IT9019955A1

IT9019955A1 - SMALL DIAMETER MALE TYPE EXCAVATOR DEVICE

Info

Publication number: IT9019955A1
Application number: IT019955A
Authority: IT
Inventors: Wataru Nakanishi
Original assignee: Nit Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-10-06
Also published as: IT1239528B; IT9019955A0

Description

D E S C R I Z I O N E SFONDO DELL'INVENZIONE D E S C R I Z I O N E BACKGROUND OF THE INVENTION

La presente invenzione si riferisce in generale ad un dispositivo escavatore del tipo a talpa per scavare un tunnel di piccolo diametro, adatto per vari sistemi di condutture a canale o a tubo sotterranei, come condutture per l'acqua, canali di fognatura, cavi elettrici, tubi per il gas, mezzi di comunicazione, ecc, The present invention generally relates to a mole-type excavator device for digging a small diameter tunnel, suitable for various underground channel or pipe pipeline systems, such as water pipes, sewer channels, electrical cables, pipes for gas, media, etc.,

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo escavatone del tipo a talpa atto a scavare un tunnel di piccolo diametro ed a spingersi in avanti attraverso il tunnel scavato, non limitato ad un percorso diritto, su una lunga distanza, ed adatto per vari terreni. In particular, the present invention relates to an excavation device of the mole type suitable for digging a tunnel of small diameter and for pushing forward through the excavated tunnel, not limited to a straight path, over a long distance, and suitable for various land.

Molti dispositivi escavatari del tipo a talpa di piccolo diametro convenzionali hanno impiegato il sistema laser o a transito, e quindi non possono inviare informazioni esatte sulla posizione e la direzione della loro testa escavatrice, Many conventional small diameter mole-type excavation devices have employed the laser or transit system, and therefore cannot send exact information about the position and direction of their excavator head.

Secondo i dispositivi convenzionali è stato difficile scavare e proseguire su una linea curva e su una lunga distanza, According to conventional devices it was difficult to dig and continue on a curved line and over a long distance,

Altri dispositivi convenzionali scaricano la terra e la sabbia scavate attraverso luci di scarico vicine al dispositivo escavatore mediante aria compressa, o simile. Questi dispositivi non possono scaricare completamente la terra e la sabbia scavate quando la distanza di scavo è lunga e non possono essere usati per terreno franoso, come terreno misto a ghiaia, terreno sabbioso, e simile, SOMMARIO DELL'INVENZIONE Other conventional devices discharge the excavated earth and sand through discharge ports close to the excavator device using compressed air, or the like. These devices cannot completely discharge excavated earth and sand when the digging distance is long and cannot be used for loose soil, such as mixed gravel soil, sandy soil, and the like, SUMMARY OF THE INVENTION

Tenendo presenti questi problemi, l'oggetto principale della presente invenzione è di fornire un dispositivo escavatone del tipo a talpa di piccolo diametro, migliorato, che sia adatto a scavare un tunnel di piccolo diametro ed a spingersi in avanti attraverso il tunnel scavato, non limitato ad un percorso diritto, su una lunga distanza, ed adatto per vari terreni, With these problems in mind, the main object of the present invention is to provide an improved, small diameter mole-type excavating device which is suitable for boring a small diameter tunnel and for pushing forward through the excavated tunnel, not limited. to a straight path, over a long distance, and suitable for various terrains,

Un altro oggetto della presente invenzione è di fornire un dispositivo escavatore del tipo a talpa di piccolo diametro, migliorato, che possa regolarmente scaricare la terra scavata fuori dal tunnel scavato, Another object of the present invention is to provide an improved, small diameter mole-type excavator device which can regularly dump the excavated earth out of the excavated tunnel,

F'er raggiungere gli oggetti summenzionati, il dispositivo escavatore del tipo a talpa di piccolo diametro secondo la presente invenzione comprende un mezzo escavatore atto a ruotare con un'alta coppia; un mezzo di scarico 'della terra scavata per trasformare in fango la terra scavata e scaricare la terra trasformata in fango mediante aria compressa; un'unità di azionamento per guidare il mezzo escavatone in avanti o indietro; un mezzo di rivelazione della posizione per rivelare la posizione verticale, la posizione orizzontale e l'angolo della direzione di scavo del mezzo escavatone; ed un'unità di correzione della direzione per correggere la direzione di scavo del mezzo escavatone, Addizionalmente, il mezzo escavatone comprende un mezzo di regolazione del diametro di scavo per adattarlo alle diverse dimensioni del condotto che deve essere formato, In accordo con la summenzionata conformazione, la posizione della testa del dispositivo escavatone può essere rivelata esattamente dai mezzi di rivelazione della posizione, in »modo da poter correttamente e velocemente controllare la direzione di avanzamento del dispositivo di scavo per guidare il dispositivo escavatone su una lunga distanza, non limitata ad un percorso diritto. Questo dispositivo escavatone può regolarmente scaricare la terra scavata dalla testa escavatrice all'esterno del tunnel scavato, mediante il mezzo di scarico della terra scavata. In order to reach the aforementioned objects, the small diameter mole-type excavator device according to the present invention comprises an excavator means adapted to rotate with a high torque; a means of discharging the excavated earth to transform the excavated earth into mud and discharge the transformed earth into mud by means of compressed air; a drive unit for driving the excavator forward or backward; a position detecting means for detecting the vertical position, the horizontal position and the angle of the excavation direction of the excavator means; and a direction correction unit for correcting the excavation direction of the excavating means. Additionally, the excavating means comprises a means of adjusting the excavation diameter to adapt it to the different dimensions of the duct to be formed, in accordance with the aforementioned conformation , the position of the head of the excavating device can be detected exactly by the position detection means, so as to be able to correctly and quickly control the direction of advance of the excavating device to guide the excavating device over a long distance, not limited to a straight path. This excavator device can regularly unload the excavated earth from the excavator head to the outside of the excavated tunnel, by means of the excavated earth discharge means.

Inoltre, questo dispositivo escavatone può essere applicato a varie dimensioni di tunnel senza cambiare la sua testa escavatrice, Furthermore, this excavator device can be applied to various tunnel sizes without changing its excavator head,

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

- La figura 1 è una vista laterale schematica che illustra l'intera struttura di una forma di realizzazione preferita del dispositivo escavatone del tipo a talpa, in accordo con la presente invenzione; Figure 1 is a schematic side view illustrating the entire structure of a preferred embodiment of the mole-type excavator device, in accordance with the present invention;

- la figura 2 è una vista laterale schematica che illustra la. struttura del corpo principale escava tore del dispositivo escavatone illustrato in figura 1, per spiegare il sistema di scarico della terra scavata, e Figure 2 is a schematic side view illustrating the. structure of the main excavator body of the excavator device illustrated in Figure 1, to explain the discharge system of the excavated earth, and

- la figura 3 è un'illustrazione schematica che mostra un esempio preferito del sistema di controllo per rivelare la posizione orizzontale, la posizione verticale e l’angolo della direzione di scavo del corpo escavatone principale del dispositivo escavatone di figura 1, - Figure 3 is a schematic illustration showing a preferred example of the control system for detecting the horizontal position, the vertical position and the angle of the excavation direction of the main excavator body of the excavator device of Figure 1,

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Verrà descritta in dettaglio una forma di realizzazione preferita della presente invenzione facendo riferimento agli allegati disegni, A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings,

La figura 1 illustra una condizione di lavoro del dispositivo escavatone del tipo a talpa in accordo con la presente invenzione. Nel disegno, un corpo escavatore principale 8 ed un tubo di raccordo 13 sono disposti sotto terra mediante un passo d'uomo 0 fossa 18, In seguito, un'unità fissa 14 è inserita nella fossa 18 per supportare un martinetto di azionamento 17 collegato all'estremità posteriore del tubo di raccordo 13, Il martinetto di azionamento 17 è alimentato con potenza di azionamento da un'unità di potenza 13 situata in superficie in modo che il martinetto di azionamento 17 possa spingere in avanti il corpo escavatore principale 8 (nella direzione di sinistra in figura 1 ). Figure 1 illustrates a working condition of the mole-type excavator device in accordance with the present invention. In the drawing, a main excavator body 8 and a connecting pipe 13 are arranged underground by means of a manhole or pit 18. Thereafter, a fixed unit 14 is inserted in the pit 18 to support an actuation jack 17 connected to the 'rear end of the connecting tube 13, The drive jack 17 is supplied with drive power from a power unit 13 located on the surface so that the drive jack 17 can push the main excavator body 8 forward (in the direction left in figure 1).

Il corpo escavatore principale 8 comprende un sistema escavatore A, un sistema di scarico della terra scavata B, ed un sistema di controllo C, The main excavator body 8 comprises an excavator system A, an excavated earth discharge system B, and a control system C,

In dettaglio, il sistema escavatore A comprende una testa escavatrice 6 il cui diametro interno può essere regolato da 350 mm Φ a 450 mm ψ, un'unità di azionamento della testa escavatrice 7 per azionare la testa escavatrice 6, ed un'unità di regolazione della direzione 5 per regolare la direzione di scavo, L'unità di regolazione della direzione 5 è composta da almeno tre martinetti che possono essere controllati indipendentemente ed elettricamente. In detail, the excavator system A comprises an excavator head 6 whose internal diameter can be adjusted from 350 mm Φ to 450 mm ψ, a drive unit of the excavator head 7 to operate the excavator head 6, and an adjustment unit direction 5 to adjust the digging direction. The direction adjustment unit 5 consists of at least three jacks which can be independently and electrically controlled.

Il sistema di scarico della terra scavata E è illustrato in figura 2, detto sistema comprende una luce di iniezione 30 formata nella parte anteriore del corpo escavatore principale 8 per iniettare materiale formante fango, come acqua, verso la direzione di scavo; un primo tubo 22 collegato tra la luce d'iniezione 30 ed una pompa di alimentazione 15 del materiale formante fango posta all'esterno del dispositivo escavatare, per alimentare il materiale formante fango dalla pompa 15 alla luce d'iniezione 30; una luce di aspirazione del fango 10 formata sul fondo del corpo principale 8; un elemento scaricatore del fango 24 collegato alla luce d'aspirazione del fango 10; un compressore 9 per alimentare aria compressa all'elemento scaricatore del fango 24; un secondo tubo 24 collegato tra l'elemento scaricatore del fango 24 ed una pozza per il fango, non illustrata in questo disegno, posta sul terreno; ed un rivelatore di pressione del fango 23 per rivelare la pressione del fango che deve essere scaricato, Il rivelatore di pressione del fango 23 è collegato elettricamente ad un pannello di controllo 16 illustrato in figura 3, 11 sistema di controllo C comprende tre rivelatori per rivelare la posizione verticale, la posizione orizzontale e l'angolo di direzione di scavo del corpo escavatone principale 8, The excavated earth discharge system E is illustrated in Figure 2, said system comprises an injection port 30 formed in the front part of the main excavator body 8 for injecting mud-forming material, such as water, towards the excavation direction; a first tube 22 connected between the injection port 30 and a feed pump 15 of the sludge-forming material located outside the excavation device, for feeding the sludge-forming material from the pump 15 to the injection port 30; a sludge suction port 10 formed on the bottom of the main body 8; a sludge discharge element 24 connected to the sludge suction port 10; a compressor 9 for supplying compressed air to the sludge discharge element 24; a second pipe 24 connected between the sludge discharge element 24 and a mud pit, not shown in this drawing, placed on the ground; and a mud pressure detector 23 for detecting the pressure of the mud to be discharged, The mud pressure detector 23 is electrically connected to a control panel 16 illustrated in Figure 3, The control system C comprises three detectors for detecting the vertical position, the horizontal position and the digging direction angle of the main excavator body 8,

Dapprima, come illustrato in figura 3, un sensore di pressione 11 viene disposto nel corpo escavatone principale 8 e messo in comunicazione con un serbatoio di olio di silicio 27 ed il pannello di controllo 16 attraverso un condotto per l'olio 23, Il serbatoio dell'olio di silicio 27 ed il pannello di controllo 16 sono posti in superficie. First, as illustrated in Figure 3, a pressure sensor 11 is arranged in the main excavator body 8 and communicated with a silicon oil tank 27 and the control panel 16 through an oil duct 23. The silicon oil 27 and the control panel 16 are placed on the surface.

La combinazione del sensore di pressione 11, del serbatoio per l'olio di silicio 27, ed un sensore di pressione standard 28 agisce come rivelatore di posizione verticale per rivelare la posizione verticale del corpo escavatone principale 8, The combination of the pressure sensor 11, the silicon oil reservoir 27, and a standard pressure sensor 28 acts as a vertical position detector to detect the vertical position of the main excavator body 8,

In dettaglio, la posizione verticale del corpo escavatone principale 8 corrisponde alla differenza tra i valori del livello dell'olio indicati dal sensore di pressione standard 28 e dal sensore di pressione 11 , In detail, the vertical position of the main excavator body 8 corresponds to the difference between the oil level values indicated by the standard pressure sensor 28 and by the pressure sensor 11,

In secondo luogo, il corpo escavatone principale 8 comprende un trasmettitore 1 per generare un segnale elettromagnetico 2, Il segnale 2 viene ricevuto da un ricevitore 3 composto da una bobina ricevente di destra 3R e da una bobina ricevente di sinistra 3L, Questo ricevitore 3 è collegato elettricamente ad un rivelatore della posizione orizzontale 4, Il rivelatore della posizione orizzontale 4 è pure collegato elettricamente al pannello di controllo 16 per visualissare 1'informazione rappresentante la reale posizione orizzontale del corpo escavatone principale 8, Secondly, the main excavator body 8 comprises a transmitter 1 for generating an electromagnetic signal 2, The signal 2 is received by a receiver 3 composed of a right receiving coil 3R and a left receiving coil 3L, This receiver 3 is electrically connected to a detector of the horizontal position 4, The detector of the horizontal position 4 is also electrically connected to the control panel 16 to display information representing the actual horizontal position of the main excavator body 8,

11 terzo rivelatore del corpo principale escavatone 8 è un rivelatore dell'angolo di direzione di scavo 12 per rivelare l'angolo di direzione di scavo del corpo escavatone principale 8, che è collegato elettricamente al pannello di controllo 16 per visualizzare l'informazione che rappresenta l'angolo di direzione reale del corpo principale di scavo 8, Il pannello di controllo 16 è pure collegato elettricamente all'unità di regolazione della direzione S per trasmettere un segnale di cornando per regolare la direzione di scavo della testa escavatrice 6, The third excavator body detector 8 is a digging direction angle detector 12 for detecting the digging direction angle of the excavating main body 8, which is electrically connected to the control panel 16 to display the information it represents. the actual direction angle of the main excavation body 8, The control panel 16 is also electrically connected to the direction adjustment unit S to transmit a command signal for adjusting the excavation direction of the excavator head 6,

Verrà ora descritto il funzionamento del dispositivo escavatone illustrato in precedenza, The operation of the excavator device illustrated previously will now be described,

In primo luogo, il corpo escavatore principale 8 e l'unità fissa 14 vengono posti nella fossa 18, Il martinetto di guida 17 viene azionato dalla potenza alimentata dall'unità di potenza 19 per muovere in avanti il corpo escavatore principale 8, ruotando la testa escavatrice 6, Firstly, the main excavator body 8 and the fixed unit 14 are placed in the pit 18, The guide jack 17 is operated by the power supplied by the power unit 19 to move the main excavator body 8 forward, rotating the head excavator 6,

Allo stesso tempo, la pompa di alimentazione 15 del materiale formante fango inizia ad inviare il materiale formante fango alla luce di immissione 30, attraverso il primo tubo 22, La terra scavata attorno alla testa tagliatrice 8 viene miscelata con il materiale formante fango iniettato attraverso la luce d'iniezione 30 per formare fango 21, Il fango 21 viene fatto defluire lungo il corpo escavatore principale S e quindi aspirato dalla luce di aspirazione del fango 10. Il compressore 9 alimenta aria compressa all'elemento scaricatore del fango 24, Il fango viene forzatamente inviato all'elemento scaricatore del fango 24 attraverso il secondo tubo 24, e scaricato dal tunnel scavato e dalla fossa 18, Il rivelatore di pressione del fango 23 rivela la pressione del fango 21 che affluisce attorno al corpo escavatore principale 8, La pressione del fango rivelata dal rivelatore 23 viene visualizzata sul pannello di controllo 16 per regolare la velocità di alimentazione del materiale formante fango , At the same time, the feed pump 15 of the sludge-forming material starts to send the sludge-forming material to the inlet port 30, through the first tube 22.The earth excavated around the cutting head 8 is mixed with the sludge-forming material injected through the injection port 30 to form sludge 21, The sludge 21 is made to flow along the main excavator body S and then sucked by the sludge suction port 10. The compressor 9 supplies compressed air to the sludge discharge element 24, The sludge is forcedly sent to the mud discharge element 24 through the second pipe 24, and discharged from the excavated tunnel and from the pit 18, The mud pressure detector 23 detects the pressure of the mud 21 flowing around the main excavator body 8, The pressure of the mud sludge detected by the detector 23 is displayed on the control panel 16 to adjust the feed rate of the forming material mud ,

Come illustrato in figura 1, l'estremità posteriore del corpo escavatore principale 3 è col legata all'estremità anteriore del tubo di collegamento 13, Quando il corpo escavatore principale 8 viene mosso in avanti ed il tunnel scavato viene prolungato, un nuovo tubo di raccordo 13', non illustrato, è addizionalmente collegato all'estremità posteriore del tubo precedente 13, In tal modo, una pluralità di tubi viene posta nel tunnel scavato per formare una tubatura o sistema di condotti, As shown in Figure 1, the rear end of the main excavator body 3 is connected to the front end of the connecting pipe 13. When the main excavator body 8 is moved forward and the excavated tunnel is extended, a new connecting pipe 13 ', not shown, is additionally connected to the rear end of the preceding tube 13. In this way, a plurality of tubes is placed in the excavated tunnel to form a tube or system of ducts,

Durante l'operazione di scavo, vari rivelatori e sensori sono pure in condizioni operative. During the excavation operation, various detectors and sensors are also in operational condition.

La posizione verticale del corpo escavatore principale 8 può essere conosciuta dal valore della differenza tra i valori del livello dell'olio indicati dal sensore di pressione standard 28 e dal sensore di pressione 11, The vertical position of the main excavator body 8 can be known from the value of the difference between the oil level values indicated by the standard pressure sensor 28 and the pressure sensor 11,

Per rivelare la posizione orizzontale del corpo escavatore principale 8, il trasmettitore 1 genera un segnale elettromagnetico 2, Il segnale 2 viene ricevuto dal ricevitore 3 posto sulla linea standard di scavo in superficie, La bobina ricevente di destra 3R e la bobina ricevente di sinistra 3L del ricevitore 3 generano, rispettivamente, tensioni indotte in risposta all'intensità del segnale elettromagnetico. Il rivelatore 4 rivela la differenza tra le tensioni indotte corrispondeo ti alla deviazione dalla linea standard di scavo. To detect the horizontal position of the main excavator body 8, the transmitter 1 generates an electromagnetic signal 2, The signal 2 is received by the receiver 3 placed on the standard surface excavation line, The right receiving coil 3R and the left receiving coil 3L of the receiver 3 generate, respectively, induced voltages in response to the intensity of the electromagnetic signal. Detector 4 detects the difference between the induced voltages corresponding to the deviation from the standard excavation line.

Infine , la posizione orizzontale del corpo escavatore principale S viene visualizzata sul pannello di controllo 16, Finally, the horizontal position of the main excavator body S is displayed on the control panel 16,

L'angolo reale della direzione di scavo del corpo escavatore principale 8 viene rivelato dal rivelatore dell'angolo di direzione di scavo 12 e visualizzato sul pannello di controllo 16. The actual digging direction angle of the main excavator body 8 is detected by the digging direction angle detector 12 and displayed on the control panel 16.

Allo sc*i>po di regolare la direzione di scavo della testa escavatrice 6, il segnale di comando viene inviato all'unità di regolazione della direzione 5 per regolare i martinetti indipendentemente, in modo da correggere la direzione di scavo del corpo principale 8. In order to adjust the digging direction of the excavator head 6, the command signal is sent to the direction adjusting unit 5 to adjust the jacks independently, so as to correct the digging direction of the main body 8.

Il dispositivo escavatore in accordo con la presente invenzione, munito dei summenzionati sistemi di controllo e di rivelazione, fornisce alcuni effetti vantaggiosi, Per esempio, il dispositivo escavatore può scavare in un curva di almeno ISO m e su una lunga distanza, 200 m al massimo. Inoltre, l'operazione di controllo descritta in precedenza può essere effettuata in modo manuale o automatico, o con una loro combinazione . The excavator device according to the present invention, equipped with the aforementioned control and detection systems, provides some advantageous effects, For example, the excavator device can dig in a curve of at least ISO m and over a long distance, 200 m maximum. Furthermore, the control operation described above can be carried out manually or automatically, or with a combination thereof.

Questo dispositivo escavatore può essere applicato a vari diametri poiché il diametro esterno della testa escavatrice 6 può essere regolato da 350 mm a 450 mw, Questo dispositivo escavatore può essere utilizzato per vari terreni, conte terreni franosi, terreni sabbiosi, terreni inisti a sassi, terreni acquosi, terreni argillosi, e cosi via, poiché esso è munito del sistema di scarico della terra scavata e la testa escavatrice è azionata con un elevata potenza di rotazione ad alta coppia. This excavator device can be applied to various diameters as the outer diameter of the excavator head 6 can be adjusted from 350mm to 450mw, This excavator device can be used for various terrains, landslide counts, sandy soils, stony soils, soils watery, clayey soils, and so on, since it is equipped with the discharge system of the excavated earth and the excavator head is operated with a high rotation power at high torque.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1, Small diameter mole-type excavator device characterized by the fact of comprising: a means of excavator adapted to rotate with a high torque; - a means of unloading the excavated earth to transform the excavated earth into mud and discharge the earth transformed into mud using compressed air; - a drive unit for guiding the excavator back and forth; - a position detecting means for detecting the vertical position, the horizontal position, and the digging direction angle of the excavator means; And - a direction correction means for correcting the excavation direction of the excavated vehicle, 2. Excavation device according to claim 1, characterized in that the excavator means, the excavated earth discharge means, the direction correction means, and the position detection means are installed in a main excavator body connected to the unit. actuation by means of at least one connecting pipe, 3, Excavator device according to claim 1, characterized in that the excavator means comprises an excavator head whose external diameter can be adjusted from 350 mm t to 450 mm ψ, 4. Excavatone device according to claim 1, characterized in that the drive unit comprises a drive jack connected to the rear end of the connecting pipe and supplied with drive power from a power unit placed on the surface, so that the drive jack can drive the main excavator body back and forth, 5. Excavator device according to claim 1, characterized in that the excavated earth discharge means comprises an injection port formed in the front of the main excavator body for injecting mud-forming material, such as water, towards the excavation direction; a first tube connected between the injection port and a mud-forming material feed pump, located outside the main excavator body, for sending the mud-forming material from the pump to the injection port; a mud suction port formed on the bottom of the main body; a sludge discharge element connected to the sludge suction port; a compressor for supplying compressed air to the sludge discharge element; a second pipe connected between the sludge discharge element and a surface sludge puddle and a sludge pressure detector to detect the pressure of the sludge to be discharged, 6, Excavator device according to claim 1, characterized in that the position detecting means comprises a vertical position detector, a horizontal position detector, and a excavation direction angle detector, 7, Excavator device according to claim 6, characterized in that the vertical position detector comprises a pressure sensor arranged in the main excavator body which communicates with a silicon oil tank and a control panel through a conduit for the oil, 8. Excavator device according to claim 6, characterized in that the horizontal position detector comprises a transmitter arranged in the main excavator body to generate an electromagnetic signal; a receiver consisting of a right receiving coil and a left receiving coil to receive the electromagnetic signal, and a detector electrically connected to the receiver, 9, Excavator device according to claim 6, characterized in that the excavation direction angle detector is placed in the main excavator body to detect the excavation direction angle of the main excavator body, and electrically connected to the control panel for display the information representing the real direction angle of the main excavator body, 10, Excavator device according to claim 1, characterized in that the direction correction means comprises at least three cylinders which can be independently and electrically controlled in response to a command signal from the control panel for adjusting the excavation direction of the excavator head .