JP3849300B2

JP3849300B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP3849300B2
Application number: JP14934098A
Authority: JP
Inventors: 俊明上原; 孝信三木; 智文石野
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: US6305754B1; AU3224399A; JPH11336485A; AU747588B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭鉱等の地山を掘進してその後方に掘穴を形成するトンネル掘削機に係る、特に、掘削土砂の取込効率の向上を図ったトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭鉱等の地山を掘進するトンネル掘削機として、掘削機本体の前部に設けられた回転カッタによって地山を掘削し、その掘削土砂をチェーンコンベヤやベルトコンベヤ等によって後方へ搬送するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかるトンネル掘削機においては、掘削土砂の掻き寄せ及び排土に関して未だ改良の余地があり、掻き寄せ及び排土効率が高いトンネル掘削機の開発が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく創作された本発明は、地山を掘削すると共に掘削土砂を中央に掻き寄せるように相互に逆回転する一対の回転カッタと、それら回転カッタの後方に水平に配置され掘削土砂を中央に集土すべく両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライトを有するスクリューカッタと、該スクリューカッタの後方にその長手方向に沿って配置され掘削土砂を掘削機の前進に伴って押す排土板と、該排土板に上記スクリューカッタの中央後方に位置して形成された排土口とを備えたものである。
【０００５】
本発明によれば、相互に逆回転する一対の回転カッタによって掘削された土砂は、先ずそれら回転カッタの相互逆回転によって回転カッタ間に掻き寄せられ、次にその後方のスクリューカッタに両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライトによって中央に集土された後、その後方の排土板に掘削機の前進に伴って押され、排土板にスクリューカッタの中央後方に位置して形成された排土口から排土される。このように、掘削土砂は、回転カッタおよびスクリューカッタによって中央に掻き寄せられて集土された後、排土板の排土口から取り込まれて排土されるので、掻き寄せ及び排土効率が高まる。
【０００６】
また、上記排土板が、スクリューカッタの上部を覆うように断面Ｓ字状に形成されていてもよい。この構成によれば、掘削土砂を押す排土板がスクリューカッタをスクリューコンベヤとして機能させるケーシングをも兼用することになるため、スクリューカッタのスクリューコンベヤとしての機能が高まり、掘削土砂の効率的な掻き寄せが可能となる。
【０００７】
また、上記スクリューカッタの上方に、掘削土砂を排土口に案内すべく回転する集土パドルを配置してもよい。この構成によれば、集土パドルは、その回転によりスクリューカッタの回転と協同して、掘削土砂を排土口に案内する。よって、掘削土砂が効率的に排土口に取り込まれる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【０００９】
図１は炭鉱において石炭が混ざった地山を掘進するトンネル掘削機の正面図、図２は上記トンネル掘削機の側断面図、図３は図２の III-III線断面図、図４は図２の IV-IV線断面図、図５は図２の V-V線断面図である。
【００１０】
図１乃至図３に示すように、このトンネル掘削機１は、前進後退用の左右一対のクローラ２が設けられたカッタ保持体３を有する。カッタ保持体３には、掘穴の上部内面および側部内面にそれぞれ当接すべく径方向に移動する上部支保板４および側部支保板５が、リンク機構６、７（平行リンク機構等）およびジャッキ８、９（電動または油圧ジャッキ等）を介して設けられている。上部支保板４は平板状に形成され、側部支保板５は各回転カッタ１０、１０の回転域に合わせて円弧状に形成されている。
【００１１】
回転カッタ１０は、カッタ保持体３に水平方向に所定間隔を隔てて２個並設されており、地山を掘削するものである。各回転カッタ１０は、カッタ保持体３に設けられた支持ブロック１１に軸支された回転軸１２と、回転軸１２の先端に周方向に所定間隔を隔てて放射状に取り付けられた３本のカッタスポーク１３と、各カッタスポーク１３に取り付けられ実質的に地山を掘削するカッタピック１４とをそれぞれ有している。各回転カッタ１０のカッタスポーク１３は、互いに干渉することなく同一平面上で噛み合うように配置されている。なお、カッタスポーク１３の本数は３本に限らず２本でも４本以上でもよく、カッタスポーク１３の周方向の間隔も等間隔でなくてもよい。
【００１２】
各回転カッタ１０の回転軸１２は、カッタ保持体３にそれぞれ設けられた駆動モータ１５（電動または油圧モータ）の駆動軸１６に、シンクロギヤボックス１７を介して連結されている。シンクロギヤボックス１７は、図５に示すように、その内部に複数のギヤ列１８を有し、各回転カッタ１０、１０の回転軸１２、１２を所定の位相に保持しつつ、相互に同速度で逆回転させるものである。これにより、噛み合うように配置された各カッタスポーク１３は、相互の干渉（衝突）が防止されつつ、図１に矢印１９で示すように掘削土砂を中央に掻き寄せる方向に、相互に逆回転される。
【００１３】
回転カッタ１０、１０の後方の上部には、図１および図２に示すように、当該回転カッタ１０、１０の掘削域の上限位置に、サブカッタ２０が水平に配置されている。サブカッタ２０は、モータ２１によって図２に矢印２２で示す方向に回転される円柱体２３と、円柱体２３の表面にその両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライト２４と、フライト２４に取り付けられたカッタピック２５とからなり、左右の回転カッタ１０、１０の回転域から外れて掘削不能な部分を掘削するためのトリミングカッタとして機能すると共に、掘削土砂を両端から中央に掻き寄せる集土機能をも発揮する。
【００１４】
サブカッタ２０は、リンク機構（図示せず）を介してカッタ保持体３の支持ブロック１１に取り付けられており、そのリンク機構をジャッキ（図示せず）によって変位させることにより所定範囲で上下動するようになっている。かかるサブカッタ２０の下方には、図１に示すように遮土板２６が配置されている。遮土板２６は、サブカッタ２０で掘削した掘削土砂を下方に案内して後方に行くことを防止する板であり、上記リンク機構に取り付けられてサブカッタ２０の上下動に伴って傾動するようになっている。
【００１５】
回転カッタ２０の後方の下部には、図１、図２および図４に示すように、当該回転カッタ２０の掘削域の下限位置に、スクリューカッタ２７が水平に配置されている。スクリューカッタ２７は、図４に示すように、左右のクローラ２、２の幅より僅かに長く形成された円柱体２８と、円柱体２８の表面にその両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライト２９、２９と、フライト２９の螺旋の間に同様に螺旋状に配置されたカッタピック３０とを有している。スクリューカッタ２７は、カッタピック３０が左右の回転カッタ１０、１０の未掘削域を掘削するトリミングカッタとしての機能を発揮すると共に、左右のフライト２９、２９が掘削土砂を左右から中央に集土するスクリューコンベヤとしての機能を発揮するものである。
【００１６】
スクリューカッタ２７の円柱体２８は、アーム部材３１の下部に軸支されている。アーム部材３１は、トンネルの幅方向（水平方向）に所定間隔を隔てて２個配置されており、図２に示すように、その中央部と上部とにそれぞれ中央部ブラケット３２と上部ブラケット３３とがそれぞれ取り付けられている。中央部ブラケット３２には、長板状のリンクプレート３４の一端がピン３５を介して連結されている。リンクプレート３４の他端は、カッタ保持体３に設けられたブラケット３５に、ピン３６を介して連結されている。
【００１７】
他方、上部ブラケット３３には、Ｌ字板状のリンクプレート３７の一端がピン３８を介して連結されている。リンクプレート３７の他端は、カッタ保持体３に設けられた支持ブロック１１に、ピン３９を介して枢支されている。リンクプレート３７のコーナ部には、ジャッキ４０（電動または油圧ジャッキ）の一端がピン４１を介して連結されている。ジャッキ４０の他端は、カッタ保持体３に設けられたブラケット４２に、ピン４３を介して連結されている。この構成によれば、スクリューカッタ２７は、リンクプレート３４、３７を介してカッタ保持体３に支持され、ジャッキ４０の伸縮に伴って昇降する。
【００１８】
各アーム部材３１、３１の上部の側面には、図４にも示すように、スクリューカッタ２７の円柱体２８を回転駆動するための駆動モータ４４（電動または油圧モータ）がそれぞれ設けられている。駆動モータ４４の回転力は、アーム部材３１の内部に収容されたギヤ列（図示せず）によって、スクリューカッタ２７の円柱体２８に伝達される。そして、スクリューカッタ２７は、図２に矢印４５で示すように、掘削土砂を下方に巻き込む方向に回転駆動される。なお、上記ギヤ列の代わりに無端チェーンをアーム部材３１の内部に設けて、駆動モータ４４の回転力をスクリューカッタ２７に伝達するようにしてもよい。
【００１９】
スクリューカッタ２７の後方には、掘削土砂をカッタ保持体３の前進に伴って押す排土板４６が、スクリューカッタ２７の長手方向に沿って配置されている。排土板４６は、図２に示すように、支持ブロック１１に取り付けられた上部排土板４６ａと、アーム部材３１に取り付けられた下部排土板４６ｂとからなる。上部排土板４６ａと下部排土板４６ｂとは、その接点４７が切り離されており、ジャッキ４０の伸縮によるアーム部材３１の揺動に伴って、接点４７で相互に屈曲するようになっている。上部排土板４６ａは平板状に形成されており、下部排土板４６ｂは、スクリューカッタ２７の上部の一部を覆うように断面Ｓ字状に形成されている。
【００２０】
詳しくは、下部排土板４６ｂは、その下半分部がスクリューカッタ２７の後方にカッタ２７から所定間隔を隔ててそれをケーシングのように略90度の領域で覆うように凹状に形成され、上半分部がスクリューカッタ２７の上部の一部を覆うように凸状に形成され、全体として断面Ｓ字状に形成されている。また、下部排土板４６ｂの左右両端部には、図４に示すように、掘削土砂を中央へ案内するためのテーパ部４８が接続されており、下部排土板４６ｂの中央部には、テーパ部４９を介して排土口５０が形成されてる。排土口５０は、上記スクリューカッタ２７の中央後方に位置している。
【００２１】
排土口５０には、掘削土砂を後方へ搬送するチェーンコンベヤ５１が設けられていると共に、図２に示すように掘削土砂をチェーンコンベヤ５１に案内するためのスロープ板５２が設けられている。チェーンコンベヤ５１は、図２乃至図５に示すように、トンネルの後方に延出された樋部材５３を有する。樋部材５３は、図２に示すように複数の樋部材片５４が接続されて構成されており、掘削土砂を後方へ移送する通路となるものである。なお、樋部材片５４を継ぎ足すことなくその終端部まで掘削土砂を移送し、そこからは別のベルトコンベヤやトロッコ等（図示せず）によって掘削土砂を移送するようにしてもよい。
【００２２】
樋部材５３には、図５に示すように、その上面にキャリヤ面５５が形成され、下面にリターン面５６が形成され、各面５５、５６の左右端部にはパドル５７が係合する凹部５８が長手方向に沿って形成されている。パドル５７は、図３および図４に示すように、上記キャリヤ面５５およびリターン面５６に、樋部材５３の長手方向に所定間隔を隔てて複数配置されており、それぞれ無端チェーン５９で連結されている。この構成によれば、無端チェーン５９を図示しない駆動手段で循環させることにより、排土口５０から取り込まれた掘削土砂がキャリヤ面５５上のパドル５７によって後方に移送されることになる。
【００２３】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２４】
上記トンネル掘削機１によって地山を掘進するときには、上部支保板４および側部支保板５を掘穴の内面にそれぞれ当接させた状態でクローラ２を前進方向に循環駆動させつつ、回転カッタ１０、１０とサブカッタ２０とスクリューカッタ２７とチェーンコンベヤ５１とをそれぞれ駆動する。すると、切羽は、その殆どの部分（回転カッタ１０、１０に対向する眼鏡状の部分）が相互に逆回転する一対の回転カッタ１０、１０によって掘削されると共に、それら回転カッタ１０、１０の回転域から外れた部分がサブカッタ２０およびスクリューカッタ２７のカッタピック２５、３０によって掘削され、掘削土砂となる。掘削土砂は、遮土板２６および排土板４６に沿って下方に落下する。
【００２５】
落下する掘削土砂は、先ず相互に逆回転する各回転カッタ１０、１０のカッタスポーク１３の厚さ部分に押されて回転カッタ１０、１０の間の下部に掻き寄せられ、次にその後方のスクリューカッタ２７に両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライト２９、２９によって中央に集土された後、その後方の排土板４６にカッタ保持体３の前進に伴って押され、排土板４６の中央に形成された排土口５０から排土される。このように、掘削土砂は、回転カッタ１０、１０およびスクリューカッタ２７によって中央に掻き寄せられて集土された後、集土位置に設けられた排土口５０から取り込まれて排土されるので、掻き寄せ及び排土効率が高まる。
【００２６】
また、本実施形態では、上記排土板４６は、図２に示すようにスクリューカッタ２７の上部を覆うように断面Ｓ字状に形成されているので、掘削土砂を押すのみならずスクリューカッタ２７をスクリューコンベヤとして機能させるケーシングをも兼用する。よって、スクリューカッタ２７のスクリューコンベヤとしての機能が高まり、集土効率が向上する。すなわち、図２において、スクリューカッタ２７の回転により排土板４６に沿って上方に跳ね上げられた掘削土砂は、スクリューカッタ２７の上部を覆うように断面Ｓ字状に形成された排土板４６に当って下方に案内され、スクリューコンベヤ２７のフライト２９によって中央にネジ送りされる。このように、排土板４６がスクリューカッタ２７をスクリューコンベヤとして機能させるケーシングとなるので、掘削土砂を効率よく中央に集土できる。
【００２７】
別の実施形態を図６乃至図９に示す。
【００２８】
図示するようにこの実施形態は、基本的には前実施形態と同様の構成となっているので、同様の部分は同一の符合を付して説明を省略し、相違する部分のみを説明する。
【００２９】
図７および図８に示すように、排土板６０は、断面Ｓ字状ではなく平板状に形成され、カッタ保持体３に垂直に取り付けられている。図７に示すように、アーム部材６１は、中央部にブラケット６２が設けられており、そのブラケット６２に挿通されたピン６３を介して、カッタ保持体３に設けたブロック６４に回動自在に支持されている。アーム部材６１の上部とブロック６４とは、それぞれブラケット６５、６６およびピン６７、６８を介してジャッキ６９（電動または油圧ジャッキ）が介設されている。
【００３０】
左右のアーム部材６１、６１の間には、スクリューカッタ２７の上方に位置させて、掘削土砂を排土口５０に案内すべく回転する集土パドル７０が設けられている。集土パドル７０は、左右のアーム部材６１、６１にその間を掛け渡して軸支された回転軸７１と、回転軸７１に放射状に取り付けられたロッド７２とからなる。ロッド７２は、図例では軸方向に所定間隔を隔てて、 180度間隔で２本取り付けられているが、これに限らず３本以上取り付けてもよい。
【００３１】
集土パドル７０のロッド７２は、スクリューカッタ２７の駆動モータ４４によって、図７に矢印７３で示すようにスクリューカッタ２７と同方向に回転駆動される。この実施形態によれば、集土パドル７０は、その回転によりスクリューカッタ２７の回転と協同して、掘削土砂を排土口５０に案内する。よって、掘削土砂が効率的に排土口５０に取り込まれる。本実施形態では、集土パドル７０をスクリューカッタ２７の上方に設ける都合上、排土板６０が平板状に形成されているのである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトンネル掘削機によれば、掻き寄せ及び排土効率を可及的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すトンネル掘削機の正面図である。
【図２】上記トンネル掘削機の側断面図である。
【図３】図２の III-III線断面図である。
【図４】図２の IV-IV線断面図である。
【図５】図２の V-V線断面図である。
【図６】別の実施形態を示すトンネル掘削機の正面図である。
【図７】上記トンネル掘削機の側断面図である。
【図８】図７の VIII-VIII線断面図である。
【図９】図７の IX-IX線断面図である。
【符号の説明】
１トンネル掘削機
１０回転カッタ
２７スクリューカッタ
２９フライト
４６排土板
５０排土口
７０集土パドル

Claims

地山を掘削すると共に掘削土砂を中央に掻き寄せるように相互に逆回転する一対の回転カッタと、それら回転カッタの後方に水平に配置され掘削土砂を中央に集土すべく両端から中央にかけて互いに逆螺旋状に形成されたフライトを有するスクリューカッタと、該スクリューカッタの後方にその長手方向に沿って配置され掘削土砂を掘削機の前進に伴って押す排土板と、該排土板に上記スクリューカッタの中央後方に位置して形成された排土口とを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
上記排土板が、スクリューカッタの上部を覆うように断面Ｓ字状に形成された請求項１記載のトンネル掘削機。
上記スクリューカッタの上方に、掘削土砂を排土口に案内すべく回転する集土パドルを配置した請求項１記載のトンネル掘削機。