토양시료 채취기{a picking apparatus of a soil sample}
도 1은 종래 토양시료 채취기의 측면도. 도 2는 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 설치된 상태를 보인 사시도. 도 3은 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 분해 사시도. 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 작동 상태도. *도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* 100: 케이싱 파이프 102,104: 제 1,2설치공 106: 확인홀 110: 브라켓 112: 리브 114: 슬롯홀 120: 타격봉 122: 요철 124: 시료채취관 126: 눈금 130: 조작부 140: 주롤러 142: 평면부 144: 곡면부 150: 전동모터 160: 베어링 170: 보조롤러 172: 수용홈
본 발명은 토양시료 채취기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토양의 시료를 채취하기 위해 지반을 타격하는 타격봉을 한 쌍의 롤러를 회전시킴으로써 주기적으로 상승 및 자유낙하를 시키도록 하여 간단한 구조로 토양을 채취할 수 있도록 한 토양시료 채취기에 관한 것이다. 해안, 호수, 습지 등의 지반은 고함수비의 연약한 실트질흙 또는 점성토로 이루어져 있기 때문에 항만, 도로, 공항 등의 산업단지조성을 위한 구조물의 기초로 사용하기 위하여는 연약한 토층을 개량하여 지지력을 높이거나 침하를 촉진시켜서 지반을 개량한 다음에 사용해야 한다. 이 같은 연약지반의 개량을 위해서는 주로 지중에 모래말뚝이나 쇄석말뚝을 타설하거나 플라스틱 드레인 보드(plastic drain board: PBD)를 타입하기도 하며 때로는 시멘트를 여러 가지 형태로 지중에 주입하고 혼합하는 공법이 사용되기도 한다. 연약지반의 개량을 위해서는 조사를 통하여 심도 얼마까지가 연약지반인가를 알아야 하는데, 이러한 조사를 위하여 보편적으로 가장 많이 사용하고 있는 방법이 표준관입시험(standard penetration test: SPT)이다. 표준관입시험은 대상지반을 일정한 간격으로 천공보링을 실시하여 지반의 연 경도(軟硬度)를 측정하는 시험법으로, 내부지름이 37mm 짜리 원통분리형 시료채취기를 63.5 ㎏ 무게의 해머로 76.2 ㎝ 높이에서 낙하하여 지반을 굴진하는데 필요한 해머타격회수를 측정하는 방법이다. 이 타격회수를 N-값이라고 하는데, 이는 지반의 연경도를 측정하고 각종설계기준으로 사용하고자 할 때 세계적으로 널리 이용되는 시험법이다. 도 1은 종래 토양시료 채취기의 개략적인 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 토양시료 채취기는 케이싱 파이프(1), 리더(2), 버켓(bucket)(3), 발전기(4) 등이 구비되어 있다. 상기 케이싱 파이프(1) 내 재료 상단에 SL(sand level) 추(8)를 작동하기 위한 SL 조작반(5)이 구비되고, 케이싱 파이프(1) 내 재료높이를 감지하기 위한 센서(13)와 상기 SL 추(8)를 상승 또는 하강시키기 위한 윈치모터(6)가 구비된다. 상기 케이싱 파이프(1)를 관입하기 위한 전기모터의 전류값을 측정하기 위한 전류센서(14)가 구비된다. 또한, 상기 케이싱 파이프(1)는 로프(7)로 연결되어 승하강하며 지반을 타격하게 된다. 그러나, 종래 로프 방식의 토양시료 채취기는 로프의 마모가 심하고, 규정 높이에서의 타격이 불가능하며, 햄머의 타격 효율이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 토양시료를 채취하기 위해 지반을 연속적으로 타격하는 타격봉을 회전하는 한 쌍의 롤러 사이에 설치하여 롤러의 일정한 회전각도로 반복되는 마찰력으로 인해 상승 및 자유낙하시킴으로써 자동적으로 로드와 시료채취관을 타격하여 지반 내부로 강제 삽입시킴에 따라 토양시료를 채취하도록 하는 토양시료 채취기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지반에 고정 설치되는 관 형상이며 둘레의 마주하는 양측에 길이방향으로 길게 형성된 제 1,2설치공을 내부와 연통되게 형성하고 지반 심층까지 도달하기 위한 로드와 토양 시료를 채취하기 위한 시료채취관을 나사 결합하여 내부에 삽입한 케이싱 파이프와, 상기 제 1,2설치공이 위치한 상기 케이싱 파이프의 둘레에서 양측방향으로 연장 형성되는 브라켓과, 상기 케이싱 파이프의 내부에 삽입되며 상기 로드의 상부에 위치하는 타격봉과, 상기 타격봉을 반복적으로 상승 및 자유낙하 시키면서 상기 로드를 타격함에 따라 상기 시료채취관 내부에 토양의 시료를 채취하기 위한 조작부로 구성되는 토양시료 채취기를 제안하려는 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 설치된 상태를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 분해 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 토양시료 채취기의 작동 상태도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 토양시료 채취기는 케이싱 파이프(100), 브라켓(110), 타격봉(120) 및 조작부(130)로 크게 구성된다. 상기 케이싱 파이프(100)는 원통관 형상으로서 내부에 빈 공간을 형성한다. 그리고, 상기 케이싱 파이프(100)는 토양시료를 채취할 지반에 고정 설치되는데, 지반에 끝단부를 삽입하여 고정할 수도 있고, 별도의 걸이장치(도시하지 않음)를 구비하여 임의의 고정체(도시하지 않음)에 걸어 고정할 수도 있다. 특히, 상기 케이싱 파이프(100)는 내부에 로드(123)와 시료채취관(124)을 구비한다. 상기 로드(123)와 시료채취관(124)은 서로 나사 결합되어 일체로 형성된다. 또한, 상기 케이싱 파이프(100)는 상단부 둘레에서 일직선상으로 마주하는 제 1설치공(102)과 제 2설치공(104)을 내부와 연통함과 아울러 하부 둘레에 길이방향으로 확인홀(106)을 내부와 연통되게 형성한다. 한편, 상기 브라켓(110)은 조작부(130)를 지지하기 위해 케이싱 파이프(100)의 측방향으로 연장 형성된다. 이때, 상기 브라켓(110)은 제 1설치공(102) 및 제 2설치공(104)의 하부에 해당하는 케이싱 파이프(100)의 둘레에서 각각 축 방향에 대해 수직한 방향으로 연장 형성된다. 그리고, 상기 브라켓(110)은 케이싱 파이프(100)와 일체로 금형 제작되어도 되고, 용접에 의해 케이싱 파이프(100)의 둘레에 일체로 구비될 수도 있다. 또한, 상기 브라켓(110)은 수직방향의 누름에 견딜 수 있도록 하부에 리브(112)를 형성한다. 즉, 상기 리브(112)는 브라켓(110) 각각의 하부와 케이싱 파이프(100)의 둘레에 동시에 용접되게 설치됨으로써 브라켓(110)을 보강하게 된다. 한편, 상기 케이싱 파이프(100)의 내부에는 타격봉(120)이 삽입된다. 이때, 상기 타격봉(120)은 로드(123)와 시료채취관(124)을 비교적 강한 충격력으로 타격하기 위해 중실관(中實管)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도시된 바와 같이, 상기 타격봉(120)은 하단으로서 상기 로드(123)를 반복적으로 타격하게 된다. 상기 로드(123)는 지반의 심층의 토양 시료를 채취하기 위해 시료채취관(124)을 심층까지 연장하기 위해 구비된다. 물론, 상기 시료채취관(124)이 길게 연장되어도 가능하나, 이럴 경우 시료채취관(124) 내부에 삽입된 다량의 토양을 한꺼번에 꺼내기 어렵게 된다. 상기 타격봉(120)이 로드(123)를 반복적으로 자동 타격시 시료채취관(124)은 토양의 층(layer) 순서대로 내부에 담아 채취하게 된다. 한편, 상기 조작부(130)는 케이싱 파이프(100)의 양측으로 연장 형성된 브라켓(110) 각각에 구비되어 타격봉(120)을 상승 및 자유낙하 시키면서 시료채취관(124)으로 지반의 심층 토양을 채취할 수 있도록 조작한다. 이때, 상기 조작부(130)는 주롤러(140), 전동모터(150), 베어링(160) 및 보 조롤러(170)로 구성된다. 상기 주롤러(140)는 제 1설치공(102)이 향하는 방향에 해당하는 브라켓(110)에 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 제 1설치공(102)이 향하는 방향에 해당하는 브라켓(110)에는 설치편(141)이 상부로 연장 형성되고, 상기 설치편(141)과 주롤러(140) 사이에 해당하는 브라켓(110) 상에는 볼베어링(145)이 고정 설치된다. 그리고, 상기 주롤러(140)와 볼베어링(145)에는 제 1회전축(146)이 동시에 삽입된다. 또한, 상기 설치편(141)은 외측에 전동모터(150)를 고정 설치한다. 상기 전동모터(150)는 제 1회전축(146)과 연결된다. 그래서, 상기 전동모터(150)가 작동하게 되면, 제 1회전축(146)이 반시계 방향으로 회전하게 됨과 동시에 주롤러(140)가 반시계 방향으로 회전한다. 특히, 상기 주롤러(140)는 둘레 일부를 케이싱 파이프(100)의 제 1설치공(102)에 삽입되게 설치된다. 이때, 상기 주롤러(140)는 둘레에 평면부(142)와 곡면부(144)로 구획된다. 상기 평면부(142)는 주롤러(140)의 둘레면이 편평한 상태를 말하고, 곡면부(144)는 주롤러(140)의 둘레면이 내부로 오목한 곡면을 갖는 상태를 말한다. 즉, 상기 주롤러(140)가 회전하면, 평면부(142)와 곡면부(144)가 번갈아가며 타격봉(120)의 둘레면과 대향하게 된다. 다시 말해서, 상기 주롤러(140)의 평면부(142)가 타격봉(120)의 둘레면과 대 향하게 되면, 주롤러(140)는 타격봉(120)을 측방향으로 가압하며 타격봉(120)을 들어올리게 되고, 상기 주롤러(140)의 곡면부(144)가 타격봉(120)의 둘레면과 대향하게 되면, 주롤러(140)와 타격봉(120)은 소정 이격된다. 또한, 상기 케이싱 파이프(100)의 제 2설치공(104)이 향하는 방향으로 연장된 브라켓(110)에는 베어링(160)이 볼트(161)에 의해 고정 설치된다. 그리고, 상기 베어링(160)에는 보조롤러(170)가 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 베어링(160)과 보조롤러(170)에는 제 2회전축(176)이 동시에 삽입된다. 특히, 상기 보조롤러(170)는 일부를 제 2설치공(104) 내부에 삽입되게 구비된다. 그래서, 상기 보조롤러(170)는 둘레면을 항상 타격봉(120)의 둘레와 접하게 된다. 이때, 상기 보조롤러(170)는 둘레에 타격봉(120)과 동일 곡면을 갖도록 함몰된 수용홈(172)을 형성함으로써 타격봉(120)과의 접촉면적을 증대시키게 된다. 상기 보조롤러(170)가 타격봉(120)과의 접촉면적을 증가시킴에 따라 주롤러(140)의 평면부(142)와 타격봉(120)의 접촉시 접촉력의 향상으로 인해 타격봉(120)을 들어올리는 힘을 극대화하게 된다. 그리고, 상기 타격봉(120)은 길이방향으로 둘레면에 요철(122)을 형성한다. 상기 요철(122)은 주롤러(140)와 보조롤러(170)로 동시에 양측에서 타격봉(120)을 가압하여 들어올릴 경우 타격봉(120)의 슬립(slip)의 발생을 방지한다. 그래서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 보조롤러(170)의 수용홈(172)이 타격봉(120)의 둘레면과 접한 최초 상태에서, 전동모터(150)가 작동하게 되면, 제 1회전축(146)이 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그러면, 상기 제 1회전축(146)과 고정 결합된 주롤러(140)가 반시계 방향으로 회전한다. 상기 주롤러(140)의 평면부(142)가 타격봉(120)과 접하게 되면, 타격봉(120)은 주롤러(140)에 의해 보조롤러(170) 방향으로 밀리는 힘을 받음과 동시에 보조롤러(170)도 타격봉(120)을 주롤러(140) 방향으로 밀기 때문에 타격봉(120)은 꽉 끼이게 된다. 그리고, 상기 주롤러(140)가 반시계 방향으로 회전하게 되면, 타격봉(120)은 주롤러(140)와의 마찰력에 의해 상부 방향으로 끌려 올라가게 되고, 보조롤러(170)는 제 2회전축(176)과 함께 주롤러(140)와 반대방향으로 회전하게 된다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 주롤러(140)가 계속해서 회전함에 따라 주롤러(140)의 곡면부(144)가 타격봉(120)의 둘레면과 대향하게 되면, 주롤러(140)의 둘레면 표면에서 곡면부(144)의 깊이만큼 주롤러(140)가 타격봉(120)의 둘레면에서 유격되기 때문에 타격봉(120)은 구속력의 해제로 인해 자유 낙하 하면서 로드(123)를 타격하게 된다. 그러면서, 상기 타격봉(120)은 낙하하면서 로드(123)를 타격하게 되고, 이 타격력으로 인해 시료채취관(124)이 토양시료를 채취하게 된다. 한편, 상기 타격봉(120)은 보조롤러(170)의 수용홈(172)과 접한 상태에서 지 속적으로 반복적인 승하강으로 인해 보조롤러(170)의 수용홈(172) 내측면이 마모된다. 그래서, 상기 보조롤러(170)의 수용홈(172)이 타격봉(120)의 둘레면과 접촉을 유지하도록 타격봉(120) 방향으로 이동시켜 고정 시켜야 한다. 따라서, 상기 케이싱 파이프(100)에서 제 2설치공(104) 방향으로 연장 형성된 브라켓(110)에는 장방형의 슬롯홀(114)이 형성된다. 즉, 상기 보조롤러(170)를 제 2회전축(176)으로 연결하는 베어링(160)이 슬롯홀(114) 길이만큼 이동 가능하며, 베어링(160)은 슬롯홀(114)을 통해 볼트(161)와 결합된다. 결과적으로, 상기 보조롤러(170)의 수용홈(172)이 마모시 보조롤러(170)와 일체적으로 연결된 베어링(160)이 슬롯홀(114)을 따라 이동 가능함으로써 보조롤러(170)와 타격봉(120)이 항상 접촉하도록 조절할 수 있다. 한편, 상기 케이싱 파이프(100)는 하부 둘레에 길이방향으로 확인홀(106)을 형성한다. 상기 확인홀(106)은 주롤러(140)와 보조롤러(170)의 회전으로 상승 및 자유낙하를 행하는 타격봉(120)의 반복적 타격에 의해 로드(123)의 하강 상태를 육안으로 확인하게 위해 구비된다. 또한, 상기 로드(123)는 둘레에 길이방향으로 눈금(126)을 새긴다. 상기 눈금(126)은 확인홀(106)을 통해 지반 내부로 삽입되는 로드(123)의 깊이 정도를 쉽게 확인할 수 있도록 하기 위함이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 토양시료 채취기는 모터에 의해 회전하는 주롤러와 이에 마주하는 보조롤러 사이에 타격봉을 끼워 주롤러의 회전 각도에 따라 들려 올려짐 및 자유낙하를 반복함으로써 자동적으로 타격봉으로 로드와 시료채취관을 타격하여 지반 내부로 삽입함에 따라 토양시료를 채취할 수 있도록 하는 효과가 있다. 그리고, 본 발명에 따른 토양시료 채취기는 비교적 간단한 구조와 설치 부피의 감소로 인해 설치 및 분해가 용이한 효과가 있다. |
