JP5584174B2 - シールド掘進機における推進ジャッキの推力設定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、シールド掘進機において、掘進機本体の周縁線上に配置された複数の推進ジャッキのうち、組立中のセグメントに対応する推進ジャッキ群を不作動とし、不作動の推進ジャッキ群以外の推進ジャッキで既設セグメントから反力を取って推進することが記載されている。また特許文献1では、不作動の推進ジャッキ群に起因して発生する強制的なモーメントを打ち消すように、作動中の推進ジャッキの圧力を制御し、これにより、シールド掘進機をゼロモーメントで推進させている。また特許文献1では、掘進機本体を構成する前胴と後胴とが複数の中折れジャッキにより連結されており、この中折れジャッキを伸縮させることによりシールド掘進機の掘進方向制御を行っている。
図1は、本発明の第1実施形態におけるシールド掘進機の概略構成を示す。
シールド掘進機1は、その掘進機本体2の前面に設けられた回転カッタ2aで地山を掘削しながら土砂を取り込んで後方に搬出して掘進する。
推進ジャッキ6は、シリンダ6aとロッド6bとにより構成される油圧ジャッキである。シリンダ6aは、その一端が掘進機本体2に固定されており、他端側にて、ロッド6bが進出・退入可能となっている。推進ジャッキ6のロッド6bの先端部を既設のセグメント4に当接させた状態で推進ジャッキ6を伸長作動させることにより、シールド掘進機1は推進力を得ることができる。このようにして、推進ジャッキ6は、既設のセグメント4から反力を取ってシールド掘進機1を推進させる。
TQmax>TRmaxの場合には、ステップS6にてTi=TRiとして、本フローを終了する。すなわち、第1の推力目標値TQiの最大値TQmaxが第2の推力目標値TRiの最大値TRmaxより大きい場合には、各推進ジャッキの推力目標値Tiとして、第2の推力目標値TRiを選択する。これにより、推進ジャッキ6の推力の最大値を低く抑制することができるので、セグメント4に局所的に過大な荷重が作用してセグメント4が破損すること、及び、覆工体5が変形することを抑制することができる。
図3は、セグメント組立前における目標ジャッキモーメントMP及び推力目標値TPiの設定方法を示すフローチャートである。図4は、セグメント組立前における推力分布を示す図である。
ここで、目標ジャッキモーメントMPの設定について、図4を用いて説明する。
16本の推進ジャッキ6に対応する推進ジャッキJ1〜J16が掘進機本体2の周縁線上(円周C上)に配置されている場合において、水平及び鉛直の姿勢偏差を修正するために必要な次の掘進目標点を推進ジャッキのための操作目標点と仮定して、上記水平及び鉛直の姿勢偏差から求まる操作目標点までの曲げモーメントを、本実施形態では目標ジャッキモーメントMPと称している。そして、本実施形態では、目標ジャッキモーメントMPを、円周Cの中心Oにおける極座標系の操作強さr1と操作角度θ1とに対応させて表している。すなわち、目標ジャッキモーメントMPの強さが操作強さr1に対応する一方、目標ジャッキモーメントMPの方向(角度)が操作角度θ1に対応する。従って、本実施形態では、制御部10の記憶部に予め入力されて記憶された操作強さr1と操作角度θ1とを読み込むことにより、目標ジャッキモーメントMPが設定される。尚、本実施形態において、操作強さr1は、0≦r1≦1の関係を満たす無次元数であり、後述する直線勾配の推力分布LA1,LB1の勾配率を決定するパラメータである。
推力分担率Piは、以下2つのステップを経て算出される。
(1)図4に示すように、操作角度θ1の延長線が円周Cと交わる点E1と、これとは180度反対側の円周C上の点E2とを求める。
(2)点E1にて最大推力、点E2にて最小推力となるように操作強さr1により決定される直線勾配の推力分布LA1,LB1に従い、推進ジャッキJ1〜J16の位置毎の推力分担率P1〜P16を、2つの点E1,E2を結ぶ軸線AX1で二分されるその両側の各グループA1,B1について、以下の式によりそれぞれ求める。
Pi=[1+[{cos(φi−θ1)+1}/2−1]・r1]×100
ここで、φi[rad]は、推進ジャッキJi(i=1〜16)の取付位置を示す。
再び図3に戻り、ステップS23では、ステップS22にて算出された推力分担率Piと目標総推力Ttotalとに基づいて、各推進ジャッキの推力目標値TPiを算出し、設定する。
MPX=ΣMPXi=Σ(TPi・RC・cos(φi))
MPY=ΣMPYi=Σ(TPi・RC・sin(φi))
ここで、RCは、円周Cの半径である。
図5は、セグメント組立時における第1の推力目標値TQiの設定方法を示すフローチャートである。図6は、セグメント組立時における第1の推力分布を示す図である。
推進ジャッキJ1〜J16が掘進機本体2の周縁線上(円周C上)に配置されている場合において、組立ジャッキ群(図6では推進ジャッキJ9〜J12)の中央位置F1を、周縁線(円周C)の中心Oにおける極座標系の操作角度θ2で表している。換言すれば、組立ジャッキ群の中央位置F1に対応するように、軸線角度θ2が設定されている。ここで、中央位置F1は、本発明における「不作動の推進ジャッキ群の配置範囲内の所定位置」に対応するものである。また、軸線方向強さr2は、後述する第1の推力分布LA2,LB2の勾配率を決定するパラメータであり、無次元数である。
推力分担率Qiは、以下5つのステップを経て算出される。
(1)推進ジャッキJ1〜J16を、軸線角度θ2に対応する軸線AX2の両側に二分される2つのグループA2,B2に分ける。ここで、軸線AX2は、組立ジャッキ群の中央位置F1と、円周Cの中心Oとを通る直線である。
(2)各グループA2,B2について、軸線AX2の方向に傾斜する勾配を有する第1の推力分布LA2,LB2を設定する。ここで、第1の推力分布LA2,LB2は直線勾配を有しており、この勾配率は、軸線方向強さr2により決定される。
(3)第1の推力分布LA2,LB2に従い、推進ジャッキJ1〜J16の位置毎の推力分担率Q1’〜Q16’を、各グループA2,B2について、以下の式によりそれぞれ求める。
Qi’=[1+[{cos(φi−θ2)+1}/2−1]・r2]×100
(4)組立ジャッキ群(推進ジャッキJ9〜J12)に対応するQ9’〜Q12’をゼロとする。これにより、実質的には、作動させる推進ジャッキ(すなわち、組立ジャッキ群以外の推進ジャッキ)が、軸線AX2の両側に二分されるグループA2,B2に分けられたことになる。
(5)推力分担率Qi’を、両グループ間の相対強さに対応する偏差係数αA,αBにより変更する。具体的には、グループA2に属する推進ジャッキJ3〜J10については、各々の推力分担率Qi’に偏差係数αAを乗じることにより変更して、各々の推力分担率Qiを算出する。同様に、グループB2に属する推進ジャッキJ11〜J16,J1,J2については、各々の推力分担率Qi’に偏差係数αBを乗じることにより変更して、各々の推力分担率Qiを算出する。ここで、偏差係数αA,αBについては、αA+αB=2の関係を満たしている。
MQX=ΣMQXi=Σ(TQi・RC・cos(φi))
MQY=ΣMQYi=Σ(TQi・RC・sin(φi))
図7は、セグメント組立時における第2の推力目標値TRiの設定方法を示すフローチャートである。図8は、セグメント組立時における第2の直線勾配の推力分布を示す図である。
ここで、軸線方向強さr3及び軸線角度θ3について、図8を用いて説明する。
推力分担率Riは、以下5つのステップを経て算出される。
(1)推進ジャッキJ1〜J16を、軸線角度θ3に対応する軸線AX3の両側に二分される2つのグループA3,B3に分ける。ここで、軸線AX3は、組立ジャッキ群の中央位置G1と、円周Cの中心Oとを通る直線である。
(2)各グループA3,B3について、軸線AX3の方向に傾斜する勾配を有する第2の推力分布LA3,LB3を設定する。ここで、第2の推力分布LA3,LB3は直線勾配を有しており、この勾配率は、軸線方向強さr3により決定される。
(3)第2の推力分布LA3,LB3に従い、推進ジャッキJ1〜J16の位置毎の推力分担率R1’〜R16’を、各グループA3,B3について、以下の式によりそれぞれ求める。
Ri’=[1+[{cos(φi−θ3)+1}/2−1]・r3]×100
(4)組立ジャッキ群(推進ジャッキJ9〜J12)に対応するR9’〜R12’と、この組立ジャッキ群に対して円周Cの中心Oに関して対称に位置する対抗ジャッキ群(図8では推進ジャッキJ1〜J4)に対応するR1’〜R4’とをそれぞれゼロとする。これにより、実質的には、作動させる推進ジャッキ(すなわち、組立ジャッキ群及び対抗ジャッキ群以外の推進ジャッキ)が、軸線AX3の両側に二分されるグループA3,B3に分けられたことになる。
(5)推力分担率Ri’を、両グループ間の相対強さに対応する偏差係数βA,βBにより変更する。具体的には、グループA3に属する推進ジャッキJ3〜J10については、各々の推力分担率Ri’に偏差係数βAを乗じることにより変更して、各々の推力分担率Riを算出する。同様に、グループB3に属する推進ジャッキJ11〜J16,J1,J2については、各々の推力分担率Riに偏差係数βBを乗じることにより変更して、各々の推力分担率Riを算出する。ここで、偏差係数βA,βBについては、βA+βB=2の関係を満たしている。
MRX=ΣMRXi=Σ(TRi・RC・cos(φi))
MRY=ΣMRYi=Σ(TRi・RC・sin(φi))
ステップS45では、ジャッキモーメントMRと目標ジャッキモーメントMPとを比較する。具体的には、ジャッキモーメントMRのヨー方向及びピッチ方向のモーメント成分(MRX,MRY)と目標ジャッキモーメントMPのヨー方向及びピッチ方向のモーメント成分(MPX,MPY)とを比較する。
尚、本実施形態では、目標総推力Ttotalを560[kN]と仮定する。また、操作角度θ1を3/2[rad]と仮定する。また、操作強さr1を0.40と仮定する。また、円周Cの半径RCを2[m]と仮定する。
この場合は、上述の図2のステップS2、図3のステップS21〜S23、及び図4を用いると、以下表1に示す算出結果が得られる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=3/2π[rad]となる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=5/4π[rad]となる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=π[rad]となる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=3/4π[rad]となる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=1/2π[rad]となる。
この特許第3314366号公報に記載のような手法では、図4に示すように、推力分布LA1,LB1の境界線である軸線AX1を、操作角度θ1の延長線と同一方向に設定し、この軸線AX1により二分されるクループA1,B1の各々の推力分布LA1,LB1を軸線AX1に関して互いに対称になるように設定することで、掘進方向制御に必要な曲げモーメント及び総推力を効率的に得ている。
図2に示した第1実施形態と異なる点について説明する。
この場合は、上述の図20のステップS2、図3のステップS21〜S23、及び図4を用いると、以下表12に示す算出結果が得られる。
この場合は、軸線角度θ2=θ3=3/2π[rad]となる。
2 掘進機本体
3 エレクター
4 セグメント
5 覆工体
6,J1〜J16 推進ジャッキ
10 制御部
Claims (4)
- 掘進機本体の周縁線上に配置された複数の推進ジャッキの推力を調整してシールド掘進機の掘進方向を制御するに当たり、掘進とセグメント組立とを同時施工するために、セグメント組立箇所に対応する複数の推進ジャッキを含む推進ジャッキ群を不作動とする一方、この不作動の推進ジャッキ群以外の推進ジャッキを作動させる場合において、
シールド掘進機の掘進方向制御に必要な目標総推力及び目標ジャッキモーメントを設定し、
前記不作動の推進ジャッキ群の配置範囲内の所定位置と前記周縁線の中心とを通る軸線を設定し、
前記作動させる推進ジャッキを、前記軸線の両側に二分される2つのグループに分け、
前記目標総推力及び前記目標ジャッキモーメントを得るように、各グループについて、前記軸線の方向に傾斜する勾配を有する推力分布を設定し、
この推力分布に基づいて、各推進ジャッキの第1の推力目標値を設定することを特徴とする、シールド掘進機における推進ジャッキの推力設定方法。 - 前記セグメント組立箇所は前記周縁線に沿って周方向に移動することを特徴とする、請求項1記載のシールド掘進機における推進ジャッキの推力設定方法。
- 前記不作動の推進ジャッキ群に対して前記周縁線の中心に関して対称な位置の推進ジャッキ群を不作動として、前記目標総推力及び前記目標ジャッキモーメントを得るように、前記各グループについて、前記軸線の方向に傾斜する勾配を有する推力分布を設定し、この推力分布に基づいて、各推進ジャッキの第2の推力目標値を設定し、
前記第1の推力目標値の最大値と前記第2の推力目標値の最大値とを比較し、
前記第1の推力目標値の最大値が前記第2の推力目標値の最大値より大きい場合には、前記第2の推力目標値を、各推進ジャッキの推力目標値として選択する一方、
前記第1の推力目標値の最大値が前記第2の推力目標値の最大値以下の場合には、前記第1の推力目標値を、各推進ジャッキの推力目標値として選択することを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のシールド掘進機における推進ジャッキの推力設定方法。 - 前記選択された推力目標値が所定値を超える場合には前記目標総推力を低減し、この低減した目標総推力を得るように、各推進ジャッキの前記第1及び第2の推力目標値を設定することを特徴とする、請求項3記載のシールド掘進機における推進ジャッキの推力設定方法。
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