JP2013170445A - 推力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】掘削機構1では、本体掘削機3が水平方向に2つ配列されており、それぞれ水平方向に往復揺動するカッタ31を有する。掘削機構1による掘削時、左のジャッキ群41aの推力PLを、左のジャッキ群41aのベース推力XLから、各カッタ31の揺動方向に応じた推力修正値LL→R、LR→Lを増減させることにより定め、右のジャッキ群41bの推力PRを、右のジャッキ群41bのベース推力XRから、各カッタ31の揺動方向に応じた推力修正値RL→R、RR→Lを増減させることにより定め、これにより、カッタ31の揺動に伴い掘削機構1に加わる反力モーメントMを相殺する。
【選択図】図5
Description
例えば図15(a)に示すように、カッタ210を掘削機200の掘進方向に対して右から左(矢印a)に揺動させて掘削を行うと、掘削機200は地盤からの反力を受け、カッタ210の揺動方向とは逆の、すなわち時計回り方向のモーメントMが加わる。従って、図15(b)に示すように掘削機200の後方の振れが生じる。このような掘削機200の意図しない姿勢の乱れは、掘削機200の蛇行によるトンネル等の品質低下につながるので、極力避けることが望ましい。
これにより、複数カッタを設ける場合に、各カッタについて推力修正値を定め、これをベース推力に対し加算もしくは減算することで、掘削時に掘削機構の水平方向の姿勢を安定させることができる。
これにより、掘削時の掘削機構の姿勢をより確実に安定させることができる。
これにより、カッタによって前記の推力修正値が異なる場合等に、ジャッキの推力値の調整幅が少なくて済み、推力の制御が容易になる。
このように、上下に掘削機を配置した掘削機構では、推進ジャッキによる推力を、上下段の少なくともいずれかの掘削機のカッタに対して、前記の方法により定めた推力とすれば、掘削時の掘削機構の姿勢を安定させることが可能になる。
まず、図1〜図3を参照して、第1の実施形態について説明する。図1は、掘削機構1の垂直方向の構成を示す図である。図2は掘削機構1の本体掘削機3の水平方向の構成を示す図である。図3は、掘削機構1の後面を示す図である。
(2)カッタ31毎に、当該カッタ31が掘削機構1の掘進方向に対して右から左へ揺動する際の、左のジャッキ群41aの推力修正値LR→Lと右のジャッキ群41bの推力修正値RR→L、および、当該カッタ31が左から右へ揺動する際の、左のジャッキ群41aの推力修正値LL→Rと右のジャッキ群の推力修正値RL→Rとを予め定め、
(3)掘削時、各カッタ31の揺動方向に応じて、
(3−1)左のジャッキ群41aによる推力を、前記のベース推力XLから、右から左に揺動するカッタ31毎に、対応する推力修正値LR→Lを減少させ、左から右に揺動するカッタ31毎に、対応する推力修正値LL→Rを増加させた推力PLとし、
(3−2)右のジャッキ群41bによる推力を、前記のベース推力XRから、右から左に揺動するカッタ31毎に、対応する推力修正値RR→Lを増加させ、左から右に揺動するカッタ31毎に、対応する推力修正値RL→Rを減少させた推力PRとする。
PL=XL−L1R→L−L2R→L
PR=XR+R1R→L+R2R→L
として時計回りの反力モーメントMを相殺し、左→右に揺動する場合、
PL=XL+L1L→R+L2L→R
PR=XR−R1L→R−R2L→R
として反時計回りの反力モーメントMを相殺し、各カッタ31の往復揺動に合わせて、上記のジャッキの推力制御を繰り返す。ここで、L1、R1は、それぞれ、左のカッタ31−1の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値を表し、L2、R2は、それぞれ、右のカッタ31−2の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値を表す。
XL=XR=6.0(MN)
L1R→L=L2R→L=R1R→L=R2R→L=0.4(MN)
L1R→L=L1L→R、R1R→L=R1L→R、L2R→L=L2L→R、R2R→L=R2L→R
であり、各カッタ31が右→左へと移動する際には(PL、PR)=(5.2、6.8)となり、各カッタ31が左→右へと移動する際には(PL、PR)=(6.8、5.2)となる。
なお、XL、XRの値はこれに限らず、前記のように掘削機構1の掘進方向や掘進速度を考慮して定めることができ、L1、R1等の値は各カッタ31の揺動速度や揺動角度、掘削機構1の中心とカッタ31の位置関係、地盤の物性等に合わせて定めればよい。各値は予め定めて制御部42の記憶部等に記憶させてもよいし、上記の値から制御部42が演算して算出してもよい。
PL=XL−L1R→L+L2L→R
PR=XR+R1R→L−R2L→R
とし、カッタ31−1が左→右へと移動し、カッタ31−2が右→左へ移動する際に、
PL=XL+L1L→R−L2R→L
PR=XR−R1L→R+R2R→L
とし、これを繰り返す。
次に、第2の実施形態について説明する。
図7(a)は掘削機構1’の本体掘削機3の水平方向の構成を示す図である。図7(b)は、掘削機構1’の後面を示す図である。各図に示すように、第2の実施形態は、掘削機構1’において本体掘削機3を水平方向左右に3つ並べた点で第1の実施形態と異なる。それ以外の点は第1の実施形態と同様である。
すなわち、図8(a)は、掘削機構1’の目標とする掘進方向を直進方向とするとともに、各カッタ31が、右→左、左→右への揺動を繰り返す場合であるが、この時、XL=XRとするとともに、左のジャッキ群41aによる推力PL、右のジャッキ群41bによる推力PRは、それぞれ、各カッタ31が右→左へ揺動する場合に、
PL=XL−L1R→L−L2R→L−L3R→L
PR=XR+R1R→L+R2R→L+R3R→L
として時計回りの反力モーメントMを相殺し、各カッタ31が左→右へ揺動する場合に、
PL=XL+L1L→R+L2L→R+L3L→R
PR=XR−R1L→R−R2L→R−R3L→R
として反時計回りの反力モーメントMを相殺するように定められ、各カッタ31の往復揺動に合わせて、上記のジャッキの推力制御が繰り返される。L1、R1は、それぞれ、左のカッタ31−1の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値、L2、R2は、それぞれ、中のカッタ31−2の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値、L3、R3は、それぞれ、右のカッタ31−3の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値を表す。
XL=XR=6.0(MN)
L1R→L=L3R→L=R1R→L=R3R→L=0.4(MN)
L2R→L=R2R→L=0.3(MN)
L1R→L=L1L→R、R1R→L=R1L→R、L2R→L=L2L→R、R2R→L=R2L→R、L3R→L=L3L→R、R3R→L=R3L→R
であり、各カッタ31が右→左へと移動する際には(PL、PR)=(4.9、7.1)となり、各カッタ31が左→右へと移動する際には(PL、PR)=(7.1、4.9)となる。
なお、L2、R2についてのみ推力修正値が小さい(0.3)が、前記したとおり、これらの値はカッタ31の掘削機構1’の中心とカッタ31の位置関係等により定まるので、カッタ31間で同じであるとは限らない。
この場合も、XL=XRとするほか、各カッタ31の揺動方向に合わせて反力モーメントMを相殺するように左のジャッキ群41aによる推力PL、右のジャッキ群41bによる推力PRの値を定め、前者のケースでは、
PL=XL−L1R→L+L2L→R−L3R→L
PR=XR+R1R→L−R2L→R+R3R→L
とし、後者のケースでは、
PL=XL+L1L→R−L2R→L+L3L→R
PR=XR−R1L→R+R2R→L−R3L→R
とし、これを繰り返す。
例えば図7に示した第2の実施形態の掘削機構1’において、中央のカッタ31(図8のカッタ31−2)の揺動角度が40°であり、左右のカッタ31(図8のカッタ31−1、31−3)の揺動角度が60°である場合、中央のカッタ31の揺動速度を1.0°/min、左右のカッタ31の揺動速度を1.5°/minと設定すれば、揺動周期を同じにすることができる。
次に、第3の実施形態について説明する。
図9(a)は掘削機構1”の本体掘削機3の水平方向の構成を示す図である。図9(b)は、掘削機構1”の後面を示す図である。各図に示すように、第3の実施形態は、掘削機構1”において本体掘削機3を水平方向に1つのみ配置する点で第1の実施形態と異なる。それ以外の点は第1の実施形態と同様である。
すなわち、図10(a)は、掘削機構1”の目標とする掘進方向を直進方向としつつ、カッタ31が、右→左、左→右への揺動を繰り返す場合であるが、この場合は、XL=XRとするとともに、左のジャッキ群41aによる推力PL、右のジャッキ群41bによる推力PRを、カッタ31が右→左へ揺動する場合に、
PL=XL−L1R→L
PR=XR+R1R→L
として時計回りの反力モーメントMを相殺し、カッタ31が左→右へ揺動する場合に、
PL=XL+L1L→R
PR=XR−R1L→R
として反時計回りの反力モーメントMを相殺する。L1、R1は、それぞれ、カッタ31の揺動に合わせた左右のジャッキ群41a、41bの推力修正値を表す。
XL=XR=6.0(MN)
L1R→L=R1R→L=0.5(MN)
L1R→L=L1L→R、R1R→L=R1L→R
であり、カッタ31が右→左へと移動する際には(PL、PR)=(5.5、6.5)となり、カッタ31が左→右へと移動する際には(PL、PR)=(6.5、5.5)となる。
次に、第4の実施形態について説明する。
まず、図11〜図13を参照して、第4の実施形態の掘削機構10の概略について説明する。図11は、掘削機構10の垂直方向の構成を示す図である。図12は掘削機構10の矩形ルーフ掘削機2の水平方向の構成を示す図である。図13は、掘削機構10の後面を示す図である。
このカッタ24は、接続材242で接続した円柱状の一対のカッタスポーク243の上下方向に沿って、前記と同様細かな鋸歯状のカッタビット241を設け、これら一対のカッタスポーク243を、支持杆245を介して回転軸247に接続したものである。
1a………前胴部
1b………後胴部
2………矩形ルーフ掘削機
3………本体掘削機
24、31………カッタ
41………推進ジャッキ
41a、41b………ジャッキ群
Claims (5)
- 水平方向左右に往復揺動するカッタを有する掘削機を前方に備え、推進用の1または複数のジャッキによるジャッキ群を後方の左右に備えた掘削機構の推力制御方法であって、
前記カッタによる掘削時、
前記カッタが右から左へ揺動する際には、
左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を減少させて定め、
右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、
前記カッタが左から右へ揺動する際には、
前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、
前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を減少させて定めることを特徴とする推力制御方法。 - 前記掘削機が水平方向左右に複数設けられ、
前記掘削機のカッタ毎に、
当該カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値、および、当該カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値とを定め、
前記掘削機構による掘削時、
前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させた推力とし、
前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させた推力とすることを特徴とする請求項1記載の推力制御方法。 - 前記カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しく、
前記カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しいことを特徴とする請求項1または請求項2記載の推力制御方法。 - 前記掘削機は水平方向に偶数配列され、
同数の前記掘削機のカッタ同士を互いに左右対称となる方向に動作させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の推力制御方法。 - 前記掘削機構において、前記掘削機が上下に配置され、
前記左のジャッキ群による推力および前記右のジャッキ群による推力が、
上段の前記掘削機のカッタと下段の前記掘削機のカッタの少なくともいずれかに対して、請求項1から請求項4のいずれかの推力制御方法を用いて定められることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の推力制御方法。
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