JP7069450B2 - Digger and its operation method - Google Patents
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Description
本発明は、掘進機に関し、特に、コピーカッターを備えた掘進機に関するものである。 The present invention relates to a digging machine, and more particularly to a digging machine provided with a copy cutter.
従来、土圧式シールド掘進機、泥土圧式シールド掘進機、泥水式シールド掘進機、土圧式推進機、泥濃式推進機、泥水式推進機等の各種掘進機(推進機を含み、本明細書において、単に、「掘進機」という。)において、曲線施工や蛇行修正を行うために、コピーカッター(本明細書において、以下、「従来型のコピーカッター」という場合がある。)が備えられている(例えば、特許文献1参照。)。
この従来型のコピーカッターは、カッターヘッドに内蔵され、カッターヘッドの外周側に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成され、カッターヘッドの外周側を任意に余掘りすることで、曲線施工や蛇行修正を行うことができるようにしている。
Conventionally, various excavators (including propulsion machines, in the present specification) such as earth pressure type shield excavator, mud pressure type shield excavator, muddy water type shield excavator, earth pressure type propulsion machine, mud concentration type propulsion machine, muddy water type propulsion machine, etc. , Simply referred to as a "digger") is provided with a copy cutter (hereinafter, may be referred to as a "conventional copy cutter" in the present specification) for performing curve construction and meandering correction. (See, for example, Patent Document 1.).
This conventional copy cutter is built into the cutter head and consists of a telescopic cylinder and a bit that can protrude to the outer peripheral side of the cutter head. By digging the outer peripheral side of the cutter head arbitrarily, curve construction and meandering correction I am trying to be able to do.
また、カッターヘッド後方のチャンバーに地山の強度等を測定するためのセンサを備えることで、掘削の制御を行うことも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 It has also been proposed to control excavation by equipping the chamber behind the cutter head with a sensor for measuring the strength of the ground (see, for example, Patent Document 2).
ところで、上記従来の掘進機においては、コピーカッターは、カッターヘッドの外周側に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成されているため、カッターヘッドの外周側に位置する地山に掘削作用を及ぼすことができるが、これは曲線施工や蛇行修正を行う際に必要な部分的な余掘りを行うものであり、全周に亘って余掘りを行うと、掘進機の方向制御に支障をきたすため、通常は行われていない。 By the way, in the above-mentioned conventional excavator, since the copy cutter is composed of a telescopic cylinder and a bit that can project to the outer peripheral side of the cutter head, it exerts an excavating action on the ground located on the outer peripheral side of the cutter head. However, this is to perform partial over-digging necessary for curve construction and meandering correction, and if over-digging is performed over the entire circumference, it will hinder the direction control of the excavator. Not usually done.
本発明は、上記従来の掘進機に備えられるコピーカッターではできなかった、カッターヘッドの前面側に位置する地山に掘削作用を及ぼすことができるコピーカッターを備えた掘進機及びその運転方法を提供することを目的とする。 The present invention provides an excavator equipped with a copy cutter capable of exerting an excavation action on a ground located on the front side of a cutter head, which was not possible with the copy cutter provided in the conventional excavator, and an operation method thereof. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の掘進機は、先端にカッターヘッドを有し、カッターヘッドの後部にチャンバーを備えた掘進機において、前記カッターヘッドの支持アームに、カッターヘッドの前面から前方に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成したコピーカッターを備えてなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the excavator of the present invention is an excavator having a cutter head at the tip and a chamber at the rear of the cutter head, on the support arm of the cutter head from the front surface to the front of the cutter head. It is characterized by being equipped with a copy cutter composed of a telescopic cylinder that can be projected and a bit.
この場合において、前記カッターヘッドのカッタートルクを回転角度毎に検出するカッタートルク検出機構を備えてなるようにすることができる。 In this case, a cutter torque detecting mechanism for detecting the cutter torque of the cutter head for each rotation angle can be provided.
また、本発明の掘進機の運転方法は、先端にカッターヘッドを有し、カッターヘッドの後部にチャンバーを備えた掘進機の運転方法において、前記カッターヘッドの支持アームに備えた、カッターヘッドの前面から前方に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成したコピーカッターを突出させた状態でカッターヘッドを回転させることによってカッターヘッドの前面の地山の全周を切削し、カッターヘッドのカッタートルクを回転角度毎に検出するカッタートルク検出機構によって測定したカッタートルクの測定値によって、カッターヘッドの前面の地山の強度を把握することを特徴とする。 Further, in the method of operating the excavator of the present invention, in the method of operating the excavator having the cutter head at the tip and the chamber at the rear of the cutter head, the front surface of the cutter head provided on the support arm of the cutter head. By rotating the cutter head with the copy cutter consisting of a telescopic cylinder and a bit that can protrude forward from the top, the entire circumference of the ground in front of the cutter head is cut, and the cutter torque of the cutter head is rotated. It is characterized in that the strength of the ground on the front surface of the cutter head is grasped by the measured value of the cutter torque measured by the cutter torque detection mechanism detected every time.
この場合において、カッターヘッドの前面の地山の強度を把握し、当該地山に硬度分布がある場合に、硬質な部分をコピーカッターによって部分的に先行掘削するようにすることができる。 In this case, the strength of the ground in front of the cutter head can be grasped, and when the ground has a hardness distribution, the hard portion can be partially pre-drilled by the copy cutter.
本発明の掘進機によれば、先端にカッターヘッドを有し、カッターヘッドの後部にチャンバーを備えた掘進機において、前記カッターヘッドの支持アームに、カッターヘッドの前面から前方に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成したコピーカッターを備えてなるようにすることにより、当該コピーカッターによって、カッターヘッドの前面側に位置する地山にカッターヘッドの全周において掘削作用を及ぼすことができる。 According to the excavator of the present invention, in an excavator having a cutter head at the tip and a chamber at the rear of the cutter head, a telescopic cylinder capable of projecting forward from the front surface of the cutter head to the support arm of the cutter head. By providing a copy cutter composed of a bit and a bit, the copy cutter can exert an excavation action on the ground located on the front side of the cutter head over the entire circumference of the cutter head.
また、前記カッターヘッドのカッタートルクを回転角度毎に検出するカッタートルク検出機構を備えてなるようにすることにより、掘削の制御を行うことができる。 Further, excavation can be controlled by providing a cutter torque detecting mechanism for detecting the cutter torque of the cutter head for each rotation angle.
また、本発明の掘進機の運転方法によれば、先端にカッターヘッドを有し、カッターヘッドの後部にチャンバーを備えた掘進機の運転方法において、前記カッターヘッドの支持アームに備えた、カッターヘッドの前面から前方に突出可能な伸縮シリンダとビットで構成したコピーカッターを突出させた状態でカッターヘッドを回転させることによってカッターヘッドの前面の地山の全周を切削し、カッターヘッドのカッタートルクを回転角度毎に検出するカッタートルク検出機構によって測定したカッタートルクの測定値によって、カッターヘッドの前面の地山の強度を把握することができ、把握したカッターヘッドの前面の地山の強度に基づいた掘削の制御、具体的には、カッターヘッドの前面から前方に突出するコピーカッターの突出量の調節制御を行うことができる。 Further, according to the operation method of the excavator of the present invention, in the operation method of the excavator having the cutter head at the tip and the chamber at the rear of the cutter head, the cutter head provided on the support arm of the cutter head. By rotating the cutter head with the copy cutter consisting of a telescopic cylinder and a bit that can protrude forward from the front of the cutter head, the entire circumference of the ground on the front of the cutter head is cut, and the cutter torque of the cutter head is reduced. The strength of the ground on the front of the cutter head can be grasped from the measured value of the cutter torque measured by the cutter torque detection mechanism detected for each rotation angle, and it is based on the strength of the ground on the front of the cutter head that has been grasped. Excavation control, specifically, adjustment control of the protrusion amount of the copy cutter protruding forward from the front surface of the cutter head can be performed.
この場合において、カッターヘッドの前面の地山の強度を把握し、当該地山に硬度分布がある場合に、硬質な部分をコピーカッターによって部分的に先行掘削するようにすることができ、芯抜き効果によって硬質な部分の硬度を低下させ、切羽地山の硬軟度を平均化し、カッターヘッドによる掘削精度、特に掘進機の直進性を向上させることができる。 In this case, the strength of the ground in front of the cutter head can be grasped, and if the ground has a hardness distribution, the hard part can be partially pre-drilled by the copy cutter, and the core is removed. By the effect, the hardness of the hard part can be lowered, the hardness and softness of the face ground can be averaged, and the excavation accuracy by the cutter head, especially the straightness of the excavator can be improved.
以下、本発明の掘進機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the excavator of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の掘進機の一実施例を示す。
この掘進機は、先端にカッターヘッド1を有し、このカッターヘッド1の後部にチャンバー2を備える泥土圧式シールド掘進機であり、カッターヘッド1の前方の地山の掘削面である切羽を掘削し、掘削した土砂をチャンバー2に取り込み、カッターヘッド1のセンター部及びスポーク16にそれぞれ設けた加泥材吐出口3a、3bから注入した加泥材を、カッターヘッド1及びチャンバー2内に配置される撹拌翼(図示省略)により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー2内から後方に延びるスクリューコンベア4等からなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキ5の推力によりチャンバー2内の泥土に泥土圧を発生させて、この土砂の土圧を切羽に作用させることにより切羽の土圧と地下水圧に対抗して、切羽を安定化させ、掘進機をその推進量と排土量のバランスを図りながら地山を掘進するようにしている。
FIG. 1 shows an embodiment of the excavator of the present invention.
This excavator is a muddy soil pressure type shield excavator having a cutter head 1 at the tip and a
シールド胴体6を構成する、チャンバー2を備える前胴61と後胴62とは、方向修正ジャッキ7により連結されている。
The
チャンバー2内には、チャンバー2内で発生する土圧(圧力)を検知する土圧計8を配設するようにしている。
An
前胴61にはその先端部分に支持軸受を介してカッターヘッド1が回転可能に支承され、駆動モータ9によって回転駆動されるようにされている。
A cutter head 1 is rotatably supported on the
カッターヘッド1の外周部には、シリンダを備えた伸縮シリンダとビットで構成した従来型のコピーカッター10が内蔵され、カッターヘッド1の外周側に突出可能にされ、カッターヘッド1の外周側を任意に余掘りすることで、曲線施工や蛇行修正を行うことができるようにしている。
A
カッターヘッド1の前面部には、カッタービット11、先行ビット12及びゲージビット13が取り付けられている。
A
さらに、カッターヘッド1の支持アーム14に、カッターヘッド1の前面から前方に突出可能なように伸縮シリンダとビットで構成したコピーカッター15(本明細書において、以下、「前方伸縮型のコピーカッター」という場合がある。)を備えるようにしている。
前方伸縮型のコピーカッター15は、カッターヘッド1の前面部の外周部に配設し、水平方向軸に対して突出角度θが0~45°(本実施例においては、約30°。)、最大突出寸法Lが30~200mmとしているが、掘進機の外径や土質等に応じて、適した大きさ、突出量に設定することができる。
そして、この前方伸縮型のコピーカッター15によって、カッターヘッド1の前面側に位置する地山にカッターヘッド1の全周において掘削作用を及ぼすことができる。
ここで、本実施例においては、カッターヘッド1の支持アーム14が、カッターヘッド1の外周部を支持する方式のため、コピーカッター15は、カッターヘッド1の前面部の外周部に配設するようにしているが、カッターヘッド1の中間部(外周部の内側)を支持する方式の場合には、コピーカッター15は、支持アーム14が位置するカッターヘッド1の前面部の中間部に、カッターヘッド1の前面から前方に突出可能に配設するようにする。
Further, a
The forward
Then, the forward
Here, in this embodiment, since the
掘進機は、カッターヘッド1のカッタートルクを回転角度毎に検出するカッタートルク検出機構を備えるようにし、これを用いて、掘削の制御を行うようにする。
具体的には、前方伸縮型のコピーカッター15を突出させた状態でカッターヘッド1を回転させることによってカッターヘッド1の前面の地山の全周を切削し(このとき、いわゆるローリングが発生しないようにコピーカッター15の突出状態を調節する。)、カッタートルク検出機構によって測定したカッターヘッド1のカッタートルクの測定値(駆動方式が油圧モータ駆動方式の場合は油圧値、電動モータ駆動方式の場合は電流値)によって、カッターヘッド1の前面の地山の強度を把握し、把握したカッターヘッド1の前面の地山の強度に基づいた掘削の制御、より具体的には、カッターヘッド1の前面から前方に突出するコピーカッター15の突出量の調節制御を行うことができる。
すなわち、図2(a)に示すように、コピーカッター15を伸長させ、地山に貫入させてから、カッターヘッド1を回転させ、カッターヘッド1のカッタートルク(回転トルク)の変動を測定し、必要に応じて、コピーカッター15を収縮した状態の場合の回転トルクと比較する。
相対的に回転トルクの値が高い部分は地山硬度が高く、値が低い部分は地山硬度が低いと判定し(図2(b))、運転者にわかる場所に設けたモニターで硬軟度を表示する(図2(c))。
硬軟差が大きい場合には、図2(d)に示すように、硬軟度画面から判断して硬度が高い部分のみコピーカッター15を伸長させて、地山を溝状に先行切削する。
このように、カッターヘッド1の前面の地山の強度を把握し、当該地山に硬度分布がある場合に、硬質な部分をコピーカッター15によって部分的に先行掘削するようにすることにより、芯抜き効果によって硬質な部分の硬度を低下させ、切羽地山の硬軟度を平均化し、カッターヘッド1による掘削精度、特に掘進機の直進性を向上させることができる。
The excavator is provided with a cutter torque detection mechanism that detects the cutter torque of the cutter head 1 for each rotation angle, and uses this to control excavation.
Specifically, by rotating the cutter head 1 with the front
That is, as shown in FIG. 2A, the
It is determined that the part with a relatively high rotational torque value has a high ground hardness, and the part with a low value has a low ground hardness (Fig. 2 (b)). Is displayed (FIG. 2 (c)).
When the hardness difference is large, as shown in FIG. 2D, the
In this way, by grasping the strength of the ground on the front surface of the cutter head 1 and partially pre-excavating the hard part with the
図2(e)に実験結果を示すモニターの図である(数字は、掘進中のカッターヘッド1のカッタートルク(回転トルク)の測定値(単位:MPa(油圧))を記入。)。
図2(e)に実験結果から明らかなように、前方伸縮型のコピーカッター15を伸長させ、地山に貫入させてから、カッターヘッド1を回転させ、カッターヘッド1のカッタートルク(回転トルク)の変動を測定した結果、地山硬度が高い部分は、回転トルクの値が高く、地山硬度が低い部分は、回転トルクの値が低く表れた(圧力差:3.3MPa)。
なお、このときのコピーカッター15を収縮した状態の場合の回転トルクの変動圧力差は、0.3MPaであった。
FIG. 2 (e) is a diagram of a monitor showing the experimental results (the numbers are the measured values (unit: MPa (hydraulic pressure)) of the cutter torque (rotational torque) of the cutter head 1 during excavation).
As is clear from the experimental results in FIG. 2 (e), the forward
The fluctuation pressure difference of the rotational torque when the
以上、本発明の掘進機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。 The excavator of the present invention has been described above based on the embodiment thereof, but the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the configuration is appropriately changed as long as the purpose is not deviated. It is something that can be done.
本発明の掘進機及びその運転方法は、前方伸縮型のコピーカッターを備えることによって、従来の掘進機に備えられる従来型のコピーカッターではできなかった、カッターヘッドの前面側に位置する地山に掘削作用を及ぼすことができるという特性を有していることから、土圧式シールド掘進機、泥土圧式シールド掘進機、泥水式シールド掘進機、土圧式推進機、泥濃式推進機、泥水式推進機等の各種掘進機の用途に好適に用いることができる。 The excavator of the present invention and its operation method are provided with a forward telescopic copy cutter on the ground located on the front side of the cutter head, which was not possible with the conventional copy cutter provided in the conventional excavator. Since it has the property of being able to exert an excavation action, it is a soil pressure type shield excavator, a mud pressure type shield excavator, a muddy water type shield excavator, an earth pressure type propulsion machine, a mud concentration type propulsion machine, and a muddy water type propulsion machine. It can be suitably used for various digging machines such as.
1 カッターヘッド
2 チャンバー
3a 加泥材吐出口(センター部)
3b 加泥材吐出口(スポーク)
4 スクリューコンベア
5 シールドジャッキ
6 シールド胴体
61 前胴
62 後胴
7 方向修正ジャッキ
8 土圧計
9 駆動モータ
10 コピーカッター(従来型のコピーカッター)
11 カッタービット
12 先行ビット
13 ゲージビット
14 支持アーム
15 コピーカッター(前方伸縮型のコピーカッター)
16 スポーク
1
3b Mud material discharge port (spoke)
4
11
16 spokes
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