JP5501849B2 - 工事用運搬車両の運行方法 - Google Patents

Description

本発明は、発進基地と作業場所との間を予め定められた経路に沿って走行し、発進基地で積込んだ資材（機材を含む）を作業場所へ搬送する、工事用運搬車両、及び、その運行方法に関する。

工事用運搬車両、例えば、シールドトンネル工事用運搬車両は、発進基地である立坑（坑口）にてシールドトンネル工事用の資材であるセグメントを積込み、坑道内に敷設されたレールに沿って、作業場所（資材使用場所）である切羽まで走行し、荷卸しを行う（特許文献１参照）。
このようなシールドトンネル工事用運搬車両は、通常、バッテリ駆動の牽引車（自走台車）と、この牽引車に連結されたセグメント搬送台車とから構成されている（特許文献１の段落番号００１１参照）。

尚、牽引車搭載のバッテリの通常の容量では、例えば、片道２ｋｍ程度のトンネルで１０往復程度の仕事が可能であるが、それ以上の距離では、運搬を休止して、バッテリを充電するか、又は予め充電しておいた積替え用のバッテリに交換していた。バッテリの充電や交換の回数を少なくするために、バッテリの容量を大きくすると、重量が重くなって、モータ出力まで増やすこととなり、車両が大型化して、トンネル断面に入らないからである。

特開２００１−２００７００号公報

工事においては、資材積込み場所である発進基地として十分な面積のヤードを確保できないことが多く、積込み機械との位置関係により、積込み時に各台車を頻繁に移動する必要がある。資材使用場所である作業場所での荷卸し時についても同様である。
しかし、従来の牽引車に連結されて移動する被牽引台車は自走できないため、積込み時・荷卸し時の各台車の短い距離の移動や車線の変更に伴う短い距離の移動には牽引車が必要であった。従って、牽引車と各台車の連結・解放を繰り返す必要があり、積込み時・荷卸し時の作業は煩雑であった。

また近年、発進基地から作業場所までの距離が長距離化する傾向から、バッテリの充電や交換を行うことなく、長距離走行を繰り返し行い得るようにすることが求められている。
本発明は、このような実状に鑑み、発進基地や作業場所での台車の自在な移動の要求と、発進基地と作業場所との間での長距離走行の要求とに応えることができ、効率的な運行を可能とする工事用運搬車両及びその運行方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る工事用運搬車両は、牽引車と、１以上の資材搬送用の台車と、前記牽引車と前記台車とを連結する連結器と、を含んで構成される。そして、前記牽引車は、少なくとも、エンジンを動力源とする発電機と、この発電機から供給される電力で動作する自走用のモータと、を有する。前記台車は、少なくとも、前記発電機から供給される電力で充電されるバッテリと、前記発電機及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される電力で動作する自走用のモータと、を有する。前記連結器は、前記牽引車と前記台車とを切離し可能に連結すると共に、前記牽引車の発電機側の電力線と前記台車のバッテリ及びモータ側の電力線とを切離し可能に連結する。

また、本発明に係る工事用運搬車両の運行方法として、１台の牽引車に対し、１以上の台車を２編成用意し、前記牽引車にいずれか一方の１編成目の台車を連結して、牽引車の発電機で牽引車及び台車のモータを動作させて発進基地と作業場所との間を走行し、余剰電力で台車のバッテリを充電した後、その台車を切離し、切離した台車を自車のバッテリに充電されている電力により自走させて資材の積卸し（積込み又は荷卸し）を行い、この積卸し中に、前記牽引車に他方の２編成目の台車を連結して走行することを提案する。

本発明に係る工事用運搬車両は、発進基地と作業場所との間を長距離走行するときは、牽引車に台車を連結して、主に牽引車の発電機から供給される電力で牽引車及び台車のモータを動作させて、走行することができる。そして、このときに、余剰電力で台車のバッテリを充電することができる。
従って、台車は、牽引車から切離されても、自車のバッテリから供給される電力でモータを動作させて、自走することができる。これにより、台車は、発進基地や作業場所において、資材の積卸しのために、自在に移動することができる。

また、本発明に係る工事用運搬車両の運行方法によれば、１編成目の台車の積卸し中に、牽引車により２編成目の台車を走行させることができ、積卸し中に牽引車を無駄に遊ばせることが少なくなり、１台の牽引車で２編成の台車を効率的に運行することができる。

本発明の一実施形態における工事用運搬車両の概略図 同上の工事用運搬車両の電気系統を示す概略図 走行路の説明図 編成例を示す図 運行方法の説明図 他の実施形態での工事用運搬車両の電気系統を示す概略図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態における工事用運搬車両の概略図、図２は同上の工事用運搬車両の電気系統を示す概略図、図３は走行路の説明図である。
本実施形態の工事用運搬車両は、シールドトンネル工事用運搬車両であり、図３を参照し、発進基地である立坑１０１と作業場所である切羽１０２との間を、坑道１０３内に敷設したレール１０４に沿って走行し、主にシールドトンネル工事用の資材であるセグメント（図１のＳ）の搬入を行う。すなわち、立坑１０１にてセグメントを積込んで、切羽１０２まで走行し、荷卸しを行う。

この工事用運搬車両は、例えば１編成２〜５両（図１では４両）で、１両を牽引車（電源車；発電機搭載自走台車）１、残りを資材搬送用の台車（セグメント搬送自走台車）２とする。
牽引車１は、図１に示されるように、少なくとも、エンジン（例えばディーゼルエンジン）を動力源とする発電機（ディーゼル発電機）１１と、発電機１１から供給される電力で駆動される自走用のモータ１２とを有し、制御部１３の制御下で、このモータ１２により車輪（軌道輪）１４を駆動して走行する。

牽引車１の電気系統について、図２を参照して、より詳しく説明すると、ＡＣ／ＤＣ変換器１５とモータ駆動用インバータ１６とを有し、発電機１１からモータ（ＡＣモータ）１２への電力の供給は、発電機１１からの交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器１５にて直流電力に変換し、この直流電力をモータ駆動用インバータ１６にて疑似交流電力に変換してモータ１２に供給する。このようにしてインバータ１６を用いることで、速度制御を容易としている。

台車２は、図１に示されるように、シールドトンネル工事用の資材であるセグメントＳを積載して搬送するもので、少なくとも、牽引車１の発電機１１から供給される電力で充電されるバッテリ２１と、牽引車１の発電機１１及び自車のバッテリ２１の少なくとも一方から供給される電力で駆動される自走用のモータ２２とを有し、制御部２３の制御下で、このモータ２２により車輪（軌道輪）２４を駆動して走行する。尚、台車２は、牽引車１の発電機１１及び自車のバッテリ２１から供給される電力を使用してモータ２２を駆動することにより、資材を積載するための必要なスペースを確保している。

台車２の電気系統について、図２を参照して、より詳しく説明すると、ＡＣ／ＤＣ変換器２５とモータ駆動用インバータ２６とを有し、ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、牽引車１の発電機１２から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ２１に供給する。ＡＣ／ＤＣ変換器２５の出力はまたバッテリ２１の出力と共にインバータ２６を介してモータ（ＡＣモータ）２２に印加される。ここで、インバータ２６はＡＣ／ＤＣ変換器２５及びバッテリ２１の少なくとも一方から供給される直流電力を速度制御可能な疑似交流電力に変換してモータ２２を駆動する。

牽引車１と台車２とは、連結器３により連結され、また解放される。
連結器３は、図１に示されるように、牽引車１と台車とを切離し可能に連結すると共に、図２に示されるように、牽引車１の発電機１１側の電力線ＰＬ１と台車２のバッテリ２１及びモータ２２側（ＡＣ／ＤＣ変換器２５側）の電力線ＰＬ２とを切離し可能に連結する。従って、連結器３は、牽引車１と台車２とを機械的及び電気的に連結し、またこの連結を解除することができる。尚、台車２と台車２との間も連結器３により同様に連結される。連結器３には、機械的なものとして、例えば、リンク式、ピン式、ピン・リンク式、ボルト・ナット式又はワイヤーロープを利用したもの等を使用することができる。電気的なものとしては、例えば、電線コネクター、接続端子等を使用することができる。

牽引車１の制御部１３は、自車１の走行を制御すると共に連結されている台車２の走行を指令する機能を有する。台車２の制御部２３は、前記指令に基づいて又は単独で自車２の走行を制御する機能を有する。
ここで、牽引車１の制御部１３と台車２の制御部２３とは、牽引車１と台車２との間で、制御線ＣＬ１、ＣＬ２により接続される。従って、前記連結器３は、牽引車１の制御部１３と台車２の制御部２３との間の制御線ＣＬ１、ＣＬ２を、前記電力線ＰＬ１、ＰＬ２と同様に、切り離し可能に連結する。

このようなシールドトンネル工事用運搬車両では、発進基地（資材積込み場所）である立坑１０１で、各台車２にセグメントＳを積込んだ後、作業場所（資材使用場所）である切羽１０２まで搬送する際には、牽引車１と台車２とを連結し、牽引車１を走行方向最後尾にして、走行する。また、切羽１０２で、各台車２からセグメントＳの荷卸しを行った後、立坑１０１まで戻る際には、牽引車１と台車２とを連結し、牽引車１を走行方向先頭にして、走行する。

このように立坑１０１と切羽１０２との間の坑道１０３を長距離走行する場合は、牽引車１に搭載したディーゼル発電機１１により発電を行い、その発電電力により自車１のモータ１２の他、台車２のモータ２２を駆動して、走行する。そして、余剰電力を台車２のバッテリ２２に充電する。
詳しくは、牽引車１では、発電機１１から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器１５により直流電力に変換し、インバータ１６に供給する。インバータ１６では、この直流電力を速度制御可能な疑似交流電力に変換して、モータ１２に印加することで、モータ１２を駆動する。

台車２では、牽引車１の発電機１１から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器２５により直流電力に変換して、バッテリ２１に充電する一方、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の直流電力をインバータ２６により疑似交流電力に変換して、モータ２２に印加することで、モータ２２を駆動する。但し、登り坂などで、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の出力で台車２の動力を賄えなくなったときは、不足分をバッテリ２１より供給する。

また、下り坂などでは、モータ２２を発電機として動作させ、車両の運動エネルギーを回生することができる。より詳しくは、モータ２２を発電機として動作させて（回生トルクを発生させて）、その回生トルクを電力に変換することで、この電力をバッテリ２１に回収すると共に、車輪２４に制動力を生じさせ、いわゆる回生制動を行うことができる。尚、このときは回生トルク指令値に応じた回生制動を行うように、回生トルク指令値に応じてインバータ２６を制御する。

このように立坑１０１と切羽１０２との間の坑道１０３などの長距離を走行する場合には、発電機１１を用いて走行することで、発電機１１の動力源となるエンジンの燃料がある限り走行可能となる。従って、トンネル施工延長が延びるほどに走行距離が長くなっても対応可能となる。
一方、立坑１０１では、台車２へのセグメントの積込みを行い、切羽１０２では、台車２からのセグメントＳの荷卸しを行うが、このような積卸し時、特に積込み時には、積込み機械との位置関係により、台車２を頻繁に移動させる。従って、このときは、牽引車１と台車２との連結を解除し、また、各台車２間の連結も解除して、各台車２を単独で走行可能とする。

このときの移動は頻繁ではあるが短距離であるので、各台車２は、自車のバッテリ２１に充電されている電力を用い、インバータ２６を介して、モータ２２を駆動することで、牽引車（発電機搭載自走台車）１を必要とせずに、自走することができる。これにより、積卸し作業を効率化することができる。
このように立坑１０１又は切羽１０２にて、短距離を移動する場合には、各台車２は、バッテリ２１を用いて走行することで、自在性を向上させることができる。

以上のように、発電機＋バッテリのハイブリッド方式とすることにより、発進基地と作業場所との間を長距離走行するときは、牽引車１に台車２を連結して、主に牽引車１の発電機１１から供給される電力で牽引車１及び台車２のモータ１２、２２を動作させて、走行することができ、このときに、余剰電力で台車２のバッテリ２１を充電することができる。

従って、台車２は、牽引車１から切離されても、自車２のバッテリ２１から供給される電力でモータ２２を動作させて、自走することができる。これにより、台車２は、発進基地や作業場所において、資材の積卸しのために、自在に移動することができる。
因みに、バッテリのみとした場合は、長距離走行のために、バッテリの大容量化が必要であり、バッテリの大型化を招く。また、発電機のみ（バッテリ無し）とした場合は、登り坂での加速時の一時的な最大負荷を考慮して、発電機の発電量を大きくする必要があり発電機の大型化を招く。この結果、バッテリや発電機の大型化により、車両はトンネル断面に入らない寸法となる。

従って、発電機＋バッテリのハイブリッド方式とすることにより、発電機、バッテリと共に、車両寸法の小型化が可能になる。
本実施形態によれば、連結器３は、牽引車１と台車２とを切離し可能に連結すると共に、牽引車１の発電機１１側の電力線ＰＬ１と台車２のバッテリ２１及びモータ２２側（ＡＣ／ＤＣ変換器２５側）の電力線ＰＬ２とを切離し可能に連結する構成とすることにより、機械的連結だけでなく、電気的連結を達成できる。但し、機械的連結と電気的連結は、必ずしも１箇所で行う必要はなく、連結部を別々にしてもよい。

また、本実施形態によれば、牽引車１は、自車の走行を制御すると共に台車２の走行を指令する制御部１３を有し、台車２は、前記指令に基づいて又は単独で自車の走行を制御する制御部２３を有し、前記連結器３は、牽引車１の制御部１３と台車２の制御部２３との間の制御線ＣＬ１、ＣＬ２を切離し可能に連結する構成とすることにより、牽引車１と台車２との連結によって、これらの間での通信・制御が可能となる。

次に、牽引車を１台用いた２編成の運行方法について説明する。
図４は編成例を示す図である。この例では、１台の牽引車（発電機搭載自走台車）１に対し、１編成３両の台車２を２編成用意する。言い換えれば、
牽引車：１両／２編成
台車 ：３両／編成×２編成
とする。

図５は上記のような編成例での運行方法の説明図である。但し、図５では、台車２は、１編成２両とした。また、１編成目の台車２Ａを黒色で示し、２編成目の台車２Ｂを白色で示した。また、図３に示されているように立坑１０１側にトラバーサ１０５を備えるものとした。
（ａ）の状態では、立坑側にセグメント積込み済みの１編成目の台車２Ａとセグメント積込み前の２編成目の台車２Ｂとがあるとすると、牽引車１と１編成目の台車２Ａとを連結して、発進し、（ｂ）のように坑道内を走行する。そして、（ｃ）のように切羽に到着すると、荷卸しを行う。１編成目の台車２Ａの荷卸し後、（ｄ）のようにそのまま逆方向に走行する。

この（ｂ）〜（ｄ）の工程で、立坑では、２編成目の台車２Ｂがトラバーサによりセグメント積込み位置（この例では発進位置）に移動され、セグメントの積込みが行われる。
（ｅ）のように１編成目の台車２Ａが立坑に到着すると、（ｆ）のように、牽引車１が切離されて、トラバーサにより移動され、セグメント積込み済みの２編成目の台車２Ｂと牽引車１とが連結される。

そして、（ｇ）のように発進し、（ｈ）のように坑道を走行する。そして、（ｉ）のように切羽に到着すると、荷卸しを行う。２編成目の台車２Ｂの荷卸し後、（ｊ）のようにそのまま逆方向に走行する。
この（ｈ）〜（ｊ）の工程中、立坑では、１編成目の台車２Ａがトラバーサによりセグメント積込み位置に移動され、セグメントの積込みが行われる。

従って、図５の（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、牽引車１にいずれか一方の１編成目の台車２Ａを連結して走行した後、図５の（ｅ）〜（ｉ）に示されるように、その台車２Ａを切離して資材の積込みを行い、この積込み中に、牽引車１に他方の２編成目の台車２Ｂを連結して走行することができる。従って、積込み中に牽引車１を無駄に遊ばせることが少なくなり、１台の牽引車１で２編成の台車２Ａ、２Ｂを効率的に運行することができる。

ここで示した運行方法では、いずれか一方の１編成目の台車への資材の積込み中に、牽引車に他方の２編成目の台車を連結して走行させることとしたが、切羽側のスペースが大きく、トラバーサ等の使用が可能であれば、いずれか一方の１編成目の台車からの資材の荷卸し中に、牽引車に他方の２編成目の台車を連結して走行させるようにしてもよい。
次に本発明の他の実施形態について説明する。

図６は他の実施形態での工事用運搬車両の概略図であり、本実施形態は牽引車１にもバッテリ１７を搭載したことを特徴としている。
牽引車１の電気系統について、より詳しく説明すると、発電機１１から供給される電力で充電されるバッテリ１７を有し、モータ１２は、発電機１１及びバッテリ１７の少なくとも一方から供給される電力で駆動される。更に詳しくは、ＡＣ／ＤＣ変換器１５とモータ駆動用インバータ１６とを有し、ＡＣ／ＤＣ変換器１５は、発電機１１から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ１７に供給する。ＡＣ／ＤＣ変換器１５の出力はまたバッテリ１７の出力と共にインバータ１６を介してモータ（ＡＣモータ）１２に印加される。ここで、インバータ１６はＡＣ／ＤＣ変換器１５及びバッテリ１７の少なくとも一方から供給される直流電力を疑似交流電力に変換してモータ１２を駆動する。

従って、牽引車１では、発電機１１から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器１５により直流電力に変換して、バッテリ１７に充電する一方、ＡＣ／ＤＣ変換器１５の直流電力をインバータ１６により疑似交流電力に変換して、モータ１２に印加することで、モータ１２を駆動する。但し、登り坂などで、ＡＣ／ＤＣ変換器１５の出力で牽引車１の動力を賄えなくなったときは、不足分をバッテリ１７より供給する。

また、下り坂などでは、モータ１２を発電機として動作させることで、その回生トルクを電力としてバッテリ１７に回収することができる。
本実施形態によれば、牽引車１は、発電機１１から供給される電力で充電されるバッテリ１７を更に有し、牽引車１のモータ１２は、発電機１１及びバッテリ１７の少なくとも一方から供給される電力で動作する構成とすることにより、牽引車１の駆動という観点から見ても、最大負荷時の不足分をバッテリ１７から補うことで、発電機１１の最大発電量を低下させることできる。これは発電機１１の小型化あるいは燃費向上につながるものである。また、発進基地や作業場所にて、台車２を切り離した状態で、牽引車１を発電機１１を作動させずにバッテリ１７のみで静粛かつ無排気で走行させることができ、使い勝手も向上する。

尚、以上では、シールドトンネル工事用運搬車両を例として説明したが、本発明は、発進基地と作業場所との間を予め定められた経路に沿って走行する工事用運搬車両一般に適用可能である。従って、車両の走行方式についても、２本のレール上を鉄車輪で走行する軌道車両に限るものではない。すなわち、レールを利用する場合もレールの本数は２本に限らず、例えば１本としてもよいし、レールを用いない方式としてもよい。また、車輪は鉄車輪でなく、タイヤ車輪でもよく、鉄車輪とタイヤ車輪とを併用してもよい。また、車両の運転は無人運転としてもよいし、有人運転としてもよい。

このように図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 牽引車
２ 台車
３ 連結器
１１ ディーゼル発電機
１２ モータ
１３ 制御部
１４ 車輪
１５ ＡＣ／ＤＣ変換器
１６ モータ駆動用インバータ
１７ バッテリ
２１ バッテリ
２２ モータ
２３ 制御部
２４ 車輪
２５ ＡＣ／ＤＣ変換器
２６ モータ駆動用インバータ

Claims (6)

1. 発進基地と作業場所との間を予め定められた経路に沿って走行する工事用運搬車両の運行方法であって、
   前記工事用運搬車両は、牽引車と、１以上の資材搬送用の台車と、前記牽引車と前記台車とを連結する連結器と、を含んで構成され、
   前記牽引車は、少なくとも、エンジンを動力源とする発電機と、この発電機から供給される電力で動作する自走用のモータと、を有し、
   前記台車は、少なくとも、前記発電機から供給される電力で充電されるバッテリと、前記発電機及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される電力で動作する自走用のモータと、を有し、
   前記連結器は、前記牽引車と前記台車とを切離し可能に連結すると共に、前記牽引車の発電機側の電力線と前記台車のバッテリ及びモータ側の電力線とを切離し可能に連結するものであり、
   前記工事用運搬車両の運行に際して、１台の牽引車に対し、１以上の台車を２編成用意し、
   前記牽引車にいずれか一方の１編成目の台車を連結して、牽引車の発電機で牽引車及び台車のモータを動作させて発進基地と作業場所との間を走行し、余剰電力で台車のバッテリを充電した後、その台車を切離し、切離した台車を自車のバッテリに充電されている電力により自走させて資材の積卸しを行い、この積卸し中に、前記牽引車に他方の２編成目の台車を連結して走行できることを特徴とする、工事用運搬車両の運行方法。
2. 前記牽引車は、自車の走行を制御すると共に前記台車の走行を指令する制御部を有し、
   前記台車は、前記指令に基づいて又は単独で自車の走行を制御する制御部を有し、
   前記連結器は、前記牽引車の制御部と前記台車の制御部との間の制御線を切離し可能に連結することを特徴とする、請求項１記載の工事用運搬車両の運行方法。
3. 前記台車は、ＡＣ／ＤＣ変換器とモータ駆動用インバータとを更に有し、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給し、
   前記モータ駆動用インバータは、前記ＡＣ／ＤＣ変換器及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される直流電力を疑似交流電力に変換して前記モータを駆動することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の工事用運搬車両の運行方法。
4. 前記牽引車は、ＡＣ／ＤＣ変換器とモータ駆動用インバータとを更に有し、
   前記発電機から前記モータへの電力の供給は、前記発電機からの交流電力を前記ＡＣ／ＤＣ変換器にて直流電力に変換し、この直流電力を前記モータ駆動用インバータにて疑似交流電力に変換して前記モータに供給することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の工事用運搬車両の運行方法。
5. 前記牽引車は、前記発電機から供給される電力で充電されるバッテリを更に有し、前記牽引車のモータは、前記発電機及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される電力で動作することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の工事用運搬車両の運行方法。
6. 前記牽引車は、ＡＣ／ＤＣ変換器とモータ駆動用インバータとを更に有し、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給し、
   前記モータ駆動用インバータは、前記ＡＣ／ＤＣ変換器及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される直流電力を疑似交流電力に変換して前記モータを駆動することを特徴とする、請求項５記載の工事用運搬車両の運行方法。

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