JP3463703B2 - トンネル掘削機のカッタトルクの制御装置及び制御方法 - Google Patents
トンネル掘削機のカッタトルクの制御装置及び制御方法Info
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- JP3463703B2 JP3463703B2 JP20110094A JP20110094A JP3463703B2 JP 3463703 B2 JP3463703 B2 JP 3463703B2 JP 20110094 A JP20110094 A JP 20110094A JP 20110094 A JP20110094 A JP 20110094A JP 3463703 B2 JP3463703 B2 JP 3463703B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘削機（ＴＢ
Ｍも含む）に関するものであり、特にトンネル掘削機の
カッタトルク制御装置及び制御方法に関するものであ
る。
Ｍも含む）に関するものであり、特にトンネル掘削機の
カッタトルク制御装置及び制御方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、カッタトルクが上昇して掘削に支
障がでるとカッタトルクを下げる手段として手動運転あ
るいは自動運転とも推進用のジャッキの速度を下げたり
推進をストップしてカッタトルクの１回転当りの切羽へ
くい込み量を減らすことによりカッタトルクを下げてい
た。また、土圧式シールドでは、推進速度を出来るだけ
おとさないようにするため撹拌抵抗を減らす目的から、
添加材の量を増加させ、排土する土砂の性状をやわらか
くしてカッタトルクを軽減させていた。
障がでるとカッタトルクを下げる手段として手動運転あ
るいは自動運転とも推進用のジャッキの速度を下げたり
推進をストップしてカッタトルクの１回転当りの切羽へ
くい込み量を減らすことによりカッタトルクを下げてい
た。また、土圧式シールドでは、推進速度を出来るだけ
おとさないようにするため撹拌抵抗を減らす目的から、
添加材の量を増加させ、排土する土砂の性状をやわらか
くしてカッタトルクを軽減させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は推進用のジャッキの推進速度を頻繁に変化させるた
め、後方に装備した関連設備たとえば土圧式シールドで
はスクリューコンベア（Ｓ／Ｃ）の回転数、圧送ポンプ
の排土量、添加剤の供給量、裏込材の供給量等も連動し
て頻繁に変化させざるをえないため、手動運転にしても
自動運転にしても繁雑な操作及び多数の制御装置が必要
となり、作業能率の低下や掘進工程の遅延、コスト高等
の問題となっていた。もし、土質等の施工条件が変化し
ても適切な推進速度を一度設定すれば、推進速度を一定
に保ったまま、カッタトルクを軽減できれば、関連設備
の繁雑な操作及び多数の制御装置がいらなくなる。通
常、土圧式シールドでは、添加剤の量を増やしたりして
撹拌抵抗を軽減させているが、掘削抵抗は変化しないた
めすぐに顕著な効果が現れない。また、泥水式シールド
では送る泥水の管理を頻繁に変えられないため、推進速
度を下げる以外に方法はなかった。
は推進用のジャッキの推進速度を頻繁に変化させるた
め、後方に装備した関連設備たとえば土圧式シールドで
はスクリューコンベア（Ｓ／Ｃ）の回転数、圧送ポンプ
の排土量、添加剤の供給量、裏込材の供給量等も連動し
て頻繁に変化させざるをえないため、手動運転にしても
自動運転にしても繁雑な操作及び多数の制御装置が必要
となり、作業能率の低下や掘進工程の遅延、コスト高等
の問題となっていた。もし、土質等の施工条件が変化し
ても適切な推進速度を一度設定すれば、推進速度を一定
に保ったまま、カッタトルクを軽減できれば、関連設備
の繁雑な操作及び多数の制御装置がいらなくなる。通
常、土圧式シールドでは、添加剤の量を増やしたりして
撹拌抵抗を軽減させているが、掘削抵抗は変化しないた
めすぐに顕著な効果が現れない。また、泥水式シールド
では送る泥水の管理を頻繁に変えられないため、推進速
度を下げる以外に方法はなかった。
【０００４】本発明の目的は、土質等の施工条件が変化
しても、推進用のジャッキの推進速度を土質に応じて予
め設定された適切な推進速度に保持することができる、
トンネル掘削機のカッタトルク制御装置及び制御方法を
提供することにある。
しても、推進用のジャッキの推進速度を土質に応じて予
め設定された適切な推進速度に保持することができる、
トンネル掘削機のカッタトルク制御装置及び制御方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転駆動され
るカッタヘッドと推進用のジャッキとを有するトンネル
掘削機において、前記カッタヘッドのカッタトルクの増
加に合わせて該カッタヘッドの回転速度を増加させるよ
うに制御し地山の切削抵抗を減少させることによりカッ
タトルクの変動を抑制し、前記推進用のジャッキの推進
速度を土質に応じて予め設定された推進速度に保持する
ことを特徴とする。
るカッタヘッドと推進用のジャッキとを有するトンネル
掘削機において、前記カッタヘッドのカッタトルクの増
加に合わせて該カッタヘッドの回転速度を増加させるよ
うに制御し地山の切削抵抗を減少させることによりカッ
タトルクの変動を抑制し、前記推進用のジャッキの推進
速度を土質に応じて予め設定された推進速度に保持する
ことを特徴とする。
【０００６】本発明の他の特徴は、回転駆動されるカッ
タヘッドを有するトンネル掘削機において前記カッタヘ
ッドの負荷トルクを検出するカッタトルク検出手段とカ
ッタトルク制御の開始レベルを任意に設定することがで
きる制御開始レベル設定器と、前記カッタトルク検出手
段のカッタトルク検出値が前記制御開始レベル設定器に
より設定された制御開始レベルを超過したときだけ超過
量に応じてカッタヘッド回転速度の補正量を演算する回
転速度補正量演算手段と、前記トンネル掘削機のカッタ
ヘッド回転速度を任意に設定することができる回転速度
設定器と、前記回転速度補正量演算手段から出力される
回転速度補正量を前記回転速度設定器による回転速度設
定値から引算して回転速度指令値として出力する速度指
令補正手段と、前記トンネル掘削機のカッタヘッド回転
速度を検出するカッタヘッド回転速度検出手段と、前記
カッタヘッド回転速度指令補正手段から出力されるカッ
タヘッド回転速度指令値と前記カッタヘッド回転速度検
出手段のカッタヘッド回転速度検出値とが相等しくなる
ように前記カッタヘッドが油圧駆動の場合はカッタヘッ
ド駆動油圧モータへの供給油量を制御する油量制御器と
を備え、カッタトルクがカッタトルクの制御開始レベル
を越えて上昇したときだけ、その超過量に見合った分、
カッタヘッドの回転数を上昇させ、カッタトルクがカッ
タトルクの制御開始レベル以下のときはカッタヘッド回
転速度を設定値に維持するようにしたことにある。
タヘッドを有するトンネル掘削機において前記カッタヘ
ッドの負荷トルクを検出するカッタトルク検出手段とカ
ッタトルク制御の開始レベルを任意に設定することがで
きる制御開始レベル設定器と、前記カッタトルク検出手
段のカッタトルク検出値が前記制御開始レベル設定器に
より設定された制御開始レベルを超過したときだけ超過
量に応じてカッタヘッド回転速度の補正量を演算する回
転速度補正量演算手段と、前記トンネル掘削機のカッタ
ヘッド回転速度を任意に設定することができる回転速度
設定器と、前記回転速度補正量演算手段から出力される
回転速度補正量を前記回転速度設定器による回転速度設
定値から引算して回転速度指令値として出力する速度指
令補正手段と、前記トンネル掘削機のカッタヘッド回転
速度を検出するカッタヘッド回転速度検出手段と、前記
カッタヘッド回転速度指令補正手段から出力されるカッ
タヘッド回転速度指令値と前記カッタヘッド回転速度検
出手段のカッタヘッド回転速度検出値とが相等しくなる
ように前記カッタヘッドが油圧駆動の場合はカッタヘッ
ド駆動油圧モータへの供給油量を制御する油量制御器と
を備え、カッタトルクがカッタトルクの制御開始レベル
を越えて上昇したときだけ、その超過量に見合った分、
カッタヘッドの回転数を上昇させ、カッタトルクがカッ
タトルクの制御開始レベル以下のときはカッタヘッド回
転速度を設定値に維持するようにしたことにある。
【０００７】本発明の他の特徴は、回転駆動されるカッ
タヘッドと推進用のジャッキとを有するトンネル掘削機
におけるカッタヘッドのカッタトルクの制御方法であっ
て、前記カッタトルクの増加に合わせて該カッタヘッド
の回転速度を増加させるように制御し地山の切削抵抗を
減少させることによりカッタトルクの変動を抑制し、前
記推進用のジャッキの推進速度を土質に応じて予め設定
された推進速度に保持することにある。
タヘッドと推進用のジャッキとを有するトンネル掘削機
におけるカッタヘッドのカッタトルクの制御方法であっ
て、前記カッタトルクの増加に合わせて該カッタヘッド
の回転速度を増加させるように制御し地山の切削抵抗を
減少させることによりカッタトルクの変動を抑制し、前
記推進用のジャッキの推進速度を土質に応じて予め設定
された推進速度に保持することにある。
【０００８】
【作用】本発明は、カッタヘッドの回転速度を増加させ
ることにより一回転当りのカッタビットの地山のくい込
み量を軽減させ、切削抵抗を小さくしてカッタトルクの
上昇をおさえかつ、一定に保ったことができるように制
御する装置を提供するものである。
ることにより一回転当りのカッタビットの地山のくい込
み量を軽減させ、切削抵抗を小さくしてカッタトルクの
上昇をおさえかつ、一定に保ったことができるように制
御する装置を提供するものである。
【０００９】本発明によれば、カッタトルク検出手段の
カッタトルク検出値が制御開始レベル設定器で設定され
たカッタトルク制御開始レベルを超えると、その超過量
に応じてカッタ回転速度の補正量がカッタヘッド回転速
度補正量演算手段から出力され、速度指令補正手段は上
記カッタヘッド回転速度補正量をカッタヘッド回転速度
設定器によるカッタヘッド回転速度設定値から引算して
カッタヘッド回転速度指令値として出力し、カッタヘッ
ドが油圧駆動の場合、油量制御器は上記カッタヘッド回
転速度指令値とカッタヘッド回転速度検出値とが相等し
くなるようにカッタヘッド駆動油圧モータへの供給油量
を制御する。このようにして、実際のカッタトルクがカ
ッタトルク制御開始レベルを超えて上昇したときだけ、
その超過量に見合った分、カッタヘッド回転速度を上昇
させ、カッタトルクがカッタトルク制御開始レベル以下
のときはカッタヘッド回転速度を設定値通りに維持す
る。
カッタトルク検出値が制御開始レベル設定器で設定され
たカッタトルク制御開始レベルを超えると、その超過量
に応じてカッタ回転速度の補正量がカッタヘッド回転速
度補正量演算手段から出力され、速度指令補正手段は上
記カッタヘッド回転速度補正量をカッタヘッド回転速度
設定器によるカッタヘッド回転速度設定値から引算して
カッタヘッド回転速度指令値として出力し、カッタヘッ
ドが油圧駆動の場合、油量制御器は上記カッタヘッド回
転速度指令値とカッタヘッド回転速度検出値とが相等し
くなるようにカッタヘッド駆動油圧モータへの供給油量
を制御する。このようにして、実際のカッタトルクがカ
ッタトルク制御開始レベルを超えて上昇したときだけ、
その超過量に見合った分、カッタヘッド回転速度を上昇
させ、カッタトルクがカッタトルク制御開始レベル以下
のときはカッタヘッド回転速度を設定値通りに維持す
る。
【００１０】上記のカッタトルク制御は、カッタヘッド
回転速度の上昇によりカッタビットの切削深さが減少
し、カッタ切削トルクが低下することを利用してカッタ
トルクの過度の上昇を防止しようとするものである。
回転速度の上昇によりカッタビットの切削深さが減少
し、カッタ切削トルクが低下することを利用してカッタ
トルクの過度の上昇を防止しようとするものである。
【００１１】また、地山の切削抵抗は土質に応じて変化
するので、本発明の制御方式の効果をより良く発揮させ
るには、カッタトルクの超過量をカッタヘッド回転速度
の補正量に変換するための効果係数を可変とし、土質に
応じて最適の効果係数を設定できるようにすることが望
ましい。
するので、本発明の制御方式の効果をより良く発揮させ
るには、カッタトルクの超過量をカッタヘッド回転速度
の補正量に変換するための効果係数を可変とし、土質に
応じて最適の効果係数を設定できるようにすることが望
ましい。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例になるシールド掘削
機のカッタトルク制御装置の全体構成図である。１はシ
ールド掘進機本体、２はバルクヘッド、３は軸に回転可
能に支持されたカッタヘッド、４はシールド掘進機本体
１の内側に円周に沿って配置されたシールドジャッキ、
５は油圧モータである。６は、油圧モータ５に圧油を供
給する吐出量可変形、例えば電磁比例レギュレータ付の
カッタヘッド用油圧ポンプである。７はカッタ駆動用の
油圧供給ラインである。
機のカッタトルク制御装置の全体構成図である。１はシ
ールド掘進機本体、２はバルクヘッド、３は軸に回転可
能に支持されたカッタヘッド、４はシールド掘進機本体
１の内側に円周に沿って配置されたシールドジャッキ、
５は油圧モータである。６は、油圧モータ５に圧油を供
給する吐出量可変形、例えば電磁比例レギュレータ付の
カッタヘッド用油圧ポンプである。７はカッタ駆動用の
油圧供給ラインである。
【００１３】８はシールドジャッキ用油圧ポンプ、９は
シールドジャッキ駆動用の油圧供給ラインである。
シールドジャッキ駆動用の油圧供給ラインである。
【００１４】１０は、カッタトルク検出手段である。１
１はカッタヘッド回転速度検出手段であり、カッタヘッ
ド旋回ギヤの回転速度からカッタヘッドの回転速度を検
出する。１２は制御開始レベル設定器である。１３は、
カッタヘッド３の回転速度を検出するカッタヘッド回転
速度補正量演算手段であり、カッタトルク検出値ＴCか
ら設定された制御開始レベルＴLを引算してカッタトル
クの超過量を求め超過量が正のときだけ、カッタヘッド
回転速度の補正量△ＶCに換算する回路である。１４
は、カッタヘッド３の回転速度を設定するカッタヘッド
回転速度設定器であり、操作盤面に取付けられ、オペレ
ータの操作によりカッタヘッド回転速度を任意に設定で
きるようになっている。
１はカッタヘッド回転速度検出手段であり、カッタヘッ
ド旋回ギヤの回転速度からカッタヘッドの回転速度を検
出する。１２は制御開始レベル設定器である。１３は、
カッタヘッド３の回転速度を検出するカッタヘッド回転
速度補正量演算手段であり、カッタトルク検出値ＴCか
ら設定された制御開始レベルＴLを引算してカッタトル
クの超過量を求め超過量が正のときだけ、カッタヘッド
回転速度の補正量△ＶCに換算する回路である。１４
は、カッタヘッド３の回転速度を設定するカッタヘッド
回転速度設定器であり、操作盤面に取付けられ、オペレ
ータの操作によりカッタヘッド回転速度を任意に設定で
きるようになっている。
【００１５】１５はカッタヘッド速度指令補正手段で、
カッタヘッド回転速度設定値ＶOからカッタヘッド回転
速度補正量△ＶCを引算して、カッタヘッド回転速度指
令値ＶCを出力する回路である。１６は油量制御器で、
カッタヘッド回転速度指令値ＶCとカッタヘッド回転速
度検出値ＶHとが相等しくなるようにカッタヘッド用油
圧ポンプ６の吐出量を制御するための電気信号Ｑを出力
する回路である。
カッタヘッド回転速度設定値ＶOからカッタヘッド回転
速度補正量△ＶCを引算して、カッタヘッド回転速度指
令値ＶCを出力する回路である。１６は油量制御器で、
カッタヘッド回転速度指令値ＶCとカッタヘッド回転速
度検出値ＶHとが相等しくなるようにカッタヘッド用油
圧ポンプ６の吐出量を制御するための電気信号Ｑを出力
する回路である。
【００１６】カッタヘッド回転速度補正量演算手段１３
としては、トルク超過量とカッタヘッド回転速度補正量
との換算値を一定としてあらかじめ、設定した定数をト
ルク超過量に乗算してカッタヘッド回転速度補正量を演
算するものと、上記換算値を可変の効果係数として、効
果係数設定器により任意に設定できるようにしたものと
がある。
としては、トルク超過量とカッタヘッド回転速度補正量
との換算値を一定としてあらかじめ、設定した定数をト
ルク超過量に乗算してカッタヘッド回転速度補正量を演
算するものと、上記換算値を可変の効果係数として、効
果係数設定器により任意に設定できるようにしたものと
がある。
【００１７】図２は、後者の例の詳細構成図で、１７は
カッタトルク検出値ＴCと制御開始レベルＴLとの差△Ｔ
X＝ＴC−ＴLを演算する引算器、１８は信号処理手段で
あり、引算器１７からの出力の符号を判別して、△ＴX
が正のときだけ、トルク超過量△ＴY＝△ＴXを出力し、
△ＴXが負のときは△ＴY＝０とする。１９は効果係数設
定器であり、トルク超過量△ＴYを推進速度補正量△Ｖ
C12に換算するための効果係数を任意に設定することが
できる。２０は乗算器であり、トルク超過量△ＴYと効
果係数Ｋとを乗算してカッタヘッド回転速度補正量△Ｖ
Cを演算する。
カッタトルク検出値ＴCと制御開始レベルＴLとの差△Ｔ
X＝ＴC−ＴLを演算する引算器、１８は信号処理手段で
あり、引算器１７からの出力の符号を判別して、△ＴX
が正のときだけ、トルク超過量△ＴY＝△ＴXを出力し、
△ＴXが負のときは△ＴY＝０とする。１９は効果係数設
定器であり、トルク超過量△ＴYを推進速度補正量△Ｖ
C12に換算するための効果係数を任意に設定することが
できる。２０は乗算器であり、トルク超過量△ＴYと効
果係数Ｋとを乗算してカッタヘッド回転速度補正量△Ｖ
Cを演算する。
【００１８】図３の横軸はカッタヘッド回転速度、縦軸
はカッタトルクを表す。Ｉ、IIの斜線はカッタヘッド回
転速度が増加するに従いカッタビットの切削深さが減る
ために切削トルクは減少していく傾向があるので、定性
的には本図に示すような特性を有していると考えられ、
特に全カッタトルクにしめる切削トルクの割合が高い岩
盤切削では顕著な傾向が見られる。ＩとIIの差は掘削地
山の性状の変化により撹拌トルクが増減した場合や切削
トルク自体が増減した場合を想定することができる。
はカッタトルクを表す。Ｉ、IIの斜線はカッタヘッド回
転速度が増加するに従いカッタビットの切削深さが減る
ために切削トルクは減少していく傾向があるので、定性
的には本図に示すような特性を有していると考えられ、
特に全カッタトルクにしめる切削トルクの割合が高い岩
盤切削では顕著な傾向が見られる。ＩとIIの差は掘削地
山の性状の変化により撹拌トルクが増減した場合や切削
トルク自体が増減した場合を想定することができる。
【００１９】今、仮に特性線Ｉ上のＡ点で運転している
場合を考えると、Ａ点のカッタトルクＴCAが制御開始レ
ベルＴL（例えば１７５kg／cm2）より低いため、カッタ
ヘッド回転速度補正は行なわれず、従ってカッタヘッド
回転速度ＶHAは頭初設定したカッタヘッド回転速度ＶO
に維持されている。
場合を考えると、Ａ点のカッタトルクＴCAが制御開始レ
ベルＴL（例えば１７５kg／cm2）より低いため、カッタ
ヘッド回転速度補正は行なわれず、従ってカッタヘッド
回転速度ＶHAは頭初設定したカッタヘッド回転速度ＶO
に維持されている。
【００２０】次に地山の性状の変化などにより特性線が
IIに変化してカッタトルクがＢ点を目指して上昇してい
った場合を考えると、例えばＢ点ではカッタトルクＴCB
＞ＴLとなるため、図２の引算器１７から出力される△
ＴXが正の値となり、それに応じて信号処理手段１８か
らトルクの超過量△ＴYが出力され、この△ＴYが乗算器
でカッタヘッド回転速度補正量△Ｖｃに換算されて、図
１のカッタヘッド回転速度指令補正手段１５に入り、そ
の結果、カッタヘッド回転速度指令値ＶCは、図３に示
すようにＶHCまで上がろうとする。ところでカッタヘッ
ド回転速度がＶHCになった時には、カッタトルクＴCCま
で下がるはずであるから、トルク偏差量△ＴXもＣ点に
近付くにつれて小さくなり、その結果、カッタヘッド回
転速度補正量△ＶCも小さくなっていくので、Ｃ点まで
至らずにＢ−Ｃの中間で安定することになる。
IIに変化してカッタトルクがＢ点を目指して上昇してい
った場合を考えると、例えばＢ点ではカッタトルクＴCB
＞ＴLとなるため、図２の引算器１７から出力される△
ＴXが正の値となり、それに応じて信号処理手段１８か
らトルクの超過量△ＴYが出力され、この△ＴYが乗算器
でカッタヘッド回転速度補正量△Ｖｃに換算されて、図
１のカッタヘッド回転速度指令補正手段１５に入り、そ
の結果、カッタヘッド回転速度指令値ＶCは、図３に示
すようにＶHCまで上がろうとする。ところでカッタヘッ
ド回転速度がＶHCになった時には、カッタトルクＴCCま
で下がるはずであるから、トルク偏差量△ＴXもＣ点に
近付くにつれて小さくなり、その結果、カッタヘッド回
転速度補正量△ＶCも小さくなっていくので、Ｃ点まで
至らずにＢ−Ｃの中間で安定することになる。
【００２１】今仮りに制御開始レベルを装備カッタトル
クの７０％程度に設定し、効果係数ｋを良好に設定した
場合について考えると、掘進時間の大部分でカッタヘッ
ド回転速度が設定速度ＶCに維持され、時々現れるトル
ク上昇に対しては自動的にカッタヘッド回転速度が上昇
して、例えば装備カッタトルクの８０％程度のカッタト
ルクで安定した掘進を持続できる。また、礫層など地山
の負荷の変動の激しい地山を掘削する場には特性IIの状
態は長続きしないので短時間のうちに再びＡ点に戻って
元の運転状態に自動的に復帰する。
クの７０％程度に設定し、効果係数ｋを良好に設定した
場合について考えると、掘進時間の大部分でカッタヘッ
ド回転速度が設定速度ＶCに維持され、時々現れるトル
ク上昇に対しては自動的にカッタヘッド回転速度が上昇
して、例えば装備カッタトルクの８０％程度のカッタト
ルクで安定した掘進を持続できる。また、礫層など地山
の負荷の変動の激しい地山を掘削する場には特性IIの状
態は長続きしないので短時間のうちに再びＡ点に戻って
元の運転状態に自動的に復帰する。
【００２２】図４は、上記のカッタトルクの制御がない
場合のカッタトルク変動状況を模式的に示したもので、
図中の、、、、でカッタトルクがトルク過大
検出レベルを超えるため、シールドジャッキの停止が頻
発する状況を表している。
場合のカッタトルク変動状況を模式的に示したもので、
図中の、、、、でカッタトルクがトルク過大
検出レベルを超えるため、シールドジャッキの停止が頻
発する状況を表している。
【００２３】図５は同じ地山の条件で上記のカッタトル
クの制御を行なった場合のカッタトルク変動状況を模式
的に示したものである。図５の、はカッタビットが
大礫など突き当って、急激にカッタトルクが上昇した場
合を想定している。このような急激なトルクの上昇に対
しては、カッタヘッド回転速度を上昇させても、それに
よる切削トルクの低減が遅れるために、カッタトルクが
過大領域（例えば装備カッタトルクの９５％）に達する
可能性があり、カッタトルクの過大領域ではカッタヘッ
ド自身が油圧回路のリリーフ弁の動作により停止してし
まうので、カッタ停止状態でカッタビットが地山に過度
くい込むことを防止するためにシールドジャッキを一時
停止させなくてはならない。
クの制御を行なった場合のカッタトルク変動状況を模式
的に示したものである。図５の、はカッタビットが
大礫など突き当って、急激にカッタトルクが上昇した場
合を想定している。このような急激なトルクの上昇に対
しては、カッタヘッド回転速度を上昇させても、それに
よる切削トルクの低減が遅れるために、カッタトルクが
過大領域（例えば装備カッタトルクの９５％）に達する
可能性があり、カッタトルクの過大領域ではカッタヘッ
ド自身が油圧回路のリリーフ弁の動作により停止してし
まうので、カッタ停止状態でカッタビットが地山に過度
くい込むことを防止するためにシールドジャッキを一時
停止させなくてはならない。
【００２４】しかし、図４の、、のようにトルク
上昇が急激でないときはカッタヘッド回転速度の上昇に
より過度のトルク上昇を回避できるので、無制御状態に
比べシールドジャッキの停止頻度は大幅に減少させるこ
とができる。又、土質の変化が大き過ぎてカッタヘッド
の回転数だけでは、カッタトルクの制御がきかない場合
は、シールドジャッキの推進速度を制御できる範囲まで
下げることで対応できる。
上昇が急激でないときはカッタヘッド回転速度の上昇に
より過度のトルク上昇を回避できるので、無制御状態に
比べシールドジャッキの停止頻度は大幅に減少させるこ
とができる。又、土質の変化が大き過ぎてカッタヘッド
の回転数だけでは、カッタトルクの制御がきかない場合
は、シールドジャッキの推進速度を制御できる範囲まで
下げることで対応できる。
【００２５】図１の実施例ではカッタヘッドは油圧駆動
方式であるが、電動駆動方式の場合は、インバータ制御
方式（ベクトルインバータ制御を含む）を採用すれば同
様な方法でカッタトルクを制御し、同様な効果を得るこ
とができる。
方式であるが、電動駆動方式の場合は、インバータ制御
方式（ベクトルインバータ制御を含む）を採用すれば同
様な方法でカッタトルクを制御し、同様な効果を得るこ
とができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果があ
る。
る。
【００２７】（１）推進用のジャッキの推進速度を土質
に応じた適切な速度に保っておくと、推進用のジャッキ
の停止頻度を低減できるので排土装置も頻繁に停止させ
る必要がなくなり、又、排土装置の運転復帰の一連の操
作を頻繁に行なわなくても良くなるので作業能率が向上
し、かつ、掘進工程への影響も軽減される。
に応じた適切な速度に保っておくと、推進用のジャッキ
の停止頻度を低減できるので排土装置も頻繁に停止させ
る必要がなくなり、又、排土装置の運転復帰の一連の操
作を頻繁に行なわなくても良くなるので作業能率が向上
し、かつ、掘進工程への影響も軽減される。
【００２８】（２）推進用のジャッキの推進速度がカッ
タトルクの制御範囲内では土質が変化しても常に一定に
することができるため、付随する排土装置・裏込注入量
・添加材注入量も一定となる。従って、推進用のジャッ
キの速度変化に伴い連動させてこれらの量も変化させる
制御をやらなくてすむため、従来の推進用のジャッキの
速度を可変してカッタトルクを制御させるタイプに比べ
て、操作方法がきわめて簡単となり、自動化もできやす
い。又、自動化する場合でも他の装置を連動させて制御
する必要がないので低コストで実現できる。
タトルクの制御範囲内では土質が変化しても常に一定に
することができるため、付随する排土装置・裏込注入量
・添加材注入量も一定となる。従って、推進用のジャッ
キの速度変化に伴い連動させてこれらの量も変化させる
制御をやらなくてすむため、従来の推進用のジャッキの
速度を可変してカッタトルクを制御させるタイプに比べ
て、操作方法がきわめて簡単となり、自動化もできやす
い。又、自動化する場合でも他の装置を連動させて制御
する必要がないので低コストで実現できる。
【００２９】（３）掘削する地山が色々かわる場合、例
えば岩盤層⇔土丹層⇔砂層⇔粘土層等上記の場合でもそ
の土質に応じたカッタビットの適切な切込み深さをカッ
タヘッドの回転数を変化させるだけで自動的に制御でき
る。
えば岩盤層⇔土丹層⇔砂層⇔粘土層等上記の場合でもそ
の土質に応じたカッタビットの適切な切込み深さをカッ
タヘッドの回転数を変化させるだけで自動的に制御でき
る。
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】カッタヘッド回転速度補正量演算手段の一例を
示す詳細構成図である。
示す詳細構成図である。
【図３】図１の実施例の作用の説明図である。
【図４】無制御状態時のカッタトルク変動状況を模式的
に示した図である。
に示した図である。
【図５】制御状態時のカッタトルク変動状況を模式的に
示した図である。
示した図である。
１…シールド掘進機本体、２バルクヘッド、３…カッタ
ヘッド、４…シールドジャッキ、５…油圧モータ、６…
カッタヘッド用油圧ポンプ、７…油圧供給ライン、１０
…カッタトルク検出手段、１１…カッタヘッド回転速度
検出手段、１２…制御開始レベル設定器、１３…カッタ
ヘッド回転速度補正量演算手段、１４…カッタヘッド回
転速度設定器、１５…カッタヘッド速度指令補正手段、
１６…油量制御器
ヘッド、４…シールドジャッキ、５…油圧モータ、６…
カッタヘッド用油圧ポンプ、７…油圧供給ライン、１０
…カッタトルク検出手段、１１…カッタヘッド回転速度
検出手段、１２…制御開始レベル設定器、１３…カッタ
ヘッド回転速度補正量演算手段、１４…カッタヘッド回
転速度設定器、１５…カッタヘッド速度指令補正手段、
１６…油量制御器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E21D 9/093
E21D 9/06
Claims (7)
- 【請求項１】回転駆動されるカッタヘッドと推進用のジ
ャッキとを有するトンネル掘削機において、前記カッタ
ヘッドのカッタトルクの増加に合わせて該カッタヘッド
の回転速度を増加させるように制御し地山の切削抵抗を
減少させることによりカッタトルクの変動を抑制し、前
記推進用のジャッキの推進速度を土質に応じて予め設定
された推進速度に保持することを特徴とするトンネル掘
削機のカッタトルクの制御装置。 - 【請求項２】カッタヘッドのカッタトルクを検出する手
段と、カッタトルク制御の開始レベルを任意に設定する
ことができる制御開始レベル設定器と、前記カッタトル
ク検出手段により検出されたカッタトルクが前記制御開
始レベルの設定を超過したときに該超過量に応じて前記
カッタヘッドの回転速度の補正量を演算するカッタヘッ
ド回転速度補正量演算手段と、カッタヘッド回転速度を
任意に設定することができるカッタヘッド回転速度設定
器と、前記カッタヘッド回転速度の補正量を前記カッタ
ヘッド回転速度の設定値から引算してカッタヘッド回転
速度指令値として出力するカッタヘッド回転速度指令補
正手段と、前記カッタヘッド回転速度指令値と前記カッ
タヘッド回転速度検出値とが相等しくなるように前記カ
ッタヘッドの回転速度を制御する制御器とを備えたこと
を特徴とするトンネル掘削機のカッタトルク制御装置。 - 【請求項３】請求項２に記載したトンネル掘削機のカッ
タトルク制御装置において、カッタヘッドの回転数速度
補正量演算手段は、カッタトルク検出値からカッタトル
ク制御開始レベルを引算する引算器と、該引算器からの
出力の符号を判別し、正のときだけ前記引算器からの出
力をトルク超過量として出力する信号処理手段と、該信
号処理手段から出力されるトルク超過量をカッタヘッド
回転速度の補正量に換算するための効果係数を任意に設
定することができる効果係数設定器と、前記信号処理手
段から出力されるトルク超過量と前記効果係数設定器に
より設定された効果係数とを乗算する乗算器とで構成さ
れていることを特徴とするトンネル掘削機のカッタトル
ク制御装置。 - 【請求項４】請求項２に記載したトンネル掘削機のカッ
タトルク制御装置において、前記カッタヘッドの回転速
度を制御する制御器が、供給油量を制御する油量制御器
であることを特徴とするトンネル掘削機のカッタトルク
制御装置。 - 【請求項５】回転駆動されるカッタヘッドと推進用のジ
ャッキとを有するトンネル掘削機におけるカッタヘッド
のカッタトルクの制御方法であって、前記カッタトルク
の増加に合わせて該カッタヘッドの回転速度を増加させ
るように制御し地山の切削抵抗を減少させることにより
カッタトルクの変動を抑制し、前記推進用のジャッキの
推進速度を土質に応じて予め設定された推進速度に保持
することを特徴とするトンネル掘削機のカッタトルクの
制御方法。 - 【請求項６】回転駆動されるカッタヘッドと推進用のジ
ャッキとを有するトンネル掘削機におけるカッタヘッド
のカッタトルクの制御方法であって、カッタヘッドのカ
ッタトルクを検出し、制御開始レベル設定器によりカッ
タトルク制御の開始レベル及びカッタヘッド回転速度を
設定し、検出された前記カッタトルクが前記設定された
制御開始レベルを超過したときに該超過量に応じてカッ
タヘッドの回転速度の補正量を演算し、前記カッタヘッ
ド回転速度補正量を前記カッタヘッド回転速度設定値か
ら引算してカッタヘッド回転速度指令値として出力し、
前記カッタヘッド回転速度指令値と前記カッタヘッド回
転速度検出値とが相等しくなるように前記カッタヘッド
の回転速度を制御し、前記カッタトルクがカッタトルク
制御開始レベルを超えて上昇したときだけ、その超過量
に見合った分、カッタヘッドの回転速度を上げ、カッタ
トルクがカッタトルク制御開始レベル以下の時はカッタ
ヘッドの回転速度を設定値に維持し、推進用のジャッキ
の推進速度を土質に応じて予め設定された推進速度に保
持するようにしたことを特徴とするトンネル掘進機のカ
ッタトルク制御方法。 - 【請求項７】請求項６に記載したトンネル掘削機のカッ
タトルク制御方法において、前記トルクの超過量をカッ
タヘッド回転速度の補正量に変換するための効果係数を
可変とし、土質に応じて最適の効果係数を設定できるよ
うにしたことを特徴とするトンネル掘進機のカッタトル
ク制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20110094A JP3463703B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | トンネル掘削機のカッタトルクの制御装置及び制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20110094A JP3463703B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | トンネル掘削機のカッタトルクの制御装置及び制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0860983A JPH0860983A (ja) | 1996-03-05 |
| JP3463703B2 true JP3463703B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=16435403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20110094A Expired - Fee Related JP3463703B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | トンネル掘削機のカッタトルクの制御装置及び制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3463703B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107152286A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-12 | 中船重型装备有限公司 | 一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107246271B (zh) * | 2017-06-28 | 2019-04-05 | 浙江大学 | 一种盾构机刀盘驱动系统的驱动轴扭矩协调分配控制方法 |
| CN108166985B (zh) * | 2017-12-06 | 2019-06-11 | 浙江大学 | 一种基于驱动轴扭矩估计的盾构机刀盘驱动系统的控制方法 |
| CN111289203B (zh) * | 2020-02-27 | 2024-07-09 | 北京交通大学 | 一种进行盾构机刀具室内碰撞试验的装置和方法 |
| CN112832797B (zh) * | 2021-03-19 | 2022-12-06 | 安徽唐兴装备科技股份有限公司 | 一种刀盘脱困驱动装置及脱困方法 |
| CN113032926B (zh) * | 2021-03-30 | 2024-02-02 | 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司 | 基于数据驱动的隧道掘进机刀盘启动扭矩计算方法 |
| CN113489403B (zh) * | 2021-07-06 | 2022-02-15 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种盾构机驱动系统的多电机均载协同控制装置及方法 |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP20110094A patent/JP3463703B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107152286A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-12 | 中船重型装备有限公司 | 一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0860983A (ja) | 1996-03-05 |
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