JPH02252894A - シールド掘進機の姿勢制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ヤツキが配設されている。而して
シールド掘進機の前進は、推進ジヤツキの後端をセグメ
ントに支持させた状態で推進ジヤツキに圧油を供給し、
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
数の推進ジヤツキのうち所定の推進ジヤツキには、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
進ジヤツ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ｌ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
進ジヤツキ負荷圧力切換弁８ａ、８ｂ　、管路９ａ。

９ｂを介して推進ジヤツキ１０ａ、　ｌＯｂ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に分岐し推進ジヤツキｌＯａ、
１０ｂのロッド側油室２８ａ、　２１ｂ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。又推進ジヤツキは２本図示
しているが、実際には、推進ジヤツキＬＯａ、１０ｂと
並列に２本よりも多数の推進ジヤツキが配設されている
。更に、安全弁２４．２５のセット圧ＰＩ＋Ｐ２と減圧
弁１５のセット圧Ｐ３はＰ１鴇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ヤツキ１０
ａ、ｌＯｂの夫々に対応して円形に配置されたジヤツキ
選択スイッチ２７（図示の場合１２個）、及び該ジヤツ
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ィッチ２９と引スイッチ３
０及び停止スイッチ３１からなるジヤツキ運転部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、左ジヤツキストローク計３４、右ジヤツキスト
ローク計３５、及びピッチング計（前後方向の傾斜計）
　３Ｂを有している。

前記ジヤツキ選択スイッチ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ヤツキｌＯ
ａ、　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
ィッチ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を押倒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ヤツキｌｏｇ、　ｊｏｂ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、すべてのジヤツ
キ選択スイッチ２７を押して点灯させ、切換弁８ａ、８
ｂのすべてを負荷圧力側に切換えた後、押スィッチ２９
を押して点灯させ、主切換弁４を押倒に切換える。

すると、すべての推進ジヤツキ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
ジヤツキ選択スイッチ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
部の推進ジヤツキ１０ａ、　１０ｂの推力を解除するこ
とによりシールド掘進機に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
ては左右のジヤツキストローク計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ヤツキ
の数を追加、又は減らすようにしている。

どの位置の推進ジヤツキを運転するかは、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ヤツキパターン
（運転ジヤツキの配列）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
ジヤツキ本数を決め、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ヤツキを選択する必
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、ランダムなジヤツキ選択
となる。又従来、上記運転ジヤツ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
進ジヤツ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、ジヤツキパターン（
運転ジヤツキの組合わせ）が多いために、運転ジヤツキ
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ヤツ
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人力
装置で指示すると、その方向に応じて推進ジヤツキが負
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
に推進ジヤツ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、更にポテンシヨメータなど
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５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３
８を設けている。

即ち、タンクｌ内の油を、油圧ポンプ２、管路３、主切
換弁４、管路６．７ａ、７ｂ　、推進ジヤツキ負荷圧力
切換弁８ａ、８ｂ　、管路９ａ、９ｂを介して推進ジ＋
　ツキ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−油式減圧
弁４０を介して前記推進ジヤツキ１０ａ、　ｌＯｂ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、対応する推進ジヤツキ１０
ａ、１０ｂのヘッド側管路９ａ、　９ｂに接続する。

前記推進ジヤツキ切換弁８ａ、　８ｂと制御圧力切換弁
４１ａ、４１ｂは、各推進ジヤツキｌＯａ、　ｆｏｂ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−油式減圧弁４０の出側と、前記油タンクｌ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−油式減圧弁４０により少しく１０Ｋｇ／ｃ■２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−油式リリーフ弁を使って電−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、４Ｇ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４γ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ヤツキ負荷圧力切
換弁８ａ、８ｂと制御圧力切換弁４１ａ、４１ｂ　ｓ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５Ｂに負荷圧カ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
−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３８の近くに、制御圧力検出器４Ｂ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４１ａ、４１ｂがそれぞれの推進ジヤツキ１０ａ、　
ｌＯｂ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−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
ヤツキストローク計８４．１５　、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図囚は１２本有口ている推進ジヤツキを■〜■の負
荷側と、■〜０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ｉ向を有している。

第３図（６）は回転モーメントの方向を２０φ・らムに
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ｉ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＾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−油式減圧弁４０が調整される。

上記により、推進ジヤツキｌｏｇ、　ｊｏｂ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。

（１）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。

０）推進ジヤツキを隣り合う同志からなる２つのグール
ブに分割し、その一方を負荷圧力、他方を制御圧力で制
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ＣＡ
）（Ｂ）（Ｃ）は推進ジヤツ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は推進ジヤ
ツキ負荷圧力切換弁、１０ａ、　ｌＯｂは推進ジヤツキ
、２２ａ、２２ｂはヘッド側油室、２３ａ、　２３ｂは
ロッド側油室、２７はジヤツキ選択スイッチ、２８は回
転モーメント方向表示板、２９は押スィッチ、３３は負
荷圧力表示計、３４は左ジヤツキストローク計、３５は
右ジヤツキストローク計、３６はピッチング計、３８は
制御圧力供給回路、４０は電−油式減圧弁、４１ａ、４
１ｂ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。 第２図 第３図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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−油式減圧弁と、該電−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−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。