JPH0492095A - トンネル掘削機の掘進制御装置 - 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、地中を掘削するトンネル掘削機に係り、特に
カンタヘソ１゛を複数のジヤツキによ、て前進さゼるト
ンネル掘削機の掘進側ａＩＩ装置に関する。

〔従来の技術〕

トンネル掘削機は、−・般に円筒状の本体の先端に、複
数のカッタピットを取り伺げたカツタパ・ラドを有しこ
おり、このカッター・ラドをモータによって回転させる
とともに、本体の周方向に配置し。

た複数のジヤツキによってカッタヘッドを前進させて地
山を掘削し、掘削した土砂をスクリＪ−・コンベヤ等を
用いて掘削機の後方に搬出するようにしている。そして
、カッタヘッド前方の地山を掘削する場合、カッタヘッ
ドの回転トルク、回転速度、掘進速度、各ジヤツキの推
進力等を土質に応じて得られた経験的な値となるよにし
て制御し・ている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、掘削する地山は、粘土質や礫質等であっても均
一な性状を示すことがなく、掘削するに従って地盤の硬
度、土圧等が常に変化する。このため、予め設定したカ
ッタヘッドの回転トルク、回転速度、推進速度、各ジヤ
ツキの推進力等によって掘進しても、土質が変化し、た
場合に適切な掘削条件とならず、掘削効率が低下し、た
り、土砂の崩壊が発住したりする。

本発明は、４前記従来技術の欠点を解消するためになさ
れたもので、掘削効率の向上が図れ、また土砂の崩壊を
防止することができるトンネル掘削機の掘進制御装置を
捉供することを目的としている。

〔課題を解決丈るための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係るトンネル掘
削機の掘進制御装置は、掘削機本体の先端部に回転可能
に設けたカッタヘッドを回転させるモータと、前記本体
に複数設けられ、前記力ソタヘノドを推進するジヤツキ
と、前記カッタヘッドの回転トルクを検出するトルクセ
ンサと、前記カッタヘッドを推進さセる力を検出する推
進力センサと、前記トルクセンサと推進力センサとの出
力信号に基づいで、前記モータを介して前記カッタヘッ
ドの回転速度を制ｕＥするとともに、前記ジヤツキを介
してカッタヘッドの推進速度を制御し、前記力フタヘッ
ドの総推進力を予め定めた値に保持する制御装置とを有
することを特徴としている。

［作用］ 上記の如く構成した本発明は、カッタヘラ１′の回転速
度、掘進速度をｔＭ節してカッタヘッドを推進させる総
推進力を一定に保持して掘削プるため、軟らかい地盤に
変化した場合には１．掘進速度を大きくしてカッタヘッ
ド前方の地山に一定の圧力を作用させ、掘削効率の向上
と土砂の崩壊とを防止し、また硬い地盤に変化した場合
には、カッタヘッドの回転速度、掘進速度を下げてカッ
タヘッドに過大な負荷がかからないようにし、適切な掘
削条件にして掘削するため、掘削効率が向１−する。

〔実施例〕

本発明のトンネル掘削機の掘進制御装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。

第１図は、本発明の実施例に係るトンネル掘削機の掘進
制御装置の説明図である。

第１Ｍにおいて、トンネル掘削機１ｏは、本体が円筒状
に形成してあり、例えば前部本体１２と後部本体１４と
のように軸方向に複数に分割し２τあるとともに、前部
本体１２と後部本体１４とが屈曲可能に、かつ伸縮可能
に連結しである。そし。

て、前部本体１２の前部には、支持壁１６に回転軸１８
が回転自在に支持してあり、この回転軸１８の先端に、
図示しない複数のカッタビットを装着したカッタヘッド
２０が固定しである。

回転軸１８の後端には、トルクセンサ２２を介して歯車
２４が取り付けである。この歯車２４には、油圧モータ
２６の軸に固定したビニオン２８が嗜み合っており、油
圧モータ２６からビニオン２８を介して回転力を受け、
カッタヘッド２０を矢印３０のように回転さセる。また
、歯車２４の近傍には、回転センサ３２が設けてあり、
歯車２４の回転数、すなわちカッタヘッド２００回転数
を検出できるようになっている。

一方、前部本体１２と後部本体１４との間には、本体の
周方向に配置した複数のスラストジヤツキ３４ａ〜３４
ｎが設けである。これらのスラス）・ジヤツキ３４ａ〜
３４ｎは、複動型の油圧シリンダからなり、それぞれが
対応するジヤツキコントローラ３６ａ〜・３６ｎを介し
て油圧ポンプ３８に接続してあり、ジヤツキコントロー
ラ３６ａ〜３６ｎを介して油圧ポンプ３８から作動油を
受け、前部本体１２を介してカッタヘッド２０を前進さ
せる。そして、各ジヤツキコントローラ３６ａ”・３６
ｎは、スラストジヤツキ３４ａ〜３４ｎにイ共給または
排出する作動油の圧力、流量を制御して、スラストジヤ
ツキ３４ａ〜３４．　ｎの出力を円節する。

また、ジヤツキコントローラ３６２〜３６ｎとスラスト
ジヤツキ３４８〜３４ｎとの間の管路またはスラストジ
ヤツキ３４ａ〜３４ｎには、推進力センサとしての油圧
センサ４０ａ〜４０ｎが設けてあり、スラストジヤツキ
３４ａ〜３４ｎに作用する油圧を検出できるようにしで
ある。さらに、各スラストジヤツキ３４ａ〜３４ｎのシ
リンダにはストロークセンサ４２ａ〜４２ｎが設けてあ
り、スラストジヤツキ３４ａ〜・３４ｎのストローク量
を検出して、検出信号を油圧センサ４０ａ〜４０ｎの検
出信しとともζこ、制御装ｆｆ４４！ご入力する。

この制御装置４４には、トルクセンサ２２と回転センサ
３２との検出信号も入力するようになっており、詳細を
後述′づるように、これらのセンサの検出信号に基づい
て、油圧モータ２６を制御するモータコントローラ４６
とスラストジャツギ３４ａ〜３４ｎを制御づるジヤツキ
コントローラ３６ａ〜３６ｎとに制御信号を送出する。

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
。

モータコントローラ４６は、予め設定された回転速度に
よってカッター・ラド２０が回転するように油圧モータ
２６を駆動する。また、各ジヤツキコントローラ３６ａ
〜３６ｎは、各スラストジヤツキ３４ａ〜・３４ｎが予
め定められた推進力（押し力）を発生ずるよ・うに、ス
ラストジヤツキ３４ａ〜・３４ｎに供給する作動油の圧
力、または排出圧力を設定するとともに、供給流量を調
節する。

制御装置４４は、第２図のステップ５１のように、トル
クセンサ２２の出力信号を取り込み、カッタヘッド２０
の回転トルクＴを求める。また、制御装置４４は、各油
圧センサ４０ａ〜・４０ｎの検出信号を読み込み、各ス
ラストジヤツキ３４ａ〜３４ｎの押し力ｆ、−ｆ１１を
求めるとともに、カッタヘッド２０を推進する総推進力
Ｆを演算する。

さらに、制御装置４４は、回転センサ３２の出力信号を
読み込み、カッタヘッド２０の回転速度ｎを求め、回転
速度が所定値となるように七−タコントローラ４６に制
御（８号を出力する。そして、モータコントローラ４６
は、制御装置ｔ４４が出力した制御信号に応して油圧モ
ータ２６を駆動し、カッタヘッド２０の回転速度を所定
値に維持する（ステップ５３）、また、制御装［４４は
、力・ツタヘッド２０の回転トルク］゛が管理値以下か
否かを判断しくステップ５４）、トルクＴが管理（−７
を超えている場合には、モータコントローラ４６に油圧
モータ２６の回転速度を低下ざ士る制御（１；をする。

モ・−タコントローラ４６は、制御装置４４からの信号
に従って油圧子−タ２６の回転速度を下げ、カッタヘッ
ド２０の回転速度を低下させ、カッタヘッド２０のトル
クＴが管理値以下となるようにする。

また、制御装置４４は、各ストロークセンサ４２ａ〜４
２ｎの検出信号を取り込み、カッタヘッド２０の推進速
度Ｖを演算し、推進速度■が所定値となるようにジヤツ
キコントローラ３６ａ〜３６ｎに制御信号を送り、スラ
ストジヤツキ３４ａ〜３４ｎに供給する作動油の流量を
調整する（ステップ５５）。

制御装置４４は、カッター・ラド２０のトルクＴが管理
値以下であり、推進速度Ｖが設定値に制御されていると
、スラストジヤツキ３４ａ〜３４ｎの押し力ｆ、〜ｆＰ
の総和である舵推進方Ｆ′が、予め定めた目標推進力Ｆ
０にほぼ等しいか否かを判断する（ステップ５６）、そ
して、制御装置４４は、Ｆ　ＬｊＦ　ｏでない場合には
、ステップ５３．５５に戻り、モータコントローラ４６
とジヤツキコントローラ３６ａ〜・３６ｎとにカッタハ
ンド２０の回転速度ｎと推進速度■とを変化させ制御４
３号を送出し、Ｆ　＝　Ｆ　ａとなるようにする。

トンネル掘削機１０の掘削している地山が、例えば第３
図（Ａ）のように、軟らかい地盤から硬い地盤に地質が
変化すると、カッタヘッド２０の受ける地山がらの抵抗
が大きくなり、ｌ・ルク］゛と鉱推進方Ｆとが上昇する
。そこで、制御装置４４は、カッタヘッド２０の総推進
力Ｆが、回転速度ｎ、回転トルクＴ、推進速度■との間
に、Ｆ＝ｆ　（ｎ、、Ｔ、ｖ） の関係があるところから、ステップ５６においてＦ＞Ｆ
Ｏと判断したときには、回転速度ｎと推進速度Ｖとを小
さくする制御信号をモータコントローラ４６とジヤツキ
コントローラ３６ａ〜３６ｎとに出力し、トルクＴを管
理値以下にするとともに、Ｆ！−ｉＦ、をなるように回
転速度ｎと推進速度■とを制御する。

一方、第３図（Ｂ）のように、トンネル掘削機１０の掘
削している地盤が硬い地盤から軟らかい地盤に変化する
と、カッタヘッド２ｏの受Ａｔ　ル抵抗が小さくなって
トルク１゛と総推進力Ｆとが低下する。そこで、制御語
τ４４は、ステップ５６ｆおいてＦ＜Ｆ、（Ｌなると、
回転速度ｎと推進速度Ｖとを大きくする制御信号をモー
フコントローラ４６とジ＋７市、コントロー’）　３６
　ａ　”□　３６　ｎとに送出し、Ｆ５罎Ｆ、となるよ
うに制御する。

そして、制御装置４４は、Ｆ　！；　Ｆ　ｏとなると、
ステップ５１．５２に戻り、上記の制御を繰り返す。

このように、実施例においては、土質の変化Ｗ応じてカ
ッター＼ノド２０の回転速度ｎと推進速度Ｖとを変化さ
せ２．総推進力Ｆを目標推進力Ｆ０に保持するようにし
ているため、例えばトンネル掘削機１０の掘削している
地山が、軟らかい地盤から硬い地盤に変化すると、カッ
タヘッド２０に過大な負荷がかからないように回転速度
Ｉ１．ｌ！′：推進速度■とを小さく（２で、適切な掘
削条件にａ、−２フル１削引るため、掘削効率が向Ｌ−
する。

また１、トンネル掘削機１０の掘削し”といる地盤が２
硬い地盤から軟ら力中地盤Ｕ変化と、た場合には、回転
速度ｎと推進速度Ｖとを大きくして総推進力Ｆを目標推
進力Ｆ、に保持するため、推進速度Ｖを大きくできるば
かりでなく、カッタヘッド２０の前方の地山に一定の圧
力を与えて→砂の崩壊を防ぐことができる。

なお、前記実施例においては、本体が屈曲可能なアーテ
ィキル−ト型掘削機について説明したが、掘削機は）′
−・ティキュレート型に限定されない。また、前記実施
例においては、カッタヘッド２０の推進速度Ｖを検出す
るためにスラストジャツーｆ”３４ａ−３４ｎに設けた
ストロークセンザ４２　ａ　−４２ｎを用いた場合に−
）いて説明したが、前部本体１２と後部本体１４との相
対変位を検出するりニャスゲールや超音波や光を利用し
た速度センジ等を用いてもよい、さらに、前記実施例に
おいては、推進力センサとして油ｎセンザ４０ａ〜４Ｏ
ｎを用いた場合について説明ｔ５たが、ロート′セル等
を推進力センサとしで用いＣもよい。

（発明の効果〕 以上に説明したよ・）に、本発明Ｃよれば、力・ンタへ
２１′の回転速度と推進速度と４変化さ干、力・ツタヘ
ッドの総推進力を一定に保持ず°るようにしたことによ
り、土質に適した掘削条件が自動的に得られ、掘削効率
を向上できるとともＬご、土砂の崩壊を防ｔすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るトンネル掘削機の掘進制
御装置の説明回、２第２図は本発明の制御アルゴリズム
を示１フローチャー　ト、第３図は実施例の制御動作例
の説明図である。 １０　・−・（ンネル掘削機、２０　−−一カツタヘッ
ド、２２　・・−・（・ルクセンサ、２６−−−一油圧
モータ、。 ３２〜・一回転センサ、３４　ａ　、　３４　ｎ　−−
一一一スラストジヤツキ、４０ａ、４０ｎ　　・−推進
力センサ（油圧センサ）、４．２ａ、４２ｎ　−・−ス
トロークセニ／ザ、４４−ｍ−制御装置。 第１図 １０　トンネル掘削機 ３２［ｉｌＪ転センシ ２６油日モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）掘削機本体の先端部に回転可能に設けたカッタヘ
   ッドを回転させるモータと、前記本体に複数設けられ、
   前記カッタヘッドを推進するジャッキと、前記カッタヘ
   ッドの回転トルクを検出するトルクセンサと、前記カッ
   タヘッドを推進させる力を検出する推進力センサと、前
   記トルクセンサと推進力センサとの出力信号に基づいて
   、前記モータを介して前記カッタヘッドの回転速度を制
   御するとともに、前記ジャッキを介してカッタヘッドの
   推進速度を制御し、前記カッタヘッドの総推進力を予め
   定めた値に保持する制御装置とを有することを特徴とす
   るトンネル掘削機の掘進制御装置。