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液压缸及 隧道掘进机

阅读：939发布：2020-05-11

专利汇可以提供液压缸及隧道掘进机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种传感器的配置的自由度高且维护容易的液压缸及隧道掘进机。缸筒(2)具有筒部(2a)。活塞杆(4)在筒部(2a)的内部滑动。传感器装置(6)具有安装于缸筒(2)的传感器主体(6a)、与传感器主体(6a)连接的磁致伸缩线(6b)、以及在筒部(2a)的内部安装于活塞杆 (4)且向磁致伸缩线(6b)施加磁场的磁铁 (6c)。磁致伸缩线(6b)包括沿着活塞杆(4)的轴向(A)延伸的第一部分(6ba)、从轴向(A)偏离地延伸而将第一部分(6ba)与传感器主体(6a)相连的第二部分(6bb)。，下面是液压缸及隧道掘进机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种液压缸，其中，
所述液压缸具备：
缸筒，其具有筒部；
活塞杆，其在所述筒部的内部滑动；以及
 传感器装置，其具有安装于所述缸筒的传感器主体、与所述传感器主体连接的磁致伸缩线、以及在所述筒部的内部安装于所述活塞杆且向所述磁致伸缩线施加磁场的磁铁，所述磁致伸缩线包括沿着所述活塞杆的轴向延伸的第一部分、以及从所述轴向偏离地延伸而从所述第一部分向所述传感器主体延伸的第二部分。
2.根据权利要求1所述的液压缸，其中，
所述传感器主体配置于所述缸筒的所述筒部的外部。
3.根据权利要求1所述的液压缸，其中，
所述传感器主体配置于所述缸筒的外周面。
4.根据权利要求1所述的液压缸，其中，
所述第二部分具有曲线部。
5.根据权利要求4所述的液压缸，其中，
所述缸筒具有插入孔和插入到所述插入孔中的插入构件，所述插入构件具有供所述曲线部通过的孔通路。
6.一种隧道掘进机，其中，
所述隧道掘进机具备：
刀盘，其具有刀具；
撑靴，其配置于所述刀盘的后方；以及
权利要求1～5中任一项所述的所述液压缸，其配置于所述刀盘与所述撑靴之间。

说明书全文

液压缸及 隧道掘进机

技术领域

[0001] 本发明涉及液压缸及隧道掘进机。

背景技术

[0002] 隧道掘进机的液压缸(推力液压缸)在粉尘、水淹环境下进行动作。因此，作为液压缸的行程传感器，使用了能够将传感器全部收容于液压缸的壳体内的磁致伸缩式位移传感器。这样的液压缸例如已在日本特开2015-31298号公报中被公开。

[0003] 在上述公报所公开的结构中，会产生如下情况：传感器主体的配置的自由度低，不得不在维修、保全困难的部位安装传感器主体。在这样的情况下，当磁致伸缩式位移传感器发生故障时，担心传感器更换需要长时间。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种传感器的配置的自由度高且维护容易的液压缸及隧道掘进机。

[0005] 本发明的液压缸具备缸筒、活塞杆及传感器装置。缸筒具有筒部。活塞杆在筒部的内部滑动。传感器装置具有安装于缸筒的传感器主体、与传感器主体连接的磁致伸缩线、以及在筒部的内部安装于活塞杆且向磁致伸缩线施加磁场的磁铁。磁致伸缩线包括沿着活塞杆的轴向延伸的第一部分、以及从轴向偏离地延伸而从第一部分向传感器主体延伸的第二部分。

[0006] 对于本发明的上述及其他目的、特征、方面及优点，根据与附图关联地理解的本发明所相关的如下详细的说明而会变得明确。

附图说明

[0007] 图1是简要地表示一实施方式中的隧道掘进机的结构的立体图。

[0008] 图2是表示图1的隧道掘进机所包含的液压缸(推力液压缸)的结构的剖视图。

[0009] 图3是将图2所示的液压缸的传感器主体附近放大示出的局部放大剖视图。

[0010] 图4是表示图1的隧道掘进机所包含的液压缸(推力液压缸)的变形例1的结构的局部放大剖视图。

[0011] 图5是表示图1的隧道掘进机所包含的液压缸(推力液压缸)的变形例2的结构的局部放大剖视图。

具体实施方式

[0012] 以下，基于附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，在说明书及附图中，对于同一构成要件或对应的构成要件，标注同一附图标记，不反复进行重复的说明。另外，在附图中，为了便于说明，也有时省略或简化结构。

[0013] (隧道掘进机的结构)

[0014] 首先，说明能够适用本发明的液压缸的隧道掘进机的结构。

[0015] 图1是简要地表示一实施方式中的隧道掘进机10的结构的立体图。如图1所示，隧道掘进机10在被主撑靴16(撑靴)支承于地中的隧道壁的状态下，使刀盘10A旋转来进行地中的挖掘。隧道掘进机10具有刀盘10A和主体10B。

[0016] 刀盘10A能够相对于主体10B旋转，且能够与主体10B一体地在前后方向上移动。在刀盘10A装配有多个盘形刀具11。多个盘形刀具11各自的刃部以能够旋转的方式支承于刀盘10A。

[0017] 在刀盘10A装配有多个耙斗12。多个耙斗12分别将通过挖掘产生的挖掘废渣搂入。多个耙斗12在刀盘10A的周缘部以在圆周方向上互相隔开间隔的方式配置。

[0018] 主体10B配置于刀盘10A的后方。主体10B具有刀盘支承件、顶支承件13、侧支承件14、竖立支承件15及主撑靴16。刀盘支承件没有图示，其处于刀盘10A的背面而支承着刀盘。

[0019] 顶支承件13、侧支承件14及竖立支承件15分别配置于刀盘10A的后方，呈沿着隧道壁的周向的圆弧形状。顶支承件13位于隧道壁的上部，侧支承件14位于隧道壁的侧部，竖立支承件15位于隧道壁的下部。

[0020] 主撑靴16具有多个支撑靴16a。多个支撑靴16a通过支撑千斤顶(未图示)的伸缩动作而沿着主撑靴16的径向伸出。多个支撑靴16a抵靠于隧道壁，由此主撑靴16支承于隧道壁。

[0021] 主体10B还具有多个推力液压缸1。多个推力液压缸1配置于刀盘支承件与主撑靴16之间。多个推力液压缸1配置于刀盘10A与主撑靴16之间。多个推力液压缸1分别由液压缸构成。

[0022] 多个推力液压缸1使刀盘10A向前方推进。此时，固定于隧道壁的主撑靴16从多个推力液压缸1分别受到使刀盘10A向前方推进时的推进反作用力。

[0023] 另外，通过多个推力液压缸1各自的伸缩来控制刀盘10A的朝向。因此，多个推力液压缸1各自的伸缩量被严格地控制。设置有用于检测多个推力液压缸1各自的伸缩量的传感器装置6。

[0024] 主体10B还具有带式输送机17。带式输送机17用于将由多个耙斗12搂入的挖掘废渣向主体10B的后方送出。

[0025] 在上述隧道掘进机10的动作中，多个支撑靴16a抵靠于隧道壁，由此主撑靴16支承于隧道壁。通过多个推力液压缸1伸缩，从而刀盘10A被向前方推进。

[0026] 推力液压缸1的伸缩量由传感器装置6检测。基于由传感器装置6检测到的推力液压缸1的伸缩量，来对推力液压缸1的伸缩量进行反馈控制。

[0027] 通过控制多个推力液压缸1各自的伸缩量，来控制刀盘10A的朝向。由此，多个盘形刀具11适当地抵靠于隧道的掘进方向上的挖掘面。

[0028] 伴随刀盘10A的旋转而多个盘形刀具11分别旋转来使岩石破碎，对挖掘面进行挖掘。在挖掘中产生的挖掘废渣被多个耙斗12搂入，并被带式输送机17等向后方送出。

[0029] (液压缸1的结构)

[0030] 接着，说明作为在上述隧道掘进机10中使用的推力液压缸1的液压缸的结构。

[0031] 图2是表示图1的隧道掘进机10所包含的液压缸1的结构的剖视图。图3是将图2所示的液压缸1的传感器主体6a附近放大示出的局部放大剖视图。图4是表示图1的隧道掘进机10所包含的液压缸1的变形例1的结构的局部放大剖视图。图5是表示图1的隧道掘进机10所包含的液压缸1的变形例2的结构的局部放大剖视图。

[0032] 如图2所示，本实施方式的液压缸1主要具有缸筒2、活塞杆4、活塞5及传感器装置6。

[0033] 缸筒2具有有底筒形状。缸筒2具有筒部2a、缸盖(固定侧部分)2b及杆侧部分2c。筒部2a例如具有沿着轴向(单点划线A的延伸方向)延伸的圆筒形状。筒部2a具有在轴向A上互相对置的第一端2af及第二端2as。

[0034] 在筒部2a的第一端2af配置有缸盖2b。由缸盖2b封闭筒部2a的第一端2af。在缸盖2b设置有连结部3。

[0035] 在筒部2a的第二端2as安装有杆侧部分2c。杆侧部分2c具有圆筒形状，且安装于筒部2a的第二端2as处的内周面。筒部2a的内部空间经由杆侧部分2c的贯通孔而与筒部2a的外部空间连通。

[0036] 活塞杆4沿着轴向A延伸，且具有该轴向A的一端4f和另一端4s。活塞杆4的一端4f插入到筒部2a的内部空间中。在活塞杆4插入到筒部2a中的状态下，活塞杆4的轴中心与筒部2a的圆筒中心同心。活塞杆4在筒部2a的内部能够滑动(slide)。通过活塞杆4在筒部2a的内部滑动，从而液压缸1伸长或收缩。

[0037] 在活塞杆4的一端4f安装有活塞5。活塞杆4的另一端4s从简部2a的内部空间向外部突出。在活塞杆4的另一端4s设置有连结部7。

[0038] 活塞杆4具有轴孔4a。轴孔4a从活塞杆4的一端4f朝向另一端4s而沿着轴向A延伸。轴孔4a位于活塞杆4的轴中心。轴孔4a也可以位于与活塞杆4的轴中心平行的直线上。

[0039] 轴孔4a具有第一孔部分4aa和第二孔部分4ab。第一孔部分4aa与第二孔部分4ab沿着轴向A排列。第二孔部分4ab位于比第一孔部分4aa接近缸盖2b的位置。第二孔部分4ab具有比第一孔部分4aa大的内径。

[0040] 如图3所示，在轴孔4a内插入有套管8。套管8位于活塞杆4的例如轴中心，沿着活塞杆4的轴向A延伸。套管8插入到轴孔4a的第一孔部分4aa和第二孔部分4ab这双方的内部。套管8从第二孔部分4ab向缸盖2b侧突出。

[0041] 如图2所示，传感器装置6是磁致伸缩式位移传感器。磁致伸缩式位移传感器是应用了基于Wiedemann效果的磁致伸缩现象的传感器。传感器装置6具有传感器主体6a、磁致伸缩线6b及磁铁6c。传感器装置6使磁致伸缩线6b产生扭转形变，通过测定该扭转形变的传播时间来检测磁铁6c的绝对位置。

[0042] 传感器主体6a例如安装于缸筒2。传感器主体6a安装于缸筒2的缸盖2b。传感器主体6a构成为对磁致伸缩线6b施加电流脉冲信号。传感器主体6a包括超声波振动检测器。传感器主体6a的超声波振动检测器构成为将从磁致伸缩线6b传播的超声波振动脉冲转换为电信号的接收脉冲信号。

[0043] 传感器主体6a也可以构成为检测从向磁致伸缩线6b送出电流脉冲信号起到检测到接收脉冲信号为止的时间。另外，传感器主体6a也可以构成为基于从向磁致伸缩线6b送出电流脉冲信号起到检测到接收脉冲信号为止的时间，来检测传感器主体6a与磁铁6c之间的距离。

[0044] 另外，对于从向磁致伸缩线6b送出电流脉冲信号起到检测到接收脉冲信号为止的时间、以及传感器主体6a与磁铁6c之间的距离，也可以由接收到传感器主体6a的输出信号的运算装置(未图示)算出。

[0045] 磁致伸缩线6b构成为通过被施加的磁场而产生扭转形变。磁致伸缩线6b具有挠性且呈线状延伸。磁致伸缩线6b的一端侧插入到活塞杆4的轴孔4a内且套管8内。磁致伸缩线6b的另一端与传感器主体6a连接。

[0046] 磁致伸缩线6b具有第一部分6ba和第二部分6bb。第一部分6ba位于活塞杆4的轴中心，且沿着活塞杆4的轴向A延伸。第一部分6ba插入到活塞杆4的轴孔4a内且套管8内。第一部分6ba也可以位于与活塞杆4的轴中心平行的直线上，且沿着活塞杆4的轴向A延伸。

[0047] 第二部分6bb从活塞杆4的轴向A偏离地延伸而从第一部分6ba向传感器主体6a延伸。从轴向A偏离地延伸是指，第二部分6bb从沿着轴向A延伸的第一部分6ba的延长线上偏离地延伸。因此，第二部分6bb也从活塞杆4的轴中心的延长线上、或者与轴中心平行的直线的延长线上偏离地延伸。

[0048] 第二部分6bb只要从活塞杆4的轴向A偏离地延伸即可，可以呈直线状延伸，另外也可以呈曲线状延伸，另外还可以以直线状与曲线状组合的形状延伸。第二部分6bb由直线状的部分(直线部6bba)及曲线状的部分(曲线部6bbb)中的至少一方构成。

[0049] 第二部分6bb的曲线部6bbb也可以是圆弧形状的部分(圆弧部)。如图3所示，第二部分6bb的圆弧部也可以具有与筒部2a的内周面的半径相同的曲率半径R。第二部分6bb也可以在上述圆弧部与传感器主体6a之间具有呈直线状延伸的直线部。

[0050] 第二部分6bb的圆弧部的圆弧打开角度例如为90°。在该情况下，第二部分6bb的在第一部分6ba侧的端部处的切线沿着活塞杆4的轴向A(沿着活塞杆4的轴中心)延伸。第二部分6bb的在传感器主体6a侧的端部处的切线沿着轴向A的垂直方向(径向)延伸。

[0051] 需要说明的是，第二部分6bb的圆弧部的圆弧展开角也可以为90°以下，另外还可以为90°以上。另外，第二部分6bb的圆弧部也可以具有筒部2a的内周面的半径以上的曲率半径R，还可以具有筒部2a的内周面的半径以下的曲率半径R。

[0052] 另外，第二部分6bb的圆弧部也可以具有与筒部2a的外周面的半径相同的曲率半径。在该情况下，第二部分6bb的圆弧部不经由直线部而直接连接于传感器主体6a。

[0053] 第二部分6bb的至少一部分配置于在缸盖2b设置的孔通路内。第二部分6bb的传感器主体6a侧的端部到达缸盖2b的外周面2bd。缸盖2b具有：主体2be；以及插入构件9，其插入到在主体2be设置的插入孔2bf中。插入构件9从液压缸1的周侧倾斜而朝向轴中心。插入构件9具有孔通路9a，第二部分6bb的曲线部6bbb通过孔通路9a的内部。磁致伸缩线6b的第二部分6bb的曲线部6bbb通过插入构件9的孔通路9a内。

[0054] 磁铁6c为永久磁铁。磁铁6c以将沿着磁致伸缩线6b的轴向A的磁场向磁致伸缩线6b施加的方式配置。磁铁6c安装于活塞杆4。磁铁6c安装于轴孔4a的第二孔部分4ab。磁铁6c配置于第二孔部分4ab的周壁面与套管8的外周面之间。

[0055] 磁铁6c也可以具有对磁致伸缩线6b的第一部分6ba的以轴向A为中心的圆周方向进行包围的环形形状。另外，磁铁6c也可以由沿着磁致伸缩线6b的第一部分6ba的以轴向A为中心的圆周方向配置的多个磁铁构件6c构成。

[0056] 磁铁6c与磁致伸缩线6b隔开间隔地配置以便与磁致伸缩线6b成为非接触。具体而言，在磁铁6c的内周侧配置有套管8，在该套管8的内周穿过有磁致伸缩线6b。通过在磁致伸缩线6b的外周与磁铁6c的内周之间配置有套管8，从而磁铁6c成为与磁致伸缩线6b非接触。

[0057] 套管8由使磁通通过的材质构成，例如由不锈钢构成。由此，从磁铁6c产生的磁场经由套管8而作用于磁致伸缩线6b。

[0058] 如图2及图3所示，传感器主体6a安装于缸筒2。传感器主体6a安装于缸筒2的筒部2a、缸盖2b及杆侧部分2c中的任一方。传感器主体6a安装于缸筒2的从活塞杆4的轴中心沿着径向偏离了的位置。传感器主体6a能够从缸筒2沿着不是轴向A的方向取下。

[0059] 传感器主体6a配置于筒部2a的外部。传感器主体6a例如配置于缸筒2的外周面，例如配置于缸盖2b的外周面2bd。需要说明的是，传感器主体6a也可以配置于筒部2a的外周面。

[0060] 液压缸1的连结部3与图1所示的主撑靴16及刀盘支承件中的任一方连接。另外，液压缸1的连结部7与图1所示的主撑靴16及刀盘支承件中的任意另一方连接。

[0061] 能够向活塞5与缸盖2b之间供给工作流体。通过向活塞5与缸盖2b之间供给工作流体，活塞5及活塞杆4向图2的左方向(远离缸盖2b的方向)滑动。由此，液压缸1进行伸长动作。由此，刀盘10A相对于图1的主撑靴16向前方前进。

[0062] 另外，也能够向活塞杆4的外周面与筒部2a的内周面之间供给工作流体。通过向活塞杆4的外周面与筒部2a的内周面之间供给工作流体，活塞5及活塞杆4向图2的右方向(接近缸盖2b的方向)滑动。由此，液压缸1进行收缩动作。由此，刀盘10A相对于图1的主撑靴16向后方后退。

[0063] 需要说明的是，也可以如图4所示的变形例1那样，传感器主体6a埋入到在缸盖2b的外周面2bd设置的凹部2ba内。由此，传感器主体6a也可以配置为不从缸盖2b的外周面2bd突出。在该情况下，也可以将盖2bb安装于缸盖2b以便封闭凹部2ba。

[0064] 另外，也可以如图5所示的变形例2那样，传感器主体6a配置于缸盖2b的轴向A的端面2bc。在该情况下，磁致伸缩线6b的第二部分6bb的端部到达缸盖2b的轴向A的端面2bc。不过，磁致伸缩线6b的第二部分6bb和传感器主体6a分别避开位于活塞杆4的轴向A的延长线上地配置。

[0065] (液压缸1的伸缩量的检测方法)

[0066] 接着，说明使用了作为磁致伸缩式位移传感器的传感器装置6的液压缸1的伸缩量的检测方法。

[0067] 如图2所示，传感器主体6a对磁致伸缩线6b施加电流脉冲信号。由此，在磁致伸缩线6b的周围产生圆周方向的磁场。另一方面，磁铁6c施加沿着磁致伸缩线6b的轴向A的磁场。借助通过电流脉冲信号施加的圆周方向的磁场和由磁铁6c施加的轴向的磁场，在磁致伸缩线6b的轴向A上产生倾斜的合成磁场。借助该合成磁场的影响，在磁铁6c所位于的磁致伸缩线6b的部位产生局部的扭转形变。

[0068] 该扭转形变是扭转模式的超声波振动脉冲，在磁致伸缩线6b上以恒定速度传播。在磁致伸缩线6b上传播了的超声波振动脉冲被传感器主体6a的超声波振动检测器转换为电信号的接收脉冲信号。

[0069] 超声波振动脉冲的传播时间(例如从电流脉冲信号向磁致伸缩线6b送出起到检测到接收脉冲信号为止的时间)和传感器主体6a与磁铁6c的距离成比例。因此，当活塞5及活塞杆4沿着图2的左右方向移动而传感器主体6a与磁铁6c的距离变化时，超声波振动脉冲的传播时间也变化。因而，通过检测超声波振动脉冲的传播时间，能够检测传感器主体6a与磁铁6c的距离。由此，能够检测液压缸1的伸缩量。

[0070] (本实施方式的效果)

[0071] 接着，关于本实施方式的作用效果，与上述公报所公开的结构对比地进行说明。

[0072] 在上述公报所公开的结构中，具有磁致伸缩线的传感器杆插入到活塞杆的沿着轴向延伸的轴孔内。因此，磁致伸缩线的整体沿着活塞杆的轴向延伸，与该磁致伸缩线连接的传感器主体也配置在活塞杆的轴向的延长线上。因而，传感器主体的配置的自由度低。

[0073] 在像这样传感器主体的配置位置限定在活塞杆的轴向的延长线上的情况下，根据液压缸的安装方式的不同，可产生传感器主体配置于窄的空间内的状态。在这样的情况下，当磁致伸缩式位移传感器发生故障时，需要在窄的作业空间内更换传感器，维护变得困难。

[0074] 与此相对，在本实施方式中，如图2所示，磁致伸缩线6b包括沿着活塞杆4的轴向A延伸的第一部分6ba和从轴向A偏离地延伸而从第一部分6ba向传感器主体6a延伸的第二部分6bb。由于像这样第二部分6bb从活塞杆4的轴向A偏离地延伸，因此能够将与该第二部分6bb连接的传感器主体6a配置于上述轴向A的延长线上以外的部位。由此，能够提高传感器主体6a的配置的自由度，容易在能够确保宽的空间的部位配置传感器主体6a。因此，即便传感器装置6发生故障，也能够在宽的作业空间内更换传感器主体6a，维护变得容易。

[0075] 另外，在上述公报所公开的结构中，磁致伸缩式位移传感器内置于液压缸。因此，例如对于液压缸在缸盖侧具有挂钩(固定件)、球面轴承等的类型，当磁致伸缩式位移传感器发生故障时若非将液压缸从机体取下之后进行分解，则不能更换磁致伸缩式位移传感器。另外，在液压缸例如为挖掘中的隧道掘进机的推力液压缸这样的情况下，不容易将液压缸从机体取下。

[0076] 与此相对，在本实施方式中，如图2所示，传感器主体6a配置于缸筒2的筒部2a的外部。因此，即便在液压缸1为挖掘中的隧道掘进机的推力液压缸的情况下，也无需将液压缸1从机体取下就能够更换传感器主体6a。由此，作为磁致伸缩式位移传感器的传感器装置6的维护变得容易。

[0077] 另外，在本实施方式中，如图2所示，传感器主体6a配置于缸筒2的外周面。由此，容易确保用于安装传感器主体6a的宽的空间。

[0078] 另外，在本实施方式中，如图3所示，磁致伸缩线6b的第二部分6bb具有圆弧部。通过像这样将磁致伸缩线6b弯曲成为圆弧形状，能够抑制对磁致伸缩线6b施加过度的负荷，并且，能够使磁致伸缩线6b的第二部分6bb从活塞杆4的轴向A偏离地延伸。

[0079] 另外，如图3所示，第二部分6bb的圆弧部具有与筒部2a的内周面的半径相同的曲率半径R。由此，能够将磁致伸缩线6b延伸的方向从活塞杆4的轴向A向与轴向A垂直的方向变更。

[0080] 另外，本实施方式中的液压缸1在隧道掘进机10中配置于刀盘支承件与主撑靴16之间。由此，即便在隧道掘进机10中，也能够提高传感器主体6a的配置的自由度，维护变得容易。

[0081] 需要说明的是，在上述实施方式中，作为能够适用本发明的液压缸1的装置而说明了隧道掘进机10，但能够适用本发明的液压缸1的装置并不限定于此。

[0082] 虽然说明了本发明的实施方式，但应该认为此次发明的实施方式在所有点上均是例示而非限制性的内容。本发明的范围由技术方案表示，意在包括与技术方案同等的含义及范围内的所有变更。

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