隧道掘進(jìn)裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及在挖掘隧道時所使用的隧道掘進(jìn)裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 掘進(jìn)機具備在機械前表面包括刀具的刀盤和在機械后方的左右側(cè)面設(shè)置的撐靴， 使用這樣的掘進(jìn)機來進(jìn)行隧道的挖掘。
[0003] 該掘進(jìn)機在左右撐靴推壓隧道左右側(cè)壁的狀態(tài)下，使刀盤一邊旋轉(zhuǎn)一邊推壓工作 面，對隧道進(jìn)行挖掘。
[0004] 例如，在專利文獻(xiàn)1中公開了一種冗余平行連桿的控制方法及控制裝置，在具備超 過自由度的數(shù)量的千斤頂?shù)娜哂嗥叫羞B桿機構(gòu)中，即使減少控制設(shè)備的數(shù)量，也能夠?qū)嵤?適當(dāng)?shù)目刂啤?br>[0005] 在該冗余平行連桿的控制裝置中，為了克服掘進(jìn)時的外力并且使前胴部的位置、 方向控制具有冗余性，具備8個以上的推進(jìn)千斤頂，在6個推進(jìn)千斤頂中分別設(shè)置行程控制 液壓回路。而且，對于其余的推進(jìn)千斤頂，使其伸張側(cè)與收縮側(cè)的液壓回路分別與進(jìn)行行程 控制的推進(jìn)千斤頂?shù)纳鞆垈?cè)與收縮側(cè)的液壓回路連通，以此減少控制液壓裝置。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平10-131664號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 然而，在上述現(xiàn)有的隧道掘進(jìn)裝置中，存在以下所述的問題點。
[0010] 即，在將上述公報所公開的隧道掘進(jìn)裝置用于例如坑道挖掘的情況下，與通常的 隧道挖掘相比，需要進(jìn)行曲率半徑R小且三維的曲線挖掘。
[0011]尤其是在進(jìn)行沿著曲率半徑R小的急曲線的隧道挖掘時，施加于各推進(jìn)千斤頂?shù)?軸向力、徑向力、扭矩不同或者大幅波動。因此，在使特定的2個千斤頂?shù)囊簤夯芈愤B通的裝 置中，施加于這2個千斤頂?shù)牧Φ姆较?、大小不同，因此存在難以適當(dāng)?shù)乜刂魄Ы镯數(shù)妮S力 的憂慮。
[0012] 本發(fā)明的課題在于提供一種隧道掘進(jìn)裝置及其控制方法，對于在隧道挖掘中所產(chǎn) 生的任何方向、大小的外力都能夠適當(dāng)?shù)貞?yīng)對。
[0013] 第一發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置具備前胴部、后胴部、平行連桿機構(gòu)、行程傳感器、力傳 感器以及控制部。前胴部在挖掘側(cè)表面具有多個刀具。后胴部配置在前胴部的后方，具有用 于得到進(jìn)行挖掘時的反作用力的撐靴。平行連桿機構(gòu)包括(6+n)個推進(jìn)千斤頂，該(6+n)個 推進(jìn)千斤頂在前胴部與后胴部之間并列配置且將前胴部與后胴部連結(jié)起來，改變前胴部相 對于后胴部的位置。行程傳感器安裝于推進(jìn)千斤頂，并且檢測出各推進(jìn)千斤頂?shù)男谐塘?。?傳感器安裝于推進(jìn)千斤頂，檢測出推進(jìn)千斤頂受到的荷載。控制部基于行程傳感器及力傳 感器中的檢測結(jié)果，計算出分配到(6+n)個推進(jìn)千斤頂?shù)哪繕?biāo)分配力，并且對推進(jìn)千斤頂進(jìn) 行控制，從而在6個推進(jìn)千斤頂中實施行程控制，在其他η個推進(jìn)千斤頂中實施基于目標(biāo)分 配力的力控制(其中，η為自然數(shù)。）。
[0014]在這里，隧道掘進(jìn)裝置利用包括設(shè)置在前胴部與后胴部之間的（6+η)個推進(jìn)千斤 頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)，使前胴部相對于后胴部前進(jìn)，從而進(jìn)行隧道挖掘，在這樣的隧道掘進(jìn)裝 置中，基于安裝于各推進(jìn)千斤頂?shù)牧鞲衅骷靶谐虃鞲衅鞯臋z測結(jié)果，實施6個推進(jìn)千斤頂 的行程控制，以及其余η個推進(jìn)千斤頂?shù)牧刂啤?br>[0015] 此外，為了實施三維方向上的隧道挖掘，前胴部的位置、方向需要正交坐標(biāo)系的X、 Υ、Ζ這3軸和繞各軸的旋轉(zhuǎn)這6個自由度的動作，因此需要6軸的驅(qū)動連桿(推進(jìn)千斤頂）。在 本發(fā)明中，為了克服隧道挖掘時的大的外力，使用追加了η個推進(jìn)千斤頂而包括6+η個推進(jìn) 千斤頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)。
[0016] 通常，在具有6個自由度的機構(gòu)中，即使是軸數(shù)多于6軸的驅(qū)動連桿，也能夠進(jìn)行基 于行程控制的位置姿態(tài)的控制，但是在行程計算中將會伴隨不可避免的誤差。另外，由于在 驅(qū)動連桿內(nèi)部產(chǎn)生相互抵消的內(nèi)力，因此有損各驅(qū)動連桿的性能。在6個推進(jìn)千斤頂中進(jìn)行 行程控制并在其它η個推進(jìn)千斤頂中輔助性地克服外力的情況下，在急曲線掘進(jìn)或者扭矩、 推力的變化大的掘進(jìn)中，上述簡單的液壓回路的連通反而會在千斤頂中產(chǎn)生內(nèi)力，發(fā)生推 進(jìn)千斤頂可克服的最大外力變小的情況。
[0017] 在本發(fā)明中，通過對6個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行行程控制來實施前胴部的位置、方向控 制。另外，將基于(6+η)個推進(jìn)千斤頂所受到的荷載計算出的外力分配給(6+η)個推進(jìn)千斤 頂，利用所分配到的力對其余η個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行力控制。由此，能夠?qū)⑼饬硐氲胤峙浣o (6+η)個千斤頂，因此能夠使各千斤頂?shù)牧τ行У刈饔糜谶B桿外部。
[0018] 第二發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第一發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，控制部基于6個 推進(jìn)千斤頂?shù)男谐塘?、以及利用力傳感器檢測出的（6+η)個推進(jìn)千斤頂所受到的荷載對前 胴部所受到的外力進(jìn)行計算，對用于克服該外力的各個推進(jìn)千斤頂?shù)哪繕?biāo)分配力進(jìn)行計 算。
[0019] 在這里，控制部根據(jù)檢測出的推進(jìn)千斤頂?shù)男谐塘亢退艿降暮奢d來計算前胴部 受到的外力。然后，根據(jù)計算出的外力計算各推進(jìn)千斤頂應(yīng)受到的荷載，作為目標(biāo)分配力。
[0020] 由此，對于進(jìn)行力控制的η個推進(jìn)千斤頂，能夠適當(dāng)?shù)貙刂频牧χ颠M(jìn)行計算。
[0021] 第三發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第一或第二發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，力傳感器 設(shè)置于(6+η)個推進(jìn)千斤頂，行程傳感器設(shè)置于6個推進(jìn)千斤頂。
[0022] 在這里，在實施行程控制的6個推進(jìn)千斤頂安裝有行程傳感器及力傳感器，在僅實 施力控制的η個推進(jìn)千斤頂僅安裝力傳感器。
[0023] 由此，能夠使用盡可能少的傳感器實施上述行程控制和力控制。
[0024]第四發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第一至第三發(fā)明中任一隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，（6+ η)個推進(jìn)千斤頂沿著在前胴部與后胴部彼此相對的面上的外周部分以大致圓周狀配置。
[0025] 在這里，使（6+η)個推進(jìn)千斤頂?shù)幕钊麠U側(cè)、缸筒側(cè)的端部沿著彼此相對的前胴 部、后胴部的對置面上的外周部分以大致圓周狀配置。
[0026] 由此，能夠平衡地配置多個推進(jìn)千斤頂。
[0027] 第五發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第一至第四發(fā)明中任一隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，控制 部對各個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行控制，從而在三維方向上對前胴部的姿態(tài)進(jìn)行控制。
[0028]在這里，對平行連桿機構(gòu)所包含的多個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行控制，從而能夠在三維方 向（上、下、左、右方向）上對前胴部相對于后胴部的方向、姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。
[0029]由此，例如，能夠容易地實施包括曲線部分且在三維方向上的隧道的坑道挖掘等。
[0030] 第六發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第一至第五發(fā)明中任一隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，還具 備從操作人員接收與前胴部的行進(jìn)方向有關(guān)的操作輸入的輸入部。在接收到操作人員對輸 入部的操作輸入時，控制部對6個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行控制，從而能夠沿著基于操作輸入的內(nèi)容 設(shè)定的所期望的R實施挖掘。
[0031] 在這里，通過操作人員的操作輸入，對6個推進(jìn)千斤頂進(jìn)行控制，從而能夠沿著所 期望的曲率半徑R實施曲線部分的挖掘。
[0032] 由此，利用操作人員的單次操作輸入，就能夠?qū)嵤┚S持所期望的曲率半徑R并且沿 著平滑的曲線的挖掘。
[0033]第七發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第六發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，輸入部是觸摸面 板式的顯示器。
[0034] 在這里，作為接收來自操作人員的操作輸入的輸入部，使用觸摸面板式的顯示器。
[0035] 由此，操作人員在通過手動操作對前胴部的行進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整時，僅通過對觸摸 面板式的顯示器進(jìn)行操作就能夠容易地向所期望的方向?qū)嵤┩诰颉?br>[0036]第八發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置在第七發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，顯示器具有設(shè)定 前胴部的行進(jìn)方向的上下左右鍵和顯示前胴部相對于后胴部的相對位置的顯示部。
[0037]在這里，在觸摸面板式的顯示器中，顯示有設(shè)定前胴部的行進(jìn)方向的上下左右鍵 和前胴部相對于后胴部的相對位置。
[0038]由此，操作人員只需憑直覺按下需要微調(diào)的方向的鍵，就能夠容易地實施向所期 望的方向的挖掘。
[0039]第九發(fā)明的隧道掘進(jìn)裝置的控制方法是具備在挖掘側(cè)表面具有多個刀具的前胴 部、在前胴部的后方配置且具有用于得到進(jìn)行挖掘時的反作用力的撐靴的后胴部、包括將 前胴部與后胴部連結(jié)起來而改變前胴部相對于后胴部的位置的（6+n)個推進(jìn)千斤頂?shù)钠叫?連桿機構(gòu)的隧道掘進(jìn)裝置的控制方法，具有以下步驟。檢測出推進(jìn)千斤頂所受到的荷載的 步驟。檢測出推進(jìn)千斤頂?shù)男谐塘康牟襟E?；谕七M(jìn)千斤頂所受到的荷載及行程量的檢測 結(jié)果，計算出前胴部所受到的外力的步驟?；谠撏饬Γ嬎愠觯?+n)個推進(jìn)千斤頂所分擔(dān) 的目標(biāo)分配力的步驟。對推進(jìn)千斤頂進(jìn)行控制，從而在6個推進(jìn)千斤頂中實施行程控制，在η 個推進(jìn)千斤頂中實施基于目標(biāo)分配力的力控制的步驟。
[0040]在這里，隧道掘進(jìn)裝置利用包括設(shè)置于前胴部與后胴部之間的（6+n)個推進(jìn)千斤 頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)，使前胴部相對于后胴部前進(jìn)，從而進(jìn)行隧道的挖掘，在這樣的隧道掘進(jìn) 裝置中，基于安裝于各推進(jìn)千斤頂?shù)牧鞲衅骷靶谐虃鞲衅髦械臋z測結(jié)果，實施6個推進(jìn)千 斤頂?shù)男谐炭刂埔约捌溆唳莻€推進(jìn)千