特許 7421253 トンネルインテリジェント削孔装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】トンネルインテリジェント削孔装置

(51)【国際特許分類】

   B28D 1/14 20060101AFI20240117BHJP

   E21D 11/38 20060101ALI20240117BHJP

   E21F 1/00 20060101ALI20240117BHJP

   B23B 39/14 20060101ALI20240117BHJP

   B23B 47/24 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

B28D1/14

E21D11/38 Z

E21F1/00 Z

B23B39/14

B23B47/24

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023513251

(86)(22)【出願日】2021-09-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-14

(86)【国際出願番号】 CN2021122370

(87)【国際公開番号】W WO2022262149

(87)【国際公開日】2022-12-22

【審査請求日】2023-02-22

(31)【優先権主張番号】202122079990.0

(32)【優先日】2021-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521550208

【氏名又は名称】中▲鉄▼九局集▲団▼▲電▼▲務▼工程有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＮＯ．９ ＧＲＯＵＰ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＣＯ．， ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ

(72)【発明者】

【氏名】冀▲暁▼▲瑩▼

(72)【発明者】

【氏名】徐士彬

(72)【発明者】

【氏名】邱▲暁▼▲傑▼

(72)【発明者】

【氏名】王▲長▼▲龍▼

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼雄

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼▲偉▼

(72)【発明者】

【氏名】王大▲偉▼

(72)【発明者】

【氏名】王明宇

(72)【発明者】

【氏名】▲トウ▼▲剛▼

(72)【発明者】

【氏名】王忠明

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼▲飛▼▲龍▼

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼睿

(72)【発明者】

【氏名】鞠航

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０６７０３６８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０３３１９３７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２６９６１５３（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１１０７０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２７０２６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２８Ｄ １／１４

Ｅ２１Ｄ １１／３８

Ｅ２１Ｆ １／００

Ｂ２３Ｂ ３９／１４

Ｂ２３Ｂ ４７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フロントエンドプレートと、
前記フロントエンドプレートに取り付けられたガイドロッドと、
前記ガイドロッドを外嵌し、前記ガイドロッドの軸方向に沿って移動できる削孔機設置台座と、
前記削孔機設置台座に固定され、掘削方向が前記ガイドロッドの軸線に平行である削孔機と、
前記ガイドロッドの前端部に固結され、前記削孔機設置台座を制限して前記削孔機設置台座が前記ガイドロッドから脱落するのを防ぐためのリミット構造と、
前記削孔機設置台座と前記フロントエンドプレートとの間に設けられ、前記削孔機の掘削圧力を監視するための圧力センサーと、
データ処理モジュールと、制御モジュールとを備えたインテリジェント解析コンピュータと、
を備えたトンネルインテリジェント削孔装置であって、
前記データ処理モジュールと前記圧力センサーとの間でデータ通信が行われ、前記データ処理モジュールは前記掘削圧力が閾値より大きいかどうかを比較し、前記制御モジュールは圧力データが閾値より大きいことに応答して、前記削孔機の電源を切断する、
ことを特徴とする、トンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項2】

第１端板と、第２端板と、弾性緩衝部材とを備え、前記第１端板と前記第２端板は互いに平行に対向して配置されたアイソレータをさらに備え、
前記弾性緩衝部材は、前記第１端板と前記第２端板との間に設けられ、エネルギー吸収及び振動抑制に用いられ、
前記アイソレータは、前記ガイドロッドを外嵌し、前記第１端板が前記削孔機設置台座となり、前記第２端板が前記フロントエンドプレートと協働して前記圧力センサーの検出端を圧迫する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項3】

リミットボルトをさらに備え、前記圧力センサーに軸線貫通穴が設けられ、前記第１端板には前記軸線貫通穴に対応して第１貫通穴が設けられ、前記第２端板には前記軸線貫通穴に対応して第２貫通穴が設けられ、
前記リミットボルトは、前記軸線貫通穴、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴を挿通して、前記フロントエンドプレートに固定され、前記リミットボルトの頭部と前記第２貫通穴の穴縁と制限するように嵌合する、
ことを特徴とする、請求項２に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項4】

前記ガイドロッドは、円周方向に沿って４つ配置され、
前記リミット構造は、リミットプレートで、前記リミットプレートの数が２で、各前記リミットプレートの両端が各々２本の前記ガイドロッドの前端部に固結される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項5】

その上に前記リミットボルトが通るための第３貫通穴を設けた補強板をさらに備え、
前記補強板は、前記第２端板の前記圧力センサーに近い板面に固定され、かつ前記補強板の横断面面積が前記リミットボルトの頭部の横断面面積より大きい、
ことを特徴とする、請求項３に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項6】

前記補強板は、中央の耐力部及び縁端の環状取付部に分けられ、前記耐力部の横断面面積は前記リミットボルトの頭部の横断面面積と等しく、同軸であり、
前記環状取付部にボルトスルーホールが円周方向に沿って均等に配置され、前記補強板が前記ボルトスルーホールを挿通する固定ボルトで前記第２端板に固定される、
ことを特徴とする、請求項５に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項7】

取付ボルトをさらに備え、
前記リミットボルトの前端には軸方向ねじ穴が同軸に設けられ、前記取付ボルトの先端部が前記フロントエンドプレートを挿通して、前記軸方向ねじ穴に螺着され、前記リミットボルトは前記取付ボルトを介して前記フロントエンドプレートに固定される、
ことを特徴とする、請求項３に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項8】

敷き板を含む取付構造をさらに備え、前記削孔機の後端は、固定ねじで前記敷き板に固定され、前記敷き板が取付ねじで前記第１端板の板面に固定されることを特徴とする、請求項３に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項9】

前記取付構造は、挟持板と、連結板と、ベース板とをさらに備え、前記挟持板は前記削孔機の機体の中央部又は前部にクランプされ、
前記敷き板は、上下２枚あり、前記削孔機の機体後端の上下部がそれぞれ２枚の前記敷き板に固定され、２枚の前記敷き板間に取り付けスペースがあり、前記ベース板は前記取り付けスペース内に設けられ、前記第１端板に固結され、
前記連結板の一端は、前記挟持板に固結され、他端が前記ベース板に固結される、
ことを特徴とする、請求項８に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【請求項10】

前記挟持板に調整ボルト及び調整ナットが配設され、前記挟持板に挟持孔が設けられ、
前記挟持孔の孔壁は前記削孔機の機体の中央部又は前部をクランプするために用いられ、
前記挟持孔の孔壁に調整隙間を有し、前記調整隙間は前記挟持板の２つの板面を貫通し、前記挟持孔と外部を連通し、
前記挟持板は、前記調整隙間の両側に貫通穴が対称的に設けられ、前記調整ボルトが一方の前記貫通穴を挿通して、他方の前記貫通穴内の前記調整ナットと螺着し、前記調整ボルト上の前記調整ナットの位置を調整することにより、前記調整隙間の長さを調整できることで、前記挟持孔が前記削孔機の機体を円周方向にクランプする、
ことを特徴とする、請求項９に記載のトンネルインテリジェント削孔装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、トンネル削孔の技術分野に関し、特に、トンネルインテリジェント削孔装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のトンネル自動削孔裝置は、通常、自動削孔裝置内の予め設定された高さ、孔間隔等の情報に従って削孔位置を予め設定・計画し、トンネル自動削孔裝置の削孔機は予め設定された削孔位置で自動削孔作業を実施する。作業者の手動削孔方法と比較して、作業者の労働負荷を低減し、作業者の安全をより確保する。

【0003】

地下鉄トンネルのトンネル壁は、セグメントで構成され、製造上の誤差及び施工上の誤差等の原因により、セグメントが規則通りに完全に配置されていない。セグメントに設けられた固定ボルト、内部の構造用棒鋼は、削孔できない位置に属する。セグメントは規則通りに完全に配置されていないため、固定ボルト、構造用棒鋼の位置も不規則である。

【0004】

従来のトンネル自動削孔裝置は、予め設定された削孔位置通り削孔する時、計画削孔位置を削孔できない位置（固定ボルト、構造用棒鋼の位置）に予め設定する可能性があるため、トンネル自動削孔裝置への再設定という手動による介入が必要で、効率が低くなっている。適時手動により介入しないと、削孔失敗によるセグメントの破損、及び／又は、構造用棒鋼との接触により削孔機が損傷する。したがって、上記従来技術の欠陥について改善された技術的手段を提供する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本出願の目的は、上記従来技術に存在する課題を解決又は軽減するため、トンネルインテリジェント削孔装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本出願は、次のような技術的手段を提示する。

【0007】

フロントエンドプレートにガイドロッドを設けた６軸マニピュレータと、
前記ガイドロッドを外嵌し、ガイドロッドの軸方向に沿って移動できる削孔機設置台座と、
前記削孔機設置台座に固定され、前記削孔機の掘削方向は前記ガイドロッドの軸線に平行である削孔機と、
前記ガイドロッドの前端部に固結され、前記削孔機設置台座を制限して前記削孔機設置台座が前記ガイドロッドから脱落するのを防ぐためのリミット構造と、
削孔機設置台座と６軸マニピュレータのフロントエンドプレートとの間に設けられ、前記削孔機の掘削圧力を監視するための圧力センサーと、
データ処理モジュールと、制御モジュールとを備えたインテリジェント解析コンピュータと、
を備えたトンネルインテリジェント削孔装置であって、
前記データ処理モジュールと前記圧力センサーとの間でデータ通信が行われ、前記データ処理モジュールは掘削圧力が閾値より大きいかどうかを比較し、前記制御モジュールは圧力データが閾値より大きいことに応答して、前記削孔機の電源を切断する。

【発明の効果】

【0008】

１）本出願のトンネルインテリジェント削孔装置は、圧力センサー及びインテリジェント解析コンピュータを設置することにより、掘削圧力が閾値より大きい時、削孔機の電源を切断し、削孔機が固定ボルト、構造用棒鋼の場所で削孔することにより、セグメントの破損、削孔機の損傷を避け、可能な限り信頼性の高い削孔の施工手順が進まれることを確保し、削孔機の寿命を延ばす。

【0009】

２）アイソレータを設置することにより、第１に、６軸マニピュレータの振動を低減して削孔精度をさらに確保し、第２に、圧力センサーの検出結果の精度と信頼性を確保することである。

【0010】

３）リミットボルトとリミット構造は、可能限りアイソレータがガイドロッドから脱落しないように二重のリミットを形成し、信頼性の高い削孔の施工手順が進まれることを確保する。

【0011】

４）リミットプレートを使用することで、リミットプレートと第１端板との接触面積が大きくなり、応力集中を低減し、応力集中によるリミットプレートの変形や破損を防ぎ、さらに信頼性の高いアイソレータの変位制限を確保する。

【0012】

５）補強板は、リミットボルトによる第２端板の変形を極力抑えることができる。

【0013】

６）補強板は、環状取付部の固定ボルトで第２端板に固定され、簡単かつ確実に固定でき、リミットボルトとの干渉を防ぐ。

【0014】

７）リミットボルトは、取付ボルトでフロントエンドプレートに固定され、リミットボルト頭部の位置を正確に確保し、リミットボルトの変位制限効果を確保できる。

【0015】

８）削孔機は、敷き板でフロントエンドプレートに固定され、敷き板が応力緩和部材になり、長期間の作業後のフロントエンドプレートの塑性変形をより良く避けることができる。

【0016】

９）挟持板、連結板及びベース板は、敷き板と協働して削孔機の機体の２点位置決めを形成し、削孔機の削孔精度及び安定性を効果的に確保する。

【0017】

１０）調整ボルト及び調整ナットを介して隙間の長さを調整し、構造が単純であるため、挟持板による削孔機の挟持をよく確保する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】トンネルインテリジェント削孔装置の具体的実施形態の立体図である。

【図2】図１の断面図一である。

【図3】図１の断面図二である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本出願は、トンネルインテリジェント削孔装置の具体的実施形態を提供し、図１、図２及び図３に示すように、トンネルインテリジェント削孔装置は、６軸マニピュレータと、ガイドロッド３と、削孔機１３と、リミット構造と、圧力センサー２と、インテリジェント解析コンピュータと、アイソレータと、リミットボルト１４と、補強板１５と、取付構造とを備え、インテリジェント解析コンピュータはデータ処理モジュールと、制御モジュールとを有する。

【0020】

６軸マニピュレータは、機能性組立体の取付用台座となるフロントエンドプレート１を有し、フロントエンドプレート１にガイドロッド３が設けられ、ガイドロッド３の数は４で、隣り合うガイドロッド３間の結ぶ線が正方形を形成する。

【0021】

アイソレータは、第１端板６と、第２端板４と、弾性緩衝部材５とを備え、第１端板６と第２端板４は互いに平行に対向して配置され、弾性緩衝部材５は第１端板６と第２端板４との間に設けられ、エネルギー吸収及び振動抑制に用いられる。アイソレータは、ガイドロッド３を外嵌し、ガイドロッド３の軸方向に沿って移動することができる。具体的には、第１端板６及び第２端板４にガイドロッド３挿通用の貫通穴が設けられ、前記貫通穴内に設ガイドスリーブが設けられ、ガイドスリーブとガイドロッド３は滑り摩擦があり、ガイドスリーブは摩擦係数の低いエンジニアリングプラスチック製で、自己潤滑機能を持ち、ほこり・不純物のある環境でも開放して作業でき、グリースが不要で、乾燥摩擦環境での長時間の作業に適しており、振動を吸収するなどという利点がある。

【0022】

リミット構造は、ガイドロッド３の前端部に固結され、アイソレータの変位を制限し、アイソレータがガイドロッド３から脱落することを防止するために用いられる。具体的には、リミット構造はリミットプレート７で、リミットプレート７の数が２で、各リミットプレート７の両端が各々２本のガイドロッド３の前端部に固結される。

【0023】

圧力センサー２は、第２端板４と６軸マニピュレータのフロントエンドプレート１との間に設けられ、第２端板４は６軸マニピュレータのフロントエンドプレート１と協働して圧力センサー２の検出端を圧迫し、圧力の伝達により、圧力センサー２は削孔機１３の掘削圧力を監視できるようにさせ、データ処理モジュールと圧力センサー２との間でデータ通信が行われる。

【0024】

ガイドロッド３には、２つの大きな働きがあり、すなわち第１に、アイソレータの半径方向の剛性が弱いため、削孔機作業時の半径方向変位が大きくなり、削孔精度が低下し、ガイドロッド３はアイソレータの半径方向変位の制限を大幅に向上できることで、正確に削孔することを確保する。第２に、圧力センサー２は、軸方向圧力を収集する必要があり、ガイドロッド３が他の方向の荷重に耐えることができ、軸方向荷重のみを圧力センサー２に伝達し、圧力センサー２の測定結果の正確性を確保する。また、ガイドロッド３は、アイソレータに必要なセンタリング機能及び圧力センサー２に必要な方向検出機能を統合することで、構造が簡素化される。

【0025】

圧力センサー２に軸線貫通穴が設けられ、第１端板６には軸線貫通穴に対応して第１貫通穴が設けられ、第２端板４には軸線貫通穴に対応して第２貫通穴が設けられる。リミットボルト１４は、軸線貫通穴、第１貫通穴及び第２貫通穴を挿通して、フロントエンドプレート１に固定され、リミットボルト１４の頭部と第２貫通穴の穴縁と制限するように嵌合する。リミットボルト１４に取付ボルトが配設され、リミットボルト１４の前端には軸方向ねじ穴が同軸に設けられ、取付ボルトの先端部がフロントエンドプレート１を挿通して、軸方向ねじ穴に螺着され、リミットボルト１４は取付ボルトを介してフロントエンドプレート１に固定される。リミットボルト１４及びリミットプレート７は、各々アイソレータの変位を制限し、アイソレータがガイドロッド３から脱落するのを防ぎ、削孔時の施工安全を確保する。

【0026】

補強板１５にリミットボルト１４が通るための第３貫通穴が設けられ、補強板１５は、第２端板４の圧力センサー２に近い板面に固定され、かつ補強板１５の横断面面積がリミットボルト１４の頭部の横断面面積より大きい。補強板１５は、中央の耐力部及び縁端の環状取付部に分けられ、耐力部分の横断面面積はリミットボルト１４の頭部の横断面面積と等しく、同軸であり、環状取付部にボルトスルーホールが円周方向に沿って均等に配置され、補強板１５がボルトスルーホールを挿通する固定ボルトで第２端板４に固定される。

【0027】

取付構造は、敷き板８と、挟持板１１と、連結板１０と、ベース板９とを備え、第１端板６が削孔機設置台座となり、削孔機１３の後端が敷き板８で第１端板６に固定され、削孔機１３の掘削方向はガイドロッド３の軸線に平行である。削孔機１３の後端は、固定ねじで敷き板８に固定され、敷き板８が取付ねじで第１端板６の板面に固定される。具体的には、敷き板８は、上下２枚あり、削孔機１３の機体後端の上下部がそれぞれ２枚の敷き板８に固定され、２枚の敷き板８間に取り付けスペースがあり、ベース板９は取り付けスペース内に設けられ、第１端板６に固結される。

【0028】

挟持板１１は、削孔機１３の機体の中央部又は前部にクランプされ、具体的には挟持板１１に調整ボルト及び調整ナットが配設され、挟持板１１に挟持孔が設けられ、挟持孔の孔壁は削孔機１３の機体の中央部又は前部をクランプするために用いられ、挟持孔の孔壁に調整隙間１２を有し、調整隙間１２は挟持板１１の２つの板面を貫通し、挟持孔と外部を連通する。挟持板１１は、調整隙間１２の両側に貫通穴が対称的に設けられ、調整ボルトが一方の貫通穴を挿通して、他方の貫通穴内の調整ナットと螺着し、調整ボルト上の調整ナットの位置を調整することにより、調整隙間１２の長さを調整できることで、削孔機１３のクランプ又はアンクランプを調整する。連結板１０の一端は、挟持板１１に固結され、他端がベース板９に固結される。

【0029】

セルフセンタリングの挟持板１１で削孔機１３の固定を支援し、削孔機１３の２点位置決め（１点は、固定ボルトで敷き板８に固定し、もう１点は挟持板１１、連結板１０でベース板９に固定し、敷き板８及びベース板９がフロントエンドプレート１に固定される）を実現する。挟持板１１は、挟持孔が削孔機１３を被着する形を採用し、挟持板１１はセルフセンタリングであり、同心性が良く、連結が強固で、取り付けが簡単という利点を有し、削孔機１３の削孔精度及び安定性を確保する。

【0030】

トンネルインテリジェント削孔装置の削孔過程でデータ処理モジュールは、圧力データが閾値より大きいかどうかを比較し、制御モジュールは圧力データが閾値より大きいことに応答して、削孔機１３の電源を切断し、固定ボルト、構造用棒鋼の位置に削孔して、セグメントを破損すること、及び／又は構造用棒鋼どの接触による削孔機１３の損傷の発生を防ぐ。

【符号の説明】

【0031】

１０：連結板
１ ：フロントエンドプレート
１１：挟持板
１２：調整隙間
１３：削孔機
１４：リミットボルト
１５：補強板
２ ：圧力センサー
３ ：ガイドロッド
４ ：第２端板
５ ：弾性緩衝部材
６ ：第１端板
７ ：リミットプレート
８ ：敷き板
９ ：ベース板

【図1】

【図2】

【図3】