JP2004177381A - 多軸試験機 - Google Patents
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Abstract
【課題】加圧下にある試験片に水平方向に加振するのに、使用する油量が極めて少なくても十分な振動試験を行わせることができる多軸試験機を提供する。
【解決手段】加圧状態にある試験片31を水平振動させる手段となる水平加振シリンダ機構40には、油圧回路41を介して圧油を供給する両吐出型斜板ポンプ50を接続し、閉回路構成としている。この両吐出型斜板ポンプ50の駆動モータとともに、斜板切り替え操作を行う斜板52とシリンダ機構54により圧油の吐出する流路の方向を切り替えるため、水平加振シリンダ機構40へ交互に圧油を吐出することができ、閉回路内の作動油のみで往復運動できる。
【選択図】 図1
【解決手段】加圧状態にある試験片31を水平振動させる手段となる水平加振シリンダ機構40には、油圧回路41を介して圧油を供給する両吐出型斜板ポンプ50を接続し、閉回路構成としている。この両吐出型斜板ポンプ50の駆動モータとともに、斜板切り替え操作を行う斜板52とシリンダ機構54により圧油の吐出する流路の方向を切り替えるため、水平加振シリンダ機構40へ交互に圧油を吐出することができ、閉回路内の作動油のみで往復運動できる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向へアクチュエータにより振動させる多軸試験機に係り、特に高速道路等の橋桁の下部に備えられる免振ゴムの加圧加振試験に好適な多軸試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、免振ゴムの特性試験を行う場合、多軸試験機を用いて、加圧下で水平振動試験を行うことがある。このような用途に用いられる試験機は、通常、アクチュエータによりほぼ200トンの加圧下にある試験片を200mm程度のストロークで繰り返し水平振動させるものとされ、一般的には水平振動用アクチュエータの動作を大出力の駆動モータを用いて油圧ポンプを回し、これをアキュムレータに蓄圧した状態で、油圧サーボ弁により切換制御して両ロッドシリンダ機構に圧油を供給する方式が採用されている。
【0003】
この従来方式の概略図を図4に示す。この方式は、図示しない試験片を振動させるアクチュエータ11と、前記アクチュエータ11を動作させる作動油を加圧する油圧ユニットと、から構成されている。前記作動油は、一方向吐出定容量形ポンプ12により開回路を形成した油圧回路18を介して作動油タンク13からアキュムレータ14に送られた後、前記アキュムレータ14で蓄圧される。蓄圧された作動油はサーボ弁15へ送られ、前記サーボ弁15では作動油をアクチュエータ11への注入方向を制御することにより、アクチュエータ11の両ロッドを動作させる。前記アクチュエータ11の作動油を排出する側から排出された作動油は、前記サーボ弁15を通り作動油タンク13へ排出される。また、アキュムレータ14で一定以上の圧力に蓄圧された作動油はリリーフ弁16を通り作動油タンク13に戻る。
また、水平方向への繰り返し荷重と鉛直方向への一定荷重を免振ゴムに与えて耐久試験を行う試験機としては特許文献1が挙げられる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−41870号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、作動油をアキュムレータ14で蓄圧し、サーボ弁15で作動方向を制御する油圧サーボ弁を使用した方式では、試験片を振動させない待機状態でも一方向吐出定容量形ポンプ12を駆動させて圧油を油圧回路18に吐出させなければならない。また、加圧された前記試験片を高速で振動させるには、アキュムレータ14の容量を大容量化する必要がある。また、前記アキュムレータ14で加圧する作動油を大量にタンクに貯蔵しなくてはならず、さらに、作動油タンク13を冷却する装置17も設置する必要があり、装置の設置面積が大きくなっていた。
【0006】
本発明は前記従来技術の欠点を解消するために、加圧下にある試験片を水平方向に加振するのに、使用する油量が極めて少なくても十分な振動試験を行わせることができる駆動モータの消費エネルギの小さい多軸試験機を提供することを目的とする。第二には、設備面積を半減することのできる多軸試験機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向にアクチュエータにより振動させる多軸試験機において、前記アクチュエータを油圧シリンダ機構により構成し、当該油圧シリンダ機構の両油室に圧油を供給可能な両吐出型斜板ポンプを接続し、この斜板ポンプの駆動モータとともに、斜板切り替え操作ユニットにより吐出流路方向を切り替え可能としてなることを特徴とする。
この場合、前記駆動モータにはフライホイールを接続して慣性回転可能な構成にできる。
【0008】
さらに、前記斜板切り替えユニットは斜板操作用油圧シリンダ機構を用い、当該斜板操作用油圧シリンダ機構の両油室にモータ駆動の両吐出型ポンプを接続して斜板切り替えを可能としてなる構成にできる。
なお、上記手段による多軸試験機は、垂直方向(一方向)に加圧された状態にある試験片に水平加振を行うためのものであるが、加圧方向(垂直方向)と同方向に試験片を加振できるようにした多軸試験機とすることもできる。
【0009】
【作用】
上記のごとく構成した本発明では、アクチュエータに両吐出型斜板ポンプを接続し、油圧回路を閉回路構成として、この両吐出型斜板ポンプより交互に圧油を吐出させて前記アクチュエータを往復動作させることができる。これにより、アクチュエータを動作させる作動油は閉回路中の油量で足り、アキュムレータへその都度蓄圧する必要がなくなる。このため、アキュムレータやこれから吐出される圧油の経路の切り替え用サーボ弁が必要ない。すなわち、作動油は油圧回路内にある作動油だけでアクチュエータを動作できるので、大量の作動油を作動油タンクに貯蔵する必要がない。このため、アキュムレータと作動油タンクの設置場所を必要とせず、装置の設置面積を半減にすることができる。さらに、作動油を冷却するための冷却装置を設置する必要がない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る多軸試験機の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。実施形態に係る多軸試験機を免振ゴムの試験用の二軸試験機に適用した例について説明する。図1(a)は二軸試験機の平面図であり、図1(b)は側面図である。
【0011】
この実施形態に係る多軸試験機は、床盤上に設置された垂直油圧シリンダ機構のベース20を有し、このベース20には機枠が取り付けられている。この機枠は門形フレーム21からなり、ベース20から立ちあがる支柱部をガイドシャフト22として構成している。門型フレーム21の水平中心部には垂直油圧シリンダ機構110が下向きに伸縮できるように取り付けられている。前記ガイドシャフト22に案内されて加圧ブロック29がスライド昇降できるように取り付けられ、この加圧ブロック29を前記垂直油圧シリンダ機構110により昇降駆動させるようにしている。加圧ブロック29は、ベース20上に置かれた水平方向に往復運動できるスライドテーブル30と対面されており、スライドテーブル30上に置かれた試験片31を加圧する。
【0012】
また、スライドテーブル30には両ロッド型の水平加振シリンダ機構40(以下、水平加振シリンダ機構という)が連結されており、水平加振シリンダ機構40のロッド40Aの水平往復運動とともにスライドテーブル30も水平往復運動する構成となっている。前記水平加振シリンダ機構40の図示しないピストン両側の油室には油圧回路41を介して両吐出型斜板ポンプ50を接続し、前記油圧回路41は閉回路構成としている。油圧回路41内には所定圧力に加圧された油が封じ込められている。また、油圧回路41には回路内の圧力を一定に保つリリーフ弁43が設けられている。ただし、このリリーフ弁43は斜板52の制御により油圧回路41内の油圧制御が可能ならば、必ずしも必要とはしない。
【0013】
前記両吐出型斜板ポンプ50の概略図を図2に示す。この両吐出型斜板ポンプ50は作動油を吸引して圧油を吐出するピストン51を収容した回転ブロック51Aを有し、この回転ブロック51Aを斜板52に摺動させながら駆動モータ42(図1参照)に連結された回転シャフト42Aによって回転させるようにしている。斜板52はハウジング50A内に保持され、傾斜角度を変更できるように取り付けられている。斜板52の角度を変更するために斜板切り替え操作ユニットが設けられている。この斜板切り替え操作ユニットは、斜板52にアーム53が設けられており、このアーム53の先端部に斜板操作用油圧シリンダ機構54のピストンを連結している構成である。この斜板操作用油圧シリンダ機構54のピストン両側の油室AとBには、油圧回路56を介して両吐出型ポンプ58を接続されている。この両吐出型ポンプ58には駆動モータ60が接続されている。この駆動モータ60が駆動して、両吐出型ポンプ58より前記ピストン両側の油室AとBに交互に圧油を吐出させ、斜板操作用シリンダ機構54のピストンを動作させている。これにより斜板52の角度が切り替えられ、両吐出型斜板ポンプ50が圧油を吐出する流路の方向と吐出量を切り替えできるものとなっている。したがって、斜板52は水平加振シリンダ機構40(図1参照)の前記ピストン両側の油室へ交互に圧油を吐出するよう斜板切り替え動作させることができる。
【0014】
試験片31を垂直油圧シリンダ機構110で加圧した状態で水平加振シリンダ機構40のロッド40Aを水平往復運動させてスライドテーブル30を水平振動させる場合、試験片31の水平方向の変位、水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の、それぞれの時間に対する関係は図3のようになる。スライドテーブル30が水平加振シリンダ機構40に押圧され、試験片31が押圧方向に変位したときの方向(図1の図面に向かって左方向)を正とする。また、試験片31が水平加振シリンダ機構40の引圧方向に変位したときの方向(図1の図面に向かって右方向)を負とする。
【0015】
スライドテーブル30がロッド40Aにより押圧又は引圧されて水平振動する場合、試験片31は時間に対してほぼ正弦波を描くように変位する。このような、ほぼ正弦波を描くように変位している試験片31の水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の関係は次のようになる。変位0の位置を正方向に向かって通過するとき(時刻t0)の速度は正方向に向かって最大となり、試験片31に掛かる水平方向の力は0となる。次に、試験片31の変位が正方向に最大となるとき(時刻t1)の速度は0となり、力は負方向に向かって最大となる。次に、試験片31が変位0の位置を負方向に向かって通過するとき(時刻t2)の速度は負方向に向かって最大となり、力は0となる。次に、試験片31の変位が負方向に最大になるとき(時刻t3)の速度は0となり、力は正方向に向かって最大となる。これらの関係は、試験片31に掛かる力は水平方向の速度より位相が90°進み、この水平方向の速度は水平方向の変位より位相が90°進む位相関係である。
【0016】
この位相関係をなす場合において、試験片31がする仕事は水平方向の速度と水平方向に掛かる力との積により計算される。この水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の振幅をそれぞれ1とすると、試験片31がする仕事は最大で0.5となる。すなわち、時刻t0と時刻t1との中間時間において、試験片31がする仕事は0.5となる。同様にして、時刻t1と時刻t2との中間時間、時刻t2と時刻t3との中間時間、時刻t3と時刻t4との中間時間のそれぞれにおいて、試験片31がする仕事は0.5となり、時刻t0、t1、t2、t3及びt4において、試験片31がする仕事は0となる。この試験片31がする仕事は、振幅が0.5となり、周期が変位の描く正弦波の1/2となる、正弦波を描く。また、試験片31がする仕事の絶対値を取ると図3のような波形になり、これに(1/2)1/2を掛けて実効値を計算すると約0.35となる。
【0017】
また、両吐出型斜板ポンプ50がする仕事は、吐出される油量と圧力との積により算出される。油圧回路41は閉回路を構成しているので、両吐出型斜板ポンプ50がする仕事は油圧回路41を介してロッド40Aに伝達される。さらに、ロッド40Aに連結されたスライドテーブル30を介して試験片31に伝達される。このため、試験片31が実効値で0.35の仕事が必要な場合は、両吐出型斜板ポンプが0.35の仕事をすればよい。すなわち、試験片31を振幅1の水平振動させるには、両吐出型斜板ポンプを回す駆動モータが0.35の仕事をして圧油を吐出させればよい。例えば、試験片31を水平振動させるために、従来技術では1200kW容量の駆動モータを用いて一方向吐出定容量形ポンプ12を回す必要があった場合でも、本実施形態では420kW容量の駆動モータを用いて両吐出型斜板ポンプ50を回すことで水平振動できる。
【0018】
前記位相関係を利用するために、油圧回路41を閉回路構成として油圧回路41内に所定の圧力に加圧した油を封じ込め、さらに両吐出型斜板ポンプ50を用いて圧油を吐出することで、従来のサーボ弁15を利用した開回路に圧油を吐出する一方向吐出定容量形ポンプ12に比べ、駆動モータの容量を極めて小さくできる。
【0019】
この構成により、試験片31を垂直油圧シリンダ機構110で加圧した状態で、水平加振シリンダ機構40により水平振動する水平振動試験は次のようになる。回転ブロック51Aと斜板52を摺動するピストン51とが駆動モータ42の駆動とともに回転すると、油圧回路41へ圧油を吐出する。また、斜板52の傾き角度は斜板操作用油圧シリンダ機構54により変更されるため、油圧回路41へ吐出される圧油の向きは交互に切り替わる。これにより、両吐出型斜板ポンプ50は油圧回路41へ吐出方向を変えながら圧油を吐出する。水平加振シリンダ機構40の一対の油室(スライドテーブル30を接続したヘッド側または接続しないヘッド側)へ交互に圧油が供給され、水平加振シリンダ機構40のロッド40Aは水平往復運動を行う。ただし、油圧回路41中には予め所定圧力に加圧された油が封じ込められている。スライドテーブル30は、ロッド40Aにより押圧又は引圧されることにより水平往復運動を行い、試験片31の水平振動試験を行える。また、両吐出型斜板ポンプ50を油圧回路41に接続し、閉回路中を循環する作動油によってロッド40Aを水平往復運動させる構成としているため、作動油を加圧するアキュムレータや、大量の作動油を貯蔵する作動油タンクを必要とせず、同時に二軸試験機の設置面積の半分を占めていたアキュムレータ設置面積の分を減少することができる。
【0020】
また、駆動モータ42にフライホイール44を接続して、フライホイール44と共に駆動モータ42も慣性回転を行う構成とする。すなわち、フライホイール44で蓄積されたエネルギを駆動モータ42へ一度に伝達するよう構成しているので、駆動モータ42で発生させるエネルギはフライホイール44から伝達された分だけエネルギを小さくすることができる。フライホイール44の回転エネルギEはE=(1/2)Jω2で表される。ここで、Jは慣性モーメント、ωは角速度である。例えば、フライホイール44の重量を300kg、回転半径を0.5mとし、フライホイール44が1500rpmから1200rpmまで減速してエネルギを駆動モータ42に伝達したときのエネルギは333kWとなる。このため、駆動モータ42の容量はフライホイール44で生じた分のエネルギを小さくできる。従来技術では、1200kW容量の駆動モータ42が必要であった場合でも、駆動モータ42にフライホイール44を接続した二軸試験機は、約90kW容量の駆動モータ42を用いることができ、水平加振シリンダ機構40を水平振動できる。このため、小型の駆動モータ42で大出力を必要とする水平振動を行えるので、コスト削減を図ることができる。
【0021】
このような構成により、本実施形態に係る二軸試験機では、水平加振シリンダ機構40の油室に接続する油圧回路41中に圧油を所定圧力で封じ込め、両吐出型斜板ポンプ50により高圧下で圧油を吐出する方向を切り替えることができる。これによりアキュムレータを用いることなく垂直加圧状態にある試験片31に対して水平加振の試験を実施できるのである。水平加振のストロークの変更は、両吐出型斜板ポンプ50から吐出する方向の切り替え角度以内の範囲で斜板角度の変更を行うことで任意に設定することができる。
【0022】
また、本実施形態では水平加振シリンダ機構40に閉回路をなす油圧回路41を介して両吐出型斜板ポンプ50より圧油を吐出させる構成としたが、シリンダ機構を垂直に配設し、両吐出型斜板ポンプより圧油を吐出することにより前記シリンダ機構のロッドを垂直振動できるように構成することもできる。これにより試験片31を垂直方向の伸縮試験などを行う装置に適用できる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向にアクチュエータにより水平振動させる多軸試験機において、前記アクチュエータを油圧シリンダ機構により構成し、当該油圧シリンダ機構の両油室に圧油を供給可能な両吐出型斜板ポンプを接続し、この斜板ポンプの駆動モータとともに、斜板切り替え操作ユニットにより吐出流路方向を切り替え可能としてなる構成としたので、加圧下にある試験片を加圧方向と交差する方向に加振するのに、使用する油量が極めて少なくても十分な振動試験を行わせることができ、設備面積を半減することのできる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水平加振を行う多軸試験機を示す概略図である。
【図2】両吐出型斜板ポンプを示す概略図である。
【図3】水平振動しているときの変位、速度、力及び仕事の関係を示す図である。
【図4】従来技術の多軸試験機を示す概略図である。
【符号の説明】
11………アクチュエータ、12………一方向吐出定容量形ポンプ、14………アキュムレータ、15………サーボ弁、23………垂直油圧シリンダ機構、30………スライドテーブル、40………両ロッド型の水平加振シリンダ機構、42………駆動モータ、44………フライホイール、50………両吐出型斜板ポンプ、51………ピストン、52………斜板、54………斜板操作用シリンダ機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向へアクチュエータにより振動させる多軸試験機に係り、特に高速道路等の橋桁の下部に備えられる免振ゴムの加圧加振試験に好適な多軸試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、免振ゴムの特性試験を行う場合、多軸試験機を用いて、加圧下で水平振動試験を行うことがある。このような用途に用いられる試験機は、通常、アクチュエータによりほぼ200トンの加圧下にある試験片を200mm程度のストロークで繰り返し水平振動させるものとされ、一般的には水平振動用アクチュエータの動作を大出力の駆動モータを用いて油圧ポンプを回し、これをアキュムレータに蓄圧した状態で、油圧サーボ弁により切換制御して両ロッドシリンダ機構に圧油を供給する方式が採用されている。
【0003】
この従来方式の概略図を図4に示す。この方式は、図示しない試験片を振動させるアクチュエータ11と、前記アクチュエータ11を動作させる作動油を加圧する油圧ユニットと、から構成されている。前記作動油は、一方向吐出定容量形ポンプ12により開回路を形成した油圧回路18を介して作動油タンク13からアキュムレータ14に送られた後、前記アキュムレータ14で蓄圧される。蓄圧された作動油はサーボ弁15へ送られ、前記サーボ弁15では作動油をアクチュエータ11への注入方向を制御することにより、アクチュエータ11の両ロッドを動作させる。前記アクチュエータ11の作動油を排出する側から排出された作動油は、前記サーボ弁15を通り作動油タンク13へ排出される。また、アキュムレータ14で一定以上の圧力に蓄圧された作動油はリリーフ弁16を通り作動油タンク13に戻る。
また、水平方向への繰り返し荷重と鉛直方向への一定荷重を免振ゴムに与えて耐久試験を行う試験機としては特許文献1が挙げられる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−41870号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、作動油をアキュムレータ14で蓄圧し、サーボ弁15で作動方向を制御する油圧サーボ弁を使用した方式では、試験片を振動させない待機状態でも一方向吐出定容量形ポンプ12を駆動させて圧油を油圧回路18に吐出させなければならない。また、加圧された前記試験片を高速で振動させるには、アキュムレータ14の容量を大容量化する必要がある。また、前記アキュムレータ14で加圧する作動油を大量にタンクに貯蔵しなくてはならず、さらに、作動油タンク13を冷却する装置17も設置する必要があり、装置の設置面積が大きくなっていた。
【0006】
本発明は前記従来技術の欠点を解消するために、加圧下にある試験片を水平方向に加振するのに、使用する油量が極めて少なくても十分な振動試験を行わせることができる駆動モータの消費エネルギの小さい多軸試験機を提供することを目的とする。第二には、設備面積を半減することのできる多軸試験機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向にアクチュエータにより振動させる多軸試験機において、前記アクチュエータを油圧シリンダ機構により構成し、当該油圧シリンダ機構の両油室に圧油を供給可能な両吐出型斜板ポンプを接続し、この斜板ポンプの駆動モータとともに、斜板切り替え操作ユニットにより吐出流路方向を切り替え可能としてなることを特徴とする。
この場合、前記駆動モータにはフライホイールを接続して慣性回転可能な構成にできる。
【0008】
さらに、前記斜板切り替えユニットは斜板操作用油圧シリンダ機構を用い、当該斜板操作用油圧シリンダ機構の両油室にモータ駆動の両吐出型ポンプを接続して斜板切り替えを可能としてなる構成にできる。
なお、上記手段による多軸試験機は、垂直方向(一方向)に加圧された状態にある試験片に水平加振を行うためのものであるが、加圧方向(垂直方向)と同方向に試験片を加振できるようにした多軸試験機とすることもできる。
【0009】
【作用】
上記のごとく構成した本発明では、アクチュエータに両吐出型斜板ポンプを接続し、油圧回路を閉回路構成として、この両吐出型斜板ポンプより交互に圧油を吐出させて前記アクチュエータを往復動作させることができる。これにより、アクチュエータを動作させる作動油は閉回路中の油量で足り、アキュムレータへその都度蓄圧する必要がなくなる。このため、アキュムレータやこれから吐出される圧油の経路の切り替え用サーボ弁が必要ない。すなわち、作動油は油圧回路内にある作動油だけでアクチュエータを動作できるので、大量の作動油を作動油タンクに貯蔵する必要がない。このため、アキュムレータと作動油タンクの設置場所を必要とせず、装置の設置面積を半減にすることができる。さらに、作動油を冷却するための冷却装置を設置する必要がない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る多軸試験機の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。実施形態に係る多軸試験機を免振ゴムの試験用の二軸試験機に適用した例について説明する。図1(a)は二軸試験機の平面図であり、図1(b)は側面図である。
【0011】
この実施形態に係る多軸試験機は、床盤上に設置された垂直油圧シリンダ機構のベース20を有し、このベース20には機枠が取り付けられている。この機枠は門形フレーム21からなり、ベース20から立ちあがる支柱部をガイドシャフト22として構成している。門型フレーム21の水平中心部には垂直油圧シリンダ機構110が下向きに伸縮できるように取り付けられている。前記ガイドシャフト22に案内されて加圧ブロック29がスライド昇降できるように取り付けられ、この加圧ブロック29を前記垂直油圧シリンダ機構110により昇降駆動させるようにしている。加圧ブロック29は、ベース20上に置かれた水平方向に往復運動できるスライドテーブル30と対面されており、スライドテーブル30上に置かれた試験片31を加圧する。
【0012】
また、スライドテーブル30には両ロッド型の水平加振シリンダ機構40(以下、水平加振シリンダ機構という)が連結されており、水平加振シリンダ機構40のロッド40Aの水平往復運動とともにスライドテーブル30も水平往復運動する構成となっている。前記水平加振シリンダ機構40の図示しないピストン両側の油室には油圧回路41を介して両吐出型斜板ポンプ50を接続し、前記油圧回路41は閉回路構成としている。油圧回路41内には所定圧力に加圧された油が封じ込められている。また、油圧回路41には回路内の圧力を一定に保つリリーフ弁43が設けられている。ただし、このリリーフ弁43は斜板52の制御により油圧回路41内の油圧制御が可能ならば、必ずしも必要とはしない。
【0013】
前記両吐出型斜板ポンプ50の概略図を図2に示す。この両吐出型斜板ポンプ50は作動油を吸引して圧油を吐出するピストン51を収容した回転ブロック51Aを有し、この回転ブロック51Aを斜板52に摺動させながら駆動モータ42(図1参照)に連結された回転シャフト42Aによって回転させるようにしている。斜板52はハウジング50A内に保持され、傾斜角度を変更できるように取り付けられている。斜板52の角度を変更するために斜板切り替え操作ユニットが設けられている。この斜板切り替え操作ユニットは、斜板52にアーム53が設けられており、このアーム53の先端部に斜板操作用油圧シリンダ機構54のピストンを連結している構成である。この斜板操作用油圧シリンダ機構54のピストン両側の油室AとBには、油圧回路56を介して両吐出型ポンプ58を接続されている。この両吐出型ポンプ58には駆動モータ60が接続されている。この駆動モータ60が駆動して、両吐出型ポンプ58より前記ピストン両側の油室AとBに交互に圧油を吐出させ、斜板操作用シリンダ機構54のピストンを動作させている。これにより斜板52の角度が切り替えられ、両吐出型斜板ポンプ50が圧油を吐出する流路の方向と吐出量を切り替えできるものとなっている。したがって、斜板52は水平加振シリンダ機構40(図1参照)の前記ピストン両側の油室へ交互に圧油を吐出するよう斜板切り替え動作させることができる。
【0014】
試験片31を垂直油圧シリンダ機構110で加圧した状態で水平加振シリンダ機構40のロッド40Aを水平往復運動させてスライドテーブル30を水平振動させる場合、試験片31の水平方向の変位、水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の、それぞれの時間に対する関係は図3のようになる。スライドテーブル30が水平加振シリンダ機構40に押圧され、試験片31が押圧方向に変位したときの方向(図1の図面に向かって左方向)を正とする。また、試験片31が水平加振シリンダ機構40の引圧方向に変位したときの方向(図1の図面に向かって右方向)を負とする。
【0015】
スライドテーブル30がロッド40Aにより押圧又は引圧されて水平振動する場合、試験片31は時間に対してほぼ正弦波を描くように変位する。このような、ほぼ正弦波を描くように変位している試験片31の水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の関係は次のようになる。変位0の位置を正方向に向かって通過するとき(時刻t0)の速度は正方向に向かって最大となり、試験片31に掛かる水平方向の力は0となる。次に、試験片31の変位が正方向に最大となるとき(時刻t1)の速度は0となり、力は負方向に向かって最大となる。次に、試験片31が変位0の位置を負方向に向かって通過するとき(時刻t2)の速度は負方向に向かって最大となり、力は0となる。次に、試験片31の変位が負方向に最大になるとき(時刻t3)の速度は0となり、力は正方向に向かって最大となる。これらの関係は、試験片31に掛かる力は水平方向の速度より位相が90°進み、この水平方向の速度は水平方向の変位より位相が90°進む位相関係である。
【0016】
この位相関係をなす場合において、試験片31がする仕事は水平方向の速度と水平方向に掛かる力との積により計算される。この水平方向の速度及び水平方向に掛かる力の振幅をそれぞれ1とすると、試験片31がする仕事は最大で0.5となる。すなわち、時刻t0と時刻t1との中間時間において、試験片31がする仕事は0.5となる。同様にして、時刻t1と時刻t2との中間時間、時刻t2と時刻t3との中間時間、時刻t3と時刻t4との中間時間のそれぞれにおいて、試験片31がする仕事は0.5となり、時刻t0、t1、t2、t3及びt4において、試験片31がする仕事は0となる。この試験片31がする仕事は、振幅が0.5となり、周期が変位の描く正弦波の1/2となる、正弦波を描く。また、試験片31がする仕事の絶対値を取ると図3のような波形になり、これに(1/2)1/2を掛けて実効値を計算すると約0.35となる。
【0017】
また、両吐出型斜板ポンプ50がする仕事は、吐出される油量と圧力との積により算出される。油圧回路41は閉回路を構成しているので、両吐出型斜板ポンプ50がする仕事は油圧回路41を介してロッド40Aに伝達される。さらに、ロッド40Aに連結されたスライドテーブル30を介して試験片31に伝達される。このため、試験片31が実効値で0.35の仕事が必要な場合は、両吐出型斜板ポンプが0.35の仕事をすればよい。すなわち、試験片31を振幅1の水平振動させるには、両吐出型斜板ポンプを回す駆動モータが0.35の仕事をして圧油を吐出させればよい。例えば、試験片31を水平振動させるために、従来技術では1200kW容量の駆動モータを用いて一方向吐出定容量形ポンプ12を回す必要があった場合でも、本実施形態では420kW容量の駆動モータを用いて両吐出型斜板ポンプ50を回すことで水平振動できる。
【0018】
前記位相関係を利用するために、油圧回路41を閉回路構成として油圧回路41内に所定の圧力に加圧した油を封じ込め、さらに両吐出型斜板ポンプ50を用いて圧油を吐出することで、従来のサーボ弁15を利用した開回路に圧油を吐出する一方向吐出定容量形ポンプ12に比べ、駆動モータの容量を極めて小さくできる。
【0019】
この構成により、試験片31を垂直油圧シリンダ機構110で加圧した状態で、水平加振シリンダ機構40により水平振動する水平振動試験は次のようになる。回転ブロック51Aと斜板52を摺動するピストン51とが駆動モータ42の駆動とともに回転すると、油圧回路41へ圧油を吐出する。また、斜板52の傾き角度は斜板操作用油圧シリンダ機構54により変更されるため、油圧回路41へ吐出される圧油の向きは交互に切り替わる。これにより、両吐出型斜板ポンプ50は油圧回路41へ吐出方向を変えながら圧油を吐出する。水平加振シリンダ機構40の一対の油室(スライドテーブル30を接続したヘッド側または接続しないヘッド側)へ交互に圧油が供給され、水平加振シリンダ機構40のロッド40Aは水平往復運動を行う。ただし、油圧回路41中には予め所定圧力に加圧された油が封じ込められている。スライドテーブル30は、ロッド40Aにより押圧又は引圧されることにより水平往復運動を行い、試験片31の水平振動試験を行える。また、両吐出型斜板ポンプ50を油圧回路41に接続し、閉回路中を循環する作動油によってロッド40Aを水平往復運動させる構成としているため、作動油を加圧するアキュムレータや、大量の作動油を貯蔵する作動油タンクを必要とせず、同時に二軸試験機の設置面積の半分を占めていたアキュムレータ設置面積の分を減少することができる。
【0020】
また、駆動モータ42にフライホイール44を接続して、フライホイール44と共に駆動モータ42も慣性回転を行う構成とする。すなわち、フライホイール44で蓄積されたエネルギを駆動モータ42へ一度に伝達するよう構成しているので、駆動モータ42で発生させるエネルギはフライホイール44から伝達された分だけエネルギを小さくすることができる。フライホイール44の回転エネルギEはE=(1/2)Jω2で表される。ここで、Jは慣性モーメント、ωは角速度である。例えば、フライホイール44の重量を300kg、回転半径を0.5mとし、フライホイール44が1500rpmから1200rpmまで減速してエネルギを駆動モータ42に伝達したときのエネルギは333kWとなる。このため、駆動モータ42の容量はフライホイール44で生じた分のエネルギを小さくできる。従来技術では、1200kW容量の駆動モータ42が必要であった場合でも、駆動モータ42にフライホイール44を接続した二軸試験機は、約90kW容量の駆動モータ42を用いることができ、水平加振シリンダ機構40を水平振動できる。このため、小型の駆動モータ42で大出力を必要とする水平振動を行えるので、コスト削減を図ることができる。
【0021】
このような構成により、本実施形態に係る二軸試験機では、水平加振シリンダ機構40の油室に接続する油圧回路41中に圧油を所定圧力で封じ込め、両吐出型斜板ポンプ50により高圧下で圧油を吐出する方向を切り替えることができる。これによりアキュムレータを用いることなく垂直加圧状態にある試験片31に対して水平加振の試験を実施できるのである。水平加振のストロークの変更は、両吐出型斜板ポンプ50から吐出する方向の切り替え角度以内の範囲で斜板角度の変更を行うことで任意に設定することができる。
【0022】
また、本実施形態では水平加振シリンダ機構40に閉回路をなす油圧回路41を介して両吐出型斜板ポンプ50より圧油を吐出させる構成としたが、シリンダ機構を垂直に配設し、両吐出型斜板ポンプより圧油を吐出することにより前記シリンダ機構のロッドを垂直振動できるように構成することもできる。これにより試験片31を垂直方向の伸縮試験などを行う装置に適用できる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向にアクチュエータにより水平振動させる多軸試験機において、前記アクチュエータを油圧シリンダ機構により構成し、当該油圧シリンダ機構の両油室に圧油を供給可能な両吐出型斜板ポンプを接続し、この斜板ポンプの駆動モータとともに、斜板切り替え操作ユニットにより吐出流路方向を切り替え可能としてなる構成としたので、加圧下にある試験片を加圧方向と交差する方向に加振するのに、使用する油量が極めて少なくても十分な振動試験を行わせることができ、設備面積を半減することのできる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水平加振を行う多軸試験機を示す概略図である。
【図2】両吐出型斜板ポンプを示す概略図である。
【図3】水平振動しているときの変位、速度、力及び仕事の関係を示す図である。
【図4】従来技術の多軸試験機を示す概略図である。
【符号の説明】
11………アクチュエータ、12………一方向吐出定容量形ポンプ、14………アキュムレータ、15………サーボ弁、23………垂直油圧シリンダ機構、30………スライドテーブル、40………両ロッド型の水平加振シリンダ機構、42………駆動モータ、44………フライホイール、50………両吐出型斜板ポンプ、51………ピストン、52………斜板、54………斜板操作用シリンダ機構。
Claims (3)
- 加圧状態にある試験片に加圧方向と交差する方向にアクチュエータにより振動させる多軸試験機において、前記アクチュエータを油圧シリンダ機構により構成し、当該油圧シリンダ機構の両油室に圧油を供給可能な両吐出型斜板ポンプを接続し、この斜板ポンプの駆動モータとともに、斜板切り替え操作ユニットにより吐出流路方向を切り替え可能としてなることを特徴とする多軸試験機。
- 前記駆動モータにはフライホイールを接続して慣性回転可能としてなることを特徴とする請求項1記載の多軸試験機。
- 前記斜板切り替え操作ユニットは斜板操作用油圧シリンダ機構を用い、当該斜板操作用油圧シリンダ機構の両油室にモータ駆動の両吐出型ポンプを接続して斜板切り替えを可能としてなることを特徴とする請求項1記載の多軸試験機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002347293A JP2004177381A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 多軸試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002347293A JP2004177381A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 多軸試験機 |
Publications (1)
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JP2004177381A true JP2004177381A (ja) | 2004-06-24 |
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ID=32707944
Family Applications (1)
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JP2002347293A Pending JP2004177381A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 多軸試験機 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004177381A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101329648B1 (ko) * | 2012-01-04 | 2013-11-14 | 주식회사 엠브로지아 | 피로시험장치 |
-
2002
- 2002-11-29 JP JP2002347293A patent/JP2004177381A/ja active Pending
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