JPH0492090A - シールド掘削機の方向制御装置 - 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削機の方向制御装置に係り、特に方
向変換用の推進ジヤツキのストロークを制御することに
より正確な方向制御を行なわせる装置に関する。

【従来の技術】

一般に、シールド掘削機は推進ジヤツキによりセグメン
ト等を反力支持にして推進され計画路線に沿う掘削作業
を行なう。このような掘削機で曲線掘削を行なう場合、
シールド本体を中折れ構造にするとともに、中折れ部分
の円周上に複数の推進ジヤツキを配置し、稼働ジヤツキ
を選択して荷重分布を調整することにより、シールド前
面の加圧力を調整して掘進方向を制御するようにしてい
る。 従来の方向制御は、推進ジヤツキをパターン管理し、加
圧する推進ジヤツキ群とそうでない推進ジヤツキ群に分
け、推進方向によって決定される推進ジヤツキ群に油圧
を供給して所定の方向にカツタヘッドを向けて掘進させ
るようにしていた。 通常、掘削機の位置測定を行ないつつ、目標掘削線から
のずれがあった場合に、マニュアル操作によってパター
ン管理するようにしている。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記従来の方向制御方法では、掘削方向のた
めの推進ジヤツキのパターンをマニュアル操作によって
行っているため、充分な方向制御ができないという問題
の他に、現在のシールド掘削機の位置から次の掘削目標
にカッタヘッドを向けるべく推進ジヤツキの荷重パター
ンを決定して加圧推進させても、地盤側からの外部負荷
の影響を受けて、地盤の変位抵抗が必ずしもジヤツキの
押圧力に一致しないため、掘削方向にズレが生じる問題
があった。このため、従来からズレ量を計測しつつフィ
ードバック制御によって調整しているが、加圧制御によ
る方法であるため、掘削精度を一定以上は高くできなか
った。 本発明は、上記従来の問題点に着目し、外部負荷に影響
をうけることなく、正碇にカッタヘッドを所定の方向に
向けて掘削させることができる方向制御装置を提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明に係るシールド掘削
機の方向制御装置は、第一にシールド掘削機の円周上に
配置された各推進ジヤツキの各加圧供給路に流量制御可
能な可変流量ポンプを接続し、この各可変流量ポンプに
対し２てカッタヘッドの傾斜を設定するコンローラを設
け、このごフントローラからの出力に応じて前記可変流
量ポンプの吐出量を制御し、直接各推進ジヤツキのスト
ロークを制御可能としたものである。 また、第二には、シールド掘削機の円周上に配置された
各推進ジヤツキの油圧経路に流量制御可能な比例流量制
御弁を接続し、この各比例流量制御弁に対してカッタヘ
ッドの傾斜を設定するコンローラを接続し、このコント
ローラからの出力に応じて前記比例流量制御弁の開度を
制御し、直接各推進ジヤツキのストロークを制御可能と
したものである。

【作用】

上記第一の構成によれば、シールド掘削機の円周上に配
置された複数の各推進ジヤツキには各々可変流量ポンプ
によって必要ストロークに達するまで流量を供給するこ
とができる。これはコントーラにて推進ジヤツキのスト
ロークセンサからの検出信号を監視してポンプ制御を行
なえばよい。 これによって各推進ジヤツキのストローク値はコントロ
ーラからの指令にしたがったものとなり、これに応じて
カッタヘッドは所望の方向に向けられる。このとき、周
辺土庄の影響等の外部負荷がカッタヘッドを通じて推進
ジヤツキに作用しても、正しい向きにカッタヘッドを向
けて掘削させることができるのである。 次に第二の構成によれば、推進ジヤツキの油圧経路であ
って、特に排出経路に比例流量制御弁を介装するように
しているため、この弁開度を調整することにより、同様
にジヤツキストローク量を加減調整することができる。 すなわち、各推進ジヤツキには共通の加圧ポンプを接続
しておき、作動流体の排出路に設けた比例流量制御弁の
開度を制御することにより、個々のジヤツキのストロー
クが任意に調整される。したがって、コントローラから
のカッタヘッドの傾斜に対応する個々のジヤツキストロ
ークに対応して流量制御弁の開度設定をなし、所定のス
トロークに達するまで弁開度を制御し、外部負荷のいか
んに拘らず、所定のヘッド傾斜に設定できるのである。

【実施例】

以下に、本発明に係るシールド掘削機の方向制御装置の
具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。 第１図は第一実施例に係る方向制御装置の構成図である
。図示のように、方向制御装置が搭載されるシールド掘
削機は、先端にカッタヘッド１０を備えたフロントシー
ルド１２と、その後端部に嵌合されるリアシールド１４
とから構成され、両シールド１２．１４はカッタヘッド
１０の向きを制御するためにシールド円周方向に沿って
複数配列された推進ジヤツキ１６によって連携され、ま
たリアシールド１４には、図示しないが、その後方に構
築されるセグメントの端面を推進反力支持面とするシー
ルドジヤツキが取り付けられている。 このような掘削機には自己位置を検出するための受信機
３０．姿勢角を検出するピッチング計３１、方向角を検
出するだめのジャイロ３２、各推進ジヤツキ１６のスト
ロークを検出するセンサ３４、およびカッタｔ＼ノド１
０に加わる３軸方向の土Ｉ上を検出するための土圧計３
６等が搭載されている。 ここで、上記シールド掘削機にお１プる前記推進ジヤツ
キ１６は所定の作動流体が供給されることによりフロン
トシールド〕２を押圧して掘進を行なわせるが、特に掘
進方向を任意の方向に向けることができるようになって
おり、実施例では、各推進ジヤツキ１６の加圧流体供給
路に可変流量ポンプ５０を取イー］す、個別に各推進ジ
ヤツキ１６に作動流体を所望の流量を任意に供給するこ
とができるよ・）にされ、各推進ジヤツキ１６はスト

【
７−り管理させるようになっている。 そして、これらの検出信号と予め決定されている計画路
線との関係からコントローラ５２により上記各可変流量
ポンプ５０に対し、次の線な方向制御を行なうようにし
ている。 すなわち、まず、現在のシールド掘削機の位置と姿勢を
計測し、次いで目標地点でのシールド掘削機の位置と姿
勢を算出するようにしている。現在位置は掘削機に搭載
された受信機３０により既知の発信源からの信号を受信
することにより検出され、また、ジャイロ３２により姿
勢の検出が可能であり、また、目標地点の位置と姿勢は
１を両路線の座標を記録しているメモリから読み込むこ
とにより容易に求めることができる。 次いで、この現在値と目標値を算出した後、現在シール
ド掘削機に作用している土庄ベクトルの方向角を測定し
、土庄ベクトルによるシールド掘削機の流れを考慮した
目標値の修正を行なうようにしている。これはシールド
掘削機が直前の位置から現在位置に至るまで目標位置に
向って掘削されるが、土庄ベクトルが作用しているので
、掘進ベクトルとの合力により目標位置に止し７く一致
しな。このため、設定した目標値を修正しなければ、同
様に掘削機が」１江ベクトルにより目標値から変位して
しまう。したがって、予め掘削機の流れが生じた状態で
目標値に到達するように、目標値を修正するのである。 具体的には次のようになる。 シールド掘削機の進行方向を２軸とした場合、現在位置
は（Ｘ　ｎ＝　　Ｙ　ｎ、Ｚ　ａ）　、また姿勢は（α
６゜β、）（但し、αはピッチング角、βはヨーイング
角である）として表すことができる。このときの土圧ベ
クトルの作用角度をγアとする。同様に現在位置に至る
までの値は　（Ｘ　Ｉ＋　　’Ｊ　ｉ、　　Ｚ　＋）、
（α、１β、）、γ１、また目標点の値はＯＣ＋１＋１
＋ｙｈ＋１．＋　　Ｚ　ａ＋ｘ）、（α。０．β１．）
、γ１１として表すことができる。過去から現在に至る
過程で実際のピッチ角度の変位を所定のスパンでみると
、Σ　（（ｙ　ｉ＋ｉ−ｙ　＋）／（ｚ　ｉ＋ｔ−ｚ　
ｔ）ｌ−−−−−−（１）となる。但しｉ・０〜ｎ−１
である。 したがって、単位ベクトル角当りの変位係数Ｋｎは、 Ｋ７−Σ（（ｙ　ｔ＋１−　ｙ　ｉ）／（ｚ　＋＋ｉ　
−ｚ　ｉ））／Σｔａｎ７＋・・・・・・（２） として求めることができる。 そこで、当所の目標ピッチング角をα、８、掘削機の流
れを考慮した修正目標ピッチング角をα＋＋＋１“とす
ると、 αａ＋１　”αａ＋１　　ｋ＋＋７６　・・・・・・（
３）として求めることができるのである。 このような処理を水平方向についても行ない、修正ヨー
イング角を求める。 この一連の処理は、修正目標値演算器４０にて、目標位
置の修正係数を前記（２）式による求め、かつこの結果
に基づき、上記（３）式に基づく演算が行なわれる。こ
の演算結果は、ストローク設定器４６に出力され、現在
値から修正目標値への各推進ジヤツキ１６０ストローク
量が設定される。 このようにして土庄ベクトルによる目標値の修正を行な
い、現在の方向、姿勢から目標値に向う推進ジヤツキ１
６のストローク量が設定され、カッタヘッド１０の傾斜
角が定められる。この傾斜角に対応する各推進ジヤツキ
１６のストローク量が設定器４６により簡単に求められ
るので、各推進ジヤツキ］６が定められたストローク量
となるように、可変流量ポンプ５０に作動流体の供給４
８号をポンプ制御器４８から送出し７、ストロークが設
定値に達するまでポンプ５０を駆動させるのである。 このようにし５て各推進ジヤツキ１６のストローク制御
を行なうため、カッタヘッド１０の傾斜角は確実に設定
角度に変更され、これは切羽等の周辺土庄の影響によっ
て掘進方向のズレを生じることが有効に防止さ第１る。 特に、予め地盤の変位特性を加味し、たストロ〜りに設
定されているので、より高い精度での掘進作業が行なわ
れる。 次に第２図には、第二実施例に係る方向制御装置を示す
。これは各推進ジヤツキ１６の作動流体の排出経路の途
中に比例流量制御弁５４を介装Ｌ７た点が前記実施例と
異なる。すなわち、推進ジヤツキ１６の加圧供給経路に
は共通の供給ポンプ５６が接続され、各推進ジヤツキ１
６に対し同時的に作動流体を供給するよ・）になってい
る。作動流体が供給されたジヤツキ１６からはピストン
を挟んだ反対側の油圧室から供給員に見合った作動流体
が排出されるが、この排出経路には各々比例流量制御弁
５４を取付ｉＪでいるので、その開度を制御することに
より推進ジヤツキ１６のストｏ−りの制御が＋ｊＪ能と
なる。そこで、コントローラ５２の設定荷重分布演算器
４６によって設定されたカッタヘッド１０の荷重分布に
応じたストＬ１−り怒となるように、バルブ制御器４８
Ａに駆動６号を出力し２、各比例流量制御弁５４の開度
調整を行なわせるようにしたものである。 このような実施例によっても、各推進ジヤツキ１６のス
トローク制御が行なオ）れるので、周辺土圧等の外部負
荷に影響されることなく、正確な方向制御が実現される
。 【発明の効果】 以、Ｌ説明し７たように、本発明によれば、推進ジヤツ
キのストロークを制御することができるので、土庄等の
外部負荷に影響されることなく、シールド掘削機の正確
な方向制御を実現することができ、しかも、地盤変位特
性を加味したストローク管理が可能であるのでより高い
方向制御が可能となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例に係るシールド掘削機の方向制御装
置の構成図、第２図は第二実施例に係る同装置の構成図
である。 １０・・・・・・カッタヘッド、１２・・・・・・フロ
ントシールド、１４・・・・・・リアシールド、１６・
・・・・・推進ジヤツキ、５０・・・・・・可変流量ポ
ンプ、５２・・・・・・コンｌ−ローラ、５・４・・・
・・・比例流量制御弁。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、シールド掘削機の円周上に配置された各推進ジャ
   ッキの各加圧供給路に流量制御可能な可変流量ポンプを
   接続し、この各可変流量ポンプに対してカッタヘッドの
   傾斜を設定するコンローラを設け、このコントローラか
   らの出力に応じて前記可変流量ポンプの吐出量を制御し
   、直接各推進ジャッキのストロークを制御可能としたこ
   とを特徴とするシールド掘削機の方向制御装置。 ２）、シールド掘削機の円周上に配置された各推進ジャ
   ッキの油圧経路に流量制御可能な比例流量制御弁を接続
   し、この各比例流量制御弁に対してカッタヘッドの傾斜
   を設定するコンローラを接続し、このコントローラから
   の出力に応じて前記比例流量制御弁の開度を制御し、直
   接各推進ジャッキのストロークを制御可能としたことを
   特徴とするシールド掘削機の方向制御装置。