JP5204434B2 - 掘削機用カッターヘッド - Google Patents

Description

本発明は、通常カッターと称される掘削機用カッターヘッドに関する。

カッター型掘削機は、通常、１００ｍまでの非常に深く、深さに比べて幅が非常に小さい溝（trench）を地盤に掘るために用いられる。溝の範囲は一般的には５００ｍｍから１５００ｍｍまでである。係る掘削機の一つの利点は、高精度に垂直であるという要求を満たす深い溝を作ることができることである。穴の溝（trench of the hole）は、隣接するパネルを連続して掘ることによって得られる。

一般的に、カッターは、溝が形成されるように掘削機の機械的案内として機能する非常に高さのある箱構造に構成されている。箱構造の底部には、カッターヘッドがある。これら機械は周知であり、それゆえ、カッターツール（cutter tools）が取り付けられた一対のドラムを通常それぞれ支持する２つのカッターモータによってカッターヘッドが通常構成されていると言ってよい。ドラムの各対は、共通軸の回りを回り、カッターモータの２つの軸は使用時に平行且つ水平である。カッタードラムは、液圧モータによって回転駆動させられる。

様々なタイプの取り付けが可能である。供給者バウアー（Bauer）によって採用された構成では、液圧モータが、カッターヘッド上の箱構造内に配置されている。カッターモータのベアリングを形成する板の厚さ範囲内を通過する小径で実質的に鉛直なシャフトを介して力が伝達される。鉛直なシャフトは、水平シャフトに動きを伝える一対のかさ歯車（bevel gear）と係合している。遊星歯車（epicyclic gear）システムが回転速度を低下させ且つトルクを増大させるので、カッタードラムの効率的な駆動を実現できる。

供給者カサグランド（Casagrande）によって実現された別の構成では、液圧モータがカッターヘッド上の掘削機の箱構造の底部に位置しており、力が伝達チェーン（transmission chain）によってカッタードラムに伝えられる。

ソレタンシュ（Soletanche）名義によるヨーロッパ特許ＥＰ０２６２ ０５０は、内部に単一の液圧モータが取り付けられ且つ減速ギア（reduction gearing）を介してまたは直線伝動（direct transmission）によって液圧モータが接続された、カッタードラムの駆動方法を開示している。液圧力がモータに加えられるやり方は開示されていない。

上述した最初の２つのタイプの掘削機は、カッターヘッド上に液圧モータを有しており、そのためにより複雑でより高価なやり方でモータを取り付けることになるという大きな欠点を有している。特に、カッターヘッドを迅速に交換することが不可能である。

さらに、最初の２つのタイプのカッターに用いられる駆動トランスミッションシステムの要素（歯車装置、減速、チェーン）によって損失が１５％程度と非常に大きくなって、上述したソレタンシュ名義のヨーロッパ特許に記載されたような形態が生じない。

仕事及び掘削される領域（terrain）の特性に応じて、カッタードラムの回転速度及びトルクに関するパラメータが可変であることが好ましいことを追記しておく。

カッターヘッドの厚みは作られる溝の幅によって決定されるものであり、５００ｍｍから１５００ｍｍまでの範囲内にある。本発明は、通常は５００ｍｍから８００ｍｍまでの範囲にある狭い幅の掘削機に関する。

このように厚みが小さい場合、カッタードラムを駆動する手段を提供するに当たって特別な問題が生じることが理解できるであろう。

本発明の目的は、入手可能な従来機よりもトルク及び／又は速度の点でより優れた能力を提供する、カッター型掘削機（excavator machine）用のカッターヘッドを提供することである。能力は、カッターツールが装着されたカッタードラムの直径（通常約１．４ｍｍ）、及び、カッターヘッドの厚さ（好ましくは５００ｍｍから８００ｍｍの間である）によって決定される。

課題を解決するための手段及び効果

本発明によると、上記目的を達成するために、掘削機用のカッターヘッドは少なくとも１つのカッターモータによって構成されており、各カッターモータは、
・留め板と、
・端部及び取り付けアセンブリを備えた取り付け構造と、
・取り付けアセンブリに取り付けられ且つ２つの端部を具備した出力シャフトを有すると共に、留め板と直交する方向に取り付け構造の端部と互いにオフセットしている単一の液圧モータと、
・留め板の厚み範囲内に形成された複数の導管と、
・取り付け構造の端部に形成されて液圧モータを複数の導管に接続する複数のダクトと、
・それぞれが前記出力シャフトの一端に駆動可能に接続された、カッタードラムを取り付けるための２つの縁部と、
前記取り付けアセンブリの外面及び前記取り付け構造の端部の外面にそれぞれ取り付けられた２組のベアリングとを備えており、
前記取り付けアセンブリに取り付けられたベアリングが、前記液圧モータに少なくとも部分的に重なっている（register with）。

液圧モータ取り付けアセンブリと、液圧モータに圧液を供給するダクトを含む取り付け構造の端部とがオフセットしているために、まずカッターモータの一端から液圧モータにアクセス可能となり、次に液圧モータには好ましいことに横方向から圧液が供給される。

さらに、ベアリングの位置のために、液圧モータのシャフト軸に沿って、カッターモータのサイズを最小化することができる。

好ましくは、カッターモータは、カッタードラムを取り付けるための２つの縁部と、２つのベアリングアセンブリとを含んでいる。各縁部は、前記シャフトの一端に駆動可能に接続されている。２つのベアリングアセンブリは、取り付けアセンブリの外面及び取り付け構造の端部の外面にそれぞれ取り付けられている。

さらに好ましくは、カッターモータは、前記複数の導管の一つ及び前記複数のダクトの一つによって搬送される流体の制御下にある液圧モータのシリンダー容積の変化を制御するシステムを更に含んでいる。

本発明のその他の特徴及び利点は、制限されない例としての以下の実施の形態の記述から明らかになる。

図１Ａ及び図１Ｂは、カッター型掘削機の全体形状を示す略図である。この掘削機は、実質的に矩形である横断面のかなり長い箱構造によって構成されている。箱構造の上端１２ａには、カッター１２を支持するために滑車装置（tackle）が通過するプーリー１４が装着されている。箱構造１２の下端１２ｂには、カッターヘッドを構成する２つの同じカッターモータ１６、１８がある。各カッターモータ１６、１８は、２つのカッタードラム２２、２４が取り付けられた留め板（fastener plate）２０によって主に構成されている。２つのカッタードラム２２、２４は、留め板２０の中間平面に対して対称である。本発明は、カッターモータ１６、１８のカッタードラム２２、２４を回転駆動することに関する。

さらに、地盤の切削物を吸引するノズル１７と、吸引源としてのポンプ１９が描かれている。

図２を参照して、カッターモータを構成する一対のカッタードラム２２、２４をどのように回転駆動するかについての一般的構成について説明する。

カッターモータ１６は、留め板２０に固定され且つ留め板２０に形成された軸ＸＸ’の好ましくは円形の開口２８と係合した取り付け構造を備えている。取り付け構造２６は、以下説明するように液圧モータに液体を供給するダクトを支持する端部２９と、液圧モータ３２を収容する取り付けアセンブリ３０とを有している。液圧モータ３２は、固定子３２ａと回転子３２ｂとを備えている。端部２９及び取り付けアセンブリ３０は、カッタードラムの回転軸ＸＸ’に沿って中間平面からオフセットしている。取り付け構造２６は、留め板２０に固定され且つ好ましくは円形の開口２８に係合している。

図２に示す例では、液圧モータ３２の全体が、留め板２０の中間平面の一方側に配置されている。別の態様では、液圧モータ３２が部分的に中間平面の他方側にまで延びていてもよい。

好ましくは、取り付けアセンブリ３０は、端部２９の一側面から延在し且つ液圧モータ３２を収容する円柱型空間を画定する円筒型ブッシング（bushing）によって構成されている。モータは、その固定子３２ａによってブッシングに固定される。この空間は、カッターモータの一端を開放しているので、液圧モータ３２に容易にアクセスすることができる。

液圧モータ３２は、軸ＸＸ’に沿って延びたシャフト４０を中心として、カッターモータの全幅に亘って回転する。

カッタードラムは、液圧モータのシャフト４０の各端部４０ａ、４０ｂにそれぞれ固定された２つの縁部（rims）４２、４４を介して、シャフト４０によって回転させられる。カッタードラムは、縁部４２、４４の外面に取り付けられている。

ベアリング４６、４８は、ブッシング３６の外面３６ａ及び端部２９の外面２９ａと、縁部４２、４４との間に挿入されている。ベアリング４６、４８は、まず地盤に作用するカッターに起因した径方向力を吸収し、次に以下に説明するように液圧モータ３２に圧液が供給されたようなやり方によって生じた軸方向力を吸収するように機能する。加えるに、これらのベアリングは、掘削が行われる地盤の何らかの不均一性によってカッタードラムに加えられるであろう軸推力に起因した軸方向力を吸収できなければならない。

ベアリング４６は、液圧モータ３２に少なくとも部分的に重なっている。そのため、その軸方向に沿って非常にコンパクトなカッターモータを得ることができる。加えて、液圧モータ３２の固定子が取り付けアセンブリ３０すなわち円筒型ブッシング３６に直接留められる。

液圧モータ３２及びその補助装置には、留め板２０の厚さ範囲内に作られた複数の導管５０によって圧液が供給され、次に、取り付け構造２６の端部２９に形成された複数のダクト５２によって圧液が供給される。これらダクトは図２に模式的に示されている。

各導管５０の内側端部はダクト５２の第１の端部に接続されており、ダクトの第２の端部は、ダクトと液圧モータ３２の回転子３２ｂとの間の摺動及び回転接続を提供する分配面５４に接続されている。

分配面５４においては、複数のダクト５２の幾つか（特に液圧モータ用の高圧供給ダクト）を介して供給された加圧液体の動きによって、ベアリング４６、４８によって吸収されなければならない、回転子３２の端面３２ｃに大きな軸推力が加えられる。

図３は、本発明によるカッターモータの一実施の形態の詳細を示している。

図３において、留め板２０の厚さ範囲内には、導管５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅが形成されている。そして、ダクト５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅが導管にそれぞれ接続されている。

導管５０ａは、液圧モータの高圧供給に相当し、導管５０ｅは液圧モータからの低圧オイル排出に相当する。導管５０ｂ及び導管５０ｃは、液圧モータ３２からの内部漏れ廃液、カッターモータの内部圧力をバランスさせるものにそれぞれ相当する。

圧力によって複数の密封パッキン（sealing gasket）をバランスさせるシステムはそれ自体周知である。それゆえ、ここではそのシステムについて説明しない。そのシステムの機能は、ボーリング泥水（drilling mud）がカッターモータ自身の内部に浸入しないようにすることである。

好ましくは、留め板２０の厚さ範囲内に形成された導管５０ａ〜５０ｅは、導管を流れる液体及びその圧力に適合した特性を有する裏打ち（lining）５６によって内部が被覆されている。かかる裏打ちが設けられているときには、遮水性が改善される。

液圧モータの軸に沿ったコンパクトさを改善するために機能する他の特徴は、留め板２０の厚みが小さいこと、一般的には５０ｍｍから６０ｍｍ程度であることである。

これは、特に、取り付け構造２６が取り付けられる留め板２０に円形の開口２８が設けられていることによって達成される。留め板２０の厚さ範囲内には、直線状であって好ましくは裏打ち５６によって被覆された導管５０だけがある。曲げ部は、取り付け構造の端部２９に形成されたダクト５２の一部を形成している。端部２９では、ダクト５２と液圧モータの供給面とを結合するための空間が必要である。

加えて、留め板の厚さを最小化する構造によって、別の目的も達成される。カッターは、高価な特殊構造が採用されない限り、その厚みに対応した範囲に作用することはできない。

また好ましくは、カッターモータには、液圧モータのシリンダー容積の変動を制御する手段（図示せず）が装着される。シリンダー容積制御システムは、それ自体周知である。導管５０ｄ及びダクト５２ｄは、シリンダー容積制御システムを制御する液体を搬送する。実際には、液圧モータ３２は、２つのシリンダー容積を取ることが可能である。

これによって、液圧モータ３２によって配送されカッタードラムに伝えられたトルクを、掘削機が用いられる地盤の特性に適合したものとすることができる。

カッター型掘削機の全体正面図である。 カッター型掘削機の全体側面図である。 カッターモータの主要部を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ線におけるカッターモータの断面図である。

Claims (7)

1. 少なくとも１つのカッターモータを有する掘削機用のカッターヘッドであって、各カッターモータは、
   ・留め板２０と、
   ・端部２９及び取り付けアセンブリ３０を備えた取り付け構造２６と、
   ・前記取り付けアセンブリに取り付けられ且つ２つの端部を具備した出力シャフト４０を有すると共に、前記留め板２０と直交する方向に前記取り付け構造の前記端部と互いにオフセットしている単一の液圧モータと、
   ・前記留め板２０の厚み範囲内に形成された複数の導管５０と、
   ・前記取り付け構造の前記端部に形成されて前記液圧モータを前記複数の導管に接続する複数のダクトと、
   ・それぞれが前記出力シャフトの一端に駆動可能に接続された、カッタードラム２２、２４を取り付けるための２つの縁部４２、４４と、
   前記取り付けアセンブリ３０の外面及び前記取り付け構造の前記端部２９の外面にそれぞれ取り付けられた２組のベアリング４６、４８とを備えており、
   前記取り付けアセンブリ３０に取り付けられた前記ベアリングが、前記液圧モータに少なくとも部分的に重なっているカッターヘッド。
2. 前記２組のベアリングが、前記カッターモータのシャフトの軸方向への力を吸収するのに適していることを特徴とする請求項１に記載のカッターヘッド。
3. 前記カッターモータが、前記複数の導管５０のうちの１つ及び前記複数のダクト５２のうちの１つによって搬送される液体によって制御されている、前記液圧モータ３２のシリンダー容積の変更を制御するためのシステムをさらに含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のカッターヘッド。
4. 前記カッターモータが、前記複数の導管５０のうちの１つ及び前記複数のダクト５２のうちの１つによって液体が供給される、前記カッターモータの複数の密封パッキンの圧力をバランスさせるシステムをさらに含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカッターヘッド。
5. 前記取り付けアセンブリが、前記液圧モータを収容する円柱型空間を画定する円筒型ブッシング３６を備えており、前記ベアリング４６が、前記円筒型ブッシング３６の外面に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカッターヘッド。
6. 前記留め板には、前記取り付け構造２６が係合し且つ留められる開口２８が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカッターヘッド。
7. 前記取り付け構造２６が前記留め板２０に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカッターヘッド。

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