JP2023037761A - Ground hardness measuring device, and ground hardness measuring method - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
本発明は、地面の固さを測定する地面の固さ測定装置と地面の固さ測定方法に関し、 特に締固め機械により締固めた地面等の固さを測定するのに適した装置と方法に関する。 The present invention relates to a ground hardness measuring device and a ground hardness measuring method for measuring the hardness of ground, and more particularly to a device and method suitable for measuring the hardness of ground compacted by a compaction machine. .
締固め機械により地面を締固める際に、その地面の固さを測定する技術として、種々の技術が採用されている。
特許文献1の地盤密度の測定システムにおいては、締固め機械に設けた掘削装置で締め固めた地盤を掘削してその掘削土の体積と重量を計測し、その体積と重量とから地盤密度を算出する。
Various techniques have been adopted as techniques for measuring the hardness of the ground when the ground is compacted by a compaction machine.
In the ground density measurement system of
特許文献2の締固め度測定装置においては、転圧ローラーに、地面に接触可能に設けた板体と、この板体の上に設けた弾性波測定手段と、この弾性波測定手段で測定したデータを演算処理する演算手段とを有する。
In the compaction degree measuring device of
特許文献3の測定装置は、バイブレータでコンクリートに振動を付加して締め固める際にコンクリートに打ち込んでバイブレータによる加振状態を測定する装置であって、先端が尖った矩形角筒体の内部に加速度センサーを組み込み、その表面を低剛性の膜部材で覆った構成のものである。
The measuring device of
特許文献1の地盤密度の測定システムでは、地盤密度を精密に測定できるものの、地盤を掘削する掘削装置や、掘削土の体積や重量を測定する測定装置が必要で、構造が複雑化し、製作費が高価になる。
Although the ground density measurement system of
特許文献2の締固め度測定装置では、転圧ローラに板体を地面に接触可能に設けるため、
地面が滑らかに転圧されない状態で板体が凹凸状に変形したりして破損し易く、耐久性に欠ける。
In the compaction degree measuring device of
When the ground is not smoothly rolled, the plate is deformed unevenly and easily damaged, resulting in poor durability.
特許文献3の測定装置は、バイブレータでコンクリートに振動を付加して締め固める際にコンクリートに打ち込んでバイブレータによる加振状態を測定する装置であるから、締固め機械により締固めた地面の固さを測定できるものではない。
The measuring device of
本発明の目的は、地面の固さを測定する機能の信頼性が高く且つ簡単な構造の地面の固さ測定装置を提供すること、信頼性が高い地面の固さ測定方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a ground hardness measuring device with a highly reliable function for measuring ground hardness and a simple structure, and to provide a highly reliable ground hardness measuring method. be.
請求項1に係る地面の固さ測定装置は、地面の固さを測定する地面の固さ測定装置において、建設機械に鉛直姿勢に固定された筒状のケースと、前記ケースに貫通状に昇降可能に配設された軸部材と、前記軸部材の下端部に装備された重錘と、前記重錘又は軸部材に付設された加速度センサーと、前記軸部材に設けられたラック部材と、このラック部材に噛合可能な間欠ギヤと、この間欠ギヤに連動連結された複数のギヤ部材を含む軸部材駆動機構と、前記軸部材駆動機構を駆動する駆動モータと、前記軸部材の上端部と前記ケースとに架着された1又は複数の付勢用スプリングとを備え、前記駆動モータにより前記軸部材駆動機構を駆動し、前記付勢用スプリングを伸長させながら前記軸部材と重錘を上限位置まで駆動後に、前記間欠ギヤと前記ラック部材の噛合を開放した状態で前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって前記軸部材と重錘を急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測するように構成したことを特徴としている。尚、前記建設機械は締め固め機械を含む。
A ground hardness measuring device according to
上記の構成によれば、前記軸部材と重錘を上限位置まで駆動後に、前記間欠ギヤと前記ラック部材の噛合を開放した状態で前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって前記軸部材と重錘を急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測するため、軸部材と重錘を急降下させる速度が非常に大きくなるため、軸部材と重錘が地面に衝突する際の減速度が大きくなるから、地面の固さを高精度に測定することができ、地面の固さを測定する機能の信頼性が高くなる。
また、この地面の固さ測定装置は、ケース、軸部材、重錘、軸部材駆動機構、駆動モータ、1又は複数の付勢用スプリング等の簡単な構造の部材を用いて構成されているため、全体として簡単な構造のものになる。
According to the above configuration, after the shaft member and the weight are driven to the upper limit position, the biasing force of the biasing spring and the shaft member and the weight are applied in a state where the intermittent gear and the rack member are disengaged. The force of gravity causes the shaft member and the weight to descend rapidly and collide with the ground, and the acceleration at the time of collision is measured by an acceleration sensor. Since the deceleration when the member and the weight collide with the ground increases, the hardness of the ground can be measured with high accuracy, and the reliability of the function of measuring the hardness of the ground increases.
In addition, since this ground hardness measuring device is configured using members having a simple structure such as a case, a shaft member, a weight, a shaft member drive mechanism, a drive motor, and one or a plurality of urging springs, , which has a simple structure as a whole.
請求項2の地面の固さ測定装置は、請求項1の発明において、前記駆動モータと前記加速度センサーに接続された制御ユニットであって、GPS信号を受信して現在位置を演算可能な制御ユニットを有し、GPS信号に基づいて現在位置を算出しながら、所定時間おきに繰り返し地面の固さを測定可能に構成したことを特徴としている。
The ground hardness measuring device of
請求項3の地面の固さ測定装置は、請求項1の発明において、前記ラック部材は、前記軸部材に付設された部材で構成されていることを特徴としている。
請求項4の地面の固さ測定装置は、請求項1の発明において、前記ラック部材は、前記軸部材の一部でもって構成されていることを特徴としている。
この構成では、軸部材とラック部材を1部材で構成できるため有利である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a ground hardness measuring device according to the first aspect of the invention, wherein the rack member comprises a member attached to the shaft member.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ground hardness measuring device according to the first aspect of the invention, wherein the rack member is a part of the shaft member.
This configuration is advantageous because the shaft member and the rack member can be configured as one member.
請求項5の地面の固さ測定装置は、請求項1の発明において、前記建設機械が締め固め機械であり、その締固め機械による締固め作業中に前記駆動モータを連続的に回転駆動することで、地面固さ測定を所定時間おきに繰り返し実行可能に構成したことを特徴としている。
この構成によれば、締固め機械による転圧エリアの全域についての地面固さのマップを作成することが可能になる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a ground hardness measuring apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the construction machine is a compaction machine, and the drive motor is continuously driven to rotate during compaction work by the compaction machine. and is characterized in that the ground hardness measurement can be repeatedly executed at predetermined time intervals.
According to this configuration, it is possible to create a ground hardness map for the entire rolling area of the compaction machine.
請求項6の地面の固さ測定方法は、地面の固さを測定する地面の固さ測定方法において、建設機械に鉛直姿勢に固定された筒状のケースと、このケースに貫通状に昇降可能に配設された軸部材と、この軸部材の下端部に装備された重錘と、この重錘又は軸部材に付設された加速度センサーと、前記軸部材と前記ケースとに架着された1又は複数の付勢用スプリングと、前記軸部材を少なくとも上昇駆動可能な駆動手段とを予め準備し、前記駆動手段により前記軸部材と重錘を上限位置まで上昇駆動しながら前記付勢用スプリングを伸長させる上昇ステップと、前記軸部材と重錘を前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測する衝突計測ステップとを有することを特徴としている。
The method for measuring the hardness of the ground according to
前記駆動手段により前記軸部材と重錘を上限位置まで上昇駆動しながら前記付勢用スプリングを伸長させ、次に、前記軸部材と重錘を前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測するという簡単な2つのステップを介して地面の固さを測定することができ、簡単に確実に測定できるから信頼性が高い地面の固さ測定方法を実現できる。 The biasing spring is extended while driving the shaft member and the weight upward to the upper limit position by the driving means, and then the shaft member and the weight are combined with the biasing force of the biasing spring and the shaft member. It is possible to measure the hardness of the ground easily and reliably through two simple steps of making it crash into the ground by the gravity acting on the weight and measuring the acceleration at the time of impact with the accelerometer. Therefore, a highly reliable method for measuring the hardness of the ground can be realized.
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
この地面の固さ測定装置1は、建設機械である締固め機械Rにより締固めた地面の固さを測定する装置であり、図1に示すように、締固め機械Rの車体の後端壁Wに固定された保持部材Bの下端に鉛直姿勢に固定されている。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated based on drawing.
This ground hardness measuring
図2~図4に示すように、この測定装置1は、締固め機械Rに保持部材Bを介して鉛直姿勢に固定されたハウジング2と、このハウジング2内に収容されてハウジング2に鉛直姿勢に固定された円筒状のケース3と、軸部材4と、重錘5と、加速度センサー6と、軸部材駆動機構7と、駆動モータ8と、1又は複数の付勢用スプリング9とを備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, this
ハウジング2は水平断面がD形の鋼板製のものであり、鉛直姿勢にしたハウジング2 の平坦面状の上端が図1に示すように保持部材Bの下端に固定されている。軸部材 4はハウジング2の底壁を貫通して下方へ突出している。ハウジング2の外面壁2aには、上下1対の点検孔を塞ぐ1対の閉塞板10が4本のボルト11で固定されている。
The
軸部材4は、鋼製のシャフト状の部材で鉛直姿勢に配設されて、ケース3に貫通状に昇降可能に配設され、ケース3の上下両端部の軸受12a,12bにより昇降可能に案内されている。 重錘5は、軸部材4の下端部に例えば螺合にて固定されている。この重錘5は、軸部材4よりも大径の断面円形の上下長の短い鋼製部材であり、下端部には地面に衝突させるための半球状の打撃部5aが形成されている。
The
加速度センサー6は、鉛直方向の加速度(減速度)を測定するもので、重錘5の内部に組み込まれており、加速度センサー6に接続されたハーネス13が軸部材4の内部のハーネス導入孔を通って、軸部材4の上端から外部へ導出され、このハーネス13は、ハウジング2内の制御ユニット14に接続されている。この制御ユニット14に指令信号を入力する操作盤が運転席の付近に設けられている。尚、加速度センサー6は、軸部材4の上端近傍部に装備してもよい。
The
図4、図5に示すように、軸部材駆動機構7は、軸部材4の上半部の側部に固定され且つラック歯を有するラック部材15と、このラック部材15に噛合可能な間欠ギヤ16と、この間欠ギヤ16に連動連結された2つのギヤ部材17,18を含むものである。尚、ケース3にはラック部材15を通過させるスリットが形成されており、ケース3の上端部の軸受12aの周方向の一箇所にはラック部材15を通過させる切欠き(図示略)が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5 , the shaft
間欠ギヤ16はハウジング2に回転可能に支持されている。間欠ギヤ16の外周のうちの半周部には、ラック部材15のラック歯15aと噛合するギヤ歯16aが形成されているが、残りの半周部にはギヤ歯16aのない平滑円筒面16bが形成されている。上記のギヤ歯16aの周方向長さは、ラック部材15のラック歯15aの全長より短く設定されている。
The
図5(A)に示すように、軸部材4が下限位置にあるとき、間欠ギヤ16のギヤ歯16aの回転方向リーディング端がラック部材15のラック歯15aの上端部に噛合しており、その状態から間欠ギヤ16が矢印方向へ回転すると、ラック部材15と軸部材4が上昇していき、図5(C)に示すように、軸部材4が上限位置に達した時に、間欠ギヤ16のギヤ歯16aの回転方向トレーリング端がラック歯15aの下端側部位に噛合した状態になる。この状態から間欠ギヤ16が回転すると、平滑円筒面16bがラック歯15aに噛合しないため、軸部材4と重錘5が下降することになる。
As shown in FIG. 5A, when the
間欠ギヤ16に同軸状に固定され且つ間欠ギヤ16の約1/2の径の大径ギヤ17と、この大径ギヤ17に噛合する小径ギヤ18とからなる減速機構が設けられ、駆動モータ 8の回転駆動力が小径ギヤ18に入力され、大径ギヤ17と間欠ギヤ16とが回転駆動される。駆動モータ8は減速機付きの電動モータからなる。駆動モータ8はハウジング2に支持されており、制御ユニット14の駆動回路に接続され、制御ユニット14により制御される。尚、駆動モータ8を油圧モータで構成してもよい。
A speed reduction mechanism comprising a large-
付勢用スプリング9に関して、ケース3の上端側部位には水平な環状板20が固定され、軸部材4の上端には円板21が固定され、環状板20と円板21とに亙って例えば所定のバネ定数を有する4本の引張コイルスプリングからなる付勢用スプリング9が架着され、軸部材4が下限位置のとき、付勢用スプリング9が伸縮なしの自由状態となる。
Regarding the urging
そして、軸部材4が上昇していくにつれて付勢用スプリング9の伸長量が増大し、軸部材4が上限位置になると、付勢用スプリング9から軸部材4に強力な所定の付勢力が作用する状態になる。
尚、付勢用スプリング9として、4本よりも少ない又は4本より多い引張コイルスプリングを採用してもよく、或いは、1重又は多重にした1又は複数本の大径の引張コイルスプリングを採用することも可能である。
As the
As the biasing springs 9, less than four or more than four extension coil springs may be employed, or single or multiple large-diameter extension coil springs may be employed. It is also possible to
次に、上記の地面固さ測定装置1により地面固さを測定する方法について説明する。
図5(A)に示す状態から駆動モータ8により軸部材駆動機構7を駆動し、付勢用スプリング9を伸長させながら、図5(B)の途中状態を経て、軸部材4と重錘5を図5(C)に示す上限位置まで駆動後に、間欠ギヤ16の平滑円筒面16bを介して、間欠ギヤ16とラック部材15の噛合を開放した状態で付勢用スプリング9の付勢力と軸部材4と重錘5に作用する重力でもって軸部材4と重錘5を急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサー6で測定する。
締固め作業中に駆動モータ8を連続的に回転させると、図5(A)→図5(B)→図5(C)→図5(A)・・・のように繰り返され、地面固さ測定が所定時間おきに繰り返し実行される。前記所定時間は駆動モータ8の回転速度に基づいて設定することができる。
Next, a method for measuring ground hardness with the above-described ground
From the state shown in FIG. 5(A), the shaft
When the
制御ユニット14は、重錘5の衝突時に測定した減速度を示す加速度信号から地面の固さを演算する機能と、締固め機械Rの現在位置をGPS信号に基づいて演算する機能を有し、所定時間おきに地面の固さを繰り返し測定する毎に、地面の固さ情報と位置情報を関連付けてメモリに格納していく。
The
このように地面の固さ測定を実行しながら、所定の転圧エリアの締固めが終了したとき、制御ユニット14に格納しておいた地面の固さ情報と位置情報に基づいて、所定の転圧エリアの全域について地面固さを示すマップであって締固め機械Rの走行方向に小間隔毎に地面固さを測定したマップを作成することが可能になる。
While measuring the hardness of the ground in this way, when the compaction of the predetermined rolling area is completed, the predetermined rolling is performed based on the ground hardness information and the position information stored in the
以上説明した地面固さ測定装置1によれば、軸部材4と重錘5を上限位置まで駆動後に、間欠ギヤ16とラック部材15の噛合を開放した状態で付勢用スプリング9の付勢力と軸部材4と重錘5に作用する重力でもって軸部材4と重錘5を急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサー6で計測するため、軸部材4と重錘5を急降下させる速度が非常に大きくなるため、軸部材4と重錘5が地面に衝突する際の減速度が大きくなるから、地面の固さを高精度に測定することができ、地面の締固め状態(地面の固さ)を測定する機能の信頼性が高くなる。
According to the ground
また、この地面固さ測定装置1は、ケース3、軸部材4、重錘5、軸部材駆動機構7、駆動モータ8、1又は複数の付勢用スプリング9等の簡単な構造の部材を用いて構成されているため、全体として簡単な構造のものになる。
Further, the ground
上記は締め固め機械Rにより転圧した地面の固さを測定する場合を例にして説明したが、
盛り土と転圧とを繰り返しながら盛り土を行う場合に、転圧後の地面の固さを測定する場合、GPS信号に基づいて現在位置を算出しながら、所定時間おきに繰り返し地面の固さを測定するように構成してもよい。
尚、転圧は締め固め機械によるものに限定される訳ではなく、種々の建設機械による転圧を含む。「地面」は通常の地面に限らず、地面に準ずるものを含むものとする。
In the above, the case of measuring the hardness of the ground compacted by the compaction machine R was explained as an example.
When embanking while repeating embankment and compaction, when measuring the hardness of the ground after compaction, the current position is calculated based on the GPS signal, and the hardness of the ground is repeatedly measured at predetermined intervals. It may be configured to
Incidentally, the rolling compaction is not limited to that by the compaction machine, and includes rolling compaction by various construction machines. "Ground" is not limited to ordinary ground, but includes ground equivalents.
前記実施形態を部分的に変更する例について説明する。
1)図6に示すように、前記ラック部材15に代えて、軸部材4の一部でもってラック部材15Aを構成することも可能である。
2)その他、当業者ならば前記実施形態に種々の変更を付加して実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。
An example in which the above embodiment is partially modified will be described.
1) As shown in FIG. 6, instead of the
2) In addition, a person skilled in the art can add various modifications to the above-described embodiment, and the present invention includes such modifications.
R: 締固め機械、
1: 地面固さ測定装置
3: ケース
4: 軸部材
5: 重錘
6: 加速度センサー
7: 軸部材駆動機構
8: 駆動モータ
9: 付勢用スプリング
15: ラック部材
16: 間欠ギヤ
17: 大径ギヤ
18: 小径ギヤ
15A: ラック部材
R: compaction machine,
1: Ground hardness measuring device 3: Case 4: Shaft member 5: Weight 6: Acceleration sensor 7: Shaft member drive mechanism 8: Drive motor 9: Biasing spring 15: Rack member 16: Intermittent gear 17: Large diameter Gear 18:
Claims (6)
建設機械に鉛直姿勢に固定された筒状のケースと、
前記ケースに貫通状に昇降可能に配設された軸部材と、
前記軸部材の下端部に装備された重錘と、
前記重錘又は軸部材に付設された加速度センサーと、
前記軸部材に設けられたラック部材と、このラック部材に噛合可能な間欠ギヤと、この
間欠ギヤに連動連結された複数のギヤ部材を含む軸部材駆動機構と、
前記軸部材駆動機構を駆動する駆動モータと、
前記軸部材の上端部と前記ケースとに架着された1又は複数の付勢用スプリングとを備え、
前記駆動モータにより前記軸部材駆動機構を駆動し、前記付勢用スプリングを伸長させながら前記軸部材と重錘を上限位置まで駆動後に、前記間欠ギヤと前記ラック部材の噛合を開放した状態で前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって前記軸部材と重錘を急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測するように構成したことを特徴とする地面の固さ測定装置。 In a ground hardness measuring device for measuring the hardness of the ground,
a cylindrical case fixed in a vertical position to the construction machine;
a shaft member penetrating the case so as to be movable up and down;
a weight mounted on the lower end of the shaft member;
an acceleration sensor attached to the weight or shaft member;
a shaft member drive mechanism including a rack member provided on the shaft member, an intermittent gear meshable with the rack member, and a plurality of gear members interlocked with the intermittent gear;
a drive motor that drives the shaft member drive mechanism;
one or more biasing springs attached to the upper end of the shaft member and the case,
After driving the shaft member drive mechanism by the drive motor and driving the shaft member and the weight to the upper limit position while extending the biasing spring, the intermittent gear and the rack member are disengaged from each other. The shaft member and the weight are rapidly lowered by the biasing force of the biasing spring and the gravitational force acting on the shaft member and the weight to collide with the ground, and the acceleration at the time of collision is measured by the acceleration sensor. A ground hardness measuring device characterized by:
GPS信号に基づいて現在位置を算出しながら、所定時間おきに繰り返し地面の固さを測定可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の地面の固さ測定装置。 a control unit connected to the drive motor and the acceleration sensor, the control unit being capable of receiving GPS signals and calculating a current position;
2. The ground hardness measuring device according to claim 1, wherein the ground hardness can be repeatedly measured at predetermined time intervals while calculating the current position based on the GPS signal.
建設機械に鉛直姿勢に固定された筒状のケースと、このケースに貫通状に昇降可能に配設された軸部材と、この軸部材の下端部に装備された重錘と、この重錘又は軸部材に付設された加速度センサーと、前記軸部材と前記ケースとに架着された1又は複数の付勢用スプリングと、前記軸部材を少なくとも上昇駆動可能な駆動手段とを予め準備し、
前記駆動手段により前記軸部材と重錘を上限位置まで上昇駆動しながら前記付勢用スプリングを伸長させる上昇ステップと、
前記軸部材と重錘を前記付勢用スプリングの付勢力と前記軸部材と重錘に作用する重力でもって急降下させて地面に衝突させ、その衝突時の加速度を加速度センサーで計測する衝突計測ステップと、
を有することを特徴とする地面の固さ測定方法。 In the ground hardness measurement method for measuring the hardness of the ground,
A cylindrical case fixed to the construction machine in a vertical position, a shaft member penetrating the case so as to be able to move up and down, a weight attached to the lower end of the shaft member, the weight or preparing in advance an acceleration sensor attached to a shaft member, one or more biasing springs attached to the shaft member and the case, and driving means capable of at least driving the shaft member upward;
an ascending step of extending the biasing spring while driving the shaft member and the weight upward to an upper limit position by the driving means;
A collision measurement step of rapidly dropping the shaft member and the weight by the biasing force of the biasing spring and the gravity acting on the shaft member and the weight to collide with the ground, and measuring the acceleration at the time of collision with an acceleration sensor. and,
A method for measuring the hardness of the ground, comprising:
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2021
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118083602A (en) * | 2024-04-25 | 2024-05-28 | 百信信息技术有限公司 | Mainboard components and parts performance scanning detection device |
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