JPS6123109Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 削土密封式シールド機は、第１図に示すよう
に、セグメントａの前方に配設されたシールド機
本体ｂと、同本体ｂを前方へ押出すシールドジヤ
ツキｃと、同本体ｂの前端にてカツタ駆動装置ｄ
により回転されて土砂を掘削するカツタバケツト
ｅと、同カツタバケツトｅで掘削された土砂をス
クリユーコンベア駆動装置ｆ駆動で搬出するスク
リユーコンベアｇと、同スクリユーコンベアｇに
より搬出された土砂を排士する排士用ベルトコン
ベアｈとよりなつている。

また、削土密封式シールド機と同様な土圧式シ
ールド機における従来の制御装置は第２図のよう
に構成されている。

即ち、バケツト内土圧検出器により検出された
バケツト内の土圧信号は係数器にて一定の係数が
乗ぜられて加算器に送られ、シールドジヤツキ速
度検出器で検出されて符号変換により変換された
シールドジヤツキ推進速度変換信号と前記加算器
にて加算されてから、比例積分動作調節器に送信
され、同調節器より制御信号がシールドジヤツキ
駆動装置に発信され、同シールドジヤツキ駆動装
置は制御される。また、シールドジヤツキ速度検
出器で検出された信号は関数発生器に送信され、
同関数発生器の出力信号とスクリユーコンベア回
転数検出器から出力信号とが加算器にて加算され
てから比例動作調節器に送信され、同比列動作調
節器からの制御信号によりスクリユーコンベア駆
動装置は制御される。

第２図に示す従来の前記制御装置は、バケツト
内に掘削土砂ある程度充満させ、地山の崩壊を防
止し、安全にトンネルを施工することを目的とし
ているが、バケツト内の土圧を検出する検出器
は、 (1) バケツト内土砂の移動による摩耗に対する耐
久性、 (2) バケツト形状のためにバケツト内土砂に生ず
るアーチ作用による検出器の検出能力、 (3) バケツト内の土圧と水圧との分離、 (4) 土砂の応力伝播速度に対する検出能力、 などの問題点があつて、検出精度に大きな問題点
がありバラツキが生じやすく、バケツト内土圧の
検出によつてシールド推進速度を制御すること
は、実際に頗る困難であつて実用されない。

本考案は、前記のような問題点を克服したシー
ルド機の制御装置に係り、バケツト旋回圧設定器
の出力とバイアス器の出力を加算して補正しバケ
ツト旋回圧設定信号を出力する加算器と、バケツ
ト旋回圧力検出器の出力を積分して平滑化しバケ
ツト旋回圧力検出信号を出力するフイルタと、前
記バケツト旋回圧設定信号の符号変換値と前記バ
ケツト旋回圧力検出信号を加算して比例演算しジ
ヤツキ推進速度の修正信号を出力する加算・比例
動作調節器と、シールドジヤツキ推進速度検出器
の出力を符号変換したシールドジヤツキ推進速度
検出信号と前記修正信号とを加算して比例演算し
シールドジヤツキ推進速度操作端信号を出力する
加算・比例動作調節器とを具備したことを特徴と
するもので、掘削作業時において、地山の崩壊を
防止し、安全に掘削作業を遂行べきる削土密封式
シールド機の制御装置を提供するにある。

本考案は、前記のように構成されているので、
バケツト旋回圧を検出して、バケツトフエース面
の山留状態およびバケツト内の充満度を推定しな
がらシールドジヤツキ速度即ちカツタバケツトの
推進速度を適切に制御でき、応答特性に優れた制
御が行なわれる。

さらに本案においては、ノイズが入り易いバケ
ツト旋回圧力の検出値をサンプリング毎に積分平
均値を出力するフイルタを使用したゝめ、操作端
の小刻な運動を阻止して耐久性を大巾に向上させ
ることができる。

本考案は、少くともカツタバケツト内の貯溜土
砂量の要素とともに切羽土圧を要素とするバケツ
ト旋回圧をシールド推進速度の調整制御信号とし
て用い、バイアス器により土質変化の影響が低下
され、フイルタによるバケツト旋回圧力検出信号
の積分、平滑化、さらに比例動作調整器による比
例演算により制御係に対する外乱（ノイズ、土質
変化等）の影響が除去され、従来にカツタバケツ
ト内の土圧検出による同検出値の誤差、バラツキ
がなくなり、切羽土圧を制御要素として組込むと
ともに前記外乱の除去によつて、安定したシール
ド推進速度が確保され、シールド推進速度制御性
能および信頼性が著しく向上されている。

以下、本考案を第３図および第４図に示す実施
例について説明する。

図中１はバケツト旋回圧設定器であつて、カツ
タバケツトによる地山の掘削を行うに必要な回転
トルク即ち回転負荷をバケツト旋回圧として設定
するものであつて、該バケツト旋回圧は、カツタ
バケツトの回転駆動源が主として油圧であるため
その駆動油圧力として設定可能であり、前記バケ
ツト旋回圧の設定値としては、カツタバケツトの
装備回転トルクが、常用、非常用の２段階に選択
可能になつていて、通常掘削の場合は常用トルク
の範囲で設定される。前記バケツト旋回圧は、前
記のようにカツタバケツトの回転負荷を実質的に
油圧力として転換したものであつて、(イ)カツタビ
ツトによる地山の切削抵抗、(ロ)カツタバケツトの
フエース面（鋼）と地山との摩擦抵抗、(ハ)カツタ
バケツト内の土砂（掘削土）重量による回転抵
抗、(ニ)カツタバケツトを支承する軸受等の摩擦抵
抗などが決定要素となりその総合となる。

図中５はバケツト旋回圧力検出器であつて、同
検出器５は、削掘中のカツタバケツトのバケツト
旋回圧を検出するものであり、従来の油圧検出機
器、１例をあげると市販のひずみゲージ型圧力変
換器を用いることができ、その検出によつて掘削
状態が推測される。

即ち、カツタバケツト前面板での山留状態およ
びカツタバケツト内の充満度の推定は、主として
前記バケツト旋回圧の決定要素中の(ロ)(ハ)の抵抗値
であり次の内容で可能である。

(i) カツタバケツトフエース面（前面板）と地山
との摩擦抵抗は、カツタフエース面が地山に押
付けられた状態で回転する負荷であつて、この
大きさは切羽土圧あるいは地山形状で決まり、
地山形状が一定であるとすれば、バケツト旋回
圧は切羽土圧の大きさ即ちカツタフエース面の
押圧力で左右されることになり、バケツト旋回
圧の検出によつて切羽土圧の大きさを推定でき
る。

(ii) カツタバケツト内の土砂重量による回転抵抗
は、カツタバケツト内に貯溜される土砂量に従
つて、土砂重量によるバケツト回転力、土砂密
度によるカツタバケツト内土砂のスクリユーコ
ンベアへの移動抵抗（土砂粒子間の剪断抵抗）
が影響を受け、カツタバケツト内の土砂量が多
くなれば回転抵抗も増加し、バケツト旋回圧の
検出によりカツタバケツト内の土砂充填度も推
定できる。

前述のようにバケツト旋回圧の大きさは、切羽
土圧とカツタバケツト内土砂量の影響を受けるも
のであり、切羽土圧、カツタバケツト内土砂量は
カツタフエース面の押圧力、掘削土量としてシー
ルド推進速度の影響を直接に受け、管理されない
シールド掘進速度のもとではバケツト旋回圧の敏
感な異常上昇（回転不能にもなる）をもたらし定
常掘削が不能になる懸念がある要素あつて、前記
バケツト旋回圧とシールド推進速度とは密接な関
連があり、バケツト旋回圧はシールド推進速度の
制御要素とするのに最適である。

本考案の制御系は、後述のように前記バケツト
旋回圧とシールド推進速度との対応を骨子とする
ものであり、また、密接な関係があるバケツト旋
回圧の信号とシールド推進速度の信号を比例積分
動作調節器あるいは比例動作調節器によつて比例
制御する必要があり、バケツト旋回圧をＰ、シー
ルド推進速度をｖ、感度をｋとすると、該比例制
御では、Ｐ＝ｋ・ｖとなつて感度ｋの調節により
バケツト旋回圧とシールド推進速度が与えられ、
土質変化などにより感度ｋの調節のみでは安定し
た掘削が行えない場合があり、バイアス器２を設
け、該バイアス器２は、シード値αをバケツト旋
回圧に加算。加味しPo′＝ko・ｖ＋αの信号とな
る制御系として補正し、制御系の信頼性を増す役
割をなしている。

次に、第３，第４図に示す本考案の制御系につ
いて説明すると、バケツト旋回圧設定器１の出力
とバイアス器２の出力を加算して補正しバケツト
旋回圧設定信号を出力する加算器３と、バケツト
旋回圧力検出器５の出力を積分して平滑化しバケ
ツト旋回圧力検出信号を出力するフイルタ６と、
前記バケツト旋回圧設定信号の符号変換器４によ
る符号変換値と前記バケツト旋回圧力検出信号を
加算して比例演算しジヤツキ推進速度の修正信号
を出力する加算・比例（積分）動作調節器７，８
と、シールドジヤツキ推進速度検出器１２の出力
を符号変換器１３で符号変換したシールドジヤツ
キ推進速度検出信号と前記修正信号とを加算して
比例演算し、シールドジヤツキ推進速度検出信号
１６を出力する加算・比例（積分）動作調節器１
４，１５とからなる、シールドジヤツキの速度操
作、即ちカツタバケツトの推進速度制御系になつ
ている。前記８，１５には、比例積分動作調節器
あるいは比例動作調節器が使用されて比例演算す
る。

またシールドジヤツキ推進速度検出器１２の出
力は符号変換器１３で符号変換されて、関数発生
器１０と加算器１４に送信される。

さらに、前記関数発生器１０でシールドジヤツ
キ推進速度に対応して得られた関数信号はスクリ
ユーコンベア回転数検出器９からの検出信号と加
算器１１で加算され、同加算器１１の出力とスク
リユーコンベア回転速度設定器１７の出力とのい
ずれか一方の出力が選択器１８で選択されたの
ち、比例積分動作調節器２４に入力され、比例積
分の演算後、スクリユーコンベア回転速度の操作
端信号２５として発信される。

さらにまた、特殊はフイルタ６、第４図に示す
ように、サンプルホールド回路動作用のサンプル
信号発生器１９と、カツタバケツト旋回圧力検出
器５の出力を係数倍する係数器２１と、一定周期
（周期の設定は手動で可）ごとに係数器２１の出
力を零次ホールドするサンプルホールド回路２２
と、サンプルホールドされた時点にリセツト可能
な積分器２０にリセツト信号を発生するリセツト
信号発生器２３とよりなり、小くともバケツト旋
回圧力検出器の出力を積分して平滑化する。

第３図および第４図に示す実施例は前記構成に
なつているので、カツタバケツト旋回圧を設定す
るバケツト旋回圧設定器１の出力と適当にバケツ
ト旋回圧の値を補正してシフトするバイアス器２
の出力は加算器３で加算、補正されて目標値とし
てのバケツト旋回圧設定信号を出力し、一方、バ
ケツト旋回圧力検出器５の出力は特殊のフイルタ
６で積分、平滑化されてバケツト旋回圧力検出信
号を出力して、前記バケツト旋回圧設定信号の符
号変換値と前記バケツト旋回圧力検出信号が加
算、比例演算されてジヤツキ推進速度の修正信号
となり、さらに、シールドジヤツキ推進速度検出
器１２の出力を符号変換したシールドジヤツキ推
進速度検出信号と前記修正信号が加算、比例演算
されて、シールドジヤツキ推進速度操作端信号１
６が出力され、バケツト旋回圧力検出器５に特殊
なフイルタ６を通した値が目標値（加算器３の出
力）より大きい時は、シールドジヤツキ推進速度
を減少させる信号としてシールドジヤツキ推進速
度操作端に送られ、カツタバケツト旋回圧力が下
げられる。逆に、カツタバケツト旋回圧力が小さ
い時には、シールドジヤツキ推進速度が増加し、
カツタバケツト旋回圧力は目標値（加算器３の出
力）に維持される。

以上のようにして、前記削土密封式シールド機
の主な制御は前記のように行なわれるが、シール
ドジヤツキ推進速度をフイードバツクしてバケツ
ト旋回圧力制御用の比例（積分）動作調節器８の
出力とシールドジヤツキ推進速度検出器１２の出
力が対応するようにシールドジヤツキ推進速度制
御用の比例（積分）動作調節器１５を設けたた
め、さらに制御性能が向上される。

シールドジヤツキ推進速度とスクリユーコンベ
ア回転数の間には密接な関係があつて、この対応
関係を関数発生器１０で設定することにより、シ
ールドジヤツキ推進、即ちカツタバケツトの推進
速度の変動に対応したスクリユーコンベア回転速
度に変えるフイードフオワード制御系が形成され
る。

さらに、加算器１１の出力が選択器１８と接続
されているため、スクリユーコンベア回転速度の
出力が取れない状態でも、少なくとも運転を続行
できる。

特殊なフイルタ６の作用は下記のように行なわ
れる。リセツト可能な積分器２０はカツタバケツ
ト旋回圧力検出器５の出力を積分して出力し、一
定周期（周期の設定は可能）ごとにリセツト信号
発生器２３により零にリセツトされるようになつ
ている。そして、リセツト可能な積分器２０から
の出力は一定周期の値の逆数を係数に定めた係数
器２１を通つてサンプルホールド回路２２に導か
れ、またサンプルホールド回路２２は係数器２１
からの出力をサンプル信号発生器１９の信号によ
り一定周期毎に零次ホールドしてその出力が平滑
化される。

カツタバケツト旋回圧力検出値には乱れがある
ので、一定周期ごとの積分値を取り、この値を一
定周期の値で割つた積分平均値を採用するように
したため、操作端の小刻みな動きが無くなり操作
端の耐久性が大巾に向上される。

また、シールドジヤツキ推進速度とスクリユー
コンベアの回転数の間には密接な関係があるの
で、シールドジヤツキ推進速度の値をフイードフ
オワード信号として採用した結果、過渡的な制御
偏差を少くできるのみならず、比例積分動作調節
器２４を比例動作調節器に置き変えた時のオフセ
ツトを少くできる。これによりカツタバケツト旋
回圧力検出値のフイードバツク信号のみによる制
御よりは制御性能が大幅に向上される。

さらに、バイアス器２を設けたため、比例（積
分）動作調節器８が比例動作のみの場合に起るオ
フセツトを手動により減少できる。

さらにまた、スクリユーコンベア回転速度検出
器９が作動しない場合には、スクリユーコンベア
回転速度設定器１７に切換えることにより、シー
ルド機の運転を続行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は削土密封式シールド機の概略縦断面
図、第２図は土圧式シールド機における従来の制
御装置のブロツクダイアグラム、第３図は本考案
に係る削土密封式シールド機の制御装置の一実施
例を示すブロツクダイアグラム、第４図は同実施
例における特殊フイルタのブロツクダイアグラム
である。 １……バケツト旋回圧設定器、２……バイアス
器、３……加算器、４……符号変換器、５……バ
ケツト旋回圧力検出器、６……特殊なフイルタ、
７……加算器、８……比例積分動作調節器、１２
……シールドジヤツキ推進速度検出器、１３……
符号変換器、１４……加算器、１５……比例積分
動作調節器、１６……シールドジヤツキ推進速度
操作端信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. バケツト旋回圧設定器の出力とバイアス器の出
   力を加算して補正しバケツト旋回圧設定信号を出
   力する加算器と、バケツト旋回圧力検出器の出力
   を積分して平滑化しバケツト旋回圧力検出信号を
   出力するフイルタと、前記バケツト旋回圧設定信
   号の符号変換値と前記バケツト旋回圧力検出信号
   を加算して比例演算しジヤツキ推進速度の修正信
   号を出力する加算・比例動作調節器と、シールド
   ジヤツキ推進速度検出器の出力を符号変換したシ
   ールドジヤツキ推進速度検出信号と前記修正信号
   とを加算して比例演算しシールドジヤツキ推進速
   度操作端信号を出力する加算・比例動作調節器と
   を具備したことを特徴とする削土密封式シールド
   機の制御装置。