JPH0492085A - トンネル掘削機の方向制御装置 - Google Patents

トンネル掘削機の方向制御装置

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JPH0492085A
JPH0492085A JP20734190A JP20734190A JPH0492085A JP H0492085 A JPH0492085 A JP H0492085A JP 20734190 A JP20734190 A JP 20734190A JP 20734190 A JP20734190 A JP 20734190A JP H0492085 A JPH0492085 A JP H0492085A
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JP
Japan
Prior art keywords
displacement
cutter head
pushing force
jack
operating section
Prior art date
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Application number
JP20734190A
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English (en)
Inventor
Shinichi Umeda
梅田 進一
Tadayuki Hanamoto
忠幸 花本
Shigeru Harada
茂 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

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、地中を掘削するトンネル掘削機に係り、特に
カッタヘッドを複数のジヤツキによって前進させて掘進
方向の制御を行うトンネル掘削機の方向制御装置に関す
る。
〔従来の技術〕
トンネル掘削機は、一般に円筒状の本体の前面に、複数
のカッタピットを取り付けたカッタヘッドを有しており
、このカッタヘッドをモータによって回転させるととも
に、本体の周方向に配置した複数のジヤツキによってカ
ッタヘッドを前進させて地山を掘削し、掘削した土砂を
スクリューコンベヤ等を用いて掘削機の後方に搬出する
ようにしている。また、曲線施工、蛇行修正等の掘削機
の方向制御は、本体の周方向に配設した複数のジヤツキ
を選択して駆動することにより行っている(例えば、特
開平1−315600号公報)、そして、従来の方向制
御は、トランシット等による坑内測量やレーザ光をトン
ネル計画線に沿って照射し、掘削機に取り付けたターゲ
ット上の光点を読み取ること等によりトンネル掘削機の
位置、すなわちトンネル掘削機のF・ンネル計画線から
のズレを求め、掘削機の進行方向が予定し2だ方向とズ
してくると、オペレータが経験に基づいて、駆動さセる
ジヤツキを適宜に選択して方向の修正をhっていプこ。
(発明が解決しよ・)とする課題〕 北記の如<トンネル掘削機の方向制御は、メベレータの
経験に基づいて駆動するジヤツキを選択して行っている
ため1、充分な掘進精度が得られない。また、従来の方
向制御は、各ジヤツキの押し力を調整するのではなく、
各ジヤツキを駆動さセるかさセないかの2 (a的な制
御によっていた。すなわち、例えばトンネル掘削機を上
向操作する場合、本体横断面の下側半分のジヤツキのみ
を駆動し、」−側半分のジヤツキは駆動さセないように
しているため、方向制御が困難で、掘進精度も低“tす
る。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消″づ−るためにな
されたもので、掘進精度を向上することができるトンネ
ル掘削機の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] 1記の目的を達成づ−るために1本発明に係る1ンネル
掘削機の方向制御装置は、掘削機本体前面に回転可能に
設けたカッター・ノドの位置を検出4゛る位置センサと
、前記力ッタヘノドを前進させる複数のジヤツキに対応
して設けられ、洛ジャン1−の押しツノを検出する複数
の力センサと、前記各ジヤツキが接続、してある油圧回
路中に各ジヤツキに対応して設けられ、各ジャ、キの押
し力を調整1”る複数の出力調整弁と、前記位置セン勺
と前記各力センサとの出力信号を取り込み、各シャツ4
゛の押し力とカッタヘッドの変位との関係を求めるとと
もに、カッタヘッドの変位を修正する前記各ジヤツキの
押し2カを演算して前記各出力調整弁を制御する演算制
御器とを有づることを特徴とU7ている。
〔イ1用〕 上記の如く構成した本発明は、カソタヘツl’を推進さ
セる複数のジヤツキの押し力おりツタ′\ノド−の変位
との関係を演算制御器によって求める。
そして、演算制御器は2位置センサの出力信号に基づい
て求めた力・ツタ−・ノドの変もンが、−tめ定めた目
標変位となるように各ジヤツキの押し力を演算し、この
押し力が得られるように出力調整弁を制御する。このた
め、オペレータの経験に基づ(操作を必要とせず、リア
ルタイムな制御が可能となり5掘進精度の向上が図れる
L2かも、本発明は、各ジヤツキを駆動するか否かの2
値的な制御でなく、各ジヤツキの押し力を調整するため
、方向制御の精度、掘進精度をより向トすることができ
る。
〔実施例〕
本発明のトンネル掘削機の方向制御装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。
第1図は、本発明の実施例に係るトンネル掘削機の方向
制御装置のブロック図である。
第1図において、トンネル掘削機10は、本体が円筒状
に形成してあり、例えば前部本体12と後部本体14と
のように軸方向に複数に分割してあるきともに、前部本
体12と後部本体14とが屈曲可能に、かつ伸縮iIJ
能に連結してある。
前部本体12の前端には、カスタヘット】6が回転可能
に設けである。このカッタヘッド16の前面には、図示
しない複数の力・7タビ/[が装着してあって、モータ
によってカッタヘッド16を矢印17のように回転させ
ることにより、前刃の地山を掘削できるようにしてある
。また、前部体体12の側面には、周方向に複数のグリ
ッパ18a、  l 8 b、  −一・−が設けであ
る。各グリッパ18a、18 b 、  −は、シリン
ダ(図示ゼず)によって半径方向に進退できるようにな
っており、後部本体14を推進するときに、前部本体1
2の側面から突出させられて掘削した壁面に押し代けら
れ、前部本体12を固定する。さらに、前部本体12の
内部には、位置センサとしてのレーザ測定器20、傾斜
計22などが設けてあり、前部本体12の基準点に対す
る位置、ローリングやピッチング等を検出できるように
なっている。
〜方、前部本体12と後部本体14との間には、複数の
スラストシャツ」24a〜24 IIが設けである。こ
れらのスラスト・ジヤツキ24a〜24nは、複動型の
油圧シリンダからなり、本体の周方向に配置シフ″ζあ
っC1前部体体12を介してカッタヘッド16を前進さ
七る。そし、で、各スラス[・ジヤツキ24aへ・24
nのシリンダにはストDクセンサ26a〜26nが設け
”Cあり、スラストジヤツキ24a〜24nのスl−I
r−りl検出できるようにしてある。また、後部本体1
4あるいはジヤツキのロノドには1.各スラストジヤツ
キ24a〜24r+に対応して+117−ドセルや歪ゲ
ージ、またはシリンダの油圧を検出する油圧セン号等か
らなる力センサ28a〜28nが設けてあり、各スラス
トジヤツキ24a〜24nの押し力を検出できるように
C7である。
各スラストジャ、キ24a〜24nは、底部側の室25
が管路を介して4ボ一ト3位置型の電磁切換弁30a〜
30X1に接続してあるとともに、シリンダ′\ラド例
の室27が管路に設りた出力調整弁である比例電研式リ
リーフ弁32.3〜・32nを介し7て、電磁切換弁3
0a〜30X]に接続し、である。
これら各電磁切換弁30 a〜30nは、アンロード弁
を有する油圧源としての可変容量ポンプ34に接続して
あり、各スラストシャツ424a〜24 nに所定圧力
の作動油を供給停止できるよ・)にし、であるとともに
、各室25.27内の作動油を油タンク38に排出でき
るよ−)にしてある、また、可変容置ポンプ34と電磁
切換弁30a〜3Onとを接続する管路には、リリーフ
弁36が設けてあり、可変容量ポンプ34に過大な負荷
がかからないようにしてある。
比例を磁式リリーフ弁32a〜・32nと電磁切換弁3
0a〜30nとを制御する演算制御器40は、レーザ測
定器20と傾斜沿22との出力信号を受けてカッタヘッ
ド16の位置を演算するヘッド位置演算部42と、予め
定めたトンネル計i!v線やヘッド位置演算部42の演
算結果等を記憶するメモリ44が設けであるとともに、
ヘッド位置演算部42の演算結果とメモリ44の記憶内
容とからカッター・ラド16の変位量を演算する変位演
算部46が設けである。
さらに、演算制御器4(Hごは、係数演算部48とI」
標変位演算部50と、押し力分布演算部52どを有して
いる。係数演算部48は、スラストジヤツキ24.]〜
24nの押し力を検出する力センサ28a〜28rz!
:変位演算部46の出力とを受け、詳細を後述するスラ
ストジヤツキ24a〜24nの押し力とカッター・ラド
16の変位とを関係付ける係数を演算し2、求めた係数
を押し力分布演算部52に送出する。また、目標変位演
算部50は、変位演算部46の出力信号とメモリ44の
記憶内容とから、カンタ−・ラド16の変位の目標(直
からのズレ量を修正するために、修正した目標変位置(
または修正変位量)を演算し、押し力分布演算部52に
出力する。押し2力分布演算部52は、係数演算部4B
と目標変位演算部50との出力信号から、カッタヘッド
16の位置を修正するためのスラストジヤツキ24a〜
24nの押し力分布を演算し、この演算結果に基づいた
制御信号を電磁切換弁30a〜30nと増幅器ユニット
54とに出力する。
増幅器ユニット54は、各比例電磁式リリーフ弁32a
〜32nに対応して設けた複数の増幅器から構成してあ
り、各増幅器が押し力分布演算部52からの信号を増幅
して対応する比例電磁式リリーフ#323〜32nに出
力し、設定圧力を変化させてスラストジヤツキ24a〜
24nの押し力を調整する。
上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
メモリ44には、図示しないキーボード等の入力装置や
外部記憶装置から予め求めであるトンネル計画線や、発
進開始時のカッタヘッド】6の目標変位U0、方向制御
を行うための詳細を後述する各種の演算式等が格納して
ある。
図示しないモータが駆動し、カッタヘッド16が矢印1
7のように回転させられるとともに、各スラストジヤツ
キ24a〜24nの初期押しカバターンに基づいて、比
例電磁式リリーフ弁32aへ・32T〕の圧力が設定さ
れる。ぞj、2で、電磁切換弁30aへ−30が切り換
えられで、名スフス[・ジヤツキ24,1〜24nの底
部側室25は、電磁切換弁34aへ・34n苓介j、て
油圧源−ごある司変容萱ポンプ34に接続さ矛する。
スラストシャツ:+24 aへ・24の底部側室25が
可変容量ポンプ34 !:接続される2・、底部側室2
5に作動油がiiJ変容會ポンプ34から流入″4る。
このため、スラストシャツy 4−24 a−24nの
tllラド伸長するようにシリンダが前部本体12を押
し“ζ前進すると2.もζ、シリンダヘッド側室27の
圧力が1昇する。ぞL2て、シリンダ′\・ノド側室2
7の圧力が比例電磁式リリーフ弁32a〜32nの設定
圧力を超えると、比例電磁式リリーフ弁32a〜・32
nが作動し、てシリンダヘッド側室27の作動油を油タ
ンク38に排出し、・シリンダヘッド側室27内の圧力
を設定値番こし、て押と2力を所定の埴に保持する。
一方、し・−ザ測定器20は、トンネル掘削機10の後
方から照射されたL/−ザ光に基ブいき、!ii■部本
体12、壇なわちカッタヘン1′16の基準点からの相
対位置を検出L7、演算制御器40のへ。
ド位置演算1部42に入力する。また、傾斜計22は、
前部本体12の傾きを検出し゛(〜・ノド(i77置演
算42に入力する。さら乙こ、カセン’J28 a =
28nは、第2図に小したように、各スラストジャツギ
24 a 〜24 nの押し、力f、   f、、f7
を検出し、演算制御器40の係数演X部48に入力″4
る。
ヘッド(17置演算部42は、傾斜言122の検出信号
に基づいて、前部1体12の0−リング、ビソヂング、
ヨーイングを演算するとともに、レーザ測定器20の出
力器上4取り込んでカッター・ノド16の中心の位置(
以下、カッタヘッド1[)の位置という)を演yt7こ
メモリ44に記憶させ、また変位演算部46に入力する
。変位演算部46は、ヘッド(◇置演算部42が演X(
7た力・ツタヘッド1Gの位置を、メモリ44に記憶し
てある前回へ・ノド位置演算部42が珠めたカッタヘン
1ゴ、I、 @ tたは基中点と比較し、カッター・ノ
ド16の変位i11.Jを演算し7て係数演算部48と
目楼変位演算部50とに出力する。
係数演算部48は、力センサ28a〜28nの検出信号
を取り込み5次式に基づいて検出された押1.力f1 
 r7、−  f7と変位演算部4(3が求めた変位U
との関係を示す行列A−・(a=j)からなる係数を演
算する。
ただし、1−4弐の左辺の+l、V、W、α、β、γは
、変位Uの成分であって、第2図に示したように、変位
前のカッタヘッド16の中心を原点0とし、トンネル掘
削機10の進行方向をy軸、トンネル掘削機10の鉛直
上方を2軸、y軸と2.軸とに直交した方向をy軸とし
た場合、U、■、Wはカッタヘッド16の原点Oに対す
るX、V、Z方向の変位、α、β、7はカッター・ノド
16の原点0に対するx、y、2方向の角度変位を示J
。なお、行列A = (a iJ)は、過去数回の押し
、力ff2、−  flと変位Uとの相関から類推され
こ末められる。
さらに、係数演1部4Bは、式(1)を満たし1、かつ
変位1.Jを得るために必要と・する押L7カff2、
−〜− f、、を求める係数を次式により求め、押し力
分布演算部52に入力する。
f = K −U           −m−(2)
ここ番ご、fは、スラストジヤツキ26a〜26゜の押
し2力f11、fz、〜−−−−f 、からなるヘクト
ルである。そして、係数には、式(1)式を満足し、ス
ラストジヤツキの押し力f、がずべて制all値の範囲
内にあり、かつ、 Σ−+  r i−r i、 +  1−−−m−(3
)(ただし、f、、。l −f I とする)が最小と
なるようなfとUとの相関を示す係数である。なお、係
数にの初期値、すなわち発進立て坑からの掘削開始時の
係数には、土質やカッタヘッド16に装着したカッタピ
ットの種類、トンネルの曲率等を考慮して力学的に、ま
たは過去の掘削軽験やジ/ミブ、[−シゴン等によりp
め求めておく。
他ji、ll標変位演算部;つ0は、変位演口部4〔;
が求めたカッター□ )F I 6の変位U iメモリ
7+4に記憶し、ζあるl変位1ノ。と比較し、実際の
変iQ i−1が目標変イ〜ンU、からズレると、この
ズし・をイ曝正雫るための新たな目標変位し。(目たは
脩正変位聞)を求め、メモリ44に格納するとともに、
押し力分布演算部、「j2ζこ送る6 押し力分布演算部!−12は、係数演算部41(が求め
た係数にと[−11欅変位演η部50求めた目標変位t
J、(または修正変位Iりとから、弐(2)に基づいて
目標変(17LJo(または修j1変位量)が得られる
ような名スうス1ジャ7−1’ 24 a〜24nの押
し2力f 、 、  f 2.−fアを演ρ:する。そ
(7で、押(2力分孔演算部52は、求めた押し、力f
f2、 − f、、に応し2て比例電磁式リリーフブ+
32a−・32nの設定YE力をi F−J−るfli
ll i (2号を増幅器゛1−ニッl−54!こ出力
し、また電磁切換ブf30a〜3On+。1開閉制御信
号はりえる。以下、演算制御器40は2前記と同様にし
2て、押し1、力f、 、f 、 、−r 、を調整し
、?カッター・ラド16の方向制御を(うう。
従って、実施例は、演算制御器40がカッター・ラド1
6の目標変位に対するズレを自動的U修正するため、従
来のオペレータの好験に基づく制御と貰なり、リアルタ
イムな方向制御がiJ能になり、正確な方向制御、掘進
制御ができるゆし、かも、各スラストジヤツキ24a〜
24nの制御は2値的制御でなく、押し力をアナログ的
に調節″4るため、より掘進制御の精度を高めることが
できる。
このようにし、て、スラストシャツ424a〜24nの
う・リンダが、前部本体12を介り、てカッタヘッド1
6を前進させると、ストロークセンサ268〜・26n
がスラストジヤツキ24a〜24nのストローク量を検
出する。ぞし°て、スラストシャツ424a〜24nの
いずれかのストローク量が所定値に達すると、しj′、
TXシない1制御装置から推進停止信号が出力され、後
部本体14を稚進さセる制御がiIわれる。
後部4体14.を榎進(る場合Qこは、グリ、バ18a
、181)、  −苓シリンダによって前部本体12の
1′径方向に前進させ1、グリッパ18a、+8b、 
 −を掘削した周囲の地山に押し付けて前部本体12を
固定する。その後、各電磁切換弁30a〜・30 nを
切り換えて、比例電磁式リリーフ弁32.1〜32nを
電磁切換弁30a〜・30nを介して可変容量ポンプ3
4に接続し1、スラストジャソーt−24a〜・24n
の底部側室25を電磁切換弁30a〜3Onを介し7て
油タンク38に接続、するとともに、アーティキエレー
トジャソキ(図示せず)を駆動して後部本体14を前部
本体12側に引き寄セ−る。
また、各スラストジヤツキ24a〜24nのシリンダヘ
ッド側室27には、比例i磁式すリーフ弁32a〜32
nの逆止弁を介して可変容量ポンプ34から作動油が流
入するとともに、底部側室25内の作動油が油タンク3
8に排出され、スラス)・ジヤツキ24a〜24nのロ
ノドがシリンダ内に進入゛する。そして、ロノドが初期
位置に復帰させられると、前記し、たカッター・2ノド
16の推進制御が再び開始される。
なお、前記実施例におい°Cは、本体が屈曲づるチーテ
ィ4′ニレ−[型のトンネル掘削機10に一ついて説明
したが、アーティキJレーI・型でないトンネル掘削機
にも適用するごどができる6また、本体は、軸方向に3
つ以トに分割されこいζもよい。そして、前記実施例に
おいては、グリッパ18a、18b、=−=を有するト
ンネル掘削機10について説明したが、グリッパを有し
ない)・ンネル掘削機の方向制御にも適用することがで
きる。
さらに、前記実施例においては、カッタヘンF 16の
位1を検出するために、レーザ測定器2Ωと傾斜計22
とを用いた場合について説明したが、位置検出は、坑内
測量やジャイロ、距離針等を用いて行ってもよい。さら
に、実施例においては、レーザ測定器20と傾斜計22
とによってカッタヘッド16の位置、変位を求める場合
について説明したが、演算制御器40にストロークセン
サ26a〜26nの出力信号を入力し、カッタヘッドI
6の位置や変位の演算に伊(1,でもよい。
(発明の効架〕 上記に説明L7たように、本発明によれば、カッタヘッ
ドを前進させる複数のジヤツキの押し力とカッタヘッド
の変位との関係を演)、制御器Cごよって求め、実際の
変位が目標変位からズレないように名ジヤツキの押し、
力を求め、この押し力が得られるよう番ご出力調整弁を
制御する。このため、オペレータの経験に基づく操()
Iを必要とゼす、方向制御が迅速に行え、掘進精度の向
上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1は本発明の實施例に係る1ンネル掘削機の方向制御
装置のブIJツク図、第2図はカッタヘッドの方向制御
の説明図である。 10−一一一−1−ン不ル掘削機、16 ゛−カッタヘ
ッド、20.22 −−一位1セン号 (レーザ測定器
、傾斜計) 、24. a: 、 24 n  −−−
スラストジヤツキ、26a、26n  −ストロークセ
ンサ、28a、28n −力センサ、32a、32n 
=−出力調整弁(比例電磁式リリーフ弁)、4m−一演
算制御器、46、−変位演算部、48 50−−I’ll変位演p部、52 係数演1師 押し力分布演 1部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)掘削機本体前面に回転可能に設けたカッタヘッド
    の位置を検出する位置センサと、前記カッタヘッドを前
    進させる複数のジャッキに対応して設けられ、各ジャッ
    キの押し力を検出する複数の力センサと、前記各ジャッ
    キが接続してある油圧回路中に各ジャッキに対応して設
    けられ、各ジャッキの押し力を調整する複数の出力調整
    弁と、前記位置センサと前記各力センサとの出力信号を
    取り込み、各ジャッキの押し力とカッタヘッドの変位と
    の関係を求めるとともに、カッタヘッドの変位を修正す
    る前記各ジャッキの押し力を演算して前記各出力調整弁
    を制御する演算制御器とを有することを特徴とするトン
    ネル掘削機の方向制御装置。
JP20734190A 1990-08-03 1990-08-03 トンネル掘削機の方向制御装置 Pending JPH0492085A (ja)

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