JP5499069B2

JP5499069B2 - 法面締固め装置

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Publication number: JP5499069B2
Application number: JP2012080843A
Authority: JP
Inventors: 充谷山; 成郎津名; 泰三小林
Original assignee: 株式会社淺川組
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013209843A

Description

本発明は、バックホウ等の自走する掘削機械のアーム先端に装備され、かつ道路建設や造成工事などにおいて盛土された法面に振動による打撃を加えて締固める振動板を備えた法面締固め装置に関するものである。

一般に、盛土された平坦な地盤つまり平坦面を締固める際には、振動ローラなどが用いられる。この振動ローラによる平坦面での締固めの品質管理には、振動ローラが与える振動を加速度計で計測し、その周波数分析により得られる地盤応答値からの周波数変化を利用した手法が適用されている。この手法は、平坦面の締固めが進行して地盤が固くなるのに伴い、ローラの振動スペクトルに高周波成分が出現することに着目するものである。そして、ローラの振動スペクトルの周波数分析をリアルタイムで行い、その周波数特性を定量化した指標、例えばＣＭＶ、ひずみ率、乱れ率などに基づいて、締固め具合を評価している。この場合、ＣＭＶは振動ローラの基本振動数成分に対する１次高調波成分の割合を、ひずみ率及び乱れ率は高調波成分として２次以上も加え、締固めの進行とともに発生してくる１／２分数調波も加えて評価している。

一方、盛土された法面では、斜面であるが故に振動ローラによる締固めが行えないため、特許文献１に示すような法面締固め装置が従来より用いられている。この法面締固め装置は、無限軌道によって自走するパワーショベル型の掘削機械であるバックホウなどのアームの先端に設けられている。そして、法面締固め装置による法面の締固めは、アームの先端に設けた振動発生装置からの振動を振動板に伝達し、この振動板の振動による打撃を法面に連続的に加えることによって行われる。

特開平７−１６６５６９号公報

ところで、振動板により法面を締固める際には、その締固め具合の評価が行われていないのが現状であり、かかる点から、経験の長い熟練の作業者に作業が委ねられている。そのため、経験の浅い作業者が法面の締固めを行うと、法面の全領域を均一に締固めるのが難しく、法面にむらが生じたり、法面を過度に締固め過ぎて時間を要したりするおそれがある。しかも、地盤の土質によっても法面の締固めには技量を要し、法面のむらや締固めの過不足に注意を要する。

そこで、平坦面での締固め具合を評価する手法を法面の締固めにも応用することが考えられる。つまり、振動板の振動による打撃時に作用する法面からの応答を計測することで、法面の締固め具合を評価することが考えられる。

しかし、振動板による打撃では、その打撃運動自体が片振り方式である上、打撃インパクトが強すぎるため、地盤側からの応答を殆ど計測することができず、これでは、地盤側からの応答を利用した法面の締固め具合を評価できない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動板の打撃による地盤からの応答に基づいて法面の締固め具合を評価可能とし、経験の浅い作業者であっても、法面の全領域を均一に締固めることができ、地盤の土質に左右されることなく法面のむらや締固め不足、並びに過度の締固め過ぎによる時間の浪費を確実に防止することができる法面締固め装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、自走する掘削機械のアームの先端に装着され、法面に振動発生装置からの振動による打撃を加えて締固める振動板を備えた法面締固め装置を前提とする。そして、前記振動板に設けられた弾性変形自在な弾性部材と、前記弾性部材の弾性力により前記振動板に開口する開口孔を介して貫入された先端が外方へ突出するように付勢され、前記開口孔を介して内外方向へ進退自在な貫入体と、前記振動板の振動による打撃毎に前記貫入体を介して作用する法面からの反力により弾性変形する前記弾性部材の弾性変形度合いをリアルタイムに連続して計測する計測手段と、を備えることを特徴としている。

また、前記計測手段からの計測値を入力し、この計測値が既定値に到達したときに法面の締固めが完了したと判定する判定手段を備えていてもよい。

また、前記判定手段に、前記振動板の振動による打撃により前記貫入体が内外方向に進退移動する際の進退移動平均値に基づいて前記弾性部材の弾性変形度合いの計測値を補正する補正手段を設けていてもよい。

また、前記振動板の振動による打撃時に作用する前記アームからの軸力を検出する軸力検出手段を備える。そして、前記軸力検出手段の検出値が適正値となるように前記アームからの軸力を調整していてもよい。

また、前記振動板の大きさに応じて複数の領域に分割された法面の各領域の位置を衛星からの電波に基づいて測定するグローバルポジショニングシステムのためのＧＰＳ受信機を備える。そして、前記判定手段により法面の締固めが完了したと判定されたときに、前記ＧＰＳ受信機によって受信される信号に基づいて、前記各領域の中から前記振動板による締固めが未だ行われていない未締固め領域に前記振動板を順次移動させて当該振動板による締固めを行うようにしてもよい。

また、前記掘削機械のアームの先端に、前記振動板を脱着可能に装着する装着部を設けていてもよい。

更に、前記弾性部材として、前記振動板に基端が片持ち支持されかつ先端側に前記貫入体が設けられた板ばねを適用していてもよい。

これに対し、前記弾性部材として、前記振動板と前記貫入体との間に縮装されたコイルスプリングを適用していてもよい。

以上、要するに、振動板に弾性部材を介して設けた貫入体を、振動板の開口孔を介して先端が外方へ突出するように貫入し、振動板による打撃毎に貫入体を介して作用する法面からの反力により弾性変形する弾性部材の弾性変形度合いを計測手段により連続的に計測している。つまり、「地盤の硬度」が「締固め具合」に関連していることに着目し、貫入体を地盤に貫入させた際の反力に応じて変形する弾性部材の変形量を計測することにより、「地盤の硬度」、延いては「締固め具合」を評価する。
これにより、弾性部材の弾性変形度合いに基づいて振動板による法面の締固め度合いが分かり、経験の浅い作業者であっても、法面の全領域を均一に締固めることができ、法面のむらや締固め不足、並びに過度の締固め過ぎによる時間の浪費を確実に防止することができる。

また、計測手段からの連続的な計測値が既定値に到達したときに判定手段によって振動板による法面の締固めが完了したと判定することで、法面の過度の締固めが確実に防止される上、法面の締固め不足も確実に防止される。これにより、法面の全領域をより均一に締固めることができる上、法面のむらをなくして作業時間の短縮化を図ることもできる。

また、振動板の振動による打撃によって貫入体が内外方向に進退移動する際の進退移動平均値に基づいて弾性部材の弾性変形度合いの計測値を補正手段により補正することで、計測手段の計測時に外乱となる振動板の打撃によるノイズが効率よく除去され、弾性部材の弾性変形度合いの計測値が正確な値として得られ、判定手段による法面の締固めの完了判定をより正確に行うことができる。

また、振動板の振動による打撃時に作用するアームからの軸力が適正値となるように調整することで、軸力検出手段の検出値に基づいて最適な載荷力を作用させ、法面の締固めを効率よく行うことができる。

また、判定手段により法面の締固めが完了したと判定されたときに、ＧＰＳ受信機によって受信される信号に基づいて、各領域の中から未締固め領域に振動板を移動させて当該振動板による締固めを行うことで、法面の各領域をもれなく円滑に締固めることができる。

また、掘削機械のアームの先端に振動板を脱着可能に装着する装着部を設けることで、掘削機械のアームに対する振動板の脱着を円滑に行うことができる。

更に、弾性部材として、振動板に基端が片持ち支持されかつ先端側に貫入体が設けられた板ばねを適用することで、基端を片持ち支持した板ばねの先端側に貫入体を設けるだけの簡単な構造で弾性部材を構成することができる。

これに対し、弾性部材として、振動板と貫入体との間に縮装されたコイルスプリングを適用することで、振動板と貫入体との間にコイルスプリングを縮装するだけの簡単な構造で弾性部材を構成することができる上、弾性部材の弾性力を簡単に調整することもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る法面締固め装置を備えたバックホウの概略説明図である。図１の法面締固め装置の振動板をアーム先端側の振動付与軸に取り付けた状態で上方から見た平面図である。図２の振動板の一部切り欠き側面図である。図２の振動板をアーム先端側の振動付与軸から取り外した状態での平面図である。図２の振動板をアーム先端側の振動付与軸に取り付けるためのブラケットの側面図である。貫入体の浮き上がり量と沈下量との関係を示す説明図であって、（ａ）は法面の締固め作業前の状態、（ｂ）は法面の締固め作業の初期状態、（ｃ）は法面の締固め作業の完了状態をそれぞれ示している。打撃による締固め開始後１０秒間での板ばねの弾性変形度合いを測定する際に貫入体の進退移動量からノイズを除去する手法を説明する説明図であり、（ａ）は打撃による貫入体の時間単位毎の内外方向への進退量の特性を連続的に示す説明図、（ｂ）は貫入体の時間単位毎の前後１０個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図、（ｃ）は貫入体の時間単位毎の前後５０個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図、（ｄ）は貫入体の時間単位毎の前後１００個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図をそれぞれ示している。複数の領域に分割された法面を示す説明図である。法面の各領域での締固め作業の経過状態を表示するディスプレイ装置の説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る法面締固め装置の振動板を振動付与軸に取り付けた状態で上方から見た平面図である。図１０の振動板の一部切り欠き側面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付した図面により詳細に説明する。

先ず、図１は本発明の第１の実施の形態に係る法面締固め装置を備えたバックホウの概略説明図、図２は法面締固め装置の振動板をアーム先端側の振動付与軸に取り付けた状態で上方から見た平面図、図３は振動板の一部切り欠き側面図、図４は振動板をアーム先端側の振動付与軸から取り外した状態での平面図、図５は振動板をアーム先端側の振動付与軸に取り付けるためのブラケットの側面図をそれぞれ示している。

図１において符号１で示す掘削機械としてのバックホウは、一対のクローラ１１を有する下部走行体１２と、この下部走行体１２の上部に旋回可能に設けられ、作業者が乗り込み可能な上部旋回体１３とを備えている。上部旋回体１３の後側には、図示しない油圧ポンプ及びこの油圧ポンプを駆動するエンジンが配置されている。

バックホウ１は、上部旋回体１３に回転可能に軸支されると共にブームシリンダ１４により傾動されるブーム１５と、このブーム１５の先端に回転可能に軸支され、アームシリンダ１６により揺動されるアーム１７と、このアーム１７の先端に回転自在に軸支され、揺動シリンダ１８により揺動される取付具１９とを備えている。そして、取付具１９には、法面締固め装置２が設けられている。法面締固め装置２は、振動を発生する油圧式の振動発生装置２０と、この振動発生装置２０より先端が突出し、当該振動発生装置２０からの振動を付与する振動付与軸２１と、この振動付与軸２１の先端に脱着自在に取り付けられ、法面Ｎの地盤に振動による打撃を加える振動板２２とを備え、法面Ｎの地盤に振動発生装置２０からの振動による打撃を連続的に加えて締固めるようにしている。

振動発生装置２０の一例としては、油圧シリンダによって棒状ノッカーを周期的に進退させるもの、すなわち振動付与軸２１を棒状ノッカーで高速打撃するものがあげられる。なお、油圧シリンダに代えて空気圧シリンダを用いた空気圧式の振動発生装置や、電気的に振動するバイブレータ式の振動発生装置であってもよい。

振動板２２は、図２〜図４に示すように、平面視でほぼ正方形状を呈する本体プレート２２０と、この本体プレート２２０の周縁に連設され、その周縁よりそれぞれ斜め上方外向きに延びる４本の延設片２２１，２２１，…とを備えている。各延設片２２１のうち、互いに相隣なる延設片２２１，２２１は、本体プレート２２０の四隅において周端同士が接合されている。本体プレート２２０の上面には、それぞれの四隅より中心に向かって対角線上を延びる４本の縦リブ２２２，２２２，…が立設されている。各縦リブ２２２は、外方端が延設片２２１と略一致する高さに設定されている一方、内方端が中心に向かうに従い高くなるように設定されている。また、各縦リブ２２２の内方端には、３つのボルト孔（図示せず）が上下方向に連設されている。そして、振動板２２（本体プレート２２０、各延設片２２１及び各縦リブ２２２）は、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）により成形されている。この場合、互いに同じ対角線上を延びる２つの縦リブ２２２，２２２のうちの一方の縦リブ２２２の一側縦面と他方の縦リブ２２２の他側縦面とは、当該同じ対角線上に位置している。

アーム１７の先端となる振動付与軸２１の先端には、図５にも示すように、振動板２２を脱着可能に装着する装着部２１０が設けられている。この装着部２１０は、振動付与軸２１の外周面に突設された４つの突設片２１１，２１１，…を備えている。各突設片２１１は、振動付与軸２１の周方向９０°おきに等間隔で設けられ、それぞれ放射状に延びている。各突設片２１１には、各縦リブ２２２の内方端の各ボルト孔に対応する３つのボルト孔２１５，２１５，…が上下方向に連設されている。そして、装着部２１０は、各突設片２１１の３つのボルト孔と各縦リブ２２２内方端の各ボルト孔とを一致させた状態で挿通されるボルト２１２とナット２１３との螺着によって、振動板２２を振動付与軸２１の先端に脱着可能に装着させている。この場合、各突設片２１１のうちの本体プレート２２０の同じ対角線上を延びる２つの突設片２１１は、互いに同じ対角線上を延びる２つの縦リブ２２２，２２２のうちの一方の縦リブ２２２の一側縦面又は他方の縦リブ２２２の他側縦面に密接させた状態で、ボルト２１２とナット２１３とにより螺着される。

また、法面締固め装置２は、振動板２２の内面（図３では上面）に取り付けられた弾性変形可能な弾性部材としての略長方形状の一枚の板ばね２３と、この板ばね２３に取り付けられた略紡錘形状の貫入体２４と、振動板２２の打撃によって貫入体２４が浮き上がった際の板ばね２３の弾性変形度合いを計測する計測手段としての第１ひずみゲージ２５とを備えている。

板ばね２３は、ばね用冷間圧延鋼帯よりなり、振動板２２の周縁側に基端がボルト２２６止めされて先端側が振動板２２の中心に向かって延びている。また、貫入体２４は、板ばね２３の下面の先端側にボルト２２４止めされている。貫入体２４は、振動板２２の本体プレート２２０に開口する開口孔２２５を介して先端が下方（外方）へ突出している。この場合、貫入体２４は、板ばね２３が弾性力により振動板２２の本体プレート２２０に沿って倒伏した状態で開口孔２２５を介して先端が最も下方に位置している。

図６は貫入体２４の浮き上がり量ｄと沈下量Ｓとの関係を示す説明図であって、（ａ）は法面Ｎの締固め作業前の状態、（ｂ）は法面Ｎの締固め作業の初期状態、（ｃ）は法面Ｎの締固め作業の完了状態をそれぞれ示している。

図６の（ａ）〜（ｃ）において、貫入体２４の最大許容沈下高さをＴとすると、
Ｔ＝Ｓ＋ｄとなり、Ｓ＝Ｔ−ｄの関係が成立する。よって、最大許容沈下高さＴと貫入体２４の浮き上がり量ｄが分かれば、貫入体２４の沈下量Ｓが自ずと判明する。

第１ひずみゲージ２５は、板ばね２３の上面の基端側となるボルト２２６付近に貼着され、振動板２２の打撃により板ばね２３が最も弾性変形し易い部位でのひずみ量（曲げ）を計測、つまり貫入体２４の浮き上がりによる板ばね２３の弾性変形度合い（浮き上がり量）を計測している。

また、法面締固め装置２は、振動板２２による法面Ｎの締固めを判定する判定手段２６を備えている。この判定手段２６は、第１ひずみゲージ２５からの計測値を入力し、この計測値が規定値に到達したときに法面Ｎの締固めが完了したことを判定している。この規定値とは、法面Ｎの締固めが十分に行えた際に得られる計測値に相当するものであり、法面Ｎの締固めを行うに先立ちその付近において地盤の締固めが十分に行えた際に第１ひずみゲージ２５により計測された計測値が適用される。そして、判定手段２６は、上部旋回体１３の作業者が乗り込むためのキャビン１３０に設けられている。このキャビン１３０には、ディスプレイ装置１３１が設置され、このディスプレイ装置１３１に判定手段２６が接続されている。

振動付与軸２１の中途部には、振動板２２の振動による打撃時に作用するアーム１７からの軸力を検出する軸力検出手段としての第２ひずみゲージ２７が取り付けられている。また、アーム１７先端の取付具１９には、法面Ｎの傾斜角度を撮像するカメラ２８が取り付けられている。そして、第１及び第２ひずみゲージ２５，２７及びカメラ２８は、取付具１９に設けられたデータ送信装置２９に接続され、第１及び第２ひずみゲージ２５，２７からの計測値並びにカメラ２８からの法面Ｎの傾斜角度の撮像データが無線で送信されるようになっている。このとき、カメラ２８からの法面Ｎの傾斜角度の撮像データに基づいて、振動板２２の本体プレート２２０が法面Ｎに対して平行となるように揺動シリンダ１８により取付具１９を揺動させている。

キャビン１３０の天面には、データ送信装置２９から送信されたデータを受信するデータ受信装置３０が設けられている。このデータ受信装置３０は、判定手段２６に接続され、第１及び第２ひずみゲージ２５，２７からの計測値並びにカメラ２８からの法面Ｎの傾斜角度の撮像データが判定手段２６に入力される。なお、データ送信装置２９及びデータ受信装置３０は必須の構成要件ではなく、第１及び第２ひずみゲージ２５，２７からの計測値並びにカメラ２８からの法面Ｎの傾斜角度の撮像データが有線で判定手段２６に入力されていてもよい。

また、判定手段２６は、第１ひずみゲージ２５からの計測値に基づいた板ばね２３の弾性変形度合いを補正する補正手段３１を備えている。この補正手段３１は、振動板２２の振動による打撃により貫入体２４が上下方向（内外方向）に進退移動する際の進退移動平均値に基づいて板ばね２３の弾性変形度合いを補正している。

具体的には、図７の打撃による締固め開始後１０秒間での板ばね２３の弾性変形度合いを測定する際に貫入体２４の進退移動量（ひずみ量）からノイズを除去する手法を説明する説明図を用いて説明する。この図７において、（ａ）は打撃による貫入体２４の時間単位毎の内外方向への進退量の特性を連続的に示す説明図、（ｂ）は貫入体２４の時間単位毎の前後１０個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図、（ｃ）は貫入体２４の時間単位毎の前後５０個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図、（ｄ）は貫入体２４の時間単位毎の前後１００個の内外方向への進退平均値の特性を連続的に示す説明図をそれぞれ示している。

本実施の形態において、振動付与軸２１に作用する軸力の振動と板ばね２３の振動とは周波数が約１３Ｈｚで一致しており、第１ひずみゲージ２５によるサンプリングレートは０．５ｍｓ（２０００個／秒）である。図７の（ａ）に示すように、生データでは、板ばね２３の振幅が大き過ぎるために法面Ｎの締固め具合を評価できない。また、図７の（ｂ）に示すように、±１０個の移動平均値では、１０／２０００＝０．００５秒間での板ばね２３の移動平均値を示している。また、図７の（ｃ）に示すように、±５０個の移動平均値では、５０／２０００＝０．０２５秒間での板ばね２３の移動平均値を示している。図７の（ｄ）に示すように、±１００個の移動平均値では、１００／２０００＝０．０５秒間での板ばね２３の移動平均値を示している。この図７の（ｄ）に示すように、０．０５秒間での板ばね２３の移動平均値では、板ばね２３の振幅が外乱を抑えた最適なものとなる。このことから、振動板２２の振動による打撃により貫入体２４が上下方向に進退移動する際の時間毎の進退移動平均値としては、補正手段３１により補正された０．０５秒間での板ばね２３の移動平均値を適用し、本実施の形態の補正手段３１では、これに基づいて板ばね２３の弾性変形度合いを補正するものとする。なお、補正手段３１による板ばね２３の移動平均値を適用した弾性変形度合いの補正はあくまでも一例であり、地盤の硬度に応じた最適な弾性係数の板ばねを用いて当該板ばねの共振を押さえた上で、板ばねの移動平均値を適用した弾性変形度合いを補正するようにしてもよい。

図８は複数の領域に分割された法面Ｎを示す説明図、図９は法面Ｎの各領域での締固め作業の経過状態を表示するディスプレイ装置１３１の説明図をそれぞれ示している。

図８に示すように、法面Ｎは、振動板２２の本体プレート２２０の大きさに応じて複数の領域（図８では１２の領域のみ示す）に分割されている。そして、図９に示すように、ディスプレイ装置１３１には、法面Ｎの１２の各領域での締固め作業の経過状態を表示している。

また、法面締固め装置２は、振動板２２の本体プレート２２０の大きさに応じて複数の領域に分割された法面Ｎの各領域の位置を衛星からの電波に基づいて測定するグローバルポジショニングシステムのためのＲＴＫ−ＧＰＳ受信機（図示せず）と、バックホウ１の位置及び向き（上部旋回体１３の向き）を検知するＧＰＳ方位計（図示せず）とを備えている。なお、ＧＰＳ方位計に替えてジャイロコンパスを備えていてもよい。

キャビン１３０には、判定手段２６及びディスプレイ装置１３１に接続された制御装置（図示せず）が設置されている。制御装置は、判定手段２６により法面Ｎの締固めが完了したと判定されたときに、ＧＰＳ受信機によって受信される信号に基づいて、各領域の中から振動板による締固めが未だ行われていない未締固め領域をディスプレイ装置１３１上において表示させる。そして、作業者は、振動板２２を未締固め領域に順次移動させて当該振動板２２による締固めが行われるようにしている。

また、判定手段２６は、第２ひずみゲージ２７の計測値（アーム１７からの軸力）が入力されると、取付具１９を揺動させる揺動シリンダ１８の伸縮動作を制御して、振動板２２の振動による打撃時に適正値となるようにアーム１７の載荷力（軸力）を調整している。

したがって、本実施の形態では、振動板２２に板ばね２３を介して設けた貫入体２４を、振動板２２の開口孔２２５を介して先端が外方へ突出するように貫入し、振動板２２による打撃毎に貫入体２４を介して作用する法面Ｎからの反力により弾性変形する板ばね２３の弾性変形度合いを第１ひずみゲージ２５により連続的に計測することで、振動板２２の打撃により法面Ｎの硬度増加に応じた板ばね２３の弾性変形度合いの計測値に基づいて、法面Ｎの締固め具合が評価されることになる。具体的には、補正手段３１により補正された０．０５秒間での板ばね２３の移動平均値に基づいて、法面Ｎの締固め具合を評価している。そして、補正手段３１により補正された０．０５秒間での板ばね２３の移動平均値が既定値に到達したときに判定手段２６によって振動板２２による法面Ｎの締固めが完了したと判定される。このため、第１ひずみゲージ２５の計測時に外乱となる振動板２２の打撃によるノイズが効率よく除去され、板ばね２３の弾性変形度合いの計測値が正確な値として得られ、判定手段２６による法面Ｎの締固めの完了判定が正確に行えることになる。これにより、経験の浅い作業者であっても、法面Ｎの全領域が均一に締固められ、法面Ｎの過度の締固めが確実に防止される上、法面Ｎの締固め不足も確実に防止される。よって、法面Ｎの全領域をより均一に締固めることができる上、法面Ｎのむらをなくして作業時間の短縮化を図ることもできる。

また、振動板２２の振動による打撃時に作用するアーム１７からの軸力を検出する第２ひずみゲージ２７の計測値に基づいて揺動シリンダ１８の伸縮動作が判定手段２６により制御されて、振動板２２の振動による打撃時に第２ひずみゲージ２７の計測値が適正値となるようにアーム１７からの軸力が調整されるので、第２ひずみゲージ２７の計測値に基づいて最適な載荷力をアーム１７に作用させ、法面Ｎの締固めを効率よく行うことができる。

また、判定手段２６により法面Ｎの締固めが完了したと判定されたときに、ＧＰＳ受信機によって受信される信号に基づいて、各領域の中から未締固め領域に振動板２２を移動させて当該振動板２２による締固めが行われるようにしているので、法面Ｎの各領域をもれなく円滑に締固めることができる。

また、振動付与軸２１の先端には装着部２１０が設けられ、その各突設片２１１の各ボルト孔２１５と振動板２２の各縦リブ２２２の各ボルト孔とを一致させた状態で挿通されるボルト２１２とナット２１３との螺着によって、振動板２２を振動付与軸２１の先端に脱着可能に装着させているので、バックホウ１のアーム１７つまり振動付与軸２１の先端に対する振動板２２の脱着を円滑に行うことができる。

更に、振動板２２に基端が片持ち支持されかつ先端側に貫入体２４が設けられた板ばね２３を弾性部材として適用することで、基端を片持ち支持した板ばね２３の先端側に貫入体２４を設けるだけの簡単な構造で弾性部材を構成することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。

この実施の形態では、板ばねに代えてコイルスプリングを弾性部材として適用している。図１０は本発明の第２の実施の形態に係る法面締固め装置の振動板２２を振動付与軸２１に取り付けた状態で上方から見た平面図、図１１は振動板の一部切り欠き側面図をそれぞれ示している。なお、コイルスプリングを除くその他の構成は前記第１の実施の形態と同じであり、同一部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、図１０及び図１１に示すように、振動板２２の内面（図１０では上面）には、貫入体２４が下面の中心位置に取り付けられた略円板状の取付板４２が載置されている。この取付板４２は、その上面の中心位置より上方へ突設された支柱ボルト４１を備えている。また、取付板４２の上面の周縁部側に対応する振動板２２の対応位置には、取付板４２の上面の周縁部側における周方向所定間隔おきに本体プレート２２０の上面より８本のボルト材４２１が立設されている。そして、取付板４２の周縁部側には、各ボルト材４２１を挿通させる挿通孔（図示せず）が設けられ、それぞれ挿通孔を介して各ボルト材４２１を上方へ延ばしている。この各ボルト材４２１には、弾性部材としての８本のコイルスプリング４３がそれぞれ挿通されている。

取付板４２の上方には、これとほぼ同一形状の円板４４が対峙しており、この円板４４にもその周縁部側において開口するボルト挿通孔（図示せず）が周方向所定間隔おきにもうけられている。また、円板４４の中心位置には、支柱ボルト４１を挿通させる挿通孔（図示せず）が設けられている。そして、円板４４は、各コイルスプリング４３の上方から各ボルト材４２１及び支柱ボルト４１をそれぞれ挿通孔を介して挿通させ、ナット材４１１，４２２を各ボルト材４２１及び支柱ボルト４１の先端（上端）に螺着することで、振動板２２と貫入体２４との間に各コイルスプリング４３を縮装させるようにしている。

また、計測手段としては、加速度センサ４５が用いられ、この加速度センサ４５は、取付板４２の上面に取り付けられている。そして、加速度センサ４５は、振動板２２の打撃により貫入体２４が各コイルスプリング４３の付勢力に抗して進退移動する際、この進退移動に伴い上下動する取付板４２の加速度を測定している。そして、加速度センサ４５により計測した加速度データを時間で２階積分して取付板４２（貫入体２４）の上下変位量を算出し、これを板ばね２３と同様に移動平均処理することで、振動板２２の打撃時に取付板４２の外乱が除去された進退移動量、つまり各コイルスプリング４３の弾性変形度合い（浮き上がり量）による取付板４２の浮き上がり量が算出される。なお、取付板４２（貫入体２４）の浮き上がり量が、接触式又は非接触式の変位計により計測されるようにしてもよい。

したがって、本実施の形態においても、振動板２２による打撃毎に貫入体２４を介して作用する法面Ｎからの反力により弾性変形する各コイルスプリング４３の弾性変形度合いによる取付板４２の浮き上がり量が、加速度センサ４５より計測した加速度データを時間で２階積分して算出される取付板４２の上下変位量に基づいて得られ、これによって、振動板２２の打撃による法面Ｎの硬度増加に応じた締固め具合が評価されることになる。具体的には、補正手段３１により補正された０．０５秒間での取付板４２の移動平均値に基づいて、法面Ｎの締固め具合を評価している。そして、補正手段３１により補正された０．０５秒間での取付板４２の移動平均値が既定値に到達したときに判定手段２６によって振動板２２による法面Ｎの締固めが完了したと判定される。このため、加速度センサ４５の計測時に外乱となる振動板２２の打撃によるノイズが効率よく除去され、取付板４２の浮き上がり量の計測値が正確な値として得られ、判定手段２６による法面Ｎの締固めの完了判定が正確に行えることになる。

また、振動板２２と貫入体２４との間に縮装された各コイルスプリング４３を弾性部材として適用することで、振動板２２と貫入体２４との間に各コイルスプリング４３を縮装するだけの簡単な構造で弾性部材を構成することができる上、各ボルト材４２１及び支柱ボルト４１の先端に螺着したナット材４１１，４２２を緩締するだけでコイルスプリング４３の弾性力を簡単に調整することもできる。

なお、本発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、前記第１の実施の形態では、振動板２２の内面に取り付けた一枚の板ばね２３の先端に貫入体２４を取り付けたが、法面の地盤の堅さに応じて複数枚の板ばねを重ねて用いてもよい。

また、前記各実施の形態では、ＧＰＳ受信機に受信した信号に基づいて各領域の中から未締固め領域をディスプレイ装置１３１上に表示させ、作業者が振動板２２を未締固め領域に順次移動させて当該振動板２２による締固めを行うようにしたが、上部旋回体の回転角度、ブームの傾動角度、アームの揺動角度、及び取付具の揺動角度などを検出する検出センサからの信号に基づいて、上部旋回体、ブーム、アーム及び取付具の動きを制御する制御手段を設けて、ＧＰＳ受信機に受信した信号に基づいて各領域の中から未締固め領域に自動的に振動板を移動させるようにしてもよい。

更に、前記各実施の形態では、バックホウ１に法面締固め装置２を用いた場合について述べたが、これに限らず、パワーショベルやトラクタなどの建設用の掘削機械に用いられていてもよい。

１バックホウ（掘削機械）
２法面締固め装置
２０振動発生装置
２１振動付与軸（アーム）
２１０装着部
２２振動板
２２５開口孔
２３板ばね（弾性部材）
２４貫入体
２５第１ひずみゲージ（計測手段）
２６判定手段
２７第２ひずみゲージ（軸力検出手段）
３１補正手段
４３コイルスプリング（弾性部材）
４５加速度センサ（計測手段）
Ｎ法面

Claims

自走する掘削機械のアームの先端に装着され、法面に振動発生装置からの振動による打撃を加えて締固める振動板を備えた法面締固め装置において、
前記振動板に設けられた弾性変形自在な弾性部材と、
前記弾性部材の弾性力により前記振動板に開口する開口孔を介して貫入された先端が外方へ突出するように付勢され、前記開口孔を介して内外方向へ進退自在な貫入体と、
前記振動板の振動による打撃毎に前記貫入体を介して作用する法面からの反力により弾性変形する前記弾性部材の弾性変形度合いをリアルタイムに連続して計測する計測手段と、
を備えていることを特徴とする法面締固め装置。
前記計測手段からの計測値を入力し、この計測値が既定値に到達したときに法面の締固めが完了したと判定する判定手段を備えている請求項１に記載の法面締固め装置。
前記判定手段は、前記振動板の振動による打撃により前記貫入体が内外方向に進退移動する際の進退移動平均値に基づいて前記弾性部材の弾性変形度合いを補正する補正手段を備えている請求項２に記載の法面締固め装置。
前記振動板の振動による打撃時に作用する前記アームからの軸力を検出する軸力検出手段を備え、前記軸力検出手段の検出値が適正値となるように前記アームからの軸力が調整されている請求項２又は請求項３に記載の法面締固め装置。
前記振動板の大きさに応じて複数の領域に分割された法面の各領域の位置を衛星からの電波に基づいて測定するグローバルポジショニングシステムのためのＧＰＳ受信機を備え、
前記判定手段により法面の締固めが完了したと判定されたときに、前記ＧＰＳ受信機によって受信される信号に基づいて、前記各領域の中から前記振動板による締固めが未だ行われていない未締固め領域に前記振動板を順次移動させて当該振動板による締固めが行われるようにしている請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の法面締固め装置。
前記掘削機械のアームの先端には、前記振動板を脱着可能に装着する装着部が設けられている請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の法面締固め装置。
前記弾性部材としては、前記振動板に基端が片持ち支持されかつ先端側に前記貫入体が設けられた板ばねが適用されている請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載の法面締固め装置。
前記弾性部材としては、前記振動板と前記貫入体との間に縮装されたコイルスプリングが適用されている請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載の法面締固め装置。