JP2011174340A - Automatic penetration test machine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic penetration test machine which measures a load actually applied on a penetration rod, and performs correction for the application of a desired load by feeding back the measured load. <P>SOLUTION: The automatic penetration test machine 1 includes: an elevating base 3 capable of ascending and descending along an erected support; a chuck 5 which is provided on the elevating base 3 and can hold the penetration rod 4 penetrating the ground accompanied by the descending of the elevating base 3; a load detecting means 26 which can detect the load applied on the penetration rod; a drive means 8 for ascending/descending which is provided for the operation of ascending/descending the elevating base, and can change the load applied on the penetration rod 4 to a predetermined load by adjusting output torque; and a control unit 10 which compares a value detected by the load detecting means 26 with a target value of a load applied on the penetration rod 4, and controls the drive of the driving means 8 so that the load actually applied on the penetration rod 4 can reach a target value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、地盤の事前調査として地盤の硬軟を判定するのに利用する自動貫入試験機に関する。   The present invention relates to an automatic penetration testing machine used for determining the hardness of a ground as a preliminary survey of the ground.

従来から、地盤の硬軟を判定する試験の一例として非特許文献１に示すスウェーデン式サウンディング試験方法が知られている。この試験方法では、先端にスクリューポイントを備える貫入ロッドを地面に垂直に突き立て、この状態で貫入ロッドの後端に錘を載せる。そして、最大１ＫＮまで６段階で荷重を加えて荷重のみで所謂自沈貫入を行う荷重段階と、最大荷重１ＫＮにおいてもロッドが貫入しない場合に、その荷重下でロッドないしスクリューポイントを回転させて所謂回転貫入を行う回転段階との２段階で構成される。   Conventionally, a Swedish sounding test method shown in Non-Patent Document 1 is known as an example of a test for determining hardness of a ground. In this test method, a penetrating rod having a screw point at the tip is vertically projected from the ground, and a weight is placed on the rear end of the penetrating rod in this state. Then, when the load is applied in six stages up to 1KN and the self-sinking is performed only by the load, and the rod does not penetrate even at the maximum load of 1KN, the rod or screw point is rotated under the load so-called rotation. It consists of two stages, a rotation stage that performs penetration.

また、この試験方法を自動で行う自動貫入試験機としては、特許文献１に示すものがある。この自動貫入試験機は、立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に設けられ、貫入ロッドを保持可能なチャックユニットと、前記昇降台を昇降操作する昇降用駆動手段とから構成されている。また、前記昇降台にはパウダブレーキを設け、このパウダブレーキの制動力によって昇降台にかかる荷重を調整して貫入ロッドにかかる荷重を所定の荷重に変更するように構成されている。さらに、昇降台には貫入ロッドに実際にかかっている荷重を検出可能な荷重検出手段を設け、この荷重検出手段の検出値をフィードバックするように構成されている。そして、この検出値に基づいて貫入ロッドにかかる荷重を適正ならしめるよう前記パウダブレーキの制動力を調整し、貫入ロッドに所望の荷重をかけるように構成されている。   Moreover, as an automatic penetration testing machine which performs this test method automatically, there exists a thing shown in patent document 1. FIG. This automatic penetration testing machine includes a lifting platform that can be moved up and down along an upright column, a chuck unit that is provided on the lifting platform and that can hold a penetration rod, and a lifting drive unit that lifts and lowers the lifting platform. It consists of and. The lifting platform is provided with a powder brake, and the load applied to the lifting platform is adjusted by the braking force of the powder brake to change the load applied to the penetrating rod to a predetermined load. Further, the lifting platform is provided with load detecting means capable of detecting the load actually applied to the penetrating rod, and the detection value of the load detecting means is fed back. Based on the detected value, the braking force of the powder brake is adjusted so that the load applied to the penetrating rod is appropriate, and a desired load is applied to the penetrating rod.

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）Japanese Industrial Standard A1221 (Swedish Sounding Test Method)

特開平９−９５９３１号公報JP-A-9-95931

上記自動貫入試験機では、荷重の調整にパウダブレーキが設けられている。しかしながら、このパウダブレーキにおいては、経年劣化により制動力が弱ってしまうばかりか、制動力を発揮することができなくなる場合がある。そのため、前記荷重検出手段による検出値をフィードバックして、貫入ロッドにかかる荷重が適正ならしめるようパウダブレーキの制動力を調整したとろこで、結局目標の荷重を貫入ロッドにかけることが不可能となる問題が発生している。   In the automatic penetration testing machine, a powder brake is provided for adjusting the load. However, in this powder brake, not only the braking force is weakened due to aging, but also the braking force may not be able to be exhibited. Therefore, it is impossible to apply the target load to the penetrating rod after all by adjusting the braking force of the powder brake so that the load applied to the penetrating rod is adjusted by feeding back the value detected by the load detecting means. The problem is occurring.

本発明の自動貫入試験機は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に設けられ、当該昇降台の下降に伴って地中に貫入する貫入ロッドを保持可能なチャックと、前記貫入ロッドにかかる荷重を検出可能な荷重検出手段と、前記昇降台を昇降操作するよう設けられ、かつ出力トルクを調整して貫入ロッドにかかる荷重を所定の荷重に変更可能な昇降用駆動手段と、前記荷重検出手段による検出値と貫入ロッドにかかるべき荷重の目標値とを比較し、実際に貫入ロッドにかかる荷重が目標値となるよう昇降用駆動手段を駆動制御する制御ユニットとを備えることを特徴とする。   The automatic penetration testing machine of the present invention was created in view of the above problems, and is provided on a lifting platform that can be lifted and lowered along a standing column, and as the lifting platform is lowered. A chuck capable of holding a penetrating rod penetrating into the ground, load detecting means capable of detecting a load applied to the penetrating rod, and a rod penetrating the lifting platform and adjusting the output torque. The lifting drive means that can change the load applied to the predetermined load, the detection value by the load detection means and the target value of the load to be applied to the penetrating rod are compared, and the load actually applied to the penetrating rod is compared with the target value. And a control unit that drives and controls the elevating drive means.

本発明の自動貫入試験機においては、荷重検出手段による検出値と貫入ロッドにかかるべき荷重の目標値とを比較し、実際に貫入ロッドにかかる荷重が目標値となるよう昇降用駆動手段を駆動制御するように構成されている。これにより、パウダブレーキを用いずとも、実際に貫入ロッドにかかる荷重を適正化することが可能となり、パウダブレーキの経年劣化による制動力の低下が引き起こす各種問題が完全に皆無となる。しかも、パウダブレーキが不要となるため、コスト面においても優れている。   In the automatic penetration testing machine of the present invention, the detection value by the load detection means is compared with the target value of the load to be applied to the penetration rod, and the lifting drive means is driven so that the load actually applied to the penetration rod becomes the target value. Configured to control. This makes it possible to optimize the load actually applied to the penetrating rod without using a powder brake, and completely eliminates various problems caused by a decrease in braking force due to aging of the powder brake. In addition, since a powder brake is not required, the cost is excellent.

本発明の自動貫入試験機の斜視図である。It is a perspective view of the automatic penetration testing machine of the present invention. 本発明の自動貫入試験機の側面図である。It is a side view of the automatic penetration testing machine of the present invention. 図２のＡ−Ａ線拡大一部切欠断面図である。FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. 本発明の自動貫入試験機の要部を前方から見た拡大斜視説明図である。It is the expansion perspective view explanatory view which looked at the principal part of the automatic penetration testing machine of the present invention from the front. 本発明の自動貫入試験機の要部を後方から見た拡大斜視説明図である。It is the expansion perspective explanatory view which looked at the principal part of the automatic penetration testing machine of the present invention from back. 図４のＡ−Ａ線断面図であり、（ａ）は第２の一方向クラッチが作動する前、（ｂ）は第２の一方向クラッチが作動した後を示す。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, (a) before the second one-way clutch is operated, and (b) after the second one-way clutch is operated. 本発明の自動貫入試験機の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the automatic penetration testing machine of this invention. 本発明の自動貫入試験機の要部を下方から見た拡大斜視説明図である。It is the expansion perspective view explanatory view which looked at the principal part of the automatic penetration testing machine of the present invention from the lower part. 本発明の自動貫入試験機の要部を上方から見た拡大斜視説明図である。It is the expansion perspective explanatory view which looked at the principal part of the automatic penetration testing machine of the present invention from the upper part.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１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を有している。この昇降台３には、所定重量の錘３ａと、回転駆動手段の一例であるチャック用モータ６と、このチャック用モータ６の駆動を受けて回転可能なチャック５と、このチャック５に保持されて一体に回転可能に構成されるとともに、ロッド４ａの先端にスクリューポイント４ｂを備える貫入ロッド４と、昇降台３を昇降操作させるための昇降用駆動手段の一例である昇降用モータ８とが載荷されている。また、この昇降台３は、図２に示すように、支柱２に沿って垂直に配された案内チェーン２ａに沿って回転するスプロケット７を有し、このスプロケット７が案内チェーン２ａに沿って回転することで昇降するように構成されている。この昇降台３および昇降台３に載荷された前述の総重量により、前記貫入ロッド４には１ＫＮの荷重が負荷できるように構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automatic penetration testing machine, which has a lifting platform 3 that can be moved up and down along a column 2. The elevator 3 has a weight 3 a having a predetermined weight, a chuck motor 6 which is an example of a rotation driving means, a chuck 5 which can be rotated by the drive of the chuck motor 6, and the chuck 5. The rod 4a is provided with a penetrating rod 4 having a screw point 4b at the tip of the rod 4a, and a lifting motor 8 as an example of a lifting drive means for moving the lifting platform 3 up and down. Has been. Further, as shown in FIG. 2, the lifting platform 3 has a sprocket 7 that rotates along a guide chain 2a that is arranged vertically along the support column 2, and the sprocket 7 rotates along the guide chain 2a. It is configured to move up and down. The penetrating rod 4 can be loaded with a load of 1 KN due to the lift 3 and the total weight loaded on the lift 3.

続いて、図３乃至図７に基き、本発明の自動貫入試験機１における昇降台３の落下防止機能について説明する。   Next, the function of preventing the drop of the lifting platform 3 in the automatic penetration testing machine 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図３および図４に示すように、前記スプロケット７は、遊星歯車機構１１を介して伝達軸１２と一体に回転するように連結されている。また、前記昇降用モータ８の正逆転可能な駆動軸８ａには、駆動歯車１３、中間歯車１４および伝達歯車１５が当該昇降用モータ８の駆動に伴い回転自在に設けられている。そして、これら歯車列および第１の一方向クラッチ１６を介して前記伝達軸１２が連結されている。具体的には、前記伝達歯車１５は、円柱を成し、その周面に外歯を備える構成である。そして、この伝達歯車１５の内部には、特許請求の範囲に記載の回転部材の一例の第１の一方向クラッチ１６が当該伝達歯車１５と一体に回転するよう圧入されるとともに、伝達軸１２に回転自在に支持されている。この第１の一方向クラッチ１６の作用によって、スプロケット７には、昇降台３を上昇させる方向にのみ昇降用モータ８の駆動が伝達されるように構成されている。さらに、伝達軸１２の先端には、ロータリエンコーダ１７が設けてあり、スプロケット７の回転に伴うパルス信号を出力できるように構成されている。そして、詳細を後述する制御装置１０が当該ロータリエンコーダ１７の発するパルス信号を処理し、貫入ロッド４の貫入量、貫入速度等を求める。   As shown in FIGS. 3 and 4, the sprocket 7 is connected so as to rotate integrally with the transmission shaft 12 via the planetary gear mechanism 11. A drive gear 13, an intermediate gear 14, and a transmission gear 15 are rotatably provided on the drive shaft 8 a capable of rotating in the forward / reverse direction of the lifting / lowering motor 8 as the lifting / lowering motor 8 is driven. The transmission shaft 12 is connected via the gear train and the first one-way clutch 16. Specifically, the transmission gear 15 is formed in a cylindrical shape and has external teeth on its peripheral surface. A first one-way clutch 16 as an example of the rotating member described in the claims is press-fitted into the transmission gear 15 so as to rotate integrally with the transmission gear 15, and is attached to the transmission shaft 12. It is supported rotatably. By the action of the first one-way clutch 16, the drive of the lifting motor 8 is transmitted to the sprocket 7 only in the direction in which the lifting platform 3 is lifted. Further, a rotary encoder 17 is provided at the tip of the transmission shaft 12 so that a pulse signal accompanying the rotation of the sprocket 7 can be output. And the control apparatus 10 mentioned later for details processes the pulse signal which the said rotary encoder 17 emits, and calculates | requires the penetration amount, penetration speed, etc. of the penetration rod 4. FIG.

ここで、前記伝達軸１２には、第１の一方向クラッチ１６に加え、第２の一方向クラッチ１８も回転自在に支持されている。ただし、この第２の一方向クラッチ１８は、前記伝達歯車１５に内蔵されているものの、当該伝達歯車１５には圧入されておらず、通常、伝達歯車１５と一体に回転しないよう構成されている。   Here, in addition to the first one-way clutch 16, a second one-way clutch 18 is also rotatably supported on the transmission shaft 12. However, the second one-way clutch 18 is built in the transmission gear 15, but is not press-fitted into the transmission gear 15, and is normally configured not to rotate integrally with the transmission gear 15. .

また、前記伝達歯車１５の内周面には円周方向に延びる係合溝１５ａが形成されている。一方、前記第２の一方向クラッチ１８の外輪には溝が形成されここに係合片１８ａが嵌合させてある。そして、前記係合溝１５ａに当該係合片１８ａが挿入されている。さらに、第１の一方向クラッチ１８の係合片１８ａと伝達歯車１５とはばね１９で繋がれている。これにより、第２の一方向クラッチ１８は、当該ばね１９に引張られるとともに、ばね１９の弾性作用により、当該回転部材の回転に対して遅れて回転し、追従するよう構成されている。この構成により、図６（ａ）に示すように、第１の一方向クラッチ１６が通常のクラッチ作用を発揮している場合には、これら係合溝１５ａと係合片１８ａとは係合せず、前述の接触摩擦およびばね１９により、第２の一方向クラッチ１８が伝達歯車１５に追従する。一方、前記第１の一方向クラッチ１６が損傷してクラッチ作用を失った場合には、これら第２の一方向クラッチ１８と伝達歯車１５とは、一時的に相対的に逆回転となり、図６（ｂ）に示すように、係合片１８ａが移動して当該係合溝１５ａの最終端１５ｂに接触して係合することにより、これらは一体に回転する。   An engagement groove 15 a extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the transmission gear 15. On the other hand, a groove is formed in the outer ring of the second one-way clutch 18, and an engagement piece 18a is fitted therein. The engagement piece 18a is inserted into the engagement groove 15a. Further, the engagement piece 18 a of the first one-way clutch 18 and the transmission gear 15 are connected by a spring 19. Thereby, the second one-way clutch 18 is configured to be pulled by the spring 19 and to rotate and follow the rotation of the rotating member due to the elastic action of the spring 19. With this configuration, as shown in FIG. 6A, when the first one-way clutch 16 exhibits a normal clutch action, the engagement groove 15a and the engagement piece 18a are not engaged. The second one-way clutch 18 follows the transmission gear 15 by the contact friction and the spring 19 described above. On the other hand, when the first one-way clutch 16 is damaged and loses the clutch action, the second one-way clutch 18 and the transmission gear 15 temporarily rotate in the reverse direction, and FIG. As shown in (b), when the engagement piece 18a moves and contacts and engages with the final end 15b of the engagement groove 15a, these rotate integrally.

以上の構成により、第２の一方向クラッチ１８が、伝達歯車１５の回転に追従するようにして前記伝達軸１２に回転自在に支持される一方、前記第１の一方向クラッチ１６が損傷してクラッチ作用を失った場合には、当該伝達歯車１５と一体に回転する。すなわち、第１の一方向クラッチ１６に代わって、第２の一方向クラッチ１８がクラッチ作用を発揮するよう構成されている。これにより、第１の一方向クラッチ１６の損傷時、昇降台３が落下する危険が皆無となる。   With the above configuration, the second one-way clutch 18 is rotatably supported by the transmission shaft 12 so as to follow the rotation of the transmission gear 15, while the first one-way clutch 16 is damaged. When the clutch action is lost, the clutch rotates together with the transmission gear 15. That is, in place of the first one-way clutch 16, the second one-way clutch 18 is configured to exert a clutch action. Thereby, when the first one-way clutch 16 is damaged, there is no danger that the elevator 3 will drop.

また、前述した第２の一方向クラッチ１８を伝達歯車１５に追従させる詳細な説明として、第２の一方向クラッチ１８の外輪が伝達歯車１５の回転によってばね１９に引張られ回転を開始するときには、すでに第１の一方向クラッチ１６のクラッチ作用により伝達軸１２が回転を開始している。そのため、伝達軸１２と第２の一方向クラッチ１８との間には負荷が掛らないので、第２の一方向クラッチ１８が第１の一方向クラッチ１６より先に、あるいは同時に損傷してしまう可能性は低くなる。従って、第１のクラッチの損傷時には、これに代わって第２の一方向クラッチ１８がほぼ確実にクラッチ作用を発揮することになる。   Further, as a detailed description of the above-described second one-way clutch 18 following the transmission gear 15, when the outer ring of the second one-way clutch 18 is pulled by the spring 19 by the rotation of the transmission gear 15 and starts rotating, The transmission shaft 12 has already started rotating due to the clutch action of the first one-way clutch 16. Therefore, since no load is applied between the transmission shaft 12 and the second one-way clutch 18, the second one-way clutch 18 is damaged before or simultaneously with the first one-way clutch 16. The possibility is low. Therefore, when the first clutch is damaged, the second one-way clutch 18 can perform the clutch action almost certainly instead.

さらに、第１の一方向クラッチ１６が損傷してクラッチ作用を失って正逆の両方向に対してフリーになるような損傷をした場合、昇降用モータ８による駆動力がスプロケット７に伝達されず、そのため、第２の一方向クラッチ１８には昇降台３およびこれに載荷された各種構成部品の自重が作用する。これにより、第２の一方向クラッチ１８の内輪と伝達軸１２の間でクラッチ作用が生じ、当該第２の一方向クラッチ１８が回転する。一方、伝達歯車１５は、昇降用モータ８の駆動により、回転を続けるため、相対的に逆回転となる。そのため、第２の一方向クラッチ１８と伝達歯車１５とは、一時的に相対的に逆回転となって、係合片１８ａが移動して当該係合溝１５ａと係合することにより、一体に回転するように構成されている。このような比較的簡単な構成で第２の一方向クラッチ１８と伝達歯車１５とを一体に回転させることができる。そればかりか、第１の一方向クラッチ１６から第２の一方向クラッチ１８への切替えも正確かつ迅速になる。   Furthermore, when the first one-way clutch 16 is damaged and loses the clutch action and is damaged so as to become free in both the forward and reverse directions, the driving force by the lifting motor 8 is not transmitted to the sprocket 7, Therefore, the weight of the lifting platform 3 and various components loaded thereon acts on the second one-way clutch 18. As a result, a clutch action occurs between the inner ring of the second one-way clutch 18 and the transmission shaft 12, and the second one-way clutch 18 rotates. On the other hand, since the transmission gear 15 continues to rotate by driving the elevating motor 8, it is relatively reversely rotated. Therefore, the second one-way clutch 18 and the transmission gear 15 are temporarily rotated relatively in the reverse direction so that the engagement piece 18a moves and engages with the engagement groove 15a. It is configured to rotate. With such a relatively simple configuration, the second one-way clutch 18 and the transmission gear 15 can be rotated together. In addition, switching from the first one-way clutch 16 to the second one-way clutch 18 is also accurate and quick.

また、図５に示すように、伝達歯車１５の片面には検出部材３５が取付けられており、これを近接センサ３６が検知するよう配置されている。しかも、前記第２の一方向クラッチ１８に取付けられた係合片１８ａは、その一部が伝達歯車１５の片面から突出するように配置されているため、当該近接センサ３６は係合片１８ａも検出する。そこで、第１の一方向クラッチ１６が損傷する前後では、第２の一方向クラッチ１８と伝達歯車１５とが一時的に相対的に逆回転となり、係合片１８ａと検出部材３５との距離に変化が生じるため、近接センサ３６による検出信号パターンに変化が生じる。この検出信号は、詳細を後述する制御装置１０に送信され、第１の一方向クラッチ１６の損傷を検出するように構成されている。   Further, as shown in FIG. 5, a detection member 35 is attached to one surface of the transmission gear 15, and is arranged so that the proximity sensor 36 detects this. Moreover, since the engaging piece 18a attached to the second one-way clutch 18 is arranged so that a part thereof protrudes from one side of the transmission gear 15, the proximity sensor 36 also includes the engaging piece 18a. To detect. Therefore, before and after the damage of the first one-way clutch 16, the second one-way clutch 18 and the transmission gear 15 temporarily rotate relatively in the reverse direction, and the distance between the engagement piece 18 a and the detection member 35 is increased. Since the change occurs, the detection signal pattern by the proximity sensor 36 changes. This detection signal is transmitted to the control device 10 which will be described in detail later, and is configured to detect damage to the first one-way clutch 16.

以下、本発明の自動貫入試験機１の貫入ロッド４に掛かるスラスト荷重の検出機構について説明する。   Hereinafter, the detection mechanism of the thrust load applied to the penetration rod 4 of the automatic penetration testing machine 1 of the present invention will be described.

図７に示すように、前記チャック５は、昇降台３に設けられるチャック用モータ６と無端チェーン６ａによって連結されて回転可能に構成されている。また、このチャック５は、鋼球２０を貫入ロッド４の凹状溝４ｃに嵌合させて貫入ロッド４を保持するようになっており、保持した貫入ロッド４と一体に回転可能な内筒２１を有している。この円筒２１は、特許請求の範囲に記載の軸受けの一例であってラジアル荷重に対して負荷能力を有する一対の円筒ころ軸受け２２，２３によって回転自在に支持されている。   As shown in FIG. 7, the chuck 5 is connected to a chuck motor 6 provided on the lifting platform 3 and an endless chain 6a so as to be rotatable. The chuck 5 is configured to hold the penetration rod 4 by fitting the steel ball 20 into the concave groove 4c of the penetration rod 4, and the inner cylinder 21 that can rotate integrally with the held penetration rod 4 is provided. Have. The cylinder 21 is an example of a bearing described in the claims, and is rotatably supported by a pair of cylindrical roller bearings 22 and 23 having a load capacity against a radial load.

さらに、前記一対の円筒ころ軸受け２２，２３の間には、スラスト荷重の伝達部材の一例であって背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受け２４，２５が円筒２１を回転自在に支持するように介在している。さらに、一方の円筒ころ軸受け２２と、一方のアンギュラ玉軸受け２４との間には、荷重検出手段の一例であるワッシャ型ロードセル２６がカラー２７を介して円筒２１に挿入されて介在している。   Further, between the pair of cylindrical roller bearings 22 and 23, a pair of angular ball bearings 24 and 25, which are an example of a thrust load transmission member and are combined in the back surface, rotatably support the cylinder 21. Is intervening. Furthermore, between one cylindrical roller bearing 22 and one angular ball bearing 24, a washer type load cell 26, which is an example of a load detecting means, is inserted into the cylinder 21 via a collar 27 and interposed.

前記ワッシャ型ロードセル２６は、図８および図９に示す構成であり、環状を成すロードセル本体２８を有している。このロードセル本体２８の片面において大径の円周縁の近傍には、図８に示すように、軸線方向に延びる支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが円周方向に４箇所に形成されている。また、この支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄは段付き状に形成されており、ここに前記アンギュラ玉軸受け２４の外輪の円周縁が嵌め合わされ、スラスト荷重を受けるように構成されている。   The washer type load cell 26 is configured as shown in FIGS. 8 and 9 and has a load cell body 28 having an annular shape. As shown in FIG. 8, support portions 29a, 29b, 29c, and 29d extending in the axial direction are formed at four locations in the circumferential direction in the vicinity of the large-diameter circular periphery on one side of the load cell main body 28. Further, the support portions 29a, 29b, 29c, and 29d are formed in a stepped shape, and are configured so that a circumferential edge of the outer ring of the angular ball bearing 24 is fitted therein to receive a thrust load.

一方、ロードセル本体２８の他方の片面には、図９に示すように、突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが円周方向に４箇所に形成されており、この突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは前記支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに対して円周方向における位相が異なるようにして配置されている。また、この突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに接触するようにして、円筒２１には環状の受け部材３１が挿入されている。この受け部材３１は、スラスト荷重を受けて軸線方向に移動しようとするロードセル本体２８を受けるためのものであり、その片面は前述の通り、突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと接触する一方、他方の片面は円筒ころ軸受け２２の片面と接触するようにして配置されている。   On the other hand, as shown in FIG. 9, protrusions 30a, 30b, 30c, and 30d are formed at four locations in the circumferential direction on the other surface of the load cell main body 28. The protrusions 30a, 30b, 30c, 30d is arranged so that the phase in the circumferential direction is different from that of the support portions 29a, 29b, 29c, and 29d. An annular receiving member 31 is inserted into the cylinder 21 so as to come into contact with the protrusions 30a, 30b, 30c, and 30d. This receiving member 31 is for receiving the load cell main body 28 that is intended to move in the axial direction in response to a thrust load, and its one surface is in contact with the protrusions 30a, 30b, 30c, 30d as described above, The other side is arranged so as to be in contact with one side of the cylindrical roller bearing 22.

また、ロードセル本体２８において突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが形成された片面には、これよりも厚みの薄い第２の突部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが円周方向に４箇所に形成されている。この第２の突部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、前記支持部に対して円周方向における位相が同一となるように配置されている。   Further, on one surface of the load cell main body 28 where the protrusions 30a, 30b, 30c, 30d are formed, second protrusions 32a, 32b, 32c, 32d having a thinner thickness are formed at four locations in the circumferential direction. Has been. The second protrusions 32a, 32b, 32c, and 32d are arranged so that the phases in the circumferential direction are the same with respect to the support portion.

また、図９に示すように、前記突部３０ｄと第２の突部３２ｄとの間には歪み検出手段の一例である歪みゲージ３３ａが貼付けられており、その裏面にも、図８に示すように、歪みゲージ３３ｂが貼付けられている。さらに、この歪みゲージ３３ａ，３３ｂが貼付けられた位置から円筒２１の中心軸を介して対向する位置にも、歪みゲージ３３ｃ，３３ｄがロードセル本体２８の両面に貼付けられている。これら歪みゲージ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄをブリッジ回路に組み込んで荷重センサを構成し、ロードセル本体２８の微小変化量である歪みが電気信号として検出される。   Further, as shown in FIG. 9, a strain gauge 33a, which is an example of a strain detecting means, is affixed between the protrusion 30d and the second protrusion 32d, and the back surface thereof is also shown in FIG. Thus, the strain gauge 33b is affixed. Further, the strain gauges 33 c and 33 d are also affixed to both surfaces of the load cell main body 28 at positions where the strain gauges 33 a and 33 b are opposed to each other via the central axis of the cylinder 21. These strain gauges 33a, 33b, 33c, and 33d are incorporated in a bridge circuit to constitute a load sensor, and a strain that is a minute change amount of the load cell main body 28 is detected as an electric signal.

また、一方のアンギュラ玉軸受け２５と、一方の円筒ころ軸受け２３との間にはウェーブワッシャ３４が介在している。このウェーブワッシャ３４が円筒２１に挿入される前述の各構成部品に予圧を与え、当該部品間に隙間が生じることがないようになっている。ここで、このウェーブワッシャ３４は、その両面がウェーブ形状を成しており、押圧されて弾性変形可能に構成されている。なお、このウェーブワッシャ３４に代えて、弾性変形可能な部品の一例としてゴム製のパッキンを用いてもよい。   A wave washer 34 is interposed between one angular ball bearing 25 and one cylindrical roller bearing 23. The wave washer 34 applies preload to each of the above-described components inserted into the cylinder 21 so that no gap is generated between the components. Here, the wave washer 34 has a wave shape on both surfaces, and is configured to be elastically deformed by being pressed. Instead of the wave washer 34, rubber packing may be used as an example of an elastically deformable part.

続いて、円筒２１に作用するスラスト荷重の伝達経路を説明する。図７に示す１点鎖線の矢印は、スラスト荷重の伝達経路を示すものであり、まず、貫入ロッド４にスラスト荷重が作用すると、これを保持する円筒２１にもスラスト荷重が作用し、円筒２１のフランジ部２１ａが円筒ころ軸受け２３の内輪を押圧する。この内輪からウェーブワッシャ３４を介して隣接するアンギュラ玉軸受け２５の内輪にスラスト荷重が伝達される。ここで、アンギュラ玉軸受け２４，２５においては、玉と、内輪および外輪とは接触角を有している。そのため、二個のアンギュラ玉軸受け２４，２５の背面を組合わせて配置することにより、内輪に伝達されたスラスト荷重は、玉を介して確実に外輪へ伝達される。   Subsequently, a transmission path of the thrust load acting on the cylinder 21 will be described. 7 indicates a thrust load transmission path. First, when a thrust load acts on the penetrating rod 4, the thrust load also acts on the cylinder 21 that holds the thrust load. The flange portion 21 a presses the inner ring of the cylindrical roller bearing 23. A thrust load is transmitted from the inner ring to the inner ring of the adjacent angular ball bearing 25 via the wave washer 34. Here, in the angular ball bearings 24 and 25, the ball and the inner ring and the outer ring have contact angles. Therefore, the thrust load transmitted to the inner ring is reliably transmitted to the outer ring through the balls by arranging the back surfaces of the two angular ball bearings 24 and 25 in combination.

続いて、前記アンギュラ玉軸受け２４の外輪に伝達されたスラスト荷重は、ロードセル本体２８の支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに伝達される。これを受け、ロードセル本体２８に形成された突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが受け部材３１を押圧する。そのため、当該突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを支点としてロードセル本体２８には歪みが生じる。すなわち、ロードセル本体２８において、隣接する突部３０ａと突部３０ｄ、突部３０ｄと突部３０ｃ、突部３０ｃと突部３０ｂ、及び突部３０ｂと突部３０ａは梁として機能し、この梁に歪みが生じる。ここで、ロードセル本体２８の片面上には、前記第２の突部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。これにより、所定の歪みが生じると、当該第２の突部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが受け部材に接触する。そのため、ロードセル本体２８がスラスト荷重の過負荷により損傷することがないよう保護されている。   Subsequently, the thrust load transmitted to the outer ring of the angular ball bearing 24 is transmitted to the support portions 29a, 29b, 29c, 29d of the load cell main body 28. In response to this, the protrusions 30 a, 30 b, 30 c, 30 d formed on the load cell main body 28 press the receiving member 31. Therefore, the load cell main body 28 is distorted with the protrusions 30a, 30b, 30c, 30d as fulcrums. That is, in the load cell main body 28, the adjacent protrusion 30a and protrusion 30d, protrusion 30d and protrusion 30c, protrusion 30c and protrusion 30b, and protrusion 30b and protrusion 30a function as beams. Distortion occurs. Here, the second protrusions 32 a, 32 b, 32 c, and 32 d are formed on one surface of the load cell main body 28. Accordingly, when a predetermined distortion occurs, the second protrusions 32a, 32b, 32c, and 32d come into contact with the receiving member. Therefore, the load cell main body 28 is protected from being damaged by an overload of the thrust load.

以上のように、スラスト荷重を検出するための構成においては、円筒２１が一対の円筒ころ軸受け２２，２３によって回転自在に支持されている。この円筒ころ玉軸受け２２，２３は、円筒２１に作用するラジアル荷重に対して負荷能力を有するものであるが、スラスト荷重に対しては負荷能力がない。しかも、アンギュラ玉軸受け２４，２５の背面を組み合わせて配置することにより、スラスト荷重がその外輪へ確実に伝達される。そのため、ワッシャ型ロードセル２６がラジアル荷重の影響を受け、誤って歪むことが皆無となるとともに、ワッシャ型ロードセル２６へスラスト荷重が確実に伝達されるため、円筒２１であって、すなわち貫入ロッド４に作用するスラスト荷重を精度良く検出することができる。   As described above, in the configuration for detecting the thrust load, the cylinder 21 is rotatably supported by the pair of cylindrical roller bearings 22 and 23. The cylindrical roller ball bearings 22 and 23 have a load capability with respect to a radial load acting on the cylinder 21, but do not have a load capability with respect to a thrust load. In addition, by arranging the rear surfaces of the angular ball bearings 24 and 25 in combination, the thrust load is reliably transmitted to the outer ring. Therefore, the washer type load cell 26 is affected by the radial load, and there is no possibility that the washer type load cell 26 is distorted by mistake, and the thrust load is reliably transmitted to the washer type load cell 26. The acting thrust load can be detected with high accuracy.

また、ロードセル本体２８においては、その片面がスラスト荷重を受けると、反対の片面に形成された突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが支点となり、ロードセル本体２８に歪みが生じる。しかも、この突部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから円周方向に所定の間隔を空けた位置の裏面には支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが形成され、この支持部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄの段付き部にスラスト荷重が作用する。これにより、ロードセル本体２８は、複数の梁で構成されることとなり、歪みゲージ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄをブリッジ接続することにより、低スラスト荷重でも出力を大きくとることができる。そのため、スラスト荷重の検出精度に優れたものとなる。   Moreover, in the load cell main body 28, when one surface receives a thrust load, the protrusions 30a, 30b, 30c, and 30d formed on the opposite one surface serve as fulcrums, and the load cell main body 28 is distorted. In addition, support portions 29a, 29b, 29c, and 29d are formed on the back surface at predetermined intervals in the circumferential direction from the protrusions 30a, 30b, 30c, and 30d, and the support portions 29a, 29b, 29c, and A thrust load acts on the stepped portion of 29d. As a result, the load cell main body 28 is composed of a plurality of beams, and by connecting the strain gauges 33a, 33b, 33c, and 33d in a bridge manner, a large output can be obtained even with a low thrust load. Therefore, the thrust load detection accuracy is excellent.

前記ワッシャ型ロードセル２６の歪みゲージ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは前記制御装置１０に接続されて、ロードセル本体２８の歪みによる検出値を制御装置１０に送るように構成されている。   The strain gauges 33 a, 33 b, 33 c, 33 d of the washer type load cell 26 are connected to the control device 10 and are configured to send a detection value due to strain of the load cell main body 28 to the control device 10.

以下、荷重検出手段の一例であるワッシャ型ロードセル２６による検出値に基づく、昇降用モータ８のフィードバック制御について説明する。   Hereinafter, feedback control of the elevating motor 8 based on the detection value by the washer type load cell 26 which is an example of the load detecting means will be described.

前記制御装置１０は、自動貫入試験機１の動作を制御するものであり、昇降用モータ８およびチャック用モータ６の駆動制御、貫入状況に応じた荷重設定などをそれぞれ相互に関連づけて行うように構成されている。また、この制御装置１０には、所定の荷重ごとに昇降用モータ８へ通電する指令値が登録されており、所定荷重設定時に当該指令値を選択し、この指令値を昇降用モータ８に出力して、貫入ロッド４に所定の荷重をかけるように構成されている。さらに、この制御装置１０は前記ワッシャ型ロードセル２６による検出値をフィードバックするように構成されており、フィードバックされた検出値と前記指令値とを比較するように構成されている。そして、当該指令値と検出値とに差がある場合には、昇降用モータ８の指令値を繰り返し補正し、貫入ロッド４にかかる荷重が目標の値となるよう制御するように構成されている。   The control device 10 controls the operation of the automatic penetration testing machine 1 so as to correlate drive control of the elevating motor 8 and chuck motor 6 and load setting according to the penetration status. It is configured. In addition, a command value for energizing the elevating motor 8 for each predetermined load is registered in the control device 10. When the predetermined load is set, the command value is selected, and this command value is output to the elevating motor 8. Thus, a predetermined load is applied to the penetrating rod 4. Further, the control device 10 is configured to feed back the detection value obtained by the washer-type load cell 26, and is configured to compare the fed back detection value with the command value. When there is a difference between the command value and the detected value, the command value of the lifting / lowering motor 8 is corrected repeatedly, and the load applied to the penetrating rod 4 is controlled to be a target value. .

上記自動貫入試験機１においては、昇降台３が上昇した位置で昇降台３に所定重量の錘３ａを載荷し、チャック５に貫入ロッド４を保持した後、制御装置１０からのスタート指令により昇降用モータ８が駆動する。この時、昇降用モータ８は、第１の一方向クラッチ１６がスプロケット７の伝達軸１２に対して空転する方向に駆動し、このためスプロケット７の伝達軸１２は第１の一方向クラッチ１６の回転数以下の範囲内で回転自在となって、案内チェーン２ａに沿って回転して昇降台３を自重により支柱２に沿って下降させる。これにより、昇降台３は、貫入ロッド４が地表に当接するまでは一定速度で下降する。続いて、貫入ロッド４が地表に当接すると、ワッシャ型ロードセル２６による検出値が上昇するため、貫入ロッド４には初期荷重の５０Ｎがかけられる。   In the automatic penetration testing machine 1, a weight 3 a having a predetermined weight is loaded on the lifting platform 3 at a position where the lifting platform 3 is lifted, the penetration rod 4 is held on the chuck 5, and then lifted by a start command from the control device 10. The motor 8 is driven. At this time, the elevating motor 8 is driven in a direction in which the first one-way clutch 16 idles with respect to the transmission shaft 12 of the sprocket 7, so that the transmission shaft 12 of the sprocket 7 is driven by the first one-way clutch 16. It becomes rotatable within the range of the number of rotations or less, rotates along the guide chain 2a, and lowers the lifting platform 3 along the column 2 by its own weight. Thereby, the elevating platform 3 descends at a constant speed until the penetrating rod 4 contacts the ground surface. Subsequently, when the penetrating rod 4 comes into contact with the ground surface, the detection value by the washer-type load cell 26 rises, so that an initial load of 50 N is applied to the penetrating rod 4.

貫入試験では、貫入ロッド４に負荷される荷重が、５０Ｎ，１５０Ｎ，２５０Ｎ，５００Ｎ，７５０Ｎ，１ＫＮの６段階の値に設定されている。例えば、２５０Ｎ荷重で貫入速度が遅くなった場合には、貫入ロッド４にかけられる荷重を増加する。一方、貫入速度が速くなった場合には、貫入ロッド４にかけられる荷重を減少する。このように、貫入段階で貫入速度が遅くなるごとに５００Ｎ、７５０Ｎ、１ＫＮの順に荷重が増すよう指令値が変更される。そして１ＫＮの荷重がかけられた状態で、かつ貫入速度が遅くなった時には、チャック用モータ６が駆動してチャック５と貫入ロッド４７を一体に回転させ、荷重を負荷した状態で回転貫入が行われる。   In the penetration test, the load applied to the penetration rod 4 is set to six values of 50N, 150N, 250N, 500N, 750N, and 1KN. For example, when the penetration speed becomes slow at a load of 250 N, the load applied to the penetration rod 4 is increased. On the other hand, when the penetration speed increases, the load applied to the penetration rod 4 is reduced. In this way, the command value is changed so that the load increases in the order of 500 N, 750 N, and 1 KN each time the penetration speed becomes slower in the penetration stage. When a load of 1 KN is applied and the penetration speed becomes slow, the chuck motor 6 is driven to rotate the chuck 5 and the penetration rod 47 integrally, and the rotation penetration is performed with the load applied. Is called.

続いて、貫入ロッド４先端にかかるスラスト荷重に応じてワッシャ型ロードセル２６のロードセル本体２８には相応の歪みが発生するため、これを歪みゲージ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが検出する。次に、この検出値は、制御装置１０にフィードバックされて指令値と比較される。この時、検出値と目標値とが同じであれば、昇降用モータ８の通電量を定める指令値は変更されない。   Subsequently, a corresponding strain is generated in the load cell main body 28 of the washer type load cell 26 according to the thrust load applied to the tip of the penetrating rod 4, and this is detected by the strain gauges 33a, 33b, 33c, 33d. Next, this detected value is fed back to the control device 10 and compared with the command value. At this time, if the detected value and the target value are the same, the command value for determining the energization amount of the elevating motor 8 is not changed.

一方、目標値と検出値とに差がある場合、制御装置１０はその差に応じて昇降用モータ８に出力される指令値を増減し、この指令値を再度昇降用モータ８に出力する。すなわち、昇降台３のじん性、あるいは駆動系の駆動抵抗により、パウダクラッチのクラッチ力が低下して、これによりワッシャ型ロードセル２６の検出値が目標値より大きい場合、制御装置１０は、貫入ロッド４にかかる荷重が小さくなるよう昇降用モータ８を駆動する。一方、ワッシャ型ロードセル２６の検出値が目標値より小さい場合、制御装置１０は、貫入ロッド４にかかる荷重が大きくなるよう昇降用モータ８を駆動する。このように、本自動貫入試験機１では、ワッシャ型ロードセル２６の歪みゲージ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの検出値を連続的にフィードバックして、これを目標値と比較し、両者の差に応じて昇降用モータ８へ出力される指令値を補正するようになっている。これにより、実際に貫入ロッド４にかかる荷重を適正化することが可能となり、貫入試験結果の信頼性も向上する。   On the other hand, when there is a difference between the target value and the detected value, the control device 10 increases or decreases the command value output to the lifting motor 8 according to the difference, and outputs this command value to the lifting motor 8 again. That is, when the detected force of the washer-type load cell 26 is larger than the target value due to the toughness of the elevator 3 or the driving resistance of the drive system, the clutch force of the powder clutch is reduced. The elevating motor 8 is driven so that the load applied to 4 is reduced. On the other hand, when the detected value of the washer type load cell 26 is smaller than the target value, the control device 10 drives the elevating motor 8 so that the load applied to the penetrating rod 4 is increased. As described above, in the automatic penetration testing machine 1, the detection values of the strain gauges 33a, 33b, 33c, and 33d of the washer type load cell 26 are continuously fed back and compared with the target value, and the difference between the two is determined. Thus, the command value output to the lifting motor 8 is corrected. Thereby, it becomes possible to optimize the load actually applied to the penetration rod 4, and the reliability of the penetration test result is also improved.

１ 自動貫入試験機
２ 支柱
２ａ 案内チェーン
３ 昇降台
３ａ 錘
４ 貫入ロッド
４ａ ロッド
４ｂ スクリューポイント
４ｃ 凹状溝
５ チャック
６ チャック用モータ
６ａ 無端チェーン
７ スプロケット
８ 昇降用モータ
８ａ 駆動軸
１０ 制御装置
１１ 遊星歯車機構
１２ 伝達軸
１３ 駆動歯車
１４ 中間歯車
１５ 伝達歯車
１５ａ 係合溝
１５ｂ 最終端
１６ 第１の一方向クラッチ
１７ ロータリエンコーダ
１８ 第２の一方向クラッチ
１８ａ 係合片
１９ ばね
２０ 鋼球
２１ 円筒
２１ａ フランジ部
２２，２３ 円筒ころ軸受け
２４，２５ アンギュラ玉軸受け
２６ ワッシャ型ロードセル
２７ カラー
２８ ロードセル本体
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ 支持部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 突部
３１ 受け部材
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 第２の突部
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 歪みゲージ
３４ ウェーブワッシャ
３５ 検出部材
３６ 近接センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic penetration test machine 2 Support | pillar 2a Guide chain 3 Lifting base 3a Weight 4 Penetrating rod 4a Rod 4b Screw point 4c Recessed groove 5 Chuck 6 Chuck motor 6a Endless chain 7 Sprocket 8 Lifting motor 8a Drive shaft 10 Controller 11 Planetary gear Mechanism 12 Transmission shaft 13 Drive gear 14 Intermediate gear 15 Transmission gear 15a Engaging groove 15b Final end 16 First one-way clutch 17 Rotary encoder 18 Second one-way clutch 18a Engagement piece 19 Spring 20 Steel ball 21 Cylinder 21a Flange Portions 22 and 23 Cylindrical roller bearings 24 and 25 Angular contact ball bearings 26 Washer type load cell 27 Collar 28 Load cell main bodies 29a, 29b, 29c and 29d Support portions 30a, 30b, 30c and 30d Protruding portions 31 Receiving members 32a, 32b, 32c and 32d Second protrusion 33a , 33b, 33c, 33d Strain gauge 34 Wave washer 35 Detection member 36 Proximity sensor

Claims (1)

立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
この昇降台に設けられ、当該昇降台の下降に伴って地中に貫入する貫入ロッドを保持可能なチャックと、
前記貫入ロッドにかかる荷重を検出可能な荷重検出手段と、
前記昇降台を昇降操作するよう設けられ、かつ出力トルクを調整して貫入ロッドにかかる荷重を所定の荷重に変更可能な昇降用駆動手段と、
前記荷重検出手段による検出値と貫入ロッドにかかるべき荷重の目標値とを比較し、実際に貫入ロッドにかかる荷重が目標値となるよう昇降用駆動手段を駆動制御する制御ユニットと
を備えることを特徴とする自動貫入試験機。 A lifting platform that can be moved up and down along a standing column;
A chuck provided on the lifting platform and capable of holding a penetrating rod penetrating into the ground as the lifting platform descends;
Load detecting means capable of detecting a load applied to the penetrating rod;
Elevating drive means provided to operate the elevating table and capable of changing the load applied to the penetrating rod to a predetermined load by adjusting the output torque;
A control unit that compares the value detected by the load detection means with the target value of the load to be applied to the penetrating rod and drives and controls the lifting drive means so that the load actually applied to the penetrating rod becomes the target value. An automatic penetration testing machine.

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