JP2002201894A - Thrust load detecting device of shield machine-cutter driving shaft and load detecting method therefor - Google Patents

Thrust load detecting device of shield machine-cutter driving shaft and load detecting method therefor

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JP2002201894A
JP2002201894A JP2000399720A JP2000399720A JP2002201894A JP 2002201894 A JP2002201894 A JP 2002201894A JP 2000399720 A JP2000399720 A JP 2000399720A JP 2000399720 A JP2000399720 A JP 2000399720A JP 2002201894 A JP2002201894 A JP 2002201894A
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JP
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load
drive shaft
strain
cutter
displacement
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JP2000399720A
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Japanese (ja)
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Shinya Minagawa
伸也 皆川
Hiroyuki Ito
広幸 伊藤
Kenichi Nakasu
健一 中洲
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To seize an accurate value of a front load at work by accurately detecting the front load in a boring advancing work process, that is, a thrust load acting on a cutter driving shaft. SOLUTION: In this thrust load detecting device of a shield machine-a cutter driving shaft for detecting the thrust load acting on the cutter driving shaft 3 in the boring advancing work process, the device is provided with a driving shaft displacement/strain converting-amplifying rod 5 arranged inside the cutter driving shaft 3, and having a load sensor 6 for detecting the thrust load, and a load monitor - recorder 12 arranged on a shield machine operation panel, and internally storing a strain measuring apparatus for clarifying a measured load value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機・
カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置とその荷重検出方
法に係り、特にシールド掘進機において、掘進作業時の
前面荷重(掘削面反力)により、カッタ駆動軸に作用す
る実働スラスト荷重を検出し、これを遠く離れた場所で
監視することにより安全に操業することができるシール
ド掘進機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置とその
荷重検出方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a shield machine
The present invention relates to a thrust load detecting device for a cutter drive shaft and a method for detecting the load, and in particular, in a shield machine, detects an actual thrust load acting on the cutter drive shaft by a front load (excavation surface reaction force) during excavation work. The present invention relates to a shield thruster / cutter drive shaft thrust load detecting device and a load detecting method capable of safely operating by monitoring the thrust load at a remote place.

【0002】[0002]

【従来の技術】シールド工法は、軟弱な地盤に適用する
トンネル工法の1つであり、シールド掘進機(又はシー
ルド機)と呼ばれる掘進機を、地中における周囲の土砂
の崩壊を防ぎながら地盤を掘削しつつ推進させ、シール
ド機の内部で安全に、掘削した土砂の取込み・搬出作
業、覆工作業を行い、トンネルを構築してゆく工法であ
る。
2. Description of the Related Art The shield construction method is one of tunnel construction methods applied to soft ground. A shield excavator (or a shield machine) is used to protect the ground while preventing collapse of surrounding soil and soil in the ground. It is a method of building while propelling while excavating, safely taking in and taking out excavated earth and sand, and lining work inside the shield machine, and constructing a tunnel.

【0003】このシールド掘進機は、主に、カッタ、シ
ールドジャッキ、土砂取込み装置及びエレクターで構成
されている。このカッタは回転しながら地盤を掘削する
装置であり、シールドジャッキはシールド掘進機を前進
させる装置であり、土砂取込み装置は掘進速度に合せ
て、掘削した土砂を取り出す装置であり、エレクターは
掘進する背後で、鋳鉄或はコンクリート製のブロック
(シールドセグメント)を組み立て、トンネル壁を構築
する装置である。
[0003] This shield excavator mainly comprises a cutter, a shield jack, a sediment intake device and an erector. The cutter is a device that excavates the ground while rotating, the shield jack is a device that advances the shield excavator, the earth and sand intake device is a device that extracts the excavated earth and sand according to the excavation speed, and the erector excavates A device for assembling a block (shield segment) made of cast iron or concrete in the back to construct a tunnel wall.

【0004】上述したシールド掘進機を使用するシール
ド工法の掘削作業計画において、掘進の経路となる地盤
の土質に関しては、事前に調査が行われ、工事の目的と
土質の性状に適応したシールド機とカッタ形状が経験的
に選定される。更に掘削作業においては、土質の性状に
応じたカッタ回転数と、シールドジャッキの油圧(推進
速度)が経験値をもとに設定され、経験と勘をもとにし
た掘進操作が行われてきた。
[0004] In the above-mentioned excavation work plan of the shield method using the shield excavator, the soil quality of the ground to be the excavation route is investigated in advance, and a shield machine adapted to the purpose of the construction and the nature of the soil is used. The cutter shape is selected empirically. Furthermore, in the excavation work, the cutter rotation speed according to the nature of the soil and the hydraulic pressure (propulsion speed) of the shield jack are set based on experience values, and excavation operations have been performed based on experience and intuition. .

【0005】従来、シールド機の掘進操作は、経験を主
体とした操作方法と熟練者の勘に依存するところが多か
った。即ち、掘進作業中の各場面において、前面荷重
(掘削面反力)は、極めて重要であり、常時定量的に把
握されているべきものである。しかし、従来は、実測す
る方法が無いため、前面荷重の把握なしに経験に頼って
掘進操作をせざるを得ず、時として、シールドジャッキ
の推進力と前面荷童(掘削面反力)とのバランスが崩
れ、カッタ駆動軸のスラスト軸受に過大なスラスト荷重
の発生を招くことがあった。言い換えれば、シールド機
の完全自動化が進まない理由の1つに、制御対象のモデ
ル化が難しいことが指摘されている。元来、土の種類そ
のものが千差万別であり、仮に、土の組成が特定できた
としても、機械的特性を単純に決定できないところが、
この分野における常識とされていた。
Hitherto, the excavation operation of a shield machine often depends on an operation method mainly based on experience and the intuition of a skilled person. That is, in each scene during the excavation work, the front load (excavation surface reaction force) is extremely important and should always be quantitatively grasped. However, conventionally, there is no actual measurement method, so it is necessary to perform digging operation based on experience without grasping the front load, and sometimes the propulsive force of the shield jack and the front load (excavation surface reaction force) And the thrust bearing of the cutter drive shaft may generate an excessive thrust load. In other words, it has been pointed out that one of the reasons why the shield machine is not fully automated is that it is difficult to model a controlled object. Originally, the types of soils themselves varied widely, and even if the composition of the soil could be specified, the mechanical properties could not be determined simply.
It was considered common sense in this field.

【0006】ここで、シールド工法における掘削・掘進
工程を列記すると以下のようになる。 (1)まず、円弧状のシールドセグメントを組立て、さ
らにこれを結合して構築した円筒剛体(トンネル壁)か
ら反力をとり、シールドジャッキ・ピストンのストロー
クにより、シールド機全体を前進する。 (2)この前進により、シールド機前面の土層は、回転
するカッタにより掘削され、掘り出した土砂はスクリュ
ウコンベアでシールド機内に取込まれ、さらにベルトコ
ンベアでトンネル外に排除される。 (3)シールド機が前進しその後方にシールドセグメン
トの組立てに要する空間(ジャッキのストローク)が確
保された時点で、シールドジャッキのピストンを収納
し、得られた空間で新たにセグメントを組立て、前段階
で構築した円筒部と結合し、トンネル壁を延長する。 以上のサイクルを繰り返すことにより、シールドセグメ
ントを順次継ぎ足し、トンネル壁は更に長さを増すこと
になる。
Here, the excavation and excavation steps in the shield method are listed as follows. (1) First, an arc-shaped shield segment is assembled, a reaction force is taken from a cylindrical rigid body (tunnel wall) constructed by connecting the arc segments, and the entire shield machine is advanced by a stroke of a shield jack / piston. (2) With this advance, the soil layer in front of the shield machine is excavated by the rotating cutter, and the excavated earth and sand is taken into the shield machine by the screw conveyor, and further removed out of the tunnel by the belt conveyor. (3) When the space required for assembling the shield segments (jack stroke) is secured behind the shield machine and the rear of the shield machine, the piston of the shield jack is stored, and a new segment is assembled in the obtained space. Combine with the cylindrical part constructed in the step and extend the tunnel wall. By repeating the above cycle, the shield segments are sequentially added, and the length of the tunnel wall is further increased.

【0007】掘進作業中に直面する土固有の特性に起因
する事象について次に列記する。 (1)シールド機の掘進作業において、シールドジャッ
キが発生する推力は、シールド機本体が周囲の土層から
常時受ける土圧による摩擦力、および、掘削時に前方土
層から受ける反力等にロス成分として消費され、残りの
成分(推力の一部)のみが、カッタ軸において掘削に寄
与する。 (2)これらのロス成分は、必ずしも一定値をとるもの
ではなく、時々刻々変化する土質の性状に左右される。 (3)土層の機械的性質が、掘削経路について必ずしも
一定でないため、掘削条件を一定値に設定することがで
きず、土質の性状に応じ、逐次、条件の設定を変えるこ
とを必要とする。 (4)土の組成を特定しても、機械的性質を単純に決定
することが難しいため、掘削条件を一定に設定すること
ができない。 (5)掘削前面の土層に土圧分布がある場合、或いは、
圧力勾配が存在する場合にも、掘削条件を一定に設定す
ることができない。 (6)掘削前面の土層に密度差が存在し、掘削反力が部
分的に異なる場合にも、掘削条件を一定に設定すること
ができない。 (7)掘削前面の土層の性状が不均質の場合、掘進量に
部分的な差が生じ、シールド機に横力(サイドフォー
ス)が作用し、首振り・蛇行に移行することが懸念され
る。
The following is a list of events encountered during the excavation operation due to soil-specific properties. (1) The thrust generated by the shield jack during excavation work of the shield machine is a loss component due to the frictional force due to the earth pressure that the shield machine body constantly receives from the surrounding soil layer and the reaction force received from the front soil layer during excavation. And only the remaining component (a part of the thrust) contributes to excavation at the cutter axis. (2) These loss components do not always take a constant value, but depend on the properties of the soil that change with time. (3) Since the mechanical properties of the soil layer are not always constant with respect to the excavation path, the excavation conditions cannot be set to a constant value, and the setting of the conditions must be sequentially changed according to the properties of the soil. . (4) Even if the composition of the soil is specified, it is difficult to simply determine the mechanical properties, so that the excavation conditions cannot be set constant. (5) When there is an earth pressure distribution in the soil layer in front of the excavation, or
Excavation conditions cannot be set constant even when there is a pressure gradient. (6) Excavation conditions cannot be set constant even when there is a density difference in the soil layer in front of the excavation and the excavation reaction force is partially different. (7) If the properties of the soil layer in front of the excavation are heterogeneous, there is a concern that there is a partial difference in the amount of excavation, lateral force (side force) acts on the shield machine, and the machine shifts to swinging or meandering. You.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の掘進作業工
程においては、図7に示すように、前面荷重1(カッタ
駆動軸3に作用する推力)の実働荷重値を逐次検出し、
これを定量的に表示し、記録する荷重検出器と測定装置
が装備されていなかった。掘進経路における種々の土質
の変化に逐次対応し、最適な掘進操作を行うには、前面
荷重1(掘削面反力)を常時検出し、荷重値を監視しつ
つ、土質の変化に対応した掘削操作を行うための装置を
装備することが不可欠であった。
In the above-mentioned conventional excavation work process, as shown in FIG. 7, the actual working load value of the front load 1 (thrust acting on the cutter driving shaft 3) is sequentially detected.
There was no load detector and measuring device to display and record this quantitatively. In order to sequentially respond to various soil changes in the excavation route and perform an optimal excavation operation, the front load 1 (excavation surface reaction force) is constantly detected, and the excavation corresponding to the soil change is monitored while monitoring the load value. It was essential to equip the equipment for performing the operation.

【0009】カッタ駆動軸1に作用する、スラスト荷重
の実働値を検出するには、軸径の大きな駆動軸に装着可
能で、大荷重に対応し、長期間に稼働に耐え得る荷重検
出器の考案が不可欠であった。カッタ駆動軸1の推力に
制限値を設定し、過大推力の発生を防止するシステムが
不備であるという問題があった。
In order to detect the actual value of the thrust load acting on the cutter drive shaft 1, a load detector which can be mounted on a drive shaft having a large diameter, can cope with a large load, and can withstand operation for a long period of time. Devising was indispensable. There is a problem that a system for setting a limit value for the thrust of the cutter drive shaft 1 to prevent the generation of excessive thrust is inadequate.

【0010】また、シールド機本体に生じる摩擦力等に
不確定要因が内在するため、シールドジャッキの推力に
対する制限値の設定は、前記の理由から確定しがたいも
のであった。ジャッキ油圧(推力)、ピストンストロー
ク、カッタ駆動トルク、カッタ軸推力等の物理量を検出
し、これらの事象の相関性を体系付ける技術が未開発で
あるという問題があった。
Further, since there is an uncertain factor in the frictional force or the like generated in the shield machine main body, setting the limit value for the thrust of the shield jack is difficult to determine for the above-mentioned reason. There has been a problem that a technology for detecting physical quantities such as jack hydraulic pressure (thrust), piston stroke, cutter driving torque, cutter shaft thrust, and the like and systematizing the correlation of these events has not been developed.

【0011】本発明は、上述した従来の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち本発明の目的
は、掘進作業過程における前面荷重、即ちカッタ駆動軸
に作用するスラスト荷重を精度よく検出することによ
り、作業中における前面荷重の正確な値を把握すること
ができるシールド掘進機カッタ駆動軸のスラスト荷重検
出装置とその荷重検出方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. That is, an object of the present invention is to detect a front load in the excavation work process, that is, a thrust load acting on the cutter drive shaft with high accuracy, so that an accurate value of the front load in the work can be grasped. An object of the present invention is to provide a thrust load detecting device for a drive shaft and a load detecting method thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のスラスト荷重検
出装置によれば、掘進作業過程におけるカッタ駆動軸
(3)に作用するスラスト荷重を検出するシールド掘進
機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置であって、前
記カッタ駆動軸(3)の内部に設けた、前記スラスト荷
重を検出する荷重せンサ(6)を具備する駆動軸変位/
ひずみ変換・増幅ロッド(5)と、シールド掘進機操作
盤に設けた、実測荷重値を明示するために、ひずみ測定
器を内蔵した荷重監視・記録装置(12)と、を備え
た、ことを特徴とするシールド掘進機・カッタ駆動軸の
スラスト荷重検出装置が提供される。
According to the thrust load detecting device of the present invention, a thrust load detecting device for a shield excavator / cutter drive shaft for detecting a thrust load acting on the cutter drive shaft (3) in the excavation work process. A drive shaft displacement / displacement device provided with a load sensor (6) provided inside the cutter drive shaft (3) for detecting the thrust load.
A strain conversion / amplification rod (5), and a load monitoring / recording device (12) provided on a shield machine control panel and having a built-in strain measuring device for specifying an actually measured load value. A thrust load detecting device for a shield excavator / cutter drive shaft is provided.

【0013】前記駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド
(5)は、カッタ(2)とスラスト軸受(4)との間に
位置するカッタ駆動軸(3)の軸心部内に設置され、そ
の両端は、内装軸受(3−1,3−2)で支持され、該
前後の内装軸受(3−1,3−2)の外輪は、前記カッ
タ駆動軸(3)の軸心に穿った円筒に嵌合され、該前後
の内装軸受(3−1,3−2)の内輪は、前記駆動軸変
位/ひずみ変換・増幅ロッド(5)の外径と嵌合された
ものであり、該駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド
(5)の軸端から延長した静止軸(5−1)の軸端を、
静止軸・固定端(5−2)に固定することにより、該駆
動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド(5)を静止状態に
維持するように構成されたものである。
The drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) is installed in the center of the cutter drive shaft (3) located between the cutter (2) and the thrust bearing (4). Are supported by internal bearings (3-1, 3-2), and the outer rings of the front and rear internal bearings (3-1, 3-2) are cylindrically formed in the axis of the cutter drive shaft (3). The inner rings of the front and rear interior bearings (3-1, 3-2) are fitted with the outer diameter of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5), and the drive shaft is The shaft end of the stationary shaft (5-1) extending from the shaft end of the displacement / strain conversion / amplification rod (5) is
By fixing to the stationary shaft / fixed end (5-2), the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) is maintained in a stationary state.

【0014】この駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド
(5)の軸端から延長した静止軸(5−1)の軸端を、
静止軸・固定端(5−2)に固定することにより、駆動
軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド(5)を静止状態に維
持することができる。
The shaft end of the stationary shaft (5-1) extending from the shaft end of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) is
By fixing to the stationary shaft / fixed end (5-2), the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) can be kept stationary.

【0015】前記荷重せンサ(6)は、前記カッタ駆動
軸(3)の軸方向に発生する微小変位(ΔL)を機械的
に増幅すると共に、電気的にはブリッジ回路上において
感度増加を図り、ひずみ信号として処理し、ひずみ検出
素子として、半導体ひずみゲージ(6−1)を使用し、
感度増加を図るものである。
The load sensor (6) mechanically amplifies the small displacement (ΔL) generated in the axial direction of the cutter drive shaft (3) and electrically increases sensitivity on a bridge circuit. And a semiconductor strain gauge (6-1) is used as a strain detecting element.
The purpose is to increase the sensitivity.

【0016】上記構成のスラスト荷重検出装置では、カ
ッタ駆動軸(3)に生じた微小変位(ΔL)は、カッタ
駆動軸(3)の軸心に穿った円筒に内装軸受(3−1,
3−2)を介して嵌合した駆動軸変位/ひずみ変換・増
幅ロッド(5)に伝わり、この駆動軸変位/ひずみ変換
・増幅ロッド(5)内に設けた荷重せンサ(6)に集中
する。荷重せンサ(6)部分は、駆動軸変位/ひずみ変
換・増幅ロッド(5)の剛性に対し、極めて低い剛性に
設定するため、微小変位(ΔL)は殆ど荷重せンサ
(6)部に集中する。そこで、前面荷重(1)を検出
し、その実測された荷重値を明示することにより、掘削
作業中における力の釣り合いが常時把握され、目に見え
る形で掘進操作を実施することができる。
In the thrust load detecting device having the above structure, the minute displacement (ΔL) generated in the cutter driving shaft (3) is transferred to the cylinder (3-1,
Transmitted to the fitted drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) via 3-2) and concentrated on the load sensor (6) provided in the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5). I do. Since the load sensor (6) is set to an extremely low rigidity relative to the rigidity of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5), the minute displacement (ΔL) is mostly concentrated on the load sensor (6). I do. Therefore, by detecting the front load (1) and specifying the actually measured load value, the balance of the force during the excavation work can be constantly grasped, and the excavation operation can be performed in a visible manner.

【0017】前面荷重(1)の作用に伴う、カッタ駆動
軸(3)の軸方向変位そのものを検出するものであるか
ら、より正確な荷重形態を把握することができる。ま
た、荷重せンサ(6)が静止側に位置するため、有線に
よる信号配線を行うことで、システム全体の簡素化が可
能になり、故障発生の度合いを低減することができる。
Since the axial displacement itself of the cutter driving shaft (3) accompanying the action of the front load (1) is detected, a more accurate load form can be grasped. Further, since the load sensor (6) is located on the stationary side, by performing wired signal wiring, the entire system can be simplified, and the degree of occurrence of failure can be reduced.

【0018】本発明のスラスト荷重検出方法によれば、
掘進作業過程におけるシールド掘進機・カッタ駆動軸
(3)に作用するスラスト荷重を検出する方法であっ
て、前面荷重(1)が直接作用するカッタ駆動軸(3)
において、この軸方向に発生する微小変位量を、該カッ
タ駆動軸(3)内部に設置した駆動軸変位/ひずみ変換
・増幅ロッド(5)により検出・定量化して、前面荷重
(1)に置換することにより、掘進作業過程における実
働スラスト荷重を実測する、ことを特徴とするシールド
掘進機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出方法が提供さ
れる。
According to the thrust load detecting method of the present invention,
A method for detecting a thrust load acting on a shield excavator / cutter drive shaft (3) during an excavation work, wherein the front drive (1) directly acts on the cutter drive shaft (3).
In the above, the minute displacement generated in the axial direction is detected and quantified by the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) installed inside the cutter drive shaft (3), and is replaced with the front load (1). Accordingly, there is provided a method of detecting a thrust load of a shield excavator / cutter drive shaft, wherein an actual thrust load in an excavation work process is actually measured.

【0019】上記構成のスラスト荷重検出方法では、前
面荷重(1)は、カッタ(2)の全受圧面に作用し、そ
の総荷重はカッタ駆動軸(3)にスラスト荷重として集
中的に作用する。スラスト荷重は、カッタ(2)とスラ
スト軸受(4)間のカッタ駆動軸(3)内において、力
のバランスが保たれ、このカッタ(2)とスラスト軸受
(4)には、スラスト荷重による微小変位(ΔL)が生
じる。この微小変位(ΔL)を精度よく検出し、前面荷
重値に置換することができる。
In the thrust load detecting method having the above structure, the front load (1) acts on all pressure receiving surfaces of the cutter (2), and the total load acts intensively as a thrust load on the cutter drive shaft (3). . The thrust load is balanced in the cutter drive shaft (3) between the cutter (2) and the thrust bearing (4), and the cutter (2) and the thrust bearing (4) have a very small force due to the thrust load. A displacement (ΔL) occurs. This minute displacement (ΔL) can be accurately detected and replaced with a front load value.

【0020】前記カッタ駆動軸(3)の軸心に穿った円
筒を、カッタ(2)とスラスト軸受(4)との間の距離
に相当する長さの標点距離(L)とし、前面荷重作用
で、カッタ駆動軸(3)に生じる変位を微小変位(Δ
L)とし、 荷重センサ(6)の受感部長さを(L’)
とし、前記標点距離(L)は受感部長さ(L’)のN倍
とし、前記カッタ駆動軸(3)に生じるひずみ量(ε)
をε=ΔL/Lとし、前記カッタ駆動軸(3)に生じた
微小変位(ΔL)が、すべて荷重センサ(6)に移行
し、受感部長さ(L’)に対して、微小変位(ΔL)が
生じたものとすれば、荷重せンサ(6)に生じるひずみ
(ε’)をε’=ΔL/L’とし、標点距離(L)の長
さを、受感部長さ(L’)のN倍(L=N・L’)と
し、ひずみ増幅率(ε’/ε)を、ε’=N・εとする
ものである。
A cylinder bored on the axis of the cutter drive shaft (3) is defined as a gauge length (L) corresponding to a distance between the cutter (2) and the thrust bearing (4), and a front load is applied. By the action, the displacement generated on the cutter drive shaft (3) is reduced to a small displacement (Δ
L), and the length of the sensing part of the load sensor (6) is (L ')
And the gauge length (L) is N times the length of the sensing part (L ′), and the amount of strain (ε) generated in the cutter drive shaft (3).
Is set to ε = ΔL / L, and the minute displacement (ΔL) generated on the cutter drive shaft (3) is all transferred to the load sensor (6), and the minute displacement (ΔL) is changed with respect to the sensing portion length (L ′). [Delta] L), the strain ([epsilon] ') generated in the load sensor (6) is set to [epsilon]' = [Delta] L / L ', and the length of the gauge length (L) is determined by the length of the sensing part (L). ') N times (L = N · L'), and the distortion amplification factor (ε '/ ε) is set as ε' = N · ε.

【0021】荷重せンサ(6)において、ひずみ出力に
変換された電気信号を取り出すリード線が、静止軸(5
−1)内部の配線孔(8−1)を貫通して、静止軸・固
定端(5−2)から外部に引き出され、ひずみ増幅器
(10−3)を経て、荷重監視・記録装置(12)に入
力され、荷重値として表示するものである。
In the load sensor (6), a lead wire for extracting an electric signal converted into a strain output is connected to a stationary shaft (5).
-1) Through the internal wiring hole (8-1), pulled out from the stationary shaft / fixed end (5-2) to the outside, and through the strain amplifier (10-3), the load monitoring / recording device (12). ) And displayed as a load value.

【0022】この場合、駆動軸変位/ひずみ変換・増幅
ロッド(5)及び静止軸(5−1)は、静止側にあるた
め、有線による配線処理は可能となり、簡素化に寄与す
るものである。
In this case, since the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) and the stationary shaft (5-1) are on the stationary side, wired wiring processing becomes possible and contributes to simplification. .

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図1は本発明のシールド掘進機カッタ駆動軸のスラ
スト荷重検出装置とその荷重検出方法におけるシールド
掘進機の側断面図である。図2は計測システムのブロッ
ク図である。この図に示すように、本発明のシールド掘
進機は、掘進作業工程における前面荷重1、即ち、カッ
タ2、カッタ駆動軸3に作用する推力の実働荷重値を逐
次検出し、これを定量的に表示し、記録する荷重センサ
6を内蔵した駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド5と
図2に示すような測定装置とを装備したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the common parts in the respective drawings, and the duplicate description will be omitted. FIG. 1 is a side sectional view of a shield excavator in a thrust load detecting device for a shield excavator cutter drive shaft and a load detecting method according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the measurement system. As shown in the figure, the shield machine according to the present invention sequentially detects the front load 1 in the excavation work process, that is, the actual working load value of the thrust acting on the cutter 2 and the cutter drive shaft 3, and quantitatively detects this. It is equipped with a drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5 incorporating a load sensor 6 for displaying and recording and a measuring device as shown in FIG.

【0024】本発明のシールド掘進機には、カッタ駆動
軸3の内部に駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド5を
設けている。この駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド
5内にスラスト荷重を検出する荷重センサ6を設置し、
前面荷重1の実測を可能にしている。カッタ2に作用す
る前面荷重1により、カッタ駆動軸3に発生する軸方向
のスラスト荷重は、荷重センサ6に伝わり、この荷重セ
ンサ6の底面と接するスラスト軸受4を反力点として力
のバランスが保たれる。荷重センサ6に加えられたスラ
スト荷重は、荷重センサ6を構成するひずみゲージ6−
1で電気信号に変換され、カッタ駆動軸3に作用する分
布荷重として検出される。
In the shield machine according to the present invention, a drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5 is provided inside the cutter drive shaft 3. A load sensor 6 for detecting a thrust load is installed in the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5,
The actual load 1 can be measured. Due to the front load 1 acting on the cutter 2, the axial thrust load generated on the cutter drive shaft 3 is transmitted to the load sensor 6, and the thrust bearing 4 in contact with the bottom surface of the load sensor 6 acts as a reaction force point to maintain the balance of force. Dripping. The thrust load applied to the load sensor 6 is equal to the strain gauge 6-6 constituting the load sensor 6.
At 1, it is converted into an electric signal and detected as a distributed load acting on the cutter drive shaft 3.

【0025】この荷重センサ6は、掘進経路における種
々の土質の変化に逐次対応し、最適な掘進操作を行うた
めに、前面荷重1、即ち掘削面反力を常時検出しなが
ら、荷重値を監視しつつ、土質の変化に対応した掘削操
作を行うことができる。また、この荷重センサ6は、カ
ッタ駆動軸1に作用する、スラスト荷重の実働値を検出
することができ、軸径の大きな駆動軸に装着可能で、大
荷重に対応し、長期間に稼働に耐え得るものである。
The load sensor 6 monitors the load value while constantly detecting the front load 1, that is, the reaction force of the excavation surface, in order to sequentially respond to various soil changes in the excavation route and perform an optimal excavation operation. In addition, the excavation operation corresponding to the change in soil quality can be performed. The load sensor 6 can detect the actual value of the thrust load acting on the cutter drive shaft 1, can be mounted on a drive shaft having a large shaft diameter, can handle a large load, and can operate for a long time. It is endurable.

【0026】駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド5
は、カッタ2とスラスト軸受4の間に位置するカッタ駆
動軸3の軸心部に設置されたものである。その両端は、
内装軸受3−1,3−2により支持される。前後の内装
軸受3−1,3−2の外輪は、カッタ駆動軸3の軸心に
穿った円筒に嵌合し、内輪は、駆動軸変位/ひずみ変換
・増幅ロッド5の外径と嵌合するので、この駆動軸変位
/ひずみ変換・増幅ロッド5の軸端から延長した静止軸
5−1の軸端を、静止軸・固定端5−2に固定すること
により、駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド5は静止
状態を維持することが可能となる。
Drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5
Is installed at the axis of the cutter drive shaft 3 located between the cutter 2 and the thrust bearing 4. At both ends,
It is supported by the internal bearings 3-1 and 3-2. The outer rings of the front and rear inner bearings 3-1 and 3-2 are fitted to a cylinder formed in the axis of the cutter drive shaft 3, and the inner ring is fitted to the outer diameter of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5. Therefore, by fixing the shaft end of the stationary shaft 5-1 extending from the shaft end of the drive shaft displacement / strain conversion / amplifying rod 5 to the stationary shaft / fixed end 5-2, the drive shaft displacement / strain conversion / strain conversion is performed. -The amplification rod 5 can maintain a stationary state.

【0027】カッタ駆動軸3に生じた微小変位ΔLは、
このカッタ駆動軸3の軸心に穿った円筒に内装軸受3−
1,3−2を介して嵌合した駆動軸変位/ひずみ変換・
増幅ロッド5に伝わり、この駆動軸変位/ひずみ変換・
増幅ロッド5内に設けた荷重センサ6に集中するように
なっている。この荷重センサ6部分は、駆動軸変位/ひ
ずみ変換・増幅ロッド5の剛性に対し、極めて低い剛性
に設定するため、微小変位ΔLは殆ど荷重センサ6に集
中する。7はひずみ信号出力であり、8−1はリード線
配線孔である。
The minute displacement ΔL generated on the cutter driving shaft 3 is:
The internal bearing 3-
Drive shaft displacement / strain conversion fitted via 1, 3-2
This is transmitted to the amplification rod 5 and this drive shaft displacement / strain conversion
It concentrates on the load sensor 6 provided in the amplification rod 5. Since the load sensor 6 is set to have extremely low rigidity relative to the rigidity of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5, the minute displacement ΔL is mostly concentrated on the load sensor 6. 7 is a distortion signal output, and 8-1 is a lead wiring hole.

【0028】各荷重センサ6の出力は、図2に示すよう
に、信号ケーブル保護管内に内装されたセンサケーブル
を介して、全密閉・防水型保護ケース9内に格納された
プリアンプ10に入力される。荷重センサ6に接続した
プリアンプ10は、荷重センサ6の電圧入力を電流出力
に変換し、変換された電流信号は、信号ケーブル保護管
11内に内装した信号線を介して荷重監視・記録装置1
2に入力される。
As shown in FIG. 2, the output of each load sensor 6 is input to a preamplifier 10 stored in a completely sealed / waterproof protective case 9 via a sensor cable provided inside a signal cable protective tube. You. The preamplifier 10 connected to the load sensor 6 converts a voltage input of the load sensor 6 into a current output, and converts the converted current signal via a signal line provided in the signal cable protection tube 11 to the load monitoring / recording device 1.
2 is input.

【0029】荷重監視・記録装置12は、以下の機能を
具備する。 (1)荷重センサ6の信号は、ディジタル指示計13に
おいて、ピークホールドを設定することにより、作業中
の最大前面荷重値を表示する。さらにアナログ指示計1
4においては、スラスト荷重の制限値を設定し、制限値
以内は青色系の発光表示、制限値を超える荷重は赤色系
の発光表示を行い、さらに制限値を超える荷重の発生時
にはアラームを発し、操作員の注意を喚起する。ディジ
タル指示計13では、作業中の最大前面荷重値を数字で
表示する。
The load monitoring / recording device 12 has the following functions. (1) The signal from the load sensor 6 displays the maximum front load value during work by setting a peak hold in the digital indicator 13. Analog indicator 1
In 4, a limit value of the thrust load is set, a blue light emission is displayed when the load is within the limit, a red light is displayed when the load exceeds the limit, and an alarm is generated when a load exceeding the limit occurs. Call attention of the operator. The digital indicator 13 displays the maximum front load value during operation by a numeral.

【0030】(2)荷重センサ6の個々の信号をアナロ
グ信号に変換し、データレコーダ等のデータ収録装置1
6により信号を記録し、必要に応じ頻度解析装置17に
よる解析も可能としている。 (3)荷重センサ6の信号は制御信号15として、シー
ルドジャッキの油圧制御回路にインプットし、過大なス
ラスト荷重発生時における緊急停止信号として使用する
ようになっている。
(2) Each signal of the load sensor 6 is converted into an analog signal, and the data recording device 1 such as a data recorder is converted.
6, the signal is recorded, and the signal can be analyzed by the frequency analyzer 17 if necessary. (3) The signal from the load sensor 6 is input as a control signal 15 to the hydraulic control circuit of the shield jack, and is used as an emergency stop signal when an excessive thrust load occurs.

【0031】上述したように、図2の制御システムに示
すように、本発明では、掘削作業時の前面荷重(掘削面
反力)を常時実測するため、シールド掘進機カッタ駆動
・カッタ駆動軸のスラスト荷重を監視・記録するための
装置を装備している。この装置を装備することにより、
従来、経験と勘に依存してきた前面荷重の定量化が可能
となり、荷重の大きさに対応したジャッキ推進速度の適
合条件を維持することにより、安全で最適なシールド機
の掘進操作が可能になる。
As described above, as shown in the control system of FIG. 2, in the present invention, in order to constantly measure the front load (excavation surface reaction force) during excavation work, the shield excavator cutter drive / cutter drive shaft is required. Equipped with a device to monitor and record the thrust load. By equipping this device,
Conventionally, it is possible to quantify the front load, which has depended on experience and intuition, and maintain the suitable conditions of jack propulsion speed corresponding to the magnitude of the load, enabling safe and optimal shield machine excavation operation .

【0032】図3は圧縮梁変位センサの構造例を示すも
のであり、側面図(a)、断面図(b)及び回路図であ
る(c)。図4は曲がり梁型変位センサの構造例を示す
ものであり、側面図(a)、断面図(b)及び回路図で
ある(c)。図5は剪断梁型変位センサの構造例を示す
ものであり、側面図(a)、断面図(b)及び回路図で
ある(c)。荷重センサ6の形態としては、圧縮梁変位
センサ(図3)、曲がり梁型変位センサ(図4)又は剪
断梁型変位センサ(図5)等を採用することができる。
この微小変位を機械的に増幅すると共に、電気的には、
図示するようなブリッジ回路上において感度増加を図
り、ひずみ信号として処理することができる。
FIG. 3 shows a structural example of a compression beam displacement sensor, and is a side view (a), a sectional view (b) and a circuit diagram (c). FIG. 4 is a side view (a), a cross-sectional view (b), and a circuit diagram (c) showing an example of the structure of a bent beam type displacement sensor. FIG. 5 shows a structural example of a shear beam type displacement sensor, and is a side view (a), a sectional view (b) and a circuit diagram (c). As the form of the load sensor 6, a compression beam displacement sensor (FIG. 3), a bending beam displacement sensor (FIG. 4), a shear beam displacement sensor (FIG. 5), or the like can be employed.
Along with mechanically amplifying this minute displacement, electrically
The sensitivity can be increased on a bridge circuit as shown and processed as a distortion signal.

【0033】図6はひずみ増幅機構を備えた荷重センサ
6の他の発明の実施の形態を示すシールド掘進機の側断
面図である。上述した各形態の荷重センサ6を用いたス
ラスト荷重検出方法をもってしても、出力感度が不足
し、S/N比が確保されない場合は、ひずみ検出素子と
して、半導体ひずみゲージ6−1を使用し、感度増加を
図ることができる。
FIG. 6 is a side sectional view of a shield machine showing another embodiment of the load sensor 6 having a strain amplification mechanism. When the output sensitivity is insufficient and the S / N ratio cannot be secured even with the thrust load detection method using the load sensor 6 of each of the above-described embodiments, the semiconductor strain gauge 6-1 is used as a strain detection element. , The sensitivity can be increased.

【0034】このひずみ検出素子を使用して感度増加を
図るときは、次の手順でスラスト荷重を検出する。カッ
タ駆動軸3の軸心に穿った円筒は、カッタ2とスラスト
軸受4の間の距離に相当する長さになり、これを標点距
離Lとする。また、前面荷重作用で、カッタ駆動軸3に
生じる微小変位ΔLとする。さらに、荷重センサ6の受
感部長さをL’とし、標点距離Lは受感部長さL’のN
倍とする。ここで、カッタ駆動軸に生じるひずみ量をε
とすると、 ε=ΔL/L となり、さらに、カッタ駆動軸に生じた微小変位ΔL
が、すべて荷重センサ部に移行し、受感部長さL’に対
して、微小変位ΔLが生じたものとすれば、荷重センサ
6に生じるひずみε’は、 ε’=ΔL/L’ となる。また、ここで、標点距離Lの長さは、受感部長
さL’のN倍とすると、 L=N・L’ であるからひずみ増幅率ε’/εは、 ∴ ε’=N・ε となり、受感部長さL’に対する標点距離L長さの倍率
分、ひずみ感度が増加する。即ち、カッタ駆動軸3に生
じるひずみのN倍、荷重センサ6におけるひずみ量が増
加することになる。
When the sensitivity is to be increased by using this strain detecting element, the thrust load is detected by the following procedure. The cylinder bored on the axis of the cutter drive shaft 3 has a length corresponding to the distance between the cutter 2 and the thrust bearing 4, which is referred to as a gauge length L. In addition, a minute displacement ΔL generated on the cutter drive shaft 3 due to the front load action is set. Further, the length of the sensing portion of the load sensor 6 is L ′, and the gauge length L is N of the sensing portion length L ′.
Double it. Here, the amount of strain generated on the cutter drive shaft is ε
Then, ε = ΔL / L, and a small displacement ΔL generated on the cutter driving shaft
However, if all shift to the load sensor section and a small displacement ΔL occurs with respect to the length L ′ of the sensing section, the strain ε ′ generated in the load sensor 6 becomes ε ′ = ΔL / L ′. . Here, assuming that the length of the gauge length L is N times the length of the sensing part L ', L = NL', so the strain amplification factor ε '/ ε is ∴ε ′ = N · ε, and the strain sensitivity is increased by the magnification of the gauge length L to the length L ′ of the sensing part. That is, the amount of strain in the load sensor 6 increases by N times the strain generated in the cutter drive shaft 3.

【0035】荷重センサ6において、ひずみ出力に変換
された電気信号を取り出すリード線は、静止軸5−1内
部の配線孔を貫通して、静止軸・固定端5−2から外部
に引き出され、ひずみ増幅器10−3を経て、荷重監視
・記録装置12に入力され、荷重値として表示される。
この場合、駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド5及び
静止軸5−1は、静止側にあるため、有線による配線処
理は可能となり、簡素化に寄与する。
In the load sensor 6, a lead wire for extracting an electric signal converted into a strain output passes through a wiring hole inside the stationary shaft 5-1 and is drawn out from the stationary shaft / fixed end 5-2 to the outside. The signal is input to the load monitoring / recording device 12 via the strain amplifier 10-3 and displayed as a load value.
In this case, since the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod 5 and the stationary shaft 5-1 are on the stationary side, wired wiring processing becomes possible, which contributes to simplification.

【0036】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】上述したように、本発明のシールド掘進
機カッタ駆動カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置とそ
の荷重検出方法は、以下の効果を有する。 (1)前面荷重を検出し、その実測された荷重値を明示
することにより、掘削作業中における力の釣り合いが常
時把握され、目に見える形で掘進操作を実施することが
できる。 (2)前面荷重の作用に伴う、カッタ駆動軸の軸方向変
位そのものを検出するものであるから、より正確な荷重
形態を把握することができる。また、荷重センサが静止
側に位置するため、有線による信号配線を行うことで、
システム全体の簡素化が可能になり、故障発生の度合い
を低減することができる。 (3)前面荷重の大きさ、及び、カッタ駆動軸の軸径の
太さや長さに応じて、「駆動軸変位/ひずみ変換・増幅
ロッド」の寸法を任意に対応でき、荷重センサの定格変
位と受感部長さの最適化により、異なる条件に対応し得
ることができる。 (4)原理的に極めて単純であり、構造的には非常に簡
素であるため、故障に結びつく要因は極めて少ない。従
って、稼働状態に入れば、長期にわたる操業を余儀なく
されるシールド掘進機において、故障の心配の少ないこ
とは、導入するうえで優位を保つことができる。 (5)カッタ駆動軸の軸方向変位そのものを検出するも
のであるから、より正確な荷重形態を把握することがで
きる。また、荷重センサが静止側に位置するため、有線
による信号配線を行うことで、システム全体の簡素化が
可能になり、故障発生の度合いを低減することができ
る。
As described above, the thrust load detecting device and the load detecting method for the cutter driving shaft of the shield machine according to the present invention have the following effects. (1) By detecting the front load and clearly indicating the actually measured load value, the balance of the force during the excavation operation is constantly grasped, and the excavation operation can be performed in a visible manner. (2) Since the axial displacement itself of the cutter driving shaft due to the action of the front load is detected, a more accurate load form can be grasped. Also, since the load sensor is located on the stationary side, by performing signal wiring by wire,
The entire system can be simplified, and the degree of failure can be reduced. (3) The dimensions of the “drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod” can be arbitrarily adjusted according to the magnitude of the front load and the diameter and length of the cutter drive shaft, and the rated displacement of the load sensor By optimizing the sensing part length and the sensing part length, it is possible to cope with different conditions. (4) Since it is extremely simple in principle and very simple in structure, there are very few factors leading to failure. Therefore, in the shield machine which is forced to operate for a long time once it enters the operating state, it is possible to maintain the superiority in introducing the shield excavator with less fear of failure. (5) Since the axial displacement itself of the cutter drive shaft is detected, a more accurate load form can be grasped. In addition, since the load sensor is located on the stationary side, by performing wired signal wiring, the entire system can be simplified, and the degree of failure can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のシールド掘進機カッタ駆動軸のスラス
ト荷重検出装置とその荷重検出方法におけるシールド掘
進機の側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of a shield excavator in a thrust load detecting device and a load detecting method of a shield excavator cutter drive shaft of the present invention.

【図2】計測システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a measurement system.

【図3】圧縮梁変位センサの構造例を示すものであり、
側面図(a)、断面図(b)及び回路図である(c)。
FIG. 3 shows a structural example of a compression beam displacement sensor;
It is a side view (a), a sectional view (b), and a circuit diagram (c).

【図4】曲がり梁型変位センサの構造例を示すものであ
り、側面図(a)、断面図(b)及び回路図である
(c)。
FIG. 4 is a side view (a), a cross-sectional view (b), and a circuit diagram (c) showing an example of the structure of a bending beam type displacement sensor.

【図5】剪断梁型変位センサの構造例を示すものであ
り、側面図(a)、断面図(b)及び回路図である
(c)。
FIG. 5 is a side view (a), a cross-sectional view (b), and a circuit diagram (c) showing an example of the structure of a shear beam type displacement sensor.

【図6】ひずみ増幅機構を備えた荷重センサの他の実施
の形態を示すシールド掘進機の側断面図である。
FIG. 6 is a side sectional view of a shield machine showing another embodiment of a load sensor provided with a strain amplification mechanism.

【図7】従来のシールド掘進機の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional shield machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 前面荷重 2 カツタ 3 カッタ駆動軸 3−1 カッタ駆動軸の内装軸受(前) 3−2 カッタ駆動軸の内装軸受(後) 4 スラスト軸受 5 駆動軸変位/ひずみ変換増幅ロッド 5−1 ピニオン 6 荷重センサ 6−1 ひずみゲージ 7 ひずみ信号出力 8−1 リード線配線孔 9 全密閉・防水型保護ケース 10 プリアンプ 11 信号ケーブル保護管 12 荷重監視・記録装置 13 ディジタル指示計 14 アナログ指示計 15 制御信号出力 16 データ収録装置 17 頻度解析装置 Reference Signs List 1 Front load 2 Cutter 3 Cutter drive shaft 3-1 Cutter drive shaft internal bearing (front) 3-2 Cutter drive shaft internal bearing (rear) 4 Thrust bearing 5 Drive shaft displacement / strain conversion amplification rod 5-1 Pinion 6 Load sensor 6-1 Strain gauge 7 Strain signal output 8-1 Lead wire wiring hole 9 Enclosed / waterproof protective case 10 Preamplifier 11 Signal cable protection tube 12 Load monitoring / recording device 13 Digital indicator 14 Analog indicator 15 Control signal Output 16 Data recording device 17 Frequency analysis device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中洲 健一 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229 石川島 播磨重工業株式会社瑞穂工場内 Fターム(参考) 2D054 AC02 BA03 BB04 BB10 GA06 GA08 GA17 GA20 GA64 GA92 2F051 AA06 AB10 BA00  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kenichi Nakasu 229 Togaya, Mizuho-cho, Nishitama-gun, Tokyo Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. Mizuho Plant F-term (reference) 2D054 AC02 BA03 BB04 BB10 GA06 GA08 GA17 GA20 GA64 GA92 2F051 AA06 AB10 BA00

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 掘進作業過程におけるカッタ駆動軸
(3)に作用するスラスト荷重を検出するシールド掘進
機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置であって、 前記カッタ駆動軸(3)の内部に設けた、前記スラスト
荷重を検出する荷重せンサ(6)を具備する駆動軸変位
/ひずみ変換・増幅ロッド(5)と、 シールド掘進機操作盤に設けた、実測荷重値を明示する
ために、ひずみ測定器を内蔵した荷重監視・記録装置
(12)と、を備えた、ことを特徴とするシールド掘進
機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置。
A thrust load detecting device for a shield excavator / cutter drive shaft for detecting a thrust load acting on a cutter drive shaft (3) in a process of excavation work, provided inside the cutter drive shaft (3). In addition, a drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) having a load sensor (6) for detecting the thrust load, and a strain gauge provided on a shield machine control panel for specifying an actually measured load value. A load monitoring / recording device (12) having a built-in measuring device, wherein a thrust load detecting device for a shield excavator / cutter drive shaft is provided.
【請求項2】 前記駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッ
ド(5)は、 カッタ(2)とスラスト軸受(4)との間に位置するカ
ッタ駆動軸(3)の軸心部内に設置され、 その両端は、内装軸受(3−1,3−2)で支持され、 該前後の内装軸受(3−1,3−2)の外輪は、前記カ
ッタ駆動軸(3)の軸心に穿った円筒に嵌合され、 該前後の内装軸受(3−1,3−2)の内輪は、前記駆
動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド(5)の外径と嵌合
されたものであり、 該駆動軸変位/ひずみ変換・増幅ロッド(5)の軸端か
ら延長した静止軸(5−1)の軸端を、静止軸・固定端
(5−2)に固定することにより、該駆動軸変位/ひず
み変換・増幅ロッド(5)を静止状態に維持するように
構成された、ことを特徴とする請求項1のシールド掘進
機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出装置。
2. The drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) is installed in the axis of a cutter drive shaft (3) located between the cutter (2) and a thrust bearing (4). Both ends are supported by internal bearings (3-1, 3-2), and outer rings of the front and rear internal bearings (3-1, 3-2) are bored in the axis of the cutter drive shaft (3). The inner rings of the front and rear inner bearings (3-1, 3-2) are fitted to the outer diameter of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5). By fixing the shaft end of the stationary shaft (5-1) extending from the shaft end of the drive shaft displacement / strain conversion / amplification rod (5) to the stationary shaft / fixed end (5-2), the drive shaft displacement 2. The shield excavation of claim 1, wherein the rod is configured to maintain the strain / amplification rod in a stationary state. Thrust load detecting device of the cutter drive shaft.
【請求項3】 前記荷重せンサ(6)は、 前記カッタ駆動軸(3)の軸方向に発生する微小変位
(ΔL)を機械的に増幅すると共に、電気的にはブリッ
ジ回路上において感度増加を図り、ひずみ信号として処
理し、 ひずみ検出素子として、半導体ひずみゲージ(6−1)
を使用し、感度増加を図るものである、ことを特徴とす
る請求項1又は2のシールド掘進機・カッタ駆動軸のス
ラスト荷重検出装置。
3. The load sensor (6) mechanically amplifies a small displacement (ΔL) generated in the axial direction of the cutter drive shaft (3), and electrically increases sensitivity on a bridge circuit. And processes it as a strain signal. As a strain detecting element, a semiconductor strain gauge (6-1)
3. A thrust load detecting device for a shield excavator / cutter drive shaft according to claim 1 or 2, wherein the thrust load is used to increase the sensitivity.
【請求項4】 掘進作業過程におけるシールド掘進機・
カッタ駆動軸(3)に作用するスラスト荷重を検出する
方法であって、 前面荷重(1)が直接作用するカッタ駆動軸(3)にお
いて、この軸方向に発生する微小変位量を、該カッタ駆
動軸(3)内部に設置した駆動軸変位/ひずみ変換・増
幅ロッド(5)により検出・定量化して、前面荷重
(1)に置換することにより、掘進作業過程における実
働スラスト荷重を実測する、ことを特徴とするシールド
掘進機・カッタ駆動軸のスラスト荷重検出方法。
4. A shield excavator in an excavation work process.
A method for detecting a thrust load acting on a cutter driving shaft (3), wherein the minute displacement generated in the axial direction of the cutter driving shaft (3) directly acting on a front load (1) is determined by the cutter driving shaft (3). The actual thrust load during the excavation work process is measured by detecting and quantifying the displacement / strain conversion / amplification rod (5) installed inside the shaft (3) and replacing it with the front load (1). A method for detecting a thrust load of a shield excavator / cutter drive shaft, characterized by:
【請求項5】 前記カッタ駆動軸(3)の軸心に穿った
円筒を、カッタ(2)とスラスト軸受(4)との間の距
離に相当する長さの標点距離(L)とし、 前面荷重作用で、カッタ駆動軸(3)に生じる変位を微
小変位(ΔL)とし、 荷重センサ(6)の受感部長さを(L’)とし、前記標
点距離(L)は受感部長さ(L’)のN倍とし、 前記カッタ駆動軸(3)に生じるひずみ量(ε)をε=
ΔL/Lとし、 前記カッタ駆動軸(3)に生じた微小変位(ΔL)が、
すべて荷重センサ(6)に移行し、受感部長さ(L’)
に対して、微小変位(ΔL)が生じたものとすれば、荷
重せンサ(6)に生じるひずみ(ε’)をε’=ΔL/
L’とし、 標点距離(L)の長さを、受感部長さ(L’)のN倍
(L=N・L’)とし、 ひずみ増幅率(ε’/ε)を、ε’=N・εとする、こ
とを特徴とする請求項4のシールド掘進機・カッタ駆動
軸のスラスト荷重検出方法。
5. A cylinder bored in the axis of the cutter drive shaft (3) is defined as a gauge length (L) corresponding to a distance between the cutter (2) and the thrust bearing (4), The displacement generated on the cutter drive shaft (3) by the action of the front load is defined as a minute displacement (ΔL), the length of the sensing portion of the load sensor (6) is defined as (L ′), and the gauge length (L) is the sensing portion length. (L ′), and the amount of strain (ε) generated in the cutter drive shaft (3) is ε =
ΔL / L, the minute displacement (ΔL) generated in the cutter drive shaft (3) is:
All are transferred to the load sensor (6), and the sensing part length (L ')
On the other hand, if a small displacement (ΔL) is generated, the strain (ε ′) generated in the load sensor (6) is expressed as ε ′ = ΔL /
L ′, the length of the reference point distance (L) is N times the length of the sensing part (L ′) (L = NL·L ′), and the strain amplification factor (ε ′ / ε) is ε ′ = 5. The method for detecting a thrust load on a shield driving machine and a cutter driving shaft according to claim 4, wherein N.epsilon.
【請求項6】 前記荷重せンサ(6)において、ひずみ
出力に変換された電気信号を取り出すリード線が、静止
軸(5−1)内部の配線孔(8−1)を貫通して、静止
軸・固定端(5−2)から外部に引き出され、ひずみ増
幅器(10−3)を経て、荷重監視・記録装置(12)
に入力され、荷重値として表示する、 ことを特徴とする請求項5のシールド掘進機・カッタ駆
動軸のスラスト荷重検出方法。
6. In the load sensor (6), a lead wire for extracting an electric signal converted into a strain output passes through a wiring hole (8-1) inside a stationary shaft (5-1), and the stationary wire is stationary. A load monitoring / recording device (12) which is drawn out from the shaft / fixed end (5-2) and passes through a strain amplifier (10-3)
6. The method for detecting a thrust load of a shield excavator / cutter drive shaft according to claim 5, wherein the value is inputted to the thruster and displayed as a load value.
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