DE1658736A1

DE1658736A1 - Steuereinrichtung fuer eine Untertunnelungsmaschine

Info

Publication number: DE1658736A1
Application number: DE19671658736
Authority: DE
Inventors: Newman Elmer Freeman; Parker William Harold
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1967-08-26
Filing date: 1967-08-26
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE1658736C3; DE1658736B2

Description

HtJGHES ^fi?00L COFiPiJTI, Houston, Texas (Y. St

Steuereinrichtung für eine Untertunnelungsmaschine

Die Erfindung besieht sich auf Erdbewegungamaschinen u- dgl. una ist insbesondere auf eins üntertunnelungamaschine und dei'an genaue Steuerung gerichtet, wobei diese Steuerung derart beschaffen sein soll, daß die Maschine im Arbeitseinsatz in einer vorbestimmten Arbeitsbahn geführt wird.

Bio Erfindung besweckt die Schaffung von seitlich verstellbaren Führungen, die aur verschiebbaren Halterung einer- in Läfigsriohbung T*ii»fahrbaren ßohrfcopfanordnung n und durch clereii v&lr^jrwe SoIiviCTerstellimg eine

richtung möglich ist, in der die 3rdaushebungen vorgenommen werden sollen.

Des weiteren soll mit der Erfindung eine Bohrkopfhal-* terung mit einem hohlen Hauptrahmen geschaffen werden, welcher mit Gleitsitz teleskopartig verschiebbar auf <3ineir. Innenrahmen sitzt, wobei eine ortsfeste Einstellung relativ zur Tunnelwand möglich ist. Der eine Bahnen ist dabei mit Gleitlagerung auf in fe Lä'ügrarichtung im Abstand voneinander befindlichen Pührungsschuhen angebracht, die ihrerseits vom anderen Rahme/* gehalten werden, so daß durch eine in Querrichtung vorgenommene Schuhverstellung die Stellung des Bohrkopfes von der jeweils vorher gegebenen Einstellung sowohl im Winkel als auch nach der Seite verändert werden kann·

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die RahinengLeitachnhe derart verstellbar bzw« verschiebbar seil, daß bestimmte Schuhe auf einer in einer s^itlic.en Richtung zu den Rahmen verlaufenden Be- ; wegungslahn verfahberr sind, während andere Schuhe auf einer z\ der ersten Bewegungsbahn im Winkel verlaufenden Bewfgungsbahn verfahren werden können. Auf diese Weise /ird erreicht;, daß der Bohrkopf durch die relativen Haiimenböwögimgen praktisch In peeler beliebigen 3eit-l Jhirn Richtung eingestellt bsw% nachgestellt werden tonn*

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Weiter sollen nach der Erfindung die Gleitschuhe in Fora* vo"> fiir.ando:? paarweise gegei.Ci.be r angeordneten und τ; j t einander- -«rsrbun&enen Schuhen angebracht sein, so daß -:rle gleichlaufend in ein und derselben Richtung xi-ei'stellbar sind; infolgedessen werden also die jeveils paarweise miteinander verbundenen Schuhe stets miteinander "beweib, so daß ihre Lagerflächen jeweils in einem gleichbleibenden Abstand zueinander und in gleitender Berührung mit den gegenüber befindlichen λ

Teilen eines relativ dazu in Längsrichtung verfahrbaren Rahmens bleiben.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung seien nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Untertunnelungsiuaschine, deren äußerer Rahmen *

in Bezug auf einen Innenrahnen zurückgezogen ist und bei der einige Teile zur besseren

Veranschaulichung weggelassen wurden; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Figur 1; Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-5 der Figur 1; unter Darstellung der dem Innenrahmen tragenden

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Hauptstützen sowie der am Außenrahmen vorgesehenen Hilf sst litzen;

Pig· 4 eine Seitenansicht ähnlich der Figur 1, die sich Jedoch von dieeer insofern unterscheidet, als hier der Außenrahmen nach vorne;geschoben ist;

Pig. 5 eine in vergrößerter Darstelluwg wiedergegebene Teilseitenansicht sines Satzes τοη steuerbaren Verbindungsgliedern und zur Halterung dienenden Pührungsschuhen, die am Innenrahmen gehalten sind und zxm Außenrahmen :'.n einer Wirkverbindung steheixj

Ff.g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Figur 5;

Pig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7·-7 der Figur 5; und

Pig. 8 eine vereinfachte t:ch>;matische Sarstellung dsr vorne und rückwärt« an Rahmen vorgesehenen Verbindungsmechaniümen.

Bei dem in den Zeichnungen iargesteilten Ausführungslie!spiel besitzt die erfindimgsgemäße Untertunnelungemaschlne insgesamt eine Länge von annal\ernd 22,30 m. Hit einer solchen Maschine kmn der Grund ao untertunnelt werden, daß Durchgänge mit ein·» Durchmeaetr τοη etwa 7 m entstehen. Der nach -\orne gerichtet· Bohrkopf X let drehbar an der Vorderseite ein·· :n Längerloh-

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tung verschiebbaren kastenförmigen Außenrahmens 2 angebracht, welcher seinerseits einen kleineren kastenförmigen Rahmen 3 teleskopartig verschiebbar umschließt· Die Seiten der jeweils im Schnitt quadratisch ausgebildeten Rahmen bestehen jeweils aus in Querrichtung im Abstand voneinander· angeordneten, in Längsrichtung verlaufenden Trägern mit entsprechenden Querverstrebungen,

Die nach innen gerichteten Teile der Längsträger des Außenrahmens 2 sind an entsprechenden Stellen mit glattflächigen und gehärteten Abriebplatten 4 (siehe Figuren 5, 6 und 7) belegt} diese dienen zur Lastübertragung und zur Gleitlagerung auf den jeweils vorne und rückwärts vorgesehenen Sätzen von Pührungsschuhen 5, welche ihrerseits verstellbar am Innenrahmen 3 gehalten sind und welche eine Steuerung der Tunnelgrabungsrichtung ermöglichen, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird. Eine Reihe von gemeinsam zu betätigenden mit Strömungsmittel arbeitenden Druckkraftmotoren 6-6, die aus einem Zylinder mit Kolben bestehen, ist schwenkbar mit Ln Längsrichtung im Ab-

/am

stand voneinander am Innen- bzw. Außenrahmen vorgesehenen Winkelhalterungen 7 bzw. 8 verbunden und dient zur Steuerung der relativen Gleitbewegung der Rahmen und des am Bohrkopf 1 wirksam werdenden Arbeitsdruckes.

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Für den Drehantrieb des Bohrkopfes 1 ist eine Gruppe von fünf Elektromotoren 9-9 vorgesehen, die am Außenrahmen angebracht sind. Die Antriebsverbindung dieser Motoren wird dabei jeweils durch eine Hagnetkupplung 10 und ein Schaltgetriebe 11 mit einem Zahnradkranz 12 am Bohrkopf 1 hergestellt· Gleichzeitig mit dem Bohrkopf werden aucTi entsprechende Kübel od. dgl. in eine Umdrehungsbewegung versetzt, die zur Aufnahme des durch den Bohrkopf gelockerten und ausgehobenen Erdreiches dienen und äieses jeweils am höchsten Punkte der von ihnen durchlaufenen Bewegungsbahn auf ein endloses Förderband 15 entleeren« Dieses letztere erstreckt sich oberhalb der Maschine bis zu deren rückwärtigem Ende. Von dort aus wird der Aushub dann auf bzw. in beliebige andere Förder- cder Transportmittel umgeleert. Xm Zuge eines X ahrvorgauges wird Ventilationsluft vom Inneren der Bohrung um >len Umfang des Bohrkopfes 1 herum derart abgezogen, de Γ sie die Bohrfläche umfließt· Dann wird sie zusammen mit etwa von ihr mitgeführten Staub- und Schmutt,teilchen durch Leitungen 14 abgesaugt, welche nach rückwärts zu einer entsprechenden S: heidevorrichtung mit iiner Saugpumpe führen.

Während des eigentlichen Bohrvorgangee ist der innere Maschiranrahmen an der Tunnelwandung durch einen jeweils rorne und rückwärts vorgesehenen Sats von vier nach süßen fahrbaren Stützanordnungen verankert, die

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,Jeweils in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die einzelnen Stütaen bestehen dabei jeweils aus einem Druckschuh 15, welcher seinerseits drehbar am äußeren Ende eines Schwenkarmes 16 gehalten ist. Das innere Ende des Schwenkarmes 16 ist am Innenrahmen 3 zusammen mit einem strömungsmittelbetätigten Kolbenmotor 17 angelenkt; der Kolben dieses Motors ist mit dem Schuh durch eine Scharnierverbindung verbunden, während der Zylinder über ein Scharnier am Innenrahmen befestigt ist. Kormalerweise nicht wirksam werdende Hilfsstützvorrlchtungen sind in der Weise am Außenrahmen angebracht, daß vorne und rückwärts jeweils ein Satz von zwei nach unten in einem Winkel auseinanderstrebenden Stützvorrichtungen vorgesehen ist, die, wie die Figur 3 veranschaulicht, jeweils einen aus Kolben und Zylinder bestehenden Motor 18 aufweisen und am Ende mit Stützschuhem 19 versehen sind, welche an der Tunnelwandung zur Anlage bringbar sind. Nach Beendigung eines nach vorwärts gerichteten Bohrganges des Außenrahmens 1 werden die Hilfsschuhe 19 zum Abstützen der Maschine gegen die Tunnelwand gefahren und anschließend die Hauptstülzschuhe 15 zurückgezogen. Dann werden die Schubmotoren 6 betätigt, aο daß sie den Innenrahmen in eine neue Bohrstellung nach vorne ziehen. Sobald diese erreicht ist, werden die Hauptstützen wieder

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ausgefahren und damit die Maschine wiederum verankert, während die Hilfaatützen wieder eingezogen werden.

Dje Betätigung und Arbeitsweise der einzelnen Maschinenteile wird durch entsprechende Kegelventil e und Schalter gesteuert, die sich innerhalb einer geschlossenen Kabine 20 an einem Schaltpult befinden. Djöse S haltkabine 20 ist dabei an einer Seite des Außenrahmen« 2 aufgehängt und befestigt. Sie enthält unter anderem einen Bildschirm, auf dem der Maschinist die Ilaschinonstellung anhand von Signalen überwachen kann, welche wahlweise von einem der beiden in Längsrichtung im Abstand voneinander angebrachten Targets 21-23 am Außenrahmen übertragen werden. Diese Targets 21 dienen zur Aufnähme eines kohärenten Lichtstrahles, welcher von einem Gas-Laser entlang einer Bahn projiziert wird, die vorher zu dem gewünschten Tunnelverlauf parallel eingestellt wurde. Solange 8ich die Maschine auf dom richtigen Kurs befindet, sind die Lichtotrahlbilder auf beiden Targets zentriert. Jede Abweichung vom Mittelpunkt zeigt dem Maschinisten an, daß der Bohrkopf nachgesteuert werden nuß« Diese Steuerung wird durch wahlweise seitliche Verschiebung in horizontaler oder vertikaler Richtung

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ORlGfNAL lisiSFEGTED

entweder an 3±nem oder an "beiden finden de3 in Länge-.riobtuixg varschiebbaren Außenrahiaens relativ zum verankerten und deshalb feststehenden Innen rahmen vorgenommen» Der Außenrahmen kann in Bezug auf den verankerten Innenrahmen in allen seitlichen Richtungen verschoben und derart nachgestellt worden, daß die Längsachsen der beiden Rahmen entweder parallel oder in einem schrägen V/inkel zueinander verlaufen, je nachdem wie es notwendig ist, um den Bohrkopf der Maschine auf dem vorherbestimmten Tunnelkura zu führen und zu zentrieren, wie er druch das Auf treffen de^> Lichtstrahlen auf den Targets 21-21 angezeigt wird.

Die relative Rahmönstellung wird dadurch gesteuert, daß wahlweise die versohl denen Gleitlagerschuhe 5 des vorderen und des rückwärtigen Safczea entsprechend verstellt wsrden> Jeder einzelne Sat» weist dabei zwei. Gruppen von vior miteinander verbundenen und gleich·' laufand verstellbaren Schuhen auf, von denen die eine Gruppe in senkrechter Richtung und d?.e andere zum Jeweiligen Satz gehb'rige Gruppe in wagerechter Richtung verschiebbar iot. Die Steliachuhe jeder Gruppe wirken alß eine Einheit und Jede Gruppe läßi; sich von der ihr Jeweils im Winkel zugeordneten Grappo unabhängig verrichiobon. Da die einzelnen Gruppen der mlteinandar verbundenen OieitLagarachuha einander gleich ausgebildet

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sind, gilt die nachfolgende ins einzelne gehende Beschreibung einer solchen Gruppe für sämtliche Gruppen.

Vorzugsweiss wird eine Gruppe von vier miteinander verbundenen Lagerschuhen vorgesehen, um einen Schuh 5 zur gleitenden Berührung mit ainer abriebfesten glatten Belagplatte 4 jeweils im Bereich der Ecken des im Schnitt quadratischen Außenrahmen^ 2 zu bringen, damit

W ein wirksamer Widerstand gegen das Drehmoment um die Längsachsen der fiahmen gegelen ist. Vie die Figur 6 zeigt, sind also zwei in Querrichtung im Abstand voneinander angeordnete Lagerschuhe 5-5 nach oben gerichtet und befinden sich Jeweils mit einem der beiden unteren und nach unten gerichteten Schuhe in Ausrichtung. Die Figur 7 veranschaulicht in ähnlicher Weise zwei einander entgegengesetzt nach außen gerichtete Schuhe 5 in der Nähe der oberen Ecken des Außenrahmens und zwei einander entgegengesetzt nach außen gerichtete Schuhe in der Nähe der unteren Ecken des Außenrahmens· Die Schuhe sind jeweils durch Scharniere auf einer Querachse mit dem Jeweils nächstilegenden Ende eines ßchwunghebela 22 verbunden, welcher seinerseits wiederum an Innenrahmen angolenkt ist. Außerdem sind die einander entgegangeaotaten und aonkrecht mitoinandar auugörichteten Bchuhi) der Figur 6 und die einander eben falls entgegengoaütabon umlwi. ige recht miteinander au >gs5t ich*

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teten Schuhe der Figur 6 und die einander ebenfalls entgegengesetzten und wagerecht miteinander ausgerichteten Schuhe der Figur 7 durch Ve:?bindungsstangen derart miteinander verbunden, daß sie sich gemeinsam entweder in senkrechter richtung wie in Figur 6 oder in waagerechter Richining wie in Figur '] bewegen. Bei. den oberen Lagersehuhen der senkrecht verstellbaren Gruppe und den Schuhen auf einer Seite dei^; waagerecht verstellbaren Gruppe sind die Schwunghebel 22 auf querverlaufende Schwung·» oder Drehmomentübertragungswellen 2H aufgekeilt oder in anderer Weise mit diesen verbunden; diese YJeIlen 24 sind ihrerseits drehbar am Innenrahmen angelenkt und es ist an ihnen Jeweils ein nach innen gerichteter Hobel 25 befestigt, dessen inneres Ende mit einem strömungsmittelbetätigi'.en Kolbenmotor 26 verbunden ist. Der Motor 26 ist am Iimenralimen 3 montiert, wie dies die Figur 5 am deutlichsten zeigt. Die Aufgabe dieser Ilotorcm 26 besteht darin, die Einstellungen der einzelnen Gruppen von miteinander verbundenen Schuhen und damit des Außenrahmen^ und des Bohrliopfeo entsprechend zu verstellen und die jeweils richtige Stellung aufrechtzuerhalten. Zum Ausgleich der in senkrechter Richtung auf die Jeweils obersten Schuhe der vorderen und der rückwärtigen Lageroätr,e einwirkenden echvreren Belastung, sind zuaätzliche Strömungsmittelmo« toren 27 vorgesehen, die senkrecht zvisehen dem Innenrahmen und den senkrechten VerblndungHötangen 23 angeordnet sind.

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BAD ORlGiNAL

Die die Last aufnehmenden Motoren 27 und 26 des rückwärtigen Satzes der in senkrechter Richtung verstellbaren Schuhe werden durch die gleichen Steuerventileinrichtungen betätigt; in ähnlicher Weise erfolgt auch die Betätigung der in senkrechter Richtung belasteten Motoren des vorderen Schuhsatzes durch ein Strömungsmittel, das von einem gemeinsamen Steuerventil her zugeleitet wird·

^ Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß während der Drehbewegung des Bohrkopfes und des Vorschubes auf dem verschiebbar gelagerten Außenrahmen 2 ein genau gesteuerter Bohrvorgang möglich ist und daß die in senkrechter und waagerechter Richtung bewegbaren Lagerschuhe 5 der in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Sätse zur Steuerung des Bohrkopfes auf dem vorgegebenen Tunnelkurs beliebig in der Weise verfahren werden können, daß damit die Stellung des Außenrahmens in Jeder Richtung

" radial zur Tunnelachse an einem oder an beiden Enden der Maschine veränderbar ist, wobei auch unterschiedliche Abstände eingestellt werden können. Somit kann die Relativlage der Längsmittellinie des Außenrahmens zwischen einem koaxialen oder einem in jeder beliebigen radialen Richtung versetzten Verlauf variieren und dabei zur Längsmittellinie des feststehenden Innenrahmens entweder parallel oder schräg verlaufen.

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Claims

Ansprüche

1. Untertunnelungsmascfcine, gekennzeichnet durch zwei in Längsrichtung relativ zueinander bewegliche, ineinander angeordnete Rahmen (2, 3). einen an einem dieser Rahmen gelagerten angetriebenen Bohrkopf (1), durch in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnete und unabhängig voneinander verstellbare Lagervorrichtungen (4·, 5)» Kelche derart zwischen den Rahmen (2, 3) angebracht sind, daß ein entsprechender Fiats für ihre relative Längs- und ihre relative Seitenverstellung vorhanden ist, so daß einer (2) der Rahmen zur Steuerung des Bohrvorganges des Bohrkopfes nachstellbar ist und durch Erdabstutzungevorrichtung«η (15)« durch welche der Außenrahmen (3) während eines Bohrvorgangee an der Tunnelwand abstützbar ist.

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2. Untertunnelungsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Torrichtungen (22 bis 26), mit deren Hilfe die Lagervorrichtungen (5) jeweils zur seitlichen Nachstellung der Rahmen (2, 3) relativ zueinander ausfahrbar und einziehbar 3ind, wobei zur relativen Längsver3chiebung eine den in Längsrichtung wirksam werdenden Schub übertragende Verbindung (6, ^ 7, 8) an den beiden Rahmen (2, 3) vorgesehen ist.

3· Untertunnelungsmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch an dem einen Rahmen (2) angebrachte verfahrbare Stützvorrichtungen (18, 19)» die bei Längaverschiebung des einen Rahmens durch die schubübertragende Verbindung (6, 7» 8) die Funktion der Erdabstutssungsvorrichtungen (15) Qbernehnen und die Mas chine nl as b abstützen.

* 4· Untertunnelungsaaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch etrömungsmittelbetätigten Motoren (26, 18), welche jeweils alt den Erdabßtützungsvorrichtungen (15) und den Stützvorrichtungen (19) derart verbunden sind, daß diese ausgefahren, aa Erdreich zur Anlage gebracht und von diesem wieder zurückgefahren werden können·

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5. Untertunnelungssiaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Rahmen (S₁ 3) im Schnitt jeweils derart vieleckig ausgebildet sind, daß' sie zwei in senkrechter Richtung im Abstand voneinander liegende Seiten und «wei inwaagerechter Sichtung im Abstand voneinander befindliche Seiten aufweisen und die einander ähnlich verlaufenden Seitenteile der lahmen (2, 3) nebeneinander liegen, daß in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Sätze von Lagerschuhen (5) mit den Seiten eines Rahmens in gleitender Berührung stehen, wobei diese Seiten sich jeweils mit einem Schuh ,jedes Satzes in gleitender Berührung befinden, daß zwei Schwungwellen (24) drehbar im Außenrahmen (3) gehalten und 3eweI"V.* asit im Abstand voneinander angeordneten Hebelarmen (22) versehen sind, welche in Schwenkverbindung mit denjenigen Schuhen (5) stehen, die an dei: im Abstand voneinander befindlichen Seiten des einen Hahmens (2) anliegen, so daß .fine Welle ©ine Verbindung zwischen zwei senkrecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen, und die andere Welle eine Verbindung zwischen zwei waagerecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen herstellt und daß die Wellen (24) durch Antriebsmittel (26) einstellbar und durch ein Drehmoment die Rahmen an einem oder beiden der in Längsrichtung im Abstand voneinander befindli-

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chen Schuhsätzen (5) wahlweise in horizontaler und vertikaler Richtung verschiebbar sind«,

6. üntertunnelungsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine verstellbare Kupplung (2J), welche die Schuhe (5) miteinander und mit dem anderen Rahmen verbindet, durch an der Kupplung wirksam werdende Antriebsmittel (27), welche die Schuhe (5) in eine gleichlaufende Bewegung versetzen und damit den Rahmen, an dem der Bohrkopf (1) angebracht ist, derart verschieben, daß er seitlich relativ zur Tunnelwand eingestellt wird, und durch Schubvorrichtungen (6, 7, 8), welche die Rahmen (2, 3) miteinander verbinden und deren relative Längsverschiebung vornehmen·

7· üntertunnelungsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vorderen und einen rückwärtigen Satz Lagerschuhe (5), welche an dem einen Bahmen (3) gehalten sind und an dem anderen Rahmen (2) in Längsrichtung gleitend anliegen, wobei die Schuhe jedes Satsea svei in entgegengesetzter Sichtung angeordnete Schuhe aufweisen, welche seitlich von den Bahmen in einer Richtung verstellbar sind, sowie zwei weitere, ebenfalls entgegengesetzt zueinander angeordnete Schuhe, welche zur Bewegung des ersten Schuh-Faares seitlich in einem Winkel verstellbar sind, und wobei zwei einander jeweils paarweise zug·-

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ordnete Schuhe (5) derart durch Vorrichtungen (22 "bis 26) miteinander verbunden sind, daß sie eine seitliche Bewegung wahlweise als Einheit durchführen und damit eine Führung für den Längsbohrvreg des Außenrahmens bilden, während zwischen dem Rahmen eine Schubverbindung (6j 7» 8) »ur Steuerung der relabiiren Längsver-'' Schiebung derselben vorgesehen ist,

8, Untortomneluagsmaschirie naeii Anspruch ?_s dadurch gekennzeichnet, daß die einander paarweise zugeordneten Schuhe (5) Jeweils durch eine Welle (24) mibeinander verbunden sind, dia drehbar auf einer Achse gelagert ist, welche zur Richtung der seitlichen Schuhverschiebung senkrecht liagt und im Bereich dieser beiden Schuh« in Hebelar/iG (22) ausläuft, veXehe mib den benachbart an Schuhen (5) schwenkbar verbunden ist, und daß mit der Welle eine Antriebsvorrichtung (26) verbunden ist, durch welche die Drehung derselben derart \ gesteuert werden kann, deß die Schuhsteilung entsprechend ein- bzw. nachgeutel.lt wird«,

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