JPH03191197A - シールド掘進機の自動方向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シールド掘進機の自動方向制御装置に関する
。

［従来の技術］ 従来のこの種のシールド掘進機の自動方向制御装置とし
ては、例えば第８図に示すようなものがある。

第８図において、１はそのシールド外周部に配置した複
数の推進ジヤツキで推進しながら、トンネルを掘削する
シールド掘進機、２はシールド掘進機１に必要な姿勢変
化をさせるための指令回転モーメント３とともに選択さ
れる推進ジヤツキの選択本数４を出力する計測演算装置
、５は計測演算装置２からの指令回転モーメント３およ
び選択本数４に基づいて選択本数４ごとに作成された複
数のジヤツキパターンテーブル６より所定のジヤツキ運
転パターン７を選択してシールド掘進機１に出力するジ
ヤツキパターン選択装置である。

シールド掘進機１の姿勢制御は、シールド掘進機１のシ
ールドフレーム円周方向に配設されている複数の推進ジ
ヤツキにより、シールド掘進機１に推進方向に対して回
転モーメントを与えて行なっている。すなわち、シール
ド掘進機１の自動方向制御は、シールド掘進機１に必要
な姿勢変化をさせるのに、とれだけの大きさの回転モー
メントをシールド掘進機１に与えたらよいかを計測演算
装置２により指令回転モーメント３として求め、求めた
この指令回転モーメント３と選択本数４によりあらかじ
め記憶させておいたジヤツキバタンテーブル６から、指
令回転モーメント３と同じか、または近似する値を出す
ジヤツキ運転パターン７を選択し、その選択信号をシー
ルド掘進機１の操作盤に出力し、操作盤内の制御回路を
通して選択された推進ジヤツキを運転することにより行
なう。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のシールド掘進機の自動
方向制御装置にあっては、シールド掘進機１の推進ジヤ
ツキのうち、選択されていないジヤツキ８は、第９図に
示すように、後方のセグメント７′との間にすきまが生
じているため、ジヤツキパターン選択装置５により、選
択されていない推進ジヤツキ８が選択された場合、まず
セグメント７′に当るまで伸ばす必要があり、制御の応
答速度が遅くなり、さらに、選択された推進ジヤツキを
伸ばす時にセグメント７′の間に挟まれる危険があると
いう問題点があった。

また、シールド掘進機１は、その液圧回路上、選択する
推進ジヤツキの本数により、推進推力と推進速度が変化
するため、推進速度を一定に保つためにはジヤツキパタ
ーン選択装置５に指令回転モーメント３の他に選択本数
４も入力する必要があるという問題点もあった。

さらに、ジヤツキパターンテーブル６としては、選択本
数ごとにジヤツキパターンテーブル６を作成して記憶し
ておく必要が生じるため、推進ジヤツキ本数の多いシー
ルド掘進機１の場合には、数多くのジヤツキパターンテ
ーブル６を作成しておく必要があり、逆に推進ジヤツキ
本数の少ないシールド掘進機１の場合には、選択ジヤツ
キ本数ごとにジヤツキパターンテーブル６を作成すると
、選択ジヤツキ本数によっては、選択されうるジヤツキ
運転パターン７の数が非常に少なくなり、指令回転モー
メント３に近似するジヤツキ運転パタン７を選択するこ
とが困難になるという問題点もあった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであって、１つのジヤツキパターンテブルを作成すれ
ば良く、また、選択本数の入力が不要となり、かつセグ
メントとの間にすきまが生じないようにしたシールド掘
進機の自動方向制御装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、シールド外周部
に複数の推進ジヤツキを配置したシールド掘進機内に該
シールド掘進機に選択されていない推進ジヤツキをシー
ルド推進中は推進に伴ってセグメントに当てながら伸ば
すとともに、選択される推進ジヤツキの本数によらず一
定の推進速度を得る無負荷追従装置を備えるとともに、
前記シールド掘進機に必要な姿勢変化をさせるだめの回
転モーメントを出力する計測演算装置と、該計測演算装
置からの回転モーメントと前記シールド掘進機からの推
力により選択ジヤツキ本数によらずに作成される１つの
ジヤツキパターンテーブルを参照してジヤツキ運転パタ
ーンを選択し出力するジヤツキパターン選択装置を備え
たものである。

［作用］ 計測演算装置で求めた指令回転モーメントをジャッキパ
ターン選択装置に入力し、またジヤツキパターンテーブ
ルは選択したジヤツキ推力を１として作成しているが実
際に運転される推進ジヤツキの推力は変化するため、シ
ールド掘進機からジヤツキ推力をジヤツキパターン選択
装置に入力する。ジヤツキパターン選択装置は指令回転
モーメントとジヤツキ推力によりジヤツキ運転パターン
を１つのジヤツキパターンテーブルから選択して出力す
る。

ジヤツキパターンテーブルとしては選択本数とは関係な
く、指令回転モーメントを正確にシールド掘進機に伝達
するために必要なテーブルを１つたけ作成しておけば良
いため、数多くのジヤツキパターンテーブルを作成する
手間がかからす、記憶容ＩＩ′Ｎが小さくてすむ。

シールド掘進機に選択された推進ジヤツキの本数によら
ず、一定の推進速度が得られる無負荷追従装置を設けた
ため、選択本数を入力する必要がない。

また、シールド掘進機に選択されていない推進ジヤツキ
もシールド掘削中は推進に伴ってセグメントに当てなが
ら伸びるようにする無負荷追従装置を設けたため、セグ
メントとの間にすきまが生ずることがなく、制御の応答
速度が遅れることがない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明すると、第１図において、１１はシー
ルド外周部に複数の推進ジヤツキを配置したシールド掘
進機であり、シールド掘進機１１は複数の推進ジヤツキ
で推進しながらトンネルを掘削する。１２は計測演算装
置であり、計測演算装置１２はシールド掘進機１１の自
動方向制御を行なう場合に、シールド掘進機１１に必要
な姿勢変化を行なわせるのにどれだけの値の回転モーメ
ントをシールド掘進機１１に与えたらよいかを求めて、
指令回転モーメント１３を出力する。シールド掘進機１
１内には無負荷追従装置１４が設けられている。無負荷
追従装置１４は選択されていない推進ジヤツキもシール
ド推進中は推進に伴ってセグメントに当てながら伸びる
ように最低動作圧を作用させるものである。なお、シー
ルド掘進機１１が掘削中に無負荷追従運転されている推
進ンヤッキが地山から反力を受けた場合、反力に対して
抵抗してしまうと、指令回転モーメント１３をシールド
掘進機１１に正しく伝達することができないので、反力
に抵抗しないようにしだ液圧回路をもつ無負荷追従装置
１４を使用する必要がある。

無負荷追従装置１４は無負荷追従運転をする場合、選択
された推進ジャツギ本数によらず一定の推進速度を得る
ものである。推進速度を一定に保つことかできるので、
選択本数を入力する必要がなくなる。

１６はジヤツキパターン選択装置であり、ジヤツキパタ
ーン選択装置１６は、計測演算装置１２から指令回転モ
ーメント１３とシールド掘進機１−１からのジヤツキ推
力１７に基ついて１つのジヤツキパターンテーブル１８
を参照してジヤツキ運転パターン１９をシールド掘進機
１１に出力する。

あらかじめ作成しておく１つのジヤツキバタンテーブル
１８は、シールド掘進機１１に配設されている推進ジヤ
ツキの本数により作成される。

例えば、推進ジヤツキの本数ｎがｎ−１０の場合を例に
とって説明すると、推進ジヤツキは選択されているか、
選択されていないで無負荷追従されているかのどちらか
であるため、組合せの総数は２１０＝１０２４である。

１０２４とおりすべてのパターンについて選択ジヤツキ
の推力を１、選択されていないで無負荷追従されている
ジヤツキの推力を０とし、中心Ｏと各推進ジヤツキまで
の距離を１として回転モーメントを求めることができる
。

第２図において、１０本の推進ジヤツキは等間隔に配設
されており、 Ｍｘ　：回転モーメントのＸ軸成分 ＭＹ　二回転モーメントのＹ軸成分 とするとき、 ＭＩ＝Σｓｉｎ　　（（π／ＩＱ）　　ｉ　−ｙｒ／２
０）　　Ｘ　ｆ・・・式（１） ％式％ ・・・式（２） として求めることができる。ここで、ｆｌは選択されて
いるジヤツキの場合に１、選択されていないジヤツキの
場合に０となる関数である。

したがって、求められたＭｘ、Ｍｙを合成した回転モー
メントの大きさＭと方向θは第３図に示すように、容易
に求めることができる。

組合せの総数１０２４とおりすべてについて合成回転モ
ーメントの大きさＭと方向θを求めると、大きさＭが同
一で方向θがちょうど第２図におけるπ／１０の整数倍
だけ異なるジヤツキパターンが存在する。第４図は選択
されるジヤツキＮｏ、が１　２、　４．　６．　９．　
１０の場合を図示したものであって、黒くぬりつぶされ
ているジヤツキが選択され、白丸のジヤツキが選択され
ていないものを表わしている。第５図は選択されるジヤ
ツキＮＯ９が１．　２．　３．　５．　７．　１０の場
合を図示したものであって、第４図に示したジヤツキパ
ターンを時計回りにちょうどπ／１−Ｏだけ回転させた
ものであるから、第４図に示したジヤツキパターンの回
転モーメントと第５図に示したジヤツキパターンの回転
モーメントは大きさＭが同一であり、方向θがちょうど
π／１０だけ異なるものである。

したがって、ジヤツキパターンテーブル１８には第４図
と第５図に示したようなちょうどπ／１０の整数倍だけ
回転すると一致するジヤツキパターンを持つ必要はなく
、ジヤツキパターン選択装置１６で指令回転モーメント
１３を回転させてからジヤツキパターンテーブル１８に
よりジヤツキパターンを選択し、指令回転モーメント１
３を回転させたのと同じ角度で逆方向に回転し、ジヤツ
キ運転パターン１９として出力する。

以上のことから、ジヤツキパターンテーブル１８に用意
するジヤツキパターンの合成回転モーメントの角度範囲
ηは第６図に示すように、−π／２０〈η≦π／２０ たけてよいことになる。

第７図はテーブルに用意するジヤツキパターンの回転モ
ーメントの範囲を示したもので、大きさＭをｉ等分、方
向θを１等分している。ジヤツキパターンの回転モーメ
ントが第７図に示す、区切られたどの範囲のものかを判
別し、１つの範囲の中に複数のジヤツキパターンが存在
するときは代表となる１つを選択し、１つの範囲の中に
１つもジヤツキパターンが存在しないときは近くの範囲
で存在するジヤツキパターンを入れて、テーブルをすべ
て埋める。

ジヤツキパターン選択装置１６は入力された指令回転モ
ーメント１−３とジヤツキ推力１７からジヤツキパター
ンテーブル１８を読み出し、ジヤツキ運転パターン１９
として出力する。

次に、作用を説明する。

計測演算装置１２は、トンネル計画線とシールド掘進機
１１との姿勢ずれ角および単位距離後の計画線変化角並
びに位置ずれ量に基づく任意の設定変化角を入力し指令
変化角を演算し、モーメント変換を行なって指令回転モ
ーメント１３をジヤツキパターン選択装置１６に出力す
る。

ジヤツキパターンテーブル１８は選択ジヤツキ推力を１
として作成しているが、実際に運転される推進ジヤツキ
の推力は変化するため、シールド掘進機１１からジヤツ
キ推力１７を入力して、ジヤツキパターン選択装置１６
は、指令回転モーメント１３が正しくシールド掘進機１
１に伝達されるようにジヤツキ推力１７を考慮してジヤ
ツキ運転パターン１９を選択して出力する。こうしてシ
ールド掘進機１１の自動方向制御が行なわれる。

ここで、ジヤツキパターンテーブル１８は、選択本数と
は関係なく、指令回転モーメント１３をシールド掘進機
１１に正確に伝達するために必要なテーブルを１つたけ
作成しておけば良い。

したがって、数多くのジヤツキパターンテーブルを用意
する必要がないので、テーブル作成の手間がな（なり、
記憶容量が小さくてすむ。

また、無負荷追従装置１４を設けて、選択された推進ジ
ヤツキ本数によらず一定の推進速度が得られるようにし
たため、選択本数を入力する必要がなくなる。

さらに、無負荷追従装置１４を設けて、選択されていな
い推進ジヤツキをセグメントに当るまで伸ばすようにし
たため、セグメントとの間にすきまが生ずることがなく
、制御の応答速度が遅くなることがない。

なお、本実施例では、無負荷追従される推進ジヤツキの
推力は０としてジヤツキパターンテーブル１８を作成し
ているが、無負荷追従による推力が無視することができ
ない量である場合は推力０とせずに、たとえば０．１の
ように設定してジヤツキパターンテーブル１８を作成し
ておけばよい。

［発明の効果］ 以上、説明してきたように、本発明によれば、以下に列
挙する効果が得られる。

（１，）１機のシールド掘進機について１つのジヤツキ
パターンテーブルを作成すればよいので、記憶容量が少
なくてすむ。

（２）シールド掘進機に選択される推進ジヤツキの本数
によらず一定の推進速度を得る無負荷追従装置をつけた
ことにより、ジヤツキ運転バタン選択時に本数を入力す
る必要がなく、より正確に指令回転モーメントを伝達で
きる。

（３）シールド掘進機に無負荷追従装置をっけたことに
より、セグメントとの間にすきまが生じず、制御の応答
速度が遅くなることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、推進ジヤツキの配置例を示す図、第３図は、回転モ
ーメントの求め方の説明図、第・１図および第５図は、
合成回転モーメントの大きさか等しく、方向が異なる例
を示す各説明図、第６図は、ジヤツキパターンテーブル
に用意する角度範囲の説明図、 第７図は、ジヤツキパターンテーブルに用意する角度範
囲の分割説明図、 第８図は、従来例を示すブロック図、 第９図は、 推進ジヤツキとセグメントを示す図 である。 図中、 １１・・・シールド掘進機、 １２・・・計測演算装置、 １３・・・指令回転モーメント、 １４・・・無負荷追従装置、 １６・・・ジヤツキパターン選択装置、１７・・・ジヤ
ツキ推力、 １８・・・ジヤツキパターンテーブル、１９・・・ジヤ
ツキ運転パターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シールド外周部に複数の推進ジャッキを配置したシール
   ド掘進機内に該シールド掘進機により選択されていない
   推進ジャッキをシールド推進中は推進に伴ってセグメン
   トに当てながら伸ばすとともに、選択される推進ジャッ
   キの本数によらず一定の推進速度を得る無負荷追従装置
   と、前記シールド掘進機に必要な姿勢変化をさせるため
   の回転モーメントを出力する計測演算装置と、該計測演
   算装置からの回転モーメントと前記シールド掘進機から
   の推力により選択ジャッキ本数によらずに作成される１
   つのジャッキパターンテーブルを参照してジャッキ運転
   パターンを選択し出力するジャッキパターン選択装置を
   備えたことを特徴とするシールド掘進機の自動方向制御
   装置。