JP2004044244A - Roller cutter of underground excavator, spiral roller cutter and cutter head having it - Google Patents

Roller cutter of underground excavator, spiral roller cutter and cutter head having it Download PDF

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JP2004044244A
JP2004044244A JP2002203564A JP2002203564A JP2004044244A JP 2004044244 A JP2004044244 A JP 2004044244A JP 2002203564 A JP2002203564 A JP 2002203564A JP 2002203564 A JP2002203564 A JP 2002203564A JP 2004044244 A JP2004044244 A JP 2004044244A
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roller cutter
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Masakuni Ueda
上田 匡邦
Tetsuyuki Kasuya
糟谷 哲之
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a roller cutter of an underground excavator, a spiral roller cutter and a cutter head having it, for surely crushing a fibrous excavating material such as wood similarly to the rock, a reinforcing bar and the like, and improving the excavation efficiency. <P>SOLUTION: In the roller cutter, a blade part 13 or a projection part is disposed so that the pitch angle β around the axis 12 of rotation between the adjacent blades or between the adjacent projections and the spaces in the rotating direction are made unequal. In the spiral roller cutter having a spiral blade, the blade parts 12 are arranged so that the pitch angle β around the axis 12 of rotation between the adjacent blades or between the blades or the lead angle θ of the blade is made unequal. At least one of the roller cutters is mounted on the cutter head. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小口径管推進機やシールド掘削機などの地中掘削機のローラカッタ、螺旋形ローラカッタおよびそれを装着したカッタヘッドに関し、特には地中の岩石、礫、コンクリート、鉄筋および木材等多種の埋設物の効率的な掘削に好適なローラカッタ、螺旋形ローラカッタおよびそれを装着したカッタヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、老朽化した既設の水道管等の埋設管を更新する際に、地表面からの掘り起こしが困難な場合には、新設管の埋設時と同様の小口径管推進機を用いる工法で、立坑から横方向に管推進掘削して既設の埋設管を破砕しながら、新たに管を埋設する工法が知られている。図7は、小口径管推進機を用いた既設管破砕工法の例を模式的に表した図である。図7において、既設埋設管36は、円筒状のコンクリート部38と、その軸線方向および周方向に埋設された鉄筋37とを有している。また、埋設管36の軸線方向(つまり埋設方向)に沿って、2本の縦木材42,42が布設され、さらにこの縦木材42,42の上に長手方向に所定間隔で横木材41が設置され、この横木材41の上部に前記埋設管36が載置され、そして横木材41の上部で、かつ該埋設管36の側方左右にはくさび材43,43が固定されており、このような状態で地中に埋設されている。このように従来は、埋設管と共に枕木(いわゆる胴木)が布設されていることが多く、この場合に、小口径管推進機30の先端部のカッタヘッド31でこれらの埋設管36のコンクリート部38、鉄筋37およびその胴木(横木材41、縦木材42、くさび材43等)を共に効率良く破砕する必要がある。
【0003】
また、一般的にトンネル掘削機械として使用されているシールド掘進機においても、地中に埋設された瓦礫、岩石、コンクリート、鉄筋および木材等多種の埋設物を効率的に破砕し掘削して、掘削能率を向上することが要求されている。
【0004】
このような要求に応えるものとして、従来、小口径管推進機やシールド掘削機(以後、これらを総称して地中掘削機と言う)の先端部に回転自在に設けたカッタヘッドに装着するローラカッタの刃形状を改善したものが提案されており、例えば特開平10−37680号公報に記載された螺旋形ローラカッタおよびトンネル掘進機のカッタヘッドが知られている。図8は同公報に記載された実施例を示す図で、(A)はカッタヘッドの正面図、(B)は螺旋形刃部軌跡の説明図であり、また図9はその螺旋形ローラカッタの詳細図であり、以下、これらの図により従来技術を説明する。
【0005】
トンネル掘進機の先端部に回転自在に設けたカッタヘッド31の外周部には、該カッタヘッド31の一つの直径方向に回転軸線32を有し、かつ外周面にその接線方向(ずなわちカッタヘッド31の回転接線方向)との成す角(以後、リード角と言う)θが45度の複数条の螺旋形刃部33aを形成した二つの螺旋形ローラカッタ33,33が回転自在に装着されている。螺旋形ローラカッタ33,33が装着された前記一つの直径方向と直交する直径方向には、その回転軸線の直交面内に該軸線方向に所定間隔で複数の円形刃部を形成した横刃形ディスクカッタ35,35が回転自在に装着されている。
【0006】
上記の構成によると、図8(A)に示すようにカッタヘッド31がS1方向に回転すると、螺旋形ローラカッタ33は既設埋設管36の破砕面に押し付けられてS2方向に回転する。このため、図8(B)に示すように、既設埋設管36のコンクリート部38の破砕面から管軸線方向に突出した鉄筋37は、カッタヘッド31によって押し付けられ、カッタヘッド31の回転方向S1に折り曲げられる。そして、前記破砕面上に形成される螺旋形ローラカッタ33の螺旋形刃部33aの軌跡39は、この折り曲げられた鉄筋37に対して前記リード角θに相当する角度で斜めに移動するので、鉄筋37の切断面積が小さくて切断抵抗が小さくなり、また螺旋形ローラカッタ33が回転しながら鉄筋37を横切るので、鉄筋37を確実に切断することができる。しかも、複数条の螺旋形刃部33aのピッチ間隔Pが小さいので、鉄筋37を細かく破砕でき、搬出時に絡んで搬出不可となるような問題が生じることはない、などの効果が得られるとしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平10−37680号公報に記載された螺旋形ローラカッタ33およびこれを装着したカッタヘッド31を用いて、既設埋設管およびその胴木を共に破砕する場合でも、次のような問題が生じることがある。
従来の螺旋形ローラカッタ33で胴木等の木材を破砕しようとすると、その螺旋形刃部33aは木材に押し付けられて回転し、該木材を削ってその刃形に合った溝を形成するだけで、破砕に至らないことが頻繁に発生する。そして、この木材の溝は、隣り合う螺旋形刃部33a間のピッチ間隔Pで並列に形成される。このため、カッタヘッド31が半回転または一回転し、螺旋形ローラカッタ33が上記の破砕されなかった木材の所に来たときに、その一つの螺旋形刃部33aが前回形成された溝の位置から少しだけずれていた場合には、螺旋形ローラカッタ33が空回りして該螺旋形刃部33aが前記溝にはまり込むことになる。
【0008】
ところが、従来の螺旋形ローラカッタ33では、複数の螺旋形刃部33aのリード角θは一定で、しかも隣り合う螺旋形刃部33a間のピッチ間隔Pも一定に構成されているから、上記の如く一旦一つの螺旋形刃部33aが一つの溝にはまると、それ以降の螺旋形刃部33aも順次溝にはまり込んでゆき、しかもカッタヘッド31が回転してもこの状態が継続する。このため、溝と溝の間の木材が破砕されずに残る。その残った部分がローラカッタ33の刃底やカッタヘッド31の前面に当接した状態となり、これがカッタヘッド31の推進抵抗となるため、掘削効率が低下するという問題が生じる。
【0009】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、岩石、鉄筋等と同様に、木材などの繊維状の掘削物も確実に破砕し掘削でき、掘削能率を向上できる地中掘削機のローラカッタ、螺旋形ローラカッタおよびそれを装着したカッタヘッドを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第1発明は、地中掘削機の先端部のカッタヘッドに回転自在に設けるローラカッタにおいて、隣り合う刃と刃間または突起と突起間の回転軸心回りのピッチ角、あるいは回転方向の間隔を不等にして、それぞれの刃部または突起部を配列設置した構成としている。
【0011】
また、第2発明は、地中掘削機の先端部のカッタヘッドに回転自在に設ける、螺旋状の刃を有する螺旋形ローラカッタにおいて、隣り合う刃と刃間の回転軸心回りのピッチ角、またはそれぞれの刃のリード角を不等にして、それぞれの刃部を配列設置した構成としている。
【0012】
第1発明または第2発明によると、ローラカッタの外周面に形成した縦形刃部、螺旋形刃部または突起部等の、隣り合う刃と刃間または突起と突起間の回転軸心回りのピッチ角、あるいは回転方向の間隔、あるいは螺旋形刃部の場合の刃のリード角を不等にしているので、カッタヘッドのある回転周回目で該ローラカッタで木材等の繊維状の掘削物を掘削した時に破砕に至らずに溝が形成された場合でも、次の周回目では刃部や突起部の軌跡が少なくとも一部は前回と異なり易くなり、前記溝にはまり込み難くなる。また、万一、一箇所で軌跡が一致したとき、または一箇所で刃部や突起部が前記溝に滑り込んではまってしまったときでも、これ以降の軌跡は少なくとも一部が確実に前回と異なるので、ローラカッタが同じ溝にはまり込むことによる掘削物の掘削残りが確実に減少し、繊維状の掘削物でも確実に破砕し掘削できる。
【0013】
第3発明は、第2発明において、前記不等な回転方向の刃間間隔が20〜50mm以内であることを特徴とする地中掘削機の螺旋形ローラカッタである。
【0014】
第3発明によると、前記不等な回転方向の刃間間隔を20〜50mm以内に設定しているので、木材等の繊維状の物だけでなく、岩石、礫、鉄筋など他の掘削物に対しても隣接破砕による充分に大きな破砕力を発揮することができ、多種にわたって確実に破砕し掘削することができる。従って、掘削効率を向上できる。
【0015】
また、第4発明は、第1〜第3発明のローラカッタの少なくともいずれか1つを装着した地中掘削機のカッタヘッドである。
【0016】
第4発明によると、上記ローラカッタで繊維状のものでも確実に破砕し、掘削できるので、該ローラカッタを装着したカッタヘッドで掘削することにより、掘削能率が低下することなく、効率良く地中掘削ができる。従って、このようなカッタヘッドを備えた小口径管推進機により、既設埋設管を胴木と一緒に効率的に破砕し掘削できる。また、このようなカッタヘッドを備えたトンネル掘削機等により、地中の岩石、礫、鉄筋などの他に、木材等の繊維状の掘削物も、効率的に掘削でき、掘削能率を向上できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
まず図1および図2により、本発明に係るローラカッタを装着した地中掘削機の例として、小口径管推進機の概要構成を説明する。図1は、この小口径管推進機の正面図で、図2は図1のA−A断面図である。
図1,2において、小口径管推進機1は、図示しない先導管の前部に左右および上下方向に方向転換自在に設けた略円筒状の先導装置2を備え、この先導装置2の先端部にはカッタヘッド3を軸心回りに回動自在に設けている。カッタヘッド3の前面の外周部には、カッタヘッド3の軸心を含む直径方向の面内にその回転軸線12を有する2個の螺旋形ローラカッタ10,10を回転自在に設けている。それぞれの螺旋形ローラカッタ10,10は、図示しない回転軸に回動自在に嵌挿されており、該回転軸はその両端部に装着された1対のブラケット11a,11bを介してカッタヘッド3の本体に前方と後方からボルトで締着されている。この螺旋形ローラカッタ10の回転軸線12は、カッタヘッド3の中心側がカッタヘッド3の軸心近傍を通り、外方側がカッタヘッド3の前面に対して掘進方向後方に所定角度αだけ傾斜している。
【0019】
また、カッタヘッド3の前面の略中央部には、前記回転軸線12に直交する方向の回転軸線6を有する複数の螺旋形ローラカッタ5a,5b,5cを回動自在に設けている。
上記構成により、カッタヘッド3が図示のS1方向に回転すると、埋設管や地山の破砕面、掘削面に押し付けられているこれらのカッタは転動し、前記2個の螺旋形ローラカッタ10,10はS2方向に、螺旋形ローラカッタ5a,5bはS3方向に、そして螺旋形ローラカッタ5cはS4方向にそれぞれ回転する。そして、これらの螺旋形ローラカッタ5a,5b,5cと前記2個の螺旋形ローラカッタ10,10とのそれぞれの軌跡が互いに重ならないように、それぞれの設置位置が設けられている。
本実施例では、掘削断面のいかなる位置に鉄筋および木材が存在しても効率良く掘削できるように、全てのローラカッタを螺旋形ローラカッタにしている。しかし、鉄筋および木材の存在位置が明らかで、螺旋形ローラカッタを必要としない掘削断面が存在する場合は、螺旋形ローラカッタとその他形状のローラカッタを織り交ぜて配置してもよい。
【0020】
図3および図4はそれぞれ前記螺旋形ローラカッタ10の正面図および側面図であり、これらの図により螺旋形ローラカッタ10を詳細に説明する。
前記螺旋形ローラカッタ10は複数条の螺旋形刃部13を有し、それぞれの刃部13の長手方向中央部間の距離、すなわち同螺旋形ローラカッタ10の回転軸心12回りのピッチ角βは、複数の(本例では2つの)不等ピッチ角β1,β2で、不規則に設定されている。図3および図4に示した実施例では、β1=28度、β2=32度であり、このときの螺旋形ローラカッタ10の最大外径D1は約250mm、刃高hは約25mmである。なお、これらの設計寸法を設定するに当たり、螺旋形ローラカッタ10を地山や埋設管のコンクリート部に押し付けたときの押し付け力の大きさで螺旋形刃部13の厚さや刃高hが決定され、この厚さおよび刃高hの螺旋形刃部13でもって隣接破砕時の所定値以上の引っ張り力を発生させるに要し、かつ刃間の破砕された物が円滑に外部に排出されるような適切な刃間ピッチ角β、すなわち回転方向の刃間間隔を設定する。この場合の回転方向の刃間間隔は、本発明者らの実施データによると20〜50mm以内が適切である
【0021】
次に、上記構成による作用、効果を図5および図6により説明する。
図5はカッタヘッド3の1回転毎の、螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13の軌跡を模式的に表しており、図5(a)、(b)、(c)はそれぞれ1周目、2週目、3週目を表し、図5(b)、(c)において破線は前周目の軌跡を、実線は今回の軌跡を表している。カッタヘッド3の最大外径D0(図1参照)と螺旋形ローラカッタ10の最大外径D1との比を整数倍からずれるように設定することにより、カッタヘッド3の1周目の軌跡のスタート位置における螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13と、2周目の軌跡のスタート位置における螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13とは異なったものとなる。しかも、螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13の刃間ピッチ角βは不等であるから、上記のようにスタート位置での螺旋形刃部13が異なると、図5(b)、(c)に示すように、以降の螺旋形刃部13の軌跡は前周目の軌跡と確実に異なったものとなる。
【0022】
また、図6は、1周目の軌跡に対して2周目のスタートの軌跡が一致した場合の、それ以降の軌跡のずれを表しており、図6(a)は1周目の軌跡、(b)は2周目の軌跡をそれぞれ表し、破線は前周目の軌跡を、実線は今回の軌跡を表している。同図で分かるように、カッタヘッド3の回転のスタート位置で、万一螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13が前周目の螺旋形刃部13によって形成された木材溝にはまり込んで、今回のスタート位置の軌跡が一致したとしても、螺旋形ローラカッタ10の螺旋形刃部13の刃間ピッチ角βが不等であるため、これ以降の軌跡は少なくとも一部が前周目と異なることになる。さらに、螺旋形刃部13が不等ピッチ角βで不規則に配置されているから、以降の軌跡が前周目と異なる可能性がさらに高くなり、軌跡の異なる部分が多くなる。従って、今回の軌跡の異なる位置では、螺旋形刃部13による隣接破砕の破砕力が確実に木材等の掘削物に伝わって、破砕し掘削し易くなり、またこれにより破砕された被破砕物はその位置がずれて次周目には螺旋形刃部13の軌跡が異なるから、確実に破砕することができる。この結果、全体として、木材等の繊維状の物であっても確実に、細かく破砕し、掘削することができるので、破砕効率を格段に向上することができる。また、破砕されたものが排出管などに絡むことが無く、排出が容易にできる。
【0023】
さらにまた、本発明に係る螺旋形ローラカッタは、螺旋形刃部13が複数条に形成され、隣り合う螺旋形刃部13間の間隔を適切な間隔に保ちつつ、その刃数を増やすことができるので、掘削効率が良い。しかも、螺旋形刃部13のリード角θを略45度近傍(30度〜60度の範囲)の角度に設定しているため、岩石、礫、コンクリート、鉄筋、または木材等の繊維状の物など、多種類にわたる掘削物を確実に破砕し、掘削できるので、破砕、掘削能率を向上できる。
【0024】
なお、上記実施形態では、回転軸心12回りの螺旋形刃部13間のピッチ角βを2つの不等なピッチ角で設定した例で説明したが、本発明はこれに限定されず、2つ以上の不等なピッチ角で設定すればよい。また、不等ピッチ角の異なる種類が多い程、またそれらの配列の不規則性がある程、次周以降に軌跡が異なる可能性が高くなり、掘削できる可能性を高くすることができる。
【0025】
また、回転軸心12回りの螺旋形刃部13間のピッチ角βを不等に設定する代わりに、複数条の螺旋形刃部13の回転接線方向に対するリード角θ(図4参照)を不等にすることにより、上記同様の作用および効果が得られる。さらに、回転軸心12回りの螺旋形刃部13間のピッチ角β、および螺旋形刃部13のリード角θを共に不等にしても良く、さらに大きな効果が得られる。
【0026】
さらにまた、本発明の技術思想を適用するローラカッタの例として、螺旋形ローラカッタを挙げて説明したが、これに限定されず、例えば、縦刃形刃部を有する縦刃形ローラカッタ、または突起状刃部を有するチップインサート形ローラカッタ等であっても適用可能である。すなわち、隣り合う縦刃形刃部間のローラカッタ回転方向の間隔、または回転軸心回りのピッチ角を不等にする、あるいは、隣り合う突起状刃部間のローラカッタ回転方向の間隔、または回転軸心回りのピッチ角を不等にすることにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0027】
以上説明したように、本発明によると以下のような効果が得られる。
ローラカッタの隣り合う刃部と刃部間(螺旋形ローラカッタや縦刃形ローラカッタの場合)、または突起部と突起部間(チップインサート形ローラカッタの場合)のローラカッタ回転方向の間隔、または回転軸心回りのピッチ角を不等にした、あるいは、螺旋形刃部(螺旋形ローラカッタの場合)のリード角を不等にしたので、カッタヘッドの回転周回毎のこれらローラカッタの軌跡を異ならせることができ、これらローラカッタの刃部または突起部が前回周回と異なる位置で掘削物を破砕し掘削する。また、万一、1箇所で軌跡が一致したときでも、これ以降の軌跡は少なくとも所定部分で異なるので、確実に破砕し掘削できる。このため、掘削物が岩石、礫、鉄筋等の他、木材等の繊維物であっても、確実に掘削できるので、掘削効率を向上できる。これにより、小口径管推進機による既設埋設管および胴木の同時破砕と掘削が、容易に、確実に可能となる。また、トンネル掘進機による岩石、礫、鉄筋、木材等の繊維物など、多種の掘削物が混在した地中の掘削においても、確実に、効率的に掘削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される小口径管推進機の正面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】本発明に係る螺旋形ローラカッタの正面図である。
【図4】本発明に係る螺旋形ローラカッタの側面図である。
【図5】本発明の作用の説明図であり、カッタヘッドの1回転毎の螺旋形刃部軌跡を表す。
【図6】本発明の作用の説明図であり、カッタヘッドのスタートでの軌跡が一致した場合の螺旋形刃部軌跡を表す。
【図7】小口径管推進機を用いた既設管破砕工法の例を表した図である。
【図8】従来技術に係るトンネル掘削機のカッタヘッドの説明図である。
【図9】従来技術に係る螺旋形ローラカッタの詳細図である。
【符号の説明】
1…小口径管推進機、2…先導装置、3…カッタヘッド、5a,5b,5c…螺旋形ローラカッタ、6…回転軸線、10…螺旋形ローラカッタ、11a,11b…ブラケット、12…回転軸線、13…螺旋形刃部、30…小口径管推進機、31…カッタヘッド、32…回転軸線、33…螺旋形ローラカッタ、33a…螺旋形刃部、35…横刃形ディスクカッタ、36…既設埋設管、37…鉄筋、38…コンクリート部、39…螺旋形刃部軌跡、41…横木材、42…縦木材、43…くさび材。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a roller cutter of an underground excavator such as a small-diameter pipe propulsion machine or a shield excavator, a spiral roller cutter and a cutter head equipped with the same, and in particular, rocks, gravel, concrete, reinforcing steel and wood in the ground. The present invention relates to a roller cutter, a spiral roller cutter, and a cutter head equipped with the roller cutter, which are suitable for efficient excavation of various kinds of buried objects.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when it is difficult to dig up existing buried pipes such as existing water pipes, if it is difficult to excavate them from the ground surface, the same method of using a small-diameter pipe propulsion machine as when burying new pipes is used. There is known a method of burying a new pipe while crushing the existing buried pipe by excavating the pipe in the lateral direction. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an example of an existing pipe crushing method using a small-diameter pipe propulsion device. In FIG. 7, the existing buried pipe 36 has a cylindrical concrete part 38 and a reinforcing bar 37 buried in its axial direction and circumferential direction. Further, two vertical lumbers 42 are laid along the axial direction of the buried pipe 36 (that is, the burying direction), and horizontal lumbers 41 are installed on the vertical lumbers 42 at predetermined intervals in the longitudinal direction. The buried pipe 36 is placed on the upper part of the horizontal timber 41, and wedges 43, 43 are fixed on the upper part of the horizontal timber 41 and on the left and right sides of the buried pipe 36. It is buried in the ground in a good condition. As described above, conventionally, sleepers (so-called trunks) are often laid along with the buried pipes. In this case, the concrete heads of these buried pipes 36 are cut by the cutter head 31 at the distal end of the small-diameter pipe propulsion unit 30. It is necessary to efficiently crush both the reinforcement 38, the reinforcing bar 37 and its trunk (horizontal timber 41, vertical timber 42, wedge 43, etc.).
[0003]
In addition, shield excavators, which are generally used as tunnel excavation machines, efficiently crush and excavate various types of buried objects such as rubble, rock, concrete, reinforcing steel, and wood buried underground. It is required to improve efficiency.
[0004]
In order to meet such demands, conventionally, a roller mounted on a cutter head rotatably provided at the tip of a small-diameter pipe propulsion machine or a shield excavator (hereinafter collectively referred to as an underground excavator) is known. A cutter with an improved blade shape has been proposed. For example, a spiral roller cutter and a cutter head of a tunnel excavator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-37680 are known. 8A and 8B are views showing an embodiment described in the publication, FIG. 8A is a front view of a cutter head, FIG. 8B is an explanatory view of a spiral blade locus, and FIG. 9 is a spiral roller cutter thereof. FIG. 1 is a detailed diagram of a conventional art.
[0005]
An outer peripheral portion of the cutter head 31 rotatably provided at the tip of the tunnel excavator has a rotation axis 32 in one diametric direction of the cutter head 31 and a tangential direction (ie, a cutter) on an outer peripheral surface thereof. Two helical roller cutters 33, 33 having a plurality of helical blade portions 33a having an angle (hereinafter referred to as a lead angle) θ of 45 degrees with the rotational tangent direction of the head 31 are rotatably mounted. ing. In a diameter direction orthogonal to the one diameter direction in which the helical roller cutters 33 are mounted, a plurality of circular blades are formed at predetermined intervals in the axis direction within a plane orthogonal to the rotation axis. The disk cutters 35 are rotatably mounted.
[0006]
According to the above configuration, when the cutter head 31 rotates in the S1 direction as shown in FIG. 8A, the spiral roller cutter 33 is pressed against the crushing surface of the existing buried pipe 36 and rotates in the S2 direction. For this reason, as shown in FIG. 8 (B), the reinforcing bar 37 protruding in the pipe axis direction from the crushing surface of the concrete portion 38 of the existing buried pipe 36 is pressed by the cutter head 31 and rotates in the rotation direction S1 of the cutter head 31. Bendable. The trajectory 39 of the helical blade 33a of the helical roller cutter 33 formed on the crushing surface moves obliquely at an angle corresponding to the lead angle θ with respect to the bent rebar 37. Since the cutting area of the reinforcing bar 37 is small and the cutting resistance is small, and the spiral roller cutter 33 crosses the reinforcing bar 37 while rotating, the reinforcing bar 37 can be cut reliably. Moreover, since the pitch interval P between the plurality of spiral blade portions 33a is small, the reinforcing bar 37 can be finely crushed, and there is no problem in that the reinforcing bar 37 does not become entangled during unloading and cannot be unloaded. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even when the existing buried pipe and its hull are both crushed using the spiral roller cutter 33 and the cutter head 31 equipped with the helical roller cutter described in JP-A-10-37680, the following problem occurs. May occur.
When crushing wood such as a trunk with the conventional spiral roller cutter 33, the helical blade portion 33a is pressed against the wood and rotates to form a groove that matches the blade shape by shaving the wood. Therefore, crushing frequently occurs. The grooves of the wood are formed in parallel at a pitch P between the adjacent spiral blade portions 33a. For this reason, when the cutter head 31 makes a half turn or one turn, and the spiral roller cutter 33 comes to the above-mentioned uncrushed wood, one of the spiral blade portions 33a is formed in the groove formed last time. If it is slightly deviated from the position, the spiral roller cutter 33 idles and the spiral blade portion 33a fits into the groove.
[0008]
However, in the conventional helical roller cutter 33, the lead angles θ of the plurality of helical blades 33a are constant, and the pitch interval P between the adjacent helical blades 33a is also configured to be constant. As described above, once one helical blade 33a fits into one groove, the helical blades 33a thereafter also sequentially fit into the groove, and this state continues even when the cutter head 31 rotates. For this reason, the wood between the grooves remains without being crushed. The remaining portion comes into contact with the blade bottom of the roller cutter 33 and the front surface of the cutter head 31, and this becomes the propulsion resistance of the cutter head 31, which causes a problem that the excavation efficiency is reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an underground excavator capable of reliably crushing and excavating a fibrous excavated object such as wood as well as rocks and reinforcing bars, and improving excavation efficiency. It is an object of the present invention to provide a roller cutter, a spiral roller cutter, and a cutter head equipped with the roller cutter.
[0010]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects
In order to achieve the above object, a first invention is a roller cutter rotatably provided on a cutter head at the tip of an underground excavator, wherein a pitch angle around a rotation axis between adjacent blades or between projections or between projections is provided. Alternatively, the blades or projections are arranged and arranged with unequal intervals in the rotation direction.
[0011]
Further, a second invention provides a helical roller cutter having a helical blade, which is rotatably provided on a cutter head at the tip portion of an underground excavator, wherein a pitch angle about a rotation axis between adjacent blades, Alternatively, the lead angles of the blades are made unequal, and the blade portions are arranged and arranged.
[0012]
According to the first invention or the second invention, a pitch around the rotation axis between adjacent blades, such as a vertical blade portion, a spiral blade portion, or a protrusion formed on the outer peripheral surface of the roller cutter, or between protrusions. Since the angle, the interval in the rotation direction, or the lead angle of the blade in the case of a helical blade is made unequal, fibrous excavations such as wood are excavated with the roller cutter at a certain rotation around the cutter head. Even if a groove is formed without crushing at the time of crushing, at least a part of the trajectory of the blade portion and the protrusion is likely to be different from the previous time in the next round, and it is difficult to fit into the groove. Also, even if the trajectory coincides with one place, or if the blade or the projection has slipped into the groove at one place, at least a part of the trajectory thereafter is definitely different from the previous one. Therefore, the digging residue of the excavated material due to the roller cutter being stuck in the same groove is surely reduced, and the fibrous excavated material can be reliably crushed and excavated.
[0013]
A third invention is the helical roller cutter of the underground excavator according to the second invention, wherein the interval between the blades in the unequal rotation direction is within 20 to 50 mm.
[0014]
According to the third invention, since the interval between the blades in the unequal rotation direction is set within 20 to 50 mm, not only fibrous materials such as wood but also other excavated materials such as rocks, gravel, and reinforcing bars. On the other hand, a sufficiently large crushing force due to adjacent crushing can be exerted, and crushing and excavation can be surely performed for various types. Therefore, excavation efficiency can be improved.
[0015]
A fourth invention is a cutter head of an underground excavator equipped with at least one of the roller cutters according to the first to third inventions.
[0016]
According to the fourth invention, even a fibrous material can be reliably crushed and excavated with the roller cutter, so excavating with the cutter head equipped with the roller cutter can efficiently excavate underground without lowering the excavating efficiency. Can excavate. Therefore, the existing buried pipe can be efficiently crushed and excavated together with the trunk by using the small-diameter pipe propulsion device having such a cutter head. In addition, a tunnel excavator equipped with such a cutter head can efficiently excavate a fibrous excavated object such as wood, in addition to underground rocks, gravel, and reinforcing steel, thereby improving the excavation efficiency. .
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
First, a schematic configuration of a small-diameter pipe propulsion machine as an example of an underground excavator equipped with a roller cutter according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a front view of the small-diameter pipe propulsion apparatus, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
1 and 2, a small-diameter pipe propulsion device 1 includes a substantially cylindrical leading device 2 provided at a front portion of a not-shown leading conduit so as to be able to change directions in the left and right and up and down directions. Is provided with a cutter head 3 rotatable about an axis. On the outer peripheral portion of the front surface of the cutter head 3, two helical roller cutters 10, 10 having a rotation axis 12 in a diametrical plane including the axis of the cutter head 3 are rotatably provided. Each of the spiral roller cutters 10, 10 is rotatably fitted on a rotating shaft (not shown), and the rotating shaft is connected to the cutter head 3 via a pair of brackets 11a, 11b mounted on both ends thereof. Is bolted to the body from the front and back. The axis of rotation 12 of the spiral roller cutter 10 is such that the center side of the cutter head 3 passes near the axis of the cutter head 3 and the outer side is inclined by a predetermined angle α rearward in the excavation direction with respect to the front surface of the cutter head 3. I have.
[0019]
A plurality of helical roller cutters 5a, 5b, 5c having a rotation axis 6 in a direction orthogonal to the rotation axis 12 are rotatably provided substantially in the center of the front surface of the cutter head 3.
With the above configuration, when the cutter head 3 rotates in the S1 direction shown in the figure, these cutters pressed against the crushed surface and the excavated surface of the buried pipe and the ground roll, and the two spiral roller cutters 10, 10 rotates in the S2 direction, the spiral roller cutters 5a and 5b rotate in the S3 direction, and the spiral roller cutter 5c rotates in the S4 direction. The installation positions are provided so that the trajectories of the spiral roller cutters 5a, 5b, 5c and the two spiral roller cutters 10, 10 do not overlap each other.
In this embodiment, all the roller cutters are helical roller cutters so as to be able to excavate efficiently even if rebar and wood are present at any position in the excavation section. However, in the case where the existing positions of the rebar and the wood are clear and there is an excavated cross section that does not require the spiral roller cutter, the spiral roller cutter and the roller cutter of other shapes may be interwoven and arranged.
[0020]
3 and 4 are a front view and a side view, respectively, of the spiral roller cutter 10. The spiral roller cutter 10 will be described in detail with reference to these figures.
The helical roller cutter 10 has a plurality of helical blades 13, and the distance between the central portions in the longitudinal direction of the respective blades 13, that is, the pitch angle β of the helical roller cutter 10 around the rotation axis 12. Are irregularly set at a plurality of (two in this example) unequal pitch angles β1 and β2. In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, β1 = 28 degrees and β2 = 32 degrees. At this time, the maximum outer diameter D1 of the spiral roller cutter 10 is about 250 mm, and the blade height h is about 25 mm. In setting these design dimensions, the thickness and the blade height h of the spiral blade 13 are determined by the magnitude of the pressing force when the spiral roller cutter 10 is pressed against the ground or the concrete part of the buried pipe. The helical blade portion 13 having the thickness and the blade height h is required to generate a tensile force of a predetermined value or more at the time of adjacent crushing, and the crushed material between the blades is smoothly discharged to the outside. The appropriate pitch angle β between the blades, that is, the interval between the blades in the rotation direction is set. In this case, the interval between the blades in the rotation direction is suitably within 20 to 50 mm according to the data of the present inventors.
Next, the operation and effect of the above configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 schematically shows the trajectory of the spiral blade portion 13 of the spiral roller cutter 10 for each rotation of the cutter head 3, and FIGS. 5 (a), (b) and (c) each show one round. 5 (b) and 5 (c), the dashed line indicates the trajectory of the previous cycle, and the solid line indicates the current trajectory. By setting the ratio between the maximum outer diameter D0 of the cutter head 3 (see FIG. 1) and the maximum outer diameter D1 of the spiral roller cutter 10 so as to deviate from an integral multiple, the trajectory of the first round of the cutter head 3 is started. The helical blade portion 13 of the helical roller cutter 10 at the position is different from the helical blade portion 13 of the helical roller cutter 10 at the start position of the trajectory of the second round. Moreover, since the pitch angle β between the blades of the spiral blade 13 of the spiral roller cutter 10 is not equal, if the spiral blade 13 at the start position is different as described above, FIGS. As shown in c), the trajectory of the helical blade portion 13 thereafter is surely different from the trajectory of the front circumference.
[0022]
FIG. 6 shows the deviation of the subsequent trajectory when the trajectory of the start of the second lap coincides with the trajectory of the first lap. FIG. (B) represents the trajectory of the second cycle, the broken line represents the trajectory of the previous cycle, and the solid line represents the current trajectory. As can be seen from the figure, at the start position of the rotation of the cutter head 3, the helical blade 13 of the helical roller cutter 10 is stuck in the wood groove formed by the helical blade 13 on the front circumference. Even if the trajectory of the current start position matches, the trajectory pitch β between the helical blade portions 13 of the helical roller cutter 10 is not equal. Will be different. Further, since the helical blades 13 are irregularly arranged at the irregular pitch angle β, there is a higher possibility that the subsequent trajectory is different from the previous trajectory, and the number of different trajectories increases. Therefore, at different positions of the trajectory this time, the crushing force of the adjacent crushing by the spiral blade portion 13 is reliably transmitted to the excavated material such as wood, so that the crushed material is easily crushed and excavated. Since the trajectory of the spiral blade portion 13 is different in the next round due to the displacement, the crushing can be surely performed. As a result, even a fibrous material such as wood can be finely crushed and excavated as a whole, so that the crushing efficiency can be remarkably improved. Further, the crushed material does not become entangled in the discharge pipe or the like, and the discharge can be easily performed.
[0023]
Furthermore, in the spiral roller cutter according to the present invention, the spiral blade portions 13 are formed in a plurality of rows, and the number of blades can be increased while maintaining the interval between the adjacent spiral blade portions 13 at an appropriate interval. Because it can be done, excavation efficiency is good. Moreover, since the lead angle θ of the spiral blade portion 13 is set to an angle of about 45 degrees (range of 30 degrees to 60 degrees), a fibrous material such as rock, gravel, concrete, reinforcing steel, or wood is used. Since various types of excavated materials can be reliably crushed and excavated, crushing and excavation efficiency can be improved.
[0024]
In the above embodiment, the pitch angle β between the helical blades 13 around the rotation axis 12 is set at two unequal pitch angles. However, the present invention is not limited to this. It may be set at two or more unequal pitch angles. In addition, as the number of types having different unequal pitch angles increases, and as the arrangement of the unequal pitch angles increases, the possibility that the trajectory changes after the next round increases, and the possibility of excavation can be increased.
[0025]
Also, instead of setting the pitch angle β between the helical blades 13 around the rotation axis 12 to be unequal, the lead angle θ (see FIG. 4) of the plurality of helical blades 13 with respect to the rotational tangent direction is not changed. By doing so, the same operation and effect as described above can be obtained. Further, the pitch angle β between the helical blades 13 around the rotation axis 12 and the lead angle θ of the helical blades 13 may both be made unequal, and a greater effect can be obtained.
[0026]
Furthermore, as an example of the roller cutter to which the technical idea of the present invention is applied, a spiral roller cutter has been described. However, the present invention is not limited to this.For example, a vertical blade roller cutter having a vertical blade cutter, or The present invention is also applicable to a chip insert type roller cutter having a protruding blade. That is, the interval in the roller cutter rotation direction between the adjacent vertical blade-shaped blade portions, or the pitch angle around the rotation axis is unequal, or the interval in the roller cutter rotation direction between the adjacent protruding blade portions, or By making the pitch angles around the rotation axis unequal, the same effects as in the above embodiment can be obtained.
[0027]
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
The distance between the adjacent blade portions of the roller cutter (in the case of a spiral roller cutter or a vertical blade roller cutter) or between the protrusions (in the case of a tip insert type roller cutter) in the roller cutter rotation direction; Alternatively, the pitch angle around the rotation axis is made unequal, or the lead angle of the helical blade (in the case of a helical roller cutter) is made unequal, so that the locus of these roller cutters for each rotation of the cutter head is used. And the blades or projections of these roller cutters crush and excavate the excavated material at a position different from the previous round. In addition, even if the trajectory coincides with one location, the trajectory thereafter is different at least in a predetermined portion, so that it is possible to reliably crush and excavate. For this reason, even if the excavated material is rock, gravel, reinforcing steel, or the like, or a fibrous material such as wood, the excavation can be reliably performed, and the excavation efficiency can be improved. As a result, simultaneous crushing and excavation of the existing buried pipe and trunk can be easily and reliably performed by the small-diameter pipe propulsion device. In addition, even when excavating underground where various types of excavated materials such as rocks, gravel, reinforcing steel, and wood such as wood are mixed by a tunnel machine, excavation can be performed reliably and efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a small-diameter pipe thruster to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is a front view of the spiral roller cutter according to the present invention.
FIG. 4 is a side view of the spiral roller cutter according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of the operation of the present invention, and shows a spiral blade trajectory for each rotation of the cutter head.
FIG. 6 is an explanatory view of the operation of the present invention, and shows a spiral blade portion locus when the locus at the start of the cutter head matches.
FIG. 7 is a diagram showing an example of an existing pipe crushing method using a small-diameter pipe propulsion machine.
FIG. 8 is an explanatory view of a cutter head of a tunnel excavator according to the related art.
FIG. 9 is a detailed view of a spiral roller cutter according to the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Small-diameter pipe propulsion machine, 2 ... Leading device, 3 ... Cutter head, 5a, 5b, 5c ... Helical roller cutter, 6 ... Rotation axis line, 10 ... Helical roller cutter, 11a, 11b ... Bracket, 12 ... Rotation Axis, 13: helical blade, 30: small-diameter pipe propulsion machine, 31: cutter head, 32: rotary axis, 33: helical roller cutter, 33a: helical blade, 35: horizontal blade disk cutter, 36 ... existing buried pipe, 37 ... rebar, 38 ... concrete part, 39 ... spiral blade part locus, 41 ... horizontal wood, 42 ... vertical wood, 43 ... wedge material.

Claims (4)

地中掘削機の先端部のカッタヘッド(3)に回転自在に設けるローラカッタにおいて、
隣り合う刃と刃間または突起と突起間の回転軸心(12)回りのピッチ角(β)、あるいは回転方向の間隔を不等にして、それぞれの刃部(13)または突起部を配列設置した
ことを特徴とする地中掘削機のローラカッタ。
In a roller cutter rotatably provided on a cutter head (3) at the tip of an underground excavator,
Pitch angles (β) around the rotation axis (12) between the adjacent blades or between the projections and the projections, or the intervals in the rotation direction are made unequal, and the respective blades (13) or the projections are arranged and arranged. A roller cutter for an underground excavator, comprising:
地中掘削機の先端部のカッタヘッド(3)に回転自在に設ける、螺旋状の刃を有する螺旋形ローラカッタにおいて、
隣り合う刃と刃間の回転軸心(12)回りのピッチ角(β)、または刃のリード角(θ)を不等にして、それぞれの刃部(13)を配列設置した
ことを特徴とする地中掘削機の螺旋形ローラカッタ。
A helical roller cutter having a helical blade, rotatably provided on a cutter head (3) at the tip of an underground excavator,
The blades (13) are arranged and arranged so that the pitch angle (β) around the rotation axis (12) between adjacent blades and the lead angle (θ) of the blades are made unequal. Helical roller cutter for underground excavator.
前記不等な回転方向の刃間間隔が20〜50mm以内である
ことを特徴とする請求項2記載の地中掘削機の螺旋形ローラカッタ。
The spiral roller cutter of an underground excavator according to claim 2, wherein the interval between the blades in the unequal rotation direction is within 20 to 50 mm.
前記請求項1〜3記載のローラカッタの少なくともいずれか1つを装着した地中掘削機のカッタヘッド。A cutter head of an underground excavator equipped with at least one of the roller cutters according to claim 1.
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