JP2005256434A - Shield machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カッタヘッド駆動装置によりカッタヘッドを回転駆動して楕円形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機に関する。 The present invention relates to a shield machine for excavating a tunnel having an elliptical section by rotationally driving a cutter head with a cutter head driving device.
従来、楕円形断面のトンネルを掘削するものとして、ルーロの三角形の原理を利用して頂部がルーロの三角形の3つの頂部に膨出するカッタヘッドを用いて、掘削するものが特許文献1に開示されている。
Conventionally, as a method for excavating a tunnel having an elliptical cross section, a method for excavating using a cutter head whose top portion swells to three top portions of a luro triangle using the principle of the triangle of the luro is disclosed in
上記カッタヘッドの駆動機構は、シールド本体前部の隔壁に形成された中央空間部に、円筒支持体が中心軸周りに回転自在に配置され、この円筒支持体に前記中心軸から偏心した位置に貫通孔を形成し、この貫通孔に軸受を介してカッタヘッドの回転軸を回転自在に設けられている。 In the drive mechanism of the cutter head, a cylindrical support is rotatably disposed around the central axis in a central space formed in the partition wall at the front of the shield body, and the cylindrical support is located at a position eccentric from the central axis. A through hole is formed, and a rotary shaft of the cutter head is rotatably provided in the through hole through a bearing.
そして、このカッタヘッドの駆動装置は、公転用駆動部と自転駆動部とで構成されている。公転駆動部は、円筒支持体の後部外周に取り付けられた公転用のリングギヤと、この公転用のリングギヤに噛合される公転駆動ピニオンと、公転駆動ピニオンを回転駆動する公転用回転モータとで構成される。また自転駆動部は、回転軸の後端部に取り付けられた自転用の内歯リングギヤと、シールド本体の後部壁体に固定されて内歯リングギヤに噛合される固定ギヤとで構成されている。
しかし、固定ギヤは、カッタヘッドの回転反力を回転軸および内歯リングギヤを介して支持するため、固定ギヤを支持する後部壁体に大きい負荷がかかり、後部壁体の構造強度を大幅に増大させる必要があった。このため、回転軸の後部周辺の部材や機器、設置環境などを考慮すると、かなり設計に無理が生じるという問題があった。 However, since the fixed gear supports the rotational reaction force of the cutter head via the rotating shaft and the internal ring gear, a large load is applied to the rear wall body that supports the fixed gear, and the structural strength of the rear wall body is greatly increased. It was necessary to let them. For this reason, there has been a problem that the design is considerably unreasonable in consideration of members around the rear part of the rotating shaft, equipment, installation environment, and the like.
本発明は上記問題点を解決して、カッタ駆動装置に高強度の反力支持部材も不要で構造を簡易化できるシールド掘進機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a shield machine capable of simplifying the structure without requiring a high-strength reaction force support member in the cutter driving device.
請求項1記載の発明は、シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体に、前記回転軸心に対して偏心した位置に自転体を回転自在に配置し、前記自転体に、外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドを設け、前記公転体を回転軸心周りに所定方向に回転させるとともに、前記自転体を公転体と同一方向に偏心軸心周りに1/3の速度で回転させて、前記カッタヘッドにより楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、前記公転体に設けられた公転用ギヤに公転用ピニオンを介して公転体を回転駆動するカッタ回転駆動装置を設け、前記シールド本体に回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体に、リング外歯ギヤを外周部に設けるとともにリング内歯ギヤを内周部に設け、前記公転用ピニオンと同軸上に配置されてカッタ回転駆動装置により同期駆動される自転用ピニオンを前記旋回リング体のリング外歯ギヤに噛合させ、前記自転体に、前記旋回リング体のリング内歯ギヤに噛合される自転用ギヤを設けたものである。
The invention according to
また請求項2記載の発明は、自転体に偏心軸心周りに回転自在な攪拌用軸部材を設け、前記攪拌用軸部材の前端部でカッタヘッドの後部に土砂の攪拌用翼体を設けるとともに、攪拌用軸部材の後端側に攪拌駆動装置を設け、前記攪拌駆動装置を、攪拌用軸部材の後端側に設けられた攪拌用駆動ギヤと、シールド本体に固定されて前記攪拌用駆動ギヤが噛合された攪拌用駆動ギヤとで構成したものである。 According to a second aspect of the present invention, the rotating body is provided with a stirring shaft member that is rotatable about an eccentric shaft center, and a sand stirring blade body is provided at the front end of the stirring shaft member at the rear of the cutter head. A stirring drive device is provided on the rear end side of the stirring shaft member, and the stirring drive device is fixed to a stirring drive gear provided on the rear end side of the stirring shaft member and the shield body, and the stirring drive device is fixed. This is composed of a stirring drive gear meshed with a gear.
請求項1記載の発明によれば、カッタ回転駆動装置により、同軸上に配置された公転用ピニオンと自転用ピニオンとを回転駆動して、公転体を回転駆動するとともに、旋回リング体を介して自転体を回転駆動し、自転体を公転体と同一方向に1/3の速度で回転させるように構成したので、従来のように高強度の反力受け部材も不要で、カッタ回転駆動装置により同軸上で回転駆動される2つのピニオンにより、公転体の回転駆動と自転体の回転駆動とを行うことができ、構造を簡易化することができる。 According to the first aspect of the present invention, the revolving pinion and the rotation pinion arranged on the same axis are rotationally driven by the cutter rotation driving device to rotationally drive the revolving body, and via the swivel ring body Since the rotating body is driven to rotate and the rotating body is rotated at the speed of 1/3 in the same direction as the revolving body, there is no need for a high-strength reaction force receiving member as in the prior art. With the two pinions that are rotationally driven on the same axis, the rotational drive of the revolution body and the rotational drive of the rotation body can be performed, and the structure can be simplified.
また請求項2記載の発明によれば、攪拌用駆動装置を、攪拌用軸部材に取り付けられた攪拌用駆動ギヤと、この攪拌用駆動ギヤに噛合される攪拌用駆動ギヤとで構成したので、カッタ駆動装置の動力の一部を取り出して攪拌用に利用することができ、攪拌専用の回転駆動装置を不要とすることができて、製造コストの低減に寄与することができる。
According to the invention of
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。
図1〜図3に示すように、掘削するトンネルの断面と略同一の楕円形断面に形成されたシールド本体1のスキンプレート1a内前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力室HCを形成する隔壁2が設けられている。この隔壁2は、シールド本体1のスキンプレート1aの内周面に固定された固定隔壁3と、この固定隔壁3にシールド軸上の回転軸心O1を中心として形成された貫通部4に旋回自在に配置される公転隔壁(公転体)6とで構成され、前記公転隔壁6は旋回軸受5を介して後部支持部材25に支持されている。この公転隔壁6には、前記回転軸心O1から所定の偏心距離e[e=(長径d1/2−短径d2/2)/2]離れた偏心軸心O2を中心に貫通軸受7が設けられ、この軸受孔7aにカッタ自転軸(自転体)8が回転自在に支持されている。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, a pressure chamber HC that holds the face collapsed earth pressure is formed in the front part in the
前記カッタ自転軸8の前端部に取り付けられたカッタヘッド10は、センタービット12を有する中心部材11から3本のメインアーム状カッタ13が120°角度ごとに半径方向に突出され、これらメインアーム状カッタ13先端の外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部にそれぞれ位置するように設定されている。またメインアーム状カッタ13間の中間位置にメインアーム状カッタ13より短いサブアーム状カッタ14が半径方向に突出されている。そしてメインアーム状カッタ13とサブアーム状カッタ14とが補強リング15により互いに連結され、両アーム状カッタ13,14にはそれぞれ掘削用のカッタビット16が所定位置に取り付けられている。またメインアーム状カッタ13の外周掘削端には、出退自在な掘削ビットを有するコピーカッタ装置17が設けられている。
The
さらに前記固定隔壁3の下部に、カッタヘッド10により掘削された土砂を切羽崩壊土圧を保持しつつ大気室LC側に排出するスクリュ式排土装置9が貫設されている。
前記固定隔壁3の大気室LC側に設けられてカッタヘッド10を回転駆動するカッタ駆動装置21は、前記公転隔壁6の外周部に設けられた公転用ギヤG2と、この公転用ギヤG2に噛合する公転用ピニオンG1と、この公転用ピニオンG1をカッタ駆動軸22を介して回転駆動する複数(または単数)のカッタ回転駆動装置(油圧式または電動式モータ)23と、カッタ駆動装置23のカッタ駆動軸22に固定された自転用ピニオンG3と、シールド本体1に固定されてカッタ回転駆動装置23を支持する後部支持部材25に旋回軸受24を介して回転軸心O1周りに回転自在に支持された旋回リング体26と、前記旋回リング体26の外周面に形成されて自転用ピニオンG3が噛合されるリング外歯ギヤG4と、旋回リング体26の内周面に形成されたリング内歯ギヤG5と、カッタ自転軸8の後部側に固定されてリング内歯ギヤG5が噛合される自転用ギヤG6とを具備している。
Further, a screw type earth removing device 9 is provided below the
A
したがって、カッタ回転駆動装置23により公転用ピニオンG1および公転用ギヤG2を介して公転隔壁6を所定方向に回転駆動すると同時に、自転用ピニオンG3によりリング外歯ギヤG4を介して旋回リング体26を回転させる。そしてこの旋回リング体26によりリング内歯ギヤG5および自転用ギヤG6を介してカッタ自転軸8を、公転隔壁6と同一方向に1/3の速度で回転させ、図3に仮想線で示すように、カッタヘッド10のメインアーム状カッタ13の外周掘削端により楕円形のトンネルを掘削することができる。
Therefore, at the same time as the revolving partition wall 6 is driven to rotate in a predetermined direction by the cutter
ここで図4に示すように、たとえば、公転用ピニオンG1の歯数Z1、公転用ギヤG2の歯数Z2、自転用ピニオンG3の歯数Z3、リング外歯ギヤG4の歯数Z4、リング内歯ギヤG5の歯数Z5、自転用ギヤG6の歯数Z6とすると、楕円形断面のトンネル掘削の場合、偏心量e=(長径−短径)/4である。またリング内歯ギヤG5の歯数Z5と自転用ギヤG6の歯数Z6の関係は、歯車のモジュールM、偏心量eとすると、Z5=Z6+2e/Mの関係が必要である。 Here, as shown in FIG. 4, for example, the number of teeth Z1 of the revolving pinion G1, the number of teeth Z2 of the revolving gear G2, the number of teeth Z3 of the rotating pinion G3, the number of teeth Z4 of the ring external gear G4, Assuming that the number of teeth Z5 of the tooth gear G5 and the number of teeth Z6 of the gear G6 for rotation are eccentric amounts e = (major axis−minor axis) / 4 in the case of tunnel excavation with an elliptical cross section. Further, the relationship between the number of teeth Z5 of the ring internal gear G5 and the number of teeth Z6 of the rotation gear G6 requires a relationship of Z5 = Z6 + 2e / M, assuming that the gear module M and the amount of eccentricity e.
さらに同一のカッタ駆動軸22上に公転用ピニオンG1および自転用ピニオンG3が設けられるとともに、同一の回転軸心O1に公転用ギヤG2およびリング外歯ギヤG4が設けられているため、公転用ピニオンG1および公転用ギヤG2のモジュールm1、自転用ピニオンG3およびリング外歯ギヤG4のモジュールm2とすると、(Z1+Z2)×m1=(Z3+Z4)×m2の関係となる。
Further, since the revolution pinion G1 and the rotation pinion G3 are provided on the same
ところで、公転隔壁(公転体)6が1回転した時の旋回リング体26の回転数n’=(Z3×Z2)/(Z4×Z1)=+4/9であり、また旋回リング体26により駆動される自転軸8の単独の回転数n”=n’×(Z5/Z6)=[(Z3×Z2)/(Z4×Z1)]×(Z5/Z6)である。この時は、公転隔壁6と共に自転軸8が回転されるため、相対的な自転軸8の単独の回転数n=(Z3×Z2×Z5)/(Z4×Z1×Z6)−(Z5/Z6)=−2/3
ここで、たとえば偏心量e=325mmとすると、公転用ピニオンG1の歯数Z1=29、公転用ギヤG2の歯数Z2=174、G1,G2のモジュールm1=28、自転用ピニオンG3の歯数Z3=14、リング外歯ギヤG4の歯数Z4=189、G3,G4のモジュールm2=28、リング内歯ギヤG5の歯数Z5=78、自転用ギヤG6の歯数Z6=65、Z5,Z6のモジュールM=50とした時に、
公転隔壁6が1回転した時のカッタ自転軸8の回転数n=(14×174×78)/(189×29×65)−78/65=(4×6)/(9×5)−5/6=−2/3となる。このときのカッタヘッド10の回転数は、公転隔壁6の回転数+自転軸8の回転数=1−2/3=1/3である。
Incidentally, the rotational speed n ′ of the revolving
For example, if the eccentricity e is 325 mm, the number of teeth Z1 of the revolving pinion G1 is 29, the number of teeth Z2 of the revolving gear G2 is 174, the module m1 of G1 and G2 is m = 28, and the number of teeth of the rotating pinion G3. Z3 = 14, number of teeth Z4 = 189 of ring external gear G4, module m2 = 28 of G3, G4, number of teeth Z5 = 78 of ring internal gear G5, number of teeth Z6 = 65 of rotation gear G6, Z5 When Z6 module M = 50,
Rotational speed n of the cutter rotation shaft 8 when the revolving partition wall 6 makes one rotation n = (14 × 174 × 78) / (189 × 29 × 65) −78 / 65 = (4 × 6) / (9 × 5) − 5/6 = −2 / 3. The rotational speed of the
上記実施の形態によれば、カッタ回転駆動装置23により、カッタ駆動軸22上にそれぞれ固定された公転用ピニオンG1と自転用ピニオンG3とを同期して回転駆動し、公転隔壁6を公転駆動するとともに、旋回リング体26を介してカッタ自転軸8を回転駆動し、カッタ自転軸8を公転隔壁6と同一方向に1/3の速度で回転させるように構成したので、従来のように高強度の反力受け部材も不要で、カッタ回転駆動装置23により同軸上で回転駆動される2つのピニオンG1,G3により、公転隔壁6の公転駆動とカッタ自転軸8の自転駆動とを行うことができ、構造を簡易化することができる。
According to the above embodiment, the revolving pinion G1 and the revolving pinion G3 that are respectively fixed on the
[第2の実施の形態]
上記第1の実施の形態のシールド掘進機は、図5,図6に示すように、カッタ駆動装置21に、圧力室HCに設けられる土砂の攪拌装置31を組み込んだものである。なお、第1の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
As shown in FIGS. 5 and 6, the shield machine according to the first embodiment is a
すなわち、隔壁2は、外周部の固定隔壁3と、この固定隔壁3にシールド軸上の回転軸心O1を中心として形成された貫通部4に回転自在に配置されるとともに後部支持部材25に旋回軸受5を介して旋回自在に支持される公転隔壁(公転体)6と、公転隔壁6に回転軸心O1から所定の偏心距離e離れた偏心軸心O2を中心とする貫通部41に、回転軸受42を介して回転自在に配置された自転隔壁(自転体)43とで構成されている。
That is, the
前記自転隔壁43には、複数の支持脚44を介してカッタヘッド10が支持されている。また圧力室HCに設けられた攪拌装置31は、自転隔壁43の偏心軸心O2上に形成された貫通部に軸受を介して回転自在に支持された攪拌軸筒(攪拌用軸部材)32および攪拌軸筒32の軸孔に回転自在に内嵌された連結軸45と、攪拌軸筒32の先端側で圧力室HCに対応して取り付けられた複数の攪拌翼33と、攪拌軸筒32の基端部に設けられた攪拌駆動装置34とで構成され、掘削後に圧力室HCに取り込まれた掘削土砂を攪拌翼33により攪拌して流動性を向上させ、排土装置9からの土砂の排出を促進させている。
The
前記攪拌駆動装置34は、攪拌軸筒32の後部に固定された攪拌用ギヤG11と、後部支持部材25の面板25aに固定された固定リング35の内周部に形成され攪拌用ギヤG11が噛合される攪拌用内歯ギヤG12とで構成されている。これにより、公転隔壁6の回転に伴って攪拌用ギヤG11が回転軸心O1を中心として旋回移動され、攪拌用内歯ギヤG12と攪拌用ギヤG11との噛み合いにより攪拌軸筒32が回転されて攪拌翼33が回転駆動される。
The
なお、前記連結軸45は、その先端部がカッタヘッド10の中心部材11に連結されるとともに、その中空部にカッタヘッド10の機器に油圧源、電源供給用や、信号送受用などの配管やケーブルが内装され、回転継手を介してカッタヘッド10に配管やケーブルを接続するように構成されている。
The connecting
上記構成によれば、攪拌用駆動装置34を、攪拌用軸筒32に取り付けられた攪拌用ギヤG11と、この攪拌用ギヤG11に噛合される攪拌用内歯ギヤG12とで構成したので、カッタ駆動装置21の動力の一部を取り出して攪拌用に利用することができ、従来で必要とした攪拌専用の回転駆動装置を不要とすることができるので、製造コストの低減に寄与することができる。
According to the above configuration, the stirring
O1 回転軸心
O2 偏心軸心
e 偏心距離
HC 圧力室
LC 大気室
1 シールド本体
2 隔壁
3 固定隔壁
6 公転隔壁
8 カッタ自転軸
10 カッタヘッド
12 センタービット
13 メインアーム状カッタ
21 カッタ駆動装置
22 カッタ駆動軸
23 カッタ回転駆動装置
24 旋回軸受
25 後部支持部材
26 旋回リング体
G1 公転用ピニオン
G2 公転用ギヤ
G3 自転用ピニオン
G4 リング外歯ギヤ
G5 リング内歯ギヤ
G6 自転用ギヤ
31 攪拌装置
32 攪拌軸筒
33 攪拌翼
34 攪拌駆動装置
35 固定リング
G11 攪拌用ギヤ
G12 攪拌用内歯ギヤ
43 自転軸
44 支持脚
45 連結軸
O1 Rotating shaft center O2 Eccentric shaft center e Eccentric distance HC Pressure chamber
Claims (2)
前記公転体に設けられた公転用ギヤに公転用ピニオンを介して公転体を回転駆動するカッタ回転駆動装置を設け、
、前記シールド本体に回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体に、リング外歯ギヤを外周部に設けるとともにリング内歯ギヤを内周部に設け、
前記公転用ピニオンと同軸上に配置されてカッタ回転駆動装置により同期駆動される自転用ピニオンを前記旋回リング体のリング外歯ギヤに噛合させ、
前記自転体に、前記旋回リング体のリング内歯ギヤに噛合される自転用ギヤを設けた
ことを特徴とするシールド掘進機。 A rotating body is rotatably disposed at a position eccentric to the rotational axis on a revolving body provided to be rotatable around the rotational axis at the front portion of the shield body, and an outer peripheral excavation end is disposed on the rotational body. Cutter heads protruding at the three top positions of the triangle of the luro are provided, the revolution body is rotated in a predetermined direction around the rotation axis, and the rotation body is rotated around the eccentric axis in the same direction as the revolution body. In a shield machine that rotates at a speed of 3 and excavates an elliptical tunnel with the cutter head,
A cutter rotation drive device that rotationally drives the revolution body via a revolution pinion to the revolution gear provided in the revolution body,
The swiveling ring body rotatably supported by the shield body around the rotation axis is provided with a ring external gear on the outer peripheral portion and a ring internal gear on the inner peripheral portion,
The rotation pinion arranged coaxially with the revolving pinion and driven synchronously by the cutter rotation driving device meshes with the ring external gear of the swivel ring body,
A rotating machine that is provided with a rotating gear that meshes with a ring internal gear of the swivel ring body.
前記攪拌用軸部材の前端部でカッタヘッドの後部に土砂の攪拌用翼体を設けるとともに、攪拌用軸部材の後端側に攪拌駆動装置を設け、
前記攪拌駆動装置を、攪拌用軸部材の後端側に設けられた攪拌用ギヤと、シールド本体に固定されて前記攪拌用ギヤが噛合された攪拌用の内歯駆動ギヤとで構成した
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機。
The rotating body is provided with a stirring shaft member that is rotatable around an eccentric axis,
While providing a stirring blade for earth and sand at the rear part of the cutter head at the front end of the stirring shaft member, a stirring drive device is provided on the rear end side of the stirring shaft member,
The stirring drive device is composed of a stirring gear provided on the rear end side of the stirring shaft member, and an agitating internal tooth drive gear fixed to a shield body and meshed with the stirring gear. The shield machine according to claim 1, wherein
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