隧道掘進裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)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(shù)】
[0002]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(cè)面設(shè)置的撐靴，使用這樣的掘進機來進行隧道的挖掘。
[0003]該掘進機在左右撐靴推壓隧道左右側(cè)壁的狀態(tài)下，使刀盤一邊旋轉(zhuǎn)一邊推壓工作面，對隧道進行挖掘。
[0004]例如，在專利文獻I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(jīng)由致動機構(gòu)等與前胴部連結(jié)。
[0005]在該地下掘進機中，在前胴部與后胴部之間搭載產(chǎn)生彎曲的致動機構(gòu)(例如，推進千斤頂?shù)?，使曲線狀的隧道的挖掘成為可能。
[0006]并且，根據(jù)專利文獻I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(fā)生變化的情況下，操作人員需要適當?shù)馗淖兺七M千斤頂?shù)男谐?，對前胴的姿態(tài)進行調(diào)整，以使所挖掘的隧道不從計劃掘進線偏離。
[0007]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(zhuǎn)的6個自由度的動作，因此需要6軸的驅(qū)動連桿。
[0008]作為6軸驅(qū)動連桿的一個形態(tài)，已知6個推進千斤頂?shù)幕钊麠U側(cè)連結(jié)在前胴部，缸筒側(cè)連結(jié)在后胴部的形態(tài)。在這樣的6軸驅(qū)動連桿中，采用所謂的平行連桿構(gòu)造，S卩，多個推進千斤頂?shù)幕钊麠U側(cè)環(huán)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?shù)幕钊麠U側(cè)環(huán)狀地配置在后胴部的與前胴部相對的面的外周緣的附近。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0010]專利文獻
[0011 ] 專利文獻I:(日本)特開昭61-266797號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]然而，在上述現(xiàn)有的地下掘進機中，存在以下所述的問題點。
[0013]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。
[0014]現(xiàn)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(tài)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(jīng)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(tài)，但是在采用上述平行連桿的情況下，存在行程操作和姿態(tài)的關(guān)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。
[0015]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。
[0016]換句話說，在搭載現(xiàn)有的平行連桿機構(gòu)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(yè)，存在困難性非常高的問題。
[0017]本發(fā)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。
[0018]第一發(fā)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(gòu)、輸入部、計算部以及千斤頂控制部。前胴部在挖掘側(cè)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(shè)置在前胴部與后胴部之間。平行連桿機構(gòu)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(jié)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(guān)的操作輸入。計算部基于輸入部接收到的操作輸入的內(nèi)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(gòu)所包含的各個推進千斤頂?shù)男谐踢M行控制，從而與根據(jù)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(yīng)地前進。
[0019]在這里，利用包括在前胴部與后胴部之間設(shè)置的多個推進千斤頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)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(jù)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。
[0020]在這里，本隧道掘進裝置在前胴部與后胴部之間設(shè)有中折點。前胴部在挖掘側(cè)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(nèi)壁面上。平行連桿機構(gòu)具有多個(至少6個)推進千斤頂，與預先設(shè)定目標位置或者操作人員所輸入的目標位置(方向)對應(yīng)地使各個推進千斤頂伸縮，從而能夠?qū)η半夭肯鄬τ诤箅夭康奈恢?、姿態(tài)等進行控制。
[0021]計算部基于操作人員所進行的操作輸入的內(nèi)容、后胴部的中心線及中心位置、前胴部的中心位置，通過計算求出中折點的位置，從而能夠向與上述操作輸入的內(nèi)容對應(yīng)的方向進行挖掘。此外，后胴部的中心線及中心位置能夠以當前位置為基準得到。并且，前胴部的中心位置能夠根據(jù)后胴部的當前位置和各個推進千斤頂?shù)男谐塘康韧ㄟ^計算求出。
[0022]千斤頂控制部對平行連桿機構(gòu)所包含的多個推進千斤頂進行控制，以使前胴部沿著基于通過計算求出的中折點、后胴部的中心線及中心位置、前胴部的中心位置計算的表示行進方向的曲線前進。
[0023]由此，例如，在沿著預先設(shè)定的所期望的曲線自動運行中由于巖層質(zhì)地等的變化造成前胴部的行進方向從規(guī)定的行進方向偏離的情況下，僅通過操作人員的手動操作(例如，按下方向鍵以向右方前進等)輸入行進方向，就能夠?qū)Φ侥繕宋恢脼橹沟那半夭康淖藨B(tài)進行控制，沿著平滑的曲線進行挖掘。
[0024]其結(jié)果是，尤其是在實施沿著曲率半徑R小的曲線的挖掘時，即使是搭載了基于操作人員的直覺難以操作的平行連桿機構(gòu)的隧道掘進裝置，也能夠通過操作人員的簡單的操作輸入，實施沿著所期望的曲線的挖掘。
[0025]第二發(fā)明的隧道掘進裝置在第一發(fā)明的隧道掘進裝置的基礎(chǔ)上，在接收到操作人員對輸入部的操作輸入時，千斤頂控制部對推進千斤頂進行控制，從而沿著基于操作輸入的內(nèi)容設(shè)定的所期望的曲率半徑R實施挖掘。
[0026]在這里，通過操作人員的操作輸入，能夠沿著所期望的曲率半徑R來實施曲線部分的挖掘。
[0027]由此，通過操作人員的一次操作輸入，就能夠維持所期望的曲率半徑R的同時實施沿著平滑的曲線的挖掘。
[0028]第三發(fā)明的隧道掘進裝置在第一或第二發(fā)明的隧道掘進裝置的基礎(chǔ)上，千斤頂控制部在三維方向上對前胴部的姿態(tài)進行控制。
[0029]在這里，對平行連桿機構(gòu)所包含的多個推進千斤頂進行控制，從而能夠在三維方向(上、下、左、右方向)上對前胴部相對于后胴部的方向、姿態(tài)進行調(diào)整。
[0030]由此，僅通過簡單的操作輸入就能夠容易地實施包括曲線部分且在三維方向上的隧道的挖掘。
[0031]第四發(fā)明的隧道掘進裝置在第一或第二發(fā)明的隧道掘進裝置的基礎(chǔ)上，為了檢測前胴部相對于后胴部的姿態(tài)，還具備設(shè)置于各個推進千斤頂?shù)男谐虃鞲衅鳌?br>[0032]在這里，作為用于對前胴部相對于后胴部的位置、姿態(tài)進行計算的信息，能夠使用設(shè)置于各個推進千斤頂?shù)男谐虃鞲衅鳌?br>[0033]由此，利用行程傳感器中的檢測結(jié)果來檢測各推進千斤頂?shù)男谐塘?，能夠容易地檢測出前胴部相對于后胴部處于怎樣的位置、姿態(tài)。
[0034]第五發(fā)明的隧道掘進裝置在第一或第二發(fā)明的隧道掘進裝置的基礎(chǔ)上，輸入部是觸摸面板式的顯示器。
[0035]在這里，作為接收來自操作人員的操作輸入的輸入部，使用觸摸面板式的顯示器。
[0036]由此，在操作人員通過手動操作對前胴部的行進方向進行調(diào)整時，僅通過對觸摸面板式的顯示器進行操作就能夠容易地向所期望的方向?qū)嵤┩诰颉?br>[0037]第六發(fā)明的隧道掘進裝置在第五發(fā)明的隧道掘進裝置的基礎(chǔ)上，顯示器具有設(shè)定前胴部的行進方向的上下左右鍵和顯示當前位置與目標位置的偏離量的顯示部。
[0038]在這里，在觸摸面板式的顯示器中，顯示有設(shè)定前胴部的行進方向的上下左右鍵和當前位置與目標位置的偏離量。
[0039]由此，操作人員只需一邊觀察偏離量的變化，一邊憑直覺按下需要微調(diào)的方向鍵，就能夠容易地實施向所期望的方向的挖掘。
[0040]第七發(fā)明的隧道掘進裝置的控制方法是具備前胴部、在前胴部的后方配置的后胴部、在前胴部與后胴部之間設(shè)置的規(guī)定的中折點、包括在前胴部與后胴部之間并列配置的多個推進千斤頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)的隧道掘進裝置的控制方法，具備以下步驟。從操作人員接收與前胴部的行進方向有關(guān)的操作輸入的步驟?；诤箅夭康闹行木€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的步驟。對平行連桿機構(gòu)所包含的各個推進千斤頂?shù)男谐踢M行控制，從而與根據(jù)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(yīng)地前進的步驟。
[0041]在這里，利用包括在前胴部與后胴部之間設(shè)置的多個推進千斤頂?shù)钠叫羞B桿機構(gòu)，使前胴部相對于后胴部前進，在這樣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(jù)后胴部的中心點、通過計算求出的中折點、前胴部的中心點各自的位置生成的曲線前進。
[0042]在這里，在本隧道掘進裝置的控制方法中，在前胴部與后胴部之間設(shè)有假想的中折點。平行連桿機構(gòu)具有多個(至少6個)推進千斤頂，與預先設(shè)定目標位置或者操作人員所輸入的目標位置(方向)對應(yīng)地使各個推進千斤頂伸縮，由此能夠?qū)η半夭肯鄬τ诤箅夭康奈恢?、姿態(tài)等進行控制。
[0043]中折點的位置能夠基于操作人員的操作輸入的內(nèi)容、后胴部的中心線及中心位置、前胴部的中心位置通過計算求出，從而能夠向與該操作輸入的內(nèi)容對應(yīng)的方向進行挖掘。此外，后胴部的中心線及中心位置能夠以當前位置為基準得到。此外，前胴部的中心位置能夠利用后胴部的當前位置和各個推進千斤頂?shù)男谐塘康韧ㄟ^計算求出。
[0044]對平行連桿機構(gòu)所包含的多個推進千斤頂進行控制，以使前胴部沿著基于通過計算求出的中折點、后胴部的中心