JP4020496B2 - Eccentric multi-axis excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらゆる断面形状のトンネルを掘削・建設可能な偏芯多軸掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機は、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。
【0003】
そのため、最近ではいわゆる任意断面トンネル工法と称される新しいトンネル掘削工法及びその工法を実現するための偏芯多軸掘削機が提案されており、上述したような制約の多い都市の道路下の地下空間に対して任意の断面形状を有する効率的なトンネルの掘削・建設を可能とすると共に、実際にその適用も計画されている。
【0004】
この偏芯多軸掘削機は、図6及び図7に示すように例えば断面矩形状をした掘削機フレーム1の前面にこの掘削機フレーム1と相似形をした小型のカッターフレーム2を備えると共に、このカッターフレーム2のカッター支持ビーム3を回転子4を介してカッター駆動軸5に偏芯させてクランク状に連結したものであり、この回転子4をカッター駆動軸5を中心に回転させ、図8(a)〜(d)に示すようにカッターフレーム2を掘削機フレーム1の径方向に平行リンク的に回動させることで掘削機フレーム1と略相似形(矩形状)の断面形状のトンネルを掘削・建設するようにしたものである。
【0005】
従って、この偏芯多軸掘削機の掘削機フレーム1の断面形状と相似形のカッタフレーム2を用いることで上述したような矩形断面の他に、例えば、楕円形断面,円弧状矩形断面,馬蹄形断面,突起付円形断面等のあらゆる断面形状のトンネルを容易に掘削・建設できるようになっている。
【0006】
また、この偏芯多軸掘削機は、任意断面形状のトンネルを掘削・建設できる他に、▲1▼カッターフレーム2に設けられた全てのカッタービット6がそれぞれ独立した同一円形の軌跡を描くように旋回することから各カッタービット6の磨耗が均一となる、▲2▼各カッタービット6の回転半径が小さいため回転トルクを軽減できる等といった長所を有しているため、図9に示すような従来と同様な円形断面の掘削機フレーム1への適用した場合にも優れた効果を発揮することができる。
【0007】
尚、図6,図7中、7は掘削機フレーム1の前端部を仕切る隔壁であるバルクヘッド、8は各カッター駆動軸5を駆動するカッター駆動モータ、9は掘削した土砂を取り出すスクリューコンベア、10はセグメントsを組み立てるためのエレクターである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した偏芯多軸掘削機の場合でも、従来と同様に地山をカーブさせて掘削する際にそのカーブの内周側を余掘りするための余掘り機構が備えたものが提案されている(特開平8−144690号,特開平9−158676号等)。
【0009】
しかしながら、これら従来の余掘り機構は、図10に示すようにカッターフレーム2の外周の一部を構成する外周フレーム2a全体を径方向外方に突出させて余掘りを行うようにしたものであるため、元来掘削すべき進行方向正面の掘削が良好に行われなくなってしまうといったおそれがある。
【0010】
すなわち、通常の掘削時においては、図9に示すように各カッタービット6,6…がカッターフレーム2に所定の間隔で配置された状態となっているため、正面地山に対して均一な掘削が行われることになるが、余掘り時には図10に示すようにフレーム2a全体がその部分に設けられているカッタービット6と共に径方向外方に移動することにより本来位置している部分のカッタービットが無くなってその部分のカッタービット6が不足してしまうため、正面部分の掘削能力が低下してしまうといった不都合が考えられる。
【0011】
また、同図に示すような余掘り機構では、余掘り範囲が外周フレーム2aの突出方向に限定されてしまうため、外周フレーム2aの届かない範囲、例えば斜め方向の余掘りを理想的に行うことが困難であり、周辺地山へ悪影響を及ぼすことが考えられる。
【0012】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、正面部分の掘削能力を低下させることなく、任意の範囲を理想的に余掘りすることができる新規な偏芯多軸掘削機を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、掘削機フレームの先端にその前方の地山を掘削すべく径方向に平行リンク的に回動するカッターフレームを備えた偏芯多軸掘削機において、上記カッタフレームの外縁部に、外周フレームを複数放射状に設けると共に、外周フレームの掘進方向前面にカッタービットを複数設け、それぞれの外周フレームの径方向外方の先端に余掘り用の可動ビットを油圧ジャッキを介して径方向に出没自在に設けたものである。
【0014】
従って、本発明の構成によれば、カッターフレームによる正面部分の掘削と同時に余掘り範囲に位置する可動ビット付きジャッキのみを径方向外方に突出させることで掘進方向の地山に対する掘削能力を低下させることなく、また、余分な地山を余掘することがなく任意の範囲を理想的に余掘りすることができる。
【0015】
また、第二の発明は上記各油圧ジャッキを掘削機フレームの中心から4つ以上の複数のブロックのグループに分割する一方、掘削機フレーム側からカッタフレーム内に上記グループの分割数の油圧ホースを引き延ばし、これら油圧ホースを各グループ毎に分けると共に、各油圧ジャッキに分岐させて接続したものである。
【0016】
すなわち、上記ジャッキとして安定した作動が得られる油圧ジャッキを用い、かつその設置数が多い場合には、それぞれの油圧ジャッキの作動油を供給する油圧ホースや油圧を発生するアクチュエータ等の数も増えてしまい、引き回しや油圧制御が複雑になってしまうが、これら各油圧ジャッキを隣接する二つ以上のグループ単位で纏めて制御するようにすれば、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数が減少すると共にその制御も容易となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は本発明に係る多軸偏芯掘削機の実施の一実施例を示したものであり、図中2は断面円形の掘削機フレーム1先端に設けられた円形のカッターフレーム、7はこのカッターフレーム2の後方に平行に位置する隔壁であるバルクヘッド、9はこのカッターフレーム2で掘削された土砂を搬出するスクリューコンベアである。
【0019】
図示するように、このカッターフレーム2は、その外周を構成すべく円環状をしたリングフレーム11と、このリングフレーム11を補強すべくその内側を横断するように架け渡された梁状の支持フレーム12と、このリングフレーム11の外周に複数放射状,かつ等間隔に設けられたT字状の外周フレーム13,13…とから構成されいる。
【0020】
そして、これらリングフレーム11,支持フレーム12,外周フレーム13,13…の掘進方向前面にはカッタービット6が複数配列されており、これらカッタービット6,6…によって前方の地山が掘削されるようになっている。
【0021】
また、このカッターフレーム2は、リングフレーム11の後方からバルクヘッド7側に延びる6本の支持ビーム3,3,3,3,3,3をそれぞれバルクヘッド7側に回転自在に設けられた6つの回転子4,4,4,4,4,4にクランク状に連結されて偏芯させた状態で支持されている。
【0022】
従って、このカッターフレーム2は、図4(a)〜(b)に示すように従来と同様、掘削機フレーム1の周縁部に沿って平行リンク的に回動することで全てのカッタービット6,6…を同一周速で回動させて前面の地山を均一に掘削できるようになっている。
【0023】
また、図1及び図2に示すように、このカッターフレーム2の外周部を構成する各外周フレーム13,13…の先端にはそれぞれ余掘り用の可動ビット14を備えた可動ビット付きジャッキ15が設けられている。
【0024】
この可動ビット付きジャッキ15は、図3に示すように筒状をしたフレーム本体12a内に収容された油圧ジャッキ16の先端にその余掘り用の可動ビット14を備えたものであり、この油圧ジャッキ16の下端部に接続された油圧ホース17から供給される作動油によってそれぞれの可動ビット14が図2に示すようにカッターフレーム2の径方向に出没されるようになっている。
【0025】
そのため、上述したようにカッターフレーム2を回動させて正面の地山を掘削すると同時にこの油圧ジャッキ16によってその可動ビット14を突出させると、図2に示すようにこの可動ビット14が図中点線に示すような軌跡を描いて回動することとなり、これによって掘削機フレーム1より突出した部分、すなわち図中斜線で塗りつぶされた部分の地山が掘削されて余掘りが行われることになる。
【0026】
従って、例えば、右カーブの掘削を行うべく掘進方向右側の地山を余掘りする場合には、図1に示すようにその部分に位置している各可動ビット付きジャッキ15,15…を駆動させてそれぞれの可動ビット14,14…を径方向外方に突出させた状態でカッターフレーム2を回動することで、掘進方向前方の地山の掘削能力を低下させることなく、掘進方向右側の地山を最適な範囲で余掘りすることができる。また、同様に、左カーブの掘削を行うべく掘進方向左側の地山を余掘りする場合には、先に突出させて可動ビット14,14…を引っ込めると共に、その余掘り側に位置している各可動ビット付きジャッキ15,15…を駆動することによって、また、斜め上方カーブの掘削を行うべく掘進方向斜め上方の地山を余掘りする場合には、同様にその部分に位置している各可動ビット付きジャッキ15,15…を駆動することによってそれぞれの可動ビット14,14…を径方向外方に突出させることで、余分な地山を余掘することなくそれぞれ任意の方向の地山を理想的な範囲で余掘りすることができる。
【0027】
ところで、この可動ビット付きジャッキ15は上述した作用からもわかるようにその設置数が多くなる程、最適な範囲を理想的に余掘りすることが可能となるが、その反面、各可動ビット付きジャッキ15に作動油を供給する油圧ホース17や油圧を発生するアクチュエータ等(図示せず)の数も増大したり、また、それらの構造や制御が複雑になってしまうといった新たな問題が生じてくる。
【0028】
そのため、これら可動ビット付きジャッキ15,15…を隣接する二つ以上のブロックに分割し、各ブロック単位で制御するようにすれば、個々に制御する場合に比べて油圧ホース17やアクチュエータ等の数を大幅に減少することが可能となってその構造が簡略化されると同時に制御も容易となる。
【0029】
例えば、図1に示すように、各可動ビット付きジャッキ15,15…を掘削機フレーム1の中心から縦横に4つのブロックa,b,c,dに分割し、各ブロックa,b,c,d単位に制御し、余掘り範囲を4つのゾーンA,B,C,Dに区画して各ゾーン単位で掘削するようにすれば、掘削機フレーム1側から引き延ばされる油圧ホース17の必要数が原則的に4本で済み、またアクチュエータ等も設置数も大幅に減少する。すなわち、それぞれの油圧ホース17をカッターフレーム2内に引き延ばした後、ここから各ブロック毎にそれぞれ各可動ビット付きジャッキ15,15…側の作動油入口に分岐させて接続させればよいからである。
【0030】
そして、このように4つのブロックa,b,c,dに分割した場合の制御例を説明すると、右カーブの掘削を行うには、図5(a)に示すように掘進方向右側に位置する余掘りゾーンAとBとを余掘りする必要があることから、ブロックa,bの各可動ビット付きジャッキ15,15…を纏めて作動させ、それぞれの各可動ビット14,14…を突出させることでその範囲を最適に余掘りすることができる。また、左カーブの掘削を行う場合には、図5(b)に示すように掘進方向左側に位置するブロックcとdの各可動ビット付きジャッキ15,15…纏めて作動させて余掘りゾーンCとDを、さらに掘進方向上側を余掘りするには、図5(c)に示すようにブロックaとcの各可動ビット付きジャッキ15,15…纏めて作動させて余掘りゾーンAとCを、また掘進方向下側を余掘りするには、図5(d)に示すようにブロックbとd側の各可動ビット付きジャッキ15,15…纏めて作動させて余掘りゾーンBとDを同時に余掘することで最適な範囲を効率良く余掘りすることが可能となる。さらに、例えば、進行方向斜め右上方を余掘りする場合にはブロックaのみあるいはブロックaと共にb,cも一緒に作動させればその範囲を最適に余掘りすることができる。
【0031】
このように本発明は、カッタフレーム2の外縁部に径方向に出没自在な可動ビット付きジャッキ15を複数放射状に備えると共に、隣接する可動ビット付きジャッキ15を複数のグループ単位で制御するようにしたため、任意の位置を最適な範囲で余掘りすることが可能となると共に、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数を必要最小限に抑えることが可能となるため、構造が簡略化されると同時に制御も容易となり、いたずらに複雑になってしまうおそれもない。
【0032】
尚、この可動ビット付きジャッキ15の設置数及び設置間隔は、図1に示されるものに限定されるものでなく必要に応じて適宜増減して設置することはいうまでもないが、この可動ビット付きジャッキ15が備えられる掘削機フレーム1の形状自体も円形に限られず、掘削機フレーム1の断面形状と相似形であれば従来と同様に矩形、楕円形,円弧状矩形,馬蹄形,突起付円形等のあらゆる断面形状であっても同様な作用効果が得られることは勿論である。
【0033】
また、ブロックの分割数も少なくとも4つ以上であれば、掘進方向上下左右の余掘りが可能となり、さらに細かく分割すればより理想的な余掘りを行うことが可能となる。さらに、この可動ビット付きジャッキ15として油圧ジャッキ16に代えて電動ジャッキ等を採用した場合にも給電ケーブル等が必要になるため、同様な作用効果を得ることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、掘進方向の地山の掘削能力を低下させることなく任意の位置を任意の範囲で余掘りすることが可能となるため、周辺地山への悪影響を与えることなく理想的な余掘りを行うことができる。また、カッターフレームに設けられる可動ビット付きジャッキを各ブロック毎に分割制御することにより、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数を必要最小限に抑えることが可能となるため、カッターフレームの構造や制御をいたずらに複雑にすることがなくなり、余掘り機構の作動安定性及び信頼性を向上することができる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏芯多軸掘削機の実施の一形態を示す正面図である。
【図2】図1中R部を示す部分拡大図である。
【図3】図2中X−X断面図である。
【図4】本発明の偏芯多軸掘削機の作動状態を示す説明図である。
【図5】本発明の偏芯多軸掘削機による余掘り例を示す説明図である。
【図6】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図7】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す側面図である。
【図8】従来の偏芯多軸掘削機の作動状態を示す説明図である。
【図9】従来の余掘機構付き偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図10】従来の余掘機構付き偏芯多軸掘削機の作動例を示す正面図である。
【符号の説明】
1 掘削機フレーム
2 カッターフレーム
3 支持ビーム
4 回転子
7 バルクヘッド
9 コンベア
14 可動ビット
15 可動ビット付きジャッキ
16 油圧ジャッキ
a,b,c,d 分割ブロック
A,B,C,D 余掘りゾーン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an eccentric multi-axis excavator capable of excavating and constructing tunnels having any cross-sectional shape.
[0002]
[Prior art]
Since conventional tunnel excavators can only excavate only tunnels with a circular cross section that are wasteful in height and width in principle, when constructing new tunnels in underground spaces with many restrictions such as under urban roads, etc. In many cases, it was difficult to effectively use the excavation itself or its underground space.
[0003]
Therefore, recently, a new tunnel excavation method called so-called arbitrary section tunnel method and an eccentric multi-axis excavator for realizing the method have been proposed. It is possible to excavate and construct an efficient tunnel having an arbitrary cross-sectional shape with respect to space, and its application is also planned.
[0004]
The eccentric multi-axis excavator includes a
[0005]
Accordingly, by using the
[0006]
The eccentric multi-axis excavator can excavate and construct a tunnel having an arbitrary cross-sectional shape, and (1) all
[0007]
6 and 7, 7 is a bulkhead that is a partition wall that partitions the front end of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, even in the case of the above-described eccentric multi-axis excavator, when an excavation is performed by curving a natural ground as in the conventional case, an excavation mechanism for excavating the inner peripheral side of the curve is proposed. (JP-A-8-144690, JP-A-9-158676, etc.).
[0009]
However, in these conventional surplus digging mechanisms, the
[0010]
That is, during normal excavation, the
[0011]
Further, in the surplus digging mechanism as shown in the figure, since the surplus digging range is limited to the protruding direction of the outer
[0012]
Therefore, the present invention has been devised to effectively solve such problems, and its purpose is to ideally excavate an arbitrary range without reducing the excavation ability of the front portion. It is intended to provide a novel eccentric multi-axis excavator.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an eccentric multi-axis excavator provided with a cutter frame that rotates in a parallel link in the radial direction to excavate a ground in front of the excavator frame at the tip. A plurality of outer peripheral frames are provided radially on the outer edge of the cutter frame, a plurality of cutter bits are provided on the front surface of the outer peripheral frame in the direction of digging, and a movable bit for extra digging is provided at the radially outer tip of each outer peripheral frame. It is provided so as to be able to appear and disappear in the radial direction via the .
[0014]
Therefore, according to the configuration of the present invention, only the jack with the movable bit located in the excessive excavation range at the same time as the excavation of the front portion by the cutter frame is protruded outward in the radial direction, thereby reducing the excavation ability for the natural ground in the excavation direction. In addition, it is possible to ideally excavate an arbitrary range without excessive excavation.
[0015]
The second invention divides each of the hydraulic jacks into a group of four or more blocks from the center of the excavator frame, while the number of divided hydraulic hoses is divided into the cutter frame from the excavator frame side. The hydraulic hoses are stretched and divided into groups, and the hydraulic hoses are branched and connected to the hydraulic jacks .
[0016]
In other words, when a hydraulic jack that provides stable operation is used as the jack and the number of installed jacks is large, the number of hydraulic hoses that supply the hydraulic oil of each hydraulic jack, actuators that generate hydraulic pressure, and the like increase. However, routing and hydraulic control become complicated. However, if these hydraulic jacks are controlled in units of two or more adjacent groups, the number of installed hydraulic hoses, actuators, etc. will be reduced. Control is also easy.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 shows an embodiment of a multi-axis eccentric excavator according to the present invention. In FIG. 1, 2 is a circular cutter frame provided at the tip of an
[0019]
As shown in the figure, the
[0020]
A plurality of
[0021]
The
[0022]
Therefore, as shown in FIGS. 4A to 4B, the
[0023]
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a
[0024]
This movable bit-equipped
[0025]
Therefore, as described above, when the
[0026]
Therefore, for example, when excavating the ground on the right side of the excavation direction to excavate the right curve, as shown in FIG. 1, each of the jacks with
[0027]
By the way, as can be understood from the above-described operation, the
[0028]
Therefore, if these jacks with
[0029]
For example, as shown in FIG. 1, each movable bit-equipped
[0030]
An example of control in the case where the block is divided into four blocks a, b, c, and d will be described. In order to excavate the right curve, as shown in FIG. Since it is necessary to excavate the surplus digging zones A and B, the
[0031]
As described above, according to the present invention, a plurality of
[0032]
It should be noted that the number of installed
[0033]
Further, if the number of divisions of the block is at least four or more, it is possible to perform excavation in the up and down direction, left and right, and more ideal overexcavation can be performed by further fine division. Further, when an electric jack or the like is adopted as the movable bit-equipped
[0034]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to excavate an arbitrary position in an arbitrary range without reducing the excavation ability of the natural ground in the excavation direction, so that it is ideal without adversely affecting the surrounding natural ground. Can be done. In addition, by dividing and controlling the jack with a movable bit provided in the cutter frame for each block, it is possible to minimize the number of hydraulic hoses and actuators installed, so the structure and control of the cutter frame can be controlled. There is no need to make it unnecessarily complicated, and it is possible to exhibit excellent effects such as improvement of the operational stability and reliability of the overburden mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of an eccentric multi-axis excavator according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view showing an R portion in FIG. 1;
3 is a sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing an operating state of the eccentric multi-axis excavator of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of excessive excavation by the eccentric multi-axis excavator of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 7 is a side view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 8 is an explanatory view showing an operating state of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 9 is a front view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator with an extra excavation mechanism.
FIG. 10 is a front view showing an operation example of a conventional eccentric multi-axis excavator with an extra excavation mechanism.
[Explanation of symbols]
1
14 Movable bit
15 Jack with movable bit
16 Hydraulic jacks a, b, c, d Dividing blocks A, B, C, D Excavation zone
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