WO2013047025A1 - シールド掘進機の掘削ビット交換装置 - Google Patents

シールド掘進機の掘削ビット交換装置 Download PDF

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花岡　泰治
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日立造船株式会社
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    • E21D9/104—Cutting tool fixtures

Definitions

  • the present invention relates to an excavation bit exchanging device for a shield machine that exchanges a worn roller bit from a work space in a cutter head during excavation.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose excavation bit exchange devices in which a rotating body in which a support hole into which a roller bit is slidably fitted is formed on the back surface of a front plate having an opening.
  • An object of the present invention is to provide an excavation bit exchanging device for a shield machine capable of solving the above-mentioned problems and having a simple structure and exchanging operation and supporting a large excavation reaction force.
  • the invention according to claim 1 is an excavation bit exchanging device for a shield machine that exchanges an excavation bit arranged in front of a cutter head from a work space formed in the cutter head during excavation.
  • a housing that is attached to the front surface of the cutter head and has an excavation opening that exposes the excavation bit;
  • a valve body disposed in a valve housing chamber formed in the housing and communicated with the excavation opening so as to be rotatable around a rotation axis inclined at a predetermined angle with respect to an axis perpendicular to the front surface of the cutter head.
  • a bit accommodation hole that is formed in the valve body so as to be able to communicate with the excavation opening, and accommodates the excavation bit in a removable manner;
  • An exchange seal portion provided at a front surface of the valve storage chamber and spaced apart from the excavation opening at a rotation position of the excavation opening about the rotation axis;
  • the valve body is formed in a substantially cylindrical shape, and is formed on the valve body along the outer periphery of the front edge so as to close the excavation opening, and is formed on a part of the seal body.
  • An opening portion of the bit accommodation hole, and a drilling recess portion that is formed by removing the seal body portion around the opening portion of the bit accommodation hole and accommodates a drilling end of the drilling bit, Provide a replacement sealing material that seals the gap between the housing and the valve body around the replacement seal portion;
  • the valve body is rotated about the rotation axis to move the excavation bit in the excavation recess to the exchange seal portion, and the excavation bit is extracted from the bit accommodation hole and replaced.
  • the replacement sealing material is a tube-shaped sealing material capable of adjusting a sliding contact pressure by changing a fluid pressure supplied to the hollow portion. It is.
  • the excavation bit is a roller bit that rotatably supports a disk cutter on a bit support.
  • a drainage passage is formed penetrating from the periphery of the disc cutter along the exit and withdrawal direction of the bit accommodation hole, Connecting a straight drainage pipe communicating with the outer surface of the cutter head from the drainage passage of the bit support through the work space;
  • a short pipe that can be connected and separated is provided in the waste mud pipe, and a shut-off valve is provided in each of the inlet side and outlet side pipes of the short pipe.
  • a valve body in which a bit housing hole is formed in a part of a seal body portion along a substantially cylindrical front edge portion in the valve housing chamber of the housing via the excavation recess. Since it is arranged so as to be able to rotate around a rotation axis that is inclined with respect to an axis perpendicular to the front surface of the head, when the bit is replaced, it is only necessary to rotate the valve body around the rotation axis so that the excavation end is located in the excavation recess.
  • the excavation bit from which is protruded can be displaced to the replacement seal portion surrounded by the replacement seal material, and at the same time, the excavation opening can be closed by the seal body portion.
  • the wear drill bit is extracted from the replacement seal portion surrounded by the replacement seal material along the bit receiving hole, the new drill bit is loaded into the bit receiving hole, the valve body is rotated, and the new drill bit is rotated.
  • the excavation bit can be exchanged easily and in a short time simply by corresponding to the excavation opening.
  • the housing has a simple structure in which the valve body with the rotation axis inclined is arranged, the reliability is high. Furthermore, by forming the valve body in a substantially cylindrical shape, it is possible to reliably support a sufficiently large excavation reaction force as compared with a spherical surface.
  • the replacement seal material is a tube seal capable of adjusting the sliding contact pressure
  • the excavation bit and the excavation recess pass by reducing the pressure of the replacement seal material when replacing the bit. It is possible to prevent the replacement sealing material from being damaged by earth and sand or crushed stone accompanying it, and to improve the sealing performance.
  • the mud mixed with stones excavated by the roller bit is closed by connecting the mud pipe extending linearly from the mud passage formed in the bit support. It is possible to discharge smoothly without digging and excavating effectively.
  • the shut-off valves are provided before and after the short pipe, when exchanging the bit, the mud drain pipe can be removed without flowing muddy water into the work space, and the wear roller bit can be easily exchanged.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a bit exchange unit according to a first embodiment of a bit exchange unit of a shield machine according to the present invention. It is a front view which shows the excavation opening part of a cutter head. It is a longitudinal cross-sectional view of the principal part expansion valve body of a bit exchange unit. It is a front view of a valve body. It is a perspective view which shows a roller bit and a bit support body. It is a longitudinal section explaining exchange operation in a bit exchange unit. It is the elements on larger scale of FIG.
  • FIG. 7 is a front view of FIG. 6. It is a longitudinal section explaining exchange operation in a bit exchange unit. It is a longitudinal cross-sectional view of the shield machine equipped with the bit exchange unit. It is a front view which shows the cutter head of the shield machine equipped with the bit exchange unit.
  • Example 1 Embodiments of a shield machine equipped with a drill bit exchanging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • a pressure partition 12 is provided at the front portion of the cylindrical shield body 11.
  • a pressure chamber 28 ⁇ / b> A that holds the face collapsed earth pressure is formed in the front portion of the pressure partition 12.
  • a swirl ring body 14 is supported on the pressure bulkhead 12 via a swivel bearing 13 so as to be rotatable around the shield axis O, and a plurality of support legs 15 protruding forward from the swirl ring body 14 are circular.
  • a cutter head 16 is supported.
  • a cutter driving device 17 that rotationally drives the cutter head 16 is provided in the air chamber 28 ⁇ / b> B behind the pressure partition 12.
  • the cutter drive device 17 includes a ring gear 17a provided on the back surface of the swivel ring body 14, a plurality of drive pinions 17b meshing with the ring gear 17a, and a rotary drive device (hydraulic or electric) that rotates the drive pinion 17b. Motor) 17c.
  • the pressure bulkhead 12 is provided with a soil discharge screw conveyor 18 for discharging the earth and sand excavated by the cutter head 16 from the pressure chamber 28A to the atmosphere chamber 28B while maintaining the face collapsed earth pressure in the pressure chamber 28A. Has been.
  • the cutter head 16 includes a plurality of main spokes 21 extending radially from the central member 20 disposed on the shield axis O and a plurality of sub-spokes extending radially between the main spokes 21. 22, and an intermediate ring 23 and an outer ring 24 that are arranged in a circular arc direction centering on the shield axis O and connect the main spoke 21 and the sub spoke 22.
  • earth and sand intake 25 is formed between members 21-24.
  • a plurality of bit exchange units (excavation bit exchange devices) 30 are disposed in front of the main spoke 21.
  • Each bit exchange unit 30 is provided with a roller bit 31 which is a excavation bit for exchange.
  • a plurality of fixed bits 26 are provided on the front surface and side surfaces of the central member 20 and the auxiliary spokes 22 and on the side surfaces of the main spokes 21, respectively.
  • a manhole 27 is provided on the back side of the central member 20 so that workers can enter and exit.
  • the manhole 27 passes through the pressure partition 12 and communicates with the atmosphere chamber 28B so as to enter and exit.
  • a work space 29 in which workers can enter and exchange bits is formed on the back side of each main spoke 21, and communicates from the manhole 27 to the work space 29 so that the workers can go back and forth. Therefore, during excavation, a roller bit 31 worn from the work space 29 can be replaced by a worker who enters the work space 29 from the manhole 27.
  • Bit exchange units 30 are arranged on the front surface of the main spoke 21 at a predetermined pitch along the radial direction. Roller bits 31 are arranged in these bit exchange units 30. These bit exchange units 30 have the same structure.
  • the roller bit 31 has a bit support 42 having a long cylindrical cross section in which a mud discharge passage 41 is formed in the front-rear direction.
  • a two-blade disc cutter 44 is rotatably supported at the front portion of the bit support 42 via a support shaft 43 in the minor axis direction.
  • the housing 33 of the bit exchange unit 30 is attached to the cut portion of the front plate 32 of the main spoke 21. These housings 33 have excavation openings 34 through which the roller bits 31 are exposed.
  • the housing 33 is formed with a valve housing chamber 36.
  • the valve storage chamber 36 is in communication with the excavation opening 34.
  • the valve housing chamber 36 accommodates the valve body 35 that holds the roller bit 31 in an inclined posture and is rotatable.
  • the valve body 35 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • a seal body portion 37 capable of closing the excavation opening 34 is formed along the circumferential direction on the outer periphery of the front edge of the valve body 35.
  • the seal body portion 37 is formed, for example, in a trapezoidal cross section in which an edge portion is chamfered with an inclined surface inclined by a predetermined angle (for example, ⁇ ° described later) with respect to a rotation axis Ob that is a cylindrical axis. .
  • a part of the seal body portion 37 is excised to form an excavation recess 38.
  • a bit accommodation hole 39 for accommodating the roller bit 31 in an extractable manner is opened. As shown in FIG.
  • the bottom surface of the excavation recess 38 is formed in a deletion plane 38 a in which the periphery of the opening of the bit accommodation hole 39 is inclined at a predetermined angle ( ⁇ ° described later) with respect to the rotation axis Ob.
  • An excavation space 38 b in which the excavation end of the disc cutter 44 protrudes is formed between the deletion plane 38 a and the rotation trajectory of the top of the seal body portion 37.
  • valve housing chamber 36 is formed in a substantially cylindrical shape capable of rotatably housing the valve body 35.
  • the valve housing chamber 36 is inclined at an angle ⁇ ° so that the axis (the rotation axis Ob of the valve body 35) of the valve opening chamber 36 is substantially flush with the front surface of the housing 33 at the excavation opening 34. Is formed.
  • the rear surface of the housing 33 is deleted by an inclined plane perpendicular to the rotation axis Ob.
  • the valve accommodating chamber 36 is opened facing the work space 29 on this inclined plane.
  • the front surface portion of the valve housing chamber 36 is formed in a truncated cone shape that guides the seal body portion 37.
  • the lower part of the valve accommodating chamber 36 communicates with an excavation opening 34 formed in an oval shape similar to the bit support 42 and extending along the tangential direction of the rotation axis Ob.
  • an exchange seal 40 corresponding to the excavation recess 38 is formed at the 180 ° symmetrical position of the rotational axis Ob of the excavation opening 34 when exchanging the bit.
  • the replacement seal portion 40 is provided with a second seal material 62 described later.
  • the replacement seal portion 40 is not limited to the 180 ° symmetrical position, and may be a position on the same axis as the excavation opening 34 around the rotation axis Ob and not overlapping the excavation opening 34. .
  • valve rotation device 51 that rotates the valve body 35 around the rotation axis Ob is provided at the rear of the valve storage chamber 36.
  • the valve rotation device 51 includes a ring gear 52 provided on the outer periphery of the rear end portion of the valve body 35, and a drive shaft 53 that is rotatably supported around an axis parallel to the rotation axis Ob at the rear portion of the housing 33.
  • the drive pinion 54 is fixed to the drive shaft 53 and meshed with the ring gear 52, and the manual handle 55 rotates the drive shaft 53.
  • a sludge pipe 45 communicating with the pressure chamber 28 ⁇ / b> A on the back surface of the main spoke 21 is connected to the sludge passage 41 of the roller bit 31.
  • the mud discharge pipe 45 includes a first gate valve (shutoff valve) 46A connected to the bit support 42 via a taper pipe, and a second gate valve (a shut-off valve 47) connected to the first gate valve 46A via a short pipe 47 ( Shutoff valve) 46B and a discharge pipe 48 penetrating the back plate.
  • the discharge pipe 48 passes through the work space 29 in a straight line from the mud passage 41 along the axis Oa and is opened to the pressure chamber 28A.
  • a first seal member 61 is provided on the inner peripheral surface of the excavation opening 34 of the housing 33 to prevent intrusion of muddy water or earth and sand from the gap with the valve body 35.
  • the first sealing material 61 seals the periphery of the excavation recess 38 during excavation.
  • the replacement seal portion 40 is provided with a second seal material (replacement seal material) 62 that seals the periphery of the excavation recess 38 that has pivoted to the replacement seal portion 40 on the inner surface of the valve housing chamber 36.
  • the second sealing material 62 is configured by a hollow tubular sealing material to which a pressure adjusting hole 63 formed in the housing 33 is connected.
  • the second sealing material 62 can be expanded and contracted by hydraulic pressure or pressurized air, which is a pressurized fluid that is supplied to and discharged from the pressure adjusting hole 63 to the hollow portion, and the sliding contact pressure with respect to the valve body 35 can be adjusted.
  • hydraulic pressure or pressurized air which is a pressurized fluid that is supplied to and discharged from the pressure adjusting hole 63 to the hollow portion, and the sliding contact pressure with respect to the valve body 35 can be adjusted.
  • the first sealing material 61 may be a tubular sealing material that can be pressurized and depressurized.
  • a third seal member 64 that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the valve housing chamber 36 is provided on the outer peripheral portion of the valve body 35. Further, a fourth seal member 65 that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the bit accommodation hole 39 is provided on the outer peripheral surface of the bit support 42.
  • the cutter head 16 When the disc cutter 44 of the roller bit 31 is worn by excavating the tunnel for a predetermined distance, the cutter head 16 is stopped in a posture in which the main spoke 21 having the bit replacement unit 30 to be replaced becomes substantially horizontal. Then, an operator enters the work space 29 from the manhole 27 and performs bit replacement work.
  • a new roller bit 31 is loaded into the bit accommodation hole 39 using a drawing jig.
  • valve rotating device 51 After depressurizing the second seal member 62, the valve rotating device 51 is operated to rotate the valve body 35 about the rotation axis Ob by 180 °, and the new roller bit 31 in the replacement seal portion 40 is rotated. And correspond to the excavation opening 34. Further, a short pipe 47 is connected between the first gate valve 46A and the second gate valve 46B. And the 1st, 2nd gate valve 46A, 46B is opened, and the sludge piping 45 is connected.
  • the valve body 35 in which the bit accommodation hole 39 is opened via the excavation recess 38 is provided in a part of the seal body portion 37 formed around the cylindrical front edge portion. 35 is accommodated in a valve accommodating chamber 36 of a housing 33 provided on the front surface of the cutter head so as to be rotatable around a rotational axis Ob inclined with respect to an axis Oa perpendicular to the front surface of the cutter head 16.
  • the excavation recess 38 accommodating the wear roller bit 31 is displaced to the replacement seal portion 40 surrounded by the second seal material 62 by simply rotating the valve body 35 around the rotation axis Ob.
  • the excavation opening 34 can be closed by the seal body portion 37, and the wear roller bit 31 of the replacement seal portion 40 is pulled out from the bit receiving hole 39 and loaded with a new roller bit 31.
  • the blanking member 35 simply by corresponding new roller bit 31 rotates in the drilling opening 34, easily and can be a short time to replace the worn roller bit 31 to a new roller bit 31.
  • valve body 35 is accommodated in the housing 33, the reliability is high. Further, by forming the valve body 35 in a cylindrical shape, a sufficiently large excavation reaction force compared to the sphere can be reliably supported via the valve body 35 and the housing 33.
  • the second seal material 62 is a tube seal capable of adjusting the sliding contact pressure, when the roller bit 31 and the excavation recess 38 that enter and exit the replacement seal portion 40 during replacement pass, By reducing the pressure, it is possible to prevent the second sealing material 62 from being damaged by the accompanying earth or sand or crushed stone, and to improve the sealing performance.
  • the pressure chamber 28 ⁇ / b> A can be smoothly filled without clogging muddy water mixed with stones excavated by the roller bit 31. Can be excavated and drilled effectively.
  • the first and second gate valves 46A and 46B are provided before and after the short pipe 47 to be removed at the time of bit replacement in the mud discharge pipe 45, the first and second gate valves 46A and 46B are installed at the time of bit replacement. By closing and removing the short pipe 47, the mud drain pipe 45 can be removed without the muddy water flowing into the working space 29, and the wear roller bit 31 can be easily replaced in a short time.

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Abstract

掘削開口部(39)が形成されたハウジング(33)と、ハウジング(33)に形成されたバルブ収容室(36)に、カッタヘッド(16)の前面に垂直な軸に対して所定角度傾斜する回動軸心(Ob)周りに回動可能に収容されたバルブ体(35)と、バルブ体(35)に形成されてローラビット(31)を挿脱可能に収容するビット収容孔(39)と、バルブ収容室(36)の前面で、回動軸心(Ob)を中心とする掘削開口部(34)の対称位置に設けられて第２シール材(62)で囲まれた交換シール部(40)とを具備し、バルブ体(35)を回動軸心(Ob)に回動させて掘削開口部(34)に臨むローラビット(31)を交換シール部(40)に移動させ、ビット収容穴(39)からローラビット(31)を抜き出して交換するシールド掘進機の掘削ビット交換装置である。

Description

シールド掘進機の掘削ビット交換装置
　本発明は、掘削途中で、磨耗したローラビットをカッタヘッド内の作業空間から交換するシールド掘進機の掘削ビット交換装置に関する。
　掘削途中に磨耗したローラビットを交換する掘削ビット交換装置には、数多くの構造が提案されている。たとえば、特許文献１および２には、開口部を有する前面板の背面に、ローラビットがスライド自在に嵌合される支持穴を形成した回転体を配置した掘削ビット交換装置が開示されている。
特許第４１６３９６５号 特許第３１３９７４９号
　しかしながら、上記特許文献１および２に記載の掘削ビット交換装置は、回転体の支持面が球面に形成されているため、ローラビットに係る大きい掘削反力を支持することが困難であった。また、構造および交換動作が複雑になりやすいという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決して、構造および交換動作が簡単で、大きい掘削反力を支持することができるシールド掘進機の掘削ビット交換装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために　請求項１記載の発明は、カッタヘッド前面に配置された掘削ビットを、掘削途中で当該カッタヘッド内に形成した作業空間から交換するシールド掘進機の掘削ビット交換装置であって、
　前記カッタヘッドの前面に取り付けられて前記掘削ビットが露出される掘削開口部が形成されたハウジングと、
　当該ハウジングに形成されて前記掘削開口部が連通されたバルブ収容室に、前記カッタヘッドの前面に垂直な軸に対して所定角度傾斜する回動軸心周りに回動可能に配置されたバルブ体と、
　当該バルブ体に前記掘削開口部に連通可能に形成されて前記掘削ビットを挿脱可能に収容するビット収容穴と、
　前記バルブ収容室の前面で、前記回動軸心を中心とする前記掘削開口部の回動位置で当該掘削開口部から離間して設けられた交換シール部と、を具備し、
　前記バルブ体を略円柱形に形成するとともに、前記バルブ体に、前縁外周部に沿って形成されて前記掘削開口部を閉鎖可能なシール体部と、当該シール体部の一部に形成された前記ビット収容穴の開口部と、当該ビット収容穴の開口部の周囲に前記シール体部を削除して形成され前記掘削ビットの掘削端を収容する掘削凹部と、を設け、
　前記交換シール部の周囲で前記ハウジングと前記バルブ体の隙間をシールする交換用シール材を設け、
　前記掘削ビットの交換時に、前記バルブ体を前記回動軸心周りに回動させて前記掘削凹部の前記掘削ビットを前記交換シール部に移動させ、前記ビット収容穴から前記掘削ビットを抜き出して交換するものである。
　請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記交換用シール材を、その中空部に供給された流体圧力を変化させて摺接圧を調整可能なチューブ状シール材としたものである。
　請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、前記掘削ビットを、ビット支持体にディスクカッタを回転自在に支持したローラビットとし、
　前記ビット支持体に、前記ディスクカッタの周囲から前記ビット収容穴の出退方向に沿う排泥通路を貫通形成し、
　前記ビット支持体の前記排泥通路から前記作業空間を介して前記カッタヘッドの外面に連通する直線状の排泥配管を接続し、
　当該排泥配管に接続分離可能な短管を設けるとともに、当該短管の入り口側および出口側の配管に遮断バルブをそれぞれ設けたものである。
　請求項１記載の発明によれば、ハウジングのバルブ収容室に、略円柱形の前縁部に沿うシール体部の一部に、掘削凹部を介してビット収容穴を形成したバルブ体を、カッタヘッドの前面に垂直な軸に対して傾斜する回動軸心周りに回動自在に配置したので、ビット交換時に、回動軸心周りにバルブ体を回動するだけで、掘削凹部に掘削端が突出された掘削ビットを、交換用シール材に囲まれた交換シール部まで変位させると同時に、シール体部により掘削開口部を閉鎖することができる。したがって、交換用シール材に囲まれた交換シール部から、磨耗掘削ビットをビット収容穴に沿って抜き出して、新しい掘削ビットをビット収容穴に装填し、バルブ体を回動して、新しい掘削ビットを掘削開口部に対応させるだけで、容易かつ短時間で掘削ビットを交換することができる。またハウジングに、回動軸心が傾斜されたバルブ体を配置した簡単な構造としたので、信頼性が高い。さらにバルブ体を略円柱形に形成することにより、球面に比較して十分に大きい掘削反力を確実に支持することができる。
　請求項２記載の発明によれば、交換用シール材を、摺接圧を調圧可能なチューブシールとしたので、ビット交換時に交換用シール材を減圧することにより、掘削ビットおよび掘削凹部が通過する時に同伴される土砂や砕石による交換用シール材の破損を防止することができ、シール性能を向上させることができる。
　請求項３記載の発明によれば、ビット支持体に形成された排泥通路から、直線状に伸びる排泥配管を接続することにより、ローラビットで掘削された削石混じりの泥水を、閉塞することなくスムーズに排出することができ、効果的に掘削することができる。また、短管の前後に遮断弁を設けたので、ビットの交換に際して、泥水が作業空間に流入することなく排泥配管を取り外すことができ、磨耗ローラビットの交換を容易に行うことができる。
本発明に係るシールド掘進機のビット交換ユニットの実施例１を示し、ビット交換ユニットの縦断面図である。 カッタヘッドの掘削開口部を示す正面図である。 ビット交換ユニットの要部拡大バルブ体の縦断面図である。 バルブ体の正面図である。 ローラビットおよびビット支持体を示す斜視図である。 ビット交換ユニットにおける交換動作を説明する縦断面図である。 図６の部分拡大図である。 図６の正面図である。 ビット交換ユニットにおける交換動作を説明する縦断面図である。 ビット交換ユニットを具備したシールド掘進機の縦断面図である。 ビット交換ユニットを具備したシールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。
　［実施例１］
　以下、本発明に係る掘削ビット交換装置を具備したシールド掘進機の実施例を図面に基づいて説明する。
　（シールド掘進機）
　図１０に示すように、円筒形のシールド本体１１の前部には、圧力隔壁１２が設けられる。この圧力隔壁１２の前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力室２８Ａが形成されている。前記圧力隔壁１２には、旋回軸受１３を介して旋回リング体１４がシールド軸心Ｏ周りに回転自在に支持され、この旋回リング体１４から前方に突出された複数の支持脚１５に、円形のカッタヘッド１６が支持されている。圧力隔壁１２後方の大気室２８Ｂには、カッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられている。このカッタ駆動装置１７は、旋回リング体１４の背面に設けられたリングギヤ１７ａと、リングギヤ１７ａに噛み合う複数の駆動ピニオン１７ｂと、前記駆動ピニオン１７ｂをそれぞれ回転駆動する回転駆動装置（油圧式または電動式モータ）１７ｃとで構成されている。さらに、圧力隔壁１２には、カッタヘッド１６により掘削された土砂を、圧力室２８Ａで切羽崩壊土圧を保持しつつこの圧力室２８Ａから大気室２８Ｂに排出する排土用スクリュコンベヤ１８が貫設されている。
　（カッタヘッド）
　カッタヘッド１６は、図１１に示すように、シールド軸心Ｏ上に配置された中心部材２０から半径方向に延びる複数の主スポーク２１と、主スポーク２１の間で半径方向に延びる複数の副スポーク２２と、シールド軸心Ｏを中心とする円弧方向に配設されて主スポーク２１および副スポーク２２を連結する中間リング２３および外周リング２４とを具備する。そして部材２１～２４間に、土砂取り入れ口２５が形成されている。
　そして、主スポーク２１の前部には、本発明に係る複数のビット交換ユニット（掘削ビット交換装置）３０が配設される。各ビット交換ユニット３０には、交換用の掘削ビットであるローラビット３１がそれぞれ設けられている。また、中心部材２０および副スポーク２２の前面および側面、主スポーク２１の側面には、複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。
　図１０に示すように、前記中心部材２０の背面側には、作業員が出入り可能なマンホール２７が設けられている。このマンホール２７は、圧力隔壁１２を貫通して大気室２８Ｂ側から出入り可能に連通されている。また、各主スポーク２１の背面側には、作業員が入ってビット交換作業が可能な作業空間２９が形成され、マンホール２７から作業空間２９に、作業員が行き来できるように連通されている。そのため、掘削途中で、マンホール２７から作業空間２９に入った作業員により、作業空間２９から磨耗したローラビット３１を交換することができる。
　（ビット交換ユニット）
　主スポーク２１の前面には、半径方向に沿ってビット交換ユニット３０が所定ピッチで配設されている。これらビット交換ユニット３０に、ローラビット３１が配置されている。これらビット交換ユニット３０は、それぞれ同一構造である。
　ローラビット３１は、図５に示すように、前後方向に排泥通路４１が形成された長円筒形断面のビット支持体４２を有する。ビット支持体４２の前部には、短径方向の支軸４３を介して２枚刃のディスクカッタ４４が回転自在に支持されている。
　図１～図４に示すように、ビット交換ユニット３０のハウジング３３は、主スポーク２１の前面板３２の切除部に取り付けられている。これらハウジング３３は、ローラビット３１が露出される掘削開口部３４を有する。またハウジング３３には、バルブ収容室３６が形成されている。このバルブ収容室３６は、掘削開口部３４に連通される。そして、バルブ収容室３６は、ローラビット３１を保持するバルブ体３５を傾斜姿勢で、かつ回動自在に収容する。
　バルブ体３５は略円柱形に形成されている。バルブ体３５の前縁外周部には、掘削開口部３４を閉鎖可能なシール体部３７が周方向に沿って形成されている。シール体部３７は、たとえばエッジ部分が、円柱形の軸心である回動軸心Ｏｂに対して所定角度（たとえば後述するα°）傾斜した傾斜面で面取りされた台形断面に形成されている。シール体部３７には、シール体部３７の一部を切除して掘削凹部３８が形成されている。この掘削凹部３８に、ローラビット３１を抜き出し可能に収容するビット収容穴３９が開口されている。図４に示すように、掘削凹部３８の底面は、ビット収容穴３９の開口部の周囲が回動軸心Ｏｂに対して所定角度（後述するα°）傾斜する削除平面３８ａに形成される。前記削除平面３８ａとシール体部３７の頂部の回動軌跡との間に、ディスクカッタ４４の掘削端が突出される掘削空間３８ｂが形成される。
　また、バルブ収容室３６は、バルブ体３５を回動自在に収容可能な略円柱形に形成されている。バルブ収容室３６は、掘削開口部３４で前記削除平面３８ａがハウジング３３の前面と略面一状となるように、その軸心（バルブ体３５の回動軸心Ｏｂ）が角度α°で傾斜して形成されている。さらに、ハウジング３３の背面は、回動軸心Ｏｂに垂直な傾斜平面で削除されている。この傾斜平面に、作業空間２９に臨んでバルブ収容室３６が開口される。
　バルブ収容室３６の前面部は、シール体部３７を案内する円錐台形に形成される。バルブ収容室３６の下部は、ビット支持体４２と相似形で回動軸心Ｏｂの接線方向に沿う長円形に形成された掘削開口部３４に連通されている。さらに、掘削開口部３４の回動軸心Ｏｂの１８０°対称位置に、ビット交換時に掘削凹部３８が対応する交換シール部４０が形成される。交換シール部４０には、後述する第２シール材６２が設けられている。なお、交換シール部４０は、１８０°対称位置に限るものではなく、回動軸心Ｏｂを中心として掘削開口部３４と同一軸心上で、かつ掘削開口部３４と重ならない位置であればよい。
　（バルブ回動装置）
　バルブ収容室３６の後部には、バルブ体３５を回動軸心Ｏｂ周りに回転駆動するバルブ回動装置５１が設けられている。バルブ回動装置５１は、バルブ体３５の後端部外周に設けられたリングギヤ５２と、ハウジング３３の後部で回動軸心Ｏｂと平行な軸心周りに回転自在に支持された駆動軸５３と、駆動軸５３に固定されてリングギヤ５２に噛合される駆動ピニオン５４と、駆動軸５３を回転駆動する手動ハンドル５５とで構成されている。
　（排泥配管）
　ローラビット３１の排泥通路４１には、主スポーク２１の背面で圧力室２８Ａに連通する排泥配管４５が接続されている。排泥配管４５は、ビット支持体４２にテーパ管を介して接続された第１ゲートバルブ（遮断弁）４６Ａと、第１ゲートバルブ４６Ａに短管４７を介して接続された第２ゲートバルブ（遮断弁）４６Ｂと、背面板に貫設された排出管４８を具備している。排出管４８は、排泥通路４１から軸心Ｏａに沿う直線状に作業空間２９を貫通して圧力室２８Ａに開口されている。このように排泥配管４５を構成することで、削石交じりの泥水を、閉塞させることなくスムーズに排出することができる。
　（シール材）
　ハウジング３３の掘削開口部３４の内周面には、バルブ体３５との隙間から泥水あるいは土砂などの浸入を防止する第１シール材６１が設けられている。第１シール材６１は、掘削時に掘削凹部３８の周囲をシールする。また、交換シール部４０には、バルブ収容室３６の内面に、交換シール部４０まで旋回移動した掘削凹部３８の周囲をシールする第２シール材（交換用シール材）６２が設けられている。第２シール材６２は、ハウジング３３に形成された調圧孔６３が接続された中空状のチューブ状シール材により構成される。この第２シール材６２は、調圧孔６３から中空部に給排出される加圧流体である油圧または加圧エアにより拡縮されてバルブ体３５に対する摺接圧を調整することができる。これにより、ビット交換時にバルブ体３５が回動される時に、第２シール材６２を減圧して収縮させておくことで、掘削凹部３８のエッジおよびディスクカッタ４４の掘削端部が通過するときの損傷を未然に防止することができる。もちろん、第１シール材６１を、加圧、減圧可能なチューブ状シール材としてもよい。
　バルブ体３５の外周部には、バルブ収容室３６の内周面に摺接する第３シール材６４が設けられている。さらに、ビット支持体４２の外周面には、ビット収容穴３９の内周面に摺接する第４シール材６５が設けられている。
　（ローラビット交換方法）
　上記ビット交換ユニット３０における掘削ビット交換方法を、図１、図６～図９を参照して説明する。
　トンネルを所定距離掘削してローラビット３１のディスクカッタ４４が磨耗すると、交換するビット交換ユニット３０を有する主スポーク２１が略水平となる姿勢でカッタヘッド１６を停止させる。そして、マンホール２７から作業空間２９に作業員が入ってビットの交換作業を行う。
　Ａ）図１に示す掘削状態から、まず、第１ゲートバルブ４６Ａおよび第２ゲートバルブ４６Ｂを閉じ、排泥配管４５の短管４７を取り外す。
　Ｂ）図６～図８に示すように、第２シール材６２を減圧した後、バルブ回動装置５１の手動ハンドルを回転させてバルブ体３５を回動軸心Ｏｂ周りに１８０°回転させ、掘削開口部３４の磨耗ローラビット３１を交換シール部４０まで変位させるとともに、掘削開口部３４をシール体部３７により閉鎖する。
　Ｃ）図９に示すように、第２シール材６２を加圧して削除平面３８ａの周囲に圧接させた後、さらに、図示しない引き抜き治具を使用して、磨耗ディスクカッタ４４を有するローラビット３１をビット収容穴３９から引き抜く。
　Ｄ）引き抜き治具を使用して、新しいローラビット３１をビット収容穴３９に装填する。
　Ｅ）第２シール材６２を減圧した後、バルブ回動装置５１を操作してバルブ体３５を回動軸心Ｏｂ周りに１８０°回転させ、交換シール部４０にある新規ローラビット３１を回動して掘削開口部３４に対応させる。さらに、第１ゲートバルブ４６Ａと第２ゲートバルブ４６Ｂの間に短管４７を接続する。そして、第１，第２ゲートバルブ４６Ａ，４６Ｂを開けて排泥配管４５を連通させる。
　上記実施例によれば、円柱形の前縁部周囲に形成されたシール体部３７の一部に、掘削凹部３８を介してビット収容穴３９が開口されたバルブ体３５を設け、このバルブ体３５を、カッタヘッドの前面に設けたハウジング３３のバルブ収容室３６に、カッタヘッド１６の前面に垂直な軸Ｏａに対して傾斜する回動軸心Ｏｂ周りに回動自在に収容したので、ビット交換時に、バルブ体３５を回動軸心Ｏｂ周りに回動させるだけで、磨耗ローラビット３１を収容した掘削凹部３８を、第２シール材６２に囲まれた交換シール部４０まで変位させると同時に、シール体部３７により掘削開口部３４を閉鎖することができ、交換シール部４０の磨耗ローラビット３１をビット収容穴３９から抜き出して、新しいローラビット３１を装填し、その後バルブ体３５を回動して新しいローラビット３１を掘削開口部３４に対応させるだけで、容易かつ短時間で磨耗ローラビット３１を新しいローラビット３１に交換することができる。
　また、ハウジング３３内にバルブ体３５を収容した簡単な構造で、信頼性が高い。また、バルブ体３５を円柱形に形成することにより、球体に比較して十分に大きい掘削反力を、バルブ体３５およびハウジング３３を介して確実に支持することができる。
　さらに、第２シール材６２を、摺接圧を調圧可能なチューブシールとしたので、交換時に交換シール部４０に出入りするローラビット３１および掘削凹部３８が通過する時に、第２シール材６２を減圧することにより、同伴される土砂あるいは砕石による第２シール材６２の破損を防止することができ、シール性能を向上させることができる。
　さらにまた、ビット支持体４２の排泥通路４１から直線状に伸びる排泥配管４５を接続することにより、ローラビット３１により掘削された削石混じりの泥水を、閉塞することなくスムーズに圧力室２８Ａに排出することができ、効果的に掘削することができる。また、排泥配管４５で、ビット交換時に取り外しされる短管４７の前後に第１，第２ゲートバルブ４６Ａ，４６Ｂを設けたので、ビット交換時に、第１，第２ゲートバルブ４６Ａ，４６Ｂを閉じて短管４７を取り外すことにより、泥水が作業空間２９に流入することなく排泥配管４５を取り外すことができ、磨耗ローラビット３１の交換を短時間で容易に行うことができる。

Claims (3)

  1. 　カッタヘッド前面に配置された掘削ビットを、掘削途中で当該カッタヘッド内に形成した作業空間から交換するシールド掘進機の掘削ビット交換装置であって、
    　前記カッタヘッドの前面に取り付けられて前記掘削ビットが露出される掘削開口部が形成されたハウジングと、
    　当該ハウジングに形成されて前記掘削開口部が連通されたバルブ収容室に、前記カッタヘッドの前面に垂直な軸に対して所定角度傾斜する回動軸心周りに回動可能に配置されたバルブ体と、
    　当該バルブ体に前記掘削開口部に連通可能に形成されて前記掘削ビットを挿脱可能に収容するビット収容穴と、
    　前記バルブ収容室の前面で、前記回動軸心を中心とする前記掘削開口部の回動位置で当該掘削開口部から離間して設けられた交換シール部と、を具備し、
    　前記バルブ体を略円柱形に形成するとともに、前記バルブ体に、前縁外周部に沿って形成されて前記掘削開口部を閉鎖可能なシール体部と、当該シール体部の一部に形成された前記ビット収容穴の開口部と、当該ビット収容穴の開口部の周囲に前記シール体部を削除して形成され前記掘削ビットの掘削端を収容する掘削凹部と、を設け、
    　前記交換シール部の周囲で前記ハウジングと前記バルブ体の隙間をシールする交換用シール材を設け、
    　前記掘削ビットの交換時に、前記バルブ体を前記回動軸心周りに回動させて前記掘削凹部の前記掘削ビットを前記交換シール部に移動させ、前記ビット収容穴から前記掘削ビットを抜き出して交換する
    　ことを特徴とするシールド掘進機の掘削ビット交換装置。
  2. 　前記交換用シール材を、その中空部に供給された流体圧力を変化させて摺接圧を調整可能なチューブ状シール材とした
    　ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の掘削ビット交換装置。
  3. 　前記掘削ビットを、ビット支持体にディスクカッタを回転自在に支持したローラビットとし、
    　前記ビット支持体に、前記ディスクカッタの周囲から前記ビット収容穴の出退方向に沿う排泥通路を貫通形成し、
    　前記ビット支持体の前記排泥通路から前記作業空間を介して前記カッタヘッドの外面に連通する直線状の排泥配管を接続し、
    　当該排泥配管に接続分離可能な短管を設けるとともに、当該短管の入り口側および出口側の配管に遮断バルブをそれぞれ設けた
    　ことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機の掘削ビット交換装置。
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