DE2337131B2

DE2337131B2 - Steuerung zur vorschubbeaufschlagung des schneidkopfes einer schildvortriebsmaschine

Info

Publication number: DE2337131B2
Application number: DE19732337131
Authority: DE
Original assignee: Moskowskij Mechanitscheskij Sawod, Moskau
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1973-07-20
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2337131A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung zur Druckmitlclbeaufschhigiing des Schneidkopfvorsehubes bei einer Schildvortriebsmaschine. deren drehbarer Schneidkopf un einem innerhalb des Vortriebsschildes in Vortricbsriehuing verschiebbar gelagerten Rahmen angeordnet lsi, wobei der Vorschub des Schneidkopfes sowohl über /wischen dem Rahmen und dem Schild angeordnete als auch über zusätzliche, im Bereich des Schiklumfanges *ich an diesem abstützende Schubkolbengetriebe erfolgt, deren Kolbenstangen über an ihrem Ende angeordnete Rollen direkt am Umfang des Schneidkopfes angreifen.

Eine Vortriebsschildmaschine mit der dargelegten Druckmiiiclbeaufschlagungdcs Schneidkopfvorschubes ist aus der DT-OS 20 38 229 bekannt. Hierbei dienen die im Bereich des Schiklumfanges sich an diesem abstützenden Schubkolbengetriebe zur Verteilung der auf den Schneidkopf einwirkenden Belastung, wobei die Druckräume dieser Schubkolbengetriebe über eine Druckleitung verbunden sind und von einer gemeinsamen Pumpe gespeist werden. Bei in ihrer Festigkeil und Härte nicht gar zu heteiogenen Gebirge verhindern die Schubkolbengetriebe durch Abstützung und eine gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchungen am Sehneidkopf ein Schiefslellen des SeVincidkopfes. Bei stärker heterogenem Gebirge kommt es jedoch zu stärkeren ungleichmäßigen Beanspruchungen, die durch (·ο this vollständig miteinander verbundene Drucksysteni nicht ausgeglichen werden können, so daß es zu unerwünschten Schiefst el lunge η kommt.

Aus der I)T-AS lb^r>K7^r)3 ist ein Vortriebsschild finden Tunnelbau mit einem im Bereich der Querschnitts- f>5 mitte des Schildes gelagerten und mittels eines Antriebs allseilig schwenkbaren Ausleger bekannt, der an seinem freien Ende einen um die Aiislegcrlängsachse rotierenden Schneidkopf aufweist, wobei die Vortriebspressen zur Steuerung des Schildes gruppenweise steuerbar sind.

Aus der DT-OS 21 36 116 ist eine Schildvortriebsmaschine mit einem rotierenden Schneidkopf und einem inneren und einem äußeren Schild bekannt, wobei zur Korrektur der Vorschubrichtung der Vortriebsschildmaschine der Tragring des Schneidkopfes gegenüber dem Innenschild durch vier Paare radialer Steuerzylinder, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind, abgestützt ist. Die einen Steuerzylinder eines Paares sind senkrecht angeordnet und erlauben somit eine Verschiebung des Tragringes und mit ihm des Schneidkopfes in senkrechter Richtung. Im Gegensatz dazu sind die anderen Steuerzylinder eines Paares waagerecht angeordnet, sie ermöglichen somit eine seitliche Verschiebung des Schneidkopfes. Durch gemeinsame und unterschiedliche Beaufschlagung dieser Zylinder kann somit der Tragring mit dem Schneidkopf in beliebiger Richtung gegenüber dem vordei ;n Ende des Innenschildes verschoben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Steuerung zur Druckmittelbcaufschlagung der Vorschubzylinder für einen Schneidkoof einer Vortriebsschildmaschine derart zu "erbessern, daß besonders in einem heterogenen Gebirge bei gleichzeitigem Vorliegen von relativ weichen und relativ harten Gesteinen eine Schiefstellung des Schneidkopfes innerhalb des Schildes vermieden und eine synchrone Verschiebung aller den Schneidkopf beaufschlagenden Schubkolbengetriebe gewährleistet wird, so daß der Schneidkopf automatisch entlang einer geraden Bahn führbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schildvortriebsmaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dali allen den Schneidkopf mittel- und unmittelbar beaufschlagenden Schubkolbengetrieben eine den Ausschuh der Kolbenstange messende und als Meßwertgcbci ausgebildete Vorrichtung zugeordnet ist, deren Meßwcrtsignale einer Auswerteeinheit zuführbar sind, in dci sie mit den Meßwerten eines als Bezugseinheil bestimmten Schubkolbengetriebe verglichen werden und daß die Auswcrlecinheit je nach den festgestellten Differenzwerten der Ausschublängen der einzelner Schubkolbengetriebe gegenüber dem Wert des Bezugsschubkolbcngciricbes die Druckbeaufschlagung dei einzelnen Schubkolbengetriebe differenziert steuert.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung wird eint individuelle Druckbeaufschlagung der einzelnen Vorschubgetriebe in Abhängigkeit vom Gesteinswiderstanc in bezug auf ein Bezugsvorschubgctricbc ermöglicht, se daß ein synchroner Vorschub aller Vorschubgetriebe gewährleistet und somit eine Schiefstellung auch be heterogensten Gebirge verhindert wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eine; Ausführungsbcispicls unter bezug auf die Zeichnunger näher erläutert. Es zeigt

E i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge mäße Schildvortriebsmaschine.

!-' i g. 2 einen Schnitt nach Linie 11-11 der I·' i g. I,

F i g. 3 das Bauteil III der E i g. l.das eines der atifdci Schneidkopf in seinem Randbereich einwirkendet hydraulischen Schubkolbengetriebe im vergrößerten Maßstab zeigt,

I- i g. 4 ein .Schaltschema der Speisung der auf dci Schneidkopf einwirkenden hydraulischen Schubkolben getriebe,

E ig. 5 ein elektrisches Steuerschema der hydrauli sehen Schubkolbengetriebe (zur besseren Veranschauli

chung sind nur zwei hydraulische Schubkolbengetriebe durgestellt, von denen der eine einen Geber der linearen Verschiebung aufweist).

Im Schildkörper 1 (Fig. 1,2,3)sind Längsführungen2 (Fig. 1, 2) vorgesehen, auf denen ein beweglicher Rahmen 3 zur Halterung eines drehbaren Schneidkopfes 4 (Fi g. 1,3) führbar ist. Der Schneidkopf 4 ist hierbei am Rahmen 3 drehbar angeordnet. Damit sich der Schneidkopf 4 drehen kann, weist der Rahmen 3 ein Lager 5 (-ig. 1) zur Aufnahme einer Achse 6 des Schneidkopfes 4 auf. Die Stellung der Achse 6 und jeweils des Schneidkopfes 4 im Lager 5 wird durch eine Mutter 7 fixiert. Übe»· die Außenfläche des Lagers 5 sind Laufrollen 8 (Fig. 1, 2) verteilt, auf denen sich der Schneidkopf 4 mit seiner Ringbahn 9(Fi g. l)abstützt.

Gedreht wird der Schneidkopf 4 von Elektroantriebon 10 (F ig. 1,2) über ein Zahnrad 11 (Fig. 1). welches auf der Ringbahn 9 des Schneidkopfes 4 befestigt ist.

Die elektromotorischen Antriebe befinden sich auf dem Rahmen 3. Dieser ist entlang den Führungen 2 zum Ausfahren zum Eindringen in das Gebirge bzw. zum Zurückführen verschiebbar. Für die Bewegungen des Rahmens 3 sorgen hydraulische Schubkolbengetriebe 12 und 13 (Fig. 1, 2. 3, 4), die \on Ptimpenantrieben 14 (F i g. 4) angetrieben werden.

Die hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 sind in der Mitte des Vortriebsschildes angeordnet und mit ihren Gehäusen auf Kragarmen 15 (F i g. 2) des Schildkörpcrs 1 gelenkig befestigt, so daß sie gegen Längsverschiebungen gesichert sind, wobei die Kolbenstangen der gleichen hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 gelenkig mit dem Rahmen 3 verbunden sind.

Die hydraulischen Schubkolbengetriebe 13 befinden sich in der Nähe der Wandung des Schildkörpcrs 1 am Umfang des .Schneidkopfes 4. Mit ihren Gehäusen sind die Schubkolbengetriebe 13 an der Innenfläche des .Schildkörpers I befestigt, wobei ihre Kolbenstangen mit dem Schneidkopf 4 mittels an den freien Enden der Kolbenstangen befestigter Rollen 16 (Fig. I. 3) in Kontakt stehen, die sich gegen die Ringbahn 9 des Schneidkopfes 4 abstützen.

ledes hydraulische Schubkolbengetriebe 12 und 13 ist über ein eigenes Hydrauliksystem, das einen Steuerschieber 17 (Fig. 4) und Sicherheitsventile 18 und 19 enthält, an eine eigene Pumpe 14 angeschlossen. Elektromotor 20 für die Pumpen 14 sind an ein gemeinsames elektrisches Steuerschema geschaltet, welches elektrische Geber 21 der linearen Verschiebung der beweglichen Teile, nämlich der Kolbenstange 22 der hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 und 13, wobei einer der Geber 21 ein Sollwertgeber 21<: ist und eine Auswerteeinheit 23 enthält, mit welcher alle Geber 21 (Fig. 1. 3) und der Sollwertgeber 21;i (Fig. 4, 5) geschaltet sind; die Auswertecinheit 23 (Fig. 5) ist ihrerseits an die Elektromotor 20 der Pumpen 14 mit Hilfe von für jeden Elektromotor 14 separat vorgesehenen Steuerblöcken 24 und 25 (F i g. 5) angeschlossen.

In diesem Ausführungsbeispiel des elektrischen Stellerschemas dienen als Steuc^blöcke 24 und 25 elektrisch steuerbar: i.eist.ingsgleichrichier.

Dem Steuerblock 25 für die Steuerung lies Elektromotors 20 der Pumpe 14 für das hydraulische Bezugsschubkolbengetriehe 12.) mit dem daran angeordneten Sollwertgeber 21;/ ist ein von Hand zu betätigender Drehzahlregler 26 des Motors 20 auge- t\s schlossen.

Der Tunnelbau unter Verwendung des erfindungsgemiißiMi Vortriebsschildes wird foljjenderwcisc durchgeführt. Vom Steuerpult aus werden durch den Bedienungsmann die Elektroantiriebe 10 betätigt, wodurch der Schneidkopf 4 zu rotieren beginnt. Anschließend wird der Schneidkopf 4 gegen das Gebirge vorgeschoben. Zu diesem Zweck werden sämtliche Elektromotore

20 der Pumpen 14. welche die hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 und 13 speisen, eingeschaltet. Die Betriebsflüssigkeit gelangt von den Pumpen 14 über die Steuerschieber 17 in die Kolbenräume aller hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 und 13, wodurch sich deren Kolbenstangen fortschreitend zu bewegen beginnen und damit die mit ihnen verbundenen Geber

21 und der Sollwertgeber 21.7 der linearen Verschiebung der Kolbenstangen der hydraulischen Schubkolbengetriebe mechanisch verbunden sind. Die Gehäuse aller Geber 21 und das des Sollwertgebers 21.7 sind jeweils auf den Gehäusen der hydraulischen Schubkolbengetriebe 12, 13 und 12./ befestigt. Gleichzeitig mit dem Ausschieben der Kolbenstangen 22 der hydraulischen Schubkolbengetriebe 12, Π ιιι,.Ι 12./ werden ebenfalls jeweils die beweglichen Teile der Geber 21 und des Sollwertgebers 21.7 ausgefahren. Das hydraulische Bezugsschubkolbengetriebe 12.;. das den Sollwertgeber 21.7 der linearen Verschiebung der Kolbenstange 22 dieses hydraulischen Schubkolbengeiriebes trägt, ist das Bezugsgetriebe, nach dem sich unter Verwendung des elektrischen Sieiicrschcmas die Arbeit der übrigen steuerbaren hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 und 13 richtet.

Die Wanderungsgeschwindigkeit der Kolbenstange des hydraulischen Bezugsschubkolbengetriebes 12.7 wird durch den handbetätigten Regler 26 in Abhängigkeit von der Gesteinshärte vorgegeben.

Im Verlaufe des Tunnelvortriebes durch einen Vortriebsschild in heterogenen Gesteinen wird — verglichen mit dem hydraulischen Bezugsschubkolbengetriebe 12.7 — einem b/w. mehreren Sehubkolbengctricben 12 und 13 ein kleinerer oder größerer Gesteinswidcrstand entgegengebracht, der jeweils eine beschleunigte bzw. verlangsamte Bewegung ihrer Kolbenstangen ergibt, wodurch sich ein aus einem respektive mehreren Gebern 21 in der Auswerteeinheit 23 ankommendes Signal verändert. Aus der Auswertecinhcit 23 wird ein Difl'erenzsignal an den Steuerblock 25 jedes Elektromotors 20 für die Pumpe 14 jedes hydraulischen Schubkolbcngetriebes 12 b/w. 1 3 abgegeben, dessen Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange sich von der Kolbenstange des hydraulischen Bezugsschubkolbengetriebes 12.7 mit dem darauf angeordneten Sollwertgeber 21./ unterscheidet.

|e nach den durch die Sieucrblöcke 25 gegebenen Signalen nimmt die Drehzahl der jeweiligen Elektromctorc 20 für die Pumpen 14 der hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 respektive 13 ab oder zu. Demnach sinkt oder steigt die Leistung der entsprechenden Pumpen 14, und in den Kolbenraum der jeweiligen hydraulischen Schubkolbengetriebe gelangt eine kleinere oder größere Bctricbsllüssigkeitsmenge. Daher vermindert sich oder steigt die Strömungsgeschwindigkeit tier entsprechenden hydraulischen Schubkolbengetriebe so lange an. bis die Bcweguiigsgeschwindigkcitcn der Kolbenstangen der gesteuerten hydraulischen Schubkolbengetriebe und lies hydraulischen Bezugsschubkolbengetriebes gleich sind. Bei dem dargestellten Geschwindigkeitsausgleich werden ebenfalls die Signale der Geber 21 und des Sollwertgebers 21,7 ausgeglichen, wodurch das Gleichgewicht im elektrischen Steuersehemu wiederhergestellt wird und

die lilektromotore 20 aller Pumpen 14 ihre vorgegebene lieiriebsweise beibehallen, solange der Ausgleich der Hewegiingsgesehwindigkeiten der Kolbenstangen irgendeines der gesteuerten hydraulischen Schubkolbengetriebe 12 und 13 nicht verändert wird. In dieser Weise wird ein synchroner Betrieb aller hydraulischen .Schubkolbengetriebe .sichergestellt, die für den Vorschub des Schneidkopfes sorgen, bei welchem keine Schiefstellung, unabhängig von allen Gesieinseigenschäften, erfolgt.

Der oben beschriebene Vortriebsschild eignet siel ebenso erfolgreich für den Vortrieb in felsiger (iesteinen. weil durch das Vorhandensein der aktiv au den Schneidkopf nicht nur in seiner Mitte, sondern auer im Randbereieh einwirkenden hydraulischen Schubkolbengetriebe 12, 13 und 12,i es möglich ist, erhebliche Vorschubkrafte zu entwickeln, die einen wirksamer Abbau in felsigen Gesteinen ergeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerung zur Druckmittelbeaufschlagung des Schneidkopfvorschubs bei einer Schildvortriebsma schine, deren drehbarer Schneidkopf an einem innerhalb des Vortriebsschildes in Vortriebsrichtung verschiebbar gelagerten Rahmen angeordnet ist, wobei der Vorschub des Schneidkopfes sowohl über zwischen dem Rahmen und dem Schild angeordnete als auch über zusätzliche, im Bereich des Schildumfanges sich an diesem abstützende Schubkolbengetriebe erfolgt, deren Kolbenstangen über an ihrem Ende angeordnete Rollen direkt am Umfang des Schneidkopfes angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß allen den Schneidkopf (4) mittel- und unmittelbar beaufschlagenden Schubkolbengetrieben (12, 12.Ί, 13) eine den Ausschub der Kolbenstange (22) messende und als Meßwertgeber ausgebildete Vorrichtung (21, 2la) zugeordnet ist, deren Meßwertsignalc einer Auswerteeinheit (23) zuführbar sind, in der sie mit den Meßwerten eines als Bezugseinheit bestimmten Schubkolbengetriebes (12.·;) verglichen werden, und daß die Auswerteeinheit (23) je nach den festgestellten Differenzwerten der Ausschublängen der ein/einen Schubkolbengetriebe gegenüber dem Wert des Bez.ugsschubkolbengetricbes (12;/) die Druckbeaufschlagiing der einzelnen Schubkolbengetriebe (12, 13) differenziert steuert.