JP2004190282A - Eccentric multi-spindle cutter type shield excavator - Google Patents

Eccentric multi-spindle cutter type shield excavator Download PDF

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JP2004190282A
JP2004190282A JP2002357609A JP2002357609A JP2004190282A JP 2004190282 A JP2004190282 A JP 2004190282A JP 2002357609 A JP2002357609 A JP 2002357609A JP 2002357609 A JP2002357609 A JP 2002357609A JP 2004190282 A JP2004190282 A JP 2004190282A
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hydraulic cylinder
cutter
shield excavator
driving
dead point
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JP2002357609A
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Toshihisa Ishii
俊久 石井
Nobuaki Endo
信昭 遠藤
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shield excavator which does not generate a rotary torque because there is no occurrence of component force to the rotary direction due to the thrust of a hydraulic cylinder when the rotary driving hydraulic cylinder comes to the upper dead point or the lower dead point, hence, the hydraulic cylinder can not be pushed/pulled at the upper dead point, the lower dead point, and in the the vicinity of the zone of the upper and lower dead points and solve such a problem that excavation by the cutter can not be realized. <P>SOLUTION: The eccentric multi-spindle cutter type shield excavator obtaining a rotary driving force of the cutter by a plurality of driving hydraulic cylinders is provided with a stroke position detection means of the hydraulic cylinder in respective driving hydraulic cylinders and a rotary phase position detection means of the eccentric multi-axle cutter. The detected value of one detection means is used as a parameter of main motion control and the detected value of the other detection means is used for a parameter of an auxiliary control. Until the hydraulic cylinder reaches the dead point from the vicinity of the dead point by at least one detection means and separates from it, the drive of the hydraulic cylinder is controlled to form the opened condition. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧シリンダーにより偏心多軸カッターの回転駆動を制御する偏心多軸カッター式シールド掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開2001−116012号公報
従来、シールド掘削機本体の前部に設けられた隔壁に回転自在に貫設された複数のクランク機構の前部に軸支されて回転駆動されるカッター部と、これら複数のクランク機構の後部に連結された複数の液圧ジャッキの伸縮運動により、これら複数のクランク機構をクランク運動させ、このクランク運動によりカッター部が揺動しながら切羽面を掘削するシールド掘削機として、上記特許文献1に記載されたシールド掘削機が知られている。
【0003】
前記従来公知のシールド掘削機は、カッター部を駆動する複数本の液圧シリンダーの複数の死点が互いに重ならないように、しかも複数の押しと複数の引きが位相がずれながら重なるように取付けた状態で、押し側から引き側へ、または引き側から押し側へスムーズに切り換えることができ、その切り換え時において衝撃の発生を防止するために、液圧シリンダーのピストンロッドが死点または死点近傍にある際は、その液圧シリンダーへ供給される液圧の方向を制御する方向制御弁を中立位置にしてその液圧シリンダーを解放状態とし、他の液圧シリンダーの力により移動させるように制御している。このため、上記従来公知のシールド掘削機では、カッター部を合成トルクが大きく且つ変動が小さいトルクで、スムーズに揺動回転することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来公知のシールド掘削機は、以下のような問題点がある。すなわち、液圧シリンダーの死点の検出方法として、液圧シリンダーに位置検出手段(センサー)を設け、この位置検出手段(センサー)の検出結果に基づいて液圧シリンダーを制御している。このため、仮に該位置検出手段(センサー)の故障や破損、信号線の断線といった不測の事態が生じた場合には、液圧シリンダー自体を本来意図した状態で制御できなくなり、その結果、カッター駆動部に不要な応力を発生させ、カッター部の回転トルクの低下や回転不能といった事態を引き起こす恐れがあった。
【0005】
そこで、本発明は、上述した課題によりなされたもので、不測の事態が発生した場合にも、カッター部を正常に回転駆動することができる偏心多軸カッター式シールド掘削機を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に記載の発明は、複数の油圧シリンダーにより揺動回転する偏心多軸カッターを備えた偏心カッター式シールド掘削機において、前記複数の油圧シリンダーのそれぞれに設けた油圧シリンダーのストローク位置検出手段と、前記偏心多軸カッターの回転軸に設けた回転位相位置検出手段とより前記油圧シリンダーの死点を検出し、前記油圧シリンダーが死点近傍から死点に到達し、死点を脱するまでは、前記ストローク位置検出手段と前記回転位相位置検出手段の少なくとも一方によりその油圧シリンダーを解放状態となるように制御することを特徴とするものである。また、上記の目的を達成するため、本発明の請求項2に記載の発明は、ストローク位置検出手段と前記回転位相位置検出手段のいずれか一方を、前記油圧シリンダーを解放状態とする制御の主パラメータとし、もう一方を補助のパラメータとすることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図5によって説明する。図1は、本発明の偏心多軸カッター式掘削機の側面図、図2は、本発明の油圧シリンダー駆動装置と油圧回路の概念構成図、図3は、本発明の通常動作時の油圧シリンダー制御の概念図、図4は、本発明の上死点側近接センサー故障時の油圧シリンダー制御の概念図、図5は、本発明の上、下死点両側の近接センサー故障時の油圧シリンダー制御の概念図である。
【0008】
図1、2に示す本発明のシールド掘削機1は、シールド筒2と、シールド掘削機1の前部には、切羽面を揺動しながら回転駆動して掘削するカッター4を備えており、シールド筒2の内部には、該カッター4を回転駆動する複数本のクランク機構5と、該複数本のクランク機構5をクランク運動させる複数本のカッター駆動用油圧ジャッキ8が設けられている。カッター4の切羽面側には多数のカッタービット16が設けられており、該カッター4の後面にはカッター4を揺動回転駆動する複数本のクランク機構5が回転可能に設けられている。各クランク機構5は、シールド掘削機1の隔壁3にクランク機構5の本数分形成された各クランク回転孔20に遊嵌されて回転自在に設けられていると共に、各クランク機構5のクランクアーム6の後端部は連結板7に枢止されている。この連結板7とシールド筒2の内周壁に突設された取付けフランジ部11との間に、一端と他端9が取付ピン21と取付ピン22で取付けられた複数本のカッター駆動用油圧ジャッキ8が取付けられている。図2に示す本発明の実施の態様では、3本のカッター駆動用油圧シリンダー8が等間隔でシールド筒2の内周壁に取付けられているタイプのものが示されている。
【0009】
各カッター駆動用油圧ジャッキ8は、それぞれ油路29、油路30によりソレノイド式の三位置方向切換弁28を介して油圧ポンプ27に接続されて油圧回路が構成されている。各カッター駆動用油圧シリンダー8のシリンダー側には、ピストンロッド18の下死点と上死点を検出するリミットスイッチで構成されるピストンロッドの位置検出手段であるストローク検出器24aとストローク検出器24bが、また、ピストン18に、該ストローク検出器24aとストローク検出器24bと当接するストローク検出片25がそれぞれ設けられている。
【0010】
そして、該ストローク検出器24aとストローク検出器24bは、ピストン18の伸長又は縮小の際に、ピストン18に設けられたストローク検出片25と当接し、カッター駆動用油圧シリンダー8の上、下死点領域を検出し、ストローク検出器24a又はストローク検出器24bからの信号が発せられ、導線32又は導線33を経て制御ユニット31に送られ、そして、制御ユニット31から導線35又は導線36を経て三位置方向切換弁28に中立位置ロへの切替動作信号が送られて該三位置方向切換弁28を中立位置ロに切替え、カッター駆動用油圧シリンダー8を解放する。そして、他のカッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作に追従することにより、縮小又は伸長動作をし、クランク機構5のクランク運動でカッター4を切羽面を揺動させるように回転させて掘削するようになっている。
【0011】
符号14は、カッター4によってシールド掘削機1の前方のチャンバー17内に取り込まれた掘削土砂をシールド掘削機1外部に搬出するためのスクリューコンベアである。また、符号15は、掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメント13を配置するエレクターである。また、シールド筒2の内周に組み立てられたセグメント13の端面で反力をとってシールド掘削機1を前方に推進する推進用油圧シリンダー12を備えている。
【0012】
符号26は、カッターの回転角度を計測するカッター回転位置検出器であるロータリエンコーダで、カッター4を回転駆動するクランク機構5の軸部の回転角度を検出するように回転軸に設けられている。このロータリエンコーダ26は、クランク機構5の軸部の回転を検出することで、クランク機構5の軸部の先端に設けらているカッター4の回転角を検出し、このときに検出されるカッター4の回転角を内部で演算処理している。そして、ロータリエンコーダ26によって検出された検出角が、予め設定された検出角度の範囲内にあれば、カッター駆動用油圧シリンダー8を解放状態にするように制御ユニット31に三位置方向切換弁28を中立位置にするための信号を発する。
【0013】
次に、上記構成を有する本発明の油圧シリンダー駆動式カッター駆動装置の基本の動作について説明する。
A.基本制御動作の説明
図2にカッター駆動用油圧シリンダー8を駆動する油圧回路の概略構成図を示している。油圧シリンダー駆動式カッター駆動装置の基本動作として、カッター4を回転駆動するクランク機構5にクランク運動を行わせるため、クランク機構5のクランクアーム6の後端部とカッター駆動用油圧ジャッキ8の一端とが枢止されている連結板7を回転駆動してクランク機構5にクランク運動を付与する。
【0014】
すなわち、3つのカッター駆動用油圧シリンダー8の伸長・縮小をそれぞれ制御することによって連結板7を揺動回転させ、そして、その揺動回転をクランク機構5に付与してカッター4を揺動回転駆動する。このとき、これらカッター駆動用油圧シリンダー8の最伸長、及び最縮小近傍に設けられた上死点、下死点では、カッター駆動用油圧シリンダー8の推力による回転方向への分力の発生がないため連結板7に回転トルクを付与することができない。また、その上下死点領域付近でも油圧シリンダー推力が小さいため余り回転トルクに寄与しない。
【0015】
また、この上下死点は、カッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作切替えとなる点であるが、連続回転中にこの上下死点上で瞬時にカッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作を切り替えるのは非常に困難であり、このため、この上下死点付近では、カッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作を行わせず、三位置方向切換弁28を中立位置ロに切替えてカッター駆動用油圧シリンダー8の伸び側の油路29と縮み側の油路30を連通させてカッター駆動用シリンダー8の動作を解放し、他の伸縮動作状態にあるカッター駆動用油圧シリンダー8によって受動的に追従動作できるようにしておくことにより、上下死点付近での圧油による伸縮切り替えのタイミングの許容範囲をつくり、回転トルクの大幅な低下を起こさず円滑な動作制御を行っている。
【0016】
B.通常動作時の説明
通常動作時のカッター駆動用油圧シリンダー制御の概念を図3に示す。カッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作の主制御のための信号検出は、各カッター駆動用油圧シリンダー8に設けたカッター駆動用油圧シリンダー8の上、下死点を検出するリミットSWや近接SWからなるストローク検出器24a、24bと、ピストン18に設けたストローク検出片25から構成している。該ピストン18の伸長又は縮小の際に、ストローク検出片25がストローク検出器24a、24bと当接することにより、カッター駆動用油圧シリンダー8の上、下死点領域を検出し、ストローク検出器24a又はストローク検出器24bからの信号が発せられ、導線32又は導線33から制御ユニット31に送られる。そして、制御ユニット31から導線35又は導線36を経て三位置方向切換弁28に中立位置ロへの切替動作信号が送られて該三位置方向切換弁28が中立位置ロに切替えられてカッター駆動用油圧シリンダー8を解放する。次に、カッター駆動用油圧シリンダー8が上、下死点領域からの脱出した時点で、上、下死点領域を検出する前のシリンダー8の動作方向と逆方向へカッター駆動用油圧シリンダー8が動作するように三位置方向切換弁28の動作指令を行う。この繰り返し動作によりクランク機構5をクランク運動させてカッター4を正常に揺動回転させて掘削するようになっている。
【0017】
C.ストローク検出器24aの異常時
上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aが故障時の油圧シリンダー制御の概念図を図4に示す。カッター駆動用油圧シリンダー8の伸縮動作の主制御のための信号検出は、各カッター駆動用油圧シリンダー8に設けられたストローク位置検出手段であるストローク検出器24aとストローク検出器24bで検出されており、仮に、この上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aが故障した場合についての動作を説明する。下死点側では、下死点側近接センサー(LS2)であるストローク検出器24bにより下死点領域を検出した時点(0rad前後の範囲)で三位置方向切換弁28の動作指令を中立位置ロにし、カッター駆動用油圧シリンダー8を解放している。
【0018】
また、ストローク検出器24bにより下死点領域からの脱出を検出した時点で、カッター駆動用油圧シリンダー8が伸長動作するように伸長位置切替動作信号が導線35を経て三位置方向切換弁28に送られて伸長位置イに切り換えられ、カッター駆動用油圧シリンダー8が伸長する。その次には本来、上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aで上死点領域を検出した時点(πrad前後の範囲)で三位置方向切換弁28の動作指令を中立位置ロにし、カッター駆動用油圧シリンダー8を解放するはずであるが、このセンサーであるストローク検出器24aが故障している場合には検出できず、三位置方向切換弁28を中立位置ロにする動作信号を発することができない。
【0019】
このため、ロータリエンコーダ26によって検出されるカッター4の回転位相位置検出信号を利用してカッター駆動用油圧シリンダー8の動作を制御する。すなわち、カッター4の回転位相位置検出信号が、制御ユニット31で定義されたバルブ動作不可範囲(NA)まで達していると、この時点で制御ユニット31の制御プログラムによって強制的にカッター駆動用油圧シリンダー8の三位置方向切換弁28を中立位置ロに切り換える。また、上死点領域からの脱出の検出もロータリーエンコーダ26により行われる。ロータリーエンコーダ26により上死点領域からの脱出を検出した場合には、三位置方向切換弁28を縮小位置に切替え、カッター駆動用油圧シリンダー8を縮小する。この繰り返し動作により、カッター駆動用油圧シリンダー8の正常な動作を確保し、カッター4を正常に揺動回転させる。また、運転者等に対しては、近接センサーの異常を警告するようにしている。
【0020】
D.上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aと下死点側近接センサー(LS2)であるストローク検出器24bの両方が異常時
上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aと下死点側近接センサー(LS2)であるストローク検出器24bの両方が故障時の油圧シリンダー制御の概念図を図5に示す。油圧シリンダー8の伸縮動作の主制御のための信号検出は、各油圧シリンダー8に設けられたストローク位置検出手段24aと24bとで行われているが、ストローク検出器24aとストローク検出器24bの両方が故障した場合について説明する。
【0021】
本来、下死点側近接センサー(LS2)であるストローク検出器24bで下死点領域を検出した時点(0rad前後の範囲)で三位置方向切換弁28を中立位置ロに切り換えて油圧シリンダー8を解放するはずであるが、このストローク検出器24bが故障している場合には信号が検出できない。そのため三位置方向切換弁28は縮小位置ハのままにあり、カッター駆動用油圧シリンダー8の縮小状態は最終的にロータリーエンコーダ26により検出され、制御ユニット31で定義されたバルブ動作不可範囲(NA)まで達した時点で制御ユニット31の制御プログラムによって強制的にカッター駆動用油圧シリンダー8の三位置方向切換弁28を中立位置ロに切り換える。
【0022】
また、ロータリーエンコーダ26により下死点領域からの脱出を検出した時点で、カッター駆動用油圧シリンダー8を伸長動作するように三位置方向切換弁28への動作指令を行う。その次は本来、上死点側近接センサー(LS1)であるストローク検出器24aで上死点領域を検出した時点(πrad前後の範囲)で三位置方向切換弁28を中立位置ロに切換えることにより、カッター駆動用油圧シリンダー8を解放するはずであるが、このストローク検出器24aが故障している場合には信号が検出できない。このため、三位置方向切換弁28は伸長位置イのままであり、このカッター駆動用油圧シリンダー8の伸長状態は、ロータリーエンコーダ26により検出され、制御ユニット31で定義されたバルブ動作不可範囲(NA)まで達した時点で制御ユニット31の制御プログラムによって強制的に三位置方向切換弁28は伸長位置イを中立位置ロに切替えてカッター駆動用油圧シリンダー8を解放する。
【0023】
このように、仮にストローク検出器24a、24bに異常が生じた場合にも、ロータリーエンコーダ26により、カッター駆動用油圧シリンダー8を正常に制御するため、カッター4を正常に揺動回転することができる。なお、上述までの説明において、カッター駆動用油圧シリンダー8のストローク検出を主制御のパラメータとし、ロータリーエンコーダ26によるカッター4の回転角の検出を補助制御のパラメータとした実施の態様を説明したが、制御のパラメータとして、ロータリーエンコーダ26によるカッター4の回転角の検出値を主制御のパラメータとし、もう一方のカッター駆動用油圧シリンダー8のストローク検出値を補助制御のパラメータとしても良いし、双方の検出値を並行して利用しても良い。
【0024】
このように、本発明の偏心多軸カッター式シールド掘削機では、異なる2系統の制御用信号検出手段を設け、双方の信号を利用するとにより、一方の信号検出系統の異常時にも、油圧シリンダー動作の異常動作を防ぐことができるので、カッター駆動部に不要な応力の発生や回転トルクの低下、カッターの回転不能の発生を防止することができる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の偏心多軸カッター式シールド掘削機によれば、本発明は、異なる2系統の制御用信号検出手段を設け、双方の信号を利用するとにより、一方の信号検出系統の異常時にも、油圧シリンダー動作の異常動作を防ぐことができるので、カッター駆動部に不要な応力の発生や回転トルクの低下、カッターの回転不能の発生を防止することができると、と云う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏心多軸カッター式掘削機の側面図、
【図2】本発明の油圧シリンダー駆動装置と油圧回路の概念構成図、
【図3】本発明の通常動作時の油圧シリンダー制御の概念図、
【図4】本発明の上死点側近接センサー故障時の油圧シリンダー制御の概念図、
【図5】本発明の上、下死点両側の近接センサー故障時の油圧シリンダー制御の概念図である。
【符号の説明】
1 シールド掘削機、 2 シールド筒、 3 隔壁、 4 カッター、
5 クランク機構、 6 クランクアーム、 7 連結板、
8 カッター駆動用油圧シリンダー、 9 他端、 10ピストンロッド、
11 取付けフランジ部、 12 推進用油圧シリンダー、
13 セグメント、 14 スクリューコンベア、 15 エレクター、
16 カッタービット、 17 チャンバー、 18 ピストンロッド、
19 クランク軸、 20 クランク回転孔、 21 取付ピン、
22 取付ピン、 23 軸、 24a ストローク検出器、
24b ストローク検出器、 25 ストローク検出片、
26 ロータリエンコーダ、 27 油圧ポンプ、 28 三位置方向切換弁、
29 油路、 30 油路、 31 制御ユニット、 32 導線、
33 導線、 34 導線、 35 導線、 36 導線。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an eccentric multi-axial cutter-type shield excavator that controls rotation of an eccentric multi-axial cutter by a hydraulic cylinder.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-116012 Conventionally, a plurality of crank mechanisms rotatably penetrated through a partition wall provided at a front portion of a shield excavator body are rotatably supported by the front portions thereof. The plurality of hydraulic mechanisms connected to the rear of the plurality of crank mechanisms and the hydraulic pressure jacks cause the plurality of crank mechanisms to perform a crank motion, and the crank motion causes the cutter portion to oscillate to excavate a face. The shield excavator described in Patent Literature 1 is known as a shield excavator to be used.
[0003]
The conventional known shield excavator is mounted such that a plurality of dead centers of a plurality of hydraulic cylinders driving a cutter unit do not overlap each other, and that a plurality of pushes and a plurality of pulls overlap while being out of phase. In the state, it is possible to smoothly switch from the push side to the pull side or from the pull side to the push side, and in order to prevent the occurrence of impact at the time of switching, the piston rod of the hydraulic cylinder should be at or near the dead center , The directional control valve that controls the direction of the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder is set to the neutral position, the hydraulic cylinder is released, and the hydraulic cylinder is moved by the force of another hydraulic cylinder. are doing. For this reason, in the above-mentioned conventionally known shield excavator, the cutter part can be smoothly rocked and rotated with a large combined torque and a small variation torque.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventionally known shield excavator has the following problems. That is, as a method of detecting the dead center of the hydraulic cylinder, a position detecting means (sensor) is provided in the hydraulic cylinder, and the hydraulic cylinder is controlled based on the detection result of the position detecting means (sensor). For this reason, if an unexpected event such as a failure or breakage of the position detecting means (sensor) or a disconnection of the signal line occurs, the hydraulic cylinder itself cannot be controlled in an originally intended state. Unnecessary stress may be generated in the portion, causing a problem such as a decrease in rotational torque of the cutter portion or an inability to rotate.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide an eccentric multi-axis cutter-type shield excavator that can normally rotate and drive a cutter unit even when an unexpected situation occurs. It is assumed that.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 of the present invention is directed to an eccentric cutter type shield excavator including an eccentric multi-axis cutter oscillatingly rotated by a plurality of hydraulic cylinders. The dead point of the hydraulic cylinder is detected by the stroke position detecting means of the hydraulic cylinder provided in each case and the rotational phase position detecting means provided on the rotating shaft of the eccentric multi-axis cutter. Until the point is reached and the vehicle escapes the dead center, at least one of the stroke position detecting means and the rotational phase position detecting means controls the hydraulic cylinder to be in a released state. In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 of the present invention provides a main control for controlling one of the stroke position detecting means and the rotational phase position detecting means to release the hydraulic cylinder. It is characterized in that it is a parameter and the other is an auxiliary parameter.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view of an eccentric multi-shaft cutter type excavator of the present invention, FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of a hydraulic cylinder driving device and a hydraulic circuit of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of control, FIG. 4 is a conceptual diagram of hydraulic cylinder control when the proximity sensor on the top dead center side fails, and FIG. FIG.
[0008]
The shield excavator 1 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a shield tube 2 and a cutter 4 at the front portion of the shield excavator 1 for excavating by rotating the face while swinging the face. A plurality of crank mechanisms 5 for rotationally driving the cutter 4 and a plurality of cutter driving hydraulic jacks 8 for cranking the plurality of crank mechanisms 5 are provided inside the shield cylinder 2. A number of cutter bits 16 are provided on the face side of the cutter 4, and a plurality of crank mechanisms 5 for driving the cutter 4 to swing and rotate are provided rotatably on the rear surface of the cutter 4. Each of the crank mechanisms 5 is rotatably provided by being freely fitted into each of the crank rotation holes 20 formed in the partition wall 3 of the shield excavator 1 by the number of the crank mechanisms 5, and is provided with a crank arm 6 of each of the crank mechanisms 5. The rear end is pivotally connected to the connecting plate 7. A plurality of cutter driving hydraulic jacks, one end and the other end of which are mounted by mounting pins 21 and 22 between the connecting plate 7 and the mounting flange portion 11 protruding from the inner peripheral wall of the shield cylinder 2. 8 are attached. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a type in which three cutter driving hydraulic cylinders 8 are attached to the inner peripheral wall of the shield cylinder 2 at equal intervals is shown.
[0009]
Each cutter driving hydraulic jack 8 is connected to a hydraulic pump 27 via an oil passage 29 and an oil passage 30 via a solenoid type three-position directional switching valve 28 to form a hydraulic circuit. A stroke detector 24a and a stroke detector 24b, which are means for detecting the position of the piston rod, are provided on the cylinder side of each hydraulic cylinder 8 for driving the cutter. However, the piston 18 is provided with a stroke detecting piece 25 that comes into contact with the stroke detector 24a and the stroke detector 24b.
[0010]
The stroke detector 24a and the stroke detector 24b come into contact with a stroke detecting piece 25 provided on the piston 18 when the piston 18 is extended or contracted. The area is detected, and a signal from the stroke detector 24a or the stroke detector 24b is issued, sent to the control unit 31 via the conductor 32 or 33, and then sent from the control unit 31 to the control unit 31 via the conductor 35 or 36. A switching operation signal to the neutral position B is sent to the direction switching valve 28 to switch the three-position direction switching valve 28 to the neutral position B and release the cutter driving hydraulic cylinder 8. Then, by following the expansion and contraction operation of the other hydraulic cylinder 8 for driving the cutter, a contraction or extension operation is performed, and the cutter 4 is rotated by the crank motion of the crank mechanism 5 so as to swing the cutting face so as to excavate. It has become.
[0011]
Reference numeral 14 denotes a screw conveyor for carrying excavated earth and sand taken into the chamber 17 in front of the shield excavator 1 by the cutter 4 to the outside of the shield excavator 1. Reference numeral 15 denotes an erector that arranges the segments 13 on the inner wall surface of the excavated tunnel. Further, a propulsion hydraulic cylinder 12 for propelling the shield excavator 1 forward by taking a reaction force at an end face of the segment 13 assembled on the inner periphery of the shield cylinder 2 is provided.
[0012]
Reference numeral 26 denotes a rotary encoder which is a cutter rotation position detector for measuring the rotation angle of the cutter, and is provided on the rotation shaft so as to detect the rotation angle of the shaft of the crank mechanism 5 for driving the cutter 4 to rotate. The rotary encoder 26 detects the rotation of the shaft of the crank mechanism 5 to detect the rotation angle of the cutter 4 provided at the tip of the shaft of the crank mechanism 5, and detects the rotation of the cutter 4 at this time. Is internally processed. If the detection angle detected by the rotary encoder 26 is within the range of the preset detection angle, the control unit 31 controls the three-position directional control valve 28 so that the cutter driving hydraulic cylinder 8 is released. Signals for neutral position.
[0013]
Next, the basic operation of the hydraulic cylinder driven cutter driving device of the present invention having the above-described configuration will be described.
A. Description of Basic Control Operation FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hydraulic circuit that drives the cutter driving hydraulic cylinder 8. As a basic operation of the hydraulic cylinder drive type cutter driving device, a rear end portion of a crank arm 6 of the crank mechanism 5 and one end of a cutter driving hydraulic jack 8 are provided in order to cause a crank mechanism 5 that rotationally drives the cutter 4 to perform a crank motion. Rotates the connecting plate 7, which is pivoted, to impart crank motion to the crank mechanism 5.
[0014]
That is, the connecting plate 7 is oscillated by controlling the extension and contraction of the three cutter driving hydraulic cylinders 8, and the oscillating rotation is applied to the crank mechanism 5 to oscillate the cutter 4. I do. At this time, at the top dead center and the bottom dead center provided near the maximum extension and the minimum contraction of the cutter driving hydraulic cylinder 8, there is no generation of a component force in the rotation direction due to the thrust of the cutter driving hydraulic cylinder 8. Therefore, a rotational torque cannot be applied to the connecting plate 7. Further, the thrust of the hydraulic cylinder is small even in the vicinity of the vertical dead center region, so that it does not contribute much to the rotational torque.
[0015]
The vertical dead center is a point at which the expansion / contraction operation of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is switched. However, it is not possible to instantaneously switch the expansion / contraction operation of the cutter driving hydraulic cylinder 8 on the vertical driving center during continuous rotation. It is very difficult. Therefore, near this vertical dead center, the cutter driving hydraulic cylinder 8 is not extended or retracted, and the three-position directional switching valve 28 is switched to the neutral position B so that the cutter driving hydraulic cylinder 8 is not moved. The expansion-side oil passage 29 and the contraction-side oil passage 30 are communicated to release the operation of the cutter driving cylinder 8 so that the cutter driving hydraulic cylinder 8 in the other expansion / contraction operation state can passively follow the operation. By doing so, an allowable range for the timing of expansion and contraction switching by pressure oil near the top and bottom dead center is created, and smooth operation control is performed without causing a significant decrease in rotational torque. You have me.
[0016]
B. Description of Normal Operation FIG. 3 shows the concept of cutter driving hydraulic cylinder control during normal operation. Signal detection for main control of the expansion / contraction operation of the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter is performed by detecting the upper and lower cutter dead hydraulic cylinders 8 provided in each hydraulic cylinder 8 for driving the cutter, from a limit SW and a proximity switch for detecting a bottom dead center. And a stroke detection piece 25 provided on the piston 18. When the piston 18 expands or contracts, the stroke detecting piece 25 comes into contact with the stroke detectors 24a and 24b, thereby detecting the upper and lower dead center regions of the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter, and detecting the stroke detector 24a or A signal is emitted from the stroke detector 24b and sent to the control unit 31 from the conductor 32 or 33. Then, a switching operation signal to the neutral position B is sent from the control unit 31 to the three-position directional switching valve 28 via the conducting wire 35 or the conducting wire 36, and the three-position directional switching valve 28 is switched to the neutral position B to drive the cutter driving device. Release the hydraulic cylinder 8. Next, when the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter escapes from the upper and lower dead center areas, the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter moves in the direction opposite to the operating direction of the cylinder 8 before detecting the upper and lower dead areas. An operation command for the three-position directional control valve 28 is issued so as to operate. By this repetitive operation, the crank mechanism 5 is caused to perform a crank motion, and the cutter 4 is normally oscillated and rotated to excavate.
[0017]
C. FIG. 4 shows a conceptual diagram of hydraulic cylinder control when the stroke detector 24a, which is the top dead center side proximity sensor (LS1) of the stroke detector 24a, is out of order. Signal detection for main control of the expansion / contraction operation of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is detected by a stroke detector 24a and a stroke detector 24b which are stroke position detecting means provided in each cutter driving hydraulic cylinder 8. The operation in the case where the stroke detector 24a serving as the top dead center side proximity sensor (LS1) breaks down will be described. On the bottom dead center side, when the stroke detector 24b, which is the bottom dead center side proximity sensor (LS2), detects the bottom dead center region (range around 0 rad), the operation command of the three-position directional control valve 28 is set to the neutral position B. And the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter is released.
[0018]
When the escape from the bottom dead center area is detected by the stroke detector 24b, an extension position switching operation signal is sent to the three-position direction switching valve 28 via the lead 35 so that the cutter driving hydraulic cylinder 8 is extended. The cutter position is switched to the extension position A, and the cutter driving hydraulic cylinder 8 is extended. Next, when the stroke detector 24a, which is originally the top dead center side proximity sensor (LS1), detects the top dead center region (range around πrad), the operation command of the three-position directional control valve 28 is set to the neutral position B. The hydraulic cylinder 8 for driving the cutter should be released, but it cannot be detected if the stroke detector 24a, which is a sensor, has failed, and the operation signal for setting the three-position directional control valve 28 to the neutral position B Can not emit.
[0019]
For this reason, the operation of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is controlled using the rotation phase position detection signal of the cutter 4 detected by the rotary encoder 26. That is, if the rotation phase position detection signal of the cutter 4 has reached the valve inoperable range (NA) defined by the control unit 31, the control program of the control unit 31 will forcibly force the cutter driving hydraulic cylinder at this time. The eight-position directional control valve 28 is switched to the neutral position b. The detection of escape from the top dead center region is also performed by the rotary encoder 26. When the escape from the top dead center area is detected by the rotary encoder 26, the three-position directional control valve 28 is switched to the reduced position, and the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter is reduced. By this repetitive operation, the normal operation of the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter is ensured, and the cutter 4 is rotated normally. In addition, a warning is issued to the driver or the like about the abnormality of the proximity sensor.
[0020]
D. Both the stroke detector 24a that is the top dead center side proximity sensor (LS1) and the stroke detector 24b that is the bottom dead center side proximity sensor (LS2) are stroke detectors that are abnormal top dead center side proximity sensors (LS1). FIG. 5 shows a conceptual diagram of hydraulic cylinder control when both the stroke detector 24a and the stroke detector 24b, which is the bottom dead center side proximity sensor (LS2), fail. The signal detection for the main control of the expansion / contraction operation of the hydraulic cylinder 8 is performed by the stroke position detecting means 24a and 24b provided in each hydraulic cylinder 8, but both of the stroke detector 24a and the stroke detector 24b are detected. Will be described.
[0021]
The three-way directional control valve 28 is switched to the neutral position B when the bottom dead center region is detected by the stroke detector 24b, which is originally the bottom dead center side proximity sensor (LS2) (range around 0 rad), to switch the hydraulic cylinder 8 It should be released, but if the stroke detector 24b has failed, no signal can be detected. Therefore, the three-position directional control valve 28 remains at the contracted position C, and the contracted state of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is finally detected by the rotary encoder 26, and the valve operation non-operable range (NA) defined by the control unit 31. At this point, the control program of the control unit 31 forcibly switches the three-position directional switching valve 28 of the cutter driving hydraulic cylinder 8 to the neutral position b.
[0022]
When the rotary encoder 26 detects the escape from the bottom dead center area, an operation command is issued to the three-position direction switching valve 28 so as to extend the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter. Then, the three-position directional control valve 28 is switched to the neutral position B when the top dead center region is detected by the stroke detector 24a, which is essentially the top dead center side proximity sensor (LS1) (range around πrad). The hydraulic cylinder 8 for driving the cutter should be released, but if the stroke detector 24a is out of order, no signal can be detected. Therefore, the three-position directional control valve 28 remains at the extended position A, and the extended state of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is detected by the rotary encoder 26, and the valve operation non-operable range (NA ), The three-way directional control valve 28 is forcibly switched from the extended position A to the neutral position B by the control program of the control unit 31 to release the hydraulic cylinder 8 for driving the cutter.
[0023]
In this way, even if the stroke detectors 24a and 24b become abnormal, the cutter encoder 4 can be normally rotated by the rotary encoder 26 because the cutter driving hydraulic cylinder 8 is normally controlled. . In the above description, the embodiment in which the stroke detection of the cutter driving hydraulic cylinder 8 is used as a main control parameter and the detection of the rotation angle of the cutter 4 by the rotary encoder 26 is used as an auxiliary control parameter has been described. As the control parameters, the detection value of the rotation angle of the cutter 4 by the rotary encoder 26 may be used as the main control parameter, and the stroke detection value of the other cutter driving hydraulic cylinder 8 may be used as the auxiliary control parameter. The values may be used in parallel.
[0024]
As described above, in the eccentric multi-axis cutter type shield excavator of the present invention, two different control signal detection means are provided, and by using both signals, the hydraulic cylinder operates even when one of the signal detection systems is abnormal. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of unnecessary stress in the cutter driving unit, the reduction of the rotational torque, and the occurrence of the inability of the cutter to rotate.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the eccentric multi-axis cutter type shield excavator of the present invention, the present invention provides two different control signal detecting means, and uses one of the two signals to control one signal detecting system. In the event of abnormalities, abnormal operation of the hydraulic cylinder can be prevented, so that unnecessary stress in the cutter driving unit, reduction in rotational torque, and occurrence of inability to rotate the cutter can be prevented. To play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of an eccentric multi-shaft cutter type excavator according to the present invention;
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of a hydraulic cylinder driving device and a hydraulic circuit of the present invention,
FIG. 3 is a conceptual diagram of hydraulic cylinder control during normal operation according to the present invention;
FIG. 4 is a conceptual diagram of hydraulic cylinder control when the top dead center side proximity sensor fails according to the present invention;
FIG. 5 is a conceptual diagram of hydraulic cylinder control when a proximity sensor on both sides of the bottom dead center of the present invention fails.
[Explanation of symbols]
1 shield excavator, 2 shield cylinder, 3 bulkhead, 4 cutter,
5 crank mechanism, 6 crank arm, 7 connecting plate,
8 hydraulic cylinder for driving cutter, 9 other end, 10 piston rod,
11 mounting flange part, 12 hydraulic cylinder for propulsion,
13 segments, 14 screw conveyors, 15 erectors,
16 cutter bits, 17 chambers, 18 piston rods,
19 crankshaft, 20 crank rotation hole, 21 mounting pin,
22 mounting pins, 23 axes, 24a stroke detector,
24b stroke detector, 25 stroke detector,
26 rotary encoder, 27 hydraulic pump, 28 three-position directional control valve,
29 oil passages, 30 oil passages, 31 control units, 32 conductors,
33 conductors, 34 conductors, 35 conductors, 36 conductors.

Claims (2)

複数の油圧シリンダーにより揺動回転する偏心多軸カッターを備えた偏心カッター式シールド掘削機において、前記複数の油圧シリンダーのそれぞれに設けた油圧シリンダーのストローク位置検出手段と、前記偏心多軸カッターの回転軸に設けた回転位相位置検出手段とより前記油圧シリンダーの死点を検出し、前記油圧シリンダーが死点近傍から死点に到達し、死点を脱するまでは、前記ストローク位置検出手段と前記回転位相位置検出手段の少なくとも一方によりその油圧シリンダーを解放状態となるように制御することを特徴とする偏心多軸カッター式シールド掘削機。In an eccentric cutter type shield excavator provided with an eccentric multi-axis cutter which swings and rotates by a plurality of hydraulic cylinders, a stroke position detecting means of a hydraulic cylinder provided for each of the plurality of hydraulic cylinders, and rotation of the eccentric multi-axis cutter A dead point of the hydraulic cylinder is detected by a rotational phase position detecting means provided on a shaft. An eccentric multi-axis cutter-type shield excavator, wherein the hydraulic cylinder is controlled to be in a released state by at least one of a rotational phase position detecting means. 前記ストローク位置検出手段と前記回転位相位置検出手段のいずれか一方を、前記油圧シリンダーを解放状態とする制御の主パラメータとし、もう一方を補助のパラメータとすることを特徴とする請求項1に記載の偏心多軸カッター式シールド掘削機。2. The apparatus according to claim 1, wherein one of the stroke position detecting means and the rotational phase position detecting means is set as a main parameter of control for releasing the hydraulic cylinder, and the other is set as an auxiliary parameter. Eccentric multi-axis cutter type shield excavator.
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