JP6463184B2 - トンネル掘進機 - Google Patents
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Description
図1〜図10を参照して、本発明の第1実施形態によるトンネル掘進機1について説明する。
図1に示すように、トンネル掘進機1は、掘削面を構成するカッタヘッド11と、カッタコラム12および旋回台13と、カッタ駆動部14とを備えている。第1実施形態では、トンネル掘進機1は、カッタヘッド11の支持方式として中間支持方式を採用した中〜大口径タイプの例を示している。中間支持方式では、カッタヘッド11は、回転駆動される円環状の旋回台13に対して、回転軸線方向(X方向)に延びる脚部(カッタコラム12)によって取り付けられる。旋回台13は、前胴部15の隔壁(バルクヘッド)16に設けられた軸受17によって回転軸回りに回転可能に支持される。カッタコラム12は、本発明の「カッタ支持部」の一例である。
図4〜図6を参照して、カッタ推力の計測データの取得処理を概念的に説明する。図4に示すように、第1実施形態では、データ処理装置23は、カッタヘッド11の現在角度θにおいて取得した歪みセンサ22の現在計測値Vpと、現在角度θに対応する回転角度において取得された過去の対応計測値Voとに基づいて、誤差データErを取得する。そして、データ処理装置23は、誤差データErを用いて、現在の計測データFを補正するように構成されている。
Aop={「計測値(θ+1)」+「計測値(θ−1)」}/2
(ただし、θ=0のときθ−1=359、θ=359のときθ+1=0)
・・・(1)
「計測値(θ+1)」および「計測値(θ−1)」は、それぞれ、回転角度(θ+1)における計測値、回転角度(θ−1)における計測値である。
次に、図7〜図9を参照して、第1実施形態によるトンネル掘進機1のデータ処理装置23の行う処理について説明する。
図7に示す計測フローは、所定のサンプリング周期(たとえば、0.1秒)毎に各歪みセンサ22から計測結果を取得する処理を示している。
G1(φ)=G1c
G2(φ+90)=G2c
G3(φ+180)=G3c
G4(φ+270)=G4c
図8に示す演算フローは、所定の周期(たとえば、1秒)毎に、歪み計測値からカッタヘッド11に作用する力(カッタ推力)と力の回転角度分布とを求める処理を示している。
Gave(θ)=(G1c×EG1+G2c×EG2+G3c×EG3+G4c×EG4)/(EG1+EG2+EG3+EG4) ・・・(2)
Gave(θ)は、ゲージ1〜4の歪み計測値のうち、異常の有無の確認によって正常と判断された歪み計測値の平均である。したがって、たとえば図7のステップS1においてゲージ4のみが異常と判定された場合(EG4=0)、異常と判断されたゲージ4を除いた残り3つの歪み計測値の平均が算出される。データ処理装置23は、得られたセンサ平均値Gave(θ)をメモリ232に記録する。
AG=ΣGave(θ)/360 ・・・(3)
Er(θ)={Gave(θ−1)+Gave(θ+1)}/2−AG
(ただし、θ=0のときθ−1=359、θ=359のときθ+1=0)
・・・(4)
F=K×Gave(θ) ・・・(5)
Kは、歪みを推力(応力)に変換するための係数である。
F=K×{Gave(θ)−Er(θ)} ・・・(6)
Fd(φ)=K×Gave(φ)
Gave(φ)=(G1(φ)×EG1+G2(φ)×EG2+G3(φ)×EG3+G4(φ)×EG4)/(EG1+EG2+EG3+EG4)
・・・(7)
次に、図10を参照して、トンネル掘進機1の動作時における、データ処理装置23の処理動作例を説明する。図10では、説明のための仮想的な動作例として、カッタヘッド11の回転が1秒につき1度進み、正回転(0度から359度へ進む回転)のみの場合の時系列に沿った処理動作例を示している。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図11〜図15を参照して、第1実施形態によるトンネル掘進機1に対して行った実証実験の結果について説明する。実証実験は、推進ジャッキ21のジャッキ推力からカッタヘッド11に作用するカッタ推力を正確に求めることができるように、トンネル掘進機1が地中に入っていない発進時に行い、トンネル掘進機1の自重による摩擦力は事前に計測して補正した。そして、並行して取得したカッタコラム12の歪み計測値と、ジャッキ推力から得られたカッタ推力とを比較した。
次に、本発明の第2実施形態による誤差データErの算出方法について説明する。第2実施形態では、上式(6)により誤差データErを算出する例を示した上記第1実施形態とは異なる、誤差データErの他の算出例について説明する。なお、第2実施形態において、誤差データErの算出方法以外については、上記第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第2実施形態では、誤差データErは、下式(8)によって算出される。
Er(θ)=m×Er(θold)+(1−m)×[{Gave(θ−1)+Gave(θ+1)}/2−AG]
(ただし、θ=0のときθ−1=359、θ=359のときθ+1=0)
・・・(8)
mは、前回算出時の(現在最新の値として記録されている)誤差データErの重み係数であり、0<m<1の範囲で実際の使用状況に応じて適切な値が設定される。
第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、現在計測値Vpと対応計測値Voとに基づいて算出した誤差データErを用いて、現在の計測データFを補正することによって、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッド11に作用する推力(計測データF)をより高精度に把握することができる。
11 カッタヘッド
12 カッタコラム(カッタ支持部)
14 カッタ駆動部
20 ロータリーエンコーダ(回転角度検出部)
22 歪みセンサ
23 データ処理装置(データ処理部)
112 センターシャフト(カッタ支持部)
θ 現在角度
Aop 現在計測値および対応計測値の平均値
AG 基準値
Er 誤差データ
F 計測データ
Vo 対応計測値
Vp 現在計測値
Claims (6)
- カッタヘッドと、
前記カッタヘッドを支持し、かつ、前記カッタヘッドと共に回転するカッタ支持部と、
前記カッタヘッドおよび前記カッタ支持部を回転駆動するカッタ駆動部と、
前記カッタヘッドの回転角度を検出する回転角度検出部と、
前記カッタヘッドまたは前記カッタ支持部に設けられた歪みセンサと、
前記歪みセンサの計測結果に基づき、前記カッタヘッドに作用する力の計測データを取得するデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、前記カッタヘッドの現在角度において取得した前記歪みセンサの現在計測値と、現在角度に対応する回転角度において取得された過去の対応計測値とに基づいて誤差データを取得し、前記誤差データを用いて、現在の前記計測データを補正するように構成されている、トンネル掘進機。 - 前記対応計測値は、現在角度に対する1回転分過去の前記歪みセンサの計測値である、請求項1に記載のトンネル掘進機。
- 前記データ処理部は、少なくとも過去の1回転分の複数の前記歪みセンサの計測値を用いて算出した基準値と、前記現在計測値および前記対応計測値とを用いて、前記誤差データを算出するように構成されている、請求項1または2に記載のトンネル掘進機。
- 前記基準値は、前記現在角度の直前の過去の1回転分にわたる前記歪みセンサの計測値の平均値である、請求項3に記載のトンネル掘進機。
- 前記データ処理部は、前記現在計測値および前記対応計測値の平均値と、前記基準値との差分により、前記誤差データを算出するように構成されている、請求項3または4に記載のトンネル掘進機。
- 前記データ処理部は、前記カッタヘッドの回転開始から少なくとも1回転後の回転中に前記誤差データによる前記計測データの補正を行い、前記カッタヘッドの回転が所定時間以上継続して停止した場合には、前記誤差データによる前記計測データの補正を停止するように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。
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