JP2002004773A - カッタ駆動軸の変位検出方法と装置 - Google Patents
カッタ駆動軸の変位検出方法と装置Info
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Abstract
定するためカッタ駆動軸に発生する変位を計測する方法
と装置を提供する。 【解決手段】 先端にカッタ2を設けこれより所定距離
はなれた位置をスラスト軸受4で支持した駆動軸1の内
部にほぼ先端よりスラスト軸受取付け位置まで軸方向に
伸びる空間10を設け、この空間10に軸方向の変位を
測定する変位測定機構12を設ける。
Description
カッタ駆動軸に作用する前面荷重を測定するため駆動軸
に発生する変位を計測する方法と装置に関する。
トンネル工法の一つで、シールド掘進機を地中に進入さ
せ、周囲の土砂の崩壊を防ぎ地盤を掘削しながら前進
し、掘削した土砂を取り込み、後方に排出しながら、 掘
削したところを鋳鉄またはコンクリート製のブロックで
トンネル壁を構築してゆく工法である。この工法を実施
するシールド掘進機は前面に回転しながら地盤を掘削す
るカッタと、シールド掘進機を前進させるジャッキと、
掘進速度に合わせて掘削した土砂を取り出す土砂取り込
み装置と、掘進した背後で鋳鉄またはコンクリート製の
ブロックでトンネル壁を構築するエレクターを備えてい
る。
ールド掘進機のカッタ駆動軸を示す図である。カッタ駆
動軸1は先端にカッタ2が取付けられ, 中央部には駆動
する歯車3が固定されており、この歯車3の後端aの位
置で段差を設け径を縮小している。この位置aの段差位
置にスラスト軸受4を設け、カッタに加わる前面荷重F
を支持する。スラスト軸受4はハウジング5に取付けら
れている。ハウジングには球面コロ軸受6が設けられ縮
径部を支持する。また駆動軸1の中央部もコロ軸受7で
支持されている。かかる構成によりカッタ2を回転し前
面荷重をスラスト軸受4で受けながらジャッキによりシ
ールド掘進機は前進して行く。
進作業での掘進機の操作は経験を主体とした熟練者の勘
に依存して行われていた。掘進作業においては、掘進経
路の土砂の性質に応じて掘削面の反力である前面荷重を
予測し、ジャッキの推力を定める必要があるが、前面荷
重が不明のため、前面荷重とジャッキの推力とのバラン
スが崩れ, カッタ駆動軸に過大なスラスト荷重が発生す
ることがあった。また前面荷重に応じてカッタ軸駆動ト
ルク等を調整し土質の変化に応じて掘削作業を行う必要
があるが、前面荷重を常時計測していないため、適切な
操作ができなかった。
ので、掘削作業をする際の基本となる前面荷重を測定す
るためカッタ駆動軸に発生する変位を計測する方法と装
置を提供することを目的とする。
め、本方法の発明は、先端にカッタを設けこれより所定
距離はなれた位置をスラスト軸受で支持した駆動軸の内
部に空間を設けこの空間の軸方向の変位を測定する。カ
ッタに加わる駆動軸方向の荷重はスラスト軸受で受ける
ので駆動軸の先端からスラスト軸受までの駆動軸は圧縮
により変化し、この駆動軸内に設けられた空間も変化す
る。この空間の軸方向の変位を測定する。この変位は荷
重に対応した値なので、加わる荷重を算出することがで
きる。
より所定距離はなれた位置をスラスト軸受で支持した駆
動軸の内部にほぼ先端よりスラスト軸受取付け位置まで
軸方向に伸びる空間を設け、この空間に軸方向の変位を
測定する変位測定機構を設ける。
スト軸受に伝達されるので, この間の軸は変形し, 駆動
軸の先端からスラスト軸受までの軸内の空間も軸方向に
変形する。この空間の軸方向の変位を変位測定機構で測
定する。この変位は荷重に対応した値なので、荷重も算
出できる。
変位検出機構は間隔を有して相反発するように付勢され
た2個の部材からなり、一方の部材にはその間隔の変位
を測定する変位計が設けられている。かかる構成により
2個の部材は空間の両端に押し付けられるので、両部材
の間隔に空間の軸方向の変位が発生する。この変位を変
位計で測定する。なお付勢力はカッタに加わる荷重に対
して十分小さいものとする。
前記空間は前記駆動軸と同一軸心を有する円筒状空間で
あり、前記変位検出機構は該円筒状空間に嵌合する2個
の円筒で、 軸方向に伸縮自在にかつ円周方向に一体とな
るよう連結しており、各円筒は軸受により回転可能に支
持され、一方の円筒が外部の静止部材に固定されてい
る。2個の円筒は駆動軸と同一軸の円筒状空間に嵌合し
軸受で回転自在に支持され、かつ円周方向には一体とな
るよう結合されているので、一方の円筒を静止部材に固
定することにより、駆動軸が回転しても2個の円筒つま
り変位検出機構は回転しない。これにより信号処理のた
めの有線による配線処理が可能になる。
図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態
のカッタ駆動軸の構成を示す図である。なお図8と同一
のものは同一の記号を付し説明を簡単にする。カッタ駆
動軸1にはカッタ2の後端より軸の段部の位置aまで同
軸に円筒状穴10を設け、段部の位置aより後端までは
小径のケーブル取り出し穴11が設けられている。この
円筒状穴10に変位測定機構12が嵌合している。変位
測定機構12は長さの長い第1円筒13と、短い第2円
筒14よりなり、それぞれの一方の端部は円筒状穴10
の端部に接し他方の端部は互いに向かい合って連結して
いる。
と第2円筒の取り合い部の詳細図である。第2円筒14
の他方の端部は縮径されておりこの部分に縦溝(軸方向
の溝)が全周に設けられている。第1円筒13の他方の
端部は所定長さ中空のリング13aになっており、リン
グ13aの先端部内面に縦状の突起が円周方向に複数設
けられ、この縦状突起が第2円筒14の縦溝に嵌合する
ので、両円筒13,14は軸方向に伸縮するが、円周方
向には一体となるように結合されている。第1円筒13
の他方の端部のリング13aつけねの中実部の端面13
bと第2円筒14の他方の端面14aとで構成される間
隙部15は距離D離れている。第1円筒13のリング1
3aのつけねは円筒状の溝13cになっており、この溝
13cと第2円筒14の端面14a間にバネ16が円周
に沿って複数条設けられ、第1円筒13と第2円筒14
の一方の端部が常に円筒状穴10に接するように付勢し
ている。これにより円筒状穴10が軸方向に伸縮する
と、その伸縮量は前記距離Dの変位となって現れる。な
お、バネ16の付勢力は前面荷重Fに対して十分小さい
ものとする。
れ、間隙部15の距離Dの変位を計測する。変位計17
にはケーブル18が接続され、ケーブル取付け穴11を
通り駆動軸1の端面に取付けられたスリップリング19
に接続する。第1円筒13及び第2円筒14は駆動軸1
とともに回転しているので、ケーブル18も回転してお
り、スリップリング19により静止した側に計測データ
を取り出すことができる。なお、スリップリング19に
代えて回転トランスを用いてもよい。回転トランスはド
ラム型スリップリング装置のブラシとリングをトランス
の1次側と2次側に置き換え、2次側が回転するもの
で、 非接触で動作するためノイズが少なく長時間安定し
た計測ができる。取り出したデータはテレメータにより
送信することもできる。
の円筒状穴10の両端の距離Lが前面荷重FによりΔL
縮むと、これは間隙部15の距離Dの変位として現れ
る。実際には、荷重はカッタの全面に必ずしも均等にか
かるのではなく、不均等にかかるときもあるが、このよ
うに1つの変位として計測することにより、カッタには
図1に示す前面荷重Fがその中心にかかるとして計測す
ることができる。
ンサの形状と原理を示す。図3Aは渦電流形変位センサ
の形状とこのセンサに対して変位するターゲットを示
す。センサは先端にコイルを有する円筒状の形状で、高
周波電流を供給するケーブルと変位を出力する信号線が
接続されている。ターゲットは導電体で構成され、渦電
流形変位センサと非接触で変位が計測される。
示す。2MHz程度の高周波電流をコイルに流し、コイ
ルに発生する磁束にターゲットを近づけるとターゲット
に渦電流が発生し、この渦電流により発生する磁束はコ
イルの磁束と反対方向なので、コイルのインダクタンス
が減少し、コイルの電流が変化する。この電流変化はコ
イルとターゲットとの距離に依存するので、電流変化を
電圧として取り出しターゲットの変位量を得ることがで
きる。
タを処理する装置を示すブロック図である。電圧の変化
として出力された変位データはプリアンプで増幅され、
電流値として荷重監視・記録装置に入力される。荷重監
視装置では変位を荷重に変換し、前面荷重Fを得て、こ
れを常に監視し、この荷重に応じたカッタ駆動トルク等
の制御信号を出力する。またこの荷重を記録装置で記録
する。記録データはデータ蓄積装置に蓄積され、さらに
頻度解析装置で発生荷重の頻度分布等の解析が行われ
る。また計測した変位から算出した荷重はデジタル表示
計に数値で示され、アナログ表示計にはメータの針で指
示される。
は第2実施形態のカッタ駆動軸の構成を示す図である。
なお図8と同一のものは同一の記号を付し説明を簡単に
する。第2実施形態はカッタの駆動軸1が回転しても変
位計測機構12を静止させておくようにして、スリップ
リング19等を不要としたもので、他は第1実施形態と
同じである。第1円筒13と第2円筒14にはそれぞれ
軸受20が設けられ、カッタの駆動軸1が回転しても後
述するように静止できるようになっている。駆動軸1の
段部の位置aより後端までは駆動軸1と同軸にロッド用
穴21が設けられ、このロッド用穴21を貫通して設け
られたロッド22の一端は第2円筒14に固定され、他
端はフランジ23に結合されている。このフランジ23
はハウジング5に固定されているので、第2円筒14は
静止部材に固定されたことになる。変位計17のケーブ
ル18はフランジ23の外まで伸び、プリアンプ等に直
接接続できるようになっている。
と第2円筒14の取り合い部を示す。図2と同一なもの
は同一符号で表し、説明を省略または簡略化する。図2
で説明したように、第2円筒14の第1円筒13側の端
部は縮径されており、この部分に縦溝(軸方向の溝)が
全周に設けられている。第1円筒13の第2円筒側の端
部は所定長さ中空のリング13aになっており、リング
13aの先端部内面に縦状の突起が円周方向に複数設け
られ、この縦状突起が第2円筒14の縦溝に嵌合するの
で、両円筒13、14は軸方向に伸縮するが、円周方向
には一体となるように結合されている。第2円筒14は
図5で説明したように、ロッド22、フランジ23を介
して静止部材のハウジンク5に固定されているので、第
1円筒13も回転が拘束される。一方駆動軸1が回転し
ても、軸受20で滑ってその回転力は両円筒13、14
に殆ど伝達されない。かかる理由により、第2円筒14
を静止部材に固定しておけば、両円筒13、14、つま
り変位計測機構12を静止状態に保持することができ
る。
接触式の差動変圧器型変位センサを用いた点である。こ
の変位計17は接触子27を有し、この接触子27の先
端が第1円筒13の中実端面13bに常に接触するよう
にし、間隙部15の距離Dの変位をこの接触子27の変
化として取り出し計測するようにしている。
位センサの形状と原理を示す。図7Aは差動変圧器型変
位センサの形状とこのセンサに対して変位するターゲッ
トを示す。センサはトランス25の中心にコア26を配
置し、このコア26に接続した接触子27が常にターゲ
ットに接触するようにしている。これによりターゲット
の変位をコア26に伝えるようにしている。ターゲット
は導電体でなくてもよく、差動変圧器型変位センサの接
触子27と接触して変位を伝達するものであればよい。
理を示す。中央に位置する1次コイルPとその両側に位
置する2次コイルS1,S2の3個のコイルと強磁性体
のコア26から構成される。50Hz〜20KHzの交
流電圧を1次コイルPに印加する。コア26を通じて励
磁されたコイルS1,S2に電圧E1,E2が誘起し、
出力信号はE0=E1−E2なので、コア26がコイル
S1,S2の中央にあれば、E1=E2でE0=0とな
り、コア26が変位すると磁気的に非対称なインダクタ
ンス分が生じ、変位量に比例した起電圧が発生する。
ンダクタンス変化型変位センサ、デジタル型変位センサ
なども使用可能である。
は、次の効果を奏する。 1)カッタに加わる前面荷重を実測できるので、掘削作
業中の力の釣り合いが常に把握でき適切な掘進操作が可
能になる。 2)前面荷重によるカッタ駆動軸の軸方向変位そのもの
を検出するので、より正確な荷重形態を把握することが
できる。また、回転する軸の変位を静止した部材から取
り出すこともできるので、有線による計測配線が可能に
なり、システム全体が簡素化され、故障発生の度合いが
少くなる。 3)前面荷重の大きさやカッタ駆動軸の径や長さに応じ
て駆動軸内の変位計測用の空間の寸法を決めることがで
きるので、測定対象の掘進機に適合して精度よく前面荷
重を計測できる。 4)本計測装置は原理的に単純で、構造的に簡素である
ため故障が少く、長期的な作業が行われるシールド掘進
機では大きな優位性を持つことになる。
である。
ロック図である。
す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 先端にカッタを設けこれより所定距離は
なれた位置をスラスト軸受で支持した駆動軸の内部に空
間を設けこの空間の軸方向の変位を測定することを特徴
とするカッタ駆動軸の変位検出方法。 - 【請求項2】 先端にカッタを設けこれより所定距離は
なれた位置をスラスト軸受で支持した駆動軸の内部にほ
ぼ先端よりスラスト軸受取付け位置まで軸方向に伸びる
空間を設け、この空間に軸方向の変位を測定する変位測
定機構を設けたことを特徴とするカッタ駆動軸の変位検
出装置。 - 【請求項3】 前記変位検出機構は間隔を有して相反発
するように付勢された2個の部材からなり、一方の部材
にはその間隔の変位を測定する変位計が設けられている
ことを特徴とする請求項2記載のカッタ駆動軸の変位検
出装置。 - 【請求項4】 前記空間は前記駆動軸と同一軸心を有す
る円筒状空間であり、前記変位検出機構は該円筒状空間
に嵌合する2個の円筒で、 軸方向に伸縮自在にかつ円周
方向に一体に連結しており、各円筒は軸受により回転可
能に支持され、一方の円筒が外部の静止部材に固定され
ていることを特徴とする請求項3記載のカッタ駆動軸の
変位検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000184215A JP2002004773A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | カッタ駆動軸の変位検出方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000184215A JP2002004773A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | カッタ駆動軸の変位検出方法と装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002004773A true JP2002004773A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18684685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000184215A Pending JP2002004773A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | カッタ駆動軸の変位検出方法と装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002004773A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003307095A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-31 | Starloy:Kk | ディスクローラーカッター及びディスクローラーカッターモニタリングシステム |
WO2006046358A1 (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-04 | Shinshu University | 高周波コイルを備えた機器 |
CN103471540A (zh) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | 一种双燃料发动机机械泵齿条位置测量装置 |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184215A patent/JP2002004773A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003307095A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-31 | Starloy:Kk | ディスクローラーカッター及びディスクローラーカッターモニタリングシステム |
WO2006046358A1 (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-04 | Shinshu University | 高周波コイルを備えた機器 |
JPWO2006046358A1 (ja) * | 2004-10-28 | 2008-05-22 | 国立大学法人信州大学 | 高周波コイルを備えた機器 |
CN103471540A (zh) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | 一种双燃料发动机机械泵齿条位置测量装置 |
CN103471540B (zh) * | 2013-09-29 | 2015-12-02 | 哈尔滨工程大学 | 一种双燃料发动机机械泵齿条位置测量装置 |
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Legal Events
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Effective date: 20090218 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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