JP4748749B2 - Excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤層を含む多様な地質からなる地山を小径で掘削する掘進機に関し、特に、小径であるにも関わらずローラビットを合理的に配置して良好な掘削を実現した掘進機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
地中に管路を敷設する場合、敷設すべき管路の径や地山の条件に応じてシールド工法またはセミシールド工法が採用されている。これらの工法に採用される掘進機は先端にカッターヘッドを設けており、該カッターヘッドを回転させつつ推進することで、カッターヘッドに取り付けた掘削部材によって地山を掘削し、且つ掘削した土砂を外部に排出し得るように構成されている。
【0003】
カッターヘッドに取り付ける掘削部材は、地山を最も効率良く掘削し得るものが採用される。特に、地山が岩盤層である場合ローラビットが採用される。ローラビットはカッターヘッドに対し複数取り付けられ、掘進機に付与される推力によって岩盤に圧接し、且つカッターヘッドの回転に伴って切羽を掘削するものである。これらのローラビットは、カッターヘッドの中心から放射線上に且つ異なる距離を持って配置され、個々のローラビットはカッターヘッドに対し回転可能に取り付けられている。
【0004】
掘進機によって地山を掘削する場合、推進長の延長に伴って掘進機の推進方向が管路の予定敷設線からズレることがあり、この場合、カッターヘッドを有するシールド本体とテールシールドを屈折させた状態で推進して掘進機を予定敷設線に復帰させる方向制御が行なわれる。
【0005】
岩盤層を掘削する場合、掘削径と掘進機の本体の外径とが等しいとシールド本体とテールシールドを屈折させることが出来ず、方向制御が出来なくなる。このため、掘削径は掘進機本体(シールド本体,テールシールド)及び推進管の外径よりも大きく設定される(オーバーカット)。即ち、岩盤層を掘削する場合、カッターヘッドに設けた最も外周のローラビットは、予め設定されたオーバーカットを実現し得る位置に配置されている。
【0006】
ここで、カッターヘッドに於けるローラビットの配置例について説明する。例えば、実用新案登録第3067124号公報(第1公知例)には、カッターヘッドの面を中心を基準にして120度毎に分割し、各半径上で且つ中心側に3つの副円錐ビット体を配置し、更に60度ずらした半径上に3つの主円錐ビット体を配置している。更に、カッターヘッドの最も外周部に対応する位置に、穴の側面を削る円筒ビット体を配置している。
【0007】
従って、上記技術では、3つの副円錐ビット体と3つの主円錐ビット体によってカッターヘッドの正面に対向する切羽の岩盤を掘削し、円筒ビット体によってオーバーカットを行なっている。
【0008】
またローラビットは掘削長さの増加に伴って磨耗するため、カッターヘッドに対し着脱可能に構成されるのが一般的である。例えば特開平9−256785号公報(第2公知例)は、掘削時に作用する繰り返し荷重によって取付ボルトが緩むことを防止し得るローラビット取付具に関する技術であるが、この技術に示すように、個々のローラビットは夫々独立して構成された取付具に回転可能に取り付けられるのが一般的である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記第1公知例に係る掘進機のように、カッターヘッドの前面を60度に分割した半径上に円錐ビット体を配置する構成では、掘削径が大きい場合には、円錐ビット体の配置に特別な問題は生じない。しかし、掘削径を小さくしようとした場合に限界があるという問題がある。
【0010】
即ち、副円錐ビット体及び主円錐ビット体が夫々60度分割した半径毎に配置されるため、掘削径を小さくする際に各ビット体の配置位置を接近させたとき、自ずから接近し得る寸法上の限度が存在し、カッターヘッドには3個のビット体を配置するのが限度である。このため、各ビット体の負担が大きく推進速度を上昇させることが出来ず、且つ消耗が促進されるという問題がある。
【0011】
また第2公知例に開示されるように、個々のローラビットは夫々独立した取付具に対して回転可能に装着されてカッターヘッドに取り付けられる。このため、ローラビットを接近させて取り付けるのに限界が生じ、掘削径を小さくするのに限界があるという問題がある。
【0012】
また第1公知例に開示される掘進機のように、オーバーカットを行なうためにカッターヘッドの外周部に専用の円筒ビット体を設けるのが一般的であり、掘削径を小さくする場合、このオーバーカット専用のビット体が障害になって掘削径の限界が生じるという問題がある。
【0013】
更に、第1公知例に示すような主円錐ビット体によってオーバーカットを行なおうとした場合、図7に示すように、主円錐ビット体51のテーパ面51aに圧入しているビット側面と地山53の掘削径を基準とした線とのなす角αの値が小さく、主円錐ビット体51の母材基部51bの外周端側と、該外周基部51bに圧入しているビット端が掘削されつつある地山53の側壁に常にこすり付けられた状態となり、磨耗が促進され、しいてはビットの脱落が生じる。これにより主円錐ビット体51の交換時期が早まり、礫地盤に於ける小口径による長距離推進が難しくなるという問題や、岩盤の場合掘削時の打撃破壊が難しくて破砕効率が低くなるという問題がある。
【0014】
本発明の目的は、岩盤層からなる地山を小径で掘削する場合、ローラビットを合理的に配置して良好な掘削を実現し得る掘進機を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る掘進機は、先端に地山を掘削するカッターヘッドを設けた掘進機であって、カッターヘッドの中心を通る第1の線に連続した複数のテーパ面を有し一端が尖端状に形成された2個のコーン型ローラビットを互いに尖端状部分を接近させて配置すると共に、カッターヘッドのフレームに対し着脱可能に構成されたベースプレートと、前記ベースプレートの一方の面に予め設定された間隔を持って突設された2つのサドルと、前記各サドルに対しカッターヘッドの中心に向かって前方側に突出する方向に傾斜して取り付けられた軸と、からなる着脱ブラケットの前記各軸に回転可能に取り付け、且つカッターヘッドの中心を通り前記第1の線に対し直交する第2の線に連続した複数のテーパ面を有する円錐台状に形成された2個の円錐台型ローラビットを配置し、前記円錐台型ローラビットは、カッターヘッドのフレームに於ける外周部の互いに対向する位置に固着されたブラケットに対し着脱可能に構成された取付軸に回転可能に取り付けられると共に該取付軸をブラケットに取り付けたとき、円錐台型ローラビットの少なくとも一方の端部が目的の掘削径に対応するように配置されると共に円錐台型ローラビットの少なくとも1つのテーパ面がカッターヘッドの軸心に対し略直交する面に位置し、且つ前記テーパ面に連続してカッターヘッドの外周部側に対応するテーパ面がカッターヘッドの軸心に対して略直交する面から後退する面として構成されているものである。
【0016】
上記掘進機では、カッターヘッドの中心を通る第1の線に、連続した複数のテーパ面を有し一端が尖端状に形成された2個のコーン型ローラビット(以下「コーンビット」という)を互いの尖端状部分を接近させて配置し、この第1の線に直交する第2の線に連続した複数のテーパ面を有する円錐台状に形成された2個の円錐台型ローラビット(以下「円錐ビット」という)を、何れかの端部が目的の掘削径に対応するように配置したので、小径の範囲に2個のコーンビットと、2個の円錐ビットからなる4個のローラビットを配置することが出来る。このため、岩盤層からなる地山を掘削する際に、切羽に4個のローラビットを圧接させて良好な切削を実現することが出来る。
【0017】
即ち、2個のコーンビットを、互いの尖端状部分を対向させると共に接近させて中心を通る第1の線に配置することによって、該第1の線に直交する第2の線に沿ってコーンビットの尖端状部分から拡大する部分に対応する広い空間を形成することが出来、且つ第2の線上に前記空間に対応させて2個の円錐ビットを配置することが出来る。
【0018】
従って、掘削径が小さいことによるカッターヘッドの面積の減少に関わらず、4個のローラビットを配置することが可能となり、個々のローラビットに対する負担を軽減させて合理的な掘削を実現することが出来る。
【0019】
また上記掘進機では、カッターヘッドに対して着脱可能なベースプレートに2つのサドルを設け、このサドルにコーンビットを回転可能に取り付けることで、ベースプレートのカッターヘッドに対する着脱によって2個のコーンビットを着脱することが出来る。このため、簡単な作業で容易にコーンビットの交換を行なうことが出来る。
【0020】
更に、上記掘進機では、円錐ビットの外周部側のテーパ面がカッターヘッドの軸心に対して略直交する面から後退する面として構成されるため、この面に設けたビットの突端によって掘削径を拡大することが出来る。このため、特別な側面用のローラビットや円錐ビットを回転可能に支持するブラケットの高さを変更することを必要とせずに掘削径を大きくすることが出来る。
【0021】
また円錐ビットのテーパ面と既に掘削された地山の壁面とのなす角を従来の角度よりも大きくすることが出来るため、円錐ビットの外周部側、及び外周部側のテーパ面に圧入されたビットが地山の側面から離隔する。このため、円錐ビットの外周部や圧入されたビットの基部が地山にこすりつけられることがなく、磨耗やビットの脱落を防止することが出来る。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、上記掘進機の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図1はカッターヘッドに設けたコーンビットと円錐ビットを説明する側面図である。図2はカッターヘッドに於けるコーンビットと円錐ビットの配置を説明する正面図である。図3はコーンビットの組立体を説明する図である。図4は円錐ビットを説明する図である。図5は円錐ビットと地山との関係を説明する図である。図6は掘進機の全体構成を説明する図である。
【0023】
本発明に係る掘進機は、ローラビットを合理的に配置することによって、掘削径が小さく従ってカッターヘッドの面積が小さくなった場合であっても、従来の掘進機に比較して多くのローラビットを配置し得るようにし、これにより、岩盤層を有利に掘削し得るように構成したものである。
【0024】
まず、掘進機の全体構成について図6により簡単に説明する。この掘進機は、シールド本体1とテールシールド2とを有しており、シールド本体1の先端にカッターヘッドAが取り付けられている。シールド本体1とテールシールド2は2本の油圧ジャッキ3及び図示しないロッドを介して接続され、各油圧ジャッキ3に独立して圧油を供給することで、シールド本体1及びテールシールド2を所望の方向に且つ所望の角度で屈折させることが可能である。そしてシールド本体1とテールシールド2を互いに屈折させた状態で推進することで、掘進機の推進方向を制御し得るように構成されている。
【0025】
シールド本体1には隔壁4が設けられており、該隔壁の前方側(図1の左側)にはカッターヘッドAが配置された削土室5が形成され、後方側(図1の右側)には機内室6が形成されている。
【0026】
削土室5はカッターヘッドAによって掘削した土砂を取り込んで圧密し、或いは岩盤層から掘削した礫を取り込んで破砕するものであり、土砂の圧密,礫の破砕機能を有するコーンローター7が回転可能に配置されている。また削土室5に連続して、土砂や破砕された礫或いは破砕片等を泥水と共に機内室6に取り込む泥水室8が設けられている。
【0027】
機内室6は掘進機を推進するのに必要な機器類を収容しており、カッターヘッドAを駆動するためのモーター,減速装置,変速装置を含む駆動装置9、推進に伴う掘進機の予定敷設線からのズレ量及びズレ方向を検知する光学系10、油圧ジャッキ3に圧油を供給するための油圧ポンプや制御弁を含む油圧装置11及び他の機器類が夫々所定位置に配置されている。更に、機内室6には、削土室5に予め比重を調整された泥水を供給する送泥管12,泥水室8にある土砂及び泥水を排出する排泥管13が配置されている。
【0028】
上記の如く構成された掘進機では、削土室5に送泥管12から泥水を供給して地山の崩壊を防止すると共に駆動装置9によってカッターヘッドAを駆動しつつ、図示しない発進立坑に設置された元押装置から推力を付与することによって、カッターヘッドAが地山に圧接して掘削し、掘削した土砂や礫を削土室5に取り込む、取り込まれた土砂や礫はコーンローター8によって圧密或いは更に細かく破砕されて泥水室8に供給される。そして泥水室8にある泥水と土砂,破砕片は排泥管13を通って外部に排出される。
【0029】
上記の如くして掘進機によって地山を掘削しつつ推進される。このとき、掘進機にヒューム管や鋼管或いは合成樹脂管等の推進管を後続させることで、これらの推進管を地中に埋設して目的の管路を敷設することが可能である。
【0030】
次に、本実施例に係る掘進機に於けるカッターヘッドAの構成について図1〜図5により説明する。尚、図1は図2の I− I断面図であり、同図に二点鎖線で示す部分はカッターヘッドAによって掘削される面(掘削面B)である。
【0031】
カッターヘッドAは、シールド本体1に設けた駆動装置9の軸9aに取り付けられ、該駆動装置9に駆動されて所望の方向に回転し、この回転に伴って地山を掘削するものである。このカッターヘッドAは、軸9aに取り付けられるフレーム21と、フレーム21の中心を通る第1の線(第1スポーク22)に設けた2つのコーンビット23と、第1スポーク22に対し略直交する第2の線(第2スポーク24)に設けた2つの円錐ビット25と、スクレーパー26と、外周ビット27とを有して構成されている。
【0032】
フレーム21は、駆動装置9の軸9aに嵌合するボス21aと、フレーム21の中心を通る直径に沿った第1スポーク22と、第1スポーク22に対し略直交する直径に沿った第2スポーク24と、フレーム21の外周に配置されたリング部材21bと、各スポーク22,24の後方側(削土室5側)に配置された攪拌翼21cと、によって構成され、ボス21a,各スポーク22,24,リング部材21b,攪拌翼21cは、互いの接触部位で溶接されて高い剛性と強度を発揮し得るように構成されている。またフレーム21は、ボルト21dによって軸9aに固定されている。
【0033】
上記フレーム21では、ボス21aの外周面とリング部材21bの内周面とによって規定された空間で、且つ各スポーク22,24の間にカッターヘッドAの前方側(切羽側)と削土室5を連通させる空隙28が形成されている。従って、カッターヘッドAの回転に伴って掘削された土砂や礫或いは破砕片は、空隙28を通って削土室5に取り込まれる。
【0034】
第1スポーク22には、2つのコーンビット23が互いに接近した状態で取り付けられている。これらのコーンビット23は、第1スポーク22に前項側から当接されノックピン31によって位置決めされると共にボルト32を第1スポーク22に形成されたネジ穴22aに螺合することで固着された着脱ブラケット30を介して着脱可能に且つ回転可能に取り付けられている。
【0035】
コーンビット23は連続した複数のテーパ面23a〜23dによって形成されている。コーンビット23の形状や寸法は特に限定するものではなく、掘進機Aに設定された掘削径等の条件に応じて適宜設定することが可能である。本実施例では、コーンビット23は、複数のテーパ面23a〜23dからなるコマ状に形成されており、前記テーパ面のうち、テーパ面23a〜23cは一方の端部に想定された尖端部分側に向かって径が小さくなり、テーパ面23dは他方の端部側に向けて径が小さくなるように設定されている。更に、一方の端部に想定された尖端状部分に平面23eが形成されている。
【0036】
2つのコーンビット23は、尖端状部分に形成される平面23eが異なるものの、連続したテーパ面23a〜23eの寸法と形状は略同様の値を持って形成されている。また各テーパ面23a〜23cには、超硬合金からなる複数のビット29が埋設されており、該ビット29が切羽を構成する岩盤を掘削し得るように構成されている。
【0037】
2つのコーンビット23は切羽の中心側を掘削するため、各コーンビット23を同一のものとしたとき、ビット29が切羽の同一部分に接触して掘削することになり、掘削効率が下がる虞がある。このため、各コーンビット23の形状を等しくした場合、各テーパ面23a〜23cに埋設されるビット29の配置位置は同一位置ではなく、互いに交互の位置となるように設定されている。
【0038】
各コーンビット23は着脱ブラケット30に取り付けられたとき、テーパ面23a〜23cがカッターヘッドAの軸心に対して略直交する面(掘削面B)に対向し得るように配置されている。従って、コーンビット23の軸心23fは、テーパ面23a〜23cのテーパ角度を含む条件に対応して予め設定された角度を持って傾斜(図1参照)している。
【0039】
着脱ブラケット30は、ベースプレート30aと、2個のコーンビット23に対応して設けた2つのサドル30bとを有して構成されている。ベースプレート30aは、第1スポーク22に対し、ボルト32を介して取り付けられるものであり、長手方向の両端に複数のボルト穴30cが形成されると共に所定位置に位置決め用のノックピン31と嵌合する位置決め穴30dが形成されている。
【0040】
各サドル30bにはコーンビット23を回転可能に支持する軸33が予め設定された角度傾斜して取り付けられており、該軸33にコーンビット23を取り付けたとき、各コーンビット23のテーパ面23a〜23cが掘削面Bに対向し得るように構成されている。
【0041】
軸33のサドル30bに於ける傾斜角度は、前述したようにコーンビット23に於けるテーパ面23a〜23cの角度や掘削面Bの条件に応じて設定されるものであり、一義的に設定し得るものではない。本実施例では、軸33の角度は、カッターヘッドAの外周側から中心に向けて約45度で前方側に傾斜し得るように設定されている。
【0042】
ベースプレート30aに於けるサドル30bはカッターヘッドAの中心を基準として略等しい寸法で振り分けられており、この寸法は、コーンビット23の尖端状部分が掘削作業に悪影響を与えることなく最も接近し得る値として設定される。従って、2つのサドル30bの離隔寸法は平面23eの形成位置に応じたコーンビット23の寸法に対応して設定されている。
【0043】
サドル30bには突起部30eが形成され、この突起部30eを貫通して軸33が設けられている。軸33はサドル30bを貫通して設けられており、端部が片持ち梁状に突出し、この突出部分にコーンビット23が回転可能に取り付けられている。特に、コーンビット23が円滑に回転し得るように、軸33の突出部分に内輪部材23gが嵌合され、該内輪部材23gとコーンビット23の内周面との間に配置されたボール或いはローラ等の転がり部材23hとによって転がり軸受が構成されている。
【0044】
また軸33の軸心に沿って貫通穴33aが形成されており、該貫通穴33aを利用して内輪部材23gとコーンビット23の内周面との間に形成された室23iに潤滑油を注入し得るように構成されている。
【0045】
上記の如くして着脱ブラケット30に取り付けられたコーンビット23では、サドル30bが第1スポーク22に直接溶接等の手段で形成されることなく着脱ブラケット30として構成される。このため、着脱ブラケット30を第1スポーク22に対して取り付け,取り外すことによって、コーンビット23をフレーム21から着脱することが可能となり、コーンビット23が消耗し、或いはビット29が磨耗したとき、フレーム21の前方側からボルト32を緩めることで容易に取り外して交換することが可能である。
【0046】
フレーム21の中心を通り第1スポーク22に対し略直交する第2スポーク24であって互いに対向して円錐ビット25が回転可能に設けられている。第2スポーク24に設けた円錐ビット25の少なくとも一方は、掘削可能な端部が予め設定された掘削径に対応する位置になるように配置されている。
【0047】
円錐ビット25は、連続した複数のテーパ面25a〜25dからなり、テーパ面25a〜25cが一方の端部側に向けて径が小さくなり、テーパ面25dが他方側に向けて径が小さくなるように設定されている。また円錐ビット25では、各端部側が平面によって切断された円錐台の形状に形成されている。しかし、円錐ビット25は必ずしも前記形状に限定するものではなく、一部のテーパ面(例えばテーパ面25b或いは25c)は軸心25fと平行な円筒面であっても良い。
【0048】
円錐ビット25を構成する各テーパ面25a〜25cには夫々超硬合金からなる複数のビット29が埋め込まれている。円錐ビット25は切羽の外周部位を掘削するように配置される。このため、同一の円錐ビット25を用いた場合であっても掘削効率が著しく下がることはない。従って、本実施例では、同一の円錐ビット25を第2スポーク24に配置している。
【0049】
円錐ビット25は、第2スポーク24の所定位置に固着したブラケット35に対し回転可能に且つ着脱可能に取り付けられいる。円錐ビット25がブラケット35に取り付けられたとき、テーパ面25aがフレーム21の軸心に対して略直交する面(掘削面B)に対向している。このため、少なくともテーパ面25c(好ましくはテーパ面25b,25c)は掘削面Bから離隔するように形成され、更にテーパ面25dはテーパ面25cの突端部からフレーム21の中心側に逃げるように形成されている。
【0050】
即ち、円錐ビット25は、テーパ面25cとテーパ面25dとが交差するエッジ部分が、切羽を掘削する最大径に対応して配置されることとなり、且つテーパ面25cに圧入されたビットの側面と掘削された地山の壁面とのなす角βは、従来の円錐ビット(図7に示す主円錐ビット)に圧入されたビットと地山の壁面とのなす角αよりも大きい角度で形成されている。そしてテーパ面25dは円錐ビット25によって掘削された地山の壁面との間に間隙37(図5参照)を形成し得るように構成されている。
【0051】
このため、ブラケット35は、円錐ビット25のテーパ面25aが掘削面Bと対向し得るように(テーパ面25aがフレーム21の軸心に対し略直交する面内に位置するように)軸心25fを傾斜させて(図1参照)支持し得るように構成されている。円錐ビット25の軸心25fの傾斜角度は、該円錐ビット25に形成されたテーパ面25aのテーパ角度に応じて設定されている。
【0052】
上記の如く構成された円錐ビット25では、切羽を掘削する場合、図5に示すように、テーパ面25aがフレーム21の軸心に対し略直交する面を掘削して掘削面Bを形成することが可能である。またテーパ面25cがテーパ面25aから後方側へ逃げるように形成されているため、該テーパ面25cに設けたビット29の先端部分がより外周方向に突出することとなる。このため、フレーム21の径を変えることなく円錐ビット25による掘削径を拡大することが可能となり、岩盤層からなる地山の内周面を掘削するための特別なローラビットを不要とすることが可能である。
【0053】
更に、地山に形成された掘削穴の内周面と円錐ビット25のテーパ面25dとの間に比較的に傾斜の大きい間隙37が形成されるため、テーパ面25cに圧入されているビットの端部が常に地山の壁面に擦れることがなく、磨耗やビットの脱落を防止することが可能であり、岩盤の破砕片等のズリがビット29と掘削穴との間に詰まったとしても容易に落下し、推進抵抗の上昇やビット29の極端な磨耗が生じることがない。
【0054】
また円錐ビット25には、内部に図示しない軸受が設けられており、該軸受に挿通された軸36の両端がボルト36aによってブラケット35の取付部35aに取り付けられることで、軸36に対して回転可能に、且つブラケット35に対して着脱可能に取り付けられている。
【0055】
スクレーパー26は主として土砂層からなる地山を掘削するために配置されるものであり、フレーム21のリング部材21bに溶接等の手段で固着した取付座38に対しボルト36aによって着脱可能に取り付けられている。
【0056】
また外周ビット27は主として土砂層からなる地山の外周面を掘削するために配置されるものであり、リング部材21bの第1スポーク22の外周部に対応する位置に配置された座29に対しボルト39aによって着脱可能に取り付けられている。
【0057】
上記の如く構成されたカッターヘッドAでは、2つのコーンビット23を直線状の第1スポーク22に対し互いに対向して取り付けることによって、第1スポーク22の両側に大きなスペースを形成することが可能となり、このスペースに2つの円錐ビット25を何らの支障もなく配置することが可能である。このため、フレーム21の前面を有効に活用して4つのローラビット23,25を配置して岩盤の掘削を有利に実行し得る掘進機を構成することが可能となる。
【0058】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る掘進機では、カッターヘッドの中心を通る第1スポークに2個のコーンビットを互いの尖端状部分を接近させて配置し、該第1スポークに直交する第2スポークに円錐ビットを何れかの端部を掘削径の外周部に対応するように配置したので、掘削径が小さいにも関わらず4個のローラビットを配置することが出来る。このため、掘削径が小さいことによるカッターヘッドの面積の減少に関わらず、4個のローラビットを配置することが出来、個々のローラビットに対する負担を軽減させて合理的な掘削を実現することが出来る。
【0059】
またカッターヘッドに対して着脱可能なベースプレートに2つのサドルを設け、このサドルにコーンビットを回転可能に取り付けたので、ベースプレートのカッターヘッドに対する着脱によって2個のコーンビットを着脱することが出来る。このため、簡単な作業で容易にコーンビットの交換を行なうことが出来る。
【0060】
また円錐ビットの少なくとも1つのテーパ面がカッターヘッドの軸心に対し略直交する面に位置し、且つ前記テーパ面に連続してカッターヘッドの外周部側に対応するテーパ面がカッターヘッドの軸心に対して略直交する面から後退する面として構成したので、前記後退する面に設けたビット突端によって地山を掘削することが出来る。このため、地山の内周面を掘削するために特別なローラビットを設けることなく、掘削径を拡大することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 カッターヘッドに設けたコーンビットと円錐ビットを説明する側面図である。
【図2】 カッターヘッドに於けるコーンビットと円錐ビットの配置を説明する正面図である。
【図3】 コーンビットの組立体を説明する図である。
【図4】 円錐ビットを説明する図である。
【図5】 円錐ビットと地山との関係を説明する図である。
【図6】 掘進機の全体構成を説明する図である。
【図7】 課題を説明する図である。
【符号の説明】
A カッターヘッド
B 掘削面
1 シールド本体
2 テールシールド
3 油圧ジャッキ
4 隔壁
5 削土室
6 機内室
7 コーンローター
8 泥水室
9 駆動装置
9a 軸
10 光学系
11 油圧装置
12 送泥管
13 排泥管
21 フレーム
21a ボス
21b リング部材
21c 攪拌翼
21d ボルト
22 第1スポーク
22a ネジ穴
23 コーンビット
23a〜23d,25a〜25d
テーパ面
23e 平面
23f,25f 軸心
23g 内輪部材
23h 転がり部材
23i 室
24 第2スポーク
25 円錐ビット
26 スクレーパー
27 外周ビット
28 空隙
29 ビット
30 着脱ブラケット
30a ベースプレート
30b サドル
30c ボルト穴
30d 位置決め穴
31 ノックピン
32 ボルト
33 軸
33a 貫通穴
30e 突起部
35 ブラケット
36 軸
36a ボルト
37 間隙
38 取付座
39 座[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an excavator that excavates a natural ground having various geological features including a rock layer with a small diameter, and in particular, an excavator that realizes good excavation by rationally arranging roller bits despite the small diameter. It is about.
[0002]
[Prior art]
When laying pipes in the ground, the shield method or semi-shield method is adopted depending on the diameter of the pipe line to be laid and the condition of the ground. The excavator used in these construction methods has a cutter head at the tip, and by propelling the cutter head while rotating, the excavation member attached to the cutter head excavates natural ground, and the excavated earth and sand are removed. It is configured so that it can be discharged to the outside.
[0003]
As the excavating member attached to the cutter head, one that can excavate the natural ground most efficiently is adopted. In particular, when the natural ground is a rock layer, a roller bit is employed. A plurality of roller bits are attached to the cutter head, are pressed against the rock by thrust applied to the excavator, and excavate the face as the cutter head rotates. These roller bits are arranged on the radiation from the center of the cutter head and at different distances, and the individual roller bits are rotatably attached to the cutter head.
[0004]
When excavating natural ground with an excavator, the propulsion direction of the excavator may deviate from the planned laying line as the propulsion length is extended. In this case, the shield body with the cutter head and the tail shield are refracted. Direction control is performed to propel the excavator and return it to the planned laying line.
[0005]
When excavating a rock layer, if the excavation diameter is equal to the outer diameter of the main body of the excavator, the shield body and tail shield cannot be refracted, and direction control cannot be performed. For this reason, the excavation diameter is set larger than the outer diameters of the excavator main body (shield main body, tail shield) and the propulsion pipe (overcut). That is, when excavating a rock layer, the outermost roller bit provided in the cutter head is arranged at a position where a preset overcut can be realized.
[0006]
Here, an example of arrangement of roller bits in the cutter head will be described. For example, in Utility Model Registration No. 3067124 (first known example), the surface of the cutter head is divided every 120 degrees with respect to the center, and three sub-conical bit bodies are provided on each radius and on the center side. The three main conical bit bodies are arranged on a radius which is arranged and further shifted by 60 degrees. Furthermore, a cylindrical bit body that cuts the side surface of the hole is disposed at a position corresponding to the outermost peripheral portion of the cutter head.
[0007]
Therefore, in the above technique, the rock face of the face facing the front of the cutter head is excavated by the three sub-conical bit bodies and the three main conical bit bodies, and overcutting is performed by the cylindrical bit body.
[0008]
Further, since the roller bit is worn as the excavation length increases, it is generally configured to be detachable from the cutter head. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-256785 (second known example) is a technique related to a roller bit fixture that can prevent a mounting bolt from loosening due to a repeated load that acts during excavation. In general, each of the roller bits is rotatably attached to an independently constructed fixture.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As in the excavator according to the first known example, in the configuration in which the conical bit body is arranged on a radius obtained by dividing the front surface of the cutter head into 60 degrees, the excavation diameter is large and the conical bit body is specially arranged. No problem arises. However, there is a problem that there is a limit when trying to reduce the drilling diameter.
[0010]
In other words, since the sub-conical bit body and the main conical bit body are arranged for each radius divided by 60 degrees, when the drilling diameter is reduced, when the arrangement positions of the respective bit bodies are brought close to each other, The limit is that three bit bodies are arranged in the cutter head. For this reason, there is a problem that the burden on each bit body is large and the propulsion speed cannot be increased, and consumption is promoted.
[0011]
Further, as disclosed in the second known example, each roller bit is rotatably attached to an independent fixture and attached to the cutter head. For this reason, there is a problem in that there is a limit in attaching the roller bit close to each other, and there is a limit in reducing the excavation diameter.
[0012]
In addition, as in the excavator disclosed in the first known example, it is common to provide a dedicated cylindrical bit body on the outer peripheral portion of the cutter head in order to perform overcutting. There is a problem in that the bit body dedicated for cutting becomes an obstacle and the limit of the excavation diameter occurs.
[0013]
Further, when overcutting is attempted with the main conical bit body as shown in the first known example, as shown in FIG. 7, the bit side surface and the ground that are press-fitted into the tapered surface 51 a of the main
[0014]
An object of the present invention is to provide an excavator capable of realizing good excavation by rationally arranging roller bits when excavating a natural ground made of a rock layer with a small diameter.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an excavator according to the present invention is an excavator provided with a cutter head for excavating natural ground at the tip, and a plurality of tapered surfaces continuous with a first line passing through the center of the cutter head. Two cone-type roller bits having one end formed in a pointed shape with a pointed portion approaching each other, and a base plate configured to be detachable from the cutter head frame, and one of the base plates Two saddles projecting on the surface of the saddle with a predetermined interval, and a shaft attached to each of the saddles so as to be inclined toward the front side toward the center of the cutter head. A cone having a plurality of tapered surfaces which are rotatably attached to the respective axes of the detachable bracket and which are continuous with a second line passing through the center of the cutter head and perpendicular to the first line. The two truncated cone-shaped roller bits are arranged, and the truncated cone-shaped roller bits are configured to be detachable with respect to brackets fixed at opposite positions on the outer peripheral portion of the cutter head frame. When the mounting shaft is rotatably mounted on the mounting shaft and the mounting shaft is mounted on the bracket, Frustum type roller bit And at least one tapered surface of the frustoconical roller bit is located on a surface substantially orthogonal to the axis of the cutter head, and the taper is arranged. The taper surface corresponding to the outer peripheral portion side of the cutter head is configured as a surface that is retreated from a surface substantially orthogonal to the axis of the cutter head.
[0016]
In the excavator, two cone-type roller bits (hereinafter referred to as “corn bits”) having a plurality of continuous taper surfaces and one end formed in a pointed shape on a first line passing through the center of the cutter head are provided. Two frustoconical roller bits (hereinafter referred to as a truncated cone shape) having a plurality of tapered surfaces arranged in close proximity to each other and having a plurality of tapered surfaces continuous with a second line orthogonal to the first line. "Conical bit") is arranged so that either end corresponds to the target excavation diameter, so four roller bits consisting of two cone bits and two conical bits in a small diameter range Can be arranged. For this reason, when excavating a natural ground made of a rock layer, it is possible to achieve good cutting by pressing the four roller bits against the face.
[0017]
That is, two cone bits are arranged along a second line orthogonal to the first line by disposing the two cone bits on the first line passing through the center with the pointed portions facing each other. A wide space corresponding to a portion expanding from the tip-shaped portion of the bit can be formed, and two conical bits can be arranged on the second line so as to correspond to the space.
[0018]
Therefore, regardless of the reduction in the area of the cutter head due to the small excavation diameter, it is possible to arrange four roller bits, and it is possible to reduce the burden on each roller bit and realize rational excavation. I can do it.
[0019]
Further, in the above-described excavator, two saddles are provided on a base plate that can be attached to and detached from the cutter head, and the cone bits are rotatably attached to the saddle, so that the two cone bits can be attached to and detached from the cutter head. I can do it. Therefore, the cone bit can be easily exchanged with a simple operation.
[0020]
Further, in the above-described excavator, the tapered surface on the outer peripheral side of the conical bit is configured as a surface that recedes from a surface substantially orthogonal to the axis of the cutter head, so that the excavation diameter is provided by the tip of the bit provided on this surface. Can be expanded. For this reason, it is possible to increase the excavation diameter without having to change the height of the bracket that rotatably supports the roller bit or the conical bit for a special side surface.
[0021]
In addition, since the angle formed by the tapered surface of the conical bit and the wall surface of the already excavated ground can be made larger than the conventional angle, it is press-fitted into the outer peripheral side of the conical bit and the tapered surface on the outer peripheral side. The bit is separated from the side of the natural ground. For this reason, the outer peripheral portion of the conical bit and the base portion of the press-fitted bit are not rubbed against the natural ground, and wear and bit dropping off can be prevented.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the excavator will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view for explaining a cone bit and a cone bit provided on a cutter head. FIG. 2 is a front view for explaining the arrangement of cone bits and cone bits in the cutter head. FIG. 3 is a view for explaining an assembly of corn bits. FIG. 4 is a diagram for explaining the conical bit. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the conical bit and the natural ground. FIG. 6 is a diagram illustrating the overall configuration of the excavator.
[0023]
The excavator according to the present invention has a larger number of roller bits than the conventional excavator even when the excavator is rationally arranged to reduce the excavation diameter and hence the cutter head area. Thus, the bedrock layer can be advantageously excavated.
[0024]
First, the overall configuration of the excavator will be briefly described with reference to FIG. This excavator has a shield body 1 and a
[0025]
The shield body 1 is provided with a
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In the excavator configured as described above, muddy water is supplied from the
[0029]
As described above, it is propelled while excavating the natural ground by the excavator. At this time, by making the excavator follow a propulsion pipe such as a fume pipe, a steel pipe, or a synthetic resin pipe, it is possible to embed these propulsion pipes in the ground and lay a target pipe line.
[0030]
Next, the configuration of the cutter head A in the excavator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 2, and a portion indicated by a two-dot chain line in FIG. 1 is a surface excavated by the cutter head A (excavated surface B).
[0031]
The cutter head A is attached to a
[0032]
The
[0033]
In the
[0034]
Two
[0035]
The
[0036]
Although the two
[0037]
Since the two
[0038]
When each
[0039]
The
[0040]
A
[0041]
The inclination angle of the
[0042]
The
[0043]
A
[0044]
A through hole 33a is formed along the axis of the
[0045]
In the
[0046]
A second spoke 24 that passes through the center of the
[0047]
The
[0048]
A plurality of
[0049]
The
[0050]
That is, the
[0051]
For this reason, the
[0052]
With the
[0053]
Further, since a relatively
[0054]
Further, the
[0055]
The
[0056]
The outer
[0057]
In the cutter head A configured as described above, a large space can be formed on both sides of the first spoke 22 by attaching the two
[0058]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the excavator according to the present invention, two cone bits are arranged close to each other at the first spoke passing through the center of the cutter head, and perpendicular to the first spoke. Since the conical bit is arranged on the second spoke so that either end thereof corresponds to the outer peripheral portion of the excavation diameter, four roller bits can be arranged even though the excavation diameter is small. For this reason, regardless of the reduction in the area of the cutter head due to the small excavation diameter, four roller bits can be arranged, and rational excavation can be realized by reducing the burden on each roller bit. I can do it.
[0059]
Further, since two saddles are provided on the base plate that can be attached to and detached from the cutter head, and the cone bit is rotatably attached to the saddle, the two cone bits can be attached and detached by attaching and detaching the base plate to the cutter head. Therefore, the cone bit can be easily exchanged with a simple operation.
[0060]
Further, at least one tapered surface of the conical bit is located on a surface substantially orthogonal to the axis of the cutter head, and a tapered surface corresponding to the outer peripheral portion side of the cutter head is continuous with the tapered surface. Therefore, a natural ground can be excavated by the bit tip provided on the receding surface. For this reason, a drilling diameter can be expanded, without providing a special roller bit in order to excavate the internal peripheral surface of a natural ground.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view illustrating a cone bit and a cone bit provided on a cutter head.
FIG. 2 is a front view for explaining the arrangement of cone bits and cone bits in the cutter head.
FIG. 3 is a diagram illustrating an assembly of corn bits.
FIG. 4 is a diagram illustrating a conical bit.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a conical bit and a natural ground.
FIG. 6 is a diagram illustrating the overall configuration of the excavator.
FIG. 7 is a diagram illustrating a problem.
[Explanation of symbols]
A Cutter head
B Drilling surface
1 Shield body
2 Tail shield
3 Hydraulic jack
4 Bulkhead
5 Cutting room
6 cabin
7 Cone rotor
8 Mud chamber
9 Drive unit
9a axis
10 Optical system
11 Hydraulic system
12 Mud pipe
13 Waste pipe
21 frames
21a Boss
21b Ring member
21c stirring blade
21d bolt
22 First spoke
22a Screw hole
23 Cornbit
23a-23d, 25a-25d
Tapered surface
23e plane
23f, 25f axis
23g Inner ring member
23h Rolling member
23i room
24 Second spoke
25 cone bit
26 Scraper
27 Peripheral bit
28 Air gap
29 bits
30 Detachable bracket
30a base plate
30b saddle
30c Bolt hole
30d positioning hole
31 dowel pin
32 volts
33 axes
33a Through hole
30e Protrusion
35 Bracket
36 axes
36a bolt
37 gap
38 Mounting base
39 seats
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