。又管路11
は２本の管路12a,12bに分岐し推進ジャッキ10a,10bのロ
ッド側油室23a,23bに連結されている。

無負荷追従バルブブロック13は、切換弁14、切換弁14
から送られて来た油の圧力を減圧する減圧弁15、減圧弁
15からの油が流れる流路16、油が減圧弁15側へ逆流しな
いようにした逆止弁17a,17bを備え、管路7aと切換弁14
とは管路18により接続され、管路9a,9bと逆止弁17a,17b
は管路19a,19bにより接続されている。

管路20は逆止弁21a,21bを介して管路19a,19bに接続さ
れている。図中24,25は安全弁である。又推進ジャッキ
は２本図示しているが、実際には、推進ジャッキ10a,10
bと並列に２本よりも多数の推進ジャッキが配設されて
いる。更に、安全弁24,25のセット圧P₁,P₂と減圧弁15の
セット圧P₃はP₁≒P₂≫P₃に調整されている。

第５図は従来のシールド掘進機の操作盤26の一例を示
すもので、周方向に複数個備えられた推進ジャッキ10a,
10bの夫々に対応して円形に配置されたジャッキ選択ス
イッチ27（図示の場合12個）、及び該ジャッキ選択スイ
ッチ27に対応する位置とその相互間に配置された回転モ
ーメント方向表示板28（図示では24個）、更に中央部に
設けた押スイッチ29と引スイッチ30及び停止スイッチ31
からなるジャッキ運転部32とを有している。又、前記操
作盤26には、負荷圧力表示計33、左ジャッキストローク
計34、右ジャッキストローク計35、及びピッチング計
（前後方向の傾斜計）36を有している。

前記ジャッキ選択スイッチ27は、それを押すことによ
って点灯すると共に、それに対応した推進ジャッキ10a,
10bの切換弁8a,8bが負荷圧力側に切換わるように弁装置
37に指令信号が出力される。又、押スイッチ29は、それ
を押すことによって点灯すると共に前記主切換弁４を押
側に切換える指令信号を弁装置37に出力し、よって前記
切換弁8a,8bが負荷圧力側に切換えられている推進ジャ
ッキ10a,10bは一斉に伸長作動を行って掘進が行われる
ようになっている。上記スイッチ27,29はもう一度押す
と消灯し、各切換弁8a,8b,4は夫々中立位置（閉止側）
に切換わる。

シールド掘進機を直進させる場合には、すべてのジャ
ッキ選択スイッチ27を押して点灯させ、切換弁8a,8bの
すべてを負荷圧力側に切換えた後、押スイッチ29を押し
て点灯させ、主切換弁４を押側に切換える。

すると、すべての推進ジャッキ10a,10bが同時に伸長
されてシールド掘進機の直線掘進が行われる。

シールド掘進機により曲線掘進或いは方向修正を行う
場合には、オペレータがシールド掘進機を向けたい方向
のジャッキ選択スイッチ27を押してそれを消灯させ、そ
れに対応する切換弁8a,8bを中立位置に切換えて一部の
推進ジャッキ10a,10bの推力を解除することによりシー
ルド掘進機の回転モーメントを発生させて行う。

所定の姿勢変化が得られたかどうかは、左右方向につ
いては左右のジャッキストローク計34,35等により、又
上下方向についてはピッチング計36等により確認し、過
不足があればその量に応じて運転する推進ジャッキの数
を追加、又は減らすようにしている。

どの位置の推進ジャッキを運転するかは、必要総推力
（シールドを前進するために必要な推力）の関係から最
少運転本数（通常は装備本数の半数以上必要である）を
求め、セグメントに局部的な集中荷重を掛けないよう
に、それよりなるべく多い運転本数で、分散した配列
で、しかも必要な回転モーメントが得られるジャッキパ
ターン（運転ジャッキの配列）を考えて選択運転してい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記従来方式においては、必要総推力から運
転ジャッキ本数を決め、左右と上下の合成回転モーメン
ト及びそれまでの実績などから運転ジャッキを選択する
必要があり、又蛇行を最少限とし、トンネルの仕上りを
精度を良くするためには、位置、姿勢のずれが小さいう
ちに修正を行う必要がある。そのために回転モーメント
を小刻みに変化させる必要があり、ランダムなジャッキ
選択となる。又従来、上記運転ジャッキの選択をオペレ
ータの判断で行っているために、その作業が大変である
と共に、熟練したオペレータを必要とする問題を有して
いた。

又、ジャイロ或いはレーザ方式などの自動位置・姿勢
計測装置を装備して、該計測装置からの信号により前記
推進ジャッキの制御を行ってシールド掘進機の自動方向
制御を行わせるようにした場合にも、ジャッキパターン
（運転ジャッキの組合わせ）が多いために、運転ジャッ
キ選択のアルゴリズムが複雑になる問題がある。

本発明は、シールド掘進機の姿勢制御を簡単化して、
自動化を容易にすると共に、作業員の判断による部分を
無くして熟練しなくても容易に取扱うことができるよう
にすることを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明は、シールド掘進機に複数配設される推進ジャ
ッキを、隣り合う同志による２つのグループに分割し、
該分割した一方のグループを負荷圧力で運転すると共に
他方のグループを任意の制御圧力で運転するようにし、
シールド掘進機を向けたい回転モーメントの方向に応じ
て前記２つのグループの分割位置を設定すると共に、前
記回転モーメントの大きさに応じて制御圧力で運転する
グループの制御圧力を設定することを特徴とするシール
ド掘進機の姿勢制御方法及び装置にかかるものである。

［作用］シールド掘進機を向けたい回転モーメントの方向を入
力装置で指示すると、その方向に応じて推進ジャッキが
負荷圧力側と制御圧力側の２つのグループに分かれるよ
うに推進ジャッキ負荷圧力切換弁と制御圧力切換弁が自
動的に選択されて切換えられ、更にポテンショメータな
どの可変設定器により回転モーメントの大きさを指示す
ると前記制御圧力が自動的に設定される。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の一実施例であり、図中第４図と同一
の符号を付した部分は同一物を表わしている。

第１図に示すように、第４図の従来装置における無負
荷追従バルブブロック13に代えて、制御圧力供給回路38
を設けている。

即ち、タンク１内の油を、油圧ポンプ２、管路３、主
切換弁４、管路6,7a,7b、推進ジャッキ負荷圧力切換弁8
a,8b、管路9a,9bを介して推進ジャッキ10a,10bのヘッド
側油室22a,22bに供給する回路の前記管路６に、制御側
管路39を接続し、該管路39を無段階圧力制御が可能な電
一油式減圧弁40を介して前記推進ジャッキ10a,10bに対
応して設けた制御圧力切換弁41a,41bに導き、且つ該制
御圧力切換弁41a,41bからの管路42a,42bを、対応する推
進ジャッキ10a,10bのヘッド側管路9a,9bに接続する。

前記推進ジャッキ切換弁8a,8bと制御圧力切換弁41a,4
1bは、各推進ジャッキ10a,10bに対応するものが対をな
していて、一方が連通状態の時、他方は必ず閉止状態に
あるように、開閉が逆になる状態にインターロックされ
ている。

前記電一油式減圧弁40の出側と、前記油タンク１に戻
す管路５との間には、安全弁43を有した圧力上昇時逃し
用の管路44を設けており、安全弁43のセット圧は電一油
式減圧弁40により少し（10Kg/cm²程度）高くセットする
ようにしてあり、安全弁24と同じ設定圧にするか、電一
油式リリーフ弁を使って電一油式減圧弁40のセット圧と
連動させるようにしている。図中45は負荷圧力検出器、
46は制御圧力検出器を示す。

第２図は本発明に用いる操作盤47の一例を示すもの
で、操作盤47に内装された演算制御器48にデジタル数字
で回転モーメント方向を指令する入力装置49を設け、前
記演算制御器48の出力50により油圧回路51に備えた弁装
置52における前記推進ジャッキ負荷圧力切換弁8a,8bと
制御圧力切換弁41a,41b、及び主切換弁４の切替えを行
うようになっている。

又、演算制御器48において、入力装置49からの回転モ
ーメント方向指令信号53または別に設けた負荷運転本数
設定スイッチ信号から負荷運転本数を判別し、回転モー
メント大きさ設定用の可変設定器（ポテンショメータ）
54からの信号55を負荷運転本数に応じて調節し、該調節
信号56に負荷圧力フィードバック信号60を加算した信号
57を制御増幅器58に入力して、前記電一油式減圧弁40に
導くようにしている。

図中59は負荷圧力検出器45からの検出圧力を表示する
負荷圧力表示計33の近くに、制御圧力検出器46の検出圧
力を表示する制御圧力表示計を示す。

シールド掘進機を推進させる場合は、予め向けたい回
転モーメントの方向の回転モーメント方向表示板28の番
号を入力装置49に数字で入力する。

すると演算制御器48により前記回転モーメントの方向
に応じて負荷圧力切換弁8a,8bおよび制御圧力切換弁41
a,41bがそれぞれの推進ジャッキ10a,10bと連通するよう
に切換わる。又、可変設定器54により、回転方向の大き
さをセットすることにより、その大きさに応じて電一油
式減圧弁40の制御圧力が設定され、これにより設定され
た方向に設定された大きさで回転モーメントが得られ
る。

上記回転モーメントの方向、大きさの修正は、左右の
ジャッキストローク計34,35、ピッチング計36の表示、
及び負荷圧力表示計33と制御圧力表示計59の差ならびに
負荷運転本数から求められる回転モーメントの大きさに
基づいて、推進中のシールド掘進機の姿勢の変化状況を
監視し、目標の姿勢になるように、入力装置49及びポテ
ンショメータ54の調整を行う。

第３図（Ａ）は12本有している推進ジャッキを〜
の負荷側と、〜の制御圧力側の２つのグループに分
けて曲線掘進が行われている状態を示しており、回転モ
ーメントの方向は方向を有している。

第３図（Ｂ）は回転モーメントの方向をに変更した場合を示しており、この場合はが制御圧力
運転となり、が負荷運転となる。

又第３図（Ｃ）のようにの回転モーメントの方向が選択された場合には前記第３
図（Ａ）の状態からが負荷圧力運転に追加される。こ
のとき、演算制御器48内の演算によって回転モーメント
の大きさに変化が生じないように電一油式減圧弁40が調
整される。

上記により、推進ジャッキ10a,10bが設置されるピッ
チの半分のピッチで回転モーメントの方向を設定し、調
整することができる。

尚、本発明のシールド掘進機の姿勢制御方法及び装置
は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え
得ることは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のシールド掘進機の姿勢
制御方法及び装置によれば、下記の如き種々の優れた効
果を奏し得る。

（ｉ）回転モーメントの方向と、その大きさを設定す
るのみで、何等の熟練を要することなく容易にシールド
掘進機の姿勢制御を行うことができる。

（ii）推進ジャッキを隣り合う同志からなる２つのグ
ループに分割し、その一方を負荷圧力、地方の制御圧力
で制御するようにしているので、制御が簡略化でき、よ
って自動制御の実施が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す油圧回路図、第２図は
本発明の操作部分の一例を示すブロック図、第３図
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は推進ジャッキをグループ分けする
場合の例を示す略図、第４図は従来の回路図、第５図は
従来の操作部分のブロック図である。２は油圧ポンプ、４は主切換弁、8a,8bは推進ジャッキ
負荷圧力切換弁、10a,10bは推進ジャッキ、22a,22bはヘ
ッド側油室、23a,23bはロッド側油室、27はジャッキ選
択スイッチ、28は回転モーメント方向表示板、29は押ス
イッチ、33は負荷圧力表示計、34は左ジャッキストロー
ク計、35は右ジャッキストローク計、36はピッチング
計、38は制御圧力供給回路、40は電一油式減圧弁、41a,
41bは制御圧力切換弁、42a,42bは管路、47は操作盤、48
は演算制御器、49は入力装置、54は可変設定器、59は制
御圧力表示計を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田方茂佳愛知県名古屋市港区昭和町13番地石川島播磨重工業株式会社名古屋工場内 (72)発明者梅野貢一東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社東京計器内 (56)参考文献特開昭57−205698（ＪＰ，Ａ) 実開平２−93391（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘進機に複数配設される推進ジャ
ッキを、隣り合う同志による２つのグループに分割し、
該分割した一方のグループを負荷圧力で運転すると共に
他方のグループを任意の制御圧力で運転するようにし、
シールド掘進機を向けたい回転モーメントの方向に応じ
て前記２つのグループの分割位置を設定すると共に、前
記回転モーメントの大きさに応じて制御圧力で運転する
グループの制御圧力を設定することを特徴とするシール
ド掘進機の姿勢制御方法。
【請求項２】複数の推進ジャッキに対応して配置された
推進ジャッキ負荷圧力切換弁と、油圧ポンプからの液を
前記推進ジャッキのロッド側油室或いは前記推進ジャッ
キ負荷圧力切換弁を介して推進ジャッキのヘッド側油室
へ送給し得る主切換弁と、前記油圧ポンプの液を導くよ
うにした電一油式減圧弁と、該電一油式減圧弁からの液
を前記推進ジャッキのヘッド側油室に送給するよう分岐
した管路の夫々に配設され、共通の推進ジャッキに対応
した前記推進ジャッキ負荷圧力切換弁と一体に作動し、
互に開閉が逆作動するようにインターロックされた制御
圧力切換弁と、シールド掘進機を向けたい回転モーメン
トの方向を指示する入力装置と、該入力装置からの指示
に基づいて前記インターロックされた推進ジャッキ負荷
圧力切換弁と制御圧力切換弁の切換を制御する演算制御
器と、前記回転モーメントの大きさに応じて前記電一油
式減圧弁の制御圧力の設定を行うための可変設定器とを
備えたことを特徴とするシールド掘進機の姿勢制御装
置。