JP4786491B2 - 打撃貫入試験装置 - Google Patents

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Description

本発明は、ロッドを打撃して地中に貫入し、そのポイントの地層構造や地盤強度を調査する打撃貫入試験装置に関する。
従来、打撃貫入試験装置としては、特許文献1に開示された自動貫入試験機が知られている。この自動貫入試験機は、立設されたガイドロッドに沿って移動自在なハンマと、このハンマの下方に配置され、ハンマによる打撃で地中に貫入される貫入ロッドと、ハンマの移動方向と平行に上下方向に回動できる無端帯のチェーンとを備えている。このチェーンには、等間隔で3個の上昇具が配置されており、また前記ハンマには、常時前記上昇具の移動路上にあって拡開可能に設けられた係止部が設けられている。ハンマは、チェーンの上下方向の回動(循環送り)にともなって移動する上昇具が係止部に係止することで、上昇する。また、ハンマの移動路上には係止解除部材が設けられており、前述のように上昇するハンマの係止部を回動させ、これと上昇具との係合を解除するように構成されている。これによりハンマは自重で落下し、貫入ロッドに打撃力を付与し、これを地中に貫入させる。
実公平6−49611号公報
上記従来の自動貫入試験機においては、ハンマに係止部が直結されているため、チェーンの回動により上昇具が係止部に当たった時、上昇具および係止部にかかる衝撃が大きく、この結果、上昇具や係止部の早期消耗を生じたり、チェーンの延びを生じる等の問題があった。また、上昇具に係止した状態の係止部が係止解除部材に当たった時、その衝撃がハンマやチェーンに伝達され、これによりハンマやチェーンが破損してしまう恐れがあった。しかも、その時にチェーンには回動方向(循環送り方向)とは逆方向の力が加わるため、チェーンを回動させるための駆動モータにも負荷がかかり、駆動モータの損傷にも繋がる等の問題があった。
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ハンマを上昇させる際の衝撃を緩和し部品の損耗を防止する打撃貫入試験装置の提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、立設されたガイドに昇降可能に案内された所定重量のハンマと、このハンマによる打撃を受けて地中に貫入する貫入ロッドと、前記ハンマの昇降方向と平行に移動可能な係止部材と、前記ハンマに回動可能かつ一端を前記係止部材の上昇移動路上に常時突出するように付勢して設けられ上昇する係止部材に係止可能な爪と、前記爪の上昇移動路上に設けられ前記爪を回動させて係止部材との係合を解く解除部材とを備えた打撃貫入試験装置であって、前記ハンマは、第1ブロックと、この第1ブロックと緩衝機構を介して連結された第2ブロックとを有し、前記第1ブロック又は第2ブロックに前記爪を回動可能に支持して成ることを特徴とする。
なお、前記係止部材は、ハンマの昇降方向と平行に循環送りされる無端循環移動部材に連結されていることが望ましい。また、この場合、前記爪が解除部材によって回動する位置で無端循環移動部材または係止部材のハンマ側への移動を規制する規制部材をハンマに設けてもよい。さらに、前記係止部材は、無端循環移動部材に複数配置してもよい。
本発明の打撃貫入試験装置によれば、ハンマが第1ブロックと、この第1ブロックと緩衝機構を介して連結された第2ブロックとで構成され、この第1ブロックまたは第2ブロックにハンマの昇降方向に循環送りされる係止部材が係止する爪を回動可能に配置している。このため、係止部材が爪に当たった時の衝撃を緩衝機構で吸収することができ、係止部材や爪の早期消耗や、係止部材が連結されるチェーン等の無端循環移動部材の延びを防止することができる等の利点がある。また、本発明の打撃貫入試験装置は、爪が解除部材によって回動する位置に、無端循環移動部材又は係止駒をその正規の移動路に規制する規制部材を設けている。このため、爪が解除部材に当たって回動し、係止駒から外れる時の摩擦力により、無端循環移動部材が引っ張られて正規の循環移動路から外れるのを防止することができるとともに、無端循環移動部材の変形等を防止できる等の利点がある。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図10において、1は打撃貫入試験装置であり、ベースユニット10に打撃ユニット20を搭載して構成されている。前記ベースユニット10は、特開2004−263417号公報によって開示された構造が利用されている。すなわちベースユニット10は、図2ないし図5に示すように、スタンド18に立設された第1支柱11を有し、この第1支柱11には、昇降台12が昇降自在に案内されている。この昇降台12には、前記第1支柱11の背面側に位置してスプロケット13が回転可能に設けられており、このスプロケット13は、第1支柱11の背面に鉛直方向に直線的に延びて取り付けられたチェーン部材11aに噛合している。また、このスプロケット13はパウダクラッチ14とワンウェイクラッチ15を内蔵したクラッチ機構を介してユニット昇降用モータ16に連結されており、このユニット昇降用モータ16の駆動を受けて回転できるように構成されている。
前記ワンウェイクラッチ15は、昇降台12を上昇させる方向にスプロケット13を回転させるようユニット昇降用モータ16が駆動(以下、この駆動を正駆動という)した時、このモータ16の駆動をスプロケット13に伝達し、これとは逆にユニット昇降用モータ16が駆動(以下、この駆動を逆駆動という)した時には空転するようになっている。また、前記パウダクラッチ14は、封入された磁性パウダを励磁することにより、この励磁電圧に応じた回転抵抗を安定的に発生することのできるクラッチである。このパウダクラッチ14は、ユニット昇降用モータ16側の駆動軸とスプロケット13側の駆動軸との間に介在し、モータ16側からスプロケット13側へ伝達されるトルクを制御する。
前記打撃ユニット20は、図1に示すように、エレベータユニット30と、ハンマユニット40とから構成される。
エレベータユニット30は、前記ベースユニット10の前記昇降台12上に着脱可能に連結固定されるテーブル31を有し、このテーブル31には、第2支柱32が立設されている。この第2支柱32は、長手方向中央部分が空洞に構成されており、この空洞部32aの上下にはそれぞれスプロケット33,34が回転可能に配置されている。そして、これらスプロケット33,34には、無端循環移動部材の一例として、環状の無端チェーン35が巻き掛けられ噛合している。上側のスプロケット33は、第2支柱32に回転自在に軸支されており、下側のスプロケット34は、テーブル31に設けられたハンマ操作モータ36の出力軸(図示せず)に連結されている。これにより、無端チェーン35はハンマ操作モータ36の駆動を受けて循環送りされる構成となっている。この無端チェーン35の所定位置には、当該無端チェーン35の両幅方向に突出して係止部材37が一体に固定されている。
前記第2支柱32には、詳細を後述するハンマ44の爪48の上方移動路上に位置して解除部材38,38が取り付けられている。これら解除部材38,38は、無端チェーン35の循環送り動作に伴って移動する係止部材37が通過可能な間隔を置いて、所定の高さに設けられる。また、第2支柱32にはハンマ44と無端チェーン35を挟んで長手方向に延びるチェーンガイド39が取り付けられている。このチェーンガイド39は、無端チェーン35の撓みを防止して、所定の移動路を循環するように案内するものである。
前記ハンマユニット40は、前記テーブル31上の第2支柱32の前方に位置して取り付けられている。このハンマユニット40は、テーブル31の開口部31aから装置下方に挿通して支持された中空軸状のロッドシリンダ41を備え、このロッドシリンダ41には、軸状の貫入ロッド2が挿入されて案内されている。ロッドシリンダ41は軸線方向にスライド自在に設けられており、このロッドシリンダ41の上部にはノッキングヘッド42が取り付けられている。このノッキングヘッド42は、貫入ロッド2の上端部を一体的に覆う形状を成し、後記するハンマ44により貫入ロッド2が直接打撃されるのを防止し、貫入ロッド2の破損を防止するためのものである。
また、ハンマユニット40は、前記ロッドシリンダ41を挟んで前記第2支柱32と平行に延びて立設された一対のガイドレール43,43を有する。このガイドレール43,43には、前記ノッキングヘッド42の上方に位置してハンマ44が昇降自在に案内されている。このハンマ44は、前記ガイドレール43に沿って昇降自在に設けた枠体45と、この枠体45に着脱可能に固定された第1ブロックの一例であるロアブロック46と、このロアブロック46の上方に配置された第2ブロックの一例であるアッパブロック47と、このアッパブロック47に回動自在に配置された爪48と、前記ロアブロック46の下面に固定された打撃ブロック49と、前記ロアブロック46とアッパブロック47とを連結する2つの緩衝機構50,50とを備えて成る。これらから構成されたハンマ44は質量30kgであり、前記枠体45の側面上下位置にガイドレール43を挟んで回転自在に設けたカムフォロア45a・・が転動することにより、ガイドレール43,43に沿って滑らかに昇降するように構成されている。また、前記枠体45の底部は前記打撃ブロック49が下方に突出できるように切り欠かれており、これにより、打撃時には打撃ブロック49の底面がノッキングヘッド42に衝突するようになっている。
前記緩衝機構50,50は同一構成であるため、図8および図9では、片方の緩衝機構50の断面構造のみを示している。この図8および図9に示すように、緩衝機構50,50は、ロアブロック46に上方に突出して固定された2本の案内軸51,51を備え、これら案内軸51,51には、それぞれ圧縮コイルばね52,52(以下、単にばね52という)が挿通させてある。各ばね52は、ばね押さえ53を介して案内軸51上端のねじ部に螺合されたダブルナット54によって調圧されている。つまり、各ばね52,52は、ダブルナット54の締め付け調整により、常時ある程度の力を発生するように圧縮されている。これにより、前記ロアブロック46とアッパブロック47とは、常時は、各ばね52,52によって互いに当接するよう(図9(a)参照)に付勢されている。この緩衝機構50,50により、アッパブロック47に図9上、上向きの衝撃力が作用したり、あるいはロアブロック46に下向きの衝撃力が作用したりすると、ばね52が圧縮されて(図9(b)参照)当該衝撃力が緩和されるようになっている。
前記ロアブロック46には、前記無端チェーン35に対向して規制部材55が固定されている。この規制部材55は、無端チェーン35のハンマ44側の面に接し、これがハンマ44側へぶれるのを抑える役目を果たす。また、爪48の下部は、図7および図10に示すように、無端チェーン35が入り込める幅、長さに切り欠かれており、アッパブロック47には、この爪48を無端チェーン35側に常時付勢するプランジャ56が設けられている。これにより、プランジャ56に押された爪48は、その下部が無端チェーン35を挟み、その下端が前記係止部材37の移動路を遮る位置(以下、ここを定常位置という)まで常時回動して位置決めされている。さらに、爪48の幅は、定常位置に回動している状態で前記解除部材38,38に当接できる幅に構成されている。なお、爪48の上端部は、定常位置でアッパブロック47に接しており、このため係止部材37が当接した時の力で爪48が定常位置から無端チェーン35側に回動することがない。また、爪48の下端面は、前記定常位置において水平になるように構成されているため、係止部材37が当接した時の力で爪48が定常位置からハンマ44側に回動させられることもない。
一方、前記貫入ロッド2は、下端にめねじ、上端におねじがそれぞれ形成された軸部3と、この軸部3の下端に嵌合されるコーン4とから成る。軸部3は、めねじとおねじを螺合させることで同じ構造のものを複数継ぎ足して延長することが可能であり、1本当たり直径28mm×長さ700mmで質量約3.4kgに構成される。また、前記コーン4は、外径36.6mm、内径29mmの円筒状を成し、この先端に先端角90°の円錐面を設けたものであり、円錐面を除く円筒部長さは69mmに構成されている。なお、コーン4に接続される軸部3に限っては、コーン4に嵌合する下端にめねじは形成されず、ここが半球状に構成されている。
次に本打撃貫入試験装置1の作用を述べる。
本打撃貫入試験装置1は、特開2003−213661号公報に概要が示されているオートマチックラムサウンディング試験と同様の試験方法であって、これの試験装置を小型化して行うミニラムサウンディング方法で貫入試験を行うものであり、ハンマ44でノッキングヘッド42を打撃することにより貫入ロッド2に推進力を付与し、これにより貫入ロッド2を地中に貫入するものである。そして、貫入ロッド2が地中に20cm貫入するのに要する打撃回数を計測し、これからN値を算出し、このN値から地盤の硬軟を判定するものである。N値の算定式は、
砂質地盤の場合:N=Ndm/2
粘性地盤の場合:N=(Ndm/2)−0.16Mv
N:補正された打撃回数
Ndm:測定された打撃回数
Mv:回転トルク(N・m)
である。ここで、回転トルクMv
については、貫入ロッド2が地中に20cm貫入する毎に一旦打撃を止め、手動で貫入ロッド2を回して回転し始めるトルクを測定する。
貫入試験を行うには、試験位置に本打撃貫入試験装置1を設置し、まず制御ユニット(図示せず)によりユニット昇降用モータ16を正駆動して昇降台12を上昇させ、次にハンマ操作モータ36を無端チェーン35のハンマ44側が上昇するように駆動して、係止部材37をハンマ44の爪48に当接させ、ハンマ44を爪48が解除部材38,38に接しない位置まで適度に上昇させる。続いて、スタンド18に取り付けられたガイド19の穴の中心にコーン4の中心が合うようにして貫入ロッド2を地表に立て、再度ユニット昇降用モータ16を逆駆動して昇降台12を下降させながら、ロッドシリンダ41に貫入ロッド2を挿通させる。ロッドシリンダ41に挿通した貫入ロッド2は、昇降台12が下降することにより、ノッキングヘッド42に当接し、ノッキングヘッド42とロッドシリンダ41とを一体に上方に押し上げる。このようにしてロッドシリンダ41が完全に押し上げられるまで昇降台12を下降させる(ユニット昇降用モータ16の逆駆動を続ける)。なお、ユニット昇降用モータ16は駆動停止時に駆動軸を回転不能に固定するロック機構を備えているため、昇降台12は前記下降位置で保持される。
次に、無端チェーン35のハンマ44側が下降するようにハンマ操作モータ36を駆動し、これによりハンマ44を下降させ、これを図11(a)に示すようにノッキングヘッド42に載置する。そして、制御ユニットにこの位置を試験の原点(貫入量0mm)として設定する。ここまでのユニット昇降用モータ16およびハンマ操作モータ36の正逆駆動は、制御ユニットに備えられた各モータのマニュアル駆動ボタンを作業者が操作することにより行われる。以降は、貫入ロッド2を継ぎ足す時以外、制御ユニットによる自動制御によって、各モータ16,36が駆動される。
続いて、制御ユニットに備えられた試験開始ボタンによって試験開始のスタート信号が入力されると、ユニット昇降用モータ16が逆駆動してワンウェイクラッチ15が空転する。また、パウダクラッチ14の励磁が解かれ、スプロケット13の回転負荷が解除される。これによりスプロケット13は回転自在となり、貫入ロッド2には昇降台12に装備されている打撃ユニット20等の質量による荷重がかかる。なお、ここで、パウダクラッチ14を所定のクラッチ力を発揮するように励磁して、昇降台12等の質量によってこれらが下降する方向に回転しようとするスプロケット13に常時回転負荷を与えるようにすれば、貫入ロッド2にかかる荷重を軽減することができる。例えば、昇降台12等の質量による荷重でスプロケット13が回転した時に生じる軸トルクよりも若干低く、これとは逆方向の回転負荷トルク(クラッチ力)を生じるよう、パウダクラッチ14を励磁する。これにより、貫入ロッド2には昇降台12に装備された打撃ユニット20等の質量による荷重が負荷されず、後述する貫入ロッド2の地中への打撃貫入に応じて昇降台12等を追従させるのに必要最小限の荷重(例えば、質量1Kgに相当する9.8Nの荷重)のみが負荷される。このようにすれば、試験地盤が軟弱な場合にも、打撃ユニット20等の質量による荷重で貫入ロッド2が地中に貫入してしまうのを防止することができる。
続いてハンマ操作モータ36が駆動し、無端チェーン35および係止部材37が一体に前面側(ハンマ44側)を上昇移動するよう(図6、図11および図12中の矢印Y1方向)に循環送りされる。これにより、図11(b)に示すように、係止部材37が上昇途中でハンマ44の爪48に係止する。この時、係止部材37がハンマ44の爪48に係止する時の衝撃は、ハンマ44の緩衝機構50によって吸収される。すなわち、係止部材37が爪48に係止して爪48乃至アッパブロック47に揚力が作用すると、これに応じてばね52,52が圧縮され、ロアブロック46からアッパブロック47が浮き上がり、これによって衝撃が緩和されるのである。このようにして、ハンマ44は同図(c)に示すように、無端チェーン35の循環送りに伴って上昇する。
その後、ハンマ44が上昇して爪48の斜面が解除部材38,38に当接し、なおもハンマ44が上昇すると、図12(a)に示すように、解除部材38,38に当接した爪48はハンマ44側に回動して係止部材37から外れる。この時、規制部材55は、丁度、無端チェーン35における係止部材37の取り付け位置に位置する。これにより、爪48の回動に伴って爪48と係止部材37との摩擦でハンマ44側に引っ張られる無端チェーン35および係合部材37を、循環送りの正規の移動路に止めることが可能である。この結果、無端チェーン35の伸びや損傷を防止できるとともに、係止部材37と爪48の係合を速やかに解除することが可能になる。
ハンマ44は、爪48が係止部材37から外れると自重で落下し、ノッキングヘッド42を打撃する。この打撃によって貫入ロッド2は地中に貫入する。この時、貫入ロッド2には、上述のように昇降台12や打撃ユニット20等の質量による荷重がかかっているため、昇降台12等は貫入ロッド2が貫入するのに追従して一体に下降することができる。その後、ノッキングヘッド42を打撃したハンマ44は、再び循環移動してくる係止部材37に係止して再び上昇する。
上述のようにして、無端チェーン35および係合部材37をハンマ44の昇降方向と平行に循環送りすることにより、ハンマ44によるノッキングヘッド42の打撃を繰り返し、貫入ロッド2を地中に貫入する。この貫入ロッド2の貫入量は、スプロケット13の回転角度をロータリエンコーダ17によって検出し、このロータリエンコーダ17の信号から割り出される。また打撃回数は、ハンマ44の上昇位置(例えば、解除部材38によって爪48と係止部材37との係合が解除される位置)と下降位置(例えば、ノッキングヘッド42にハンマ44が衝突する位置)とにそれぞれ設けた近接センサ(図示せず)でハンマ44を検出し、これら近接センサの信号に基づいて計数される。一例を挙げると、上昇側の近接センサが所定時間内にON/OFFし、その後所定時間内に下降側の近接センサがON/OFFすれば打撃1回とカウントする。制御ユニットは、このようにして貫入ロッド2が地中に20cm貫入する毎に、これに要した打撃回数を求め、これを内蔵のメモリ等の記憶装置に記憶する。また、貫入ロッド2が20cm貫入する毎にハンマ操作モータ36の駆動が一旦停止して打撃が止められ、制御ユニットの液晶パネル等の表示部(図示せず)により、回転トルクMvの測定を指示する表示がなされる。こうして貫入ロッド2が20cm貫入する毎に回転トルクMvが測定され、制御ユニットに入力されて記録される。なお、本試験装置1においては、20cm貫入当たりの打撃回数に加え、一打撃当たりの貫入量も算定して記憶するものである。これにより、20cm以下の幅のよりきめ細かい地盤の硬軟を判定することも可能である。
前述のように試験データを取得しながら貫入ロッド2を地中に貫入していき、昇降台12が下限位置まで下降すると、これをセンサ(図示せず)が検知し、この信号を受けてユニット昇降用モータ16およびハンマ操作モータ36の駆動が一旦停止する。ここから制御ユニットの表示部に表示される操作手順を見ながら、制御ユニットのマニュアル操作ボタンを用いて貫入ロッド2の継ぎ足し操作を行う。具体的な手順としては、まず、ハンマ操作モータ36を駆動してハンマ44を解除部材38,38に接しない適度な位置まで上昇させる。次に、ユニット昇降用モータ16を正駆動して昇降台12を所定位置まで上昇させる。次に、新しい軸部3の上端部分をロッドシリンダ41に下側から挿入し、その下端のめねじを地中に貫入している軸部3のおねじに螺合して新しい軸部3を継ぎ足す。次に、ユニット昇降用モータ16を逆駆動し、ロッドシリンダ41が貫入ロッド2によって完全に押し上げられるまで昇降台12を下降させる。次に、ハンマ操作モータ36を駆動してハンマ44を下降させ、これをノッキングヘッド42に載置する。この状態から再度試験を再開する。このようにして軸部3を延長しながら、所望の深度まで貫入ロッド2を貫入して試験データを得る。そして、得られた試験データからN値を算出し、このN値から試験を行った位置の地盤の硬軟を判定する。
以上の実施形態では、無端チェーン35上に係止部材37を一箇所だけ設けた例を紹介したが、複数個の係止部材37を無端チェーン35上の複数箇所に所定の間隔をおいて配置してもよい。こうすることにより、ハンマ操作モータ36の回転速度を上げずとも、ハンマ44による打撃サイクルを短くし、試験に要する時間を短縮することが可能になる。
本発明に係る打撃貫入試験装置の要部拡大分解斜視図。 本発明に係る打撃貫入試験装置の正面側斜視図。 本発明に係る打撃貫入試験装置の背面側斜視図。 本発明に係る打撃貫入試験装置の側面図。 図4のA−A線に係る要部拡大一部切欠断面図。 エレベータユニットの要部拡大一部切欠断面図。 ハンマの要部拡大斜視図。 ハンマの要部拡大一部切欠断面斜視図。 ハンマの要部拡大断面図。 ハンマをエレベータユニット側から見た説明図。 ハンマ付近の動作説明図。 ハンマ付近の動作説明図。
符号の説明
1 打撃貫入試験装置
2 貫入ロッド
10 ベースユニット
11 第1支柱
11a チェーン部材
12 昇降台
16 ユニット昇降用モータ
20 打撃ユニット
30 エレベータユニット
35 無端チェーン(無端循環移動部材)
36 ハンマ操作モータ
37 係止部材
38 解除部材
40 ハンマユニット
41 ロッドシリンダ
42 ノッキングヘッド
43 ガイドレール(ガイド)
44 ハンマ
46 ロアブロック(第1ブロック)
47 アッパブロック(第2ブロック)
48 爪
49 打撃ブロック
50 緩衝機構
51 案内軸
52 圧縮コイルばね
53 ばね押さえ
54 ダブルナット
55 規制部材
56 プランジャ

Claims (4)

  1. 立設されたガイドに昇降可能に案内された所定重量のハンマと、このハンマによる打撃を受けて地中に貫入する貫入ロッドと、前記ハンマの昇降方向と平行に移動可能な係止部材と、前記ハンマに回動可能かつ一端を前記係止部材の上昇移動路上に常時突出するように付勢して設けられ上昇する係止部材に係止可能な爪と、前記爪の上昇移動路上に設けられ前記爪を回動させて係止部材との係合を解く解除部材とを備えた打撃貫入試験装置であって、
    前記ハンマは、第1ブロックと、この第1ブロックと緩衝機構を介して連結された第2ブロックとを有し、前記第1ブロック又は第2ブロックに前記爪を回動可能に支持して成ることを特徴とする打撃貫入試験装置。
  2. 係止部材は、ハンマの昇降方向と平行に循環送りされる無端循環移動部材に連結されていることを特徴とする請求項1に記載の打撃貫入試験装置。
  3. 爪が解除部材によって回動する位置で無端循環移動部材または係止部材のハンマ側への移動を規制する規制部材をハンマに設けたことを特徴とする請求項2に記載の打撃貫入試験装置。
  4. 係止部材は、無端循環移動部材に複数配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項の何れかに記載の打撃貫入試験装置。
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