JPH0696943B2 - Method and device for controlling excavation direction of shield machine - Google Patents
Method and device for controlling excavation direction of shield machineInfo
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- JPH0696943B2 JPH0696943B2 JP1019860A JP1986089A JPH0696943B2 JP H0696943 B2 JPH0696943 B2 JP H0696943B2 JP 1019860 A JP1019860 A JP 1019860A JP 1986089 A JP1986089 A JP 1986089A JP H0696943 B2 JPH0696943 B2 JP H0696943B2
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- deviation
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Description
本発明は、シールド掘進機の現在の姿勢角又は位置を検
出しながらその掘進方向を計画路線に正確に沿うように
リアルタイムで自動制御する方法及びその装置に関す
る。The present invention relates to a method and a device for automatically controlling in real time the digging direction so as to accurately follow a planned route while detecting the current attitude angle or position of a shield machine.
一般に、シールド掘進機の自動による方向制御は、その
位置と姿勢角を自動位置計測装置等により常時計測し、
計画路線との偏差を修正するように推進ジャッキを自動
的に操作して行う。 従来、その操作は、一般に推進ジャッキを電磁切換弁に
より作動させるか停止させるかにより行っていた。すな
わち、複数の推進ジャッキのうちから修正動作に適した
作動ジャッキを過去の掘進データ等を参照して選択し、
さらに偏差の修正には水平方向及び鉛直方向の偏差を同
時に修正できるようなジャッキを選択し、それを作動・
停止させることにより行っていた。 この方法を、第６図に示すように８台の推進ジャッキを
有するシールド掘進機を例にして説明する。いま全推進
ジャッキの作動によって直進させた結果、水平方向θx,
鉛直方向θｙの姿勢角偏差が生じ、これを修正するもの
とする。この場合、その修正動作に最も適したと思われ
る第８番目の推進ジャッキを圧力解放して停止させ、シ
ールド掘進機の動作を確認する。この結果、操作量が少
なく、希望通りの修正が行えなかったとき、例えば水平
方向θｘの修正が十分でないときは、その方向の操作量
を増加させるために、更に第７番目又は第６番目の推進
ジャッキも停止させる。逆に操作量が多く希望の修正値
を超えた場合には、停止させた第８番目の推進ジャッキ
を再び作動させることによって操作量を減少させる。In general, automatic direction control of shield machine is always measuring its position and attitude angle by automatic position measuring device,
The propulsion jack is automatically operated to correct the deviation from the planned route. Conventionally, the operation is generally performed by operating or stopping the propulsion jack with an electromagnetic switching valve. That is, from a plurality of propulsion jacks, select an operation jack suitable for correction operation by referring to past excavation data and the like,
Furthermore, to correct the deviation, select a jack that can correct the deviation in the horizontal and vertical directions at the same time and operate it.
It was done by stopping. This method will be described using a shield machine having eight propulsion jacks as shown in FIG. 6 as an example. As a result of moving straight by the operation of all propulsion jacks, the horizontal direction θx,
A posture angle deviation in the vertical direction θy occurs, which is to be corrected. In this case, the eighth propulsion jack that seems to be most suitable for the correction operation is released by pressure and stopped, and the operation of the shield machine is confirmed. As a result, when the operation amount is small and the desired correction cannot be performed, for example, when the correction in the horizontal direction θx is not sufficient, in order to increase the operation amount in that direction, the seventh or sixth position is further increased. Also stop the propulsion jack. On the contrary, when the operation amount is large and exceeds the desired correction value, the operation amount is reduced by reactivating the stopped eighth propulsion jack.
このような従来の方法によると、一旦停止させた推進ジ
ャッキは既設のセグメントから外れるため、その停止し
た推進ジャッキを再び作動させて掘進作業を続行する場
合には、その推進ジャッキが既設のセグメントに当たる
まで待ってから掘進を再開しなければならず、作業能率
が非常に悪かった。 これを改善するため、無負荷追従ジャッキ方式によるも
のが提案された。この方法は、推進ジャッキを完全に圧
力解放しないでシールド掘進機本体に対して無負荷状態
になるような低い圧力をかけた状態で停止させ、シール
ド掘進機本体に迅速に追従できるようにしたものであ
る。 しかし、この方法とても、推進ジャッキをシールド掘進
機本体に対して負荷作動状態にするか無負荷作動状態に
するかの２段階の切換であり、作動・停止による場合と
同様に水平及び鉛直の両方向の操作量が同時に変化する
ため、その独立した制御を行えず、高い掘進精度を期待
できなかった。また、操作量が単にオン・オフの２値量
となるため、PID演算（比例・積分・微分）等による円
滑かつ連続的な追従制御ができず、土質変化等の外乱の
影響を受け易かった。 更に、特開昭63-89798号公報に開示されているように、
シールド掘進機の設計路線からの偏位量に基づいて、偏
位に関連した推進ジャッキの圧力を変化させる方法や、
特開昭53-32931号公報に開示されているように、推進ジ
ャッキを任意の複数のグループに分け、各グループの液
圧回路の液圧を、互いに他のグループと独立して、手動
又は自動操作で無段階又は段階的に制御する方法が提案
されている。 シールド掘進機の方向制御をこのように推進ジャッキの
圧力制御によって行う方法は、特定の推進ジャッキの圧
力を圧力制御弁などで調整してシールド掘進機に旋回モ
ーメントを発生させて方向制御を行うものであり、前述
したジャッキ選択方式よりも方向制御の自由度が高い。 しかし、これら公報に開示された方法は、土質変化やシ
ールドセグメントの動揺などの、推進中に変化する外乱
を考慮した制御ではないため、このような外乱の影響に
より正確な方向制御を行えない。 すなわち、地盤を切削しながら土砂を取り込み推進する
シールド掘進機の場合、その切削地盤の固さや土砂の取
り込み状況や地山圧力の変動、更には構築したセグメン
トの拘束力の変化などにより、シールド掘進機の推力が
リアルタイムに変化する。このため、それを考慮しない
で推進ジャッキの圧力を制御すると、その制御対象の推
進ジャッキは推力の変化分を吸収せず、圧力を制御して
いない推進ジャッキのみが推力を負担することになり
（圧力を制御していない推進ジャッキの圧力は、そのと
きの油圧回路内の圧力と等しい）、その本数が少ない場
合には、一次圧力が大きく変動して掘進速度が不安定に
なる。また、旋回モーメントの方向と大きさもそれによ
り変化するため、正確な方向制御ができなくなる。 本発明の目的は、圧力制御方式のこのような問題点を解
決し、地盤の固さや土砂の取り込み状況や地山圧力の変
動やセグメントの動揺などの、掘進中においてリアルタ
イムで変化する外乱に対して、これをリアルタイムで補
償して正確かつ適切な方向制御を行えるようにすること
にある。According to such a conventional method, the once stopped propulsion jack comes off from the existing segment, so when reactivating the stopped propulsion jack to continue excavation work, the propulsion jack hits the existing segment. I had to wait until and restart the digging, and the work efficiency was very poor. In order to improve this, a no-load follow-up jack system was proposed. In this method, the pressure of the propulsion jack is not completely released, and the shield machine is stopped with a low pressure applied to the shield machine body so that it is in an unloaded state, so that the shield machine body can quickly follow. Is. However, this method is a two-stage switching, that is, whether the propulsion jack is in the load operating state or the no-load operating state with respect to the shield machine main body, and it is in the horizontal and vertical directions as in the case of operating and stopping. Since the operation amount of was changed at the same time, the independent control could not be performed and high excavation accuracy could not be expected. In addition, since the operation amount is simply a binary amount of ON / OFF, smooth and continuous follow-up control by PID calculation (proportional / integral / derivative) etc. cannot be performed, and it is easily affected by disturbance such as soil change. . Furthermore, as disclosed in JP-A-63-89798,
Based on the amount of deviation from the design line of the shield machine, a method of changing the pressure of the propulsion jack related to the deviation,
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 53-32931, the propulsion jack is divided into a plurality of arbitrary groups, and the hydraulic pressure of the hydraulic circuit of each group is independent of the other groups, and is manually or automatically set. A method of controlling steplessly or stepwise by operation has been proposed. The method of controlling the direction of the shield machine by controlling the pressure of the propulsion jack in this way is to control the direction of the shield machine by generating a turning moment by adjusting the pressure of a specific propulsion jack with a pressure control valve or the like. Therefore, the degree of freedom of direction control is higher than that of the jack selection method described above. However, the methods disclosed in these publications are not controls that take into account disturbances that change during propulsion, such as changes in soil quality and shaking of shield segments, and therefore accurate direction control cannot be performed due to the influence of such disturbances. In other words, in the case of a shield excavator that takes in and promotes earth and sand while cutting the ground, shield excavation is performed due to the hardness of the cutting ground, the condition of earth and sand intake, fluctuations in ground pressure, and changes in the restraining force of the constructed segment. The thrust of the machine changes in real time. Therefore, if the pressure of the propulsion jack is controlled without considering it, the propulsion jack to be controlled does not absorb the change in the thrust, and only the propulsion jack that does not control the pressure bears the thrust. (The pressure of the propulsion jack whose pressure is not controlled is equal to the pressure in the hydraulic circuit at that time). If the number is small, the primary pressure fluctuates greatly and the excavation speed becomes unstable. Further, since the direction and magnitude of the turning moment also change accordingly, accurate direction control cannot be performed. An object of the present invention is to solve such a problem of the pressure control method, and to deal with disturbances that change in real time during excavation, such as the hardness of the ground and the uptake condition of earth and sand, the fluctuation of the ground pressure and the fluctuation of the segment. Then, this is compensated in real time so that accurate and appropriate direction control can be performed.
本発明によるシールド掘進機の掘進方向制御方法は、次
のないしのステップを掘進ごとにリアルタイムで行
う。 姿勢角目標値と姿勢角センサの検出値とから現時点の
姿勢角偏差を求める過程。 複数の推進ジャッキの個々又はグループについて上記
偏差を修正するような推力分担を演算する過程。 その演算により推力分担が最も大きい１個又はグルー
プの推進ジャッキの圧力系統を規定の最大圧力に設定す
る過程。 全推進ジャッキの圧力系統へ共通に供給される元圧を
元圧検出用圧力センサで検出し、その検出圧力から当該
シールド掘進機の現時点の必要推力を演算する過程。 この必要推力と上記推力分担とから、最大圧力に設定
した推進ジャッキ以外の推進ジャッキの各圧力系統の圧
力設定値を新たに演算する過程。 最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャッキ
の各圧力系統の圧力を分岐圧検出用圧力センサで検出し
ながら、その検出圧力と上記圧力設定値とを比較して各
圧力系統ごとの圧力偏差を演算する過程。 その圧力偏差を修正するように各圧力系統の圧力を調
整する過程。 上記及びにおいて、水平方向と鉛直方向のそれぞれ
について姿勢角偏差及び推力分担を求めるのがよい。複
数のジャッキをシールド掘進機の円周方向に所定個数ず
つグループ分けして、グループごとに推力分担の演算、
圧力設定値の演算、圧力偏差の演算及び圧力調整を行う
ことができる。 また、本発明によるシールド掘進機の掘進方向制御装置
は、次の（１）から（14）の手段で構成される。 （１）当該シールド掘進機の現在の位置を検出する位置
センサ。 （２）現在の姿勢角を検出する姿勢角センサ。 （３）位置センサの検出値と与えられた位置目標値とか
ら位置偏差を求める演算手段。 （４）その位置偏差を修正するような姿勢角目標値を演
算する演算手段。 （５）この姿勢角目標値と上記姿勢角センサの検出値と
から姿勢角偏差を求める演算手段。 （６）その偏差を修正するような圧力目標値を上記複数
の推進ジャッキの個々又はグループについて演算する演
算手段。 （７）これら推進ジャッキの個々又はグループの圧力系
統に作用する圧力をそれぞれ検出する分岐圧検出用圧力
センサ。 （８）これら圧力系統に共通に供給される元圧を検出す
る元圧検出用圧力センサ。 （９）各圧力系統ごとに設けられた圧力調整器。 （10）上記推力分担が最も大きい１個又はグループの推
進ジャッキの圧力系統の圧力調整器を規定の最大圧力に
設定する制御手段。 （11）上記元圧検出用圧力センサの検出圧力から当該シ
ールド掘進器の現時点の必要推力を演算する演算手段。 （12）この必要推力と上記推力分担とから、最大圧力に
設定した推進ジャッキ以外の推進ジャッキの各圧力系統
の圧力設定値を新たに演算する演算手段。 （13）最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャ
ッキの各圧力系統の分岐圧検出用圧力センサで検出した
検出圧力と上記圧力設定値とを比較して各圧力系統ごと
の圧力偏差を演算するとともに、その偏差を修正するよ
うに各圧力系統の圧力修正値を演算する演算手段。 （14）最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャ
ッキの各圧力系統の圧力調整器を、上記圧力修正値に従
って調整する制御手段。The method for controlling the excavation direction of the shield machine according to the present invention performs the following steps in real time for each excavation. A process of obtaining the present attitude angle deviation from the attitude angle target value and the value detected by the attitude angle sensor. A process of calculating thrust sharing to correct the above deviations for individual or groups of propulsion jacks. The process of setting the pressure system of one or a group of propulsion jacks with the largest thrust share by the calculation to the specified maximum pressure. A process in which the source pressure commonly supplied to the pressure system of all propulsion jacks is detected by a source pressure detection pressure sensor, and the current required thrust of the shield machine is calculated from the detected pressure. A process of newly calculating the pressure set value of each pressure system of the propulsion jacks other than the propulsion jack set to the maximum pressure from the required thrust and the thrust distribution. While detecting the pressure of each pressure system of the propulsion jacks other than the propulsion jack set to the maximum pressure with the branch pressure detection pressure sensor, compare the detected pressure with the above pressure set value to determine the pressure deviation for each pressure system. The process of calculating. The process of adjusting the pressure of each pressure system so as to correct the pressure deviation. In the above and above, it is preferable to obtain the attitude angle deviation and the thrust sharing in each of the horizontal direction and the vertical direction. A plurality of jacks are divided into groups by a predetermined number in the circumferential direction of the shield machine, and thrust force is calculated for each group.
It is possible to calculate the pressure set value, the pressure deviation, and the pressure adjustment. Further, the excavation direction control device of the shield machine according to the present invention is configured by the following means (1) to (14). (1) A position sensor that detects the current position of the shield machine. (2) An attitude angle sensor that detects the current attitude angle. (3) Calculation means for obtaining a position deviation from the detected value of the position sensor and the given position target value. (4) Computation means for computing the attitude angle target value for correcting the position deviation. (5) Calculation means for obtaining a posture angle deviation from the posture angle target value and the detected value of the posture angle sensor. (6) Calculation means for calculating a pressure target value for correcting the deviation for each of the plurality of propulsion jacks or for each group. (7) A branch pressure detecting pressure sensor that detects the pressure acting on the pressure system of each of these propulsion jacks. (8) A pressure sensor for detecting a source pressure that detects a source pressure commonly supplied to these pressure systems. (9) A pressure regulator provided for each pressure system. (10) Control means for setting the pressure regulator of the pressure system of the one or group of propulsion jacks having the largest thrust distribution to the specified maximum pressure. (11) A calculating means for calculating the current required thrust of the shield machine from the pressure detected by the source pressure detecting pressure sensor. (12) A calculating means for newly calculating the pressure set value of each pressure system of the propulsion jacks other than the propulsion jack set to the maximum pressure, based on the required thrust and the thrust distribution. (13) Compute the pressure deviation for each pressure system by comparing the detected pressure detected by the pressure sensor for detecting the branch pressure of each pressure system of the propulsion jacks other than the propulsion jack set to the maximum pressure with the above pressure set value. At the same time, calculation means for calculating the pressure correction value of each pressure system so as to correct the deviation. (14) Control means for adjusting the pressure regulator of each pressure system of the propulsion jack other than the propulsion jack set to the maximum pressure according to the pressure correction value.
本発明によれば、姿勢制御するめに必要な各推進ジャッ
キの圧力を地山を推進することにより自動的に検出しな
がら、推進ジャッキへ実際に加える圧力を、姿勢角偏差
を修正するような推力分担に従って時々刻々に自動調整
するため、地山圧力の変動やシールドセグメントの動揺
等の外乱に影響されることなく、完全なフィードバック
制御系によりリアルタイムでしかも水平方向及び鉛直方
向をそれぞれ独立して方向制御できるので、正確で適切
な方向制御が行える。また、推力分担が最大な推進ジャ
ッキを除き、それ以外の推進ジャッキへ加える圧力を圧
力検出しながら時々刻々に修正するため、この圧力修正
する推進ジャッキにより推力変動を吸収することができ
る。According to the present invention, the pressure that is actually applied to the propulsion jack is corrected by automatically detecting the pressure of each propulsion jack required for controlling the posture by propelling the natural ground, and the thrust that corrects the posture angle deviation. Since it automatically adjusts every moment according to the division of labor, it is not affected by disturbances such as fluctuations of natural ground pressure and fluctuations of the shield segment, and the complete feedback control system provides real-time and independent horizontal and vertical directions. Since it can be controlled, accurate and appropriate direction control can be performed. Further, except for the propulsion jack having the largest share of thrust, the pressure applied to the other propulsion jacks is corrected every moment while detecting the pressure, and thus the thrust fluctuations can be absorbed by the propulsion jack whose pressure is corrected.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。 第１図は、本発明による掘進方向制御装置のシステム構
成図である。シールド掘進機本体１は放射状に配置した
４台以上の推進ジャッキ２（同図では２台のみ図示）に
より公知のように推進され、また従来公知の位置センサ
３及び姿勢角センサ４によって現在の位置及び姿勢角を
検知される。その検知した位置データ及び姿勢角データ
は信号変換器５により信号変換されてパーソナルコンピ
ュータ等による地上の指令部６へ伝送され、後述のよう
にデータ処理される。全推進ジャッキ２は油圧供給系を
介して共通の油圧ポンプ７に接続され、該油圧ポンプ７
からの油圧によって作動される。油圧ポンプ７からの油
圧（元圧）は元圧検出用圧力センサ８によって検知さ
れ、流量調整器９により流量調整された後、分岐して各
推進ジャッキ２ごとに圧力調整器（例えば比例電磁弁）
10により圧力調整されるとともに、各推進ジャッキ２ご
との圧力を分岐圧検出用圧力センサ11によって検知され
る。圧力センサ８・11によって検知された圧力データ
は、演算機能を有する制御部12を介し、また上記信号変
換器５で信号変換されて指令部６へ伝送される。制御部
12は指令部６からの指令に従い流量調整器９及び各推進
ジャッキ２ごとの圧力調整器10を制御する。各推進ジャ
ッキ２を圧力調整器10で調整することによりシールド掘
進機本体１の方向が制御される。 その制御にあたり本実施例では、シールド掘進機本体１
に放射状に配設されたＮ個の推進ジャッキ２を、便宜
上、シールド掘進機本体１の中心を通る水平線と鉛直線
に沿って円周方向にN/4個ずつ４つのグループに分割、
すなわちその圧力系統を４分割したものとして説明す
る。第２図においてある点のＸ軸及びＹ軸の座標値（設
定値）a,bが与えられた場合、すなわち水平方向の圧力
目標値ａ及び鉛直方向の圧力目標値ｂが与えられた場
合、４分割された推進ジャッキ２によりこの値を満たす
ための推力分担P11〜P22は次の計算によって求められ
る。ｘはＸ軸方向の最大値、ｙはＹ軸方向の最大値であ
る。 第３図に示すようにＮ個の推進ジャッキ21〜2Nには、そ
れぞれの圧力を調整する圧力調整器101〜10N、及びその
圧力を検知する分岐圧検出用圧力センサ111〜11Nが接続
され、各推進ジャッキの圧力は個別に検知されるが、圧
力制御は指令部６からの指令に従い制御部12によって上
記のように４つのグループに分けて行われる。従って、
同じグループの推進ジャッキは同じ圧力に調整される。
以下、その圧力制御について第４図のフローチャートを
参照してステップ順に説明する。 位置センサ３及び姿勢角センサ４でシールド掘進機本
体１の現在の位置及び姿勢角を検出し、そのデータを信
号変換器５で指令部６用に変換してこれへ伝送する。 指令部６において計画路線の位置目標値と位置センサ
３の検出位置とを比較して位置偏差を求め、その位置偏
差から水平方向及び鉛直方向の姿勢角目標値を演算す
る。 指令部６において姿勢角目標値と姿勢角センサ４の検
出姿勢角とを比較し、水平方向及び鉛直方向の姿勢角偏
差を求める。 これら姿勢角偏差を信号変換器５で制御部12用に変換
してこれへ伝送する。 制御部12により流量調整器９を制御して流量調整し、
シールド掘進器本体１の掘進速度を適宜に設定する。 上記で変換された水平方向及び鉛直方向の姿勢角偏
差から、その偏差を修正するような各推進ジャッキの目
標推力（推力分担）を制御部12において演算し、その演
算結果から上記の計算式に従った水平方向及び鉛直方向
の推力分担により最も大きい圧力系統の推進ジャッキを
選択する。 その圧力系統の圧力調整器10を制御部12によって規定
の最大圧力（例えば、油圧回路の最大使用圧力）に設定
する。 例えば、圧力系統を４つのグループG1〜G4に分けてその
推力分担が次のように求められたとする。 G1＝Ａ（０≦Ａ＜１） G2＝Ｂ（０≦Ｂ＜１） G3＝１ G4＝Ｃ（０≦Ｃ＜１） この場合、グループG3の圧力系統を最大圧力に設定す
る。 油圧ポンプ７からの圧力、つまり全推進ジャッキの圧
力系統に共通に加わる元圧を、元圧検出用圧力センサ８
によってを検出し、制御部12においてこのときのシール
ド掘進機本体１の必要推力を演算する。 この必要推力と上記の推力分担とから、他の圧力系統
の推進ジャッキへ加える圧力設定値を改めて演算する。
すなわち、上記のように４つのグループG1〜G4に分けた
場合、G3以外のG1、G2、G4のそれぞれについて、それぞ
れの推力分担Ａ、Ｂ、Ｃに従って圧力設定値を決める。 分岐圧検出用圧力センサ111〜11Nによって各圧力系統
の圧力を検出する。 その検出圧力と上記で求めた圧力設定値とを比較し
て各圧力系統ごとの圧力偏差を演算する。 各圧力系統ごとに上記圧力偏差を修正するような調整
値、つまり電流値又は電圧値を演算し、これに従い、上
記で最大圧力に設定した圧力調整器以外の各圧力調整
器101〜10Nを操作して各推進ジャッキ21〜2Nの圧力を調
整する。 推進ジャッキ21〜2Nの作動によりシールド掘進機本体
に回転モーメントが生じ、その掘進方向が制御される。 以上の動作を、掘進ごとに繰り返すことによりシールド
掘進機本体１はリアルタイムで連続的にかつ水平及び鉛
直両方向について円滑に方向制御される。すなわち、各
圧力系統の推進ジャッキは、上記で設定した推力分担
を維持し、かつシールド掘進機のそのときの必要総推力
になるように制御され、この作用により、シールド掘進
機の旋回モーメントは、大きさが総推力に比例し、方向
が目標方向に向かって常に一定になるため、正確で適切
な方向制御が行える。また、推力変動を、圧力制御され
る推進ジャッキ（上記の例ではグループG1、G2、G4）が
吸収するため、油圧回路内の圧力変動が少なくなり、速
度変動のない安定した掘進が可能になる。 なお、上記の実施例では、Ｎ個の推進ジャッキ21〜2Nを
説明の便宜上第２図に示すようにＸ軸及びＹ軸と平行に
４分割したが、シールド掘進機本体１にとっては第５図
のような態様に分割した方が方向転換が容易である。ま
た分割しないでＮ個の推進ジャッキ21〜2Nを個々に圧力
調整しても良い。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of the excavation direction control device according to the present invention. The shield machine main body 1 is propelled in a known manner by four or more propulsion jacks 2 (only two are shown in the figure) arranged radially, and the current position is known by a conventionally known position sensor 3 and attitude angle sensor 4. And the attitude angle is detected. The detected position data and posture angle data are signal-converted by the signal converter 5 and transmitted to the command unit 6 on the ground by a personal computer or the like, and data processing is performed as described later. All propulsion jacks 2 are connected to a common hydraulic pump 7 via a hydraulic supply system.
Operated by hydraulic pressure from. The hydraulic pressure (source pressure) from the hydraulic pump 7 is detected by the source pressure detection pressure sensor 8 and the flow rate is adjusted by the flow rate adjuster 9 and then branched to a pressure regulator (for example, a proportional solenoid valve) for each propulsion jack 2. )
The pressure is adjusted by 10, and the pressure of each propulsion jack 2 is detected by the branch pressure detecting pressure sensor 11. The pressure data detected by the pressure sensors 8 and 11 are transmitted to the command unit 6 via the control unit 12 having a calculation function, the signal conversion by the signal converter 5 described above. Control unit
Reference numeral 12 controls the flow rate regulator 9 and the pressure regulator 10 for each propulsion jack 2 according to the instruction from the instruction unit 6. The direction of the shield machine 1 is controlled by adjusting each propulsion jack 2 with the pressure adjuster 10. In controlling this, in this embodiment, the shield machine 1
For convenience, the N propulsion jacks 2 arranged radially are divided into four groups of N / 4 in the circumferential direction along a horizontal line and a vertical line passing through the center of the shield machine main body 1,
That is, the pressure system will be described as being divided into four. When the coordinate values (setting values) a and b on the X-axis and the Y-axis of a point in FIG. 2 are given, that is, when the horizontal pressure target value a and the vertical pressure target value b are given, The thrust sharing P 11 to P 22 for satisfying this value by the four-divided propulsion jacks 2 is obtained by the following calculation. x is the maximum value in the X-axis direction, and y is the maximum value in the Y-axis direction. The N number of propulsion jacks 2 1 to 2 N, as shown in FIG. 3, each of the pressure regulators 10 1 to 10 N to adjust the pressure, and the pressure detecting the amount岐圧detecting the pressure sensors 11 1 - 11 N are connected, and the pressure of each propulsion jack is detected individually, but the pressure control is performed by the control unit 12 in accordance with the instruction from the instruction unit 6 as divided into four groups as described above. Therefore,
Propulsion jacks of the same group are adjusted to the same pressure.
Hereinafter, the pressure control will be described step by step with reference to the flowchart of FIG. The position sensor 3 and the attitude angle sensor 4 detect the current position and attitude angle of the shield machine main body 1, and the signal converter 5 converts the data for the command unit 6 and transmits it. The command unit 6 compares the position target value of the planned route with the position detected by the position sensor 3 to obtain the position deviation, and calculates the horizontal and vertical posture angle target values from the position deviation. The command unit 6 compares the target posture angle value with the posture angle detected by the posture angle sensor 4, and obtains the posture angle deviations in the horizontal direction and the vertical direction. These attitude angle deviations are converted by the signal converter 5 for the control unit 12 and transmitted to this. The control unit 12 controls the flow rate adjuster 9 to adjust the flow rate,
The excavation speed of the shield machine 1 is appropriately set. From the horizontal and vertical attitude angle deviations converted above, the control unit 12 calculates the target thrust force (thrust force sharing) of each propulsion jack that corrects the deviations, and the calculation result is converted into the above formula. According to the horizontal and vertical thrust sharing, the largest pressure system propulsion jack is selected. The pressure regulator 10 of the pressure system is set by the control unit 12 to a prescribed maximum pressure (for example, the maximum working pressure of the hydraulic circuit). For example, it is assumed that the pressure system is divided into four groups G1 to G4 and the thrust sharing is obtained as follows. G1 = A (0 ≦ A <1) G2 = B (0 ≦ B <1) G3 = 1 G4 = C (0 ≦ C <1) In this case, the pressure system of the group G3 is set to the maximum pressure. The pressure from the hydraulic pump 7, that is, the source pressure commonly applied to the pressure system of all propulsion jacks, is detected by the source pressure detection pressure sensor 8
Is detected, and the control unit 12 calculates the required thrust of the shield machine main body 1 at this time. The pressure set value applied to the propulsion jack of another pressure system is calculated again from this required thrust and the above-mentioned thrust sharing.
That is, when the four groups G1 to G4 are divided as described above, the pressure set value is determined for each of G1, G2, and G4 other than G3 in accordance with the respective thrust shares A, B, and C. The pressure of each pressure system is detected by the branch pressure detection pressure sensors 11 1 to 11 N. The pressure deviation for each pressure system is calculated by comparing the detected pressure with the pressure set value obtained above. An adjustment value that corrects the pressure deviation for each pressure system, that is, a current value or a voltage value is calculated, and in accordance with this, each pressure regulator other than the pressure regulator set to the maximum pressure 10 1 to 10 N the operates to adjust the pressure of the propulsion jacks 2 1 to 2 N. Rotational moment in the shield machine main body by the operation of the propulsion jacks 2 1 to 2 N occurs, the excavation direction is controlled. By repeating the above operation for each excavation, the shield machine body 1 is smoothly controlled in real time continuously in both horizontal and vertical directions. That is, the propulsion jack of each pressure system is controlled so as to maintain the thrust sharing set above and to be the required total thrust of the shield machine at that time, and by this action, the turning moment of the shield machine is Since the magnitude is proportional to the total thrust and the direction is always constant toward the target direction, accurate and appropriate direction control can be performed. In addition, thrust fluctuations are absorbed by the pressure-controlled propulsion jacks (groups G1, G2, G4 in the above example), which reduces pressure fluctuations in the hydraulic circuit and enables stable excavation without speed fluctuations. . In the above embodiment, in parallel to four divided and X-axis and Y-axis as shown for convenience second diagram explaining the N propulsion jacks 2 1 to 2 N, the for the shield machine main body 1 It is easier to change the direction by dividing the structure as shown in FIG. Or it may be a pressure regulating N pieces of propulsion jacks 2 1 to 2 N individually not split.
本発明によれば次のような効果がある。 姿勢制御するために必要な各推進ジャッキの圧力を地
山を推進することにより自動的に検出しながら、推進ジ
ャッキへ実際に加える圧力を、姿勢角偏差を修正するよ
うな推力分担に従って時々刻々に自動調整するため、地
山圧力の変動やシールドセグメントの動揺等の外乱に影
響されることなく、完全なフィードバック制御系により
リアルタイムでしかも水平方向及び鉛直方向をそれぞれ
独立して方向制御できるので、従来問題になっていた土
質変化や土砂の取り込み状況や地山圧力の変動やセグメ
ントの動揺などの外乱の影響を受けることなく、正確で
適切な方向制御が行える。 推力分担が最大な推進ジャッキを除き、それ以外の推
進ジャッキへ加える圧力を圧力検出しながら時々刻々に
修正するため、この圧力修正する推進ジャッキにより推
力変動を吸収することができ、油圧回路内の圧力変動が
少なくなり、速度変動のない安定した掘進が可能にな
る。 推力分担が最も大きい推力ジャッキの圧力系統は規定
の最大圧力に設定して、それ以外の推進ジャッキについ
てだけ推力分担に従い時々刻々に圧力制御するので、圧
力制御が容易である。 水平方向及び鉛直方向をそれぞれ独立してしかも正確
に方向制御ができるため、従来よりも掘進精度が向上し
かつ制御も容易になる。 自動運転の確立により人件費の削減及び出来形向上等
が図れる。The present invention has the following effects. While automatically detecting the pressure of each propulsion jack required for attitude control by propelling the ground, the pressure actually applied to the propulsion jack is momentarily adjusted according to the thrust sharing that corrects the attitude angle deviation. Since it is automatically adjusted, it is possible to control the horizontal and vertical directions independently in real time with a complete feedback control system without being affected by disturbances such as rock pressure fluctuations and shield segment fluctuations. Accurate and appropriate directional control can be performed without being affected by disturbances such as soil quality changes, sedimentation conditions, ground pressure fluctuations, and segment sway, which have been problems. Except for the propulsion jack with the largest thrust sharing, the pressure applied to other propulsion jacks is corrected every moment while detecting the pressure.Thus, the propulsion jack that corrects the pressure can absorb the thrust variation, and the pressure in the hydraulic circuit can be absorbed. Pressure fluctuations are reduced and stable excavation without speed fluctuations is possible. The pressure system of the thrust jack, which has the largest thrust sharing, is set to the specified maximum pressure, and only the other propulsion jacks are pressure controlled moment by moment according to the thrust sharing, so pressure control is easy. Since the horizontal direction and the vertical direction can be controlled independently and accurately, the excavation accuracy is improved and the control is easier than ever before. Labor costs can be reduced and workmanship can be improved by establishing automatic operation.
第１図は本発明による掘進方向制御装置のシステム構成
図、第２図は推進ジャッキの推力分担を説明する説明
図、第３図はそれを制御する制御系のブロック図、第４
図は本発明の方法の手順を説明するフローチャート、第
５図は上記推力分担の他の例の説明図、第６図は従来の
方法を説明する説明図である。 １……シールド掘進機本体、２……推進ジャッキ、３…
…位置センサ、４……姿勢角センサ、８……元圧検出用
圧力センサ、10……圧力調整器、12……制御部、11……
分岐圧検出用圧力センサ。FIG. 1 is a system configuration diagram of an excavation direction control device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining thrust sharing of a propulsion jack, FIG. 3 is a block diagram of a control system for controlling it, and FIG.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure of the method of the present invention, FIG. 5 is an explanatory view of another example of the thrust sharing, and FIG. 6 is an explanatory view for explaining a conventional method. 1 ... Shield machine main body, 2 ... Propulsion jack, 3 ...
... Position sensor, 4 ... Attitude angle sensor, 8 ... Source pressure detection pressure sensor, 10 ... Pressure regulator, 12 ... Control section, 11 ...
Pressure sensor for detecting branch pressure.
Claims (4)
進させるシールド掘進機において、 姿勢角目標値と姿勢角センサの検出値とから現時点の姿
勢角偏差を求める過程と、 上記複数の推進ジャッキの個々又はグループについて上
記偏差を修正するような推力分担を演算する過程と、 その演算により推力分担が最も大きい１個又はグループ
の推進ジャッキの圧力系統を規定の最大圧力に設定する
過程と、 全推進ジャッキの圧力系統へ共通に供給される元圧を元
圧検出用圧力センサで検出し、その検出圧力から当該シ
ールド掘進機の現時点の必要推力を演算する過程と、 この必要推力と上記推力分担とから、最大圧力に設定し
た推進ジャッキ以外の推進ジャッキの各圧力系統の圧力
設定値を新たに演算する過程と、 最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャッキの
各圧力系統の圧力を分岐圧検出用圧力センサで検出しな
がら、その検出圧力と上記圧力設定値とを比較して各圧
力系統ごとの圧力偏差を演算する過程と、 その圧力偏差を修正するように各圧力系統の圧力を調整
する過程と、 を繰り返しながら掘進させることを特徴とするシールド
掘進機の掘進方向制御方法。1. In a shield machine propelled by using a plurality of fluid pressure type jacks, a process of obtaining a current posture angle deviation from a target value of a posture angle and a detected value of a posture angle sensor, and the plurality of jacks. Of calculating the thrust sharing for correcting the above deviation for each individual or group, and the process of setting the pressure system of the propulsion jack of one or the group with the largest thrust sharing by the calculation to the specified maximum pressure. The process of detecting the source pressure commonly supplied to the pressure system of the propulsion jack with the source pressure detection pressure sensor and calculating the current required thrust of the shield machine from the detected pressure, and the required thrust and the above-mentioned thrust sharing. From this, the process of newly calculating the pressure set value of each pressure system of the propulsion jack other than the propulsion jack set to the maximum pressure, and the propulsion set to the maximum pressure A process of calculating the pressure deviation of each pressure system by comparing the detected pressure with the pressure set value while detecting the pressure of each pressure system of the propulsion jack other than the jack with the branch pressure detection pressure sensor, and A method for controlling a direction of a shield machine, characterized by repeating the process of adjusting the pressure of each pressure system so as to correct the pressure deviation and the process.
勢角偏差及び推力分担を求めることを特徴とする請求項
１に記載のシールド掘進機の掘進方向制御方法。2. The method for controlling the excavation direction of a shield machine according to claim 1, wherein the attitude angle deviation and the thrust sharing are obtained for each of the horizontal direction and the vertical direction.
向に所定個数ずつグループ分けして、グループごとに推
力分担の演算、圧力設定値の演算、圧力偏差の演算及び
圧力調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載
のシールド掘進機の掘進方向制御方法。3. A plurality of jacks are divided into groups in a predetermined number in the circumferential direction of the shield machine, and calculation of thrust sharing, calculation of pressure set value, calculation of pressure deviation and pressure adjustment are performed for each group. The method of controlling the excavation direction of the shield machine according to claim 1 or 2, characterized in that
進させるシールド掘進機において、 その現在の位置を検出する位置センサと、 現在の姿勢角を検出する姿勢角センサと、 位置センサの検出値と与えられた位置目標値とから位置
偏差を求める演算手段と、 その位置偏差を修正するような姿勢角目標値を演算する
演算手段と、 この姿勢角目標値と上記姿勢角センサの検出値とから姿
勢角偏差を求める演算手段と、 その偏差を修正するような圧力目標値を上記複数の推進
ジャッキの個々又はグループについて演算する演算手段
と、 これら推進ジャッキの個々又はグループの圧力系統に作
用する圧力をそれぞれ検出する分岐圧検出用圧力センサ
と、 これら圧力系統に共通に供給される元圧を検出する元圧
検出用圧力センサと、 各圧力系統ごとに設けられた圧力調整器と、 上記推力分担が最も大きい１個又はグループの推進ジャ
ッキの圧力系統の圧力調整器を規定の最大圧力に設定す
る制御手段と、 上記元圧検出用圧力センサの検出圧力から当該シールド
掘進機の現時点の必要推力を演算する演算手段と、 この必要推力と上記推力分担とから、最大圧力に設定し
た推進ジャッキ以外の推進ジャッキの各圧力系統の圧力
設定値を新たに演算する演算手段と、 最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャッキの
各圧力系統の分岐圧検出用圧力センサで検出した検出圧
力と上記圧力設定値とを比較して各圧力系統ごとの圧力
偏差を演算するとともに、その偏差を修正するような各
圧力系統の圧力修正値を演算する演算手段と、 最大圧力に設定した推進ジャッキ以外の推進ジャッキの
各圧力系統の圧力調整器を、上記圧力修正値に従って調
整する制御手段とを備えたことを特徴とするシールド掘
進機の掘進方向制御装置。4. A shield excavator propelled by using a plurality of fluid pressure type jacks, a position sensor for detecting the current position, an attitude angle sensor for detecting the current attitude angle, and a detection value of the position sensor. Calculating means for obtaining a position deviation from the given position target value, calculating means for calculating a posture angle target value for correcting the position deviation, and the posture angle target value and the detected value of the posture angle sensor. Calculating means for calculating the attitude angle deviation from the above, calculating means for calculating the pressure target value for correcting the deviation for each of the plurality of propulsion jacks, and for operating the pressure system of each of the propulsion jacks. Branch pressure detection pressure sensor that detects each pressure, source pressure detection pressure sensor that detects the source pressure commonly supplied to these pressure systems, and each pressure system And a control device for setting the pressure regulator of the pressure system of the one or group of propulsion jacks having the largest thrust sharing to the specified maximum pressure, and the source pressure detecting pressure sensor. The pressure setting value for each pressure system of the propulsion jacks other than the propulsion jack set to the maximum pressure is newly calculated from the calculation means for calculating the current required thrust of the shield machine from the detected pressure and this required thrust and the above-mentioned thrust sharing. The pressure of each pressure system is calculated by comparing the detected pressure detected by the branch pressure detection pressure sensor of each pressure system of the propulsion jack other than the propulsion jack set to the maximum pressure with the above-mentioned pressure set value. A calculation means for calculating the deviation and a pressure correction value of each pressure system that corrects the deviation, and a propulsion jack other than the propulsion jack set to the maximum pressure. And a control means for adjusting the pressure regulator of each pressure system according to the above-mentioned pressure correction value.
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|---|---|---|---|
| JP1019860A JPH0696943B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | Method and device for controlling excavation direction of shield machine |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| JPH0328492A JPH0328492A (en) | 1991-02-06 |
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ID=12010980
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-
1989
- 1989-01-31 JP JP1019860A patent/JPH0696943B2/en not_active Expired - Lifetime
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