DE2842963A1 - Tunnelling machine with boom mounted rotary cutter - has hydraulic supply for actuators regulated by power requirement of cutter motor - Google Patents

Abstract

The tunnelling machine mounted on crawler tracks has an adjustable boom at the front carrying a rotary cutter. The boom can be raised and lowered to make vertical cuts, and swung sideways. These operations are carried out by hydraulic actuator cylinders, and the cutter is driven by an electric motor. The volume of hydraulic fluid required is controlled by the load requirement of the motor, this requirement being a reciprocal figure. The hydraulic circuit includes a control unit operated by the electric motor supply, with a voltage converter arrangement which operates a servo valve to control a hydraulic cylinder at the input to the pump supplying the actuators.

Description

Vortriebsmaschine, insbesondere zum Auffahren von Driving machine, especially for driving

Tunnels oder unterirdischen Strecken Die Erfindung bezieht sich auf eine Vortriebsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Beim Vortrieb mit einer solchen Vortriebsmaschine wird der das rotierende Lösewerkzeug tragende Auslegerarm in Vortriebsrichtung um eine bestimmte Schnittiefe in die Ortsbrust hineinbewegt und quer zur Vortriebsrichtung, also seitlich und nach oben bzw. nach unten verschwenkt. Das Verschwenken des Auslegerarms wird bei bekannten Vortriebsmaschinen durch Hydraulikzylinder bewerkstelligt, die einerseits mittelbar oder unmittelbar am Auslegerarm angreifen und andererseits mittelbar oder unmittelbar am Fahrgestell abgestützt sind. Die Bewegung des Auslegerarms in Vortriebsrichtung erfolgt, wenn dieser an einem auf dem Fahrgestell längs der Streckenachse verschiebbaren Schlitten angelenkt ist, ebenfalls mittels einseitig oder beidseitig angeordneter Hydraulikzylinder. Bei einer anderen bekannten Vortriebsmaschine, bei der der Auslegerarm direkt am Fahrgestell angelenkt ist, erfolgt die Bewegung des Auslegerarms in Vortriebsrichtung durch das Vorfahren der Vortriebsmaschine, wobei das Fahrwerk durch einen Hydraulikmotor angetrieben wird. Die einzelnen Bewegungsvorgänge werden vom Maschinenfahrer von Hand mittels hydraulischer Steuerventile gesteuert. Tunnels or underground routes The invention relates to a driving machine according to the preamble of claim 1. When driving with a Such a jacking machine is the boom arm carrying the rotating loosening tool moved into the driving face by a certain cutting depth in the direction of advance and transversely to the direction of advance, i.e. pivoted laterally and upwards or downwards. The pivoting of the boom is in known tunneling machines by hydraulic cylinders accomplished that on the one hand directly or indirectly attack the cantilever arm and on the other hand are supported directly or indirectly on the chassis. the Movement of the cantilever arm in the propulsion direction takes place when it is on a the carriage is articulated along the axis of the track, also by means of hydraulic cylinders arranged on one or both sides. at Another known tunneling machine in which the boom arm is directly on the chassis is articulated, the cantilever arm moves in the propulsion direction the ancestor the tunneling machine, with the chassis by a Hydraulic motor is driven. The individual movement processes are carried out by the machine operator controlled by hand by means of hydraulic control valves.

Eine solche Vortriebsmaschine arbeitet, insbesondere unter Berücksichtigung der Nennleistung des Schneidmotors, unwirtschaftlich, weil beim Schneiden im weichen Boden die Nennleistung des Schneidmotors nicht ausgenutzt wird und beim Schneiden im festen Boden der Schneidmotor überlastet und darüberhinaus abgewürgt werden kann. Andererseits führt bei solchen Vortriebsmaschinen ein unzureichender Andruck des Lösewerkzeugs zum Rattern, wodurch der Verschleiß der Vortriebsmaschine erheblich vergrößert wird.Such a tunneling machine works, especially taking into account the rated power of the cutting motor, uneconomical because when cutting in the soft Soil the rated power of the cutting motor is not used and when cutting in solid ground the cutting motor can be overloaded and stalled. On the other hand, in such tunneling machines, insufficient pressure of the Loosening tool for rattling, which significantly reduces the wear and tear on the tunneling machine is enlarged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs bezeichnete Vortriebsmaschine so auszugestalten, daß die Leistung des Schneidmotors optimal ausgenutzt werden kann. Diese Aufgabe wird nach der Lehre aus dem Anspruch 1 gelöst. Bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vortriebsmaschine wird die Beaufschlagung der Hydraulikzylinder bzw. Hydraulikmotoren automatisch in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Schneidmotors derart geregelt, daß mit steigender Leistungsaufnahme die Beaufschlagung gedrosselt und bei sinkender Leistungsaufnahme gesteigert wird. Das Lösewerkzeug wird folglich beim Schneiden im weichen Boden schneller vorgeschoben, als beim Schneiden im festen Boden. Dabei wird der Schneidmotor immer in der Nähe seiner Nennleistung belastet und diese Leistung gezielt ausgenutzt. Andere Einflußgrößen, wie z.B.The invention is based on the object of providing a Design the driving machine so that the performance of the cutting motor is optimal can be exploited. This object is achieved according to the teaching of claim 1. In the case of a tunneling machine designed according to the invention, the loading is the hydraulic cylinders or hydraulic motors automatically depending on the Power consumption of the cutting motor regulated in such a way that with increasing power consumption the application is throttled and increased with decreasing power consumption. The loosening tool is therefore advanced faster when cutting in soft ground, than when cutting in solid ground. The cutting motor is always nearby its rated power and this power is used in a targeted manner. Other influencing factors, such as.

die Schärfe der Meißel des Lösewerkzeugs, werden automatisch berücksichtigt. Eine Überlastung oder sogar ein Abwürgen des Schneidmotors bleibt ausgeschlossen. Außerdem arbeitet das Lösewerkzeug immer mit einem in etwa gleichbleibenden satten Andruck am zu lösenden Boden, was einen ruhigen Lauf der Vortriebsmaschine zur Folge hat.the sharpness of the chisels of the loosening tool are automatically taken into account. Overloading or even stalling of the cutting motor is excluded. In addition, the loosening tool always works with a roughly constant amount Pressure on the soil to be loosened, which results in a smooth running of the tunneling machine Has.

Die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte MaBnahmen, mit denen die Menge pro Zeiteinheit des die Hydraulikzylinder bzw. die Hydraulikmotoren beaufschlagenden Mediums in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des das Lösewerkzeug antreibenden Elektromotors regelbar ist.The configurations according to claims 2 and 3 are advantageous Measures with which the amount per unit of time of the hydraulic cylinder or the Hydraulic motors acting medium depending on the power consumption of the electric motor driving the release tool can be regulated.

Nach der Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist es möglich, die Größe der iieistungsaufnahme des Schneidmotors willkürlich zu bestimmen.. Neben dem Vorteil, die Höhe der Motor-und Maschinenbelastung einstellen zu können, vermag der Maschinenfahrer eine bestimmte der vorhandenen Geologie angepaßte Belastung einzustellen, bei der die Vortriebsmaschine besonders ruhig läuft.After the training according to claim 4, it is possible to increase the size of the The power consumption of the cutting motor can be determined arbitrarily. In addition to the advantage of The machine operator is able to adjust the level of the engine and machine load to set a specific load adapted to the existing geology, at which the tunneling machine runs particularly smoothly.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer vereinfachten Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the invention is in a simplified drawing described in more detail.

Es zeigen Fig. 1 eine Vortriebsmaschine in der Seitenansicht, Fig. 2 die Vortriebsmaschine in der Draufsicht und Fig. 3 einen elektronischen Regelkreis in Verbindung mit einem Hydroschaltplan für die Vortriebsmaschine.1 shows a tunneling machine in a side view, FIG. 2 shows the tunneling machine in plan view and FIG. 3 shows an electronic control circuit in connection with a hydraulic circuit diagram for the tunneling machine.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vortriebsmaschine befindet sich in einem Tunnel 1 und weist ein Fahrgestell 2 auf, mit dem sie auf der Tunnelsohle 3 längs der Tunnelachse 4 verfahrbar ist. Das Fahrgestell 2 wird durch einen in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten Hydraulikmotor angetrieben. Auf dem Fahrgestell 2 ist ein um eine aufrechte Achse drehbarer Drehstuhl 5 angeordnet, an dem ein Auslegerarm 6 vertikal schwenkbeweglich angelenkt ist. Der Äuslegerarm 6 trägt an seinem vorderen Ende eine um eine quer zur Tunnelachse 4 horizontal verlaufende Achse rotierende Schneidtrommel 7, die von einem nur in Figur 3 dargestellten Drehstrommotor angetrieben wird. Der Auslegerarm 6 ist horizontal und vertikal derart verschwenkbar, daß er mit der Schneidtrommel 7 die Ortsbrust 8 zu bestreichen vermag. Der vertikalen Verschwenkung des Auslegerarms 6 dienen zwei Hydraulikzylinder 9, die beidseitig des Auslegerarms 6 mit ihren Kolbenstangen 11 an diesem angreifen und sich am Fahrgestell 2 abstützen. Das horizontale Verschwenken des Auslegerarms 6 wird durch zwei Hydraulikzylinder 12 bewerkstelligt, die beiderseits des Drehstuhls 5 mit ihren Kolbenstangen 13 an diesem angreifen und sich ebenfalls am Fahrgestell 2 abstützen. Das Aus- und Einfahren der Hydraulikzylinder 9, 12 sowie der Antrieb des Fahrgestells 2 werden durch manuelle hydraulische Steuerventile 14 gesteuert.The tunneling machine shown in Figures 1 and 2 is located is in a tunnel 1 and has a chassis 2 with which they are on the tunnel floor 3 can be moved along the tunnel axis 4. The chassis 2 is supported by an in Figures 1 and 2 driven hydraulic motor, not shown. On the chassis 2 is a swivel chair 5 rotatable about an upright axis, on which a cantilever arm 6 is articulated vertically pivotable. The cantilever arm 6 carries on its front End of a rotating about an axis running horizontally transversely to the tunnel axis 4 Cutting drum 7 driven by a three-phase motor shown only in FIG will. The boom 6 is horizontally and vertically pivotable so that it able to coat the face 8 with the cutting drum 7. The vertical pivoting of the boom 6 are two hydraulic cylinders 9, which are on both sides of the boom 6 engage with their piston rods 11 on this and support themselves on the chassis 2. The horizontal pivoting of the boom 6 is made by two hydraulic cylinders 12 accomplished, the piston rods 13 on both sides of the swivel chair 5 Attack this and also support yourself on the chassis 2. The extension and retraction the hydraulic cylinder 9, 12 and the drive of the chassis 2 are manual hydraulic control valves 14 controlled.

Den Hydraulikzylindern 9, 12 sowie dem in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten, das Fahrwerk 2 antreibenden Hydraulikmotor ist eine nur in Figur 3 dargestellte Hydropumpe 15 mit veränderlicher Fördermenge zugeordnet, deren Fördermenge durch einen nur in Figur 3 dargestellten elektronischen Regelkreis 16 geregelt wird. Der Hydroschaltplan ist in Figur 3 mit 17 bezeichnet. Die Funktion dieser Steuerung ist folgende: Ein Stromwandler 19 erfaßt den Strom einer zu dem Schneidtrommelmotor 21 führenden Drehstromeinspeisung 22 und übermittelt diese Größe durch die Leitung 23 einem Regler 24.The hydraulic cylinders 9, 12 and the one in FIGS. 1 and 2 are not illustrated, the chassis 2 driving the hydraulic motor is only a figure 3 assigned hydraulic pump 15 with variable delivery rate, the delivery rate is controlled by an electronic control circuit 16 shown only in FIG. The hydraulic circuit diagram is denoted by 17 in FIG. The function of this control is as follows: A current transformer 19 detects the current to the cutting drum motor 21 leading three-phase power supply 22 and transmits this size through the line 23 a controller 24.

Von diesem führt eine Leitung 25 zu einem Spannungs-Weg-Wandler 26, der in Abhängigkeit von der Spannung ein Servo-Ventil (Druckregelventil 27) verstellt, dessen Anordnung noch zu beschreiben ist. Die tatsächliche Verstellung des Servo-Ventils 27 wird mittels des Weg-Spannung-Wandlers 28 und der Leitung 29 dem Regler 24 zurückgemeldet. Das Servo-Ventil 27 ist in einer Hydraulikleitung 31 angeordnet, die zu einem das Verstellorgan 32 der Hydropumpe 15 gegen eine Druckfeder 33 verstellenden Hydraulikzylinder 34 führt.From this a line 25 leads to a voltage-displacement converter 26, which adjusts a servo valve (pressure control valve 27) depending on the voltage, the arrangement of which is yet to be described. The actual adjustment of the servo valve 27 is reported back to the controller 24 by means of the displacement-voltage converter 28 and the line 29. The servo valve 27 is arranged in a hydraulic line 31, which leads to the Adjusting member 32 of the hydraulic pump 15 against a compression spring 33 adjusting hydraulic cylinder 34 leads.

Der Regler 24 regelt die Spannung der Leitung 25 im umgekehrten Verhältnis zum Strom in der Drehstromeinspeisung 22.The regulator 24 regulates the voltage of the line 25 in the inverse proportion to the current in the three-phase supply 22.

Folglich wird die Fördermenge der Hydropumpe 15 mittels des Servo-Ventils 27 und des Hydraulikzylinders 34 derart geregelt, daß sie bei steigendem Strom in der Drehstromeinspeisung 22 abnimmt und bei sinkendem Strom zunimmt. Mit dieser Fördermenge werden die den Auslegerarm 6 und somit die Schneidtrommel 7 in Vortriebsrichtung 35 und quer dazu bewegenden Antriebselemente (Hydraulikzylinder 9, 12 und Hydraulikmotor 36) beaufschlagt. Aus Vereinfachungsgründen sind in Fig. 3 nur einer der Hydraulikzylinder 9, 12 sowie nur ein manuelles Steuerventil 14 dargestellt.Consequently, the delivery rate of the hydraulic pump 15 by means of the servo valve 27 and the hydraulic cylinder 34 controlled in such a way that when the current increases in the three-phase supply 22 decreases and increases with decreasing current. With this The delivery rate is the cantilever arm 6 and thus the cutting drum 7 in the advance direction 35 and transversely moving drive elements (hydraulic cylinders 9, 12 and hydraulic motor 36) applied. For the sake of simplicity, only one of the hydraulic cylinders is shown in FIG. 3 9, 12 and only one manual control valve 14 is shown.

Beim Vortrieb wird die Vortriebsmaschine um ein bestimmtes Maß in Vortriebsrichtung 35 vorgefahren, so daß die Schneidtrommel 7 um eine bestimmte Schnittiefe in die Ortsbrust 8 eintaucht. Zugleich oder anschließend wird der Auslegerarm 6 quer zur Vortriebsrichtung verschwenkt. Dabei löst die in Pfeilrichtung 37 drehende Schneidtrommel 7 das anstehende Material von der Ortsbrust 8, das auf dem als Förderer ausgebildeten Auslegerarm 6 und einem sich anschließenden Förderer 38 abgefördert wird. Die Belastung des Schneidtrommelmotors 21 richtet sich nach der Festigkeit des Erdreichs, in dem der Tunnel 1 vorgetrieben wird. Diese Festigkeit kann sehr unterschiedlich sein. Da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Vorschubgeschwindigkeit der Schneidtrommel 7 in der vorbeschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Schneidtrommelmotors 21 geregelt ist, wird dieser immer gleichmäßig belastet und dessen Leistung optimal ausgenutzt. Dem elektronischen Regelkreis 16 ist ein mit dem Regler 24 durch eine Leitung 39 in Verbindung stehendes Potentiometer 41 zugeordnet, an dem der Maschinenfahrer eine bestimmte Soll-Leistung einzustellen vermag.During the advance, the tunneling machine is reduced to a certain extent in Advance direction 35 advanced so that the cutting drum 7 by a certain Depth of cut dips into the face 8. At the same time or afterwards the extension arm is 6 pivoted transversely to the advance direction. The rotating in the direction of arrow 37 releases Cutting drum 7 the pending material from the face 8, which is on the as a conveyor trained cantilever arm 6 and an adjoining conveyor 38 conveyed away will. The load on the cutting drum motor 21 depends on the strength of the soil in which the tunnel 1 is being driven. This strength can be very be different. Since in the embodiment according to the invention, the feed rate of the cutting drum 7 in the manner described above as a function of the power consumption of the cutting drum motor 21 is regulated, this is always evenly loaded and its performance is optimally used. The electronic control circuit 16 is a Potentiometer 41 communicating with controller 24 through a line 39 assigned to which the machine operator can set a specific target output able.

Die Vorschubgeschwindigkeit der Schneidtrommel 7 wird über die Fördermenge der Hydropumpe 15 so geregelt, daß diese eingestellte Soll-Leistung eingehalten wird. Mit einem Stromanzeiger 42 steht dem Maschinenfahrer-ein Kontrollgerät zur Verfügung, an dem er die tatsächliche Leistungsaufnahme des Schneidtrommelmotors 21 ablesen kann.The feed speed of the cutting drum 7 is determined by the delivery rate the hydraulic pump 15 is regulated so that this set target output is maintained will. With a current indicator 42, the machine operator has a control device at his disposal At which he can determine the actual power consumption of the cutting drum motor 21 can be read.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auch bei Vortriebsmaschinen vorteilhaft einzusetzen, deren Auslegerarm der Kontur des Tunnelquerschnitts entsprechend automatisch gesteuert wird.The configuration according to the invention is also applicable to tunneling machines It is advantageous to use the cantilever arm that corresponds to the contour of the tunnel cross-section is controlled automatically.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (4)

Patentansprüche 1.. Vortriebsmaschine, insbesondere zum Auffahren von Tunnels oder unterirdischen Strecken, mit einem ein rotierendes Lösewerkzeug tragenden Auslegerarm, der jeweils mittels eines oder mehrerer Hydraulikzylinder und/o<ier Hydraulikmotoren längs der Vortriebsachse und quer zu dieser derart verstellbar ist, daß er mit dem iiosewerkzeug den Ansbruchquerschnitt zu bestreichen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge pro Zeiteinheit des die Hydraulikzylinder (9, 12) und/oder Hydrtaulikmotoren <36) .b:eaufschlagenden Mediums in Abahängigkeit von der It-eistungsaufmahme des das Lösewerkzeug (Schneidtrommel 7) antreibenden Elektromotors (21) geregelt ist, wobei die Leistungsaufnahme eine in etwa reziproke B.emessungsgröBe ist Claims 1 .. tunneling machine, in particular for driving of tunnels or underground routes, with a rotating loosening tool supporting arm, each by means of one or more hydraulic cylinders and / o <ier hydraulic motors along the propulsion axis and transversely to this in such a way it is adjustable that he smear the opening cross-section with the iiosewerkzeug capable, characterized in that the amount per unit time of the hydraulic cylinder (9, 12) and / or hydraulic motors <36) .b: depending on the impacting medium from the It-eistungsaufmahme of the loosening tool (cutting drum 7) driving Electric motor (21) is regulated, the power consumption being approximately reciprocal B. the measurement size is 2. Vortriebsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Fördermenge der die Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotoren mit Druckflüssigkeit versorgenden Pumpe mittels eines am Verstellorgan der Pumpe angreifenden Hydraulikzylinders einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum am Verstellorgan (23) angreifenden Hydraulikzylinder (34) führenden Hydraulikleitung (31) ein den Druck regelndes Servo-Ventil (27) eingeschaltet ist, dem ein elektronischer Regelkreis (16) vorgeschaltet ist, -der das Servo-Ventil (27) in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des das Lösewerkzeug (Schneidtrommel 7) antreibenden Elektromotors (21) steuert.2. tunneling machine according to claim 1, wherein the flow rate which supply the hydraulic cylinders and / or hydraulic motors with hydraulic fluid Pump adjustable by means of a hydraulic cylinder acting on the adjusting element of the pump is, characterized in that in the hydraulic cylinder acting on the adjusting member (23) (34) leading hydraulic line (31) switched on a pressure-regulating servo valve (27) which is preceded by an electronic control circuit (16) -the servo valve (27) depending on the power consumption of the loosening tool (cutting drum 7) driving electric motor (21) controls. 3. Vortriebsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Fördermenge der die Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotoren mit Druckflüssigkeit -versorgenden Pumpe konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder in den zu den Hydraulikzylindern oder Hydraulikmotoren führenden Hydraulikleitung(en) in Strömungsrichtung hinter der Pumpe jeweils ein die Durchflußmenge regelndes Stromregelventil eingeschaltet ist, dem ein elektronischer Regelkreis vorgeschaltet ist, der das Stromregelventil in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des das Lösewerkzeug (Schneidtrommel 7) antreibenden Elektromotors (21) steuert.3. tunneling machine according to claim 1, wherein the delivery rate of the Hydraulic cylinders and / or hydraulic motors with hydraulic fluid -supplying pump is constant, characterized in that in or in the hydraulic cylinders or hydraulic line (s) leading behind hydraulic motors in the direction of flow of the pump a flow control valve that regulates the flow rate is switched on is, which is preceded by an electronic control circuit that controls the flow control valve in Depending on the power consumption of the loosening tool (cutting drum 7) driving Electric motor (21) controls. 4. Vortriebsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektronischen Regelkreis (16) ein Potentiometer (41) zugeordnet ist, an dem die Größe der Leistungsaufnahme des das Lösewerkzeug (Schneidtrommel 7) antreibenden Elektromotors (21) einstellbar ist.4. tunneling machine according to claim 2 or 3, characterized in that that the electronic control circuit (16) is assigned a potentiometer (41) the size of the power consumption of the loosening tool (cutting drum 7) driving Electric motor (21) is adjustable.