JP4618955B2

JP4618955B2 - ELECTR CONTROL DEVICE AND ITS CONTROL METHOD

Info

Publication number: JP4618955B2
Application number: JP2001288993A
Authority: JP
Inventors: 重明足利
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003097200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメントを把持組立するエレクタの制御装置及び制御方法に関し、トンネル掘削機が掘削したトンネル内壁にエレクタで把持したセグメントの組付を行う際に使用するエレクタ制御装置及びその制御方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機が掘削したトンネルの内壁は、セグメントを内壁に沿って組立ることによりシールドしている。セグメントを把持するエレクタの位置や姿勢を制御する技術が提案されており、これによってセグメント組立の自動化が図られ、作業の効率化に大きく貢献している。
エレクタの位置や姿勢を制御する技術としては、人間の視覚や感覚によりエレクタの位置や姿勢を制御する技術の他に、エレクタ側に設けたガイドを既設セグメントに接触させてピッチング、ローリング方向の姿勢を制御し、既設セグメントに新設セグメントを押し当てたときの押圧力を検知してヨーイング姿勢や旋回、前後摺動方向の位置を制御する自動エレクタの技術が提案されている。後者の技術としては特開平４−１６９７００号公報や特開平７−６２９９６号公報に開示されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、水平な線形形状のトンネルばかりでなく、急勾配のトンネルや水平・垂直方向に曲がりくねった形状のトンネルを掘削する作業が求められる機会が増えてきている。このため、これらのトンネルを掘削できる仕様のトンネル掘削機が求められ、開発されてきている。ところが、多様化するトンネル線形に対して、水平な線形形状のトンネルに使用されていたセグメント組立装置をそのまま使用することが難しかった。
前記従来例として記載したエレクタのうち前者（人間の視覚や感覚によりエレクタの位置や姿勢を制御するエレクタ）の中には、油圧アクチュエータに発生する油圧を検出して、これが予め設定しておいた油圧条件値を超えないように制限を加えて、新設セグメントが既設セグメントに当たったときのセグメントの破損を防ぐような制御を行うものがある。
【０００４】
また、前記従来例として記載の後者のものでは、新設セグメントの端面やガイドを既設セグメントに当接させることで新設セグメントを既設セグメントに倣わせて動かし、より正確な位置合わせが行われている。そして自動エレクタの位置姿勢制御用油圧シリンダの油圧が予め設定された所定の圧力と比較されることによりその動作が制御されるものであったり、油圧シリンダに所定値以上の外圧（即ち油圧）が加わったときには油圧シリンダが自由に動けるように構成されるものとなっている。
ところが勾配のきついトンネルの場合には、当然ながらトンネル掘削機自体の傾きに応じてエレクタも傾斜する。この傾斜によってトンネルが水平な状態における場合では重力方向と一致あるいは直交していた力は、重力方向に対して傾きを持つた方向の力として作用する。重量物であるセグメントを把持しているエレクタにとっては、この力の向きの変化は無視できないものである。
即ち、上記で説明した油圧シリンダの動きを制御するために設定された所定の圧力はトンネルの勾配がきつくなってくると、トンネルが水平な状態で設定した所定の圧力では位置・姿勢を保持できなくなる。
【０００５】
トンネルが水平な状態において新設セグメントを既設セグメントに当接させても欠けなどが生じないよう安全に当接するために設定した所定の圧力をそのままトンネルの勾配がきつくなった状態においても用いると、次のような問題が起り得る。即ち、新設セグメントが既設セグメントに当接しているにもかかわらず、さらに押し付けを行いセグメントを欠けさせたり、力不足でまったく動かない状態になったり、あるいはまだ当接していないにもかかわらず当接したものと判断して次の動作を開始してしまう、といった問題が起り得る。
本願発明の目的は、急勾配のトンネルや水平・垂直方向に曲がりくねった形状のトンネルにおいてもエレクタの制御ができるエレクタ制御装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の事項を備えた本願各請求項に係わる発明により効果的に達成される。
即ち、請求項１に係わる発明は、位置・姿勢調整用の油圧アクチュエータの動作を制御してセグメントの把持・組立を行うエレクタ制御装置において、前記油圧アクチュエータの油圧を検出する油圧検出器と、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角が基準の角度にある時の同油圧アクチュエータの油圧条件値を記憶した記憶部と、ピッチング角の設定を行うピッチング角設定部と、前記ピッチング角設定部からのピッチング角によって前記油圧条件値を補正演算する補正演算部と、前記補正演算部による補正後の油圧条件値と前記油圧検出器により検出した油圧との比較により前記油圧アクチュエータの動作を制御する制御部とを有し、
前記油圧アクチュエータの一つであるヨーイングシリンダによる前記セグメントに対する制御における前記油圧条件値は、ヨーイング軸周りの位置を前記セグメントの目標値に設定する位置制御のときには、常に前記目標値で規定される姿勢に前記セグメントが保持されように前記ヨーイングシリンダの圧力を制御する目標圧力が前記油圧条件値であり、前記セグメント等の自重により回転しようとする力に抗しうるだけの圧力を前記ヨーイングシリンダの目標圧力とする圧力制御のときには、所定の圧力以上の圧力が前記ヨーイングシリンダに加わったときにその加わった圧力を打ち消し、上記目標圧力に近づくように前記ヨーイングシリンダを制御する目標圧力が前記油圧条件値であり、前記位置制御から前記圧力制御に切り替わる際の所定の値を油圧条件値とする場合には、前記セグメント等の自重保持圧に、前記セグメントの当接を確認するための圧力を加えた圧力となるように前記ヨーイングシリンダを制御する目標圧力が前記油圧条件値であることを特徴とするエレクタ制御装置にある。
【０００７】
本発明では、位置・姿勢調整用の油圧アクチュエータの動作を制御してセグメントの把持・組付けを行うエレクタの制御装置において、エレクタの動作を決定するための条件値である油圧アクチュエータの油圧条件値に対して、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角に基づく補正を補正演算部において行っている。この補正を行うにあたり、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角が基準の角度にある時の油圧アクチュエータの油圧条件値が予め記憶部に記憶されている。
尚、エレクタは一般的にトンネル掘削機に一体に設けられるものであり、通常トンネル掘削機が傾けばエレクタも同じ角度だけ傾くため、両者のピッチング角は一般的に同じものとなっている。
【０００８】
この予め記憶された油圧アクチュエータの油圧条件値は、演算部により、トンネル掘削機のピッチング（即ち、エレクタのピッチング）による重力方向に対する力の向きの変化を踏まえて補正される。この補正後の油圧条件値に基づいて、従来のエレクタと同様に油圧アクチュエータの動作を制御してセグメントの組立を行う。
この構成を備えたエレクタを用いることで、エレクタは常にピッチング角に応じて油圧アクチュエータの油圧条件値に補正を加えるため、勾配の急なトンネルでも作業者が意図しない動作を起こすことなくセグメントの組立が行える。
【０００９】
請求項２に係わる発明は、位置・姿勢調整用の油圧アクチュエータの動作を制御してセグメントの把持・組立を行うエレクタの制御方法であって、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角が基準の角度にある時の油圧アクチュエータの油圧条件値を予め設定・記憶しておくこと、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角に基づいて前記油圧条件値を補正演算すること、検出した前記油圧アクチュエータの油圧と前記補正後の油圧条件値とを比較すること、同比較結果に基づいて前記油圧アクチュエータの動作を制御すること、であって、
前記油圧アクチュエータの一つであるヨーイングシリンダによる前記セグメントに対する制御における前記油圧条件値として、ヨーイング軸周りの位置を前記セグメントの目標値に設定する位置制御のときには、常に前記目標値で規定される姿勢に前記セグメントが保持されように前記ヨーイングシリンダの圧力を制御する目標圧力を用いること、前記セグメント等の自重により回転しようとする力に抗しうるだけの圧力を前記ヨーイングシリンダの目標圧力とする圧力制御のときには、所定の圧力以上の圧力が前記ヨーイングシリンダに加わったときにその加わった圧力を打ち消し、上記目標圧力に近づくように前記ヨーイングシリンダを制御する目標圧力を用いること、前記位置制御から前記圧力制御に切り替わる際の所定の値を油圧条件値とする場合には、前記セグメント等の自重保持圧に、前記セグメントの当接を確認するための圧力を加えた圧力となるように前記ヨーイングシリンダを制御する目標圧力を用いることを特徴とするエレクタ制御方法にある。
【００１０】
この発明では、予め設定した油圧アクチュエータの油圧条件値をトンネル掘削機のピッチング（即ち、エレクタのピッチング）による重力方向に対する力の向きの変化を踏まえて補正し、この補正後の油圧条件値に基づいて、従来の自動エレクタと同様に油圧アクチュエータの動作を制御してセグメントの把持・組立を行う。
このようにエレクタを制御することで、エレクタには常にピッチング角に応じて油圧アクチュエータの油圧条件値に補正が加えられるため、勾配の急なトンネルでも誤動作を起こすことなくセグメントの把持・組立が行える。
【００１１】
【発明の実施形態】
本発明に係わるエレクタの制御方法を具体的実施例の図面を参照して説明する。
エレクタ１は油圧アクチュエータを用いて位置調整される。すなわち、主に図２において説明する旋回方向と昇降方向（トンネルの径方向）の動作により既設セグメントＳ２に対する粗位置制御が行われ、その後図１において説明するエレクタにおける微動調整機構を用いて新設セグメントＳ１を既設セグメント２に対して組付けるための位置制御を行う。
エレクタを既設セグメントＳ２に対する粗位置制御を行う構成について、図２を用いて説明する。このエレクタの構成は図２の構成に限定されるものではなく、図２はエレクタを既設セグメントＳ２に対する粗位置制御する動きを説明するために使用するものである。
【００１２】
図２に示すように、エレクタはエレクタヘッド１を備えたＵ字形のフレーム２が一対の昇降ジャッキ９を介して旋回リング８に支持される構造となっている。旋回リング８は、図示せぬガイドローラによりトンネル掘削機に回転自在に支承され、図示せぬモータにより旋回駆動される構成となっている。フレーム２は昇降ジャッキ９により旋回リング８に対して半径方向（図２においては上下方向）に昇降駆動できるようになっており、エレクタヘッド１の下面にはセグメントＳを把持する機構が設けられている。
この旋回運動、昇降運動を用いて、セグメントＳを把持したエレクタは大体の位置まで移動するよう制御（粗位置制御）される。なお、粗位置制御には、構造に関する説明は後述するが、トンネル掘削機の推進方向への移動（前後摺動）も含まれることがある。
【００１３】
図１には、エレクタヘッド１部分の微動調整機構を説明する概略図を示す。
エレクタの微動調整機構を説明する構成は図１の構成に限定されるものではなく、図１はエレクタの微動調整機構としての動作を説明するために使用するものである。
エレクタには支持フレーム２に対してトンネル軸心方向（トンネル掘削機の推進方向であって、エレクタの前後摺動方向）に沿って移動可能とされた水平ボックス３と同水平ボックスの下面でセグメントリング方向（トンネルの旋回方向）に周回動作可能な旋回ボックス４を備えている。
【００１４】
以下、この水平ボックス３による旋回を、旋回リング８による旋回と区別するために微旋回と呼ぶこととする。
なお、この微旋回調整機構による微旋回角度は微小なため、必ずしもトンネルの旋回方向の動作（即ち、円弧状の動作）を必要とするわけではなく、図１における左右方向の動作（即ち、直線状の動作）を行うようにしてもよい。
【００１５】
旋回ボックス４の下面にはセグメントリングの半径方向に沿う軸心周り（ヨーイング方向）に回転可能に取り付けられたヨーイングボックス５が、更にその下面部にはセグメントリングの軸心方向（トンネル軸心方向）と平行な軸周り（ローリング方向）に回転可能に取り付けられたローリングボックス６が、また、最外縁部にはトンネル軸心方向に対する上下方向の首振り方向であるピッチング方向に回転可能に取り付けられてセグメントＳの把持部を有するピッチングボックス７が取り付けられている。
【００１６】
さらにこのピッチングボックス７には、既設セグメントの内面に当接可能に張り出されたガイド１１が設けられている。このガイド１１の既設セグメントＳ２への当接状態、及び新設セグメントＳ１と既設セグメントＳ２との端面同士の当接状態により前記各ボックスをそれぞれ駆動する油圧シリンダの油圧に変化が生じる。これらの油圧を条件として各油圧シリンダを動作させることによりエレクタの位置・姿勢が制御される。
即ち、エレクタは、上記各油圧シリンダからなる油圧アクチュエータを制御することにより位置・姿勢制御される。
これらの各ボックスを操作すると、把持された新設セグメントＳ１を任意の方向に摺動・回転させて既設セグメントに対して組込み位置の微調整移動が可能となる。これらの駆動操作は図示しない上記各油圧シリンダを制御することにより行われる。
【００１７】
なお、ガイド１１の既設セグメントＳ２への当接状態を検知するためには、上述のように油圧シリンダの油圧を検出する代わりに、ロードセンサなどの力センサを用いることによって検出することも可能である。
【００１８】
大まかな位置決め（粗位置制御）がなされたエレクタは、図３（ａ）、図４に示すように、まずヨーイング姿勢を保持したままトンネル軸線方向（前後摺動方向）に移動する。この新設セグメントＳ１がヨーイングしていれば、既設セグメントＳ２に当接したときにヨーイングシリンダ１０，１０' の保持油圧が増加する。ヨーイングシリンダ１０，１０' はこれらの保持油圧が所定の値（油圧条件値）に満たないときにはその姿勢を目標値に合わせようとする制御が行われ（位置制御）、油圧差が所定の値を超えたときには、その油圧を目標値に合わせようとする制御（圧力制御）に切り替わる。
【００１９】
ヨーイングシリンダ１０，１０' を位置制御すると言うことは、ヨーイング軸周りの位置を目標値にした場合、常にその姿勢を保持するようにする制御のことであり、例えば図４においてヨーイングシリンダ１０，１０' のストロークが常に同じになるよう制御することである。
ヨーイングシリンダ１０，１０' を圧力制御すると言うことは、ヨーイングシリンダ１０，１０' のセグメント等の自重により回転しようとする力に抗しうるだけの圧力（自重保持圧）を目標値とした場合にあって、所定の圧力以上の圧力が加わったときにその圧力を打ち消し上記目標値に近づくようにヨーイングシリンダ１０，１０' を動作させるよう制御することである。ヨーイングシリンダ１０，１０' を圧力制御する際の目標値は、セグメント等の自重により回転しようとする力に抗しうるだけの圧力（自重保持圧）とし、位置制御から圧力制御に切り替わる際の所定の値（油圧条件値) としては、自重保持圧に当接を確認するための圧力（新設セグメントを既設セグメントに片当たりさせた状態で新設セグメントが破損しない所望の圧力) を加えたものを用いる。自重保持圧は、エレクタの旋回位置などのアクチュエータの姿勢に応じて変化するので、旋回位置・姿勢毎に事前に自重保持圧を定めておく。
【００２０】
図４のように新設セグメントＳ１がヨーイングした状態でエレククに把持され、摺動方向に移動される場合を考えてみる。最初の内、ヨーイングシリンダ１０，１０' は姿勢を保持するよう制御されており保持圧はセグメント自重分しか発生しない。やがて新設セグメントＳ１の端面が既設セグメントＳ２に片当たりすると、ヨーイングシリンダ１０，１０' の保持圧は徐々に大きくなっていき、所定の値を超えた時にこれらヨーイングシリンダ１０，１０' は圧力制御に切り替わる。
【００２１】
圧力制御では、各ヨーイングシリンダ１０，１０' の油圧差が一定の値（自重を保持できる圧力) となるよう制御するため、新設セグメントＳ１は図4 の一点鎮線で示すように既設セグメントＳ２に倣ってヨーイング方向の位置合わせが行われる。前後摺動用の油圧シリンダは位置制御を行っているが、新設セグメントＳ１を既設セグメントＳ２に押しあてた時にセグメントを壊さないように同油圧シリンダの油圧に上限値が設けられている。この上限値を超えないように前後摺動用の油圧シリンダヘの制御出力値を制限している。
以上により、ヨーイング・前後摺動方向の位置決めを行う。
【００２２】
次に図３（ｂ）に示すように、新設セグメントＳ１は微旋回方向（左右摺動方向）に移動される。この微旋回用（または左右摺動用) の汕圧シリンダは前後摺動用シリンダと同様に位置制御されており、新設セグメントＳ１を既設セグメントＳ２に押しあてた時にセグメントを壊さないように同油圧シリンダには上限値が設けられている。この上限値を超えないよう旋回用の油圧シリンダヘの制御出力値を制限している。以上の動作により旋回方向の位置決めがなされる。
なお、エレクタには、既設セグメントＳ２の内面に当接するガイド１１が設けられ、このガイド１１が既設セグメントＳ２に当接する力を検出しながら半径方向、ピッチング方向、ローリング方向の位置決めを行うが、これについては前述した従来の技術と同様にして行えばよいため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２３】
また、これら半径方向、ピッチング方向、ローリング方向の位置決めは、先に説明した前後摺動とヨーイング方向、及び旋回方向の位置決めに対し、先に行うことも後に行うこともあるいはそれらの間で行うことも可能であるが、セグメントを精度良く組立るには先に行うことが望ましい。
【００２４】
図４では、水平方向のトンネルについて新設セグメントＳ１を既設セグメントＳ２に倣わせる方法について説明したが、本願発明の目的である急勾配等のトンネルにおいてもセグメントの組立を行える方法について次に説明する。
セグメントを把持したエレクタが、トンネルの真横（水平) の位置まで旋回した状態を考え、この条件においてトンネルが水平な場合（勾配が０°の状態) を図５（ａ）に、トンネルが角度θの登り勾配である場合を図５（ｂ）に示す。トンネルが水平な場合のセグメントの自重分に見合う圧力をＰａとし、トンネルが角度θの登り勾配の場合のセグメントの自重分に見合う圧力をＰａ' とすると、幾何学的に、
Ｐａ＝Ｐａ' ｃｏｓθ
となり
Ｐａ' ＝Ｐａ／ｃｏｓθ
となる。即ち、
（実際の勾配を考慮したセグメント保持圧）＝（前記各旋回位置におけるセグメント保持圧）／ｃｏｓ（ピッチング角）
により求めることができる。すなわち、水平状態のトンネルに対して求めたセグメント保持圧に対して１／ｃｏｓ（ピッチング角）の補正を行う必要がある。
【００２５】
この関係式は、下り勾配のトンネルにおいても同様となる。
水平状態でのヨーイングシリンダ１０，１０' に加えるセグメントの自重を支えるための圧力（自重保持圧）Ｐａは、トンネルが水平状態のときにおけるエレクタの各旋回位置・姿勢におけるヨーイングシリンダ１０，１０' の圧力を測定して求めておく。
【００２６】
補正式は理論的には上記のようになるが、θの関数として実測値などをもとに近似式として導き出せば、より実際の装置の特性に即したものとなり、より望ましい。
【００２７】
先に、位置制御から圧力制御に切り替わる際の所定の値( 条件値) として、自重保持圧に当接を確認するための圧力（新設セグメントを既設セグメントに片当たりさせた状態で新設セグメントが破損しない所望の圧力) を加えたものを用いることについて説明した。これら自重保持圧等の油圧条件値を、トンネルの勾配（ピッチング角) θに応じたｃｏｓθで除した値に補正することによって、エレクタのヨーイング方向の動きを勾配に対応させて制御することができる。ピッチング角は、トンネル掘削機におけるピッチ姿勢検出器の検出値を用いることができる。あるいはトンネル掘削機におけるピッチ姿勢検出器を用いずに、新たにピッチング角を検出する検出器を設けて、その検出器の検出値を用いることもできる。
【００２８】
以上の説明では、ヨーイング制御においてトンネルに勾配があるとセグメント保持圧がピッチング角にも影響されるので、ピッチング角に基づく補正をどのように行うかを説明した。
次に前後摺動方向の動きに関する制御についてみる。
【００２９】
セグメントを把持したエレクタがトンネルの真下の位置にある状態を考え、この条件においてトンネルが水平である場合を図６（ａ) に示す。トンネルが角度θの下り勾配である場合を図６（ｂ）に示す。
セグメント等の自重をＷとすると、勾配によってこのＷの分力が摺動方向に作用し、その摺動方向のカをＦ₁とすると、
Ｆ₁＝Ｗｃｏｓθ
となる。
前述したとおり、前後摺動用の油圧シリンダには、新設セグメントＳ１を既設セグメントＳ２に押し当てた時にセグメントを壊さないように油圧に上限値が設けられており、この上限値を超えないように前後摺動シリンダへの制御出力値を制限している。この上限値に、トンネルの勾配（ピッチング角）θに応じた摺動方向分力Ｆ₁に対応する圧力を加減（登り勾配のときは加え、下り勾配の時は減ずる) して補正することにより、エレクタの前後摺動方向の動きを勾配に対応させて制御することができる。
【００３０】
補正式は理論的には上記のようになるが、θの関数として実測値などをもとに近似式として導き出せば、より実際の装置の特性に即したものとなり、より望ましい。
【００３１】
エレクタ制御装置について図７を用いて説明する。
まず予め基準のピッチング角（通常は０°) におけるエレクタの油圧アクチュエータである各油圧シリンダ（ヨーイングシリンダ１０，１０' 、前後摺動シリンダ、微旋回シリンダ) の油圧条件値を設定しておき、これを記憶部に記憶させておく。前後摺動、微旋回の各シリンダの油圧条件値は、前述したとおり、セグメントの破損を防止するために設ける油圧上限値である。ヨーイングシリンダ１０，１０' の油圧条件値は、自重保持圧、及び自重保持圧に当接を確認するための圧力を加えたもの（位置制御から圧力制御に切り替わる際の油圧条件値) であり、自重保持圧はエレクタの旋回角度によって異なるため、旋回角度毎に設定しておく。これら油圧条件値を設定するためには、エレクタを基準の旋回角度に設置した状態で実測して求めれば良い。
ピッチング角設定部には、トンネル掘削機又はエレクタに設けた姿勢検出器からのピッチング角が入力されるが、ピッチング角入力装置を設けて手入力によりピッチング角を設定するようにしても良い。
【００３２】
補正演算部では旋回角センサにより検出されるエレクタの旋回角度に応じて記憶部から油圧条件値を読み出し、読み出した油圧条件値を設定されたピッチング角を用いて補正する。補正の内容については前述した通りである。
各油圧シリンダの油圧は圧力検出器により検出されて制御部に入力される。制御部では油圧センサから入力される油圧と補正後の油圧条件値とに基づき、制御出力値を演算し、制御部にて油圧バルブの開口度を制御して油圧シリンダを動作させる。
【００３３】
次に、このエレクタ装置の制御方法について説明する。
図８に示すブロック線図を用いて、前後摺動方向、及びヨーイング方向の制御を行う方法について説明する。エレクタの粗位置決めが完了して、前後摺動、ヨーイング方向の制御を開始すると、まず、ステップＡにおいて、トンネル掘削機又はエレクタのピッチング角を取得するとともに、摺動シリンダ、ヨーイングシリンダ１０，１０' を制御するための条件となる油圧条件値（摺動シリンダの油圧上限値、自重保持圧、当接確認値) を呼び出してくる。
【００３４】
ステップＢでは、ピッチング角によって各油圧条件値を補正する演算を行う。その後ステップＣにおいて、ヨーイングの姿勢は保持したまま（位置制御の状態のまま) 、摺動シリンダの作動を開始し、新設セグメントの端面を既設セグメント端面に押し付ける動作が行われる。
ステップＤでは、ヨーイングシリンダの圧力を検出する。
摺動シリンダの圧力は常に補正後の油圧上限値を超えないようにその制御出力値が制御され続ける。
【００３５】
ステップＥにおいては、ステップＤで検出したヨーイングシリンダの圧力が、自重保持圧と当接薩認のための圧力を加えた値に対してピッチング角による補正を行って演算した値より大きいか否かを判定し、大きい場合にはヨーイングを圧力制御に切り換え（ステシプＦ) 、大きくない場合には位置制御の状態を維持する。
ここで圧力制御とは、ヨーイングシリンダ１０，１０' の圧力が補正後の自重保持圧となるように制御することであり、この状態で摺動シリンダを作動させ続けていけば、新設セグメントは、自重によって勝手に姿勢を変えることなく、既設セグメントの端面に倣ってヨーイングの修正と前後摺動方向の位置決めが行われることとなる。
【００３６】
ヨーイングシリンダ１０、１０’が圧力制御に切り替わることなく位置制御の状態のまま位置決めを完了するのは、ヨーイング方向のずれが最初からまったくなかった場合である。
【００３７】
なお、前述のように摺動シリンダはその圧力が常に補正後の油圧上限値を超えないようにその制御出力値を制御されながら作動し続けるため、ヨーイング修正と前後摺動方向の位置決めが完了した後も前後摺動シリンダは作動し続けることとなるが、摺動シリンダの油圧が上限値を超えた状態を維持したまま一定時間経過しても摺動シリンダの位置が変化しない（伸縮しない) 場合に摺動シリンダの動作を停止させる等の制御を行えばよい。
【００３８】
以上、摺動方向、ヨーイング方向の制御について説明してきたが、これに半径方向、ピッチング方向・ローリング方向の制御を加えてセグメントの位置決めを行い、最後にセグメント間をポルト等で締結して、セグメント組立の一連の作業が完了する。エレクタの、半径方向、ピッチング方向、ローリング方向の制御については、従来の制御と同様に行えば良く、またそれらの動作は前後摺動とヨーイング方向、及び旋回方向の位置決めに対し、先に行うことも後に行うこともあるいはそれらの間で行うことも可能であるが、先に行った方が望ましいことは前述したとおりである。
【００３９】
本案施例においては、ガイド１１を用いてセグメントの位置決めを全て自動で行うエレクタに本発明を適用した例を説明してきたが、ガイドはローリング、ピッチング、昇降方向の位置決めのために必要なものであり、摺動・旋回・ヨーイングの位置決めだけを考えた場合には必要のないものである。従って、本発明はガイドのないエレクタにも当然適用でき、手作業で位置決めを行うエレクタにも適用できる。すなわち油圧アクチュエータの油圧を予め設定した油圧条件値と比較することにより制御する構成を有するエレクタであれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エレクタの構成斜視図である。
【図２】セグメント組立装置の全体構成図である。
【図３】新設セグメントを既設セグメントの組立概略斜視図である。
【図４】新設セグメントの位置制御及び姿勢制御の説明図である。
【図５】ピッチング角と保持圧との関係を説明する図である。
【図６】制御圧とピッチング角との関係を説明する図である。
【図７】エレクタ制御装置の構成図である。
【図８】エレクタの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１エレクタ
２支持フレーム
３水平ボックス
４旋回ボックス
５ヨーイングボックス
６ローリングボックス
７ピッチングボックス
８旋回リング
９昇降ジャッキ
１０、１０' ヨーイングシリンダ
１１ガイド
Ｓセグメント
Ｓ１新設セグメント
Ｓ２既設セグメント[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device and control method for an erector that grips and assembles a segment, and is an erector control device and a control method thereof that are used when assembling a segment gripped by an erector to a tunnel inner wall excavated by a tunnel excavator. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the inner wall of a tunnel excavated by a tunnel excavator is shielded by assembling segments along the inner wall. Techniques have been proposed for controlling the position and orientation of the erector that grips the segment. This makes it possible to automate segment assembly and greatly contribute to the efficiency of work.
In addition to the technology that controls the position and posture of the erector by human vision and senses, the technology for controlling the position and posture of the erector includes the guide provided on the erector side in contact with the existing segment and the posture in the pitching and rolling directions. There is proposed an automatic erector technology that controls the yawing posture, turning, and position in the front-rear sliding direction by detecting the pressing force when the new segment is pressed against the existing segment. As the latter technique, there are those disclosed in JP-A-4-169700 and JP-A-7-62996.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, not only horizontal linear tunnels but also steep tunnels and tunnels that have a shape that twists in the horizontal and vertical directions have been increasingly demanded. For this reason, tunnel excavators having specifications for excavating these tunnels have been demanded and developed. However, it has been difficult to use the segment assembling apparatus used for the horizontal linear tunnel as it is for the diversified tunnel alignment.
Among the erectors described as the conventional examples, the former (the erector that controls the position and posture of the erector by human vision and sense) detects the hydraulic pressure generated in the hydraulic actuator, and this is set in advance. Some control is performed so as to prevent breakage of a segment when a new segment hits an existing segment by limiting so as not to exceed the hydraulic condition value.
[0004]
In the latter case described as the conventional example, the end face of the new segment and the guide are brought into contact with the existing segment, so that the new segment is moved following the existing segment, so that more accurate alignment is performed. Then, the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder for position and orientation control of the automatic erector is controlled by comparing it with a predetermined pressure set in advance, or an external pressure (that is, a hydraulic pressure) greater than a predetermined value is applied to the hydraulic cylinder. When added, the hydraulic cylinder is configured to move freely.
However, in the case of a tunnel with a steep slope, of course, the erector tilts according to the tilt of the tunnel excavator itself. When the tunnel is in a horizontal state due to this inclination, the force that is coincident with or perpendicular to the direction of gravity acts as a force in a direction having an inclination with respect to the direction of gravity. For an erector gripping a heavy segment, this change in force direction is not negligible.
In other words, the predetermined pressure set to control the movement of the hydraulic cylinder described above can maintain the position and posture with the predetermined pressure set with the tunnel in a horizontal state when the tunnel gradient becomes tight. Disappear.
[0005]
If the predetermined pressure set for safe abutment is used even if the new segment is abutted against the existing segment when the tunnel is horizontal, and the tunnel slope is tight, Problems like this can occur. That is, even though the new segment is in contact with the existing segment, it will be pressed further to cause the segment to chip, it will not move at all due to insufficient force, or it will not contact yet It is possible that a problem such as starting the next operation after determining that it has been performed.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an erector control device and a control method therefor that can control an erector even in a steep tunnel or a tunnel having a winding shape in a horizontal / vertical direction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is effectively achieved by the invention according to each claim of the present application including the following matters.
  That is, the invention according to claim 1 is an erector control device that controls the operation of a hydraulic actuator for position / posture adjustment to grip and assemble a segment, a hydraulic pressure detector that detects the hydraulic pressure of the hydraulic actuator, and a tunnel A storage unit that stores a hydraulic condition value of the hydraulic actuator when the pitching angle of the excavator or the erector is at a reference angle, a pitching angle setting unit that sets the pitching angle, and a pitching angle from the pitching angle setting unit A correction calculation unit that corrects and calculates the hydraulic pressure condition value, and a control unit that controls the operation of the hydraulic actuator by comparing the hydraulic pressure condition value corrected by the correction calculation unit and the hydraulic pressure detected by the hydraulic pressure detector.Have
  The hydraulic pressure condition value in the control of the segment by a yawing cylinder that is one of the hydraulic actuators is an attitude that is always defined by the target value in the position control in which the position around the yawing axis is set to the target value of the segment. The target pressure for controlling the pressure of the yawing cylinder so that the segment is held is the hydraulic pressure condition value, and the target pressure of the yawing cylinder is set to a pressure that can resist the force to rotate due to its own weight such as the segment. When pressure control is performed with pressure, when a pressure equal to or higher than a predetermined pressure is applied to the yawing cylinder, the applied pressure is canceled and the target pressure for controlling the yawing cylinder so as to approach the target pressure is the hydraulic pressure condition value. And when switching from the position control to the pressure control. When a constant value is used as the hydraulic pressure condition value, the target pressure for controlling the yawing cylinder to be a pressure obtained by adding the pressure for confirming the contact of the segment to the self-weight holding pressure of the segment or the like is The hydraulic pressure condition valueThere exists in the erector control device characterized by this.
[0007]
In the present invention, the hydraulic condition value of the hydraulic actuator, which is a condition value for determining the operation of the erector, in the control device of the erector that controls the operation of the hydraulic actuator for position / posture adjustment to grip and assemble the segment On the other hand, correction based on the pitching angle of the tunnel excavator or the erector is performed in the correction calculation unit. In performing this correction, the hydraulic condition value of the hydraulic actuator when the pitching angle of the tunnel excavator or the erector is at the reference angle is stored in the storage unit in advance.
Note that the erector is generally provided integrally with the tunnel excavator, and when the tunnel excavator is tilted, the erector is also inclined by the same angle. Therefore, the pitching angles of both are generally the same.
[0008]
The hydraulic condition value of the hydraulic actuator stored in advance is corrected based on the change in the direction of the force with respect to the direction of gravity due to the pitching of the tunnel excavator (that is, the pitching of the erector). Based on the corrected hydraulic pressure condition value, the segment is assembled by controlling the operation of the hydraulic actuator in the same manner as a conventional erector.
By using an erector with this configuration, the erector always corrects the hydraulic pressure condition value of the hydraulic actuator according to the pitching angle. Therefore, even when the tunnel is steep, the segment can be assembled without causing an unintended operation by the operator. Can be done.
[0009]
  The invention according to claim 2 is an erector control method for controlling the operation of the hydraulic actuator for position / posture adjustment to grip and assemble the segment, and the pitching angle of the tunnel excavator or the erector is set to the reference angle. Preliminarily setting and storing the hydraulic condition value of the hydraulic actuator at a certain time, correcting and calculating the hydraulic condition value based on the pitching angle of the tunnel excavator or the erector, the detected hydraulic actuator pressure and the correction Comparing with the subsequent hydraulic condition value, and controlling the operation of the hydraulic actuator based on the comparison resultBecause
  At the time of position control in which the position around the yawing axis is set to the target value of the segment as the hydraulic pressure condition value in the control of the segment by the yawing cylinder that is one of the hydraulic actuators, the posture always defined by the target value A target pressure that controls the pressure of the yawing cylinder so that the segment is held at a predetermined pressure, and a pressure that can resist the force of the segment or the like that tends to rotate due to its own weight. At the time of control, when a pressure equal to or higher than a predetermined pressure is applied to the yawing cylinder, the applied pressure is canceled, and a target pressure for controlling the yawing cylinder so as to approach the target pressure is used. Predetermined value when switching to pressure control When the value is, the self-weight holding pressure such as the segments, the use of a target pressure for controlling the yawing cylinder such that the pressure applied to the pressure for checking the contact of the segmentsThere exists in the erector control method characterized by this.
[0010]
In this invention, the hydraulic condition value of the hydraulic actuator set in advance is corrected based on the change in the direction of the force with respect to the direction of gravity due to the pitching of the tunnel excavator (that is, the pitching of the erector), and based on the corrected hydraulic condition value The segment is gripped and assembled by controlling the operation of the hydraulic actuator in the same manner as a conventional automatic erector.
By controlling the erector in this way, the erector always corrects the hydraulic condition value of the hydraulic actuator according to the pitching angle, so that the segment can be gripped and assembled without causing malfunction even in a tunnel with a steep slope. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A method of controlling an erector according to the present invention will be described with reference to the drawings of specific embodiments.
The position of the erector 1 is adjusted using a hydraulic actuator. That is, the coarse position control is performed on the existing segment S2 mainly by the operation in the turning direction and the up-and-down direction (tunnel radial direction) described in FIG. 2, and then the new segment is adjusted using the fine adjustment mechanism in the elector described in FIG. Position control for assembling S1 to the existing segment 2 is performed.
A configuration in which the erector performs coarse position control on the existing segment S2 will be described with reference to FIG. The configuration of this erector is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and FIG. 2 is used to explain the movement of the erector for coarse position control with respect to the existing segment S2.
[0012]
As shown in FIG. 2, the erector has a structure in which a U-shaped frame 2 having an erector head 1 is supported by a swiveling ring 8 via a pair of lifting jacks 9. The turning ring 8 is rotatably supported on the tunnel excavator by a guide roller (not shown) and is driven to turn by a motor (not shown). The frame 2 can be lifted and lowered in the radial direction (vertical direction in FIG. 2) with respect to the swiveling ring 8 by the lifting jack 9, and a mechanism for gripping the segment S is provided on the lower surface of the erector head 1. Yes.
Using this turning motion and lifting motion, the erector holding the segment S is controlled to move to a rough position (coarse position control). The coarse position control will be described later with regard to the structure, but may include movement of the tunnel excavator in the propulsion direction (sliding back and forth).
[0013]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a fine movement adjusting mechanism of the erector head 1 portion.
The configuration for explaining the fine adjustment mechanism of the elector is not limited to the configuration of FIG. 1, and FIG. 1 is used for explaining the operation as the fine adjustment mechanism of the elector.
The erector is segmented by a horizontal box 3 which is movable along the axial direction of the tunnel with respect to the support frame 2 (the direction in which the tunnel excavator is propelled, and the sliding direction of the erector). A swivel box 4 is provided that can circulate in the ring direction (tunnel turning direction).
[0014]
Hereinafter, the turning by the horizontal box 3 is referred to as a fine turning to distinguish the turning by the turning ring 8.
Since the fine turning angle by the fine turning adjustment mechanism is very small, it does not necessarily require the operation in the turning direction of the tunnel (that is, the arc-shaped operation), but the operation in the left-right direction in FIG. May be performed.
[0015]
A yawing box 5 is mounted on the lower surface of the swivel box 4 so as to be rotatable around the axis center along the radial direction of the segment ring (the yawing direction). ) And a rolling box 6 that is rotatably mounted around an axis parallel to (a rolling direction), and is attached to the outermost edge portion so as to be rotatable in a pitching direction that is a vertical swinging direction with respect to the tunnel axis direction. A pitching box 7 having a grip portion of the segment S is attached.
[0016]
Further, the pitching box 7 is provided with a guide 11 protruding so as to come into contact with the inner surface of the existing segment. A change occurs in the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder that drives each box depending on the contact state of the guide 11 to the existing segment S2 and the contact state of the end surfaces of the new segment S1 and the existing segment S2. The position and posture of the erector are controlled by operating each hydraulic cylinder under these oil pressure conditions.
That is, the position and orientation of the erector are controlled by controlling the hydraulic actuator composed of the hydraulic cylinders.
When each of these boxes is operated, the grasped new segment S1 can be slid / rotated in an arbitrary direction, and a fine adjustment movement of the installation position with respect to the existing segment becomes possible. These driving operations are performed by controlling the hydraulic cylinders (not shown).
[0017]
In order to detect the contact state of the guide 11 with the existing segment S2, it is also possible to detect by using a force sensor such as a load sensor instead of detecting the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder as described above. is there.
[0018]
As shown in FIGS. 3A and 4, the erector that is roughly positioned (coarse position control) first moves in the tunnel axis direction (front-rear sliding direction) while maintaining the yawing posture. If this new segment S1 is yawing, the holding hydraulic pressure of the yawing cylinders 10 and 10 'increases when contacting the existing segment S2. The yawing cylinders 10 and 10 'are controlled so as to adjust their postures to the target values when the retained hydraulic pressure is less than a predetermined value (hydraulic condition value) (position control), and the hydraulic pressure difference reaches a predetermined value. When it exceeds, control is switched to control (pressure control) to adjust the hydraulic pressure to the target value.
[0019]
Controlling the position of the yawing cylinders 10 and 10 'is control for always maintaining the posture when the position around the yawing axis is set as a target value. For example, in FIG. The stroke of 'is always controlled to be the same.
The pressure control of the yaw cylinders 10 and 10 ′ means that the pressure (self-weight holding pressure) that can resist the force to rotate due to the weight of the segments of the yawing cylinders 10 and 10 ′ is a target value. Therefore, when a pressure higher than a predetermined pressure is applied, the yawing cylinders 10 and 10 'are controlled to operate so as to cancel the pressure and approach the target value. The target value for controlling the pressure of the yawing cylinders 10 and 10 ′ is set to a pressure (self-weight holding pressure) that can resist the force to rotate due to the weight of the segment or the like, and is a predetermined value when switching from position control to pressure control. As the value (hydraulic condition value), use the pressure to confirm contact with the self-weight holding pressure (the desired pressure that does not damage the new segment when the new segment is in contact with the existing segment) . Since the own weight holding pressure changes according to the posture of the actuator such as the turning position of the erector, the own weight holding pressure is determined in advance for each turning position and posture.
[0020]
Consider the case where the new segment S1 is gripped by the electric while yawing, as shown in FIG. 4, and moved in the sliding direction. Initially, the yawing cylinders 10 and 10 'are controlled to maintain the posture, and the holding pressure is generated only for the segment's own weight. Eventually, when the end face of the new segment S1 comes into contact with the existing segment S2, the holding pressure of the yawing cylinders 10 and 10 ′ gradually increases, and when the predetermined value is exceeded, the yawing cylinders 10 and 10 ′ perform pressure control. Switch.
[0021]
In the pressure control, since the hydraulic pressure difference between the yawing cylinders 10 and 10 ′ is controlled to a constant value (pressure capable of maintaining its own weight), the new segment S1 is replaced with the existing segment S2 as shown by the one-dot line in FIG. The yawing direction is aligned by copying. The hydraulic cylinder for sliding back and forth performs position control, but an upper limit value is set for the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder so that the segment is not broken when the new segment S1 is pressed against the existing segment S2. The control output value to the hydraulic cylinder for sliding back and forth is limited so as not to exceed this upper limit value.
As described above, positioning in the yawing / sliding direction is performed.
[0022]
Next, as shown in FIG. 3B, the new segment S1 is moved in the fine turning direction (left-right sliding direction). This fine-turning cylinder (or left-right sliding cylinder) is controlled in position in the same way as the front-rear sliding cylinder, so that when the new segment S1 is pressed against the existing segment S2, the same hydraulic cylinder is used. Has an upper limit. The control output value to the hydraulic cylinder for turning is limited so as not to exceed this upper limit value. Positioning in the turning direction is performed by the above operation.
The erector is provided with a guide 11 that comes into contact with the inner surface of the existing segment S2, and performs positioning in the radial direction, the pitching direction, and the rolling direction while detecting the force with which the guide 11 comes into contact with the existing segment S2. Since it may be performed in the same manner as the above-described conventional technique, detailed description thereof is omitted here.
[0023]
In addition, the positioning in the radial direction, the pitching direction, and the rolling direction may be performed before, after, or between the front-rear sliding, yawing direction, and turning direction described above. Although it is possible, it is preferable to perform the segment first in order to assemble the segment with high accuracy.
[0024]
In FIG. 4, the method of copying the newly established segment S1 to the existing segment S2 in the horizontal tunnel has been described. However, a method of assembling the segment even in a tunnel having a steep slope, which is the object of the present invention, will be described next. .
Considering the state where the erector holding the segment has swung to the position just beside (horizontal) of the tunnel, and the tunnel is horizontal under this condition (gradient is 0 °), Fig. 5 (a) shows that the tunnel has an angle θ FIG. 5B shows a case where the slope is an uphill slope. When the pressure corresponding to the weight of the segment when the tunnel is horizontal is Pa and the pressure corresponding to the weight of the segment when the tunnel is climbing at an angle θ is Pa ′, geometrically,
Pa = Pa ′ cos θ
Next
Pa ′ = Pa / cos θ
It becomes. That is,
(Segment holding pressure in consideration of actual gradient) = (Segment holding pressure at each turning position) / cos (pitching angle)
It can ask for. That is, it is necessary to correct 1 / cos (pitching angle) for the segment holding pressure obtained for the horizontal tunnel.
[0025]
This relational expression is the same for the downhill tunnel.
The pressure (self-weight holding pressure) Pa for supporting the own weight of the segment applied to the yawing cylinders 10 and 10 'in the horizontal state is the same as that of the yawing cylinders 10 and 10' in each turning position and posture of the erector when the tunnel is in the horizontal state. Determine the pressure by measuring it.
[0026]
The correction equation is theoretically as described above, but if it is derived as an approximate equation based on an actual measurement value or the like as a function of θ, it is more desirable because it is more in line with the actual device characteristics.
[0027]
First, as a predetermined value (condition value) when switching from position control to pressure control, pressure for confirming contact with its own weight holding pressure (the new segment is damaged while the new segment is in contact with the existing segment) It was explained that the pressure applied was not applied. By correcting the hydraulic pressure condition value such as the self-weight holding pressure to a value divided by cos θ corresponding to the gradient (pitching angle) θ of the tunnel, it is possible to control the movement of the erector in the yawing direction corresponding to the gradient. . As the pitching angle, the detection value of the pitch attitude detector in the tunnel excavator can be used. Alternatively, instead of using the pitch attitude detector in the tunnel excavator, a detector for detecting the pitching angle can be newly provided, and the detection value of the detector can be used.
[0028]
In the above description, since the segment holding pressure is affected by the pitching angle when there is a gradient in the tunnel in yawing control, how to perform the correction based on the pitching angle has been described.
Next, the control related to the movement in the forward / backward sliding direction will be described.
[0029]
FIG. 6 (a) shows a case where the erector holding the segment is at a position directly below the tunnel, and the tunnel is horizontal under this condition. FIG. 6B shows a case where the tunnel has a downward slope with an angle θ.
If the weight of the segment or the like is W, the component force of W acts in the sliding direction due to the gradient.₁Then,
F₁= Wcosθ
It becomes.
As described above, the hydraulic cylinder for sliding back and forth has an upper limit for the hydraulic pressure so as not to break the segment when the new segment S1 is pressed against the existing segment S2. The control output value to the sliding cylinder is limited. In this upper limit value, the sliding direction component force F according to the tunnel gradient (pitching angle) θ₁By correcting by adjusting the pressure corresponding to (added when climbing slope, decreased when descending slope), it is possible to control the movement of the erector in the longitudinal sliding direction corresponding to the slope.
[0030]
The correction equation is theoretically as described above, but if it is derived as an approximate equation based on an actual measurement value or the like as a function of θ, it is more desirable because it is more in line with the actual device characteristics.
[0031]
The erector control device will be described with reference to FIG.
First, the hydraulic condition value of each hydraulic cylinder (yawing cylinder 10, 10 ', front / rear sliding cylinder, fine turning cylinder) which is the hydraulic actuator of the erector at a reference pitching angle (usually 0 °) is set in advance. Is stored in the storage unit. As described above, the hydraulic pressure condition value of each cylinder for forward / backward sliding and fine turning is the upper limit value of hydraulic pressure provided to prevent the segment from being damaged. The hydraulic pressure condition values of the yawing cylinders 10 and 10 ′ are the self weight holding pressure and the self weight holding pressure plus pressure for confirming contact (hydraulic condition value when switching from position control to pressure control). Since the own weight holding pressure varies depending on the turning angle of the erector, it is set for each turning angle. In order to set these hydraulic pressure condition values, they may be obtained by actual measurement with the erector installed at the reference turning angle.
The pitching angle setting unit receives a pitching angle from an attitude detector provided in the tunnel excavator or the erector. However, a pitching angle input device may be provided to set the pitching angle manually.
[0032]
The correction calculation unit reads the hydraulic condition value from the storage unit according to the turning angle of the erector detected by the turning angle sensor, and corrects the read hydraulic condition value using the set pitching angle. The details of the correction are as described above.
The hydraulic pressure of each hydraulic cylinder is detected by a pressure detector and input to the control unit. The control unit calculates a control output value based on the hydraulic pressure input from the hydraulic sensor and the corrected hydraulic pressure condition value, and the control unit controls the opening degree of the hydraulic valve to operate the hydraulic cylinder.
[0033]
Next, the control method of this erector apparatus is demonstrated.
A method for controlling the front-rear sliding direction and the yawing direction will be described with reference to the block diagram shown in FIG. When the rough positioning of the erector is completed and the front and rear sliding and control of the yawing direction are started, first, in step A, the pitching angle of the tunnel excavator or the erector is acquired, and the sliding cylinder and yawing cylinder 10, 10 ′ are obtained. The hydraulic pressure condition values (sliding cylinder hydraulic pressure upper limit value, own weight holding pressure, contact confirmation value) are called.
[0034]
In Step B, calculation is performed to correct each hydraulic pressure condition value by the pitching angle. Thereafter, in step C, the operation of the sliding cylinder is started while the yawing posture is maintained (position control state is maintained), and the operation of pressing the end face of the new segment against the end face of the existing segment is performed.
In step D, the pressure of the yawing cylinder is detected.
The control output value is continuously controlled so that the pressure of the sliding cylinder does not always exceed the corrected hydraulic pressure upper limit value.
[0035]
In step E, whether the yawing cylinder pressure detected in step D is greater than the value calculated by correcting the pitching angle with respect to the value obtained by adding the weight holding pressure and the pressure for recognition of contact. If it is larger, yawing is switched to pressure control (step F), and if not larger, the position control state is maintained.
Here, the pressure control is control so that the pressure of the yawing cylinders 10 and 10 ′ becomes the corrected weight holding pressure. If the sliding cylinder is continuously operated in this state, the new segment is The yawing is corrected and the positioning in the front-rear sliding direction is performed following the end face of the existing segment without changing the posture by its own weight.
[0036]
The positioning of the yawing cylinders 10, 10 'without changing to the pressure control is completed in the case where there is no deviation in the yawing direction from the beginning.
[0037]
As mentioned above, since the sliding cylinder continues to operate while its control output value is controlled so that its pressure does not always exceed the corrected hydraulic pressure upper limit value, the yawing correction and positioning in the front-rear sliding direction are completed. The front and rear sliding cylinders will continue to operate afterwards, but the sliding cylinder position does not change (does not expand or contract) even after a certain period of time with the sliding cylinder hydraulic pressure exceeding the upper limit. Control such as stopping the operation of the sliding cylinder may be performed.
[0038]
The control of the sliding direction and yawing direction has been described above, but the segments are positioned by adding control of the radial direction, the pitching direction and the rolling direction to this, and finally the segments are fastened with a port etc. A series of assembly work is completed. The control of the radial direction, pitching direction, and rolling direction of the erector may be performed in the same manner as the conventional control, and those operations should be performed first with respect to positioning in the forward / backward sliding, yawing direction, and turning direction. Although it is possible to carry out either later or in between, it is preferable to do first as described above.
[0039]
In the present embodiment, the example in which the present invention is applied to an erector that automatically performs segment positioning using the guide 11 has been described. However, the guide is necessary for positioning in the rolling, pitching, and raising / lowering directions. Yes, it is not necessary when considering only the positioning of sliding, turning, and yawing. Therefore, the present invention is naturally applicable to an erector without a guide, and can also be applied to an erector that is manually positioned. That is, the present invention can be applied to any erector that has a configuration in which the hydraulic pressure of the hydraulic actuator is controlled by comparing it with a preset hydraulic condition value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration perspective view of an erector.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a segment assembling apparatus.
FIG. 3 is a schematic perspective view of assembling a new segment and an existing segment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of position control and attitude control of a new segment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a pitching angle and a holding pressure.
FIG. 6 is a diagram for explaining a relationship between a control pressure and a pitching angle.
FIG. 7 is a configuration diagram of an erector control device.
FIG. 8 is a control block diagram of an erector.
[Explanation of symbols]
1 Electa
2 Support frame
3 Horizontal box
4 swivel box
5 Yawing box
6 Rolling box
7 Pitching box
8 Rotating ring
9 Lifting jack
10, 10 'yawing cylinder
11 Guide
S segment
S1 New segment
S2 Existing segment

Claims

In an erector controller that grips and assembles a segment by controlling the operation of a hydraulic actuator for position / posture adjustment,
A hydraulic pressure detector for detecting the hydraulic pressure of the hydraulic actuator;
A storage unit storing the hydraulic condition value of the hydraulic actuator when the pitching angle of the tunnel excavator or the erector is at the reference angle;
A pitching angle setting section for setting the pitching angle;
A correction calculation unit that corrects and calculates the hydraulic pressure condition value by the pitching angle from the pitching angle setting unit;
A control unit that controls the operation of the hydraulic actuator by comparing the hydraulic pressure condition value corrected by the correction calculation unit with the hydraulic pressure detected by the hydraulic pressure detector ;
The hydraulic pressure condition value in the control of the segment by a yawing cylinder that is one of the hydraulic actuators is an attitude that is always defined by the target value in the position control in which the position around the yawing axis is set to the target value of the segment. The target pressure for controlling the pressure of the yawing cylinder so that the segments are held in the hydraulic pressure condition value,
When pressure control is performed so that the target pressure of the yawing cylinder is a pressure that can resist the force to rotate due to the weight of the segment or the like, the pressure is applied when a pressure higher than a predetermined pressure is applied to the yawing cylinder. The target pressure for canceling the pressure and controlling the yawing cylinder so as to approach the target pressure is the hydraulic pressure condition value,
When the predetermined value at the time of switching from the position control to the pressure control is set as the hydraulic pressure condition value, the pressure is a pressure obtained by adding the pressure for checking the contact of the segment to the own weight holding pressure of the segment or the like. Thus, the target pressure for controlling the yawing cylinder is the hydraulic pressure condition value .

A control method for an erector that grips and assembles a segment by controlling the operation of a hydraulic actuator for position / posture adjustment,
Pre-set and store the hydraulic condition value of the hydraulic actuator when the pitching angle of the tunnel excavator or erector is at the reference angle;
Correcting the hydraulic condition value based on the pitching angle of the tunnel excavator or the erector,
Comparing the detected hydraulic pressure of the hydraulic actuator with the corrected hydraulic pressure condition value;
Controlling the operation of the hydraulic actuator based on the comparison result ,
At the time of position control in which the position around the yawing axis is set to the target value of the segment as the hydraulic pressure condition value in the control of the segment by the yawing cylinder that is one of the hydraulic actuators, the posture always defined by the target value Using a target pressure to control the yaw cylinder pressure so that the segments are held in
When pressure control is performed so that the target pressure of the yawing cylinder is a pressure that can resist the force to rotate due to the weight of the segment or the like, the pressure is applied when a pressure higher than a predetermined pressure is applied to the yawing cylinder. Using a target pressure that counteracts the pressure and controls the yawing cylinder to approach the target pressure;
When the predetermined value at the time of switching from the position control to the pressure control is set as the hydraulic pressure condition value, the pressure is a pressure obtained by adding the pressure for checking the contact of the segment to the own weight holding pressure of the segment or the like. A target pressure for controlling the yawing cylinder is used as described above.