JP3561822B2 - Shield excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタビットを自動的に交換することにより、掘進距離を延ばせるようにしたシールド掘削機に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近のシールドトンネルは、大深度化あるいは海底下に設ける等の理由で、長距離化の傾向にある。従って、掘削用カッタビットの耐久性が重要になってきている。
【0003】
通常、シールド掘削機のカッタビットは固定式のため、摩耗により掘削能力が低下した場合には、シールド掘削機のチャンバ内に人が入って、新品のビットと交換している。従って、シールド掘削機内に人が入れるよう、点検立坑を設けたり、薬注により地盤改良を行ったりしている。
【0004】
一方、最近では、ビット交換の面倒を解消する目的で、カッタビットを取り付けるスポークを自身の中心軸線回りに回転(自転)できるようにし、スポークの裏側に予備ビットを取り付けて、通常ビットが摩耗したときにスポークを回転させて予備ビットを前面に出すことで、摩耗したビットを新規のものに交換する技術が開発されている。この場合は、スポークを自転させるための手段として、個別に回転駆動機構が設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者のシールド掘削機内に人が入ってビット交換を行う方法は、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要があるため、非常にコスト高である上、路線によっては実行不可能な場合があった。また、後者のスポークの裏側に予備ビットを取り付けて、必要に応じて回転駆動機構によりスポークを自転させることにより、裏側のカッタビットを前面に出すものでは、回転駆動機構を新たに設けなくてはならないから、構造が複雑でコストアップになるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮し、カッタビットの交換を簡単な構造で行えるようにしたシールド掘削機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、円筒状のシールド本体の前端に、外周にカッタビットの付いたスポークを放射状に配した構成のカッタが装備され、該カッタをセンタシャフトで回転駆動させつつ、シールド本体に前向き推力を与えることにより、土中を掘進するシールド掘削機において、前記スポークの少なくとも1本を、自身の中心軸線回りに自転可能且つ適宜位置で固定可能に設け、該スポークの外周に周方向に沿って複数のカッタビットを設け、前記シールド本体の前端にスポークの背後にて進退可能な押付腕を設け、該押付腕の前端に前記カッタの回転方向に沿った係合部を設け、前記スポークの外周に、前進位置にある前記係合部と係合しカッタの微小回転に応じて係合部上を転動することにより、スポークに自転力を与える被係合部を設けたことを特徴とする。請求項2の発明は、係合部としてラックを設け、被係合部としてラックと噛み合うピニオンを設けたものである。
【0008】
このシールド掘削機では、カッタビットを交換する場合、まず、交換すべきカッタビットを有したスポークを、所定の押付腕の位置に位置決めし、押付腕を前進させて(前に伸ばして)、係合部(ラック)をスポークの外周の被係合部(ピニオン)に押当てる。その状態でスポークを自転できる状態にし、センタシャフトを微小回転させて、カッタを旋回(公転)させる。そうすると、スポークの移動に応じて被係合部(ピニオン)が係合部(ラック)上を転動することにより、スポークが公転方向と反対方向に自転し、裏側にあったカッタビットが前面に回る。このようにスポークが回ってカッタビットの位置が交替したら、スポークを再び固定状態にし、押付腕を後退させて、通常の掘削作業に移る。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記自転可能なスポークが、前記センタシャフトに固定された内筒と、その外周に回転自在に設けられた外筒とから構成され、前記外筒の外周にカッタビットが取り付けられると共に、内筒の内部に外筒の回転ストッパ手段が設けられていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態のシールド掘削機の正面図、図2は同要部断面図である。このシールド掘削機は、円筒状のシールド本体1の前端に前端壁2を有し、その前方に適当な隙間をおいてカッタ3を有する。カッタ3は、複数本(この場合は偶数の6本)のスポーク10を等間隔で放射状に設け、各スポーク10の外周にカッタビット5A、5Bを取り付けたものであり、全スポーク10の中心集合部でセンタシャフト4の先端に連結され、センタシャフト4よって回転駆動される。シールド掘削機は、このカッタ3を、図1、図2中矢印(イ)のように回転駆動させつつ、シールド本体1に前向き推力を与えることにより、土中を掘進する。
【0011】
前記スポーク10は、センタシャフト4に固定された内筒11と、その外周に矢印(ロ)のように回転可能に設けられた外筒12との二重構造に構成され、外筒12の外周にカッタビット5A、5Bが取り付けられている。カッタビット5A、5Bは、外筒12の周方向に180度離れて配置されており、前面のカッタビット5Aを最初に使用するものとした場合、背面のカッタビット5Bが予備のものとなる。これらのカッタビット5A、5Bは、外筒12を矢印(ロ)の方向に180度回転させることにより、位置が交換する。なお、スポーク19は2種類あり、一方が外筒12の長いスポーク10A、もう一方が外筒12の短いスポーク10Bである。これらは一つおきに配置されている。
【0012】
内筒11の内部には、適当な位置に、外筒12の回転を止めるストッパ(回転ストッパ手段)14が設けられている。このストッパ14は、いずれかのカッタビット5A、5Bがシールド掘削機の前面の所定位置に来たときに、確実に外筒12を回転止めできる機能を有する。
【0013】
外筒12の所定位置(カッタ3の回転時に同一通過軌跡を描く位置)には、ピニオン(被係合部)16が設けられている。ピニオン16は、外筒12の外周に沿って適当な角度範囲(全周でもよい)に形成されている。また、シールド本体1の前端壁2には、ピニオン16の通過軌跡の位置に対応させて、スポーク10の背後にて前進後退可能な押付腕20が設けられている。押付腕20は、油圧シリンダ等の簡単な駆動機構21によって適宜前進後退させられる。押付腕20の前端には、カッタ3の回転方向に沿ったラック22が設けられており、押付腕20を前進させることで、ラック(係合部)22を、スポーク10のピニオン16に押当てられるようになっている。
【0014】
次に作用を図3、図4を併せて参照しながら説明する。
通常の掘進時には、図3(a)に示すように押付腕20を後退させ、スポーク10の外筒12をストッパ14で回り止めした状態で、センタシャフト4でカッタ3を回して掘進を行う。
【0015】
次に、前面のカッタビット5Aを背面のカッタビット5Bと交換する場合は、交換しようとするカッタビット5A、5Bを有したスポーク10を、カッタ3を回すことにより、押付腕20のある位置まで移動する。そして、図3(b)、図4に示すように、押付腕20を前進させて(前に伸ばして)、ラック22を、スポーク10の外筒12に設けたピニオン16に押当てる。その状態で、ストッパ14を解除して外筒12を自転できる状態にし、センタシャフト4を微小回転させて、カッタ3を旋回(公転)させる。そうすると、図3中矢印(イ)で示すようなスポーク10の移動に応じて、ピニオン16がラック22上を転動することになり、それによって、スポーク10の外筒12が、カッタ3の回転方向と反対方向〔矢印(ロ)の方向〕に自転し、裏側にあったカッタビット5Bが前面に回る。
【0016】
このようにスポーク10の外筒12が回って、カッタビット5A、5Bの位置が交替したら、ストッパ14を作動して外筒12を再び固定状態にし、押付腕20を後退させて、通常の掘削作業に移る。
【0017】
他のスポーク10のカッタビット5A、5Bを交換する場合も、上記の作業を繰り返す。そうすることにより、カッタ3の回転方向の1箇所に設けた押付腕20によって、全部のスポーク10のカッタビット5A、5Bの交換を行うことができる。
【0018】
なお、押付腕20は、カッタ3の回転方向に複数設けてもよいし、カッタ3の回転半径方向に複数設けてもよい。後者の場合は、押付腕20に対応させて、スポーク10にも複数のピニオン16を設ける。
【0019】
また、上記実施形態のラック22とピニオン16は、必ずしも歯が係合する形式のものでなくてもよく、単に摩擦で係合するものであってもよい。
【0020】
また、カッタビット5A、5Bは、単に摩耗時の交換用として予備を設けるのではなく、土質に応じて交換できるように予備のカッタビットを設けてもよい。さらに、外筒12は任意の角度回すことも可能であるから、周方向に3種以上のカッタビットを設けて、適宜交換するようにしてもよい。その場合は、周方向3箇所以上で外筒12を固定できるストッパ14を設ける必要がある。
【0021】
また、上記実施形態では、全部のスポーク10について、カッタビットを交換できるようにしたが、必ずしも全部でなくてよい。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、スポークを回すことでカッタビットの交換ができるので、シールド掘削機のチャンバ内に人が入らずに、カッタビットの交換作業を行うことができる。従って、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要がなく、コストをかけずに掘進距離を延ばすことができる。また、本発明では、スポーク側の被係合部と、押付腕側の係合部を用いることにより、カッタの回転動力を利用してスポークを回すようにしたので、スポークを回転駆動するアクチュエータ機構を別に設けなくても、カッタビットの交換が自動的にでき、構造が単純で、コストの低減が図れる。特に、カッタを回すことで各スポークを押付腕に対応させるようにしたので、押付腕の個数を最低1個設けるだけでよく、無駄な設備がいらない。また、請求項2の発明のように、係合部をラックで構成し、被係合部をピニオンで構成した場合は、確実な噛み合いによりスポークを回せるようになる。
【0023】
また、請求項3の発明のように、内筒と外筒の組合わせでスポークを構成し、内筒の内部スペースに回転ストッパ手段を設けることにより、コンパクトな構成で請求項1の発明のシールド掘削機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のシールド掘削機の正面図である。
【図2】同シールド掘削機の要部側断面図である。
【図3】図2のIII−III矢視断面部分の動作説明図で、(a)は通常掘削時の状態、(b)はカッタビット交換時の状態を示す図である。
【図4】図3の(b)の状態のときの斜視図である。
【符号の説明】
1 シールド本体
3 カッタ
4 センタシャフト
5A,5B カッタビット
10,10A,10B スポーク
11 内筒
12 外筒
14 ストッパ(回転ストッパ手段)
16 ピニオン(被係合部)
20 押付腕
22 ラック(係合部)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield excavator capable of extending a drilling distance by automatically replacing a cutter bit.
[0002]
[Prior art]
Recent shield tunnels tend to be long-distance because they are deeper or installed below the sea floor. Therefore, the durability of the cutter bit for excavation is becoming important.
[0003]
Usually, since the cutter bit of the shield excavator is of a fixed type, when the excavating ability is reduced due to wear, a person enters the chamber of the shield excavator and replaces it with a new bit. Therefore, an inspection shaft is provided or ground improvement is performed by chemical injection so that a person can enter the shield excavator.
[0004]
On the other hand, recently, in order to eliminate the trouble of replacing the bit, the spoke to which the cutter bit is attached can be rotated (rotated) around its own central axis, and the spare bit is attached to the back side of the spoke, and the normal bit is worn out A technique has been developed to replace worn bits with new ones by occasionally rotating spokes to expose a spare bit to the front. In this case, a separate rotation drive mechanism is provided as means for rotating the spokes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the former method of exchanging bits with a person entering the shield excavator is very expensive because it requires setting up an inspection shaft or performing chemical injection, and it is not feasible depending on the route There was a case. In addition, a spare bit is attached to the back side of the latter spoke, and the spoke is rotated by the rotation drive mechanism as necessary, so that the cutter bit on the back side is brought out to the front, a new rotation drive mechanism must be provided. Therefore, there is a problem that the structure is complicated and the cost is increased.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a shield excavator capable of exchanging a cutter bit with a simple structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
In this shield excavator, when replacing a cutter bit, first, a spoke having a cutter bit to be replaced is positioned at a predetermined position of a pressing arm, and the pressing arm is advanced (extended forward). The joint (rack) is pressed against the engaged portion (pinion) on the outer periphery of the spoke. In this state, the spokes are allowed to rotate, the center shaft is slightly rotated, and the cutter is turned (revolved). Then, the engaged portion (pinion) rolls on the engaging portion (rack) in accordance with the movement of the spoke, so that the spoke rotates in the direction opposite to the revolving direction, and the cutter bit on the back side is moved to the front side. spin. When the positions of the cutter bits are changed by turning the spokes, the spokes are fixed again, the pressing arm is retracted, and the normal excavation work is started.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the rotatable spokes include an inner cylinder fixed to the center shaft and an outer cylinder rotatably provided on an outer periphery of the inner cylinder. A cutter bit is attached to the outer periphery of the cylinder, and a rotation stopper means for the outer cylinder is provided inside the inner cylinder.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. This shield excavator has a
[0011]
The
[0012]
A stopper (rotation stopper means) 14 for stopping the rotation of the
[0013]
A pinion (engaged portion) 16 is provided at a predetermined position of the outer cylinder 12 (a position where the same passage locus is drawn when the
[0014]
Next, the operation will be described with reference to FIGS.
During normal excavation, as shown in FIG. 3A, excavation is performed by turning the
[0015]
Next, when replacing the
[0016]
When the
[0017]
When replacing the
[0018]
Note that a plurality of pressing
[0019]
In addition, the
[0020]
Further, the
[0021]
Further, in the above embodiment, the cutter bits can be exchanged for all the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the cutter bits can be replaced by turning the spokes, so that the cutter bits can be replaced without entering the chamber of the shield excavator. it can. Therefore, there is no need to provide an inspection shaft or perform chemical injection, and the excavation distance can be extended without increasing costs. Further, in the present invention, the spoke is rotated by using the rotating power of the cutter by using the engaged portion on the spoke side and the engaging portion on the pressing arm side. The cutter bit can be exchanged automatically without the need of providing a separate, and the structure is simple and the cost can be reduced. In particular, since each spoke is made to correspond to the pressing arm by turning the cutter, it is sufficient to provide at least one pressing arm, and no unnecessary equipment is required. Further, when the engaging portion is formed of a rack and the engaged portion is formed of a pinion as in the second aspect of the present invention, the spoke can be turned by reliable engagement.
[0023]
Further, as in the third aspect of the present invention, a spoke is formed by a combination of an inner cylinder and an outer cylinder, and a rotation stopper is provided in an inner space of the inner cylinder, so that the shield according to the first aspect of the present invention is compact. An excavator can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a shield excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of a main part of the shield excavator.
3A and 3B are explanatory diagrams of an operation in a section taken along the line III-III in FIG. 2, wherein FIG. 3A is a diagram illustrating a state at the time of normal excavation, and FIG.
FIG. 4 is a perspective view in the state of FIG. 3 (b).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
16 Pinion (engaged part)
20
Claims (3)
前記スポークの少なくとも1本を、自身の中心軸線回りに自転可能且つ適宜位置で固定可能に設け、
該スポークの外周に周方向に沿って複数のカッタビットを設け、
前記シールド本体の前端にスポークの背後にて進退可能な押付腕を設け、
該押付腕の前端に前記カッタの回転方向に沿った係合部を設け、
前記スポークの外周に、前進位置にある前記係合部と係合しカッタの微小回転に応じて係合部上を転動することにより、スポークに自転力を与える被係合部を設けたことを特徴とするシールド掘削機。At the front end of the cylindrical shield body, a cutter having a configuration in which spokes with cutter bits are radially arranged on the outer periphery is provided, and while the cutter is driven to rotate by the center shaft, a forward thrust is given to the shield body, In a shield excavator that excavates in the soil,
At least one of the spokes is provided so as to be rotatable around its own central axis and fixed at an appropriate position,
Provide a plurality of cutter bits along the circumferential direction on the outer periphery of the spoke,
At the front end of the shield body is provided a pressing arm that can advance and retreat behind a spoke,
An engaging portion is provided at a front end of the pressing arm along a rotation direction of the cutter,
An engaged portion is provided on the outer periphery of the spoke, which engages with the engaging portion at the forward position and rolls on the engaging portion in accordance with the minute rotation of the cutter to apply a rotation force to the spoke. Characterized by a shield excavator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8179396A JP3561822B2 (en) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | Shield excavator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8179396A JP3561822B2 (en) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | Shield excavator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH09273386A JPH09273386A (en) | 1997-10-21 |
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ID=13756377
Family Applications (1)
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| JP8179396A Expired - Lifetime JP3561822B2 (en) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | Shield excavator |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011241609A (en) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Nakaguro Kensetsu Kk | Very slow speed rotation mechanism for cutter in tunnel boring machine |
-
1996
- 1996-04-03 JP JP8179396A patent/JP3561822B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09273386A (en) | 1997-10-21 |
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