JP2004278113A

JP2004278113A - Automatic penetration testing machine

Info

Publication number: JP2004278113A
Application number: JP2003070919A
Authority: JP
Inventors: Naoya Hatano; 直也波多野; Tadao Kumanaka; 忠雄熊中
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4287679B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic penetration testing machine capable of altering a vertical moving speed and the force of an elevating base and examining soil bearing capacity or the like. <P>SOLUTION: The testing machine has an elevating base 3 vertically movable along a post 2, a chuck 4 rotatably provided in the elevating base 3, a chuck rotary driving means 5 rotating the chuck 4, a penetration rod 6 held by the chuck 4, and an elevating unit 7 hoisting the elevating base 3 along the post 2. The elevating unit 7 has an elevating rotary drive means 22 as a driving source for the elevating motion of the elevating base 3 and the elevating speed and the force of the elevating base 3 can be changed by controlling the elevating rotary drive means 22 at a specified rotary speed or specified torque. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫入ロッドを地中に貫入して各種データを収集し、その土地の地耐力等を調査する自動貫入試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宅地等の比較的小規模な建物を建築する場合、その建築予定地の地盤の耐力を調査する必要がある。この調査に当たっては、近年、日本工業規格Ａ１２２１「スウェーデン式サウンディング試験方法」に従った試験（以下、貫入試験という）が広く実施されている。
【０００３】
貫入試験は、荷重を２５０Ｎ単位で増減しながら荷重のみで貫入ロッドが地中に貫入する様子を観察する自沈貫入と、１ＫＮ（１０００Ｎ）の荷重を負荷した状態で貫入ロッドを回転駆動して貫入する様子を観察する回転貫入とを組み合わせて行われる。すなわち、荷重を２５０Ｎ単位で増減しながら貫入ロッドを自沈貫入させ、貫入ロッドが１ＫＮの荷重のみで自沈貫入しなくなると、その荷重負荷状態のまま貫入ロッドを回転駆動して回転貫入させる。この回転貫入中、貫入ロッドの貫入速度が速くなる場合には、回転を止めて荷重のみを負荷した自沈貫入に切り替える。この時、一般には貫入速度が所定の速度以下になるまで荷重が減じられる。このような貫入試験においては、自沈貫入の時は荷重値が、また回転貫入の時は所定貫入量毎の貫入ロッドの半回転数（ロッドの１回転を２としてカウントした回転回数）が、試験データとして記録される。試験後、これら試験データから換算Ｎ値が求められ、地盤の耐力を推測することができる。
【０００４】
特許文献に示される試験機は、上述の貫入試験を自動化して実施するものとして知られているものであり、同規格に基づき、必要に応じて試験用ロッド（貫入ロッド）に負荷する荷重を変更できる機構を有する。すなわち、同試験機においては、第１錘、第２錘および第３錘を有し、第２錘に試験用ロッドをクランプするためのクランプ手段と、試験用ロッドに回転駆動力を与える回転駆動装置とを配置してある。また、前記第１錘はワイヤーで吊られ、このワイヤーはウィンチ装置によって巻き上げ、繰り出し操作されるように構成される。
【０００５】
前記第１錘は、ワイヤーが緩められると第２錘に重力により載置される。また、前記第３錘は、第１錘が第２錘に載置される前に第２錘に重力により載置されるとともに、ワイヤーが巻き上げられて第１錘が第２錘から離れる過程で、第１錘によって第２錘から押し上げられるようになっている。このような構造と操作により、試験用ロッドには第２錘による荷重、第２錘と第３錘とによる荷重、第１錘と第２錘と第３錘とによる荷重、の３種類の荷重が負荷できる。
【０００６】
【特許文献】特開平１０−３８７８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
貫入試験を自動化する場合、試験中のロッドの継ぎ足し等に際しては、第１ないし第３錘をできるだけ速く上昇させた方が試験の効率向上につながる。このため、上記特許文献に示された試験機等、従来の試験機においては、これを基準にワイヤの巻き取り速度が設定される。このワイヤの巻き取り速度は、ウィンチ装置の駆動源であるモータの特性に依存して定められる。すなわち、モータの特性から第１ないし第３錘を上昇させるために必要な出力トルクが得られる最大回転速度が定められている。このように、試験の効率を重視してモータの回転速度を速くした場合、モータの出力トルクは低くなる。従って、従来の試験機では、地中に貫入した試験用ロッドを引き抜く場合等、モータが高い出力トルクで駆動する必要がある場合に対応できない等の問題が発生していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、昇降台の昇降速度および昇降に係る力を変更可能な自動貫入試験機の提供を目的とする。
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを回転駆動するチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、必要に応じて昇降台の上昇速度または下降速度あるいは昇降台の上昇または下降に係る力が適正になるよう前記昇降ユニットを駆動制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。なお、前記制御手段は、貫入ロッドを地中に貫入して行う貫入試験中は昇降台が最適な速度で昇降するよう昇降ユニットを駆動制御し、また貫入ロッドを地中から引き抜く時は昇降台が最適な力で上昇するよう昇降ユニットを駆動制御するよう構成されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを回転駆動するチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットとを備えた自動貫入試験機であって、前記昇降ユニットは、回転によって昇降台の昇降動作を創出し得る回転部材と、この回転部材を回転駆動可能かつ回転速度およびトルクを制御可能な昇降用回転駆動手段とを有することを特徴とするものでもある。なお、前記昇降用回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図６において、１は自動貫入試験機であり、支柱２に沿って昇降可能な昇降台３と、この昇降台３に回転可能に設けられたチャック４と、このチャック４を回転駆動するチャック回転駆動手段５と、前記チャック４に保持される貫入ロッド６と、前記昇降台３を支柱２に沿って昇降させる昇降ユニット７とを有する。
【００１２】
前記支柱２は、脚部２ａに立設されており、その背面には、案内路の一例としてチェーン部材８が直線状に配置固定されている。このチェーン部材８には、詳細を後述する昇降ユニット７のスプロケット２１が噛合する。
【００１３】
前記昇降台３は、支柱２の両側面に形成されたレール部２ｂ，２ｂに沿う昇降ガイド部９を有する。この昇降ガイド部９は、上下両端部にレール部２ｂ，２ｂを挟むカムフォロア９ａを内蔵し、このカムフォロア９ａの回転で、支柱２に沿った昇降台３の滑らかな昇降動作を実現する。また、昇降台３の前部には、質量調整用の錘１０が配置されている。この錘１０による質量調整により、昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７等の総質量による荷重が１ＫＮになるよう調整されている。
【００１４】
前記チャック４は、昇降台３に回転可能に配置されている。その構造は、基本的に特許第２９２７７０４号公報に示されている通りであり、貫入ロッド６が挿通可能かつ回転可能に支持された中空スリーブ１１を持つ。この中空スリーブ１１には、貫入ロッド６に形成された長溝６ａに係合する鋼球１２が配置されるとともに、その下部にはスプロケット１３が設けられている。このスプロケット１３には、その回転中心回りに１８個の円形穴１３ａが等分形成されており、この円形穴１３ａの通過を検出できるよう、前記昇降台３にはセンサＳが取り付けられている。このセンサＳは、スプロケット１３の回転に伴う円形穴１３ａの通過を検出してオン・オフし、その信号を制御手段４０に送るように構成されている。
【００１５】
前記鋼球１２は、ばね１４で付勢されたスライドスリーブ１５により、常時中空スリーブ１１の中空穴部１１ａに突出する位置に支持されており、この状態で貫入ロッド６の長溝６ａに係合する。なお、スライドスリーブ１５をばね１４の付勢に抗して押し下げると、鋼球１２は動作可能となり、以て貫入ロッド６の保持を解くことができる。
【００１６】
前記貫入ロッド６は、前述の長溝６ａが上部に形成されたロッド部１６と、このロッド部１６の先端に連結されたドリル形状のスクリューポイント１７とから成る。ロッド部１６は、上端に雄ねじ部１６ａ、下端に雌ねじ部（図示せず）が形成されたもので、次々と継ぎ足して延長できる。
【００１７】
前記チャック回転駆動手段５はインバータモータであり、電源周波数を変化させることにより、出力トルクと回転数とを変化させられるものである。このチャック回転駆動手段５の駆動軸５ａには、一方向クラッチ１８を介してスプロケット１９が取付けられている。このスプロケット１９と前記チャック４下部のスプロケット１３とには、無端チェーン２０が巻き掛けられ、チャック回転駆動手段５からチャック４へ回転伝達可能に構成されている。
【００１８】
前記一方向クラッチ１８は、貫入ロッド６の地中への自沈貫入時、ねじり形状のスクリューポイント１７に土の抵抗が作用することで貫入ロッド６が回転しようとするのを許容する。つまり、その方向の回転が貫入ロッド６側（チャック４側）から伝達された場合、一方向クラッチ１８は空転し、チャック回転駆動手段５の減速抵抗等が貫入ロッド６の回転の妨げとならないよう機能する。
【００１９】
前記昇降ユニット７は、昇降台３の後部に設けられ、前記チェーン部材８に噛合して回転可能な係合回転部材の一例たるスプロケット２１と、このスプロケット２１を回転駆動可能な昇降用回転駆動手段２２と、クラッチ手段の一例たるパウダクラッチ２３とを備える。この昇降ユニット７のスプロケット２１が、チェーン部材８に噛合して回転することにより、昇降台３は昇降動作する。
【００２０】
前記昇降用回転駆動手段２２は、電源が遮断された場合、駆動軸２２ａを回転不能にロックするブレーキ機構（図示せず）を内蔵したインバータモータであり、チャック回転駆動手段５同様、電源周波数を変動させることにより、出力トルクおよび回転数を変化させることが可能である。この昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａには、駆動ギヤ２４ａを一体形成したギヤ軸２４が同軸上に連結されており、このギヤ軸２４には、同軸上に一方向クラッチ２５を介してストッパギヤ２６が取付けられている。また、前記駆動ギヤ２４ａは、回転自在に配置された中間ギヤ２７と噛合しており、さらにこの中間ギヤ２７はパウダクラッチ２３に取付けられた入力ギヤ２８と噛合させてある。
【００２１】
前記パウダクラッチ２３は、ケーシング２９に回転可能に設けられた入力軸３０と、この入力軸３０を貫通して回転可能に設けられた出力軸３１とを有する。前記入力軸３０は２分割構造になっており、その内部には、出力軸３１と一体のカップリング３２が所定の隙間を持って配置されている。これらの隙間部分には、微小な磁性パウダ（図示せず）が封入される。また、ケーシング２９には、この磁性パウダを励磁するための電磁石３３が設けられる。
【００２２】
前記パウダクラッチ２３は、電磁石３３への通電により生じる磁束により磁性パウダを励磁し、磁束に沿った磁性パウダ同士の磁力吸着状態を創出し、これに伴って生じる磁性パウダ同士の摩擦抵抗により、入力軸３０とカップリング３２との間に所定のクラッチ力を生じさせるものである。磁性パウダの磁力吸着状態は、磁束密度の大きさ、すなわち電磁石３３への通電量によって変動する。このため、電磁石３３の通電制御により、入力軸３０と出力軸３１の滑り具合を変化させ、入力軸３０と出力軸３１とを所定のクラッチ力で接続することが可能である。しかも、このパウダクラッチ２３は、微小な磁性パウダ同士の摩擦抵抗からクラッチ力を生むものであるため、通電量を変動させた場合、極めて滑らかにクラッチ力を変動させることができる。
【００２３】
前記パウダクラッチ２３の入力軸３０には、前記入力ギヤ２８が連結されており、これを以て、入力軸３０は昇降用回転駆動手段２２に連結されて回転可能に構成されている。また、出力軸３１の一端は、遊星歯車減速機３４を介して前記スプロケット２１に連結されている。
【００２４】
前記遊星歯車減速機３４は、出力軸３１に一体に連結された太陽ギヤ軸３５と、この太陽ギヤ軸３５の先端に形成された太陽ギヤ３５ａに噛合する３個の遊星ギヤ３６・・と、この遊星ギヤ３６・・を回転自在に支持したキャリア３７とから成る。このキャリア３７には、前記スプロケット２１が一体に連結してあり、よってスプロケット２１は、太陽ギヤ３５ａと遊星ギヤ３６・・との作用によって減速された回転伝達を受ける。また、キャリア３７にはエンコーダ３８が連結してあり、スプロケット２１の回転に伴うパルス信号を出力できるよう構成されている。
【００２５】
一方、出力軸３１の他端には、前記ストッパギヤ２６と噛合する伝達ギヤ３９が一体に連結されている。これにより、スプロケット２１の回転が遊星歯車減速機３４、出力軸３１、伝達ギヤ３９を介してストッパギヤ２６に伝達できるよう構成されている。なお、ストッパギヤ２６とギヤ軸２４との間に介在する一方向クラッチ２５は、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａがロックされている状態を考えると、昇降台３が下降する時のスプロケット２１の回転がスプロケット２１側からストッパギヤ２６に伝達された時にはギヤ軸２４に対してロックし、逆方向の回転がスプロケット２１側からストッパギヤ２６に伝達された時にはギヤ軸２４に対して空転する。
【００２６】
前記チャック回転駆動手段５と昇降用回転駆動手段２２とは、制御手段４０によって制御される。この制御手段４０は、制御部４１と、この制御部４１からの指令を受けてチャック回転駆動手段５，昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ駆動制御するインバータ４２，４３と、パウダクラッチ２３を通電制御するクラッチ制御部４４と、試験スタート信号、引抜きスタート信号、試験終了信号および非常停止信号等の各種指令信号および制御に必要な各種設定値を入力可能な入力部４５と、制御プログラム，制御用データおよび試験データ等を記憶する記憶部４６と、各種情報表示用の表示部４７とを備える。
【００２７】
前記制御部４１は、前記エンコーダ３８の出力するパルス信号を処理し、貫入ロッド６の地中への貫入量、貫入速度等を求めるとともに、クラッチ制御部４４からパウダクラッチ２３への通電指令を基に、貫入ロッド６に負荷されている荷重を求める。また制御部４１は、前記センサＳからのオン・オフ信号によって形成されるパルス信号から貫入ロッド６を回転貫入している時の半回転数、貫入ロッドの回転数を随時求める。
【００２８】
図７は、チャック用回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をインバータ４２，４３で駆動制御した時の定格トルクおよびピークトルクそれぞれの出力特性を示したものである。この図７において、出力トルクは定格トルクの最大値を１００％とした値で与えられている。制御部４１から高速駆動指令、高速正駆動指令または高速逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２はチャック回転駆動手段５を９３Ｈｚ、インバータ４３は昇降用回転駆動手段を８０Ｈｚの高回転数駆動域の各周波数で高速駆動する。また、制御部４１から高トルク駆動指令、高トルク正駆動指令または高トルク逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２，４３は、１００％の定格トルクが得られる６０Ｈｚの高トルク駆動域の周波数でチャック回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ高トルク駆動する。
【００２９】
記憶部４６に記憶される制御用データには、閾値、自沈境界値が含まれる。この閾値は、チャック回転駆動手段５の高速駆動と高トルク駆動とを切り替える基準値であり、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時の貫入ロッドの最高回転数以下の回転数に対応する前記センサＳのパルス信号数が与えられる。具体的には、高トルク駆動下での貫入ロッドの最高回転数に対応する前記センサＳの出力パルス信号数を１００％として、３０％の値が閾値として与えられている。
【００３０】
貫入ロッド６を回転貫入する時の回転負荷に応じて貫入ロッド６の回転数は変動する。よって、前述のようにセンサＳのパルス信号数は、貫入ロッド６が受ける回転負荷に応じたものとなる。このような性質から、前述の閾値は、
「チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するセンサＳのパルス信号数に設定される」
と換言できる。
【００３１】
次に本自動貫入試験機１の作用を貫入試験の手順に沿って述べる。
まず、試験前の電源が切られた状態において、パウダクラッチ２３の磁性パウダは励磁されないため、入力軸３０に対して出力軸３１は回転自在な状態にある。従って、昇降台３は自重で下降しようとするが、この時、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａはブレーキ機構の作用で回転不能にロックされている。このため、昇降台３下降方向のスプロケット２１の回転がストッパギヤ２６に伝達されることで一方向クラッチ２５がロックする。よって、昇降台３は下降することができない。このように、電源が断たれてパウダクラッチ２３の磁性パウダが励磁されない状態では、昇降台３は機械的にロックされるため、電源遮断時の昇降台３の落下等を防止し、試験機１を安全な状態に保つことができる。
【００３２】
貫入試験を始める時は、制御手段４０の入力部４５からの入力操作により昇降用回転駆動手段２２を駆動し、スクリューポイント１７の先端が接地する所まで昇降台３を下降させる。この時の昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａの回転は、昇降台３が自重で下降する時のスプロケット２１の回転よりも十分に遅い。このため昇降台３は、昇降用回転駆動手段２２の駆動に依存して下降する。
【００３３】
続いて、入力部４５から試験スタート信号を入力すると、制御部４１はインバータ４３に高速逆駆動指令を与える。これを受け、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高速回転用の周波数で逆駆動する。この昇降用回転駆動手段２２の「逆駆動」とは、昇降台３が上昇する方向にスプロケット２１を回転させるべく、昇降用回転駆動手段２２が駆動することをいう。以下、「逆駆動」は同様の意味で用いることとし、一方、この「逆駆動」とは逆の昇降用回転駆動手段２２の駆動を「正駆動」と表現する。
【００３４】
試験スタート信号の入力以後、貫入ロッド６に荷重を負荷する状況下では、昇降用回転駆動手段２２は高速の逆駆動を継続する。また、昇降用回転駆動手段２２の逆駆動開始と同時に、制御部４１はクラッチ制御部４４に所定の荷重変更指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４はパウダクラッチ２３の通電制御を行い、パウダクラッチ２３のクラッチ力を調整する。
【００３５】
昇降用回転駆動手段２２の逆駆動により、ギヤ軸２４は一方向クラッチ２５の作用でストッパギヤ２６に対して空転する。このため、貫入ロッド６には昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７、錘１０等の合計質量による荷重が負荷される。その一方で、パウダクラッチ２３のクラッチ力が生じているため、スプロケット２１は昇降用回転駆動手段２２の逆駆動による回転抵抗（昇降台３を上昇させようとする力：以下、上昇力という）を受ける。従って、貫入ロッド６には昇降台３等の合計質量による荷重から上昇力を差し引いた荷重が負荷されることになる。
【００３６】
前述のようにして、貫入ロッド６に負荷される荷重は、最初２５０Ｎに設定され、貫入ロッド６の自沈貫入が停止する度に５００Ｎ、７５０Ｎ、１ＫＮの順に増やされる。つまり、パウダクラッチ２３が通電制御されてクラッチ力が調整されることにより、荷重の変更がなされるのである。なお、１ＫＮの荷重は昇降台３等の合計質量による荷重であるから、１ＫＮの荷重を負荷する時は、パウダクラッチ２３は入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在になるよう通電を断たれる。また、自沈貫入中のある荷重下で貫入ロッド６の貫入速度が所定値を超える場合、パウダクラッチ２３が通電制御されて貫入速度が所定値以下になるまで荷重が減じられる。
【００３７】
自沈貫入中、一方向クラッチ１８の作用により、スクリューポイント１７のねじりが土の抵抗を受けることで貫入ロッド６は回転することができる。このため、土の抵抗による貫入抵抗を減らして正確な自沈貫入を実施することができる。
【００３８】
１ＫＮの荷重下で貫入ロッド６の自沈貫入が停止すると、制御部４１は、インバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速回転用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。この時、１ＫＮの荷重はそのまま維持される。このチャック回転駆動手段５の高速駆動により、貫入ロッド６はスクリューポイント１７のねじ込み方向に回転し、回転貫入が実行される。この回転貫入においては、貫入ロッド６の長溝６ａに鋼球１２が係合しているため、貫入ロッド６とチャック４との間に滑りが生じず、よって、チャック４から貫入ロッド６へ確実な回転伝達を行うことが可能である。
【００３９】
回転貫入は、チャック回転駆動手段５の制御を高速駆動と高トルク駆動とに切り替えながら行われる。すなわち、チャック回転駆動手段が高速駆動している状況で、貫入ロッド６が堅く締まった土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が増すと、チャック４の回転数が低下し、これがセンサＳの出力する単位時間当たりのパルス信号数（単位時間当たりのオン・オフ信号数）に現れる。制御部４１は、このセンサＳのパルス信号数が閾値を下回る場合、すなわち、貫入ロッド６の回転数が所定の回転数を下回った場合、インバータ４２に高トルク駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高トルク駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高トルク駆動する。よって、貫入ロッド６の回転駆動トルクが高められ、回転抵抗の大きい土層への貫入を確実に行うことができる。
【００４０】
逆に、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動している状況で、貫入ロッド６が柔らかい土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が減ると、センサＳのパルス信号数が閾値以上となる。このように貫入ロッド６の回転数が所定の回転数以上となる場合、制御部４１はインバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。よって、貫入ロッド６の回転速度が高められ、柔らかい土層への貫入を効率よく行うことができる。
【００４１】
なお、チャック回転駆動手段５が高速駆動している状況で、エンコーダ３８のパルス信号数が自沈境界値以上となる場合、すなわち、貫入ロッド６の貫入速度が所定値以上となった場合、制御部４１はインバータ４２に駆動停止指令を与え、これを受けてインバータ４２はチャック回転駆動手段５の駆動を停止する。その後は、前述の自沈貫入に制御が切り替えられる。
【００４２】
貫入試験は、前述の自沈貫入と回転貫入とを切り替えながら行われる。その途中で、貫入ロッド６には順次ロッド部１６が継ぎ足される。ロッド部１６を継ぎ足す時には、昇降用回転駆動手段２２およびチャック回転駆動手段５を一旦停止し、ロッド部１６に延長用のロッド部（図示しないが、ロッド部１６と同様）を継ぎ足す。そして、スライドスリーブ１５を押し下げつつチャック４を回転させ、鋼球１２を長溝６ａから離脱させて貫入ロッド６の保持を解く。この時、一方向クラッチ１８の作用があるため、チャック４は容易に回転させられる。この状態で、制御部４１の高速正駆動指令により昇降用回転駆動手段２２が高速で正駆動し、チャック４の鋼球１２が延長用のロッド部の長溝と同じ高さになるまで昇降台３を速やかに上昇させる。この段階で、鋼球１２と長溝との位相が一致していれば、鋼球１２は長溝に係合し、スライドスリーブ１５がばね１４の付勢を受けて上昇復帰して鋼球１２を押さえるため、自動的に貫入ロッド６の保持が完了する。また、鋼球１２と長溝との位相がずれている場合には、チャック回転駆動手段５が駆動してチャック４を低速で回転させ、鋼球１２を長溝に係合させる。
【００４３】
貫入試験中、制御手段４０においては、自沈貫入の時には荷重が変更される度に、その時の貫入ロッド６の貫入量と荷重値が記憶部４６に記録され、また、回転貫入の時には、貫入ロッド６が２５０ｍｍ貫入する毎に要した半回転数が記憶部４６に記録される。そして、これら試験データは、試験終了後、地盤の耐力判定を行うための基礎データとして用いられる。
【００４４】
自沈貫入および回転貫入の何れの場合にも、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合がある。この場合には、昇降用回転駆動手段２２、チャック回転駆動手段５を一旦停止し、貫入ロッド６を打撃して貫入を試みることがある。この時、貫入ロッド６は長溝６ａに鋼球１２が係合することでチャック４に保持されているため、長溝６ａの長さ分、チャック４に対して軸方向に移動可能である。よって、打撃による衝撃がチャック４、昇降台３等に伝わるのを防止できる。また、貫入ロッド６は、鋼球１２で支持される以外、チャック４の中空穴部１１ａと所要の隙間を有する（図４参照）。このため、貫入ロッド６は鋼球１２での支持位置を支点に振れることができる。このことは、地中への貫入途中でれき等に当たった時の回避性能向上と、その際のチャック４等への負荷伝達の防止に寄与する。
【００４５】
貫入試験が終了し、貫入ロッド６を引き抜く時は、入力部４５から引抜きスタート信号を入力する。これを受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与えるとともに、クラッチ制御部４４に解放指令を与える。この結果、インバータ４３は高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動し、またクラッチ制御部４４は、パウダクラッチ２３の入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在となるよう、パウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、貫入ロッド６の引き抜きに必要な力で昇降台３を上昇させることができ、チャック４に保持された貫入ロッド７を地中から引き抜くことができる。
【００４６】
貫入ロッド６の引き抜き作業時、昇降台３が上昇限界まで上昇した時には、チャック４に下方のロッド部１６を保持し直す必要がある。これについては、昇降用回転駆動手段２２を一旦停止し、ロッド部１６を継ぎ足す時と同様にチャック４から貫入ロッド６を解放する。続いて、昇降台３を下降させて下方のロッド部１６をチャック４に保持した後、引き抜き作業を継続する。この昇降台３を下降させる時、昇降用回転駆動手段２２は高速で逆駆動制御される。よって、昇降台３を速やかに下降させ、ロッド部１６を保持し直す動作時間を短縮することができる。
【００４７】
なお、前記貫入ロッド６の引き抜き作業においては、パウダクラッチ２３のクラッチ力を徐々に弱め、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させることが可能である。このように、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００４８】
図８に示したのは、本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の昇降ユニット７′である。この昇降ユニット７′は、上記昇降ユニット７における一方向クラッチ２５、ストッパギヤ２６および伝達ギヤ３９を排除するとともに、パウダクラッチ２３の出力軸３１にブレーキ手段４０を連結して構成されている。このブレーキ手段４０は、昇降用回転駆動手段２２への通電が遮断された場合にロック作用を生じる摩擦ブレーキであり、貫入試験中等、出力軸３１に余計な抵抗を与えてはならない場合はブレーキ効果を生じないようになっている。また、この自動貫入試験機では、制御手段（図示せず）の入力部から加圧スタート信号を入力できるように構成されている。
【００４９】
前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、昇降用回転駆動手段２２の正・逆駆動の切り替えと、パウダクラッチ２３の通電制御によるクラッチ力の調整とにより、昇降台３等の合計質量による荷重以上の荷重を貫入ロッド６に負荷することができる。例として、昇降台３等の合計質量による荷重が５００Ｎになるよう、昇降台３等を軽量化した自動貫入試験機を考える。この自動貫入試験機では、５００Ｎまでの荷重を負荷する段階においては、昇降用回転駆動手段２２を高速逆駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御し、５００Ｎを超える荷重を負荷する時は昇降用回転駆動手段２２を高トルク正駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、５００Ｎまでの荷重は上記同様の原理によって与えられ、５００Ｎを超える荷重については、昇降台３等の質量による荷重５００Ｎに、昇降用回転駆動手段２２の高トルク正駆動とパウダクラッチ２３のクラッチ力とによって生じる昇降台３下降方向の押圧力を加算した値によって与えられる。
【００５０】
また、前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合、打撃を行う前に、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようにパウダクラッチ２３を通電制御しつつ、昇降用回転駆動手段２２を正駆動するとよい。この場合には、入力部（図示せず）から加圧スタート信号を入力する。この加圧スタート信号を受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与え、従ってインバータ４３は、高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動する。これにより、貫入ロッド６が貫入方向に押圧されるため、岩盤、れき等が比較的脆い場合には、これらを破砕することでき、打撃を行わずに貫入ロッド６の貫入を継続することが可能になる。
【００５１】
一方、貫入ロッド６の引き抜きを行う場合は、引き抜きスタート信号を入力すると、制御部４１はクラッチ制御部４４にロック指令を与えるとともに、インバータ４３に高トルク逆駆動指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４は、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようパウダクラッチ２３を通電制御し、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高トルク駆動用の周波数で逆駆動する。この結果、昇降台３が上昇するため、チャック４から貫入ロッド６に昇降用回転駆動手段２２の高トルク駆動に伴う力を伝達し、貫入ロッド６を地中から引き抜くことができる。
【００５２】
なお、前記他の実施形態においては、貫入ロッド６の打撃前の押圧作業および引き抜き作業において、パウダクラッチ２３を当初からロックしているが、パウダクラッチ２３のクラッチ力が徐々に増すよう通電制御を行い、貫入ロッド６を押圧する力が徐々に増大するようにしてもよい。このように、貫入ロッド６を引き抜く力あるいは押圧する力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００５３】
また、以上の説明においては、チャック回転駆動手段５および昇降用回転駆動手段２２として、それぞれインバータモータを採用したが、これ以外に、回転速度制御とトルク制御とを行うことが可能な周知のＡＣサーボモータを採用してもよい。さらに、貫入ロッド６の回転数に応じたセンサＳのパルス信号数を閾値に採用したが、貫入ロッド６が受ける回転負荷の変動は、チャック回転駆動手段５の負荷電流値の変動に現れる。このため、チャック回転駆動手段５の負荷電流値を基準に閾値を設定するとともに、制御部４１でチャック回転駆動手段５の負荷電流値を検出するようにしても、前述同様のチャック回転駆動手段５の駆動制御を行うことが可能になる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の自動貫入試験機は、貫入試験実施中の昇降台の上昇時や貫入ロッド引き抜き作業中の昇降台の下降時等、昇降台の昇降速度が重視される時は昇降用回転駆動手段を高速駆動して、昇降台を高速で昇降動作させることが可能である。その一方で、貫入試験中に貫入ロッドを加圧する必要がある時や貫入ロッドを引き抜く時等、昇降台の昇降に係る力が重視される時には、昇降用回転駆動手段を高トルク駆動することにより、昇降台を高力で昇降動作させることが可能である。よって、一の昇降用回転駆動手段により、貫入試験の効率を低下させることなく、貫入ロッドの引き抜き作業等にも対応できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動貫入試験機のブロック説明図である。
【図２】本発明の自動貫入試験機の主要部の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に係る拡大断面図である。
【図４】本発明の自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂに係る要部拡大一部切欠断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に係る要部拡大一部切欠断面図である。
【図７】チャック回転駆動手段および昇降用回転駆動手段の出力トルク特性を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１自動貫入試験機
２支柱
３昇降台
４チャック
５チャック回転駆動手段
６貫入ロッド
６ａ長溝
７昇降ユニット
８チェーン部材
１０錘
１１中空スリーブ
１２鋼球
１３スプロケット
１４ばね
１５スライドスリーブ
１６ロッド部
１７スクリューポイント
１８一方向クラッチ
１９スプロケット
２０無端チェーン
２１スプロケット
２２昇降用回転駆動手段
２３パウダクラッチ
２４ギヤ軸
２４ａ駆動ギヤ
２５一方向クラッチ
２６ストッパギヤ
２７中間ギヤ
２８入力ギヤ
２９ケーシング
３０入力軸
３１出力軸
３２カップリング
３３電磁石
３４遊星歯車減速機
３５太陽ギヤ軸
３５ａ太陽ギヤ
３６遊星ギヤ
３７キャリア
３８エンコーダ
３９伝達ギヤ
４０制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic penetration tester that penetrates a penetration rod into the ground, collects various data, and investigates the ground strength and the like of the land.
[0002]
[Prior art]
When building a relatively small building such as a residential land, it is necessary to investigate the strength of the ground at the planned construction site. In this research, in recent years, a test according to Japanese Industrial Standard A1221 “Swedish sounding test method” (hereinafter referred to as a penetration test) has been widely performed.
[0003]
In the penetration test, the penetration of the penetration rod is observed by observing the penetration of the penetration rod into the ground only by the load while increasing and decreasing the load by the unit of 250N, and the penetration of the penetration rod is performed by rotating and driving the penetration rod under the load of 1KN (1000N) It is performed in combination with rotation penetration for observing the situation. That is, the penetrating rod is made to self-penetrate while increasing and decreasing the load by a unit of 250 N. When the penetrating rod does not self-penetrate only with a load of 1 KN, the penetrating rod is driven to rotate and penetrate while the load is applied. If the penetration speed of the penetration rod is increased during the rotation penetration, the rotation is stopped and the operation is switched to the self-submerged penetration in which only the load is applied. At this time, the load is generally reduced until the penetration speed becomes equal to or lower than a predetermined speed. In such a penetration test, the load value is used for self-subsidence penetration, and the half-rotation number of the penetration rod for each predetermined penetration amount (the number of rotations when one rotation of the rod is counted as 2) is used for rotation penetration. Recorded as data. After the test, a converted N value is obtained from these test data, and the proof stress of the ground can be estimated.
[0004]
The testing machine disclosed in the patent document is known to automatically execute the above-described penetration test, and based on the standard, applies a load applied to a test rod (penetration rod) as necessary. Has a mechanism that can be changed. That is, the testing machine has a first weight, a second weight, and a third weight, a clamp means for clamping the test rod to the second weight, and a rotational drive for applying a rotational driving force to the test rod. The device is arranged. Further, the first weight is suspended by a wire, and the wire is configured to be wound up by a winch device and operated to be fed out.
[0005]
The first weight is placed on the second weight by gravity when the wire is loosened. In addition, the third weight is placed on the second weight by gravity before the first weight is placed on the second weight, and the wire is wound up so that the first weight is separated from the second weight. The first weight pushes up the second weight. With such a structure and operation, the test rod has three types of loads: a load by the second weight, a load by the second weight and the third weight, and a load by the first weight, the second weight and the third weight. Can be loaded.
[0006]
[Patent Document] Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-38781
[Problems to be solved by the invention]
When automating a penetration test, when adding rods during a test, raising the first to third weights as quickly as possible leads to an improvement in test efficiency. Therefore, in a conventional testing machine such as the testing machine disclosed in the above-mentioned patent document, the winding speed of the wire is set based on this. The winding speed of the wire is determined depending on the characteristics of a motor that is a driving source of the winch device. That is, the maximum rotation speed at which the output torque required to raise the first to third weights is determined from the characteristics of the motor. As described above, when the rotational speed of the motor is increased with emphasis on test efficiency, the output torque of the motor decreases. Therefore, the conventional testing machine has a problem that it cannot cope with a case where the motor needs to be driven with a high output torque, such as when the test rod penetrating into the ground is pulled out.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an automatic penetration tester capable of changing a lifting speed of a lifting platform and a force related to lifting.
[0009]
In order to achieve the above object, the present invention provides a lifting platform that can move up and down along a column, a chuck rotatably provided on the lifting platform, a chuck rotation driving unit that rotationally drives the chuck, A penetrating rod to be held, an elevating unit for elevating the elevating platform along a column, and, if necessary, elevating or lowering the elevating platform so that a lifting or lowering speed of the elevating platform or a force related to raising or lowering the elevating platform becomes appropriate. And control means for driving and controlling the unit. The control means drives and controls the elevating unit so that the elevating table moves up and down at an optimum speed during a penetration test in which the penetrating rod is penetrated into the ground. Is desirably configured so as to drive and control the lifting unit so as to rise with an optimal force.
[0010]
Further, the present invention provides a lifting platform which can be raised and lowered along a column, a chuck rotatably provided on the lifting platform, a chuck rotation driving means for rotating the chuck, and a penetrating rod held by the chuck. And an elevating unit for elevating the elevating table along a column, wherein the elevating unit includes a rotating member capable of creating an elevating operation of the elevating table by rotation, and a rotating member. There is also provided an ascending / descending rotary drive unit that is rotatable and capable of controlling the rotation speed and torque. In addition, it is preferable that the elevating rotary drive unit is an inverter motor.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 6, reference numeral 1 denotes an automatic penetration tester, which includes a lift 3 that can move up and down along a column 2, a chuck 4 that is rotatably provided on the lift 3, and a rotary drive that drives the chuck 4. A chuck rotation driving means 5, a penetrating rod 6 held by the chuck 4, and an elevating unit 7 for elevating the elevating table 3 along the column 2.
[0012]
The column 2 is erected on a leg 2a, and a chain member 8 is linearly arranged and fixed on the back surface thereof as an example of a guide path. A sprocket 21 of the elevating unit 7, which will be described in detail later, meshes with the chain member 8.
[0013]
The elevating platform 3 has elevating guides 9 along the rails 2b, 2b formed on both side surfaces of the column 2. The lift guide unit 9 has cam followers 9a sandwiching the rails 2b, 2b at both upper and lower ends, and realizes a smooth lifting operation of the lift table 3 along the column 2 by the rotation of the cam followers 9a. In addition, a weight 10 for adjusting the mass is disposed at a front portion of the lift 3. By adjusting the mass by the weight 10, the load based on the total mass of the lifting table 3, the chuck 4, the chuck rotation driving means 5, the lifting unit 7, and the like is adjusted to 1 KN.
[0014]
The chuck 4 is rotatably arranged on the lift 3. Its structure is basically as shown in Japanese Patent No. 2927704, and has a hollow sleeve 11 in which the penetrating rod 6 is inserted and rotatably supported. The hollow sleeve 11 is provided with a steel ball 12 which engages with a long groove 6a formed in the penetrating rod 6, and a sprocket 13 is provided below the steel ball 12. The sprocket 13 is equally formed with 18 circular holes 13a around the center of rotation, and a sensor S is attached to the lift 3 so that the passage of the circular holes 13a can be detected. The sensor S is configured to detect the passage of the circular hole 13 a accompanying the rotation of the sprocket 13, turn on / off, and send a signal to the control means 40.
[0015]
The steel ball 12 is always supported by the slide sleeve 15 urged by the spring 14 at a position protruding from the hollow hole 11a of the hollow sleeve 11, and engages with the long groove 6a of the penetrating rod 6 in this state. . When the slide sleeve 15 is pushed down against the bias of the spring 14, the steel ball 12 becomes operable, and the holding of the penetrating rod 6 can be released.
[0016]
The penetrating rod 6 includes a rod portion 16 having the above-described long groove 6a formed at an upper portion, and a drill-shaped screw point 17 connected to a tip of the rod portion 16. The rod portion 16 has a male screw portion 16a formed at the upper end and a female screw portion (not shown) formed at the lower end, and can be extended by extending one after another.
[0017]
The chuck rotation driving means 5 is an inverter motor, and can change the output torque and the rotation speed by changing the power supply frequency. A sprocket 19 is attached to the drive shaft 5a of the chuck rotation drive means 5 via a one-way clutch 18. An endless chain 20 is wound around the sprocket 19 and the sprocket 13 below the chuck 4 so that rotation can be transmitted from the chuck rotation driving means 5 to the chuck 4.
[0018]
The one-way clutch 18 allows the penetrating rod 6 to rotate due to the soil resistance acting on the torsion-shaped screw point 17 when the penetrating rod 6 self-destroys into the ground. That is, when the rotation in that direction is transmitted from the penetrating rod 6 side (the chuck 4 side), the one-way clutch 18 idles and the deceleration resistance of the chuck rotation driving means 5 does not hinder the rotation of the penetrating rod 6. Function.
[0019]
The elevating unit 7 is provided at a rear portion of the elevating table 3, and includes a sprocket 21 which is an example of an engagement rotating member that is rotatable by meshing with the chain member 8, and an elevating rotary driving unit that is capable of driving the sprocket 21 to rotate. 22 and a powder clutch 23 as an example of clutch means. As the sprocket 21 of the elevating unit 7 rotates while meshing with the chain member 8, the elevating table 3 moves up and down.
[0020]
The lifting / lowering rotary drive unit 22 is an inverter motor having a built-in brake mechanism (not shown) that locks the drive shaft 22a so that it cannot rotate when the power is shut off. By varying, it is possible to change the output torque and the number of revolutions. A gear shaft 24 integrally formed with a drive gear 24a is coaxially connected to a drive shaft 22a of the lifting / lowering rotary drive means 22. The gear shaft 24 is coaxially connected to the gear shaft 24 via a one-way clutch 25. A stopper gear 26 is mounted. The drive gear 24a is in mesh with a rotatable intermediate gear 27, and the intermediate gear 27 is in mesh with an input gear 28 mounted on the powder clutch 23.
[0021]
The powder clutch 23 has an input shaft 30 rotatably provided on a casing 29 and an output shaft 31 penetrating the input shaft 30 and rotatably provided. The input shaft 30 has a two-part structure, in which a coupling 32 integral with the output shaft 31 is arranged with a predetermined gap. Fine magnetic powder (not shown) is sealed in these gaps. The casing 29 is provided with an electromagnet 33 for exciting the magnetic powder.
[0022]
The powder clutch 23 excites the magnetic powder by a magnetic flux generated by energizing the electromagnet 33, creates a magnetic attraction state between the magnetic powders along the magnetic flux, and generates an input force due to frictional resistance between the magnetic powders caused by the magnetic force. A predetermined clutch force is generated between the shaft 30 and the coupling 32. The magnetic attraction state of the magnetic powder varies depending on the magnitude of the magnetic flux density, that is, the amount of current supplied to the electromagnet 33. For this reason, by controlling the energization of the electromagnet 33, it is possible to change the degree of sliding between the input shaft 30 and the output shaft 31 and connect the input shaft 30 and the output shaft 31 with a predetermined clutch force. In addition, since the powder clutch 23 generates a clutch force from frictional resistance between minute magnetic powders, the clutch force can be changed extremely smoothly when the amount of current is changed.
[0023]
The input gear 28 is connected to the input shaft 30 of the powder clutch 23. With this, the input shaft 30 is connected to the ascending and descending rotary drive means 22 so as to be rotatable. One end of the output shaft 31 is connected to the sprocket 21 via a planetary gear reducer 34.
[0024]
The planetary gear reducer 34 includes a sun gear shaft 35 integrally connected to the output shaft 31, and three planetary gears 36 meshing with a sun gear 35 a formed at the tip of the sun gear shaft 35. A carrier 37 rotatably supports the planet gears 36. The sprocket 21 is integrally connected to the carrier 37, so that the sprocket 21 receives the rotation transmission reduced by the action of the sun gear 35a and the planetary gears 36. An encoder 38 is connected to the carrier 37, and is configured to output a pulse signal accompanying rotation of the sprocket 21.
[0025]
On the other hand, a transmission gear 39 meshing with the stopper gear 26 is integrally connected to the other end of the output shaft 31. Thus, the rotation of the sprocket 21 can be transmitted to the stopper gear 26 via the planetary gear reducer 34, the output shaft 31, and the transmission gear 39. The one-way clutch 25 interposed between the stopper gear 26 and the gear shaft 24 is provided with a sprocket 21 when the elevator 3 descends in consideration of a state in which the drive shaft 22a of the elevating rotary drive unit 22 is locked. When the rotation is transmitted from the sprocket 21 to the stopper gear 26, the rotation is locked to the gear shaft 24, and when the rotation in the opposite direction is transmitted from the sprocket 21 to the stopper gear 26, the rotation is lost with respect to the gear shaft 24.
[0026]
The chuck rotation drive unit 5 and the elevation rotation drive unit 22 are controlled by a control unit 40. The control means 40 controls the control section 41, inverters 42 and 43 for controlling the drive of the chuck rotation drive section 5 and the lift rotation drive section 22 in response to commands from the control section 41, and the energization control of the powder clutch 23. A control unit 44 for inputting various command signals such as a test start signal, a pull-out start signal, a test end signal, and an emergency stop signal, and various setting values required for control; a control program and control data. And a storage unit 46 for storing test data and the like, and a display unit 47 for displaying various information.
[0027]
The control unit 41 processes the pulse signal output from the encoder 38 to determine the amount of penetration of the penetrating rod 6 into the ground, the penetration speed, and the like, and based on the power supply command from the clutch control unit 44 to the powder clutch 23. Next, the load applied to the penetrating rod 6 is determined. Further, the control unit 41 obtains a half rotation number and a rotation number of the penetration rod when the penetration rod 6 is rotationally penetrated from the pulse signal formed by the on / off signal from the sensor S as needed.
[0028]
FIG. 7 shows the output characteristics of the rated torque and the peak torque when the chuck rotation drive unit 5 and the elevation rotation drive unit 22 are drive-controlled by the inverters 42 and 43, respectively. In FIG. 7, the output torque is given as a value with the maximum value of the rated torque being 100%. When a high-speed driving command, a high-speed normal driving command, or a high-speed reverse driving command is received from the control unit 41, the inverter 42 controls the chuck rotation driving unit 5 at 93 Hz, and the inverter 43 controls the lifting / lowering rotation driving unit at a high rotation speed driving range of 80 Hz. Drive at high speed at each frequency. When a high torque drive command, a high torque forward drive command, or a high torque reverse drive command is received from the control unit 41, the inverters 42 and 43 operate at a frequency in a 60 Hz high torque drive range where a 100% rated torque is obtained. The chuck rotation drive means 5 and the elevation rotation drive means 22 are each driven at a high torque.
[0029]
The control data stored in the storage unit 46 includes a threshold value and a self-sinking boundary value. This threshold value is a reference value for switching between high-speed driving and high-torque driving of the chuck rotation driving unit 5, and the sensor corresponding to a rotation speed equal to or less than the maximum rotation speed of the penetrating rod when the chuck rotation driving unit is driven at high torque. The number of S pulse signals is given. Specifically, assuming that the number of output pulse signals of the sensor S corresponding to the maximum rotation speed of the penetrating rod under high torque driving is 100%, a value of 30% is given as a threshold value.
[0030]
The rotation speed of the penetrating rod 6 varies depending on the rotational load when the penetrating rod 6 is rotationally penetrated. Therefore, as described above, the number of pulse signals of the sensor S depends on the rotational load applied to the penetrating rod 6. From such a property, the aforementioned threshold is
"The number of pulse signals of the sensor S corresponding to a rotation load equal to or greater than the maximum rotation load at which the penetrating rod can rotate at the maximum rotation number when the chuck rotation driving means is driven at high torque is set."
In other words,
[0031]
Next, the operation of the automatic penetration test machine 1 will be described along the procedure of the penetration test.
First, when the power is turned off before the test, the magnetic powder of the powder clutch 23 is not excited, so that the output shaft 31 is rotatable with respect to the input shaft 30. Therefore, the lift 3 attempts to descend by its own weight, but at this time, the drive shaft 22a of the lift drive 22 is locked non-rotatably by the action of the brake mechanism. Therefore, the rotation of the sprocket 21 in the descending direction of the lift 3 is transmitted to the stopper gear 26, so that the one-way clutch 25 is locked. Therefore, the elevator 3 cannot descend. As described above, in a state where the power is cut off and the magnetic powder of the powder clutch 23 is not excited, the lift 3 is mechanically locked, so that the lift 3 is prevented from dropping when the power is cut off. Can be kept in a safe state.
[0032]
At the start of the penetration test, the rotary drive unit 22 for raising and lowering is driven by an input operation from the input unit 45 of the control unit 40, and the lifting platform 3 is lowered to a position where the tip of the screw point 17 is grounded. At this time, the rotation of the drive shaft 22a of the elevating rotary drive means 22 is sufficiently slower than the rotation of the sprocket 21 when the elevating platform 3 descends by its own weight. For this reason, the elevating table 3 descends depending on the drive of the elevating rotary drive unit 22.
[0033]
Subsequently, when a test start signal is input from the input unit 45, the control unit 41 gives a high-speed reverse drive command to the inverter 43. In response to this, the inverter 43 reversely drives the elevating / lowering rotation driving means 22 at a high-speed rotation frequency. The “reverse drive” of the lifting / lowering rotation driving means 22 means that the lifting / lowering rotation driving means 22 is driven so as to rotate the sprocket 21 in the direction in which the lifting table 3 moves up. Hereinafter, “reverse drive” is used in the same sense, and on the other hand, the drive of the ascending / descending rotary drive unit 22 opposite to the “reverse drive” is expressed as “forward drive”.
[0034]
After the input of the test start signal, in a situation where a load is applied to the penetrating rod 6, the elevating rotary drive means 22 continues the high-speed reverse drive. At the same time as the start of the reverse drive of the lifting / lowering rotary drive unit 22, the control unit 41 gives a predetermined load change command to the clutch control unit 44. In response to this, the clutch control unit 44 controls the energization of the powder clutch 23 and adjusts the clutch force of the powder clutch 23.
[0035]
The gear shaft 24 is idled with respect to the stopper gear 26 by the action of the one-way clutch 25 by the reverse drive of the lifting / lowering rotary drive means 22. For this reason, a load is applied to the penetrating rod 6 by the total mass of the lifting platform 3, the chuck 4, the chuck rotation driving unit 5, the lifting unit 7, the weight 10, and the like. On the other hand, since the clutch force of the powder clutch 23 is generated, the sprocket 21 has a rotational resistance (a force for raising the lifting platform 3: hereinafter referred to as a lifting force) due to the reverse drive of the vertical rotation drive unit 22. receive. Accordingly, a load obtained by subtracting the lifting force from the load due to the total mass of the lift 3 and the like is applied to the penetrating rod 6.
[0036]
As described above, the load applied to the penetrating rod 6 is initially set to 250 N, and is increased in the order of 500 N, 750 N, and 1 KN each time the self-sinking of the penetrating rod 6 stops. That is, the load is changed by controlling the energization of the powder clutch 23 and adjusting the clutch force. Since a load of 1 KN is a load due to the total mass of the lift 3 and the like, when a load of 1 KN is applied, the powder clutch 23 is turned off so that the output shaft 31 can rotate freely with respect to the input shaft 30. Dripping. When the penetration speed of the penetration rod 6 exceeds a predetermined value under a certain load during the self-submersion penetration, the powder clutch 23 is energized and the load is reduced until the penetration speed becomes equal to or less than the predetermined value.
[0037]
During self-sinking, the one-way clutch 18 allows the torsion of the screw point 17 to receive the resistance of the soil so that the penetrating rod 6 can rotate. For this reason, it is possible to reduce the penetration resistance due to the resistance of the soil, and to carry out accurate self-sinking.
[0038]
When the self-sinking of the penetration rod 6 stops under a load of 1 KN, the control unit 41 gives a high-speed drive command to the inverter 42. In response to this, the inverter 42 drives the chuck rotation driving means 5 at a high speed at a high frequency. At this time, the load of 1 KN is maintained as it is. By the high-speed driving of the chuck rotation driving means 5, the penetration rod 6 rotates in the screwing direction of the screw point 17, and the rotational penetration is executed. In this rotary penetration, since the steel ball 12 is engaged with the long groove 6 a of the penetration rod 6, no slippage occurs between the penetration rod 6 and the chuck 4. It is possible to transmit rotation.
[0039]
The rotation penetration is performed while switching the control of the chuck rotation driving means 5 between high-speed driving and high-torque driving. That is, when the rotation resistance of the penetrating rod 6 increases, for example, when the penetrating rod 6 reaches a firmly tightened soil layer while the chuck rotation driving means is driven at a high speed, the rotation speed of the chuck 4 decreases, and this is It appears in the number of pulse signals per unit time output by S (the number of on / off signals per unit time). When the number of pulse signals of the sensor S is less than the threshold value, that is, when the number of rotations of the penetrating rod 6 is less than a predetermined number of rotations, the controller 41 gives a high torque drive command to the inverter 42. In response to this, the inverter 42 drives the chuck rotation driving unit 5 at a high torque at a high torque driving frequency. Therefore, the rotational driving torque of the penetrating rod 6 is increased, and it is possible to reliably penetrate the soil layer having a large rotational resistance.
[0040]
Conversely, when the rotation resistance of the penetrating rod 6 decreases, for example, when the penetrating rod 6 reaches a soft soil layer while the chuck rotation driving unit 5 is driven at a high torque, the number of pulse signals of the sensor S becomes greater than or equal to the threshold. Become. When the rotation speed of the penetrating rod 6 is equal to or higher than the predetermined rotation speed, the control unit 41 gives a high-speed drive command to the inverter 42. In response to this, the inverter 42 drives the chuck rotation driving means 5 at a high speed at a high-speed driving frequency. Therefore, the rotation speed of the penetration rod 6 is increased, and the penetration into the soft soil layer can be performed efficiently.
[0041]
When the number of pulse signals of the encoder 38 is equal to or greater than the threshold value for self-sinking, that is, when the penetration speed of the penetrating rod 6 is equal to or greater than a predetermined value while the chuck rotation driving unit 5 is driven at high speed, the control unit 41 gives a drive stop command to the inverter 42, and upon receiving the command, the inverter 42 stops driving the chuck rotation drive unit 5. After that, the control is switched to the above-mentioned self-sinking penetration.
[0042]
The penetration test is performed while switching between the above-described self-sinking penetration and rotary penetration. On the way, a rod portion 16 is sequentially added to the penetrating rod 6. When the rod portion 16 is added, the rotation drive unit 22 for lifting and lowering and the chuck rotation drive unit 5 are temporarily stopped, and an extension rod portion (not shown, but similar to the rod portion 16) is added to the rod portion 16. Then, the chuck 4 is rotated while the slide sleeve 15 is pressed down, and the steel ball 12 is detached from the long groove 6a to release the holding of the penetrating rod 6. At this time, the chuck 4 is easily rotated because of the function of the one-way clutch 18. In this state, the elevating rotary drive means 22 is driven forward at a high speed by a high-speed normal driving command from the control unit 41, and the elevating table 3 is moved until the steel ball 12 of the chuck 4 becomes the same height as the long groove of the extending rod part. Is raised quickly. At this stage, if the phases of the steel ball 12 and the long groove coincide with each other, the steel ball 12 is engaged with the long groove, and the slide sleeve 15 receives the urging force of the spring 14 to return upward to press the steel ball 12. Therefore, the holding of the penetrating rod 6 is automatically completed. If the steel ball 12 and the long groove are out of phase, the chuck rotation driving means 5 is driven to rotate the chuck 4 at a low speed to engage the steel ball 12 with the long groove.
[0043]
During the penetration test, the control means 40 records the amount of penetration and the load value of the penetration rod 6 at the time of load change in the case of self-subsidence penetration in the storage unit 46. The half number of revolutions required every time the 6 has penetrated 250 mm is recorded in the storage unit 46. Then, these test data are used as basic data for determining the strength of the ground after the test is completed.
[0044]
In both cases of self-sinking and rotary penetration, the penetration rod 6 may not be able to penetrate when it hits underground rock, debris, or the like. In this case, there is a case where the rotation drive means 22 for raising and lowering and the chuck rotation drive means 5 are temporarily stopped and the penetration rod 6 is hit to attempt penetration. At this time, since the penetration rod 6 is held by the chuck 4 by the engagement of the steel ball 12 with the long groove 6a, the penetrating rod 6 can move in the axial direction with respect to the chuck 4 by the length of the long groove 6a. Therefore, it is possible to prevent the impact due to the impact from being transmitted to the chuck 4, the lift 3 and the like. The penetrating rod 6 has a required gap with the hollow hole 11a of the chuck 4 other than being supported by the steel ball 12 (see FIG. 4). For this reason, the penetration rod 6 can swing about the supporting position of the steel ball 12 as a fulcrum. This contributes to improving the avoidance performance when the vehicle hits debris or the like while penetrating into the ground, and preventing the load from being transmitted to the chuck 4 or the like at that time.
[0045]
When the penetration test is completed and the penetration rod 6 is withdrawn, a withdrawal start signal is input from the input unit 45. In response to this, the control unit 41 gives a high torque positive drive command to the inverter 43 and gives a release command to the clutch control unit 44. As a result, the inverter 43 drives the rotary drive unit 22 for raising and lowering forward at the frequency for high torque driving, and the clutch control unit 44 controls the output shaft 31 to be rotatable with respect to the input shaft 30 of the powder clutch 23. Then, the power supply of the powder clutch 23 is controlled. Thus, the lift 3 can be raised by a force necessary for pulling out the penetrating rod 6, and the penetrating rod 7 held by the chuck 4 can be pulled out from the ground.
[0046]
At the time of pulling out the penetrating rod 6, when the elevating platform 3 has risen to the ascending limit, it is necessary to hold the lower rod portion 16 on the chuck 4 again. Regarding this, the rotation drive means 22 for raising and lowering is temporarily stopped, and the penetrating rod 6 is released from the chuck 4 in the same manner as when the rod part 16 is added. Subsequently, the lifting table 3 is lowered to hold the lower rod portion 16 on the chuck 4, and then the extraction operation is continued. When lowering the elevating table 3, the elevating rotary drive means 22 is reversely driven at a high speed. Therefore, the elevating table 3 can be quickly lowered, and the operation time for re-holding the rod portion 16 can be shortened.
[0047]
In the operation of pulling out the penetrating rod 6, it is possible to gradually weaken the clutch force of the powder clutch 23 and gradually increase the force for pulling out the penetrating rod 6. As described above, if the force for pulling out the penetrating rod 6 is gradually increased, it is possible to prevent a sudden force from acting on the penetrating rod 6, and it is also effective to prevent the rotation drive means 22 for raising and lowering from stalling.
[0048]
FIG. 8 shows an elevating unit 7 'of an automatic penetration tester according to another embodiment of the present invention. This elevating unit 7 ′ is configured by eliminating the one-way clutch 25, the stopper gear 26 and the transmission gear 39 in the elevating unit 7, and connecting the brake means 40 to the output shaft 31 of the powder clutch 23. The brake means 40 is a friction brake which generates a lock action when the power supply to the lifting / lowering rotary drive means 22 is cut off. The brake effect is provided when the output shaft 31 must not be given extra resistance during a penetration test or the like. Does not occur. Further, this automatic penetration tester is configured so that a pressurization start signal can be input from an input section of a control means (not shown).
[0049]
In the automatic penetration tester equipped with the lifting unit 7 ', the total of the lifting table 3 and the like is controlled by switching between forward and reverse driving of the lifting and lowering rotation driving means 22 and adjusting the clutch force by controlling the energization of the powder clutch 23. A load greater than the load due to mass can be applied to the penetrating rod 6. As an example, consider an automatic penetration tester in which the lift 3 and the like are reduced in weight so that the load due to the total mass of the lift 3 and the like is 500 N. In this automatic penetration tester, in the stage of applying a load up to 500 N, the powder clutch 23 is energized while the rotation drive means 22 for elevation is reversely driven at a high speed, and when a load exceeding 500 N is applied, the rotation for elevation is reduced. The energization control of the powder clutch 23 is performed while the driving means 22 is driven with high torque positively. Thus, the load up to 500N is given by the same principle as described above. For the load exceeding 500N, the high torque positive drive of the rotary drive means 22 for lifting and lowering and the powder clutch 23 It is given by a value obtained by adding the pressing force in the descending direction of the lift 3 generated by the clutch force.
[0050]
In the automatic penetration tester equipped with the lifting unit 7 ', when the penetration rod 6 cannot penetrate into the underground rock or debris, the input shaft 30 and the output shaft 31 are locked before hitting. It is preferable that the rotation drive means 22 for raising and lowering be driven forward while the power supply to the powder clutch 23 is controlled in such a manner. In this case, a pressurization start signal is input from an input unit (not shown). In response to the pressurization start signal, the control unit 41 gives a high torque positive drive command to the inverter 43. Therefore, the inverter 43 drives the vertical drive unit 22 at the high torque drive frequency. As a result, since the penetrating rod 6 is pressed in the penetrating direction, when rocks, debris, etc. are relatively brittle, they can be crushed, and the penetrating rod 6 can continue to penetrate without being hit. become.
[0051]
On the other hand, when pulling out the penetrating rod 6, when a pullout start signal is input, the control unit 41 gives a lock command to the clutch control unit 44 and also gives a high torque reverse drive command to the inverter 43. In response to this, the clutch control unit 44 controls the energization of the powder clutch 23 so that the input shaft 30 and the output shaft 31 are locked, and the inverter 43 reversely drives the lifting / lowering rotary driving unit 22 at a high torque driving frequency. . As a result, since the lift 3 is raised, the force accompanying the high torque drive of the rotary drive means 22 for lift is transmitted from the chuck 4 to the penetrating rod 6, and the penetrating rod 6 can be pulled out from the ground.
[0052]
In the other embodiment, the powder clutch 23 is locked from the beginning in the pressing operation and the pulling operation before the penetrating rod 6 is hit, but the energization control is performed so that the clutch force of the powder clutch 23 gradually increases. Alternatively, the force for pressing the penetrating rod 6 may be gradually increased. As described above, when the force for pulling out or pushing the penetrating rod 6 is gradually increased, it is possible to prevent a sudden force from acting on the penetrating rod 6, and it is also effective for preventing stall of the vertical rotation drive means 22. is there.
[0053]
In the above description, inverter motors are used as the chuck rotation driving means 5 and the lifting rotation driving means 22, respectively. In addition, a well-known AC that can perform rotation speed control and torque control is used. A servo motor may be employed. Further, although the number of pulse signals of the sensor S according to the rotation speed of the penetration rod 6 is employed as the threshold value, the fluctuation of the rotational load applied to the penetration rod 6 appears in the fluctuation of the load current value of the chuck rotation driving means 5. For this reason, even if the threshold value is set based on the load current value of the chuck rotation driving unit 5 and the control unit 41 detects the load current value of the chuck rotation driving unit 5, the same as the above-described chuck rotation driving unit 5 can be used. Can be controlled.
[0054]
【The invention's effect】
The automatic penetration testing machine of the present invention includes a rotary drive unit for lifting when the lifting speed of the lifting platform is important, such as when the lifting platform is raised during the penetration test or when the lifting platform is lowered during the penetration rod pulling operation. By driving at high speed, it is possible to raise and lower the elevator at high speed. On the other hand, when it is necessary to press the penetrating rod during the penetrating test or when pulling out the penetrating rod, when the force related to elevating the elevating table is important, by driving the elevating rotary drive means with high torque The lifting platform can be moved up and down with high force. Therefore, there is an advantage that the lifting drive unit can cope with the operation of pulling out the penetration rod without lowering the efficiency of the penetration test.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an automatic penetration tester of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a main part of the automatic penetration tester of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged partial cutaway sectional view of a main part of the automatic penetration tester of the present invention.
5 is an enlarged partial cutaway cross-sectional view of a main part according to BB in FIG. 2;
FIG. 6 is an enlarged partial cutaway cross-sectional view of a main part taken along line CC of FIG. 5;
FIG. 7 is a graph showing output torque characteristics of chuck rotation driving means and elevating rotation driving means.
FIG. 8 is an enlarged partial cutaway sectional view of a main part of an automatic penetration tester according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic penetration testing machine 2 Column 3 Lifting table 4 Chuck 5 Chuck rotation drive means 6 Penetration rod 6a Long groove 7 Lifting unit 8 Chain member 10 Weight 11 Hollow sleeve 12 Steel ball 13 Sprocket 14 Spring 15 Slide sleeve 16 Rod part 17 Screw point 18 One-way clutch 19 Sprocket 20 Endless chain 21 Sprocket 22 Elevating rotary drive means 23 Powder clutch 24 Gear shaft 24a Drive gear 25 One-way clutch 26 Stopper gear 27 Intermediate gear 28 Input gear 29 Casing 30 Input shaft 31 Output shaft 32 Coupling 33 Electromagnet 34 planetary gear reducer 35 sun gear shaft 35a sun gear 36 planetary gear 37 carrier 38 encoder 39 transmission gear 40 control means

Claims

A lifting platform that can be raised and lowered along the columns,
A chuck rotatably provided on the lift table,
Chuck rotation driving means for rotating the chuck,
A penetrating rod held by the chuck,
An elevating unit that elevates the elevating table along a column,
Control means for controlling the drive of the lifting unit so that the lifting speed or the lowering speed of the lifting platform or the force relating to the lifting or lowering of the lifting platform is appropriate, if necessary. .

The control means drives and controls the elevating unit so that the elevating platform moves up and down at an optimum speed during a penetration test in which the penetrating rod is penetrated into the ground, and the elevating platform is optimized when the penetrating rod is pulled out from the ground. The automatic penetration test machine according to claim 1, wherein the automatic penetration test machine is configured to drive and control the lifting unit to ascend by force.

A lifting platform that can be raised and lowered along a support, a chuck rotatably provided on the lifting platform, a chuck rotation driving unit that rotationally drives the chuck, a penetrating rod held by the chuck, and the lifting platform. An automatic penetration tester having an elevating unit for elevating and lowering along a support,
The above-mentioned elevating unit includes a rotating member capable of creating an elevating operation of the elevating table by rotation, and an ascending and descending rotation driving unit capable of rotating the rotating member and controlling the rotating speed and torque. Penetration testing machine.

The automatic penetration tester according to claim 3, wherein the lifting / lowering rotary drive means is an inverter motor.