[發明專利]隧道掘進裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201480049384.4
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN105556062B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 倉本豊司
• 申請（專利權）人: 株式會社小松制作所
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 岳雪蘭,樸淵

技術領域

本發明涉及在挖掘隧道時所使用的隧道掘進裝置及其控制方法。

背景技術

掘進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面設置的撐靴，使用這樣的掘進機來進行隧道的挖掘。

該掘進機在左右撐靴推壓隧道左右側壁的狀態下，使刀盤一邊旋轉一邊推壓工作面，對隧道進行挖掘。

例如，在專利文獻1中，公開了一種地下掘進機的方向控制方法，該地下掘進機具備：前胴部，其具有進行巖層挖掘的刀具；后胴部，其具有用于獲得挖掘用的反作用力的撐靴，并且經由致動機構等與前胴部連結。

在該地下掘進機中，在前胴部與后胴部之間搭載產生彎曲的致動機構(例如，推進千斤頂等)，使曲線狀的隧道的挖掘成為可能。

并且，根據專利文獻1所公開的地下掘進機，在基于所存儲的計劃掘進線進行自動挖掘，而地下掘進機的挖掘方向由于巖層硬度的變化等而發生變化的情況下，操作人員需要適當地改變推進千斤頂的行程，對前胴的姿態進行調整，以使所挖掘的隧道不從計劃掘進線偏離。

前胴部的位置、方向需要正交坐標系的X、Y、Z三軸和繞各軸的旋轉的6個自由度的動作，因此需要6軸的驅動連桿。

作為6軸驅動連桿的一個形態，已知6個推進千斤頂的活塞桿側連結在前胴部，缸筒側連結在后胴部的形態。在這樣的6軸驅動連桿中，采用所謂的平行連桿構造，即，多個推進千斤頂的活塞桿側環狀地配置在前胴部的與后胴部相對的面的外周緣的附近，多個推進千斤頂的活塞桿側環狀地配置在后胴部的與前胴部相對的面的外周緣的附近。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：(日本)特開昭61-266797號公報

發明內容

然而，在上述現有的地下掘進機中，存在以下所述的問題點。

在這里，在將隧道掘進機用于坑道挖掘等的情況下，與通常的隧道挖掘相比，需要進行曲率半徑R小的曲線挖掘。

現有的隧道掘進機所進行的曲線挖掘，通常是通過改變前胴部的姿態而反復進行長度短的直線挖掘，以此形成折線隧道來進行的。此時，是基于操作人員的經驗對各推進千斤頂行程量進行操作來改變隧道掘進裝置的前胴的姿態，但是在采用上述平行連桿的情況下，存在行程操作和姿態的關系與操作人員的直覺不同的情況，因此存在難以操作的問題。

并且，在通過反復進行實際長的直線挖掘來進行急曲線隧道的施工時，存在所期望的急曲線隧道與通過直線挖掘施工的折線隧道的偏離變大的可能。

換句話說，在搭載現有的平行連桿機構的隧道掘進機中，尤其是對于通過手動操作來對曲率半徑R小的曲線部進行挖掘的作業，存在困難性非常高的問題。

本發明的課題在于提供一種隧道掘進裝置及其控制方法，即使在通過手動操作來進行隧道挖掘的情況下，也能夠通過簡單的操作來實施包括曲線部分的挖掘。

第一發明的隧道掘進裝置具備前胴部、后胴部、中折點、平行連桿機構、輸入部、計算部以及千斤頂控制部。前胴部在挖掘側表面具有多個刀具。后胴部配置在前胴部的后方，具有用于得到進行挖掘時的反作用力的撐靴。中折點設置在前胴部與后胴部之間。平行連桿機構包括多個推進千斤頂，該多個推進千斤頂在前胴部與后胴部之間并列配置而將前胴部與后胴部連結起來，改變前胴部相對于后胴部的位置。輸入部從操作人員接收與前胴部的行進方向有關的操作輸入。計算部基于輸入部接收到的操作輸入的內容、后胴部的中心線及中心點、前胴部的中心點的位置，對中折點的位置進行計算。千斤頂控制部對平行連桿機構所包含的各個推進千斤頂的行程進行控制，從而與根據后胴部的中心點、中折點、前胴部的中心點各自的位置生成的曲線對應地前進。

在這里，利用包括在前胴部與后胴部之間設置的多個推進千斤頂的平行連桿機構使前胴部相對于后胴部前進，由此，在進行隧道的挖掘的隧道掘進裝置中，能夠使前胴部沿著根據后胴部的中心點、通過計算求出的假想的中折點、前胴部的中心點各自的位置生成的曲線前進。

在這里，本隧道掘進裝置在前胴部與后胴部之間設有中折點。前胴部在挖掘側的前端部分搭載有多個刀具。后胴部利用撐靴支撐在隧道的內壁面上。平行連桿機構具有多個(至少6個)推進千斤頂，與預先設定目標位置或者操作人員所輸入的目標位置(方向)對應地使各個推進千斤頂伸縮，從而能夠對前胴部相對于后胴部的位置、姿態等進行控制。